아이오닉 일렉트릭 블랙박스, 하이패스 ECM 룸미러, 스마트폰 거치대 외 옵션 설치하기


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아이오닉 일렉트릭 풀옵션 사양은, 국산차 4000만원 이상 차량, 수입차 6000만원 이상차량의 풀옵션 사양의 옵션들을 모두 장착하고 있습니다.

다만 아래의 옵션들이 빠져 있습니다.

. 레인센싱 와이퍼: 현대차는 그랜져 풀옵션 이상에서만 채용되어 있습니다.
. 올어라운드뷰 카메라: 후방카메라만 지원합니다만 차량이 컴팩트하여 올어라운드뷰카메라까지는 필요성을 못느끼겠습니다.

. ECM 룸미러: 모닝 이상 중상급 옵션에서 기본 포함되어 있는데 아이오닉EV에만 ECM 룸미러가 없고, 옵션도 없습니다.
. 하이패스: 하이패스 트랜스미터도 아이오닉EV에서는 옵션이 없습니다.

레인센싱 와이퍼는 팩토리 옵션이 아얘 없기에 추가 장착이 불가능하고요,

ECM룸미러/하이패스는 현대의 다른 차종의 순정 부품을 구입해서 설치하면 됩니다.

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저의 아이오닉EV의 경우 블루링크 옵션이 장착된 차량이므로, 현대(모비스) 순정 “블루링크 ECM 하이패스 룸미러”를 구해 설치하면 되며, 옥션 등에서 검색해 보면 여러 판매업체가 있습니다.

가격은 13~15만원대로 비싸지 않으며, 하이패스 등록을 판매자가 해서 배송해 주기도 합니다. 등록이 안된채로 룸미러가 배송될 경우엔 현대블루핸즈에 방문하여 하이패스 등록을 해야 합니다. (공임1만5천원)

장착은, 신형 브라켓(LF소나타 이상 호환용) 제품이면, 간단하게 jack to jack 으로 TORX 나사 하나만 풀면 탈착/교체가 가능합니다.

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장착된 ECM 하이패스 룸미러. 블루링크 버튼까지 모든 버튼 정상 작동합니다.

[블랙박스 설치하기]
시중에 수많은 블랙박스 제품들이 출시되어 있지만, 선택이 쉽지 않습니다.
작동 안정성과 내구성이 높은 신뢰할 만한 제품이 매우 드믈기 때문입니다.
요구사항
. 1ch, FHD 사양
. WIFI 지원
의 조건을 만족하는 제품 중 가격과 디자인, 제조사 신뢰성 등을 고려해서 선택한 제품은 대만 트랜센드사의 DP200 모델입니다.
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블랙박스의 작동 특성상 메모리 쓰기 오류가 대단히 빈번하기에 아무래도 메모리 전문업체가 좀 나을 것 같다고 생각했고, 상시작동, 2채널, GPS 등의 기능은 저는 불필요하거나 단점이 많아 사용하지 않는 기능이라고 봤기에 이 조건을 만족하는 제품 2~3종 중 DP200 모델을 선택했습니다.

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추가로 제품에서 기본 제공되는 시가잭 miniUSB전원케이블을 사용하지 않고, 아마존에서 휴즈박스 연결용 케이블을 따로 구입하여 매립설치하였습니다.
블랙박스의 화질 깨끗하고, WIFI연결이 쉬워 녹화영상을 스마트폰으로 옮기기 쉽습니다.
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단점은, 아이오닉의 룸미러 뒷편이 LKAS카메라 등의 센서하우징이 자리를 크게 자리잡고 있어 적절한 설치위치를 잡기가 쉽지 않습니다.

