[논문]누적 주행거리에 따른 플러그인 하이브리드 자동차의 연비 특성 연구

박진성; 임재혁; 김기호; 이정민

doi:10.7316/khnes.2018.29.6.661

누적 주행거리에 따른 플러그인 하이브리드 자동차의 연비 특성 연구
Study on Fuel Economy Characteristics of Plug-In Hybrid Electric Vehicle by Cumulative Distance 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.29 no.6, 2018년, pp.661 - 667

박진성 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 임재혁 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 김기호 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 이정민 (한국석유관리원 석유기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Electric vehicles are taken a long time to charge and are restricted driving where charging infrastructure was not sufficiently constructed. The vehicle developed to solve these problems is a plug-in hybrid vehicle. It is possible to drive a certain distance by using electric motor and when the battery runs out, it operate the engine. Plug-in hybrid vehicle have a complicated structure and a lot of parts comparing a general vehicle because the electric parts and the internal combustion engine are installed together. Therefore, as the aging (mileage) of the plug-in hybrid vehicle, the influence which change of fuel consumption is expected to be larger than a general vehicle, but an experimental data are lacking. In this paper, we cumulate a mileage of the plug-in hybrid vehicle about 15,000 km and measured the fuel economy when the cumulated distance reached within 160 km, 6,500 km, 15,000 km respectively, by using domestic public test method. For measuring fuel economy of the vehicle, CD mode (driving distance on a single charge) which use only motor and the CS mode which operate motor and combustion engine were measured respectively. As a result, the fuel economy slightly increased at cumulated mileage of 6,500 km compared to the 160 km and the fuel economy of 15,000 km was similar to 160 km.

주제어

표/그림 (10)

표 Table 1. Specifications of test vehicles
그림 Fig. 1. Schematic diagram of gasoline vehicle emission measurement system
표 Table 2. Specifications of dynamometer system
표 Table 3. Specification of the emission analyzer
그림 Fig. 2. Comparison of fuel economy (CS mode) at each cumulative mileage
표 Table 4. Key features of the fuel economy test mode
표 Table 5. Resistive force against 160 km
그림 Fig. 3. Comparison of fuel economy (CD mode) at each cumulative mileage
그림 Fig. 4. Comparison of driving distance on a single charge at each cumulative mileage
그림 Fig. 5. Comparison of Rcda (actual charge-depleting cycle range) and electric current requirement per Rcda at each cumulative mileage

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 논문에서는 국내에서 판매량이 높은 플러그인 하이브리드 자동차를 선정하여 비사업용 승용자동차의 1년 평균 주행거리인 15,000 km 구간을 내구 주행을 실시하였고, 내구 주행거리에 따라 연비의 변화가 어떻게 변화하는지 연구하여 친환경 자동차 성능 개선의 기초 자료로 사용하고자 하였다.
본 논문에서는 플러그인 하이브리드 자동차의 성능 개선을 위한 데이터 확보를 위하여 누적 주행거리가 연비에 미치는 영향을 파악하고자 하였고, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

제안 방법

시험모드는 연비의 정확한 측정을 위하여 <산업통상자원부 고시 제 2016-209호> ｢자동차의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료 소비율 시험방법 등에 관한 고시｣에 의거하여 내연기관과 전기모터가 동시에 작동할 때의 연비를 측정하는 chargesustaining (CS) 모드와 전기모터만 사용될 때의 연비 및 1회 충전 주행거리를 측정하는 charge- depleting (CD) 모드를 구분하여 시험을 진행하였다. CS모드와 CD모드 측정 간에는 전류적산계(Hioki 3390) 장비를 이용하여 자동차의 메인 배터리의 충·방전상태 및 전류 변화량을 측정하였다.
또한 주행거리가 누적됨에 따라 자동차의 구동계통이나 타이어 마모 등으로 인한 저항 변화가 있을 수 있어, 동일한 저항 조건을 반영하기 위하여 고시의 시험법에 따라 차량을 설정하여 차대동력계에서 주행저항 재현을 실시한 이후 본 시험을 진행하였다.
시험모드는 연비의 정확한 측정을 위하여 <산업통상자원부 고시 제 2016-209호> ｢자동차의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료 소비율 시험방법 등에 관한 고시｣에 의거하여 내연기관과 전기모터가 동시에 작동할 때의 연비를 측정하는 chargesustaining (CS) 모드와 전기모터만 사용될 때의 연비 및 1회 충전 주행거리를 측정하는 charge- depleting (CD) 모드를 구분하여 시험을 진행하였다. CS모드와 CD모드 측정 간에는 전류적산계(Hioki 3390) 장비를 이용하여 자동차의 메인 배터리의 충·방전상태 및 전류 변화량을 측정하였다.
플러그인 하이브리드 자동차의 특성상 메인 배터리가 방전이 된 상태에서도 메인 배터리 초기 충전량에 따라 연비가 달라지는 문제점이 있어, 시험 결과의 차이가 3% 미만이 될 때까지 최소 2회 이상 반복 측정하여 연비를 산출하였다.
해당 차량에 대해서는 여러 운전자가 번갈아가면서 목표한 내구 주행거리에 도달하기까지 실제 도로 조건에서 주행하였으며, 연비 시험을 진행하기 전 실제 누적 주행거리는 각각 152 km, 6,734 km, 16,292 km였고, 본 논문에서는 편의를 위하여 160 km 이내, 6,500 km, 15,000 km로 표현하였다.

