마일드 하이브리드 전기 자동차 (Mild Hybrid Electric Vehicle,MHEV) – 소개

이 기사는 마일드 하이브리드 전기 자동차 (MHEV)에 대해 논의 할 일련의 기사 / 튜토리얼 중 첫 번째 부분입니다. 이 시리즈는 6 개의 파트로 구성 될 예정이며, 각 파트는 MHEV의 몇 가지 주요 측면에 중점을 둡니다.

 MHEV – 소개

 MHEV – 토폴로지 (아키텍처)

 MHEV – 주요 구성 요소

 MHEV – 전기 아키텍처

 MHEV – 제어 기능

 MHEV –

이 첫 번째 부분에서는 자동차 산업의 주요 트렌드, 왜 우리에게 마일드 하이브리드가 필요한지, 그리고 MHEV가 큰 그림에서 자신을 포지셔닝 하는 위치에 대해 논의 할 것입니다.

자동차 메가 트렌드

자동차 산업은 매우 역동적이며 혁신적인 기술이 매우 빠른 속도로 등장합니다. 새로운 모델이 출시 될 때마다 차량 내부의 기술이 지속적으로 변화하는 데에는 몇 가지 이유가 있습니다.

MHEV의 개발은 주로 두 가지 요소에 의해 주도됩니다.

효율성: CO2 (이산화탄소) 플릿(fleet) 배출 목표

운전의 즐거움: 차량의 역동적인 성능에 대한 수요 증가

CO2 배출 제한 및 목표와 관련하여 전 세계 많은 국가에서 도로 차량에서 생성되는 CO2 양에 대한 규정이 있습니다.

승용차에 대한 과거 차량 CO2 배출 성능 및 현재 표준 (NEDC로 정규화 된 g/km)

이미지: 승용차에 대한 과거 차량 CO2 배출 성능 및 현재 표준 (NEDC로 정규화 된 g/km)

출처: ICCT (International Council on Clean Transportation)

이산화탄소 (CO2) 배출은 지구의 온실 효과에 기여하고 대기 질에 영향을 미치기 때문에 중요성이 높아지고 있습니다. ICCT (International Council on Clean Transportation)는 차량 CO2 배출량에 대한 현재 및 미래 표준을 발표했습니다 (위 이미지 참조).

2021년부터 유럽 연합의 평균 차량 CO2 배출량은 km 95g CO2로 제한됩니다. CO2 배출은 연료 소비와 직접적인 관련이 있기 때문에 평균 연료 소비율은 약 58.8mpg (가솔린 엔진) 또는 65.3mpg (디젤)입니다.

자동차 제조업체 (OEM)는 새 자동차 판매의 평균 CO2 배출량이 이 수준을 충족하는지 확인해야 합니다. 개별 차량은 제한보다 높거나 낮을 수 있지만 차량 평균은 제한보다 낮거나 같아야 합니다. 자동차 제조업체가 차량 (평균) 한도를 초과하면 벌금을 내야 합니다.

결론은 CO2 배출을 줄이려면 엔진의 연료 소비를 줄여야 한다는 것입니다. 후 처리 시스템은 분자의 총 질량을 유지하면서 배기 가스에서 화학 성분의 특성만 변형하기 때문에 이번에는 도움이 되지 않습니다.

승용차 저탄소 기술 로드맵

이미지 : 승용차 저탄소 기술 로드맵

크레딧 : Automotive Council UK

2020 년 이후 CO2 한도를 충족하는 유일한 방법은 에너지 효율을 높이는 것입니다. 따라서 연비 개선을 위한 세 가지 주요 방향이 있습니다.

- 무게 및 손실 감소 (드래그)

- 파워 트레인 효율 증가

- 파워 트레인의 전기 하이브리드화

영국의 Automotive Council CO2 배출 감소의 최종 목적을 가진 현재 및 미래의 자동차 기술에 대한 로드맵을 마련했습니다. 보시다시피, 차량 및 내연 기관 효율의 개선은 파워 트레인의 전기 하이브리드화와 병행하여 수행됩니다.

차량 제조업체의 경우 2020년까지 차량 모델의 ​​상당 부분에 하이브리드 또는 순수 전기 파워 트레인이 장착 될 것이라는 확신이 있습니다. 이것은 평균 CO2 배출 한도를 달성 할 수 있는 유일한 방법입니다.

자동차 산업의 또 다른 중요한 주요 트렌드는 운전의 즐거움입니다. 이는 새로운 차량 모델의 ​​동적 성능과 관련하여 고객의 더 높은 기대치를 의미합니다.

이미지 : 0-100km / h (모든 세그먼트)에 대한 전력 밀도 [kW / kg] 대 평균 가속도 [m / s2], 추세 / 예측 2002 – 2015 – 2025 (C 세그먼트 중앙값)

크레딧 : Magna (Getrag)

Getrag (Magna 소유)에 따르면 파워 트레인의 에너지 밀도와 차량의 평균 가속도 사이의 비율은 수년 동안 지속적으로 증가했습니다. 고객은 새로운 차량에 기대합니다.

 - 향상된 시작 성능

 - 부스팅

 - 즉각적인 반응

빠른 토크 응답으로 인해 전기 모터는 이러한 요구 사항에 대한 완벽한 후보입니다. 내연 기관과 결합된 전기 모터는 파워 트레인의 전반적인 동적 성능

 

MHEV 정의

하이브리드 전기 자동차의 일반적인 정의는 다음과 같습니다. 하이브리드 전기 자동차는 적어도 두 개의 에너지 원을 가진 자동차이며, 각각 하나는 전기적이며 가역적입니다. 하이브리드 전기 자동차의 유형을 잘 이해하려면 마이크로, 마일드, 풀 및 플러그인 하이브리드 전기 자동차 이해 기사를 읽어보십시오.

