■ 전기 자동차 및 충전 인프라의 개요
》 현재 세계는 극심한 기후 변화로 인하여 국내외 각국에서 기후재난(홍수, 산불, 태풍, 폭한, 폭염 등)을 경험하고 있으며 이를 적극적으로 대응해야 할 필요성이 제기되고 있다. 기후변화에 따른 인식전환으로 인하여 기존 대비 온실가스 저감 대책과 기후변화 대응으로는 한계가 있음을 인지하여 장기적이고 궁극적인 온실가스 저감이 탄소 중립의 목표가 되었다.
》 탄소중립(Carbon Neutrality)이란 인위적인 인간 활동에 기인한 온실가스를 최대한 경감하고 남은 온실가스를 자연흡수 혹은 기술을 통해 실제 배출량을 0으로 줄이는 개념이다. 그 중 2018년 전 세계 온실가스 배출량의 약 17%, 이산화탄소 배출량의 약 25%를 차지하는 수송 부문에 대한 감축 노력이 강화되고 있으며 선택이 아닌 의무제가 되었다. 아래 그림은 글로벌 국가의 온실가스 배출량 현황과 북미의 미국, 유럽의 유럽 연합 EU, 아시아의 중국·일본 한국의 온실가스 감소 규제에 대한 사항을 나타내었다.
》 세계 주요나라는 친환경차로의 전환을 위해 자동차 산업의 환경 규제를 더욱 강화하고 있으며, 그 중 무탄소 배출 차량 의무화 정책 등을 발표하면서 친환경화를 가속화 하고 있는 설정이다. 예시로 내연기관차 판매를 중단하는 정책인 나라는 노르웨이(2025년), 독일(2030년), 중국(2035년), 미국 캘리포니아(2035년), 영국 및 프랑스(2040년)등이 있으며 특히 노르웨이는 2022년도 판매된 신차 중 80%가 전기자동차일 정도로 보급률도 빠르며 규제에 앞서 나아가고 있다.
》 친환경 자동차 중 전기자동차의 경우 다양한 장점이 있다. 에너지효율이 효과적이며 친환경적이며 생산비용이 저렴한 전기를 사용하는 특성에 따라 고유가 시대의 효율적인 대안이 될 수 있다. 또한 전체 부품 수가 내연기관차 약 30,000개에서 18,900개로 많이 감소하고 내부구조가 간단하므로 설계 안전성이 높고 고장 및 수리 비용이 적을 수는 있으나 아직 유지보수를 위한 전기차 인프라는 턱없이 부족한 실정이다.
》위와 같은 내용으로 인하여 전기자동차의 보급 활성화에 따른 온실가스 감축에 있어 크게 이바지할 수 있으며 보급 확산을 위해 충전 인프라의 수요가 증가 및 구축되는 추세로 중요도가 증가하고 있으며 시장 구축 또한 절실히 필요한 실정이다.
》전기자동차는 디로이트에서 발간한 '전기차 시장 전망'에 따르면 향후 10년간 글로벌 전기자동차 시장 연평균 성장률은 29%에 달할 것으로예상하며 전기자동차 판매량은 2020년 250만대, 2025년 1120만대, 2030년 3110만대 등으로 증가할 전망이다. 지난 신종 코로나바이러스 펜데믹이 시장에 미친 영향에도 불구하고 전기자동차 시장은 장기적으로 견고한 성장세를 보였으며 시장 성장에 영향을 미친 요인 4가지로 소비자 인식의 변화, 정책 및 규제, 주문자상표부착생산(OEM;Original Equipment Manufacturing)의 전략, 기업의 역할(기업의 자동차구매) 로 전기차 구매를 예상했다.
