Tesla는 지난3월 1일, 미국 텍사스주에 있는 자사의 공장 Gigafactory에서 투자자를 대상으로 한 이벤트 “2023 Investor Day”를 개최했다. “Electric Architecture”에 대해 설명한 Tesla의 Low Voltage and Silicon Engineering 부문을 담당하는 Pete Bannon 부사장은“(2023년에 출하할 예정인) 《Cybertruck》 이후의 EV를 48V로 변경할 것이다. 다른 자동차 메이커나 공급업체들도 부디 이 흐름에 동참해 주길 바란다”고 선언했다.

지금까지 차량의 저전압 네트워크는 Tesla의 차량을 포함해서12V가 사용되어왔다(그림1). Pete Bannon 부사장의 설명에 따르면, 48V로 변경하는 것은 하네스를 가늘고 가볍게 만들고, 시스템 전체를 소형화하기 위해서라고 한다.

▲ (그림1) 《Cybertruck》에서 48V로 전면 변경

Pete Bannon 부사장은 “(차량의 저전압 네트워크에) 12V가 적용된 이후 60년 동안 차량에 필요한 전력은 매년 증가하고 있으며, 지금은 200A를 넘어서고 있다. 이를 감당하기 위해 하네스는 무거워지고, 비용도 증가하고 있다. 12V에서 48V로 변경하면 동일한 전력에서 필요로 하는 전류가4분의 1로 줄어든다. 하네스의 전력 손실은 저항에 전류의 제곱을 곱한 것이기 때문에, 전력 분배 경로에서 소비되는 전력은 16분의 1이 된다. 이를 통해, 기존보다 가는 와이어, 작은 eFuse, 작은 컨트롤러(ECU)를 적용할 수 있게 된다. 나아가 (파츠를 냉각하기 위한) 히트 싱크를 작게 만들거나 혹은 히트 싱크 자체를 없애서 질량과 부피의 측면에서 차량에 좋은 영향을 주게 된다”고 설명했다.

이 밖에도 저전압 계통 배터리로 2022년부터 납축전지를 폐지하고 공구가 불필요한(Toolless) 커넥터를 적용한 리튬이온 배터리를 사용하고 있다고도 설명했다(그림2). 납축전지는 4년 정도만에 교환해야 하지만, 리튬이온 배터리의 경우 차량 수명과 동일한 수명을 확보할 수 있는데다가, 용량을 87%나 줄일 수 있다고 한다.

▲ (그림2) 납축전지를 리튬이온 배터리로 변경

◆ ECU는 100% 자체 생산
나아가 Pete Bannon 부사장은 차세대 EV의 네트워크에 대해서도 그 방향성을 제시했다. ECU간 네트워크에 이더넷(Ethernet)을 전면적으로 도입해서 각 액추에이터 / 센서가 가장 가까운 ECU에 접속하는 형태를 취한다고 한다(그림3).

Pete Bannon 부사장은 “《Cybertruck》에서는 와이어가 가장 가까운 ECU에 접속해서 그들 ECU끼리 이더넷을 통해서 접속되는 형태가 된다. 와이어에서 ECU로 흘러가는 데이터는 네트워크 패킷으로 변환되어 차량 내부의 적절한 곳으로 보내진다.

이를 실현하기 위해서는 네트워크는 신뢰성이 높고, 저지연과 낮은 지터(Jitter)를 갖추고 있어야 하는데, 이들은 현재의 설계로 달성할 수 있었다. 다만 《Cybertruck》에서는 차량을 가로지르는 것 같은 와이어가 남아있다. 차세대 플랫폼에서는 그 부분을 모두 배제한다”고 설명했다.

▲ (그림3)《Cybertruck》의 차량용 네트워크. 차량을 전체적으로 에워싸듯이 네트워크가 형성되어 있다.

해당 아키텍처를 실현하기 위해 차세대 EV에서 ECU는 100% 자체생산을 실현한다(그림4). 나아가 자체 생산비율은 기존에도 계속해서 늘려오고 있으며, 2017년에 출시한 《Model 3》에서는 56%, 2020년에 출시한 《Model Y》에서는 61% 《Cybertruck》에서는 85%가 자체생산한 ECU라고 한다.

▲ (그림4) 컨트롤러(ECU)의 자체생산 비율 차세대 EV 플랫폼에서는 100%로 확대한다

Pete Bannon 부사장과 공동으로 설명에 나선 Software Engineering담당 David Lau 부사장은 “모든 ECU를 자체 생산함으로써 개별 ECU를 제어하는 것이 아니라 ECU 전체를 하나의 그룹으로 묶어 소프트웨어로 제어할 수 있게 되며, 유연하고 동적인 제어가 가능해진다”고 설명했다(그림5).

▲ (그림5) 《Model S》와 《Model 3》의 차량 탑재 네트워크.
하네스를 줄여서 소프트웨어 제어가 쉽고 디버깅하기 쉽도록 단순화했다

나아가 네트워크를 이더넷으로 통일함으로써 시스템 장애의 분리가 쉬워진다고 한다. Pete Bannon 부사장은 “단일 접속을 통해서 이전에는 디버깅하지 못했던 차량 전체를 볼 수 있게 되기 때문”이라고 설명했다. David Lau 부사장은 초기 양산차량인 2012년에 출시한 《Model S》에서는 “부품 메이커에서 제공받은 ECU를 Tesla가 조합하는 형태였다. 글로브 박스의 조명용과 같은 흔한 제품에서 인포테인먼트 시스템용 컴퓨터와 같은 복잡한 제품, 에어백과 브레이크 등 안전에 관련된 제품까지 모두 개별적으로 분리된 저전압 하네스와 압착된 커넥터로 접속되어 있었다. 문제가 발생했을 때, 원인이 하네스인지 커넥터인지, 컨트롤러의 소프트웨어인지를 밝혀내기가 어려웠다”고 설명했다(그림6).

▲ (그림6) 《Model S》의 하네스. 매우 번잡했다.