하이브리드 시스템에 적용되는 모터 종류에 대해 알아보겠습니다.
WHAT / WHO - 모터, 너는 누구야?
모터는 무엇일까요? 나무위키의 정의를 보겠습니다.
“에너지를 받아들여 일을 하는 기계”
먼저 유튜브를 통해 현대자동차에 적용되는 HEV 시스템의 간단한 시스템 구성을 살펴보겠습니다.
https://youtu.be/RydO7TG-KRg?si=K5yEVQMZDZ1cvMED
WHY- 모터(친환경차)가 왜 필요한가요?
화력발전에 의한 내연기관 차량과 전기차의 에너지 효율은 19% vs 37%로 2배 가까이 차이가 납니다.
전기차를 운행한다면 가장 효율이 좋겠지만, 가격이 비싸고 충전 인프라 부족에 대한 주행거리 걱정이 동행합니다.
또한 전기 모터와 엔진은 각각 다른 분야에서 뛰어납니다.
모터는 저속에서 높은 토크를 낼 수 있고, 엔진은 특정 RPM에서 효율이 좋습니다.
따라서 내연기관을 근간으로 하되 작은 배터리와 모터를 함께 탑재하여 두개의 동력원을 갖게 된다면, 전동화 전환기에 어느정도 양쪽의 장점을 함께 흡수하는 보완이 가능한 것이죠.
이에 HEV 시스템을 일컬어 두개의 심장이라고 합니다.
WHERE / WHEN / HOW - 어디에서? 언제? 어떤 일을 도와주나요?
그리고 우리는 그 시스템을 어떻게 구분하나요?
업계나 학계에서는 모터가 장착되는 위치에 따라 P0, P1, P2, P3, P4로 나누어 말하는데요.
모터가 어디에 붙냐에 따라 어느 부품의 일을 도와주는지 알 수 있습니다.
P0, P1의 경우 완전한 (P)HEV 라고 부르기 보다는 엔진 출력을 보조하는 개념에 가깝습니다.
P2, P3의 경우 완전한 (P)HEV 입니다.
P4의 경우 완전한 BEV 시스템으로 사용됩니다.
| 구분 | 위치 | 역할 | 방식 | 비고 | |||
| Micro HEV | Mild HEV | (P)HEV | BEV | ||||
| P0 | 엔진 벨트 | 엔진 크랭킹 보조, 상시 발전 | ✔︎ | ✔︎ | ✔︎ | 엔진과 회전 속도 동일 |
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| P1 | 엔진 크랭크 샤프트 | 엔진 출력 보조, 상시 발전 | ✔︎ | 엔진과 회전 속도 동일 |
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| P2 | 기어 입력 샤프트 | 출력 보조 | ✔︎ | ✔︎ | |||
| P3 | 기어 출력 샤프트 | 출력 보조 | ✔︎ | ✔︎ | 변속기 단수 연동 속도 조절 |
||
| P4 | 동력축 | 구동 | ✔︎ | ✔︎ | ✔︎ | ||
P0, P1 : 엔진의 출력을 보조해주는 역할입니다.
- P0 : 벨트 쪽에 위치하면 P0이며(Micro HEV)엔진 스타트를 도와주거나(Idle Stop&Go) 엔진이 회전하고 있을 때는 발전기 역할도 수행할 수 있습니다. (P)HEV에서는 HSG(Hybrid Starter Generator)라는 명칭으로 사용되고 있습니다.
- P1 : 크랭크 샤프트(플라이 휠) 쪽에 위치하면 P1이며(Mild HEV), 엔진 출력에 에너지를 보태는 역할을 합니다. 엔진과 변속기 사이에 위치해야 하므로 크기가 제한적이어서 출력도 제한적입니다. 병렬형 HEV 중 FMED 타입이라고도 합니다.
P2, P3 : 엔진과 별도로 구동에 출력을 보조하는 역할을 합니다. 엔진과 떨어져있기 때문에 EV모드(전기모터만으로 주행)가 가능하고 회생제동 효율이 높은 장점이 있습니다.
- P2 : 변속기(유성기어)의 입력 쪽에 위치하면 P2이며(HEV, PHEV), 변속기의 변속단과 치합해야 하기 때문에 클러치 제어가 어려운 단점이 있습니다. 병렬형 HEV 중 TMED 타입이라고도 합니다.
- P3 : 변속기(유성기어)의 출력 쪽에 위치하면 P3이며(HEV, PHEV), 변속기와 클러치를 통해 분리한다면 변속기에서 일어나는 드래그 손실마저 배제하고 회생제동을 할 수 있기 때문에 P2 타입보다 더 우수한 에너지 효율 달성도 가능합니다.
P4 : 모터가 구동축에 직접 붙습니다. 엔진, 변속기가 필요없는 전기차(BEV)의 대표적인 시스템입니다.