하이브리드전기자동차소개 (Hybrid Elecric Vehile)
목차 서론 - 친환경자동차개발의필요성및향후전망 하이브리드전기자동차의개요 - 개요 - 연비향상요인 - 하이브리드기술의구성요소 주요업체의기술개발및시장동향 교육을마치면서
제 Ⅰ 장서론 1. 친환경자동차개발필요성 지구온난화 - 이산화탄소총량규제 - 자동차이산화탄소배출량 : 배출량의 27% 차지 -> 고효율동력시스템필요 세계이산화탄소배출량증가추이 ( 단위 : 억톤 ) 319 구공산권 개발도상국 216 46 선진국 149 48 139 64 33 25 104 133 91 1971년 1990년 2010년추정 자료영국하들리연구센타 이산화탄소에의한지구온난화 [ ] 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0-0.1-0.2 1840 년 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 1998 년
제 Ⅰ 장서론 1. 친환경자동차개발필요성 석유자원고갈 - 한정된석유매장량 : 석유매장량중 1/3 정도가경제적이용가능 약 40년사용량 - 석유의수요와공급차 -> 신에너지로대체필요 ( 예 : 재생에너지, 수소 ) < 원유및천연가스현황 > 구분확인매장량연간소비량가용연수 원유 1 조 220 억 bbl 249 억 bbl 41 년 천연가스 144 조m3 2.3 조m3 68 년 자료 : BP Statistical Review of World Energy 1998
제 Ⅰ 장서론 1. 친환경자동차개발필요성 국내배기가스규제강화 탄화수소 (HC,g/km) 0.25 가솔린 98 입자상물질 (PM,g/km) 0.14 디젤 98 0.16 90% 01 0.05 82% 05 00 0.047 0.025 06 02 92% 0.025 0.01 10 06 82% 0.031 0.12 0.25 0.4 질소산화물 (Nox,g/km) 0.02 0.25 0.5 0.62 1.40 질소산화물 (NOx,g/km)
제 Ⅰ 장서론 1. 친환경자동차개발필요성 친환경자동차개발의필요성은대기오염심각, 지구온난화, 석유자원고갈등 대기오염 지구온난화 에너지 유해배기가스 (HC,CO,NOx) 규제 대기온실효과 (CO2 규제 ) 석유자원고갈 배기가스규제강화 동력시스템의저연비화 / 대체에너지개발 - CARB - EURO 저공해자동차의일정비율의무화 신개념의동력시스템 - 전기식 - 전기식 + 기계식 ( 하이브리드 ) 환경친화형자동차의개발필요 하이브리드자동차 / 전기자동차 / 연료전지자동차 현시점에서양산화고려 하이브리드자동차
제 Ⅰ 장서론 2. 친환경자동차의개발현황및향후전망 구분전기자동차하이브리드자동차연료전지자동차 개발년도 1990 년대초반 1997 년양산 2010 년양산예정 주도국가미국일본세계각국 - 배터리기술개발어려움 - 차량가격상승 - 에너지효율저하 - 충전소인프라구축난제 단 점 - 에너지효율저하 - 폐배터리처리문제 장점 - 친환경자동차 - 친환경 & 연비향상 - 친환경자동차 - 단점이많아향후에도 - 석유자원고갈전까지는 - 향후에도에너지 향후전망 개발어려움 하이브리드자동차판매확대예상 효율이떨어져비관적임
제 Ⅰ 장서론 전기자동차 배터리기술개발어려움 충전소인프라구축난제 에너지효율저하 폐배터리처리문제 향후에도개발 어려움예상 배터리 배터리제어기 모터 & 감속기 모터제어기
제 Ⅰ 장서론 연료전지 자동차 에너지효율저하 수소탱크취급시 안전문제 석유자원고갈후 개발예상 모터 & 감속기 모터제어기 수소탱크 연료전지
제 Ⅱ 장하이브리드전기자동차의개요 1. 하이브리드전기자동차의개요 두가지이상의동력원을효율적으로조합하여차량을구동 - 주로가솔린엔진과전기모터를동력원으로사용하는시스템 - 영문 : Hybrid Electric Vehicle(HEV) 엔진과전기모터로구동되는자동차 엔 진 모 터 배터리
