KR102633052B1 - 듀얼 pemfc 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 듀얼 PEMFC(Proton-exchange membrane fuel cell) 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템에 관한 것으로서, 특히 듀얼 PEMFC와 배터리를 에너지원으로 하고, 상기 듀얼 PEMFC 및 배터리의 후단에 각각 설치되어 출력전압을 승압시키는 제1 DC/DC 컨버터, 제2 DC/DC 컨버터 및 제3 DC/DC 컨버터를 제어하는 PWM(pulse-width modulation) 신호를 생성하는, 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 듀얼 PEMFC(Proton-exchange membrane fuel cell) 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템에 관한 것으로서, 특히 듀얼 PEMFC와 배터리를 에너지원으로 하고, 상기 듀얼 PEMFC 및 배터리의 후단에 각각 설치되어 출력전압을 승압시키는 제1 DC/DC 컨버터, 제2 DC/DC 컨버터 및 제3 DC/DC 컨버터를 제어하는 PWM(pulse-width modulation) 신호를 생성하는, 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
현재 급속한 경제 발전, 에너지 소비 증가, 화석 연료 자원 고갈과 함께 환경 오염 문제가 점점 심각해지고 있다. 에너지 위기는 최근 몇 년 동안 환경친화적인 전력 공급에 관한 엄청난 연구로 이어졌다. 연료 전지의 몇몇 유형인 인산 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염 연료 전지(MCFC), 고체 산화물 연료 전지 (SOFC) 및 PEMFC가 연구되었다. 현재의 연료전지(FC) 기술 중에서 PEMFC는 가장 유망하다. 전기 화학 반응에 의해 연료의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. PEMFC는 다른 연료전지에 비해 가동 속도가 빠르며 배출량이 거의 0이고 에너지 밀도가 높고 효율이 높으며 작동 온도가 낮기 때문에 발전, 고정, 자동차, 상업 및 항공우주 애플리케이션에서 널리 사용된다. 단, 철도 수송 등의 고출력 용도로 사용하면 연료 전지의 크기가 크고 길어져 가스 누출이나 운전 효율의 저하로 이어질 가능성이 있다. 또한 화학 반응으로 인해 연료 전지의 동적 응답이 느려지고 급격한 전력 변화에 대해 충분한 전력을 공급할 수 없다. 따라서, 배터리와 결합된 멀티 스택 연료 전지 시스템은 상기 문제점을 극복할 수 있다. MFCS를 사용하면 개별 스택의 열화를 줄이고 시스템 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 멀티 스택 연료 전지/배터리를 관리하여 연료 전지 시스템의 효율을 개선하고 수소 트램의 위치 에너지를 회수할 수 있다.
그러나, 연료 전지 시스템의 수가 증가함에 따라, 다중 스택 연료 전지/배터리의 에너지 관리 전략은 몇몇 제어된 파라미터를 사용하므로 더욱 복잡해진다. 이러한 이유때문에 하이브리드 듀얼 PEM 연료전지/배터리 트램웨이의 혁신적인 에너지 관리 전략이 필요하게 되었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 듀얼 PEMFC를 고효율 영역에서 작동시킬 수 있고 기존 전력을 배터리에서 보완할 수 있고 허용 범위 내에서 배터리의 충전상태를 보장할 수 있는, 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시형태에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템은 듀얼 PEMFC인 PEMFC(Proton-exchange membrane fuel cell) 1 및 PEMFC 2와, 배터리를 에너지원으로 하고, 상기 PEMFC 1, PEMFC 2 및 배터리의 후단에 각각 설치되어 출력전압을 승압시키는 제1 DC/DC 컨버터, 제2 DC/DC 컨버터 및 제3 DC/DC 컨버터를 제어하는 PWM(pulse-width modulation) 신호를 생성하는, 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템으로서, 상기 듀얼 PEMFC의 설정된 효율() 데이터, 및 상기 배터리의 충전상태(SOC) 데이터를 입력받아 패널티 함수를 실행하여 배터리의 충전상태를 허용 범위 내에서 보장하고, 패널티 함수의 결과 데이터 및 상기 듀얼 PEMFC의 설정된 효율 데이터를 입력받아 ES(Extremum seeking)를 실행시켜 전기 트램에서 필요로 하는 전력을 상기 듀얼 PEMFC 및 배터리에 할당하도록 구성된 상층; 상기 상층에서 할당된 듀얼 PEMFC의 전력() 데이터를 입력받아 지도 검색 알고리듬(map search algorithm)을 사용하여 듀얼 PEMFC의 기준 전력을 PEMFC 1 및 PEMFC 2에 분배하도록 구성된 중층; 및 상기 중층에서 분배된 PEMFC 1 기준 전력의 데이터 및 PEMFC2 기준 전력의 데이터를 입력받아 설정된 저레벨 제어를 수행하여 PWM 신호를 생성하도록 구성된 하층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템에 있어서, 상기 상층(100)에서 실행되는 패널티 함수는 다음의 [수학식 1]에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
[여기서, 는 패널티 함수를 나타내며, K는 일정 이득을 나타내며, SOC는 배터리 충전 상태를 나타내며, 는 배터리 최소 충전 상태를 나타내며, 는 배터리 최대 충전 상태를 나타냄]
상기 실시형태에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템에 있어서, 상기 PEMFC 1 및 PEMFC 2는 각각의 효율 맵(efficiency map)에 의해 필요 전력이 결정되며, 각각의 필요 전력에서 상기 PEMFC 1 및 PEMFC 2의 전력이 동시에 조정되어 다음의 [수학식 5]와 같이 목적 함수의 최댓값이 달성될 수 있다.
