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광주과학기술원(GIST)은 전기전자컴퓨터공학과 김윤수 교수 연구팀이 여러 대의 전기차(EV)를 하나의 '배터리'처럼 묶어 전력시장 거래까지 가능하게 하는 '강건한 가상 배터리(Robust Virtual Battery)' 모델을 개발했다고 24일 밝혔다.
이번 기술은 개별 차량의 배터리 상태나 용량 정보를 알지 않아도 전력 운용이 가능하며, 수립된 전력 계획을 각 차량에 정확히 분배해 실행할 수 있도록 보장한다는 점에서 기존 기술의 한계를 넘어섰다는 설명이다. 이에 따라 전기차를 전력망과 연결해 활용하는 전기차-전력망 연계기술(V2G)의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
최근 전기차 보급이 늘면서 전기차는 단순한 이동수단을 넘어 전기를 저장·공급하는 '이동형 발전소', 즉 분산에너지자원으로 주목받고 있다. 그러나 차량마다 배터리 상태와 용량이 다르고 이동성이 크다는 특성 때문에 여러 대를 하나로 묶어 안정적으로 운영하는 데 한계가 있었다. 특히 기존 기술은 전체 전력 계획을 세우더라도 이를 개별 차량에 정확히 나눠 적용하는 과정에서 오차가 발생하는 문제가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 다수의 전기차를 하나의 집합으로 묶어 '가상 배터리'로 표현하는 수학적 모델을 제안했다. 이 모델은 개별 차량의 복잡한 상태를 일일이 고려하지 않고, 전체를 하나의 배터리로 간주해 전력 저장 및 공급 가능 범위를 계산하는 방식이다.
이를 통해 계산 복잡도를 크게 줄이면서도, 최소한의 정보만으로 효율적인 전력 운용이 가능하도록 했다. 또한 전체 전력 계획이 실제 개별 차량의 충·방전으로 정확히 구현될 수 있음을 수학적으로 입증했다.
이렇게 구성된 가상 배터리는 실제 전력시장에서도 활용할 수 있다. 다수의 전기차를 하나로 묶으면 하루 전 전력시장과 실시간 전력시장에 참여해 전력 수요와 가격에 따라 자동으로 공급·저장 전략을 수립할 수 있다. 전력 수요가 높은 시간에는 전기를 공급하고, 전력이 저렴한 시간에는 저장하는 방식으로 보다 정밀한 전력 수급 조절이 가능해진다.
연구팀이 8개월간 수천 대의 전기차 데이터를 활용해 시뮬레이션을 수행한 결과, 기존 방식 대비 운영 비용을 최소 8.8%에서 최대 14.9%까지 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 또 5000대 규모의 대규모 전기차 집합에서도 빠른 연산 속도로 전력시장 참여가 가능해, 실제 적용 가능성과 확장성도 확인했다.
김윤수 교수는 "이번 연구는 대규모 전기차를 신뢰성 있는 전력 자원으로 활용할 수 있는 기반을 마련했다"며 "전력시장 계획과 실제 차량 운용 간의 차이를 줄여 V2G 상용화를 앞당기고, 전력망의 유연성과 안정성을 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.
이번 연구는 김윤수 교수가 지도하고 박완호·황진솔·고성혁·황준벽 박사과정생이 수행했으며, 현대자동차그룹의 지원을 받았다. 한편 GIST는 이번 기술이 학술적 성과뿐 아니라 산업적 활용 가능성도 높은 만큼, 기술이전 관련 협의는 기술사업화실을 통해 진행할 수 있다고 전했다.