고압 리튬 폐배터리 해체 산업에 종사하는 분들을 위한 전기자동차의 전기적 연결 구조의 이해

향후 2025년까지 엄청난 속도로 전기 자동차가 보급되는 상황에 대비하여 자원의 원활한 순환을 대비할 수 있도록 최근 진주와 나주에서 자동차 현대 아이오닉 전기자동차를 대상으로 위험한 고압 리튬 폐배터리 팩 해체 시연회를 가졌다. 우리나라에서 자동차 산업이 차지하게 될 비중이 반도체 산업 보다 더 커질 수도 있겠지만 아이러니하게도 전기자동차의 해체산업이 받쳐주지 못하게 되면 분초를 다투는 글로벌 경쟁에서 낙오하게 될 가능성이 대단히 클 수도 있다는 점을 염두에 두어야 한다.

 

현대 아이오닉 전기 자동차의 고압 리튬 폐배터리 팩 해체 시연이 금번 10월 달에만 전국적으로 4회 이루어지지만 아직 국내 정비업체에서도 아이오닉 전기자동차를 다룰 수 있는 정비기술 연수 교육이 전혀 이루어지지 않은 상태이기 때문에 이 번 시연회를 통해서 해체기술을 국내 최초로 가장 먼저 습득해야 하는 폐차산업 분야의 역할이 중차대함을 역설하는 바이다.

 

이미 2차에 걸친 시연회를 통해서 현장 실무자들로부터 전기자동차의 구조와 리튬배터리의 특성에 관한 비상한 질의들이 많아 조금이라도 도움을 줄수 있도록 블로그에 필요한 정보를 게재할 계획이다. 그 첫 번째로 전기자동차의 전기적 연결 상태에 관해 브리핑 하도록 한다.

 

현대기아차에서 이미 전기자동차 아이오닉과 코나 및 니로를 판매하고 있으나 아직 정비업계에 제공되는 기술적 자료가 전혀 없는 상태이기에 Tesla사에 리튬배터리를 공급하는 Panasonioc 사의 자료를 활용하기로 한다. 참고로 Panasonic 사는 리튬배터리 뿐만 아니라 전기자동차 및 하이브리드 전장 부품 생산도 함께 하고 있다.

 

아래의 전기 자동차의 전기적 연결 구조도를 참조하자. 전기 자동차는 시동스위치를 켜게 되면 300V 이상의 직류전원과 파워트레인을 연결하는 주 릴레이와 인버터에 전기적 충격 없이 스무스하게 전기를 넣어주기 위한 PRA(Pre-Charge Relay)통해 주행이 가능해진다.

  

 

300V 이상의 전압 조건하에서 ∼500A 에 달하는 전류가 흐를 수 있도록 연결하려면 듬직한 크기의 콘택터(Contactor) 릴레이가 필요할 것이다. 콘택터나 일반 릴레이나 그 내부 구조는 비슷하지만 콘택터 릴레이 내부에는 특수한 가스로 채워서 강한 전기 스파크가 튈 때에 스파크의 크기 및 냉각하는 역할을 한다. Panasonic 사의 콘택터는 수소 가스를 충진하여 사용한다.

거진 10년 전 전기차를 제작하는 과정에서 중국산과 파나소닉사의 두 종류의 콘택터를 구매하여 중국산을 사용하고 현재 파나소닉사 콘택터를 가지고 있는데 죽었는지 살았는지 궁금해 간단한 회로를 만들어 시험해 보기로 하니 관심이 있으신 분은 바로 이어지는 다음 블로그를 재미로 참조해 보시기 바란다.

                                               http://blog.daum.net/ejleep1/877

PRA(Pre-Charging Relay) 라 함은 주릴레이에 비해 훨씬 작은 콘택터 릴레이로서 그 역할은 전기차 시동 스위치 ON에 따라 300V 이상의 전압이 전기에너지를 저장하는 인버터 콘덴서에 가해지게 되면 콘덴서의 물리적 원리에 따라 순식간에 업청난 전류가 흘러 타버리게 되므로 짧은 시간 동안 전류 값을 30A 이하로 일정한 수준에서 유지시켜 콘덴서가 거의 99% 충전되는 순간에 300V 이상의 직류 전압을 연결시켜주는 장치이다.300V 이상의 전압을 대상으로 전류를 30A 이하로 묶어 둘려면 크기가 엄지 손가락 만큼이나 굵은 10옴 수준의 저항이 하나 필요하다. 대부분의 인버터 콘덴서 옆에서 이러한 저항을 찾아 볼 수 있을 것이다.

 

현대차 아이오닉에서는 아직 구체적인 자료를 오픈하지 않았으나 고압 리튬배터리 팩 바로 앞 부분에 PRA 상자가 있고 정작 인버터는 엔진(모터)룸에 분리되어 있어 다소 긴 고압 케이블로 연결된 상태로 보인다. 현대차 매뉴얼에 따르면 EPCU(Electronic Power Control Unit) 로 명명된 박스 속에 인버터가 위치하고 있는 듯하다.

 

인버터의 역할은 전원의 성격을 바꾸어주는 장치를 뜻한다. 자동차에서는 엔진 회전력을 유체의 흐름을 통해 변환 전달하는 토오크 컨버터가 있어서 전기 분야에서 전기의 성겨을 바꾸는 장치를 컨버터러 하지 않고 인버터라 한다. 전기 자동차에서는 300v 이상의 직류 전원을 pra를 통해 콘덴서에 충분한 전기 에너지를 저장하여 이를 끄집어내어서 IGBT 라는 반도체 칩을 사용하여 3상 AC 로 변환시켜 교류모터에 공급하게 된다. 한편 중국제 전기차를 보면 AC 모터가 아닌 BLDC 모터를 사용하는데 BLDC부터는 중국에서 주로 생산하는 희토류인 네오디뮴(Neodymium)이 코팅된 영구 자석 부품이 사용하여 10% 이상의 전기 에너지 효율을 높이고 있다. 전기 자동차에서 10% 에너지 절감은 배터리 무게를 감안하면 어마 어마한 숫자이다. 과거 중일 어선나포 재판사건에서 일본이 중국어선을 그냥 풀어준 사건을 참고해 보면 그 중요성을 쉽게 알 수 있다.

 

 

전기자동차가 시동이 걸린 상태에서는 12V 보조 납배터리에 의해 BMS(Battery Management System)가 작동되어 주행도 가능하고 한편으로는 충전도 가능하다. 주행이나 충전 중 선택에 따라 해당 콘택터 릴레이들이 ON 되어 방전 또는 충전 작업 수행이 가능해진다.

 

현대차 아이오닉의 해체 시연에 관해서는 아래의 url 주소를 참조하세요.

 

전기차 고압 배터리 탈거 작업을 위한 안전 지침:업데이트 10월 12일 횟수 6회차

http://blog.daum.net/ejleep1/871