자동차상식 + 자동자학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 85강. 고전압 배터리(144V) 및 제어시스템의 개요
85강. 고전압 배터리(144V) 및 제어시스템의 개요
가. 전기동력 시스템의 구성 개요
하이브리드 전기 자동차는 엔진시동 또는 가속 및 발진과 같이 상대적으로 엔진의 고
출력이 요구되지만 연비나 배기가스 측면에서 불리한 운전 영역 즉, 엔진의 효율이 낮은
운전 영역에서 엔진의 동력을 보조(assist)하기 위한 전기 동력 시스템을 가지고 있다.
일반적으로 전기 동력 시스템은 DC 144V의 고전압 배터리와 AC 144V 3상 교류 동
기 모터, 모터 컨트롤 유닛(MCU : motor control unit), 파워 케이블 등으로 구성되어
있으며, 기존 차량에 장착되어 사용해 왔던 DC 12V 배터리의 경우 하이브리드 전기 자
동차에서는 일반 바디 전장품이나 각종 제어 ECU 동작을 위한 보조 배터리의 개념으로
이해해야 하며, 정격 전압 144V의 고전압 전기 동력 시스템은 12V 보조 배터리와는 완
전히 회로가 분리되는 독립적인 전원 시스템임을 주지해야 한다.
나. 구성부품 기능
고전압 전기 동력 시스템을 구성하는 부품들의 주요 기능은 다음과 같다.
(1) 모터
AC(교류) 144V 전압으로 동작하는 고출력 영구자석 형 동기 모터(PMSM)로 엔진 시
동(이그니션 키 & 아이들 스탑 해제 시 재 시동) 제어와 발진 및 가속 시 엔진의 동력
을 보조하는 기능을 한다.
(2) 고전압 배터리
정격 전압 DC 144V의 Ni-MH(니켈-수소) 배터리이며, 모터 작동을 위한 전기 에너
지를 공급하는 기능을 한다.
최근에는 리튬이온 배터리나 리큠 폴리머 배터리가 개발되어 장착되고 있다.
(3) 배터리 관리 시스템(BMS) ECU
배터리 관리 시스템(BMS : battery management system) ECU는 고전압 배터리 제
어를 위한 컴퓨터이며, 배터리 에너지 입/출력 제어와 배터리 성능 유지를 위한 전류/
전압/온도/사용 시간 등 각종 정보를 모니터링하고, 종합적으로 연산된 배터리 에너지
상태정보를 HCU 또는 MCU로 송신하는 역할을 한다.
(4) 모터 컨트롤 유닛(MCU)
모터 컨트롤 유닛(MCU : motor control unit)은 모터 제어를 위한 컴퓨터이며,하이
브리드 컨트롤 유닛(HCU : hybrid control unit)의 토크 구동 명령에 따라 모터로 공급
되는 전류량을 제어한다. 또한 모터 컨트롤 유닛은 고전압 배터리의 DC (직류) 전원을
AC (교류) 전원으로 변환시키는 인버터의 기능과 배터리 충전을 위해 모터에서 발생된
AC (교류) 전원을 DC (직류)로 변환시키는 컨버터의 기능도 동시에 수행한다.
(5) 파워 케이블
파워 케이블은 DC 케이블과 AC 케이블로 나누어지는데, DC 파워 케이블은 (+)와 (-)
2상으로 구성되어 있으며, DC 144V 고전압 배터리의 전원을 모터 컨트롤 유닛으로 공
급하는 기능을 하고, AC 파워 케이블은 U/V/W의 3상으로 구성되어 있으며, 모터 컨트
롤 유닛이 모터 작동을 위한 전원을 공급하는 역할을 한다.
다. 고전압 배터리 시스템
하이브리드 전기자동차에서 고전압 배터리는 차량내의 타 제어 시스템 (HCU: 하이
브리드 컨트롤 유니트, MCU : 모터 컨트롤 유니트) 제어기와의 CAN 통신을 통하여 다
음과 같은 항목들을 제어한다.
(1) 에너지 입/출력 제어
고전압 배터리 시스템에 이상이 있을 경우 방전 전류량 제어를 통해 가용 에너지 입/
출력 파워를 제한한다.
(2) 안전 제어
에너지 입/출력 과정에서 발생되는 수소 가스에 의한 폭발 방지를 위한 제어와 배터
리 성능 또는 손상에 영향을 줄 수 있는 항목들을 모니터링 하여 안전사고를 방지한다.
(3) 배터리 최적 동작환경 조성
배터리 외부 온도 상승과 화학적 열 발생을 제한하기 위해 냉각 시스템을 제어하여
최적의 동작환경을 조성한다.
