하이브리드 자동차

1. 하이브리드 자동차의 개요를 알 수 있다.

2. 하이브리드 정의에 대해서 알 수 있다.학 습

하이브리드 자동차

2. 하이 리 정의에 대해서 알 수 있다.

3. 하이브리드 시스템 분류를 알 수 있다.목 표

2005년 부터 클릭과 베르나 하이브리드 자동차를 관공서와 법인 어린이 집 등, 정부2005년 부터 클릭과 베르나 하이브리드 자동차를 관공서와 법인 어린이 집 등, 정부

보조금을 지원 받아 판매가 되었다.

하지만 아반떼,포르테 하이브리드는 일반인들에게도 판매를 할 수 있게 되어 많은 관심을

가지고 있는 자동차 이다. 기존 하이브리드는 가솔린을 엔진이었으나 아반떼,포르테

하이브리드는 세계최초로 LPI 하이브리드를 개발하게 되었고, 기존의 고전압 배터리(니켈-

수소)를 탈피하여 리튬-폴리머 고전압 배터리를 개발함으로써 소형화 및 효율을 극대화

하였다. 지금까지는 소프트 타입의 하이브리드가 양산되었지만 차후 나올 YF 하이브리드는

하드타입의 하이브리드가 양산될 예정이다.

모터감마 1.6 LPI

배터리(180V)

무단변속기(CVT)

하이브리드 신차 소개대외비

1. 하이브리드 자동차 정의

2개의 동력원(내연기관과 고전압 배터리)을 이용하여 구동되는 자동차를 말하며, 가솔린엔진과

전기모터, 수소연소엔진과 연료전지, 천연가스와 가솔린엔진, 디젤엔진과 전기모터 등 2개의 동

력원을 함께 쓰는 차를 말한다. 주로 가솔린엔진과 전기모터를 함께 쓰는 방식을 이용하고 있다.

+감마 1.6 LP I엔진 모터: 15KW배터리: 180V/Li-PB(리튬 이온-폴리머)

일반적으로 하이브리드(Hybrid)는 잡종이라는 의미를 담고 있다. 즉, 성질이 다른 것들을 결합

해서 새로운 것을 창조한다는 의미로 사용된다. 다시 말하면 엔진의 동력과 전기 모터의 동력을

함께 사용해서 연비를 향상 시키는 것으로 정의 할 수 있다.

[하이브리드의 정의]

고전압 배터리

엔진변속기 (CVT)

HCU

모터 파워 케이블

청정, 재생 에너지를 동력화하는 국가가 21세기를 선도할 것이라면서 “우리는 태양광

* 오바마 미국 대통령 연설문 중에서

모터 파워 케이블(AC 3상)

기술교육실 6

기술을 발명했으나, 태양광을 생산하는 독일과 일본에 뒤처져 있고, 신형 하이브리드

자동차가 조립라인을 돌고 있으나 이들 자동차는 한국산 배터리에 의해 구동되고 있다.”

하이브리드 신차 소개 대외비

2. 하이브리드 자동차 분류

HEV는 소프트 타입과 하드 타입, 플러그-인 타입으로 구분된다. 아반떼 HEV는 Soft 타입을

사용하고 있으며, 변속기와 모터 사이에 클러치를 두어 제어하는 FMED (Flywheel Mounted

Electric Device) 타입이다.

Soft

(FMED)

SoftType

HardType

(TMED : 차기시스템)

yp

플러그인

HSG

HSG

차후에 나올 하이브리드 시스템은 엔진과 모터사이에 클러치를 두어 제어하는 TMED

(Transmission Mounted Electric Device) 타입이다. 이 시스템은 저속 상태에서는 EV모드

(전기자동차)로 주행할 수 있고, 전기자동차로 주행 중 엔진 시동을 위해 별도의 HSG

(Hybrid Starter Generator)가 장착되어 있다. HSG는 엔진 시동 기능 및 약간의 충전 기능을

가지고 있다.