요인 1. 소비자 인식의 변화
소비자 수요 증가가 전기차 시장 성장을 촉진하는 것은 당연하지만, 현재 소비자들이 완전히 전기차로 전환하지 않는 이유는 다양하다. 그러나 전기차 구매를 가로막는 각종 장애물이 빠르게 사라짐에 따라 전기차가 점차 현실적이고 실현 가능한 선택지 중 하나로 자리잡게 될 것이다. 몇 년 후에는 전기차로의 전환을 가로막는 다양한 장애물들이 사라질 것으로 예상된다. 전기차 주행거리는 이미 내연기관 자동차에 견줄 만큼 개선되었으며, 각국 정부가 제공하는 보조금 정책 및 유지 비용을 고려하였을 때 가격 또한 일반 승용차와 큰 차이가 없다. 또한 전기차 종류도 다양해지고 있다.
요인 2. 정책 및 규제
전기차 구매를 지원하는 정부 정책 및 규제(탄소 배출량 감소, 시내 진입 제한, 금전적 인센티브 지원 등)가 앞으로도 전기차 판매량을 견인할 전망이며, 이는 노르웨이의 성공 사례, 네덜란드에서의 판매량 급증, 중국 시장의 추세 전환을 통해서도 알 수 있다. 21 전기차 도입을 위한 지원이 이루어진 곳에서 경제적 이익 뿐 아니라 환경에 긍정적인 영향이 발생하면서 전기차 도입 확산이 추진되고 있으며, 전기차 확대는 2015년에 체결된 파리 협약과 같이 기후 변화에 대응하기 위한 필수적 조치 중 하나로 자리잡았다.
요인 3. OEM의 전략
지난 몇 년 간, 주요 OEM 일부는 전기차 생산 및 판매에 대한 전략 계획을 발표하였다. 신규 모델이 발표되었고, 생산 목표량과 판매 목표량은 배로 증가하였다. (신규 모델 출시 가능성, 가격 합리성)
요인 4. 기업의 역할
앞으로는 전기차 도입을 지원하는 기업 역할의 중요성이 점차 커질 것으로 전망된다. 기업을 상대로 한 신차 판매량은 전체 자동차 판매량의 상당 부분을 차지한다. 딜로이트는 2021년까지 서유럽 총 신차 판매량의 63%가 기업 구매로부터 발생할 것이라 예측한 적이 있다.
지난 몇 년 간, 기업의 운영 목표에서 목적의 중요성은 점차 높아졌으며, 상당수 기업들이 긍정적인 변화를 주도하며 스스로를 차별화하려 노력하는 추세이다. 기업에게는 이동과 관련된 요소들이 탄소배출량 감축을 실현할 수 있는 주된 방법이므로 점점 더 많은 기업들이 전기차로의 전환을 어떻게 추진할지 고민하고 있다.
》전기자동차는 외부 공급원 및 모터로부터 충전된 전기에너지를 이용하여 주행하는 전력 기반의 자동차로서 차량 하부에 장착된 약 300~400V의 고전압 배터리팩이 전원으로 전기에너지를 저장하고 모터로 공급하여 동력이 발생되는 자동차이며 주요 핵심부품으로는 충전기, 컨버터, 인버터, 모터, 감속기, 배터리팩 및 급속충전부로 구성되어 있다.
| no. | 명칭 | 설명 |
| 1 | 완속충전기 | 외부로부터 공급되는 교류(AC)의 전기를 배터리팩에 저장하기 위해 DC(직류)로 변환하는 장치 |
| 2 | 컨버터 | 회생제동으로 전동기가 발전기로 변환되면 AC 발전 전원이 DC 전원으로 변환시키는 장치 |
| 3 | 인버터 | 모터를 구동하기 위해 배터리팩에 저장되어 있는 DC 전기를 AC로 변환하는 장치 |
| 4 | 모터 | 내연기관의 엔진과 동일한 역할을 하는 장치로서 전기에너지를 운동에너지로 변환하는 장치 |
| 5 | 감속기 | 모터의 높은 회전수를 감속하여 적절한 속도와 토크로 변환하여 휠에 전달하는 장치 |
| 6 | 배터리팩 | 전기에너지를 저장하는 장치로 DC(직류)의 전기를 저장하는 리튬이온배터리 |
| 7 | 급속충전부 | 외부에서 전기를 공급받기 위한 단자 |
》배터리는 전기자동차의 동력원인 전기에너지를 공급하기 위해서 많은 양의 배터리가 필요하며, 많은 양의 전기에너지를 보관하기 위해서는 대용량배터리가 필요하다. 탑재되는 배터리는 리튬이온성분으로 배터리를 개발하고 있다. 전기 자동차의 고전압 배터리는 아래와 같이 구성되어 있다.
