PEM Yakıt Hücresi Ömrünü Uzatmaya Yönelik Temel Seri Pozitif Süper Gerilim Yükseltmeli Luo Çevirici Tasarımı

Yıl 2023, Cilt: 39 Sayı: 3, 403 - 416, 31.12.2023

Ahmet Gani

Öz

Sürdürülebilir enerji kaynaklarından birisi olan PEM yakıt hücreleri düşük hacim, yüksek güç yoğunluğu ve verimlilik gibi önemli avantajlar sunmaktadır. Kararlı çalışma süresince yakıt hücresi çıkış akımı dalgalılık oranının fazla olması, yakıt hücresi çalışma ömrünü kısaltacağından, güç aktarımında kullanılacak çeviricinin bu durumu iyileştirecek devre yapısına sahip olması gerekmektedir. Bu çalışmada, çıkış gerilimi düşük değerlerde olan PEM yakıt hücresi için giriş akım dalgalılık oranı düşük, gerilim dönüştürme oranı yüksek temel seri pozitif süper gerilim yükseltmeli Luo çevirici önerilmiştir. Aynı zamanda, önerilen çeviricinin çıkış geriliminin belirli bir gerilim değerinde sabit tutulması için oransal+integral anti-wind-up denetleyici tasarlanmıştır. Yakıt hücresi ve önerilen çeviriciden oluşan benzetim modeli Matlab/Simulink ortamında oluşturulmuş olup çevirici çıkış geriliminin denetimi oransal+integral anti-wind-up denetleyici ile yapılmıştır. Benzetim çalışmasından elde edilen sonuçlara göre önerilen çevirici ile yakıt hücresi akım dalgalılığı azaltılarak nominal çalışma noktasına hızlı ulaşılmakta ve devre güç yoğunluğu artırılmaktadır.

Anahtar Kelimeler

Temel seri pozitif süper gerilim yükseltmeli Luo çevirici, PEM yakıt hücresi, Oransal+integral anti-wind-up denetleyici

Etik Beyan

Bu çalışmanın, özgün bir çalışma olduğunu; çalışmanın hazırlık, veri toplama, analiz ve bilgilerin sunumu olmak üzere tüm aşamalarından bilimsel etik ilke ve kurallarına uygun davrandığımı; bu çalışma kapsamında elde edilmeyen tüm veri ve bilgiler için kaynak gösterdiğimi ve bu kaynaklara kaynakçada yer verdiğimi; kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, çalışmanın Committee on Publication Ethics (COPE)' in tüm şartlarını ve koşullarını kabul ederek etik görev ve sorumluluklara riayet ettiğimi beyan ederim.

Destekleyen Kurum

Kayseri Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

FKB-2022-1087

Teşekkür

Bu çalışma Kayseri Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi FKB-2022-1087 numaralı ‘Yüksek Kazançlı DA/DA Çevirici için İleri Bulanık Mantık Tabanlı Denetim Yöntemlerinin Geliştirilmesi’ isimli proje ile desteklenmiştir.