플러그-인 HEV 타입은 HEV 대비 전기차 주행 능력을 확대한 차량으로 배터리의 용량이 보

다 커지게 된다. 또한 가정용 전기 등 외부 전원을 사용하여 배터리를 충전할 수 있다. 차량

구조는 하드타입과 동일하거나 혹은 소프트 타입을 사용할 수 있으며, HEV와 EV(전기차)의

중간단계 차량이라 할 수 있다.중간단계 차량이라 할 수 있다.

※ HEV(Hybrid Electric Vehicle) : 하이브리드 전기 자동차

기술교육실7

HSG (Hybrid Starter Generator) : 스타트 & 충전 모터

FMED (Flywheel Mounted Electric Device) : 모터가 플라이 휠에 장착

TMED (Transmission Mounted Electric Device) : 모터가 변속기에 장착

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3. 소프트 타입과 하드타입의 분류

출발 주행 가속/등판 감속 정지

엔진+모터 관성 에너지배터리 충전

엔진자동 정지

엔진 엔진+모터

[소프트 타입]

출발 주행(저속) 가속/등판 감속 정지

모터 + 엔진관성 에너지 엔진

모터

주행(고속)

모터 + 엔진관성 에너지배터리 충전

엔진자동 정지

모터

[하드 타입]

위 그림의 소프트 타입은 출발 시 전기(모터)와 연료(엔진)를 사용하고 있고, 평지 주행 시

(부하가 적음)에는 연료(엔진)만 공급하며 주행하고 있다. 가속/등판과 같이 큰 출력이 요구

되는 상황에서 연료(엔진)과 전기(모터)를 사용하며, 감속 시 기존 차량에서 브레이크에 의해

소산되는 에너지를 모터를 통해 에너지를 회수하여 배터리를 충천한다 (회생제동 기능). 마

지막 정차 시(신호대기 등..)에는 엔진을 정시 시킴으로써 전혀 연료소비를 하지 않는 오토 스

탑을 보여주고 있다.

하드 타입의 주행 모드는 소프트 타입과 동일하나, 처음 출발과 저속주행 시 일체의 연료를

사용하지 않고 모터로만 주행을 하고 있다.

기술교육실 8

소프트 타입과 하드 타입의 분류는 간단하게 순수 EV(전기 구동)모드가 있으면 하드타입이라고 생각

하면 된다.

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4. 시스템 구성

하이브리드 자동차는 내연기관 + 고출력 전기 모터로 구성을 하고 있다. 고 출력 전기 모터를

이용하여 전기 에너지를 구동 에너지로 변환하기 위한 고전압 배터리, 모터 제어기(Motor

controller)와 같은 신규 부품이 장착되며 핵심기술인 모터, 고전압 배터리, CVT등 국산화 하여

다시 한번 기술력을 인정받고 있다.

엔진모터CVT

Li-PB배터리

MCU

Starter

BMSLDC 냉각팬

MDPS

밀림 방지 장치12V Battery

ABS

* E단 변속레버

E단(economic)은 기존 베르나 HEV에는 없는

변속단으로 D레인지에서 변속레버를 오른쪽으

로 이동하면, 출력을 감소시키고 연비를 향상시

키시는 주행패턴으로 변경된다.

1)주행 속도별 RPM 감소, 2)APS에 대한 RPM 반응성이 저하, 3)엔진 모터 토크 저감, 4)회생 제동량이 증대된다.

주요 주행 패턴의 변화는 다음과 같다.

기술교육실9

이와는 별도로 초기출발(최초1회)시 10KPH이상이 되면 E단 주행 유도문구 출력하고, 이후 운전자가 연비가 나

쁜 모드로 운전할 때 (1회만) E단 주행 유도문구 출력의 특징도 있다.

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5. 하이브리드 차량 작업 안전수칙

하이브리드 시스템은 일반 배터리(12V)도 있지만 고전

압(140V~380 V) 시스템으로 구성되어 아래 주의사항

및 작업절차에 준하지 않을 경우 쇼트,감전,누전 등으로

개인의 심각한 부상이나 장비에 악영향을 끼칠 수 있다.