》전기자동차의 종류마다 배터리의 구성은 조금씩 차이가 있을 수는 있으나 일반적으로는 셀(Cell), 모듈(Modeule), 팩(Pacck), 배터리관리시스템(BMS, Battery Management System), 파워릴레이 어셈블리(PRA, Power Relay Assembly), 안전플로그 등으로 구성되어 있다. 아래 그림은 전기에너지를 보관하는 배터리셀을 안전하고 효율적으로 관리하기 위해서는 일정량의 셀을 한 묶음으로 결합하여 배터리 모듈을 구성하고, 구성된 배터리 모듈을 묶어서 최종적으로 전기자동차에 배터리 팩 형태로 들어가는 셀/모듈/팩에 대한 내용을 기입하였다.
| no. | 명칭 | 설명 |
| 1 | 셀(Cell) | · 전기에너지를 충전 및 방전으로 사용할수 있는 리튬이온 배터리의 기본 단위 · 양극, 음극, 분리막, 전해액을 알루미늄 케이스에 넣어서 보관 |
| 2 | 모듈(Module) | · 배터리 셀(Cell)을 외부충격과 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 조립체 |
| 3 | 팩(Pack) | · 전기자동차에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태 · 배터리 모듈에 BMS, 냉각시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 완성 |
》아래 표는 배터리 관리 시스템, 파워 릴레이 어셈블리, 안전플러그에 대한 간략 설명을 나타내었다.
| no. | 구분 | 설명 |
| 1 | 배터리 관리 시스템(BMS) | Battery Management System 이란 단어로 배터리 상태를 측정(전압/전류/온도)하여 배터리 상태를 판단 및 관리하는 차량 컨트롤 유닛(VCU, Vehicle Control Unit)과 캔(CAN, 통신)을 통해 메시지를 주고 받으며 배터리 상태에 따른 차량 협조 제어를 수행 |
| 2 | 파워 릴레이 어셈블리 (PRA) | Power Relay Assembly란 단어로 배터리 시스템의 전원을 단속하는 장치 |
| 3 | 안전플러그 | 배터리팩의 고전압 회로를 수동적으로 차단하는 장치 |
》 파워 릴레이 어셈블리(PRA, Power Relay Assembly)란 고전압 회로를 연결하기 위한 고전압 전용 릴레이와 프리차지 릴레이, 고전압 연결용 버스-바, 전류/센서 등을 모아 놓은 부품을 칭한다. 파워 릴레이 어셈블리 내부의 고전압 릴레이를 메인 릴레이라 부르며 이 메인 릴레이가 접점이 붙어야 고전압 회로가 정선 블록에 공급되는데 메인 릴레이는 준비(Ready)상태에서 배터리 관리 시스템에 의해 단계적으로 제어된다.
》 파워 릴레이 어셈블리(PRA, Power Relay Assembly)제어는 레디(Ready) 시 고전압 +, - 회로를 고전압 정선 블록에 공급하기 위해 배터리 관리 시스템에서 메인 릴레이를 작동시키는데, 이 때 고전압을 곧바로 정선 블록에 공급하게 되면 돌입 전류로 인해 인버터가 손상될수 있다. 이를 방지하기 위하여 프리 차지 릴레이와 저항을 통해 정선 블록 내에 있는 커패시터를 우선 충전한 다음 고전압으로 공급되도록 한다. 아래 그림은 파워 릴레이 어셈블리 회로도 및 실사진이다.
