전기차 성능 높일 수 있는 AC/DC 전환 기술
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전기차 성능 높일 수 있는 AC/DC 전환 기술
  • 제시 크로스(Jesse Crosse)
  • 승인 2020.06.17 13:02
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전기차(EV) 기술은 온통 전문 용어로 가득하다. 그리고 대부분의 용어 가운데서도 두드러지는 표현은 인버터다. 인버터는 모든 EV 속에 숨겨져 있는 요소 중 가장 중요한 것 중 하나다. 그 이유는 모든 전기 구동계에 쓰이는 모터와 배터리가 인버터 없이는 완전히 호환될 수 없기 때문이다.

혁신적 고속 전기차용 모터인 암페어(Ampere)를 만드는 영국 업체 이큅메이크(Equipmake)는 더 작고 가볍고 효율적이면서 배터리의 가성비를 더 높일 수 있는 인버터를 개발했다.

모든 배터리는 한 방향으로 흐르는 전하의 흐름인 직류(DC) 전기를 만들어내고 받아들인다. DC는 모든 종류의 소형 전기 모터(장난감이나 저전압 가정용 제품 등)를 작동하는 데 아주 효과적이고, 배터리에 직접 연결할 수 있다.

반면, 교류 전류(AC)는 주기적으로 방향을 반대로 바꾼다. 영국 국내에서 공급되는 전기에서는 초당 50번(50Hz) 방향이 바뀐다. EV 모터는 대부분 산업용 고전압 3상 AC 방식으로 작동한다.

둘 사이에 특정한 장치가 없다면 배터리는 모터에 전력을 공급하거나 전기 에너지를 회수할 수 없기 때문에 인버터가 필요하다. 인버터는 모터를 구동하기 위해 DC 전류를 AC 전류로 전환하고, 회생 제동 때에는 그 반대로 작용한다.

인버터의 역할에서 마찬가지로 중요한 것은 모터에 있는 정적 코일 전환을 제어해 모터의 회전자가 돌아가도록 회전목마처럼 회전하는 자기장을 만드는 일이다. 전환 시기를 조절하면 AC 전하의 주파수가 조절되어 모터 회전 속도가 제어된다. 그런 의미에서, 인버터는 내연기관의 정밀 제어 연료분사 및 점화 시스템과 비슷한 역할을 한다.

인버터는 전하를 초당 수천 번씩 바꿔야 하고, 그 과정에서 에너지가 손실될 수 있다. 전통적으로 인버터는 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT)라고 하는 실리콘 전력 트랜지스터로 구성된다. 이는 전류를 초당 최대 2만 번(20kHz)까지 전환한다.

이큅메이크의 인버터는 전하를 최대 80Hz까지 전환할 수 있는 새로운 종류의 탄화규소 모스페트(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)를 바탕으로 한다. 그처럼 빠른 전환 속도는 일부 전기차에 적용되는 소형 고속 모터를 구동하는 데 중요할 뿐 아니라 전환 속도가 빨라짐에 따라 효율도 높아진다.

큰 비용이 드는 만큼 주류 기술로 쓰이기에는 아직 무리가 있지만, 모스페트 기반의 새로운 인버터 기술은 더 효율적일 뿐 아니라 더 작고 가볍기까지 하다. 일반적으로 최신 IGBT 인버터의 단위 무게당 출력은 40kW/kg인 반면, 새로운 모스페트 설계를 활용하면 100kW/kg에 이를 수 있다. 또한, 주행거리 향상을 위해 EV를 최적화하는 데 들어가는 엄청난 노력을 고려하면 그와 같은 수치는 대단한 것이다. 

 


충전 온도의 중요성 

EV를 고속 충전하는 데 걸리는 시간은 배터리를 최적 온도인 25~30도로 유지하는 데에 크게 의존한다. 만약 충전용 플러그를 꽂은 후에 가열이나 냉각이 이루어지면 충전은 더 오래 걸릴 것이다. 현재 개발 중인 접근방법 중 하나는 (내비게이션 시스템으로 경로를 설정하는 경우에 한해) 충전기로 가는 동안 배터리를 최적 온도로 맞춤으로써 충전 시간을 최소화하는 것이다.


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