김종훈 충남대 교수는 ‘배터리관리시스템(BMS) 국내 1호 박사’로 알려졌다. 국내에서는 처음으로 BMS 분야를 주 전공으로 박사 학위를 받았다는 것.

이후 김 교수는 에너지저장장치(ESS), 전기차 배터리, BMS 등과 관련해 수많은 국가 과제와 기업협력연구를 수행해 왔으며, 국제저널·SCI 논문 발표, 특허 등록 등 많은 성과를 내 왔다.

덕분에 최근 가장 주목받고 있는 분야인 ESS와 전기차 배터리 팩 등에 대한 연구개발 시 절대 빠져서는 안 될 최고의 전문가로 손꼽힌다.

“예전에 비해 배터리 어플리케이션이 다양해졌어요. 과거에는 전기자동차, ESS 위주였다면, 최근에는 항공우주나 철도 차량, E모빌리티, 드론, 로봇, 국방 등 배터리의 활용 범위가 크게 확대됐습니다. 이에 따라 SOC(State of Charge), SOH(State of Health) 등 배터리 컨디션을 표현하는 지표가 기본 정보화되고 있는 상황이에요. 나아가 사용자들이 배터리를 얼마나 오래, 안전하게 쓸 수 있을지에 보다 많은 관심을 가지면서, 새로운 지표들이 등장하고 있습니다. BMS 분야로도 이 같은 요구가 반영되고 있는 것이 최근의 트렌드죠.”

김종훈 충남대 교수는 “SOE(Energy), SOS(Safety), SOL(Life), SOT(Temperature), SOB(Balance) 등 새로운 SOx 지표들이 추가되고 있다”며 “이런 부분들에 사용자들의 관심과 요구가 커지고 있는 것은 고무적이지만, 실제 적용하기까지는 아직 가야할 길이 먼 상황이다. 모두 안전, 수명과 직결되는 지표로 정확한 정보를 사용자에게 제시하는 것이 과제”라고 말했다.

이와 관련 김종훈 충남대 교수는 첨단 BMS 연구에 매진하고 있다. 제어 기반의 BMS가 아닌, 소프트웨어와 하드웨어를 기반으로 보다 다양한 기능을 갖춘 BMS를 연구하고 있다는 것이다.

예컨대, 4차 산업혁명 기술을 적용, 실험 데이터 기반의 인공지능 해석을 통해 배터리의 다양한 상태 지표를 분석하고 이를 통한 의사결정을 지원하는 BMS를 대표적으로 꼽을 수 있다.

김 교수는 “인공지능을 BMS에 탑재해 정교화하는 연구를 진행하고 있다. 최근 ESS 화재 등 배터리 관련 다양한 사고가 발생하고 있는데, 인공지능 접목을 통해 정확한 정보와 의사결정 시스템을 제공하는 것은 안전 확보에 긍정적으로 작용할 것으로 기대된다”며 “사고의 예후, 징후 실험 데이터를 모두 반영하고 이것을 학습한 결과가 인공지능에 반영되면 사고를 차단하고 고장 가능성을 줄이는 데 기여할 것”이라고 설명했다.

최근 ESS 업계의 가장 큰 골칫거리인 화재 등의 사고를 막을 수 있는 방법 중 하나로 활용 가능하다는 얘기다.

김 교수는 나아가 장기적으로 예측되는 배터리의 수명데이터, 즉 SOL을 정확히 측정·분석하기 위해서도 인공지능 접목은 반드시 필요하다고 강조했다.

전기차 폐배터리를 이용한 ESS와 BMS도 연구하고 있다.

김 교수는 “수명이 만료된 전기차 폐배터리가 나오고 있다”며 “이걸 처리하기 위한 방법론 중 하나로 폐배터리를 이용해 ESS를 구현하는 과제를 진행하고 있다. 이를 안전하게 관리하기 위한 BMS도 연구 중”이라고 전했다.

리튬 등 자원 고갈에 대비한 차세대 전지용 BMS도 구상하고 있다.

“리튬서퍼, 리튬에어, 알루미늄 이온, 전고체 전지, 바나듐, 레독스 흐름 전지 등 다양한 차세대 전지 기술이 등장하고 있습니다. 여기에도 BMS 기술을 반영할 수 있으며, 해당 배터리를 효율적이고 안전하게 관리하기 위해서는 필수적으로 관련 기술 확보가 필요해요. 학교에서 에너지저장변환연구실(ESCL)을 운영하고 있는데, 관련 연구에 관심을 갖고 추진 중입니다.”

여러 해외 유수의 대학과 BMS 관련 협력 연구도 진행하고 있다. 중국의 BIT, 미국의 메릴랜드주립대, 캘리포니아주립대, 호주의 퀸즈랜드 공과대학교, 독일 아헨공대 등이 대표적이다.

특히 지난 11월 중순에는 중국 BIT와 국내에서 2박3일 워크숍을 진행하기도 했다. 중국 BIT는 세계 최대 규모의 시장·산업 규모를 기반으로 전기차 관련 뛰어난 기술력과 연구성과를 보유하고 있는 곳이다.

BIT는 전기차 배터리 분야에서 김 교수와 충남대는 BMS 분야에서 연구결과와 기술력을 공유하며, 좋은 결과를 만들어나가기 위해 노력하고 있다.

산학협력 과제도 다수 진행하고 있다. 삼성을 비롯해 현대일렉트릭, 현대기아자동차 등 기업과 배터리 및 BMS 관련 협력 연구를 수행하고 있으며, 한국세라믹기술원의 항공기 탑재 배터리 과제 기획 등 다양한 방식으로 산학협력연구를 추진 중이다.

“앞으로는 배터리 전주기관리시스템도 본격적으로 연구해보고 싶습니다. 폐배터리 기반의 ESS를 만들려면 전기차용 모듈을 충분히 이해해야 해요. 배터리마다 노화특성이 다르기 때문에, 초기상태부터 폐배터리가 될 때까지 주기적으로 확인할 수 있는 전주기관리시스템이 필요하거든요. 이뿐 아니라 연구할 수 있는, 하고 싶은 분야는 무궁무진합니다. 최적의 BMS를 위해 계속해서 연구하고 노력하겠습니다.”

◆프로필

▲서울대학교 전기컴퓨터공학부 박사

▲삼성SDI ES사업부 책임연구원

▲조선대학교 전기공학과 조교수

▲충남대학교 전기공학과 조교수

▲KAIST 친환경스마트자동차연구센터 겸직교수

▲JPE(Journal of Power Electronics) 어소시에이터

▲IEEE 시니어 멤버

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