현재의 내연 자동차들은 100년 이상의 집중적인 개발을 통해 많은 성과를 이뤄냈다. 스포트라이트를 전기차에 다시 집중함으로써 상대적으로 짧은 기간 내에 그 가치가 입증될 것이라고 나는 확신한다.

글 | 그렉 짐머(Greg Zimmer)
선임 제품 마케팅 엔지니어,
리니어 테크놀로지

내가 자랄 때는 그루먼 쿠르브와트 전기차(Grumman Kurbwatt Electric Van)가 편지를 배달했다. 오늘날 편지는 도보로 배달되고 있으며 쿠르브와트는 사라졌다. 이것은 아마도 초당파주의의 보기 드문 사례일 것이다. 바로 녹색당 당원과 비당원 모두가 이를 성공으로 간주할 수 있기 때문이다.

쿠르브와트는 전기차가 항상 우리 주변에 있었다는 사실을 상기시켜준다. 사실 1800년대 초기 문헌에서도 전기차에 대한 내용을 찾아볼 수 있다. 최초의 전기차는 충전이 가능하지 않은 배터리를 사용했으며, 배터리에 대한 개선이 이루어지면서 보다 실용적인 버전들이 나왔다. 100년 전 벨기에에서 제작한 경주용 전기차 “La Jamais Contente”는 68 mph로 세계기록을 수립했다. 내연기관(internal combustion engine, ICE)에서 발생하는 진동, 냄새, 소음이 없고 수동 클랭킹 또는 기어 변속 등이 필요치 않아 가솔린차 대비 많은 장점을 제공했기 때문에, 1900년대 초에 전기차가 인기를 끌었다.

EV에 대해서는 불행히도 저렴하고 풍부한 가솔린을 사용하는 연소 엔진을 따라잡을 만큼 배터리 기술이 진화하지 못했다. 배터리 기술은 그때나 지금이나 전기차의 성공에 있어서 가장 중요한 요소다. 시장을 주도하는 성장 동력이 없는 상황에서 20세기 대부분의 기간 동안 전기차의 배터리 시스템 개발이 매우 느렸던 것은 그리 놀라운 일이 아니다.

바야흐로 이제 가격 및 환경과 관련한 석유 비용으로 인해 에너지 사용의 다양화가 전 세계적으로 강하게 요구되고 있다. 전기가 이러한 일을 일어나게 하는 열쇠이며, 전기차가 이 패러다임에 있어서 중요한 역할을 하게 될 것이다.

전기는 사실상 이용 가능한 모든 에너지원(핵, 태양열, 풍력, 지열, 석탄, 가스, 디젤, 에탄올, 수소, 건조한 버팔로 배설물 등)으로부터 생성된다. 어떤 의미에서 전기는 공통어(Lingua Franca)이다. 전기차에 대한 국제 표준화를 통해 규모의 경제를 달성하는 동시에 한정된 연료 소비를 지원하고 있는 대규모 인프라를 제거할 수 있을 것이다.

뿐만 아니라, 전기차의 에너지 효율을 내연 자동차보다 한층 더 증가시켜야 한다. 자동차 구동의 가변 부하(variable loading) 측면에서 전기 모터가 저속에서 높은 토크 특성을 제공하기 때문에, 내연기관보다 유리하다. 좁은 범위의 속도와 부하 범위에서는 내연기관이 가장 효율적으로 동작한다. 따라서 최고 가속 요구를 충족시키기 위해서 엔진의 크기가 커야만 하며, 가솔린 에너지를 운동으로 전환하는 엔진의 효율은 일반적으로 20%이다. 반면, 전기 모터는 일반적으로 90%의 효율로 전기 에너지를 운동으로 전환한다. 또한 전기 모터는 정차 시 대기 상태에서 에너지를 소비하지 않으며, 전기 시스템은 회생제동을 통해 기계적인 에너지를 복구할 수 있는 가능성을 제공한다.

