미국 반도체 메이커 Analog Devices(ADI)에서 Automotive Power 사업을 담당하는 Warren Tsai 매니징 디렉터는 “Tesla 이외에도 48V 전원 시스템을 사용한 아키텍처의 개발에 착수하는 자동차 메이커가 나오고 있다”고 설명했다.

Warren Tsai 매니징 디렉터의 설명에 따르면 자동차의 전원 시스템은 두 가지 메가 트렌드가 나타나고 있다고 한다.

첫 번째는 Zone화이며, SDV를 고려한 움직임이다. 그리고 나머지 하나가 전원 시스템의 48V화다. ADI에서는 “6~12개월 전부터 논의해오고 있다”고 한다.

▲ 다시 주목을 받고 있는 48V 전원 시스템. 《Cybertruck》의 차량용 네트워크(오른쪽)

그 배경에는 기존 12V 전원 시스템으로는 모든 자동차의 피크 로드(Peak Load, 최대 부하)를 견디지 못하게 된다는 우려가 있다. Warren Tsai 매니징 디렉터는 피크 시의 총 전력은 현재는 3~5kW 정도의 수준이며, 10년 전에 비해 30~50% 증가했다고 설명했다. 예를 들어 센서나 ECU 등의 전력 부하가 10년 전과 비교했을 때 높아졌다고 한다.

ECU에 탑재되는 SoC는 지능화가 이루어짐에 따라 필요하다고 여겨지는 처리 능력이 높아지고 그 소비전력은 급속도로 증가하고 있다.  Warren Tsai 매니징 디렉터는 “고성능 차량용 SoC의 소비전력은 약 5년 전에 40~50W였다. 현재 개발되고 있는 것은 300W 정도까지 높아졌다”고 설명했다.

나아가 보다 풍부한 체험을 차량 사용자에게 제공하기 위해서는 기존과는 다른 디스플레이나 LED 등의 새로운 디바이스 활용도 고려한다. 자율주행(AD)/ADAS도 고도화가 요구되고 있다. Warren Tsai 매니징 디렉터는 “800V의 배터리와 48V 전원 시스템으로 레이더나 디스플레이, LED의 니즈에 대응해 나갈 것”이라고 설명했다.

구동 및 주행 계통도 Steer-by-Wire와 같은 새로운 디바이스가 등장하고 있다. Warren Tsai 매니징 디렉터의 설명에 따르면, Tesla의 EV 《Cybertruck》이 48V 전원 시스템을 적용한 것은 사실 Steer-by-Wire를 사용하기 위해서라고 한다. 《Cybertruck》은 차체 질량이 무겁고 트레일러 견인도 고려하고 있다. Steer-by-Wire의 전력 부하는 커진다.

Warren Tsai 매니징 디렉터는 “피크 전력이 3~5kW의 영역이 되면 기존 12V 전원 시스템으로는 와이어가 지금보다 굵지 않으면 대응할 수 없다”고 지적했다. 또한 “48V 전원 시스템으로 이행하면 와이어를 지금보다 섬세하게 구부릴 수 있게 된다. 와이어를 경량화 할 뿐만 아니라, 배선 공간을 줄여서 캐빈을 넓게 만드는 것도 가능해진다”고 덧붙였다. 즉, 경량화와 공간절약의 이점을 끌어낼 수 있다.

12V에서 48V로 변경하는 것의 단점 중 하나가 프로세서와 메모리에 필요한 1V 이하의 낮은 전압으로 변환할 때, 지금보다 크게 강압해야만 한다는 점이다. 프로세서나 메모리에서는 정밀도가 높은 전압이 요구되기 때문에 많은 커패시터가 필요했다.

ADI는 차선 유지나 충돌피해경감 브레이크 등에 사용하는 머신 비전(Machine Vision)용 전원 카드에서 커패시터의 수를 대폭 줄이는 기술을 개발했다.

Warren Tsai 매니징 디렉터는 경쟁사에서는 머신 비전용 전원 카드에 32개의 커패시터(합계 용량 1,504 μF)를 필요로 하지만, ADI는 8개(합계용량 376 μF)까지 커패시터를 줄였다고 설명했다. 

커패시터를 줄임으로써 사이즈나 비용을 절감할 수 있으며, 납땜(Soldering)이 필요한 부분을 줄여서 신뢰성도 높일 수 있다고 한다.

▲ 머신 비전용 전원 카드에 필요한 커패시터의 수 비교. 
차선 유지나 충돌피해경감 브레이크 등에 사용하는 머신 비전용 전원 카드가 대상이다.

48V에서 5V로 강압하는 DC/DC 컨버터는 피크 효율을 기존 93%에서 98%로 높인 하이브리드형으로 불리는 제품도 개발했다. 1kW의 시스템에서 전력 손실을 35W 줄일 수 있다고 한다.

줄인 만큼의 전력을 유효하게 활용할 수 있으며, 액랭도 필요하지 않게 된다.

48V 전원 시스템은 이전에 42V 전원 시스템이 논의되었던 2000년대 초반부터 여러 번 주목을 받았으나, 좀처럼 본격적인 보급에는 이르지 못했던 역사가 있다. 최대 요인은 12V 전원 시스템에 비해 비용이 높아지는 경향이 있다는 점이었다. 와이어를 두껍게 만들어서라도 12V 전원 시스템을 계속해서 사용한다는 선택지도 물론 존재한다. 현재 비용과 이점을 저울에 올려놓고 어느 것이 더 바람직할 지 주의 깊게 살펴볼 필요가 있을 것이다.