하이브리드 차량 드라이브트레인

Hybrid vehicle drivetrain

하이브리드 차량 드라이브트레인은 하이브리드 차량용 구동 휠에 동력을 전달합니다.하이브리드 자동차는 여러 가지 형태의 동력을 가지고 있다.

하이브리드는 여러 가지 구성이 있습니다.예를 들어, 하이브리드는 휘발유를 연소시킴으로써 에너지를 받을 수 있지만 전기 모터와 연소 엔진 사이를 전환할 수 있습니다.

전기 차량은 디젤-전기 파워트레인처럼 내연과 전기 변속기를 결합한 오랜 역사를 가지고 있지만, 대부분 철도 기관차에 사용되어 왔습니다.디젤-전기 파워트레인은 동력원의 보조원이 아니라 전기 구동 변속기가 기계적 변속기를 직접 대체하기 때문에 하이브리드의 정의에 맞지 않습니다.하이브리드 육상 차량의 초기 형태 중 하나는 1935년부터 1948년까지 운행된 미국(뉴저지)의 '무궤도' 트롤리 버스 실험으로, 일반적으로 와이어로 전달되는 트랙션을 사용했다.트롤리 버스에는 트랙션 모터용 전기를 생성하기 위한 것이 아니라 기계식 드라이브트레인에 직접 전력을 공급하기 위한 ICE(내연 엔진)가 장착되었습니다.이를 통해 접촉선이 없는 곳에서 차량을 수익 서비스에 사용할 수 있게 되었습니다.1990년대부터 트롤리버스 하이브리드는 비상 및 유지보수를 위한 저속 기능을 제공하지만 일반 수익 서비스를 지원하지 않기 위해 소형 발전소와 함께 도입되었습니다.

파워트레인에는 저장된 위치 에너지를 변환하는 데 사용되는 모든 구성 요소가 포함되어 있습니다.파워트레인은 화학, 태양, 핵 또는 운동성을 사용할 수 있으며 추진에 유용합니다.가장 오래된 예는 증기 기관차입니다.일반적인 현대의 예는 전기 자전거이다.하이브리드 전기 자동차는 배터리를 충전하거나 차량에 전원을 공급할 수 있는 ICE로 보완된 배터리 또는 슈퍼 캐패시터를 결합합니다.다른 하이브리드 파워트레인은 에너지를 저장하기 위해 플라이휠을 사용합니다.

다양한 하이브리드 차량 유형 중 2017년 현재 상용화된 것은 전기/ICE 유형뿐입니다.한 종류가 병렬로 작동하여 두 모터에서 동시에 전원을 공급합니다.또 하나는 전력을 독점적으로 공급하는 전원과 다른 하나는 전력을 공급하는 전원으로 직렬로 작동했다.어느 쪽이든 1차 동력을 제공하고 다른 쪽도 1차 동력을 증강할 수 있습니다.

그 외의 조합에서는, 뛰어난 에너지 관리 및 재생으로 효율이 향상해, 비용, 복잡성, 배터리 제한에 의해서 상쇄됩니다.연소-전기(CE) 하이브리드는 연소 전용 차량보다 훨씬 더 큰 용량의 배터리 팩을 가지고 있다.연소-전기 하이브리드는 훨씬 더 비싼 에너지 밀도를 제공하는 가벼운 배터리를 가지고 있습니다.ICE는 전기 시스템을 작동시키고 엔진을 [1]점화하기에 충분한 크기의 배터리만 있으면 됩니다.

설계별 유형

병렬 하이브리드

병렬 하이브리드 전기 자동차의 구조.회색 사각형은 디퍼렌셜 기어를 나타냅니다.

병렬 하이브리드 시스템은 내연 엔진과 전기 모터를 모두 갖추고 있어 개별적으로 주행하거나 두 시스템을 결합하여 구동력을 제공합니다.이는 2016년 기준 가장 일반적인 하이브리드 시스템이다.

이 자전거가 (병렬로) 한 축에서 결합되는 경우, 이 축의 속도는 동일해야 하며 제공된 토크가 합산됩니다(대부분의 전기 자전거는 이 유형입니다).두 소스 중 하나만 사용 중인 경우 다른 하나는 원웨이 클러치 또는 프리휠을 통해 연결해야 자유롭게 회전할 수 있습니다.

자동차의 경우 두 개의 소스가 동일한 샤프트에 적용되어(예: 엔진과 변속기 사이에 전기 모터가 연결된 상태에서) 동일한 속도로 회전하고 필요에 따라 전기 모터와 함께 토크가 시스템에 토크를 더하거나 감산할 수 있습니다(혼다 인사이트의 첫 번째 두 세대는 이 시스템을 사용합니다).

병렬 하이브리드는 다른 모터 사이의 균형에 의해 더욱 분류될 수 있다: ICE는 우세할 수 있다(특정 상황에서만 전기 모터를 작동시킨다). 반면에 다른 곳에서는 전기 시스템만으로 구동할 수 있지만 현재의 병렬 하이브리드는 전기 전용 또는 동력을 제공할 수 없기 때문이다.3단 연소 전용 모드인 경우 보통 마일드 하이브리드로 분류됩니다(아래 참조).

병렬 하이브리드는 회생 제동에 더 의존하며 ICE는 보조 재충전을 위한 발전기 역할도 할 수 있습니다.이것은 그들을 도시의 '스톱 앤 고' 조건에서 더 효율적으로 만든다.그들은 다른 하이브리드보다 작은 배터리 팩을 사용한다.IMA를 사용한 혼다의 초기 인사이트, 시빅, 어코드 하이브리드가 생산 병렬 하이브리드의 [2]예다.제너럴 모터스(GM)의 병렬 하이브리드 트럭(PHT)과 새턴 뷰, 아우라 그린라인, 쉐보레 말리부 하이브리드 등 BAS 하이브리드도 병렬 하이브리드 아키텍처를 채택하고 있다.

