통합전력제어 장치
통합 전력제어장치(Electric Power Control Unit , EPCU)는 차량 내 전력을 제어하는 장치를
통합하여 효율성을 높여주는 역할을 하며, 이것은 기존 내연기관 차량의
ECU(Electronic Control Unit), TCU(Transmission Control Unit)들과 비슷한 기능들을 한다.
EPCU는 전력변환장치(OBC,Inverter, LDC)에 VCU를 포함한 장치 이다.
전력변환장치를 정리하면 가장 중심이 되는 부품은 바로 고전압 배터리이다.
- 완속 충전기 (On Board Charger , OBC)
AC-DC 컨버터로, 외부로 부터 배터리를 완속 충전하는 부품
- 인버터 (Inverter, or MCU-Moter Control Unit)
3상 모터를 구동시키는 부품으로 DC를 AC로 변환하는 부품
- 저전압 직류 변환장치 (Low voltage DC-DC Converter, LDC)
고전압 배터리에서 저전압 배터리 (12V)로 강압을 하는 컨버터
- 차량 제어 유닛 (Vehicle Control Unit , VCU):
완속 충전기 (On Board Charger , OBC)
HEV는 기름을 주유하는 방식이고, PHEV는 기름 주유와 전기충전이 모두 가능하며,
EV는 전기 충전만 가능한 자동차 이다.
다시 말해, 외부로 부터 고전압배터리를 충전할 수 있는 자동차는 PHEV와 EV이다.
따라서 PHEV와 EV는 220V AC에서 차량의 모터를 구동시켜주는 고전압 배터리로 충전할 수 있는
충전장치가 필요하며, 이를 OBC (On Board Charger)라 한다.
OBC는 크게 3개의 부분으로 나눌 수 있다.
• PFC : 220V AC가 브릿지 다이오드를 통해 전파 정류되며,
정류된 전압은 부스트 컨버터 회로를 통해 Power factor를 높이고 전압을 승압 시킨다.
• Full bridge converter : 풀브릿지 회로를 통해 고주파의 AC로 변환시킨다.
고주파의 교류 전압은 트랜스포머를 통해 높은 전압으로 변압한다.
변압기를 사용함으로써 220V AC와 고전압 배터리를 물리적으로 절연시킬 수 있다.
• Full bridge rectifier : 고전압 교류는 풀브릿지 회로를 통해 정류되며,
정류된 파형은 LC 필터 회로를 통해 DC 전압으로 변환되어 배터리에 충전된다.
인버터 (Inverter)
인버터라는 것은 우리 실생활에도 많이 쓰이고 있다.
에어컨이 그 대표적인 예이고 고전적 의미로는 인버터는 주파수를 바꾸어 모터의 회전속도를,
바꾸는 것으로 인식되고 있다.
전기차의 인버터는 모터의 속도 및 방향을 제어할 수 있고, 회생 제동의 역할도 수행한다.
전기차의 장착된 인버터는 구동 모터를 구동시키기 위한 전력변환장치로
고전압 배터리의 직류(DC)전력을 모터 구동을 위한 교류(AC)로 변환시킴으로서
유도 전동기를 제어하는 역할을 한다.
가속 시에는 고전압 배터리에서 구동모터로 에너지를 공급하고,
감속 시에는 구동 모터에서 발생한 에너지를 다시 고전압 배터리에 충전함으로써(회생제동)
주행거리를 증대 시킨다.
또한 인버터는 쿨링 팬 및 전자식 워터펌프(EWP)를 제어한다.
