하이브리드 전기자동차와 부품 시장 전망

자동차 전장 기술

글 : 청 펭후이 / 테크니컬 마케팅 엔지니어아바고 테크놀로지스 / www.avagotech.com<2010년까지의 전세계 하이브리드 전기자동차 전망>이라는 주제를 가지고 리서치 회사인 프레도니아 그룹이 조사한 바에 따르면 전 세계적으로 하이브리드 전기자동차(HEV)에 대한 시장 수요는 2010년까지 매년 20% 가량 증가할 것으로 예상된다. 변동이 심한 연료 가격, 각국에서 강화되고 있는 배출가스 규제 및 가솔린 차량과 HEV 사이의 비용 격차 해소 등의 이유로 연료 효율이 높은 하이브리드 전기자동차에 대한 인기가 높아지고 있다. 또한, 대부분의 선진국에서는 전 세계적인 가솔린 의존도를 줄이고 환경 보호를 위한 오염 물질 감소 프로그램을 지원하기 위해 대체 차량 기술 도입을 서두르고 있다. 해당 정부 기관들은 세제 감면, 공제, 통행료 면제, 매연 검사 면제 등의 제도적 노력을 통해 환경 친화적인 대체 차량 구입을 장려하고 보조금까지 지급하고 있다. HEV의 최대 시장은 미국, 서유럽 및 일본이며 중국과 한국이 그 뒤를 바짝 뒤쫓고 있다.가솔린 엔진과 전기 모터의 장점을 결합시킨 하이브리드 전기자동차는 연비 개선, 출력 증강을 비롯해 전기 장치와 전동 기구에 동력을 공급하는 보조 전원 등 여러 가지 목적에 적합하게 구성할 수 있다.HEV는 기존의 가솔린 차량과 비교하여 다음과 같은 장점을 가지고 있다.●브레이크로 차량을 감속하거나 멈출 때 발생하는 에너지 손실을 복원하여 다시 배터리 시스템에 축적시키는 재생 브레이킹 기능●차량을 출발시킬 때 가솔린 엔진 대신 배터리 시스템을 사용하여 연비 개선●운행 중 전기 및 가솔린 엔진을 교대로 사용하여 배출 가스 저감HEV는 다양한 구성이 가능하다. 기본적으로 하이브리드 자동차에는 에너지 저장 시스템(Ni-MH, Li-ion 배터리 및 추진력을 위한 초고용량 축전지), 전원 장치(DC-DC 및 DC-AC 인버터 형태의 전원 공급 장치) 및 차량 추진 시스템(전기/가솔린) 모터 등이 결합되어 있다. 하이브리드 자동차의 효율과 배출 가스의 양은 하위 시스템이 결합된 형태, 이런 하위 시스템을 완전한 시스템으로 통합하는 방식, 그리고 하위 시스템을 통합하는 제어 전략에 따라 달라진다.그림 2는 HEV의 일반적인 엔진 제어 시스템을 나타낸다. 내장 AC 인버터, 모터용 인버터, 높은 전압을 12V로 줄이는 DC-DC 컨버터, 배터리 및 모터와 배터리 전자 부품을 모두 포함하고 있는 제어 시스템은 통풍이 잘 되는 어셈블리(주로 공냉 또는 수냉)로 구성하여 HEV 뒷좌석에 장착한다.전기 모터 구동 제어 모듈(그림 2)에 있는 게이트 구동 광커플러(최대 2A 게이트 구동) 또는 지능형 파워 모듈에 있는 디지털 광커플러(1MBd 속도)가 모터 인버터와 마이크로컨트롤러 시스템 사이의 인터페이스를 지원한다. 전기 모터의 전류 모니터링을 위해서는 절연 증폭기(최대 1% 게인 허용 오차 성능으로 전류 감지)가 전류를 정확하게 측정하기 위한 최고의 성능을 제공한다. 마찬가지로 절연 증폭기는 차량의 배터리 상태 모니터링에도 이용할 수 있어 전기 시스템의 상태를 전자적으로 명확히 파악할 수 있다.현재 자동차 기술에서는 기계, 전자 및 소프트웨어를 결합시켜 차량의 기계적 기능을 대체하는 가동 장치의 전자화(X-by-wire)가 대세로 자리잡고 있다. 이런 결합에 따라 시스템에는 높은 전압의 전기 장치와 낮은 전압의 디지털 회로 사이에 전자적 인터페이스가 존재하게 된다. 전기적 절연은 안정적인 작동을 보장하고 전기 노이즈와 시스템 간의 간섭을 제거하는데 이상적이다.차량의 통신 매체로 LIN, CANBus, MOST 및 FlexRay 등의 다양한 형태들이 존재한다. HEV에 사용되는 가장 일반적인 통신 프로토콜은 CANBus이다. CANBus는 구현하기가 쉽고 두 가닥의 와이어만 있으면 에어컨, 전력 시스템의 전자 제어 장치, 차체 제어 모듈 및 진단 인터페이스 등의 전자 시스템을 모두 제어할 수 있다. 1980년대 보쉬에 의해 자동차 애플리케이션용으로 처음 개발된 CANBus는 데이터 수집은 물론 실시간 제어에 사용할 수 있는 대역폭을 가지고 있어 전세계적으로 차량 시스템에 사용되어 왔다. CANBus의 전송 속도는 최대 1Mbps이다. 자동차 전자 시스템에 광절연 장치를 사용하면 자동차의 전기 시스템이 크게 안정화되는 효과가 있다(그림 3).하이브리드 차량은 엄청난 규모의 부품 시장 수요를 가지고 있다. HEV 시장의 수요 증가에 대응하여 아바고 테크놀로지스는 작년에 전기 모터 인버터에서 사용하기 위한 업계 최초의 자동차 절연 장치인 ACPL-M43T(자동차 1MBd 트랜지스터 출력 고온 광커플러)와 DC-DC 파워 팩을 선보였다(그림 3 참고). HEV 통신 인터페이스에 엄격하게 요구되는 절연 문제를 해결하기 위해 아바고는 2006년 말 CANBus 통신 네트워크 인터페이스에서 사용할 수 있는 자동차 10MBd 로직 게이트 출력 디지털 인터페이스 광커플러를 출시했다.아바고 테크놀로지스의 주요 자동차 제품 개발 현황은 다음과 같다.●안정성 향상을 위한 이중 와이어 결합 프로세스●낮은 구동 전류에서 우수한 밝기 특성을 보여 전반적인 소비 전력을 낮추고 신호 커플링을 개선하는 새로운 LED●발열 개선을 위해 새롭게 개발된 납 프레임●정확한 부품 추적을 위한 특수 제품 로트 번호 관리 시스템그 밖에도 이러한 제품들은 넓은 온도 범위(-40~125℃)에서 작동하며, 자동차 애플리케이션에 특정한 안정성 및 품질 검증 테스트를 규정하는 AEC Q100 가이드라인을 준수한다.하이브리드 차량에 대한 전망은 여러 가지 이유로 매우 밝다. 환경 문제뿐 아니라 치솟는 가솔린 가격으로 인해 전세계적인 하이브리드 전기자동차 시장의 성장세는 앞으로도 지속될 것으로 보인다. 하이브리드 자동차의 수요는 궁극적으로 기존 자동차 수요 만큼 증가하게 될 것이며 기술이 발전함에 따라 HEV도 많은 변화를 겪으며 개선될 것이다. HEV는 기존 자동차 성능과 동등하거나 이를 능가하도록 쉽게 설계할 수 있으며 향후 고객의 기대 이상을 충족시킬 수 있다.

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김의겸 (webmaster@techworld.co.kr)

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