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전기차시스템 1

고전압 회로 & 전력 변환 시스템

전기차 시스템 구성(중요)

시스템 구성요소	예시
고전압 시스템(이번 챕터)	고전압 회로, 전력 변환 시스템
고전압 배터리 시스템
충전 시스템
구동 시스템	구동 모터, 감속기
열관리 시스템	PE(Power Eletric) 열관리, 고전압배터리 열관리, 실내 공조

고전압 회로를 사용하는 이유

전력 손실 감소(= 열 손실 감소) 전선 굵기 감소(= 효율성 증대)

P(전력)=V*I

P(손실)= I^2*R = (P/V)^2*R

V = I*R

우선, 부품 출력에 비례해서 전압 및 전류가 증가 이때 고전압을 사용하면, 높은 출력을 위한 높은 전류를 낮출 수 있고, 와이어링,퓨즈,릴레이 등 부품의 크기 및 용량 증가를 방지 또한, 열 손실 감소, 효율성 증대

전압 수준별 사용 용도(전기차)

전압 수준	사용 용도	예시
800V	고전압 배터리 시스템 및 초고속 충전	고전압 배터리 팩, 고출력 전기 모터, 초고속 충전 인프라, 고성능 전력 변환기
400V	일반 배터리 시스템 및 구동 모터	일반적 전기차 배터리 팩, 전기 모터, 온보드 충전기(OBC), 전력 변환 장치
48V	저전력 보조 시스템	일부 보조 전자 시스템, 예비 전력 공급, 전기 컴프레셔 등
12V	저전력 액세서리 및 전자 시스템	조명 시스템, 창문 및 도어 잠금 모터, 센서 시스템, 제어 모듈(ECU) 등
5V	신호 전송 및 데이터 처리	센서, 마이크로컨트롤러, 데이터 버스 통신
3.3V 또는 1.8V	저전력 신호 및 제어 시스템	프로세서 코어 전원, 메모리 및 저전력 통신 인터페이스

고전압 : 감전의 위험성

감전 : 인체에 전류가 흘러 화상을 입거나 충격을 느끼는 현상

감전 O

고전압이 인가된 회로에 서로 다른 극성을 만지면, 사람이 저항의 일부로 작용 → 전류가 인체로 흐름

감전 X

같은 극성을 만지면, 회로의 저항보다 인체의 저항이 훨씬 큼 → 전류 안 흐름

차량 고전압 안전장치

안정장치 구성

안전플러그, 퓨즈 등의 안전 장치

고전압 배터리팩 구성

배터리 모듈을 직렬로 연결 → 하나로 구성

안전 플러그 & 퓨즈

배터리 팩 회로의 중간에 적용 → 차량 정비시, 탈거하여 배터리 회로를 차단

인터락 커넥터 탈거

PE룸에 위치한 노란색 태그가 달린 서비스 인터락 커넥터를 해제 → 차량이 인터락 회로의 단선을 감지 → 메인 릴레이를 엶 → 고전압 차단

유의사항

고전압 배터리 어셈블리 내부는 고전압이 살아있을 수 있음 → 반드시 안전플러그나 퓨즈 차단을 통해 배터리 내부 회로를 단선시키고 작업을 진행할 것

최근 동향

최신 차량의 고전압 배터리는 안전플러그가 삭제 & 퓨즈로 고전압 차단하는 방식이 일원화

주요 PE 구성요소

PE : Power Electric

구성 요소	설명
인버터(Inverter)	E-GMP의 인버터 : 800V 전압을 지원 → 직류(DC)를 교류(AC)로 변환시켜 고성능 전기모터를 구동 → 높은 효율과 출력 밀도를 제공
모터(Motor)	고출력 & 고효율을 제공. 800V 기반의 인버터와 조합되어, 강력한 가속 성능과 높은 에너지 효율을 구현. 다양한 모터 구성(전륜구동, 후륜구동, 사륜구동) 지원
통합 충전 컨트롤 유닛 (ICCU : Integrated Charging Control Unit)	AC & DC 충전 기능을 통합 → 차량 내 충전 인프라를 단순화하고 효율성 높임. 차량 외부로 전력을 공급하는 V2L(Vehicle to Load) 기능도 지원.
컨버터(Converter)	E-GMP의 고전압 배터리에서 저전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함. 차량 내 전장 시스템에 대한 전력을 안정적으로 공급
배터리 관리 시스템 (BMS : Battery Management System)	고전압 배터리 상태를 실시간 모니터링 → 최적 성능 유지하도록 제어하는 시스템. E-GMP는, 배터리 안정성 & 수명을 극대화하기 위해 고급 BMS를 적용중
800V 초고속 충전 시스템	E-GMP는 800V 기반의 초고속 충전 시스템을 지원
멀티 충전 시스템 (Multi Charging System)	400V & 800V 충전 인프라를 모두 지원하는 시스템

고전압 회로(중요)

사진 설명(아래)

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고전압 회로를 전방(front) & 후방(rear)으로 크게 나뉨

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충전구로부터 전력이 공급

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교류전류(AC 220V)가 들어오면, ICCU를 통해 직류로 변환되어 배터리를 충전
(V2L 기능을 통해 외부 제품에 전력을 공급할 수도 있음)

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직류전류(DC 400V)가 들어오면, 리어 멀티 인버터(승압 역할)를 통해 800V로 승압시켜 고전압 배터리에 전력을 공급

