고전압 충전파일은 충전속도+연비불안 문제를 해결해줍니다. 2025년 SiC 수요는 약 33만개로 추정된다.

충전 파일의 충전 방법은 크게 AC 충전과 DC 충전으로 구분됩니다. (1) AC 충전 파일의 본질은 주로 AC 전류계, 제어 보드, 디스플레이 화면, 비상 정지 손잡이, AC 접촉기, 충전 케이블 및 기타 구조를 포함하는 제어 기능이 있는 소켓입니다. 변압기 정류에는 전력 장치가 거의 포함되지 않습니다. (2) 충전 모듈, 메인 컨트롤러, 절연 감지 모듈, 통신 모듈, 메인 릴레이 및 기타 부품을 포함하여 DC 충전 파일의 구조가 더 복잡합니다. 그 중 파워 모듈이라고도 알려진 충전 모듈은 충전 파일 산업에서 기술적 한계를 지닌 핵심 부품으로, 충전 파일 전체 비용의 약 50%를 차지합니다. 현재 소비자들은 DC 급속 충전 모드에 가장 관심이 많지만, DC 급속 충전 모드의 충전 파일은 매우 큰 충전 전력과 매우 높은 충전 효율을 요구하며, 이를 고전압을 통해 구현해야 합니다.

충전 모듈은 DC 충전 파일의 핵심 구성 요소입니다. 충전 파일은 일반적으로 여러 개의 충전 모듈을 병렬로 연결하여 형성됩니다. 예를 들어, 120kW 충전 파일은 15kW 충전 모듈 8개 또는 30kW 충전 모듈 4개로 구성될 수 있습니다. 단일 충전 모듈의 출력 전력이 클수록 전력 밀도가 높아져 파일 공간을 효과적으로 최적화할 수 있습니다. 충전 모듈의 구성 요소에는 반도체 전력 장치, 집적 회로, 자기 부품, PCB, 커패시터, 섀시 팬 등이 포함됩니다. 이 중 반도체 전력 장치 비용은 전체 충전 모듈 비용의 약 30%를 차지하며, 충전 모듈 및 전자 장치의 핵심 구성 요소입니다. 중국의 전력 변환 및 회로 제어의 핵심입니다.

현재 충전파일에 SiC가 주로 적용되는 부분은 충전모듈의 전력소자, 특히 AC/DC 컨버터와 DC-DC 컨버터이다. Wolfspeed 데이터에 따르면 25kW 충전 파일 모듈에는 약 16-20개의 1200V 실리콘 카바이드 MOSFET 단일 튜브가 필요합니다. 시중에서 판매되는 주류 15kW 충전 파일 모듈은 일반적으로 4개 또는 8개의 실리콘 카바이드 MOSFET을 사용하며 구체적인 수는 선택한 장치의 온저항 값과 출력 전류에 따라 다릅니다. 신에너지 자동차 산업에서 시급히 해결해야 할 문제는 '연비 불안'이다. 충전 속도를 높이려면 충전 파일의 출력 전력을 높여야 하며, 충전 전압이나 전류도 높여야 합니다. Wolfspeed 데이터에 따르면 현재 우리나라의 상용 주류 고속 충전 파일은 100~150KW의 전력을 갖고 있으며, 전기 자동차가 400KM 주행 거리를 충전하는 데 40~27분이 소요됩니다. 충전파일에 350KW 고출력 급속충전 시스템을 적용하면 400KM 주행에 소요되는 충전시간을 12~15분으로 대폭 단축할 수 있다. 전류나 전압을 높이면 충전 전력을 높일 수 있습니다. 그러나 전류를 증가시켜 충전전력을 높이면 많은 문제가 발생하게 된다. 따라서 고전력 고속 충전을 달성하기 위해 전압을 높이는 것이 업계에서 가장 많은 선택이 되었습니다.

전기차 충전 속도를 높이고 주행거리 불안을 완화하기 위해 800V 고전압 플랫폼을 탑재하는 OEM이 늘어나고 있다. 800V 고전압 시스템은 일반적으로 전체 차량의 고전압 전기 시스템의 전압 범위가 550-930V에 도달하는 시스템을 말하며, 총칭하여 800V 시스템이라고 합니다. 포르쉐 타이칸은 세계 최초 양산형 800V 고전압 플랫폼 모델로, 최대 충전 전력을 350KW로 늘렸다. 이밖에 아우디 e-트론GT, 현대 아이오닉5, 기아 EV6도 모두 800V 고전압 플랫폼을 사용한다. 동시에 국내 자동차 업체들도 800V 고전압 플랫폼을 향해 움직이고 있다. 2021년에는 BYD, Geely, Jihu, GAC, Xiaopeng 등이 800V 플랫폼을 탑재한 모델을 순차적으로 출시할 예정이다.

DC 고속 충전 파일의 경우 충전 전압을 800V로 업그레이드하면 충전 파일의 SiC 전력 장치에 대한 수요가 크게 증가할 것입니다. 그 이유는 SiC 모듈을 사용하면 충전 모듈의 전력을 60KW 이상으로 높일 수 있는 반면 MOSFET/IGBT 단일 튜브 설계는 여전히 15~30kW 수준이기 때문입니다. 동시에 SiC 전력 장치는 실리콘 기반 전력 장치에 비해 모듈 수를 크게 줄일 수 있습니다. 따라서 SiC의 작은 크기 이점은 도시 고전력 충전소 및 충전 파일의 적용 시나리오에서 고유한 이점을 갖습니다. 과급 및 급속 충전에 대한 수요가 증가함에 따라 Full SiC 모듈이 충전 파일에 널리 사용되기 시작했습니다. 다양한 회사의 공식 웹사이트 매개변수에 따르면 800V 아키텍처를 갖춘 대부분의 고성능 충전 파일은 전체 SiC 모듈을 사용합니다. 현재 장입 파일 내 SiC 침투율은 높지 않습니다. CASA 계산에 따르면 DC 충전 파일을 예로 들면, 2018년 전기 자동차 충전 파일에서 SiC 전력 장치의 평균 보급률은 10%에 불과했습니다. 그러나 800V 전압 시대가 도래하면서 SiC의 보급률은 계속 상승합니다. 중국 충전 연합(ChinaCharging Alliance)은 2025년까지 중국 충전 파일 산업에서 SiC 보급률이 35%에 이를 것으로 예측하고 있습니다.