제 Ⅱ 장하이브리드전기자동차의개요 2. 하이브리드전기자동차의역사 1916 년우즈자동차주식회사의듀얼파워모델출시 가솔린엔진의출력저하를전기 모터를구동하여동력보조함 1997년도요타프리우스출시 2002년혼다시빅출시 2004년포드이스케이프출시 2004년현대자동차클릭환경청 50대납품
제 Ⅱ 장하이브리드전기자동차의개요 3. 하이브리드전기자동차의분류 구조상의분류 직렬형병렬형복합형 M TM TM G B B M M B ENG ENG ENG G CS HEV (HMC) COASTER (TOYOTA) TB HEV (HMC) CIVIC/INSIGHT HEV (HONDA) PRIUS (TOYOTA) B : 배터리, M : 모터, ENG : 엔진, TM : 변속기, G : 발전기
제 Ⅱ 장하이브리드전기자동차의개요 3. 하이브리드전기자동차의분류 구조상의분류에서장, 단점 구분장점단점 직렬형 엔진과구동축이기계적으로연결되어있지않음 엔진을운전조건과관계없이운전할수있음 항상고효율점에서의엔진운전이가능 에너지변환손실이큼충분히큰모터와제너레이터가요구됨 병렬형 에너지변환손실이작음 엔진과구동축이기계적으로연결됨 엔진운전의자유도가작음변속기가필요함
제 Ⅱ 장하이브리드전기자동차의개요 기능상의분류 소프트타입 (TB HEV, 혼다시빅 HEV) 하드타입 ( 도요타프리우스 ) 모터제어기 144V 배터리 발전기 (15kW) 모터제어기 288V 배터리 모터 (12kW) 가솔린엔진 (52kW) 가솔린엔진 (65kW) 변속기 동력분할기구 구동용모터 (33kW) 특징 구조간단 : 엔진과변속기사이에모터삽입 모터가엔진의동력보조역할 특징 구조복잡 모터가동력보조및전기차로도작동가능 장, 단점 전기적부분비중적어가격저렴 회생제동효율이하드타입대비불리함. 장, 단점 회생제동효율우수하여연비우수함 대용량배터리필요, 가격상승 ( 약 2 배 )
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 4. 연비향상요인 하이브리드시스템의연비향상요인 - 아이들손실저감, 저효율구간에서엔진정지, 최적운전점에서의운전, 엔진효율향상, 브레이킹에너지재생등 저효율구간에서 엔진정지 가속시모터가 엔진출력보조 공전시엔진정지 감속에너지를이용하여 배터리충전 회생제동
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 4. 연비향상요인 소프트타입 HEV : 저가, 연비개선효과적음 ( 약 50% 수준 ) 적용차종 TB MC/JB 출발주행가속 / 등판감속정지 엔진 + 모터 엔진 엔진 + 모터 관성에너지배터리충전 엔진자동정지 혼다 시빅 인싸이트어코드 하드타입 HEV : 고가, 연비개선효과큼 ( 약 100%) 적용차종 UN NF 출발주행 ( 저속 ) 주행 ( 고속 ) 가속 / 등판감속정지 모터 엔진 + 모터 관성에너지배터리충전 엔진자동정지 도요타 프리우스 에스티마
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 4. 연비향상요인 차량에서의에너지손실분포 - 엔진 (62.4%), 공회전시 (17.2%), 악세서리 (2.2%), 구동손실 (5.6%) 구동력전달 (12.6%) 자료 : C. Aman, "The Stretch for Better Passenger Car Fuel Economy",SAE972658
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 4. 연비향상요인 하이브리드시스템의연비향상요인 - 아이들손실저감, 저효율구간에서엔진정지, 최적운전점에서의운전, 엔진효율향상, 브레이킹에너지재생등 < 효율향상인자 > < 각효율인자의연비향상효과 > 자료 : T.Inoue, M.Kusada, H.Kanai, S.Hino and Y.Hyodo,"Improvement of a Highly Efficiency Hybrid Vehicle and Integrating Super Ultra Low Emissions", SAE2000-01-2930