[수학식 5]
[여기서, 는 목적 함수의 최댓값을 나타내며, 는 PEMFC 1의 효율을 나타내며, 는 PEMFC 2의 효율을 나타냄]
본 발명의 실시형태에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템에 의하면, 듀얼 PEMFC의 설정된 효율() 데이터, 및 배터리의 충전상태(SOC) 데이터를 입력받아 패널티 함수를 실행하여 배터리의 충전상태를 허용 범위 내에서 보장하고, 패널티 함수의 결과 데이터 및 상기 듀얼 PEMFC의 설정된 효율 데이터를 입력받아 ES(Extremum seeking)를 실행시켜 전기 트램에서 필요로 하는 전력을 상기 듀얼 PEMFC 및 배터리에 할당하고, 할당된 듀얼 PEMFC의 전력() 데이터를 입력받아 지도 검색 알고리듬(map search algorithm)을 사용하여 듀얼 PEMFC의 기준 전력을 PEMFC 1 및 PEMFC 2에 분배하고, 분배된 PEMFC 1 기준 전력의 데이터 및 PEMFC2 기준 전력의 데이터를 입력받아 설정된 저레벨 제어를 수행하여 PWM 신호를 생성하도록 구성됨으로써, 듀얼 PEMFC를 고효율 영역에서 작동시킬 수 있고 기존 전력을 배터리에서 보완할 수 있고 허용 범위 내에서 배터리의 충전상태를 보장할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템의 회로도이다.
도 3은 도 2의 에너지 관리 시스템의 개략도이다.
도 4는 도 3의 상층에 대한 상세 회로도이다.
도 5는 도 3의 중층에서 사용되는 PEMFC 1 및 PEMFC 2의 효율 맵을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 중층에서 사용되는 PEMFC 1의 전력 기준 곡선을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 중층에서 사용되는 PEMFC 2의 전력 기준 곡선을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템의 회로도이다.
도 3은 도 2의 에너지 관리 시스템의 개략도이다.
도 4는 도 3의 상층에 대한 상세 회로도이다.
도 5는 도 3의 중층에서 사용되는 PEMFC 1 및 PEMFC 2의 효율 맵을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 중층에서 사용되는 PEMFC 1의 전력 기준 곡선을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 중층에서 사용되는 PEMFC 2의 전력 기준 곡선을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 자료 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 자료 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 자료 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는, 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램(Dual Fuel Cell/Battery Tramway)에 대해서 설명한다.
듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램은, 도 1에 도시된 바와 같이, 듀얼 PEMFC(Proton-exchange membrane fuel cell)인 PEMFC 1(10) 및 PEMFC 2(10′)와 배터리(20)를 에너지원으로 하며, 제1 DC/DC 컨버터(30), 제2 DC/DC 컨버터(30′) 및 제3 DC/DC 컨버터(33)를 통해 DC 버스에 연결된다. 배터리(20)는 양방향 컨버터인 제3 DC/DC 컨버터(33)에 연결되어 에너지 전달 및 복구 작업을 위해 양방향으로 전력 흐름을 전달한다.
