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친환경 자동차 > 10. 병렬 소프트 형식(Soft Type)(FMED 방식) 하이브리드구조

▣ 병렬 소프트 하이브리드 개요

병렬 소프트 형식(soft type)은 모터가 플라이휠에 설치되어 있는(FMED : Fly wheel Mounted Electric Device) 형식이며, 엔진과 모터가 같이 연결되어 있어, 모터 단독으로 구동하지 못한다. 엔진 혹은 엔진+모터로 구동하게 되어 있다. 차종 : 아반떼 HD 하이브리드(2010∼2014년식)

● 엔진 시동 : 모터로 시동

● 공회전/서행 : 엔진 구동

● 고속/가속/등속 : 엔진 + 모터 구동

● 감속/제동 : 모터가 발전기로 변환되어 배터리 충전

▣ 작동 흐름도

▣ 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.

▣ 병렬 소프트형 하이브리드 주요 부품의 위치와 기능

● 배터리 시스템 주요 기능

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

● 배터리 시스템 주요 부품의 기능

◈ 안전 플러그 : 안전 스위치는 파워 릴레이 어셈블리에 장착되어 있으며, 기계적인 분리를 통하여 고전압 배터리 내부 회로의 연결을 차단하는 장치이다.

◈ 메인 퓨즈 : 메인 퓨즈는 파워 릴레이 어셈블리에 장착되어 있으며, 고전압 배터리 및 고전압 회로를 과전류로부터 보호하는 기능을 한다.

◈ 배터리 온도 센서 : 배터리 온도 센서는 배터리 팩의 인렛 클립 덕트 장착부에 장착된 1개의 인렛 온도 센서와 배터리 모듈 1, 3, 4, 5번에 내장된 4개의 모듈 온도 센서로 구성되어 있으며, 배터리 팩의 온도를 측정하여 BMS ECU에 전달하는 기능을 한다. BMS ECU는 배터리 온도 센서 신호를 이용하여 배터리 팩의 온도를 감지하고, 배터리 팩이 과열될 경우 쿨링 팬을 통한 배터리 냉각 제어를 실시한다.

◈ 메인 릴레이 : 메인 릴레이(Main Relay)는 파워 릴레이 어셈블리에 장착되어 있으며, 고전압 배터리의 (-)출력 라인과 연결되어 배터리 시스템과 고전압 회로를 연결하는 기능을 한다.

◈ 프리 차지 릴레이 : 프리 차지 릴레이 (Pre-Charge Relay)는 파워 릴레이 어셈블리에 장착되어 있으며，인버터의 커패시터를 초기 층전할 때 고전압 배터리와 고전압 회로를 연결하는 기능을 한다

◈ 프리 차지 레지스터 ; 프리 차지 레지스터(Pre-Charge Resistor)는 파워 릴레이 어셈블리에 장착되어 있으며, 인버터의 커패시터를 초기 층전할 때 층전 전류를 제한하여 고전압 회로를 보호하는 기능을 한다.

◈ 배터리 전류 센서 : 배터리 전류 센서는 파워 릴레이 어셈블리에 장착되어 있으며, 고전압 배터리의 충전/방전시 전류를 측정하는 센서이다.

● HCU(하이브리드 컨트롤 시스템)

● 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.

▣ 저전압 직류 변환장치(LDC)

저전압 직류 변환 장치(LDC: Low DC/DC Converter)는 인버터 하단에 장착되어 있으며，고전압 배터리의 전압을 저전압(+12V)로 변환하여 알터네이터와 같이 보조 배터리를 층전하는 역할을 한다.