{궁금} - 전기차에서 전기는 어떻게 흐를까

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{궁금} - 전기차에서 전기는 어떻게 흐를까  

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환경차는 하이브리드 자동차 (HEV), 플러그인 하이브리드 자동차 (PHEV), 전기 자동차 (EV), 연료 전지 자동차 (FCEV) 등으로 구분할 수 있다.

HEV는 내연기관과 모터를 동시에 구동하는 방식이고, PHEV는 내연기관과 모터를 동시에 구동하면서 외부에서 전기 충전이 가능하며, EV는 전기 모터로만 구동되며 전기 충전만 가능한 자동차이다.

모터를 구동시키고 배터리를 충전시키기 위해서는 전력이 이동되어야 하는데, 이를 가능하게 하는 부품을 전력변환부품이라고 한다. 전력변환부품은 크게 3가지로 구분할 수 있다.

(1) 인버터 : 3상 모터를 구동시키는 부품으로 DC를 AC로 변환하는 부품

(2) LDC (Low voltage DC-DC Converter) : 고전압 배터리에서 저전압 배터리 (12V)로 강압을 하는 컨버터

(3) OBC (On Board Charger) : AC-DC 컨버터로, 외부로부터 배터리를 완속 충전하는 부품

그리고 HEV, PHEV, EV에 적용되는 전력변환 부품은 다음과 같다.

(1) HEV : 인버터, LDC

(2) PHEV : 인버터, LDC, OBC

(3) EV : 인버터, LDC, OBC

이번 포스팅에서는 인버터, LDC, OBC가 환경차에서 어떻게 구성되어 있는지 간단하게 알아본다.

전력변환장치의 구성도

가장 중심이 되는 부품은 바로 고전압 배터리이다. 고전압 배터리는 DC로 3상 AC 모터를 구동시키기 위해서는 인버터를 통해 전력을 변환시켜야 한다. 그리고 고전압 배터리의 전압을 저전압 배터리 전압으로 변환하기 위해서는 LDC가 필요하다. 완속 충전의 경우 외부 충전기의 AC 전압을 OBC를 통해 고전압 배터리의 DC 전압으로 변환한다.

1. 인버터

인버터의 토폴로지

인버터는 고전압 배터리에서 3상 모터를 구동시키기 위한 전력변환장치로 DC에서 3상 AC로 변환한다. 인버터는 기본적으로 모터의 속도 및 방향을 제어할 수 있고, 회생 제동의 역할도 수행한다. 인버터의 IGBT가 스위칭하면서 열이 발생하기 때문에 냉각 장치가 필요하고, 스위칭 효율을 향상시켜 전기차의 구동 효율을 높이는 것이 핵심이다.

3상 인버터의 회로 및 토폴로지 (topology)는 3상 브리지 형태로 오랫동안 거의 변함없이 사용되고 있다.

2. LDC (Low voltage DC-DC Converter)

LDC의 토폴로지

LDC (Low voltage DC-DC Converter)는 고전압 배터리에서 12V 저전압 배터리로 변환시켜 주기 위한 부품이다. 자동차의 대부분 전장 부품들 (램프, 와이퍼, 각종 제어기 등) 은 12V로 동작한다. 기존의 엔진이 있는 자동차는 엔진이 발전기 역할을 하여 12V 배터리를 충전하였지만 환경차는 LDC를 통해 고전압 배터리에서부터 저전압 배터리로 전력을 변환시킨다.

Full bridge converter : DC 전압을 풀 브리지 회로를 통해 고주파의 AC로 변환. 변압기를 통해 저전압으로 변압. 변압기를 통해 고전압 계통과 저전압 계통을 절연.

Rectifier : 교류를 정류 시킨 뒤 LC 회로를 통해 평활하여 저전압 배터리에 충전.

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3. OBC (On Board Charger)

OBC의 토폴로지

외부로부터 고전압 배터리를 충전할 수 있는 자동차는 PHEV와 EV이다. 따라서 PHEV와 EV는 220V AC에서 차량의 모터를 구동시켜주는 고전압 배터리로 충전할 수 있는 충전장치가 필요하며, 이를 OBC (On Board Charger)라 한다.

OBC는 크게 3개의 부분으로 나눌 수 있다.

PFC : 220V AC가 브리지 다이오드를 통해 전파 정류되며, 정류된 전압은 부스트 컨버터 회로를 통해 power factor를 높이고 전압을 승압.

Full bridge converter : 풀 브리지 회로를 통해 고주파의 AC로 변환. 고주파의 교류 전압은 트랜스포머를 통해 높은 전압으로 변압. 변압기를 사용함으로써 외부전원과 고전압 배터리를 물리적으로 절연.

Full bridge rectifier : 고전압 교류는 풀 브리지 회로를 통해 정류. 정류된 파형은 LC 필터 회로를 통해 DC 전압으로 변환되어 배터리에 충전

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영영 게시판지기님 안녕하세요^^
늘을 좋은말씀 감사를 드려요.
환절기 건강 기원 드려요^^