인팩, 바이코 고밀도 전력 변환 기술로 48V Zone 아키텍처 구현

인팩(INFAC)이 바이코(Vicor)의 고전력 800V-48V 절연형 레귤레이션 DC-DC 컨버터를 통합한 전기차용 800V 배터리 팩 설계 블록을 공개했다.

이 설계는 DC-DC 변환 기능을 차량 곳곳에 분산된 독립형 서브시스템으로 구성하는 대신 배터리 팩 내부에 통합하는 것이 특징이다. 배터리에서 직접 전압을 낮춰 차량 전체에 안전초저전압(SELV)을 분배함으로써 48V 존(Zone) 아키텍처를 구현한다.

기존 방식에서는 고전압 DC-DC 컨버터가 일반적으로 800V 또는 400V 배터리 어셈블리 시스템(BAS) 외부에 장착된다. 이에 따라 DC-DC 컨버터를 위한 별도의 안전 및 열 관리 시스템이 필요하다.
 

전기차의 모터와 인버터 시스템은 수백 kW의 전력을 필요로 하며, 이를 위해 고전압 와이어링 하네스와 브래킷, 인클로저가 필요하다. 반면 다른 파워트레인 서브시스템과 차체 및 섀시 전자장치는 3.5~12kW의 전력을 필요로 하며 48V SELV 존 전력 공급 네트워크를 통해 전력을 공급할 수 있다.

고전압 전원과 DC-DC 변환 전력 시스템을 물리적으로 분리할 경우 전력 분배 및 관리 시스템이 중복될 수 있다. 이로 인해 공간과 중량, 비용이 증가하고 두 개의 액체 냉각 시스템이 필요하다.

인팩은 배터리 팩에 이미 열 부하를 관리할 수 있는 액체 냉각 시스템이 탑재돼 있다는 점에 주목했다. 이에 고전압 DC-DC 컨버터를 배터리 팩 내부에 통합하고 기존 냉각 시스템을 활용하는 설계를 적용했다.

이를 통해 기존에는 DC-DC 컨버터를 위해 배터리 팩 외부에 별도로 설치해야 했던 냉각 시스템을 제거할 수 있다. 배터리 팩을 단순한 에너지원이 아니라 중앙 집중형 지능형 전력 허브로 활용하는 접근이다.

이번 설계에는 바이코의 고밀도 BCM6135 DC-DC 컨버터와 PRM3735 레귤레이터가 적용됐다. 두 제품은 고전압을 48V로 변환하고 전압을 조절해 존 아키텍처에 필요한 고출력 완전 절연형 레귤레이션 버스를 구현한다.

인팩은 기존에는 크기 제약으로 인해 DC-DC 변환 기능을 배터리 팩 내부에 탑재하는 데 어려움이 있었다고 설명했다. 전력 관리와 전기적 절연, 안전 요구사항, 전력 모듈 패키징의 견고성 등을 동시에 충족해야 했기 때문이다.

DC-DC 컨버터를 배터리 팩 내부에 배치하면 시스템 차원의 다양한 이점을 확보할 수 있다.
우선 배터리의 액체 냉각 네트워크를 활용해 중복되는 냉각수 회로를 제거하고 열 인터페이스를 줄일 수 있다. 고전압 케이블의 길이와 두께도 줄여 고전압 하네스의 배선과 레이아웃을 단순화할 수 있다.

또한 브래킷과 인클로저, 냉각 부품 수를 줄여 BOM 비용과 중량을 낮추는 것도 가능하다. 연결부와 냉각 경로를 최소화함으로써 누출 지점과 전기적 고장 위험을 줄이고, 외부 인터페이스를 줄여 보다 빠르고 일관된 제조 공정을 구현할 수 있다.

바이코의 고밀도 모듈형 전력 아키텍처는 배터리 통합형 48V 전력 분배를 구현하는 데 필요한 효율성과 확장성, 소형 폼팩터를 제공한다. 이를 통해 배터리 팩을 차세대 전기차의 중앙 전력 관리 및 분배 허브로 활용할 수 있다. 인팩은 자사의 전기차 배터리 팩 설계를 자동차 업계의 48V 존 전력 아키텍처 전환에 맞출 수 있게 됐다.

AEM(오토모티브일렉트로닉스매거진)

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