친환경 자동차 > 16. 전기 자동차 고전압 배터리 및 고전압 배터리 컨트롤 시스템
▣ 고전압 배터리 시스템 어셈블리 개요
• 구동 모터에 직류 360V 고전압의 전기 에너지를 공급한다.(인버터에서 3상 교류 구동 모터에 공급)(아이오닉, 코나 EV : 360V)
• 회생 제동시 발생된 전기 에너지를 저장
• 급속 충전 또는 완속 충전시 전기 에너지 저장
• 고전압 배터리 팩 어셈블리 타입 : 리튬이온 폴리머(Lithium-ion Polymer Battery)
▣ 고전압 전기 흐름도
◈ 출발·가속·등속 : 고전압 배터리 → PRA → 고전압 정션 박스 → EPCU(MCU-인버터) → 모터
◈ 회생 제동 : 모터 → EPCU(MCU-인버터) → 고전압 정션 박스 → PRA → 고전압 배터리
◈ 급속 충전 : 외부 급속 충전기 → 급속 충전 포트 → QRA → 고전압 정션 박스 → PRA → 고전압 배터리
◈ 완속 충전 : 외부 완속 충전기 → 완속 충전 포트 → OBC → 고전압 정션 박스 → PRA → 고전압 배터리
◈ OBC(One Board Charging) : 완속 충전 보드
◈ QRA(Quick charge relay assembly) : 급속 충전 릴레이
▣ 고전압 배터리 회로
▣ 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly)
◈ 파워 릴레이 어셈블리(PRA)는 고전압 배터리 시스템 어셈블리 내에 장착되어 있으며, (+)고전압 제어 메인 릴레이, (-)고전압 제어 메인 릴레이, 프리 차지 릴레이, 프리 차지 레지스터, 배터리 전류 센서로 구성되어 있다. 그리고 BMS ECU 제어 신호에 의해 고전압 배터리 팩과 고전압 조인트 박스 사이의 360V 고전압을 ON, OFF 및 제어하는 역할을 한다.
◈ IG ON : 프리 차지 릴레이 ON → 메인 릴레이(-) ON → 커패시터 충전 → 메인 릴레이(+) ON → 프리 차지 릴레이 OFF
◈ IG OFF : 메인 릴레이(+)(-) OFF
▣ 급속 충전 릴레이 어셈블리(Quack Charging Relay Assembly)
◈ 급속 충전 릴레이 어셈블리(QRA)는 파워 릴레이 어셈블리 내에 장착되어 있으며, (+)고전압 제어 메인 릴레이, (-)고전압 제어 메인 릴레이로 구성되어 있다. 그리고 BMS 제어 신호에 의해 고전압 배터리 팩과 고전압 조인트 박스 사이에서 DC 360V의 고전압을 ON, OFF 제어한다. 급속 충전 릴레이 어셈블리(QRA) 작동 시에는 파워 릴레이 어셈블리(PRA)도 작동한다.
◈ 급속 충전 시 공급되는 고전압을 배터리 팩에 공급해 주는 스위치 역할과 과충전이 되지 않도록 방지해 주는 역할을 한다.
◈ 급속 충전 실시 : 메인 릴레이(-) ON → 메인 릴레이(+) ON → 배터리 팩으로 고전압 충전 → 충전 완료 → 메인 릴레이(+), (-) OFF
▣ 고전압 배터리 컨트롤 시스템(Battery Control System)
◈ 고전압 배터리 컨트롤 시스템은 컨트롤 모듈인 BMS ECU, 파워 릴레이 어셈블리(PRA : Power Relay Assembly)로 구성되어 있으며, 고전압 배터리의 SOC(State Of Charge), 출력, 고장 진단, 배터리 셀 밸런싱(Balancing), 시스템 냉각, 전원 공급 및 차단을 제어한다.파워 릴레이 어셈블리는 메인 릴레이, 프리 차지 릴레이, 프리 차지 레지스터, 배터리 전류 센서, 고전압 배터리 히터 릴레이로 구성되어 있으며, 부스 바(Bus bar)를 통해서 배터리 팩과 연결되어 있다
.▣ 고전압 배터리 컨트롤 시스템 주요 기능
◈ 배터리 충전률(SOC) 제어 : 전류/전압/온도 측정을 통해 SOC를 계산하여 적정 SOC 영역으로 제어한다.
◈ 배터리 출력 제어 : 시스템 상태에 따른 입/출력 에너지 값을 산출하여 배터리 보호, 가용 파워 예측, 과충전/과방전 방지, 내구 확보 및 충/방전 에너지를 극대화 한다.
◈ 파워 릴레이 제어 : IG ON/OFF 시 고전압 배터리와 관련 시스템으로의 전원 공급 및 차단, 고전압 시스템의 고장으로 인한 안전사고 방지, 냉각 제어, 냉각수 제어를 통한 최적의 배터리 동작 온도 유지(배터리 최대 온도 및 모듈간의 온도 편차 량에 따라 제어한다)
◈ 고장 진단 ; 시스템 고장 진단, 데이터 모니터링 및 소프트웨어 관리, 페일-세이프(Fail safe) 레벨을 분류하여 출력 제한치 규정, 릴레이 제어를 통하여 관련 시스템 제어 이상 및 열화에 의한 배터리 관련 안전사고 방지
