포뮬러E, 레이싱 트랙에서 일반도로까지 확장되는 전기차(EV) 기술 ②

2021-04-09 최태우 기자

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파워트레인의 유사성
포뮬러E의 자동차는 최대 시속 174마일의 속도에 도달할 수 있지만, 레이스 자체는 45분 동안만 진행된다. 이는 포뮬러E의 자동차들이 주행거리가 아닌 속도에 최적화되어 있음을 의미한다.

반면에 소비자용 전기차는 최대한 긴 주행거리와 더 느린 속도를 구현하기 위해 설계됐다. 그럼에도 두 파워트레인 애플리케이션은 거의 동일하다.

두 파워트레인 모두 최고의 동력 전달 효율성에 주력하고 회생제동을 통해 배터리로 전력을 공급하여 주행거리를 확장한다는 점이 유사하다. 또한, 다양한 주행모드에 필수적인 고급 모터 알고리즘을 사용한다.

포뮬러E는 전력변환, 열역학 및 고급 제어 소프트웨어 분야의 한계를 뛰어 넘는다. 전기차는 서킷에서 학습되고 테스트된 내용을 통해 향상된다.

설계자들은 파워트레인에 실리콘카바이드(SiC) 요소를 적용해 포뮬러E의 혹독한 환경에서도 높은 수준의 효율성, 안전성 및 신뢰성을 충족시키고 있다. 따라서 SiC 구성 요소를 사용하면 차세대 전기차의 주행거리, 안전성, 신뢰성을 더욱 확보할 수 있다.

파워트레인 버스 전압
오늘날 전기차에 주로 사용되는 파워버스는 일반적으로 400V이다. 현재 800V 파워트레인이 개발 중에 있다. 이는 포뮬러E의 900V 버스에 근접한 수준이다.

SiC와 같은 와이드밴드갭(WBG) 제품은 전력 밀도를 높이고 더 작은 모터가 사용되도록 한다. 이를 통해 향후 고전압 버스의 실현과 채택을 가속화할 것으로 예상된다.

배터리 전압이 높으면 고속 충전의 볼트암페어(Volt/Amp) 문제 해결에도 도움이 된다. 그러나 설치된 전기차 충전기의 경우 배터리 전압을 변경하는 것이 어려울 수도 있다.

향후 충전기는 여러 전압을 수용하기 위해 디지털 방식으로 제어될 가능성이 높다. 또한 전기차 충전 속도는 충전기의 출력을 기반으로 구성되어 있어 유연성도 갖춰야 한다.

12V 시스템은 가까운 미래에 포뮬러E와 일반 전기차 모두에서 사용 가능할 것이다. 이는 12V가 센서 및 인포테인먼트 시스템부터 다양한 편의 기능에 이르기까지 모든 곳에 전력을 공급하기 때문이다.

그러나 반드시 12V 배터리가 필요하다는 의미는 아니다. 400V/800V에서 12V 및 48V에서 12V와 같은 고전압 DC-DC 컨버터로 이러한 문제를 해결할 수 있기 때문이다.

48V 시스템이 점차 필수 요소가 되어가고 있다. 주차보조 및 e터보(eTurbo) 등 다양한 기능을 구동하는 모터가 늘어난 토크 요구사항을 충족하고자 보다 높은 전압을 필요로 하기 때문이다.

48V를 만들기 위해 두 개의 12V 배터리를 사용해 그 중 하나를 48V로 변환하는 방법이 사용된다. 향후 차량에 대한 다양한 전자 부하 요구사항을 지원하기 위해 다중 전압 레일이 장착된 한 개의 고전압 배터리만 탑재될 가능성도 있다.

글: 데이브 프리스칵(Dave Priscak) / 솔루션엔지니어링 부사장 / 온세미컨덕터