This Research focuses on how to maximize fuel economy improvement of I.S.G. while keeping 12V system. With 12V system the maximum gain of fuel economy with I.S.G. is known to be about 3~5% in FTP-75 mode because engine stop is only conducted in standstill idle. But in this study deceleration engine stop (engine speed is zero) has been tried additionally and the optimum condition for deceleration engine stop was found to maximize fuel economy improvement in practical point of view, the result of which is about 8.8% in FTP-75.
본 연구에서는 자동차가 정지하면 지정된 수초이내에 자동차의 공회전 상태를 자동적으로 정지시키고, 운전자가 출발하고자 할 때는 약속된 전기신호로 엔진의 시동을 거는 차량용 공회전 자동정지 제어시스템을 개발하였다. 이 장치는 다수의 선별된 엔진제어유닛과 변속기제어유닛의 전기신호를 입력신호로 하는 마이크로프로세서와 기타 주변 전자회로로 구성되어 있으며 자동차의 운전상태를 인식할 뿐 아니라 냉각수 온도에 따라 그 작동을 조정하고 재시동시 연료분사스킵 기법을 적용하여 자동차의 연료절약 및 유해배출가스를 저감하는 효과를 가지고 있다. 국내의 자동차 연비 및 유해배출가스측정 공인기관에서 ECE15+EUDC모드에서 본 제어시스템 장착차량의 주행시험을 실시하여 그 효과를 확인하였고 실차 적용가능성을 확보하였다.
수송 분야의 온실가스 감축에서 차량운행 중 공회전에 따른 온실가스 발생 문제는 중요한 요소이므로 최근 버스, 트럭, 택시에서의 공회전제한장치(ISG) 장착이 법제화되고 있으며, 일반 승용차에도 ISG 장착을 확대하려는 추세이다. 이에 본 연구에서는 수도권 지역을 대상으로 승용차의 차종별 ISG 장착 전략에 따른 경제적 효과분석 결과를 기반으로 그에 따른 정책 방향성을 제시하고자 한다. 분석 결과, 서울시 사업용 승용차에 ISG를 장착하는 전략이 가장 효과적(B/C: 8.55)으로 나타났고, 그에 따른 연료절감량은 660(${\ell}$/년/대)이며, $CO_2$ 저감량은 1,606(kg/년/대)인 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 향후 일반 승용차의 ISG 장착에 대한 적정 보조금 산정 등의 정책 판단 지표로 활용 가능할 것으로 판단된다.
최근 EV(Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle) 등 친환경 차량의 개발 및 출시가 진행되고 있고 이들 친환경 차량의 궁극적 목적은 엔진과 배터리 혹은 배터리 단독 사용에 의한 고연비, 배기가스 배출 저감 등을 목적으로 하고 있다. 하지만 기존 내연기관 차량과 비교시 차량가격이 높게 형성되어 시장 활성화는 다소 시간이 소요될 것으로 판단된다. 이러한 친환경 차량 기술은 신차에만 국한되어 적용되고 있고 현재 도로상에서 운행중인 대부분의 차량은 기존의 저연비, 다량의 배기가스 배출문제를 여전히 내포하고 있는 실정이다. 이에 대한 대안으로 기존의 차량 보조배터리에 지능형 배터리 센서(IBS, Intelligent Battery Sensor)를 장착하고 이를 통해 ISG(Idle Stop&Go)을 수행하는 Mild HEV 형태의 차량이 개발되고 있다.
ISG (Idle Stop & Go) 시스템이 적용되는 자동차에 적합한 납축전지를 개발하기 위해 전극재료인 3BS ($3PbO{\cdot}PbSO_4{\cdot}H_2O$)와 4BS ($4PbO{\cdot}PbSO_4$)의 생성조건과 활물질의 화성 방법에 따른 납축전지 초기 성능과 심방전에 미치는 영향에 대해 연구 하였다. 양극과 음극 활물질을 숙성반응 중 온도 제어로 최종 생성 활물질의 상이 변하며, 납축전지의 수명에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 초기 성능에는 3BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지와 Flooded 납축전지가 우수한 성능을 나타내는 반면 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지는 상대적으로 낮은 성능을 나타내었다. 또한, 활물질 화성 효율을 비교분석하기 위해 화성을 3 step과 9 step으로 구분하여 시험한 결과, 3BS로 제작된 AGM 납축전지에 비해 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지의 초기 성능이 우수 하였다. DOD17.5% 수명시험으로 수명성능을 비교한 결과, 잦은 심방전이 요구되는 ISG 시스템에서 Flooded 납축전지는 적합하지 않았으나, AGM 납축전지는 적합한 결과를 나타내었다. 결론적으로 AGM 납축전지가 ISG 시스템 적용 자동차에 적합하였고, AGM 납축전지의 숙성, 화성 방법에 따라 수명 성능이 80% 차이를 나타내는 것으로 확인되었다.
