HV 모터 콘트롤러(SEVCON GEN4) 매뉴얼 정리 (3)

[20 최범수]

기대와 설렘이 가득한 3편입니다

드가보자구요

On-board fuse mounting 

- 위 그림에서 보이는 방식처럼, B+ 단자에 배터리 (+)극 케이블을 연결 후 퓨즈를 거쳐  +단자로 연결하면 됩니다. 이 때 B+는 퓨즈만 연결되고 내부의 전기적 연결은 없는 더미 단자라고 합니다.

 -> '퓨즈가 용단된다 = 과전류로 인한 심각한 발열이 발생했다' 

 -> 실제 전기적 연결은 +단자를 통해서 이루어지고, B+ 단자는 그저 퓨즈를 위한 더미 단자로써 존재한다는 의미로 보입니다.  

- 그림을 보면 온보드 퓨즈 마운팅을 할 때 1. 볼트 2.  스프링 와셔 3. 와셔 (3-1. B+단자에 한해 배터리 + 케이블)  4. 퓨즈 순으로 연결됩니다. 사용하는 퓨즈는 다음의 테이블을 참고하면 됩니다. 

DIN 어쩌구는 대충 이런거랍니다. 참고만^^

우리가 사용하는 Gen4는 SIze4 72V-80V 모델입니다. 위에 두 테이블을 참고하면 72-80V 모델의 Peak current가 350A 이므로 우리가 사용해야 하는 퓨즈의 정격은 355A이겠네요.또한 그 옆을 보면 sevcon 858/32045라고 적혀있는데

바로 이놈입니다. 355A라고 적혀있죠? 지금 학회실에 있는 모터 컨트롤러에 달려있는 놈과 동일합니다.

예전 카페글에서, '배터리팩의 최대 지속방전 전류가 480A로 모터 콘트롤러와 컨트롤러 퓨즈의 정격보다 훨씬 높은 값을 가지기에 안정성을 위해 배터리팩의 구성을 변경하여 최대 지속방전 전류를 400A로 낮췄다'는 내용이 있습니다.

이 부분에 대해 팀원들과 다시 이야기해보니,

1. 모터 컨트롤러가 모터에서 발생시켜야하는 토크에 맞게 배터리에서 전류를 조절해서 갖고 온다

2. 모터컨트롤러에 입력되는 전류는 피크 350A, 부스트 420A로 이미 상한선이 정해져 있다.

3. 정격 퓨즈 용량 355A라는 수치는 제조사에 의해서 제시된 것이다.

4. 배터리팩의 최대 지속방전전류가 차량이 요구하는 최대 전류(=모터가 최대 토크를 발생할때)에 비해 작지만 않으면 된다.

-> 더 높은 용량의 퓨즈를 사용하거나 배터리 병렬개수를 다운할 필요가 없다!

라는 결론에 도달했습니다. 

물론 병렬 개수를 줄이고 최대지속 방전 전류를 줄이면 케이블을 비롯한 각종 부품을 같이 다운그레이드할 수 있고, 이에 따른 비용절감과 안정성 증가를 꾀할 수 있습니다. 그렇지만 배터리의 병렬 개수는 배터리의 용량에도 영향을 미치기 때문에 이를 고려해 선정한 13P라는 구성에 굳이 하향을 가할 필요는 없다고 판단됩니다.

-> 차량은 정지 상태에서 구동하기 시작할때 정지마찰력을 극복하기 위해 최대 토크가 필요하게되고, 이때 최대로 전류를 사용합니다. 준비 땅하고 달릴때 우리차가 얼마나 전기를 먹을지 미리 알아두는게 좋을 것 같은데, 직접 굴려보지 않고 시뮬레이션으로 알아낼 수 있는 방법이 있는지 더 찾아보면 좋을 것 같습니다. 우리가 사용할 배터리셀 INR21700-40T는 35A-45A의 최대지속방전전류를 가지고 있으므로 배터리팩 전체의 최대 지속 방전 전류는 13p * 40A(안전하게 잡은 값) = 약 520A 정도 입니다.

Signal Wiring

- 와이어 하네스는 1. 추천 사이즈(뒤에 나옴)의 와이어 2. Sevcon loose connector kit (P/N 661/27091)를 사용하여 조립할 수 있습니다. 속도 센서나 CANbus 와이어링에는 꼬아놓은 한쌍의 배선 or Twisted-screened cable을 사용하는 것이 권장됩니다.

- 커넥터 하우징을 Gen4에 연결할 때는 조심히 연결해야합니다. 절대 무리하게 힘을 주어선 안됩니다. 오삽입을 방지하기 위해 커넥터에는 '키'가 달려있습니다.

