앤시스코리아가 대학생 및 대학원생 대상의 시뮬레이션 경진대회인 ‘앤시스 시뮬레이션 챌린지 2025’를 진행했다고 밝혔다.   ‘앤시스 시뮬레이션 챌린지’는 장래 엔지니어를 희망하는 대학생 및 대학원생을 위해 앤시스코리아가 기획한 아카데믹 경진대회다. 참가자는 앤시스의 시뮬레이션 소프트웨어 중 하나 이상을 활용해 기술적인 문제를 해결하는 과제를 수행하고, 수상자는 다양한 특전을 제공받는다.   앤시스코리아가 주최한 첫 번째 경진대회인 올해 대회에는 카이스트, 고려대학교, 연세대학교, UNIST(울산과학기술원), 한국공학대학교, 중앙대학교, 한양대학교, 건국대학교, 전북대학교, 국민대학교, 이화여자대학교, 세종대학교, 서울시립대학교, 서강대학교, 숭실대학교, 성균관대학교, 동국대학교 등 국내 여러 대학교에서 참여했다. 최종적으로 사전신청 98팀, 예선 참여 51팀 그리고 본선 진출 12팀을 기록했다.   지난 7월 9일 서울 포스코타워 역삼에서 진행된 본선은 앤시스코리아 박주일 대표와 강태신 전무의 환영사로 막을 올린 뒤 12개의 본선 진출 팀이 각각 15분씩 자신들의 연구 결과에 대한 발표를 이어갔다. 참가자들은 시뮬레이션을 활용해 해결할 수 있는 다양한 주제에 대해 참신하면서도 완성도 높은 해답을 제시했다는 것이 앤시스코리아의 설명이다.     대상은 성균관대학교 기계공학과 에너지공학연구실 SAVE 팀(강우석, 하선교, 구윤하)에게 돌아갔다. SAVE 팀은 난이도 있는 과제에 대해서 다양한 소프트웨어를 적용해 실측과도 부합하는 결과를 만들었으며, 많은 UDF로 개발을 통해 노하우를 녹여낸 우수한 과제를 선보였다. 대상을 수상한 성균관대학교 SAVE 팀에게는 장학금 300만 원과 앤시스코리아 3개월 인턴십, 오는 9월 개최될 시뮬레이션 콘퍼런스 ‘앤시스 시뮬레이션 월드 코리아 2025’에서 발표자로 나설 기회가 주어진다. 이외 최우수 혁신상 수상 세종대학교 Linkers 팀(정유철, 이종현, 김의찬)과 우수 해석상 수상 서강대학교 진동제로 팀(김도영, 김지우, 박준하), 동양미래대학교 팀(최혜원, 김정현, 장연서), 경상국립대학교 DietDrone 팀(고다완, 권동현, 이동원)도 장학금 총 250만 원을 나누어 받게 됐다. 앤시스코리아 박주일 대표는 “처음으로 개최한 대회임에도 불구하고 뛰어난 역량의 대학생, 대학원생 여러분들이 많이 참여해 주신 덕분에 ‘앤시스 시뮬레이션 챌린지 2025’를 성공적으로 마무리할 수 있었다. 관심을 가져 주신 모든 분들께 다시 한번 깊이 감사드린다”면서, “앤시스코리아는 앞으로도 엔지니어를 지망하는 미래의 인재들이 자신들의 역량을 꽃피우고 또 실무 환경에서 활약하는 기반을 마련할 수 있도록 지원을 아끼지 않을 것”이라고 밝혔다.

캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상 중계   지난 9월 23일 CNG TV는 ‘새로운 트렌드, 산업 데이터 스페이스와 제조업의 변화’를 주제로 웨비나를 진행했다. 이번 웨비나에서는 산업 데이터 스페이스와 제조업의 변화에 대해 소개하고, 기업 차원에서 공급망 데이터의 가치 전환을 강조하는 논의가 이루어졌다. 웨비나의 자세한 내용은 다시보기로 확인할 수 있다. ■ 박경수 기자   ▲ 왼쪽부터 디지털지식연구소 조형식 대표, 건국대 임채성 교수, KPMG컨설팅 박문구 전무    이번 방송은 디지털지식연구소의 조형식 대표가 사회를 맡았으며, 건국대학교의 임채성 교수와 KPMG컨설팅의 박문구 전무가 산업 데이터 인터페이스의 중요성을 설명했다. 최근 10년 동안 기업 중심의 데이터 가치가 중요시되었다면, 이제는 공급망 중심의 데이터 가치로 전환되고 있음을 강조했다.  발표자들은 인더스트리 4.0의 궁극적인 목적이 데이터를 연결하여 혁신을 이루는 것이라며, 기업 간 데이터 연결의 어려움을 해결하기 위한 인프라의 필요성을 강조했다. 또한, 제조업의 디지털 전환이 필수적이며, 데이터 기반의 혁신이 중요하다고 주장했다.  지난 4월 독일에서 열린 ‘하노버 메세 2024’에서는 기계, 전자, 디지털, 에너지 산업의 선도 기업들이 모여 효율적이고 지속 가능한 산업 솔루션을 선보였다. 