【별표 4】

플러그인하이브리드자동차의 에너지소비효율,
온실가스 배출량 및 연료소비율측정방법

1. 적용방법

플러그인하이브리드자동차에 대한 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율의 측정 및 산정방법은 별표 1 및 별표 9의 측정 및 산정방법에 추가하여 적용한다.

2. 적용범위 및 시험자동차의 조건

①플러그인하이브리드자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle)는 소비할 수 있는 연료와 전기 모터-발전 시스템 모두로부터 추진 에너지를 얻을 수 있으며, 교류 전원(AC) 전기 동력 공급 시스템과 같이 외부로부터 충전이 가능하도록 고려된 내장형 충전식 에너지저장장치(RESS, Rechargeable Energy Storage System)를 가지고 있는 자동차를 말한다.

②플러그인하이브리드자동차의 에너지소비효율 및 연료소비율(단위는 km/L)은 CD모드(Rcda 구간)와 CS모드에서 각각 측정하며, 소모된 전기에너지는 에너지소비효율 및 연료소비율의 표시만을 위하여 다음과 같이 자동차에 사용된 연료의 순발열량으로 등가 환산하여 적용한다.

- 전기 1kWh = 860kcal, 휘발유 1L = 7,230kcal, 경유 1L = 8,420kcal

- 1cal = 4.1868J을 말한다.

- 플러그인하이브리드자동차의 1회 충전 주행거리는 AER(순수 전기주행거리)를 이용하여 별표 10의 4. 전기를 사용하는 자동차의 1회 충전 주행거리 산정방법’에 따라 산정한다.

③시험에 사용되는 주행 모드는 별표 1의 FTP-75모드의 1, 2 phase (시동시험 초기단계, 시동시험 안정단계)인 UDDS모드와 HWFET모드로 한다.

④CS모드의 충전허용오차는 별표 2의 하이브리드자동차의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 측정방법의 에너지저장장치 충전 오차를 적용한다.

- CS모드의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율은 초기 값과 최종값을 비교하는 순 에너지변화(Net Energy Change)를 사용하며, 시험 전후의 순 에너지변화량을 연료 에너지로 나눈 값이 아래 식과 같이 ±1% 이내 이어야 한다.

[eqn: rm "순"~"에너지변화"~"허용치"~ it = ~ LEFT | {"순"``"에너지변화"량"(Net"``"Energy"``"Change)"} over {`"연료"``"에너지(Total"``"Fuel"``"Energy)"} RIGHT | LEQ 1%]	(1)

⑤에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 측정을 위한 시험자동차는 제작자가 추천하는 안정된 충방전 조건으로 6,500km±1,000km사이에서 주행한 상태이어야 한다. 단, 하이브리드자동차와 플러그인 하이브리드자동차는 9,000km이내에서 사전 길들이기를 할 수 있다.

⑥시험자동차의 타이어는 최소 100km 이상 주행되어야 하며, 제작자 규격 제품을 사용하고, 공기압은 제작자가 제시하는 표준공기압으로 하며, 타이어의 트레드 깊이가 50% 이상 남아있는 것이어야 한다.

⑦회생제동 기능이 포함된 자동차의 경우 주행 시험시 회생제동 시스템을 구동시켜야 한다.

⑧제작자는 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율의 측정을 위하여 다음과 같은 시험자동차의 제원을 추가로 제출하여야 한다.

- 배터리 제작사(또는 공급사)가 발급한 보증에 관한 서류(형식, 성능, 수명 등), 모터 제작사(또는 공급사)가 발급한 보증에 관한 서류(형식, 성능, 수명 등), 배터리 경고 조건 등

⑨측정시험을 위한 장비는 별표 1의 장비 요구조건을 만족하여야 하며, 추가적으로 사용이 권장되는 기기는 다음과 같다.