아이오닉에 설치하기 적절한 사양과 스팩의 다른 블랙박스 제품으로는 아래 두 제품 정도가 좋을 것 같습니다.
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[스마트폰 거치대]
아이오닉에는 스마트폰 무선 충전기능이 제공되고 있습니다.
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위와 같이, 갤럭시 노트 정도 사이즈의 스마트폰을 거치대 포켓에 넣어주면 1A급으로 자동 무선 충전이 됩니다. 또한 시동을 끄고 운전석 문을 열었는데, 휴대폰이 충전기 위에 있을 경우, “휴대폰을 놓고내리셨습니다”라고 음성 경고안내를 해 주어 건망증 있는 드라이버에게 편리합니다.

다만, 단점은, 무선 충전시 운전석에서 휴대폰 화면을 볼 수 없다는 점 입니다. 아마도 안전을 위해 일부러 이렇게 제작한 것 같습니다.

티맵 등을 사용해야 하기에 추가로 스마트폰 거치대가 필요합니다.
가장 좋은 스마트폰 거치대는 Brodit 거치대 입니다만, 아직 아이오닉용 Brodit 거치대가 출시되지 않았습니다.

아이오닉에서 스마트폰을 적절하게 거치할 수 있는 유일한 위치는 중앙 왼쪽 송풍구이므로 송풍구 거치대가 필요합니다.
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가장 심플하고 완성도 높은 송풍구용 거치대는 KENU 거치대로 보입니다만, 아이오닉의 경우 송풍구 위쪽 대시보드 커버가 튀어나와 있어 스마트폰을 적절한 각도로 잡아줄 수가 없습니다.

최종선택한 제품은 iOTTiE 거치대로서, 송풍구에서 1인치정도 앞쪽으로 튀어나오게 설치되어 스마트폰을 걸림 없이 적당한 각도로 설치할 수 있습니다.
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설치 후 운전석에서 볼 때 스마트폰과 대시 스크린 등을 가까스로 안가리는 위치에 적절히 거치가 됩니다.

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스마트폰 충전용 시거잭 USB 충전기는 QuickCharge 3.0 을 지원하는 Tronsmart 제품으로 했습니다.

이것으로 아이오닉EV를 제대로 타기 위한 추가 옵션 설치를 마쳤습니다. 이제 편안하게 즐기기만 하면 됩니다~

아이오닉EV의 업그레이드를 위한 마지막 한가지 남은 작업은 12V SLA 배터리의 업그레이드 입니다.
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아이오닉EV는 리튬이온 배터리로 움직이는 전기차임에도 12V 납산배터리를 여전히 탑재하고 있습니다.
이 배터리가 대기전력과 주행중 12V 시스템의 전력공급을 하며, 이 배터리의 충전 전력은 메인 리튬이온 배터리에서 소모됩니다.
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위의 사진은 아이오닉EV의 주행중 12V 전력계통의 전압을 보여주는데, 13.8V는 SLA배터리의 Floating charge 전압으로서 주행용 메인 배터리가 지속적으로 12V SLA배터리의 충전전압을 공급하고 있음을 의미합니다.
이는 꽤 무시할 수 없는 비효율적 전력 낭비요소로서, 이 12V SLA배터리를 12.8V 리튬인산철 배터리로 바꿀 경우, 전력 사용 효율을 어느정도 개선시킬 수 있으며, 10kg 이상의 무게 감량 효과도 기대할 수 있습니다.

자동차 보조배터리와 알터네이터 충전 문제 #2


http://cafe.naver.com/vwtdi/258997 에서 자동차용 12V 배터리의 특성에 대해서 정리했었습니다.

이번엔 자동차에서의 배터리의 “충전문제”에 대해서 써보려고 합니다.

[알터네이터]
자동차의 엔진 힘으로 작동되는 발전기-Alternator(이하 “알터”)는,
1. 자동차 시동 배터리의 충전
2. 동시에, 자동차 전장품에 전력 공급
의 역할을 합니다.
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알터네이터는 승용차이면 통상 100A 전후한 일반적으로 충분한 용량의 제품이 장착되어 있으며, 엔진 RPM과 무관하게 전압과 공급전력이 조절되도록 되어 있습니다. 통상 알터네이터에서 공급되는 RAW전력은 3상 교류 전력이며, 이를 다시 13~14V DC 전력으로 변환하여 공급해 주게 됩니다.

