HV 23-2 HV팀 세미나/스터디 진행상황

[21 이인서]

안녕하세요,

23-24 차량 제작에서 HV전장팀 팀장을 맡은 이인서입니다.

생명 수업 듣는 중에 심심해서 글 하나 써보려고 했는데 게시판이 없어서 회장님께 만들어달라고 부탁드렸습니다.

제가 첫 게시물을 쓰네요 (일주일동안 방치하고 공수 시간에 다시 씁니다...)

이번 HV팀원들과 스터디를 진행하면서 24년도 차량 제작 방향성을 정했습니다.

24년도 차량 제작은 HV시스템의 안정성 확보와 정비성 향상을 중심으로 진행하려고 합니다.

이번 글은 이번 학기동안 있었던 일을 정리하는 느낌으로 쓰도록 하겠습니다

우선 안정성에 대한 이야기를 해보겠습니다.

1. 배터리 팩 전압 다운사이징

22년도, 23년도 차량의 배터리팩은 각각 24s20p, 28s21p로 각각 100.8V, 117.6V의 최대전압을 가지고 있습니다.

스터디와 세미나를 진행하며 이번 24년도에도 100V대의 전압을 유지하고 싶었지만... 문제점을 하나 발견해 버렸습니다.

Formula 차량기술규정(2024) 제 10장 44조 3항 2번 조항 

23년도부터 구동시스템의 모든 부품의 정격전압은 배터리팩의 최대전압과 같거나 높아야 한다는 규정이 신설되었습니다.

한편 우리가 가지고 있는 모터 컨트롤러(Sevcon Gen4 Size 4)는  72 to 80 VDC의 정격전압을 가지고 있습니다...

규정을 따르려면 최대 전압을 80V 이하로 설정을 하거나 모터 컨트롤러를 변경해야 하는 문제에 봉착하게 된 것입니다.

작년에도 같은 문제로 모터컨트롤러 선정에 대한 고민을 했었지만 결론은 모터 컨트롤러를 재사용하고 출력을 유지한다는 것이었습니다. 이에 대한 후기를 찾아보았지만 카페에는 딱히 나와있지 않아서 나중에 병규형에게 물어보고 글 남기도록 하겠습니다.

https://cafe.daum.net/eoulsure/9ry0/1?svc=cafeapi 

파워트레인 팀 모터&모터 컨트롤러 선정

그래서 이번 배터리 설계는 전압을 모터 컨트롤러에 맞추어 79.8V로 결정했습니다.

모터 컨트롤러와 관련 부품 교체 비용이 상당하기도 하고, 섀시 부품 교체 및 당장 배터리 셀 전량 교체가 필요한 상황인지라 재정적인 문제로 인해 이러한 결정을 내리게 되었습니다.

후에 어울수레에 여유가 생긴다면 모터 컨트롤러, 모터, 배터리 팩 순으로 새 부품을 구매해 정격전압을 높여 출력을 높일 수 있겠네요.

2. 배터리 셀 교체

이번 차량은 배터리 팩을 아예 새롭게 만들어야 합니다. 작년에는 킹받드라슈 때 제작한 배터리 팩에서 불량 검사를 통해 불량 분만 새로운 셀로 교체를 해 팩을 재구성 한 것으로 알고 있습니다. 하지만 병규형의 피드백을 들으며 이러한 배터리 셀의 혼용은 있어서는 안되는 일이라는 것을 알게 됐습니다...

셀밸런싱 관점에서 생각하면, 배터리 팩은 무조건 같은 일시에 같은 공장에서 만들어진 셀만을 이용해야 안정성을 확보할 수 있습니다.

그래서 이번에 배터리 팩을 새롭게 제작해야 해서 배터리 셀 구매 관련한 조사를 스터디와 함께 진행했습니다.

조사할 때 중요하게 봤던 것들은 1. 비보호 셀 구매가 가능한가? 2. 가격은 어떤가?(킹받드라슈에 사용한 배터리셀 개당 5,000원을 기준으로 비교)  3. 구매처를 신뢰할 수 있는가? 였습니다.

기존에 사용하던 18650-25R은 비보호 셀 구매처를 찾기 힘들었고, 신뢰성이 높은 구매처를 찾는 것도 쉽지 않았습니다. 비보호 셀은 B to B 상품으로, 보호회로가 없어 KC 인증마크를 받지 못해 개인 구매자가 거래를 할 수 없는 제품입니다. 그래서 학교를 통해 구매하거나 다른 방법을 찾아봐야 하는데 학교측에서 400만원이 넘는 금액을 선뜻 내어줄 수 있는 상황이 아니기에 다른 방법을 찾아봐야 했습니다. 그래서 다른 종류의 배터리 셀을 찾아보았습니다.

최근 AARK에서 진행한 트랙데이에서 영남대 회장님과 전장 이야기를 할 수 있는 기회가 있어 물어보았더니 영남대는 21700-40T 비보호 배터리 셀을 AARK 카페에서 울트라 테크를 통해 구입했다고 이야기를 들었습니다.

