‘만들기 전에 검증’…국립공주대, 수소모빌리티 개발 새 길 열었다

윤상현 박사과정, JCR 상위 1% 국제학술지 논문 게재
시제품 없이 성능 예측…개발비·기간 줄일 차세대 SW기술

윤상현 박사과정 연구원.

자동차와 드론 부품을 개발하는 기업들에게 시제품 제작은 피할 수 없는 과정이었다. 부품 하나를 검증하기 위해서는 적지 않은 비용을 들여 시제품을 제작한 뒤 실제 시스템에 장착해 성능을 확인해야 했기 때문이다. 특히 자금력이 부족한 중소·중견기업에는 제품 개발보다 검증 비용이 더 큰 부담으로 작용해 왔다.

국립공주대학교 연구진이 이같은 산업계의 오랜 난제를 해결할 핵심 기술을 선보였다. 실물 시제품 없이도 소프트웨어(SW) 기반 가상환경에서 부품 성능을 검증하고 실제 모빌리티 환경에서의 최적 제어 성능까지 예측할 수 있는 기술이다.

공주대는 미래자동차공학과 한재영 교수 연구팀의 윤상현 박사과정 연구원이 수행한 연구가 에너지 분야 세계적 권위의 SCI 국제학술지 'Energy Conversion and Management' 에 논문을 게재하며 수소 모빌리티 부품 기업들의 개발 패러다임을 바꿀 차세대 가상 검증 및 제어 기술력을 입증했다고 21일 밝혔다.

연구팀은 드론과 미래항공모빌리티의 핵심 동력원인 2kW급 공랭식 고분자전해질연료전지를 중심으로 시스템과 부품, 제어기를 하나로 연결한 통합 동적 모델 소프트웨어를 개발했다.

여기에 모델예측제어와 입자군집최적화를 결합한 첨단 제어 알고리즘을 적용한 결과 기존 PI 제어 방식보다 온도 누적오차는 14.5% 감소했고, 냉각팬 구동 과정에서 발생하는 출력 변동은 42.4% 줄어드는 성과를 거뒀다. 냉각에 필요한 전력 소모를 낮추면서 실제 모빌리티가 활용할 수 있는 순출력은 더욱 높아졌다.

이번 기술이 산업 현장에 적용되면 기업들은 실물 시제품을 제작하기 전에 소프트웨어상에서 부품을 전체 시스템에 연동해 모빌리티 수준의 효율과 최적 성능을 가상으로 검증할 수 있다.

이를 통해 양산 단계에서 발생할 수 있는 문제를 사전에 확인하고 개선할 수 있어 개발 기간 단축과 비용 절감은 물론 제품의 성능과 완성도까지 높일 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 정부출연연구기관과 국립공주대를 비롯한 4개 대학, 국내외 수소 분야 대·중견기업이 공동 수행하는 '차세대 수소 모빌리티 통합 SW 개발' 국가연구과제의 핵심 성과다.

국립공주대는 이 사업에서 드론 시스템 소프트웨어 개발을 전담하고 있다.

윤상현 박사과정 연구원은 "이번 연구는 중소·중견 부품사들이 개발한 부품의 성능을 모빌리티 레벨에서 시뮬레이션하고 최적의 효율을 뽑아낼 수 있는 가상 평가 시스템의 기반이 된다"며 "조만간 실시간 제어환경(HILS) 검증을 마무리하고 기업들이 부품 개발 및 평가 프로세스에 즉각 도입할 수 있는 수준의 SW 패키지로 확장할 계획"이라고 말했다.