》 배터리 관리 시스템은 고전압 배터리 전기자동차의 주행 및 각종 제어에 있어서 가장 중요한 동력원이기 때문에 배터리의 에너지 상태를 파아하고 이에 따른 적절한 에너지 분배를 하기 위한 별도의 제어 시스템이 필요하다. 이 때 차량에서 사용하는 고전압에 대한 가용 파워를 차량 통합제어기와 인버터로 전송하고 현재 배터리의 상태를 충전 상태(SOC, State Of Charge)로 계한하여 알려주는 기능을 한다. 또한 고전압 배터리의 각 셀당 전압편차를 보정하기 위한 셀 밸런싱 기능과 배터리 온도에 따라 냉각팬을 구동하는 기능이 있다.
》 아래 그림은 배터리 관리 시스템(BMS)의 실사와 내부 회로도를 나타내었다.
》 아래 그림은 배터리 관리 시스템(BMS) 제어의 실사와 등가 회로를 나타내었다.
》 리튬이온 폴리머 배터리 셀 밸런싱
리튬이온 폴리머 배터리는 과전압이 발생할 경우 셀 성능이 급격히 저하 되는 특성이 있다. 또한 총 96개의 셀을 모아서 고전압 배터리를 구성하고 있기 때문에 각 셀이 지니고 있는 잔류 전하량이 다르게 되면 종전 전압 또한 편차가 생겨 일부 셀이 다른 셀보다 먼저 최대 전압에 이르는 현상이 발생하기도 한다. 이로 인해 셀의 균형이 깨지고 셀 충전 및 용량 불일치로 인해 주행거리에 대한 신뢰도가 낮아지게 된다. 이러한 현상을 막기 위해 BMS 에서는 셀 밸런싱 기능을 수행하는데, BMS 내부에 96개의 밸런싱 릴레이를 두어 해당 셀과 연결된 저항을 이용해 에너지를 열로 소산시키는 방법을 이용한다.
》 충전 상태 (SOC, State Of Charge)
SOC 는 전기차의 실제 운행 중에는 배터리 상태가 매우 불규칙하게 변동된다. 이를 적정한 범위 내에서 제어하고 과충전과 과방전을 막기 위한 제어를 SOC 균형제어라고 한다. BMS 는 배터리 SOC값을 산출하여 95% 이상 에서는 충전을 제한하고, 5% 미만에서는 방전을 제한하도록 차량 컨트롤 유닛에 요청하며 고전압 배터리가 최적의 효율을 낼 수가 있는 영역 내에서 SOC를 유지하도록 가종 파워를 제한한다.
》 고전압 배터리 냉각
배터리 팩의 온도는 통상 30˚C 이하로 유지된다. 이를 위해서 온도가 높을 경우 냉각팬을 구동해 냉각을 시키게 되는데, 아래 좌측 그림에서 냉각팬은 차량 후면에 위치해 있으며 냉각 통로는 앞자리 시트 하부를 통해서 배터리를 거쳐 아웃렛 덕트로 배출되는 구조로 되어있다. 냉각팬은 총 9단으로 제어되며 BMS 에 의해 배터리 온도에 따른 속도 제어를 실시한다.
》 고전압 안전 플러그
고전압 배터리 또는 고전압 관련 부품 취급 시에는 반드시 안전 플러그를 탈거 한 후 작업에 임해야 한다. 또한, 안전 플러그 제거 후라도 인버터 내부의 커패시터(콘덴서)에 충전되어 있는 고전압을 방전시키기 위해 5~10분 가량 대기 해야 한다. 또한, 고전압 배터리 좌·우측 모듈을 분리하여 고전압 전원공급의 흐름을 완전히 차단한다.
》 고전압 회로는 아래 고전압 회로 다이어그램과 같이 구성되어 있다.
》 고전압 정선 블록
PE(PE, Power Train Electronics)룸 내에는 고전압 정선블록과 완속충전기, 전력통합제어기가 3개의 층으로 이루어져 있다. 고전압 정선 블록은 고전압 배터리의 에너지를 고전압 부품으로 각각 분배해주고 또한, 급속 및 완속 충전기를 통해 입력 전원을 고전압 배터리로 보내주는 역할을 한다. 고전압 정선 블록 내부에는 200A 릴레이 모듈과 고용량 FUSE 모듈이 있다.
