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전동화 트렌드를 주도하는 소형 전원 모듈

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[인터뷰] 그레고리 그린(Gregory Green), 차량 부문 마케팅 부서장, 바이코

[인터뷰] 해리스 무헤디노비치(Haris Muhedinovic), 차량 부문 수석 FAE, 바이코

오늘날, 전력 공급 네트워크 및 충전 인프라 최적화 등 자동차 전동화를 목표로 유례없는 연구·개발(R&D) 활동이 진행되고 있다. 하지만 전동화 사업은 복잡하기에 새로운 접근 방식과 창의적인 솔루션을 모색할 필요성이 대두되고 있다. 고밀도 전력 모듈은 급속도로 진행되는 오늘날의 자동차 전동화 속도에 맞추어 유연하게 설계·확장·적응 작업을 할 수 있게 돕는다.

본 원고에서는 이리나 후버(Irina Huber), 바이코 차량 부문 마케팅 부서장인 그레고리 그린(Gregory Green, 이하 그린), 바이코 차량 부문 수석 필드 애플리케이션 엔지니어인 해리스 무헤디노비치(Haris Muhedinovic, 이하 무헤디노비치)가 고속 충전 전력 시스템 이중화 설계에 필요한 고밀도 전력 모듈 솔루션에 대해 논의했다.

양방향 충전과 스마트 충전의 차이점은?

• 그린: 양방향 충전과 스마트 충전은 상호 연결된 개념이다. 양방향 충전 기술을 사용하면 차량 배터리로 다른 부하에 전력을 공급할 수 있으며, 스마트 충전 기술을 사용하면 차량이 전력 공급 중인 부하의 상태를 확인하고 관리할 수 있다.

스마트 충전 기술이 접목된 가정용 충전기는 언제든지 적재적소에 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 지붕에 설치한 태양광 패널을 인터넷에 연결하면 화창한 날에 태양광을 전력으로 변환한 뒤 가정에서 에너지를 사용할 수 있다. 스마트 충전기는 이처럼 주어진 정보를 처리하여 최적의 전력 공급 시간까지 대기했다가 차량에 전원을 공급할 수 있다.

• 무헤디노비치: 보쉬(Bosch)의 스마트 충전 인프라는 상당한 수준에 이르렀다. 가령, 발전소와 통신하여 현재 전기 가격, 전력계통 내 현재 가용 에너지의 충분 여부, 에너지 근원 등을 파악할 수 있다. 스마트 충전 설비로 차량, 태양광 패널, 전력계통, 통신, 에너지 공급업체 등 전반적인 충전 인프라를 모니터링하는 것이 가능한 상태이다.

• 그린: 영국의 경우 2022년 중반 이후로는 모든 벽면 충전기가 스마트 충전기처럼 호환성을 갖추고 네트워크 연결을 통해 피드백을 제공할 수 있어야 한다. 대부분의 테슬라(Tesla) DC 충전기는 이미 이러한 사양을 갖추고 있다.

“양방향” 충전 기술의 용도는?

• 그린: 양방향 충전 기술은 차량 배터리에서 다른 부하로 에너지를 전송하는 데 사용된다. 배전 형태는 V2G (Vehicle to Grid), V2H(Vehicle to Home), V2L(Vehicle to Load), V2V(Vehicle to Vehicle) 등 네 가지로 나뉜다. 3.6kW의 AC 전력을 제공할 수 있는 닛산 리프(Nissan Leaf)와 포드(Ford) F150처럼 부하로 전력을 공급할 수 있는 차량은 많지 않다.

시스템 전력 흐름을 모니터링하고 관리하려면 스마트 충전 기술 역할인 모니터링 기능을 양방향 충전 기술에 접목할 필요가 있다. 스마트 충전 기술과 양방향 전력 기술을 혼용하면 V2G, V2H, V2L, V2V 작업을 활성화하고 최적화할 수 있다.

모든 전기차(EV)가 고속도로상의 DC 고속 충전기와 호환되고, 주행 거리에 대한 불안감을 해소하며, EV의 미래를 앞당기기 위해 바이코는 어떤 활동을 하고 있습니까?

• 무헤디노비치: 바이코는 호환성을 주요 과제로 상정하고 있다. 현대 EV의 전압 사양은 주로 400V와 800V이다. 전압이 높을수록 충전 속도가 빠르다.