특히 AI 및 머신러닝, 탄소 중립 생산, 수소 및 연료 전지, 인더스트리 4.0 등과 같은 주제가 집중적으로 다뤄져 큰 관심을 끌었다.    ▲ 건국대학교 임채성 교수   임채성 교수는 “인더스트리 4.0은 기업 간의 데이터 연결을 통해 가치를 창출하는 혁신으로, 데이터 인프라 부족으로 인해 제대로 구현되지 않았다. 그러나 최근 자동차 산업에서는 공급망 혁신을 위해 데이터 스페이스 개념이 도입되고 있다. BMW, 벤츠 등 주요 기업 들이 이를 통해 탄소 측정 등의 사례를 시연하고 있다”고 설명했다.  박문구 전무는 “현대차와 기아차는 소비자 중심의 라이프스타일 데이터를 활용해 자율주행차와 스마트시티같은 미래 모빌리티 서비스를 준비 중이다. 이 과정에서 디지털 트윈 기술을 통해 공간의 이동 경로를 추적하고, 자율주행차를 위한 새로운 서비스를 계획하고 있다”고 언급했다.    ▲ KPMG컨설팅 박문구 전무    데이터 스페이스는 각 기업이 기밀 데이터를 노출하지 않고도 상호 신뢰를 바탕으로 데이터를 교환할 수 있는 구조를 제공한다. 기존의 데이터 댐과 달리, 개별적으로 데이터를 보유한 상태에서 필요시 데이터를 연결해 교환하는 접근 방식은 데이터 보안과 신뢰 문제를 해결하기 위한 기술적 기반을 갖추고 있다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

모라이는 성남시가 주최하고, 성남산업진흥원과 모라이 주관으로 펼쳐진 ‘샤크(SHARK) 자율주행대회’를 진행했다고 밝혔다. 샤크(SHARK, Seongnam Hightech Autonomous Road frameworK)'는 성남 시내를 디지털 트윈으로 구현한 가상 공간에서 교통, 날씨, 도로 등 다양항 상황에 맞춰 자율주행 기술을 테스트할 수 있는 시뮬레이션 플랫폼으로, 자율주행 연구와 교육을 위한 도구로 사용되고 있다. 올해로 두 번째 개최된 샤크 자율주행대회는 자율주행 분야 연구 인력을 발굴하고, 자율주행 소프트웨어 인력 양성을 통해 자율주행 소프트웨어 경쟁력을 강화하기 위해 마련되었다. 지난 8월 30일 성남글로벌융합센터에서 진행된 샤크 자율주행대회에는 광운대학교, 경희대학교, 동국대학교, 성균관대학교, 아주대학교, 인하대학교, 충남대학교, 한양대학교 등 국내 대학교에 재학중인 100여명의 학생이 팀을 이뤄 참여했다. 참가 학생들은 샤크를 활용해 디지털 트윈 기술로 구축된 성남 시청 맵 위에서 지정된 경로를 따라 이동하며, 신호등 인식 및 신호에 맞춘 주행 능력, GPS를 제외한 센서만으로 장애물을 회피하는 GPS 음영 구간 주행, 정적·동적 장애물 회피, GPS 음영 구간 주차, 차간 거리 유지 등 다양한 미션을 수행했다. 이를 통해 참가자들은 자율주행차가 실제 도로에서 직면할 수 있는 다양한 상황과 시나리오에 대한 대응 능력을 평가받았다.     대회 결선 결과, 대상은 인하대학교 THE GIGACHA팀이 수상했다. 최우수상은 충남대학교 EMCS 팀에 돌아갔다. 우수상은 성균관대학교 AM1398 팀, 한양대학교 MOBILION 팀, 동국대학교 돌체라떼 팀, 건국대학교 KU:rrier 팀 등 4개 팀이 수상했다. 대상에게는 상금 200만원, 최우수상 상금 100만원, 우수상은 상금 50만원이 각각 수여되었다. 모라이의 정지원 대표는 “모라이는 미래 모빌리티의 중심지로 성장하고 있는 성남시와 오랜 협력을통해, 자율주행 연구원들과 학생들에게 가상 환경에서 자율주행 기술의 성능과 안전성을 평가할 수 있는 시뮬레이션 솔루션을 제공하고 있다. 이번 대회를 통해 미래 자율주행 산업의 핵심 인재들에게 실질적인 경험을 쌓을 수 있는 기회가 되었을 것으로 생각한다. 앞으로도 모라이는 정부, 지자체, 학계 및 산업계와의 긴밀한 파트너십을 통해 자율주행 인재 양성과 산업 생태계 활성화를 위해 적극 기여할 계획”이라고 말했다. 한편, 모라이는 성남시와 업무 협약을 맺고, 자율주행차, 드론, 로봇 등 미래 모빌리티 시스템을 연구·개발하는 스타트업과 연구소, 학교 등에 샤크 플랫폼을 제공하고 있으며, 기술 교육도 진행하고 있다. 이러한 협력의 일환으로 모라이는 시뮬레이션 툴 라이선스를 제공하고, 결선에 앞서 학생들에게 자율주행 기술 교육 세션을 마련해 학생들이 최신 자율주행 기술을 체험하고 배울 수 있도록 지원했다.

