EV에는 800V가, 800V에는 실리콘 카바이드가 필요합니다.
800V EV(전기차)가 나왔고 계속해서 더 출시되고 있습니다. 800V 시스템은 포르쉐 타이칸, 아우디 e-트론 GT와 같은 고급 EV에서 시작하여 현대 아이오닉5와 기아 EV6에서 주류가 되었습니다. 제너럴 모터스와 리비안은 향후 EV에 800V 시스템을 채택할 것을 발표했습니다.[1] 다른 기업들도 이를 따를 것으로 예상됩니다.
800V 사용은 오늘날의 400V 드라이브 트레인의 두 배이므로 중대 사건이라고 할 수 있습니다. 두 배의 전압으로 충전 시간을 절반으로 줄일 수 있습니다. 현대 아이오닉5와 기아 EV6는 200kW 급속 충전으로 18분 만에 10%에서 80%까지 충전할 수 있습니다. 포르쉐 타이칸은 22.5분 만에 5%에서 80%까지 충전할 수 있습니다. 400V에서 100kW를 처리하는 충전 케이블과 커넥터는 800V에서 200kW를 전달할 수 있습니다. 800V만으로 주행거리가 획기적으로 늘어나는 것은 아니지만 충전 시간이 훨씬 빨라져 주행거리에 대한 불안을 줄일 수 있습니다.
또한, 전압이 두 배가 되면 주어진 전력 수준에서 전류를 반으로 줄이고 케이블 크기와 무게를 줄여 더 가벼운 전기차를 만들 수 있습니다. 전류가 낮으면 친환경 EV의 발열량이 감소합니다. 더 높은 전압과 더 작은 권선으로 더 높은 전력 밀도와 효율을 가진 트랙션 모터를 설계할 수 있습니다.[2]
800V EV에는 실리콘 카바이드 전력 컨버터 필요
실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘 파워 MOSFET 및 IGBT보다 높은 성능을 제공합니다. 실리콘은 밴드갭이 약 1.12eV인데 비해 SiC의 밴드갭은 3.26eV이므로 고온에서 SiC 디바이스의 누설 전류가 더 낮습니다.
SiC는 실리콘(0.3MV/cm)에 비해 항복 임계 전계 전압(2.8MV/cm)이 높아 ON 저항이 상당히 줄어듭니다. 항복 전계가 높으면 SiC 장치가 실리콘 디바이스보다 얇아져 스위칭 손실은 줄어들고 전류 전달 기능은 향상되고 스위칭은 빨라집니다. 결과적으로 SiC MOSFET은 실리콘 MOSFET처럼 고주파 스위칭을 지원할 수 있으면서도 전류 및 전압은 IGBT와 비슷하므로 EV의 전력 컨버터용으로 매우 적합합니다.
SiC를 사용하는 고주파 스위칭으로 전력 컨버터는 더 느린 스위칭 IGBT를 기반으로 한 설계보다 훨씬 작아집니다.
열전도율도 SiC가 실리콘보다 빛나는 부분입니다. SiC의 열전도율이 더 높기 때문에 주어진 전력 손실에 대한 정션 온도(Tj) 상승이 적습니다. SiC MOSFET은 또한 실리콘 디바이스보다 높은 정션 온도를 처리할 수 있습니다. SiC 디바이스는 최대 정션 온도(Tj(max))를 600˚C까지 견딜 수 있지만 상용 디바이스는 패키징 고려 사항에 따라 175~200˚C로 제한됩니다. 반면에 실리콘 디바이스는 Tj(max)가 150˚C이므로 냉각 필요성이 높아지고 솔루션 사이즈도 커집니다.
800V EV에는 SiC 기반 보조 DC-DC 필요
트랙션 전원 버스가 800V로 전환되더라도 EV의 보조 전원 버스는 24VDC 또는 48VDC로 유지될 것으로 예상됩니다. EV는 800V에서 24V 또는 48V DC-DC 컨버터를 구현하기 위해 고집적 경량의 효율적인 기술이 필요합니다.
보조 파워 서플라이 설계자는 고전압 AEC Q100 인증 InnoSwitch3-AQ 파워 서플라이 IC 제품군을 사용할 수 있습니다. 이 IC는 1700V SiC MOSFET을 통합하고 절연을 강화했습니다. 부품 수를 최대 50%까지 줄여 초소형 경량 솔루션을 구현합니다.
이러한 파워 서플라이 IC는 전체 부하 범위에서 최대 90%의 효율을 제공합니다. 무부하에서 15mW 미만을 소비하여 EV 배터리 관리 시스템에서 자체 방전을 줄이며 fab, 조립 및 테스트 사이트에는 IATF16949 인증 자동차 품질 관리 시스템이 갖춰져 있습니다.
참고 자료
[1] https://www.greencars.com/post/new-800-volt-fast-charging-systems
