전기차와 인연을 맺은 지 5년. 텍사스 인스트루먼트의 마크 응 총괄 매니저는 TI의 기술과 함께 더욱 신뢰할 수 있는 주행가능 거리, 빨라진 충전, 가속, 기능안전성, 경제성으로 더욱 높아진 전기차의 접근성을 말한다. 다음은 와이드 밴드갭 반도체를 통한 효율화와 클라우드 기반 컴퓨팅을 통한 모든 면에서의 진일보다.    

글 | 마크 응(Mark Ng) 전기차·파워트레인 총괄 매니저, 텍사스 인스트루먼트(TI)







전기차와 나의 인연은 이미 5년 전부터 시작됐지만, 지금은 전기차를 처음 구매했던 그때보다도 이 차와 함께할 미래에 더 많은 기대를 하고 있다.
이제 주유소 연료비는 더이상 걱정거리가 아니다. 차고에서 하룻밤 차를 충전하면 주행거리는 문제가 되지 않는다. 또, 현재 살고 있는 홍콩에는 급속충전 인프라가 훌륭하게 갖춰져 있다. 차는 가속 페달을 밟으면 즉시 토크를 전달해 이 도시에 있는 엄청난 수의 슈퍼카를 따라잡을 수 있게 한다.

하이브리드 및 전기차 파워트레인 기술을 설계하는 팀의 리더라는 직책은 전기차에 대한 독특한 관점을 가지게 한다. 나는 전기차를 배터리와 전기 모터가 장착된 차 대신 통신 인프라, 엔터프라이즈 컴퓨팅 및 개인용 전자제품 시장을 변화시킨 것과 같이 급격한 혁신 곡선을 그리고 있는 대형 전자장치라고 생각한다.
TI의 기술은 전기차에 대한 접근성과 에너지 효율을 높이고, 세상을 더 안전하게 만드는 데 도움을 주고 있다. 다음은 전기차가 우리의 일상에 계속 존재해야 할 이유를 보여주는 5가지 혁신 기술에 대한 내용이다.



1. 주행 가능한 거리에 대한 신뢰   

전기차를 구매할지 고민하는 소비자가 맞닥뜨리는 가장 큰 문제는 바로 배터리 방전이다. 한 가지 좋은 소식은 첨단 배터리 관리 시스템(BMS)이 주행거리, 안전, 안정성 및 비용에 대한 우려 등 중요 장벽을 극복하는 데 도움을 주고 있다는 것이다. 
자동차 제조사는 최대한 긴 주행거리를 실현하기 위해 노력하고 있으며, 배터리 충전 상태(SOC)를 정확하게 계산하는 것은 운전자가 차량 배터리 잔량을 파악하는 데 필수적이다. TI의 새로운 장치는 전압 및 전류 측정에 훨씬 더 높은 정밀도를 제공해 자동차 제조사가 전기차의 진정한 주행거리를 정확하게 측정할 수 있도록 해준다.
배터리 모니터 및 밸런서의 발전은 충전 상태 및 구동 상태 측정을 개선함으로써 자동차 제조사가 기존의 그 어떤 셀 모니터에서도 차량 배터리 팩을 충전 및 방전할 수 있게 돕고 있다. 이에 따라 불확실성이 감소하고, 전기차의 주행거리를 효과적으로 확장하거나 자동차 제조사가 더 작고 가벼운 배터리 팩으로 동일한 유효 범위를 제공할 수 있게 된다.



2. 더욱 빨라지는 충전  

많은 사람은 집에서, 또는 장거리 여행 중에 전기차를 쉽고 빠르게 충전할 수 있을지 궁금해한다. 배터리 상태에 영향을 주지 않고 더 빠르게 충전하려면 각 배터리 셀에 최적의 전압과 전류를 지속적으로 공급하는 것이 중요하다. 최신 온보드 충전기 솔루션은 충전 속도를 높이고 각 배터리 셀이 순간적으로 처리할 수 있는 최고 전류와 전압으로 전력을 공급하면서 셀 수명과 용량을 단축시킬 수 있는 과충전 또는 과열 상태를 방지할 수 있다.
오늘날 나는 차고에서 하룻밤 동안 전기차를 충전하지만, 미래에는 DC 월박스 충전기를 사용해 집에서 2시간 이내에 800V 배터리를 충전할 수 있을 것으로 기대한다. 실제로 일부 장비 제조업체는 단 몇 분 만에 완전 충전을 할 수 있는 기술을 개발하고 있다. 또한 반도체 기술로 구현되는 양방향 충전으로 차 대 그리드, 차 대 차, 차 대 인프라가 현실이 되고 있다.