알테어가 17회 알테어 최적화 대회(AOC)의 대상으로 건국대학교 김동현, 허준 학생팀을 선정했다고 밝혔다. 2008년부터 시작된 이 대회는 국내 대학생들의 소프트웨어 역량 강화와 우수 인재 발굴을 목표로 하는 소프트웨어 경진대회다. 올해 대회에는 전국의 37개 대학에서 132명(92팀)이 참가했으며, 5팀이 본선에 진출했다. 알테어는 합리성, 실용성, 독창성, 적용가능성, 최적화 결과 도출 등을 종합적으로 평가해 최종 수상팀을 선정했다. 알테어는 본선 진출 5개 팀에 총 390만원의 상금과 상장을 수여했다. 대상 200만원, 금상 100만원, 은상 50만원, 동상 20만원 이 지급됐다.   대상을 수상한 건국대학교 기계공학부 김동현, 허준 학생팀은 액체를 이용한 배터리 냉각 시스템의 압력 손실을 줄이기 위한 AI 기반 최적화 솔루션을 제시했다. 이들은 복잡한 물리적 시스템을 간소화하여 계산 시간을 단축하는 차수축소모델(ROM) 기법으로 AI 메타모델을 구축했다. 특히 약 700개의 데이터셋을 확보해 AI 모델의 신뢰성을 높인 점이 좋은 평가를 받았다.     건국대팀은 “공학 문제 해결에 AI 기술을 활용하여 새로운 가능성을 탐구할 수 있었다”며, “알테어의 romAI 솔루션이 AI를 활용하기 매우 용이했고, AI가 공학 연구에 미치는 영향력을 실감할 수 있었던 소중한 경험이었다”고 소감을 밝혔다. 알테어의 문성수 아시아태평양 수석 부사장은 “신선한 아이디어를 바탕으로 최적 설계안을 제안한 모든 학생들에게 깊은 감사의 인사를 전한다”며, “이 대회를 통해 학생들이 미래의 기술을 선도할 능력을 키우고, 최적 설계의 가치를 체득하길 바란다. 앞으로도 알테어는 학생들의 글로벌 경쟁력 강화를 위해 지속적으로 지원할 것”이라고 밝혔다.

한국CDE학회는 1월 29일부터 2월 1일까지 휘닉스 평창에서 'AI 시대의 CDE : 새로운 프론티어를 향한 탐험'이라는 주제로 2024 동계학술대회를 개최했다. 이번 학술대회는 한국CDE학회가 29번째 개최하는 동계학술대회로, CDE(Computational Design and Engineering) 분야의 전문가들이 모여 최신 연구성과를 발표하고 교류하는 자리가 되었다. ■ 최경화 국장     이번 학술대회에는 총 210여 편의 논문이 발표되었으며, 3D 프린팅, BIM, CAD/CAM, 모델링&시뮬레이션, 최적화, PHM(건전성 예측 및 관리), IoT, 기계학습, 인공지능 등 다양한 융합 분야의 연구 성과가 소개되었다. 또한, 학술대회 기간 중에는 기조강연, 특별강연, 튜토리얼 등이 마련되어 참가자들이 최신 연구 동향을 파악하고 학술적 교류를 확대할 수 있는 기회를 제공했다. 행사의 첫째 날인 1월 30일 기조연설에서는 네이버 클라우드 한동윤 리더가 ‘ChatGPT 1년, 초거대 Al가 가져온 변화와 우리의 대응전략’에 대해 발표했고, 1월 31일에는 LG전자 송시용 상무가 ‘Long Journey for Smart Factory’라는 제목으로 LG의 스마트 공장 여정에 대해 소개했다.   ▲ 제25회 가헌학술상 : 오민재 교수(울산대학교)   이번 학술대회에는 학회 포상도 이루어졌다. 제25회 가헌학술상은 오민재 교수(울산대학교)가 수상하였고, 대상으로는 2023 한국CDE학회 회장으로 수고한 이주행 회장(페블러스 대표)이 수상했다. 공공, 민간, 대학/연구소 등 세 부문으로 구분하여 진행되는 CDE DX 어워즈에서는 한국전력공사 송재주 연구소장이 공공기관 부문 대상(과학기술정보통신부 장관상)을 수상하였다.   ▲ CDE DX Awards 공공기관 부문 대상(과학기술정보통신부 장관상) : 한국전력공사 송재주 연구소장   2024 동계학술대회 조직위원장을 맡은 우종훈/정연찬 교수는 “이번 학술대회의 표어는 ‘AI 시대의 CDE : 새로운 프론티어를 향한 탐험’으로, 인공지능 기술이 급속히 발전하는 시대에 CDE 분야가 새로운 지평을 개척하기 위한 도전과 탐험을 상징한다”면서, “이번 학술대회가 CDE 분야의 발전과 연구자들의 활발한 교류에 기여하는 계기가 되기를 기대한다”고 밝혔다. 