이야기
12V 배터리 시스템 정말 비효율적이지 않나요?
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고급 고출력 스피커가 많이 들어가 1 kW 넘는 전력을 스피커로 쓰는 차들이 있죠. 이번에 출시되는 GV90 에도 최대 25개 까지 스피커가 들어간다고 합니다. 전력 엄청 먹을 거에요
이걸 12볼트 배터리로 돌린다는게 얼마나 얼토당토 없는 이야기 인가요. 1.2 kW 소비한다고 해도 100 암페어 입니다. 가정에서 대표적으로 전력 많이 먹는 전기기구인 전자렌지도 겨우 4에서 6암페어 먹어요. 전열식 건조기가 그나마 많이 먹는데 그래봐야 10 암페어 입니다.
스피커 시스템 하나로만 10배가 훌쩍 넘는 전류를 자동차라는 협소한 공간에서 쓰니, (다른 수많은 전장 포함하면 훨씬 더 클 전류량) 당연히 전선도 두꺼워야 하고 그래도 발열로 에너지 손실 많이 날겁니다. 구리선 재료값도 많이 들고요.
전장 배선도 엄청 길어요. 내연기관 차는 5km 에 달하고 전기차는 많이 줄이긴 했는데 그래도 2km 에 달합니다. 집에서 쓰는 전기 기구 중에 선 길이 10미터 넘는 것도 거의 없잖아요. 그거의 500배에 달하는 전선 길이에 10배 20배는 큰 전류를 흘리는 이 비효율이란...
48볼트로 바꾼다 이런 말은 들은지 10년은 된 느낌인데 대체 왜 이렇게 전환이 느린건지 모르겠어요. 아무리 첨단 자동차라고 나와도 내부가 12볼트라고 하면 대체 아직까지 왜 저래 이런 생각이 듭니다.
댓글 52
그래도 언젠가는 48V 100% 시대는 오지 않을까요..
배선길이나 무게만봐도 개이득인데.ㅡ
싸이버트럭이 대단한 차긴 하네요. 이 방식이 빨리 번지길..
48v 전장 시스템은 이미 20년전에 다 만들어졌답니다.
의미없는 논문이 아니라 실물 부품까지 준비했었다는 의미랍니다. 그리고 그 일부가 오래전부터 마일드하브에 사용되고 있답니다. 48 이전에 이미 대형 화물차는 24v 전장입니다.
타 레거시 업체들을 보면 훨씬 더 느립니다. 아예 너무 보수적으로 계획도 없는 곳이 대다수죠. 기존 협력업체들과 공급망들을 다 뒤엎어야 하니까 이게 쉽지 않습니다. 현대가 가장 빠릅니다. 그리고 배선 쪽이 본문 내용 처럼 경량화나 전력효율에 이득인데 지금 GV90에 무선 BMS 적용으로 고급시트와 내장재만 해도 무게가 어마어마한걸 좀 줄여놨죠. 48V로 가면서 전선 두께와 길이를 또 줄여 감량 할겁니다.
기존 BMS들도 데이지체인 방식을 쓰기 때문에 내부 배선 무게는 그게 그겁니다.
BMS와 팩 내부의 케이블이 보통 50kg 쓰인다고 합니다만 보통 말하는 BMS와 셀간의 통신 케이블만 친다해도 50kg까지는 안되더라고 꽤많이 감량 됩니다. 괜히 무선 BMS 쓸려고 하는게 아니죠. 보통 팩 내부 케이블 겉어낼수 있은거 다 겉어내면 BSA자체의 무게를 최대 90kg까지 감량 가능하다 하죠.
BMS 통신은 4가닥으로 끝나고 그마저도 케이블이 아니라 FPCB에 회로와 배선까지 실장해서 무게가 거의 없습니다. 그리고 그게 배터리에 직접 접속됩니다. 팩 내부의 케이블은 BMS용이 아니라 퓨즈나 릴레이등의 전력소자용이고 버스바도 이전의 금속바가 아니라 플렉서블타입으로 경량화 되어 있죠. 무선 BMS는 이미 10년도 더 전에 검토되었고 양산까지 가능했지만 널리 사용되지 못한 이유가 있었답니다. 뭐 근본적인 이유는 아직도 자동차에 수많은 전선을 사용하는 이유와 크게 다르지 않죠.
그래서 BMS에서 셀, 모듈 단위의 통신배선뿐만 아니라 외 연관된 구리 배선을 다 포함한다했습니다만, 무게가 꽤 됩니다. 이 연관된 접점과 단자들 최대한 다 없앨수 있는것 다 없애면 BSA가 최대 90kg 더 가벼워진다는거구요. 단순히 일반 전기자전거나 초소형 전기차 생각하시면 안됩니다.
