[전기차] 차량 제어 유닛(VCU, Vehicle Control Unit)

[전기차] 차량 제어 유닛(VCU, Vehicle Control Unit)

전기차는 수많은 전자제어장치로 구성되어 있습니다. 그렇기 때문에 이들을 총괄적으로 조율하는 역할이 필요하죠. 차량 제어 유닛(VCU)은 이들을 유기적으로 통합하고, 조율하는 중심에 있는 부품입니다. 전기차의 두뇌 역할을 하는 핵심 전자 제어 장치 이죠. 내연 기관차의 ECU와 변속기 제어기(TCU)를 통합하고 있는 역할이라고 생각하시면 됩니다. 이번 글에선 전기차의 두뇌인 VCU에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

목차

• 차량 제어 유닛(VCU)
• 차량 제어 유닛(VCU)의 기능
• 차량 제어 유닛(VCU)의 종류
• 차량 제어 유닛(VCU)의 제조사별 명칭
• 차량 제어 유닛(VCU) 관련 약어
• 차량 제어 유닛(VCU) 고장 증상
• 차량 제어 유닛(VCU) 수리 비용
• 마치며

 

차량 제어 유닛(VCU)

차량 제어 유닛(VCU)은 앞서 말씀드린 대로 전기차 내 각종 전자 제어 장치들 (BMS, MCU, OBC 등)을 통합적으로 제어하고 조율하는 상위 제어 장치라고 생각하시면 됩니다. VCU는 모터 제어기(MCU), 배터리 관리 시스템(BMS), 공조 시스템, 충전 시스템, 기타 전장 부품 등 차량 내 여러 시스템과 통신하고 이들을 유기적으로 제어하여 운전자의 의도에 맞는 최적의 주행 성능, 효율, 안전 기능을 구현하죠.

차량 제어 유닛은 차량의 전면부 인버터 근처 또는 전원 분배 장치 상단에 별도의 모듈로 위치하거나, 통합형 인버터 또는 PE 시스템 내부에 내장되기도 합니다.

차량 제어 유닛은 센서 데이터, 운전자의 입력, 고장 상태 등을 실시간으로 수집하여 각 제어기에 명령을 전송합니다. 예를 들어 운전자가 액셀을 밟으면 차량 제어 유닛이 해당 정보를 받아 모터 제어기에 토크 명령을 보내고, 동시에 배터리 관리 시스템에 전력 공급을 지시하는 것이죠.

 

차량 제어 유닛(VCU)의 기능

• 상위 제어 로직 수행 - BMS, MCU, OBC, HVAC(공조) 등 하위 제어기와의 통신 및 명령 분배합니다.
• 안전 상태 감시 - 절연 상태, 충돌 감시, 온도 초과 등의 긴급 상황을 판단하여 제한 명령을 수행합니다.
• 드라이브 모드 조절 - 에코, 노멀, 스포츠 같은 모드 주행 특성을 설정 합니다.
• 파워트레인 협조 제어 - 회생제동, 출력 제어 등 고효율 주행을 제어합니다.

 

차량 제어 유닛(VCU)의 종류

차량 제어 유닛(VCU)은 명확하게 몇 가지 종류로 나누기는 어렵습니다. 다만 이해하는데 도움이 되는 관점에 따라서 이야기해 보겠습니다.

 

기능적 범위 및 복잡성

• 기본 VCU - 구동 제어(모터 토크/속도 지령), 회생 제동 제어, 기본적인 차량 상태 감지 및 모니터링 등 필수적인 구동 관련 기능에 집중합니다.
• 고급/통합 VC - 기본 기능 외에 에너지 관리 최적화(VCU-BMS-충전기 연동), 열 관리 제어, 주행 모드 관리(에코, 스포츠 등), 안전 기능 연동(ABS, ESC 등), 심지어 자율주행/ADAS 기능과의 일부 연동까지 포함하는 등 더 광범위하고 복잡한 제어를 수행합니다. 최근에는 모터 제어기, OBC, LDC 등을 하드웨어적으로 통합한 통합 전력 제어 장치(EPCU) 내에 VCU 기능의 일부 또는 전체가 포함되기도 합니다.

