전압 불확실성을 고려한 연료전지 시스템 전력 밀도 최적화

Abstract

수소 전기차의 핵심 전력 생산 장치인 수송용 연료전지, PEMFC (Polymer electrolyte membrane fuel cell) 는 스택의 셀 수 증가에 따라 전력이 증가하지만 수송용 특성에 따라 공간의 제약이 있어 순 전력 보다 전력 밀도가 주요한 성능의 척도이다. 이에 따라 제한된 공간 내에서 차량의 요구 성능을 만족시키며 연료전지의 최대 성능을 도출할 수 있는 사양 탐색이 필요하다. 또한 스택이 차량의 동력원이 되기 위해 필요한 주변 장치와의 상호작용에 의해 연료전지의 성능이 결정되므로 특정 사양에서 요구 성능에 따른 최적 운전 영역 탐색이 필요하다. 주변 장치에 의해 제어되는 스택 반응 기체의 분포 발생은 스택 내 셀 전압의 불확실성을 야기하고 전체 시스템 성능에 영향을 미친다. 이러한 셀 전압 불확실성을 반영한 안정적인 최적 운전 영역 탐색이 요구되고 그에 따라 신뢰성 기반 최적화가 필요하다. 본 연구는 신뢰성 기반 연료전지 사양과 운전 조건 최적화의 필요성에 따라 셀 전압 불확실성을 반영할 수 있는 데이터 기반 연료전지 시스템 대리모델을 구축하고 요구 성능에 따른 연료전지 시스템 전력 밀도 최적화를 수행하여 결과를 분석한다.