1) 작업 전 준비 사항

① 안전복, 절연 장갑, 고무 장갑, 보호 안경 및 안전화를 준비한다.

② ABC 소화기를 준비한다. (다량의 물을 사용하는 것은 무방하나 소량일 경우 사태를 악화시킨다.)

③ 전해질을 닦을 수 있는 수건을 준비한다.

① 취급기술자는 고전압시스템에 대한 검사와 서비스 교육이 선행되어야 한다.

② 모든 고전압 시스템 취급하는 단품에는 고전압이라는 라벨이 붙어있다

2) 고전압 시스템 점검 시 주의사항

② 모든 고전압 시스템 취급하는 단품에는 고전압이라는 라벨이 붙어있다.

③ 고전압 작업 시 절연 장갑을 착용하고, 차량 고전압 차단을 위한 안전 스위치를 off해야 한다.

④ 안전 스위치 탈거 후 5분 경과 후 작업을 해야 한다. (MCU 방전시간 필요)

⑤ 작업 시 금속성 물질은 몸에서 탈거 해야 한다. (시계, 반지. 금속성 필기구 등…)

⑥ 고전압 케이블(오렌지 색) 금속부 작업 시 반드시 전압계를 사용하여 0.1V이하 인지 확인한다.

⑦ 고전압 터미널 부 체결 시 반드시 규정 토크를 준수한다.

⑧ 정비/점검 시 “주의 : 고전압 흐름 작업 중 촉수금지” 경고판을 통해 알릴 필요가 있다⑧ 정비/점검 시 “주의 : 고전압 흐름. 작업 중 촉수금지” 경고판을 통해 알릴 필요가 있다.

[고전압 배터리] [MCU & 인버터] [LDC] [모터]

[ 고전압 관련 주요 부품 ]

HEV 모터는 강한 영구자석이므로 신용카드 핸드폰 시계 등 가까이

* 구동모터 취급 시 주의사항

기술교육실10

HEV 모터는 강한 영구자석이므로 신용카드, 핸드폰, 시계 등, 가까이

대면 손상 될 수 있다.

하이브리드 신차 소개대외비

3) 차량 정비 시 작업 순서

① 이그니션 스위치 : OFF

② 후석 시트 등받이 제거한다

4) 차량 사고 시 조치 사항

② 후석 시트 등받이 제거한다.

③ 절연장갑 착용상태에서 12V 배터리 - 케이블 탈거한다.

④ 안전 스위치 off

⑤ 안전 스위치 off 후, 고전압 부품을 취급하기 전에 5~10분 이상대기 한다

4) 차량 사고 시 조치 사항

① 고전압 케이블(절연피복이 벗겨진 상태)은 손대지 말 것. (불가피 할 경우 차체접지와 케이블에 고전압 통

전 상태인지 확인 할 것)

② 차량 화재 시 ABC 소화기로 진압 할 것.

③ 차량이 반쯤 침수 상태일 경우 차량의 안전 스위치 등 일체의 접근을 금지 할 것.

④ 차량에 손을 댈 필요가 있을 경우, 물에서 차량을 완전히 안전한 곳으로 이동 주차 후 조치 할 것.

⑤ 전압 배터리 전해질 수 발생 시 피 에 접 하지 말 것⑤ 고전압 배터리 전해질 누수 발생 시는 피부에 접촉 하지 말 것

⑥ 리튬 폴리머 배터리는 켈(GEL)타입의 전해질 적용으로 액상 전해질 미 적용 (누수 가능성은 희박하

나 전해질 피부 접촉 시 비눗물로 깨끗이 씻는다.)

⑦ 차량 파손으로 고전압 차단이 필요 시 다음 순서로 작업 조치 할 것.