TTR(Throughybrid

대체 평행 하이브리드는 "도로 통과" [3][4]유형입니다.이 시스템에서는 기존 드라이브트레인이 한 축에 동력을 공급하고 전기 모터 또는 모터가 다른 축을 구동합니다.이 배치는 최초의 '궤도 이탈' 트롤리버스에 의해 사용되었습니다.사실상 완전한 백업 파워트레인을 제공합니다.현대 모터에서는 회생 제동 또는 크루즈 주행 중에 전기 구동 휠을 장착하여 배터리를 충전할 수 있습니다.이것에 의해, 전원 관리에의 어프로치가 심플화됩니다.이 레이아웃은 또한 일부 조건에서 4륜 구동을 제공할 수 있는 장점이 있습니다(이 원리의 예로는 자전거의 뒷바퀴 페달 동력을 보조하는 프론트 허브 모터가 장착된 자전거가 있습니다).이 유형의 차량에는 Audi 100 Duo II 및 스바루 VIZ가 포함됩니다.IV 콘셉트카, 푸조 3008, 푸조 508, 508 RXH, 시트로엥 DS5(모두 PSA의 HYBRID4 시스템을 사용), 볼보 V60 플러그인 하이브리드, BMW 2 시리즈 액티브 투러, BMW i8 및 2세대 혼다 NSX.

시리즈 하이브리드

직렬 하이브리드 차량의 구조입니다.회색 사각형은 디퍼렌셜 기어를 나타냅니다.다른 방법(표시되지 않음)은 2개 또는 4개 휠에 전기 모터를 장착하는 것입니다.

시리즈 하이브리드는 EREV([5]Extended-Range Electric Vehicle) 또는 REV(Range-Extended Electric Vehicle) 또는 EVER(Extended-Range Electric Vehicle)라고도 합니다.(캘리포니아 항공자원위원회(California Air Resources Board)[6]는 특정 특성을 가진 시리즈 하이브리드를 범위 확장 배터리 전기 자동차(BEVx)로 분류합니다.)

전기 변속기는 1903년부터 기존의 기계식 변속기의 대안으로 사용 가능했습니다.일반적으로 기계식 변속기는 수동 또는 자동으로 변속될 때마다 중량, 부피, 소음, 비용, 복잡성 및 엔진 출력 소모 등 많은 불이익을 가합니다.ICE와 달리 전기 모터에는 변속기가 필요하지 않습니다.

실제로 ICE와 휠 사이의 전체 기계적 변속기가 제거되고 전기 제너레이터, 일부 케이블 및 컨트롤, 전기 트랙션 모터로 교체되므로 ICE가 더 이상 수요에 직접 연결되지 않습니다.

이것은 직렬 하이브리드 배열이며 디젤 전기 기관차와 선박에서 흔히 볼 수 있다(1903년에 진수된 러시아 강 선박 반달은 세계 최초의 디젤 동력 및 디젤 전기 동력 선박이었다). 페르디난드 포르쉐는 20세기 초에 로흐너-포르셰 혼합 차량을 포함한 경주용 자동차에 이 배열을 성공적으로 사용했다.브릿지. 포르쉐는 휠 허브 모터 배열을 갖춘 시스템 믹스(System Mixte)라는 이름을 붙여 속도 기록을 세웠다.

쉐보레 볼트는 주로 직렬 하이브리드로 작동합니다.

에너지 버퍼 역할을 하는 중간 전기 배터리가 전기 제너레이터와 전기 트랙션 모터 사이에 있을 때 도로 차량용 직렬 하이브리드 시스템에서 사용 시점에 더 높은 유연성, 더 높은 효율성 및 더 적은 배기 가스 배출을 주장할 수 있습니다.

ICE는 제너레이터를 돌리며 구동 휠에 기계적으로 연결되지 않습니다.따라서 엔진이 수요로부터 격리되어 가장 효율적인 속도로 일관되게 작동할 수 있습니다.1차 동력은 배터리에 의해 생성되므로 기존의 다이렉트 드라이브 엔진에 비해 작은 제너레이터/엔진을 장착할 수 있습니다.전기 트랙션 모터는 배터리 또는 엔진/제너레이터 또는 둘 다로부터 직접 전기를 공급받을 수 있습니다.트랙션 모터는 전기 그리드와 같은 외부 전원에서 충전할 수 있는 전기 배터리로만 구동되는 경우가 많습니다.

이를 통해 엔진/제너레이터가 장착된 차량은 배터리가 방전되거나 배터리를 충전하는 등 필요할 때만 작동합니다.이러한 유형의 차량에는 발전기와 EM57 견인 모터를 구동하기 [11]위해 가솔린 엔진을 사용하는 닛산의 e-Power 라인(참고,[7][8] Serena, [9]Kicks [10]및 Qashqai), 회전 엔진/발전기 레인지 [12]익스텐더 장착 시 마츠다의 MX-30이 포함됩니다.ISE Corporation이 [13]통합한 ThunderVolt 하이브리드 트랜짓 버스 및 BAE 시스템즈(구 록히드 마틴) HybriDrive 파워트레인이 [14][15]장착된 트랜짓 버스.

전기 견인 모터

전기 모터는 ICE보다 효율적이며, 중량 대비 출력이 높아 광범위한 속도 범위에서 토크를 제공합니다.ICE는 일정한 속도로 회전할 때 가장 효율적입니다.

ICE는 발전기를 돌릴 때 최적으로 작동할 수 있습니다.직렬 하이브리드 시스템은 기어 변속을 방지하여 더욱 부드러운 가속을 제공합니다.시리즈 하이브리드 기능:

  • 전기 트랙션만 해당 – 전기 모터만 사용하여 휠을 회전시킵니다.
  • ICE – 제너레이터만 회전시킵니다.
  • 제너레이터 – ICE에 의해 회전하여 전기를 생성하고 엔진을 시동합니다.
  • 배터리 – 에너지 버퍼.
  • 회생 제동 – 구동 모터가 제너레이터가 되어 운동 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 에너지를 회수하고 차량의 속도를 늦추고 열 손실을 방지합니다.

추가 정보:

  • 배터리를 충전하기 위해 그리드에 꽂을 수 있습니다.
  • 슈퍼 캐패시터는 배터리를 보조하고 제동 시 대부분의 에너지를 회수합니다.

