광운대 박재영 교수 연구팀, 無배터리 차량실내환경 모니터링 기술 개발

광운대학교는 전자공학과 박재영 교수 연구팀이 자동차 주행 시 발생하는 낮은 진폭의 비주기적 진동과 충격에서 전기를 효율적으로 수확하고 차량 운행상태를 실시간 모니터링할 수 있는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

이 기술(무전원 모션센서 일체화 친환경 반영구적 하이브리드 에너지하베스팅)은 배터리 없이 차량의 진동과 도로상태를 실시간 점검할 수 있고, 온도·습도·공기질 등 차량 실내환경을 지속해서 무선 모니터링할 수 있다.

최근 사물인터넷(IoT) 기술이 발전하고 있지만, IoT 센서의 작동, 데이터 처리, 무선통신 등에 사용하는 교체·충전식 전기화학 배터리는 전원공급은 탁월한 반면 수명이 제한되고 재충전과 주기적 교체가 어려운 데다 배터리 폐기로 인한 환경오염 등의 단점이 있다. 이에 따라 독립전원으로 활용할 수 있는 반영구적 친환경 전원공급원이 필요한 상황이다.

박 교수 연구팀은 폴리머 기반의 저강성 다중회전 원형평면 구조의 스프링을 적용해 기계·전기 변환 효율을 최적화했다. 전자기 기반 초소형 발전기(EMG)와 자체구동 마찰전기 모션센서(SP-TVS)를 하나로 집적해 넓은 주파수 범위의 비주기적 진동과 충격에서 전기에너지를 효율적으로 수확하고, 차량 진동이나 도로상태에 대한 실시간 데이터를 모니터링할 수 있게 했다.

저가 레이저 절단기술을 적용해 고분자 스프링을 쉽게 제작하고 광범위한 저주파수의 저진폭 차량유도 진동 하에서 고출력의 전기수확은 물론 주파수 조정이 쉽게 설계했다. 더불어 유연한 자속 집중재를 사용해 누설자속을 최소화함으로써 에너지 수확효율을 높였다. 그 결과 0.1g의 작동 진동에서 7.5㎽, 1g의 진동에서 30㎽의 출력을 확인했다.

박 교수 연구팀이 개발한 기술을 이용하면 배터리 없이 차량의 진동과 도로상태를 실시간으로 점검할 수 있다. 또 버려지는 자동차의 진동과 충격에서 고출력의 전기에너지를 수확함으로써 기존 전원에 대한 의존도를 줄여 자율주행 차량과 전기자동차 플랫폼을 위한 지속가능한 독립형 전원솔루션으로 활용할 수 있다.

이번 연구논문은 에너지분야의 세계적 학술지인 엘시비어 출판의 '나노에너지'에 게재됐다. 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원 및 산업통상자원부 산업기술혁신사업, 현대자동차 산학공동연구 지원사업, 광운대 교내연구사업 지원으로 수행됐다.