자동차에서의 전력 전자

자동차로부터 내부 연소 엔진(Internal Combustion Engine, ICE)의 필연적인 소멸을 의심하는 사람은 누구든지 기본적인 연소 엔진의 비효율성을 고려해야만 한다. 연소 과정을 통해 만들어진 전체 에너지로부터 약 25%만이 실제로 차량을 움직이거나 또는 부속품을 동작시키는 데 사용된다. 연소를 통해 얻은 대부분의 에너지는 열로(~70%) 잃게 된다. 반면에 그와 연관된 모터 구동장치를 가진 전기 모터는 배터리에 저장된 에너지를 약 75~90%의 효율을 가지고 유용한 작업으로 전환할 수 있다. 이것은 몇몇 전문가들이 “ICE 시대의 종말”을 예견한 여러 이유 중 하나일 뿐이다. 다른 주장들은 자동차 배기가스 오염과 재생 불가능한 연료 자원에 근거를 두고 있다.
10년 전까지 대부분의 자동차에서 전기를 사용하는 장치는 환풍기, 엔터테인먼트 시스템, 조명 등 이었다.
최근에는 전기를 사용하는 장치가 Anti-Lock Brake, 다중 컴퓨터, 다기능 디스플레이, HID 램프, 점화장치 등으로 확대되었다. 그러나 기계적 결합(예를 들어, 파워 스티어링)을 대체하거나 저속에서의 ICE의 효율을 향상시키기 위해서 자동차 설계에 주요 전기 모터를 도입한다면, 우리는 새로운 세대의 자동차의 전력 요구에 대해 비약적으로 도약할 수 있게 될 것이다. 수소-전기 자동차(HEV)는 세계시장에서 강한 수요를 보여 왔다. 이것은 전체 연료효율을 향상시키기 위해 ICE의 출력과 전기 모터의 출력 전력을 결합한다. 만약, 우리가 HEV 시대 이후를 바라보고 이동성을 위해 완전히 전기기관의 전력에 의존하는 미래의 수소 연료전지 자동차를 고려한다면 자동차에서의 전력에 대한 요구는 계속해서 상승하는 추세를 보일 것이다. 무엇보다도 자동차에서 예상되는 대규모 전력 전자의 사용은 전력 모듈 제조사들이 주요 자동차 서브시스템에 쉽게 통합할 수 있는 단일 패키지로 많은 기능과 부품들을 통합한 모듈을 공급할 수 있는 기회를 제공한다. 이 기회는 또한 전력 모듈 제조사뿐만 아니라 자동차에 있어서도 과제를 제기한다. 자동차 제조사들은 그들의 전력 전자에 대한 지식을 개발할 필요가 있고 전력 모듈 제조사들과의 관계를 발전시키기 위해 노력해야 한다.
전력 모듈 제조사들은 자동차 애플리케이션 요건을 이해하고 자동차 시장에서 요구하는 수량, 품질, 비용을 만족시킬 수 있는 새로운 제조공정에 투자할 필요가 있다.

자동차 산업의 도전

자동차에서 요구하는 전력 모듈의 요건은 카테고리를 기술적인 특성과 경제적인 특성으로 크게 분류할 수 있다. 기술적인 특성은 전기적 퍼포먼스와 환경적 제한, 그리고 크기와 무게에 대한 요건에 대처하기 위한 전력 모듈의 능력에 관계된다. HEV 애플리케이션용 전력 모듈에 있어서 가장 중요하고 도전적인 기술적 내용 중 하나는 성능을 저하시키거나 수명을 단축시키지 않고 105℃의 삽입 냉각제 온도에서 작동할 수 있는 능력이다. 결과적으로 확장 온도범위(-40℃~125℃)는 전기적 특성을 고려하여 냉각회로를 분리해야 하는 설계자들의 부담을 덜어 준다.
경제적 특성은 품질, 신뢰성 그리고 성능을 떨어뜨리지 않으면서 경제적으로 대량의 모듈을 제조하기 위한 능력을 나타낸다. 전력 전자 기술은 어떤 하이브리드 자동차에서든 중요한 부분이 될 것이며 전기 부품의 오류가 오늘날 자동차에서 대부분의 문제를 일으키는 원인이라고 생각되므로, 왜 품질과 경제성이 전력 모듈의 기술적 기량보다 더 중요해 질 수 있는 지 쉽게 이해될 것이다.
전통적으로 대부분의 전력 모듈 제조사들은 구동장치 제조사들에게 부품을 공급하는 쪽이었고, 현재 전력 전자 시장은 산업용 모터 구동장치와 전원공급장치 애플리케이션에 의해 주도되고 있다. 그 결과 오늘날 이용할 수 있는 많은 구동장치가 자동차 시장의 전기적 성능 요건은 충족시킬 수 있었지만, 까다로운 자동차 작동 환경에서의 요구는 충족시킬 수 없었다. 자동차의 환경 기준을 만족시킬 수 있는 구동장치는 일반적으로 군사용 또는 항공우주 등급이어서 가격 목표를 만족시킬 수 없었다. 그러므로 성능, 크기, 견고성, 품질, 제조성 및 가격 사이에서 정확한 균형점을 찾을 수 있는 새로운 세대의 전력 모듈을 필요로 하게 되었다.