Dynamic programming을 이용한 연료전지 차량의 전력분배 최적화

Abstract

본 논문에서는 연료전지 차량의 전력분배 최적화에 대해서 연구하였다. 연료전지 차량의 동력원은 엔진 역할을 하는 연료전지 스택과 동력을 보조하기 위한 배터리로 구성되어 있다. 연비향상을 목적으로 두 동력원의 특성을 이용한 전력분배 전략 연구가 많이 진행되고 있다. 기존 연구에는 dynamic programming (DP) 결과를 추종하는 PID제어, 연료소모량과 배터리의 전기에너지를 등가화 하는 ECMS와 rule-based 전략 등이 있다. 기존연구에서는 연료전지를 시 불변 시스템으로 가정하였으나 실제 연료전지 차량에서 사용되는 교환막 연료전지 (proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)의 성능은 제조조건과 운전조건에 의해 영향을 받는 시변 시스템이다. 연료전지 성능을 변화 시키는 요인으로는 촉매의 열화현상, 전해질 막의 퇴화, 수분관리문제 등 다양하다. 본 연구에서는 제조조건과 운전조건의 영향으로 발생되는 연료전지 스택의 성능감소를 가역적/비가역적 열화로 구분하여 연료전지 시스템을 모델링 하였다. 가역적 열화는 일시적인 연료전지 스택의 전압손실로 고분자 전해질 막 내부의 수분이 부족한 dry-out 상황을 모사하였으며 비가역적 열화는 촉매의 열화현상, 전해질 막의 퇴화 등의 내구성 문제로 인한 영구적인 전압손실을 모델링 하였다. 이에 글로벌 최적화 기법인 dynamic programming을 이용하여 각 모델에서의 최적 전력분배 결과의 변화를 분석하고 연료전지 차량의 전력분배 적응제어 연구의 타당성을 검증했다.