플러그인 하이브리드 전기 자동차 (PHEV)는 온보드 엔진 및 발전기를 통해 외부 전력 원에 배터리를 연결하여 배터리를 재충전 할 수있는 하이브리드 전기 자동차입니다. 대부분의 PHEV는 승용차이지만 상업용 차량과 밴, 유틸리티 트럭, 버스, 기차, 오토바이, 스쿠터 및 군용 차량의 PHEV 버전도 있습니다.
모든 전기 자동차와 마찬가지로 플러그 인 하이브리드는 자동차 배기관에서 전기 그리드에 전력을 공급하는 발전기로 배기 가스를 대체합니다. 이러한 발전기는 재생 가능하거나 내연 기관보다 배출 가스가 적을 수 있습니다. 그리드에서 배터리를 충전하면 온보드 엔진을 사용하는 것보다 비용이 적게 드는 것이므로 운영 비용을 절감 할 수 있습니다.
대량 생산 된 플러그인 하이브리드는 2010 년에 중국과 미국에서 공개되었습니다. 2016 년 말까지 소매 판매를위한 일련의 고속도로 합법적 플러그 – 인 하이브리드 모델이 30 개가 넘습니다. 플러그인 하이브리드 자동차는 주로 미국, 캐나다, 서유럽, 일본 및 중국에서 사용할 수 있습니다. 최고 판매 모델은 Chevrolet Volt 계열, Mitsubishi Outlander P-HEV 및 Toyota Prius PHV입니다.
2016 년 12 월 현재, 플러그인 하이브리드 자동차의 글로벌 재고는 2016 년 말 세계 도로에서 200 만 개 이상의 경량 플러그인 전기 자동차 중 약 80 만 대를 차지했습니다. 2015 년 12 월 기준으로 미국 중국은 86,580 대, 네덜란드는 78,160 대, 일본은 55,470 대, 영국은 28,250 대를 보유하고 있으며 세계에서 가장 큰 플러그인 하이브리드 자동차 시장은 193,770 대이다.
술어
플러그 인 하이브리드의 모든 전기 범위는 PHEV- [마일] 또는 PHEV [킬로미터] km로 지정되며이 숫자는 차량이 배터리 전원만으로 이동할 수있는 거리를 나타냅니다. 예를 들어, PHEV-20은 내연 기관을 사용하지 않고 32km (32km)를 주행 할 수 있으므로 PHEV32km로 지정 될 수도 있습니다.
이러한 자동차가 배터리로 작동하려면 서로 다른 전류를 사용하는 충전 프로세스를 거쳐야합니다. 이러한 전류는 온보드 충전기에 사용되는 교류 (AC) 및 외부 충전에 사용되는 직류 (DC)로 알려져 있습니다.
플러그인 하이브리드에 종종 사용되는 다른 인기있는 용어는 “그리드 연결 하이브리드”, “가스 선택형 하이브리드 전기 자동차”(GO-HEV) 또는 단순히 “가스 선택형 하이브리드”입니다. GM은 Chevrolet Volt 시리즈 플러그인 하이브리드를 “Extended-Range Electric Vehicle”이라고 부릅니다.
과학 기술
전동 장치
PHEV는 기존의 하이브리드와 동일한 세 가지 기본 파워 트레인 아키텍처를 기반으로합니다. 시리즈 하이브리드는 전기 모터에 의해서만 추진되고, 병렬 하이브리드는 엔진과 동시에 작동하는 전기 모터에 의해 추진되며 직렬 병렬 하이브리드는 어느 모드에서나 작동합니다. 평범한 하이브리드 자동차가 자사의 엔진에서만 배터리를 충전하는 동안 플러그인 하이브리드는 외부 소스로부터 배터리를 충전하는 데 필요한 상당한 양의 에너지를 얻을 수 있습니다.
