핵심 태양광 경주 원격 측정 시스템은 전력 효율적이어야 합니다
모든 경주는 참가자가 낼 수 있는 성과를 한계까지 밀어붙입니다. 행사의 목적이 기존의 사고방식에 도전하고 다양한 새로운 기술을 시험해 보는 것이라면, 실패할 가능성이 매우 높은데, 여기에 극도의 가혹한 조건(많은 시스템, 특히 전자제품 킬러로 알려진 극심한 열 등)이 결합되면, 끝까지 완주하는 것이 곧 승리로 여겨질 수 있습니다.
뜨거운 열기 속에서 북에서 남으로, Darwin에서 Adelaide로 호주 오지를 가로지르는 태양열 자동차 경주인 만큼, 올해의 브리지스톤 월드 솔라 챌린지에 참가하는 많은 팀들이 이러한 정신을 내세우고 있습니다. 2019년에 마지막으로 행사가 열렸을 때는 많은 팀이 완주하지 못했는데, 한 예로 Vattenfall을 들 수 있습니다. 경험이 풍부하고 이전에 성공을 거두었던 네덜란드 팀이었으나, 팀 자동차 Nuna가 선두에 있다가 화재로 파괴되는 것을 목격한 바 있습니다.
화재는 모든 팀이 주목하여 염두에 두는 부분입니다. 배터리 시스템이 효율은 높지만 휘발성도 높아서 경주 중에 한계에 다다르면 쉽게 과열되고 연소를 일으킬 수 있기 때문입니다. 또 다른 과제는 안정성인데, '자동차'가 공기역학적 효율을 위해 설계되기는 했지만 다운포스를 제공하기 위해 F1 캔에 사용되는 안정 장치의 페이로드를 감당할 수는 없기 때문입니다. 2019년에는 선두 차량 중 3대가 심한 바람으로 인해 시속 100km가 넘는 속도로 충돌하는 사고가 있었지만, 독일의 Sonnenwagen과 벨기에의 Agoria는 완주했으며 벨기에는 처음으로 경주에서 우승하기도 했습니다.
호주 중부의 사막을 횡단하는 자동차들은 혼자가 아닙니다. 각 팀에는 경로와 조건을 정찰하는 선두 차량과 조건을 분 단위로 분석하여 가용 태양 에너지 사용을 극대화하기 위해 최상의 전략을 결정하는 추격 차량도 함께합니다. 이를 위해서는 안전, 배터리 상태, 속도, 조향, 제어, 전력 사용량, 저장 및 수확 등 임무에 핵심적인 시스템 상태를 모니터링하고 전달하기 위한 정확한 원격 측정이 필요합니다.
다른 모든 기능과 마찬가지로 이러한 기능을 제공하는 전자 시스템은 최대한 효율적이어야 하는데, 경주 중에는 온보드 태양광 패널에서만 전력을 수확할 수 있기 때문입니다. 목표는 배터리 예비전력을 끌어오지 않고 코스를 주행하면서 포집할 수 있는 만큼의 에너지만 사용하여 '에너지 중립'을 실천하는 것입니다. 그러나 구름에 의해 태양이 가려지는 때도 있고, 특히 경쟁이 치열한 구간에서는 더 많은 에너지 소모가 필요합니다.
스위스 취리히 공대의 αCentauri Solar Racing 팀은 파워 인테그레이션스(Power Integrations) 스위처 IC 기반의 보조 파워 서플라이를 사용하는데, 이는 자동차 알레치(Aletsch) 제어 보드의 전력을 변환할 뿐 아니라 긴급 상황 발생 시 차량 내외부 모두에서 활성화되는 중요한 안전 드라이브트레인 차단 기능도 제공합니다. αCentauri가 초기 설계에 사용했던 PSU는 최대 효율이 90%인 전원 모듈이 특징이었습니다.
그러나 초기 시스템은 스티어링 휠 제어, 배터리 원격 측정, CANBUS 연결, 조명 등 대부분의 저전압 기능이 작동하는 경부하에서 효율이 떨어졌습니다. 팀은 설계 개선을 위해 PI에 문의했습니다. 원래 사양에서는 90~150V DC 입력과 12V DC, 10W(공칭) 출력을 요구했고, 피크 전력은 50W로 설정되어 있었습니다.
새로운 시스템은 파워 인테그레이션스(Power Integrations)의 750V PowiGaN 기반 InnoSwitch3-EP 플라이백 스위치를 사용하여 피크 및 경부하에서 약 95%의 효율을 달성합니다. 게다가 새로운 설계는 공간과 무게도 줄여줍니다. αCentauri는 20% 부하에서도 높은 효율을 유지하는 것이 주요 목표였는데, 새로운 설계에서 가능한 것을 보고 매우 기뻐했습니다.
αCentauri는 약 20W 부하에서 효율 차이를 계산하여 평균 약 1.5W의 전력을 절감합니다. 챌린지 전체 과정에서 60Wh를 절약할 것으로 예상하는데, 이는 태양광 자동차로 (어둠 속에서) 5km를 주행하기에 충분한 양입니다.
제어 보드는 미션 크리티컬하고 필수적인 배터리 모니터링 원격 측정 시스템에 전력을 공급할 뿐만 아니라 경고 경적도 구동합니다. 이것은 단순한 규제 요구 사항이라기 보다는, 챌린지가 공개된 공공 도로에서 열리고 모든 자동차는 '도로교통법을 지켜야(제한 속도 준수)' 하기 때문에 매우 실용적인 요구 사항이기도 합니다. 속도를 줄이거나 가속하는 것은 귀중한 에너지를 낭비하게 되기 때문에 야생동물이 고속도로에서 길을 잃었을 때(또는 뛰어들 때)를 대비한 청각적 경고는 필수적일 뿐만 아니라 귀중한 도구입니다.
파워 인테그레이션스(Power Integrations)는 Team αCentauri의 성공적인 오지 횡단을 후원하고 응원하게 되어 기쁘게 생각합니다. Mr. Green은 #PowiGaNVan 을 타고 이들을 따라 나서기 위해 호주로 향하고 있으며 여정 중에 계속 이야기를 들려줄 예정입니다. 이 블로그와 YouTube 채널, 소셜 채널에서 많은 관심 부탁드립니다.
Mr. Green 블로그는 브리지스톤 월드 솔라 챌린지에서 호주 오지를 횡단하는 Team αCentauri를 #PowiGaNVan 을 타고 따라가며 블로그, 브이로그, 라이브 스트리밍, 소셜 포스팅 등으로 이루어진 특별 시리즈 소식 일부를 전합니다.
