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바이코, 경량 모듈형 전력 시스템 설계를 통해 세계 최고 수준의 라이딩 경험 제공

글/반도체네트워크 편집부 2023.09.06

“첫 라이딩 후 전기 오토바이가 하나의 사업으로 거듭나야 한다는 확신을 갖게 되었다. 전기 오토바이는 진동이나 소음 그리고 발열 없이도 엄청난 토크(torque)를 발휘한다. 마치 마법을 경험한 것 같았다.”

이는 시속215 마일에 달하는 전기 오토바이 최고 지면 속도 기록(LSR)을 보유 중인 라이트닝 모터사이클(Lightning Motorcycles)의 창립자이자 CEO인 리차드 햇필드(Richard Hatfield)의 이야기다. 이 회사는 2007년 캘리포니아주 산카를로스(San Carlos)에 설립되었는데, 회사와 가까운 곳에는 또 다른 전기차 선도업체인 테슬라(Tesla)가 위치하고 있다. 당시 산카를로스는 전기차 개발 및 협력의 시발점으로 알려졌다.

<라이트닝 모터사이클은 시속 215 마일 이상에 달하는 전기 오토바이 최고 지면 속도 기록을 보유 중이다>

라이트닝, 최고 지면 속도 기록 경신

평생 오토바이만 타고 다녔던 햇필드는 1990년대 후반 포르쉐 전기차 개발 과정에서 전기차 관련 경력을 쌓으면서, 동일 기술을 탑재한 오토바이의 개발에 관심을 가지게 되었다. 초기에만 해도 리튬 배터리는 희귀 부품으로 취급되었지만, 2005년으로 접어들면서 햇필드는 최초의 인산철 리튬 셀, 기성 산업용 가변 주파수 구동 인버터, 유도 모터 등을 조달할 수 있게 되었다.

햇필드는 자체의 고유한 전기 오토바이 설계를 활용하여 초창기 시제품을 개발했고, 후속 오토바이 모델에 테슬라 모터를 장착하면서 라이트닝 오토바이가 세상에 모습을 드러내게 되었다.

햇필드는 “보네빌 소금 사막(Bonneville Salt Flats)에서 라이트닝 오토바이를 주행하여 35년간 지속된 최고 속도 신기록을 경신하게 되었다.”라고 설명하면서 “보네빌 소금 사막에서 달성한 이 기록(남부 캘리포니아 주행 속도 측정 협회(SCTA)에서 승인한 수치에 따르면 시속 215.962마일)은 여전히 남아 있고, 엘 미라지(El Mirage) 마른 호수에서도 시속 211.7마일의 기록을 확보한 상태이다. 이후에는 미국 오토바이 협회(AMA) 탄소 배출 제로 로드 레이싱 시리즈 개회식에 참가했고 북미 챔피언십에서 우승까지 한 바 있다.”라고 소개했다.

<전기 오토바이는 적어도 1회 충전 후 시속 70마일의 속도로 100마일을 주행해야 한다. 

현재 라이트닝의 오토바이는 10분만에 80%까지 충전 가능하며, 1회 충전 시 170마일 이상 주행할 수 있다>

이는 햇필드가 라이트닝의 최초 모델인 LS-218을 생산한 직후에 달성한 쾌거였다. 2013년에는 구름을 향해 가는 경주(Race to the Cloud)라고 알려진 파이크스 픽 인터내셔널 힐 클라임(Pike's Peak International Hill Climb)의 오픈 클래스(open class: 차량 개조 허용 부문) 부문에 참가했다. 햇필드의 LS-218 전기 오토바이는 코스 전체에서 빼어난 성능을 발휘했으며, 당시 최고 기록을 보유한 가스 오토바이를 상대로 20초 이상 빠른 속도를 자랑하면서 승리를 거머쥐었다.

세계 최고 수준의 라이딩 경험 보장

최첨단 오토바이로서 역사를 쌓아 나가려면 다음으로 주행 거리와 충전 시간 문제를 해결해야 했다. 라이트닝 제품에 탑재한 최신 배터리 팩은 일반적인 흑연 양극을 실리콘 양극으로 대체함으로써 킬로그램당 300와트시 범위의 에너지 밀도를 보유하는데, 이 수치는 대부분의 전기차 제조업체(EV OEM)에서 달성 가능한 수준을 상회한다. 라이트닝에서 현재 제공하는 고급 오토바이 모델은 170마일 이상을 주행할 수 있으며 10분 안에 80%까지 충전 가능하다. 