충전 시스템
배터리 충전기는 자동차의 온보드 또는 외부에있을 수 있습니다. 온보드 충전기의 프로세스는 AC 전원이 DC 전원으로 변환되어 배터리가 충전되는 경우에 가장 잘 설명됩니다. 온보드 충전기는 무게와 크기 및 범용 AC 콘센트의 용량이 제한되어 용량이 제한됩니다. 전용 오프 보드 충전기는 사용자가 감당할 수있을만큼 크고 강력 할 수 있지만 충전기로 되돌아 가야합니다. 고속 충전기는 여러 차량에서 공유 할 수 있습니다.
전기 모터의 인버터를 사용하면 모터 권선을 변압기 코일로 사용할 수 있으며 기존의 고전력 인버터를 AC-DC 충전기로 사용할 수 있습니다. 이 부품들은 자동차에 이미 필요하며 실용적인 전력 성능을 처리 할 수 있도록 설계 되었기 때문에 무게 나 크기를 크게하지 않고 매우 강력한 온보드 충전기를 만들 수 있습니다. AC Propulsion은이 충전 방법을 “Reductive charging”이라고합니다.
작동 모드
플러그인 하이브리드는 충전 고갈 및 충전 유지 모드에서 작동합니다. 이 두 모드의 조합을 혼합 모드 또는 혼합 모드라고합니다. 이 차량은 저속에서만 또는 모든 속도로 모든 전기 모드에서 확장 된 범위로 주행하도록 설계 할 수 있습니다. 이 모드는 차량의 배터리 방전 전략을 관리하며, 그 사용은 필요한 배터리의 크기와 유형에 직접적인 영향을 미칩니다.
충전 붕괴 모드는 완전 충전 된 PHEV가 배터리 충전 상태가 미리 결정된 레벨까지 고갈 될 때까지 독점적으로 (또는 하드 가속 동안을 제외하고 거의 차량에만 의존하여) 전력에 대해 작동 할 수있게하며, 이때 차량의 내부 연소 엔진 또는 연료 전지가 사용될 것입니다. 이 기간은 차량의 모든 전기 범위입니다. 이것은 배터리 전기 자동차가 작동 할 수있는 유일한 모드이며, 따라서 제한된 범위입니다.
혼합 모드는 여러 모드의 조합을 사용하여 여행을 설명합니다. 예를 들어, 자동차는 저속 충전 붕괴 모드에서 여행을 시작한 다음 고속도로에 진입하고 혼합 모드로 작동 할 수 있습니다. 운전자는 모든 전기 범위가 다 소모 될 때까지 내연 기관없이 고속 도로를 빠져 나갈 수 있습니다. 최종 목적지에 도달 할 때까지 차량은 충전 지탱 모드로 되돌아 갈 수 있습니다. 이것은 PHEV의 모든 전기 범위의 한계 내에서 운전 될 충전 소진 트립과는 대조적입니다.
전력 저장
최적의 배터리 크기는 연료 소비, 운전 비용 또는 배기 가스 배출을 줄이는 것이 목적인지 여부에 따라 다르지만 최근 연구에서는 “PHEV 배터리 용량의 최선의 선택은 차량이 충전 사이의 주행 거리에 따라 크게 달라집니다. 우리의 결과는 도시 운전 조건과 10 마일 이하의 빈번한 요금에 대해 약 7 마일의 AER (모든 전기 범위)로 크기가 조정 된 소용량 PHEV가 가솔린 소비, 비용 및 온실 가스 최소화에 대한 강력한 선택이 될 것임을 시사합니다 배기 가스 배출량이 적 으면 20-100 마일마다 PHEV는 온실 가스 배출량이 적지 만 HEV는 비용면에서 효과적입니다. ”
PHEV는 통상적으로 종래의 하이브리드보다 더 큰 배터리 충전 및 방전 사이클을 필요로한다. 전체 사이클의 횟수가 배터리 수명에 영향을주기 때문에 배터리를 완전히 고갈시키지 않는 기존의 HEV보다 적을 수 있습니다. 그러나 일부 저자들은 PHEV가 곧 자동차 산업에서 표준이 될 것이라고 주장한다.배터리 수명, 용량, 열 발산, 무게, 비용 및 안전성에 대한 설계 문제와 절충 사항을 해결해야합니다. 고급 배터리 기술이 개발 중이며, 대량 및 대량으로 더 높은 에너지 밀도를 약속하며 배터리 수명이 연장 될 것으로 예상됩니다.
