1주차 1교시 : 고전압 배터리 구조 및 기능_241029(화)

- 고전압 배터리 구조

외부에서 충전되는 전기(직류)를 저장

일반적으로 차량의 바닥에 설치되어 있음

구동모터 작동을 위한 전력 공급

 

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 배터리 팩의 구성

 

1. 셀 (Cell)

고전압 배터리의 최소 구성 단위

방전을 할 때는 화학적 에너지를 전기적 에너지로, 충전을 할 때는 전기적 에너지를 화학적 에너지로 변환해서 저장

전기적 에너지 ◀▶ 화학적 에너지

 

2. 모듈

다수의 셀(Cell)을 직렬로 연결

 

3. 배터리 팩

다수의 모듈을 직렬로 연결

 

 

- 전지(Cell)을 연결하는 방식에 따라 다음과 같이 달라짐. 따라서 일반적으로는 전지(Cell)을 직렬로 연결해서 모듈을 만들고, 모듈을 직렬로 연결해서 배터리 팩을 만드는 방식을 사용

 

 

 

- 공칭전압(DC) 360V를 사용하는 배터리의 경우, 다음과 같이 구성되어 있음

- 셀의 구성과 모듈의 구성은 차량의 따라서 차이가 존재

 

 

 

 

- 배터리 어셈블리 내에는 모듈과 모듈을 연결하는 '버스바'

- 배터리를 관리하는 'BMU'

- 전력을 차단할 수 있는 'PRA'

- 셀 밸런싱을 하게 되는 'CMU'

- 냉각 장치를 위해서 냉각수가 순환하거나 전지 모듈읠 냉각을 위해서 '쿨러'가 설치되기도 함.

 

 

- 배터리에서 나온 전원이 4WD 차량 같은 경우에는 전방, 후방으로 전력이 나가게 됨.

- 전방으로 나왔을 때는 일반적으로 고전압 정션블록으로 나오게 됨. 나온 전력이 인버터 어셈블리를 통해서 모터를 구동할 수 있는 상태로 만들어지게 됨.

- 전방으로 나왔을 때는 마찬가지로 전력이 고전압 정션블록으로 나오게 됨. 정션블록에서 전력을 분배해서 각 장치로 나뉘어짐.그 중 멀티 인버터로 들어가게 되면 멀티 인버터에서 모터를 구동해서 실제로 차량이 구동할 수 있는 동력이 발생

 

 

 

 

 

 

 

- BMU (배터리 매니지먼트 유닛)

전압과 전류와 온도를 측정해서 배터리의 상태를 판단하고 관리하는 장치

일반적으로 전압, 전류, 온도를 바탕으로 SoC를 추정하거나, 가용 파워를 계산해서 VCU(차량 제어기) 에 값을 공급해서 VCU가 차량주행을 제어할 때 쓸 수 있는 정보로 사용

VCU(차량 제어기)와 CAN 통신을 통해 SoC 추정값과 가용 파워 연산 값을 메시지를 주고 받으며 배터리 상태에 따른 차량 협조 제어를 수행

출력 제한 (BMU의 PRA 제어)

고장 진단 (BMU 내 센서 및 액추에이터 작동기 부분의 고장 발생 시, 절연 저항 파괴 시, 인터록 회로가 작동될 시 고장 진단을 통해 고장 코드를 띄워서 운전자에게 경고등을 띄워주는 기능)

 

 

- CMU

셀 밸런싱 (CMU에서 담당하고 있는 기능, CMU 는 배터리의 전압과 온도를 측정해서 셀 밸런싱 작업을 통해 BMU에 정보를 넣어줌)

 

 

- PRA (Power Relay Assembly)

배터리 시스템의 전원을 단속하는 장치 (전원 공급 및 차단)

BMU의 제어에 의해서 작동

PRA  내에는 메인 릴레이 플러스 (+) 마이너스(-), 프리차지 릴레이가 존재

메인 릴레이 플러스 (+) 마이너스(-)를 작동시켜서 메인 릴레이가 ON 되면 전원을 공급하게 되고 메인 릴레이를 차단하게 되면 전원이 차단되는 방식으로 작동

 

 

- 고전압 안전 플러그

배터리 팩의 고전압 회로를 수동적으로 차단하는 장치

고전압 차단 절차 시 탈거 

모든 차량에 적용되는 것은 아님.

