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은경 부
6 years ago
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1 회생브레이크기술동향 ( 브레이크제동에너지회생 ) 조만 ( 전문연구위원 )

2 요약 엔진 - 모터하이브리드자동차와연료전지자동차등환경친화적인자동 차는모터를주구동력으로또는보조용구동력으로사용한다. 이구동력모터는발전기능을아울러갖고있어, 내연기관자동차에서의 엔진브레이크와같이브레이크기능을갖는다. 이를적극적으로활용하여관성운행시, 감속또는브레이크제동시자동차가갖고있는기계적에너지를브레이크열로버리지않고, 전기에너지로변환한뒤, 이차전지또는울트라커패시터등의전원장치에축전한다. 발전기와이차전원장치의충 방전효율에따라자동차가보유하고있던가속에너지의 40~50% 를회수할수있다. 자동차전체로는엔진, 동력전달계통등의기계적마찰, 자동차의공기주행저항, 타이어굴림마찰등을보정하면 17~30% 의연비개선효과를갖는다. 여기서얻은전력으로정차시엔진자동정지후발진시순간적인엔진시동을가능하게하거나, 모터주행으로발진하게함으로써대도시에서빈번한신호대기등정차시, 엔진가동으로소모되던약 17% 의연비를절약할수있다. 연료전지자동차에서는이를활용하여수소탑재량을 30% 저감하게되며, 이는 30% 의 1회충전항속거리를 30% 증가시키는효과가있을뿐만아니라, 연료전지의기동시간지연, 순간적인출력변동을방전효율이보다양호한이차전원을활용하여연료전지의결함을보완한다. - i -

3 미국에서는전동기차에서의실적이많고, 고속주행에적합한유도모터를도시부에서의중저속주행이많은일본에서는영구자석동기형모터에리럭턴스토크를병용하고, 티스와코일감기등의개선으로고회전화를달성하여효율을크게향상시키고있다. 2003년도쿄국제모터쇼의도요타 Fine-N, 스즈기의모바일테라스등연료전지자동차는차륜과일체화된모터 (In-wheel motor) 를자동차의네모퉁이에장착하고, 운전조작에필요한각종전달기구에 Drive-by-Wire 시스템을도입하고있다. 일본의도쿄 ( 동경 ) 전력의전기자동차 IZA로부터시작된차륜일체화모터는미래형연료전지자동차의주구동모터로자리잡을것으로전망된다. 현재시판되고있는엔진-모터하이브리드자동차에는모두니켈-수소이차전지가장착되어있다. 그러나최근에도요타사가연료전지자동차에리튬이온이차전지를채용하기로하였고, 혼다사가리스한정판매연료전지자동차 FCX에울트라커패시터를장착하고있다. 이는금후의보조전원으로리튬이온이차전지와울트라커패시터가가격과내구성과제를극복하였음을보여주는증좌라고해석될수있다. 울트라커패시터는충 방전효율이좋고, 고압제어기에의한에너지분배 시스템을필요로하지않는다. 제어기의역할이크다. 운전자희망제동력을확보하면서도회생에너지가최대가되도록기계적제동을협조제어하는기술을개발하는것이주가되며, 보조전원충전이만충전되어기계적제동으로이행될때의제동력확보, 현재의잘개발되고친숙하게되어있는내연기관자동차의제동감촉과위화감이없도록하는제어기술이개발되고있다. - ii -

4 특허데이터베이스와한국특허청특허분석프로그램 PIAS를사용하여회생브레이크관련 864건의특허를조사하였다. 상위 11대주요출원인가운데도요타사를위시한일본기업이 7개사이고, Ford와 Westinghous, General Electric 다음으로 GM이보인다. IPC 기술분류로는회생제동이우선인제동방식등전기적제동방식일 반이주류를이룬다. 회생브레이크의요소기술별주요특허를소개하였다. - iii -

5 < 목차 > 제1장서론 1 1. 브레이크제동에너지회생 ( 회생에너지 ) 1 가. 일본도시부 주행모드 4 2. 하이브리드자동차의연비향상효과 6 제2장신형프리우스 (New Prius, THS-II) 8 1. 하이브리드자동차의동작 9 가. 회생브레이크 10 나. 정차중엔진자동정지와엔진재시동 효율향상을위한기술개발내용 재생브레이크와이차전지및파워컨트롤 고전압시스템 / 모터 발전기 15 가. 전원계통고전압시스템 15 나. 모터 15 다. 발전기 가속성능과환경성능 17 가. 가속성능 17 나. 하이브리드자동차용니켈-수소이차전지 18 제3장연료전지하이브리드자동차에서의회생브레이크 연료전지자동차에서의구동모터별채용건수연도별추이 연료전지자동차에서의연료전지 : 보조전원비율별채용건수연도별추이 연료전지자동차에서의보조전원종류별채용건수연도별추이 25 제4장회생브레이크기술특허동향 특허동향 27 가. IPC Maingroup 기술분류상위연도별 7개분야 29 나. IPC Subgroup 기술분류상위 10개분야 30

6 다. IPC Maingroup 기술분류상위출원인별 10 개분야 회생브레이크요소기술관련주요특허 32 제 5 장결론 34 < 표차례 > < 표 2-1> 도요타하이브리드시스템비교 11 < 표 3-1> 엔진 - 모터하이브리드, 연료전지자동차용모터의종류와특성 22 < 표 3-2> 2003 년 12 월현재의최고성능이차전지비교표 26 < 그림차례 > < 그림 1-1> 제동시의에너지흐름 2 < 그림 1-2> 가감속시의구동력구성 3 < 그림 1-3> 회생에너지비율 4 < 그림 1-4> 일본국토교통성지정자동차 주행모드 5 < 그림 1-5> 하이브리드자동차에서의요소별연비향상효과 6 < 그림 1-6> 파라미터 10% 변화시의연비개선효과 7 < 그림 2-1> 도요타의하이브리드시스템에서의에너지관리 8 < 그림 2-2> 복합형하이브리드자동차에서의구동력배분 9 < 그림 2-3> 도요타 THS-II시스템의종합효율비교 12 < 그림 2-4> 모터와유압의제동력분담도 14 < 그림 2-5> THS와 THS-II에서의회생에너지증가 14 < 그림 2-6> 매입형영구자석에서의자석배치 16 < 그림 2-7> 모터성능곡선 16 < 그림 2-8> 변속충격없는 (shockless, seamless) THS-II의가속성능 17 < 그림 3-1> 연료전지와이차전지의에너지수지 19 < 그림 3-2> 연료전지와이차전지의출력배분및에너지회생 21 < 그림 3-3> FCHV 모터형식별추이 22

