2kW燃料电池启动电路设计与实作 - 国立勤益科技大学.PDF

2kW燃料電池啟動電路設計與實作 林正乾 王頌凱 顏志安 林易佑 戴亞霖 國立勤益科技大學 國立勤益科技大學 國立勤益科技大學 國立勤益科技大學 國立勤益科技大學 電機工程系（所） 電機工程系（所） 電機工程系（所） 電機工程系（所） 電機工程系（所） mutilin@ songkaiman@ a0917125811@ j82024@ .tw .tw .tw 摘要 問題，因此本研究設法找出使用上最安全、電路消 耗功率最低、整體成本最少的燃料電池啟動電路， 本文探討燃料電池冷啟動時的啟動電路設 來因應燃料電池系統實際的使用狀況。 計。啟動電路的設計首重電路的功能性，電路控制 的複雜度與耗電量則也一併列入設計考量。燃料電 1.1 啟動電路設備元件 池冷啟動需要一個輔助電力先啟動運轉輔助系統 (BOP) ，氫氣與空氣送到燃料電池的陽極與陰極分 燃料電池啟動電路核心技術著重於啟動電路 別進行電化學反應後才能開始供電。本研究主要使 應用及控制策略中氣體的進氣控制[6~7] 。啟動電 用電子接觸器及大功率二極體來切換電源，組合不 路元件的組合必須合乎電力邏輯，必須考慮每個使 同的控制元件產生不同的啟動電路，並深入探討其 用到電力元件是否能夠承受住其迴路上的電壓及 優缺點，最後所產生的較佳設計則在實際的燃料電 流過的電流，搭配適當的控制切換，即可控電力元 池發電系統中獲得實現與驗證。 件的切入或斷開時機的拿捏必須恰到好處，才能應 關鍵詞 ：冷啟動、燃料電池、電力電子電路。 用於實際的啟動電路。 1.1.1 元件規格 1.前言 電 力來源主體為2kW 燃料電池(Fuel Cell)及電 燃料電池發電系統主要由燃料電池堆本體與 源供應器(Power Supply) 。2kW 燃料電池輸出電壓 包括燃料氧/ 化劑供給管路、水熱管理系統、電力 範圍在 24~36V ，輸出電流0~130A 。電源供應器則 轉換元件、自動控制器 [1]等周邊輔助設備所組成。 使用能夠將市電交流 110伏特電壓轉換為穩定的 一個典型的燃料電池發電平台之冷啟動程序 直流24伏特電壓。啟動電路使用到的電力電子元 為： 件為能夠耐大電流(150 安培以下的電子接觸器、) 1.啟動電源供應器的電力，藉此提供燃料電池內 二極體及分流器。控制信號處理則用到能夠回傳類 部 BOP 元件、錶頭及自動控制系統之電力。 比訊號給控制器的電壓電流表。各元件規格如表1 2. 先將燃料電池預熱到適當的反應啟動溫度，若 溫度過低則啟動加熱器與冷卻水幫浦，幫助燃料電 1.2 開關元件 池達到反應啟動溫度。 1.2.1 半導體開關 3. 自動控制系統打開氫氣電磁閥，讓氫氣進入燃 料電池陽極。 電力供電來源的選擇為燃料電池與電源供應 4.啟動空氣幫浦，送空氣到燃料電池陰極。 器，除了電子接觸器的切換，還必須考慮燃料電池 經過以上四個準備啟動程序，燃