[논문]배터리 충전상태가 경유자동차 에너지소비효율에 미치는 영향 연구

김성우; 김기호; 하종한; 권석주; 서영호

doi:10.7467/ksae.2016.24.4.480

[국내논문] 배터리 충전상태가 경유자동차 에너지소비효율에 미치는 영향 연구
A Study about Impact of Battery SOC on Fuel Economy of Conventional Diesel Vehicle 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.24 no.4, 2016년, pp.480 - 486

김성우 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 김기호 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 하종한 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 권석주 (자동차부품연구원 그린카파워시스템연구본부) , 서영호 (자동차부품연구원 그린카파워시스템연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

Manufacturers have been applying several technologies that can improve the fuel economy of their cars. The regulated voltage control(RVC) system, is one of those technologies being used in passenger cars. In RVC, the voltage of an alternator is controlled depending on the electrical load demand or battery SOC, although each manufacturer differs from another in terms of detail. RVC can reduce the load of an alternator by consuming the stored energy of a battery and simultaneously generate energy. In this paper, a diesel passenger car equipped with an RVC system was tested under FTP-75 and HWFET modes to evaluate fuel economy as their initial battery SOC(100, 90, 80 and 60 %). The test results showed that the initial SOC affects fuel economy only under the FTP-75 mode. FTP-75 fuel economy of the 60% SOC was 13.2 % lower than the 100 % SOC. Also, the simultaneous consumption of the two energy sources did not appear in 60 % SOC.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 배터리의 초기 충전상태가 자동차 연비에 미치는 정량적 영향을 평가하고자 발전제어 기능이 적용된 디젤 차량을 대상으로 배터리 충전 상태 별 연비시험을 수행함과 동시에 배터리와 발전기의 전기에너지 입･출력량을 분석하였다.

제안 방법

차량의 SOC상태는 100 및 90, 80, 60 %를 비교시험으로 설정하였으며, 100 % 미만의 SOC 상태 구현은 시험 시작 전 배터리를 완전 충전 후 차량의 전기장치(전조등, 상향등, 공조기 블로워)를 사용하는 동일한 조건으로 시간 차이를 두어 방전하였다. 또한 전기부하에 따른 발전기 상시가동 조건을 구현하기 위하여 시험(주행) 중 전조등(H/L)을 사용하였다.
배터리 및 발전기 에너지이동량 측정을 위하여 HIOKI사의 Power Analyzer(3390) 및 Current sensor(9278)를 사용하였으며 상세제원은 Table 4에 나타내었다. 배터리 입출력 전류는 배터리 (-)측 결선에 전류센서를 설치하여 측정하였으며 발전기 출력 전류는 발전기 B 단자 결선에 클램프를 설치하여 측정하였고 전압은 배터리 양 전극에서 측정되는 값을 사용하였다. Fig.

대상 데이터

본 연구의 시험을 위하여 사용된 차량은 ‘C’사의 2 L 급 엔진을 탑재한 디젤 승용차로 Euro 5 배출가스 기준을 만족하는 차량이며 RVC 기능이 적용되어 있다. RVC 기능은 배터리 및 발전기, ECM, BCM으로 구성되어 있으며 BCM은 배터리 전류를 모니터링하여 SOC 및 RVC 기본동작이 가능하도록 ECM에 신호를 보내고 ECM은 발전기의 발전상태를 모니터링 함과 동시에 전압제어 신호를 발전기에 보낸다.

이론/모형

1은 100 % 미만 SOC 상태구현을 위한 방전 전류 및 시간을 나타내고 있다. 그 외 조건은 FTP-75 및 HWFET 모드 시험방법을 적용하였다.
배출가스 측정장치(HORIBA Co. MEXA series)는 자동차의 배출가스 중 CO, HC, CO₂를 분석할 수 있는 장치로서 CO 및 CO₂는 비분산적외선분석법(Nondispersive infrared), HC는 열식불꽃이온화 검출기법 (Heated flame ionization detector) 분석방법 사용한다.
또한, HWFET 모드는 FTP-75 모드 종료 후 곧바로 수행되었으며 임의적인 배터리 충･방전은 실시하지 않았다. 연비는 배출 가스 측정장치로 측정된 CO, HC, CO₂의 결과를 Carbon balance 법을 대입하여 계산하였으며 그 식은 식 아래 식 (1)에 나타내었다.