7 < 그림 3-4> 연료전지자동차에서의연료전지와보조전원용량비별채용건수추이 24 < 그림 3-5> 연료전지자동차에서의보조전원별채용건수추이 25 < 그림 4-1> 회생브레이크관련특허의 1990년이후연도별추이 27 < 그림 4-2> 회생브레이크관련특허의 1990년이후출원인별특허건수 28 < 그림 4-3> 회생브레이크관련특허의 1990년이후 IPC Main-Group 기술분포 29 < 그림 4-4> 회생브레이크관련특허의 1990년이후 IPC subgroup 기술분포 30 < 그림 4-5> 회생브레이크관련특허의 1990년이후출원인별 IPC-maingroup 기술분포 31

8 제 1 장서론 1. 브레이크제동에너지회생 ( 회생에너지 ) 회생브레이크란자동차가주행시에가지고있는운동에너지를감속시에 다른형태의에너지형태로일시축적하였다가, 발진, 가속시, 등판시에재 이용하는것이다. 이기술은전기자동차가휘발유자동차에비하여 1회충전항속거리가짧다는단점을보완하기위하여개발되었다. 현재는전기자동차만이아니라, 엔진-모터하이브리드자동차와연료전지자동차에서연비개선목적으로널리사용되고있다. 축적되는에너지형태로는플라이휠의운동에너지나어큐뮬레이터의축압에너지로축적하는방법등이개발되기도하였으나, 일반적으로는주행용구동모터를감속시에발전기로동작시켜, 이때발생되는전력을이차전지나울트라커패시터에축적하는시스템이주류를이룬다. 회생브레이크는액셀페달이나브레이크페달또는다른스위치로제어하고 있다. 액셀페달을주행시에주행토크를제어하기위하여사용되고있으나, 이것을주행중에느슨하게하거나완전히밟지않는상태를만들어회생브레이크로작동시키고있다. 즉휘발유자동차의엔진브레이크와같은감속력을발생시킨다. 이방법으로는회생브레이크를작동시키기위하여센서나유압브레이크조정용의액추에이터등을새롭게필요로하지않기때문에구조는단순하게된다. 그러나커다란제동력 ( 회생브레이크 ) 을설정할수없어에너지의회수율을크게할수없다는단점이있다

9 브레이크페달을회생브레이크로사용할경우, 자동차브레이크는최대 1G 정도의감속도가필요하다. 그러나회생브레이크에서는모터, 인버터또는이차전지등의능력에한계가있기때문에강력한제동력을발생시키기위하여유압브레이크를함께보조적으로사용한다. 운전자가브레이크를밟음으로써발생하는유압을검출하여그유압에상당하는제동력이발생되도록모터에마이너스 ( 음 ) 의토크를발생시키도록인버터를제어한다. 이때발생하는전력을이차전지나울트라커패시터에축전한다. 모터에서발생시킬수있는제동력범위내에서는우선적으로회생브레이크를작동시키고, 유압브레이크력은회생브레이크협조밸브로제어한다. 이렇게함으로써마찰에의한에너지손실을적극적으로억제하여에너지의회생수율을향상시킨다. 회생브레이크의한계를초과하는제동력요구가있을경우에한하여유압브레이크를작동시킨다. < 그림 1-1> 은제동시의에너지흐름을나타내고있다. 가능한많은에너 지를회생시키기위해서는각손실에너지를적극적으로저감시키는것이효 과적이된다. < 그림 1-1> 제동시의에너지흐름 유압브레이크손실 회생에너지 충전 구동 운동에너지 방전 기계적손실 주행저항손실 - 2 -

10 구동신형프리우스에탑재되어있는회생협조브레이크에서는유압회로에리니어컨트롤밸브를사용하여차량속도와이차전지의충전상태에따라변하는회생토크에협조하여유압브레이크를연속적으로제어하여, 회생브레이크를보다효율적으로사용하고있다. 차량의총중량 1.8톤 (GVW) 의미니밴이 0.8G의가속시와감속시의구동력을예로살피면서회수에너지수지를나타낸 < 그림 1-2> 에서보듯이자동차의가속에요하는구동력은공기저항, 회전저항과가속저항의합으로, 이구동력을얻기위하여연료가소비된다. 한편감속시에는공기저항과회전저항및엔진브레이크에추가하여기계식브레이크로감속도가결정된다. 이가운데에서회생하여이용이가능한에너지는기계적에너지만이다. < 그림 1-2> 가감속시의구동력구성 가속시의구동력구성감속시의구동력구성가속도 0.08G 감속도 0.08G 공기저항회전저항 회전저항 가속저항력가속도 0.08G 공기저항가속시의총구동력브레이크제동에너지회생이용가능 < 그림 1-2> 에사용한자동차를정지상태로부터시속 40km/h까지가속하 차량속도 (km/h) 차량속도 (km/h) 구동력고, 같은감속도로감속시킬경우, 가속에너지와감속에너지와의비율을가 감속도를변화시켜얻은결과가 < 그림 1-3> 이다

회생에너지/ 가속에너지감속도 (G) 감속도 (G) 생에너지/ 가속에너지율(%) < 그림 1-3> 회생에너지비율 회발전충방전효율 100% 효율 77% 효율 60% 율(%) 가속도 0.15G 가속도 0.08G 발전충방전효율 100% 효율 77% 효율 60% 회생에너지량 ( 가속도 = 감속도,GVW1.8 톤 ) 회생에너지량 ( 가속도 ± 감속도,GVW1.

11 회생에너지/ 가속에너지감속도 (G) 감속도 (G) 생에너지/ 가속에너지율(%) < 그림 1-3> 회생에너지비율 회발전충방전효율 100% 효율 77% 효율 60% 율(%) 가속도 0.15G 가속도 0.08G 발전충방전효율 100% 효율 77% 효율 60% 회생에너지량 ( 가속도 = 감속도,GVW1.8 톤 ) 회생에너지량 ( 가속도 ± 감속도,GVW1.8 톤 ) (a) (b) 변속기의위치는중립이다. 그림은발전 충 방전효율이 100%, 77% 및 60% 의세가지경우의값들이다. 100% 는발전 충 방전효율의극한치가된다. 77% 는발전효율 90%, 인버터효율 95% 로하고, 울트라커패시터의충 방전효율 90% 의값을곱한값이다. 발전 충 방전효율 60% 는발전효율과인버터효율은위의경우와같고, 이차전지의충 방전효율 70% 를곱하여얻은값이다. 가속에너지에대한회생에너지의비는감속도가작을때는감소하고, 클경우에는커진다. 그림 b는가속도를 0.08G와 0.15G로일정하게하고, 감속도를변화시켜같은가속에너지에대한회생에너지의비율을구한것이다. 가속에너지에대한회생에너지는가속도가일정하여도감속도가달라지면작아지고, 클경우에는증가한다. 또한같은감속도에서는가속도가클수록증가한다. 가. 일본도시부 주행모드 연료의소비량과배출가스량을객관적으로측정하기위하여일본국토교통 성이정한모드가도시주행모드의기준으로자주인용된다