 -> 금쪽이라는 평이 자자한 모터 컨트롤러에서도 가장 조심히 다뤄야하는 부분이 이 Signal wiring 커넥터 입니다. 커넥터와 gen4가 분리되어 있는 상태일땐 먼지나 금속 가루가 들어가지 않게 테이프로 막아 주는것이 좋습니다.

 -> 첫 번째 그림의 초록 네모 : 커넥터 / 첫 번째 그림의 빨간 동그라미 : 커넥터 키 / 두 번째 그림의 빨간 동그라미 : 커넥터 연결부

-  Twisted/ screened 케이블을 사용하는 것이 권장되며, 신호 간섭을 막기 위해 Signal 선은 전원선과 떨어져야 합니다. 이건 앞선 EMC 부분에서 나온 내용이죠?

- 신호 와이어 : 

0.5 mm² (20 AWG) ~ 1.5 mm² (16 AWG) 사이의 와이어를 사용하는게 좋습니다.

흔하게있는 0.5 mm² (20 AWG)의 single twisted pair 케이블을 사용하는 경우가 많습니다.

(+ 관련 배경지식)

https://m.blog.naver.com/creken/221816528985

AWG(American Wire Gauge)는 미국 등지에서 사용하는 전선 굵기에 관한 규격으로, AWG 숫자가 높을 수록 전선은 더 가늘다고합니다. 위 링크를 참고합시다.

위 사진은 Single twisted pair cable이라고 검색하면 첫빠따로 나오는 제품 사진입니다.

https://forum.digikey.com/t/twisted-pair-utp-stp/15155

트위스티드 페어(Twisted Pair) 케이블 - UTP 대 STP

EMC 가이드라인에서 나온 내용이죠? EMI(Electromagnetic Interference)를 줄여 노이즈를 감소시키는 목적으로 전선을 꼬아서 사용하는 경우가 많습니다. Single twisted paior cable은 꼬아놓은 두케이블을 하나로 합쳐놓은 제품이라고 보면 되겠습니다.

EMI감소를 위해 각종 조치법이 반복해서 제시되고 있는 만큼, Signal wiring이 정말 섬세한 작업이라는 점을 알 수 있네요.

- CANbus termination : CANbus에 연결된 CAN 장치들간의 연결에 대한 내용입니다. 기존 카페글을 보면 우리차는 CANbus를 사용한 적이 없는 것으로 나와있는데, 별도의 주행 데이터로거를 설치하지 않아서 CANbus도 사용할 일이 없었던 것으로 보입니다. 우리가 사용하는 CAN통신 지원 장치에는 모터 컨트롤러, BMS, 온도센서 모듈이 있습니다.

(데이터 로거외에 CANbus를 구현하여 통신해야 할 요소가 있는지는 한 번 더 확인해보는 것이 좋겠네요.)

만약 모터 컨트롤러를 한 쪽 끝으로 하여 CANbus를 구성하게 된다면 모터 컨트롤러에 내장된 120옴 짜리 종단 저항을 사용할 수 있습니다. 2번 핀이 바로 그 CAN termination 핀에 해당하며, 2번과 24번 핀(CAN Low)를 연결하면 됩니다.

작년걸 보면 2번과 24번이 연결되어 있고, 그 두 선이 합쳐진 후 13번 핀에 연결된 선과 꼬이게 작업되어 있습니다. 24번 핀에 연결된 선은 CAN Low 선, 13번 핀에 연결된 선은 CAN High 선이며 이를 캔댑터에 연결하여 DVT를 사용합니다.

CAN High, CAN Low에 관한 내용은 CAN 통신의 원리에 대해 알아야 하니 밑에 나오는 아주대 Luft-aquila 블로그 글을 참고합시다. 

모터 컨트롤러를 CANbus에 넣지 않기 때문에 종단저항이 필요할까 싶은데, 왜 연결할까 싶죠? 매뉴얼에서 'configuration tool(여기서는 DVT)이 정상적으로 작동하게하려면 Single node system에서도 종단 저항을 반드시 연결하라'고 제시되어있습니다.

single node system에 관한 정보를 긁어왔으니 읽어봅시다

"CANbus는 기본적으로 2개 이상의 CAN 장치가 연결되어야 작동하며, 단일 노드 시스템에서는 CAN High와 CAN Low 선을 연결할 필요가 없습니다.

1. CANbus의 정의:

• CANbus는 2개 이상의 CAN 장치가 데이터 통신을 위해 연결된 네트워크를 의미합니다.
• 자동차 내부 네트워크에서 가장 많이 사용되는 표준 통신 프로토콜입니다.
• 엔진, 변속기, 에어백, ABS 시스템 등 다양한 장치들이 CANbus를 통해 서로 통신합니다.