1) DC 전압, 전류, 전력을 분석하는 전력량계(Watt-hour meter) : 전력량계를 사용하여 배터리의 전압과 전류를 직접 측정한다. 전력계는 배터리의 전류 입력단과 출력단의 모든 전류를 측정하기 위해 설치한다. 적산 기술(Integration technique)을 사용한 전류량계(Ampere-hour meter)는 갑작스런 전류변화를 조절하기 위하여 0.05초 이하의 적산 기간(Integration period)을 가져야 한다. 전류 측정 총 정확도는 ±1%를 만족해야 한다. 사이클 동안 매우 작은 전류의 간극은 사이클 동안 적산되어 순 에너지변화의 오차를 제공하기 때문에, 정확한 측정이 요구된다.

2) DC 전류량계 : 만약 전압 및 전류 측정이 불가능 하다면 직접적인 전압 및 전류 측정이 아닌 임시적인 암페어-시(Ampere-hour)를 측정하여야 한다. 이 경우에는 전압 및 전류는 자동차 네트워크 데이터에서 모니터링되는 값을 사용한다.

3) AC 재충전 에너지 측정을 위한 교류 전력량계(해당되는 경우에만) : 내부충전기의  입력단 또는 외부충전기의 출력단 중의 하나를 선택하여 AC 전기에너지 측정을 위하여 설치한다. AC 전력량계의 총 정확도는 ±1%를 만족해야 한다.

4) 최초 엔진 시동 이전에 동력계 이동거리 결정을 위한 엔진 운전의 증명과 기록을 위한 수단이 필요하다.

5) 사용량에 따라 적합한 전압계와 전류계를 사용하여야 한다.

3. 용어정의

①"CD모드(충전-소진 모드, Charge-depleting mode)"는 RESS에 충전된 전기 에너지를 소비하며 자동차를 운전하는 모드이다.

②"CS모드(충전-유지 모드, Charge-sustaining mode)"는 RESS가 충전 및 방전을 하며 전기 에너지의 충전량이 유지되는 동안 연료를 소비하며 운전하는 모드이다.

③"천이사이클(Transition Cycle)"은 CD모드에서 CS모드로 천이되는 사이클을 말한다. 이 정의에 대한 설명은 그림 1과 같다.

[그림 1] CD모드, CS모드, 천이사이클의 정의

④"CD사이클 주행거리(Rcdc, Charge-Depleting Cycle Range)"는 CD모드 시험의 시작부터 시험 종료 기준을 만족하여 CS모드로 넘어가기 직전 사이클까지의 총 주행거리를 의미한다. CD사이클 주행거리는 천이사이클을 포함한다. 이 거리는 동력계에서 실제 측정되는 거리가 아니며 특정 사이클 거리의 합을 의미한다.

⑤"실제 CD사이클 주행거리(Rcda, Actual Charge-Depleting Cycle Range)"는 CD모드 시험의 시작부터 마지막 한 개 또는 두 개의 주행싸이클의 평균 배터리 SOC와 동일한 값을 가지는 싸이클까지 주행한 거리를 의미한다. Rcda는 Rcdc보다 항상 작거나 동일하다. 단일 천이사이클과 복수 천이사이클을 포함하는 두 종류의 Rcda 계산 방정식을 사용하거나, 직접 SOC를 측정하여 구할 수 있다.

[그림 2] Rcdc 및 Rcda 용어의 정의

⑥"배터리충전상태 (SOC, State Of Charge)"는 RESS의 충전량이다. 이것은 배터리 최대 용량 대비 남아있는 전기에너지의 양을 비율로 나타낸 것을 말한다.

⑦“순수전기주행거리(AER, All Electric Range)”는 CD모드에서 RESS에 충전된 전기 에너지만을 소비하며 자동차를 운전한 최초 주행거리로서, 시험 시작으로부터 최초 자동차 엔진이 가동되었을 때까지의 주행거리를 의미 (즉, 차량의 내연기관이 작동되지 않은 범위)한다. 이 주행거리는 시험모드가 시작될 때부터 엔진이 시동될 때까지의 실제 측정된 주행거리이다.