알터네이터의 첫번째 존재이유는 “시동을 걸기 위한 배터리의 충전”이고, 배터리의 충전은 “충전 전압”과 가장 밀접한 관련이 있습니다.
떄문에, 알터네이터는, 차량의 배터리를 적절하게 충전시키기 위해 공급 전압을 조절하는데, 이러한 공급전압의 조절은 차량 제조사마다 조금씩 다릅니다.

[배터리의 충전 방법]
모든 종류의 2차전지(충전과 방전을 반복할 수 있는 전지)는 전지 자체의 공칭 전압보다 높은 전압을 배터리에 공급하여 줌으로서, 배터리가 충전되게 됩니다.
충전전압전류곡선
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위 그래프는 배터리를 최적의 조건으로 충전하기 위한 전압과 전류공급 그래프 입니다. (SLA 1cell 기준값이므로, 12V 배터리면 X6 한 수치로 보시면 됩니다)

위 그래프를 풀어 해석하면,
. 충전 초기 3~4시간 정도는 14V미만의 전압에서 정전류로 충전을 함 (대부분의 에너지가 충전되는 구간으로 60~80%이 전력이 충전됨)
. 이후 14.4~14.7V 정도의 전압으로 충전 전압을 올려 나머지 용량을 꽉 채워 완충시킴. 충전 전류량 감소됨. 5~9시간 소요. (Constant Voltage)
. 충전 전류량이 0.01C 수준으로 낮아져 완충되었다고 판단되면, 다시 충전 전압을 낮추어 완충상태를 유지시킴 (Float charge)

이렇게, 배터리를 최적의 상태로 완충시키기 위해서는 배터리 상태에 따라 배터리 알터네이터에서 전압을 조정해 주어야 합니다.

결과적으로 SLA배터리는 아래와 같은 두가지 충전 status가 있고, 장단점이 있습니다.

충전전압 13.8V ~ 14.1V (완속충전) 14.4V ~ 14.7V (급속충전)
장점 배터리 수명 최대화.
배터리 발열 최소화.
30도 이상의 기온에서 충전 가능.
빠른 충전 시간.
배터리 저장 전력의 최대화 가능.
극판 Sulfation 최소화.
단점 느린 충전시간.
총 저장용량이 낮아질 수 있음.
Equalizing 충전을 안할 경우, Sulfation 진행 가망성 높음.
배터리 손상, 가스 발생 가망성 있음.
물보충 필요.
높은 기온에서는 적합하지 않음.(오버차지 손상 가망성 높음)

통상 2차 전지는 충전전압이 높으면, 빠르게 충전되지만, 배터리 수명이 짧아질 수 있다는 단점이 있는데, SLA전지는 꼭 그렇지도 않고, 낮은 전압으로 천천히 충전시에도 내부에 Sulfation 발생확률이 오히려 높아, 좋지 않을 수 있다는 특정이 있습니다.

자동차 제조사에 따라서, 알터네이터의 전압 조정 알고리즘을 달리하여 장착된 시동용 배터리를 충전 제어합니다.

실제로는, 최근까지는 대부분의 차량의 알터네이터 전압 조정 알고리즘이 이렇게 섬세하지 않았고, 그냥 14.4V +-0.2V 정도로 정전압 상태를 유지시키는 단순한 경우가 대부분 이었습니다.

하지만, 2000년대 이후로 개발된 차량들은, 온도, 전압, 부하량, 메인배터리쪽 충전부하량 등을 추가로 감지하여 더 섬세하고, 안전하면서도 빠른 충전과 배터리도 보호할 수 있도록 상황에 따라 13.2V ~ 14.8V 까지  전압을 변화시킵니다.