일부 초기 2007 리튬 이온 배터리의 음극은 리튬 – 코발트 금속 산화물로 만들어졌습니다. 이 물질은 비싸고, 세포가 과충전되면 산소를 방출 할 수 있습니다. 코발트가 철 인산염으로 대체되면 세포는 어떠한 전하에서도 산소를 태우거나 방출하지 않습니다. 2007 년 초에 휘발유와 전기 가격은 6 년에서 10 년 사이에 손익분기 점에 도달했습니다. 투자 회수 기간은 플러그인 하이브리드의 경우 더 크고 비싼 배터리로 인해 더 길 수도 있습니다.
니켈 – 금속 수 소화물 및 리튬 이온 배터리는 재활용 될 수 있습니다. 예를 들어 도요타는 재활용 프로그램을 통해 딜러가 반환되는 배터리 당 미화 200 달러를 지불합니다. 그러나 플러그인 하이브리드는 일반적으로 비교 가능한 일반 하이브리드보다 큰 배터리 팩을 사용하므로 더 많은 리소스가 필요합니다. 태평양 가스 및 전기 회사 (PG & amp; E)는 유틸리티가 백업 및 부하 조절을 위해 사용 된 배터리를 구매할 수 있다고 제안했다. 그들은 사용 된 배터리가 더 이상 차량에서 사용할 수 없지만 잔여 용량은 여전히 상당한 가치가 있다고 말합니다. 최근 GM (General Motors)은 “Volt 및 기타 플러그인 차량의 비용을 소비자들에게 줄 수있는 2 차 시장 인 축전 시스템으로 재활용 된 Volt 배터리를 사용하는 데 관심이있는 공공 기관이 접근했다” .
Ultracapacitors (또는 “supercapacitors”)는 AFS Trinity의 개념 프로토 타입과 같은 일부 플러그인 하이브리드에서 높은 전력 밀도로 빠르게 사용 가능한 에너지를 저장하여 배터리를 안전한 저항 가열 제한 범위 내에서 유지하고 배터리 수명을 연장시킵니다. CSIRO의 UltraBattery는 수퍼 커패시터와 납 축전지를 하나의 유닛으로 결합하여 플러그 – 인 하이브리드 전기 자동차 (PHEV)에 사용되는 최신 기술보다 오래 지속되고 비용이 적게 드는 하이브리드 자동차 배터리를 만듭니다.
생산 차량의 전환
화석 연료가 아닌 하이브리드 자동차를 플러그인 하이브리드로 전환하는 회사는 여러 곳 있습니다.
기존의 생산 하이브리드를 플러그인 하이브리드로 애프터 마켓 변환)는 일반적으로 차량의 배터리 팩 용량을 늘리고 온보드 AC-DC 충전기를 추가하는 작업을 포함합니다. 이상적으로는 차량의 파워 트레인 소프트웨어가 배터리 팩의 추가 에너지 저장 용량과 전력 출력을 최대한 활용할 수 있도록 다시 프로그래밍해야합니다.
많은 초기 플러그인 하이브리드 전기 자동차 변환은 Toyota Prius를 기반으로합니다. 일부 시스템은 차량의 원래 NiMH 배터리 팩과 전자 제어 유닛의 교체를 포함합니다. 다른 제품은 추가 배터리를 원래 배터리 팩에 다시 추가합니다.