한편 한국CDE학회는 올해 회장인 한국과학기술연구원 유병현 책임연구원을 중심으로, 2024년 사업으로 PLM 베스트 프랙티스 컨퍼런스(6월 13~14일, 공동 주최), 하계학술대회(8월), 첫 국제 행사로 진행되는 i3CDE(Computational Design & Engineering 관련 4개 부문의 콘퍼런스로 구성), CDE DX 어워즈, DX 산학연 포럼, 연구회/부문 학술대회, 논문집 및 영문지 발간(Journal of Computational Design and Engineering), 웹진 발간 등을 진행할 계획이다.   ▲ 2023 JCDE 시상식   2023년 CDE DX 어워즈 수상자 공공기관 부문 대상(과기정통부 장관상) : 한국전력공사 금상 : 연구개발특구진흥재단 민간기업 부문 대상(과기정통부 장관상) : 엑스알솔루션 금상 : 현대엔지니어링 은상 :  에스에이치아이엔티 대학/연구소 부문 대상(과기정통부 장관상) :  김상우(금오공과대학교) 금상 : 김동욱(한국과학기술원) 은상 : 이진국(연세대학교) 동상 : 서영훈(차세대융합기술연구원) 장려상 : 장수형(연세대학교) 장려상 : 이상수(명지대학교) 장려상(특별상) : 김형중(건국대학교)   ▲ 포스터 세션   ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

자율주행 시뮬레이션 전문기업 모라이는 2023 HL만도 & HL클레무브 자율주행 모빌리티 경진대회 중 디지털 트윈 기반 가상환경 시뮬레이션 부문인 ‘aMAP Stride Championship’ 대회를 후원하고, 도로교통공단과 협력해 진행했다고 밝혔다. 자율주행 모빌리티 경진대회는 2022년 국내 최초로 도로교통공단 운전면허시험장 인프라를 활용해 진행되었고, 올해에는 11월 18일 용인운전면허시험장에서 개최되었다. 12월 14일에는 수상팀의 성과를 기리는 시상식이 한라대학교 아트홀에서 진행됐다. HL만도, HL클레무브, 한라대학교가 주최한 이번 대회는 4차 산업혁명 시대 대학 간 교류를 통한 미래 모빌리티 인재를 양성하고, 자율주행 관련 기업이 보유한 지식 및 기술, 인프라를 활용해 연구개발 역량을 갖춘 미래 모빌리티 인력을 발굴하기 위해 마련되었다.     모라이가 대회 운영을 총괄한 aMAP Stride Championship은 운전면허 평가 방식을 활용한 자율주행 모빌리티 경진대회로, 자율주행차가 운전면허 시험에 응시하는 콘셉트로 진행됐다. 학생들은 모라이의 디지털 트윈 기술로 구축된 가상의 환경에서 자신의 자율주행 알고리즘의 검증 능력을 겨뤘다. 참가 팀들은 가상의 운전면허시험장에서 차량 출발에서부터 차로 및 지정속도 준수, 경사로 정지, 출발, 직각 코스, 교차로, S자 코스, T자 주차, 고속 운전, 돌발상황 등 운전자들이 실제 운전면허 시험에서 수행하는 동일 미션을 자율주행차량이 수행하도록 했다. 이러한 미션을 통해 자율주행차량의 알고리즘에 실제 운전 환경과 유사한 다양한 상황을 제공하여, 차량이 인간 운전자와 같이 미션을 수행하며 인지, 판단, 제어의 각 단계에서 실제 도로 상황에 대응하는 능력을 평가했다. 이번 대회에서는 국민대학교 FOSCAR 팀이 가장 우수한 성적으로 대상을 차지했다. 이외에도 국민대학교 KUUVe팀이 최우수상, 계명대학교 BISA팀이 우수상, 건국대학교 날스달스 팀이 장려상, 국민대학교 FOSCAR팀이 특별상을 수상했다. 모라이의 정지원 대표는 “공인된 운전면허증이 있어야 운전을 할 수 있는 것처럼 자율주행차가 운행을 위해서는 운행능력을 검증받아야 한다. 이런 배경에서 실제 운전면허장을 디지털 트윈으로 구현하고, 자율주행 차량이 운전면허 시험에 응시하는 콘셉트로 미션을 진행했다”면서, “이번 대회가 자율주행자동차의 운행 능력 평가를 준비하는 과정에서 자율주행 시뮬레이션이 제공하는 가능성을 확인하는 계기가 될 것으로 생각한다”고 말했다.

