800V 이상의 전력 아키텍처로의 전환은 차세대 전기차 성능, 충전 속도, 그리고 전기 항공의 발전을 가능하게 할 것으로 기대된다. 그러나 엔지니어들은 실리콘 카바이드(SiC) MOSFET이 요구하는 높은 전류, 열 부하, 스위칭 속도, 그리고 전압 스트레스를 견디도록 설계되지 않은 DC 링크 커패시터라는 동일한 문제에 계속해서 부딪히고 있다.
그러나 이러한 문제를 해결하기 위한 방안들(커패시터 용량 감소, DC 링크 용량 확대, 냉각 시스템 추가)은 비용이 많이 들고 무게 제약이 있으며 공간을 많이 차지할 뿐만 아니라 SiC MOSFET이 제공하도록 설계된 효율성 향상을 저해했었다.
피크 나노 (Peak Nano)가 ETI(플로리다주 클리어워터 소재)의 완전 자회사인 어드밴스드 컨버전(Advanced Conversion) 과 차세대 DC 링크 커패시터 솔루션을 고전압 전기 이동성 애플리케이션에 공동 개발 파트너로 정했다.
이에 따라 양사는 포뮬러 E 및 고성능 자동차, 전기 버스 및 대형 트럭, 비포장도로 및 산업용 차량, 전기 항공기를 포함한 고성능 및 상용 플랫폼을 개발하게 된다.
SiC는 DC 링크가 제공해야 하는 요구 사항을 근본적으로 바꿔놓았으며, 업계는 너무 오랫동안 기존 폴리프로필렌의 한계에 맞춰 작업해 왔다. 그러나 800V 이상의 인버터 시스템을 설계하는 엔지니어는 커패시터 용량을 줄이기 위해 정격 용량을 낮추거나 과도하게 설계하거나 냉각 장치를 추가할 필요가 없게 된다.
Advanced Power Conversion Solutions의 CEO인 에드워드 소여는 NanoPlex LDF가 공급망 제약이 있는 폴리에스터 기반 필름을 직접 대체할 수 있으므로 여러 고객사들간에 이미 채택되었다며 “Peak Nano와의 파트너십을 통해 당사의 Power Ring 플랫폼의 목표에 부합하는 필름 기술을 확보했다. 양사는 모터 하우징에 직접 통합될 기하학적 설계의 800V SiC 인버터에 최적화된 DC 링크 솔루션을 제공하고 있다.”라고 언급했다.
근본적인 해결책: 파워 링 + 나노플렉스 LDF
이번 파트너십은 800V 이상 환경에 최적화된 두 가지 기술을 결합한 것이 특징이다. Peak Nano의 특허받은 NanoPlex LDF 필름 설계는 800V 이상 SiC 시스템에 필요한 열 안정성과 전압 내구성을 제공하며, 이축 배향 폴리프로필렌(BOPP) 기반 설계에서 발생하는 성능 저하 문제를 해결해준다.
Advanced Conversion의 특허받은 Power Ring 플랫폼은 초저 정류 루프 인덕턴스와 탁월한 열 결합을 제공하여 고속 스위칭 SiC 모듈이 소형 고온 환경에서 최대 성능을 발휘할 수 있도록 한다. 두 회사가 협력함으로써 어느 회사도 단독으로는 해결할 수 없었던 고전압 인버터 설계의 핵심적인 격차를 해소하게 되었다.
“NanoPlex LDF는 고온, 고주파, 높은 전기적 스트레스 등 고전압 SiC 인버터가 만들어내는 환경에 최적화된 필름이다. Advanced Conversion의 Power Ring 아키텍처는 이러한 필름의 성능을 완벽하고 최적화된 시스템으로 구현할 수 있는 통합 플랫폼이다.”라고 Peak Nano의 CEO인 Jim Welsh는 설명했다.
이 파트너십을 통해 양사의 적합한 필름과 제조 플랫폼이 처음으로 결합되었다. 이렇게 개발하는 제품은 육상, 해상, 항공을 아우르는 전기 이동성 분야의 DC 링크 성능에 새로운 기준을 제시할 것으로 보인다.