최근 지구 온난화와 에너지 고갈 문제가 심각해지면서, 차량의 에코 드라이빙 (에너지 절약형 운행)에 대한 관심이 높다. 본 논문에서는 ISG(공회전 제한 장치)가 장착된 차량의 공회전 제한 사용과 정속 운전을 모니터링하는 시스템을 제안한다. 본 시스템은 차량 운행 정보 수집용 G/W 장치, 에코 드라이빙 모니터링용 스마트폰 앱 및 서버 시스템으로 구성된다. 본 논문의 주요 기여는 공회전 제한을 포함하는 에코 드라이빙의 모니터링 시스템이 제공해야 할 통합적인 기능, 구조 및 동작 원리를 정의한 것이다. 본 시스템을 통해 사용자는 공회전 제한 시간, 운전 속도, 연료 절감량, CO2 배출량 등을 확인해 봄으로써, 에코 드라이빙을 실천하는 좋은 운전 습관을 가지게 될 것이다. 서버 시스템은 운행 정보를 저장 또는 조회하는 기능을 OpenAPI 형태의 웹 서비스로 제공하여, 다양한 응용들을 쉽게 개발할 수 있는 환경을 제공한다.
Hybrid electric vehicles have applied electric parts for saving fuel consumption and reducing levels of environmental pollution. Electrification of automobiles is indispensable for entering into global market because of enhanced environment restriction. ISG (Integrated Starter & Generator) system is one of main electric parts and can improve fuel efficiency more than other components by using Idle Stop & Go function and regenerative braking system. However, if ISG motor and inverter work under the continuously high load condition, it will make them the decrease of performance and durability. So the ISG motor and inverter need to properly design the cooling system of them. In this study, we suggested the enhancement points by modifying the thermal design of ISG motor and then confirmed the improvement of the cooling performance.
Integrated Starter-Generator(ISG)는 스타터(Starter)와 발전기(Generator)를 하나의 장치로 통합한 형태의 자동차 부품 시스템이다. ISG는 높은 토크로 엔진을 돌려주어 차량의 원활한 Idle Stop & Go 가능하게 하고 차량 제동 시에는 발전기 역할을 하여 배터리를 충전한다. 본 논문에서는 ISG용 WFSM (Wound Field Synchronous Motor)의 초기모델에 반응표면법을 적용하여 계자 유기 전압 및 토크 리플 저감을 목표로 최적화 설계를 진행하였다.
In this study, a bidirectional DC-DC converter for idle stop and go (ISG) is developed to reduce fuel consumption. A three-phase non-isolated half-bridge converter is selected through a design method by considering efficiency and volume. According to the state of charge of the batteries at both the low-voltage and high-voltage sides, buck mode, which charges a low-voltage battery from the generated motor energy, and boost mode, which provides power to the motor from the low- and high-voltage battery sides, are required in the ISG system. Hence, an autonomous and seamless bidirectional control method using a variable current limiter is proposed for mode change. A 1.8 kW engineering sample of the proposed converter has been built and tested to verify the validity of the proposed concept. The maximum efficiencies, including gate driver and control circuit losses, are 96.4% in charging mode and 96.1% in discharging mode.
Integrated Starter Generator (ISG) system improves the fuel economy of hybrid electric vehicles by using idle stop and go function, and regenerative braking system. To obtain the high performance and durability of ISG motor under continuously high load condition, the motor needs to properly design the cooling system (cooling fan and cooling structure). In this study, we suggested the enhanced design by modifying the thermal design of the ISG motor and then analyzed the improvement of the cooling performance under high-speed condition and generating mode by CFD simulation. The temperatures at the coil and the magnet of the enhanced model were decreased by about $4^{\circ}C$ and $6^{\circ}C$, respectively, compared to those of the conventional model. Therefore, we verified the cooling performance enhancement of the novel thermal design in the case of core loss increment due to the higher speed condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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