[전기차] 고전압 시스템(High Voltage System)

[전기차] 고전압 시스템(High Voltage System)

전기차는 내연기관의 차량과 그 시스템이 완전히 다릅니다. 전기 에너지를 저장하고 사용하는 시스템을 기반으로 하죠. 그렇기 때문에 기존에 앞서 등장한 수많은 자동차의 부품들이 전기차에는 대부분 들어가지 않고, 완전히 다른 시스템을 기반으로 차량이 운행됩니다. 그래서 전기차의 시스템을 알아보려고 하는데요. 이번 글에선 고전압 시스템에 대해서 알아보려고 합니다. 전기차에 대해서 글을 쓰려고 알아보니 부품 하나하나가 각종 회로며 거의 전자제품에 가깝고 굉장히 깊은 내용들이 많아서 다루기가 힘들겠더라구요. 그래서 큰 덩어리별로만 알아보겠습니다.

목차

• 고전압 시스템
• 고전압 시스템의 기능
• 고전압 시스템의 구성
• 제조사별 고전압 시스템 기능의 통합 모듈
• 고전압 시스템 관련 약어 정리
• 고전압 시스템의 고장 증상
• 고전압 시스템의 수리 비용
• 마치며

고전압 시스템

고전압 시스템은 400V에서 800V 수준의 전압을 사용하는 전력 시스템 입니다. 전기차의 구동 모터, 충전 장치, 전력 제어 장치 등에 전기를 공급하는 장치이죠. 주로 바닥 하부(배터리 팩), 전방(인버터, 충전기), 모터부에 분산되어 있습니다.

배터리의 고전압 DC(직류)전력을 인버터가 AC(교류) 전력으로 변환해 모터를 구정하며, 충전 시에는 OBC가 AC(교류)를 DC(직류)로 바꿔서 배터리를 충전합니다.

고전압 시스템의 기능

고전압 시스템은 전기차에서 다음과 같은 역할을 수행합니다.

• 구동력 제공 - 고전압을 활용해 모터를 구동
• 전기 에너지 저장, 공급 - 배터리에 저장된 전력을 다양한 장치에 분배하여 사용
• 충전 기능 - 외부의 전기를 받아 고속,완속 충전 가능
• 전기 시스템 간 전력 변환 - 고전압 → 저전압 변환, 직류 → 교류 변환에 관여함

고전압 시스템의 효율성과 안정성이 차량의 주행 성능, 충전 속도, 에너지 효율에 직결됩니다.

고전압 시스템의 구성

구성 요소	주요 기능	설명
HV 배터리 팩 (Traction Battery)	에너지 저장	350~800V 리튬이온 기반, 모듈+팩 구조로 구성되어 차량 전체에 전력 공급
BMS (Battery Management System)	배터리 제어	셀 밸런싱, 충전 상태(SoC), 수명(SoH) 모니터링, 과충전/과방전 보호
인버터 (Inverter)	DC→AC 변환	배터리의 DC 전력을 AC로 변환해 구동 모터에 공급
DC-DC 컨버터	HV→12V 변환	저전압 전장품에 전기 공급 (예: 램프, ECU 등)
온보드 차저 (OBC)	외부 전력 수용	외부 AC 전력을 DC로 변환해 배터리 충전 (완속 충전용)
프리차지 회로	전력 서지 보호	초기 접속 시 서서히 충전되도록 제어하여 고장 방지
메인 컨택터	HV 전원 연결/차단	차량 전원 On/Off 시 HV 회로 연결/차단
HVIL (High Voltage Interlock Loop)	안전 보호	정비 중 커넥터 분리 감지 시 시스템 자동 차단
절연 감지 회로	누전 감지	고전압 회로와 차체 간 절연 상태 실시간 모니터링

제조사별 고전압 시스템 기능의 통합 모듈

제조사	통합 모듈 명칭	구성 요소
현대·기아	PE 모듈 (Power Electronics Module)	인버터 + DC-DC 컨버터 + LDC(저전압 DC-DC) + MCU(구동제어유닛) 통합
테슬라(Tesla)	Super Bottle / Octovalve	OBC(온보드 차저, 차량 내 충전기) + DC-DC 컨버터 + 열관리 시스템 + 냉각 제어장치 통합
GM (Ultium 플랫폼)	PEU (Power Electronics Unit)	인버터 + DC-DC 컨버터 + OBC 통합
BMW	IPU (Integrated Power Unit)	인버터 + DC-DC 컨버터 + 온보드 충전기 통합
벤츠 (Mercedes-Benz)	별도 명칭 없음	OBC + DC-DC 컨버터 + 전력 제어장치 통합
ZF (부품사)	eVDU (Electric Vehicle Drive Unit)	구동 모터 + 인버터 + 기어박스 통합
LG전자 / 마그나	iDM (Integrated Drive Module)	구동 모터 + 인버터 + 감속기 통합
보쉬(Bosch)	EVPE (Electric Vehicle Power Electronics)	전기차용 전력 전자 모듈 (주로 인버터 중심 구조)
Vitesco Technologies	HPVE (High Power Vehicle Electronics)	고전압 차량용 전력 전자 통합 모듈

