사진. 인팩

(주)인팩(INFAC, 이하 인팩)이 고성능 전력 모듈 기업 바이코(Vicor)의 고전력 800V-48V 절연형 레귤레이션 DC-DC 컨버터를 통합한 전기차용 800V 배터리 팩 설계 블록을 선보였다. 새로운 설계는 고전압 케이블과 커넥터를 줄여 차량의 전력 효율과 성능을 높이고 주행거리 향상을 지원하는 것이 특징이다.

기존 전기차에서는 고전압 DC-DC 컨버터가 일반적으로 800V 또는 400V 배터리 어셈블리 시스템(BAS) 외부에 별도로 장착된다. 이에 따라 컨버터를 위한 안전 및 열 관리 시스템이 추가로 필요하다.

전기차 모터와 인버터는 수백 ㎾의 전력을 필요로 하기 때문에 고전압 와이어링 하네스와 브래킷, 인클로저 등이 요구된다. 반면 파워트레인 서브시스템과 차체·섀시 전자장치는 3.5~12㎾ 수준의 전력을 필요로 하며 48V 안전초저전압(SELV) 존 전력 공급 네트워크를 통해 전력을 공급할 수 있다.

인팩은 이러한 구조에서 고전압 전원과 DC-DC 변환 시스템을 물리적으로 분리하면서 전력 분배와 관리 시스템이 중복되는 문제에 주목했다. 공간과 중량, 비용이 증가할 뿐 아니라 별도의 액체 냉각 시스템이 추가될 수 있기 때문이다.

이에 인팩은 DC-DC 컨버터를 배터리 팩 내부에 통합하는 설계를 적용했다. 배터리 팩에는 이미 열 부하를 관리하기 위한 액체 냉각 시스템이 탑재돼 있어 기존 냉각 시스템을 활용하면 DC-DC 컨버터를 위한 별도 냉각 시스템을 줄일 수 있다는 판단이다.

이 같은 방식은 기존의 ‘실버 박스(silver-box)’ 설계에서 벗어나 배터리 팩을 단순한 에너지원이 아닌 차량 전력의 중앙 허브로 활용하는 접근이다. 배터리에서 직접 전압을 낮춰 차량 전체에 SELV를 분배함으로써 다양한 전기차 플랫폼에 모듈형 48V 존 아키텍처를 적용할 수 있도록 했다.

배터리 통합형 전력 변환 설계에는 바이코의 고밀도 BCM6135 DC-DC 컨버터와 PRM3735 레귤레이터가 적용됐다. 해당 전력 모듈은 고전압을 48V로 변환하고 전압을 조절해 존 아키텍처에 필요한 고출력 완전 절연형 레귤레이션 버스를 구현한다.

기존에는 제한된 공간 안에서 전력 관리와 전기적 절연, 안전 요구사항, 전력 모듈 패키징의 견고성 등을 동시에 확보해야 해 DC-DC 변환 기능을 배터리 팩 내부에 통합하기 어려웠다. 인팩은 고밀도 모듈형 전력 아키텍처를 활용해 이러한 설계 과제에 대응했다.

이를 통해 배터리 팩 내부에서 고전압 전력을 48V 전력으로 변환하고 차량 각 영역으로 분배하는 구조를 구현할 수 있게 됐다. 특히 바이코의 전력 모듈은 소형 폼팩터와 효율성, 확장성을 바탕으로 배터리 통합형 48V 전력 분배 구현을 지원한다.

DC-DC 컨버터를 배터리 팩 내부에 배치하면서 시스템 차원의 다양한 효과도 기대할 수 있다. 먼저 배터리의 액체 냉각 네트워크를 활용해 중복 냉각수 회로를 제거하고 열 인터페이스를 줄일 수 있다.

고전압 케이블의 길이와 두께를 줄여 고전압 하네스의 배선과 레이아웃을 단순화하는 것도 가능하다. 브래킷과 인클로저, 냉각 부품의 수를 줄이면서 BOM 비용과 중량 절감에도 대응할 수 있다.

연결부와 냉각 경로를 최소화하면 누출 지점과 전기적 고장 위험을 낮출 수 있으며, 외부 인터페이스를 줄여 제조 공정의 속도와 일관성도 높일 수 있다.

인팩은 이번 설계를 통해 배터리 팩을 차세대 전기차의 중앙 전력 관리 및 분배 허브로 활용하는 기반을 마련했다. 바이코의 고밀도 전력 변환 기술을 바탕으로 배터리 통합형 48V 전력 분배 구조를 구현하면서 자동차 업계의 48V 존 전력 아키텍처 전환에 대응하는 배터리 팩 설계를 제시했다.