제1 DC/DC 컨버터(30), 제2 DC/DC 컨버터(30′) 및 제3 DC/DC 컨버터(33)는 PEMFC 1(10), PEMFC 2(10′) 및 배터리(20)의 후단에 각각 설치되어 PEMFC 1(10), PEMFC 2(10′) 및 배터리(20)의 출력전압을 승압시킨다.
DC/AC 인버터(40)는 DC 버스의 DC를 통해 3상 전압으로 변환하여 3상 모터인 전기 모터(50)에 공급한다.
이하, 본 발명에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램(Dual Fuel Cell/Battery Tramway)의 에너지 관리 시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템의 회로도이고, 도 3은 도 2의 에너지 관리 시스템의 개략도이다.
본 발명의 실시예에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템(1000)은 제1 DC/DC 컨버터(30), 제2 DC/DC 컨버터(30′) 및 제3 DC/DC 컨버터(33)를 제어하는 PWM(pulse-width modulation) 신호를 생성하는 역할을 한다.
본 발명에 의한 에너지 관리 시스템(1000)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상층(100), 중층(200) 및 하층(300)을 포함한다.
상층(100)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 듀얼 PEMFC(10, 10′)의 설정된 효율() 데이터, 및 배터리(20)의 충전상태(SOC) 데이터를 입력받아 패널티 함수를 실행하여 배터리(20)의 충전상태를 허용 범위 내에서 보장하고, 패널티 함수의 결과 데이터() 및 듀얼 PEMFC(10, 10′)의 설정된 효율() 데이터를 입력받아 ES(Extremum seeking)를 실행시켜 전기 트램에서 필요로 하는 전력()을 듀얼 PEMFC(10, 10′) 및 배터리(20)에 할당하는 역할을 한다.
상층(100)은 패널티 함수 실행부(110)와 ES 실행부(120, 130, 140, 150)를 포함한다.
패널티 함수 실행부(110)는 입력된 배터리(20)의 충전상태(SOC) 데이터를 기초로 다음의 [수학식 1]에 의해 결정된 패널티 함수를 실행하여 배터리(20)의 충전상태를 허용 범위 내에서 보장하는 역할을 한다.
[수학식 1]
[여기서, 는 패널티 함수를 나타내며, K는 일정 이득을 나타내며, SOC는 배터리 충전 상태를 나타내며, 는 배터리 최소 충전 상태를 나타내며, 는 배터리 최대 충전 상태를 나타냄]
ES 실행부(120, 130, 140, 150)는 패널티 함수의 결과() 데이터 및 듀얼 PEMFC(10, 10′)의 설정된 효율() 데이터를 입력받아 ES(Extremum seeking)를 실행시켜 전기 트램에서 필요로 하는 전력()을 듀얼 PEMFC(10, 10′) 및 배터리(20)에 할당하는 역할을 한다. 듀얼 PEMFC(10, 10′)에 할당되는 전력은 이고, 배터리(20)에 할당되는 전력은 이다.
ES 실행부(120, 130, 140, 150)는 가산기(120), 복조부(130), 파라미터 업데이터부(140), 변조부(150) 및 감산기(160)를 포함한다.
가산기(120)는 패널티 함수 실행부(110)에서 입력된 패널티 함수의 결과() 데이터 및 듀얼 PEMFC(10, 10′)의 설정된 효율() 데이터를 가산 시키는 역할을 한다.
복조부(130)는 가산기(120)에서 가산 데이터를 입력받아 복조하여 다음의 [수학식 2]와 같은 복조 출력() 데이터를 획득한다.
[수학식 2]
[여기서, 는 복조를 위한 고주파를 나타내며, 는 패널티 함수의 결과를 나타내며, 는 듀얼 PEMFC의 설정된 효율을 나타내며, 는 하이패스 필터의 전달함수를 나타냄]
파라미터 업데이터부(140)는 복조부(130)에서 복조 출력() 데이터를 입력받아 로패스 필터링(Low-pass filtering)하고 적분하는 역할을 한다.
파라미터 업데이터부(140)의 출력은 다음의 [수학식 3]과 같다.
[수학식 3]
[여기서, 는 로패스 필터의 출력을 나타내며, k는 학습률을 나타내며, 는 적분기의 전달함수를 나타냄]
변조부(150)는 파라미터 업데이터부(140)의 출력을 입력받아 변조하여 다음의 [수학식 4]와 같은 듀얼 PEMFC의 전력()을 획득하는 역할을 한다.