12 도시부에서의평균적주행패턴을기초로정해진 (10 모드 ) 에대하여, 도시부에서의고속화도로망이정비된상황을반영하기위하여 10-15모드가채용되었다. 주행조건, 기상조건, 차량상태를일정하게설정하여, 10 주행모드를 3차례주행, 거기에최고속도 70km/h까지의 15 주행모드를한차례추가한다. < 그림 1-4> 일본국토교통성지정자동차 주행모드속도44 초 660 초 제 1 주기제 2 주기제 3 주기 고속화도로패턴 시가지패턴 시가지패턴 (10 주행모드 ) 번호 속도 km/h 정지 가속 0 20 일정속 20 감속 20 0 정지 가속 0 40 일정속 40 감속 일정속 20 가속 감속 감속 20 0 시간 ( 초 ) 20* 고속화도로패턴 (15 주행모드 ) 번호 속도 km/h 정지 가속 0 50 일정속 50 감속 일정속 40 가속 일정속 60 가속 일정속 70 감속 일정속 50 가속 일정속 70 감속 감속 30 0 정지 시간 ( 초 ) 위와같은일본의도시주행 모드에서가감속도가 0.08G 로같은경우 회생가능에너지는발전 충 방전효율이 77% 인경우에는가속에너지의 50% 가되고, 발전 충 방전효율이 60% 인경우에는약 40% 가된다

료소비량구성% 제동력회생제동력회생정차시엔진정지정차시엔진정지정상시하이브리드정상시하이브리드휘발유내연기관휘발유내연기관제동력회생휘발유내연기관정차시엔진정지시리즈하이브리드정상시하이브리드실제로는구동계의마찰손실, 기계식브레이크의병용등에의하여회생 가능에너지는이보다작은값이된다. 그러나이러한회생제동은연비개선 의효과적인방법이된다.

13 료소비량구성% 제동력회생제동력회생정차시엔진정지정차시엔진정지정상시하이브리드정상시하이브리드휘발유내연기관휘발유내연기관제동력회생휘발유내연기관정차시엔진정지시리즈하이브리드정상시하이브리드실제로는구동계의마찰손실, 기계식브레이크의병용등에의하여회생 가능에너지는이보다작은값이된다. 그러나이러한회생제동은연비개선 의효과적인방법이된다. 이것으로부터도알수있듯이모터의발전효율, 축전장치의충 방전효율 이중요한역할을하며, 엔진과구동계통의마찰계수저감등도중요한기 술개발과제라할수있다. 2. 하이브리드자동차의연비향상효과 일본의도시주행 10-15모드에서 1.8톤시리즈하이브리드휘발유엔진미니밴을사용하여하이브리드자동차의연비향상효과를실제로측정하였다. 자동차의주행은정지, 가속, 일정속도, 감속의 4모드분류로구성되어있다. 하이브리드자동차의연비향상효과는각각의주행모드분류별마다의연료소비량삭감효과를합산하면얻을수있다. 차량의발전과충전효과에따라에너지회수효율이달라진다. 여기서는 60% 와울트라커패시터를사용한경우인 77% 로가정하였다. 브레이크제동에너지회생에서 18~24%, 정차시의엔진정지로 14%, 정상시의시리즈하이브리드화로 10~15% 가향상된다. < 그림 1-5> 하이브리드자동차에서의요소별연비향상효과연발전충전효율 60 % 발전충전효율 77 % 감속 정상가속 정지 발전충전효율 77 % 발전충전효율 60 % - 6 -

14 < 그림 1-6> 파라미터 10% 변화시의연비개선효과 엔진열효율 구동계통효율 모터효율차량중량이차전지 공기저항 굴림저항 보기구동 < 그림 1-6> 은하이브리드자동차의차량중량은여러가지보조동력기구와에너지저장매체가추가되기때문에기본적으로는휘발유자동차보다증가한다. 차량중량이증가해도가속성능이변화하지않도록동력기구와에너지저장매체의성능을부가하여 10-15모드의연비를수치시뮬레이션으로예측한것이다. 슈퍼커패시터를사용하여발전과충전효율 77% 인경우에는제동력회생, 가속의고부하시엔진운전, 정차시의엔진정지및저부하정상시의시리즈하이브리드화를조합하는시리즈-패럴렐하이브리드방식에서는기준인휘발유자동차에비하여 1.9배의연비성능을나타내고있다

너지제 2 장신형프리우스 (New Prius, THS-II) < 그림 2-1> 은 THS-II 에서의에너지관리를도식화한것이다. 붉은선은 주행에필요한에너지이고, 푸른선은엔진으로부터나오는에너지를나타낸 다. 정차시에는엔진이자동정지하여에너지소비적인아이들링은없다. 발진시나저속주행시에는엔진효율이낮기때문에이차전지의전기를사용하여모터로주행한다. 속도가커지면엔진도움직인다.

15 너지제 2 장신형프리우스 (New Prius, THS-II) < 그림 2-1> 은 THS-II 에서의에너지관리를도식화한것이다. 붉은선은 주행에필요한에너지이고, 푸른선은엔진으로부터나오는에너지를나타낸 다. 정차시에는엔진이자동정지하여에너지소비적인아이들링은없다. 발진시나저속주행시에는엔진효율이낮기때문에이차전지의전기를사용하여모터로주행한다. 속도가커지면엔진도움직인다. 가장효율이높은회전영역에서효율최우선의운전을하기때문에가속시나추월시, 등판시에는에너지가부족한경우가있다. 이때이차전지로부터전기를공급받은모터로보조하여모자란부분을보완한다 ( 연보라색부분 ). 반대로일정한속도로주행하고있을때는효율우선운전을하고있는엔진에서에너지가남는경우가생긴다. 이때의잉여에너지는발전기에서전기로변환시켜이차전지에충전한다 ( 연녹색부분 ). 속도를낮추기위하여액셀을놓으면, 엔진은자동적으로정지하여낭비되는연료소비를억제하고, 브레이크등에의하여감속할경우에는주행관성의기계적에너지를발전기에서전기로변환하여이차전지에축적한다 ( 녹색부분 ). < 그림 2-1> 도요타의하이브리드시스템에서의에너지관리에이차전지 가속시등에너지부족인경우에너지를공급 일정속도에서의잉여에너지를저장 제동에너지를회수하여저장 정차중에는엔진도정지 엔진을최고효율영역에서운전 - 8 -