상세하게

전기 모터는 배터리 또는 ICE에 의해 회전되는 발전기를 통해 완전히 공급될 수 있습니다.이러한 차량은 개념적으로 디젤 전기 기관차와 유사하며, ICE를 구동하지 않고 차량에 전력을 공급하고 가속 및 더 빠른 속도를 달성하는 데 사용되는 에너지 버퍼 역할을 한다. 발전기는 배터리를 충전하는 동시에 차량을 움직이는 전기 모터에 전력을 공급할 수 있다.

차량이 정지하면 ICE는 공회전하지 않고 꺼지며, 배터리는 정지 상태에서 필요한 모든 전원을 공급합니다.신호등 또는 느리게 이동하는 Stop-Start 교통 체증 차량은 정지 상태 또는 느리게 이동할 때 연료를 태울 필요가 없으므로 배기 가스 배출을 줄일 수 있습니다.

직렬 하이브리드에는 슈퍼 캐패시터 또는 플라이휠을 장착하여 회생 제동 에너지를 저장할 수 있습니다. 이 기능은 브레이크 시스템을 통해 손실된 에너지를 열로 회수하여 효율성을 향상시킬 수 있습니다.직렬 하이브리드는 ICE와 휠 사이에 기계적 링크가 없기 때문에 차량 속도에 관계 없이 일정하고 효율적인 속도로 엔진을 구동할 수 있으며, 더 높은 효율([16]ICE 평균 20%가 아닌 37%)을 달성할 수 있으며, 저속 또는 혼합 속도에서는 전체 효율이 최대 50%까지 향상될 수 있습니다(19% 대 29%).

로터스는 닛산 컨셉의 Infiniti Emergency-e에 사용되는 통합 [17]발전기를 통해 1,500rpm에서 15kW, 3,500rpm에서 35kW의 전력을 제공하는 두 가지 속도로 작동하는 엔진/제너레이터 세트 설계를 제공했습니다.

이 작동 프로파일을 통해 마이크로터빈,[18] 로터리 앳킨슨 사이클 엔진 또는 선형 연소 [19]엔진과 같은 대체 엔진 설계의 범위를 넓힐 수 있습니다.

ICE는 순항 속도에서 출력 속도를 비교하여 전기 엔진과 일치시킵니다.일반적으로 연소 엔진의 출력 속도는 순간(피크) 출력 [20]속도로 제공되지만 실제로는 사용할 수 없습니다.

휠을 직접 구동하는 전기 모터를 사용하면 기존의 기계적 변속기 요소(변속 장치, 변속기 축 및 디퍼렌셜)가 제거되고 때로는 플렉시블 커플링이 제거될 수 있습니다.

1997년 도요타는 일본에서 [21]최초로 시리즈 하이브리드 버스를 출시했다.뉴질랜드 애쉬버튼의 Designline International은 마이크로터빈으로 구동되는 직렬 하이브리드 시스템을 갖춘 시내버스를 생산하고 있습니다.라이트버스는 제미니2와 뉴루트마스터를 포함한 시리즈 하이브리드 버스를 생산하고 있다.AFS Trinity는 Saturn Vue SUV 개조 차량에 리튬 이온 배터리 뱅크와 결합된 슈퍼 캐패시터를 사용해 왔습니다.슈퍼 캐패시터를 사용하면 직렬 하이브리드 [22]배열에서 최대 150 mpg을 청구할 수 있습니다.

잘 알려진 자동차 시리즈 하이브리드 모델에는 레인지 익스텐더가 장착된 BMW i3의 변형 모델이 있습니다.시리즈 하이브리드 자동차의 또 다른 예는 Fisker Karma입니다.쉐보레 볼트는 거의 직렬 하이브리드 모델이지만 엔진에서 [23][24]70mph 이상의 휠까지 기계적으로 연결되어 있습니다.

직렬 하이브리드는 항공기 산업에 의해 채택되었다.DA36 E-Star는 Siemens, Diamond Aircraft 및 EADS가 설계한 항공기로, Siemens 70kW(94hp) 전기 모터로 프로펠러를 돌리는 직렬 하이브리드 파워트레인을 사용합니다.파워 새핑 프로펠러 감속 유닛을 제거한다.목표는 연료 소비와 배출량을 최대 25% 줄이는 것이다.온보드 40hp(30kW) 오스트리아 엔진 Wankel 로터리 엔진 및 제너레이터가 전력을 공급합니다.

Wankel은 크기가 작고 무게가 작으며 전력 대 중량비가 크기 때문에 선택되었습니다.(Wankel 엔진은 발전기 작동에 적합한 약 2,000RPM의 정속에서도 효율적으로 작동합니다.일정/좁은 대역을 유지하면 자동차 애플리케이션에서 Wankel 엔진의 많은 인식된 단점을 상쇄할 수 있습니다.)[25]

전기 프로펠러 모터는 엔진이 작동하지 않는 상태에서 배터리에 저장된 전기를 사용하여 이륙 및 상승하여 소리 방출을 줄입니다.파워트레인은 비행기의 무게를 이전 기종보다 100킬로 줄였다.DA36 E-Star는 2013년 6월에 처음 비행하여 시리즈 하이브리드 파워트레인의 첫 비행이 되었습니다.다이아몬드 항공기는 이 기술이 100인승 [26][27]항공기까지 확장 가능하다고 말한다.

인휠 모터

모터가 차체에 장착된 경우 플렉시블 커플링이 필요하지만 트랙션 모터가 휠에 통합되어 있는 경우에는 필요하지 않습니다.한 가지 단점은 하중량이 증가하고 서스펜션 응답성이 감소하여 승차감과 안전에 영향을 미친다는 것입니다.그러나 Hi-Pa Drive와 같은 휠 허브의 전기 모터는 매우 작을 수 있으며 휠 모터가 차량을 제동할 때 중량 대비 출력 및 제동 메커니즘이 매우 가벼워질 수 있으므로 충격이 최소화되어야 합니다.