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직류전류(DC 800V)가 들어오면, 리어 멀티 인버터(통로 역할)를 그냥 지나서 고전압 배터리에 전력을 공급

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리어 멀티 인버터의 두가지 역할 : 인버터, 승압

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고전압 회로는, 전원인 고전압 배터리로부터 시작 → 전후방에 있는 정션블록에서 각종 부하(전력변환장치)로 분배 → 부하를 구동 → 다시 고전압 배터리로 돌아오는 폐회로

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각종 부하 구동시, 고전압 배터리를 메인 전원으로 사용
충전 중에는, 고전압 배터리가 메인 부하로 작용

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고전압 정션블록은, 고전압 배터리로부터 나온 전원을 각 부하에 분배하고 각종 퓨즈 및 릴레이가 장착되어 회로 연결 및 차단 역할

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전방 고전압 정션 블록 : PE룸에 위치

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후방 고전압 정션 블록 : 리어 모터 상단에 위치

전력변환 장치 역할

부하 도중 DC 800V가 아닌 전원을 이용해야하는 경우, 전력 형태를 용도에 맞춰 변환시키는 장치 (AC DC, 고전압 저전압)

전력변환 목적	입력(어디로부터 들어온 전력인가)	전력변환 시스템	출력(어디로 나가는 전력인가)
급속 충전	DC 440V(충전기)	멀티 인버터	DC 800V(고전압 배터리)
완속 충전	AC 220V(충전기)	ICCU(OBC)	DC 800V(고전압 배터리)
저전압 출력	DC 800V(고전압 배터리)	ICCU(LDC)	DC 12V(저전압 회로)
V2L	DC 800V(고전압 배터리)	ICCU(OBC)	AC 220V(V2L)
모터 구동	DC 800V(고전압 배터리)	인버터	AC 3상(모터)

후방 고전압 정션 블록

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연결 구성 : 고전압 배터리, 후륜 멀티 인버터, 급속 충전 충전구가 외부에서 연결됨

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내부 구성 : 급속 충전을 위한 릴레이 및 회로로 구성

전방 고전압 정션 블록

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연결 구성 : 고전압 배터리, 전륜 인버터, 각종 고전압 전장 부하가 외부에서 연결됨

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내부 구성 : BMU가 제어하는 승온 히터 릴레이 및 전장 부하들의 퓨즈 장착

ICCU(Integrated Charging Control Unit)

ICCU = OBC + LDC

OBC : On Board Charger LDC : Low DC Converter

OBC와 LDC를 통합한 전력 변환 시스템

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OBC(완속 충전) : AC 220V(충전기) → DC 800V(고전압 배터리)로 변환

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OBC(V2L) : DC 800V(고전압 배터리) → AC 220V로 변환

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LDC : DC 800V(고전압 배터리) → DC 12V(저전압 보조 배터리)로 변환

완속충전 시 흐름

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전력 입력

ICCU(OBC)는 충전기로부터 AC 220V 전력을 획득

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효율성

전력 손실을 줄이기 위해, 전압과 전류의 역률 개선 작업을 통해 1차 승압

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충전 과정

고전압 배터리까지 DC-DC 컨버터를 통해 2차로 승압시켜 고전압 배터리를 충전

V2L(Vehicle to Load)

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VCMS(Vehicle COmponent Modular System)

전기차의 다양한 모듈화된 부품들을 효율적으로 관리하고 제어하는 시스템

◦

주요 기능 : V2L 시스템을 포함한 차량의 주요 컴포넌트와 기능을 통합적으로 관리

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V2L 시스템은, VCMS의 제어 아래 작동

V2L 구성

V2L 작동 시 전력 흐름

V2L 사용 시간

LDC(12V 배터리 충전시) 전력 흐름

전기차 12V 전원

차량 네트워크 통신 용어

구분	정식 명칭	통신 속도	사용 용도	주요 특징
CAN	Controller Area Network	최대 1Mbps (표준 CAN)	차량 내 다양한 전자 제어 장치 간 통신	고속, 신뢰성 높은 통신, 다양한 시스템에 적용 가능
H-CAN	High-Speed CAN	최대 1Mbps	엔진 제어, ABS, 에어백, 안전시스템 등	고속 통신 필요 시스템 간 데이터 전송
M-CAN	Medium-Speed CAN	약 125kbps ~ 500kbps	공조시스템, 오디오시스템, 도어 모듈 등	중속 통신으로, 편의 및 보조 시스템 제어
L-CAN	Low-Speed CAN	최대125kbps	도어락, 간단한 센서 데이터 전송 등	저속 통신으로, 단순 기능 및 시스템 제어
G-CAN	Gateway CAN	다양(네트워크마다 다름)	CAN 네트워크 간 데이터 중계 및 프로토콜 변환	여러 CAN 네트워크 간 통신 중계 및 프로토콜 변환
LIN	Local Interconnect Network	최대 20kbps	창문 조작, 좌석 위치 조정, 조명 제어 등	저속, 저비용, 싱글 마스터-슬레이브 통신 구조
FlexRay	FlexRay Network	최대 10Mbps	첨단 안전 시스템, 고성능 데이터 전송 필요 시스템	고속, 실시간 통신, 이중 채널 구조, 높은 신뢰성