16 저속에서토크가약한특성을갖는엔진은중고속영역에서가동토록하고, 정속주행에서남는여력은발전기를돌려전기로변환시켜이차전지에저장한후, 발진, 가속, 추월, 등판시에사용한다. 물론 Insight가갖는재생브레이크시스템도더욱개량시켜도입하고있다. 1. 하이브리드자동차의동작 하이브리드자동차는차량의속도, 운전자의액셀, 브레이크페달을밟는정도 ( 탑도 ) 로동작모드가결정된다. 시리즈 패럴렐통합형하이브리드자동차를예로, 차량의주행상태에대한동작모드를나타낸하나의예가 < 그림 2-2> 이다. 모터주행, 엔진시동, 가속어시스트 ( 보조 ), 브레이크제동에너지회생, 정차중엔진자동정지등이하이브리드자동차의대표적인동작방법이다. < 그림 2-2> 복합형하이브리드자동차에서의구동력배분 (THS-II 의예 ) 량속엔진재시동차도엔진구동력 가속어시스트엔진시동모터주행이차전지충전 일시정차중엔진정지브레이크회생 모터구동력 - 9 -

17 가. 회생브레이크 자동차를감속시킬때종래의기계식브레이크는차량의운동에너지를브레이크디스크등의열로소비하였다. 이를하이브리드자동차에서는구동에사용하고있는모터를발전기로제어함으로써차량의운동에너지를전기에너지로변환하여이차전지에충전한다. 이것에의한연비향상효과는크다. 또한제동력의고신뢰성확보를위하여기계식브레이크와회생브레이크를사용한 2계열협조시스템의구축은중요해진다. 나. 정차중엔진자동정지와엔진재시동 항상엔진을순간적으로재시동할수있는기능을갖추고있으면, 정차시등필요가없을경우엔진을정지하는것은연비향상에크게효과적이다. 특히교통신호나교통체증에의한정차중의엔진자동정지는연비를 10~20% 향상시키는효과가있다. 2. 효율향상을위한기술개발내용 2003년 9월시판된도요타하이브리드시스템-II(THS-II) 는, 2002년말현재 12만대의판매누계를기록하여시장자립에성공한 THS와비교하여, 차량효율에서 9% 의향상을보이고있음을 < 표 2-1> 에서알수있다. 5인승세단으로 1리터당 28km를자랑하고있던 THS와비교하여 1리터당 35.5km를주행한다는자체주행기록을발표하고있다. 50리터탱크 1회주유로 1,400km 주행도대단한것인데 1,750km를주행할수있게하였다는것은도요타의기술개발력이대단함을나타낸다. 이는 2002월 12월 2일에시판하기시작한연료전지자동차의종합연료효율 29% 를능가하는것이기도하다. 물론이수치는연료전지자동차의차량효율 50% 에는약 10% 못미치는수치이고, 연료효율 (Well to Tank) 이수소제조효율이 58% 로휘발유제조연료효율 88% 에못미치는것에기인한값이기는하나 2,500만원을약간넘는가격대로시판하고있으면서도이익을낳고있다는자동차로서는대단히높은연료효율

18 이라고할수있다. < 표 2-1> 도요타하이브리드시스템비교 항목 THS-II THS 종류 1.5 l 휘발유 1.5 l 휘발유 엔진 최고출력 (kw[ps]/rpm) 57[78]/ [72]/4,500 최대토크 (N m[kg m]/rpm) 115[11.5]/4, [11.7]/4,200 종류 교류동기전동기 ( 영구자석형 ) 교류동기형 ( 영구자석형 ) 모터 최고출력 (kw[ps]/rpm) 50[68]/1,200~1,540 33[45]/1,040~5,600 최대토크 (N m[kg m]/rpm) 400[40.8]/0~1, [35.7]/0~400 최고출력 (kw[ps] 차속km/h) 82[113]/85 이상 74[101]/120 이상 85km/h 출력 (kw[ps]) 82[113] 65[88] 시스템 최대토크 (N m[kg m] 차속km/h) 22km/h토크 (N m[kg m]) 478[48.7]/22 이하 421[42.9]11 이하 478[48.7] 378[38.5] 이차전지종류니켈 - 수소이차전지니켈 - 수소이차전지

< 그림 2-3> 도요타 THS-II 시스템의종합효율비교 에너지효율향상에의기여도분포 전체효율 (%) = 연료효율 (%) 차량효율 (%) < 그림 2-3> 의원내는 THS 로부터 THS-II 시스템으로개량함으로써이룩한 효율향상을내역별로표시한것이다. 이그림으로부터회생에너지재생과제 어계통의향상으로 60% 정도효율향상을이룩하고있음을알수있다.

19 < 그림 2-3> 도요타 THS-II 시스템의종합효율비교 에너지효율향상에의기여도분포 전체효율 (%) = 연료효율 (%) 차량효율 (%) < 그림 2-3> 의원내는 THS 로부터 THS-II 시스템으로개량함으로써이룩한 효율향상을내역별로표시한것이다. 이그림으로부터회생에너지재생과제 어계통의향상으로 60% 정도효율향상을이룩하고있음을알수있다. 이들의개량내용을살펴보면하이브리드자동차의기술개발동향을알수 있다. 공헌도가높은순서로살피겠다. 3. 재생브레이크와이차전지및파워컨트롤 THS-II 에서는 < 그림 2-4> 와같이모터와유압제동기구를구성하였다. 엔 진브레이크시나브레이크페달에의한제동시에는모터를발전기로작동시 킴으로써차량의운동에너지를전기에너지로변환시켜이차전지로회수하여

20 재이용하는재생브레이크시스템을채용하고있다. 특히가감속을빈번하게뒤풀이하는주행패턴에서는에너지회수효과가높고, 브레이크페달에의한제동시에는 ECB( 전자제어브레이크시스템 ) 의유압브레이크와재생브레이크를협조제어하여, 재생브레이크를우선적으로사용함으로써보다낮은차량속도에서도에너지회생을한다. 또한이차전지의충전성능을향상시킴으로써보다많은에너지회수가가능하게하였다. 트랜스미션등구동계통의마찰손실을저감하여감속시의구동계통손실로소실되는에너지를회수하는등이를통한회생량을대폭적으로증가시켰다. THS-II에서는 THS에서개발한소형 고성능의니켈-수소이차전지를더욱발전시켜전극재료의개량과셀간의접속구조를쇄신하여, 전지의내부저항을저감함으로써 THS와비교하여입력밀도를 35% 향상, 세계최고의출력밀도를실현하였다. 또한일정한충전상태를유지하기위하여발전기나모터로충 방전제어를하고있기때문에전기자동차와같이외부로부터의충전을필요로하지않는다. 파워컨트롤유닛에는이차전지의직류를모터구동용의교류로변환시키는인버터와 12볼트로변환하는 DC/DC컨버터를배치하고있다. THS-II에서는이에추가하여전원전압을승압하여 500볼트까지의고압화가가능한승압회로를추가시켜, 출력 = 전류 전압의관계식으로부터고전압화로저전류화가가능하게되어인버터를소형으로만들수있었다. 또한제어회로의통합도이룩하여파워컨트롤유닛자체를 THS와같은크기로억제하고있다. 특기할것은여기에사용하는반도체스위칭소자 (IGBT; Insulated Gate Bipolar Transistor) 는이차전지전압을승압하고, 승압후의직류를모터구동용의교류로변환하는반도체스위칭소자로대전류를스위칭하기때문에발열을줄이는것이중요하다. 따라서결정크기에서조작하는소자를도요타사가자체개발하여, THS와비교하여 20% 이상소형화, 저발열화, 고효율화를달성하고있다는사실이다

ECU < 그림 2-5> 는브레이크제어계통의개량을통하여이룩한회생에너지증 가분이다. ECB 효과와회생영역확대가눈에띄게개선되었음을알수있다.