- 차량 정지 후 P단으로 위치 하고 사이드 브레이크를 작동 시킬 것

- IG KEY 제거 후 보조 배터리의 접지(-)를 탈거 할 것

절연 장갑을 착용한 후 안전 스위치 off 할 것- 절연 장갑을 착용한 후 안전 스위치 off 할 것

(차량 파손으로 불가능 할 경우는 IG 릴레이 또는 배터리 퓨즈를 제거 할 것)

① 고전압 배터리 통합 패키지 모듈(IPM:IntergreatedPackage Module (배터리,인버터,LDC)을 탈거하고 고온건조 작업을 한다

5) 차량 도색 건조 시 주의 사항

건조 작업을 한다.

② 고전압 배터리 통합 패키지 모듈(IPM:IntergreatedPackage Module (배터리,인버터,LDC)을 탈거가 불가피

할 경우에는 70℃에서 30분 초과 금지 / 80℃에서 20분초과 금지

후석 시트 등받이를 제거하고, 경고문구

가 있는 안전 커버를 제거하면 ON/OFF스

위치가 보인다.

* 안전 스위치

기술교육실 11

HCU대외비

6. 오토 스탑(AUTO STOP)

오토 스탑은 차량이 정지할 경우 연료 소비를 줄이고 배기 가스를 저감시키기 위해 엔진을

자동으로 정지시키는 기능이다. (공조 시스템은 일정 시간 유지 후 정지) 오토 스탑이 해제되

면 모터 크랭킹과 엔진 분사를 재개하여 엔진을 재시동시킨다

오토 스탑이 작동되면 Auto Stop 램프가 점

멸하고, 오토 스탑이 해제되면 Auto Stop 램

프가 소등된다. 또한 Auto Stop 스위치가 눌

러져 있지 않은 경우 A S O 램 가러져 있지 않은 경우 Auto Stop OFF 램프가

점등된다. IG Off후 IG On 할 경우 Auto

Stop 스위치는 ON 상태로 된다.

• 엔진 냉각수온이 낮은 경우(50도 이하) / CVT 유온(30도 이하)

• 오토 스탑 스위치가 OFF인 상태

• Main 배터리의 SOC가 낮은 경우(18%) (SOC : State Of Charge 충전량)

• 진입 : 9 Kph 이상의 속도로 2초 이상 차량 운행 후 브레이크 페달을 밟은 상태로차속이 4 Kph이하가 되면 엔진을 정지시킨다.

동작 조건

(엔진 정지)

• Main 배터리의 SOC가 낮은 경우(18%) (SOC : State Of Charge, 충전량)

• 브레이크 부압이 낮은 경우(250mmHg이하 ,서비스데이터에서는 680hPa 이상)

• 12V 배터리의 전압이 낮은 경우 (전기 부하가 큰 경우)

• 가속 페달을 밟은 경우

• 변속 레버가 ‘P’단 또는 ‘R’단인 경우

• 관련 시스템(배터리, 모터)의 Fault가 검출된 경우

• 급감속시(기어비 추정 로직)

금지 조건

• 금지 조건 발생시

• D단에서 브레이크 페달 뗄 경우

• 차속이 발생하는 경우

• 구배가 17%(경사각 10˚) 이상

해제 조건

(엔진재시동)

급감속시(기어비 추정 로직)

• ABS 동작 시

AUTO STOP 스위치는 기존 베르나 HEV에서는 “ECO” 스위치로 표시되었으며, 이

스위치를 OFF하게 되면 경제적인 운전을 하지 않겠다는 운전자의 의지이다.

베르나 HEV는 AUTO STOP 스위치를 OFF하더라도 오토 스탑은 작동된다. 하지만

* AUTO STOP 스위치란?

기술교육실 12

블로워 스위치를 작동시킨 상태에서는 오토 스탑이 작동하지 않았다.

아반떼 HEV는 블로워 스위치와 상관없이 ATUO STOP 스위치를 ON하면 오토 스탑

이 작동되고 OFF하면 오토 스탑은 작동되지 않는다.