자율주행 시뮬레이션 전문기업 모라이는 성남시가 주최하고 성남산업진흥원과 모라이 주관으로 열린 ‘샤크 자율주행대회’를 11월 24일 진행했다고 밝혔다. 샤크(SHARK, Seongnam Hightech Autonomous Road frameworK)'는 성남 시내를 디지털 트윈으로 구현한 가상 공간에서 교통, 날씨, 도로 등 다양항 상황에 맞춰 자율주행 기술을 테스트할 수 있는 시뮬레이션 플랫폼이다. 모라이는 성남시와 업무 협약을 맺고, 자율주행차, 드론, 로봇 등 무인 이동체를 연구·개발하는 스타트업과 연구소, 학교 등에 샤크 플랫폼을 제공하고 있으며, 기술 교육도 진행하고 있다. 성남시와 모라이의 협력으로 진행된 샤크 자율주행 대회는 자율주행 소프트웨어 분야의 연구 인력을 발굴하고, 전문 소프트웨어 인력 양성을 통해 한국 자율주행 산업의 소프트웨어 경쟁력을 한 단계 끌어올리기 위해 기획되었다.     성남글로벌융합센터에서 진행된 샤크 자율주행대회에는 국내 대학교에 재학 중인 50여명의 학생들이 팀을 이뤄 참여했다. 대회 참가자들은 샤크를 활용해 성남 시청 맵 위에서 지정된 경로를 이동하며, 신호등 인식 및 신호에 맞춰 주행 능력을 판단하는 신호 준수, GPS를 제외한 센서만으로 장애물 회피 능력을 판단하는 GPS 음영 구간의 주행, 주행 중 도로 위의 정지해 있는 정적 장애물과 보행자 등의 동적 장애물 회피, GPS 음영 구간에서의 주차, 전방, 후방에 주행 중인 차량과의 거리를 유지하며 충돌하지 않고 주행하는 능력을 겨루는 차간 간격 유지 등 다양한 미션을 수행했다. 이를 통해 인지, 판단, 제어의 분야에서 자율주행 자동차가 실제 도로 운행 시 발생할 수 있는 다양한 상황 대응 능력을 겨뤘다. 심사위원으로는 공주대 지능형 모빌리티공학과 및 영남대 미래자동차공학과 교수들이 참여해 평가와 시상을 진행했다. 이번 대회의 대상은 한양대학교 anywHere 팀이 수상했고, 최우수상은 건국대학교 날스달스 팀에 돌아갔다. 우수상은 가천대학교 AMSL,  단국대학교 ICElab, 성균관대학교 HEVEN, 아주대학교 AJOU MONEY 등 4개 팀이 수상했다. 대상에게는 상금 200만원, 최우수상 상금 100만원, 우수상은 상금 50만원이 각각 수여되었다. 모라이의 정지원 대표는 “모라이는 자율주행자동차를 비롯해 UAM, 무인 로봇 등 미래 모빌리티 특화 도시로 발돋움하고 있는 성남시와 긴밀하게 협력하고 있다. 성남시와 국내 자율주행 산업의 기술 기반을 강화하기 위해 마련된 이번 대회를 통해 학생들은 이론 지식을 넘어서 실제 환경에서의 자율주행 기술을 테스트할 수 있는 기회가 됐을 것으로 생각한다”면서, “모라이는 앞으로도 정부 및 학계와 산업계의 파트너십을 강화해, 국내 자율주행 산업 생태계 활성화를 위해 노력하겠다”고 전했다.

한국산업지능화협회(KOIIA, 이하 ‘협회’)가 8월 17일 KAIST 도곡캠퍼스에서 디지털트윈 기술 기반으로 산업과 사회적 이슈(▲DT 기술 및 산업 발전 ▲DT 기반 국내 산업의 경쟁력 강화 ▲산업현장 위험 제거 및 안정성 확보 등)를 해결하기 위해 디지털트윈 위원회(Digital Twin Tech Committee)를 발족했다. 협회 산하 위원회로 정식 출범하는 디지털트윈 위원회는 산학연의 ‘디지털트윈(Digital Twin)’ 전문가와 협회 회원사 등으로 구성되어 있으며 현재까지 약 130여명이 위원회에 가입해 분야별 수요-공급기업 비즈니스 네트워킹, 밸류체인 플랫폼 구축, 기술 평가체계 구축, 디지털트윈 아카이브 구축 등의 추진사업을 통해 국내 디지털트윈 생태계 활성화에 기여할 예정이다. 이번 발대식에서는 다쏘시스템 양경란 컨설팅 총괄 대표가 디지털트윈 플랫폼 및 전략, KSTEP 한순흥 대표가 디지털트윈 표준화에 대해 설명하며 산업계 최근 기술 동향 및 우수사례를 소개했다. KAIST 김탁곤 교수는 기조연설을 통해 디지털트윈 위원회 발대식에 맞춰 현재의 디지털트윈 기술 수준을 진단하고, 디지털트윈 기술 기반의 산업 디지털 전환을 통해 우리가 직면한 산업 문제들을 지혜롭게 해결하고 혁신해 나가는 발전 방향을 제시했으며, 건국대학교 임채성 교수는 해외 DTC 워킹그룹 소개 및 활동 방향 발표를 통해 디지털트윈 위원회의 글로벌 활동 방향에 대해 제언했다. 서효원 위원장은 “우수한 디지털전환 역량을 보유하고 있는 산업 전문가들과의 협업을 통해 국내 디지털트윈 활성화를 위한 사업 추진과 밸류체인 플랫폼을 구축하고 한국산업지능화협회와 함께 디지털트윈 위원회 추진에 더욱 내실을 다질 계획”이라고 밝혔다. 한편, 협회는 설립 초기부터 PLM(Product Lifecycle Management), MOM(Manufacturing Operation Management), FI(Factory Intelligence), 디지털혁신 위원회 등의 발족 및 주기적인 전문가 회의를 통해 회원사와의 접점을 지속적으로 마련하며 회원사가 산업계 최신 기술 동향을 학습할 수 있도록 지원해 나가고 있다.   ▲ 디지털 트윈 관련 전문가 네트워크 구축을 위한  한국산업지능화협회(KOIIA) 디지털트윈위원회 발족 및 발대식  

