텍사스 인스트루먼트, 전기차 주행거리 늘릴 센서 개발

미국 반도체업체 텍사스 인스트루먼트(TI)가 전기차 배터리를 키우지 않고도 주행거리와 효율을 높이는 데 도움을 줄 수 있는 초정밀 전류 센서를 선보였다.

전기차가 주행할 때 배터리에서 모터로 흐르는 전류를 더욱 정확하게 측정해 불필요한 에너지 손실을 줄이는 방식이다. 가속을 부드럽게 하고 모터 소음을 낮추는 효과도 기대된다.

전기차 전문매체 일렉트렉은 TI가 전기차 구동 인버터용 신형 전류 센서 'TMCS2100-Q1'을 공개했다고 26일(현지시각) 보도했다.

구동 인버터는 전기차 배터리에서 나온 전기를 모터가 사용할 수 있도록 제어하는 핵심 장치다. 인버터는 모터에 얼마나 많은 전류가 흐르는지를 정확히 파악해 필요한 순간에 적절한 출력을 공급해야 한다.
전류 측정값이 부정확하면 모터에 전달되는 힘이 미세하게 흔들리는 '토크 리플'이 발생할 수 있다.

이는 운전자가 느끼는 가속을 매끄럽지 않게 만들고 불필요한 열과 모터 소음을 발생시키면서 에너지 효율도 떨어뜨린다.

◇수평·수직 두 방향 동시에 측정

기존 전류 센서는 정확도와 크기 사이에서 절충이 필요했다.

자기 코어를 사용하는 센서는 정확하지만 크고 무거운 반면 코어를 없앤 소형 센서는 차량 주행 중 진동으로 위치가 조금만 달라져도 측정 정확도가 떨어질 수 있다.
TI의 TMCS2100-Q1은 자기 코어를 사용하지 않으면서도 이 같은 문제를 줄이는 방식으로 설계됐다.

기존 코어리스 센서가 전류에서 발생하는 자기장을 한 방향으로만 측정하는 것과 달리 신형 센서는 수평과 수직 방향을 동시에 측정한다.

차량 진동으로 센서 위치가 조금 움직여도 두 방향에서 측정한 정보를 이용해 오차를 보정할 수 있다.

TI에 따르면 TMCS2100-Q1의 측정 정확도는 기존 단일축 코어리스 센서보다 20배 높다.

센서 위치가 0.4㎜ 움직여도 측정 오차를 1% 미만으로 유지한다.

전기차에서는 이처럼 작은 위치 변화도 중요하다고 일렉트렉은 지적했다.

특히 최근 확산하는 800V 전기차 시스템은 짧은 시간에 높은 전력을 공급하기 때문에 모터를 정밀하게 제어하려면 정확한 전류 측정이 더욱 중요한 것으로 알려졌다.

◇같은 배터리로 주행거리 늘릴 가능성

측정 정확도가 높아지면 모터가 필요로 하는 전력을 더욱 세밀하게 제어할 수 있다.

불필요하게 열로 손실되는 에너지를 줄이고 토크 리플을 억제하면 같은 양의 배터리 전력을 이용해 더 효율적으로 차량을 움직일 수 있다.

운전자 입장에서는 가속이 부드러워지고 모터 소음이 줄어들며 전력효율 향상에 따라 같은 배터리로 더 먼 거리를 주행할 가능성이 생긴다.

센서 자체가 작다는 점도 장점이다.

자동차업체는 이를 이용해 구동 인버터를 더 작고 가볍게 설계할 수 있다. 차량 무게와 전력변환 장치의 크기를 줄이는 것도 전기차 효율 향상에 도움이 될 수 있다.

다만 센서 하나를 장착한다고 특정 거리만큼 주행거리가 늘어나는 것은 아니다.

실제 주행거리 개선폭은 자동차업체가 센서를 어떤 방식으로 적용하는지와 배터리·모터 등 전체 구동계 설계에 따라 달라진다고 일렉트렉은 설명했다.

전기차 효율은 배터리뿐 아니라 인버터와 모터 등 여러 부품의 작은 효율 개선이 합쳐져 결정되는 만큼, 전류를 더욱 정확하게 제어하는 기술도 주행거리를 늘리는 하나의 요소가 될 수 있다고 일렉트렉은 덧붙였다.


김현철 글로벌이코노믹 기자 rock@g-enews.com