현대차의 전기자동차 `블루온`

현대차의 전기자동차 `블루온`



정지상태에서 100km까지 걸리는 도달시간인 제로백도 블루온이 13.1초, 아이미브가 16.3초로 블루온이 3초 가량 더 빠르다. 

보다 중요한 것은 전기차의 핵심인 1회 충전 주행거리와 충전시간에서 블루온이 아이미브를 훌쩍 앞지른다는 것이다.

블루온은 전기차 상용화의 핵심으로 꼽히는 1회 충전에 따른 주행거리도 아이미브를 추월했다. 전기 동력부품의 효율성 향상과 전자식 회생 브레이크 적용을 통해 블루온은 한 번 충전으로 140㎞까지 달릴 수 있다. 이는 경쟁 차량인 아이미브보다 10㎞ 더 먼 거리다.

충전 시간도 블루온이 우세하다. 블루온의 완속과 급속 충전 시간은 각각 6시간과 25분으로 이는 아이미브 보다 완속의 경우 1시간, 급속도 5분 더 빨리 충전을 마칠 수 있다.

업계 관계자는 "블루온이 세계 최초의 최고속 전기차 아이미브의 성능을 능가한다는 것은 현대차가 전기차 부문에서도 경쟁력이 있다는 설명"이라며 "블루온이 양산될 경우 전기차 시장을 주도할 수 있는 가능성이 열렸다"고 말했다.

국산 전기차 1호 블루온을 개발한 업체
 

<현대  전기차 블루온의 기술>

1. 전기자동차 전용 고효율 구동모터

현대차가 국내 최초로 국산화 개발에 성공해 이번 ‘블루온(BlueOn)’에 적용된 전기차 전용 고효율 구동모터는 기존 차량의 심장이라 할 수 있는 가솔린 엔진을 대체하면서 차량에 구동력을 제공하는 역할을 수행한다. 전기차 전용 구동모터는 기존 산업용 모터와 비교해 효율을 높이고 손실을 최소화해 연비를 향상시켰으며, 고속 회전이 요구됨에 따라 강성을 보강해 진동과 소음을 최소화시켰다.

 구동모터는 유도 전동기로 개발돼 100% 소재 국산화가 가능하며, 최고출력 81ps(61kW), 최대토크 21.4kg·m(210Nm)를 확보해 가솔린 차량과 비교해도 손색 없는 동력 성능을 자랑한다.

 

 2. 전기자동차 전용 고용량 리튬이온폴리머 배터리 시스템

 ‘블루온(BlueOn)’에는 국내 최초로 국산화 개발에 성공한 고용량의 리튬이온폴리머 배터리 시스템이 적용돼 구동모터가 높은 출력을 낼 수 있도록 도와준다. 리튬이온폴리머 배터리는 셀을 최적화하고 시스템도 고집적화시켜 경쟁 전기차 배터리와 비교해 중량은 13%, 에너지 밀도는 15% 가량 감소됐으며, 내부저항을 저감시키고 설계 및 제어 정밀도도 향상시켜 충전 및 방전시 최적의 상태를 유지할 수 있도록 해 수명이 크게 향상됐다. 

또한 과충전시 전류를 차단하는 구조와 세라믹 코팅 분리막을 적용해 배터리의 안전성을 높이는 한편, 릴레이와 퓨즈 등 고전압 능동 보호 기구를 적용하여 시스템의 신뢰성도 확보했다.

 3. 전기자동차 전용 고출력 인버터

 ‘블루온(BlueOn)’에는 전기자동차 전용 고효율·고출력 인버터가 국내 최초 적용됐다. 전기자동차 전용 인버터란 차량의 배터리에서 출력되는 직류 고전압을 교류 전압으로 변환해 구동모터에 공급하고 각종 제어를 수행하는 장치로써, ▲전력 제어를 위한 전력 반도체 스위치 모듈과 ▲이를 제어 및 구동하기 위한 구동 및 제어 회로부, ▲모터 제어를 위한 전류센서와 ▲리플 전류를 감당하기 위한 DC-Link 콘덴서 및 보호·인터페이스 회로 등으로 구성되어 있다.