[그림 3] AER 용어의 정의

⑧“주 동력 장치”라 함은 전기모터를 구동시켜 기계 또는 동력을 발생시키는 장치를 말한다. 연료전지 및 전기동력 등을 말한다.

⑨“보조 동력 장치”라 함은 연료에너지를 소비시켜 기계 또는 전기에너지를 발생시키는 장치를 말한다. 내연기관, 가스터빈 등을 말한다.

⑩“배터리 방전‘이라 함은 차량의 배터리가 외부로부터의 전기공급 없이 주행하여 완전히 방전될 때까지 주행하는 것을 말한다.

⑪“배터리 충전”이라 함은 차량의 배터리가 외부로부터의 전기공급 없이 주행하여 완전히 방전되지 않은 상태에서 내연기관을 구동하여 충전 및 주행하는 것을 말한다.

4. CD 모드의 시험 종료기준

①CD모드 시험의 종료기준(EOT, End-Of-Test criterion)은 자동차에 충전된 전기에너지를 모두 소비하는 시기로 정의한다. 자동차특성상 CD모드에서 엔진이 순간적으로 작동될 경우 제작자는 시험기관과 사전 협의하여 시험이 이루어질 수 있도록 하여야 하며, CS모드 시험 시작 후 둘 이상의 사이클 동안에 누적된 순 에너지변화 허용치가 1% 미만이라면 CD모드 시험은 종료된다.

②위의 순 에너지변화 허용치를 만족하지 못하더라도 마지막 사이클 또는 둘 이상의 사이클 동안에 △SOC가 전체 SOC 변화량의 2% 미만이면, CD모드 시험을 종료할 수 있다.

[그림 4] 시험 종료기준(EOT)의 몇 가지 시나리오

[그림 5] 대안 시험 종료기준(대안 EOT)

5. 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 시험절차

①시험자동차를 차대동력계에 설치하여 주행저항 재현을 실시한 후, UDDS 주행계획에 따라 운전하여 예비주행을 실시한다.

②예비주행이 완료된 후 12～36시간의 상온주차 기간 안에 대상 자동차의 구동배터리를 일반 오버나이트 충전절차에 따라 완전히 충전시킨다. 이때 배터리 충전은 제작사 사양의 최대로 충전하여야 한다.

③ 도심 주행 시험

1)CD 모드 시험 : 완전 충전된 플러그인하이브리드자동차는 UDDS 모드 반복주행 시험을 통하여 EOT 기준을 만족할 때까지 실제 CD사이클 주행거리(Rcda) 및 순수전기주행거리 (AER), 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율을 측정한다.

2)CD 모드시험이 완료되면 자동차의 엔진을 정지 후 별표 1의 측정방법에 따라 12～36시간 동안 상온주차 시킨다.

3) CS 모드 시험 : 상온주차 된 시험차량을 차대동력계에 설치한 후, CS 모드 에너지소비효율 및 연료소비율 측정을 위한 UDDS모드를 2회 반복하여 실시한다. 이때 에너지소비효율, 온실가스 배출량  및 연료소비율 측정은 별표 1과 별표 2의 하이브리드자동차의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 측정방법에 따른다.

4) CD 모드 및  CS 모드의 에너지소비효율, 온실가스 배출량  및 연료소비율 측정이 완료된 후 방전된 플러그인하이브리드자동차를 일반 오버나이트 충전절차에 따라 충전을 실시한다. 이때 전력량계 등의 에너지측정장치 (주전원과 대상자동차의 내장형충전기 사이에 배치)를 이용해서 에너지충전량과 충전시간을 측정한다. 단, 제작자의 요청이 있을 경우 제작자가 추천하는 적합한 절차에 따라 시스템 교류에너지 충전량을 측정할 수 있다.

