EV 시장 활성화
Coherent SiC로 구축된 전력 전자 장치는 EV 주행거리를 늘리고, 충전 시간을 단축하고, 비용을 절감하여 시장에 활력을 불어 넣습니다.
2024년 6월 27일 Coherent
EV 파워트레인의 주요 요소.
전기차(EV) 판매는 긴 충전 시간으로 인한 소비자 저항과 기존 가솔린 차량에 비해 높은 구매 가격이라는 주요 원인으로 인해 정체되었습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 EV 제조업체는 여러 가지 추가적인 장점이 있는 800V 시스템으로 전환하고 있습니다.
하지만 더 높은 전압의 배터리만 있으면 800V로 전환할 수 있는 것이 아닙니다, 사실, 800V의 전력 전자 장치 요건은 매우 다릅니다. 결과적으로, 실리콘 카바이드(SiC)는 기존 기술이 직면한 장애물을 우회할 수 있기 때문에 고전압 전력 전자 장치에 기존에 사용된 실리콘의 대체 반도체 소재로 부상했습니다. 그 이유와 방법을 살펴보겠습니다.
더 높은 전압, 더 나은 성능
자동차 제조업체는 EV의 효율성과 소비자 매력을 높이기 위해 800V 전기 시스템 채택에 집중했습니다. 더 높은 전압은 단순한 기술적 업그레이드가 아니라 획기적인 EV 전력 공급 방식으로 오늘날 주로 사용되는 400V 시스템보다 상당한 이점이 있습니다.
800V 기술의 주요 이점 중 하나는 충전 시간이 크게 단축된다는 것입니다. 전압이 증가함에 따라 전력이 차량 배터리로 더 빠르게 흐를 수 있기 때문입니다. 이러한 기능은 편리할 뿐만 아니라 EV를 일반 소비자를 위한 더 실용적인 제품으로 만드는 데 있어 중요한 기술 발전입니다.
더욱이 800V 시스템은 EV의 전반적인 에너지 효율성을 향상시킵니다. 전력, 전류, 저항 간의 관계(전력 = 전류 × 전압, 또는 전력 = 전류² × 저항)는 전압을 높이고 전류를 낮추면 전력 전송 중에 열로 손실되는 에너지가 줄어든다는 것을 알려줍니다.
전류를 줄이면 차량에서 더 가벼운 와이어링 하네스(wiring harness)를 사용할 수도 있어 제조 비용과 차량 무게를 줄이는 데 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 그리고 차량 무게를 줄이면 주행 거리가 늘어납니다. 이런 이유들은 포르쉐, 아우디, 제네시스, 현대, 기아를 포함한 자동차 제조업체가 이미 800V 배터리 팩을 장착한 차량을 제작하고 있는 이유 중 일부에 불과합니다.
800V 최대한 활용하기
EV에서 800V 아키텍처의 모든 이점을 실현하려면 중요한 혁신이 필요합니다. 특히, 높은 전압에서 최적으로 작동할 수 있게 전력 전자 장치를 업그레이드해야 합니다.
전력 전자 장치는 전력을 제어하고 변환하는 시스템을 말합니다. EV 구동장치는 고전압을 이용합니다. 일반적으로 버스 전압은 배터리 전압과 동일합니다(이 경우에는 800V).
트랙션 인버터(모터를 구동하고 바퀴를 추진함)는 약 100kW의 고전력입니다. 이러한 인버터 토폴로지는 큰 전류를 전달하고 고전압을 견딜 수 있는 고효율 스위치가 필요로 합니다. 800V 시스템의 경우에는 2kV에 가깝습니다.
과거에는 이러한 전력 스위치가 일반적으로 실리콘으로 제작된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)였습니다. 안타깝게도 실리콘 IGBT는 높은 스위칭 주파수에서 잘 작동하지 않으며, 효율 손실이 발생하고 1500V 이상의 전압에서 작동하지 않습니다.
광대역 밴드갭 반도체인 실리콘 카바이드(SiC)가 해결안을 제시합니다. SiC 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)는 실리콘 기반 구성품보다 더 높은 온도 허용 오차, 더 빠른 스위칭 속도, 더 높은 효율 등의 뛰어난 특성을 자랑합니다. 사실상 800V EV 시스템의 높은 전압 요건에 이상적인 소재입니다.
800V 전력 모듈에 SiC 기반 소재를 사용한 열 관리
고전력 스위치로 작동하는 것 외에도 SiC는 EV의 가장 중요한 과제 중 하나인 열 관리를 직접 해결합니다. 반응 결합 Si/SiC 복합재(RBSiC)의 형태로 SiC는 높은 열 전도체 역할을 합니다. 이를 통해 이러한 전원 스위치를 수용하는 전원 모듈에서 열을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 또한, 뛰어난 열 팽창 특성, 고온 작동 능력, 고강도, 높은 강도 대 중량 비율을 가진 전원 모듈에 이상적인 베이스 플레이트 소재입니다.
요약하면, SiC 구성 요소는 반도체 전원 스위치와 열 관리용 복합재로 더 적은 열을 발생시키면서 더 높은 전압과 전류를 효율적으로 처리하여 800V 시스템을 구현할 수 있습니다. 함께 사용하면 광범위하고 부피가 큰 냉각 시스템이 필요하지 않아 차량 무게와 복잡성을 더욱 줄일 수 있습니다. Coherent는 SiC 웨이퍼와 에피택시의 양산을 위한 포괄적인 역량과 열 관리 솔루션을 위한 대량 증착 역량과 함께 SiC 기반 기기를 제조하려는 장기적 계획을 통해 이러한 기술적 변화를 지원합니다.
EV 파워트레인 구성 요소 외에도 Coherent는 최첨단 차량 기술의 여러 가지 다른 측면도 다루고 있습니다. 개선된 실내 감지, 열 관리 및 자동차 LIDAR를 가능하게 하는 방법에 대해 자세히 알아보십시오.