개별 휠 모터의 장점으로는 트랙션 제어 간소화, 필요한 경우 4륜 구동 및 하부 플로어(버스 및 기타 특수 차량에 유용함)(일부 8x8 4륜 구동 군용 차량은 개별 휠 모터를 사용함)가 있습니다.디젤 전기 기관차는 70년 동안 [28][full citation needed]이 개념(각 휠 쌍의 차축을 구동하는 개별 모터)을 사용해 왔습니다.

기타 조치로는 휠 어셈블리의 찌그러지지 않은 질량을 줄이기 위한 경량 알루미늄 휠이 있습니다. 차량 설계는 플로어 레벨에 무거운 요소(배터리 포함)를 배치하여 무게 중심을 낮추도록 최적화될 수 있습니다. 일반적인 도로 차량에서는 동력 전달 설정이 동급 일반 MEC보다 작고 가벼울 수 있습니다.핸니컬 동력 전달 설정, 여유 공간; 연소 발생기 세트는 구동 전기 모터에 케이블만 필요로 하며, 우수한 중량 분배를 제공하고 차량 실내 공간을 극대화하며, 우수한 차량 설계의 활용 가능성을 열어줍니다.유연성입니다.

전력 분할 또는 직렬 병렬 하이브리드

복합 하이브리드 전기차 구조

동력-분할 하이브리드 또는 직렬-병렬 하이브리드는 동력-분할 장치를 통합한 병렬 하이브리드로서, ICE에서 휠까지의 동력 경로를 기계식 또는 전기식으로 사용할 수 있습니다.주요 원리는 기본 전원이 공급하는 전원과 운전자가 요구하는 전원을 분리하는 것입니다.

낮은 RPM에서는 ICE 토크 출력이 최소화되며, 기존 차량은 허용 가능한 초기 가속에 대한 시장 요구 사항을 충족하기 위해 엔진 크기를 늘립니다.대형 엔진은 정속 주행에 필요한 것보다 더 많은 출력을 발휘합니다.전기 모터는 정지 상태에서 최대 토크를 생성하고 낮은 RPM에서 ICE 토크 부족을 보완하는 데 적합합니다. 동력 분할 하이브리드에서는 보다 작고 유연성이 떨어지며 보다 효율적인 엔진을 사용할 수 있습니다.기존의 오토 사이클(높은 동력 밀도, 낮은 RPM 토크, 낮은 연비)은 종종 앳킨슨 사이클 또는 밀러 사이클(낮은 동력 밀도, 낮은 RPM 토크, 높은 연비, 때로는 앳킨슨-밀러 사이클)로 수정됩니다.보다 효율적인 사이클을 사용하고 종종 브레이크 고유 연료 소비 맵의 바람직한 영역에서 작동하는 작은 엔진은 차량의 전반적인 효율에 크게 기여합니다.

예를 들어, 유명한 Toyota Prius에서 발견된 심플한 디자인(오른쪽 사진)의 흥미로운 변형은 다음과 같습니다.

  • 렉서스 RX400h 및 도요타 하이랜더 하이브리드에 사용되는 고정 비율의 두 번째 유성 기어 세트입니다.따라서 토크는 낮지만 출력은 더 높습니다(및 최대 회전 속도도 더 높습니다). 즉, 출력 밀도가 더 높습니다.
  • Lexus GS450h에 사용되는 Ravigno형[29] 유성 기어(3축이 아닌 4축인 유성 기어) 및 클러치 2개.클러치를 전환하면 더 나은 변속기 효율을 유지하면서 MG2(트랙션 모터)에서 휠 축까지의 기어비가 더 높은 토크 또는 더 빠른 속도(최대 250km/h/155mph)로 전환됩니다.이는 3세대 프리우스 HSD(Prius v, Prius 플러그인 및 Prius c)에서 효과적으로 달성되지만, 3세대 HSD는 "캐리어"가 고정될 때 1:1과 2.5:1 사이에서 전환되는 것이 아니라 2.5:1로 고정됩니다.
파워 스플리터 시리즈 하이브리드 도요타 프리우스

Toyota Hybrid System THS/Hybrid Synergy Drive는 단일 동력 분할 장치(단일 3축 유성 기어 세트로 통합됨)를 갖추고 있으며, 엔진의 동력은 변속기에 대한 입력에서 분할되므로 입력 분할로 분류할 수 있습니다.이것에 의해, 이 설정은 기계적인 용어로 매우 심플하게 됩니다만, 그 자체의 단점이 있습니다.예를 들어, 1세대 및 2세대에서는 HSD의 최대 속도가 주로 소형 전기 모터의 속도(종종 발전기 역할을 함)에 의해 제한됩니다.3세대 HSD는 ICE-MG1 경로를 MG2 경로에서 분리하며, 각각 자체 맞춤형 기어비를 갖습니다(프리우스 c를 포함한 후기 프리우스의 경우 각각 1.1:1 및 2.5:1).4세대 HSD는 두 번째 유성 기어 세트를 제거하고 전기 모터를 병렬 축에 배치하고 결합 기어를 이들 축 사이에 끼운 후 결합된 결과를 최종 구동 디퍼렌셜로 전달합니다.이는 도요타 계열의 아이신 세이키 하이브리드 시스템과 매우 유사해 공간을 대폭 절약한다.

Early Hybrid Synergy Drive.제1세대/제2세대(체인) ICE-MG1-MG2 파워 스플릿디바이스 HSD를 나타냅니다.MG2 비율은 영구적으로 1:1로 설정됩니다.
최신 하이브리드 시너지 드라이브.제 3 세대(체인리스) ICE-MG1 파워 스플릿 디바이스/MG2 모터 속도 저감 디바이스 HSD를 나타냅니다.MG2 비율은 2.5:1로 영속적으로 설정됩니다.

제너럴 모터스, BMW, 다임러 크라이슬러는 글로벌 하이브리드 협력의 일환으로 "Two-Mode Hybrid"라는 이름의 시스템을 공동으로 개발했습니다.이 기술은 2007년 가을에 쉐보레 타호 하이브리드에 출시되었습니다.이 시스템은 2005년 [31]디트로이트에서 열린 북미 국제 모터쇼에서 GMC 그래파이트 SUV 컨셉트 차량에도 장착되었습니다.BYD오토 F3DM 세단은 2008년 [32][33][34]중국에서 판매된 직렬 병렬 플러그인 하이브리드 자동차다.

