박사과정 윤상현씨

국립공주대학교(총장 임경호) 미래자동차공학과 윤상현 박사과정(지도교수 한재영)이 에너지 분야 세계적 권위의 SCI 국제학술지 Energy Conversion and Management(Impact Factor 11.8, Thermodynamics & Mechanics 분야 상위 1.9%)에 연구 논문을 게재하며, 수소 모빌리티 부품 개발의 패러다임을 바꿀 차세대 가상 검증 및 제어 기술력을 입증했다.

이번 연구는 수소 모빌리티 부품을 개발하는 중소·중견기업들이 실제 시제품 제작 이전 단계에서부터 부품을 모빌리티 전체 시스템에 연동해 성능을 정밀하게 분석하고 예측할 수 있는 소프트웨어(SW) 기반 통합 검증 기술을 제시했다는 점에서 의미가 크다.

그동안 수소 모빌리티 부품을 개발하는 기업들은 "개발한 부품이 실제 드론이나 자동차에 적용됐을 때 전체 시스템 효율에 어떤 영향을 미칠지"를 양산 직전까지 정확하게 확인하기 어려웠다. 이로 인해 반복적인 시제품 제작과 시험이 불가피했고, 개발 기간과 비용 증가라는 한계에 직면해 왔다.

한재영 교수 연구팀은 이러한 산업 현장의 페인 포인트(Pain Point)를 해결하기 위해 장기체공 드론과 미래항공모빌리티(AAM)의 핵심 동력원인 2kW급 공랭식 고분자전해질연료전지(PEMFC)를 대상으로 전체 시스템 모델과 부품 모델, 고도화된 제어기 모델을 통합한 동적 시뮬레이션 소프트웨어를 개발했다.

연구팀은 여기에 모델 예측 제어(Model Predictive Control, MPC)와 입자군집최적화(Particle Swarm Optimization, PSO) 알고리즘을 융합한 제어 기법을 적용했다. 그 결과 기존 PI 제어기와 비교해 연료전지 온도 누적오차를 약 14.5% 감소시키고, 냉각팬 제어 입력 변동은 42.4% 줄이는 데 성공했다. 이를 통해 냉각에 소모되는 보조동력을 절감하고 모빌리티의 실제 순출력을 높여 시스템 효율을 향상시키는 성과를 거뒀다.

이번 기술이 산업 현장에 적용되면 기업들은 개발 중인 부품을 실제 차량이나 드론을 제작하지 않고도 가상 환경에서 모빌리티 수준으로 검증할 수 있다. 이를 통해 양산 전에 발생할 수 있는 문제를 사전에 확인하고 개선할 수 있어 개발 기간 단축과 비용 절감은 물론, 최종 제품의 성능과 효율까지 동시에 높일 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 국내 수소 산업 생태계를 선도하는 정부출연연구기관과 국립공주대를 비롯한 4개 대학, 수소 분야 대기업 및 중견기업이 참여한 '차세대 수소 모빌리티 통합 소프트웨어 개발' 국가연구개발사업의 핵심 성과로 평가받고 있다.

이 프로젝트에서 국립공주대학교는 수소 모빌리티 핵심 분야인 드론 시스템 소프트웨어 개발을 담당하고 있으며, 이번 연구를 통해 드론의 비행 시스템과 핵심 부품, 고도화된 제어 알고리즘을 하나의 플랫폼으로 유기적으로 연동하는 통합 가상 검증 모델을 성공적으로 구축했다.

윤상현 박사과정은 "이번 연구는 중소·중견 부품기업들이 개발한 부품의 성능을 모빌리티 수준에서 시뮬레이션하고 최적의 효율을 도출할 수 있는 가상 평가 시스템의 기반 기술"이라며 "현재 실시간 제어환경(HILS) 검증을 진행하고 있으며, 향후 기업들이 부품 개발과 성능 평가 과정에 즉시 활용할 수 있는 소프트웨어 패키지로 발전시킬 계획"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구 성과는 수소 모빌리티 분야의 디지털 전환과 가상 개발 환경 구축을 앞당기는 핵심 기술로 평가받고 있으며, 국내 수소 산업의 글로벌 경쟁력 강화에도 크게 기여할 것으로 기대된다.