자동차 전기 지식

자동차 전기 지식

※ 자동차의 유지비용을 줄이고 연비를 개선하려면 전기와 제어에 대한 기본지식이 필요 합니다.

Ⅰ. 자동차 전기

  1. 자동차 전기 종류

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

  나. 2차전기 : 1차전기에 의해 만들어지는 2차전기(5V)

  다. 전기신호 : 각센서에 의해 만들어지는 전기신호(아날로그, 디지털)

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

                

  2. 전기 생성 과정

 

배터리는 순수한 DC전기(직류)입니다.

그러나 같은 1처전기 이지만 알터네이터에서 만들어지는 전기는 AC(교류)를 DC로 바꾸어 배터리와 전기장치에 공급하므로 순수한 DC가 아니라 맥류(굴곡)가 섞여 있는 DC입니다.

그리고 2차전기인 5V는 1차전기를 이용하여 정전압회로에 의해 만들어집니다.

다음에 각 센서가 만들어 내는 전기신호는 아날로그 성분(파도와 같은 파형)이며 이들 신호들이 ECU에 들어가면 자동차를 통제하는 디지털성분(구형파)으로 변환됩니다.

Ⅱ. 배터리와 알터네이터 관계

  1. 전기의 성질

시동을 걸기 전에는 배터리가 라디오 미등 시가 자동도어 리모컨장치 등 여러 가지 전기장치에 전원(電源)역할을 하다가 시동이 걸리고 나면 전기의 원리에 의해 임무를 알터네이터에 자연스럽게 넘겨주고 배터리는 충전만합니다.

여기서 전기의 원리란 “DC전기부하는 높은 전압에 동작한다”는 전기성질 때문인데 만일에 알터네이터가 만들어내는 전압이 배터리전압보다 낮으면 알터네이터는 오히려 전기를 소비하는 부하(負荷)가 되어 버립니다. 

그래서 알터네이터가 망가져도 배터리가 방전이 다 될 때까지 운전자는 모르고 차를 운행하는 경우도 있습니다.

 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(過充電) 되고, 너무 낮으면 부족충전으로 배터리수명이 단축되기도 합니다.

 3. 배터리와 알터네이터 용량 계산

배터리용량은 V/AH로 표기하고, 알터네이터 용량은 V/A로 표기하는데 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 전압변동으로 충전부족과 과방전(過放電) 때문입니다. 따라서 전압변동으로 충전부족 현상이 생기는 것은 알터네이터 자체의 고장요인도 있겠지만 실제적으로는 다음과 같은 요인들 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 스스로방전(국부방전)을 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 제어기능을 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 해주어야함  

  2. 전기변화가 자동차성능에 미치는 기술적 분석 자동 창문 양측을 동시에 누르거나,

에어컨을 키거나 라이트를 켜게 되면 순간적으로 많은 전류가 필요로 합니다.

오디오의 경우도 소리(출력)를 높이면 그만큼 전기 공급을 많이 해주어야 합니다.

이를 산술적으로 풀어 설명하면 다음과 같습니다

   (기준 : 오디오 최대 출력이 60W인 앰프)

 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 됩니다.

즉 60W앰프(오디오장치)가 60W 출력을 내기 위해서는 알터네이터가 70.6W에 해당하는 전력을 오디오로 공급해주어야 한다는 것으로 오디오선에 공급되는 전류는 70.6W÷12V≒ 6A가 됩니다.

따라서 오디오가 최대출력을 내는데 소요되는 전류는 통상전류(5A)보다 1A가 더 필요로 합니다.

하지만 오디오 전원선 규격은 일정한데 전류가 증가하므로 선로에서 또 다른 손실(W=I²×R)이 생기므로 오디오출력은 생각보다 더 떨어지는 결과가 되는 것입니다

Ⅳ. 전기 관리 요령

 1. 배터리와 알터네이터 용량을 못 키우는 이유

배터리 용량을 키우려면 원칙적으로 알터네이터 용량도 키워야 합니다.

알터네이터는 배터리충전에 사용됨과 동시에 자동차 전기부하 전체에 전원으로 사용되므로 많은 전기부하가 알터네이터에 걸리는 것이지요.

전기선의 굵기도 바꾸어 주어야 하고요. (8게이지 이상)

그래서 알터네이터가 약하면 배터리 충전이 잘 안되므로 배터리수명이 쉽게 나빠 질 수가 있습니다.

또한 메이커가 배터리, 알터네이터 및 전기선로 등의 용량을 키우지 못하는 이유는 생산단가와 차 무게 때문입니다.

따라서 메이커가 자동차전기를 설계할 때는 최대(끝이 없음)가 아닌 최저선을 찾아 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 알터네이터 전압변동 요인이 되므로 주의하셔야 합니다.

Ⅴ. 결론

 아파트에서 옥상에서 누수가 생기면 1층 바닥까지 물이 스며들 듯이 전기는 거미줄처럼 얽혀 자동차 전체에 흘러 다니며 자동차의 여러 동작에 영향을 주기 때문에 기계처럼 어느 부품만 가지고 독립적으로 설명하기가 어렵습니다.

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

또한 하이브리자동차, 전기자동차 등은 전기와 제어기술이 자동차의 절대적 기술로 자리 매김하므로 전기․제어에 대한 기본적인 상식을 보유하셔야 지금의 자동차는 물론 앞으로의 신차 사용 시에도 많은 도움이 됩니다.