시간적 성능 모형 기반의 연료전지 신뢰성 예측 방법론 연구

Abstract

최근 유럽과 미국의 배기가스 규제와 같은 다양한 환경 규제로 인해서 친환경 자동차에 대한 관심이 커지면서 친환경차 개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 가격 경쟁력을 위한 요소기술 개발과 수소저장 시스템에 대한 안정성 에 대한 연구만 진행되고 있을 뿐 시간에 대한 열화 모형에 관한 연구는 미흡한 상황으로 연료전지의 신뢰성 시험을 하기 위해서는 많은 시간과 비용이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 연료전지의 시간에 대한 열화 모형을 제안하기 위하여 연료전지의 성능 측정 기준으로 이용되는 IV 곡선에 시간을 고려한 항을 추가하여 시간에 대한 열화모형을 제안하였다. 기존의 IV 곡선 모형화 방법은 전기, 화학적인 변수를 이용하였고 시간을 고려하는 항이 존재하지 않았기 때문에 시간에 대한 열화 패턴을 알수가 없었다. 따라서 본 연구에서는 통계 모형을 이용한 모형화 방법을 통해 시간의 변화를 반영한 모수를 추가하여 시간이 지난후의 IV 곡선을 예측하여 연료전지의 열화패턴을 예측하고자 한다. 우선 대표적으로 사용되는 열화모형에 가속열화시험을 진행한 데이터를 적합하여 적절한 모형을 찾았다. 다음단계로 선택한 통계 모형을 이용하여 비선형 혼합효과 모형을 구축하였고 LB 알고리즘(Lindstrom & Bates algorithm)을 통해 모수를 계산하고 시간에 따른 모수의 변화를 모형화 하였다. 마지막으로 통계 모형에 앞에서 계산된 모수를 반영한 시간적 성능 모형을 제안하였으며, 가속열화시험을 통해 얻은 PEMFC 연료전지 데이터에 적용하여 RMSEP 값 비교를 통해서 모형 구축 시간을 선택하였고 모형 검증을 진행하였다.