》 아래 그림은 전기자동차 고전압 회로를 나타내었다.
》 전력변환장치
전기자동차의 고전압 배터리 전압을 차량용 12V로 변환시키는 장치인 저전압 DC컨버터(LDC, Low DC-DC Converter)와 구동 모터로 보내주기 위해 고전압 직류를 교류로 변환하는 장치인 인버터(Inverter), 그리고 외부의 220V 교류(AC)전원을 전기자동차용 360V 직류(DC)로 변환해주는 완속 충전기인 온 보드 차저(OBC, On Board Charger)등을 일컫는다.
》 전기자동차는 내연기관 파생 전기차와 현대자동차그룹에서 만들어낸 차세대 전기차 개발을 선도하는 전기차 전용 플랫폼(E-GMP, Electric-Global Modular Platform)이 있는데 둘 다 구성방식이 다르며 내부에 있는 부품이 달라 충전시스템도 변화가 있다.
》 기존 내연기관 파생 전기차의 경우 내연기관 베이스로 플랫폼이 구성되어 있으며 전륜 구동 시스템과 400V의 완속 및 급속 충전 방식이다. 구성으로는 모터, 감속기, 고전압 배터리 팩, 고전압 정선블록, 온 보더 차저, 전력제어기 등으로 구성되어 있다.
》 현대자동차의 E-GMP 의 경우 후륜 구동 시스템과 800V의 완속, 급속 및 초고속을 지닌 충전방식으로 전기자동차에 최적화된 플랫폼을 지니고 있으며 전륜 및 후륜 모터, 멀티 인버터, 고전압 배터리 팩, 통합충전 제어기, 차량제어기, 전륜 고전압 정선블록 등으로 구성되어 있다.
》 다음 그림은 전기자동차 주행에 따른 시스템이 어떻게 구성되는지 나타내었다.
》 다음 그림은 전기자동차 회생 제동에 따른 시스템이 어떻게 구성되는지 나타내었다.
》 전기자동차는 고전압 배터리, 파워 릴레이 어셈블리 1·2(PRA; Power Relay Assembly 1·2, 전동 식 에어컨 컴프레서, 저전압 직류 변환 장치(LDC, Low DC-DC Converter), PTC 히터(Positive Temperature Coefficient heater), 차량 탑재형 배터리 완속 충전기(OBC; On-Borad battery Charger), 모터 제어기(MCU; Motor Control Unit) 구동 모터가 고전압으로 연결되어 있으며, 배터리 팩에 고전압 배터리와 파워 릴레이 어셈블리 1·2 및 고전압을 차단할 수 있는 안전 플러그가 장착되어 있다. 파워 릴레이 어셈블리 1은 구동용 전원을 차단 또는 연결하는 릴레이며, 파워 릴레이 어셈블리 2는 급속 충전 시 배터리 관리 시스템(BMU, Battery Management Unit)의 신호를 받아 고전압 배터리에 충전될 수 있도록 전원을 연결하는 기능을 한다.
》 전동식 에어컨 컴프레서, PTC 히터, 저전압 직류 변환 장치(LDC, Low DC-DC Converter), 온 보드 차저(OBC, On Board Charger)에 공급되는 고전압은 정선 박스를 통해 전원을 공급받으며, MCU는 고전압 배터리에 저장된 직류를 파워 릴레이 어셈 블리 1과 정선 박스를 거쳐 공급받아 전력 변환기구(IGBT; Insulated Gate Bipolar Transistor) 제어로 고전압의 3상 교류로 변환하여 구동 모터에 고전압을 공급하고 운전자의 요구에 맞게 모터를 제어한다.
》 전력 통합 제어 장치(EPCU; Electric Power Control Unit)
대전력량의 전력 변환 시스템으로서 고전압의 직류를 전기자동차의 통합제어기인 차량 제어 유닛(VCU; Vehicle Control Unit) 및 구동 모터에 적합한 교류로 변환하는 장치인 인버터(Inverter), 고전압 배터리 전압을 저전압의 12V DC로 변환시키는 장치인 LDC 및 외부의 교류전원을 고전압의 직류로 변환해주는 완속 충전기인 OBC 등으로 구성되어 있다.
