미국 전기차 4가지 핵심 기술 동향
전기차(EV)가 점점 보편화되고 있습니다. 여전히 극복해야 할 과제들이 있지만(예: 인프라 확장), 대부분의 기술 장벽은 없어졌습니다. 여기서 미국 EV 시장과 EV 혁명을 뒷받침하는 4가지 기술을 살펴보겠습니다.
#1 배터리 전압이 1kV에 근접
대부분의 EV는 여전히 400V 배터리로 작동합니다. (문자 그대로) 수 마일에 걸쳐 잘 입증된 기술이지만 이것도 변화하고 있습니다. 현재 많은 자동차 제조업체가 800V 시스템을 사용하고 있으며, 여기서 그치지 않을 것입니다. 대략 배터리 전압을 400V에서 800V로 두 배 높이면 충전 시간이 반으로 줄어듭니다. EV에 대한 주요 반대 주장 중 하나가 충전하는 데 시간이 너무 오래 걸린다는 것이기 때문에, 상당히 주목할 만한 얘기라고 할 수 있습니다.
레이트어답터들의 또 다른 주장은 EV 주행거리가 짧다는 것입니다. 높아진 배터리 전압이 여기에도 도움이 될 수 있는데, 800V 버스 아키텍처는 케이블 직경을 줄이고 다른 구성 요소의 크기와 무게도 줄일 수 있음을 의미하기 때문입니다. 이를 통해 차량 무게는 줄어들고 효율은 향상되어 주행 가능 거리가 늘어납니다.
이미 세계 일부 지역에서는 포르쉐 타이칸, 현대 아이오닉 5, 제네시스 G80 EV, 기아 EV6, 아우디 e-트론 GT 등 여러 800V 차량이 시장에 나와 있습니다. 리비안, 볼보, 폴스타, 스텔란티스, 제너럴모터스, BYD, 로터스는 800V 아키텍처를 사용하기로 약속한 자동차 제조업체 중 일부에 불과합니다.
일부 미국 제조업체들은 여기서 한발 더 나아가고 있습니다. 루시드 에어 EV는 924V 배터리를 사용하고 있고, 역대 가장 빠르게 충전되는 EV라고 소개되고 있습니다. 그리고 지난 12월 테슬라는 훨씬 더 높은 전압을 보여줬습니다. 500마일(약 800km)의 주행거리를 자랑하는 신형 전기 트럭 테슬라 세미는 1,000V 파워트레인을 갖추고 있습니다. 업계 논평가들은 다른 테슬라 트럭들, 아마도 사이버트럭이 그 뒤를 따를 것으로 확신하는 듯하며, 1,000V가 대형 차량에만 남아있을 것인지 테슬라의 모델 3, 모델 Y, 모델 S, 모델 X와 같은 승용차에도 사용될 것인지도 이미 궁금해하고 있습니다.
#2 12V에서 48V로의 전환
테슬라가 승용차 EV 판매량의 50% 이상을 장악하며 미국 시장에서 지배적인 위치를 점하고 있는 상황에서, 기존의 12V 자동차 아키텍처를 48V 버스 시스템으로 전환하고 있다는 테슬라의 최근 발표는 업계의 중대한 발전으로 봐야 합니다. 오늘날의 자동차는 기존 대시보드보다는 비디오게임 콘솔과 더 유사해진 사용자 인터페이스를 통해 점점 더 광범위한 전기 기능을 제공합니다. 최신 세대 EV에서는 ADAS, 내비게이션 시스템, 환경 제어, 복합적인 인포테인먼트 시스템과 같은 기능이 기대됩니다.
12V에서 48V로 전환하면 저항 손실이 최소화되어 더 높은 전류와 더 큰 전력 공급이 가능해집니다. 이를 통해 열선 시트, 거울 조정, 창문 김서림 방지 장치 등의 기능을 더 빠르게 작동할 수 있습니다. 아마도 48V 시스템을 사용하는 주요 이점은 12V 시스템에 비해 전류를 4배까지 줄일 수 있다는 점일 것입니다. 따라서 케이블 직경이 줄고 무게와 비용도 절감됩니다. 전류를 줄이면 열로 손실되는 에너지가 줄어들기 때문에 전기 디바이스의 효율과 성능이 향상됩니다.
48V 시스템을 사용하면 가속 및 제동 중에 메인 전기 모터를 보조하는 마일드 하이브리드 모터를 구동할 수도 있습니다. 하이브리드 차량의 연비는 높아지고 배기가스 배출은 줄어듭니다. 또한 앞서 언급한 것처럼 48V 시스템은 기존 12V 시스템에서 공급할 수 있는 것보다 더 많은 전력이 필요한 적응식 정속 주행, 차선 유지 등 ADAS 기능도 지원할 수 있습니다. 운전자 경보 시스템과 같이 더욱 정교해진 최신 AI로 전환하면 더 큰 전력이 필요해지므로 모든 자동차 제조업체가 48V 시스템을 채택하게 될 가능성이 높습니다.
#3 납축전지는 필요하지 않게 될 것인가?
대부분의 EV에 여전히 전통적인 12V 납축전지가 있다고 하면 많은 분들이 놀라실 텐데요. 예, 전통적인 내연 기관 자동차에서 사용되는 것과 매우 똑같고 무겁고 어색한 그 배터리입니다(다들 점프 스타트로 시동 걸어보셨지요? 꼭 바쁠 때 그런 일이 생겨요). 많은 전기차에서 배터리는 매우 간단한 해결책이기 때문에 보조 및 대기 시스템으로 사용됩니다. 그러나 너무 무겁고 크고 수명이 제한적이기도 합니다. 이에 대한 자세한 내용은 이전 블로그에서 확인하실 수 있습니다.
테슬라 등 일부 제조업체는 리튬이온 솔루션으로 전환했지만, 훨씬 우아하고 효과적인 접근법에서는 최신 세대 실리콘 카바이드 전력 반도체를 사용하여 고전압을 12V로 변환하는 소형 60W 절연 플라이백 파워 서플라이로 생산합니다. 또한, 메인 모터가 꺼졌을 때는 대기 전원을 공급합니다. 이러한 예 중 하나는 파워 인테그레이션스(Power Integrations)의 새로운 칩을 사용하며, 영상 자료를 통해 자세한 사항을 확인할 수 있습니다.
#4 갈륨 나이트라이드
전력 반도체 분야에 종사하시는 분이라면 GaN을 사용하는 파워 서플라이가 현재 달성하고 있는 놀라운 효율과 전력 밀도를 알게 되실 것입니다. 자동차 분야에서 GaN은 일반적으로 제어 및 인포테인먼트 시스템에 사용되는 반면, 실리콘 카바이드는 구동렬의 높은 전압 요건에 필요합니다. 하지만 GaN 반도체 디바이스를 다양한 토폴로지와 더 높은 전압에서 EV 인버터에 사용할 수 있다는 걸 입증하는 작업도 진행되고 있습니다.
파워 인테그레이션스(Power Integrations)는 최근 900V GaN 기반 InnSwitch3-AQ 스위처 IC를 발표했습니다. 자세히 알아보려면 다음 영상 자료를 시청하십시오.
