내연기관 승용차의 전기자동차(순수 전기차 또는 하이브리드 카) 채택이 수 년 전 업계 관계자들이 예측했던 것만큼 빨리 이루어지지 않고 있다.

그 이유는 여러 가지가 있지만, 특히 포드나 폭스바겐 등 다수의 자동차 제조사들이 직접 가솔린 분사 방식과 신형 터보 기술을 접목시켜 필요한 출력을 달성하면서도 효율과 경제성이 향상되고 배기가스는 적은 소형 엔진을 개발할 수 있었던 것이 하나의 이유가 될 것이다.

더욱이 배터리 기술이 자동차 구매 시장에서 아직 내연기관 자동차와 대등한 편의를 갖추고 충전 걱정 없이 마음 놓고 이용할 수 있는 양산형 전기자동차 개발에 필요한 수준으로 진일보하지 못한 이유도 있다.

그러나 반도체 기업들은 최근 전기 파워트레인을 제어 및 관리하여 내연기관 대체 솔루션으로서의 적합성을 높이기 위한 기술과 고효율 소자 개발에 상당한 진전을 보이고 있다.

일례로 박형 웨이퍼 임플란트(wafer implant) 및 어닐링(annealing) 기술과 함께 첨단 실리콘 기술을 활용하는 차세대 Trench Field Stop IGBT와 Free Wheeling 다이오드는 차량 탑재 배터리 충전기, DC-DC 컨버터 및 DC-AC 인버터와 같은 전기자동차 애플리케이션을 지원하여 메인 모터를 구동하게 되었다.
이 소자들은 DBC(direct-bond-copper) 또는 IMST(insulated-metal-substrate-technologies)를 활용하는 고도로 효율적인 소형 폼팩터의 지능형 파워 모듈(IPM)과 파워 집적 모듈(PIM)의 지속적인 혁신에 기여하고 있다. 출력 손실을 최소화시키며 자동차 시스템에 직접 영향을 미치는 전반적인 효율을 증진시키기 위한 하드 스위칭 모터를 제어하려는 IGBT의 시스템 차원 최적화 및 급속 회복 다이오드도 마찬가지이다

최근에는 이러한 기술 진전에 더하여 디지털신호처리장치(DSP)와 마이크로컨트롤러를 활용한 정교한 모터 제어 기법이 성공적으로 활용되고 있다. 온세미컨덕터와 같은 기업들이 선보이는 이런 기술들은 자동차 배터리 수명을 종합적으로 관리, 보존함으로써 충전 간의 마일리지 확장이 가능하도록 지원한다.



기술 진전의 목표는 충전 간 시간 연장뿐 아니라, 충전주기 시간 자체를 단축하는 것이다. 소비자들의 바쁜 라이프스타일 상 자동차를 몰고 집에 돌아왔다가 다음에 차를 이용할 때까지 충전시간이 오래 걸리는 것은 용납되지 않는다.

대형 자동차 제조사들이 새로운 버전의 전기자동차를 출시함에 따라 현재 시판 중인 통상적인 패밀리 전기차의 충전 시간이 빠르게 개선되고 있다. 예를 들어 Nissan Leaf의 경우, 가정에서 표준 16A 가정용 충전 기기를 활용해 0%의 파워를 100%로 충전하는데 대략 8시간이 소요된다.

표준형 3.3 kW 내장형 충전기를 6.6 kW 버전으로 업그레이드하면 충전 시간을 4시간으로 단축할 수 있다. 집이 아닌 전용 충전소에서 DC 50 kW 급속 충전기를 이용하면 Leaf를 약 3분 만에 0%에서 80%까지 충전할 수 있다고 한다.

전기자동차의 충전 속도 향상을 촉진시키는 여러 요소 중 하나는 고압, 고 전류가 고효율로 흐르는 충전 회로에 내장된 전기적으로 견고한 부품들이다. GaN 및 실리콘 카바이드(SIC)와 같은 소재로 개발된 파워 스위치는 스위칭이 빨라지므로 전반적인 시스템 무게가 줄어들고 효율이 증가한다. 이와 같이 새로운 WBG(wide band gap) 소재와 집적된 IPM 및 PIM은 충전 시간의 대폭 향상에 필요한 성능을 구현한다.

전기자동차 성능의 향상을 위해 주목받는 또 다른 분야는 수동 및 능동 승객 편의와 안전을 뒷받침하는 차체의 전자적 요소의 효율 증진과 에너지 소요량 억제다.

예를 들어, 실내 온도 제어 기능이 보다 에너지 효율적인 방향으로 개선되고 있다. 실내 난방이 필요할 경우, 열 셔터가 엔진 룸으로 유입되는 차가운 공기량을 줄임으로써 더 많은 열을 실내 온도에 활용하도록 한다. 필요할 경우 루프의 태양광 패널을 활용해 작은 팬을 구동시킴으로써 실내에서 더운 공기를 제거할 수 있다. 자동차에 집적된 스타트-스톱 시스템은 적색 신호등에서 동력을 끔으로써 공회전 중에도 에너지를 보존하게 한다.

제동, 서스펜션 및 기타 차량 시스템의 회생 회로들은 정상적인 구동 중에도 귀중한 전기에너지를 회수하여 배터리를 충전함으로써 운행 거리를 연장시키기도 한다. 이러한 회로들은 혁신적인 제어 체계와 견고한 전력보호 패키지의 고효율 파워 소자들을 활용함으로써 끊임없이 기술이 향상되고 있다.

전기자동차 운전자들에게 마지막으로 제시할 이야기는 배터리 모니터링 시스템의 정확도가 향상되고 있다는 것이다. 물론 내연기관 자동차와 마찬가지로 전기자동차 역시 급가속과 급제동을 거듭하면 운행 거리가 단축된다.

그러나 첨단 소프트웨어 및 알고리즘을 활용하여 운행 거리 예측이 점차 향상될 뿐 아니라, 이를 인지하고 계산하는 것이 일상화되면 운행 중의 이러한 예측도 안정적이 되리라고 본다. 이렇게 되면 운전자들이 보다 나은 확신과 믿음으로 전기자동차를 선호하게 될 것이다.