Yakıt pili ile maksimum güç noktası izleyici kullanarak akü şarj devresi tasarımı ve uygulaması

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan hidrojen enerjisinin, kullanım alanlarından biri hidrojen yakıt pilleridir. Hidrojen yakıt pillerinin performansı sıcaklık, hidrojen ve oksijenin kısmi basıncı, elektrolit nem oranı ve yakıt saflığı gibi faktörlere bağlıdır. Bu faktörler hidrojen yakıt pilinin karakteristiğini değiştirerek maksimum güç noktasının değişmesine neden olmaktadır. Hidrojen yakıt pilinde maksimum güç noktasındaki bu değişimin takip edilebilmesi için, maksimum güç noktası izleyici kullanılmaktadır. Maksimum güç noktası izleyici, hidrojen yakıt pilinin çıkışına bağlanan uygun bir dönüştürücünün maksimum güç noktası izleyici algoritması ile kontrol edilmesi olarak tanımlanabilir. Maksimum güç noktası izleyiciler tüm DA-DA dönüştürücü topolojilerine uygulanabilmektedir. Maksimum güç noktası izleyici uygulamalarında genellikle düşürücü-yükseltici tip DA-DA dönüştürücüler tercih edilmektedir. Flyback dönüştürücü, yükseltici ve düşürücü olarak çalışabilmesi, devre elemanı sayısının az olması, giriş ve çıkış katı arasında yalıtım olması ve 150W güçlere kadar iyi performans vermesi gibi özelliklere sahiptir. Yapılan tez çalışmasında hidrojen yakıt pili türleri arasında bulunan proton değişim membranlı yakıt pilinin matematiksel modeli elde edilmiştir. Elde edilen model üzerinden sıcaklık değişiminin, yakıt pilinin çıkış gücü üzerine etkisi incelenmiştir. Sıcaklık etkisiyle değişen maksimum güç noktasının takip edilmesi için Flyback dönüştürücü kullanılarak maksimum güç noktası izleyici tasarlanmış ve Tasarlanan dönüştürücünün MATLAB/Simulink ortamında simülasyonu yapılmıştır. Daha sonra maksimum güç noktası izleyebilen akü şarj uygulaması için deneysel düzenek kurulmuş, maksimum güç noktası izleyici ve gerilim modu kontrol uygulaması yapılmıştır. Son olarak akü şarj uygulaması yapılarak elde edilen sonuçlar irdelenmiştir.

One of the usage areas of hydrogen energy, which is one of the renewable energy sources, is hydrogen fuel cells. The performance of hydrogen fuel cells depends on factors such as temperature, hydrogen and oxygen partial pressure, electrolyte humidity and fuel purity. These factors affect the fuel cell output characteristics and change the maximum power point. Hence, MPPT (maximum power point tracker) should be used. The maximum power point tracker can be defined as the control of a converter connected to the output of the hydrogen fuel cell by the maximum power point tracker algorithm. Maximum power point trackers can be applied to all DC-DC Converter topologies. Buck-Boost type DC-DC Converters are generally preferred in maximum power point tracker applications. The flyback converter has features such as low number of circuit elements, insulation between input and output stages, and good performance up to 150W power. In this thesis, the mathematical model of the proton exchange membrane fuel cell has been obtained. The effect of temperature change on the output power of the fuel cell was investigated using a mathematical model. The maximum power point tracker has been designed using a Flyback converter to keep track of the maximum power point changing with the effect of temperature. The designed converter was simulated in MATLAB / Simulink environment. Then, an experimental setup was established for the maximum power tracking battery charger application. On this setup, maximum power point tracker and voltage mode control applications were done. Finally, the MPPT battery charge performed and the results were explained.