이 글에서는 외부 충격 하중에 의한 배터리 셀의 내부 단락으로 인한 열폭주 현상을 예측할 수 있는 해석 기법의 선행 연구와 필자가 개발한 해석 기법을 간략하게 소개하고자 한다.   리튬이온 배터리의 충격 하중에 의한 열폭발 해석의 필요성 리튬이온 배터리(LIB)는 고에너지 밀도와 긴 수명의 장점으로 인하여 전기자동차(EV)와 에너지 저장 장치(ESS) 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 하이브리드 자동차(HEV) 또는 전기 자동차에 사용되는 차량용 리튬이온 배터리의 수요가 증가하는 추세이다. 그러나 차량용 리튬이온 배터리의 수요가 증가하면서 외부 충격 하중에 의해 유발되는 리튬이온 배터리의 성능 감소 및 열폭주(thermal runaway) 문제가 대두되고 있다. 이를 해결하기 위해서는 외부 충격 하중에 의한 열폭주 메커니즘을 구현할 수 있는 해석 기법을 개발하고 적용하는 것이 중요하다.   그림 1. 리튬이온 배터리 수요 예측   차량 단위에서 외부 충격에 의해 발생하는 배터리 모듈/팩의 과도한 변형은 배터리 셀의 변형으로 이어진다. 배터리 셀의 변형은 셀 내부 양극과 음극의 접촉을 막고 리튬이온의 이동을 위해 구성된 분리막의 파손을 유발한다. 분리막의 파손은 양극과 음극을 맞닿게 하여 내부 단락(internal short circuit)을 야기한다. 내부 단락이 발생한 배터리 셀에서는 급격한 전압 강하와 온도 상승으로 인한 열폭주 현상이 발생한다. 내부 단락으로 인한 열폭주로 일어나는 차량 화재 사고는 큰 인명 피해를 유발할 수 있기 때문에, 이러한 위험을 예방하기 위해 SAE J2464, IEC-62133, UN0 R100, UN 38.3, GB/T 31485와 같은 전기 자동차용 리튬이온 배터리 시험 표준이 존재한다. 이러한 시험 표준을 통해 외부 충격 하중을 모사할 수 있는 충격, 충돌, 낙하 등의 다양한 기계적 하중 조건에 대한 안전성을 충족하도록 요구된다. 그러나 외부 충격 하중과 같은 기계적 오용(mechanical abuse)에 의해 셀 내부에서부터 발생하는 열폭주의 원인을 파악하거나 더 나아가 이를 예측하는 것은 매우 어렵다. 또한, 전기화학적 반응에 의해 작동하는 리튬이온 배터리의 기계적 오용에 의한 열폭주 발생 메커니즘을 파악하는 것에는 한계가 존재한다. 따라서 실험에서 파악되는 물리적 현상을 전산 수치 해석을 통해 모사하여 외부 충격 하중과 같은 기계적 오용에 의한 열폭주 메커니즘을 정확히 분석하고 예측할 수 있는 수치 해석 기법에 대한 연구가 중요하다.     그림 2. 리튬이온 배터리 셀 파손에 의한 EV 화재 사고   리튬이온 배터리 균질화 모델의 한계 리튬이온 배터리 셀의 화재나 열폭주는 분리막의 파손으로 인한 단락으로부터 시작되므로, 리튬이온 배터리 셀에 기계적 하중이 가해질 때의 단락 발생 시점과 위치를 예측하는 것이 중요하다. 따라서 배터리 셀 내부의 단락에 따른 기계적 거동을 예측할 수 있는 유한요소 모델(finite element model)을 개발하는 다양한 연구가 수행되고 있다. 초기에 Sahraei 연구진에 의해 배터리 셀의 균질화(homonized) 모델이 개발되었다. 그들은 소형 파우치 셀의 기계적 특성을 예측하기 위해 준 정적 하중 범위에서의 두께 방향 압축, 구형 펀치 압입, 면내 압축 및 삼점 굽힘의 기계적 실험을 수행하였다. 기계적 실험을 통해 시간에 따른 반력, 변위 및 전압을 측정하였고, 반력과 전압이 동시에 하락하는 시점을 단락의 발생 시점으로 정의하였다. 이후, 측정된 하중-변위 곡선과 crushable foam 재료를 이용하여 배터리 셀의 균질화된 유한요소 모델(homonized finite element model)을 구성하였다. 배터리 셀 균질화 모델은 구형 펀치에 대한 기계적 실험의 반력 수준과 내부 단락 시점을 정확하게 예측하였다. 이후 그들은 파우치 셀에 대한 단락을 집중적으로 분석하기 위해 소형, 중형, 대형 파우치 셀에 대한 다양한 지름의 구형 펀치 압입 시험과 시뮬레이션을 수행하였다. 그러나 배터리 셀 균질화 모델은 열 폭주와 관련된 셀의 기계적 수준의 단락 발생 시점을 정확하게 예측할 수 있지만, 단락 이후 전기와 열적 반응에 대한 예측은 어렵다.   그림 3. 균질화 배터리 셀 모델의 구성 및 구형 펀치 압입 해석   리튬이온 배터리 RS 모델의 한계 배터리 셀의 균질화 모델과 달리 약 165개의 레이어로 구성된 파우치 셀을 음극 집전체, 음극, 분리막, 양극, 양극 집전체인 5개의 레이어로 구성한 Representative Sandwich(RS) 모델이 Zhang의 연구진에 의해 개발되었다. Zhang 연구진은 일방향(one-way) 기계-전기-열 연성 해석 RS 배터리 셀 모델을 이용하여 파우치 셀에 대한 준정적 상태에서의 구형 펀치 압입 해석을 수행하였다. 파손 기준에 대해서는 최대 압축 변형률을 기준으로 분리막의 파손을 정의하였고, Sahraei 연구진의 실험 결과를 기반으로 RS 배터리 셀 모델을 검증하였다. RS 배터리 셀 모델은 기계적 변형에 따른 전류 밀도, 온도 분포 및 전기적 단락에 의한 열폭주 현상을 정확하게 예측할 수 있다. 이후, Zhang 연구진은 RS 배터리 셀 모델을 개선하여 다중물리 현상이 발생하는 리튬이온 배터리의 기계적 변형, 전기, 열 응답을 동시에 해석할 수 있는 양방향(two-way) 기계-전기-열 연성 해석 RS 모델을 개발하였다. 이를 통해 배터리 셀의 기계적 변형으로 인한 전기, 열해석을 동시에 수행하였다. 