④ 고속도로 주행 시험

1)CD 모드 시험 : 완전 충전된 플러그인하이브리드자동차는 HWFET 모드 반복주행 시험을 통하여 EOT 기준을 만족할 때까지 실제 CD사이클 주행거리(Rcda) 및 순수전기주행거리 (AER), 에너지소비효율 및 연료소비율을 측정한다. 단, HWFET 시험모드 시작 전에 순에너지변화를 사용하여 ±1% 이내의 조건이 가능할 경우에는 1회의 HWFET 시험모드로 예비주행을 할 수 있고, CD 모드시험이 완료되면 자동차의 엔진을 정지 후 별표 1의 측정방법에 따라 12～36시간 동안 상온주차 시킨다.

2) CS 모드 시험 : 상온주차 된 시험차량을 차대동력계에 설치한 후, CS 모드 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 측정을 위한 HWFET모드를 반복하여 실시한다. 이때 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 측정은 별표 1과 별표 2의 하이브리드자동차의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 측정방법에 따른다.

3) CD 모드 및  CS 모드의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 측정이 완료된 후 방전된 플러그인하이브리드자동차를 일반 오버나이트 충전절차에 따라 충전을 실시한다. 이때 전력량계 등의 에너지측정장치 (주전원과 대상자동차의 내장형충전기 사이에 배치)를 이용해서 에너지충전량과 충전시간을 측정한다. 단, 제작자의 요청이 있을 경우 제작자가 추천하는 적합한 절차에 따라 시스템 교류에너지 충전량을 측정할 수 있다.

⑤차대동력계 상에서 플러그인하이브리드자동차의 도심주행시험은 별표 1의 FTP-75 모드에서 시가지동력계 주행시험계획(UDDS)에 따라 반복 주행하여 측정하며, 고속도로주행시험은 HWFET 모드로 반복 주행하여 측정한다. 이때 반복되는 매 주행사이클 사이에 자동차의 키를 뺀 상태에서 10분간의 휴지기간을 가진다. 다만, 장비에 따라 10～30분간의 휴지기간을 가질 수 있다.

⑥차대동력계 주행시험시의 속도 허용오차는 별표 1의 시험방법과 동일하며, 임의의 주행 사이클에 대한 속도 허용오차를 이탈하는 최대 4초미만의 오차를 1회 허용한다. 단, 이와 같은 예외 규정이 해당 시험의 종료시점 결정에 영향을 주는 경우에는 허용되지 않는다.

⑦도심 주행 및 고속도로 주행 시험시 다음과 같은 항목의 결과를 기록한다.

1) 전기동력주행거리 측정동안의 총 누적 주행거리 (km)

2) 시험시 소모된 배터리의 순직류전력량 (Net DC energy)

3) CD 모드 및 CS 모드 시험후 완전히 충전시까지 요구되는 배터리의 교류전력량 또는 직류전력량, 시험시 소모된 배터리의 순직류전류 (Amp-hrs)

- 측정된 교류(AC) 및 직류(DC) 전압, 적산전력, 적산전류는 수백 kWh, 수십 Ah 단위로 기록한다.

6. CD모드의 에너지소비효율 및 연료소비율 계산

6-1. 천이사이클이 하나인 경우의 전기에너지 주행가능거리 계산 방정식

만일 CD모드 시험에서 단일 천이 사이클을 가진다면, 이 사이클에서 Rcda가 특정 포인트에서 발생한다. Rcda는 아래의 식에서 구해지는 Zn 값과 천이 사이클 “n" 주행거리 (Dn)를 곱하고 천이 사이클 이전의 거리 (Rn-1)를 더하여 계산할 수 있다(아래 그림 참조). Rcda는 다음의 (식2)와 (식3)을 이용하여 계산한다.

