MAHLE 레인지 익스텐더 차량

연소 엔진을 레인지 익스텐더로 사용함으로써, 객차 내의 배터리로 움직이는 파워트레인은 전통적인 파워트레인의 범위와 비교할만한 성과를 얻었습니다. 따라서 레인지 익스텐더는 전자식 주행 시스템을 가진 차량에 있어서 더 다양한 시리즈 적용을 할 수 있는 관문이 될 수 있습니다. MAHLE는 최근에 이러한 자체개발한 레인지 익스텐더 연소 엔진과 시험 차량을 이용하여 파워트레인에 대한 연구를 진행하고 있습니다.

전기 주행 및 레인지 익스텐더 (레인지 익스텐더 전기 자동차 Range Extended Electric Vehicle—REEV)를 장착한 시험 차량의 기준으로, MAHLE는 일반적으로 동력을 얻는 B-세그먼트 차량을 선택했습니다. 이 결정의 주된 이유는 패키지 관련 어려움뿐만 아니라 레인지 익스텐더 파워트레인에 대한 시장 예측이나 일상적으로 시골지역이나 고속도로를 50km에서 80km의 속도로 주행하는 인반적인 사용자 프로필 이었습니다. MAHLE 레인지 익스텐더 엔진의 간편하고 유동적인 설치 위치는 특히 이러한 경우에 유용합니다.

통합 발전기를 포함한 직렬 2기통 실린더 설계는 레인지 익스텐더가 기존의 자동차에 설치된 1.2리터 직렬 4기통 엔진과 비교하여 상당히 작은 크기를 가질 수 있도록 해줍니다. 55 kW (최고 100 kW) 전기 견인 전동기 및 두 개의 감속 트렌스미션의 초소형 패키지 덕분에, 고압 배터리를 제외한 (변환 장치와 제어 장치를 포함한) 모든 주요 주행 부품을 자동차의 프론드 엔드에 쉽게 장착하였습니다.

이미 타이트한 자동차 프론트 엔드의 설치 공간에서의 연소엔진과 전기 주행 부품과의 직접적인 근접성은 분리된 냉각 서킷의 통합을 필요로 합니다. 연소 엔진의 일반적인 냉각수 온도인 90°C는 절연 처리를 통해 전기 모터 냉각 서킷에서의 상당히 낮은 온도 레벨(약 40°C)에 영향을 미치지 않도록 해야 합니다. 시험 차량의 메인 라이에이터의 냉각 전략은 각각의 개별 서킷이 요구하는 바에 의해 결정됩니다. 추가적인 냉각이 하나의 서킷에 필요하게 되면, 각각의 서컷이 상호작용을 하면서 최우선순위를 받게 됩니다.

근본적으로, 전기 파워트레인은 시험 차량이 최고 속도를 제외한 기존 차량의 주행성능과 동일하거나 뛰어넘도록 설계되었습니다. 주행의 환경이 적재부피(loading volume)의 희생을 필요로 하지 않는지 시험하는 것 또한 중요하게 여겨졌습니다. 14 kWh 용량의 고압 배터리가 적재 공간이나 승객칸을 침범하지 않도록 스페어 바퀴의 구석의 바닥 아래에 설치되었습니다. 게다가, 기본 차량의 약 45리터의 연료 탱크는 거의 절반인 25리터로 감소되었습니다.

MAHLE는 배출, 소음, 진동 배출 제한을 준수하면서 동시에 연비 주행시 최소 연비를 위한 레인지 익스텐더의 운영 기술을 최적화했습니다. 이를 위하여, 연소 사이클 내의 회전 속도 진동이 재발 초기 단계에서 최대로 감소시켰고, 따라서 엔진의 적용 노력을 최소화 시켜야 했습니다. 발전기의 동하중관리와 동작점의 절절한 선택이 좋은 기준점이 되었습니다. 대규모의 냉각 시동 테스트에서 보여지듯이, 조속에서의 부분 하중 동작점은 낮은 배기 가스 배출(약 Euro 6 제한의 30%)과 NEDC 연비 사이의 최적의 절충점을 제공합니다.

