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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:龍啟忠
研究生(外文):Chi-Jung Lung
論文名稱:1.2kW質子交換膜燃料電池電能轉換系統之研究
論文名稱(外文):The Study of 1.2kW Proton Exchange Membrane Fuel Cell Power Conversion System
指導教授:鍾金明鍾金明引用關係
指導教授(外文):Chin-Ming Chung
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:質子交換模燃料電池電能轉換推挽式轉換器全橋式變流器
外文關鍵詞:Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)Power ConversionPush Pull ConverterFull Bridge Inverter
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本論文主要探討1.2kW質子交換膜燃料電池電能轉換系統之研製,主要將燃料電池轉換供應至交流負載上,在直流對直流的電源上將電壓提升,藉由推挽式轉換器做切換,它具有輸入電壓較低及變壓器之利用率較高的特點,再經由全橋式變流器做切換,它具有輸出電流較小及適合較大功率場合使用的特點,提供交流輸出。由實驗得出效率為72%,且電路系統穩定度良好,以提供未來燃料電池應用的發展。
本論文之研製之質子交換膜燃料電池電能轉換系統,當電流為1A與1.9A時,電流波形圖相當穩定,而當電流改變成2.1A時,此時功率約為230W,其輸出電流波形及產生扭曲變形較不穩定,經由PSIM軟體模擬與實驗比較得出穩定燃料電池發電系統,並且與實際量測結果互相比較,以驗證本文研究系統之可行性。
The paper mainly discusses 1.2kW Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) system used to operate the energy conversion. The process is to switch the fuel cell to AC load by the push-pull converter and raising the voltage on the DC-to-DC system. The converter is characterized by low input of voltage, high utilization of the transformer, switching through the push-pull converter, outputting the low current and adapting to the high power environment. The efficiency generated from this experiment is 72% and the circuit system is stable enough to develop the fuel cell.
In the PEMFC system, the oscillogram of the current is stable while the current is 1A; however, when the current is changed into 2.1A (subject to the power is 230W), the current output fluctuates and twists. After comparing the result generated from the simulation test of PSIM and experiment with the real data, this theory of the dissertation is proved to be workable.
目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
符號說明 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 4
1.3 研究步驟 4
1.4 研究限制與範圍 6
第二章 文獻探討 7
2.1 燃料電池理論分析 7
2.1.1 燃料電池之源起 7
2.1.2 燃料電池之種類 8
2.1.3 燃料電池反應特性分析 10
2.2 質子交換膜燃料電池工作原理 10
2.3 質子交換膜燃料電池結構與特性 12
2.3.1 質子交換膜 12
2.3.2 觸媒層 13
2.3.3 氣體擴散層 14
2.3.4 雙極流場板 14
2.3.5 電化學熱力學與Nernst方程式 14
2.3.6 電極動力學與Butler-Volmer方程式 17
2.4 12kW質子交換膜燃料電池系統架構 18
2.5 燃料電池電能轉換系統之電路介紹 19
2.5.1 推挽式轉換器(Push pull converter) 19
2.5.2 順向式轉換器(Forward converter) 22
2.5.3 返馳式轉換器(Flyback converter) 25
2.5.4 半橋式轉換器(Half-bridge converter) 27
2.5.5 全橋式轉換器(Full -bridge converter) 29
2.5.6 半橋式變流器(Half-Bridge inverter) 32
2.5.7 全橋式變流器(Full-Bridge inverter) 33
2.6 國內外相關文獻 34
2.7 結語 35
第三章 系統架構及電路設計 37
3.1 電能轉換之系統架構 37
3.2 推挽式轉換電路 38
3.3 單向全橋式變流器 42
3.3.1 三角波比較法 42
3.3.2 功率電晶體驅動電路 43
3.3.3 單向全橋式獨立型變流器 43
3.4 蓄電池充放電電路 44
3.5 結語 48
第四章 電路製作及結果分析 49
4.1 系統介紹 49
4.1.1 配備規格簡介 49
4.1.2 推挽式轉換器 54
4.1.3 全橋式變流器 56
4.1.4 比較器 62
4.1.5 充放電電路 64
4.2 系統整體架構 67
4.3 結語 68
第五章 結論與建議 69
5.1 結論 69
5.2 未來展望與建議 70
參考文獻 71
簡歷 73
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[2] 黃鎮江,燃料電池。全華書局,2005。
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