[제조사마다 다른 알터네이터 전압 제어 알고리즘]

알터네이터의 제어 알고리즘은 제조사마다 다른데, 그 이유는 다음과 같습니다.
. 복잡하지 않고 단순한 구조 선호하는 경우: 항상 14.4V 정도로 전력 공급
. 온도에 따른 충전 전압 보상기능: 온도 측정 위치(실외기온, 배터리극판온도등)에 따라 다른 알고리즘 필요
. 느린 충전, 수명 극대화 선호(장착된 배터리 용량 여유 높고, 운행시간 많은 경우) 또는 빠른 충전 선호(잦은 시동, 낮은 기온 등)
. 알터네이터나 에어컨등으로 인한 에너지 낭비를 최소화 하기 위해 알터네이터 부하를 최소화 하는 알고리즘 적용 (최신차량, 하이브리드차량, Idle stop & Go 기능 탑재 차량)

대체로, 제조사에서는 OEM 장착된 배터리에 안전하게, 충전알고리즘을 최적화 시켜 놓았는데, 충전 알고리즘의 변화 없이, 시동배터리의 용량을 변화시키거나 종류(AGM, SLA, Flooded, LiFePO4등)를 변화시킬 경우, 경우에 따라 새로운 문제가 발생할 가망성이 있습니다.

또한, 벌크충전->CV충전->Float 충전 으로의 충전 status 변화시점은 메인 배터리의 전압과 충전전류량, 그리고 온도로 판단해야 하는데, 자동차 전장 시스템은 부하가 모두 연결이 되어 있어, 배터리의 전압과 충전 전류량 등을 파악하는 것이 쉽지 않다는 문제, 배터리 온도와 엔진룸 내부 온도가 항상 같은건 아니라는 등의 여러가지 변수들이 있습니다.

[최신 차량의 자동차 배터리 충전 알고리즘]
최근 출고되는 차량의 경우, 아래와 같은, 오랫만에 차량 배터리의 충전과 관련된 새로운 변화가 있었습니다.
. ISG(Idle Stop & Go)기능 탑재 차량: 정차시 전력사용, 잦은 시동기능, 더 큰 스타터 모터 용량 등의 변화로 인해, ISG 탑재 차량은 더 큰 배터리 용량, 더 성능 높은(AGM or GEL)배터리 채용을 하며, 이에 맞추어 충전 제어 알고리즘도 더 정교해 지고 있습니다.
. 연비향상을 위한 다이어트 극대화: 알터네이터도 공짜로 작동하는 것이 아니고 엔진에 부하를 주는 장치이기에 알터네이터 부하를 배터리의 충전에만 우선순위를 두어 최적화 하기 위해 알터네이터 부하를 최소화 하려는 경향이 있습니다.

 

[배터리와 보조배터리의 충전 문제]

. 자동차에 SLA나 LiFePO4 보조배터리를 장착하였는데, 보조배터리가 예상대로 완충이 되지 못하는 상황이 있을 수 있습니다.
. 이런 상황이 발생할 수 있는 상황 조건은 다음과 같습니다.

1.  메인배터리는 만충이 되었는데, 보조배터리는 완충되지 않은 상황
통상 위와 같은 경우, 대부분의 차량은 메인배터리와 보조배터리가 시동 후에는 연동되어 있기 때문에, 차량에서는 밸런싱 된 하나의 배터리 시스템으로 보고, 밸런싱 충전 전압 (14.4V 이상)을 공급하여 줍니다.

그런데, 신형 차량의 경우, 메인배터리의 완충상태를 확인하기 위한 전류센서를 메인배터리의 –단자쪽에 추가 장착하여, 차량의 전체 전력 사용량이 아닌 메인배터리의 충전전류량을 감지하여 이 충전 전류량이 약 1A 미만이면, 메인 배터리가 완충된 것으로 판단하고, 알터네이터의 전압을 Floating 충전전압(13.6~13.8V)으로 낮추어 공급하는 상황이 됩니다.