21 브레이크패달밟는양량브레이크패달밟는제동력동력압브레이크제< 그림 2-4> 모터와유압의제동력분담도 브레이크제어 ECU VSC, ABS 브레이크어시스트 유압브레이크 회생브레이크 엔진 브레이크페달스트로크센서 브레이크액추에이터 동력분활장치 발전기 차동기어 모터 하이파워컨트롤유닛 이차전지 고전압제어 ECU < 그림 2-5> 는브레이크제어계통의개량을통하여이룩한회생에너지증 가분이다. ECB 효과와회생영역확대가눈에띄게개선되었음을알수있다. < 그림 2-5> THS 와 THS-II 에서의회생에너지증가 THS THS-II 회생브레이크 회생브레이크 ECB 효과 회생영역확대효과 유압브레이크

22 4. 고전압시스템 / 모터 발전기 가. 전원계통고전압시스템 THS-II를지탱하는신기술은전원계통의고압시스템화로, 파워컨트롤유닛내에신개발의승압회로를넣어모터, 발전기의전원전압을 THS의 274볼트로부터 THS-II에서는최대 500볼트로고압화하여, 적은전류로모터에전력을공급할수있게되어고효율화를달성하였다. 나. 모터 모터는도요타사가전기자동차의개발과정에서배양된기술을기본으로개량해왔다. THS-II에서는 THS와같이고효율의 DC부러시리스모터를교류로구동하는교류동기형을채용하고, Nd-Fe-B( 영구자석 ) 와적층형전자 ( 電磁 ) 강판의로터로고성능모터를만들었다. < 그림 2-6> 은여러가지 IPM (Interior Permanent Magnet) 의자석매립형을설명하고있다. THS-II에서는이가운데에서연구자석을최적화시킨 V자형을채택함으로써릴럭턴스토크를향상시켜출력향상을도모하고있다. 또한전원의고압화를활용하여 THS와비교하여같은크기이면서 33kW로부터 50kW로약 1.5배의출력으로향상시켜중량당, 용적당의출력을최고수준으로높였다

23 축출력다. 발전기 토크< 그림 2-6> 매입형영구자석에서의자석배치 아크형 불록형 U 자형 V 자형 모터제어는기존의저속도영역과고속도영역의제어방식에추가하여중속 도영역에새롭게개발한가변조제어를추가하여, 펄스폭변조방식을개량함 으로써중속도영역에서의출력을최대약 30% 향상시켰다. < 그림 2-7> 모터성능곡선 출력 토크 회전수회전수축발전기도모터와같은교류동기형을채용하고있다. 고출력모터에충분한 전력을공급하기위하여발전기를고회전화하고, 전압을높여출력을향상시

24 키고, 로터의강도를향상시켜최고출력이가능한회전수영역을기존의 6,500rpm에서 10,000rpm으로까지확대시켰다. 이러한고회전화를통하여중속도영역까지의공급력이대폭적으로증가하여중저속도영역에서의가속성능이향상되고, 고출력모터와엔진을가장최적의상태로조합시킬수있게되었다. 5. 가속성능과환경성능 가. 가속성능 모터성능을높이고, 제어전압을 500볼트로높인결과모터의최고출력은 THS의 33kW로부터 50kW로 50% 향상시켰다. 또한발전기의최대회전수영역도 6,500rpm에서 10,000rpm으로확대함으로써저속영역으로부터중간속도영역까지모터에의공급전력을증가시켜모터출력을키우고, 엔진직접구동력과합친계통출력을대폭적으로증가시킬수가있었다. 더욱고속영역에서는보다고회전, 고출력화한엔진으로계통출력을향상시키고있다. < 그림 2-8> 변속충격없는 (shockless, seamless) THS-II 의가속성능 가속느낌가응답성이양호한발진 Shockless Seamless 지속되는파워 THS-II 탑재차량 속도CAMRY 2.4 리터 4단자동변속지속시간 ( 초 ) THS 탑재차량 (PRIUS)

25 < 그림 2-8> 은도요타 CAMRY 2.4의가속느낌과 THS 및 THS-II 탑재차량의가속느낌을도식화한것이다. 1,500cc엔진의가속성능이 2,400cc엔진탑재의차량보다가속느낌이좋음을알수있다. 특히저중간속도영역에서의출력을향상시킨결과발진가속성능과추월가속성능이크게향상되어, 1,500cc엔진으로도 2,000cc휘발유엔진자동차이상의성능을가지고있다. 그리고모터에의한보다예민한반응 (high response), 연한가속을한층고도화하여, 하이브리드가갖는주행매력을비약적으로발전시키고있다. 나. 하이브리드자동차용니켈 - 수소이차전지 마쯔시다그룹과도요타자동차가공동출자하여설립한 Panasonic EV 에너지가새롭게개발한니켈-수소이차전지를신형프리우스에탑재하였다. 이회사는자동차탑재용니켈-수소이차전지의시장점유율이 95% 인회사로현재시판되고있는프리우스에탑재되고있는이차전지도전량공급하고있다. 현프리우스에채용되고있는각형니켈-수소이차전지를기초로전지재료와접속구조를개량하였다. 전지의출력향상을위해서내부저항을낮출필요가있기때문에전지의접속구조를연구하여전류가원활하게흐르도록하여출력밀도를 30% 향상시켜양산되고있는이차전지로는세계최고인 1kg당 1,300kW를실현하고, 전지팩으로는용적에서 15%, 무게로 20~30% 의소형경량화가가능하게만들었다. 이로써소형화, 저비용화가이룩되어하이브리드자동차의차종확대에기여할수있게되어 2005년에연간 30만대생산체제를구축하겠다는도요타하이브리드전략에탄력을붙여주게되었다

26 제 3 장연료전지하이브리드자동차에서의회생브레이크 연료전지에는가장많은에너지를뽑아낼수있는방전영역이있기때 문에과방전을위한사이클수명의단축은바람직하지않다. 발진과가속, 등판, 고속등의주행조건에서는큰출력이순간적으로 필요하기때문에출력밀도가큰에너지저장시스템이중요해진다. 감속시의브레이크회생에너지를순간적으로충전할수있는에너지저 장시스템이어야한다. 이전원보조용이차전지가맡을동력영역은 < 그림 3-1> 빗금인부분이 고, 음영으로표시된영역이회생브레이크로전력이저장되는영역이다. < 그림 3-1> 연료전지와이차전지의에너지수지