[수학식 4]
[여기서, 는 변조를 위한 고주파를 나타내고, 는 파라미터 업데이터부의 출력을 나타냄]
감산기(160)는 전기 트램에서 필요로 하는 전력()에서 변조부(150)에서 획득되는 듀얼 PEMFC의 전력()을 감산하여 배터리(20) 전력()을 획득하는 역할을 한다.
중층(200)은 상층(100)에서 할당된 듀얼 PEMFC의 전력() 데이터를 입력받아 지도 검색 알고리듬(map search algorithm)을 사용하여 듀얼 PEMFC의 기준 전력을 PEMFC 1(10) 및 PEMFC 2(10′)에 분배하는 역할을 한다.
PEMFC 1(10) 및 PEMFC 2(10′)는 각각 도 5와 같은 효율 맵(efficiency map)에 의해 필요 전력이 결정된다.
각각의 필요 전력에서 PEMFC 1(10) 및 PEMFC 2(10′)의 전력이 동시에 조정되어 다음의 [수학식 5]와 같이 목적 함수의 최대값이 달성될 수 있다.
[수학식 5]
[여기서, 는 목적 함수의 최대값을 나타내며, 는 PEMFC 1의 효율을 나타내며, 는 PEMFC 2의 효율을 나타냄]
도 6은 도 3의 중층에서 사용되는 PEMFC 1의 전력 기준 곡선을 나타낸 도면이고, 도 7은 도 3의 중층에서 사용되는 PEMFC 2의 전력 기준 곡선을 나타낸 도면이다.
지도 검색 알고리듬(map search algorithm)을 사용하면 도 6 및 도 7의 전력 기준 곡선을 획득할 수 있다. 이 곡선을 사용하면 서로 다른 필요 전력으로 두 개의 PEMFC 1(10), PEMFC 2(10′)가 최적의 지점에서 작동할 수 있다.
하층(300)은 중층(200)에서 분배된 PEMFC 1(10) 기준 전력의 데이터 및 PEMFC 2(10) 기준 전력의 데이터를 입력받아 설정된 저레벨 제어를 수행하여 PWM 신호를 생성하는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상층(100)에서는 듀얼 PEMFC(10, 10′)의 설정된 효율() 데이터, 및 배터리(20)의 충전상태(SOC) 데이터를 입력받아 패널티 함수를 실행하여 배터리의 충전상태를 허용 범위 내에서 보장하고, 패널티 함수의 결과 데이터 및 듀얼 PEMFC의 설정된 효율 데이터를 입력받아 ES(Extremum seeking)를 실행시켜 전기 트램에서 필요로 하는 전력을 듀얼 PEMFC(10, 10′) 및 배터리(20)에 할당한다.
다음, 중층(200)에서는 상층(100)에서 할당된 듀얼 PEMFC의 전력() 데이터를 입력받아 지도 검색 알고리듬(map search algorithm)을 사용하여 듀얼 PEMFC의 기준 전력을 PEMFC 1(10) 및 PEMFC 2(10′)에 분배한다.
다음, 하층(300)에서는 중층(200)에서 분배된 PEMFC 1 기준 전력의 데이터 및 PEMFC2 기준 전력의 데이터를 입력받아 설정된 저레벨 제어를 수행하여 PWM 신호를 생성한다.
