Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers (조명전기설비학회논문지)

The Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers (한국조명전기설비학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Development of 3.0[kW]class Fuel Cell Power Conversion System

3[kW]급 연료전지용 전력변환장치의 개발

  • Published : 2007.02.28
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Recently, a fuel cell with low voltage and high current output characteristics is remarkable for new generation system. It needs both a DC-DC step-up converter and DC-AC inverter to be used in fuel cell generation system. Therefor, this paper, consists of an isolated DC-DC converter to boost the fuel cell voltage $380[V_{DC}]$ and a PWM inverter with LC filter to convent the DC voltage to single-phase $220[V_{AC}]$. Expressly, a tapped inductor filter with freewheeling diode is newly implemented in the output filter of the proposed high frequency isolated ZVZCS PWM DC-DC converter to suppress circulating current under the wide output voltage regulation range, thus to eliminate the switching and transformer turn-on/off over-short voltage or transient phenomena. Besides the efficiency of 93-97[%]is obtained over the wide output voltage regulation ranges and load variations.

최근 저전압 대전류 출력 특성을 갖는 연료전지를 위한 새로운 발전시스템으로 주목받고 있다. 연료전지 발전시스템에서는 DC-DC 승압용 컨버터와 DC-AC 인버터가 필요하다. 그러므로 본 논문에서는 연료전지의 전압을 $380[V_{DC}]$로 승압하기 위한 절연형 DC-DC 컨버터와 단상 $220[V_{AC}]$로 변환하기 위한 LC필터를 가진 PWM 인버터로 구성된 전력변환장치를 제안하였다. 특히 제안한 고주파 절연형 ZVZCS PWM DC-DC 컨버터는 환류 다이오드를 포함한 탭부 인덕터 필터를 이용하여 순환 전류를 저감시켰으며, 스위치 및 변압기의 턴-온, 턴-오프시에 오버슈트 전압이나 과도현상이 발생하지 않는다. 그리고 넓은 출력 전압 조정에도 효율을 $93{\sim}97[%]$정도 얻을 수 있으며, 출력 부하전류의 변화에 대해 거의 일정한 출력 전압 특성을 가졌다.

Keywords

References

  1. 최세완, '연료전지 발전시스템에서의 전력전자기술', 전력전자학회지, 제 8권, 제4호, pp. 30-35, 2003
  2. A. B. Stambouli and E. Traversa, 'Fuel cells, an alternative to stansources of energy,' Renewable Sustainable Energy Rev., vol. 6, pp. 297-306, 2002
  3. Patterson and D. M. Divan, 'Pseudo-resonant full bridge DC/DC converter', IEEE PESC Record, Vol. 2, pp. 424-430, 1987
  4. J.A. Sabate, B.H. Cho, 'Design considerations for high voltage high-power full-bridge zero-voltage switched PWM converter', Proc. IEEE APEC conf., pp. 275-284, 1990
  5. E.S.Kim, B.D.Yoon, 'An improved soft- switching PWM FB DC/DC converter for reducing conduction losses', IEEE Trans., Vol. 14, No.2, pp. 258-263, 1999
  6. J.G. Cho, J.W. Back, C.Y. Jeong, D.W. Yoo, and K.Y. Joe, 'Novel zero-voltage and zero-current-switching full bridge PWM converter using transformer auxiliary winding', IEEE Trans., Vol. 15, No.2, pp. 250-257, 2000
  7. S.J. Jeon, G. H. Cho, 'A zero-voltage and zero-current switching full bridge DC-DC converter with transformer isolation', IEEE Trans., Vol. 16, No.5, pp. 573-580, 2001
  8. 권형남, 정홍주 외3인, '연료전지용 전력변환장치의 DC-DC 컨버터 개발', 전력전자학회 추계학술대회, pp.94-96, 2002
  9. M. G. Simoes, P. K. Sen, 'Resonant AC link System Converter for Fuel Cell Grid Interface', IEEE IECON Conf. Rec., pp. 1953-1958, 2001