현재 적용가능한 유럽 배출 가스 규정에 근거하여, (일반적으로 소위 플러그인 하이브리드자동차라고 불리는) 레인지 익스텐더를 장착한 전기 자동차에서 최소의 CO2 배출값을 얻기 위해, 레인지 익스텐더는 배터리의 터보과급을 방지하는 동시에 순수 전기 범위는 반드시 최소화 되어야 합니다. 전력이 "재생" 에너지원(풍력, 수력, 태양열)에서 얻어진다고 가정하고, 주행의 마지막에 남아있는 에너지는 CO2 관점에서 역효과를 낳게 됩니다. 연비를 최적화하는 REEV의 운영전략은 (순수 전기 주행 범위를 극대화하기 위해서) 낮은 배터리 충전 레벨에 도달했을 때 레인지 익스텐더를 시작하고,그 다음에 최근에 요구되는 주행 전력을 미미하게 넘어서는 정도(예를 들어, +1 kW)만 남기는 것입니다. 실제 주행 상에서 소음 배출을 배경 소음 수준으로 줄이기 위해, 만약 전력 수요가 5 kW 이하거나 자동차 속도가 45 km/h 이하인 경우 가능성있는 하나의 운영 전력은 레인지 익스텐더를 (낮은 배터리 충전 레벨과 같은) 예외적인 경우에만 시작하는 것입니다. 표준 운영 조건에서는, 전력 출력이 자동차의 속력과 비례해서 조정됩니다.

운영 전략은 시험 차량이 70 km의 순수 전기 주행거리를 뛰어넘어 총 45 g 이하의 CO2/km로 400 km 이상을 달릴 수 있도록 할 것입니다. CO2 감소량은 기본적인 차량의 최초 좋은 수치와 비교했을 때 3분의 2 가량이 됩니다. 여기에서 가장 중요한 점은 MAHLE 파워트레인에 의해 얻어지는 매우 높은 전체 효율성입니다. 전체 파워트레인의 최고점인 31퍼센트보다 더 많은 값은, 특히(기계적 에너지에서 전기적 에너지로, 다시 전기적 에너지에서 기계적 에너지로 변하는) 두개의 추가 에너지 전환을 가진 순차적인 하이브리드 주행 컨셉트가 가지는 효율성에서의 물리적 약점을 고려하면 굉장히 인상적이다. 현대 전통적인, at 약 35 퍼센트 (가솔린) 40 퍼센트 이상 (디젤)의 파워트레인의 효율성은 시스템 자체의 특성으로 인해 REEV와 상당히 맞지 않는 반면, MAHLE 파워트레인과의 차이는 믿기 힘들 정도록 적습니다.

자동차 파워트레인의 연비와 배출을를 충분히 줄이기 위한 세계적인 노력 덕분에, 적용 분야에 따라 다양한 종류의 파워트레인이 미래에 사용될 것 입니다. 이는 연소 엔진을 계속해서 최적화시키는데 매우 큰 공헌을 할 것입니다. 다음 세대에는 순수하게 전기로만 작동하는 파워트레인이 소형차와 더불어 도시 환경에서 세계시장의 5%를 차지할 것 입니다. 레인지 익스텐더 덕분에 이러한 자동차들은 이전의 제한된 주행 범위를 매우 증가하고, 적은 저장용량을 가진 배터리를 사용함으로써 전체적인 비용을 줄일 수 있을 것입니다. 그에 따라 레인지 익스텐더는 전기 파워트레인을 좀 더 매력적으로 보이게 할 수 있습니다. 따라서 내부의 파워트레인 시나리오에 기초하여, MAHLE은 다음 세대에는 레인지 익스텐더가 순수하게 전기로만 가는 파워트레인을 실현할 수 있는 현실적인 기회를 가지고 그리고 이 제품을 이용하여 현재 진행중인 미래 이동수단의 개발에 박차를 가할 것으로 기대합니다.