대상 데이터

선정된 시험차량에 대하여 2010년까지 사용되었던 연비 측정을 위한 법정 누적 주행거리인 160 km 이내의 신차 상태일 때와 현행 연비 측정 법정 길들이기 누적 주행거리인 9,000 km 이내(본 연구에서는 일반 내연기관 차량의 법정 길들이기 누적 주행거리인 6,500 km 정도의 수준으로 설정) 그리고 비사업용 승용차량의 대략적인 1년 평균 누적 주행거리인 약 15,000 km를 측정구간으로 선정하여 각 주행거리에 도달하였을 때 연비를 측정하였다.
시험용 차량은 2016년 기준으로 국내 등록대수가 가장 많은 플러그인 하이브리드 자동차로 선정하였으며, 제원은 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

1) 복합연비 기준으로 CS모드에서는 160 km 이내 대비하여 6,500 km에서 0.53% 증가하였고, 15,000 km에서는 2.35% 감소하는 결과를 보였다.
2) 복합연비 기준으로 CD모드에서는 160 km 이내 대비하여 6,500 km에서 7.41% 증가하였고, 15,000 km에서는 1.85% 증가하여, 연비의 증감폭이 CS모드에서보다 다소 큰 결과를 보였다.
3) 1회 충전 주행거리는 160 km 이내 대비하여 6,500 km의 누적 주행거리에서 5.88% 증가하는 결과를 보였고, 15,000 km에서는 변화가 없었다.
4) 주행거리 당 전류 사용량은 6,500 km의 누적 주행거리에서 160 km 이내 대비 평균 5.47% 감소하여 상대적으로 적은 전류량으로 더 긴 거리를 주행할 수 있음을 확인하였다.
CD모드 시험 동안 사용된 전체 배터리 직류 전류량에서 실제 CD사이클 주행거리를 나눈 값의 경우 160 km 이내 대비하여 6,500 km의 누적 주행거리에서 평균 5.47% 감소하였고, 15,000 km에서는 평균 1.84% 감소하는 결과를 보였고, 이는 6,500 km의 누적 주행거리를 가진 자동차가 일정 구간을 전기 동력으로 주행할 때 소요되는 전류량이 가장 적은 것을 의미한다.
CD모드에서의 연비 변화와 마찬가지로 변화량은 내연기관을 사용할 때에 대비하여 큰 것을 확인할 수 있었고, 6,500 km 정도의 누적 주행거리를 운행했을 때 가장 긴 1회 충전 주행거리를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
복합 기준으로 160 km 이내 대비하여 6,500 km의 누적 주행거리에서는 5.88% 증가하는 결과를 보였고, 15,000 km에서는 160 km 이내와 동일한 결과를 보였다.
2는 플러그인 하이브리드 자동차의 누적 주행거리가 160 km 이내의 신차 상태일 때와 6,500 km일 때, 15,000 km일 때의 CS모드의 연비를 나타낸 것이다. 복합연비 기준으로 160 km 이내 대비하여 6,500 km의 누적 주행거리에서는 0.53% 증가하는 결과를 보였고 15,000 km에서는 2.35% 감소하는 결과를 보였다.
복합연비 기준으로 160 km 이내 대비하여 6,500 km의 누적 주행거리에서는 7.41% 증가하는 결과를 보였고, 15,000 km에서는 1.85% 증가하는 결과를 보였다.
실제 CD사이클 주행거리는 160 km 이내 대비하여 6,500 km의 누적 주행거리에서 평균 5.06% 증가하였고, 15,000 km에서는 0.25% 감소하는 결과를 보였다.

