자동차 전기 시스템의 미래를 바꾸는 혁신, 48V 시스템 도입 최근 자동차 전기 시스템의 혁신이 가속화되면서 48V 시스템이 주목받고 있다. 기존 12V 기반 시스템의 한계를 극복하고 향상된 연료 효율과 경량화를 구현하기 위한 핵심 기술로 48V 시스템이 각광받고 있는 것이다.

이런 가운데 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)가 ‘48V 차량용 시스템: 왜 지금인가?’를 주제로 백서를 발표하며 향후 전기차(BEV)와 하이브리드 차량(HEV, PHEV) 모두에서 이 시스템이 중요한 역할을 할 것으로 전망했다.

자동차 전기 분야는 과거 1990년대 후반 42V E/E 시스템 개발 시도로 시작됐으나, 당시 고효율 모터 부족 등 기술적 한계로 인해 상용화에 어려움을 겪었다.

그러던 중 경량 하이브리드 전기차(MHEV)에서 48V 배터리와 소형 전기 모터를 통한 내연기관 보조 시스템이 도입되어 연료 소비 절감과 효율 개선에 기여하기 시작했다.

이에 따라 48V 시스템은 과거의 미완성 시도를 뒤집어, 자동차의 전력 시스템에 새로운 패러다임을 제시하게 됐다.

MHEV에서는 기본적으로 12V 레일이 여전히 전자부품과 제어장치를 구동하는 역할을 담당하지만, 48V 배터리를 보조 동력원으로 사용함에 따라 별도의 대형 양방향 컨버터가 필요하게 된다.

이는 비용 부담 측면에서 단점이 있으나, 이는 곧 전기차나 완전 하이브리드 차량에서 고전압 배터리가 48V 저전압 레일을 직접 구동할 수 있게 되면 개선될 문제다.

업계에서는 미래 BEV 플랫폼이 48V 시스템 도입의 주요 대상이 될 것으로 보고 있으며, 전환 시 전력 효율성뿐 아니라 차량 내부 전기 시스템의 설계 최적화라는 측면에서도 큰 기대를 모으고 있다.

최근 자동차 전기 시스템의 설계 혁신 중 하나로 주목받는 것이 바로 존 아키텍처(zone architecture)다.

전통적으로 차량 내 전력 분배는 기능별로 배선이 이뤄졌으나, 존 아키텍처는 전력 분배, 통신 및 부하 작용을 물리적 위치별로 그룹화하여 배선 하네스를 최적화하는 방식이다.

이를 통해 기존의 녹는 퓨즈 대신 스마트 반도체 퓨즈를 사용함으로써 배선의 무게와 비용을 크게 줄일 수 있게 됐다.

특히 48V 저전압 레일을 존 아키텍처에 포함시키면 와이어 게이지가 낮아져 전력 손실도 감소하고, PCB 크기도 줄어들어 전체 전기 시스템의 경량화에 기여한다.

기술적 관점에서 볼 때, 48V 시스템은 전력 전달 시 전압을 4배 이상 높임으로써 동일한 출력을 내기 위해 소요되는 전류를 1/4로 낮출 수 있다.

예를 들어 제어 모듈이 1,200W의 전력을 공급받기 위해 기존 12V 시스템에서는 100A의 전류가 필요했던 반면에 48V 시스템에서는 불과 25A로 동일한 출력을 구현할 수 있다.

또 다른 사례로 창문 모터의 경우 12V 시스템에서는 20A 정도의 전류가 필요하지만, 48V 시스템에서는 약 5A의 전류만으로 동작한다.

이와 같이 전류 요구량이 감소하면 배선 하네스의 비용과 무게는 최대 85%까지 절감될 수 있으며, 부품 경량화와 함께 차량 전체의 연비 개선에도 긍정적인 영향을 미친다.
 

또한 48V 시스템이 제공하는 또 다른 큰 이점은 생산 공정의 효율화다.

두꺼운 와이어 게이지를 설치하는 작업은 전통적으로 인력 소모가 크고 수작업 비중이 높아 제조 비용을 상승시켜 왔다.

반면에 전류 요구량이 낮아짐에 따라 보다 가느다란 와이어 사용이 가능해지며, 이로 인해 자동화된 와이어 하네스 설치 공정이 도입될 수 있다.

결과적으로 제조 공정의 효율성이 높아지고, 대량 생산 시 비용 절감 효과는 더욱 두드러지게 나타난다.

자동차 산업은 친환경 및 연비 개선 요구가 가속화됨에 따라 전기차, 하이브리드 차량 등 다양한 차종에 대한 연구 및 투자를 확대하고 있다.

48V 시스템은 이러한 변화의 중심에서 단순히 부가적인 기능이 아닌, 차량 전기 시스템의 근본적 리디자인을 가능하게 하는 핵심 기술로 평가된다.

연료 소모 감소와 더불어 제작 비용 절감, 무게 경량화, 그리고 생산 자동화를 통한 효율적 제조 공정은 자동차 제조사들이 경쟁력을 높이기 위한 중요한 요소로 작용하고 있다.

현재 전 세계 주요 OEM(자동차 제조업체)들은 앞으로의 BEV와 HEV, PHEV 개발에 있어 48V 시스템을 적극적으로 도입할 방안을 모색 중이다.

이와 관련해 기술 업체들은 진일보한 전력 전자 기술과 스마트 제어 시스템을 결합하여, 더욱 정교하고 안정적인 48V 전력 솔루션을 제공하고 있다.

이러한 기술적 진보는 자동차 전기 시스템의 한계를 극복하고, 차세대 모빌리티를 위한 핵심 인프라를 구축하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

48V 시스템 도입은 단순한 전압 상승 이상의 의미를 가진다.

이는 자동차 전자 시스템의 혁신을 통해 에너지 효율성을 극대화하고, 전반적인 차량 경량화 및 생산 비용 절감을 동시에 이루겠다는 의지를 반영한다.

기술 혁신과 생산 공정 개선, 그리고 소비자 요구에 부응하는 친환경 차량 개발로 이어지는 이 변화는 앞으로 자동차 산업 전반에 중대한 파장을 불러일으킬 전망이다.

한편 TI의 ‘48V 차량용 시스템: 왜 지금인가?’ 백서는 https://www.ti.com/document-viewer/lit/html/KOKY062?HQS=null-null-auto-48v_koky062-exah-whip-e4ds_auto_0422-kr_kr_aw&dclid=CjgKEAjw2ZfABhDzgLGP3PS46TESJABuaD55PC2hBHm4W6ciAxS2JYkcUjZrYmPN-V7JatjmvvMObvD_BwE&gad_source=7 에서 확인 할 수 있다.