출처 : https://www.shindengen.co.jp/column/vol18/

전기자동차에서 빼놓을 수 없는 것 중 하나가 전자기기를 제어하는 반도체다. 전기자동차는 대부분 전자기기로 구성되어 있으므로 반도체 성능이 전기자동차의 성능과 직결된다.

전기자동차에 관한 지식은 어느 정도 있더라도, 차량 탑재 반도체에 대해서는 충분히 이해하지 못한 사람도 많을 것이다.

그래서 이번에는 전기자동차에서의 반도체 사용 방식 및 반도체 개발이 전기자동차의 발전과 직결되는 이유, 최근의 개발 상황을 해설한다. 이 기사를 읽으면 전기자동차와 반도체의 연결고리를 이해할 수 있을 것이다.

1. 반도체는 전기자동차에서 어떻게 사용되는가?

반도체는 전자기기를 제어하고 전력을 공급하기 위해 사용된다. 그러므로 전자기기를 많이 탑재하며 전력의 힘으로 움직이는 전기자동차에는 필수적인 부품이라 할 수 있다.

전기자동차의 구동계는 주로 ‘배터리’ ‘제어 장치’ ‘모터’, 이렇게 3가지 기본 요소로 구성되어 있다. 배터리에 저장된 전기가 제어 장치를 통해 직류에서 교류로 변환되며, 교류 전류에 의해 모터를 회전시킴으로써 타이어가 움직인다.

전기자동차를 움직이는 구동계에도 반도체가 사용된다. 먼저, 전기자동차를 움직이기 위한 배터리와 모터를 감시하기 위한 반도체가 필요하다.

또한 제어 장치는 직류를 교류로 변환하는 ‘인버터’ 및 전압의 크기를 변환하는 ‘컨버터’ 등의 전기 회로로 구성되어 있으며, 그것들을 제어하기 위해서도 반도체가 사용된다.

그밖에도 전동 미러나 파워 윈도우, 내비게이션, 차량 탑재 카메라, 각종 센서, 통신기기 등의 주행 지원 기능을 위해서도 반도체가 사용된다.

이처럼 반도체는 전기자동차를 구성하는 대부분의 요소에 사용되기 때문에, 전기자동차의 발전은 곧 반도체의 기술 개발과 관련이 있다고 말할 수 있다.

2. 반도체 개발이 전기자동차 발전의 Key

현재의 반도체 개발에서는 소재의 고품질화와 가공 프로세스의 고도화가 이루어지고 있다. 그중에서도 핵심이 되는 것이 반도체의 ‘방열성’과 ‘소형 경량화’다.

반도체에 전기가 흐르게 되면 열이 발생한다. 그 열을 제대로 방출하지 못하면 반도체와 전자기기의 성능에 악영향을 미치게 된다. 열에 의한 이상에 대비하는 데 필요한 것이 방열성이다. 특히 큰 전력을 사용하는 전기자동차는 열이 발생하기 쉽기 때문에, 반도체의 방열성이 성능과 관련된다.

전기자동차가 발전하려면 반도체의 소형 경량화도 꼭 필요하다. 현재 전기자동차가 가진 주요 과제 중에는 주행거리가 짧다는 과제가 있다. 반도체가 소형 경량화되면 그만큼 큰 배터리를 실어 최대 주행거리를 늘리거나 차체를 경량화하여 주행 성능 및 연비를 개선할 수 있다.

또한 반도체 개발은 주로 Si(규소)를 재료로 사용하는데, 최근에는 새로운 소재를 사용하는 차량 탑재용 반도체도 활발하게 개발되고 있다. 이러한 신소재가 개발되면 전기자동차의 성능도 더욱 향상하게 된다.

3. 최근 반도체가 활발하게 개발되면서 전기자동차의 성능이 향상되고 있음

최근 반도체가 활발하게 개발되고 있어, 전기자동차의 성능이 크게 향상하고 있다. 2010년에 3000~4000만 원에 판매되었던 전기자동차의 항속거리는 200km 정도였지만, 지금은 같은 가격대로 항속거리가 400km 이상인 전기자동차를 구입할 수 있다.

해마다 전기자동차의 항속거리는 증가하고 있으며, 해외에서는 700km가 넘는 것도 판매되고 있다. 항속거리가 600~1000km인 휘발유차와 비교해도 손색없는 수준이 되어가고 있다.

항속거리 외에도 반도체의 소형 경량화로 인해 주행 성능, 충전 시간, 연비의 향상도 이루어지고 있다. 앞으로도 개발이 계속되면, 더욱 쾌적한 자동차가 될 것으로 생각된다.

또한 전기자동차는 사용 용도에 더하여 항속거리가 짧은 차종과 긴 차종으로 분류되게 되었다. 쇼핑이나 출근, 자녀 배웅 등 근거리 주행을 위주로 하는 생활을 한다면 항속거리가 짧고 비용을 절약할 수 있는 차를, 여행이나 드라이브 등 일상적으로 장거리 주행을 많이 한다면 배터리 용량이 크고 항속거리가 긴 차를 구입하는 등, 자신에게 맞게 선택할 수 있다.

이처럼 생활 스타일에 맞춰 선택할 수 있게 된 것도 반도체 개발을 통해 비용 절감과 성능 향상이 실현되었기 때문이다. 앞으로도 반도체의 성능이 향상되어 전기자동차가 발전하게 될 것으로 기대된다.

4. 정리

반도체는 전자기기를 제어하고 전력을 공급하는 데 사용되기 때문에, 전력의 힘으로 구동하는 전기자동차에는 필수라 할 수 있다. 구동계를 구성하는 ‘배터리’ ‘제어 장치’ ‘모터’ 외에 주행을 지원하기 위한 차량 탑재 카메라, 각종 센서 등에 사용되고 있다.

반도체 개발의 핵심은 ‘방열성’과 ‘소형 경량화’다. 방열성이 올라가면 더 큰 전력을 정확하게 제어할 수 있게 되며, 소형 경량화가 이루어지면 주행거리 및 주행 성능이 향상된다.

최근 반도체가 개발되면서 전기자동차의 성능이 크게 향상되었다. 뿐만 아니라 생활 스타일에 맞춰 항속거리가 짧은 차종과 긴 차종 중에서 선택할 수 있게 되었다. 앞으로도 전기자동차의 발전이 기대된다.