Kaynakça

• [1] Şefkat, G., Özel, M. A. 2018. PEM Yakıt Pilinin Simulink Modeli ve Analizi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 23(2), 351-366.
• [2] Wahdame, B., Girardot, L., Hissel, D., Harel, F., François, X., Candusso, D., Dumercy, L. 2008. Impact of Power Converter Current Ripple on the Durability of a Fuel Cell Stack. In 2008 IEEE International Symposium on Industrial Electronics,1495-1500.
• [3] De Bernardinis, A., Frappé, E., Béthoux, O., Marchand, C., Coquery, G.2012. Electrical Architecture for High Power Segmented PEM Fuel Cell in Vehicle Application. In 2012 First International Conference on Renewable Energies and Vehicular Technology,5-22.
• [4] Choi, W., Enjeti, P. N., Appleby, A. J. 2004. An Advanced Power Converter Topology to Significantly Improve the CO Tolerance of the PEM Fuel Cell Power Systems. In Conference Record of the 2004 IEEE Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting.1185-1191.
• [5] Mahdavi, M., Shahriari-Kahkeshi, M., Abjadi, N. R. 2019. An Adaptive Estimator-Based Sliding Mode Control Scheme for Uncertain POESLL Converter. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 55(6), 3551-3560.
• [6] Luo, F. L., Ye, H. 2003. Positive Output Super-Lift Converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 18(1), 105-113.
• [7] Gani, A. 2022. Yüksek Kazançlı Luo Çevirgeç için Uyarlamalı Sinirsel-Bulanık Çıkarım Sistemi Tabanlı Gerilim Düzenleyici Tasarımı, Fırat Üniversitesi Uzay ve Savunma Teknolojileri Dergisi, 1(1),8-13.
• [8] Jazi, H. N., Goudarzian, A., Pourbagher, R., Derakhshandeh, S. Y. 2017. PI and PWM Sliding Mode Control of POESLL Converter. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 53(5), 2167-2177.
• [9] Rigan, M., Keçecioğlu, Ö.F., Gani, A., Şekkeli, M. 2019. Negatif Çıkışlı Luo Dönüştürücünün Analizi ve Denetimi, International Symposium on Advanced Engineering Technologies,1080-1085.
• [10] Bereketoğlu, S., Gani, A., Keçecioğlu, Ö.F., Şekkeli, M. 2019. Fırçasız DA Motorun Denetimi için PI Denetleyicinin Performansının İncelenmesi, International Symposium on Advanced Engineering Technologies,1059-1064.
• [11] Kolli, A., Gaillard, A., De Bernardinis, A., Bethoux, O., Hissel, D., Khatir, Z. 2015. A Review on DC/DC Converter Architectures for Power Fuel Cell Applications. Energy Conversion and Management, 105, 716-730.
• [12] Thounthong, P., Sethakul, P., Rael, S., Davat, B. 2008. Modeling and Control of a Fuel Cell Current Control Loop of a 4-Phase Interleaved Step-up Converter for DC Distributed System. IEEE Power Electronics Specialists Conference.230-236.
• [13] Marsala, G., Pucci, M., Rabbeni, R., Vitale, G. 2011. Analysis and Design of a DC-DC Converter with High Boosting and Reduced Current Ripple for PEM FC. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference.1-8.
• [14] Cheng, S. J., Lo, Y. K., Chiu, H. J., Kuo, S. W. 2012. High-Efficiency Digital-Controlled Interleaved Power Converter for High-Power PEM Fuel-Cell Applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 60(2), 773-780.
• [15] Palma, L. 2012. DC/DC Converter Topology Selection for Low Frequency Ripple Reduction in PEM Fuel Cell Applications. In International Symposium on Power Electronics Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion 315-319.
• [16] Yildiz, E., Vural, B., Akar, F. 2016. Current Ripple Minimization of a PEM Fuel Cell via an Interleaved Converter to Prolong the Stack Life. In 2016 19th International Symposium on Electrical Apparatus and Technologies.1-4.
• [17] Şener, E., Şebeke Bağlantılı İnverterlerde Super Lift Luo Konverter Uygulaması., Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi,67s, Bilecik,2016.
• [18] Gani, A., 2023.PD-Type-2 Fuzzy Neural Network Based Control of a Super-lift Luo Converter Designed for Sustainable Future Energy Applications. In International Conference on Intelligent and Fuzzy Systems 561-568.
• [19] Rakhtala, S. M., Ghaderi, R., Ranjbar, N. A. 2011. Prolong the Stack Life of PEM Fuel Cell System via Higher Order Sliding Mode Control. In the 2nd International Conference on Control, Instrumentation and Automation. pp. 13-18.
• [20] Yıldız, E. PEM tipi Yakıt Pillerinde Çıkış Akımının Dalgalanmasını Azaltmaya Yönelik bir DC/DC Dönüştürücü Tasarımı ve Uygulaması. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi,80s, İstanbul, 2016.
• [21] Bereketoğlu, S., Açıkgöz, H., Şekkeli, M. 2020. Fırçasız Doğru Akım Motorunun Aralıklı Tip-2 Bulanık Mantık Denetleyici Tabanlı Hız Denetimi. EMO Bilimsel Dergi, 10(2), 33-42.