그럼에도 진정한 가솔린 자동자의 경쟁 상대가 되기 위해서는 배터리 기술에 있어서 많은 개선이 필요하다. 에너지 및 전력 밀도를 대폭 증대시킬 수 있는 새로운 배터리 화학 기술의 경우, 이를 실제 사용하기 위해서는 배터리 관리가 상당히 복잡해진다. 충전 주기, 로트 별 차이, 다양한 환경 조건 등으로 인해 개별 배터리 셀 용량이 시간이 경과함에 따라 약화되거나 범위를 벗어날 수 있다. 설상가상으로 고 전력 드라이브 트레인의 전기적 환경은 엄청난 전기적 잡음, 과도한 스파이크, 고전압, 넓은 동작 온도 등을 포함하고 있다. 물론, 전자 장치들은 매우 높은 신뢰성과 수명을 제공해야 하는데, 고객들은 현재 장기간 사용이 가능한 고성능 ICE 차량에 익숙하며 대체 기술에 대해서도 동일한 성능을 요구할 것이기 때문이다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위해서 리니어 테크놀로지는 EV 및 HEV 시장을 위한 획기적인 전자 디바이스들을 발표해 왔다. 리니어 테크놀로지는 전기차 드라이브 트레인에서 사용하는 대형 고전압 배터리 스택을 정밀 모니터링 할 수 있는 단일 IC인 LTC6802를 지난 2008년 출시했다. 이 배터리 모니터링 IC는 데이터 수집 작업을 단일 디바이스로 통합했으며 긴 배터리 셀 스트링(string)을 지원할 수 있다. 결과적으로 기존 디스크리트 솔루션 대비 성능, 비용 효과, 공간 활용 등이 대폭 향상됐다.

LTC6802는 12비트 ADC, 정밀 전압 레퍼런스, 고전압 입력 멀티플렉서, 시리얼 인터페이스 등을 포함하고 있다. 각 LTC6802는 직렬로 연결된 최대 12개의 개별 배터리 셀을 측정할 수 있다; 디바이스의 고유 설계를 통해 옵토커플러, 아이솔레이터 등을 사용하지 않더라도 복수의 LTC6802를 직렬로 스택 할 수 있기 때문에, 직렬 연결 배터리의 긴 스트링 내에 있는 모든 셀에 대해 정밀 전압 모니터링이 가능하다. 2009년 리니어 테크놀로지는 LTC6802의 콤패니언 디바이스로 이러한 고전압 배터리 팩에 대해 추가적인 모니터링 기능을 제공하기 위해 LTC6801을 출시했다. 리니어 테크놀로지는 2년간의 양산 및 주행 검증 설계를 거쳐 2세대 배터리 모니터링 IC인 LTC6803을 최근에 출시했다. 자동차 분야에서의 실전 경험을 통해 2세대 제품은 잡음 내성 향상, 배터리 셀에 대한 보다 폭넓은 호환성 제공, 전력소모 절감, 안전하고 신뢰할 수 있는 동작을 위한 포괄적인 자동-테스트 성능 제공 등과 같은 요구들을 지원한다.

전기차가 주류로 자리를 잡는데 성공하기 위해서는 LTC6803 등과 같은 첨단 측정 디바이스가 반드시 필요하다. 이들 디바이스들은 정확한 측정, 모니터링, 제어 등의 기능을 제공해야 할 뿐 아니라, 매우 열악한 조건 하에서 장기간 신뢰성 있게 동작해야만 한다. LTC6803은 가능한 모든 것을 검증하고 있으며 차세대 디바이스는 배터리 관리, 모니터링, 밸런싱, 전력관리 등에 대해 새로운 지평을 열었다. 멀지 않은 미래에 내연기관의 진동, 냄새, 소음을 제거하고 후회 없이 앞으로 나아가게 될 것이다. 현재의 내연 자동차들은 100년 이상의 집중적인 개발을 통해 많은 이점을 가지고 있다. 스포트라이트를 전기차에 다시 집중함으로써 상대적으로 짧은 기간 내에 그 가치가 입증될 것이라고 확신한다. ES