국립공주대 윤상현 박사과정, JCR 상위 1% 국제학술지 게재…수소 모빌리티 SW 기술력 입증

부품 개발 전 가상 성능 검증 기술 개발…개발 기간·비용 줄이고 효율 높이는 통합 제어 소프트웨어 구현

윤상현 박사과정생

국립공주대학교(총장 임경호)는 미래자동차공학과 윤상현 박사과정(지도교수 한재영)의 논문이 에너지 분야 세계적 권위의 SCI 국제학술지 'Energy Conversion and Management'(Impact Factor 11.8, Thermodynamics & Mechanics 분야 상위 1.9%)에 게재됐다고 밝혔다.

논문은 수소 모빌리티 부품을 개발하는 중소·중견기업이 시제품 제작 이전 단계에서 부품 성능을 모빌리티 시스템 수준에서 미리 검증할 수 있는 소프트웨어 기반 통합 성능평가 및 제어 기술을 제시해 주목받고 있다.

연구팀은 장기체공 드론과 미래항공모빌리티(AAM)의 핵심 동력원인 2kW급 공랭식 고분자전해질연료전지(PEMFC)를 대상으로 전체 시스템 모델과 부품 모델, 고도화된 제어기를 하나로 연동한 통합 동적 모델 소프트웨어를 개발했다.

또 모델 예측 제어(MPC)와 입자 군집 최적화(PSO) 알고리즘을 결합해 기존 PI 제어 방식보다 온도 누적오차를 약 14.5% 줄이고 냉각팬 제어 입력 변동은 42.4% 감소시키는 성과를 거뒀다. 이를 통해 냉각에 필요한 보조동력을 줄여 모빌리티의 실제 순출력을 높일 수 있음을 확인했다.

새롭게 개발된 소프트웨어는 기업들이 개발 중인 부품을 실제 차량이나 드론에 적용하기에 앞서 가상 환경에서 전체 시스템과 연계한 성능을 검증할 수 있도록 지원한다. 이를 통해 양산 이전 단계에서 문제점을 사전에 확인하고 개선할 수 있어 개발 기간과 비용을 크게 줄이는 동시에 최종 제품의 성능과 효율을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

이번 성과는 정부출연연구기관과 국립공주대를 비롯한 4개 대학, 수소 관련 대기업 및 중견기업이 참여한 '차세대 수소 모빌리티 통합 소프트웨어 개발' 국가연구과제의 핵심 결과물이다. 국립공주대는 이 사업에서 드론 시스템 소프트웨어 개발을 맡아 드론의 주행·비행 시스템과 핵심 부품, 제어 알고리즘을 유기적으로 연동하는 통합 가상 검증 모델을 구축했다.

윤상현 박사과정은 "이번 연구는 중소·중견 부품기업이 개발한 제품을 모빌리티 수준에서 시뮬레이션하고 최적의 성능을 검증할 수 있는 기반 기술"이라며 "실시간 제어환경(HILS) 검증을 마무리한 뒤 기업들이 즉시 활용할 수 있는 소프트웨어 패키지로 발전시켜 나갈 계획"이라고 말했다.
공주=고중선 기자