แบบจำลองเซลล์เชื้อเพลิง Proton exchange membrane ร่วมกับวงจรแปลงผันแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงด้วยโปรแกรม

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการนำเสนอการพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ด้วยโปรแกรม MATLAB/ Simulink เพื่อวิเคราะห์สมรรถนะการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEMFC) ร่วมกับแบบจำลองของวงจรแปลงผันแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อทำการศึกษาเป็นแนวทางในการสร้างแบบจำลองเซลล์เชื้อเพลิงแบบสัญญาณจริงขึ้นซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการศึกษาค้นคว้าด้านเซลล์เชื้อเพลิงชนิด PEMFC โดยแบ่งการศึกษาออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกคือ ศึกษาระบบควบคุมและทดสอบการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงในห้องปฏิบัติการร่วมกับสร้างแบบจำลองเซลล์เชื้อเพลิงด้วยโปรแกรม MATLAB/ Simulink เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้เป็นรุ่น NEXA@1200 ของบริษัท Ballard ขนาดพิกัดกำลังไฟฟ้า 1200 วัตต์ แรงดันขาออกที่ 26-43 โวลท์ จากการทดสอบเซลล์เชื้อเพลิงในห้องปฏิบัติการพบว่า ผลการจำลองมีค่าสอดคล้องและใกล้เคียงผลที่ได้จากการทดลองจริง โดยใช้ค่าพารามิเตอร์เหมือนกันทั้งในระบบจำลองและในการทดลอง ส่วนที่สองคือ การออกแบบ สร้าง วงจรแปลงผันแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงใช้ มอสเฟท เป็นสวิทช์ ความถี่การสวิทช์ที่ 10 kHz ด้วยการเชื่อมต่อผ่านบอร์ดประมวลผลสัญญาณดิจิตอล DS1104 ผลการทดสอบได้มีการเปรียบเทียบแบบจำลองและการทำงานของวงจรแปลงผันแรงดันไฟฟ้าที่กระแสขาออก 10A แรงดันแบบจำลองมีค่า 38.9 V และแรงดันปฏิบัติมีค่า 35.2 V กำลังไฟฟ้าแบบจำลองมีค่า 389 W และกำลังไฟฟ้าปฏิบัติมีค่า 339 W มีประสิทธิภาพการทำงานอยู่ที่ร้อยละ 89.49 พบว่ามีค่าสอดคล้องและใกล้เคียงกับการทดลองในห้องปฏิบัติการ

This thesis presents mathematical model using MATLAB/ Simulink in order to analyze the performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) together with DC/DC buck converter model. It will lead to a building of a prototype of PEMFC simulator, which will be useful to study the behavior of the fuel cell. It comprises in two major parts. The first part is a mathematical modeling of the fuel cell by MATLAB/Simulink program and constructs a prototype of the operation control system. The fuel cell in the project is a 1.2 kW, 26-43 output voltage NEXA@1200 from Ballard Company. The simulation result was compared with an actual experiment in laboratory by using the same parameters. The second part is to build a DC buck converter, MOSFET modules are used as switches in the converter with the switching frequency of 10 kHz, together with the modeled in MATLAB/Simulink program to a practical works using a proper interfacing board DS1104. The experimental result is determined by comparing between the fuel cell model and experiment DC Converter at output current 10 A. The output voltage level 38.9 V, 35.2 V, output power level 389 W, 339 W, respectively. The proposed system can operate efficiency at 89.49%, results from both experiment and model simulation is approximately.