비 플러그인 하이브리드와의 비교
연료 효율성 및 석유 치환
플러그 – 인 하이브리드는 PHEV의 내연 기관을보다 제한적으로 사용하면 엔진을 최대 효율에 가깝게 사용할 수 있기 때문에 기존의 하이브리드보다 훨씬 효율적일 수 있습니다. 프리우스는 약 30 %의 효율 (엔진의 38 % 피크 효율보다 훨씬 낮음)에서 평균적으로 연료를 원동력으로 전환 할 가능성이 있지만, PHEV-70의 엔진은 최고 효율 근처에서 훨씬 더 자주 작동 할 것입니다. 배터리는 연소 엔진이 최대 효율 이하로 잘 작동해야하는시기에 겸손한 전력 수요를 충족시킬 수 있습니다. 실제 효율은 전기 생성, 반전, 배터리 충전 / 방전, 모터 컨트롤러 및 모터 자체, 차량 사용 방법 (듀티 사이클) 및 전기 계통에 연결하여 재충전 할 수있는 기회의 손실로 인해 달라집니다.
사용중인 배터리 용량의 1 킬로와트 시간 당 연간 50 갤런 (190 l; 42 imp gal)의 석유 연료 (휘발유 또는 디젤 연료)를 대체합니다. 또한 전기는 다중 소스로 제공되므로 에너지 복원력이 가장 뛰어납니다.
PHEV의 실제 연비는 동력 전달 장치의 작동 모드, 전 전기 범위 및 운임 간 운임에 따라 다릅니다. 가솔린이 사용되지 않으면 갤런 가솔린 당량 (MPG-e) 당 마일은 전기 시스템의 효율에만 의존합니다.미국 시장에서 사용할 수있는 최초의 대량 생산 PHEV는 2011 년 시보레 볼트 (Chevrolet Volt)로, EPA 등급의 전 전기 거리가 35 마일 (56 킬로미터), 추가 휘발유 전용 확장 거리 범위가 344 마일 (554 킬로미터) 인 EPA 모든 전기 모드의 93 MPG-e와 가솔린 전용 모드의 37 mpg-US (6.4 L / 100 km, 44 mpg-imp)의 도시 / 고속도로 연비를 합한 총 가스 – 연료 연비 등급 60 mpg-US (3.9 L / 100 km, 72 mpg-imp) 상당 (MPG-e). EPA는 또한 Volt의 연료 절약 라벨에 5 가지 시나리오, 즉 완전 충전과 무부하 시나리오 사이에서 구동되는 30, 45, 60 및 75 마일 (121km)의 연료 소비 및 전기를 보여주는 표를 포함합니다. 이 표에 따르면 연비는 전속 요금이 45 마일 (72km) 인 168 mpg-US (1.40 L / 100 km, 202 mpg-imp) 상당 (MPG-e)까지 올라간다.
NHTSA (미국 고속도로 교통 안전국)와 EPA (환경 보호국)는 플러그인 하이브리드에 대해 두 가지 별도의 연료 경제 라벨을 발행 했으므로 2013 년부터 미국에서 의무적으로 적용되는보다 포괄적 인 연비 및 환경 라벨을 위해 PHEVS는 2 가지 또는 3 가지 작동 모드 (전 전기, 혼합 및 가솔린 전용)로 작동 할 수 있기 때문에 설계가 복잡합니다. 하나의 라벨은 모든 전기 및 가솔린 전용 모드가있는 시리즈 하이브리드 또는 확장 된 범위의 전기 자동차 (Chevy Volt와 같은)입니다. 혼합 모드 또는 직렬 병렬 하이브리드 용 가솔린 및 플러그 인 전기 작동 모두의 조합을 포함하는 제 2 라벨; 및 기존의 하이브리드 자동차와 같은 가솔린 만.