우연의 일치인지 얼마 지나지 않아 기태형이 울트라테크에서 연락을 받았다는 소식을 정원이 형을 통해 들었습니다.

울트라 테크에서 구매 시 21700의 가격이 셀당 9700원으로, 파워크래프트에서 구매하는 18650의 가격인 5000원에 거의 2배로 고민을 좀 했지만, 현재 18650 셀의 마땅한 구매처도 없고 보호 셀 가격은 오히려 21700 가격보다 비싸 바로 울트라 테크에서 구매를 진행하기로 결정했습니다.

울트라테크에서 21700-40T 셀 구매를 확정하고 나니 배터리 스터디와 설계 자체가 뭔가 물 흐르듯 잘 진행이 됐습니다. (관련 내용은 따로 글을 쓰도록 하겠습니다.) 스터디를 통해 이번 차량의 배터리 팩은 19s22p 4seg(5/5/5/4)로 1차 결정했습니다.

판단 근거는 간략하게 1. 배터리 팩의 출력(작년과 동일) 2. 온도센서 및 전압센서 관련 규정 3. 모터 컨트롤러 정격전압/최대지속방전전류/정격전류 들이 되겠습니다. 

고민이 되는 부분은 19s로 진행 시 세그먼트 하나의 직렬 수가 다른 세그먼트들 보다 1s가 차이가 나는 것이 BMS나 모터 컨트롤러 사용에 문제가 생기지 않을까 하는 걱정이 듭니다...(공부를 더 해야겠네요) 혹시 아시는 분이 있으시다면 알려주세요!

다음으로 정비성 향상에 대한 이야기를 해볼까 합니다.

1. 배선...!

얼마 전에 영광에서 진행한 AARK 트랙데이에서 영남대 차량의 배선을 보고 상당히 놀랐습니다.

궁금한 것도 많고 물어보고 싶은 것도 많았는데 운 좋게 이야기를 할 수 있는 기회가 생거 이것저것 얻을 수 있는게 많았습니다.

영남대 차량

우선 외부 배선이 깔끔해서 어떻게 한 건 지 영남대 회장님께 여쭤보았습니다.

외부로 나오는 배선을 방화벽 기준 차량 앞쪽 배선, 뒤쪽 배선을 구분한 후 선의 갈래를 최소화 했다고 합니다. 그리고 박스 내부 배선은 다소 복잡하지만 외부 배선은 탈착이 편해야 점검 및 배선 안정성 측면에서 이득이 많기 때문에 신경을 많이 썼다고 합니다. 그리고 LV박스가 엄청 작아 어떻게 한 것인 지 물어봤더니 PCB기판을 사용해 배선을 최소화 했다고 했습니다.

2. 여러 아이디어들

배선 이외에도 영남대의 배터리 박스 탈착 방식이 흥미로웠습니다. 우선 배터리 박스에 손잡이가 달려있는 것을 보고 왜 우리는 손잡이를 달지 않은 것인가 하는 생각이 먼저 들었습니다. 힌지를 잡고 배박을 들었던 걸 생각하면... 그간 쉽지 않았었네요.

영남대는 배터리 박스 탈착 방식이 차량 바닥면에 레일을 두고 시트와 방화벽 탈거 후 배터리박스 손잡이를 잡고 운전석 쪽으로 끌어당긴 후 들어 탈착을 한다고 했습니다. 이렇게 되면 배터리 박스를 위해 차량 전체를 움직일 필요가 없고, 배터리 박스 위쪽 공간을 배터리 박스 탈착 때 마다 비워둘 필요가 없어 LV박스, HV박스의 탈착 문제도 해결할 수 있어 더 좋은 방법으로 보입니다.

다만 배터리 박스 힌지의 구조해석에 있어 레일 힌지에 대한 해석에 대한 문제와 레일 설치로 인한 방화벽과 시트포지션의 공간 문제가 발생할 것 같아 이에 대해서는 섀시 파트와 고민을 같이 해야할 것 같습니다.

레일을 사용하거나 혹은 더 좋은 방법을 적용한다면 배터리 팩의 정비성 향상에 큰 도움이 될 것 같네요.

글이 엄청 길어졌네요ㄷㄷ

거진 한 학기동안 있었던 일을 짧게 쓰려니까 오타에 가독성도 떨어지고 정리가 안돼있는 것 같습니다... 앞으로 글을 더 쓰면서 차차 나아지겠죠(?)

이번 글은 여기서 이만 마치도록 하겠습니다.

부족한 내용은 종강하고 열심히 올리도록 하겠습니다:)

[20 강정원]

고생하셨습니다! 종강하고 열심히 달려봅시다

[17강신홍]

79.8V 다운사이징.. 살짝 아쉽네영

[21 이인서]

배터리 팩 구성에 전면 수정이 필요합니다!