2. 단일 노드 시스템:

• 단일 노드 시스템은 CAN 장치가 하나만 존재하는 시스템입니다.
• 테스트나 디버깅 목적으로 사용되는 경우가 많습니다.
• CAN High와 CAN Low 선을 연결하지 않아도 시스템 자체는 작동할 수 있습니다.

3. 단일 노드 시스템에서 CAN High/Low 연결 시 고려 사항:

• 테스트 목적: 특정 상황을 테스트하기 위해 의도적으로 CAN High와 CAN Low 선을 연결할 수 있습니다.
• 종단 저항: 연결 시 반드시 종단 저항을 사용해야 합니다.
• 오류 가능성: 연결 방식에 따라 오류 발생 가능성이 높아질 수 있습니다.

4. 결론:

• CANbus는 2개 이상의 CAN 장치가 연결된 네트워크를 의미합니다.
• 단일 노드 시스템은 CAN 장치가 하나만 존재하며, 기본적으로 CAN High/Low 연결 없이 작동합니다. "

캔댑터가 single node인 모터 컨트롤러에 CAN H 선과 CAN L선으로 연결된다면 캔댑터를 CANbus의 구성 요소로 볼 수 있지 않을까요? 그렇지 않습니다.

"단일 노드 시스템에서 DVT(Design Validation Test)를 위해 캔 어댑터를 연결하는 경우, 캔 어댑터는 CANbus 시스템의 구성 요소라고 보기 어렵습니다.

1. CANbus 시스템 구성 요소:

• CANbus 시스템은 2개 이상의 CAN 장치와 CAN 통신 프로토콜로 구성됩니다.
• 캔 어댑터는 CAN 장치로 분류되지 않습니다.
• 캔 어댑터는 PC나 테스트 장비와 CAN 장치를 연결하는 중개자 역할을 수행합니다.

2. 단일 노드 시스템 + 캔 어댑터:

• 캔 어댑터는 DVT 환경에서만 사용되는 임시적인 도구입니다.
• 캔 어댑터를 연결한다고 해서 단일 노드 시스템이 CANbus 시스템으로 변하지는 않습니다.
• 캔 어댑터는 CAN 버스의 기능을 시뮬레이션하여 DVT를 수행할 수 있도록 돕는 역할을 합니다.

3. 결론:

• 단일 노드 시스템에서 DVT를 위한 캔 어댑터는 CANbus 시스템의 구성 요소가 아닙니다.
• 캔 어댑터는 DVT 환경에서 CAN 장치와 PC/테스트 장비를 연결하는 중개자 역할을 수행합니다.
• 캔 어댑터는 CAN 버스 기능 시뮬레이션을 통해 DVT를 가능하게 합니다.

(+ 관련 배경지식)

https://luftaquila.io/blog/e-formula/datalogging-and-can

데이터로깅과 CAN 통신

생소한 개념인 CAN통신과 CANbus, 그 구성요소와 간단한 원리에 대해 알기 쉽게 적힌 글입니다. 읽어봅시다.

종단저항이 있는 CAN장치 2개를 양단에 두고, CAN High선과 CAN Low선으로 연결합니다. 이 하이 로우가 바로 CANbus이며, 하이 로우에서 각각 다리를 하나씩 내려 제 3의 CAN장치에 연결을 해줌으로서 CAN장치들을 서로 연결할 수 있습니다. 

[용어] 종단저항이란?

종단 저항의 목적도 역시 노이즈 감소에 있습니다. 위 블로그에 정리된 내용도 한 번 읽어 봅시다. 중요한 것은 CANbus를 구성하는 양단의 장치에는 종단저항 120옴이 있어야 한다는 것이겠네요.

 여기서 CANbus가 뭔지 CAN이 뭔지 알쏭달쏭 해질겁니다.

CANbus에 대한 개념이 좀 모호해서 젬미니한테 물어봤더니 'CAN 통신을 지원하는 장치들이 모여 구성하는 것이 CANbus'라는 답변을 얻었습니다. Luft-aquila 블로그 설명과는 좀 차이가 있긴한데, 어쩄든 CAN 장치들을 모아서 연결하는 시스템이자 가장 중심이 되는 양단의 CAN장치(with 종단저항)을 연결하는 부위를 CANbus라고 받아들여봅시다.

BMS와 온도센서모듈의 CANbus 시스템 구성을 예시로 봅시다. 

