전기 자동차의 인버터에 대한 자세한 설명
인버터는 배터리에서 공급되는 직류(DC) 전류를 교류(AC)로 변환하는 장치이다. 전기 자동차의 모터는 이 교류 전류로 바퀴를 구동합니다. 전기차 전체의 에너지 효율을 높이려면 인버터의 에너지 손실을 최소화해야 한다.
인버터 개요
전기차에 탑재되는 인버터는 배터리에서 공급되는 직류(DC) 전류를 교류(AC)로 변환하는 장치이다. 전기차에 장착되는 견인모터는 대부분 교류로 구동되기 때문이다. 인버터의 출력 전력은 모터의 출력 전력(30kW ~ 400kW 등)에 따라 설정됩니다.
일반적으로 자동차에 장착되는 인버터의 개수는 1~2개 정도이다. 그러나 허브 모터 방식(타이어 하나하나가 모터로 구동되는 방식)의 경우 모터 하나하나에 인버터가 필요하다.
모터 종류에 대하여
모터에는 크게 브러시 디스크 모터와 브러시리스 모터의 두 가지 유형이 있습니다. 브러시드 디스크 모터는 소형 장치에 사용되며 DC 전압으로 구동되므로 제어가 비교적 간단합니다. 브러시리스 모터는 에너지 효율성을 강조해 미세한 회전수(속도) 조정이 필요한 상황에 적합하다. 구동용 견인전동기 등에 사용됩니다. AC 전원으로 구동되므로 DC 전원을 AC 전원으로 변환하는 인버터가 필수입니다.
시장 및 장비 동향
전기차가 늘어나면 인버터 설치 대수도 늘어날 전망이다. 또한, 주행 성능이 향상되면서 모터의 고출력화 추세에 따라 인버터 역시 고출력(고출력)이 요구됩니다. 향후 인버터를 구성하는 전자부품에 요구되는 기능·성능으로는 '고전력', '고내열성', '소형화·경량화' 등을 들 수 있다. 각각의 요구사항은 다음과 같습니다.
- 높은 전력
모터의 고출력을 지원하려면 인버터도 고출력(하이파워)이 필요합니다. 고전력이란 고전압(현재 400V에서 향후 800V), 고전류를 의미하므로 인버터를 구성하는 반도체도 고전력을 지원해야 한다.
- 높은 내열성
전자부품이 소형화됨에 따라 단위 면적당 받는 열량도 증가하고 있습니다. 열에 강하도록 함으로써 부품 자체에서 발생하는 열과 주변 부품에서 받는 열로 인한 노화를 방지할 수 있습니다.
- 소형화/경량화
고출력 등의 요인으로 인해 장비가 크고 무거워지고 이는 항속거리에 영향을 미치게 되므로 소형화/경량화와 동시에 고출력을 지원하는 것이 필요합니다.
인버터의 회로구조
전체 구조
인버터는 다음과 같은 회로로 구성됩니다.
- 노이즈 필터 : 외부나 회로로부터의 노이즈를 억제합니다.
- 전압측정 : 변환회로 제어를 위한 전압측정
- 전압변환회로 : FET 등을 통한 스위칭 동작으로 전압을 변환한다.
- 전류 측정 : 변환 회로 제어를 위한 전류 측정
- 제어회로 : 변환회로 등을 제어합니다.
- DC/DC 컨버터: 제어회로에 전원 공급
- Communication IF : 외부와의 통신회로