2-모드 하이브리드라는 이름은 하이브리드(모드 2 또는 복합 분할) 모드뿐만 아니라 All-Electric(모드 1 또는 입력 분할) 모드에서도 작동하는 드라이브 트레인의 기능을 강조합니다.이 설계에서는, 3개 이상의 모드로 동작할 수 있습니다.여러 고정 기어(기본적으로 병렬 하이브리드) 체제와 함께 두 가지 동력 분할 모드를 사용할 수 있습니다.이러한 설계는 다중 영역 [35]설계라고 할 수 있습니다.2모드 하이브리드 파워트레인 설계는 복합 분할 설계로 분류할 수 있습니다. 변속기에 4개의 클러치를 추가하면 엔진 동력 분할을 여러 번 구성할 수 있기 때문입니다.이 변속기에는 클러치 외에도 두 번째 유성 기어 세트가 있습니다.설계의 목적은 저속 및 고속 작동 조건 모두에 대처하기 위해 기계적 동력 대 전기적으로 전달되는 동력 비율을 변화시키는 것이다.따라서 파생되는 전기 피크 전력은 연속 변동 범위의 폭에 비례하므로 싱글 모드 시스템에 비해 작은 모터가 더 큰 모터의 작업을 수행할 수 있습니다.4개의 고정 기어를 통해 2-모드 하이브리드는 지속적인 고속 정속 주행 또는 트레일러 견인과 같은 고출력 영역에서 일반적인 병렬 하이브리드처럼 작동합니다.풀 전동 부스트는 고정 기어 [36]모드에서 사용할 수 있습니다.

교배 정도별 종류

유형 스타트-스톱 시스템 회생 제동
전기 부스트		 충전 감소 모드 충전식
마이크로 하이브리드 네. 아니요. 아니요. 아니요.
마일드 하이브리드 네. 네. 아니요. 아니요.
풀 하이브리드 네. 네. 네. 아니요.
플러그인 하이브리드 네. 네. 네. 네.

마이크로 하이브리드

마이크로 하이브리드는 공회전 시 엔진을 자동으로 끄는 일종의 Start-Stop 시스템을 사용하는 차량을 총칭하는 용어입니다.엄밀히 말하면 마이크로 하이브리드는 두 가지 다른 [37]동력원에 의존하지 않기 때문에 진정한 하이브리드 차량이 아니다.

마일드 하이브리드

주요 기사: 마일드 하이브리드
2006년식 GMC Sierra Hybrid 엔진룸

마일드 하이브리드는 기본적으로 일부 하이브리드 하드웨어를 갖춘 재래식 차량이지만 하이브리드 기능은 제한적입니다.일반적으로 이 시스템은 Start-Stop과 적당한 수준의 엔진 보조 또는 회생 제동 기능을 갖춘 병렬 하이브리드입니다.마일드 하이브리드는 일반적으로 전기의 추진력을 제공할 수 없다.

제너럴 모터스(General Motors) 2004~2007년식 병렬 하이브리드 트럭(PHT) 및 혼다 에코 어시스트 하이브리드와 같은 마일드 하이브리드는 엔진과 변속기 사이의 벨 하우징 내부에 3상 전기 모터를 장착하여 트럭이 타력 주행, 제동 또는 정지할 때마다 엔진을 끌 수 있으며, 재시동하여 동력을 공급합니다.엔진이 꺼진 상태에서도 액세서리는 계속 전력으로 작동할 수 있으며, 다른 하이브리드 설계와 마찬가지로 회생 제동은 에너지를 회수합니다.대형 전기 모터는 연료를 주입하기 전에 엔진을 작동 속도로 회전시킵니다.

2004-2007년형 쉐보레 실버라도 PHT는 대형 픽업트럭이었다.쉐보레는 엔진을 셧다운 및 재시동하고 회생 브레이크를 사용하여 효율을 10% 향상할 수 있었습니다.전기 에너지는 파워 스티어링과 같은 액세서리를 구동하는 데에만 사용되었습니다.GM PHT는 직렬로 연결된 3개의 12V 환기 납산 배터리(총 36V)를 통해 42V 시스템을 사용하여 시동 모터에 필요한 전원을 공급하고 전자 액세서리에 전원을 공급했습니다.

General Motors는 2007년 Saturn Vue Green Line에서 공식적으로 출시된 또 다른 마일드 하이브리드 구현인 BAS 하이브리드 시스템을 발표했습니다.모터/제너레이터 유닛에 벨트로 연결되어 있지만 "Start-Stop" 기능은 Silverado와 유사하게 작동합니다.그러나 GM BAS 하이브리드 시스템은 가속 시 및 안정적인 주행 시 약간의 보조 기능을 제공할 수 있으며, 회생(혼합) 제동 시 에너지를 회수합니다.BAS 하이브리드는 2009년 Saturn [38]VUE의 EPA 테스트에서 복합 연료 효율을 27%나 향상시켰습니다.이 시스템은 2008~2009년형 새턴 아우라 그린 라인 및 2008~2010년형 쉐보레 말리부 하이브리드 모델에도 탑재되어 있습니다.

Start/Stop을 제공하는 또 다른 방법은 정적 시동 엔진을 사용하는 것입니다.이러한 엔진은 스타터 모터가 필요하지 않지만 센서를 사용하여 각 피스톤의 정확한 위치를 확인한 다음, 엔진 [39]회전을 위해 연료의 분사 및 점화 타이밍을 정확하게 조정합니다.