일부 전용 플랫폼 기반의 차량에서는 배터리의 전압이 높아지면서 안전 플러그를 사용하지 않고 메인 퓨즈만 장착하는 경우도 존재

안전 플러그 내에 인터록 회로가 존재해 안전 플러그가 제대로 장착되지 않게 되면 인터록 회로가 작동되어 BMS가 PRA를 강제로 OFF하게 되는 상태를 만들 수 있기에 작업이 끝나고 안전 플러그를 잘 장착해야 실제 주행이 가능

기계적 분리를 통해 고전압 배터리 내부의 회로 연결을 차단

모듈이 직렬로 연결된 중간에 안전플러그가 장착되는 위치가 존재하고 안전 플러그 내에 퓨즈가 존재

안전 플러그 구성 품목

 

 

 

 

- BoL (Beginning of Life)

10000km 주행 시점에 배터리 상태를 나타내주는 것

 

- EoL (End of Life)

차량의 사용 환경 및 조건을 더 이상 만족하지 못하는 상황에 도달한 배터리 상태

 

- SoC (State of Charge)

배터리 팩의 만충전 용량 대비, 배터리 사용 가능 에너지의 백분율

 

- 정격 용량

BoL 상태의 배터리를 상온 상태에서 만충전 후 정격 1C (=배터리 방전량)로 방전전압까지 방전할 시의 전하량

 

 

 

일반적으로 가정용 충전기로 충전을 했을 때, OBC를 거쳐서 차량용 배터리를 충전하게 됨.

따라서 OBC가 반드시 필요

 

보조 배터리를 충전하기 위해서 저전압 직류 변환기(LDC)를 통해서 고전압 배터리의 전원을 통해서 DC 12V에 나오는 전압을 보조 배터리에 충전할 수 있는 기능

 

통합 충전 제어 유닛은 일반적으로 OBC와 LDC를 통해서 ICCU라는 장치 안에 설치

 

 

고전압 정션 박스 내의 퓨즈를 통해서 회로를 보호해 줄 수 있는 기능 존재

고전압 파워 케이블은 실제 고전압이 흐르는 전선을 의미

 

 

직류를 교류로 (정류기) , 교류를 직류로 바꾸는 (인버터) 시스템

 

 

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고전압 배터리 구조

총 6개의 서브 배터리 팩으로 구성

 

 

1개의 서브 배터리 팩 당 4개의 모듈 번호가 붙여져 있고 직렬 연결 되어 있음

즉, 4개의 모듈이 모여 하나의 서브 배터리 팩을 구성

 

셀 번호가 144번까지 존재

해당 차량에는 144셀을 쓰고 있는 것

1개의 모듈당 6개의 셀을 직렬 연결 되어 있음

 

노란색 선 : 모듈과 모듈 / 서브 배터리 팩과 서브 배터리 팩을 연결하는 '버스바'

6개의 서브 배터리 팩을 노란색 '버스바'를 통해 각기 직렬로 연결

빨간색 : (+) / 파란색 : (-)

 

메인 퓨즈는 서브 배터리 팩 3개와 3개를 직렬 연결하는 중간에 위치하여 과전류 시 끊어지며 회로를 보호

배터리 탈거 및 분해 시 메인 퓨즈 탈거 작업 필요

 

배터리 팩 내부에는 파워 릴레이 어셈블리 (PRA)와 BMU가 내부에 장착되어 있음

 

 

배터리 모듈 실제 구성 모습

 

 

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