자동차 공학회 (SAE)는 하이브리드 자동차의 연비 테스트 및보고를 위해 1999 년에 권장 사례를 개발했으며 PHEV를 해결하기위한 언어가 포함되었습니다. SAE위원회는 현재 PHEV의 연비 테스트 및보고 절차를 검토하기 위해 노력하고 있습니다. 토론토 대기 기금 (Toronto Atmospheric Fund)은 2008 년에 6 개월 동안 갤런 당 평균 5.8 리터 또는 갤런 당 40.6 마일을 달성 한 10 개의 개조 된 플러그인 하이브리드 자동차를 테스트했으며이 기술은 잠재력 아래 있다고 간주되었습니다.
일반 운전자를 대상으로 한 실제 테스트에서 일부 프리우스 PHEV 변환은 HEV보다 훨씬 좋은 연비를 얻을 수 없습니다. 예를 들어, 30 마일 (48km) 전 전기 범위를 가진 플러그인 프리우스 함대는 17,000 마일 (27,000km)에서 평균 51 mpg (4.6 L / 100 km, 61 mpg-imp) ) 테스트와 Google의 RechargeIT 이니셔티브에서 동일한 종류의 전환 배터리 모델을 사용하여 비슷한 결과를 얻었습니다. 또한 추가 배터리 팩은 미화 1 만 ~ 1 만 달러에 달합니다.
운영 비용
라마 대학, 아이오와 주립 대학 및 오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory)의 연구원이 2014 년에 발표 한 연구에 따르면 다양한 전기 범위 (10, 20, 30 및 40 마일)의 플러그 인 하이브리드 전기 자동차 (PHEV) 가솔린 차량 및 하이브리드 – 전기 차량 (HEV)을 서로 다른 비용 기반 기간 및 가솔린 가격을 고려하여 서로 다른 투자 회수 기간 동안 사용할 수 있습니다. 연구 결론 :
PHEV는 기존의 가솔린 차량 및 HEV에 비해 에너지 비용을 약 60 % 또는 40 % 절감합니다. 그러나 현저한 일일 주행 거리 (DVMT)를 가진 운전자의 경우 하이브리드 자동차는 공중 충전 인프라가 부족한 경우 특히 40 마일 (64km)의 플러그 – 인 하이브리드보다 더 나은 선택 일 수 있습니다.
대용량 배터리 PHEV의 경우 보조금을 제공하지 않는 한 대용량 배터리 플러그인 하이브리드의 증분 배터리 비용은 PHEV 운영 비용의 점진적인 절감을 근거로 정당화하기 어렵습니다.
가솔린 가격이 갤런 당 4 달러에서 갤런 당 5 달러로 증가하면 더 큰 배터리로 혜택을 보는 운전자의 수가 크게 늘어납니다. 가스 가격이 3 달러 인 경우, 배터리 비용이 $ 200 / kWh 인 경우에도 10 마일 (16km) 범위의 플러그인 하이브리드가 가장 비용이 적게 드는 옵션입니다.
급속 충전기는 충전 시간을 단축 할 수 있지만 레벨 2 충전기와는 달리 PHEV의 에너지 비용 절감에 거의 기여하지 않습니다.
배터리 비용
플러그인 하이브리드의 단점은 더 큰 배터리 팩의 추가 비용, 무게 및 크기를 포함한다는 점입니다.National Research Council의 2010 년 연구에 따르면 리튬 이온 배터리 팩의 사용 가능 에너지는 약 1,700 / kWh이며 PHEV-10은 약 2.0kWh를 필요로한다는 것을 고려하면 PHEV-40 약 8 kW • h, PHEV-10 배터리 팩의 예상 제조업체 비용은 약 3,000 달러이며 PHEV-40의 경우 최대 14,000 달러입니다. 동일한 연구에 따르면, 2020 년까지 비용이 35 % 감소 할 것으로 예상되지만, 시장 침투 속도가 느릴 것으로 예상되므로 PHEV는 2030 년 이전에 석유 소비 또는 탄소 배출에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 예상됩니다. 발생합니다.