본 발명의 실시예에 의한 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템에 의하면, 듀얼 PEMFC의 설정된 효율() 데이터, 및 배터리의 충전상태(SOC) 데이터를 입력받아 패널티 함수를 실행하여 배터리의 충전상태를 허용 범위 내에서 보장하고, 패널티 함수의 결과 데이터 및 상기 듀얼 PEMFC의 설정된 효율 데이터를 입력받아 ES(Extremum seeking)를 실행시켜 전기 트램에서 필요로 하는 전력을 상기 듀얼 PEMFC 및 배터리에 할당하고, 할당된 듀얼 PEMFC의 전력() 데이터를 입력받아 지도 검색 알고리듬(map search algorithm)을 사용하여 듀얼 PEMFC의 기준 전력을 PEMFC 1 및 PEMFC 2에 분배하고, 분배된 PEMFC 1 기준 전력의 데이터 및 PEMFC2 기준 전력의 데이터를 입력받아 설정된 저레벨 제어를 수행하여 PWM 신호를 생성하도록 구성됨으로써, 듀얼 PEMFC를 고효율 영역에서 작동시킬 수 있고 기존 전력을 배터리에서 보완할 수 있고 허용 범위 내에서 배터리의 충전상태를 보장할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: PEMFC 1
10′: PEMFC 2
20: 배터리
30: 제1 DC/DC 컨버터
30′: 제2 DC/DC 컨버터
33: 제3 DC/DC 컨버터
40: DC/AC 인버터
50: 전기 모터
100: 상층
110: 패널티 함수 실행부
120: 가산기
130: 복조부
140: 파라미터 업데이터부
150: 변조부
160: 감산기
200: 중층
300: 하층
10′: PEMFC 2
20: 배터리
30: 제1 DC/DC 컨버터
30′: 제2 DC/DC 컨버터
33: 제3 DC/DC 컨버터
40: DC/AC 인버터
50: 전기 모터
100: 상층
110: 패널티 함수 실행부
120: 가산기
130: 복조부
140: 파라미터 업데이터부
150: 변조부
160: 감산기
200: 중층
300: 하층
Claims (3)
- 듀얼 PEMFC인 PEMFC(Proton-exchange membrane fuel cell) 1(10) 및 PEMFC 2(10′)와, 배터리(20)를 에너지원으로 하고, 상기 PEMFC 1, PEMFC 2 및 배터리의 후단에 각각 설치되어 출력전압을 승압시키는 제1 DC/DC 컨버터(30), 제2 DC/DC 컨버터(30′) 및 제3 DC/DC 컨버터(33)를 제어하는 PWM(pulse-width modulation) 신호를 생성하는, 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템으로서,
상기 듀얼 PEMFC의 설정된 효율() 데이터, 및 상기 배터리의 충전상태(SOC) 데이터를 입력받아 패널티 함수를 실행하여 배터리의 충전상태를 허용 범위 내에서 보장하고, 패널티 함수의 결과 데이터 및 상기 듀얼 PEMFC의 설정된 효율 데이터를 입력받아 ES(Extremum seeking)를 실행시켜 전기 트램에서 필요로 하는 전력을 상기 듀얼 PEMFC 및 배터리에 할당하도록 구성된 상층(100);
상기 상층에서 할당된 듀얼 PEMFC의 전력() 데이터를 입력받아 지도 검색 알고리듬(map search algorithm)을 사용하여 듀얼 PEMFC의 기준 전력을 PEMFC 1 및 PEMFC 2에 분배하도록 구성된 중층(200); 및
상기 중층에서 분배된 PEMFC 1 기준 전력의 데이터 및 PEMFC2 기준 전력의 데이터를 입력받아 설정된 저레벨 제어를 수행하여 PWM 신호를 생성하도록 구성된 하층(300);을 포함하며,
상기 PEMFC 1 및 PEMFC 2는 각각의 효율 맵(efficiency map)에 의해 필요 전력이 결정되며,
각각의 필요 전력에서 상기 PEMFC 1 및 PEMFC 2의 전력이 동시에 조정되어 다음의 [수학식 5]와 같이 목적 함수의 최대값이 달성될 수 있는, 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템.
[수학식 5]
[여기서, 는 목적 함수의 최대값을 나타내며, 는 PEMFC 1의 효율을 나타내며, 는 PEMFC 2의 효율을 나타냄]
- 제1 항에 있어서,
상기 상층(100)에서 실행되는 패널티 함수는 다음의 [수학식 1]에 의해 결정되는, 듀얼 PEMFC 및 배터리에 의해 구동되는 전기 트램의 에너지 관리 시스템.
[수학식 1]
[여기서, 는 패널티 함수를 나타내며, K는 일정 이득을 나타내며, SOC는 배터리 충전 상태를 나타내며, 는 배터리 최소 충전 상태를 나타내며, 는 배터리 최대 충전 상태를 나타냄]
- 삭제
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|---|---|---|---|---|
| JP2017033712A (ja) * | 2015-07-30 | 2017-02-09 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 燃料電池システム |
| JP2021197861A (ja) * | 2020-06-17 | 2021-12-27 | 新電元工業株式会社 | 環境エネルギーを利用した電源システム |
| JP2022511467A (ja) * | 2018-12-14 | 2022-01-31 | エフシーアイ カンパニー，リミテッド | 燃料電池の制御システム |
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-
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