하드웨어 및 소프트웨어 구성

• VCU는 고성능 마이크로컨트롤러(MCU)나 디지털 신호 프로세서(DSP)를 기반으로 설계됩니다. 사용되는 프로세서의 성능, 메모리 용량, 통신 인터페이스(CAN, LIN, 이더넷 등)의 종류 및 개수에 따라 VCU의 처리 능력과 확장성이 달라집니다.
• 소프트웨어 측면에서는 실시간 운영체제(RTOS) 위에서 다양한 제어 알고리즘(운전자 의도 해석, 토크 분배, 에너지 경로 결정 등)이 구동됩니다. 최근에는 모델 기반 설계(Model-Based Design) 방식이 VCU 소프트웨어 개발에 널리 활용됩니다.

통합

• 독립형 VCU - 구동 모터 제어기, BMS 등 다른 주요 제어기들과 별도의 하드웨어로 존재하며 통신으로 연동됩니다.
• 통합형 VCU (일부 기능 또는 전체 기능 통합) - 통합 전력 제어 장치(EPCU)처럼 모터 제어기나 충전 시스템 등과 하드웨어적으로 통합된 형태로 구현될 수 있습니다.

 

차량 제어 유닛(VCU)의 제조사별 명칭

제조사	통합 모듈	구성
현대/기아	PE 시스템	모터, 인버터, 감속기, VCU 통합
테슬라	Drive Unit + VCU	VCU 별도 탑재 또는 차량 중앙 제어기에서 처리
BMW	eDrive 시스템	모터, 인버터, 기어, 제어기 포함
GM	Global BECM + VCU	배터리 제어기와 차량 제어 유닛 통합 가능
르노	VCU 단독 또는 PEB 통합형	VCU를 별도 탑재하거나 Power Electronics Box와 통합

최근 전기차 대부분은 VCU(Vehicle Control Unit)를 별도 독립형으로 두기보다는, 다른 주요 전장 시스템과 통합하는 형태로 진화하고 있습니다.

 

차량 제어 유닛(VCU) 관련 약어

약자	풀네임	한국어
VCU	Vehicle Control Unit	차량 제어 유닛
BMS	Battery Management System	배터리 관리 시스템
MCU	Motor Control Unit	모터 제어 유닛
OBC	On-Board Charger	차량 탑재형 충전기
HVAC	Heating, Ventilation and A/C	공조 시스템
ECU	Electronic Control Unit	전자 제어 장치

 

차량 제어 유닛(VCU) 고장 증상

• 주행 불능 - 시스템 전반 통신 오류 발생으로 주행이 불가능해지거나, VCU 신호 누락으로 인해 인버터 작동 불가능
• 계기판 경고등 점등 - 파워트레인 통신 불일치로 발생
• 충전 불가 - VCU와 BMS 간 CAN신호(자동차에서 데이터를 주고받기 위해 사용하는 통신 신호, Controller Area Network) 통신 오류 발생
• 회생제동 미작동 - 제어 명령 미전달로 인한 회생제동 로식 실행 실패

 

차량 제어 유닛(VCU) 수리 비용

고장 증상	예상 원인	수리 방법	수리 비용
주행 불능	VCU 회로 손상 또는 통신 오류	제어기 점검 및 교체	50만 ~ 120만
충전 기능 미작동	VCU-BMS 간 통신 장애	배선 점검 또는 VCU 교체	40만 ~ 90만
주행모드 전환 불가	내부 프로그램 오류 또는 스위치 입력 무반응	VCU 펌웨어 재설정 또는 교체	30만 ~ 100만
VCU 내장형 (모듈 교체)	PE 시스템 또는 인버터 통합형인 경우	전체 모듈 교체 필요	250만 ~ 400만 (부품+공임 포함)

 

마치며

VCU는 전기차의 ECU라고 볼 수 있는 핵심적인 부품입니다. 차량의 모든 시스템을 관리하는 부품이죠. 최근 차량들은 VCU를 인버터나 PE시스템에 통합하는 추세여서 단순 수리보다는 모듈 전체 교체가 요구될 수 있습니다. 그렇게 되면 큰 금액의 수리비가 나갈 수도 있죠. 따라서 항상 예방 정비가 가장 중요합니다. 평소의 약간 신경쓰는 것이 나중에 큰 사고를 막을 수 있듯이 차량도 평소의 관리가 중요하니 평소에 조금씩만 신경써 주시면 좋을 것 같습니다.

 

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