하지만 대부분의 도로용 충전기가 400VDC라는 점이 문제다. OEM 입장에서는 급속 충전을 위해 400V에서 800V로 전압 사양을 높이는 장치가 필요하다. 일부 Tier 1 공급업체들은 약 15kg에 달하는 무겁고 부피가 큰 솔루션을 제공하고 있다. 하지만 이 방법은 공간만 크게 차지하고 주행 거리를 줄이는 단점이 있다.

800V 배터리와 400V 충전기 간 호환 문제는 ‘배터리 가상화’ 기술을 통해 해결 가능하다. 800V 배터리가 연결되어 있는 동안 온보드 충전기가 해당 배터리 전압을 400V로 ‘인식’하게 만드는 기술이다. 바이코는 이를 실현시킬 기술을 보유하고 있다.

용량이 3.5리터에 불과한 SAC(Sine Amplitude Converter)와 같은 바이코 고밀도 고전력 모듈을 사용하여 크기, 무게 및 복잡성을 줄이면서 배터리 가상화를 구현할 수 있다. 이처럼 중량 문제를 해결하면 주행 거리가 향상된다.

새로운 전력 공급 아키텍처에 대한 바이코의 대응 방향은 어떻게 됩니까?

• 그린: 바이코에서 가장 주안점을 두고 있는 부분은 전력 및 전압 측면의 확장성이다. 바이코 소형 전력 모듈을 병렬로 배치하면 필요에 따라 전력을 손쉽게 증가할 수 있다. 다시 말해, OEM은 하나의 부품에 대한 특성화와 검증만 하면 된다. 이로써 OEM은 자사 시스템을 차별화하고 시장 진출 속도를 가속화할 수 있다.

• 무헤디노비치: 전력 공급 네트워크(PDN)가 차량마다 상이하기는 하지만, 바이코 전력 모듈을 사용하면 설계 전문성이나 개발 소요 시간 등 제약에 따른 부담을 덜 수 있다. OEM은 소수의 부품만으로도 전기차(xEV) 플랫폼 전용 PDN을 빠르게 구성할 수 있다. 바이코 전력 모듈의 강점은 구성 용이성, 유연성, 확장성이다. 따라서 급변하는 현대 xEV의 설계에 가장 어울린다고 할 수 있다.

향후 전기차에 있어 전력 이중화의 중요도는?

• 무헤디노비치: 자율주행차량 수요가 증가하면서 고안정성 전력 아키텍처 수요도 증가했다. 그러면서 FIT(Failure In Time) 비율의 주목도가 높아졌다. 구성품이 ASIL-D 레벨 또는 특수 자율 주행 기능에 필요한 FIT 비율에 충족하기 위해 OEM은 이중화 기술을 통해 FIT 비율을 낮추고 있다. 이때 이중화 전원 공급 장치가 주로 사용되는데, 이는 전원 공급 장치를 하나 이상 확보하여 부하 전원 공급 상태를 유지할 수 있기 때문이다.

OEM이 배터리 사양과 DC-DC 컨버터에만 의존하는 경우가 간혹 있지만, 두 개의 각기 다른 배전 경로를 사용하여 고전압 배터리에서 저전압 배터리로 전력을 공급하는 방법도 고민할 수 있다. 이는 미래 EV에 안전한 이중화 기술을 도입하는 데 있어 중요한 의의를 가진다. 완전 기계 시스템의 조향(steer by wire), 제동(brake by wire) 등의 기술이 전력으로 점차 대체되고 있기에, HV 배터리가 오작동하거나 일시적으로 사용할 수 없는 경우에도 시스템은 정상적으로 작동해야 하는 것이 중요해졌다. 저전압 배터리에 문제가 생기면 DC-DC 컨버터가 해당 부하로 전력을 공급해야 하고, DC-DC 컨버터에 문제가 생기면 다른 컨버터가 차량 조향 및 제동 능력을 유지해야 한다.

이를 지원하는 솔루션은 여러 가지이다. 그중에서도 바이코 솔루션은 경쟁사 대비 작은 크기와 중량을 이용한 이중화 아키텍처를 장점으로 한다. 예를 들어, 타사 솔루션은 최대 5리터의 용량을 사용해야 하는 반면 바이코 솔루션은 2리터 미만의 용량으로도 모든 능력을 발휘할 수 있으므로 아키텍처 간소화와 공간 절약이 가능하다.

• 그린: SAC를 적용한 바이코 기술은 배터리 가상화를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 저전압 배터리를 제거하고 전원 이중화도 가능하다. 바이코 기술을 통해 전력 공급 네트워크와 고성능, 고효율 전력 변환 기능을 최적화할 수 있다. 

leekh@seminet.co.kr
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