HCU대외비

7. 하이브리드 모터 교환 및 점검

1) 모터 교환 방법

엔진 준비 모터 조립 절연시트 탈거/검수

1. 모터 조립전 크랭크 샤프트를

회전시켜 ①크랭크 샤프트 탭 위치를

2. ③볼트를 모터에서 엔진 방향으로 가

체결한다.(조임 토크 : 0.8~1.5kgf.m)

6. ②볼트 6개를 규정토크에 의해 체결

한다.(조임 토크 : 7.3~7.7kgf.m)

②

③

④⑥

⑤

⑦①

회전시켜 ① 랭 샤 탭 위치를

모터 홀 위치와 일치시킨다.

(모터 홀 위치 일정하게 관리)

체결한다.( 임 0.8 1.5kgf.m)

3. ④볼트를 엔진에서 모터 방향으로,

너트를 모터에서 엔진 방향으로 체결

한다.

4. ②볼트 6개를 크랭크 샤프트에 가체

결한다.(조임 토크 : 0.8~1.5kgf.m)

5. ⑤볼트 8개 탈거후 ⑥어셈블리 지그

를 탈거한다.

한다.( 임 7.3 7.7kgf.m)

7. ③볼트를 규정토크에 의해 체결한다.

(조임토크 : 4.3~4.9kgf.m)

8. 공극 검사를 위해 ⑦절연시트를 회전

하며 탈거한다.

9. 최종 작업 후 다시 한번 올바르게 작

업 되었는지 확인한다.

2) 엑츄에이터 테스트

항 목 분석 내용

모터 스피드 모드 모터 스피드 강제 구동을 하게 되면 3초간 500rpm으로 모터를 회전

모터 토크 모드 모터 토크 강제 구동을 하게 되면 2초간 105Nm로 모터를 회전

레졸버 보정 모터교환 후 모터의 위상각을 학습하기 위함

기술교육실 13

HCU대외비

* 하이브리드 자동차 용어 설명

용 어 영 문 국 문 비 고

HEV Hybrid Electric Vehicle 하이브리드 전기자동차

HCU Hybrid Control Unit 하이브리드 총합 제어기 조수석 A-필러 하단

MCU Motor Control Unit 모터 컴퓨터(인버터:Inverter) IPM 내부에 장착

BMS Battery Management System 고전압 배터리 관리 시스템

LDC L DC DC C t DC DC 변환기 IPM 내부에 장착LDC Low DC-DC Converter DC-DC 변환기 IPM 내부에 장착

ECU Engine Control Unit 엔진 컴퓨터 에어크리너 옆

IFB Inter Face Box LPI 컴퓨터 운전석 A-필러 하단

TCU Transmission Control Unit 변속기 컴퓨터엔진 룸 카울 커버 하단에

장착

TMK Tire Mobility Kit 타이어 펑크 수리 킷트 아반떼 HEV 미적용TMK Tire Mobility Kit 타이어 펑크 수리 킷트 아반떼 HEV 미적용

CAS Creep Aid System 밀림 방지 시스템

CVT Continuously Variable Transmission 무단 변속기

MDPS Motor Driven Power Steering 전동식 모터 조향 장치

PRA Power Relay Assembly 고전압 릴레이 어셈블리 IPM 내부에 장착

IPM Intergreated Package Module통합 패키지 모듈(배터리,인버

터,LDC)

SOC State Of Charge 배터리 충전 상태

레졸버 Resolver 모터 위치 센서 모터 내부에 장착

안전 스위치 Safety S/W 고전압 차단 스위치 IPM 내부에 장착

HSG Hybrid Starter Generator 스타트 & 충전 모터별도 엔진 시동모터(하드타입

적용예정

FMED Flywheel Mounted Electric Device모터가 플라이 휠or 크랭크축에

장착소프트 타입 의미

TMED Transmission Mounted Electric Device 모터가 변속기에 장착 하드 타입 의미

플러그-인 Plug-In Hybrid Electric Vehicle

가정용 등 별도의 외부 전원을

사용하여 배터리를 충전 할 수

있는 HEV

NI-MH Nickel - Metal Hybride 니켈-수소 배터리

LI-PB Lithium - Polymer 리튬 이온-폴리머 배터리

기술교육실 14