》 차량 컨트롤 유닛(VCU, Vehicle Control Unit)
차량 운전에 필요한 모든 제어를 하는 부분으로 모든 정보를 종합 운전자의 요구에 맞게 최적으로 제어한다. 전기 자동차 제어 기구는 MCU, BMU, LDC, OBC, 회생 제동용 액티브 유압 부스터 브레이크 시스템(AHB; Active Hydraulic Booster), 계기판(Cluster), 전자동 온도조절 장치(FATC; Full Automatic Temperature Control) 등과 협조 제어를 통해 최적의 성능을 유지할 수 있도록 제어하는 기능을 수행한다.
VCU는 모든 제어기를 종합적으로 제어하는 최상위 마스터 컴퓨터로서 운전자의 요구사항에 적합하도록 최적인 상태로 차량의 속도, 배터리 및 각종 제어기를 제어한다.
》 모터 컨트롤 유닛(MCU, Moter Control Unit)
내부의 인버터(Inverter)가 작동하여 고전압 배터리로부터 받은 직류(DC) 전원을 3상 교류(AC)전원으로 변환시킨 후 전기 자동차의 통합 제어기인 VCU의 명령을 받아 구동 모터를 제어하는 기능을 담당하며 차량 제어 유닛의 명령을 받아 구동 모터의 회전 속도와 토크를 제어한다. 배터리에서 구동 모터로 에너지를 공급하고, 감속 및 제동 시에는 구동 모터를 발전기 역할로 변경시켜 구동 모터에서 발생한 에너지, 즉 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 변환하여 고전압 배터리로 에너지를 회수함으로써 항속 거리를 증대시키는 기능을 한다. 또한 MCU는 고전압 시스템의 냉각을 위해 장착된 EWP(Electric Water Pump)의 제어 역할도 담당한다. 2세대 전기자동차에서는 모터 컨트롤 유닛이라 불리며, E-GMP 에서는 인버터라 불린다.
》 멀티 인버터
구동 모터의 회전 속도와 토크를 제어와 전력 변환의 모터 컨트롤 유닛의 역할을 하며 외부 400V 급속 충전기로 800V 고전압 배터리 충전을 위한 승압을 한다. 그로 인해 멀티 인버터와 구동 모터를 사용하여 충전 시간을 단축 시킨다.
》 여기서 인버터는 전기차의 구동 모터로 공급되는 고전압을 직류에서 교류로 변환하고 또한 회생제동 시에는 모터에서 발생 되는 교류 전압을 직류로 변환하는 역할을 한다. 전기차 구동용으로 사용되는 모터는 교류 모터이므로 3상(X, Y, Z)교류로 제어해야 하며 이 역할을 인버터가 하고, 모터의 회전 속도와 토크, 회생제동 등에 필요한 제어는 모터 제어기(MCU)가 담당한다. 모터를 구동시키는 방법은 인버터 내부의 전력용 반도체를 사용하여 특정한 주파수와 전압을 가진 교류로 변환시켜 회전 속도를 제어하는 것이다. (자속 밀도를 일정하게 유지하기 위해 전압과 주파수를 동시에 변화시킴)
》 저전압 컨버터 (LDC, Low DC-DC Converter)
고전압 직류(DC)전원을 저전압 직류(DC)전원으로 변환한다. 차량 내부에 제어되는 전압은 고전압이 아니기에 저전압으로 낮추어서 보조 배터를 충전시키는 알터네이터 역할도 지닌다.
》 전기자동차는 고전압 360V와 저전압 12V 배터리를 모두 사용한다. 고전압은 모터, 전동식 컴프레서, PTC히터 등에 사용되지만 그 외에 차량에 필요한 모든 전장품과 제어기들은 12V 전원을 이용한다. 12V 배터리를 충전해주는 변환장치를 저전압 컨버터라고 한다. 내연기관 엔진의 발전기와 같은 역할을 하는 저전압 컨버터는 전력통합제어장치 내부에 있으며 360V 의 고전압을 차량용 12V로 변환시켜준다.