‘블루온(BlueOn)’에 적용된 인버터는 높은 온도 및 심한 진동 상황에서도 차량이 높은 신뢰성을 유지할 수 있도록 하며, 모터 제어시에도 일반 산업용 인버터에서 제어하지 않는 고속 영역에서 신뢰성 높은 제어를 할 수 있도록 설계됐다.

4. 가정에서 충전이 가능한 탑재형 완속충전기 (OBC, On Board Charger)

 ‘블루온(BlueOn)’은 배터리 재충전이 필요한 경우 ▲전용 충전소에서의 급속 충전뿐만 아니라 ▲가정용 교류 전원을 변압기를 통해 승압하고 정류기를 통해 DC 전원으로 변환시켜 고전압 배터리를 충전시켜주는 ‘탑재형 완속충전기(OBC)’를 장착함으로써 가정에서도 손쉽게 배터리 충전이 가능하다. 차량 장착용 ‘탑재형 완속충전기’는 ▲소자의 크기 저감과 효율 향상을 동시에 구현하는 공진형 변환 방식이 적용되었으며, ▲실드(Shield) 방식을 채택해 외부기기의 전자기 노이즈를 방지하는 동시에 ▲수냉식 구조를 채택하여 충전기에서 발생하는 열을 효과적으로 낮춰준다. 이를 통해 수냉식 탑재형 완속충전기(OBC)는 전기자동차의 장기적인 기술 경쟁력 확보 및 비용 절감을 달성하고 경쟁 차종 이상의 성능을 확보하는 데 성공했다.

 5. 고속 전기차용 직류변환장치(LDC, Low Voltage DC-DC Converter)

 ‘블루온(BlueOn)’에는 고전압 배터리에서 나오는 330V 고전압을 차량에서 사용되는 12V 저전압으로 변환하여 12V 보조배터리 충전 및 차량 전장부하 전원을 공급하는 역할을 하는 고속 전기차용 직류변환장치(LDC)가 장착됐다. 기존 가솔린 차량은 엔진 회전력으로 전기를 발생시키는 알터네이터가 전력 공급을 담당했으나, ‘블루온(BlueOn)’은 알터네이터를 직류변환장치로 대체하여 에너지를 더 효율적으로 사용할 수 있도록 했으며, 냉각 성능을 향상시키는 동시에 출력, 효율 등에 있어서도 경쟁 차종 이상의 기능과 성능을 확보했다.

 6. 고속전기차용 차량제어기(VCU, Vehicle Control Unit)

 ‘블루온(BlueOn)’에는 국내 최초로 구동 및 회생 제동, 완속 및 급속 충전 등의 각종 기능들을 효율적이고 체계적으로 관리할 수 있도록 하는 고속전기차용 차량제어기(VCU)를 장착했다. 고속전기차용 차량제어기를 통해 구현된 최적의 에너지 관리를 기반으로 ‘블루온(BlueOn)’은 동급 가솔린 차량에 버금가는 성능을 확보하는 한편 경쟁 전기차와 동등 수준인 1회 충전 주행거리 최대 140km를 실현했다.

 고속전기차용 차량 제어기는 모터 제어기와 함께 토크 제어를 최우선으로 수행하게 되며, 그 외에도 시동 시퀀스 제어, 고장 진단 제어, 에너지 관리 최적 제어 등을 CAN으로 연결된 하위 제어기와 협조하여 수행한다.

 7. 전기회생율을 극대화한 회생제동용 브레이크 시스템(AHB, Active Hydraulic Booster)

 ‘블루온(BlueOn)’에는 전기차의 특성에 맞게 제동 중 배터리 충전을 위해 회생제동 브레이크 시스템(AHB)을 적용했다. 기존 가솔린 차량의 브레이크 시스템은 가동 중인 엔진을 통해 얻어지는 진공압력을 이용해 브레이크에 가해지는 힘을 증폭시켜 차량을 제동 시키는 방식이지만, 전기차의 경우는 가솔린 엔진이 없는 상태에서 모터만으로 주행하므로 전기차량에 최적화된 브레이크 시스템의 개발이 요구돼 왔다. 이번 ‘블루온(BlueOn)’ 국내 최초로 적용된 회생제동 브레이크 시스템은 모터를 이용하여 유압을 직접 생성하고 그 유압을 통해 제동력을 확보하도록 한 전동식 유압부스터를 적용했다.