이렇게 되면, 보조배터리는 완충되지 못하였음에도, 덩달아 완충모드(충전시간 12시간 정도 소요)로만 충전전압이 공급되어 충전시간이 늦어지게 되며, 이런 상황이 발생할 조건은, 신차로서, 메인 배터리쪽 전류량 감지센싱을 하고, 메인배터리가 새것이어서 완충상태 유지가 쉽게 되는 경우 에 발생할 수 있습니다. 다르게 표현하면, “2010년 이후 출시된 신차로 출고된지 6개월 미만의 차량”인 경우 확률이 높습니다. 

2. 기온이 높거나, 엔진룸 기온이 높거나, 메인 배터리 온도가 높다고 판단되는 경우
차량의 온도센서를 실내, 실외(엔진룸 앞쪽)외에 배터리 단자쪽에도 장착하여 배터리 온도를 좀 더 정확하게 측정하는 경우가 있습니다. 온도가 높아짐에 따라 SLA배터리를 보호하기 위해 충전 전압을 낮춰 메인 배터리의 충전속도를 늦춰 메인배터리를 보호하기 위한 목적입니다. 그래서, 여름철 기온이 높거나(30도 전후), 오랜 주행으로 엔진룸 내부 온도가 높아진 경우 알터네이터는 배터리가 완충되지 않았더라도, 메인배터리의 보호를 위해서 배터리 충전 전압을 낮추게 되어, 메인배터리, 보조배터리 모두 빠르게 충전되지 못하는 상태가 되게 됩니다. (어쩔 수 없는 문제) 다만, 이런 경우, 반대로 겨울철엔 알터전압이 더 많이 올라가 겨울철에 배터리 충전속도가 더 빨라지게 됩니다.(14.8~15V)

 

[보조배터리가 급속충전되지 못하는 상황의 해결 방법]

리튬인산철이던 Pb SLA이던 차량에 Secondary로 장착된 보조배터리가 있을 경우, 급속충전되기 위한 조건은,
”14.4~14.8V 의 전압이 공급되어야 함”
입니다. 이보다 낮은 전압으로 전력이 공급될 때 보조배터리 충전시간이 10배 쯤 늦어지게 됩니다. 자동차 알터네이터에서 직접 공급되는 전력은 자동차에서 공급받을 수 있는 가장 품질이 좋은, 공급 전류량이 풍부한 전력이기에 최대한 알터네이터 공급 전력을 직접 받도록 구성하는 것이 좋습니다. 그런데, 어떤 이유에서든 알터네이터 공급 전압이 14V미만이면, 보조배터리는 급속충전이 될 수가 없습니다.

가장 근본적이고 전체적으로 효율적인 방법은, 알터네이터 전압제어 알고리즘과 센서를 조정하여 알터네이터 공급 전압을 14.4V 이상으로 높여주는 것이겠습니다만, 이는 차량 전체 MCU와도 연동되어 있고, 원래의 차량에 영량을 주지 않아야 한다는 보조배터리의 장착 취지에도 맞지 않습니다.

그래서, 차선책으로, 13~15V 정도의 차량 전원을 공급받아 전압을 14.6V 정도로 레귤레이션하여 보조배터리로 공급하여 주는 장치(DC충전기)를 보조배터리에 장착하면, 보조배터리가 급속충전되지 못하는 문제를 해결할 수 있습니다.

다만, 이 경우의 단점은, DC충전회로 자체의 전류량 용량이 제한적이고, 발열이 있어, 최상의 상태(알터네이터가 직접 14.6V로 보조배터리와 연동된 상태)에 비해서는 충전속도가 좀 느려질 수 있다는 단점이 있습니다.

실제 실험 결과는 다음과 같습니다.

