도요타, 파워반도체 차량 일반도로 주행 “연비 10% 향상 효과”

도요타가 SiC(실리콘 카바이트) 파워반도체의 실용화를 위한 노력에 나섰다.

도요타는 하이브리드 자동차 등 모터 구동력을 제어하는 파워 컨트롤 유닛(Power Control Unit)에 Sic 파워 반도체를 탑재한 시험제작차의 일반도로 주행시험을 2월초부터 토요타시를 중심으로 실시한다고 21일 밝혔다.

PCU는 주행 시에는 배터리의 전력을 모터에 공급함으로써 속도를 제어함과 동시에, 감속 시에는 재생한 전력을 배터리에 충전하는 등, 하이브리드 기술의 전력 이용에서 중요한 역할을 담당하고 있다.

PCU는 하이브리드의 차량 전체 전력 손실의 약 20%를 차지하고 있어, 파워 반도체의 고효율화 즉 전류를 흘려보낼 때의 저항을 감소시키는 것은 연비 향상의 핵심 기술 중의 하나였다. 도요타는 1997년의 1세대 프리우스 출시 때부터 파워 반도체의 자체 개발을 통해 하이브리드의 연비 향상에 노력해 왔다.

이에 따라 현재의 실리콘 파워 반도체와 비교해서 도요타 하이브리드 모델의 연비는 10%의 향상, PCU는 1/5의 소형화를 목표로 한다고 도요타 측은 설명했다.

SiC는 실리콘보다 고효율화가 가능한 반도체 재료이며, 도요타 그룹에서는 1980년대부터 도요타 중앙연구소, 덴소가 기초 연구를 시작 2007년부터는 도요타도 참여해 실용화를 향한 기술개발을 공동으로 진행해 왔다.

이번에 개발한 캠리 시작차에는 PCU내의 승압 컨버터 및 모터 제어용 인버터에 SiC 파워 반도체(트랜지스터, 다이오드)를 탑재했다.

일반도로 주행 시험에서는 주행 속도나 주행 패턴(고속 주행, 시가지 주행, 정체 등), 바깥 기온 등 여러 가지 주행 조건 때마다 PCU내의 전류, 전압 등의 데이터를 취득해 현재의 실리콘 반도체와 비교해서 신소재인 SiC 파워 반도체 탑재에 따른 연비 향상 효과를 검증해 나갈 예정이다.

또한 도요타는 2015년 1월 9일부터 토요타 시내의 노선버스 운행되고 있는 수소연료전지버스의 FC스택의 전압을 제어하는 FC승압 컨버터에도 SiC 다이오드를 탑재해 시 연비 향상 효과를 검증한다.

한편 도요타 관계자는 “HV를 포함한 전동 차량의 연비 향상에서 엔진이나 공기역학 성능 등의 개선은 물론 파워 반도체의 고효율화도 중요 기술로서 개선에 박차를 가하고 있으며, iC 파워 반도체의 조기 실용화를 향해 개발을 강화해 나갈 것이다”라고 밝혔다.

김훈기 동아닷컴 기자 hoon149@donga.com