내가 그렇게 하고 싶다고 남들도 다 그러는건 아니라서
만드는 효율 생각하면 지금 방식이 더 싸고 편하긴 할겁니다
근데 이게 25년전에 들은 이야기에요ㅎㅎ
25년전에도 고민하던걸 아직도 못한다는건 그만큼 어려운일이라는거겠죠
어직도 레거시 시스템을 다 안고가는 윈도우처럼 말이죠ㅎㅎ
아뇨. 20년전에 이미 전장은 다 가능한 상태였습니다. 하지만 가능한 것과 실제로 바꾸는 건 하늘과 땅 차이죠.
초고급 고출력 오디오를 장착하는 차량의 비율이 몇퍼센트일지를 생각해보면 답이 나온다고 봅니다.
일반차량들에서 12V가 문제가 된다면 벌써 48V 체제로 넘어갔겠죠.
오디오가 1kw, 2kw씩 먹는다지만 사실 이 정도 먹는 장치가 적진 않습니다.
스타터모터, 에어컨, 조향시스템 등은 거의 모든 차량에 들어가 있는데,
에어컨은 2kw, 스타터모터 같은건 3kw씩 먹기도 합니다.
그리고 스타터모터는 잠깐 돌아가고 마는겁니다.
6V 시스템에서 전장부품이 늘면서 12V로 변경되었는데, 12V를 그대로 유지한 이유중 하나는 인체 안정성과 효율성때문이라고 책에서 본적이 있네요. 기술 발전으로 인해 이제 48V 까지 왔는데 그것도 결국 환경규제로 인해 MHEV를 위한것이었죠. 실제로 지금도 MHEV는 48V 시스템으로 돌아가고 있구요. 어떤 저널에서 읽길.. 유사시 인체 데미지를 고려할때 48V가 최선이었다는 글을 본깅거이 있네요. 산업자체가 12V 체제로 이어저온지도 70여년.. 48V 시스템으로 전체적으로 넘어가는데는 다소 시간이 걸리지 않을가 합니다. 무엇보다 레거시 기업들은 그런 안전적인 부분에서의 RISK를 굳이 안고 가고 싶을리 없으니까요.
수백 볼트의 전압이 필요한 진공관 시절이 지나가고 다이오드와 트랜지스터의 발명으로 인해 12V 전압도 꽤 높은 편이라 고도로 발전되는 전자 산업과 잘 맞물린 시점으로 지금봐도 매우 적절한 전압이라,
현제도 반도체가 쩔어 있는 컴퓨터 산업에서 멀쩡히 잘 쓰는 이유같습니다.
그리고 90년대의 오락실의 게임기를 뜯어보면 12V를 만들어주는 대형 파워 서플라이가 들어 있는데 대형 브라운관과 사람 몸통만한 대형 게임기 기판의 전력을 공급해주었죠.
테슬라는 차종이 적고 이미 아키텍쳐 자체가 48V 전환이 더 쉬운 환경이죠. 그리고 마일드 하이브리드는 48V를 오래전부터 많은 레거시 업체들이 해왔습니다. 지금 말하는 48V는 아예 차량 시스템 아키텍쳐 전반을 말하는겁니다.
그리고 21세기 들어서 프로퍼셔널 오디오 앰프의 혁신은 PWM제어 기술의 D클래스 디지털 앰프같습니다.
프로퍼셔널 4kW짜리 앰프가 넓은 공간에서 엄청난 소리를 내줄때 실제 전력 측정기에 꼽아도 고작 370W 수준이라 최신 기술의 능력은 정말 대단하다 느껴질 정도였습니다.
매우 저렴한 앰프지만 25년전 과거 8배나 더 비싼 프로퍼셔널 앰프의 명품인 미국 크라운 MA3600 보다 헐씬 사운드질도 우수하여 범상치 않은 앰프라 생각했는데 실제 전력 소모를 보니 기술 발전은 정말 대단하다 느껴졌습니다.
물론 앰프 내부에는 D형 건전지만한 커다란 콘덴서가 1체널당 4개씩 박혀 있고 당연히 쿨링팬도 달려 있죠.
스피커의 출력과 소비전력의 차이죠.
더욱 다행스러운점은 인간은 너무 높은 음압에는 노출되면 음향 스트레스를 심각하게 받기에 오늘날의 상향 평준화된 오디오 시스템은 매우 합리적으로 잘 만들어진 것 같습니다.
음향출력 10W는 생각보다 어마어마한 소리이고 청력손상을 걱정해야 하는 수준인데 1200W짜리 스피커시스템 만들어봐야 그거 제대로 쓰지도 못하죠. ㅎㅎ
이걸 넘어가면 안전 관련 스펙이 빡세게 들어갑니다.
아마 한동안48v가 한계일거예요.
그리고 배터리는 비상 보조일 뿐이라 알터네이터가 고생하는 거지 배터리는 평안합니다.
48볼트로 바꾸면 이 낭비되는 전력은 1/16로 떨어지죠. 밑 댓글에 다시 정리해서 적었습니다.
