엔진 특성과 운전특성이 포함된 MHEV 에너지 관리전략 연구

Abstract

본 논문에서는 MHEV의 엔진 특성과 운전 특성이 포함된 에너지 관리 전략 제어 방법론을 제안하고자 한다. 이를 위해 다음과 같이 연구를 수행하였다. MHEV의 연비 향상을 위해 차량에서 에너지 흐름을 분석하여 개선점을 파악하였다. Fuel energy 부터 Wheel까지 Power train energy flow분석을 위한 수식을 정의하고 Electric energy flow에 대한 모델을 제시하였다. Powertrain energy flow와 Electric energy flow 분석에 필요한 인자를 실험을 통해 취득하고 정량적 결과를 제시하였다. Energy flow 분석을 통해 WLTC 주행 모드에서 MHEV의 Motor assist 에너지는 엔진 제동일 대비 0.9%의 낮은 에너지량을 보였다. 연료 저감을 위해 적극적인 Motor assist가 개입해야 하며 이를 위해 Generator에서 발전을 수행해야 한다. MHEV에서 연료 저감에 효과적인 발전은 관성에너지를 이용한 회생제동이다. Energy flow 분석을 통해 도출된 MHEV의 회생제동 에너지는 Negative Driving 에너지 대비 18%의 낮은 수치를 보였다. 따라서 적극적인 회생제동이 개입하면 Motor assist에 사용되는 에너지가 증가하는 것을 예측할 수 있다. 적극적인 회생제동이 개입하기 위해 회생 제동 제어 방법론을 제안하였다. 먼저 모터 제어 모델링을 구성하고 적극적인 Lock up과 Serial 방식의 제동 분배를 채택하여 WLTC 주행 모드에서 측정 대비 1.5MJ의 회생 에너지 향상을 보였다. 이러한 회생제동 향상 효과는 브레이크와 모터 간의 협조제어 장치를 필요로 한다. 제안한 회생 제동 제어 방법론을 통해 가용 가능한 전력이 증가하고 이를 효과적으로 사용하기 위해 엔진 특성과 운전 특성이 포함된 에너지 관리전략 제어 방법론을 제안하였다. 제안한 방법론을 이용하여 시뮬레이션을 구성 후 실측 된 결과와 비교 후 신뢰성을 확인하고 Gasoline MHEV와 Diesel MHEV에서 연료 저감 효과를 파악하였다. 시뮬레이션에서 Gasoline MHEV와 Diesel MHEV의 도출된 연료 저감 효과는 회생에너지를 증가시켜 전력을 적극적으로 사용함으로써 3.3%~11.4%의 연료 저감 효과를 보였다. 본 논문에서 제시한 엔진 특성과 운전 특성이 포함된 에너지 관리전략 제어 방법론을 이용하여 추가적인 연료 저감 효과를 보였다. 엔진 특성이 반영된 제어 방법론에 의해 Gasoline MHEV는 0.6~2.1%의 연료 저감효과를 보였으며 Diesel MHEV는 0.1~0.3%의 연료 저감 효과를 보였다. 또한 운전 특성이 포함된 제어방법론에 의해 Gasoline MHEV는 전체 주행 모드 평균 0.1% 연료 저감 효과를 보였으며 Diesel MHEV는 평균 0.3%의 연료 저감 효과를 보였다.