27 이상의것을정리하고, 추가적으로고려해야할것을정리하면다음과같다. 하이브리드자동차와연료전지자동차에탑재하기위해서는경량, 소형이 며, 가급적이면형상을자유롭게선택할수있는것이바람직하며, 보수 를필요로하지않는 (Maintenance Free) 것이좋다. 내구성과신뢰성, 안전성도중요하다. 자동차의사용환경은매우가혹하다. 작동온도는 -30 ~+50 범위로 변화하고, 높은습도에서사용되는경우도많다. 주행시에는끊임없이진동이가해지고, 전지자체의관성력도추가된 다. 자동차는 10 년간사용되는것을전제로하고있다. 이사이급격한충 방전과과방전, 과충전등의원인으로축전시스템 의수명이극단적으로단축되는경우가없어야한다. 충 방전사이클 수명이길어야한다. 축전시스템자체는난연성이며, 시스템전체로도안전성이높아야한다. 축전시스템구성자재의자원이풍부하게존재하고, 폐기에따르는이차 오염의걱정이없이재활용될수있는것이바람직하다. 성능과는직접관계가없으나, 자동차탑재용으로는가격이저렴해야 한다. 가격이높으면최초의교환시기까지초기비용을거둘수없게 되기때문이다. 제조공정의합리화와양산효과로제조비용저감을기대할수있고, 충 전사이클수명의연장으로교환에두는비용을줄이는효과도있다

28 차량속력력출력모터출력출간량속력시 < 그림 3-2> 는도요타 FCHV 에서의 모드주행시실제로측정된 연료전지와이차전지간의구동력출력배분과감속시브레이크제동 에너지회생관계를나타낸것이다. < 그림 3-2> 연료전지와이차전지의출력배분및에너지회생 차량속력연료전지출력모터출력이차전지출력 a. 발진시의출력배분차량속력연료전지출력이차전지출력시간 b. 브레이크제동에너지회생시의출력배분 차1. 연료전지자동차에서의구동모터별채용건수연도별추이 엔진-모터하이브리드자동차와연료전지자동차구동용모터는 < 표 3-1> 과같은종류와특징을가지고있다. 현재양산시판되고있는하이브리드자동차는모두영구자석동기형모터가탑재하고있다. 미국완성차메이커는고속주행에유리하고, 모든전기철도차량에서사용되고있어강도와신뢰성등실적이있는유도모터를사용하고있다. 이와는대조적으로일본의완성차메이커는도시부에서의주행이많고, 세계유수의영구자석기술보유국이며,

29 개발건수0 생산국이기도한풍부한경험으로소형경량화가가능한영구자석동기형 모터를사용하고있다. < 표 3-1> 엔진 - 모터하이브리드, 연료전지자동차용모터의종류와특성 모터종류직류모터유도모터 영구자석동기모터 스위치드리럭턴스모터 최고효율 (%) % 부하시효율 (%) 모터성능 최대회전수 (1,000 rpm) 토크당가격 ($/KW) 제어기가격 강도 good best good good 신뢰성 good best good good 新日鐵技報 375 호, p51,(2003) 연료전지자동차에서도전기자동차의경우와같이여러가지형식의모터가 채용되고있다. < 그림 3-3> 은직류모터, 영구자석동기모터, 유도모터채용 의연도별변화추이를나타낸것이다. < 그림 3-3> FCHV 모터형식별추이 DC 모터 유도모터 영구자석동기모터 년도

30 직류모터, 교류모터로분류되나, 개발초기에는직류모터채용이주류를이루었으나, 현재는고효율, 소형경량화, 고신뢰성을목적으로한교류모터가다수를점한다. 여기서주목되는것은교류모터가운데일본에서는소형경량화에유리하고, 연구자석공급업체가성숙되어있기도하여영구자석동기모터가, 미국의위시한국가는저비용, 고신뢰성에서유리한유도모터가거의모든개발자동차에서채용되고있다. < 그림 3-3> 에서보듯이동기모터의추가적인특성향상을목표로한, 동기형에리럭턴스병용형모터와동기모터와직류모터의장점을함께갖도록한브러시리스 DC모터등이차세대의구동용모터로채용되기시작하였다. 2003년도쿄국제모터쇼의도요타 Fine-N, 스즈기의모바일테라스등의컨셉연료전지자동차는차륜과일체화된모터 (In-wheel motor) 를자동차의네모퉁이에장착하고, 운전조작에필요한각종전달기구에 Drive-by-Wire시스템을도입하고있다. 일본의게이오대학의리튬이온이차전지탑재전기자동차 KAZ로부터시작된차륜일체화모터는미래형연료전지자동차의주구동모터로자리잡을것으로전망된다. 2. 연료전지자동차에서의연료전지 : 보조전원비율별채용 건수연도별추이 연료전지를자동차에탑재할경우, 이것을단독으로사용하는방식과이차전지등보조전원장치와조합하는하이브리드방식이있다. 단독방식은전원이한개의계통으로구성되기때문에단순하다. 그러나회생브레이크이용이불가능하고, 영하의얼음이어는온도 ( 氷結溫度 ) 에서의시동성과개질방식채용시의부하응답성에서문제가있다. 한편하이브리드방식에는회생에너지의재활용이가능하기때문에고효율시스템을구축할수있다는장점이있다. 그리고자동차의시동시나, 긴급시의전력공급이보조전원으로부터가능하기때문에좋은시스템이라할수있으나, 시스템은복잡하게된다

31 발건< 그림 3-4> 는연료전지와보조전원과의구성비를연도별로정리한것이다. 현재는연료전지단독방식채용건수와여러가지하이브리드구성방식을모두합친수와비슷하다. 이것은종합적인특성에있어서는약간결함을가지고있으나, 시스템이간결하고, 개발이용이하기때문에미국등에서주로채용되고있다. 이차전지를탑재하는것보다수소저장용량증대와연료전지의성능향상으로유리할수있다는판단에따른것이다. < 그림 3-4> 연료전지자동차에서의연료전지와보조전원용량비별채용건수 추이 25 ( 연료전지 : 보조전원 ) 20 개15 수10 (9.1 : 6.4) 5 (10 : 0) (4.6 : 0.9) (5 : 5) 년도 연료전지 : 보조전원배분분류 하이브리드방식에서의연료전지와보조전원의용량비에대하여최근에는같은비율 (50:50) 로감소하는경향이있고, 대조적으로연료전지주체형, 연료전지가보조적인레인지엑스텐더 (range extender) 형으로명확하게양분되는경향을읽을수있다. 구체적으로는연료전지주체형의마일드하이브리드인가, 전기자동차의항 속거리를늘리기위한보조적연료전지시스템인가가완성차메이커별로분 명해진것이이유인것으로보인다

도별개발건연도연엔진-모터하이브리드자동차에서혼다사의 Insight와 Civic Hybrid에서볼수있듯이 IMA(Inttegrated Motor Assist) 방식과도요타사의신형프리우스에탑재된 THS-II(Toyota Hybrid System-II) 방식이두회사의설계철학의확연한차이에의한것처럼연료전지하이브리드자동차에서도뚜렷한차이를나타난다. 3.

