보조배터리

현대 아이오닉 전기차에 장착된 보조 배터리.

보조배터리는 전기차에 장착되는 큰 고전압 배터리 외에 추가로 장착되는 12V 배터리를 말한다. 모터 구동을 위해 고전압 배터리를 활성화 시키고, 배터리의 상태를 체크하여 충전 제어를 담당하는 컴퓨터(EPCU)가 12V 보조 배터리에 의해 작동된다. 조명, 조향, 보조장치 등 많은 전장품들이 전기차에서도 12V 보조 배터리에 의해 작동된다. 컴퓨터, 전동시트 등 사람이 만지는 부품에 400V 이상의 고전압 배터리를 연결하는 것은 안전성에 문제가 되므로 12V 보조 배터리를 사용한다. 또한 위급 시 비상 전원과 같은 백업 기능도 12V 보조 배터리가 담당한다. 그 외 고전압 배터리 예열 기능, 위급 시 차량에서 고전압 배터리를 분리시키는 기능 등 전기차에서 12V 보조 배터리의 역할은 다양하다.

상세

전기차 PE부품의 블록도

전기차는 주 메인 고압 배터리와 전기차 내부의 전자기기들을 작동시키는 보조배터리로 나뉘는데 고압 배터리(64kwh)는 어느 정도 방전에 대해 걱정이 없지만 보조배터리(12v)는 기온 또는 외부 환경에 따라 항상 방전의 위험에 노출되어 있다. 보조배터리는 전기차 내부의 전자기기(내비게이션, 오디오, 내부 조명등)를 작동시킬 때 필요한 전원을 공급하여주고 특히 BMS(Battery Management System)를 구동시키는데 이것이 바로 메인 배터리를 작동시키려면 거쳐야 하는 장치이기 때문에 보조배터리가 방전이 되면 고압 메인 배터리의 전원이 켜지지 않는다(시동이 걸리지 않는다.) 시동이 꺼져 있어도 고전압 배터리로부터 보조 배터리를 충전해 주는 차가 있고, 그렇지 못한 차들이 있다.

내연기관차는 엔진이 돌아가는 힘을 통해 알터네이터를 회전시켜 보조배터리를 충전한다. 전기차는 엔진이 없기 때문에 위의 블록도와 같이 고전압 배터리의 전기를 컨버팅하여 보조 배터리를 충전한다. 이러한 역할을 하는 DC-DC 컨버터를 LDC(Low voltage DC-DC Converter)라 한다. LDC는 전기적으로 동작하기 때문에 엔진이 꺼져 있는 상황에서도 동작 가능하여 매연 문제도 없고, 정차 중에도 동작이 가능하다.

내연기관차의 알터네이터 역할을 LDC가 하는 것이고, 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV), 연료전지차(FCEV), 전기차(EV) 모두 LDC가 장착된다.

충전 방법

보조배터리 충전방법 1

보조배터리 충전방법 2

보조배터리 충전방법 3

보조배터리 충전방법 4

• 방법 1. LDC의 기본 구동 : 초창기의 전동화 차량은 대부분 보조 배터리 방전에 대한 고려가 없었다. 만약, 12V 보조 배터리가 방전되면 LDC가 구동 되지 않기 때문에 12V 배터리 충전이 불가능해진다. 그리고 시동을 끄게 되면 모든 제어기들이 off 되기 때문에 LDC도 동작하지 않게 되어, 장기간 차량을 방치하면 내연기관 자동차처럼 배터리가 방전될 수도 있다. 따라서 초창기 버전의 전동화 차량은 내연기관차와 마찬가지로 보조 배터리 방전이 쉽게 발생할 수도 있다.

• 방법 2. 보조 전원 회로 : 방법 1과 같은 문제점 때문에 LDC를 구동시키기 위해 위의 그림과 같이 별도 보조 전원 회로를 사용하는 방법이 있다. 별도 보조 전원 회로는 고전압 배터리로부터 전원을 공급받기 때문에, 12V 보조 배터리가 방전되어도 LDC가 구동이 가능하다. 따라서 고전압 배터리 충전량만 충분하다면, 보조 배터리가 방전되어도 LDC로 충전이 가능하다. 하지만 보조 전원 회로가 별도로 장착되기 때문에 비용 상승이 발생할 수 있다.

• 방법 3. 12V BATT RESET 버튼 : <12V BATT RESET> 버튼이 있는 차들이 있다. 보조 배터리가 방전되서 시동이 걸리지 않으면, 차안의 <12V BATT RESET> 버튼을 누르고 15초 안에 시동을 걸어서 보조 배터리를 충전하는 방식이다. 이 방식은 12V 배터리가 리튬 폴리머 배터리인 경우 적용되어 있다. 납산 배터리는 방전 시 재충전이 가능할 확률이 높지만, 리튬 폴리머 배터리는 방전 시 재충전이 안 될 확률이 높기 때문이다. 리튬 폴리머 배터리가 장착되어 있는 경우 차량에서 배터리 잔량을 확인하여 어느 이하가 되면 12V 전원을 차단하여 배터리 방전을 방지한다. 그리고 운전자가 <12V BATT RESET> 버튼을 누르면 조금 남아있는 배터리 잔량으로 잠깐 활성화되고, 그 사이에 운전자가 시동을 걸어 LDC를 동작시켜 보조 배터리를 충전시키는 것이다. 버튼 이름이 <12V BATT RESET>인 이유가 바로 off 되어 있는 보조 배터리를 잠깐 다시 살리는 기능이기 때문이다. <12V BATT RESET>을 누르고 15초 안에 시동을 걸지 않으면, 15초 후에는 시동이 걸리지 않는다. 참고로 시동(브레이크패달+START 버튼) 뿐만 아니라 IG ON 상태(START 버튼 두번)가 되어도 LDC가 동작하여 보조배터리를 충전한다.

• 방법 4. 일어나라 LDC : 이번에는 시동이 꺼져 있는 상태에서 12V 보조 배터리가 방전되려고 할 때, 자동으로 LDC를 동작시켜 보조 배터리를 충전해 주는 방식이다. 차량에서 12V 배터리의 잔량을 간헐적으로 체크하고 LDC만 동작을 시켜주면 된다. 사용자 입장에서 가장 편리한 방법이라고 할 수 있다. 하지만, 너무 오래 차량을 방치하여 고전압 배터리의 잔량도 낮은 경우에는 LDC도 동작을 하지 못하기 때문에 보조 배터리 충전이 어렵다.

종합해보면, 방법 1이 사용자에게 가장 불편하고 신경이 많이 쓰이는 보조 배터리 충전 방법이며, 방법 4 가 가장 편리하고 신경 쓸 부분이 적은 시스템이다. 최근에는 방법 3과 방법 4를 적졀히 혼합하여 적용하여 사용자의 불편함이 많이 줄어들었다. 보통 차량을 구매할 때 보조 배터리 충전 시스템은 잘 확인하지 않는다. 앞으로는 전기차, 하이브리드 자동차 등을 구매할 때 시동 off시 보조 배터리 충전 시스템은 어떻게 동작을 하는지 확인하고 구매한다면, 시스템에 맞게 차량을 관리하기가 수월해질 것이다.

참고자료

• 〈전기차의 보조배터리〉, 《㈜디티알오토모티브》
• 엠에스리, 〈전기차 보조 배터리도 방전이 될까?〉, 《네이버 포스트》, 2021-04-14

같이 보기

• 고전압 배터리
• 대용량 배터리
• BMS

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