아이디테크엑스(IDTechEx)의 최근 보고서 “자율주행 및 전기차용 반도체 2023-2033년(Semiconductors for Autonomous and Electric Vehicles 2023-2033)”은 앞으로 진행될 전기차의 대량 보급으로 인해 ‘전기차 동력장치에 사용되는 반도체 부문’이 향후 10년간 연평균 20.9% 성장할 것으로 전망했다. 또한 이 보고서는 더욱 많은 자율주행차의 등장으로 ‘전체 자동차 반도체시장’은 향후 10년간 연평균 9.4% 성장할 것으로 전망했다.

<전기차의 배터리관리시스템(BMS)용 반도체 수요>

자료: IDTechEx


자동차산업에서 탈탄소화에 대한 압력이 커지면서 전기차가 미래라는 것은 더 이상 비밀이 아니다. 이는 최근의 전기차 판매 통계에서도 잘 확인된다. 2020년경부터 전기차 판매는 매년 기하급수적인 성장을 보이고 있다. 이는 얼리 어답터 기술이 주류 기술로 전환되고 있다는 것을 의미한다. 결과적으로 아이디테크엑스는 ‘배터리 전기차시장’이 향후 10년 동안 연평균 15% 성장할 것으로 전망했다.

전기차에 사용되는 다양한 반도체 부품
반도체 기술은 내연기관 차량에 이미 깊이 접목되어 있으며, 차량용 마이크로 컨트롤러(microcontrollers: MCUs) 반도체는 연료 한 방울 당 최대 주행거리(마일)를 내는 방식으로 기계적 폭발력을 조정한다.

그러나 전기차 배터리에 전기를 흘려 보내고 내보내기 위해서는 전력 전자장치(power electronics) 형태로 훨씬 많은 반도체가 사용된다. 차내 충전기, 인버터와 DC-DC 컨버터에 사용되는 실리콘(silicon; Si; 규소)과 실리콘 카바이드(Silicon carbide: SiC; 탄화규소) 기기들이 전기차 작동에 핵심적인 역할을 하며, 전기차에서 차지하는 반도체 가치의 상당 부분을 차지한다.

인버터 같은 대형 전력 전자장치 부품은 전기차를 만드는데 들어가는 가치의 상당히 큰 부분을 차지하고 있다. 그러나 아이디테크이엑스의 위 보고서는 이런 주요 반도체 부분에서 더 나아가 개별 반도체칩과 웨이퍼 수준까지 다루고 있다.

이런 시각에서 보면, 배터리관리시스템(BMS)이 전기차용 반도체 수요에서 매우 큰 부분을 차지하게 된다.

BMS에는 크게 두 개의 주요 반도체가 있다. 하나는 큰 결정을 내리는 마스터 컨트롤러이고, 다른 하나는 셀 그룹을 관리하는 다수의 배터리 모니터링 및 밸런싱 집적회로들(BMB ICs)이다.

이 BMB 집적회로들은 전압계, 온도계, 그리고 배터리팩 안의 다른 센서들로부터 정보를 수집해서 이를 메인 컨트롤러에 보낸다. 그러면 메인 컨트롤러는 받은 정보에 따라, 만약 배터리가 너무 뜨거우면 냉각기를 켜는 식으로 적절히 작동하게 된다.

그런데 문제는 이런 셀들이 보통 각각 10-20개의 셀들을 관리한다는 것이다. 그래서 전기차에 대해 아는 사람이라면, 일부 전기차에는 수천 개의 셀이 들어갈 수도 있다는 것을 알 것이다. 결국 배터리팩 전체에 수많은 BMB 집적회로가 있는 것이다.

또한 아이디테크이엑스의 보고서에 따르면, 전력 전자장치가 전기차 부품의 큰 부분을 차지하지만, 배터리관리시스템(BMS)이 전기차 동력장치를 만드는데 사용되는 반도체의 1/3을 차지하고 있다.

반도체 기술이 빠르게 진화하는 세상에서 제자리에 멈춰있는 것은 아무 것도 없고, BMS도 반도체기술 트렌드에서 자유롭지 않다. 위에서 말한 것처럼, 현재 BMB 집적회로는 배터리팩 에서 10-20개의 셀을 모니터 할 수 있는데, BMB 집적회로가 모니터 할 수 있는 셀의 수는 계속 증가하고 있다. 이는 보다 강력하고 우수한 반도체를 생산할 수 있는 보다 발전된 반도체 공정으로 서서히 이동하고 있기 때문이다. 그 결과 배터리팩 전체에 필요한 반도체 수는 감소하고 있으며, 셀의 성능이 향상되면서 차량당 들어가는 셀의 수도 감소하는 추세다.

자율주행과 전기화는 자동차산업의 획기적인 전환점이며, 그 과정에 ‘새로운 반도체 시장’이 빠르게 발전하고 있다.

이 글은 주로 BMS에 초점을 맞춘 것이지만, 아이디테크엑스의 보고서는 첨단운전자지원시스템(ADAS), 자율주행, 라이다(LiDAR; 레이저 레이더), 레이더, 카메라, 4G 및 5G 연결시스템, 전기 동력장치, MCUs(마이크로 컨트롤러 유닛), SOCs(System On Chips; 시스템온칩) 등 자동차 전반에 사용되는 반도체들을 모두 다루고 있다.

아이디테크엑스의 보고서는 차량에 적용되는 모든 신기술들을 이해하는데, 그리고 진화하는 자동차산업이 반도체시장에 어떤 영향을 미칠지 이해하는데 많은 도움이 될 것이다.

<자율주행 전기차에 사용되는 반도체 부품>
마이크로 컨트롤러, 자율주행 센서, 4G/5G 커뮤니케이션, 차량 내 충전기, 자율주행 컨트롤러, 배터리관리시스템(BMS), 전력 전자장치, 차량용 인포테인먼트

자료: IDTechEX

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* 출처: 안나 필(Anna Peel), 작가, 금융 칼럼니스트, "Electric Vehicle Battery Management System (BMS) Drives A Third Of Silicon Demand," 2023년 4월 14일, https://www.valuewalk.com/electric-vehicle-battery-management-system-bms-drives-a-third-of-silicon-demand/