 따라서 모터만으로 주행 함에도 일관된 제동력과 제동감 구현이 가능하고, 주행상태에 따라 수시로 변화하는 모터 발전량과 연동하여 일정한 제동력을 확보할 수 있게 됐다. 특히, 전동유압식 부스터를 적용해 바퀴의 제동력을 제어해 회생제동시 모터 발전량을 최대화할 수 있도록 함으로써 1회 충전으로 주행 가능한 거리를 크게 증가시켰으며, 브레이크 압력 제어 시에도 모사 기구가 추가된 브레이크 액츄에이션 유닛(BAU)을 채택해 경쟁차와 비교해 우수한 브레이크 페달 조작감을 구현했다.

 8. 전기차 전용 4.2인치 TFT LCD 슈퍼비전 클러스터

  ‘블루온(BlueOn)’에는 다양한 그래픽 정보 및 음성 안내를 제공하는 4.2인치 TFT LCD를 적용한 슈퍼비전 클러스터가 장착됐다. 전기차 전용 슈퍼비전 클러스터는 4.2 인치 TFT LCD를 통해 주행 가능거리, 주행시간, 평균 속도 등의 정보를 제공하고 경제운전 안내 상태 및 누적 연비 점수 표시 등 사용자에 의한 배경 그래픽 선택을 가능케 하여 사용자 편의성을 한층 강화했다. 또한 운전자의 편의를 위해 스티어링 휠에 휠 리모콘 스위치를 장착해 운전자가 원하는 정보를 선택해 클러스터에 표시할 수 있도록 했으며, 배터리 충전 상태 및 배터리 부족 시 사전 안내 및 경고를 알리는 음성 안내를 세계 최초로 적용했다. 

다양한 정보를 제공하는 TFT LCD 슈퍼비전 클러스터 이외에도 기본적인 정보인 속도계를 기존 차량들에 장착되던 원형 게이지 타입에서 속도를 직접 표기하는 디지털 타입으로 교체했으며, 전기차량에 필수적인 파워게이지와 SOC게이지도 추가했다. (※ SOC (State Of Charge): 배터리 잔량 상태)

9. 전기자동차용 IT 시스템(CUbiS-E) 

 배터리의 사용 제약으로 인해 사용자 편의를 개선하는 IT 기술이 요구되는 전기차의 특성상, ‘블루온(BlueOn)’에는 저가형 무선통신(블루투스)을 활용한 전기차용 IT 시스템(CUbiS-E)이 도입될 예정이다. CUbiS-E는 사용자가 스마트폰을 통해 충전 중인 전기차량의 배터리 잔량 및 주행 가능 거리 확인, 충전 중 문제발생 시 알림, 충전 완료 통보 등의 원격 충전 상황 모니터링 기능을 할 수 있도록 했으며, 충전 시작 및 끝 설정, 충전량 및 예상 전기요금을 확인할 수 있는 원격 예약충전 기능을 도입해 5~7시간의 긴 충전시간으로 인한 불편을 최소화하고자 했다. 

또한 충전 후 남는 전력을 활용하여 원격으로 차량의 냉·난방을 조절하고 차량 운행 전 실내환경 및 주행 가능거리를 최적화 할 수 있도록 하는 원격 공조 제어 시스템을 적용해 배터리의 제한된 에너지를 효율적으로 활용할 수 있도록 했다. 전기차를 위한 충전 인프라가 아직 충분하지 못한 점을 고려, 운전자에게 편의를 제공하기 위해 주행 경로 상의 충전소 안내 기능뿐만 아니라 충전소의 급속충전 대기 상황 조회 및 예약 기능을 스마트폰을 통해 이용할 수 있도록 했다.

출처: http://carfeteria.hani.co.kr/archives/10934