차가운 4월 24일

48V 마일드 하이브리드 차량의 시스템 아키텍처 변경에 따른 연비 영향 분석에 관한 연구
- 홍익대학교 기계공학과

 12V 마이크로 하이브리드 차량은 가격이 저렴하고 ISS, 회생제동으로 연비개선을 하지만 개선 정도에 제한이 큽니다. 48V 풀하이브리드 시스템은 고전압 시스템과 배터리 냉각, LDC컨버터 등 부품으로 고려할 사항이 많이지지만
1) Full hybrid system에 비해 상대적으로 적은 비용
2) 전장부품과 자율주행으로 요구되는 전력량 충족
3) 리튬이온 배터리를 사용하여 전압 안정성
4) 12V 시스템 대비 전선의 부피를 줄이고 전기에너지 효율을 높임
5) 회생제동과 구동력에 실질적으로 도움을 주는 torque assist

 

 P0~P4는 전기모터가 내연기관 어디에 위치하는가에 따른 차이입니다.

P0형은 모터와 엔진이 벨트로 연결이 되어 있고 매우 작은 모터를 사용하기 때문에 EV모드를 지원하지 않습니다. 주로 ISG, Intgrated starter generator기능으로 지원하는 것이 역할입니다.

P1형은 엔진의 크랭크 샤프트>플라이휠에 장착되어 있습니다. 당연히 물리적 분해가 되지 않기 때문에 EV 모드를 지원하지 않습니다.

P2형은 Transmission Mounted Electric Device, TMED라고도 하며 P2형이 일반적으로 사용하는 병렬식 하이브리드 자동차의 구조이며 대부분의 현대자동차가 이 방식을 채택합니다. 모터가 클러치와 변속기 사이에 존재하여 모터만을 사용하여 주행할 수 있으며 크기가 여유로워 더 큰 사이즈의 모터를 장착할 수 있습니다.

 

 

 부품들의 실측데이터를 가지고 GT-SUITE 라는 프로그램으로 시뮬레이션했다고 합니다. P0를 테스트한 다음 이를 기준으로 P0,P4 차량을 테스트해보았다는데
결론..
1. RTD 모터 출력이 높을 수록 회생제동량도 증가하지만 한계점이 있음. 이유는 출력이 클 수록 큰 제동력이 필요하는 감속 구간의 빈도가 줄어들어 회생에너지 증가량이 감소한다. 모터의 출력은 후륜 축에 필요한 브레이킹 파워랑 비슷한 것이 적절하다
2. P0 방식은 구동계 손실이 가장 크다
3. 없다

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48V 마일드 하이브리드 차량의 전기적 구조 최적화 기반 동력 관리 전략
- 한양대학교

Vehicle Dynamic model

Bettery는 specific energy가 크기 때문에 더 많은 전기적인 에너지를 저장할 수 있지만 순간적으로 큰 출력을 내기는 어렵습니다
반면에 UltraCapacitor는 그 반대의 특성을 가집니다. 또한 배터리에 비해 수명이 더 깁니다. 따라서 배터리는 지속적으로 소모하는 부하에 연결하고 UltraCapacitor는 일시적이고 높은 순간 출력을 요구하는 부하에 연결하여 배터리의 급격한 충방전을 완화하여 배터리 수명 증가에 기여합니다.
>> Ultracapacitor는 supercapacitor라고 하며 이차전지가 아닌 축전지를 의미합니다. 배터리는 전기를 가지고 화학적 반응으로 에너지를 저장하는 방식이라면 supercapacitor는 이온의 물리적 에너지를 그대로 저장하는 것에 가깝습니다. 이 때문에 사용량과 성능에 영향을 끼치지 않습니다.

Case2. 총 차량 무게 감소 및 48V 배터리와 DC to DC converter 효율 개선
Case3. 하나의 에너지 저장소에 부하가 집중되어 12V 배터리 Soc 유지에 안정적 (SOC = state of charge, 충전 상태)
Case 4,5. 48V 배터리의 급격한 전류 변화 및 충방전을 완화시켜 배터리 수명 증가 기대

Dynamic Programming은 비선형성 및 제한 조건과 상관없이 Global optimization 을 보장합니다. 해당 논문에서는 주어진 driving cycle 동안 모든 state 경로를 분석하여 최적의 연료소모량을 도출합니다.

결론.
1. 48V MHEV P2 구조에서 모터는 발전 및 EV Mode에만 사용하여 토크 어시스트가 없고 두 가지 driving cycle case 별 연비 순위가 상이하다. 공통적으로 48V Battery SOC 유지가 연비에 유리하다.

2. 또한 급격한 속도 변화 시 UltraCapacitor의 순간 출력의 영향이 유효하여 Case5에서의 48V SOC 유지가 가장 잘 됨을, 적극적인 회생제동과 모터 발전으로 EV 주행이 많으며 배터리 수명 증가에 도움을 준다

아무튼 UltraCapacitor 가 도움을 주는 것을 확인할 수 있었다.. 같습니다