성능/효과

1) 시험 전 SOC 상태는 FTP-75 모드 연비에 영향을 주었으며 SOC 100 % 대비 90 및 80, 60% 조건의 연비는 1.2%, 5.0%, 13.2% 하락되었다.
2) FTP-75 모드 연비는 시험 전 SOC 상태 또는 시험중 전기장치(H/L) 사용에 따른 발전기 생산 전류량(발전기 부하)과 반비례하였다.
3) SOC 상태가 높을수록 FTP-75 모드 중에서 배터리 방전 전류적산량이 높았다.
4) SOC 60% 조건에서는 발전제어가 나타나지 않았다.
5) 발전기 생산 전류적산량과 배터리 충전 전류적산량 차는 SOC 상태가 낮을수록 높게 나타났다.
6) HWFET 모드 연비는 FTP-75 모드 및 HWFET 예열모드에서 배터리 충전이 완료됨에 따라 시험 전 SOC 상태에 영향을 받지 않았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	각 제작사의 발전제어 기술에서 공통점은?	과거 차량대비 최근 차량들은 운전자의 편의 및 안전을 위하여 다양한 전기･전자 장치를 사용하고 있으며 이에 따라 효율적인 발전제어 기술은 연비에 대한 기여도가 크다고 할 수 있다.2) 각 제작사가 적용하는 발전제어 기술의 세부사항은 각기 다르나 차량의 전기부하 사용량 및 주위환경에 따라서 발전용량을 조절하거나 배터리의 충전상태가 일정 수준 이상일 경우 차량의 발전기 발전량을 최소화하고 배터리에 충전된 에너지를 사용하여 엔진부하를 저감함으로써 연비를 향상3,4)시키는 공통적인 개념을 가지고 있다. 최근 발전제어 기능은 하이브리드 자동차와 같이 감속 시 발전기의 발전부하를 높여 일종의 회생제동을 구현하는 수준으로 발전5)하였으며 이와 함께 ISG가 적용된 차량을 마이크로 하이브리드로 분류되고 있고 12 V 이상의 전원 시스템과 토크 어시스트를 할 수 있는 발전기를 장착한 차량을 마일드 하이브리드로 분류하고 있다.
	발전제어 기능이 적용된 디젤 차량을 대상으로 배터리 충전 상태 별 연비시험을 수행함과 동시에 배터리와 발전기의 전기에너지 입･출력량을 분석하여 배터리의 초기 충전상태가 자동차 연비에 미치는 영향을 평가한 결과는 어떠한가?	1) 시험 전 SOC 상태는 FTP-75 모드 연비에 영향을 주었으며 SOC 100 % 대비 90 및 80, 60 % 조건의 연비는 1.2 %, 5.0 %, 13.2 % 하락되었다. 2) FTP-75 모드 연비는 시험 전 SOC 상태 또는 시험중 전기장치(H/L) 사용에 따른 발전기 생산 전류량(발전기 부하)과 반비례하였다. 3) SOC 상태가 높을수록 FTP-75 모드 중에서 배터리 방전 전류적산량이 높았다. 4) SOC 60 % 조건에서는 발전제어가 나타나지 않았다. 5) 발전기 생산 전류적산량과 배터리 충전 전류적산량 차는 SOC 상태가 낮을수록 높게 나타났다. 6) HWFET 모드 연비는 FTP-75 모드 및 HWFET 예열모드에서 배터리 충전이 완료됨에 따라 시험 전 SOC 상태에 영향을 받지 않았다.
	RVC 기능은 무엇으로 구성되어 있는가?	본 연구의 시험을 위하여 사용된 차량은 ‘C’사의 2 L 급 엔진을 탑재한 디젤 승용차로 Euro 5 배출가스 기준을 만족하는 차량이며 RVC 기능이 적용되어 있다. RVC 기능은 배터리 및 발전기, ECM, BCM 으로 구성되어 있으며 BCM은 배터리 전류를 모니터링하여 SOC 및 RVC 기본동작이 가능하도록 ECM에 신호를 보내고 ECM은 발전기의 발전상태를 모니터링 함과 동시에 전압제어 신호를 발전기에 보낸다.8) 이 차량은 12 V 전원시스템을 사용하고 있고 ISG 기능과 기존 발전기를 통한 회생재동 기능이 없어 마이크로 및 마일드 하이브리드 범주에서 속하지 않는다고 할 수 있다.

참고문헌 (11)

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상세보기
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상세보기
B. Kang, K. Park, B. Yong and H. Kim, "Evaluation of Fuel Consumption Between LED Headlamp and Halogen Headlamp," KSAE Annual Conference Proceedings, pp.1709-1714, 2009.

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