환경 보호하고 항공 인프라 비용 줄일 전기 항공기
소형 크기에 고효율인 DC-DC 컨버터 솔루션 필요
고전압 버스 컨버터, 저전압 DC-DC 컨버터 채용해야


세계 주요 국가들은 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 순수 전기자동차(EV)와 복합 전기자동차(HEV) 시장을 키우는 데 주력하고 있다. 항공 산업에서도 이와 같은 움직임이 일고 있다.

미국 캘리포니아에 본사를 둔 암페어는 현재 순수 전기 항공기를 개발하고 있다. 암페어의 최종 목적은 기존 연소 엔진 구동 항공기와 달리 테일 파이프에서의 탄소 배출이 없고, 이착륙 시 연료 비용은 90%, 유지 보수 비용은 50%, 소음은 66% 적은 전기 항공기를 개발하는 것이다.

암페어는 전기 항공기가 상용화된다면, 항공 인프라 운영 비용이 낮아져 공항의 숫자가 미국에서만 500개에서 5000개까지 10배로 증가할 것으로 보고 있다. 공항 수가 늘어나면 외딴 지역 주민들은 항공 인프라를 활용할 기회를 얻는다. 또한, 지역 항공사는 지금과 같은 운영 자금으로 더 많은 항공기와 더욱 다양한 항공 서비스를 제공할 수 있는 여지가 생긴다.

전기 항공기 시제품 제조 단계를 밟고 있는 암페어는 이미 이중화가 가능한 이중 전원 소스 아키텍처를 개발한 상태다. 현재는 유상 하중, 순항 속도, 비행 경로를 기반으로 연료와 전력 소스 사이의 전력 및 추진 부하를 나누는 기술을 개발하고 있다.

암페어는 세스나 337 스카이마스터에 인라인 병렬 하이브리드 아키텍처를 적용했다. 항공기 후면에는 표준 연소 엔진 구동 프로펠러가 있고 전면에는 전기 구동 프로펠러가 있다. 비행 중 속도, 동력, 연료 소비 또는 소음을 최적화하기 위해 두 추진 시스템은 동력을 동적으로 공유할 수 있다.

암페어가 개조하는 세스나 337 스카이마스터의 전원 공급 시스템은 500~738V 범위의 고전압 배터리 팩 전원으로 구성된다. 일반적인 항공 제어 및 모니터링 시스템은 28V 전원으로 작동한다.

따라서 암페어는 광범위한 입력 전원에서 작동하고, 출력을 28V로 레귤레이션하는 작고 고효율에 열관리 설정이 간단한 DC-DC 컨버터 솔루션이 필요했다. 그뿐만 아니라 고전압 배터리로 인해 절연도 필요했고, 최대 500W의 전격 전력도 필요했다.

바이코 엔지니어링팀은 전력 컨버터용 회로 기판의 설계와 사용을 원하지 않는 암페어 설계팀에 전력 변환 및 레귤레이션을 2단계로 수행하여 효율 및 전력 밀도를 최적화하고 열관리를 단순화하는 방안을 제시했다.

암페어 설계팀은 바이코의 ‘고전압 BCM 버스 컨버터’로 절연하고 고전압 배터리를 하향 변환한 다음, 바이코의 ‘저전압 DCM DC-DC 컨버터’로 버스 컨버터의 출력을 28V로 레귤레이션 할 수 있었다.

시제품 항공기는 미국 하와이를 거점으로 하는 모쿨렐레 항공(Mokulele Airlines)에서 9명에서 19명의 승객을 태우고 호놀룰루에서 카훌루이까지 90마일을 항행하는 테스트를 진행할 예정이다.