32 도별개발건연도연엔진-모터하이브리드자동차에서혼다사의 Insight와 Civic Hybrid에서볼수있듯이 IMA(Inttegrated Motor Assist) 방식과도요타사의신형프리우스에탑재된 THS-II(Toyota Hybrid System-II) 방식이두회사의설계철학의확연한차이에의한것처럼연료전지하이브리드자동차에서도뚜렷한차이를나타난다. 3. 연료전지자동차에서의보조전원종류별채용건수연도 별추이 연료전지자동차에서하이브리드방식을채용한경우, 보조전원장치가필요하게된다. 현재는이차전지의단독채용이다수이다. 울트라커패시터에대하여는고충 방전효율, 고파워밀도등에서우수한특성이있어주목되나, 고파워의지속이곤란할뿐만아니라, 에너지밀도가낮다는것등약간다루기힘들다는단점이있다. < 그림 3-5> 는보조전원종류별채용건수를연도별로정리한것이다. < 그림 3-5> 연료전지자동차에서의보조전원별채용건수추이 수2 Ni-MH Ultracapacitor Others Li-ion Lead-Acid FCHV 보조전원장치별분류

33 이차전지에대하여에너지밀도, 파워밀도등의특성은납축전지, 니켈-수소이차전지, 리튬이온이차전지의순으로향상되나, 현재는니켈-수소이차전지의채용이급격하게증대되고있다. 울트라커패시터에대하여는최근에기술개발과제작비용의저감등에서향상되어, 이의채용건수가급속도로증가하고있다. 구체적으로는소용량의것을만충전상태로부터충전량이영인상태까지를효과적으로사용하기위하여 DC-DC컨버터를사용하는것이거의전부였으나, 최근컨버터를사용함이없이연료전지와직결하는것이가능하게되어효율향상을도모할수있게되었다. 또한울트라커패시터는이차전지와비교하여전압변동이크다는단점이있으나, 이것은연료전지도같기때문에직결시킬경우장치간호환성이양호하다는것도새로운채용의증가로이어지고있는것으로보인다. < 표 3-2> 는 2003 년 12 월시점에서의이차전지메이커의최고성능제품성 능비교표이다. < 표 3-2> 2003년 12월현재의최고성능이차전지비교표 니켈-수소각형 니켈-수소신각형 리튬이온 출력밀도 (W/kg) 1,000 1,300 3,000 에너지밀도 (Wh/kg) 비고 EV panasonic EV panasonic Hitachi- 新神戶電機 최근의큰변화는도요타사가연료전지자동차에서리튬이온이차전지를채용하기로한것과혼다사가울트라커패시터채용으로가닥을잡았다는것을들수있다. 이는금후보조전원에서리튬이온이차전지와울트라커패시터가가격과내구성에서자동차탑재가능성이확인된증거라고해석될수있다. 혼다의리스한정판매연료전지자동차 FCX 에는충 방전효율이좋고, 고전 압제어기에의한에너지분배시스템을필요로하지않는울트라커패시터를 장착하고있다

34 제 4 장회생브레이크기술특허동향 1. 특허동향 한국특허청특허정보분석프로그램 PIAS 를사용하여유럽특허청무료특허 데이터베이스 esp@ce.net 를활용하여검색어 regenerative braking 과 regenerative brake 로검색된 864 건의특허데이터를분석하였다. < 그림 4-1> 회생브레이크관련특허의 1990 년이후연도별추이 2003년 2002년 2001년 2000년 1999년 1998년 1997년 1996년 1995년 1994년 1993년 1992년 1991년 1990년 < 그림 4-1> 은회생브레이크관련전세계특허가 1992 년이후 2002 년까지 연간 30 건내외에서이행되고있음을보여준다. < 그림 4-2> 는회생브레이크관련특허주요출원인의특허건수를연도별로분석한것이다. 전기자동차의개발이활발하였던 1990년대초에는닛산이, 년의프리우스시판시기에맞추어도요타가활발하였다 년이후는 Ford와혼다사가참가하고, GM의활동은저조하다

35 < 그림 4-2> 회생브레이크관련특허의 1990 년이후출원인별특허건수 년도별출원인분포꺽은선 14 TOYOTA m.a.i HITACHI MITSUBISHI h,e,m HONDA MOTOR Ford Motor NISSAN d,e,m General Electric WESTINGHOUSE E-B TOSHIBA GENERAL MOTORS 년 1991 년 1992 년 1993 년 1994 년 1995 년 1996 년 1997 년 1998 년 1999 년 2000 년 2001 년 2002 년 2003 년 AISIN SIEMENS TOYO ELECTRIC < 그림 4-3> 은등록 공개특허를 IPC main-group로기술분류한것이다. 차량용전기적제동방식관련특허가주로출원되었으며, 다른것은전체적으로비슷한수준으로분산되어나타난다. 2000년대에들어서면서전기적추진장치에관한것과차량및노면상태에적응하기위한제어장치기술특허가증가하였다

36 < 그림 4-3> 회생브레이크관련특허의 1990 년이후 IPC Main-Group 기술 분포 년 1991년 1992년 1993년 1994년 1995년 1996년 1997년 1998년 1999년 2000년 2001년 2002년 2003년 가. IPC Maingroup 기술분류상위연도별 7 개분야 B60L-007: 차량용전기적제동방식일반 B60L-011: 승용물의내부에동력공급원을갖는전기적추진장치 B60L-007 B60L-011 H02P-003 B60T-008 B60K-006 B60T-001 B60T-013 H02P-003: 전동기, 발전기또는회전변환기의정지장치또는감속장치 B60T-008: 차량의상태또는노면의상태변화에적합하기위한제동력의 조정장치, 예제동력의분포를제한또는변경하기위한장치 B60K-006: 추진을위한원동력의설비, 예전기와내연모터를갖는유체 추진시스템 B60T-001: 제동요소장치즉제동효과를일으키는이들부품의구성 B60T-013: 보조동력또는구동동력을사용하여시동장치나최종제동작동 기에의제동동작의전달 ; 그와같은전달장치가결합한제동방 식, 예공기압제동방식 < 그림 4-4> 는회생브레이크관련특허를 IPC Subgroup로분류하고, 이를연도별추이로표시한것이다. 전체적으로회생브레이크제동방식을위주로하는제어방식관련특허가큰흐름을형성하고있다. 1990년대초부터현재까지공기압축등을이용하여회생에너지를축적하는방식이꾸준히출원되