이 사진은 BMS의 신호 와이어링 핀 정보입니다. 18번, 19번을 봐둡시다.

필기자료에서 갖고와서 X, O 의미는 잘 모르겠습니다.

이건 온도센서 확장 모듈의 파워 커넥터 핀 정보입니다. 9번, 10번을 봐둡시다.

18 진명인 썬배림의 글에서 갖고 온 BMS와 온도 센서 모듈의 CAN 연결 자료입니다. CAN 관련 내용만 볼거니까 강조된 부분만 집중합시다. (나머지 핀의 와이어링에 대한 내용은 이강산군의 BMS 매뉴얼 정리글을 참고하세용.)

BMS의  18번, 19번 핀은 각각 CAN Low, CAN High이며, 이 사이에는 120옴의 종단저항이 내재되어 있다고 합니다. 

만들고 싶은 CANbus 시스템의 양단에 들어갈 유닛이 BMS와 온도센서 모듈이라면, 온도센서모듈 쪽에는 내장 종단 저항이 없기 때문에 따로 저항을 달아주어야합니다. 마아안약 나중에 데이터로거를 장착하게되어 차량의 모든 CAN 통신 지원 장치를 연결하게 된다면? 모터 컨트롤러를 CANbus의 구성요소에 편입시키게 될텐데, 이때 모터 컨트롤러에도 내장 종단 저항이 있기 때문에 'BMS-(CANbus)-온도센서모듈-(CANbus)-모터컨트롤러' 순으로 구성함으로써 별도의 종단 저항을 마련하지 않고 해결할 수도 있을 것 같습니다.

또한 여기서도 CAN통신의 노이즈 방호를 위해 Twisted pair 케이블을 사용하는게 권장됨을 알 수 있습니다.

BMS에도 캔댑터를 통해 외부에서 프로그래밍 해야할 것이 있는지는 강산이의 매뉴얼 정리가 완료되어야 더 확실히 알 수 있을 것 같습니다. 

앞의 장황한 얘기를 확실히 와닿게 정리해보겠습니다.

1. 현재 우리 차량의 방식에서, 모터 컨트롤러는 다른 CAN 장치와 CANbus로 연결되지 않습니다. BMS와 온도센서확장 모듈은 연결되어 CANbus를 구성합니다. 

2. 모터 컨트롤러는 CANbus에 포함되지 않지만, 노트북의 DVT를 연결하여 configuration을 정상적으로 진행하기 위해서 2번 핀과 24번 핀을 연결하여 종단저항을 사용해야 합니다.

3. BMS 캔댑터(DB9)의 매뉴얼입니다. 캔댑터에도 CAN High 핀과 CAN Low 핀이 있기 떄문에 잘 맞춰서 선을 연결해 주면 됩니다.

모터 컨트롤러 캔댑터(IXXAT) 매뉴얼입니다. 우리가 사용하는 모델은 USB-to-CAN v=V2 compact D-sub9 입니다. CAN H가 7번핀, CAN L가 2번 이니 각각 모터콘트롤러에서 나온 CAN H선, L에 맞춰 연결해주면 되겠네요. 신호선인 만큼 스크린 케이블을 써서 스크린을 GND 핀에 연결하는게 아닌가 싶은데, 작년 차량에서는 CAN GND 선을 캔댑터에서 배터리 음극으로 빼둔 것으로 보입니다.

모터컨트롤러 캔댑터 실물입니다. 핀 위치는 그림에 메모된 대로입니다.

파란색 3핀 커넥터(수)과 IXAAT 캔댑터와 연결할 수 있는 커넥터(암)이 달려있는 케이블입니다. HV 박스 외벽엔 저 파란색 커넥터를 꽂을 수 있는 커넥터(암)이 있으며, 그 커넥터 내부로는 모터 컨트롤러의 CAN H, CAN L 선이 연결되어 있습니다. 

즉

모터컨트롤러 - 커넥터 - 커넥터 - 캔댑터 - 컴퓨터 순으로 연결하면 되겠죠?

.

.

CAN 통신에 대한 정보가 별로 없는거 같아서 최대한 자세히 설명하려고 해봤습니다. 배경 지식 부분을 읽어보고 매뉴얼 파트를 다시 읽어보는 것을 추천합니다.

이번 글에 핀 와이어링까지 포함시키면 너무너무 길어질것 같으니 여기서 끊어 가겠습니다.

[22 이강산]

[20 최범수]

[20 강다현]

와 너무 유익해요 ~

[21 이인서]

@최범수 인맥 장사 ㄷㄷ

[20 최범수]

와 화석이다

[20 강다현]

응액 나 24학번

[20 최범수]

24학번(대학원)