최고 성능을 실현하기 위한 전원 모듈의 채택

라이트닝의 오토바이 모델이 더욱 정밀해지면서 탑재되는 전자 장치의 필요 전력은 높아지고 중량은 낮춰야 하는 상황에 직면했다. 작고 가벼운 기기에서 전기 노이즈를 관리하기란 쉽지 않다. 라이트닝은 자사 제품 전체에 바이코 DCM 전력 모듈을 도입했으며, 해당 모듈은 12V 전자 제어 장치, 조명 시스템, 대시 계측 장치, 센서에 전원을 공급하고 있다. 햇필드가 바이코 제품을 선택하게 된 데에는 뛰어난 신뢰성, 낮은 노이즈, 전력 밀도, 우수한 발열 관리가 일조했다.

<라이트닝은 12V 전자 제어 장치, 조명 시스템, 계기판 및 센서에 전원을 공급할 부품으로 바이코 DCM4623 DC-DC 컨버터를 사용 중이다. 

해당 컨버터는 전력 밀도가 높고 가벼우며 비용효과적인 솔루션으로 인정받고 있다>

전력 시스템 문제 해결

초기에는 매우 높은 과도 전압 단계(V/μs)를 처리할 때 배터리를 DCM에 안전하고 안정적으로 연결하기 어렵다는 문제가 있었다. 노이즈가 DC-DC 컨버터 및 다른 전자 장치를 손상시킬 수 있기에 액추에이터 및 모터와 같은 부하 장치에 배터리를 기계형 중계기(mechanical relay)로 연결할 때에도 어려움을 겪었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 바이코는 “사전 충전(pre-charge)” 회로와 입력 필터를 통합함으로써 활성화/비활성화 상태에서 시스템이 안정적으로 작동하도록 조치했다. 바이코는 라이트닝의 전력 시스템 설계 요구가 진화할 때마다 이에 걸맞은 지원을 제공하고 있다.

라이트닝의 향후 계획

올해 햇필드는 남부 캘리포니아의 엘 미라지 마른 호수와 보네빌 소금 사막에서 거둔 이전의 신기록을 경신하려는 계획을 진행 중이다. 아울러 해발 12,000피트에 위치하며 4,000평방 마일의 너비를 자랑하는 세계 최대 규모의 소금 사막인 볼리비아의 우유니 사막(Salar de Uyuni)에서 레이싱을 치르겠다는 포부도 갖고 있다.

기록도 중요하지만, 햇필드는 전기 오토바이가 선사하는 경험에 주안점을 두고 있다. 

“한층 더 차원 높은 기분을 만끽할 수 있다. 변속기도 필요 없고, 변속할 필요도 없으며, 파워 밴드 전체에서 엄청난 토크를 발휘한다. 이는 고객들의 실제 소감이기도 하다. 고객 대부분은 평생을 오토바이 라이더로 살아왔지만, 라이트닝을 탄 경험 때문에 이제는 예전만큼 가스 오토바이를 타지 않는다.”라고 햇필드는 언급했다.

Vicor Corporation 소개
바이코는 미국 메사추세츠주 앤도버의 자동화 제조 공장에서 40년 이상 동급 최고의 고밀도 전력 모듈을 만들어 왔다. 바이코의 앤도버 공장은 전력 모듈의 성능과 확장성의 새로운 지평을 열도록 설계한 최초의 수직 통합 ChiP™ 팹을 제조할 수 있도록 최근 확장을 마쳤다. 바이코는 고성능 전력 모듈 분야의 리더로, 소스에서 POL(point-of-load)까지 최고의 밀도와 효율성을 제공하는 모듈식 전력 시스템 솔루션으로 고객 혁신을 가능하게 한다. 바이코는 기업용 및 고성능 컴퓨팅, 산업 장비 및 자동화, 로보틱스, UAV, 전기자동차 및 운송, 항공 우주 및 방위 분야 등의 고객에게 서비스를 제공한다. 바이코의 다양한 솔루션은 (www.vicorpower.com)에서 확인할 수 있다.