Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ระบบตรวจติดตามสำหรับหน่วยชั้นเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็มขนาด 200 วัตต์

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Monitoring system for 200W PEM fuel cell stack

Year (A.D.)

2010

Document Type

Thesis

First Advisor

พรพจน์ เปี่ยมสมบูรณ์

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

เคมีเทคนิค

DOI

10.58837/CHULA.THE.2010.967

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาและพัฒนาระบบตรวจติดตามหน่วยชั้นเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็มบนพื้นฐานของการประยุกต์ใช้แบบจำลองเพื่อวินิจฉัยสภาวะการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงขณะปฏิบัติการ ทั้งนี้เนื่องจากขณะที่ชั้นเซลล์เชื้อเพลิงทำงานนั้น อาจเกิดปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ส่งผลให้สมรรถนะของระบบลดลงอันได้แก่ปรากฏการณ์น้ำท่วมเซลล์หรือเซลล์แห้ง เป้าหมายของงานวิจัยนี้คือการสร้างระบบติดตามปรากฏการณ์ทั้งสองในขณะที่หน่วยชั้นเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 200 วัตต์ทำงาน โดยระบบจะวัดค่าอุณหภูมิของเซลล์ ค่าความดันและความดันลดของแก๊สไฮโดรเจน ค่าศักย์ไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่เซลล์ผลิตได้ ค่าพารามิเตอร์เหล่านี้ถูกนำมาแสดงผลทางคอมพิวเตอร์ผ่านการใช้งานโปรแกรม LabVIEW™ แบบจำลองสำหรับหน่วยชั้นเซลล์เชื้อเพลิงได้ถูกนำมาใช้โดยแบ่งออกได้เป็นสองส่วนหลักคือ แบบจำลองของความดันลดของแก๊สไฮโดรเจน และแบบจำลองของความต้านทานภายในเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งพารามิเตอร์ทั้งสองนี้สามารถนำมาใช้ทำนายการท่วมของน้ำและการแห้งของเซลล์ได้ตามลำดับ จากนั้นค่าพารามิเตอร์ที่ได้จากแบบจำลองจะถูกนำมาเปรียบเทียบกับค่าที่วัดได้จริง ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าค่าความดันลดของแก๊สไฮโดรเจนที่ได้จากแบบจำลองมีค่าใกล้เคียงกับค่าความดันลดที่วัดได้จริง และสามารถนำมาใช้ในการทำนายปรากฏการณ์น้ำท่วมเซลล์ได้ สำหรับการแห้งของเซลล์สามารถอธิบายได้โดยพิจารณาค่าจำนวนโมลของน้ำในเมมเบรน (Membrane water content) ซึ่งคำนวณได้จากแบบจำลองโดยใช้ค่าความต้านทาน และค่าจำนวนโมลของน้ำในเมมเบรนนี้สามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้การเกิดเซลล์แห้งได้เมื่อมีค่าต่ำกว่า 4 โมลของน้ำต่อจำนวนหมู่กรดซัลโฟนิก ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าค่าความต้านทานโอห์มิกที่ได้จากแบบจำลองและที่วัดได้มีค่าที่ใกล้เคียงกัน สุดท้ายแบบจำลองทั้งหมดได้ถูกเขียนลงบนโปรแกรม LabVIEW™ เพื่อใช้งานร่วมกันกับโปรแกรมควบคุมหน่วยชั้นเซลล์เชื้อเพลิง

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

Although various designs have been introduced to improve the performance of a Proton Exchange Membrane fuel cell (PEMFC) stack system, fault conditions, such as drying or flooding, may still occur due to the complexity of the process. The development of a monitoring system which can detect these fault conditions is a key to operate PEMFC stack system effectively. In this study, a diagnostic system for a 200W PEMFC stack system has been developed by constructing models for determining the flooding and drying conditions inside the cell. Since the membrane resistance and pressure drop across the stack are important parameters for determining either drying or flooding conditions, the model-based monitoring scheme was proposed. Under typical operating condition, stack temperature and pressure, the differential pressure across the stack, and the load current and the voltage of PEMFC stack are measured. These measurement values will be fed into the models. The models will predict the important parameters of the cell. Pressure drop will be compared with its measurement values. If their differences are significant, flooding will be declared. On the other hand, cell drying will be declared if membrane water content drops below 4. The data acquisition system and the monitoring models have been developed under LabVIEW™ environment. The modeling results for pressure drop and ohmic resistance characteristics are in agreement with measured data. Finally, the analysis algorithm was applied into LabVIEW™ software.

Link to Full Text

Share

COinS