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 하이브리드자동차의기술영역및요소 기술영역핵심기술기술요소 엔진기술 하이브리드최적화, 고효율화, 경량화, 저배기 하이브리드 자동차 차체기술 모터 / 컨트롤러기술 축전지기술 경량화및공기저항계수최소화 IGBT 개량, 인버터개량, 고속마이크로컴퓨터사용및원칩화, 냉각방법개선 높은출력밀도, 높은사이클수명 보조에너지저장장치기술 플라이휠, Ultra Capacitor 차량제어기술 변속기기술 제어기술개발 무단변속기제어기술개발, 자동화수동변속기 시뮬레이션기술 하이브리드차량용단품들의성능모델개발
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 차량제어기술
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 모터제어기술 Engine (α-Ⅱ) Ring-Gear Starter Damper plate CVT Motor-고정자 Shipping-Jig Motor- 리어플레이트 (Motor Sensor) Motor- 회전자 K/D 공급품
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 모터제어기술 < 모터구성 > <MCU> 회전자 Ass y 고정자 Ass y 센서부 ( 리졸버 ) 냉각후토출공기 ( 차체외부 ) 트렁크내 공기유입 모터 Type PMSM 1 (IPM) 2 기본전압 [V] 144 연속정격 [kw/rpm] 3/1430~4000 최대출력 [kw/rpm] 12/1430 (10초) 최대토크 [Nm] 80 (10초) 1 :Permanent Magnet Synchronous Motor ( 영구자석동기모터 ) 2 :Interior Permanent Magnet ( 영구자석매입형 )
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 모터제어기술 Shipping Jig 필요성 1) 모터조립시모터내부에있는영구자석으로인한조립이난해함. 2) 사람의힘으로는센터정렬불가함. 조립방법
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 레졸버보정장비 용도 MCU 와전기모터간에정확한상 (phase) 의위치설정을위한장비 ( 시동상의문제, 엔진역회전문제우려 ) 보정방법 보정장비 MCU 창작후시동 녹색등점등시완료
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 축전지기술 Motor Controller 방전 ( 모터구동 ) 충전 ( 회생제동 ) Gasoline Engine 통신 차량제어기 Electric Motor 고전압배터리시스템 현재 NiMH(Nickel Metal Hybride) 타입의배터리를주로사용 외부규격을최소화, 효율향상, 냉각시스템장착등이향후주요개발 Point
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 고전압부문정비시주의사항 경고 감전으로인해사망하거나다칠수있으니본커버를열지마십시오. 서비스작업을위하여커버를열고자하는경우모든전원을차단하고 5 분경과후작업하십시오. 하이브리드모터 MCU 고전압배터리
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 엔진기술 - 효율증대 차체설계기술 경량화, 공기저항최소화 엔진 모터 CVT 고압축비 (11.5) 저하중밸브스프링 : 45.1 N 34.9 N 저장력피스톤링 : 51 N 20 N 피스톤스커트부 Graphite 코팅 ( 마찰저감 ) 저마찰 HLA (WC/C 코팅 ) 아이들 STOP 기능추가 Rated rpm 5,000으로제한
