전력 모듈이 OEM의 전동화 시스템 복잡성을 관리하는 방법

전동화의 다음 과제, '복잡성 관리'

전기차(EV) 라인업이 다양해지면서 자동차 업계의 화두는 ‘어떻게 전동화할 것인가’에서 ‘어떻게 여러 차종에 걸쳐 효율적으로 확장할 것인가’로 옮겨가고 있다. 차량 프로그램마다 요구되는 성능, 전압 기준, 반도체 기술, 부품 조달 전략이 서로 다르다 보니, 개발과 공급망 전반에 걸쳐 새로운 복잡성이 발생하고 있다는 것이 업계의 진단이다.
마그나 파워트레인의 피르민 도르프슈테터(Pirmin Dorfstaetter) 제품관리 디렉터는 최근 자사 공식 블로그를 통해 이러한 문제의 해법이 “인버터 깊숙한 곳”에 있다고 설명했다. 인버터는 배터리에 저장된 직류(DC) 전력을 전기 모터 구동에 필요한 교류(AC) 전력으로 변환하므로 eDrive 시스템에서 가장 중요한 부품 중 하나다. 인버터의 중심에는 전력 전달 방식을 제어하며 효율, 열 관리, 패키징, 성능, 시스템 비용에 직접적인 영향을 미치는 전력 모듈이 자리하고 있다.

하나의 아키텍처로 여러 차종 대응

차량 프로그램마다 요구되는 성능 목표, 전압 수준, 반도체 기술이 달라 프로그램별로 인버터를 별도 설계하는 방식은 개발 복잡성을 높일 수 있다. 반면, OEM들은 전기차 포트폴리오가 확장되면서 핵심 시스템을 매번 새로 설계하지 않고도 다양한 애플리케이션을 지원할 방법을 찾고 있다.
마그나는 자사 전동화 부품 브랜드 에텔리전트파워(EtelligentPower™) 제품군에 속하는 ‘마그나 전력 모듈(Magna Power Modules)’을 개발했다. 개별 애플리케이션마다 별도의 엔지니어링 과제로 접근하는 대신, 공통 아키텍처를 기반으로 여러 차량 프로그램을 지원할 수 있는 확장형(scalable) 전력 모듈 플랫폼을 구축한 것이 특징이다.
오늘날 전동화 차량은 실리콘(Si) 또는 실리콘카바이드(SiC) 반도체를 점점 더 많이 활용하고 있으며, 두 기술은 장단점이 뚜렷하다. Si 기반 솔루션은 비용에 민감한 차량 프로그램이나 저전력 애플리케이션에 적합한 반면, SiC 기반 솔루션은 효율, 열 성능, 고전압 대응 능력이 뛰어나 성능과 효율이 우선시되는 애플리케이션에 강점이 있다.
마그나는 OEM이 모든 차량 프로그램에 걸쳐 단일 기술 전략을 선택하도록 강제하는 대신, Si와 SiC 기술 사이를 유연하게 오갈 수 있는 공통 인버터 아키텍처를 제공한다. 이를 통해 플랫폼 재사용성을 높이는 동시에, OEM이 여러 애플리케이션에 걸쳐 비용·효율·성능의 균형을 스스로 조율할 수 있도록 돕는다.

반도체 공급망 변화에 대응하는 '칩 애그노스틱' 전략

반도체 기술이 빠르게 진화하는 상황에서 OEM들은 기술적 전문성과 장기적인 소싱 유연성을 동시에 갖춘 협력사를 찾고 있다. 마그나는 이 두 가지 요구를 모두 충족하는 방향으로 개발 전략을 수립했다.
마그나는 반도체 업체와의 협업을 통해 전력 모듈 기술의 개발과 상용화를 추진하는 한편, 인버터 설계, 시스템 통합, 전기 추진 시스템 분야에서 축적한 자체 역량을 결합하고 있다. 
마그나 공통 인버터 아키텍처는 특정 반도체 공급사에 종속되지 않는 '칩 애그노스틱(chip-agnostic)' 설계를 지원하며, 차량 프로그램이 세계 시장으로 확장됨에 따라 변화하는 기술 로드맵, 지역별 규제, 공급망 여건에 OEM이 유연하게 대응할 수 있도록 돕는다. 결과적으로 깊이 있는 기술 협업의 이점과, 글로벌 차량 포트폴리오 전반에서 요구되는 적응성을 동시에 확보한 솔루션이라는 것이 마그나 측 설명이다.

