덴소가 곧 출시될 토요타와 스바루의 배터리 전기차를 위한 최신 핵심 전기부품을 자랑했다. 이 제품들은 토요타의 전기차가 더 멀리 가고, 더 빨리 충전하고, 배터리 사용을 최적화해 더 나은 성능을 제공하는 데 기여한다. 전류센서, ESU,  히트펌프 시스템, 방열시스템, e액슬 등이다.

글 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr





덴소가 최근 올 5월과 여름에 출시될 예정인 토요타와 스바루의 배터리 전기차 bZ4X와 솔테라(SOLTERRA)에 핵심 전기부품을 공급한다고 발표했다. 

이 제품들은 배터리 전기차(BEV)가 더 멀리 가고, 더 빨리 충전하고, 배터리 사용을 최적화하고, 더 나은 성능을 제공하는 데 기여한다. 여기에는 새롭게 개발한 ▶배터리 충방전 전류 흐름을 감지하는 전류센서 ▶배터리 충전, 전력 변환 및 배전기능을 통합한 ESU(Electricity Supply Unit) ▶공기에서 열을 추출해 차량 공조 시스템의 열원으로 사용하는 히트펌프 시스템 ▶bZ4X만을 위한, 승객 하체를 따뜻하게 해주는 방열 시스템(Radiant Heating System for bZ4X) 등이 포함된다.  
이 밖에 덴소는 이 모델들에 배터리 전압 및 온도를 모니터링하는 센서, 배터리 상태를 모니터링하는 ECU(Electronic Control Unit), 센서 정보를 결합해 에너지 흐름을 제어하는 BEV ECU, 블루넥서스(Blue Nexus)의 EV 구동모듈 e액슬에 사용되는 인버터 등을 공급한다. 


ESU  

BEV에서 배터리는 유일한 에너지원이다. 따라서 필요한 에너지 양을 최소화하고 생성된 모든 에너지를 사용하기 위해 이를 효율적으로 회수하는 것이 매우 중요하다. BEV 전체에서 에너지를 효율적으로 관리하기 위해 덴소는 차량 상태를 모니터링하고 에너지 사용을 효율적으로 제어하는 데 도움이 되는 기술들을 개발하고 있다.

덴소의 새로운 전류센서와 ESU는 차량의 에너지를 효율적으로 제어하기 위해 bZ4X 및 솔테라에 중요한 차량 정보를 제공한다. 덴소의 새로운 전류센서는 BEV에 사용되는 ±1,200 A 범위의 고전류를 취급하면서 크기는 종전과 비교해 40% 작다. IC를 완전히 재설계하고 코어 없는 새로운 구조를 만들어 이를 가능하게 했다. 마그네틱 코어는 제품의 크기를 늘리는 경향이 있는데, 새로운 구조는 이런 문제 없이 전류 흐름을 감지할 수 있게 한다. 이는 또한 ‘마그네틱 밸런스(magnetic balance)’라 불리는 새로운 검출 방법을 이용해 전류를 보다 정확하게 검출한다. 센서가 자화(magnetized)되면 정확한 전류 감지가 어려워지는데 새로운 방법은 센서가 덜 자화되도록 한다. 



역시 새롭게 개발한 ESU는 BEV에 필수적인 제품군을 배터리 충전, 전력 변환 및 배전기능을 갖춘 하나의 장치로 결합한다. 여기에는 배터리 충전을 제어하는 ECU, AC 배터리 충전기 및 토요타 인더스트리(Toyota Industries)가 개발한 DC/DC 컨버터가 함께 결합됐다. ESU는 크기와 중량을 줄이고 대용량 배터리를 가능케 해 전기 주행거리와 승객 공간을 확장한다. 또 급속충전 기능으로 배터리 충전시간을 단축한다.






히트펌프 

에너지의 효율적인 제어와 사용은 전기차를 더욱 실용적으로 만들 수 있다. bZ4X와 솔테라는 덴소의 새 고효율 히트펌프 시스템을 사용하는데, 이 시스템은 난방기능을 위해 공기에서 열을 효율적으로 추출할 뿐만 아니라 방열 시스템도 제공한다.