환경:
KIA K3 2013년형 (2012년 12월 출고)
9A 12.8V LiFePO4 보조배터리 장착 환경

증상:
시동 후 전압이 13.7~9V 정도로 떨어지며, 이때문에 보조배터리가 급속충전되지 못함(6시간 주행 후에도 50% 정도만 충전됨)

해결:
7A 14.6V 출력 정전압 레귤레이터 회로 추가 장착으로 2시간 정도에 보조배터리 완충됨

단, 보조배터리의 급속충전이 되지 않는 문제가 있을때, 이와 같은 DC충전회로의 추가 장착이 무조건 권장되지는 않습니다. 차량의 알터 전압이 14.4V 이상 정도인 경우엔, 알터공급 전류가 훨씬 여유도가 높기에, DC충전기(7A)보다 더 많은 전류량으로 더 빠르게 추가 발열도 없이, 급속충전을 시킬 수 있기 때문입니다.

 

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K3의 경우, 메인배터리쪽의 전류량 센서로 차량 전체 전류량 부하가 아닌 메인 배터리만의 부하를 기준으로 알터네이터 전압을 조정하기 때문에, 메인배터리 상태가 신차상태로 팔팔하면, 보조배터리의 충전속도가 늦어지게 됩니다.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

미국산 LiFePO4 자동차 시동용 배터리 시험 – 분석기


자동차 시동용 배터리란?
자동차에 탑재되는 12V 납산 배터리를 보통 “시동용 배터리” 또는 auto starter SLA(Seald leadacid) battery 라고 부릅니다.

자동차 시동용 12V SLA 배터리의 요구되는 성능과 기능은 다음과 같습니다.
요구사항: 엔진 시동을 걸때 초기 전력 공급
=> 요구사항은 이게 다입니다. 시도을 건 이후에는 배터리 대신 엔진힘으로 돌아가는 발전기(Alternator)가 필요한 전력을 공급하기 때문입니다. 그러므로 자동차 시동용 배터리는 어떤 상황에서라도 시동만 걸 수 있다면, 제 역할을 다한 것입니다.
요구성능: 3초 이내로 200~300A 의 고전력 방전이 가능할 것
=> 엔진 시동을 걸기 위해서는 시동을 거는 2~3초의 짧은 시간 동안 200~300Amp.의 굉장히 많은 전력이 필요합니다.

이러한 요구사항을 만족시키기 위해서, 보통의 승용차에는 60~90A 급의 SLA배터리가 장착되어 있습니다.

지난번 캠핑카용 리튬인산철 배터리 테스트시 자동차용 SLA배터리를 대체할 수 있는 용도의 시동용 배터리 구입사진을 올렸었습니다.
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미국 Voltphreaks 사의 제품입니다. 미국 현지 판매가격 $1200 정도.. GT스포츠카용 튜닝아이템으로 소개되고 있습니다. BMW M3 같은 차종에 가장 많이 사용되나보네요.