제 Ⅱ 장하이브리드시스템의개요 5. 하이브리드기술의구성요소 - 타이어임시수리장치 타이어임시수리장치는못이나그와비슷한물체 ( 직경 6mm내 ) 에의해발생한펑크를봉합용혼합물을타이어내부에주입하여타이어의손상된부분을봉합하는장치 수리절차 타이어공기압 전 후 220Kpa(32 psi)
제 Ⅲ 장주요업체의기술개발및시장동향 1. 도요타프리우스 시스템 복합형, Hard Type
제 Ⅲ 장주요업체의기술개발및시장동향 2. 현대자동차클릭 시스템 병렬형, Soft Type
제 Ⅲ 장주요업체의기술개발및시장동향 2. 현대자동차클릭 연비향상요인 연비향상 약 50%
제 Ⅲ 장주요업체의기술개발및시장동향 3. 시장동향 하이브리드자동차양산현황 놀구있었다
제 Ⅲ 장주요업체의기술개발및시장동향 3. 시장동향 주요업체의판매현황 <2004 년 10 월기준 > 구분판매세부현황 Total 도요타 혼다 현대자동차 프리우스 에스티마 Alphard 256,028 24,746 8,262 인사이트 시빅 3,873 50,345 클릭 50 289,036 54,218 50
제 Ⅲ 장주요업체의기술개발및시장동향 4. 수요전망 하이브리드자동차의수요전망 2010년이후하이브리드차, 2020년이후연료전지차판매증대 파워트레인변동전망 : 가솔린엔진 디젤엔진 하이브리드 연료전지 자 가솔린엔진 디젤엔진 연료전지하이브리드 료 : Holden Advance Engineering 00 10 20 30
제 Ⅲ 장주요업체의기술개발및시장동향 4. 수요전망 하이브리드자동차의수요전망 분류 소형차중대형차미니밴 SUV 픽업 / 대형밴 2010 2020 2030 2010 2020 2030 2010 2020 2030 2010 2020 2030 2010 2020 2030 Conventional 25 19 0 54 25 0 66 33 0 50 24 0 59 37 0 Hydrogen Fuel Cell Gasoline Fuel Cell 0 0 7 0 0 10 0 2 13 0 2 10 0 3 11 0 0 0 1 13 0 1 8 0 1 15 0 0 0 0 Hybrid(A) 2X 24 21 23 11 23 31 1 15 20 18 19 25 0 25 27 Hybrid(B) 3X 0 19 25 8 17 24 0 9 20 0 6 28 0 3 21 Electric 1 2 4 0 3 6 0 1 4 0 3 7 1 2 5 CNG Dedicated 4 3 5 2 2 5 2 3 6 1 2 5 3 3 5 Flex Alcohol 9 6 8 14 6 9 12 5 8 14 6 10 18 10 12 Advanced Diesel 36 30 28 10 11 14 19 24 29 15 12 15 19 17 18 자료 : OTT, Program Analysis Methodology, Quality Metrics, 2003
1. 친환경자동차개발의전개전략 친환경자동차개발의전개전략 접근방식 일본북미유럽 하이브리드연료전지디젤 기존자동차 수요전망 (2030 년 - 중형차기준 ) 하이브리드 디젤 기타 0% 55% 14% 31% 친환경자동차개발의전개전략에서 하이브리드자동차가가장유력
2. 하이브리드시스템의개발전략 구조상복합형, 기능상 Hard Type - 아이들손실저감, 저효율구간에서엔진정지, 최적운전점에서의운전, 엔진효율향상, 브레이킹에너지재생등향상효과가큼 < 복합형 Hard Type> - 저효율구간에서엔진정지 연비향상극대화 하이브리드시스템 구조 / 기능상의 개발전략 TM M B - 엔진의최적운전점에서운전 연비향상 - 감속시회생제동 ENG G 에너지효율극대화
3. 마케팅전략 하이브리드자동차의마케팅전략 하이브리드자동차의마케팅전략 엔진효율에따른세금감면차등적용 도요타포드혼다 GM 프리우스 : 3,150 이스케이프 : 2,600 시빅 : 2,100 어코드 : 650 실버라도 : 250 시에라 : 250 연비향상의경제성부각, 하이브리드자동차가 친환경자동차의유일한대안홍보