2010 년 NRC 연구에 따르면, 전기로 운전되는 마일은 가솔린으로 구동되는 마일보다 저렴하지만, 평생 연료 절감으로는 플러그인의 높은 초기 비용을 상쇄 할 수 없으며 휴식 시간이 달성되기까지 수십 년이 걸릴 것입니다. 게다가 미국에서 신속한 플러그인 시장 침투를 달성하기 위해서는 수십억 달러의 정부 보조금과 인센티브가 필요할 것입니다.
| PHEV-10과 PHEV-40 사이의 비용 비교 (2010 년 가격) |
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| 플러그인 유형별 EV 범위 |
비슷한 생산 모델 |
유형 드라이브 트레인 |
제조사 추가 비용 재래식에 비해 비 하이브리드 중간 크기 |
예상 비용 배터리 팩 |
비용 전기 시스템 집에서 업그레이드 |
예상 가솔린 저금 비교하다 HEV에 |
일년생 식물 가솔린 저금 비교하다 HEV (2) |
| PHEV-10 | 프리우스 플러그인 (1) | 평행 | 6,300 달러 | 3,300 달러 | 1,000 달러 이상 | 20 % | 70 갤런 |
| PHEV-40 | Chevy Volt | 시리즈 | 18,100 달러 | US $ 14,000 | 1,000 달러 이상 | 55 % | 200 갤런 |
| Notes : (1) Toyota Prius에서 더 큰 배터리 팩을 사용하는 HEV 기술을 고려하십시오. Prius Plug-in으로 추정되는 모든 전기 범위는 14.5 마일 (23km) (2) 연간 15,000 마일을 가정. |
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미국 에너지 효율 경제위원회 (US Council for Energy-Efficient Economy)의 2013 년 연구에 따르면 배터리 비용은 2007 년 킬로와트 시간당 미화 1,300 달러에서 2012 년 킬로와트 시간당 미화 500 달러로 감소했습니다. 미국 에너지 부는 후원받는 배터리 연구에 대한 비용 목표를 설정했습니다 2015 년에는 킬로와트 시간당 300 달러, 2022 년에는 킬로와트 시간당 125 달러가 될 것입니다. 배터리 기술의 발전과 생산량 증가를 통한 비용 절감은 플러그 인 전기 자동차가 기존의 내연 기관 차량에 비해 경쟁력을 갖출 수있게합니다.
하버드 대학교의 벨퍼 센터 (Belfer Centre)가 2011 년에 발표 한 연구에 따르면 차량 수명보다 플러그인 전기 자동차의 휘발유 비용 절감 효과가 더 높은 구매 가격을 상쇄하지 못한다고합니다. 이 발견은 2010 년 구입 당시의 순 현재 가치와 미국 시장의 운영 비용을 비교하고 정부 보조금이 없다는 가정하에 추정되었습니다. 연구 결과에 따르면, PHEV-40은 기존의 내연 기관보다 5,377 달러가 비싸고 배터리 전기 자동차 (BEV)는 4,819 달러가 더 비쌉니다. 이 연구는 또한 가솔린 가격이 상승하는 동안 배터리 비용이 감소한다고 가정하고 향후 10 년에서 20 년간이 균형이 어떻게 바뀔지 조사했다. 미래의 시나리오에서, BEV는 기존 자동차 (US $ 1,155 – US $ 7,181 저렴)보다 현저히 저렴하고 PHEV는 거의 모든 비교 시나리오에서 BEV보다 비싸며 기존 자동차보다 저렴하다는 것을 발견했다 배터리 비용이 매우 낮고 휘발유 가격이 높은 시나리오에서 BEV는 액체 연료를 사용하지 않고 건설하기가 더 쉽고, PHEV는 더 복잡한 전동 장치를 가지고 있고 가솔린 엔진을 사용합니다.
