자동차는 기계, 전기, 제어기술에 의해 만들어지고 여기에 연료와 공기가 들어가야 움직입니다.

엔진과 연료에 이상이 없어도 전기에 문제가 있으면 폭발과 연료 공급이 안되고 마지막으로 이들을 통제하는 제어기능이 불안정하면 차는 움직이지 못합니다.

자동차를 사람에 비유하면

* 기계분야 = 사람의 눈 코 귀 팔다리 가슴 등에 해당

* 전기분야 = 사람의 피와 핏줄(혈관)에 해당

* 제어분야 = 사람의 신경계통(말초신경,중추신경)

따라서 차 관리를 잘하여 연비를 개선하기 위해서는 전기와 제어에 대한 인식에 제고 되어야 하며, 특히 하이브리드자동차 전기자동차를 보유하시려면 전기와 제어에 대한 기본상식을 필히 알아두셔야 합니다.

Ⅰ. 자동차 전기

   1. 종류

     가. 1차전기 : 배터리전기(12V)와 알터네이터 전기 (14V~15V)

     나. 2차전기 : 1차전기에 의해 만들어지는 2차전기(5V)

     다. 전기신호 : 각센서에 의해 만들어지는 전기신호(아날로그신호, 디지털신호)

     라. 3차전기 : 전기장치들이 작동하면서 생기는 불필요한 전기로 간섭전기 또는 파생전기라고도 할 수 있음.

   2. 전기 생성 과정

      배터리는 순수한 DC전기(직류)입니다.

 그러나 알터네이터에서 만들어지는 전기는 AC(교류)를 DC로 바꾸어 배터리와 자동차운행에 사용되지만 순수한 DC가 아니라 맥류(굴곡)가 섞여 있는 DC입니다.

 그리고 ECU 및 수십개의 각종센서에 공급되는 5V는 1차전기(알터네이터, 배터리)를 이용하여 정전압회로에 의해 만들어집니다.

 다음에 각 센서는 ECU가 공급하는 5V에 의해 자동차를 통제시킬 제어신호(아날로그 성분)를 만들고 ECU는 이들 신호를 받아서 자동차를 통제하는 디지털신호(구형파)로 만들어 자동차를 통제합니다.

따라서 ECU는 사람의 뇌에 해당합니다.

 Ⅱ. 배터리와 알터네이터 관계

     1. 전기의 성질

        시동을 걸기 전에는 배터리가 라디오 미등 시가 자동도어 리모컨장치 등 여러 가지 전기장치에 전기를 공급하다가 시동이 걸리고 나면 전기원리에 의해 임무를 알터네이터에 자연스럽게 넘겨주고 배터리는 충전만합니다.

 여기서 전기원리란 “DC전기부하는 높은 전압에 동작한다”는 성질 때문인데 만일에 알터네이터전압이 배터리전압보다 낮으면 알터네이터는 오히려 전기를 소비하는 부하(負荷)가 되어 버립니다.

 그래서 알터네이터가 망가져도 배터리가 방전이 다 될 때까지 운전자는 모르고 차를 운행하는 경우가 생기는 것입니다.

     2. 전압을 보는 요령

       가. 배터리 전압

            시동이 걸리기 전에는 배터리전압은 12V정도 되어야 하고, 그리고 시동을 걸 동안에는 11V이하로 떨어지면 시동이 걸리기 어렵습니다.

 ※ 참고 : 배터리 전압은 2V/cell × 6개= 12V가 되며, 배터리의 방전종지전압 (방전해서는 안 되는 한계 전압)은 10.8V임

       나. 알터네이터 전압

            시동이 걸리고 나면 배터리전압은 14~15V(이론 13.5V~14.1V)로 나타나는데 이때 전압은 알터네이터 전압(배터리전압이 아님)이 되는 것입니다.

 ※ 이론 충전 전압 : 2V/cell× (1.125~1.175)× 6개 = 13.5V~14.1V 그래서 운행시에는 배터리는 충전만하고 운행에는 영향을 주지 못합니다.

 그렇기 때문에 알터네이터전압은 배터리전압보다 절대적으로 높아야 하는데 보통 14~15V(이론13.5V~14.1V)가 바람직 한 것입니다.

 ※ 그러나 알터네이터 전압이 너무 높으면 배터리가 과충전 되고, 너무 낮으면 충전부족으로 배터리수명이 단축되기도 합니다.

    3. 배터리와 알터네이터 용량 계산

        배터리용량은 V/AH로 표기하고, 알터네이터 용량은 V/A로 표기하지만 배터리용량과 알터네이터 용량은 합산되지 않습니다.

 * 예를 들어 12V/60AH란 말은 배터리단자에 12V/60A의 전기장치를 연결하여 배터리가 사용 가능한 용량을 시간(Hour)으로 표기한 것입니다.

그리고 알터네이터가 12V/100A라고 하는 것은 알터네이터가 발전을 하여 전기를 만들 수 있는 최대용량을 말하는 것입니다.

 그렇기 때문에 60AH와 100A는 뜻이 다르므로 합산하여 160A로 생각 하면 아니 됩니다.

   4. 배터리를 나쁘게 하는 요인

       배터리가 빨리 나빠지거나 제 기능을 잘 발휘하지 못하는 요인으로는 알터네이터의 전압변동과 과방전 때문입니다.

 따라서 전압변동이 생기는 것은 알터네이터 자체의 고장요인도 있겠지만 실제적으로는 다음과 같은 요인 때문입니다.

