자율 주행, 반 자율 주행 또는 전기 주행이든 최신 차량은 더 많은 전력을 소비합니다. 바퀴 달린 데이터 센터로 발전함에 따라 스마트 성능을 저하시키지 않고도 에너지 효율성을 높일 수 있는 기회가 많아졌습니다.
차량이 스마트할수록 에너지 효율에 대한 필요성이 커집니다. 자율 주행 차량의 지속적인 과제는 자율성에 필요한 엄청난 양의 전력입니다. 차량 내 컴퓨팅이 즉각적인 주행 결정을 지원하기 위해 끊임없이 계산하는 동안 온보드 센서는 많은 양의 전력을 소비합니다.
서버 또는 스마트폰과 마찬가지로 생성되는 초당 기가바이트 데이터가 많을수록 전력 수요가 늘어나므로 최신 차량은 서버 또는 스마트폰과 달리 자동차의 전력 사용량이 연비와 EV 범위에 영향을 미치기 때문에 에너지 소비에 대해 현명해야 합니다.
모든 자동차 기능은 전력 경쟁력을 갖추고 있음
일반적인 자동차는 수십 년 동안 더 많은 전력을 바라고 있었습니다. 단순한 라디오나 기내 엔터테인먼트용 테이프 플레이어의 시대는 지나갔고, 이제 전동 창문과 잠금 장치가 표준이 되었습니다. 심지어 후방 카메라가 장착된 기본적인 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)도 이제 표준화(심지어 필수화)되었습니다. 이는 소형 신차의 대시보드가 NASA 임무 관제 센터의 콘솔처럼 보인다는 것을 의미합니다.
GPS, 위성 라디오 및 온보드 미디어 저장 장치를 함께 사용하면 일반 차량의 전력 요구량이 빠르게 증가합니다. 자율 주행 차량에 필요한 모든 전자 콘텐츠 및 컴퓨팅 기능은 물론이고 낮은 수준의 자율성도 포함되지 않습니다. 자동차 아키텍처에는 엔진, 섀시, 안전 기능 및 승객 엔터테인먼트를 지원하는 데 필요한 임베디드 전자 시스템이 있습니다.
배기 가스, 점화, 냉각, 스로틀, 연료 분사 등의 기능을 제어하도록 엔진 제어 장치(ECU) 형태의 엔진 전자 장치가 최신 자동차에 배포됩니다. 이러한 ECU는 트랙션 컨트롤, 전자식 제동 분배 및 ABS(잠김 방지 브레이크), 주차 보조 장치를 포함하는 섀시 전자 장치 하위 시스템과 통신해야 합니다. 수동식 안전 시스템에는 에어백 제어 및 전개, 비상 제동, 충돌 또는 도로에서의 기타 사고 발생 시 내리막길 감속 주행 제어를 위한 전자 부품이 필요합니다.
자동 실내 온도 조절 장치, 전자 좌석 조정 장치, 자동 환경 제어 장치 및 자동 와이퍼와 같은 승객 편의 기능은 물론 엔터테인먼트 및 내비게이션 시스템이 모두 "인포테인먼트" 시스템 상부에 해당합니다.
ADAS와 같은 시스템은 헤드업 디스플레이와 차량 내 제스처 인식을 통합하여 전자 제품에 더욱 의존하게 되는 반면, 차량이 지능화됨에 따라 이러한 모든 전자 콘텐츠는 발전되고 확산되고 있습니다. 스마트폰이 에너지 효율성을 높이는 동시에 기능을 추가한 것처럼 더 많은 전자 장치와 기능에 많은 전력이 필요하지 않으며, 이는 차량에도 마찬가지입니다.
자동차 데이터를 효율적으로 이동하고 저장해야 함
최신 차량을 더 스마트하고 자율적으로 만드는 데 필요한 여러 전자 부품(메모리 및 저장 장치, 센서, 유무선 연결 등)에서 자동차의 전력 소비를 줄일 수 있는 기회를 찾을 수 있습니다.
전체 레벨 5 자율 주행 기능은 널리 보급되는 데 더 오랜 시간이 걸리지만, 운전자 모니터링 시스템, 적응형 주행 제어, 차선 유지 및 자동 제동의 형태의 레벨 2 및 레벨 3 자율 주행 기능에는 더 많은 데이터가 필요하므로 메모리와 데이터 기억장치도 더 많이 필요할 수 있습니다. 시스템이 점점 복잡해지고 차량에서 더 많은 컴퓨팅이 수행되는 상황에서 전력 효율적인 메모리는 차량의 전반적인 에너지 사용을 줄이는 역할을 합니다.
