초록 ▼

□ 연구개요
수소연료전지 자동차의 비효율성을 효과적으로 극복하기 위하여 새로운 방식의 다층 비대칭형 연료전지 시스템(Fuel Cell System) 구조 및 이를 운용하기 위한 딥러닝 기반 실시간 최적 에너지 분배 알고리즘(EMS)을 연구.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도 연구목표: 다양한 시내버스 운행조건을 섭렵할 속도 프로파일을 정의하고, 버스 모델링 및 용량매칭 수행.
1차년도 연구결과: 정의된 속도 프로파일을 바탕으로 새로운 FCEV 모델링을 실시하였고, 동적계획법을 바탕으로 최적의 구성요소

□ 연구개요
수소연료전지 자동차의 비효율성을 효과적으로 극복하기 위하여 새로운 방식의 다층 비대칭형 연료전지 시스템(Fuel Cell System) 구조 및 이를 운용하기 위한 딥러닝 기반 실시간 최적 에너지 분배 알고리즘(EMS)을 연구.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도 연구목표: 다양한 시내버스 운행조건을 섭렵할 속도 프로파일을 정의하고, 버스 모델링 및 용량매칭 수행.
1차년도 연구결과: 정의된 속도 프로파일을 바탕으로 새로운 FCEV 모델링을 실시하였고, 동적계획법을 바탕으로 최적의 구성요소 용량매칭을 달성함. 이후, 연료전지의 연결구조 자체에 기인한 효율변화 경향성을 파악함.

2차년도 연구목표: 다층 비대칭형 연료전지 시뮬레이션 및 딥러닝 기반의 실시간 에너지 분배 알고리즘 개발을 수행함.
2차년도 연구결과: 다층으로 연료전지 시스템을 구성하여 연료전지 구성에 따른 에너지 배분 비율을 계산하고, 최적의 다층 구조 및 등가효율맵을 개발함. 이후 ESS에서 더 효율적인 배터리, UC 및 LIC 혼용 시 최고의 효율을 달성. 또한, 시계열 딥러닝 기법을 사용하여 최적의 실시간 에너지 분배 알고리즘을 개발함.

3차년도 연구 목표: 발상전환을 통한 B.O.P에너지 제공 및 HILS 기반으로 에너지배분 알고리즘 현실화 수행.
연료전지에서 발생하는 BOP를 ESS에서도 제공하여, 추가 에너지 효율상승을 꾀함. 특히, 연료전지 저효율 운용구간을 식별하고, 해당 구간에서 ESS가 에너지를 제공하도록 로직을 개발함. 이 후, HILS를 이용하여 에너지 분배 알고리즘이 탑재된 컨트롤러와 차량모델을 연동하여 실시간 환경에서 안정성과 성능을 검증함. 이 때, 딥러닝의 가중치 행렬이 큰 사이즈의 메모리를 요구하는 경우 처리속도를 개선하면서도 성능이 보장되는 사이즈로 간소화를 시도함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
환경에 대한 관심이 고조됨에 따라 진정으로 내연기관 자동차를 대체할 친환경차가 무엇인 지 각축을 벌이고 있음. 특히, 하이브리드자동차는 일본에서 그리고 전기자동차가 미국이 기술을 선도하고 있음. 연료전지자동차가 진정한 차세대 친환경차로 거듭나기 위해서는 현재의 기술단계를 다시 뛰어넘는 새로운 기술이 필요하며, 한국이 해당 기술을 선점하는 것이 필요함.
연료전지 자동차와 관련하여, 기존에는 EMS 위주로 연구를 진행하였으나, 다층 비대칭형 및 B.O.P 혁신과 같이 하드웨어적으로도 새롭게 문제에 접근할 수 있다는 점을 간과함. 기존에 보지 못한 하드웨어적 한계를 극복하여 숨어있는 혹은 간과한 시스템 효율향상을 도모하고 EMS(소프트웨어적)에서도 창의적인 견지로 연구를 진행한다면 새로운 연구의 방향이 될 수 있음. 새로운 연구방향의 제안은, 많은 연구자들에게 다시금 연료전지에 큰 관심을 불러 일으킬 것임.
과거의 EMS의 경우 미래를 예측하는 기술이 부족하여 EMS의 글로벌 최적화 정확성을 보장받을 수 없었음. 최근 딥러닝으로 이러한 부분을 보완하고 있지만, 강화학습의 경우, 오버피팅이 심하고, 정확도도 DP 등의 전역최적화 결과와 비교하면 정확도가 부족함. 제안되는 방법에 의하면, 전역최적화를 실시간으로 이루는 것이 가능하고, 앞으로 상용, 승용 등 다양한 차종에 적용 가능하므로, 연료전지 차량의 혁신에 큰 기여를 할 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 자체점검표 ... 11
• 7. 참고문헌 ... 11
• 끝페이지 ... 30