오기용 기계공학부 교수 연구팀이 전기차에 쓰이는 리튬 이온 배터리의 열폭주를 예측하는 AI 기술을 개발했다. 리튬 이온 배터리는 높은 가격과 위험한 열폭주 현상으로 그간 전기차에 대한 대중의 진입장벽을 높여왔다. 이에 오 교수 연구팀은 열폭주를 실시간으로 예측하는 AI 기술을 개발해 전기차에 관한 기술적 한계를 해소했다. 오 교수를 만나 연구 성과에 관한 자세한 이야기를 들어봤다.

교수님의 주요 연구 분야는 무엇인가요.

PHM(Prognostics and Health Management, 건전성 예측 및 관리) 분야입니다. 다양한 센서 정보를 바탕으로 기계의 건강 상태 및 고장을 진단하고 수명을 관리해 기계의 효율성을 높이는 분야죠. 예전부터 꾸준히 유망한 학문이고, 군수 체계에 매우 중요한 학문입니다. 최근엔 원자력 발전소 및 우주선 분야에서도 쓰이며 활용 범위가 확장되고 있어요.

전기차에 리튬 이온 배터리를 사용하는 이유가 궁금합니다.

높은 에너지 밀도, 낮은 자가 방전율 그리고 긴 수명 등 다양한 장점이 존재합니다. 과거에는 납축전지를 쓰기도 했지만 이는 무게가 매우 무겁고 수명이 짧아 보편화되긴 어려웠죠.

리튬 이온 배터리의 해외 토토사이트 순위 현상은 전기차의 치명적인 단점인데요. 해외 토토사이트 순위를 예측하는 AI 기술은 어떤 기술인가요.

데이터의 양이 많을수록 기술의 정확도는 올라갑니다. 그러나 산업 인공지능 분야에서는 외부로 데이터가 유출되는 것을 원치 않기에 스스로 데이터를 만들고 그 데이터를 바탕으로 AI를 내부적으로 학습시켜야 해요. 따라서 산업 인공지능 분야에서는 한정된 데이터의 한계를 선진 기술을 작용하여 정확도를 올리는 것이 큰 관건이죠.

우리 연구팀은 배터리의 열폭주를 예측하는 여러 요소를 활용해 실제 상황과 매우 흡사한 가상데이터를 만들어 이 데이터를 바탕으로 학습시켰어요. 그렇기에 이 기술은 기존 연구의 한계를 뛰어넘어 높은 정확도를 보입니다.

또한 배터리의 모든 부분을 전체적으로 학습 가능하다는 VR(Virtual Sensing, 가상 센싱)의 장점도 있습니다. 즉, 기계의 특정 부분만을 측정해도 어떤 위치에서나 배터리의 열폭주를 실시간으로 예측할 수 있다는 겁니다.

해당 기술이 높은 정확도를 보이는 또 다른 이유가 있을까요.

AI의 한계 중 하나는 바로 학습자가 입력한 값, 즉 특정 조건에서만 정확한 결과를 낸다는 것입니다. 예측하지 못한 데이터가 입력되면 결괏값의 정확도가 떨어질 수 있다는 것이죠. 그런데 열폭주는 다양한 상황에서 발생하기에 이러한 AI의 기술은 열폭주를 예측하는 데 큰 걸림돌이 됩니다. 그래서 '대리모델'(Surrogate model)과 PINN(Physics-Informed Neural Networks)을 융합해 차세대 신경망을 개발했습니다.

따라서 대리모델은 인공신경망이 내삽 및 외삽이 가능할 수 있도록 하고, PINN(Physics-Informed Neural Networks)은 다물리 현상을 표현하는 지배방정식을 신경망의 손실 함수에 규제하는 데에 사용합니다. 이러한 다양한 기법의 적용을 통해 대리모델 기반 PINN 인공신경망은 한정된 데이터 및 과거에 학습하지 않은 데이터가 입력돼도 비교적 높은 정확도로 유용한 예측을 할 수 있는 것입니다.

앞으로 배터리 열폭주와 관련해 더 수행해야 할 연구가 있다면요.

열폭주를 예측했을 경우 가장 좋은 부분은 운전자를 살릴 수 있다는 점입니다. 열폭주가 예측되니 미리 운전자를 안전하게 대피시킬 수 있죠. 다만 앞으로 추가적인 기술을 개발해 더욱 빠르게 열폭주를 예측하는 연구를 진행하고 싶습니다. 운전자뿐만 아니라 같은 도로에서 운전하는 다른 운전자들에게도 피해가 가지 않게요.

전기차에 관심을 두고 있는 한양인에게 한 말씀 부탁드립니다.

현재 열폭주라는 기술적 걸림돌이 있지만, 전기차는 앞으로 꾸준히 성장할 분야입니다. 이 분야를 공부하고 싶은 한양인이 있다면 적극적으로 추천해요. 다만 배터리는 전기, 화학, 열역학, 열전달 등 다양한 학문이 융합된 분야기에 넓은 범위의 학문을 종합적으로 열심히 공부하길 바랍니다.

또한 현재는 교수 신분이지만 한때 한양인이었던 선배로서, 한양인들이 우리 학교에 큰 자부심을 품길 바랍니다. 여러분도 졸업하면 더욱 실감하겠지만, 한양대는 정말 좋은 학교랍니다.