마일드 하이브리드는 ICE를 1차 동력으로 사용하며, (대규모) 기존 파워트레인에 토크 부스트 전기 모터가 연결되어 있기 때문에 파워 어시스트 하이브리드라고 불리기도 합니다.전기 모터는 엔진과 변속기 사이에 장착됩니다.기본적으로 이 모터는 엔진을 뒤집어야 할 때 운전자가 "가스를 밟고" 추가 동력이 필요할 때 작동하는 대형 스타터 모터입니다.또한 전기 모터는 연소 엔진을 재시동하고 공회전 시 주 엔진을 정지할 수 있으며,[citation needed] 향상된 배터리 시스템은 액세서리에 전원을 공급하는 데 사용됩니다.GM은 뷰익 라크로스와 뷰익 리갈 마일드하이브리드(Eassist)를 발표했다.

2015년 이전에 인사이트를 포함한 혼다의 하이브리드는 작고 효율적인 가솔린 엔진에 대한 전문 지식을 활용하여 이 설계를 사용했습니다. 이 시스템의 이름은 IMA(Integrated Motor Assist)입니다.IMA 하이브리드는 전력만으로 추진력을 제공할 수 없다.그러나 필요한 전력량이 훨씬 적기 때문에 시스템 크기가 줄어듭니다.

또 다른 변형으로는 Saturn Vue Green Line BAS 하이브리드 시스템이 있습니다.이 시스템은 Honda IMA보다 작은 전기 모터(엔진 측면에 장착)와 배터리 팩을 사용하지만 기능은 비슷합니다.

이 타입의 또 다른 변형은 마츠다의 e-4입니다.일본에서 [40]판매되고 있는 마츠다 데미오에 탑재된 WD 시스템.이 전륜 구동 차량에는 전기 모터가 있어 추가 트랙션이 필요할 때 후륜을 구동할 수 있습니다.이 시스템은 다른 모든 주행 조건에서 해제되므로 성능이나 경제성이 직접적으로 향상되지는 않지만 전체 성능에 비해 더 작고 경제적인 엔진을 사용할 수 있습니다.

포드는 에스케이프의 완전한 하이브리드 디자인이 더 효율적이라고 주장하며, 에스케이프 하이브리드의 광고에서 혼다의 하이브리드를 "마일드"라고 명명했다.

풀 하이브리드

2006년형 Mercury Mariner 하이브리드의 엔진실

때로는 강력한 하이브리드라고도 불리는 풀 하이브리드는 엔진, 배터리 또는 조합만으로 달릴 수 있는 차량입니다.도요타 프리우스, 도요타 캠리 하이브리드, 포드 이스케이프 하이브리드/머큐리 마리너 하이브리드, 포드 퓨전 하이브리드/링컨 MKZ 하이브리드/머큐리 밀란 하이브리드, 포드 C-Max 하이브리드, 포드 매버릭 하이브리드, 기아 옵티마 하이브리드 및 일반 SUV 모드 2종대용량 배터리는 배터리만 작동합니다.이러한 차량에는 동력 경로가 분할되어 있어 기계력과 전력을 상호 변환하여 드라이브트레인의 유연성을 높입니다.각 부분의 힘의 균형을 맞추기 위해 차량은 엔진과 변속기 헤드엔드에 연결된 모터 사이에 디퍼렌셜 스타일의 링크를 사용합니다.

토요타의 브랜드명은 하이브리드 시너지 드라이브(Hybrid Synergy Drive)로 프리우스, 하이랜더 하이브리드 SUV, 캠리 하이브리드에 사용되고 있다.컴퓨터는 시스템의 동작을 감시하고, 전원의 혼재 방법을 결정합니다.프리우스 작전은 6개의 다른 체제로 나눌 수 있다.

전기차 모드-ICE가 꺼지고 배터리가 모터에 전원을 공급합니다(또는 회생 제동 중 충전).배터리 충전 상태(SOC)가 높을 때 공회전 시 사용됩니다.
크루즈 모드:차량이 정속 주행 중(즉, 가속하지 않음)이며 ICE가 수요를 충족할 수 있습니다.엔진 동력은 기계 경로와 제너레이터 사이에서 분배됩니다.배터리는 또한 모터에 전원을 공급하며, 모터의 출력은 엔진과 기계적으로 합산됩니다.배터리 충전 상태가 낮으면 제너레이터의 전원 일부가 배터리를 충전합니다.
오버드라이브 모드—회전 에너지의 일부가 전기를 생산합니다. 왜냐하면 ICE의 최대 출력은 속도를 유지하기 위해 필요하지 않기 때문입니다.이 전기 에너지는 태양 기어를 통상적인 회전 방향과 반대 방향으로 구동하는 데 사용됩니다.결과적으로 링 기어가 엔진보다 빠르게 회전하지만 토크는 낮습니다.
배터리 충전 모드—이 경우 엔진과 제너레이터가 제공하는 배터리 충전 상태가 낮고 충전이 필요한 경우를 제외하고 공회전에도 사용됩니다.
파워 부스트 모드: 엔진이 원하는 속도를 유지할 수 없는 경우에 사용합니다.배터리는 모터에 전원을 공급하여 엔진 출력을 보완합니다.
네거티브 스플릿모드:차량이 정속 주행 중이고 배터리 충전 상태가 높습니다.배터리는 모터와 제너레이터 모두에 전원을 공급합니다(기계적인 전원을 공급).제너레이터는 이를 기계적인 에너지로 변환하여 엔진 샤프트를 향하게 하여 속도를 늦춥니다(토크 출력은 변경하지 않음).이 엔진의 "러깅" 목적은 차량의 연비를 높이는 것입니다.

듀얼 하이브리드

듀얼 하이브리드의 예로는 포뮬러 원 자동차가 있습니다.

포뮬러 원 엔진 #2014–2021 참조

플러그인 하이브리드

쉐보레 볼트 충전
주요 기사: 플러그인 하이브리드
다음 항목도 참조하십시오.Vehicle-to-Grid 및 플러그인 전기차

플러그인 하이브리드 전기차(PHEV)에는 두 가지 특징이 있습니다.그 내용:

  • 전원 콘센트에 꽂아 충전할 수 있습니다.
  • 배터리로만 구동할 수 있습니다.