》 온 보더 차저(OBC; On Board Charger)
상용 전원인 교류(AC) 220V를 직류(DC) 400V/800V로 승압하고, 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하여 고전압 배터리를 충전한다. 즉, 고전압 배터리 환속 추전에 필요한 제어기라고 생각하면 된다.
》 통합충전기(ICCU; Intergrated Charging Control Unit)
고전압 완속충전기(OBC; On Board Charger)와 저전압 배터리 충전기(LDC; Low DC-DC Converter)의 기능을 지닌 통합 충전 제어기이다. 차량 외부에 전원을 공급하는 V2L에 대응을 위한 양방향 온 보더 차저(OBC, On Board Charger)기능을 적용하였다. 최대 충전 전력을 11kW, V2L 출력 전력은 3.6kW 이다.
》 2세대 전기차 고전압 배터리 시스템
배터리 관리 시스템, 모듈의 온도를 관리하는 셀 밸런싱, 배터리 모듈, 배터리에서 모터 전력 공급 시 전력을 제어 하는 장치(릴레이, 퓨즈, 저항, 각종 센서 등으로 구성), 세이프티 플러그와 냉각수 입출구, 저전압 신호, 승온히터 전원, 고전압 전원 등으로 구성되어 있다.
》 고전압 배터리 시스템은 다음 그림과 같이 구성되어 있다.
》 고전압 배터리 팩 어셈브리의 기능은 다음과 같다.
① 전기 모터에 직류 360V의 고전압 전기에너지를 공급한다.
② 회생 제동 시 발생된 전기 에너지를 저장한다.
③ 급속 충전 또는 완속 충전 시 전기 에너지를 생성한다.
》 고전압 배터리 팩은 위의 사진과 같이 연결이 되어 있다.
》 고전압 배터리 위치별 모듈 번호는 위의 그림과 같다.
》 고전압 배터리 시스템별 위치는 위의 그림과 같다.
》 공조부하 제어
전자동 온도 조절 장치(FATC; Full Automatic Temperature Control)는 운전자의 냉·난방 파워를 차량 컨트롤 유닛(VCU; Vehicle Control Unit)에게 요청하며, 전자동 온도 조절 장치(FATC)는 차량 컨트롤 유닛(VCU)가 허용하는 범위 내에 전력으로 에어컨 컴프레서와 피티씨(PTC; Positive Temperature Coefficient Heater) 히터를 제어한다.
》 고전압 배터리 시스템 구성품은 위의 표와 같다.
》 전기 자동차의 분류는 사용 동력 및 배터리의 종류에 따라 크게 4가지로 구분이 된다.
① 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)
- 2가지 동력원 (엔진과 배터리)을 사용하는 자동차를 통칭해서 말하며 출발시와 저속으로 운행 시에 배터리에 저장해둔 전기로 모터를작동하여 주행하고 나머지 구간에서 엔진과 모터가 함께 작동하는 방식으로 전환하는 방식이다.
- 제동 혹은 내리막길 운행 시에 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리를 충전하고 주행 시에 사용하면 엔진의 발전기와 회생제동시스템에서 비롯된 전기만 사용하기에 외부 전기에너지를 충전할 필요는 없다.
② 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV; Plug-In Hbrid Electric Vehicle)
- HEV와 달리 배터리의 충전을 외부에서 충전하며 출발 및 주행 모두 배터리가 주요 역할을 지니며 배터리 방전 시 엔진이 보조역할을 한다.
- 배터리 용량을 늘려 전기에너지로만 주행할 수 있는 거리가 하이브리드 자동차 보다 길어서 운전자가 운용하는 방식에 따라 배기가스 배출 경감이 가능하며 회생제동 시스템을 탑재하고 있어 내연기관보다 연비가 높으며 엔진만으로 운행이 가능하다.