인버터의 주요 내용과 기능
| 분류 |
항목 |
내용 |
주요 항목 |
| 제어기능 |
토그제어 |
회전자 자속의 위치에 따라
고정자의 전류의 크기와 방향을
독립적으로 제어하여 토크 발생 | 잔류제어
회전자 위치 및 속도 검출 |
| 보호기능 |
과온제한 |
인버터 모터의 제한 온도
초과 시 출력 제한 | 인버터 및 모터 온도에
따라 최대 출력 제한 |
| 고장검출 |
외부 인터페이스 관련 문제점
검출 인버터 내부 고장 검출 | 인버터 외부 연결관리 고장 검출
성능관련 고장 검출
인버터 하드웨어 고장 검출 |
| 협조제어 |
차량운전제어 |
차량에서 필요한 정보
타 제어기와 통신 | 요구 토크,
배터리 상태 EWP등 정보 수신
인버터 상태 정보 송신 |
Electric-water-pump(EWP): 전동식 워터펌프
LDC(Low voltage DC-DC Converter)저전압 직류 변환장치
전기차에는 알터네이터가(alternator-교류발전기)없어 보조 배터리를 충전할 수 없으므로
이것을 보완하기 위하여 LDC가 장착되어 있다.
LDC가 하는 일은 고전압 배터리의 고전압(DC 360V)이 LDC를 거쳐 저전압으로(DC 12V)
변환되면서 차량에서 사용되는 전자기기(전조등, 와이퍼, 제어기 등)에 전력을 공급한다.
• Full bridge converter : DC 전압을 풀브릿지 회로를 통해 고주파의 AC로 변환한다.
OBC와 마찬가지로 트랜스포머를 통해 변압을 하는데 저전압으로 변압한다.
트랜스포머를 통해 고저압 계통과 저전압 계통을 절연시킬 수 있다.
• Rectifier : 교류를 정류시킨뒤 LC 회로를 통해 평활하여 저전압 배터리에 충전된다.
현대/기아에서 출시한 전기차에는 유틸리티 모드라는 것을 지원하는데 이 모드로 지원하면
LDC를 거쳐 차량의 전자기기를 운영한다.
그러므로 장시간 내부 전자기기들을 이용하여도 방전의 염려가 없습니다.
하지만 기본으로 장착된 보조 배터리의 용량이 다른 차종들에 비해 매우 작아
(용량 20HR/5HR 45/36 보존 용량 80)보조 배터리가 방전이 될 수 주의하여야 한다.
그러므로 1~2시간 정도 내부 기기를 사용할 일이 생긴다면 반듯이 유틸리티 모드로
전환하여 사용하는 것이 바람직한다.
VCU(Vehicle Control Unit-차량 제어 유닛)
VCU는 차량 제어와 관련 있어 구동모터 제어, 회생제동 제어, 공조 부하제어,
전장 부하 전원 공급 제어, 클러스터 표시, DTE(Distance to Empty), 예약/원격 충전/공조,
아날로그/디지털신호 처리 및 진단 등 차량을 운행하는 데 있어 매우 중요한 일을 한다.
• 구동모터 제어
배터리 가용 파워, 모터 가용 토크, 운전자 요구(APS, Brake SW, Shift Lever)을 고려한
모터 토크 지령 계산
• 회생제동 제어 : 회생제동을 위한 모터 충전 토크 지령 계산, 회생제동 실행량 연산
• 공조 부하 제어 : 배터리 정보 및 FATC 요청 파워를 이용하여 최종 FATC 허용 파워 송신
• 전장 부하 전원공급 제어 : 배터리 정보 및 차량 상태에 따른 LDC ON/OFF 및 동작 모드 결정
• 클러스터 표시
구동 파워, 에너지 Flow, ECO Level, Power Down, Shift Level Position, Service Lamp 및
Ready Lamp 점등 요청
• DTE (Distance to Empty)
배터리 가용 에너지, 과거 주행 전비를 기반으로 차량의 주행 가능 거리를 표시,
AVN을 이용한 경로 설정 시 경로의 전비 추정을 통해 DTE 표시 정확도 향상
• 예약/원격 충전/공조
TMU와의 연동을 통해 Center/스마트폰을 통한 원격 제어, 운전자의 작동 시각 설정을 통한
예약 기능 수행
• 아날로그/디지털 신호처리 및 진단
APS, 브레이크 스위치, 시프트 레버, 에어백 전개 신호처리 및 진단