제조사에서 얘기하는 이 제품의 Features 는 다음과 같습니다.
. Fit for most 6-cylinder engines,(Exige, most M3s and Porsches*) => 4~6기통 개솔린 엔진과 4기통 디젤 엔진에의 사용에 적합
. Weight, much lighter than a comparable lead-acid battery. => 기존 배터리에 대비한 가장 큰 장점. 15~20kg 정도의 무게 감량이 가능.
. Can be mounted in any orientation. => SLA배터리와 달리 배터리 내부에 액체가 없으므로 배터리를 뒤집어 설치해도 됩니다.
. Can be “deep cycled”, meaning fully discharged without damage to the battery, while being protected from over-discharged (for example, to 6 volts, etc). Because over-discharge can cause damage, has LVC (see below). => SLA배터리와 달리 방전보호회로가 장착되어 있어 딥사이클 방전 사용을 해도 배터리에 대미지를 입지 않습니다.
4. Has an LVC (low voltage cutoff) to prevent overdischarge. This turns off the battery before it is over-discharged to prevent damage to the battery. It can also allow you to still start your car in case the car is parked for an extremely long period (ex: 3+ weeks, etc) => 배터리 보호회로의 내장으로 방전손상에 보호되며, 3주 이상 시동을 안걸어 자연방전되더라도 다시 시동을 걸 수 있습니다.
5. Has full fault protection circuitry to protect your battery, preventing damage from overcharge and other faults. => 배터리에 손상을 줄 수 있는 여러가지 경우에 대비한 보호회로가 내장되어 있습니다.
6. Maintains higher voltage and charges more efficiently, less load on the alternator and more efficienct than a lead-acid. => 보다 빨리 충전되고 보다 높은 전압의 전력을 제공하며, 충전시에도 보다 적은 전력을 소모하는 등 SLA배터리에 비해 매우 효율적입니다.
7. Circuitry allows charging/discharging at high rates, compatible with car alternators (we are aware of only one possible incompatibility). => 매우 높은 충/방전 rate를 가지고 있어 차량엔진 시동이 가능합니다. (아직까지는, 포르쉐 GT2 만 호환성에 문제가 있습니다)
8. Remote on/off capable with optional harness, allowing battery to be turned off and turned on remotely (can be used in lieu of a battery disconnect switch if allowed). => 옵션 하네스로 배터리를 스위치로 켜거나 끌 수 있습니다.
9. True physical disconnect of battery via relay switch when battery is off. This allows battery to be used in parallel, multi-battery applications, and allows use of the remote pushbutton harness in lieu of an emergency disconnect. => 배터리 스위치를 Off 하는 것은 물리적으로 완전히 회로와 차단시키는 것입니다.
10. Circuitry designed in-house, and tested, proven, and continuously improved for over 4 years (many competitors outsource the circuit, or even leave out the management circuitry completely). => 4년 이상의 연구와 인하우스 회로개발 능력을 갖추고 있습니다.
11. Designed and manufactured in the USA. This gives complete control over design and manufacturing. => 개발, 생산 모두 미국 제조제품입니다.

LiFePO4 배터리를 자동차 메인 배터리로 적용시키기 위한 시제품은 이미 3~4개 가지고 있는데 이 제품을 추가로 구입한 이유는, 다름아닌 “보호회로” 때문이었습니다.

통상 리튬전지류는 납산배터리와 달리 고가여서 방전되었을 경우 손해가 클 수 있고, 리튬코발트전지의 경우엔 방전시 화재위험성도 있기 때문에 BMS라고 하는 과방전과 과충전을 막아주는 보호회로가 장착되어 있습니다. 그런데, 자동차 시동 용도의 배터리를 위한 BMS는 통상 100~500A 정도의 매우 큰 전류를 다룰 수 있는 회로여야 하기 때문에 시장에는 100A 이상의 BMS회로가 없습니다.

그래서 제가 제작하거나 입수한 자동차용 LiFePO4 배터리도 모두 BMS가 없는 제품들로서 과방전시(8V 미만) 배터리가 손상될 수 있습니다.

그런데, 이 Voltphreaks 사의 배터리는 최대 700A의 고방전이 가능하면서도 배터리 보호회로가 장착되어 있다고 강조하고 있습니다.
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배터리 스팩: 공칭용량 25Ah, CA(Cranking Amp) 700A, CCA(Cold Cranking Amp)310A 사양.(홈페이지엔 23Ah로 표기) 이정도의 사양은 일반 SLA배터리로 80~90A 급, 자동차용 고성능 납산배터리인 옵티마 배터리로 60A 급의 배터리와 비슷한 스팩인데, 무게는 5.25lbs 로서 1/8 정도밖에 되지 않습니다. 대단한 스팩이죠. 게다가 단돈? 150만원으로 차량 엔진룸의 무게를 15kg 정도 절감시킬 수가 있겠군용.. 15kg 무게 절감을 위한 비용치고는 저렴한 편이네요.. 이정도 무게를 절감하려면, 본넷 후드를 카본으로 교체하는 정도? 이러러면 몇백만원 들어가겠죠?

그런데, *주석이 달려있네요. 위 스팩은 납산배터리 용량으로 환산한 스팩이라는 설명이군용.

이런 설명이 필요햇던 이유는 뒤에 밝혀집니다.

