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파워트레인의 전력 효율성과 크기에 따라 하이브리드 차량 또는 전기차의 성능이 결정된다. 부품 수와 솔루션 크기를 줄이고 설계를 간소화해서 자동차 애플리케이션을 만들 수 있다면 무게와 비용을 모두 줄이면서 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히 전기차 업계는 가장 작은 공간에서 가장 높은 효율성을 달성하기 위해 통합 솔루션을 지향하고 있고 이를 파워트레인 시스템 영역으로 확장하고 있다.

하이브리드 차량 또는 전기차의 온보드 차저(OBC)는 더 높은 전원 용량을 수용하기 위해 더 높은 전원 정격을 수용해야 할 뿐 아니라 차량의 중량을 줄이고 충전 당 비용을 절약하기 위해 더 높은 전력 밀도와 효율성을 갖추어야 한다. 하이브리드 차량 또는 전기차의 설계를 파워트레인 아키텍처와 통합하려는 이유다. 파워트레인 통합은 온보드 차저, 고전압 DC/DC, 인버터, 전원 분배 유닛(PDU), 배터리 관리 시스템 같은 애플리케이션들을 결합하여 시스템 차원에서 이루어진다.

다양한 차원의 전기차 파워트레인 통합

특히 전기차 온보드 충전 애플리케이션을 위해 새로운 와이드 밴드갭 솔루션이 시장에서 획기적인 성능으로 각광받고 있다. 전원 스위치에 SiC 및 GaN을 사용하는 와이드 밴드갭 반도체와 같은 첨단 고전압 장치의 통합을 통해 하이브리드 차량과 전기차는 파워 실리콘 MOSFET 및 IGBT와 같은 기존의 실리콘 기반 전원 스위치보다 더 높은 효율성을 달성할 수 있다.

TI(Texas Instruments)는 파워트레인 시스템을 통합한 전기차 파워트레인 아키텍처를 구현하고, 전기차의 경제성과 구매력을 높이고 주행 거리를 늘릴 수 있는 핵심 솔루션을 지원하고 있다.

TI의 혁신적인 차량용 파워 스테이지 컴포넌트를 탑재한 지능형 전력 관리 시스템은 차량 배터리의 성능과 수명을 최적화하면서, 배터리 안전을 확인하기 위해 필요한 작업을 수행하는데 뛰어나다. 특히 GaN, C2000 실시간 MCU, 절연형 게이트 드라이버, 온도 센서를 사용해서 업계 최고 전력 밀도와 98% 이상의 시스템 효율을 달성할 뿐만 아니라 열 성능 최적화를 통한 시스템 신뢰성도 향상시킨다.

또한 더 적은 수의 부품을 사용하고 자기 소자와 냉각 시스템까지 통합함으로써 시스템 차원에서 비용을 절감할 수 있다. DC/DC 컨버터, OBC, 인버터로 2개 또는 3개의 각기 개별적인 전원 아키텍처(혹은 박스)를 사용해야 하는 것이 아니라, 이러한 시스템들을 단일의 컴팩트한 통합형 전원 스테이지 아키텍처로 만들 수 있다. 차량용 GaN FET을 사용해서 기존의 실리콘 또는 SiC 솔루션에 비해서 전기차 온보드 차저 및 DC/DC 컨버터의 크기를 50%까지 축소할 수 있다. 또한 절연형 게이트 드라이버는 50가지 이상의 안전 메커니즘을 통합함으로써 부품원가를 줄일 수 있다.

TI의 통합 파워트레인 솔루션을 통해 크기와 비용을 50% 절감할 수 있다

박서민 TI 오토모티브 사업 부문 국내 영업 상무는 “전기차 같은 고전압 환경에서 사람을 보호하고 차량 시스템으로 손상을 방지하기 위해서 기능적 안전성이 중요한데, TI의 차량용 통합 파워 트레인은 가장 높은 수준의 차량 기능적 안전성 요건으로서 고객사가 ASIL D 인증을 수월하게 충족하면서 차량을 설계할 수 있도록 돕고 있다.”며, “뿐만 아니라, 차량용 GaN FET을 사용해서 기존의 실리콘 또는 SiC 솔루션에 비해서 전기차 온보드 차저 및 DC/DC 컨버터의 크기를 50%까지 축소할 수 있어 비용과 크기의 절감이 가능하다는 이점이 있다.”고 전했다.