높은 수준의 기능 안정성을 충족해야 하는 인공 지능 기반의 애플리케이션을 실행하는 레벨 4 및 레벨 5 자율 주행 차량을 점차 실현할수록 대용량 메모리와 빠른 처리가 필요한 기능은 LPDDR4X/5X를 사용하여 성능과 전력의 균형을 맞출 수 있습니다. NOR 플래시는 차량 장치를 통해 소량의 데이터를 저장하고 "즉각 구동" 요구 사항을 지원하는 데 적합하므로 키를 점화 스위치에 돌릴 때까지 전력이 소비되지 않습니다.
대용량 저장 장치의 경우, eMMC 또는 UFS(범용 플래시 기억장치)를 사용하는 경우와 같이 다른 사용 사례에서 최적화된 NAND 플래시 기반 장치로 인포테인먼트 데이터를 저장할 수 있습니다. SSD를 구현하여 중요 업무용 데이터의 가용성과 안정성을 우선시하는 인텔리전스가 내장된 정보 저장 장치를 통합할 수도 있습니다. 부분적으로 움직이는 부품이 부족하기 때문에 이러한 신뢰성은 전력 사용 프로필이 개선되는 원인이 되기도 합니다.
메모리와 저장 장치 외에도 연결성과 센서는 최신 차량의 일반적인 기능입니다. 특히 차량이 완전히 자율적인 경우에는 바퀴 달린 데이터 센터일 뿐만 아니라 서로 통신해야 할 온보드 장치를 갖춘 자체 사물 인터넷(IoT) 에코시스템이기도 합니다.
심지어 작은 센서에도 전력이 필요하며, 센서가 많을 때는 에너지 소비량이 늘어날 수 있습니다. 최신 자동차에는 차량 상태를 모니터링하고, 주행 및 주차 중 장애물을 감지하고, 운전자 상태를 감시하기 위한 센서가 포함되어 있습니다. 예를 들어 저전력 적외선 온도 센서에는 약 15mW의 전력이 필요합니다. 그러나 자동차 설계의 핵심 과제는 열로 인해 에너지가 손실될 수밖에 없다는 것입니다. 손실된 에너지 중 일부는 특히 임베디드 시스템에서 전원 역할을 하는 열전 발전기(TEG)로 이 폐열을 수집하여 회수할 수 있습니다. 고체 형태이기 때문에 유지 보수가 거의 필요하지 않으며 센서에 전력을 공급하여 전체 시스템 성능을 높입니다.
자동차 이더넷을 사용하면 차량 주변의 모든 데이터를 필요한 곳으로 이동할 수 있는 동시에 에너지 효율에 중요한 역할을 합니다. 이더넷 전력에는 추가 전원이 필요하지 않을 뿐만 아니라 차량 내 배선을 줄여 차량 장치 간에 정상 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다. 한편, 에너지 효율적인 이더넷은 엔진이 꺼지면 네트워크 세그먼트를 끄고 엔진이 켜지면 에너지 효율적인 이더넷을 사용하여 전력 소비를 줄입니다.
열 발산이 불가능할 경우 차에서 내리기
상대적으로 에너지 밴드갭이 큰 탄화 규소(SiC) 및 질화 갈륨(GaN)과 같은 재료를 사용하는 와이드 밴드갭 반도체(WBG)를 통해서도 자동차 전력 소비를 늘릴 수 있습니다. 실리콘에 비해 SiC 및 GaN은 상당한 성능 향상은 물론 자동차를 포함한 까다로운 환경에서 더 나은 작동 효율성 및 신뢰성을 제공할 수 있습니다.
저항기 기술도 자동차 에너지 효율에 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 광단자 저항기는 장치의 넓은 단자를 통해 열을 많이 방출하기 때문에 전력 대 크기 비율이 우수한 반면, 펄스 내성 저항기의 "축소 핫스팟 디자인"은 안정적인 상태에서 더 많은 전력을 방출할 수 있습니다.
다양한 자동차 전력 관리
이제 최신 자동차의 에너지 효율성은 중요한 요소입니다. 자동차 환경에서 데이터를 이동하는 데 필요한 컴퓨팅, 메모리, 저장 장치 또는 연결을 선택할 때는 항상 전력 소비가 핵심 요소가 되어야 합니다. 스마트한 차량일수록 전력 소비량 감소, 에너지 수집 및 열관리 개선을 통해 에너지 효율의 우선 순위를 정하고 관리해야 합니다.
