개요

군용 전동화는 저소음/저발열의 생존성 확보 용이와 정비 단순화의 장점이 있고, 탄소중립을 위한 민수 전동화 비중 확대로 국내외에서 개발 검증 중에 있습니다. 당사에서는 인공지능 기반 배터리 전기차 (BEV)와 수소 연료전지 차량 (FCEV) 성능 분석 및 시스템 별 목표성능 도출 전산 툴을 개발하여 활용 중입니다. 아래 그림은 개발 툴을 활용한 전동화 차량의 설계/개발 프로세스입니다.

도전과제

군용 전술차의 요구사항들 중 전동화 전환에 영향 받는 항목들은 등판성능/최고속도/전자파 간섭/환경온도/주행거리 등이 있습니다. 설계 컨셉단계에서 차량의 동력성능과 군 운용 환경(혹한/혹서 조건 포함) 조건에서 모터/배터리/수소발전기의 요구성능과 최대 전류 등을 예측하고, 차량 주행도로를 반영한 승차감 및 조종 안정성 분석과 부품 동하중 해석을 하는 프런트 로딩 (Front-loading) 분석이 필요합니다.

해결방안

① 시스템 아키텍쳐 분석 기술에 기초하여 AI 기반 시뮬레이션 환경을 구성하였습니다.

아래와 같이 차량 동역학 모델, 수소 연료전지, 배터리, 모터, 그리고 열관리 시스템들을 다중 물리 (기계, 열, 전기, 제어) 커넥터에 의해 상호 연결/해제가 가능하도록 모델링합니다.

② 차량 동역학 모델을 구성하였습니다.

동역학 모델은 기본 제원, 조향/현가장치, 타이어 정보 등을 기반으로 구성됩니다.

③ PE(Power Electronics) 시스템을 모델링합니다.

PE 시스템은 수소 연료전지, 모터, 배터리, 그리고 드라이브 라인으로 구성됩니다. 구동 모터에서 요구하는 전력량으로 수소 연료전지의 수소 소모량을 계산하고, 차량 구동에 필요한 토크로 부터 모터 소모 전력을, 모터의 소모 전력으로부터 배터리 SOC를 계산합니다. 모터 토크는 드라이브 라인을 통해 차량 구동시스템에 전달됩니다.

④ 열관리 시스템을 모델링합니다.

모터, 수소 연료전지, 배터리 등에서 발생하는 열을 냉각/공조 시스템 (펌프, 압축기, 방열기 등)을 활용하여, PE 시스템을 최적 온도로 유지하는 역할을 합니다.

시뮬레이션 결과

군용 수소연료전지 6x6 차량에 대해 60 % 등판능력, WHVC 모드 기반 전비 성능(주행거리), 그리고 조종 안정성 등을 검증하였습니다.
아래 그림은 60 % 등판성능과 이중차선 변경 시뮬레이션 결과를 보여줍니다. 가상 환경에서의 분석 결과들을 기반으로 전동화 전술차량의 각 PE 시스템의 구성 및 사양에 반영하여 경쟁력 있는 전동화 전술차량 개발을 선도할 예정입니다.