무가선트램 하이브리드 추진제어시스템 개발을 위한 축소형 Test-bench 구성에 관한 연구

Abstract

최근 국내외적인 관심인 지구온난화 문제와 관련하여, 국가별 온실가스 감축이 의무화되고, 친환경 대중교통에 대한 관심이 많아지면서 철도차량 연구에 있어서도 감축 및 에너지 효율 향상을 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 현재의 도시교통 시스템으로서의 철도기술은 에너지 효율성 향상, 하이브리드 시스템, 대체에너지 사용에 관한 연구가 진행되고 있다.

무가선 저상 트램은 기존 전기 전동차와 달리 최근 친환경 교통수단으로써 에너지 저장 장치를 장착하여 외부 전원 없이 에너지를 사용하기 때문에 Battery의 효율적인 사용이 요구된다. 전동차에서 에너지 효율을 높이기 위해서는 에너지 저장 장치를 탑재하여 차량 제동 시 발생하는 회생에너지 흡수를 극대화하고 최적화된 충·방전 시나리오를 통해 전체 에너지 효율을 개선하기 위한 연구가 이루어져야 한다. 그러므로 무가선 저상 트램은 차량 제동 시 발생하는 회생에너지를 에너지 저장 장치에 저장하여 Battery의 효율적인 사용이 요구된다. 에너지 효율은 에너지 저장 장치의 특성에 따라 크게 좌우되는 요소인데, 기존 Battery만을 탑재한 차량에서는 잦은 충·방전과 과전류로 인해 Battery 수명이 저하되는 문제가 있다. 하이브리드 에너지 저장 장치는 상보적인 특성을 가진 두 소자 간 조합으로 이루어져서 위와 같은 문제를 해결할 수 있다.

본 논문에서는 무가선 저상 트램에 Ultra Capacitor와 Battery를 조합한 ESS를 적용하고, 양방향으로 동작이 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 전력 분배 전략을 개발하는 연구를 진행한다. Test-bench를 구성하고, HILS를 구축하여 유·무가선 구간 주행 상황별 ESS 충·방전 시나리오를 확인한다.|Recently, a wireless tram has been researched actively by means of eco-friendly vehicle. A purpose of the research is to maximize absorption of regenerative energy and life cycle of the energy storage device by applying line-optimized charging and discharging scenario. Energy efficiency and life cycle of ESS(Energy Storage System) are highly dependent on the characteristic of itself. There was problems to decrease the battery life due to frequent charging, discharging and over-current. HESS(Hybrid Energy Storage System) is combination of two ESS and each other has complementary characteristics. HESS is an alternative of the battery only system to solving above problem. In this paper, power distribution strategy and driving scenarios, which will increase the life cycle and energy efficiency of the ESS is proposed for wireless tram equipped HESS with battery and ultra-capacitor. The developed strategy was verified by Hardware In the Loop Simulation (HILS).; Recently, a wireless tram has been researched actively by means of eco-friendly vehicle. A purpose of the research is to maximize absorption of regenerative energy and life cycle of the energy storage device by applying line-optimized charging and discharging scenario. Energy efficiency and life cycle of ESS(Energy Storage System) are highly dependent on the characteristic of itself. There was problems to decrease the battery life due to frequent charging, discharging and over-current. HESS(Hybrid Energy Storage System) is combination of two ESS and each other has complementary characteristics. HESS is an alternative of the battery only system to solving above problem. In this paper, power distribution strategy and driving scenarios, which will increase the life cycle and energy efficiency of the ESS is proposed for wireless tram equipped HESS with battery and ultra-capacitor. The developed strategy was verified by Hardware In the Loop Simulation (HILS).