KSAE 대학생 자작자동차대회 E-Formula 전기시스템 제작기

KSAE 대학생 자작자동차대회 E-Formula 전기시스템 제작기

아주대학교 기계공학과 자작자동차 소학회 A-FA

들어가며

전역하고 얼마 지나지 않았던 여름, 1학년 때부터 알고 지내던 기계공학과 친구가 연락을 해 왔다.

갓 전역해 세상만사가 재밌던 나는 덥썩 물어버렸고, 이것저것 이야기를 나누다 정신을 차리고 보니 전기시스템팀 팀장을 맡고 있었다.

전기자동차에서 전기시스템이라.. 대충 생각해봐도 할 게 굉장히 많다는 걸 알 수 있다. 시스템 전체가 돌아가는 방식은 물론이고 회로를 설계하면서 생길 수 있는 밑도끝도없는 온갖 문제도 전부 고려해야 한다. 숲을 보는 동시에 나무의 이파리 하나하나까지 신경을 써야 하는 것이다.

이러한 모든 내용을 중간에 새 팀원이 합류하실 때마다 처음부터 설명하기에도 어려움이 있고, 나중에 혹시 누군가가 보고 유용하게 써먹지 않을까 싶어서 정리해 두고자 한다. 우리 팀은 이번에 처음으로 전기자동차를 시도하는 반면 국내 다른 대학교들은 이미 수 차례 출전한 경험이 있다. 분명 우리보다 더 많은 시행착오를 겪으면서 쌓은 많은 노하우가 있을 것이다. 혹여 이 글이 다른 팀에도 도움이 된다면 좋을 것이고, 글에서 오류를 발견한다면 얼마든지 고쳐 주시기를 바란다.

E-Formula는 우리가 가지고 노는 RC카가 아니다. 진짜 사람을 태우고 굴러가는 진짜 자동차다. 풀스케일 자동차를 모터로 끌어주기 위해서는 엄청난 에너지가 필요하다. 모터에 에너지를 공급하기 위해 우리 팀은 최대 전압 294V에 연속 방전 전류가 245A에 달하는, 용접기로도 쓸 수 있는 규모의 배터리를 사용한다. 한편, 사람이 타면 항상 제일 중요한 것은 안전이다. 우리는 일상에서는 구경조차 못 할 고전압 고전류 배터리와, 50mA만 흘러도 멈추는 심장을 가진 인간을 전기가 아주 잘 통하는 철제 프레임 안에 같이 넣고 굴러가게 해야 한다.

경각심을 일깨우기 위해 몇 가지 사실을 나열해 보자면 우리 배터리의 정격 전류 245A는 인간의 심실세동전류인 50mA의 4,900배이며, 배터리 전압 294V는 통상적인 건조한 인체에 대한 허용접촉전압 50V의 거의 6배에 달한다. 인체의 접촉 저항을 1kΩ이라고 한다면 배터리에 접촉 시 인체에는 294mA의 전류가 흐른다. 즉사한다고 봐도 무방하다. 굉장히 보수적인 안전 규정이 필요한 것은 당연하다. 전기시스템의 많은 요소는 안전을 위해 존재한다.

그렇지 않아도 진동, 충격, 불안정한 전압 등으로 전자부품에는 가혹 환경으로 꼽히는 자동차에, 탑승자의 안전을 위해 절연을 유지하기 위한 온갖 장치와 부품들, 원래라면 없어도 됐겠지만 고전압 고전류를 사용하기 때문에 회로를 보호하기 위해 고려해야 할 것들이 정말 너어어어어어어어어어어어어어어무 많다.

심지어 이런 내용이 어디 학교에서 가르쳐 주는 것도 아니라서 정말 알음알음, 아니면 느낌으로 때려 맞춰야 하는 것들이 대부분이다. 이런 내용들까지 최대한 하나하나 짚으면서 어떻게 회로 설계를 했는지, 무엇을 고려했는지 적어보고자 한다.

먼저 HV, LV 각 시스템의 간단한 개요와 사용되는 용어를 정리한 다음, 세부 요소에 대한 내용을 하나하나 짚으면서 진행하려고 한다. 목차는 다음과 같다.

목차