Further development of a fuel cell - electrolyser test bed and developing a microcontroller-based control system for it

Abstract

Mobiililaitteiden energiankulutus kasvaa samalla kun niiden koko pienenee ja olemme lähestymässä pistettä, jossa perinteisten akkujen suorituskyky ei enää riitä. Näin ollen tarvitaan uudenlainen tehonlähde, joka tarjoaa pidemmän mobiilin käyttöajan. Tämä on tavoite IPPES projektissa, johon tämä työ sisältyy.

Tässä työssä kehitettiin mobiilia käyttöaikaa pidentävä järjestelmä perustuen passiiviseen 1.5 watin PEM polttokenno -elektrolyyserijärjestelmään. Järjestelmä on hybridi, sillä siihen kuuluu myös akku ja superkondensaattori. Kehitetty järjestelmä on ainutlaatuinen, sillä järjestelmää jossa käytetään vetypolttokennoa metanolielektrolyyserin kanssa ei löytynyt kirjallisuudesta.

Ohjausjärjestelmä kehitettiin LabVIEW-ohjelmiston avulla hyödyntäen tietoa edellisen IPPES-prototyypin heikkouksista ja vahvuuksista. Ohjausjärjestelmä kykeni järjestelmän automaattiseen käynnistämiseen, mobiililaitteen käyttöajan pidentämiseen ja hallittuun järjestelmän alasajoon. Samaa ohjausjärjestelmää voisi myös käyttää suurempitehoisen polttokenno -elektrolyyserijärjestelmän ohjausjärjestelmänä.

As the energy consumption of mobile devices is increasing and their size is decreasing there is a need for a new type of power supply that gives a longer mobile usage time than traditional batteries. To achieve this goal, which is the goal of the IPPES project that this work is a part of, a mobile usage time extender system based on a passive hybrid 1.5 W PEM fuel cell -electrolyser system has been developed. The system also involves a rechargeable battery and a supercapacitor. The system is unique as no system using a methanol electrolyser together with a hydrogen fuel cell was found in literature.

A control system was developed in LabVIEW on basis of the previous IPPES-prototype after analysing the strengths and weaknesses. Though simple, the control system was able to complete controlled start-up, mobile time extension duties for a mobile phone, and safe shutdown of the system. The same control system could be also used together with higher power fuel cells and electrolysers with only minor changes to parameters.