DC/DC-katkojan optimointi polttokennosovelluksessa
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2018-08-20
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
fi
Pages
58+9
Series
Abstract
Polttokennon tiedetään vaurioituvan matalataajuisten verkosta heijastuvien virtayliaaltojen vaikutuksesta. Tässä työssä tutkittiin aiheuttaako polttokennon lähtöön liitettävä DC/DC-katkoja vastaavia vaurioita elektrodi- ja elektrolyyttipinnoilla. DC/DC-katkojan puolijohdekytkimet kytkeytyvät tyypillisesti tuhansia kertoja sekunnissa, mikä aiheuttaa konvertterin tuloon heijastuvia ylivirtapiikkejä kytkentätaajuuden ja sen monikerran kohdilla. Työssä mallinnettiin polttokennolle yksinkertainen sähköinen sijaiskytkentä sekä sen kanssa sarjaan DC/DC-katkojan malli. Virranjakautuminen reaktiopintoja kuvaavan varauksensiirtovastuksen sekä polttokennon luonnollisen kaksoiskerroksen kapasitanssin välillä nousi tärkeimmäksi tutkimuskysymykseksi, kun virtayliaaltoja analysoitiin. Pyrittiin löytämään suurin mahdollinen taajuus, jossa varauksensiirtovastuksen kautta kulki vielä tutkimusten perusteella vaarallisen suuri virtayliaalto. Työssä otettiin tutkittavaksi kaksi erilaista polttokennoa, joiden parametrit tiedettiin. Näiden sijaiskytkennän virranjako laskettiin aluksi analyyttisesti, jonka jälkeen todennettiin simulaatiomallilla. Tulosten perusteella testipolttokennoille ei aiheutunut vaaraa DC/DC-katkojan tyypillisistä kytkentätaajuuksista. Konvertterin täytyisi toimia epätavallisesti alle 400 Hz kytkentätaajuudella, jotta merkittävää haittaa syntyisi reaktiopinnoille.Fuel cells are known to degrade due to low frequency current ripple which propagates to the stack from the single-phase AC load current. In this thesis it was studied whether a DC/DC boost converter affects the fuel cell as in identical process which consists of degradation and corrosion of both electrodes and an electrolyte. The switching frequency of the DC/DC converter semiconductor switches could be several thousands times per second. That creates high frequency current ripple which fluctuates at the rate of the switching frequency and its multiplies to the input of the converter. A simplified equivalent circuit for the fuel cell was designed and it was connected in series with a DC/DC boost converter model. The primary objective of this thesis was to study the ripple current distribution between the charge transfer resistance and the double layer capacitance in the equivalent circuit of the fuel cell. The maximum frequency when the ripple current remained still critical in the resistance was found and evaluated for both test fuel cells. The parameters of the test fuel cells were known. First, the current distribution was analytically calculated. The results were then verified by the simulation model which was the combination of the equivalent circuit of the fuel cell and the boost converter. According to the results, the boost converter does not damage the fuel cell reaction sites with its typical switching frequencies. The switching frequency must be uncommonly under 400 Hz in order to cause significant degradation for the fuel cell.Description
Supervisor
Kyyrä, JormaThesis advisor
Puukko, JoonasKeywords
fuel, cell, ripple, converter