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LV 시스템 개요
LV 시스템은 차량의 고전압 구동계통 외에 제어, 편의 등 다른 모든 전기 계통에 사용되는 저전압 시스템을 말한다. 상용 차량에서와 같이 차체 프레임에 접지되며 12V를 사용한다. 크게 12V LV 배터리와 차단 회로, 마이크로컨트롤러, 등화장치 및 냉각 시스템 등을 포함한다.
1. LV 배터리
LV 시스템은 전원이 필요한 모든 곳에 사용된다. HV를 제어하는 BMS와 모터 컨트롤러조차 작동 전원으로는 12V LV를 사용한다. LV 배터리는 상용 차량에서는 납축 전지를 많이 사용하지만 우리는 HV 배터리와 똑같이 리튬이온 전지를 사용한다. 리튬이온 전지를 4s3p로 구성하여 13.2~16.8V의 전압을 12V DC-DC 컨버터를 통해 12V로 만들고 사용한다.
2. 차단 회로 Shutdown Circuit
LV는 HV 배터리팩의 양 단자를 제어하는 AIR에 전원을 공급한다. LV 배터리에서 AIR로 가는 회로에는 여러 안전장치들이 직렬로 연결되어 있다. 그 중 하나라도 문제가 생겼을 때 차단 회로는 개방되어 AIR의 전원을 차단하게 된다. 차단 회로의 구성 요소는 다음과 같다.
2-1. LV MASTER SWITCH
LV 메인 스위치 LV MASTER는 차단 회로 요소 중 LV 배터리와 가장 가까운 곳에 연결된 스위치이다. 이 스위치 뒤에 LV 전원 접점이 있어 이 스위치를 켜야 모든 LV 시스템이 전원을 공급받을 수 있다.
2-2. HV MASTER
HV 메인 스위치 HV MASTER는 사람이 수동으로 직접 작동시켜 AIR의 전원을 차단할 수 있는 스위치이다.
2-3. HV AUX
HV 보조 비상정지 스위치 HV AUX는 HV MASTER와 같은 역할을 하는 스위치이다. 총 3개로, 운전석과 차량 좌우측에 하나씩 부착된다.
2-4. HVD Interlock
HVD 인터락은 HV 시스템의 HVD에 포함된 작은 전기 접점이다. HVD가 실제로 HV 전선을 분리한다면, HVD 인터락은 커넥터의 분리를 감지하여 차단 회로를 개방한다.
2-5. 제동시스템 타당성 장치 BSPD(Brake System Plausibility Device)
BSPD는 제동계통이 정상적으로 작동하는지 확인하는 장치이다. 브레이크 페달에 가해지는 압력과 모터에 전달되는 전력을 측정하여, 차량에 강한 제동과 동시에 모터에 일정 수준 이상의 전력이 전달되면 차단 회로를 개방한다.
2-6. 제동계통 미작동 감지 장치 BOTS(Brake Over-Travel Switch)
BOTS는 브레이크 페달 아래에 부착되는 작은 토글스위치이다. 정상 상태에서 브레이크는 적절한 유압 압력을 유지하여 페달이 끝까지 밟히지 않는다. 유압계통에 문제가 생겨 브레이크가 제대로 작동하지 않고 끝까지 밟힐 경우 해당 스위치가 눌리며 차단 회로를 개방한다.
2-7. LATCHED CRITICAL RELAYS
BMS와 IMD, BSPD가 문제(FAULT) 신호를 발생시키면 차량의 HV 시스템은 정지해야 한다. 이 세 요소의 FAULT 신호로 작동하는 릴레이를 각각 하나씩 사용해 문제가 생기면 AIR를 차단한다.
한편, 이 세 요소에 문제가 생겼을 때는 드라이버가 운전석에서 차량을 재시동하는 등의 방법으로 구동시스템이 재활성화되어서는 안 된다. 반드시 기술팀이 별도의 리셋 절차를 거쳤을 때에만 다시 HV를 활성화할 수 있어야 한다. 따라서 이 세 요소의 릴레이는 문제가 생겨 열렸을 때, LV가 끊겨 전원을 잃어도 동일한 상태를 유지해야 한다. 이러한 이유로 latching 기능을 가진 릴레이를 사용하여, 별도의 리셋 버튼을 눌렀을 때만 재활성화될 수 있도록 한다.
3. 마이크로컨트롤러 MCU(Micro Controller Unit)
차량은 주행 가능 상태(RTD, Ready To Drive) 모드를 관리해야 한다. 차량은 HV가 활성화되었다고 가속 페달을 밟았을 때 모터가 바로 작동해서는 안 된다. 반드시 브레이크를 밟고 RTD 버튼을 눌러야만 RTD 모드가 활성화되며 주행 가능 표시음을 발신하고 모터가 가속 페달에 응답해야 한다. 이 RTD 모드의 관리를 MCU가 담당한다.
이 외에도 MCU는 CAN 통신을 통해 BMS, 모터 컨트롤러 등 다양한 장치로부터 데이터를 수집한다. 수집한 데이터는 SD카드에 저장하여 이후 분석에 사용하거나, 드라이버를 위해 각종 정보를 대시보드에 시현하는 데에 사용한다. MCU는 개발 편의를 위해 CAN 통신을 기본 지원하는 ARM 아키텍쳐의 STM32F 계열 코어의 개발보드를 사용한다.
4. 등화장치 Lightings
브레이크 페달 작동 시 점등하는 제동등이다.
5. 냉각 시스템 Coolings
모터 및 모터컨트롤러 인버터를 냉각시키기 위한 수랭 계통을 작동시키는 워터펌프와 라디에이터 냉각 팬, HV 배터리 팩 냉각 팬으로 구성된다.