민경덕 교수님 연구실: 동력공학 연구실

연구실 대표 심재봉 연구원

Q1. 연구실의 주된 연구 분야는 무엇이고, 구체적인 예시로는 무엇이 있나요?
원래 저희 연구실은 내연기관을 위주로 연구를 진행했는데 2~3년 전부터 배터리와 연료 전지 그리고 전기차/수소전기차 열관리 쪽으로 연구분야를 바꾸고 있는 추세입니다. 현재 연구하고 있는 연구분야는 크게 네 분야가 있습니다.
첫 번째는 연료 전지 분야입니다. 기존의 연료 전지의 성능을 개선하기 위한 다양한 방법을 연구하고 있습니다. 또한, 현재 연료전지가 상용화되면서 내구성이 중요시 여겨지고 있습니다. 이에 저희 연구실에서는 내구성 향상 방법 및 내구성을 단시간에 저하시키는 가속 내구 저하 실험들을 개발하고 있습니다. 또한, 저희 연료전지 팀에서는 연료전지 성능 저하를 확인하기 위한 연료 전지 모델링도 진행하고 있습니다.
두 번째는 수소 엔진과 관련된 연구들을 하고 있어요. 가솔린이나 디젤을 쓰지 않고 연료로 수소를 이용하는 연구를 진행하고 있습니다.
세 번째는 연료 전지차나 전기차의 통합 열관리 시스템입니다. 전기차의 배터리나 수소전기차의 연료 전지와 같은 주요 동력원을 구동하기 위해 다른 부가적인 장비들이 차에 내장되어 있습니다. 이런 부가적인 장비들의 효율을 에너지 관점이나 열관리 측면에서 어떻게 하면 높일 수 있는지에 관한 연구를 진행하고 있습니다. 자세하게는, 전기차 혹은 수소전기차에 들어가는 모든 시스템 부품들을 모델링을 해서 제어 로직을 어떻게 바꾸면 효율이 상승하는지에 관한 연구를 진행하고 있습니다. 예를 들어, 가속, 감속, 부하 중량 등에 변화를 주었을 때 어떤 조건에서 제어 로직이 최적화되고 어떻게 하면 효율을 높일 수 있는지 등에 관련된 연구를 하고 있습니다.
마지막으로 내연기관 중에서는 딥러닝 기술을 활용한 노킹 방지 연구입니다. 내연기관 내에서 불완전 연소를 하면 노킹이 발생하는데, 딥러닝 기술을 활용해서 노킹의 발생을 예측하고 그 예측을 바탕으로 노킹이 발생하지 않도록 발화 시점을 조정하는 연구를 진행하고 있습니다.

Q2. 연구실에서 보유하고 있는 특별한 장치 또는 설비가 있나요? 없다면 외부에서 자주 사용하는장비가 있나요?
제가 알기로는 CFD 관련해서 우리나라 대학 내에서 가장 좋은 컴퓨터를 가지고 있습니다. 또, 내연기관 및 하이브리드 엔진 연구용 실험실에 매우 좋은 설비가 되어 있는데 현대 자동차 쪽에서도 저희에게 운영을 맡기고 있습니다. 그리고 배터리를 구동할 때 필요한 장비들이 집약적으로 배치된 리그 시스템도 구축하고 있습니다. 수소 엔진 실험을 위한 셀도 구비되어 있으며 차에 장착 후 배기가스를 실시간으로 측정할 수 있는 portable emissions measurement system (PEMS) 장비가 있고 마지막으로 제가 연구하고 있는 연료전지 실험을 위한 스테이션이 3대 구비되어 있습니다.

Q3. 이 외에 연구실만의 특별한 점이 있나요?
일단 저희 연구실의 가장 좋은 점은 꼰대가 없고 기계과 대학원 중에서 월급을 충분히 준다는 거예요. (웃음) 그리고 교수님과 한 달에 한 두번씩 정기적으로 미팅을 하는 것도 좋은 장점인 것 같아요. 또 다른 장점은 보통 대학원의 경우 프로젝트 공고가 뜨면 직접 지원을 해서 결과를 기다리는 경우가 많은데 저희 연구실 같은 경우는 교수님께서 직접 과제를 가져와 주신다는 점이 좋은 것 같습니다.

Q4. 대표연구에 대해 간략히 소개 부탁드립니다. (연구의 목표, 타 연구 대비 강점, 기대 효과 등을 중심으로)
우선적으로 저희 팀은 연료 전지의 구성 부품인 기체확산층 최적화를 통한 성능 개선을 연구하고 있습니다. 또한, 연료 전지가 현대 사회에서 상용화되다 보니 내구성 문제가 있었습니다. 기존의 엔진 같은 경우에는 솔직히 물리적인 손상이 거의 다라고 볼 수 있는데 연료 전지 같은 경우에는 탄소가 부식이 되거나 연료전지를 구성하는 부품들의 강성이 약하기에 물리적으로 손상이 일어나는 등 다양한 경위로 성능이 저하되는 현상이 발생할 수 있습니다. 이에 현재는 실제 연료전지 스택에서 발생할 수 있는 기체확산층 내구성을 합리적인 방법으로 단시간내에 마모시키는 가속화 시험 방법을 개발하고 있습니다. 이 가속화 시험을 진행하면서 연료 전지의 성능 저하를 확인하기도 했습니다. 결론적으로는 가속화 시험을 통해 내구 저하된 기체확산층의 성능 저하 문제를 해결하기 위해, 기체 확산층의 구조나 구성물질을 바꿔서 연료 전지의 성능 및 내구성을 향상하려는 연구를 하고 있습니다. 이외에도 Matlab simulink를 통해서 실험 데이터를 모델링과 비교해보는 연구도 하고 있습니다.

Q5. 해당 연구를 진행하면서 가장 힘들었던 점과 이를 극복한 방법이 있나요?
보통 실험을 진행할 때, 실험 아이디어를 짜고 그 결과값을 예상하고 실험을 시작합니다. 하지만, 실험 결과가 제가 생각한대로 나오지 않는 경우가 되게 많아요. 그럴 때마다 막히곤 하는데, 독립 변수들을 조금씩 바꿔가면서 계속해서 실험하다 보면 언젠가는 되더라고요. 그래서 뭔가 막히는 게 있을 때, 지금은 답답하지만 언젠가는 된다고 생각하면서 하고 있습니다.

MEch-SSENGER 김인영