전기차 전장장치

전기차 전장장치?

전기자동차 전장산업은 자동차 부품의 전자 장치화를 의미함. 기존에 없거나 기계적인
방법으로 제공되던 기능을 전자장비로 대체하여 편의성을 크게 향상시키고 부품 무게를 줄이는
것이 핵심으로 부각됨.
전장산업은 열관리 시스템 및 공조시스템도 포함하고 있음
전기수소차의 전기계통의 부품관련 시스템을 의미하며, 차량용 반도체, 텔레매틱스,
차량용 디스플레이, 배터리, 모터, 카메라 모듈, 열관리 시스템, 공조시스템 등을 의미함
• 전기?수소차는 고전압을 사용하기 때문에 기존의 전장부품과는 달리 고전압 전용의
캐이블과 커넥터 등이 필요하며, 이들 부품의 효율성과 신뢰성 확보가 차량시스템 전체의
성능에 큰 영향을 끼침니다
• 또한 직류인 배터리의 전력을 교류로 변환하는 전력변환기, 12V 전장부품을 운용하기
위한 전력변환장치(LDC)등 특화된 부품이 필요함
• 배터리의 경우 저온에서 효율이 저하되고 고온에서는 화재발생 등의 문제를 해결할
필요가 있으며, 엔진배기열과 기계식 컴프레서가 없으므로 냉난방 시에도 전력을 이용한
특화된 고효율 온도관리 시스템이 필요한다.

• 이외에도 전기적으로 제어가 가능하기 때문에 전자식 제어기와 각종 센서 등도 중요한 기술분야이며, 자동차의 원가에서 차지하는 비중도 점점 높아지고 있는 고부가가치 부품입니다

[내연기관 자동차와 전기 자동차의 공조시스템 비교 (전기 히터 사용 시)]

전방카메라와 자동차간거리조절 시스템, 자동 방향조절 램프, 전자제어식 현가장치(서스펜션),
방향지시등과 같은 부가장치 컨트롤 유닛, 중앙컴퓨터(CPU), 도난방지 시스템, 차선이탈
방지시스템 등 여러 분야에 전자부품 반도체가 포함된다.

전기차 전장장치의 필요성

친환경 커넥티드카 시장 확대

• 친환경차보급에 대한 세계 각국의 의지와 실행노력은 미국, 유럽 등 선진시장과 중국을
  중심으로 한신흥시장에서 공통적으로 나타나고 있음
• 주요 친환경 차종에서는 대부분 모터를 주요 구동으로 사용하기 때문에 주행거리를
현재의 가솔린 차량과 비슷한 수준으로 끌어올리기 위해서는 배터리와 구동모터 성능의
획기적인 개선 이외에도 차량 내외부에서 다양한 기능을 수행하는 고효율 모터 채택이 필수
• 자율주행 시대를 위해서는 다양한 통신망을 기반으로 V2V(차량 간), V2I(인프라),
V2P(운전자, 보행자)등 차량의 완벽한 커넥티비티 확보 필수 요구

전기자동차의 안전, 효율성, 운전자의 Driving Experience 향상

• 특히 전기자동차(하이브리드카)영역에서의 전장산업은 핵심적 분야이며
자동차 부품 제조업체 외 이종업계에서의 진입이 크게 증가하고 있음
• 기또한 자동차 메이커 중심의 제조시장이 전자부품업체들의 대거 시장진입으로 인한
경쟁 강도가 심화되고 있음

냉/난방 시스템 필요

전기자동차는 내연기관과 달리 엔진 폐열이 존재하지 않고, 냉/난방 시 배터리 전력을
사용하는 전기구동 유체기계 및 전기 히터를 사용하여 주행거리가 급격히 감소하며,
특히, 난방 시 주행거리가 최대 절반 이하로 떨어짐

전기자동차의 주행거리 향상 필요

전기자동차의 주행거리 향상을 위해 핵심 공조부품의 개발이 필수적임. 또한 배터리,
인버터 및 모터 등 주요 전장품의 온도조절도 필수적인 만큼, 실내공조 시스템과의
종합적 연계를 통해 차량 연비를 향상시킬 수 있는 시스템 엔지니어링 기술이 핵심임
• 전기 자동차의 경우 기존 내연기관 자동차와는 달리 차량의 구동원으로 순수 전기에너지에만
의존하기 때문에 공조시스템의 경우도 기존과는 완전히 다른 전기에너지를 사용하는 시스템으로
개발되어야 함

국내에 양산된 전기자동차의 경우, 온도에 따라 주행거리가 변경되고 있는 상황으로,
특히 실내 난방을 위한 시스템에 따라, 다양한 주행거리 단축 현상이 발생하고 있음

[ 전기자동차 온도에 따른 주행거리 변화 특성 ]

전기자동차의 주행거리 향상을 위하여, 냉난방(HVAC), 배터리, 인버터, 그리고 모터 등에
적용되는 열관리 기술을 통합 연계하려는 기술들이 많이 요구되고 있음

전장시스템 분야 핵심기술 ]

전기차 공조장치

전기차의 공조장치는 전동식 냉각펌프(E-Compressor), 난방장치, 열관리 시스템 등으로 구성.
전기차는 구동과 공조 모두 배터리에서 전력을 공급받아야 하므로 공조장치가 주행가능 거리에
직접적인 영향을 미치기 때문에 해당 장치의 효율성 개선이 중요한다.
- 전기차는 엔진에서 나오는 폐열이나 기계식 컴프레서를 이용할 수 없기 때문에 PTC히터를
이용하거나, 모터, 인버터의 열을 히트펌프 방식으로 회수하여 공조 및 열관리를 수행한다.

폐열 회수 방식의 히트펌프 시스템

전기차 이용자의 불편사항 중 하나는 겨울철 주행 거리 감소이다.
기온이 낮아지면 배터리 내부의 저항이 증가해 에너지 효율이 떨어져 대부분의 전기차는
주행 거리가 줄어들었습니다.
여기에 더해 내연기관차의 경우 엔진에서 발생하는 많은 열에너지를 실내 난방에 활용하지만,
전기차는 난방을 위해 별도의 전기에너지 즉 배터리의 전력 사용이 필요한다.
문제 해결을 위해 히트펌프 시스템을 활용하고, 폐열 회수 방식의 시스템을 적용했습니다.
본 시스템은 외부 공기의 열원 만을 활용하지 않고 전기모터, OBC, 통합전력제어장치
등의 PE 모듈, 배터리 및 완속충전기 등에서 발생하는 폐열을 회수해 실내 난방에 활용한다.
즉 버려지는 열을 다시 사용하는 재생에너지와 같은 기술이다.

PTC (Positive Temperature Coefficient)히트펌프 시스템

전기자동차는 PTC 히터 또는 히트 펌프 시스템을 별도로 가지고 있다.
PTC 히터는 전기발열을 통해 작동하는 시스템이다.
하지만 1회 충전당 주행거리를 중요하게 생각하는 전기자동차 입장에서는 전기를 많이 사용하는
시스템으로 최근에는 효율이 좋은 히트 펌프 시스템과 PTC 히터를 같이 많이 사용하고 있다.
히트 펌프 시스템은 아래 그림과 같이 냉매 순환과정은
컴프레서(압축)→ 실내 콘덴서(응축)→ 오리피스(팽창)→ 실외 콘덴서(증발)로 순환한다.
고온, 고압의 냉매를 열원으로 사용하기 때문에 PTC 히터 사용을 최소화하여 전력을 저감하여
주행 거리를 늘릴 수 있다.