실리콘 카바이드 전력전자: 레이싱 vs. 일반 자동차
속도를 위해 설계됨
Jaguar I-TYPE 6 전기 레이스카와 일반 소비자용 도로 차량은 완전히 다른 기계입니다. 개인용 차량은 출퇴근이나 볼일을 포함한 일상적인 운전에서 사용되며, 주로 0~80 mph 범위에서 작동합니다. 이를 Jaguar I-TYPE 6과 비교하면, 이 레이스카는 최고 속도 200 mph에 도달할 수 있으며, 0~60 mph를 2.6초 만에 도달하는 놀라운 성능을 자랑합니다. 이 혁신적인 전기 레이스카는 전기 레이싱의 최고봉에서 경쟁하도록 설계되었으며, 도시 거리 서킷을 따라 16번의 경주를 거쳐 세계 챔피언 타이틀을 두고 휠-투-휠 경주를 펼치며 성능, 효율성, 지속 가능성을 입증합니다. 도로 차량과 전기 레이스카 모두 동일한 탄화규소(silicon carbide) 부품을 사용하지만, Jaguar I-TYPE 6에 탄화규소를 설계하는 데는 다른 사고방식이 필요합니다. 몇 가지 흥미로운 요소를 함께 살펴보겠습니다.
빠른 정보
- 최고 속도 (제한됨): 320km/h (200mph)
- 엔진 출력: 350 kW
- 배터리: 지속 가능한 방식으로 채굴된 광물을 포함한 배터리 셀
- 전후방 파워트레인: 앞쪽 250 kW, 뒤쪽 350 kW으로 재생 제동에서 총 600 kW의 총 전력 잠재력을 제공합니다.
- 고속 충전: 600kW 초고속 충전, 상용화된 어떤 충전기보다 거의 2배 더 빠름
- 타이어: 타이어 화합물은 26% 천연고무와 재활용 섬유로 구성되며, 경주 후 타이어는 완전히 재활용됩니다
- 크기: 5016 mm x 1700 mm x 1023 mm (16 ft 5 in x 5 ft 7 in x 3 ft 4 in)
- 질량: 854kg (1883파운드)
고려할 사항
인버터 내부의 실리콘 카바이드 기술은 전기 모터 구동의 핵심 구성 요소입니다. 인버터는 배터리로부터 공급받은 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환하여 모터를 회전시키는 데 사용됩니다. Wolfspeed의 실리콘 카바이드 소자는 기존 실리콘 소자보다 이 과정을 더 효율적으로 수행할 수 있도록 합니다. 아래에 나열된 요소들은 EV 레이싱용 실리콘 카바이드 인버터 설계를 개인용 자동차에 비해 독특하게 만드는 요인들 중 일부입니다.
- 지속 시간 및 신뢰성: ABB FIA 포뮬러 E 월드 챔피언십에서는 경주용 자동차의 부품이 전기 도로 차량의 수명과는 달리 한 번의 인증 기간 동안만 작동해야 합니다. EV 레이싱은 경쟁력과 성능 의존성이 높은 특성을 가지므로, 일반적으로 수명을 줄이는 영역에서 훨씬 더 강렬하게 차량을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 우리는 더 높은 게이트 전압으로 작동시킬 수 있습니다. 대부분의 자동차 고객들은 전력 모듈을 천천히 작동시키기 위해 외부 구성요소를 사용하며, 모터를 부드럽게 운영합니다. 하지만 레이싱 팀은 손실을 가능한 한 최소화하기 위해 전력 모듈을 제어하며, 레이스 중 효율성이 매우 중요합니다. 이것은 더 짧은 수명 요구사항 덕분에 가능한 일입니다.
재미있는 사실: Jaguar I-TYPE 6의 차체는 리넨과 탄소 섬유로 만들어졌으며, 일부는 퇴역한 Gen2 차량에서 재활용된 탄소로 구성되어 있습니다.
