[전기신기술]차세대 자동차 전력전자 시스템 ‘42V 시스템’ 현재의 자동차에는 12V 배터리를 주 전력원으로 하는 전력공급 시스템이 사용되고 있지만, 연비가 좋고 안정성이 높으며…
현재의 자동차에는 12V 배터리를 주 전력원으로 하는 전력공급 시스템이 사용되고 있지만, 연비가 좋고 안정성이 높으며, 편의성이 추구되는 차세대 자동차에는 이보다 더 효율적인 전력공급 시스템이 필요하게 될 것이다.
이러한 요구를 만족시켜 줄 것으로 기대되는 42V 전력전자 시스템에 대한 연구가 선진 각국의
자동차 업계에서 활발하게 진행 중이다
치열한 경쟁이 펼쳐지는 세계 자동차 시장에서 자생력을 갖기 위해서는 능동적으로 새로운 시장을 개척해 나가야 한다. 이를 위해서 꼭 필요한 것의 하나가 신뢰성 있고 가격이 저렴하면서도 보다 향상된 성능을 갖는 새로운 자동차 전자 시스템의 개발이다.
또한 각국 정부가 배기가스 및 에너지, 안전과 관련된 규제를 점차 강화하는 상황에 대처하기 위한 핵심기술들 중의 하나가 자동차 전자기술이다.
지난 1980년대 이후 전자기술은 마이크로 컴퓨터를 비롯한 반도체기술의 비약적인 발전과 이에 따른 저가(低價) 전자부품의 실용화에 힘입어 비약적으로 발전했다. 이는 전자제어기술을 중심으로 한 자동차 전자시스템의 획기적인 발달을 가능하게 했다.
자동차 전자 시스템은 크게 4가지 분야로 분류될 수 있다.
이들은 엔진 및 배기가스 전자제어 시스템을 중심으로 한 파워 트레인 전자 시스템 분야, ABS/TCS(트랙션 컨트롤 시스템)/EPS(전자제어 파워 스티어링)/ECS(전자제어 서스펜션)와 VDC(자동차 동력 컨트롤)를 위주로 한 섀시 전자 시스템 분야, HVAC(열관리 시스템)/OBD(On-Board Diagnosis)/CNS(자동차 내비게이션 시스템) 등을 포함한 보디 전자 시스템 분야, CAS(Collision Avoidance System)/ACC(Adaptive Cruise Control)/나이트 비전 등 안전/편의장치 전자 시스템 분야이다. 이 중에서 최근에 이슈가 되고 있는 자동차 전자 시스템들을 소개하면 다음과 같다.
HEV/FCEV 동력제어 시스템
순수 전기자동차는 무공해차(Zero Emission Vehicle)라는 장점을 갖고 있음에도 불구하고 배터리 성능의 한계 때문에 1회 충전 주행거리와 충전시간에 문제가 있어 실용화에 어려움을 겪고 있다.
반면에 HEV(Hybrid Electric Vehicle)와 FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)는 이런 문제가 없어서 실용화에 대한 가능성을 인정받고 있으며 가까운 미래에 자동차 산업의 일대 변혁을 가져올 것으로 기대되는 자동차이다.
HEV와 FCEV의 구동모터와 배터리, 그리고 HEV의 내연 엔진, 변속기(CVT) 및 FCEV의 연료전지 엔진 등의 동력 시스템 각각에는 제어기가 설치되는데, 이들은 다시 차량 제어기의 통합적이면서도 정밀한 제어를 받는다.
차량 제어기에 의한 제어는 각 동력 시스템에 전달되는 네트워크 통신 신호에 의해서 이루어지며, 제어기들은 다시 이 신호에 따라 동력 시스템을 움직인다. 이렇게 정밀하게 동력 시스템을 제어하는 목적은 차의 상태를 주행상황에 가장 적합한 에너지 효율을 갖는 상태로 유지하며, 운전자의 의사대로 차를 움직이게 하는 데에 있다.
인 비클 네트워크(IVN) 시스템
IVN(In-Vehicle Network)은 차안의 한정된 신호라인을 이용해 차내의 전자제어 시스템들 사이에 다중통신 체계를 구현하는 것이다. 전자화된 차에는 다량의 와이어링 하니스(Wiring Harness)가 필수적으로 존재하게 된다. IVN을 구현하기 위해서는 이들이 발생시키는 여러 가지 문제점들을 해결해야 한다.
이 시스템은 또한 개별적으로 일관성 없이 개발, 생산되고 있는 차량 전자 시스템들을 표준 네트워크로 통합해 단일화하는데 반드시 필요한 기술이다.
GM, 포드, 벤츠, BMW 등의 자동차 업체와 보쉬, 모토롤라, 지멘스 등의 부품업체들은 여러 가지 방향으로 차 전체의 네트워크화에 대한 연구를 진행 중이며, 이중 일부는 양산차에 적용해 시판 중이다.(벤츠 S 클래스, 볼보 S80, 크라이슬러 ESX-2 등)
그리고, 유럽에서 많이 사용되는 보쉬의 CAN(Controller Area Network) 프로토콜은 이미 국제적 표준으로 추진되고 있으며, 공장 자동화에도 적용되고 있다.
SAE가 개발한 J1850 프로토콜도 북미에서 폭넓게 사용되고 있다. 향후에는 차량제어, 자가진단, 무선통신, 차량항법, 멀티미디어 등의 기능이 모두 통합된 네트워크 시스템이 개발될 것으로 기대된다.
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