고전압 시스템 관련 약어 정리

약어	풀네임	한국어 명칭	역할
PE	Power Electronics		고전압 전력 제어 및 변환
OBC	On-Board Charger	온보드 충전기	외부 AC전력을 DC로 변환하여 배터리 충전
DC-DC	DC-DC Converter	직류-직류 변환기	고전압(400~800V)을 저전압(12V 등)으로 변환
LDC	Low-voltage DC-DC Converter	저전압 DC-DC 컨버터	저전장치용 12V 회로 전력 공급
MCU	Motor Control Unit	모터 제어 유닛	전기모터 제어, 구동 토크 관리
PEU	Power Electronics Unit		인버터, 충전기, DC-DC 컨버터 통합 모듈
IPU	Integrated Power Unit	통합 전력 유닛	전력전자 통합 장치
eVDU	Electric Vehicle Drive Unit	전기차 구동 유닛	모터, 인버터, 감속기 일체형
iDM	Integrated Drive Module	통합 구동 모듈	eAxle 유닛과 유사, 모터+인버터+기어 통합
EVPE	Electric Vehicle Power Electronics	전기차 전력 전자 시스템	인버터 중심 고전압 전력장치
HPVE	High Power Vehicle Electronics	고전력 차량 전자장치	고전압 제어용 통합 모듈

고전압 시스템의 고장 증상

고전압 시스템의 고장 증상은 아래와 같습니다.

• 충전이 되지 않거나, 충전 중 충전이 중단됨
• 계기판에 전기 시스템 경고등이 들어옴
• 주행 중 출력 저하가 일어나거나 차량이 멈춤
• 차량 하부에서 타는 냄새가 나거나 과열 현상이 일어남
• 정차 후 재시동이 되지 않음

고전압 시스템의 수리 비용

고장 증상	예상 원인	수리 방법	수리 비용
충전이 안 됨	OBC 고장, HV 배터리 통신 불량	온보드 차저 또는 BMS 점검/교체	70만 ~ 200만
경고등 점등 + 시동 불가	메인 컨택터 불량 또는 HVIL 감지	메인 릴레이 교체 또는 인터락 회로 점검	30만 ~ 100만
출력 급감 / 주행 중 정지	인버터 이상 또는 BMS 셧다운	인버터 교체 또는 배터리 리셋	100만 ~ 300만
하부 과열, 타는 냄새	프리차지 회로 또는 절연 이상	회로 진단 후 부분 수리 또는 배선 교체	20만 ~ 80만
저전압 계통 작동 불량	DC-DC 컨버터 이상	DC-DC 컨버터 교체	30만 ~ 100만

고전압 시스템은 고압 전기를 다루기 때문에 반드시 전문 장비와 숙련된 기술자가 필요합니다. 수리비도 높은 편인데요. 그리고 제조사 별로 통합 모듈로 나오는 경우가 많다 보니 한 번에 어셈블리로 교환하는 경우도 많아서 수리비가 천차만별입니다. 따라서 국산차량 기준의 대략적인 수리 금액입니다. 자세한 건 공업사에서 상담을 받아보셔야 합니다.

마치며

고전압 시스템은 전기차의 연료와 같은 전기를 통합적으로 다루는 시스템 입니다. 동력 공급, 충전, 전원 공급까지 거의 모든 시스템을 관장하는 핵심이죠. 다양한 부품들이 서로 유기적으로 작동하는 복잡한 시스템입니다. 전기차는 부품 교체가 일반인은 아예 할 수 없고 수리 비용도 상대적으로 높은데요. 그래서 어느 정도 이해를 바탕으로 운행을 하시는 게 차량을 관리하기에 좋습니다. 이상증상에 빠른 초지를 하는 것이 가장 중요합니다.

[전기차] DC-DC 컨버터(DC-DC Converter)

[전기차] 인버터 (Inverter)

[전기차] HV(High Voltage) 배터리 팩 (Traction Battery)