PEMFC 전기차용 인터리브드 부스트 컨버터 제어

양성자 교환막 연료전지(PEMFC) 시스템은 전기차(EV) 및 DC 마이크로그리드 애플리케이션에 필요한 저전압, 고전류 DC 전력을 공급합니다. 하지만 과도한 전류 리플과 급격한 부하 변동은 연료전지 스택에 전기적·열적 스트레스를 가중시킬 수 있어, 안정적인 시스템 운영을 위해 컨버터 토폴로지와 제어 전략이 중요합니다. 본 연구는 PEMFC 기반 다상 인터리브드 부스트 컨버터를 위한 미분 평탄도 기반 비선형 제어 전략을 제안합니다. 이 제어 구조는 내부 루프 인덕터 전류 제어와 외부 루프 DC 버스 에너지 제어를 결합하여 안정적인 전압 제어, 균형 잡힌 상 전류 분배, 그리고 과도 작동 조건에서 연료전지 전류 리플 감소를 달성합니다. 2.5kW PEMFC 플랫폼과 dSPACE DS1202 MicroLabBox 실시간 컨트롤러를 사용하여 2상 인터리브드 부스트 컨버터 프로토타입을 구현하고 실험을 진행했습니다. 정상 상태 및 동적 부하 조건에서 DC 버스 전압 조절, 과도 응답, 전류 공유 능력, 부하 외란에 대한 강건성을 평가했습니다. 실험 결과, 제안된 비선형 제어기는 기존 PI 기반 제어 방식 대비 더 빠른 과도 전압 복구와 작은 DC 버스 전압 편차를 보였습니다. 또한, 인터리브드 컨버터 구조는 동적 작동 시 PEMFC 출력 단자의 입력 전류 리플을 효과적으로 감소시켰습니다. 이러한 결과는 제안된 제어 전략이 안정적인 DC 버스 조절과 빠른 동적 전력 제어가 요구되는 PEMFC 기반 EV 및 DC 마이크로그리드 애플리케이션에 적합함을 시사합니다. 특히, DC 버스 전압 복구 시간을 약 150ms에서 50ms로 단축하는 성능을 입증했습니다.