자, 이제 도대체 BMS를 어떻게 만들었을까? 하는 궁금증을 풀기 위해 배터리의 개복수술을 통해 속을 까봅니다.
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어라?
아… 역시… 세상에 요술은 없군요… 내가 못하는거면, 남도 못하는 것이고요…

그래도 개복수술을 통해 3가지를 알게 되었습니다.
1. 이 미국산 제품에 사용된 배터리셀은 A123 시스템의 2.3A용량 LiFePO4 셀 20개가 사용되었네요. 배터리셀을 포함한 총 생산원가는 40만원을 넘지 못하겠네요. 그리고, 사용된 셀의 스팩으로 볼 때 이 배터리는 최대 345A 까지 방전시킬 수 있고, 순간적(5초미만)으로는 575A까지 방전시킬 수 있습니다. 그런데 스팩상엔 700A 라고 표시되어 있군용.. 조금 허풍이 들어간 듯.
2. 보호회로: 보호회로가 있긴 있으나, 생각보다 허접하군요. 100A급으로 보여지는 산업용 릴레이를 개조하고 잘라내고 테이핑하여 배터리 케이싱에 넣었네용. 이 보호회로가 300A 이상의 전류를 감당할 수 있을까? 좀 더 테스트해 보아야 할 것 같습니다.
3. 총 용량에 대한 트릭.. => 본 제품의 스팩에는 배터리용량이 23A 라고 되어 있습니다. 그런데, 어? 제품을 까서 사용된 배터리셀의 용량을 계산해 보니, 11.5A 밖에 안되네요.. 딱 50%.. 미국회사가 사기를 첬을까요?

아하.. 그래서 스팩아래에 주석으로 “lead-acid equivalent rating”라고 했던 것이군요..
애초에 납산배터리와 리튬인산철 배터리의 공칭용량은 측정방법이 달라 직접 비교가 어렵습니다. 그래서, 이 회사는 리튬인산철 배터리를 납산배터리의 테스팅방법(BCI 테스팅)으로 임의 테스트를 하여 “납산배터리 환산 용량”으로 용량을 표시했네요.

가령, 12V 납산배터리는 완충 후 공칭용량의 50%이상(12.1V미만 전압강하) 방전되면 배터리의 손상이 갑니다. 하지만 12.8V 리튬인산철 배터리는 12.1V 미만까지 방전되어도 배터리의 손상이 가지 않습니다. 그런 면에서 리튬인산철 배터리는 실 사용 가능 용량이 납산배터리의 2배라고 볼 수도 있는 것이고, 그래서 “납산배터리 환산용량”표시로서 리튬인산철 실용량의 2배로 용량을 표기한 것으로 보여집니다.

이 미국 제품의 벤치마킹을 통해 다음과 같은 배움이 있었습니다.
. LiFePO4 배터리로 Continues Discharge Rate 350A 급의 사양이면, SLA 배터리의 CA로 환산시 700A 급이라고 봐도 된다.
. LiFePO4 배터리로 방전능력 300A 이상 급의 사양이면, 4000cc 미만 개솔린 6기통과 2500cc 미만 디젤 4기통 차량의 시동용 배터리로 충분하다.
. 전기회로에서의 요술은 없다. 이 비싼 미국산 제품도 보호회로를 릴레이와 콘트롤보드로 구성했다.

마지막으로, 아래는 PORSHE 911 GT2 이상급에서 옵션으로 장착할 수 잇는 포르쉐 순정 LiFePO4 시동용 배터리 입니다. 가격이 무려 2500유로로 우리돈으로 400만원 정도 하네요. 그럼에도 불구하고 이런 옵션과 가격이 있는 이유는, 이 옵션의 적용으로 경감되는 약 20kg의 무게 경량화를 다른 방법으로 달성하려고 해도 1kg 당 20만원 이상의 비용이 소요되기 때문이겠지요..
porshe_batt
포르쉐는 배터리를 만들어도 이렇게 아름다운 모양으로 만드는군용~