3. 주행거리를 희생하지 않는 가속         

나는 전기차의 빠른 가속 능력을 정말 좋아한다. 이런 가속 능력 덕분에 더 빠르고 재미있게 운전할 수 있다. 배터리 에너지를 토크와 속도를 제어하는 동력으로 변환하는 트랙션 인버터 시스템은 전기차 주행거리, 성능 및 주행 경험을 뒷받침하는 동력이다. 이 시스템은 배터리로부터 에너지를 끌어들여 다양한 조건에서 최고의 성능을 발휘하는 데 필요한 높은 전압과 전류를 빠르게 변화시켜 전기 모터로 공급한다. 트랙션 인버터 시스템의 효율은 운전자가 가속 시 부드럽고 즐거운 승차감을 얻을 수 있도록 보장하는 핵심 요소다.
절연 게이트 드라이버의 조절식 게이트 드라이브 강도와 같은 고급 반도체 기능을 통해 전기차는 도로 상태, 운전 스타일 및 날씨에 따라 에너지 사용량을 조절할 수 있다. 가파른 산길을 구불구불하게 지나가거나 평탄한 곳을 지나갈 때 배터리 충전량을 낭비하지 않아도 된다.



4. 더 안전하고 더 안정적인 작동 지원       

TI의 전원 관리 기술은 더 넓은 범위와 더 빠른 충전 외에도 정밀한 전력 보호, 기능안전성 기능을 지원해 차량 작동을 보호한다. 즉, 소비자들이 자신의 전기차의 안전성과 신뢰성을 믿고 안심할 수 있게 한다. 
배터리 과충전, 과열 또는 과도한 방전을 방지하면 배터리 수명과 안전이 연장된다. 이와 동시에 최첨단 센서와 마이크로컨트롤러를 통해 최첨단 운전자 안전 시스템을 통해 갑작스러운 위험에 대한 경고를 제공하고, 갑작스러운 위험에 대처할 수 있다.



5. 경제성     

차량 전동화 기술의 진보는 자동차 제조사들이 다양한 모델과 차세대 차량에 사용할 수 있는 자동차 시스템 아키텍처 설계를 재고할 수 있게 할 것이다. 이는 자동차의 혁신을 위한 엄청난 기회다. 자동차 제조사들은 시스템을 재고하고 재설계하며 영역 제어, 통합 파워트레인, 무선 배터리 관리 시스템, 지능형 배터리 정션 박스, 양방향 충전과 같은 혁신적인 솔루션을 도입하고 있다. 그 결과는 성능, 범위, 편의성, 전반적인 시스템 크기 및 비용, 그리고 소비자를 위한 보다 경제적인 자동차의 출시로 이어지고 있다.






향후 비전  

전기차의 접근성을 높이려는 비전은 점점 현실이 되고 있지만, 앞으로 더 많은 과제가 기다리고 있다. 이런 비전을 실현하는 데 필요한 첨단 구성 요소들은 이미 시중에서 접할 수 있다. 미래에 예상되는 내용은 다음과 같다. 
먼저, 자동차 통신 프로토콜의 표준화를 점점 더 많이 보게 될 것이다. 클라우드 기반 컴퓨팅은 머신러닝으로 하여금 차량 관리, 배터리 수명 계산, 오류 예측 알고리즘과 같은 작업을 수행할 수 있게 할 것이다. 와이드 밴드갭 반도체로 전기차 구동 트레인은 점점 더 효율적이고 강력해질 것이다. 반도체 산업은 더 저렴하면서도 더 안전한 차량을 가능하게 하는 비용 효율적인 소재와 첨단 기술을 통해 혁신을 거듭할 것이다.
우리 팀이 매일 설계하고 있는 하이브리드와 전기차 파워트레인 기술은 전기차를 몇몇 사람들의 공상에서 지속 가능한 교통수단으로 현실화하는 데 일조하고 있다.

AEM_Automotive Electronics Magazine