TOYOTA Prius THS-ll Powertrain 과 Strong Parallel Hybrid-Electric Powertrain 의 비교에 대한 해석적 기초

1. TOYOTA Prius THS-ll Powertrain 과 Strong Parallel Hybrid-Electric Powertrain 의 비교에 대한 해석적 기초 자동차공학 20004487 이재철 자동차공학 20004561 최정선

2. 목 차 개 요 소 개 TOYOTA HYBRID SYSTEM II(THS-ll) THE GEORGIA TECH MODEL GT (Strong Parallel Hybrid Powertrain) 결론

3. 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 Insight와 Civic) • 직/병렬 하이브리드 시스템 (TOYOTA Prius THS-ll)

4. 직렬 하이브리드 시스템 • 엔진과 모토의 동력이 직렬로 연결 • 엔진은 단지 발전기의 역할만 수행, 생성된 전기로 모터를 가동, 차량을 구동 시키는 방식

5. 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)

6. 직/병렬 하이브리드 시스템 • 직렬,병렬 하이브리드 시스템의 혼합 • TOYOTA 프리우스 THS-ll 파워트레인

7. 하이브리드 엔진과 모터의 작동비

8. 소 개 주된 목적은 연료 효율 개선 THS-ll 파워트레인은 CVT를 전기적으로 제어하면서 ICE 속력과 차속을 분리한다. 두 가지 에너지 변환 경로를 지나면서 기계 에너지의 손실이 발생한다.

9. 하이브리드 파워트레인의 연료 효율 개선 주 행 - 엔진과 모터의 혼합 운용 가 속 - 엔진은 지속적인 작동상태를 유지 하고 가속은 모터를 비롯한 전기 부분에서 제공 감 속 –일부의 차량 운동에너지가 전기에 너지의 형태로 전지에 충전 시 동 - 전기적 시동(Electric launch)

10. 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

11. TOYOTA HYBRID SYSTEM (THS-ll) The Toyota Hybrid System (THS-II) powertrain

12. 간략적 개요

13. 용어정의

14. 간략적 개요 링 기어 속력 축 속력

15. 연동 구속 방정식

16. 연동 구속 방정식

17. 차속에 대한 발전기 속력

18. 분리 요소(Seperation factor)

19. 분리 요소(Seperation factor)

20. 분리 요소(Seperation factor) 엔진 동력의 일부는 링기어로 일부는 발전기로 나뉘어져 축으로 와서 결합된다. 두가지 에너지 변환 경로. 엔진속도에 비해 차속이 현저하게 느린 상태. 엔진 동력 대부분이 발전기로 전해진다. 직렬 하이브리드로 작동. 필요한 경우 전지 충전.

21. 분리 요소(Seperation factor)

22. 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.

23. 분리 요소(Seperation factor)

24. 분리 요소의 실용적 범위

25. 분리요소에의 하위제한 80km/hr

26. 분리요소에의 상위제한

27. 분리요소 함수의 에너지 흐름

28. 분리요소 함수의 에너지 흐름

29. 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 85% • 베터리에서 나오는 동력 PB=0

30. 일정 차속 운전 시 THS-ll 시스템 최적의 작동

31. 일정 차속 운전 시 THS-ll 시스템 최적의 작동 연료소모량=BSFC*Pe

32. 일정 차속 운전 시 THS-ll 시스템 최적의 작동 실제 연료소모량 최소점은 2000RPM~2536RPM사이 (기계->전기->기계로 가는 동안 효율 저하)

33. THS-POWERTRAIN 에 대한 실제 동력계 결과

34. THS-POWERTRAIN 에 대한 실제 동력계 결과

35. THS-POWERTRAIN 에 대한 실제 동력계 결과 실제 연료소모량 최소점은 약 1600RPM (기계->전기->기계로 가는 동안 효율 저하)

36. 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 CVT처럼 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)

37. 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)

38. 병렬 하이브리드 (Parallel Hybrid )방식

39. THE GEORGIA TECH MODEL GT Strong Parallel Hybrid Powertrain

40. 일반적 설명 • Strong(full)이란 용어는 최상의 전기 모터 힘이 전체 엔진, 모터를 합친 동력의 대략 50%일 때임 • 앞,뒤의 축은 차동장치에 의해 운전됨 • 수동, 자동 변속기를 통한 내연기관(엔진)은 뒤축 차동장치와 결합 • 전기 모터는 앞축 차동장치와 결합

41. 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

42. 일반적 설명

43. THS-ll 파워트레인과 Model GT 파워트레인의 비교 • THS-ll 파워트레인은 CVT로서 작동, Model GT 파워트레인은 기존의 변속기를 사용 • THS-ll는 변환된 에너지의 두 가지 방법의 변환을 가지는 전기적 경로로 에너지를 순환, Model GT 파워트레인은 엔진 동력을 기계적으로 구동축으로 변환되는 식으로 에너지 순환을 피함

44. THS-ll 파워트레인과 Model GT 파워트레인의 비교 • 일정 속력으로 운전시 THS-ll 파워트레인은 최소 연료 소모를 찾는 것이 Model GT보다 더 간편 • THS-ll 파워트레인은 Model GT처럼 수동이나 자동에서의 변속비를 포함하지 않음(CVT) • 두가지 모두 처음 운전 시, 정지 후 출발할 때 차가 공전하지 않는다(연료효율 증가)

45. 결 론 • 분리 요소라는 매개변수가 정의(수학적 공식화) • 이는 차속에 비례하고 엔진 속력과 반비례 • 의 값은 모든 엔진 동력이 순수한 기계적 경로로 구동축에 전달 • 분리요소의 값이 1보다 크면 더 빠른 차속과 더 낮은 엔진 속력을 발생 • THS-ll 와 Model GT파워트레인의 비교를 통한 구조적 차이

46. 감사합니다~~~*^^*