TOYOTA Prius THS-ll Powertrain 과 Strong Parallel Hybrid-Electric

Powertrain 의 비교에 대한 해석적 기초

자동차공학 20004487 이재철자동차공학 20004561 최정선

목 차

개 요 소 개TOYOTA HYBRID SYSTEM II(THS-ll)THE GEORGIA TECH MODEL GT (Strong Parallel Hybrid Powertrain) 결론

개 요

하이브리드 시스템의 종류 직렬 하이브리드 시스템 병렬 하이브리드 시스템

강한 병렬 하이브리드 시스템 (THE GEORGIA TECH MODEL GT(Ford Explorer)) 약한 병렬 하이브리드 시스템 ( 혼다의 Insight 와 Civic)

직 / 병렬 하이브리드 시스템 (TOYOTA Prius THS-ll)

직렬 하이브리드 시스템

엔진과 모토의 동력이 직렬로 연결엔진은 단지 발전기의 역할만 수행 , 생성된 전기로 모터를 가동 , 차량을 구동 시키는 방식

병렬 하이브리드 시스템

엔진과 모터의 힘이 병렬로 연결 복수의 동력원 ( 엔진 , 모터 ) 을 설치하고 , 주행상태에 따라 한쪽의 동력을 이용하여 구동하는 방식 THE GEORGIA TECH MODEL GT(Ford Explorer)

직 / 병렬 하이브리드 시스템

직렬 , 병렬 하이브리드 시스템의 혼합TOYOTA 프리우스 THS-ll 파워트레인

하이브리드 엔진과 모터의 작동비

소 개

주된 목적은 연료 효율 개선

THS-ll 파워트레인은 CVT 를 전기적으로 제어하면서 ICE 속력과 차속을 분리한다 .

두 가지 에너지 변환 경로를 지나면서 기계 에너지의 손실이 발생한다 .

하이브리드 파워트레인의 연료 효율 개선

주 행 - 엔진과 모터의 혼합 운용가 속 - 엔진은 지속적인 작동상태를 유지 하고 가속은 모터를 비롯한 전기 부분에서 제공감 속 – 일부의 차량 운동에너지가 전기에 너지의 형태로 전지에 충전시 동 - 전기적 시동 (Electric launch)

하이브리드 파워트레인의 연료 효율 개선

낮은 rpm, 큰 토크에서 작은 엔진 속력을 사용함으로써 연료 효율을 개선

전기운전은 브레이크가 감속하는 동안의 운동에너지를 보상

전기적 시동을 통한 개선 - 엔진이 공전할 때 낭비되는 연료 - 초기의 낮은 차속에서의 비효율적인 가속

TOYOTA HYBRID SYSTEM (THS-ll)

The Toyota Hybrid System (THS-II) powertrain

간략적 개요

용어정의

간략적 개요

링 기어 속력 축 속력

연동 구속 방정식

연동 구속 방정식

차속에 대한 발전기 속력

분리 요소 (Seperation factor)

분리 요소 (Seperation factor)

분리 요소 (Seperation factor)

엔진속도에 비해 차속이 현저하게 느린 상태 . 엔진 동력 대부분이 발전기로 전해진다 . 직렬 하이브리드로 작동 .필요한 경우 전지 충전 .

엔진 동력의 일부는 링기어로 일부는 발전기로 나뉘어져 축으로 와서 결합된다 . 두가지 에너지 변환 경로 .

분리 요소 (Seperation factor)

분리 요소 (Seperation factor)

발전기 속도가 0 이 되므로 모든 엔진 힘은 링 기어로 전해진다 . 기존차량의 엔진과 같이 엔진 동력 모두가 차축으로 이동된다 .

발전기 속도가 음수가 되므로 발전기는 반대방향으로 회전하게 된다 . 느린 엔진 속도에서의 빠른 차속으로 연료효율을 개선할 수 있다 .