400V·800V를 아우르는 시스템 설계

마그나 전력 모듈은 eDrive 시스템, 인버터, 제어장치, 추진 시스템 통합 분야의 전문성을 바탕으로 시스템 관점에서 설계됐다. 이 플랫폼은 400V와 800V 아키텍처를 모두 지원해, OEM은 폭넓은 차량 애플리케이션에서 공통된 기반 기술을 활용할 수 있다.
모듈은 콤팩트한 패키징, 낮은 부유 인덕턴스(stray inductance) 설계, 냉각 시스템과의 통합을 고려한 구조로 개발돼 효율적인 인버터 통합과 열관리를 지원한다. 마그나의 차세대 eDrive 시스템에 통합되거나, 단독 부품 형태로 OEM에 공급될 수 있어 고객사가 기술 도입 방식을 유연하게 선택할 수 있다는 점도 특징이다.

재설계 없이 변화에 대응하는 것이 핵심

도르프슈테터 디렉터는 성능 요구사항, 전압 아키텍처, 반도체 기술, 소싱 전략이 변화하는 상황에서 핵심 시스템을 매번 다시 설계하지 않고도 대응할 수 있는 능력이 중요하다고 강조했다. 전력 모듈은 인버터 내부의 작은 부품이지만, 효율과 열 관리, 패키징, 성능, 시스템 비용 등 추진 시스템 전반에 영향을 미치기 때문이다. 
마그나는 전기 추진 시스템에서 축적한 시스템 설계 역량을 전력 모듈 플랫폼에 적용해 OEM이 다양한 차량 프로그램에 대응하면서도 개발과 공급망의 복잡성을 관리할 수 있는 기반을 제공하고 있다. 

 

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• 전압 유연성(Voltage flexibility): 마그나 전력 모듈은 400V 및 800V 아키텍처를 지원하며, 최대 250kW의 출력 용량을 갖추고 있어 다양한 전기차 및 하이브리드 애플리케이션에 적합하다.
• 마그나 자체 설계(Magna-owned design): 마그나는 플랫폼을 자체 개발해 성능, 품질, 맞춤화에 대한 높은 수준의 제어권을 확보했다.
• 고효율(High efficiency): 마그나 전력 모듈은 낮은 부유 인덕턴스 패키지를 적용해 스위칭 동작을 개선하고 에너지 손실을 줄인다.
• 비용 최적화(Cost optimization): 마그나 전력 모듈은 패키징 복잡성과 제조 비용을 줄이고 칩 면적 활용도를 높여 비용 최적화를 지원한다.
• 공급망 독립성(Supply chain independence): 마그나 전력 모듈은 높은 수준의 공급망 독립성을 확보하고 있다. 칩 애그노스틱(chip-agnostic) 접근 방식을 통해 반도체를 유연하게 소싱할 수 있어 공급망 리스크를 줄이고 확장성을 확보할 수 있다.
• SiC와 Si 간의 상호 교환성(Interchangeability): 마그나는 Si와 SiC 전력 모듈을 상호 교체할 수 있는 방식을 제공한다. 이를 통해 OEM은 하나의 기술 경로에 종속되지 않으면서도 주행거리와 활용성을 갖춘 전기차 중심의 주행 경험을 구현할 수 있다.

AEM(오토모티브일렉트로닉스매거진)

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