전기차에는 EPCU(Electric Power Control Unit)라는 장치가 있다. 이것은 모터의 제어와 함께 차량의 전반적인 움직임을 제어 컨트롤 하는 장치로써 전기차에서 매우 중요한 부품 중 하나이다. 이것은 기존 내연기관 차량의 ECU(Electronic Control Unit),TCU(Transmission Control Unit)들과 비슷한 기능들을 한다.

현대자동차 아이오닉 EV – EPCU (출처 : 현대자동차)

EPCU는 인버터(MCU-Moter Control Unit) + LDC + VCU(Vehicle Control Unit)로 이루어져 있는데 그중 인버터라는(Inverter) 장치 부터 알아보면 이것은 기존 내연기관 차량에는 없는 장치로서 전기차의 중요한 부품이다.

 

1. EPCU의 구성품 중 인버터에 대해 알아보자

우선 인버터의 하는 일에 대해서 알아보아야 하는 데 인버터라는 것은 우리 실생활에도 많이 쓰이고 있다. 에어컨이 그 대표적인 예이고 고전적 의미로는 인버터는 주파수를 바꾸어 모터의 회전속도를 바꾸는 것으로 으레 인식되고 있다.

인버터의 개념을 적용시켜 만든 에어컨 (출처 : 삼성전자)

전기차의 장착된 인버터는 구동 모터를 구동시키기 위한 장치로서 매우 중요한 장치 중 하나이고 이것은 고전압 배터리의 직류(DC) 전력을 모터 구동을 위한 교류(AC)로 변환시킴으로서 유도 전동기를 제어하는 역할을 한다.

즉 고전압 배터리로 받은 직류(DC) 전원(+,-)를 이용하여 3상 교류(AC) 전원(U, V, W)으로 변환시킨 후 제어 보드에서 입력받은 신호로 3상 AC 전원을 제어함으로써 구동모터를 구동시킨다.

가속 시에는 고전압 배터리에서 구동모터로 에너지를 공급하고, 감속 시에는 구동 모터에서 발생한 에너지를 다시 고전압 배터리에 충전함으로써(회생제동) 주행거리를 증대시킨다. 또한 인버터는 쿨링 팬 및 전자식 워터펌프(EWP)를 제어한다.

인버터의 기능이 여러모로 전기차를 구동하는 데 있어 개입하는 부분이 많기 때문에 앞서 말했듯이 매우 중요한 부품 중에 하나이다. 가속 시뿐만 아니라 감속 시에도 관여한다. 인버터의 주요 내용과 기능을 정리하면 아래와 같다.

분류 항목 내용 주요 항목
제어기능 토그제어 회전자 자속의 위치에 따라 고정자의 전류의 크기와 방향을 독립적으로 저어하여 토크 발생 잔류제어
회전자 위치 및 속도 검출
보호기능 과온제한 인버터 모터의 제한 온도
초과 시 출력 제한
인버터 및 모터 온도에
따라 최대 출력 제한
고장검출 외부 인터페이스 관련 문제점
검출 인버터 내부 고장 검출
인버터 외부 연결관리 고장 검출
성능관련 고장 검출
인버터 하드웨어 고장 검출
협조제어 차량운전제어 차량에서 필요한 정보
타 제어기와 통신
요구 토크, 배터리 상태 EWP
등 정보 수신
인버터 상태 정보 송신

인버터는 차량 제어 유닛(VCU-Vehicle Control Unit)의 모터 토크 지령 계산을 위하여 모터 가용 토크를 제공하고 VCU로부터 수신한 모터 토크 지령을 구현하기 위하여 인버터 펄스 폭 변조(PWM-Pulse Width Modulation) 신호를 생성한다. 이것은 초퍼 제어의 한 종류이다.

모터 구동제어 블록 다이어그램

앞서 말했듯이 인버터는 회생제동에도 관여한다. 그것을 그림으로 설명하면 아래와 같다.

회생제동 시 인버터의 역할

인버터의 차량 내부에서 위치는 모터의 구동제어와 회생제동 전류를 변환시켜 토크 제어를 하는 등 여러 방면에서 관여를 하기 때문에 단독으로 장치가 있는 것이 아니라 여러 장치와 함께 유기적으로 동작할 수 있도록 위치하여 있다.

1-EPCU(Electric Power Control Unit),2-차량 탑재형 충전기(OBC-ON BOARD CHARGE),3-고전압 정션박스 – 코나 EV 정비 매뉴얼 발췌

위의 그림에서 볼 수 있듯이 3가지 부품이 전기차 내부에서 가장 큰 부피를 차지하고 있고 중요한 자리에 위치하여 있다. 인버터 하나만 놓고 보면 부피가 작지만 이것을 이루고 있는 EPCU와 OBC, 고전압 정션박스를 합치면 크기가 상당히 커진다.