전기를 발전소로 이동
PHEVs의 채택으로 일부 지역에서는 오염이 증가 할 것으로 예상되지만, 대부분의 지역에서는 감소 할 것으로 예상됩니다. ACEEE의 연구에 따르면 석탄 의존도가 높은 지역에서 광범위하게 사용되는 PHEV는 현재 송전망에 전력을 공급하는 대부분의 석탄 공장의 배출 수준을 고려할 때 지역 순 이산화황과 수은 배출량을 증가시킬 것이라고 예측합니다. 청정 석탄 기술은 상당한 양의 오염 물질을 방출하지 않으면 서 석탄으로부터 계통 전력을 공급하는 발전소를 만들 수 있지만, 이러한 기술의 응용 비용이 높을수록 석탄 발전 전력의 가격이 상승 할 수 있습니다. 오염에 대한 순 효과는 발전소 자체의 전기 그리드 (예 : 화석 또는 재생 가능)의 연료 공급원 및 오염 프로필에 따라 달라집니다. 발전소와 같은 단일 지점 오염원을 확인, 규제 및 업그레이드하거나 공장을 모두 교체하는 것이 더 실용적 일 수 있습니다. 인간 건강의 관점에서 볼 때 대도시 지역에서 오염을 이동시키는 것이 중요한 이점으로 간주 될 수 있습니다.
미국 과학 아카데미 (National Academy of Science)의 2009 년 연구에 따르면 “전기 자동차 및 계통 의존형 (플러그인) 하이브리드 자동차는 다른 많은 기술보다 다소 비재석적인 피해를 보였습니다.” 플러그인 하이브리드의 효율성은 또한 전력 전송의 전체 효율에 영향을받습니다. 미국의 송전 및 배전 손실은 1995 년 7.2 %, 2007 년 6.5 %로 추정된다. 대기 오염 물질의 수명주기 분석에 따르면 천연 가스 차량은 현재 가장 낮은 배출원이다.
전기 요금의 계층화 된 요금 구조
플러그인 차량을 충전하기위한 추가 전력 소비로 인해 피크 요금이 적용되지 않는 지역의 많은 가정이 고가 계층에 밀려 재정적 혜택이 없어 질 수 있습니다. 이러한 관세를 적용받는 고객은 예를 들어 타이머를 사용하여 충전량을 사용량이 적은 시간으로 제한하는 등 차량 충전시기에주의를 기울임으로써 상당한 절약 효과를 볼 수 있습니다. 따라서, 이익의 정확한 비교는 각 가정이 현재의 전기 사용량 등급과 가솔린 비용 및 전기 모드 차량 작동의 실제 관측 된 운영 비용에 비중을 둔 요금을 평가할 것을 요구합니다.
온실 가스 배출량
온실 가스 배출에 대한 PHEV의 영향은 복잡합니다. 모든 전기 모드에서 작동하는 플러그인 하이브리드 자동차는 온보드 전원에서 유해한 배기관 오염 물질을 방출하지 않습니다. 청정 공기의 혜택은 일반적으로 배터리를 재충전하는 데 사용되는 전기의 원천에 따라 대기 오염 물질 배출이 발전소의 위치로 이동되기 때문에 지역적입니다. 같은 방식으로, PHEV는 온보드 전력 원으로부터 온실 가스를 방출하지 않지만, 광통신 평가의 관점에서 보면, 이익의 범위는 전력 생산에 사용되는 연료 및 기술에 달려있다. 전체 수명주기 분석의 관점에서 배터리를 충전하는 데 사용되는 전기는 재생 가능 에너지 (예 : 풍력, 태양 에너지 또는 수력 전기) 또는 PEV의 원자력이 거의 없거나 거의 0이 아닌 제로 방출 소스에서 생성되어야합니다 – 투 – 휠 배출. 반면에 PEV가 석탄 화력 발전소에서 재충전 될 때 보통 PEV는 내연 기관 차량보다 약간 더 많은 온실 가스를 배출합니다. 내연 기관의 도움으로 하이브리드 모드에서 작동 할 때 플러그인 하이브리드 전기 자동차의 경우, 배기 가스 및 온실 가스 배출량은 연비가 높기 때문에 기존 자동차에 비해 낮습니다.