풀 하이브리드로 배터리 구동도 가능합니다.배터리 용량이 더 크고 그리드에서 충전할 수 있습니다.병렬 설계 또는 시계열 설계일 수 있습니다.그것들은 가스 옵션 또는 격자형 하이브리드라고도 불린다.이들의 주된 장점은 상당한 거리에서도 가솔린에 의존하지 않고 장거리 주행에 ICE를 사용할 수 있다는 것입니다.전력 연구소의 조사에서는, 서비스 코스트의 삭감과 배터리 테크놀로지의 점진적인 향상으로, PHEV의 총소유 코스트의 저하가 확인되었습니다.가솔린 하이브리드와 비교하여 PHEV의 "유동성" 효율성과 배출량은 그리드 에너지원에 따라 달라집니다(미국 그리드는 석탄 30%이며 캘리포니아 그리드는 주로 천연 가스, 수력 발전 및 풍력 발전).

BYD F3DM 플러그인 하이브리드의 엔진룸

전력망에서 충전할 수 있는 대용량 배터리 팩을 갖춘 PHEV의 프로토타입은 미국에서 제작되었으며, 특히 캘리포니아 대학 데이비스의 Andy Frank 하이브리드[41] 센터에서 제작되었습니다.르노 캉구라는 생산용 PHEV는 2003년 프랑스에서 판매되기 시작했다.다임러크라이슬러는 메르세데스-벤츠 스프린터 밴을 기반으로 PHEV를 만들었다.경트럭은 Micro-Vett[42] SPA에서 제공하는 일명 데일리 바이모데일입니다.

캘리포니아 자동차 이니셔티브(California Cars Initiative)는 2004년형 신형 도요타 프리우스를 PRIUS+의 시제품으로 개조했다.연산 배터리를 140kg(300파운드) 추가함으로써, PRIUS+는 표준 프리우스의 약 2배의 가솔린 주행거리를 달성했으며,[43] 전력만으로 최대 16km(10mi)를 주행할 수 있었다.

중국 배터리 제조업체이자 자동차 제조업체인 BYD Auto는 2008년 [44][45]12월 15일 F3DM 소형 세단을 중국 플릿 시장에 출시했으며, 이후 BYD Qin 플러그인 [46][47]하이브리드로 대체했습니다.

General Motors는 2010년 [5]12월에 미국에서 쉐보레 Volt의 납품을 시작했으며, 2012년 [48][49]초에는 형제 차종인 Opel Ampera가 유럽에서 출시되었습니다.2012년 11월 현재, Fisker Karma, Toyota Prius Plug-in Hybrid 및 Ford C-Max Energi와 같은 여러 시장에서 사용 가능한 다른 플러그인 하이브리드가 있습니다.

2012년 10월 현재 가장 많이 팔린 PHEV는 Volt로, 2010년 12월 이후 전 세계에서 33,000대 이상이 판매되었으며, 미국 판매량 27,[50][51]306대를 선두로 네덜란드가 2012년 [52][53]10월까지 2,175대의 암페라가 판매되었습니다.프리우스 플러그인 하이브리드는 2012년 10월까지 전 세계에서 2만1600대가 [51][54]팔려 미국 판매량은 9623대로 일본이 9500대로 뒤를 이었다.

전원별 유형

전기-내연기관 하이브리드

전기-내연 엔진(ICE) 하이브리드를 만드는 방법은 여러 가지가 있습니다.다양한 전기 ICE 설계는 파워트레인의 전기 및 연소 부분이 연결되는 방식, 각 부분이 작동하는 시간 및 각 하이브리드 구성 요소가 제공하는 전력의 몇 %에 따라 구분할 수 있습니다.두 가지 주요 범주는 직렬 하이브리드와 병렬 하이브리드로, 오늘날 병렬 설계가 가장 일반적입니다.

특정 유형에 관계없이 대부분의 하이브리드는 감속 시 회생 브레이크를 사용하여 에너지를 회수합니다.이것은 단순히 모터를 구동하는 것과 관련이 있기 때문에 발전기 역할을 합니다.

에너지 절약을 위해 내연기관이 필요하지 않을 때 내연기관을 끄는 설계도 많다.이 컨셉은 하이브리드만의 것이 아니라 1980년대 초 스바루가 이 기능을 개척했고, 폴크스바겐 루포 3L는 정차 시 엔진을 끄는 기존 차량 중 하나다.그러나 에어컨과 같은 액세서리에 대해서는 일반적으로 엔진에 의해 구동되는 일부 조항이 제공되어야 합니다.또한 내연기관의 윤활시스템은 본질적으로 엔진 시동 직후의 효과가 가장 낮습니다. 엔진 마모가 대부분이기 때문에 이러한 시스템의 잦은 시동 및 정지는 엔진의 수명을 상당히 [dubious – discuss]단축시킵니다.또한 시동 및 정지 사이클은 엔진의 최적 온도 작동 능력을 떨어뜨려 엔진의 효율을 저하시킬 수 있습니다.

연료전지 하이브리드 전기차 구조

전기-연료전지 하이브리드

연료 전지 차량에는 종종 배터리 또는 슈퍼 캐패시터가 장착되어 있어 최대 가속 동력을 공급하고 연료 전지의 크기와 동력 제약 조건(따라서 비용)을 줄입니다. 이 또한 효과적으로 직렬 하이브리드 구성입니다.

내연기관-유압 하이브리드

크라이슬러는 플러그인 하이브리드로 Pacifica 미니밴을 제공

유압 하이브리드 차량은 전기 부품 대신 유압 및 기계 부품을 사용합니다.가변 용량 펌프가 전기 모터/제너레이터를 대체합니다.유압 축전지는 에너지를 저장한다.이 용기는 일반적으로 미리 충전된 가압 질소 가스의 유연한 방광을 운반합니다.펌핑된 유압유체는 압축된 질소 가스에 에너지를 저장하는 블래더에 대해 압축된다.일부 버전은 가압된 블래더가 아닌 실린더에 피스톤이 있습니다.유압 축전지는 배터리보다 잠재적으로 저렴하고 내구성이 더 높습니다.유압 하이브리드 기술은 1930년대에 독일에서 처음 도입되었습니다.Volvo Flygmotor는 1980년대 초반부터 버스에 석유-유압 하이브리드를 실험적으로 사용했습니다.

