코리아텍 김광선 교수, 세계 최초 ‘배터리 수명예측 알고리즘’ 개발

전기자동차 및 에너지저장장치 등 배터리 팩 효율 운영 및 안정성 향상 기대 / 효율성 높은 배터리 재료 개발 방향성 제시로 타 산업 파급 전망

코리아텍(한국기술교육대학교)는 메카트로닉스 공학부 김광선 교수(62·사진)가 세계 최초로 배터리 수명 예측에 관한 알고리즘 연구 논문을 발표했다고 21일 밝혔다.

코리아텍에 따르면 김 교수가 발표한 논문은 ‘리티움-이온 배터리 셀의 건강상태 예측 가능 수치해석 기준 BMS 알고리즘 (A New Numerical Simulation Based BMS Algorithm to Predict SOH of Li-Ion Battery Cells)’ 이다.

BMS(Battery Management System)이란 배터리 팩 또는 모듈의 전류, 전압, 온도, 전력량을 측정하여 충·방전상태(SOC)를 표시해주는 장치로서, 친환경 전기자동차 및 발전소 등의 에너지 저장장치(ESS. (Energy Storage System) 등에 탑재되어 사용되고 있다. BMS는 배터리 과열 등에 의한 폭발방지 등 안전 유지에 활용된다.

배터리 팩 또는 모듈이 효율적으로 충·방전에 장시간 활용되기 위해서는 개별 셀의 건강상태(SOH. State of Health)가 매우 중요하다. 처음에는 모두 건강한 상태로 출발하지만 시간이 지나갈수록 각각의 셀 상태는 달라진다.

현재 국내 및 국외에서 사용되고 있는 BMS는 각각 달라진 셀의 상태를 체크하기가 어려워 충 방전 사이클 회수, 온도 및 배터리 잔존용량을 팩과 모듈단위에서 확인하는 수준에 머물러 있다. 때문에 작은 공간에 전력량을 높이기 위해 수십, 수백 개의 셀을 직렬로 연결하여 충 방전 되는 모듈 또는 팩 단위를 제어하고 셀의 수명 예측까지 관리하는 BMS 알고리즘에 대한 연구는 배터리 셀의 신소재 개발과 함께 매우 중요한 분야로 주목받아 왔다.

이번 연구에서 김 교수는 복잡한 물리화학적 현상을 처리할 수 있는 병렬처리 컴퓨터 수치 해석 시스템과 이론적 해석으로 도출된 예측 데이터의 검증을 위한 충 방전 계측시스템을 구축함으로써, 다양한 환경 변화에 따른 셀의 건강상태 예측을 위한 기준(Reference) 데이터 확보가 가능하도록 했다.

김 교수는 “이번에 개발한 BMS 알고리즘으로 수치 해석 기준 데이터를 근거로 특정 셀의 건강 상태 예측이 가능하게 됐다”면서 “미래 전기자동차 및 ESS 등에서 배터리 팩의 효율적인 운영과 안전성을 더욱 높일 수 있는 계기가 되었다”고 연구의 의미를 설명했다. 이번 연구는 더불어 효율성이 높은 베터리 재료 개발에 대한 방향성을 제시할 수 있다는 점에서 타 산업에 대한 파급력도 클 전망이다.

그는 “특히 4차 산업혁명의 주요 산업인 자율주행 전기자동차, IoT(사물인터넷) 베이스 ESS 등에서 예측가능 BMS가 활용될 경우, 클라우드 컴퓨팅 환경에 셀의 기준 데이터를 저장하고 운영하며 이를 인공지능 알고리즘과 연계하면 더욱 급속하게 발전할 것으로 기대 된다”고 덧붙였다.

김광선 교수의 이번 논문은 세계저명학술지인 ‘나노사이언스 및 나노테크놀로지 레터’(Nanoscience and Nanotechnology Letters) 9월호에 게재될 예정이다.

천안=김정모 기자 [e-mail]