- 실제 트랙 데이터 기록: 테스트는 최적화를 검증하기 위해 시즌 전과 레이스 전에 수행되며, 레이스 후 기록된 데이터를 재생하여 실제 트랙 데이터에서 어떤 최적화를 적용할 수 있는지 확인합니다. 팀은 또한 측정된 데이터를 활용하여 최첨단 시뮬레이터를 개선하며, 이를 통해 드라이버가 다양한 날씨, 트랙, 차량 변수 아래에서 모든 레이스 서킷을 사실상 연습할 수 있습니다.
재미있는 사실: 모든 포뮬러 E 드라이버는 실제로 동일한 물리적 차량으로 경주를 합니다. 배터리 팩과 타이어에서 섀시까지 모든 팀은 동일한 기본 차량을 제공합니다. 이는 치열한 경쟁을 의미하며, 파워트레인, 경주 전략 및 드라이버의 기술, 서스펜션 세트업, 그리고 파워 일렉트로닉스가 주요 차이점으로 작용합니다.
- 어택 모드: 포뮬러 E 드라이버는 경주 중에 에너지 부스트를 사용해야 합니다. 어택 모드는 드라이버가 추가로 50kW의 출력을 얻을 수 있게 하며, 총 350kW의 출력을 몇 분간 활용할 수 있게 해줍니다. 이를 통해 드라이버는 어려운 추월을 실행하거나, 선두를 따라잡거나, 추월을 방어하거나, 리드를 확장할 수 있습니다. 하지만 고출력 모드는 최대 출력으로 주행할 때 더 많은 에너지를 소모합니다.
재미있는 사실: 일반적으로 어택 모드를 활성화하려면 표시된 코너에서 레이싱 라인을 벗어나 주행해야 합니다. 이로 인해 다음 드라이버와의 간격이 충분하지 않다면 비효율적인 루트로 인해 몇 계단 순위가 떨어질 수도 있습니다. 드라이버는 레이스당 두 번의 어택 모드를 사용해야 하며(그렇지 않으면 페널티를 받음), 이를 어떻게 나눌지는 선택할 수 있습니다. 어택 모드의 정확한 지속 시간은 레이스 전에 미리 설정됩니다. 한 가지 가능한 시나리오는 어택 모드가 총 4분 동안 지속될 때 드라이버가 1분과 3분, 각각 2분, 또는 3분과 1분으로 분할하여 사용하는 것입니다.
- 주행 거리: 포뮬러 E 레이스의 총 주행 거리는 트랙에 따라 다르지만 일반적으로 약 50마일입니다. 각 차량에는 전체 레이스 동안 사용할 수 있어야 하는 단일 배터리가 장착되어 있습니다. 비교해보면, 일부 도로 주행용 EV는 한 번의 충전으로 300마일 이상의 주행 거리를 제공합니다. 포뮬러 E는 공격적이면서도 효율적인 운전을 요구하도록 설계되었습니다. 모든 차량은 동일한 배터리를 사용하며, 트랙에 따라 사용 가능한 배터리 에너지가 제한됩니다. 한 시즌 동안 평균 사용 가능한 에너지는 38kWh입니다. 이는 더 높은 효율성을 가진 드라이브트레인이 운영 중 에너지 절약을 통해 더 공격적으로 운전을 가능하게 할 수 있음을 의미합니다.
역동적인 듀오: Wolfspeed와 Jaguar TCS 레이싱
포뮬러 E에서 승리하려면 강력하고 효율적인 전기 모터 그 이상이 필요합니다. 더 가벼운 소재, 최적화된 배터리 활용, 운전자의 기술, 그리고 지지하는 팀이 필요합니다. 인버터에 사용되는 Wolfspeed의 실리콘 카바이드 전력 모듈은 트랙에서 효율성과 성능을 가속화하는 데 핵심 구성 요소입니다. Wolfspeed는 Jaguar I-TYPE 6을 테스트 베드로 사용하여 우리의 부품이 견딜 수 있는 조건과 기술의 한계를 연구하고 있습니다. 학습 속도를 높이기 위해 우리는 모델링과 테스트에 크게 의존하여 장치 성능을 더 빠르고 정확하게 예측합니다. 이는 바퀴 위의 혁신 실험실이며, Wolfspeed가 그 동력을 제공합니다.
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