초기 개념은 유체 정압 변속기에 연결된 스토리지를 위한 거대한 플라이휠(자이로버스 참조)을 포함했습니다.이 시스템은 Eaton과 몇몇 다른 회사들에 의해 개발되고 있으며, 주로 버스, 트럭, 군용 차량과 같은 중형 차량에서 개발되고 있다.2002년 제작된 포드 F-350 마이티 톤카 컨셉트럭이 대표적이다.이튼 시스템은 트럭을 고속으로 가속할 수 있습니다.

시스템 부품은 비쌌기 때문에 소형 트럭이나 자동차에 설치할 수 없었습니다.단점은 부분 부하에서 동력 모터가 충분히 효율적이지 않다는 것입니다.소형 차량으로 초점이 전환되었습니다.영국의 한 회사가 모든 범위와 부하에서 효율적인 전자 제어 유압 모터/펌프를 도입하여 석유-유압 하이브리드의 소규모 적용을 [55]가능하게 함으로써 돌파구를 마련했습니다.그 회사는 생존 가능성을 증명하기 위해 BMW 자동차를 개조했다.BMW 530i는 시내 주행 시 MPG가 일반차보다 2배 이상 뛰어났다.이 테스트에서는 표준 3,000cc 엔진을 사용했습니다.석유-유압 하이브리드는 최대 전력 사용량이 아닌 평균 전력 사용량으로 엔진을 다운사이징할 수 있습니다.피크 전력은 [56]축전지에 저장된 에너지에 의해 공급됩니다.

이 시스템은 2013년식 배터리 충전 하이브리드보다 운동 제동 에너지 회수율이 더 높기 때문에 [57]EPA 테스트에서 경제성이 60~70% 향상되었습니다.EPA 테스트에서 유압 하이브리드 Ford Expedition은 도심 주행에서 32mpg‑US(7.4L/100km) 및 [58]고속도로에서 22mpg‑US(11L/100km)의 주행 속도를 반환했습니다.

한 조사 회사의 목표는 가솔린-유압 하이브리드 부품의 포장을 개선하기 위해 새로운 디자인을 만드는 것이었습니다.부피가 큰 유압 컴포넌트는 모두 섀시에 내장되어 있습니다.한 설계는 구조 섀시이기도 한 대형 유압 축압기를 사용하여 테스트에서 130mpg에 도달했다고 주장했습니다.유압 구동 모터는 휠 허브에 통합되어 있으며 제동 에너지를 회수하기 위해 후진합니다.목표는 평균 주행 조건에서 170 mpg입니다.일반적으로 낭비되는 충격 흡수기와 운동 제동 에너지가 축전지를 충전하는 데 도움이 됩니다.평균 전력 사용량에 적합한 크기의 ICE는 축전지에 충전합니다.어큐뮬레이터는 완전히 [59][60][61]충전되었을 때 15분 동안 차량을 구동할 수 있는 크기입니다.

2011년 1월 크라이슬러는 EPA와 파트너십을 맺고 승용차에 적합한 실험용 가솔린-유압 하이브리드 파워트레인을 설계 및 개발했습니다.크라이슬러는 기존 생산 미니밴을 파워트레인에 [62][63][64][65][66]적용했다.

미국 NRG 다이너믹스는 전기 하이브리드에 비해 비용은 3분의 1로 줄었고 차량 중량은 300파운드(136kg)에 불과했지만 전기 하이브리드는 454kg이었다.이 회사는 2.3리터, 4기통 엔진으로 구동되는 표준 픽업 차량이 도심 주행에서 14mpg(16.8L/100km)를 달성했다고 주장했다.석유유압설비의 사용으로 연비는 "20년대 중반"[67]에 도달했다.

내연기관-공기압

압축 공기는 가솔린 압축기로 하이브리드 자동차에 동력을 공급할 수 있습니다.프랑스의 Motor Development International은 이러한 공기로 움직이는 자동차를 개발하고 있었다.UCLA 기계 및 항공 우주 공학 교수인 Tsu-Chin Tsao가 이끄는 팀은 Ford의 엔지니어들과 협력하여 공압 하이브리드 기술을 개발했습니다.이 시스템은 가속 중에 필요에 따라 엔진을 보조하기 위해 제동 에너지가 하니스 및 저장된다는 점에서 하이브리드 전기차 시스템과 유사합니다.

인적 전력 환경 전력

많은 육상 및 수상 차량은 추가적인 동력원과 결합된 인간의 힘을 사용합니다.노가 달린 범선, 모터 달린 자전거 또는 Twike와 같은 인간 전기 하이브리드 자동차와 같은 병렬 하이브리드가 일반적입니다.일부 시리즈 하이브리드가 존재합니다.이러한 차량은 세 가지 동력원(예: 온보드 태양전지, 그리드 충전 배터리 및 페달)을 결합한 트라이브리드 차량일 수 있다.

하이브리드 차량 작동 모드

하이브리드 차량은 다양한 모드로 사용할 수 있습니다.이 그림은 병렬 하이브리드 구성의 일반적인 모드를 보여 줍니다.

Hybrid modes.gif

애프터마켓 옵션

애프터마켓 파워트레인을 차량에 추가할 수 있습니다.

애프터마켓 솔루션은 사용자가 글라이더(롤링 섀시)와 하이브리드(엔진 2개) 또는 All-electric(전기 모터만 해당) 파워트레인 키트를 자동차 회사에 전달하고 기술이 설치된 차량을 인도할 때 사용됩니다.애프터마켓 설치 관리자를 통해 (전기 또는 하이브리드) 파워트레인을 글라이더에[68] 추가할 수 있습니다.

2013년 University of Central Florida의 On the Green 디자인 팀은 구형 모델을 가스-전기 [69]하이브리드로 변환하기 위한 볼트 온 하이브리드 변환 키트를 개발했습니다.

캘리포니아의 한 엔지니어가 1966년형 머스탱을 개조한 것을 시연했습니다.시스템은 교류 발전기를 브러시리스 12kW(30kW 피크) 전기 모터로 교체했습니다.연비와 출력이 [70]향상되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

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