그러므로 EPCU라고 이야기하면 그것에 인버터가 포함되어 있다고 생각하면 된다. 그리고 이것은 전기차에서 매우 중요한 역할을 한다. 위치 또한 모터와 인접하여 있고 모터의 제어를 담당하므로 사실 배터리+EPCU+모터가 전기차의 모든 것이라고 보아도 무방하다.

 

2. EPCU의 구성품 LDC(저전압 직류 변환장치)

LDC는 저전압 직류 변환 장치로서 전기차에는 알터데이터가(alternator-교류발전기) 없다. 그에 따라 보조 배터리를 충전할 수 있는 시스템이 없기 때문에 이것을 보완하기 위하여 LDC가 장착되어 있다.

LDC가 하는 일은 고전압 배터리의 고전압(DC 360V)이 LDC를 거쳐 저전압으로(DC 12V) 변환되면서 차량에서 사용되는 전자기기들에 전력을 공급한다. 보조배터리도 충전하는 일을 겸하고 있고 현대/기아에서 출시한 전기차에는 유틸리티 모드라는 것을 지원하는데 이 모드로 지원하면 LDC를 거쳐 차량의 전자기기를 운영하는 것이다. 그러므로 장시간 내부 전자기기들을 이용하여도 방전의 염려가 없다.

LDC(저전압 직류 변환 장치)

하지만 기본으로 장착된 보조 배터리의 용량이 다른 차종들에 비해 매우 작아(용량 20HR/5HR 45/36 보존 용량 80) 보조 배터리가 방전이 될 수 있으므로 주의를 기울여야 한다. 그러므로 1~2시간 정도 내부 기기를 사용할 일이 생긴다면 반듯이 유틸리티 모드로 전환하여 사용하는 것이 바람직하다.

 

3. VCU(Vehicle Control Unit-차량 제어 유닛)

VCU는 EPCU에서 중요한 부품 중 하나이다. 이름에서도 알 수 있듯이 차량 제어를 하는 데 있어 모든 관여를 한다. 구동모터 제어, 회생제동 제어, 공조 부하제어, 전장 부하 전원 공급 제어, 클러스터 표시, DTE(Distance to Empty), 예약/원격 충전/공조, 아날로그/디지털신호 처리 및 진단 등 차량을 운행하는 데 있어 매우 중요한 일을 한다. 이것을 정리하면 아래와 같다.

VCU(차량 제어 유닛)의 개요-현대차 정비 매뉴얼
주요 기능 주요 항목
구동모터 제어 배터리 가용 파워, 모터 가용 토크, 운전자 요구(APS, Brake SW, Shift Lever)을 고려한 모터 토크 지령 계산
회생제동 제어 회생제동을 위한 모터 충전 토크 지령 계산, 회생제동 실행량 연산
공조 부하 제어 배터리 정보 및 FATC 요청 파워를 이용하여 최종 FATC 허영 파워 송신
전장 부하 전원공급 제어 배터리 정보 및 차량 상태에 따른 LDC ON/OFF 및 동작 모드 결정
클러스터 표시 구동 파워, 에너지 Flow, ECO Level, Power Down, Shift Level Position, Service Lamp 및 Ready Lamp 점 등 요청
DTE
(Distance to Empty)
배터리 가용 에너지, 과거 주행 전비를 기반으로 차량의 주행 가능 거리를 표시, AVN을 이용한 경로 설정 시 경로의 전비 추정을 통해 DTE 표시 정확도 향상
예약/원격 충전/공조 TMU와의 연동을 통해 Center/스마트폰을 통한 원격 제어, 운전자의 작동 시각 설정을 통한 예약 기능 수행
아날로그/디지털 신호처리 및 진단  APS, 브레이크 스위치, 시프트 레버, 에어백 전개 신호처리 및 진단

 

이로써 EPCU의 구성품인 인버터, LDC, VCU에 대해 알아보았다.  어려운 용어를 이해하려고 하지 말고 전기차에서 EPCU는 운행에 있어 전반적인 제어를 담당하고 있고 중요한 부품이라고 이해하면 된다. 여기에 모터와 배터리가 합쳐져 전기차를 구성하는 것이다. 이것을 뺀 나머지 부분은 일반 내연 기관 차량과 크게 다를 것이 없다.

 

마키님
전기차에 관심이 많은 실제 전기차 유저