덴소에 따르면, 이 히트펌프 시스템은 BEV가 이동하는 동안 제상 기능을 활성화하는 세계 최초의 히트펌프 시스템이다. 겨울철에 히트펌프 시스템에 성에가 꼈을 때 작동해 BEV의 에너지 효율을 향상시킨다. 냉동 사이클을 작업 주기의 정밀한 제어와 MCV-e(Multi-flow Control Valve for ev)란 다기능 밸브로 리시버 사이클(receiver cycle)의 간단한 구조로 변환한다. 이는 일반적인 히트펌프 시스템에서 사용하는 어큐뮬레이터 사이클에 비해 부품 수를 획기적으로 줄이면서 히트펌프의 냉각성능을 향상시킨다. 

시스템은 MCV-e를 이용해 고온수 서킷, 저온수 서킷, 냉동사이클 간 열교환을 한다. 워터 서킷을 통합하는 이 단순화된 시스템은 품질을 보장하고 확장성을 향상시킨다. 또 고성능 소형 냉각기를 통해 배터리 쿨링 성능이 향상돼 배터리 수명을 연장할 수 있다. 배터리의 급격한 온도 상승은 배터리의 안정적인 에너지 출력을 보장하기 위해 억제된다. 고속 주행 시처럼 배터리 온도가 크게 변화하는 환경에서도 에너지가 효율적으로 소모된다.






방열난방 

방열난방 시스템은 난방이 되고 있을 때 전기 주행거리를 확장하는 데 도움이 된다. 히트펌프 시스템과 결합돼, 이 시스템은 매우 가열된 표면으로 해당 승객만 효율적으로 따뜻하게 해줘 필요 에너지를 줄인다. 히터 표면은 약 100°C 이상으로 가열될 수 있는 박막 구조로 무릎 부위를 빠르게 따뜻하게 만든다. 세계 최초의 히터 구조기술은 승객이 히터 표면에 닿는 순간 온도를 50°C 이하로 떨어뜨려 편안함과 안전성을 모두 만족한다. 박막 구조에는 탑승자 접촉을 감지하고 가열을 중지하는 접촉 센서가 내장돼 있어 승객이 장시간 히터를 만지더라도 안전을 보장할 수 있다. 





e액슬  

한편, 토요타-덴소-아이신의 합작사 블루 넥서스는 그들의 첫 번째 e액슬을 토요타 bZ4X를 통해 데뷔시켰다. 
e액슬은 모터, 인버터, 트랜스액슬을 통합한 구동모듈로, 블루 넥서스, 덴소, 아이신은 FWD 차량용 150 kW 액슬과 4WD 차량용 80 kW 액슬(프론트 및 리어)의 세 가지 모델을 공동 개발했다. 이들은 출력 밀도를 높여 우수한 동적 성능과 높은 토크를 달성했다. 축적된 시뮬레이션과 기술을 활용해 e액슬 내부 쿨링을 최적화하고, 열관리 기술을 적용했으며, 인버터 레이어를 위한 양면 냉각기술을 개선해 출력 밀도를 높였다. 나아가 모터의 최적 자기설계, 코일 엔드를 단축하는 접합기술, e액슬용 저점도 오일, 새로운 RC-IGBT와 같은 손실 감소기술을 통해 최고 수준의 전기 주행거리를 달성했다.

또 트랜스 액슬에 인버터를 내장한 구조, 소형화된 모터, 아웃풋 샤프트를 채택해 샤프트 간 거리를 단축하는 기술을 통해 e액슬을 대폭 소형화했다. 차량 프론트 전면에 장착되는 액슬은  세로 길이를 줄이고, 리어에 장착되는 액슬은 높이를 줄여 탑승객과 트렁크 공간을 확장할 수 있게 했다.



bZ4X의 섀시 

AEM_Automotive Electronics Magazine