전기자동차 히트펌프 공조 시스템 난방 운전의 인공신경망 역방향 제어와 비례적분 제어 비교 연구 :A Comparative Study of Artificial Neural Network Inverse Control and PI Control for Electric Vehicle Heat Pump HVAC System Heatin

추범석

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자료유형: 학위논문

저자정보: 추범석 (홍익대학교, 홍익대학교 대학원)

지도교수: 박성진

발행연도: 2023

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

운전 조건에 따른 전기 자동차용 히트펌프 공조 시스템의 냉방 난방 성능과 에너지 소모 비교

추범석 , 김태우 , 이경호 외 3명 한국자동차공학회 춘계학술대회 2023.05 학술대회자료

전기자동차 히트펌프 공조 시스템 난방 운전의 인공신경망 역방향 제어와 비례적분 제어 비교 연구

추범석 기계공학과 2023.01 학위논문

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겨울철에 자동차의 객실 난방을 위해 내연기관 자동차는 엔진의 연소 과정에서 발생한 열을 활용했으나 전기 자동차는 엔진이 없으므로 난방 운전을 위해 전기 히터 부품이 따로 필요하다. 그러나 전기 히터를 작동할 경우 전력을 소비하기 때문에 주행 거리가 급격하게 감소한다. 이 문제점을 해결하기 위해 전기 자동차의 배터리와 전장 부품으로부터 폐열을 회수하여 난방 운전하는 히트펌프 공조 시스템이 사용되고 있다. 하지만 히트펌프 공조 시스템의 제어 방법으로 비선형적이며 복잡한 시스템에는 적합하지 않은 비례적분 제어 전략을 사용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 전기 자동차용 히트펌프 공조 시스템의 난방 운전을 효율적으로 제어하기 위해 비선형 시스템에 적합한 인공신경망 역방향 제어 방법을 제시하였고, 기존의 비례적분 제어와 비교 연구를 수행하였다. 첫째, GT-SUITE® 소프트웨어를 사용하여 전기 자동차용 히트펌프 공
조 시스템 모델을 개발하고 동적인 난방 운전 조건에서 컴포넌트 모델과 시스템 모델을 검증하여 시뮬레이션의 신뢰성을 확보하였다. 둘째, 냉매 압축기, 공기 블로워, 냉각수 펌프의 회전수를 제어하는 비례적분 제어기와 인공신경망 역방향 제어기를 개발하고 검증하였다. 셋째, 제어기의 제어 성능에 해당하는 백분율 오버슈트(Percent Overshoot)와 정착시간(Settling Time), 난방 성능에 해당하는 난방 성능계수(COP:Coefficient of Performance)를 비교하였다. 비교 결과 인공신경망 역방향 제어가 비례적분 제어와 비교하여 난방의 오버슈트가 낮아 안정적으로 제어하였으며 정상상태 및 동적상태의 난방 조건에서 난방 성능계수가 더 높아 더 효율적으로 제어하였다

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.1.1 전기 자동차용 히트펌프 공조 시스템 1
1.1.2 비례·적분·미분 제어 3
1.1.3 인공신경망 역방향 제어 4
1.2. 연구 동향 5
1.3. 연구 목적 6
제 2 장 히트펌프 공조 시스템 모델 개발 및 검증 8
2.1 컴포넌트 및 시스템 모델 개발 9
2.1.1 판형 열교환기 모델 10
2.1.2 루버 핀형 열교환기 모델 13
2.1.3 팽창 밸브 모델 16
2.1.4 압축기 모델 17
2.2 컴포넌트 및 시스템 모델 검증 18
2.2.1 컴포넌트 모델 검증 18
2.2.2 히트펌프 공조 시스템 모델 검증 20
제 3 장 제어기 개발 및 검증 23
3.1 비례적분 제어기 개발 및 검증 24
3.1.1 비례적분 제어기 개발 24
3.1.2 비례적분 제어기 검증 25
3.2 인공신경망 역방향 제어기 개발 및 검증 28
3.2.1 인공신경망 역방향 제어기 개발 28
3.2.2 인공신경망 역방향 제어기 검증 34
제 4 장 제어 성능 및 난방 성능 비교 36
4.1 제어 성능 비교 36
4.1.1 제어기 응답 비교 38
4.1.2 백분율 오버슈트 비교 40
4.1.3 정착시간 비교 42
4.2 난방 성능 비교 43
4.2.1 정상상태 난방 에너지 소요 비교 44
4.2.2 정상상태 난방 성능계수 비교 46
4.2.3 동적상태 난방 에너지 효율 비교 47
제 5 장 결론 53
참고문헌 55
ABSTRACT 58

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