MHEV (Mild Hybrid Electric Vehicle)를 정의하는 것은 쉬운 일이지만 대부분의 소스는 불완전한 정의를 제공합니다. 하이브리드 전기 자동차의 유형을 살펴볼 때 다음과 같은 주요 측면을 고려해야 합니다.

 - 사용 가능한 전력 ( : 15kW)

 - 고전압 배터리의 전압 ( : 48V)

 - 연료 소비 / CO2 감소 잠재력 ( : 15 %)

 - 전기 기계가 수행하는 기능 ( : 토크 부스트)

마일드 하이브리드 전기 자동차 (MHEV)는 위에서 정의한 주요 측면의 조합으로 정의됩니다.

Mild Hybrid 및 전기차/Micro Hybrid 비교

이미지 : 마일드 하이브리드 전기 자동차 (MHEV)를 만드는 이유

크레딧 : Continental

차량 세그먼트는 다음과 같습니다.

A – 경차

B – 소형차

C – 중형차

D – 대형차

E – 프리미엄 자동차

Continental에 따르면 MHEV는 다음과 같이 정의됩니다.

 10 – 20 kW 사이의 사용 가능한 전력

 48V의 고전압 배터리

연료 소비 / CO2 절감 잠재력 13 ~ 22 % (기존 차량 대비)

비용은 차량의 전기 하이브리드화 수준에 영향을 미치는 또 다른 주요 요소입니다. 전기 부품의 도입은 비용이 더 많이 들기 때문에 하이브리드화 수준은 차량 부문에 따라 다릅니다. 더 작고 비용 경쟁력이 있는 차량은 차량의 전체 가격에 영향을 미치기 때문에 최소한의 전기 하이브리드 화 통합 수준을 갖습니다.

MHEV 자동차 시장에는 현재 고전압 네트워크의 작동 값에 대해 48V와 최대 160V의 두 가지 주요 범주가 있습니다. 초점은 MHEV의 표준 솔루션이 될 48V 솔루션으로 이동하고 있습니다. 마일드 하이브리드 전기 자동차는 또한 수행 할 수 있는 작동 모드의 기능으로 정의됩니다. 아래 표에서 다양한 수준의 차량 하이브리드화, 에너지 특성 및 제어 기능 (작동 모드)의 기능을 종합적으로 볼 수 있습니다.

Micro Hybrid

MHEV 

HEV

PHEV

EV

Topology

Regular starter

BiSG

TiMG

CiSG

Powersplit

Powersplit / Parallel

Direct Drive

Electric power [kW]

2-4

10-15

< 21

15-20

25-60

40-100

> 60

Operating voltage [V]

12

48

48

< 160

150-350

< 400

< 450

Cold engine cranking

Yes

No

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Idle Stop & Start

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Moving Stop & Start

Optional

Optional

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Engine load shift

Optional

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Torque assist (fill)

No

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Torque boost

No

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Sailing / Coasting

No

Optional

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Energy recuperation

Optional

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Brake regeneration

No

Optional

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Electric driving / creep

 No

No

Optional

No

Yes

Yes

Yes

External charging

No

No

No

No

No

Yes

Yes

 

범례:

BiSG – 벨트 통합 스타터 생성기 (엔진 측)

TiMG – 변속기 통합 모터 발전기 (변속기 측)

CiSG – 크랭크 샤프트 통합 스타터 생성기 (엔진과 변속기 사이)

위의 표에서 볼 수 있듯이 MHEV에는 서로 다른 특징이 있으며 주요 차이점은 토폴로지 (아키텍처)와 버스 전압입니다. 전기 기계의 위치 (엔진측, 엔진과 변속기 또는 변속기측)에 따라 다른 제어 기능을 수행 할 수 있습니다. TiMG MHEV 토폴로지는 전체 하이브리드 전기 자동차 (HEV)와 유사한 제어 기능 / 주행 모드 측면에서 최고의 유연성을 제공합니다.

장점 때문에 48V MHEV 시스템이 주요 시장에 진입하고 있습니다. 48V 기술의 가장 큰 장점은 기존 차량 아키텍처의 비교적 간단한 통합과 구성 요소의 높은 효율성입니다.

Mild Hybrid 아키텍처(BiSG)

이미지 : 12V에서 이중 전압 12V-48V 아키텍처 (BiSG)로 전환

크레딧 : Continental

48V MHEV 시스템에는 네 가지 주요 구성 요소가 있습니다.

 - 전기 기계 (BiSG 또는 TiMG)

 - 인버터 (일반적으로 전기 기계와 통합)

 - DCDC 변환기

 - 고전압 (48V) 배터리

48V 하이브리드 시스템의 통합 비용을 최소화하려면 기존 차량 및 전송 아키텍처에 미치는 영향을 최소화해야 합니다. BiSG MHEV 시스템은 기존 차량 아키텍처에 가장 적은 변경 사항을 도입하므로 가장 비용 효율적인 하이브리드 솔루션입니다.

마일드 하이브리드 시장 규모

이미지 : 2030년까지 하이브리드 전기차 시장 점유율 추정

크레딧 : Continental

콘티넨탈에 따르면 가까운 미래에 하이브리드 및 순수 전기 자동차 (PHEV 및 순수 EV)의 시장 점유율이 지속적으로 증가 할 것이라고 합니다. 가장 큰 증가는 48V MHEV 아키텍처에서 비롯 될 것으로 예상되며 2030년까지 약 2,500 만 대가 판매 될 것입니다.

출처 : x-engineer.org

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