친환경 자동차 > 09. 직렬형 하이브리드(SHEV) 구조
▣ 직렬형 하이브리드 자동차(SHEV : Series Hybrid Electronic Vehicle)(감속기 장착된 HEV)
▶ 엔진은 고전압 배터리에 충전만 하고, 모터의 동력만으로 바퀴를 구동시키는 방식이다. BMW i3 REX. GM 2세대 Volt. 국산 차종 없음
▶ 모터 주행 : 고전압 배터리 → HCU → 구동 모터 → 감속기 → 차동기어 → 구동 바퀴
▶ 주행 중 고전압 배터리 충전 : 엔진 시동 → 발전기 → HCU → 고전압 배터리
감속기 장착된 직렬형 하이브리드
▣ 직렬형 하이브리드 주요 부품의 기능
● 배터리 시스템
1. 배터리 충전률(SOC) 제어 : 전압/전류/온도 측정을 통해 SOC 계산하여 적정 SOC 영역으로 제어함 ·SOC(State Off Charge : 배터리 충전률) = 배터리 사용 가능 에너지 · SOC = (방전 가능 전류량 / 배터리 정격 용량) X 100%
2. 배터리 출력 제어 : 시스템 상태에 따른 입/출력 에너지 값을 산출하여 배터리 보호，가용 파워 예측, 과층전/과방전 방지, 내구 확보 및 충/방전 에너지를 극대화함
3. 셀 밸런싱(Cell Balancing) 제어 : 배터리 층/방전 과정에서 전압 편차가 발생한 셀을 동일한 전압으로 조정하여, 배터리 내구성, 사용 가능 에너지 용량 및 배터리 에너지 효율 증대
4. 파워 릴레이 제어 : IG ON/OFF시 고전압 배터리와 관련 시스템으로의 전원 공급 및 차단 ; 고전압 시스템 고장으로 인한 안전사고 방지
5. 냉각제어 : 쿨링 팬 제어를 통한 최적의 배터리 동작 온도 유지(배터리 최대 온도 및 모듈간 온도 편차량에 따라 팬 속도를 가변 제어함) 냉각 방식은 공냉식, 수냉식
6. 고장 진단
◈ 시스템 고장 진단 데이터 모니터링 및 소프트웨어 관리
◈ 페일-세이프(Fail-Safe) 레벨을 분류하여 출력 제한치 규정
◈ 릴레이 제어를 통하여 관련 시스템 제어 이상 및 열화에 의한 배터리 안전사고 방지
● HCU(하이브리드 컨트롤 시스템)
하이브리드 컨트롤 시스템은 전체 하이브리드 시스템 제어용 컨트롤 모듈인 HCU를 중심으로 엔진(ECU), 변속기(TCM), 고전압 배터리(BMS ECU), 하이브리드 모터(MCU) 제어기로 구성되어 있으며, CAN 통신으로 연결되어 있다.
● MCU(Motor Control Unit)
모터 컨트롤 유닛(MCU)은 온도, 모터 위치를 모니터링 하여 HCU의 지령을 받아 모터 회전수 및 토크를 제어한다.
● 인버터(Inverter)
인버터 고전압 배터리 직류를 - 3상 교류 변환하여 하이브리드 모터에 공급 한다.
● 구동 모터
구동 모터는 3상 동기모터로 높은 출력으로 부드러운 시동들 가능하게 하고, 가속시 엔진의 동력을 보조하여 차량의 출력을 높인다. 그리고 감속 주행시 발전기로 구동되어 고전압 배터리를 층전하는 역할을 한다.
◈ 리졸버 : 모터 회전자의 절대 위치를 검출. 구동 원리 : 가변 릴럭턴스 변압비 원리
◈ 온도 센서 : 모터의 성능 변화에 가장 큰 영향을 주는 요소는 모터의 온도이다. 모터 온도가 사양치 이상으로 올라가게 되면 영구자석의 성능 저하가 발생한다. 이를 방지하기 위해 모터 내부에 온도 센서를 장착하여 모터의 온도에 따라 모터를 제어하도록 한다.
감속기 없이 차동기어와 모터 일체로 구성된 직렬형 하이브리드
▣ 특징
1. 엔진의 작동 영역을 주행 상황에 따라 분리하여 운영이 가능하다.
2. 엔진의 작동 효율이 향상되고 배기 가스의 저감에 유리하다.
3. 전기 자동차의 기술을 적용할 수 있다.
4. 구조 및 제어가 병렬형에 비해 간단하며 특별한 변속장치를 필요로 하지 않는다.
5. 엔진에서 모터로의 에너지 변환 손실이 크다.
6. 주행 성능을 만족시킬 수 있는 효율이 높은 전동기가 필요하다.
7. 출력 대비 자동차의 무게비가 높은 편으로 가속 성능이 낮다.
8. 동력 전달 장치의 구조가 크게 바뀌므로 기존의 자동차에 적용하기는 어렵다.