인피니언 테크놀로지스 코리아(www.infineon.com)가 지난달 기자간담회를 통해 드라이브트레인의 전기화를 위한 반도체의 역할에 대해 설명하는 자리를 가졌다. 반도체는 전기자동차에 있어서 필수 불가결한 요소인데 특히 전력 반도체는 전력 변환, 관리 및 전달에 있어서 중요한 역할을 한다. 드라이브트레인의 주요 역할은 전력 관리이며 충전 유닛, 배터리, 전기 모터가 주요 구성 블록이다.

이승수, 인피니언 테크놀로지스 코리아 상무

  이승수 인피니언 테크놀로지스 코리아 오토모티브 사업부 상무는 “전력망에서의 AC파워를 DC로 전환하여 배터리를 충전하는 충전 유닛을 구현하기 위해서는 많은 반도체가 필요하며, 이는 작은 폼팩터와 열방출 감소를 가능하게 한다. 온도 제한에 매우 민감한 리튬이온 배터리의 충전/방전을 위해서는 정밀한 엔진 관리 시스템이 필요하며, 인버터는 DC전압을 3상 AC전류로 변환하여 전기 모터를 구동한다”며 “이 세 구성 블록은 모두 전력을 변환, 관리 및 전달하며 이는 반도체를 통해서만 구현 가능하다”고 설명했다. EMS를 대체하는 드라이브트레인에서 전기 모터 제어 유닛은 전기차의 주행 특성을 결정한다. 마이크로컨트롤러, 센싱 및 게이트 드라이버 IC 등 인버터의 ‘지능’은 PCB에, ‘근육’인 IGBT는 전용 모듈에 위치한다. IGBT의 스위칭 손실은 모듈의 온도를 높여 냉각의 필요성을 증가시키고 전기적으로 큰 스위칭 손실은 EMI 증가로 이어져 비싼 인덕터와 커패시터가 요구된다.

  이승수 상무는 “인피니언은 전기자동차를 위해 650V/800A 정격에 이르는 스위칭 손실이 적은 IGBT를 제공하고 있으며, 더욱 높은 정격의 제품이 요구될 시 6500V/3600A까지의 산업용 제품으로 대응할 수 있다”고 설명하며 “고객의 요구에 맞추어 베어 다이나 3개의 하프 브리지를 통합한 모듈도 제공한다. 80kW까지의 전기 모터 제어에 필요한 전력 반도체를 모두 통합한 모듈은 10cm x 20cm에 불과해 컴팩트한 모터 제어 디자인이 가능하다. 뿐만 아니라 인피니언은 CLT(Coreless Transformer Technology) 기술을 적용하여 갈바닉 절연과 제어 부분을 통합한 IGBT 구동 IC를 개발하여 제어 보드 공간을 상당히 줄일 수 있도록 한다”고 소개했다.

  소유비용에 상당한 영향을 미치는 배터리 수명 연장과 주행거리 증가 및 안전을 위해서 지능형 배터리 관리가 필요하다. 배터리는 여러개의 셀로 이루어진 배터리 스택들로 구성된다. 각 셀은 사슬구조로 연결되어 충전/방전되는데 노후화됨에 따라 사슬 연결 작동에 오류가 발생하여 배터리의 성능 저하를 가져온다. 인피니언이 소개하는 셀의 충전/방전 능동 밸런싱을 위한 셀 관리 회로를 적용하면 배터리 성능이 10~15% 가량 향상되며, 이는 주행 거리와 배터리 수명 증가로 이어진다.
  온-보드 충전 시스템을 위해서는 효율성과 전력 밀도가 매우 중요한다. 인피니언은 IGBT, SiC-Diode, MOSFET, CLT적용 게이트 드라이버 등 광범위한 전력 제품군을 공급하여 대응해 나가고 있다. 뿐만 아니라 전력 효율 및 EMC를 최적화하기 위해 사용하기 쉬운 레퍼런스 디자인을 개발중이다.
 또 다른 분야는 자동차와 전력망 및 운영 시스템간 통신. 공영주차장이나 회사 주차장에서 충전 시의 지불 문제, 에너지 공급자의 수요량 예측, 사용자 식별 문제 및 보안 등 해결되어야 할 과제들이 있다. 인피니언은 이미 이러한 과제들을 해결하는 기능을 위한 IC를 공급하고 있을뿐 아니라 보안을 위해 인증을 위한 보안칩도 적용될 수 있을 것이다.

 이승수 상무는 “반도체 산업은 광범위한 제품을 공급하여 드라이브트레인의 전기화에 큰 역할을 하고 있다. 인피니언은 전기 드라이브, 모터 제어, 배터리 관리 뿐 아니아 온-보드 충전 및 파워 그리드 통신 등 다양한 부분에서 기술 선도 제품들을 공급하고 있다”면서 “전기자동차의 상용화를 위해서는 업계에서의 협력이 필수적이며 인피니언은 전기자동차 효율을 35%이상 향상시키기 위해 33개의 자동차 제조업체와 연구기관이 참여하고 있는 E3Car 연구 프로젝트를 선도하고 있다”고 소개했다.                   이재용 기자(hades@cyberes.co.kr)