37 고있다. < 그림 4-4> 회생브레이크관련특허의 1990 년이후 IPC subgroup 기술분포 년 1991년 1992년 1993년 1994년 1995년 1996년 1997년 1998년 1999년 2000년 2001년 2002년 나. IPC Subgroup 기술분류상위 10 개분야 B60L-007/10: 회생제동이우선인차륜용전기적제동방식 B60L-007/10 B60T-001/10 B60L-007/24 B60L-007/22 B60L-011/18 B60L-007/12 B60K-025/00 H02P-003/14 B60K-006/04 B60T-001/10: 에너지를축적하기위해서차륜의움직임을이용하는것, 예 공기압축기를구동하는것 B60L-007/24: 부가적으로기계적또는전자적제동을행하는것 B60L-007/22: 재생제동과결합하는발전제동 B60L-011/18: 일차전지, 이차전지또는연료전지로부터동력이공급되는 것을사용하는차륜용전기적제동방식 B60L-007/12: 직류모터로추진하는차륜을위한차륜용전기적제동방식 B60K-025/00: 보조구동장치 H02P-003/14: 회생제동에의한것 ( 정지장치또는감속장치 ) B60K-006/04: 에너지저장수단을갖는추진을위한원동력의설비 < 그림 4-5> 는주요출원사별특허를 IPC maingroup기술로분포로분석한것이다. 차량용전기적제동방식일반에서도요타사가우위에있고, 전동기, 발전기또는회전변환기의정지장치또는감속장치에서 Hitachi와 Mitsubishi 가활발하였음을알수있다. 닛산은제동효과를일으키는제동요소장치에활

38 발하다. < 그림 4-5> 회생브레이크관련특허의 1990년이후출원인별 IPC-maingroup 기술분포 다. IPC Maingroup 기술분류상위출원인별 10 개분야 B60L-007: 차량용전기적제동방식일반 H02P-003: 전동기, 발전기또는회전변환기의정지장치또는감속장치 B60L-011: 승용물의내부에동력공급원을갖는전기적추진장치 H02P-007: 전동기의속도또는토크제어장치 B60K-006: 추진을위한원동력의설비, 예전기와내연모터를갖는유체추진시스템 B60T-008: 차량의상태또는노면의상태변화에적합하기위한제동력의조정장치, 예제동력의분포를제한또는변경하기위한장치 B60T-001: 제동요소장치즉제동효과를일으키는이들부품의구성 B60T-013: 보조동력또는구동동력을사용하여시동장치나최종제동작동기에의제동동작의전달 ; 그와같은전달장치가결합한제동방

39 식, 예공기압제동방식 HO2P-005: 전동기속도를조절하도록전동기속도가측정되고, 부여된물리 적값과비교되는곳의전동기속도조정장치 2. 회생브레이크요소기술관련주요특허 회생브레이크기술은다음과같다. 회생브레이크에의한제동을우선으로하면서도안전한제동력확보를위한기계적제어와의협조제어기술 ( 미끄러짐, 헛바퀴, 차량회전 ( 스핀 ) 방지제어포함 ) 발전 충 방전능력을초과하는제동력이요구되는경우, 보호기능이작동하여회생브레이크기능은멈추고, 기계적브레이크가담당하게된다. 운전자의제동요구를만족시키면서도발전 충 반전효율이최적이되는제동모드로제어 US2002/018266(2002, 12, 5), US (2003, 9, 9), US (2003, 9, 2), JP (2002, 8, 2), JP (2000, 6, 16) 현재의내연기관자동차가갖는각종브레이크성능과비교하여위화감 을갖지않는브레이크감촉 JP (2001, 10, 2), JP (2000, 5, 12), JP (2000, 5, 12) 도요타사의 THS는한개의구동모터와한개의발전기를장착하고있으나, 혼다사의 IMA는한개의구동모터를장착하고있다. 1 모터방식에서는모터어시스트중에제동을걸게되는경우, 회생브레이크작동중에모터어시스트가요구될경우등에서의제어기술이, 2 모터방식과는다르게된다. US2003/ (2003, 2, 20), JP (2000, 5, 12), JP (2000, 5, 12), JP (2001, 4, 20),

40 고속전속주행시의이차전지과충전방지 JP (2000, 11, 24) 이외에하이브리드자동차의주요기술은다음과같다. 구동모터의발전성능 이차전지또는울트라커패시터등의전원장치의충 방전성능이있다. 이들관련주요특허는방대하여다른기회에다루겠다

41 제 5 장결론 환경친화형자동차개발에는회생브레이크시스템에의한연비향상과대 기오염물질방출억제효과를적극적으로활용한다. 연료전지자동차에도 1 회충전항속거리증대를위하여회생브레이크시 스템도입은중요한장비가되며, 급격한출력변동시등에연료전지 를보조하는기능을갖게할수있다. 미국 GM 사는고속정속주행이주로이루어지는미국의주행패턴에서 는이차전지와전자제어식브레이크시스템등고가이며, 무거운장비의 탑재는연비개선에도움이안된다는의견을바꾸지않고있다. 우리나라의환경친화형자동차개발전략이엔진-모터하이브리드자동차를실용화한후연료전지자동차로이행하는개발전략을취할경우회생브레이크관련요소기술의개발은중요해진다. 그러나이들은이미 Pre-competitive 단계에돌입된상태이기때문에기술및자본제휴파트너를어느기술보유기업으로할것인가를정해야한다. 그러나기술수명이긴핵심기술이기때문에독자기술을보유하는전략도견지해야한다. GM 사와같이연료전지자동차개발에경영자원을집중하기로한다면, In-wheel 모터와 Drive-by-wire 기술로의접근을적극적으로추진하여 지체된시간을수복하는개발전략을추구해야할것이다. 자동차기술은분명하게혁명적인변혁기를지나고있음을인식해야하며, 환경친화기술 + 지능형자동차기술시대로진행되고있음도알아야한다. 정부와기업및연구기관은슬기롭게이시대에대처해야한다

42 < 참고문헌 > 1. 자동차부품산업진흥재단, 자동차신기술동향및대응과제, 2003, 9 2. 自動車ビジネス新成長期 로突入, Loop 2003, 5월, NO. 2, pp ( 일본 ) 電氣自動車ハンドブック編輯委員會, 電氣自動車ハンドブック, 丸善株式會社, 成澤和幸 et al, 燃料電池自動車の開發動向について, 5. M. Yabumoto et al., Electircal Steel Sheet for Traction Motor of Hybrid/Electric Vehicles, 新日鐵技報 375호, p51,(2003) 6. responc.jp/issue/2003/0820/article53168_1.images/54966.html 7. peve.panasonic.co.jp/catalog/kaku.html

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サーボモータ用高精度減速機_AFC_Aシリーズ Accurate Reducer High-Precision Gear for Servo-motors CONTENTS P. 2 P. A1 P. B1 P. T1 P. T23 1 유성감속기 APG type 100W-3000W 3arcmin 1arcmin 형번12 형번1 형번2 형번22 기종구성 용량 정밀도 3 10 100W 20 형번12 2 3분 1분 형번22 9