[현대모비스 공학교실] 전력제어장치는 친환경차 '심장'
[현대모비스 공학교실] 전력제어장치는 친환경차 '심장'…15년·30만㎞ 내구성 필수
친환경차는 직류(DC)와 교류(AC)를 저전압에서 고전압(12~650V)까지 다양한 전원 주파수(㎐) 대역에서 사용한다. 이러한 친환경차에서 전력변환과 분배를 담당하는 '전력제어장치(PCU, Power Control Unit)'는 우리 몸에서 혈액을 온몸에 순환시키는 '심장'에 비견할 만큼 중요하다.
전력제어장치는 두뇌 격인 HCU/VCU(Hybrid/Vehicle Control Unit)와 직류와 교류를 변환하는 인버터, 270V 고전압을 12V 저전압으로 강압하는 저전압 직류변환장치(LDC, Low voltage DC-DC Converter)가 하나의 모듈로 합쳐진 것이다. 플러그인 하이브리드차와 전기차의 경우 별도의 탑재형 배터리 충전기인 OBC(On-Board Charger)가 추가된다.'HCU/VCU'는 모터제어장치와 배터리제어장치, 자동변속기 전자제어장치 등 각종 ECU(Electronic Control Unit)와 협조해 차량 상태를 파악하면서 주행을 위한 최적의 알고리즘을 생성한다. 내연기관과 구동모터가 함께 동작하는 하이브리드와 플러그인하이브리드 차량용 제어장치는 HCU, 모터가 구동을 전담하는 전기차용 제어장치는 VCU로 불린다.
HCU의 경우 추가적으로 엔진제어장치(ECU, Engine Control Unit)와 협조한다. 가속·제동·변속 등 운전자의 의지를 반영해 모터구동과 회생제동 등을 제어하도록 인버터 등에 명령을 내린다.
친환경차의 구동을 보조하거나 전담하는 모터는 일정한 주파수의 전원을 공급하면 특정 속도로만 회전해 속도 제어가 불가능하다. 전력제어장치의 '인버터'는 고전압 배터리에 충전된 직류전력을 가변 주파수와 전압 크기를 가지는 교류로 변환해 가변 운영하면서 모터 속도와 회전수를 제어한다. 예를 들어 전원 주파수를 1㎐로 하면 모터는 30rpm, 2㎐는 60rpm, 30㎐면 900rpm 등의 속도로 회전한다. 여기에 공급 전류를 증가시키면 모터의 회전력(토크)도 이와 비례해 커진다.
친환경차는 제동 시 구동모터가 발전기로 전환되는데 이를 '회생제동'이라 한다. 인버터는 이때 발생되는 교류전력을 직류로 역변환해 배터리시스템에 충전한다.
'저전압 직류변환장치(LDC)'는 270V 고전압 배터리에 충전된 직류전력을 차량 내 공조장치와 점등장치, 멀티미디어기기, 각종 차량 제어장치 등에 적합한 저전압으로 낮춰 12V 배터리에 공급한다. 이러한 LDC는 기존 내연기관 차량의 발전기인 얼터네이터(Alternator)를 대체한다. 얼터네이터가 엔진 동력을 벨트로 이끌어 12V 배터리를 충전하는 반면, 친환경차는 이러한 발전기의 역할을 회생제동 기능이 대신하고 고전압 배터리에 충전된 전력을 LDC가 12V 저전압으로 공급하기 때문이다. 얼터네이터와 달리 엔진의 동력을 빼앗지 않기 때문에 연비 효율 차원에서 한층 유리하다.
외부로부터 전원을 충전하는 전기차와 플러그인 하이브리드 차량의 경우 전력제어장치에 OBC가 추가된다. 이는 상용전원인 교류를 직류로 변환해 차량 내 고전압 배터리를 충전하는 기능을 한다.
현대모비스는 인버터와 저전압 직류변환장치를 2009년부터 각각 양산공급해 왔다. 2011년부터 HCU/VCU, 인버터와 저전압 직류변환장치 등을 통합한 전력제어장치를 공급하고 있으며 전력변환 효율을 지속적으로 향상 중이다.
모든 친환경차에 적용되는 전력제어장치는 악조건에서 사용되는 차량 전장품의 특성상 15년, 30만㎞의 내구 수명과 안전 규격을 만족해야 한다. 현대모비스는 국제 전장품 규격에 부합한 엄격한 설계 검증 등을 통해 전력제어장치의 내구 신뢰성을 확보하고 있다.
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http://news.mk.co.kr/newsRead.php?year=2017&no=641220
이건 기계고 기계는 현대모비스가 만들고
그러나 그것을 정말 제어하는 것은 반도체인데 반도체는 누가 만드나?
죄다 미국, 일본, 독일기업이 만든다.
심지어 삼성에서도 못 만든다.
기계의 시대가 가고 전자, 전기의 시대가 온다.
기계의 시대는 석유의 시대다.
석유를 동력으로 해서 엔진으로 달리는 시대다.
그러나 전자, 전기는 모터와 배터리로 달린다.
여기서 제어하는 것은 차량용 반도체로 제어한다.
현대 모비스에서 만들려고 하는 척 하고 있다.
아! 정말 우리나라의 자동차의 앞길이 캄캄하다.
JD 부자연구소
소장 조던
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