[그림 6] 단일 천이사이클에서 Rcda 계산법

[eqn: Z _{n} = {TRIANGLE SOC _{n}} over {TRIANGLE SOC _{n-1}}]	(2)

[eqn: R _{cda} =R _{n-1} + LEFT ( Z _{n} TIMES D _{n} RIGHT )]	(3)

여기에서, [eqn: Z _{n}]	= 천이 사이클의 소진 분율 (cycle n)

[eqn: n]	= 천이 사이클 (Rcdc에서 끝나는 사이클)

[eqn: D _{n}]	= 사이클 n의 측정된 주행 거리

[eqn: R _{n-1}]	= CD모드 시험의 시작에서 사이클 n-1의 끝까지 측정된 거리

[eqn: TRIANGLE SOC _{n}]	= n 사이클 동안 SOC 변동

6-2. 천이사이클이 복수인 경우의 전기에너지 주행가능거리 계산 방정식

만일 특정한 CD모드 시험동안 단일 천이 사이클이 없으면, 천이 범위에 아직 존재하는 것이고 Rcda를 계산하기 위하여 다른 방정식이 사용되어야 한다. 소진 사이클의 끝 “n"은 CD모드 시험의 끝에서 CS 사이클의 시작 부분에서 발견되었던 레벨을 넘어서 배터리의 SOC를 소진하는 CD모드 시험의 첫 사이클에서 발견된다. 아래 그림은 Rcda를 계산하는 두 번째 경우를 설명한다. 두 번째 경우를 위한 Rcda는 (식4)와 (식5)를 사용하여 계산한다.

n

n-1

[그림 7] 복수 천이사이클에서 Rcda 계산법

[eqn: Z _{n} = {SOCi _{n} - TRIANGLE SOC _{cdc}} over {TRIANGLE SOC _{n}}]	(4)

[eqn: R_{cda}=R_{n-1}+left( Z_{n} times D_{n} right)]	(5)

여기에서, [eqn: n]	= SOCin과 SOCfn 사이에 놓여진 SOCcdc에서 CD모드 시험의 첫 번째 사이클

[eqn: Z_{n}]	= 천이 사이클의 소진 분율 (cycle n)

[eqn: D_{n}]	= 사이클 n의 측정된 주행 거리

[eqn: R_{n-1}]	= CD모드 시험의 시작에서 사이클 n-1의 끝까지 측정된 거리

[eqn: TRIANGLE SOC_{n}]	= n 사이클의 배터리의 SOC 변동

[eqn: SOC`i_{n}]	= n 사이클의 초기 배터리의 SOC

[eqn: SOCf _{n}]	= n 사이클의 종료시 배터리의 SOC

[eqn: SOC_{cdc}]	= Rcdc에서의 배터리의 SOC (마지막 소진 사이클의 SOC 종료값)

6-3. 순수전기주행거리(AER) 및 CD모드의 에너지소비효율 및 연료소비율 계산

CD모드의 최초 시험 시작 지점에서 자동차의 엔진에 시동이 걸린 지점까지를 AER로 보며, 이 거리의 계산은 별표 1의 장비 요구조건 이외에 기타 측정 장비를 이용하여 엔진에 시동이 걸린 지점을 증빙토록 한다.

AER을 CD모드의 1회충전주행거리로 보며, CD모드의 에너지소비효율 및 연료소비율은 Rcda를 Rcda 구간에서 소모된 충전량으로 나누어 계산한다.

CD모드의 에너지소비효율 및 연료소비율 = [eqn: {Rcda} over {Rcda``구간에서`소모된`충전량}]

여기에서, Rcda 구간에서 소모된 충전량(kWh 또는 L) = Rcda 구간에서 측정한 충전량 + Rcda 구간에서 소모된 연료량 이때 충전량의 단위변환을 위하여 다음과 같이 자동차에 사용된 연료의 순발열량을 적용한다.

Rcda 구간에서 소모된 연료량 (L) = [eqn: sum _{ i=1} ^{n-1 }Y_i ``+``Z_n TIMES Y_{n-1}]

[eqn: Y_i] = i번째 사이클의 연료 소모량

[eqn: Y_{n-1}] = 천이 사이클 n 의 이전 싸이클의 연료 소모량

[eqn: Z_{n}]	= 천이 사이클의 소진 분율 (cycle n)

[eqn: n] = 천이 사이클