[스터디] 하이브리드 방식

[목차] - 하이브리드 방식
- 하이브리드
   소프트 타입 / 하드 타입
- 직렬형/병렬형/복합형 하이브리드
   직렬형 / 병렬형 / 복합형 / 병렬형 및 복합형 제원표

하이브리드

하이브리드 차량은 '엔진과 전기 모터'를 동력원으로 사용하고 차량의 주행 상태에 따라 효율적으로 제어한다. 하이브리드 차량은 모터의 부착위치와 주행모드에 따라 크게 소프트타입과 하드타입으로 구분된다.

 

1. 소프트 타입(Soft, Mild)

엔진을 주 동력원으로 이용하며 모터는 엔진의 보조만하는 형태이다.

 

Soft Type 주행패턴

출발 : 엔진 + 모터
정속주행 : 엔진
가속/등판 : 엔진 + 모터
감속 : 회생제동
정지 : 엔진 제동

 

2. 하드 타입(Hard, Full)

엔진뿐 아니라 모터만으로도 주행이 가능한 방식이다.

 

Hard Type 주행패턴

출발 : 모터(EV모드)
주행(저토크) : 모터(EV모드)
주행(고토크) : 엔진 + 모터
가속/등판 : 엔진 + 모터
감속 : 회생제동
정지 : 엔진 정지

 

 

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직렬형/병렬형/복합형 하이브리드

엔진과 모터를 모두 구동용으로 사용할 수 있는 하이브리드 방식이다. 엔진과 모터의 연결 방식에 따라서 직렬형, 병렬형, 복합형으로 분류된다.

 

 

1. 직렬형(Series Type)

엔진과 모터가 직렬로 배열되어 엔진은 발전용으로만 사용되고 자동차의 구동력은 모터를 통해서 얻는 방식이다.

현재 직렬형으로 판매되고 있는 차량이 적으며, 간혹 직렬형 하이브리드와 비슷한 구조를 띄지만 배터리 용량을 증가시킨 EREV(Extended Range Electric Vehicle) 모델이 판매중이다. 직렬형 모델(or EREV)의 예로 BMW I3, GM Volt, Cadillac ELR이 있다.

 

 

 

1.1 직렬형 장단점

직렬형 타입이 시중에 많지 않은 이유는 금액면에서 병렬형보다 비싸고 장점이 뚜렷하지 못하기 때문에 직렬 하이브리드를 사용하지 않는 것으로 개인적으로 생각한다.

 

1) 장점

a. 전기모터가 변속기를 직접 구동하기 때문에 복잡한 다단 변속기와 클러치가 필요없다.
b. 엔진이 차량에 직접 동력을 공급하지 않아 'Stop ang Go' 주행 시 효율적이다.

 

2) 단점

a. 크고 복잡한 배터리와 모터가 사용되어 병렬 하이브리드보다 비용이 더 많이 발생할 수 있다.
b 엔진이 바퀴에 직접 연결되지 않아 고속도로 주행 시 병렬하이브리드보다 효율적이지 않다.

 

 

 

2. 병렬형(Parallel Type)

엔진과 모터가 병렬로 배열되어 있으며 둘 다 차량의 구동을 위해 사용할 수 있다. 현재 하이브리드 차에 가장 많이 적용되는 타입이며 차량의 주행상태에 맞는 최적의 조건으로 운전이 가능하다.

 

 

 

2.1 FMED와 TMED

병렬형 하이브리드는 모터의 설치 위치에 따라서 FMED와 TMED로 분류된다.

 

1) FMED(Flywheel Mounted Electric Device)

모터가 플라이휠에 장착되어 있는 방식이다. 모터가 엔진과 상시 맞물려 있기 때문에 모터만으로 주행할 수 없으며 소프트 타입으로 분류된다. 모터를 통해 엔진 시동, 엔진 보조 그리고 회생 제동 기능을 수행한다.

 

2) TMED(Transmission Mounted Electric Device)

모터가 변속기에 장착되어 있는 방식이다. 모터와 엔진 사이는 클러치로 분리되어 있으며, '모터 / 모터+엔진 / 엔진' 3가지 형식으로 구동이 가능하며 하드 타입으로 분류된다.