후속연구

15,000 km의 누적 주행거리에 대해서는 160 km 이내의 주행거리 대비하여 좋지 못한 결과를 보였는데, 이 부분은 자동차의 주행거리 증가와 관련이 있는 사항으로 판단되지만 15,000 km 이후의 누적 주행거리에 대한 변화를 예측할 수 없기 때문에 정확한 확인을 위해서는 15,000 km 이후의 주행거리에 대해서도 추가적인 시험이 필요할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플러그인 하이브리드 자동차의 장점은 무엇인가?	이러한 문제를 해결하기 위하여 개발된 차량이 플러그인 하이브리드 자동차이다. 플러그인 하이브리드 자동차는 외부에서 충전 가능한 배터리 및 전기모터와 내연기관이 함께 장착이 되어 있어 전기모터만으로도 일정거리 주행이 가능하며 배터리가 소진되면, 내연기관을 작동하여 배터리의 충전량을 유지하며 주행할 수 있는 차량으로 전기자동차를 위한 충전인프라가 충분히 구축되기 전까지 실질적인 대안으로 여겨지고 있다.
	전기자동차의 한계점은 무엇인가?	그러나 전기자동차는 배터리가 완전히 충전될 때까지 걸리는 시간이 길고, 충전인프라가 부족하여 장거리를 운행하거나 충전소가 부족한 곳에서 운행이 이루어지는 경우 자동차 운행에 지장을 받을 수 있는 문제가 있다.
	하이브리드 자동차 노후화가 미치는 영향이 내연기관이나 전기차에 비해 큰 이유는?	플러그인 하이브리드 자동차는 전기모터 및 인버터와 같은 전기 관련 부품과 내연기관이 함께 있기 때문에 기본적인 구조가 전기자동차나 일반적인 내연기관 차량보다 복잡하고 부품의 종류도 많다. 따라서 자동차 노후화에 따라 연비 변화에 미칠 수 있는 영향이 내연기관 차량이나 전기자동차에 비하여 다양하고 그 변화가 클 것으로 예상된다.

참고문헌 (7)

S. W. Kim, M. H. Lee, K. H. Kim, S. G. Oh, and S. H. Lee, "The Study on the Assesment Fuel Economy of Hybrid Vehicle on Test Modes", Trans, of KSPSE, Vol. 17, No. 1, 2013, pp. 64-68.
M. H. Lee, S. W. Kim, and K. H. Kim, "A Comparison of the Fuel Economy Test Method on Electric Vehicles (EVs)", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 28, No. 3, 2017, pp. 287-294.
M. H. Lee, S. W. Kim, and K. H Kim, "The efficiency characteristics of electric vehicle (EV) according to the diverse driving modes and test conditions", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 28, No. 3, 2017, pp. 56-62.
J. C. Yeo, D. S. Kim, and J. J. Jeong, "Relative Damage Evaluation of Automotive Wheel bearing under Durability Test Modes", Conference of KSAE, 2015, p. 539.
S. W. Lee and J. M. Ko, "A study on the influence of Tire Rolling Resistance Coefficient on Vehicle Fuel Consumption and CO2 Emissions", Transaction of KSAE, Vol. 26, No. 3, 2018, pp. 402-406.
M. Cho, Y. M. Son, D. B. Nah, S. C. Kil, and S. W. Kim, "Lithium-ion Batteries for Plug-in hybrid electric vehicle", Journal of KOSEE, Vol. 19, No. 2, 2010, pp. 81-91.
K. Y. Kim, D. H. Seong, W. S. Lim, and S. W. Cha, "Determining driving mode of Plug-in hybrid vehicle for enhancing fuel economy", Journal of KSAE, Vol. 2016, No. 11, 2016, p. 657.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증