③ 전기자동차(BEV or EV; Battery Electric Vehicle or Electric Vehicle)
- PHEV의 배터리 능력을 증대시켜 엔진을 제거하여 배터리로만 구동되는 전기차이며 배기가스 배출이 없어 친호나경적이며 소음 및 진동이 거의 발생하지 않는다.
- 차체 바닥에 배터리를 넓게 배치하여 무게 중심이 낮고 선회성이 우수한 장점을 지니고 있다.
④ 수소연료전지 자동차(FCEV; Fuel Cell Electric Vehicle)
- 주 동력원인 수소를 활용하여 산소와의 화학반응을 이용해 전기에너지를 자체 생산하는 연료전지가 있는 특징을 지니고 있다.
- 에너지 밀도가 높은 수소로 직접 전기를 생성하여 모터를 구동하기 때문에 용량에 따라 주행거리가 달라지며 충전 시간이 약 5분 내외로짧아서 편의성이 높다.
》 전기자동차 충전 인프라(EVCI, Electric Vehicle Charging Infrastructure)는 충전과 관련된 하드웨어(H/W)기반의 충전기 제조와 소프트웨어(S/W)기반의 플랫폼 운영, 그리고 서비스 차원 충전 인프라 운영 등을 총칭하며, 크게 전기자동차를 운행하기 위한 전력공급설비, 충전기, 인터페이스, 정보시스템 등으로 구성되어 있다.
》 충전 인프라의 범위는 전원 인프라와 충전 인프라를 포함한다. 전원 인프라는 충전기와 자동차간의 인터페이스를 가능하게 하는 커넥터 및 플러그, 차량과 충전기 운영 시스템 간의 통신이 가능하게 하는 통신망 등을 일컬으며 충전 인프라는 급속, 완속, 홈 충전기와 같은 충전기 등을 일컫는다. 이때, 주요 성능은 충전기 사양으로 결정된다.
》 전기자동차 및 충전기 전력 공급 설비
전기자동차에 전원을 공급하기 위한 전기설비로서 전력량계, 인입구 배선, 분전반, 배선용 차단기 등이 포함된 설비를 일컫는다.
》 전력공급을 받는 방식에 따라 한전에서 직접 수전하는 방식이 적용되나 환경적인 측면에서 신재새에너지인 태양광 발전을 이용한 발전 시설 혹은 소각시설의 폐열을 이용한 발전 시설 등에서 전력을 공급받는 방식이 있다. 또한, 전기자동차의 충전 전력은 전력 부하 관리, 전기자동차용 전력 요금 적용을 받기 위해 별도의 충전용 전력을 한전으로부터 수전해서 사용해야 하며 별도의 계량기 설치는 필수이다.
》 인입구 배선은 지중인입(전선을 지중으로 설치하여 전력을 인가)과 가공인입(전선을 전주와 같은 설비를 이용하여 전력을 인가)으로 설치할 수 있으며, 충전기설치지점의 현장 여건에 따라 설치 가능한 방식과 비용이 상이하다.
》 분전반은 전기를 안전하게 사용하기 위해 필요한 누전차단기나 배선용 차단기등이 설치된 함으로 전기회로를 쉽게 조작할 수 있도록 충전소 인근에 설치하여야 한다.
》 충전기 및 인터페이스
배터리를 충전하는 데 필요한 기능을 수행하는 장치로서 전원을 단상 2선 220V로 공급받는 완속 충전기와 3상4선식 380V로 공급받는 급속 충전기로 구분되며 충전기에서 전기자동차에 전기를 공급하기 위해 연결되는 커플러(충전 케이블에 부착된 커넥터, 전기차 인렛), 케이블 등이 포함되는 인터페이스를 일컫는다.
》 충전기 정보시스템
충전정보시스템이란 충전기의 설치 위치 및 이용 상태 정보 등을 실시간으로 수집하여 충전기 운영상태에 대한 실시간 모니터링을 수행하며 그 정보를 웹이나 스마트폰 등으로 전기 자동차 이용자에게 제공하는 시스템을 일컫는다.
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