동일 전력을 사용할 때 48볼트 시스템은 전류를 1/4 만 씁니다. 그러면 전선에서 낭비되는 에너지는 P=IV = I^2 R (R은 전선의 저항) 이니까, 전선에서 낭비되는 에너지는 1/16로 줄어드는 거죠. 자동차 내부 배선이 5 킬로미터나 되니까 저 전류 저항 R 값도 꽤 될 것 같습니다.
전기차라면 더욱 에너지 효율이 중요하니 조속히 48볼트로 가야 해요.
다행히도 연결된 전선은 직렬이 아닌 병렬로 연결되어 있어 전선의 전력 손실은 무시할 수준으로 이를 만든 사람들 바보가 아닙니다.
일반적인 전기 용접기도 전압이 10V 내외 수준으로 안전에 최우선을 할정도로 사람들은 매우 합리적으로 생각하죠.
내연기관 차에선 저정도는 참고 지낼 정도인 것 같은데 전기차는 48볼트 시스템이 확실히 에너지 관리에 유리하겠어요. 그냥 앉아만 있어도 250와트 씩 낭비되는 걸 줄일 수 있으니까요
휘발유 60리터의 에너지량이 무려 580kWh나 되는 엄청난 사기템임이라 그정도면 한줌의 에너지밖에 안 됩니다.
그리고 이젠 휘발유차는 그만 타고 싶어요
실리콘 반도체 소자의 특성과 교묘하게 맞물린 전압이라 48V로 꾸며도 대부분의 전장품 작동에는 전압을 다시 12V까지 크게 낮춰야되는 딜레마가 있기에 적당한 선에서 타협이 될 듯 합니다.
이는 우리가 일상에서 쓰는 교류 전압도 100 ~ 240V내에서 120년이나 멀쩡히 잘 쓰는 것 보면 자연의 물리적 법칙에 맞춰 적당히 타협하는 수준이 되는 것 같습니다.
나눠서보면 각각의 전선의 길이는 그만큼 길지 않아서 낭비가 생각보다 적지 않을까요?
차 길이가 5m 정도니 아무리 돌아가도 각각 전선의 최대 길이는 10m 안쪽일거 같은데 말이죠.
아..어쨌든 전선의 총 길이는 5km 이니 여기서 낭비되는 전기는 똑같으려나요?
옴의 법칙으로 kW급 소비전력을 12V 대응하려면 전류가 과도하게 커져서 도체단면적도 무시못하게 커져야한다(비용상승 및 무게 증가) 이게 핵심입니다.
엄청난 진동과 변화 무쌍한 온도의 환경에 노출된 기존의 자동차의 하넥스가 침수 피해만 입지 않으면 20년은 거뜬히 버티는 것 보면 전선 굵기를 괜히 줄였다가는 내구성 문제로 더 큰 재앙이 일어나니 굳지 드라마틱하게 줄이지는 않을 듯 합니다.
그리고 자동차 전선을 확인해 보면 대전력이 필요한 곳이나 굵은 선을 쓰지 일반적인 전장 회로선은 그리 굵지 않고 대신 플라스틱 관으로 일일이 잘 씌워놨죠.
그나저나 오랜만에 댓글 봐서 반갑습니다. 앵주리님 덕에 한국 자동차 문화가 개선된 점이 분명 있을 겁니다. 안전에 대한 많은 경각심을 불러일으키셨어요.
이미 답은 정해져 있는 것 같군요.
그리고 번호판등이나 트렁크 전구등도 전부 전선이 들어가니까요. 그건 48V 해도 그닥 이득이
100A 를 사용하는 장치는 오디오 말고도 몇개더 있습니다. 가능하면 최대한 와이어 길이를 짧게 가져가려합니다만..어쨋든 비효율적인건 맞습니다. 근데 바꾸는게 쉽지않습니다.
전기쪽 계통에 일하시는지 모르겠으나 그쪽에서 보면 쉬워보일지 몰라도 자동차로 와보세요...뭐가 걸리는게 그리많은지..독단적으로 추진하기 어려워하고있습니다. 그리 잘 아시면 자동차 업계로 이직하시어 어디빨리 전환에 이바지해주시기 바랍니다.
그리고 48v하브 얘기는 왜 나온건지 모르겠으나 현기도 48v하브 차 잘 팔고있으며 아키텍쳐를 48v로 바꾸는거랑 48v 하브랑은 전혀 관련이없으니 그건했는데 이건왜 안되고있지? 라는 생각은 그냥 넣어놓으세요
48볼트 테슬라는 싸이버트럭에서 해내던데, 다른 회사들도 빨리 따라가길 바랍니다. 하기야 테슬라도 아직 싸이버트럭 한 대지만요
48볼트 하이브리드 차량은 내부 전장도 48볼트를 쓴다고 생각했는데 그게 아닌가보군요? 그럼 48이란 숫자는 그냥 순전히 우연의 일치였던 건지... 헷갈리네요
아무튼 고생 많으십니다. 전 자동차 산업이 에너지 효율적으로 발전하길 바라는 마음이고 종사하는 분들을 응원합니다.