 

시동 및 저토크 주행 시에 EV 주행(모터 단독 구동)을 하며, 이후 속도가 증가하였을 때 엔진 구동력으로의 전환이 필요하다. HSG(Hybrid Starter generator)는 엔진의 속도를 모터의 회전속도에 맞추 모터에서 엔진으로의 구동력을 부드럽게 변환한다. 

 

 

 

2.2 병렬형 장단점

 

1) 장점

구조가 간단하며, 가격이 저렴하다

 

2) 단점

모터가 엔진과 변속기 사이에 설치되어야하므로 공간에 대한 제약이 있으며 고출력의 모터를 설치할 수 없다

 

 

 

3. 복합형(Power Split Type)

직렬형과 병렬형을 혼합한 형태로 한 개의 엔진과 두 개의 모터(구동용 및 발전용)로 구성되어 있다. 도요타 및 혼다에서 주로 사용하고 있는 하이브리드 방식이다. 두개의 모터(MG1, MG2)는 각각 발전용 및 구동용으로 분류되며 주행 시에도 발전용 모터를 통한 배터리 충전이 가능하다. e-CVT의 경우 유성기어와 2개의 모터를 활용한 변속장치이다.

 

3.1 복합형 장단점

1) 장점

2개의 모터를 통하여 주행 및 발전을 동시에 가능하며, 이를 통해 연비를 상승시킬 수 있다.

 

2) 단점

비싼 가격 및 무거운 무게
상대적으로 구조가 복잡하다

 

 

 

4. 병렬형 및 복합형 제원표

4.1 Prius와 Avate의 제원이다. (동일한 17인치 타이어)

Prius HEV (LE) - 17inch wheel 주요 제원			Avante HEV - 17inch Wheel 주요 제원 (Smart, Modern, Inspiration)
Hybrid Type	복합형		Hybrid Type	병렬형
판매가(VAT 포함) * 개별소비세 5% 기준	39,900,000		금액 (세제혜택전 판매가격)	26,470,000 ~ 32,650,000
엔진	직렬 4기통 가솔린 엔진(D-4S)		엔진	가솔린 1.6하이브리드엔진
정부공인표준연비 (복합/도심/고속)	20.9km/ℓ, 21.5km/ℓ, 20.3km/ℓ		정부공인표준연비 (복합/도심/고속)	19.2km/ℓ, 19.5km/ℓ, 18.8km/ℓ
시스템 총 출력	196PS		시스템 총 출력	141PS / 5700rpm
배기량	1,987cc		배기량	1,580cc
공차중량	1,405kg		공차중량	1,370kg
CO2 배출량	74g/km		CO2 배출량	82g/km
변속기	무단 자동 변속기 (e-CVT)		변속기	6단 DCT

 

 

 

4.2 RAV4와 Tucsan의 제원이다. (동일한 18인치 타이어)

RAV4 HEV 2WD XLE - 18inch wheel 주요 제원			Tucsan HEV - 18inch Wheel 주요 제원 (Premium, Inspiration)
Hybrid Type	복합형		Hybrid Type	병렬형
판매가(VAT 포함) * 개별소비세 5% 기준	44,300,000		금액 (세제혜택전 판매가격)	36,120,000 ~ 40,010,000
엔진	직렬 4기통 가솔린 엔진(D-4S)		엔진	가솔린 1.6터보 하이브리드엔진
정부공인표준연비 (복합/도심/고속)	16.1km/ℓ, 17.1km/ℓ, 15.1km/ℓ		정부공인표준연비 (복합/도심/고속)	16.2km/ℓ, 17.0km/ℓ, 15.2km/ℓ
시스템 총 출력	218PS		시스템 총 출력	235PS / 5500rpm
배기량	2,487cc		배기량	1,598cc
공차중량	1,650kg		공차중량	1,645kg
CO2 배출량	99g/km		CO2 배출량	99g/km
변속기	무단 자동 변속기 (e-CVT)		변속기	6단 DCT