분리 요소 (Seperation factor)

분리 요소의 실용적 범위

분리요소에의 하위제한

80km/hr

분리요소에의 상위제한

분리요소 함수의 에너지 흐름

분리요소 함수의 에너지 흐름

일정 차속 운전 시 THS-ll 시스템 최적의 작동 ( 연료효율 증대 )

조 건 Prius 차속은 평평한 수평에서 100km/hr 모든 기어의 효율은 편의상 100% 모터나 발전기의 전기적 에너지 변환 효율은 8

5% 베터리에서 나오는 동력 PB=0

일정 차속 운전 시 THS-ll 시스템 최적의 작동

일정 차속 운전 시 THS-ll 시스템 최적의 작동

연료소모량 =BSFC*Pe

일정 차속 운전 시 THS-ll 시스템 최적의 작동

실제 연료소모량 최소점은

2000RPM~2536RPM 사이

( 기계 -> 전기 -> 기계로 가는 동안 효율 저하 )

THS-POWERTRAIN 에 대한 실제 동력계 결과

THS-POWERTRAIN 에 대한 실제 동력계 결과

THS-POWERTRAIN 에 대한 실제 동력계 결과

실제 연료소모량 최소점은

약 1600RPM

( 기계 -> 전기 -> 기계로 가는 동안 효율 저하 )

THS-ll 작동의 요약

최고 엔진 효율 ( 속력 ) 은 분리 요소가 최대일 때 전기적 경로로 들어가는 엔진출력의 기계적

동력의 일부를 전기적 경로의 요구된 변환을 희생하여 CVT 처럼 작동

에서 엔진 힘이 두 가지 변환의 전기적 경로로 들어감

일 때 엔진 동력의 일부 의 전환이 연동장치를 나와서 발전기를 지나 모터로 들어간 후 구동축으로 전달 ( 기계 -> 전기 -> 기계 )

THS-ll 작동의 요약

반대로 , 일 때 높은 차속에서 엔진 동력의 일부 ( ) 가 상환하기 때문에 이 두 가지 방식의 에너지 변환이 다시 발생

이 재생방식의 작동은 모터로서 작동 하고 있는 발전기에 전기적 동력을 보냄으로 인해 도로 운전에 추가 . 즉 , 줄어든 엔진 속력을 제공 ( 에너지흐름 방향 반대 )

병렬 하이브리드 (Parallel Hybrid ) 방식

THE GEORGIA TECH MODEL GT Strong Parallel Hybrid Powertrain

일반적 설명

Strong(full) 이란 용어는 최상의 전기 모터 힘이 전체 엔진 , 모터를 합친 동력의 대략 50% 일 때임

앞 , 뒤의 축은 차동장치에 의해 운전됨수동 , 자동 변속기를 통한 내연기관 ( 엔

진 ) 은 뒤축 차동장치와 결합 전기 모터는 앞축 차동장치와 결합

일반적 설명

전기 동력 부스는 높은 동력의 밀도 전기 팩과 단일 모터 제어기 , 그리고 모터의 전기 출입구를 포함

전기 모터와 엔진의 토크 제어는 바퀴에 의해 부과된 속도의 제한을 제외하고 완전히 분할

일반적 설명

THS-ll 파워트레인과 Model GT 파워트레인의 비교

THS-ll 파워트레인은 CVT 로서 작동 , Model GT 파워트레인은 기존의 변속기를 사용

THS-ll 는 변환된 에너지의 두 가지 방법의 변환을 가지는 전기적 경로로 에너지를 순환 , Model GT 파워트레인은 엔진 동력을 기계적으로 구동축으로 변환되는 식으로 에너지 순환을 피함

THS-ll 파워트레인과 Model GT 파워트레인의 비교

일정 속력으로 운전시 THS-ll 파워트레인은 최소 연료 소모를 찾는 것이 Model GT 보다 더 간편

THS-ll 파워트레인은 Model GT 처럼 수동이나 자동에서의 변속비를 포함하지 않음 (CVT)

두가지 모두 처음 운전 시 , 정지 후 출발할 때 차가 공전하지 않는다 ( 연료효율 증가 )

결 론

분리 요소라는 매개변수가 정의 ( 수학적 공식화 )

이는 차속에 비례하고 엔진 속력과 반비례 의 값은 모든 엔진 동력이 순수한

기계적 경로로 구동축에 전달분리요소의 값이 1 보다 크면 더 빠른

차속과 더 낮은 엔진 속력을 발생THS-ll 와 Model GT 파워트레인의 비교를

통한 구조적 차이

감사합니다 ~~~*^^*