출처 : https://www.power.com/ja/community/green-room/blog/four-key-technology-trends-evs-us

전기자동차(EV)가 보급하는 데 있어 인프라의 확장 등 극복해야 하는 과제들도 아직 존재하지만, 기술적인 장벽은 대부분 사라지고 있다. 여기서는 미국의 EV 시장과 EV 혁명을 뒷받침하는 4가지 테크놀로지에 대해 살펴본다.

1. 배터리 전압이 1kV에 가깝다

대부분의 EV는 여전히 400V 배터리로 작동한다. 이 테크놀로지는 말 그대로 많은 거리를 주행함으로써 충분히 증명되었다. 하지만 이것이 달라지고 있다. 현재 많은 자동차 기업이 800V 시스템을 채용하고 있으며, 그것으로 끝이 아니다.

과장해서 말하면, 배터리 전압을 400V에서 800V로 2배로 올리면, 충전 시간은 절반이 된다. EV에 대한 주요 반대 의견 중 하나가 충전하는 데 오래 걸린다는 점이기 때문에 이것은 큰 임팩트가 된다.

다른 한 가지 의논점은 EV의 짧은 항속거리이다. 800V 전압의 아키텍처에서는 케이블의 지름을 줄일 수 있어, 다른 컴포넌트도 크기와 무게가 줄어들게 되기 때문에, 배터리 전압이 높아지면 차량의 무게가 감소하여 효율이 향상되고 항속거리가 증가하게 된다.

세계 일부 지역에서는 포르쉐 타이칸, 현대 아이오닉5, 제네시스 G80 EV, 기아자동차 EV6, 아우디 e-Tron GT 등 800V 차량이 이미 시장이 투입되고 있다. Rivian, Volvo, Polestar, Stellantis, General Motors, BYD, Lotus는 800V 아키텍처를 채용하고 있는 자동차 기업 중 일부에 지나지 않는다.

일부 미국 기업은 더 앞서나가고 있다. Lucid Air EV는 924V 배터리를 사용하고 있으며, 역사상 가장 빠른 충전이 가능한 EV라고 주장한다. 그리고 2022년 12월, 테슬라의 발표는 더 높은 전압을 시사하였다. 500마일의 항속거리를 자랑하는 새로운 전기 트럭인 Tesla Semi는 1,000V 파워트레인을 갖추고 있다.

업계 평론가들은 다른 테슬라 트럭, 아마도 사이버 트럭도 뒤를 따를 것으로 확신하기 때문에, 1,000V가 대형차에만 적용될지 아니면 테슬라의 모델3, 모델Y, 모델S, 모델X 등의 승용차에도 적용될지 관심이 집중되고 있다.

2. 12V에서 48V로 전환

테슬라는 미국 시장의 유력한 플레이어로서 승용차 EV 판매 중 50% 이상을 차지하고 있으며, 기존의 12V 자동차 아키텍처에서 48V 버스 시스템으로 전환할 것이라는 최근 발표는 업계의 중요한 발전이라 할 수 있다.

오늘날의 자동차는 기존의 대시보드가 비디오 게임 콘솔과 비슷한 유저 인터페이스를 갖추고 있으며, 다양한 전기 기능을 탑재하고 있다. 최신 EV에는 환경 제어 및 복잡한 인포테인먼트 시스템뿐 아니라 ADAS 및 내비게이션 시스템 등의 기능도 포함된다.

12V에서 48V로 전환하면 저항 손실이 최소화되며, 더 많은 전류와 더 큰 전력을 공급할 수 있다. 이로 인해 시트히터, 미러 조정, 창문 김서림 방지 등의 기능이 더 빠르게 작동된다. 아마도 48V 시스템을 사용하는 가장 큰 장점은 12V보다 전류를 1/4로 절감할 수 있다는 점이다. 이로 인해 케이블의 지름이 줄어들고, 무게와 비용이 감소하게 된다. 전류를 절감하면 열로 손실되는 에너지가 줄어들기 때문에, 전기 기기의 효율과 성능이 향상된다.

48V 시스템은 가속/감속 시 메인 전기 모터를 보조하는 마일드 하이브리드 모터에 전력을 공급하는 데에도 사용할 수 있다. 이로 인해 하이브리드 차의 연비가 올라가고, 배기가스가 줄어든다. 또한 앞서 말한 것처럼 48V 시스템은 기존의 12V 시스템보다 더 많은 전력을 필요로 하는 어댑티브 크루즈 컨트롤 및 레인 어시스트 등의 ADAS 기능도 지원할 수 있다.

운전자 경보 시스템 등 자동차에서 더욱 고도의 엣지 AI를 실현하고자 하는 트렌드로 인해 더 많은 전력이 필요하게 되어, 모든 자동차 기업이 48V 시스템을 채용할 수밖에 없게 될 가능성이 있다.

3. 납축전지는 아직도 필요한가?

많은 사람은 대부분의 EV가 여전히 기존의 12V 납축전지를 탑재한다는 사실에 놀란다. 그렇다. 이것은 기존의 내연엔진차에 탑재되는 무겁고 다루기 힘든 배터리와 같은 것이다(불편한 진실이지만, 자동차를 점프스타트하지 않아도 되는 사람은 없었을 것이다). 대부분의 EV에서는 배터리가 매우 심플한 솔루션이기 때문에, 보조 시스템이나 스탠바이 시스템에 사용된다. 하지만 매우 무겁고 크기가 큰 데다 수명도 한정되어 있다.

테슬라를 포함한 일부 기업들은 리튬이온 솔루션으로 전환했지만, 더 똑똑하고 효과적인 접근방식을 취한다면 최신 실리콘카바이드 파워 반도체를 사용하여 고전압을 12V로 변환하는 소형 60W 절연형 플라이백 전원을 생성한다. 메인 모터가 꺼졌을 때 스탠바이 전력을 공급한다. 그 일례로, Power Integrations의 새로운 칩이 사용되고 있으며, 아래 영상에서 자세히 설명한다.

https://www.power.com/community/videos/eliminating-12-v-lead-acid-batteries-evs

4. 질화갈륨(GaN)

파워 반도체와 관련하여 일하는 사람이라면 GaN을 사용하는 전원이 경이로운 효율과 전력 밀도를 가지고 있을 알 것이다. 자동차 분야에서 GaN은 보통 제어 및 인포테인먼트 시스템용으로 확보되고 있지만, 실리콘카바이드는 드라이브 트레인의 고전압 수요에 필요하다. 하지만 GaN 반도체 디바이스를 다양한 토폴로지로, 더 높은 전압에서 사용하여 EV 인버터에 전력을 공급할 수 있을지에 대한 실증 연구가 진행되고 있다.

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