PEM Yakıt Hücresi Ömrünü Uzatmaya Yönelik Temel Seri Pozitif Süper Gerilim Yükseltmeli Luo Çevirici Tasarımı


Creative Commons License

Gani A.

Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, cilt.39, sa.3, ss.403-416, 2023 (Hakemli Dergi)

Özet

Sürdürülebilir enerji kaynaklarından birisi olan PEM yakıt hücreleri düşük hacim, yüksek güç yoğunluğu ve verimlilik gibi önemli avantajlar sunmaktadır. Kararlı çalışma süresince yakıt hücresi çıkış akımı dalgalılık oranının fazla olması, yakıt hücresi çalışma ömrünü kısaltacağından, güç aktarımında kullanılacak çeviricinin bu durumu iyileştirecek devre yapısına sahip olması gerekmektedir. Bu çalışmada, çıkış gerilimi düşük değerlerde olan PEM yakıt hücresi için giriş akım dalgalılık oranı düşük, gerilim dönüştürme oranı yüksek temel seri pozitif süper gerilim yükseltmeli Luo çevirici önerilmiştir. Aynı zamanda, önerilen çeviricinin çıkış geriliminin belirli bir gerilim değerinde sabit tutulması için oransal+integral anti-wind-up denetleyici tasarlanmıştır. Yakıt hücresi ve önerilen çeviriciden oluşan benzetim modeli Matlab/Simulink ortamında oluşturulmuş olup çevirici çıkış geriliminin denetimi oransal+integral anti-wind-up denetleyici ile yapılmıştır. Benzetim çalışmasından elde edilen sonuçlara göre önerilen çevirici ile yakıt hücresi akım dalgalılığı azaltılarak nominal çalışma noktasına hızlı ulaşılmakta ve devre güç yoğunluğu artırılmaktadır.

PEM fuel cells, one of the sustainable energy sources, offer significant advantages such as low volume, high power density and efficiency. Since a high fuel cell output current fluctuation ratio during stable operation is likely to shorten the fuel cell operating life, the converter to be used for power transfer must possess a circuit structure that will improve it. In this study, basic series positive super voltage lift Luo converter with a low input fluctuation ratio and a high voltage conversion ratio is proposed for the PEM fuel cell with a low output voltage. At the same time, a proportional+integral anti-wind-up controller was designed to keep the output voltage of the proposed converter constant at a certain voltage value. The simulation model consisting of a fuel cell and proposed converter was created in Matlab/Simulink environment, and the converter output voltage was controlled with a proportional + integral anti-wind-up controller. In simulation studies, the dynamic performance of the proportional+integral anti-wind-up controller for the fuel cell under nominal operating conditions; The dynamic performances of the proportional+integral anti-wind-up controller and the proportional+integral controller were examined together under different step reference input voltage and sudden load changes. According to the results obtained from the simulation study, the circuit power density is increased by reducing the fuel cell current fluctuation with the proposed converter and controller structure.