       - 엔진회전불안전으로 인한 전압 변동(충전부족)

       - 과도한 전기장치 추가 설치(충전부족)

       - 수시 또는 장시간 에어컨 사용(충전 부족)

       - 배터리 양단에 각종 연료절감장치나 전압안정장치 등으로 알터네이터의 전압 조절 기능을 방해하는 장치(충전 부족)

       - 라이트의 과도한 전력소모(충전 부족)

       - 기타 누전 접지불량 등으로 인한 전압 변동(과 방전)

      5. 배터리 관리요령

         가. 주기적인 시동 : 배터리는 사용하지 않아도 스스로방전을 하고 있습니다.

그러므로 새 배터리의 경우 통상 일주일에 1~2회 정도는 30여분정도 시동을 걸어주시고, 방전이 몇 번 된 배터리는 2~3회 정도 해주시면 좋습니다.

          나 부가장치 억제 : 배터리가 충전이 잘 되게 하기 위해서 알터네이터전압이 일정해야 하므로 알터네이터전압 안정에 영향을 주는 배터리단자에 여러가지 부가장치(연료절감기, 전압계, 시거짹을 통한 네비게이션, 기타 전기설비 등)들을 장착하는 것은 주의하셔야 합니다.

 이들이 경우에 따라서는 알터네이터전압을 조절하는 센서기능을 방해 할 수 있기 때문입니다.

 Ⅲ. 전기변화와 자동차 성능

     1. 전기가 약하면 생기는 현상

        가. 연비 힘 소음 배출가스에 영향을 줌

       나. 에어컨을 켜면 힘이 떨어지고, RPM이 흔들림

       다. 진동이 심해지고, 시동이 꺼짐

       라. 오디오 상태(음질, 음량)가 좋지 않음

       마. 노킹이 생기고 잡소리가 잘 생김

       바. 부품들의 수명이 단축되고 수리를 자주 해주어야 함

     2. 전기변화가 자동차성능에 미치는 기술적 분석

         자동 창문 양측을 동시에 누르거나, 에어컨을 키거나 라이트를 켜게 되면 순간적으로 많은 전류가 필요로 합니다.

 오디오의 경우 소리(출력)를 높여도 그만큼 전기 공급을 많이 해주어야 합니다.

 이 처럼 몇몇의 전기장치들은 전류를 많이 소모하므로 전압변동이 심해지는 요인이 됩니다.

 그래서 전기변화가 자동차에 얼마나 영향을 미치는 가를 오디오(최대 출력 60W)를 가지고 계수적으로 설명을 드리겠습니다.

* 예*

  60W(12V/5A)오디오가 제대로 출력을 내려면 공급 되어야할 전기용량은

   -  공급전력(Wo) × η(효율) = 오디오출력(W)

이 되므로 여기서 오디오효율이 85%(실제로 효율이 낮음)로 가정한다면

    - Wo × 0.85 = 60W

   ∴ Wo ≒ 70.6W가 공급되어야 합니다.

즉 60W의 앰프(오디오장치)가 최대 출력을 만들기 위해서는 알터네이터가 70.6W에 해당하는 전력을 공급 해주어야 하지만 오디오선에 흐르는 전류는 70.6W÷12V≒ 6A가 됩니다.

결론적으로 “효율을 감안하여 최대출력을 내는데 소요되는 전류는 통상전류 보다 항상 높아야(5A→6A)” 한다는 것입니다.

 결국 오디오 전원선 규격은 일정한데 전류가 증가하므로 선로에서 또 다른 손실(W=I²× R)이 생기므로 오디오출력은 생각보다 더 떨어지게 됩니다.

 Ⅳ. 전기 관리 요령

     1. 배터리와 알터네이터 설계 기준

        배터리 용량을 키우려면 원칙적으로 알터네이터 용량도 키워야 합니다.

 알터네이터전기는 배터리를 충전함과 동시에 여러 전기장치에 공급되어야 하므로 많은 량의 전기를 만들어 내어야 하기 때문입니다.

하지만 배터리, 알터네이터 및 전기선로 등의 용량을 키우지 못하는 이유는 연비, 생산단가 및 차 무게 때문입니다.

그러므로 전기분야를 설계할 때는 최대(끝이 없음)용량이 아닌 해당차가 운행에 지장이 없는 최저용량에 약간의 마진을 두고 설계한다고 생각하셔야 합니다.

    2. 전압을 안정시키는 요령

        정리를 하면 시동 전에는 배터리전압은 12V정도, 시동 후에는 14~15V정도가 바람직합니다.

 앞서의 용도나 기술적 관계를 보더라도 알터네이터 용량과 배터리용량을 키우는 것 보다 알터네이터 전압을 안정적으로 잘 만들어지도록 정비를 해주는 방법이 무엇보다 중요합니다.

또한 전압변동은 연비에도 직접적인 영향을 주며, 여러 가지 전기장치를 부착하여 사용하는 것은 알터네이터의 전압변동 요인이 되므로 주의하셔야 합니다.

Ⅴ. 결론

   옥상에서의 누수가 1층 바닥까지 스며들 듯이 전기와 제어는 부품과 달리 자동차 전체에 흘러 다니며 동작에 영향을 줍니다.

좋은 배터리란 충전이 잘되고 방전이 오래가는 것을 말하지만 배터리만이 좋아서는 절대로 능사가 아니라는 것입니다.

하이브리자동차, 전기자동차 등은 전기와 제어기술이 자동차의 주 기술로 자리 매김하고 있습니다.

이제는 전기 특히 제어에 대한 관심을 많이 가지면 연비개선은 물론 차의 수리비 경감과 수명을 연장하는 일석3조의 효과를 얻을 수 있음을 강조 드립니다.

 <제공=www.motorpower.co.kr>