그들은 전극과 분리막의 재료 모델을 crushable foam에서 modified honeycomb으로 변경하였으며, 전극 사이의 거리를 기준으로 전기적 단락을 정의하여 기계적 하중에 의한 전기적, 열적 응답을 성공적으로 예측하였지만, 리튬이온 배터리의 화학적 용량은 고려하지 않았기 때문에 충전량에 따른 전기적, 열적 응답의 차이는 고려하지 못한다.   그림 4. RS 배터리 셀 모델의 구성 및 구형 펀치 압입 해석   리튬이온 배터리의 정확한 열폭주 예측 시점을 위한 NDL 모델 및 해석 기법 개발 이후, Lee와 Kim은 열폭주 및 용량 손실을 정확하게 구현할 수 있는 양방향으로 비선형 기계-전기화학-열 연성 해석이 가능한 Nonlinear Detailed Layered(NDL) 배터리 셀 모델을 개발하였다. 6, 7 NDL 배터리 셀 모델은 균질화 모델 및 RVE(Representative Volume Element) 배터리 셀 모델과 달리 배터리 셀의 레이어에 따른 세부적인 기계적 특성을 고려하여 기계적 응답에 대한 정확성의 한계를 극복하였으며, 이를 통하여 열폭주 및 용량 손실을 정확하게 구현하였다. NDL 배터리 셀 모델은 리튬이온 배터리 레이어의 개수와 두께를 실제와 동일하게 구성한다. 또한, 양극 집전체, 양극, 분리막, 음극, 음극 집전체 재료의 이방성과 변형 속도로 인한 경화 특성과 같은 재료 비선형 특성을 고려하여, 분리막 파손으로 유발되는 내부 단락으로 인한 전압 강하, 온도 상승을 정확하게 예측한다.   그림 5. 배터리 셀 모델의 비선형기계-전기화학-열 연성해석 프로세스   NDL 배터리 셀 모델의 비선형 기계 모델에서는 기계적 변형과 양극과 음극의 접촉으로 인한 내부 단락을 계산한다. 전기화학 모델은 Randle circuit들로 구성되며 전압과 전류뿐만 아니라 에너지 총량을 고려하여 내부 단락으로 인한 발열을 계산한다. 열 모델은 전기화학 모델에서 계산된 줄열, 가역, 비가역 화학 반응을 열원으로 시간에 따른 온도를 계산한다. 열 모델에서 계산된 온도 변화는 다시 화학 반응과 기계적 열팽창에 영향을 미친다. 이후, 연구진은 NDL 배터리 셀 모델을 이용하여 세 가지 압입 시험에 의한 하중-변위 곡선, 내부 단락 발생 순간 및 위치, 파손 형태를 시험과 비교하여 검증하였다. NDL 배터리 셀 모델은 기존의 균질화 및 RVE 배터리 셀 모델 대비 구형 압자의 지름이 증가함에 따른 V, W 형태의 파손 단면 형상을 보다 정확하게 예측하였으며, 기계적 변형과 분리막 파손 메커니즘을 매우 정확히 예측하였다.   맺음말 리튬이온 배터리의 외부 충격 하중은 배터리 셀에서의 내부 단락을 발생시킨다. 그리고 배터리 셀 내부에서 발생되는 단락은 결국 열폭주를 일으킨다. 내부 단락에 의한 열폭주를 예측하기 위한 다양한 해석 기법이 개발되었다. 초기에 개발된 것은 기계적 변형에 의한 내부 단락 시점을 예측할 수 있는 균질화 배터리 셀 모델이었다. 또한 기계적 변형에 의해 발생되는 내부 단락을 예측할 뿐만 아니라 전기, 열 응답을 분석할 수 있는 RS 배터리 셀 모델이 개발되었다. 이후, 기계적 비선형을 고려하여 내부 단락을 정확하게 예측하고 전기화학, 열 응답을 양방향으로 동시에 고려할 수 있는 NDL 셀 모델이 개발되었다. 이러한 배터리 셀의 해석 기법에 대한 연구를 통해 외부 충격 하중에 의해 발생할 수 있는 열폭주를 정확하게 예측함으로써, 위험한 실험을 최소화하면서 안전한 리튬이온 배터리를 설계 및 개발하고 전기 자동차의 외부 충격에 대한 안전성을 확보할 수 있다.   그림 6. NDL 배터리 셀 모델을 이용한 비선형 기계-전기화학-열 연성 해석. (a) 비선형 기계적 특성, (b) 전기화학적 특성, (c) 열적 특성   ■ 이 글의 내용은 2022년 11월 18일 진행된 ‘CAE 컨퍼런스 2022’의 발표 내용을 정리한 것이다.   참고문헌 Kim., C.W., Yang, H.I., Lee, S.G., Lee, D.C. Metamodel-Based Optimization of a Lithium-Ion Battery Cell for Maximization of Energy Density with Evolutionary Algorithm, J. Electrochem. Soc., 2019, 166(2), A211. Lee, D.C., Lee, K.J., Kim, C.W. Optimization of a lithium-ion battery for maximization of energy density with design of experiments and micro-genetic algorithm, Int. J. Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 2020, 7(4), 829-836. Lee, D.C., Lee, J.J., Kim, J.S., Kim, C.W. Thermal behaviors analysis of 55 Ah large-format lithium-ion pouch cells with different cell aspect ratios, tab locations, and C-rates, App. Therm. Eng., 2020, 175, 115422. Kim, J.S., Lee, J.J., Lee, D.C., Kim, C.W. Optimization for maximum specific energy density of a lithium-ion battery using progressive quadratic response surface method and design of experiments, Scientific reports, 2020, 10(1), 1-11. Lee, J.J., Kim, J.S., Chang, H.K., Lee, D.C., Kim, C.W. The effect of tab attachment positions and cell aspect ratio on temperature difference in large-format libs using design of experiments, Energies, 2020, 14(1), 116. Lee, J.J., Kim, J.S., Lee, D.C., Chang, H.K., Kim, C.W. Design optimization of tab attachment positions and cell aspect ratio to minimize temperature difference in 45-Ah LFP large-format lithium-ion pouch cells, App. Therm. Eng., 2021, 182, 116143. Lee, D.C., Kim, C.W. Detailed Layered Nonlinear Finite Element Analysis for Lithium-Ion Battery Cells to Predict Internal Short Circuits Due to Separator Fractures under Hemisphere Indentation, J. Electrochem. Soc., 2020, 167, 120511. Lee, D.C., Kim, C.W. Two-way nonlinear mechanical-electrochemical-thermal coupled analysis method to predict thermal runaway of lithium-ion battery cells caused by quasi-static indentation, J. Power Sources, 2020, 228678. Kim, J.S., Lee, D.C., Lee, J.J., Kim, C.W. Optimization of Lithium-Ion Battery Pouch Cell for Maximization of Energy Density while Preventing Internal Short Circuit Caused by Separator Failure under Crush Load, J. Electrochem. Soc., 2021, 168, 030536. Yoo, D.H., Park, J.H., Moon, J.M., Kim, C.W. Reliability-Based Design Optimization for Reducing the Performance Failure and Maximizing the Specific Energy of Lithium-Ion Batteries Considering Manufacturing Uncertainty of Porous Electrodes, Energies, 2021, 14(19), 6100. Park, J.H., Yoo, D.H., Moon, J.M., Yoon, J.H., Park J.T., Lee, S.A., Lee, D.H., Kim, C.W. Reliability-Based Robust Design Optimization of Lithium-Ion Battery Cells for Maximizing the Energy Density by Increasing Reliability and Robustness, Energies, 2021, 14(19), 6236. Moon J.M., Chang H.K., Lee, J., Kim, C.W. Prediction of Internal Circuit and Mechanical-Electrical-Thermal Response of Lithium-Ion Battery Cell with Mechanical-Thermal Coupled Analysis, Energies, 2022, 15(3), 929. Chang, H.K., Lee J., Kim, C.W. A statistical analysis of thermal characteristics of 55-Ah large-format LIB pouch cell with different tab-type, tab size, and tab position, Case Studies in Therm. Eng., 2022, 30, 101777.   김창완 건국대학교 기계공학부 교수이다. 미국 Univ. of Texas at Austin에서 소음 진동에 대학 박사 학위를 취득하고, 다단계부분구조합성법을 이용한 NVH 해석 알고리즘 AMLS 기법을 개발했다. 다양한 산업제품에 대한 다중물리해석 및 최적설계 연구를 수행하였으며, 최근에는 전기모터에 대한 전자기-구조진동-다물체동역학 연성 해석 기법과 배터리에 대한 전기화학-열-비선형구조 연성 해석에 대한 연구에 집중하고 있다. (홈페이지)     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.