수명주기 에너지 및 배출량 평가
Argonne
아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory)의 2009 년 연구원들은 다양한 시나리오를 고려한 다양한 시나리오에서 플러그인 하이브리드 전기 자동차의 에너지 사용 및 온실 가스 (GHG) 배출량에 대한 완전한 Well to Wheel (WTW) 분석을 수행하기 위해 GREET 모델을 채택했습니다. 차량 배터리를 충전하기위한 연료 및 다른 발전 원. 캘리포니아, 뉴욕 및 일리노이 주 분석을 위해 3 개의 미국 지역이 선정되었는데,이 지역은 에너지 생성 믹스에 큰 변화가있는 주요 대도시를 포함하기 때문입니다.전체 사이클 분석 결과는 미국 세대 혼합 및 재생 가능 전기에 대해서도 각각 평균 및 청결 혼합 사례를 조사하기 위해보고되었습니다.이 2009 년 연구는 서로 다른 연료 생산 기술 및 그리드 생성 믹스 사이에서 석유 사용 및 온실 가스 배출의 광범위한 확산을 보여주었습니다. 다음 표는 주요 결과를 요약 한 것입니다.
| PHEV 잘된 바퀴 석유 에너지 사용과 온실 가스 배출 온보드 연료가 다른 10에서 40 마일 (16 및 64km) 사이의 모든 전기 범위에서 작동합니다. (1) (화석 연료 휘발유를 사용하는 내연 기관 차량 대비 %) |
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|---|---|---|---|---|---|
| 분석 | 개질 가솔린 초저 유황 디젤 |
E85 연료 옥수수와 스위치 그래스 |
연료 전지 수소 |
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| 석유 에너지 사용 감축 | 40-60 % | 70-90 % | 90 % 이상 | ||
| 온실 가스 배출 감축 (2) | 30-60 % | 40-80 % | 10-100 % | ||
| 출처 : 수송 연구 센터, 아르곤 국립 연구소 (2009). 표 1을 참조하십시오. 참고 : (1) 2020 년 시뮬레이션 (2) 생물량 연료 원료에 대한 WTW 분석에 포함 된 직접 또는 간접적 인 토지 이용 변화는 없다. |
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Argonne 연구에 따르면 PHEV는 일반 하이브리드 전기 자동차와 비교하여 석유 에너지 사용량을 줄였습니다. 재충전 된 전기가 석탄 또는 석유 연료 발전에 의해 지배 된 경우를 제외하고는 모든 전기 범위가 증가함에 따라 더 많은 석유 에너지 절감과 더 많은 온실 가스 배출 감소가 실현되었습니다. 예상대로, 재생 가능 에너지 원의 전기는 모든 전기 범위가 증가함에 따라 모든 PHEV에 대한 석유 에너지 사용 및 온실 가스 배출량의 최대 감소를 실현했습니다. 이 연구는 또한 바이오 매스 기반 연료 (바이오 매스 -E85 및 – 수소)를 사용하는 플러그인 차량은 전력 생산이 화석 자원에 의해 지배되는 경우 정규 교잡종보다 온실 가스 배출 이익을 실현하지 못할 수도 있다고 결론 지었다.
오크 리지
오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory)의 연구원에 의한 2008 년 연구에 따르면 2020 년과 2030 년 동안 여러 시나리오에서 하이브리드 전기 자동차에 비해 플러그인 하이브리드의 오일 사용과 온실 가스 (GHG) 배출량을 분석했습니다.이 연구에서는 13 US 일반적으로 석탄, 천연 가스 및 원자력 에너지의 조합과 재생 에너지의 확장이 적은 차량의 재충전시 사용되는 지역. 아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory)에서 진행된 2010 년 연구는 PHEV가 석유 소비량을 줄이지 만 플러그 – 인 하이브리드를 충전하기 위해 전기를 생성하는 데 사용되는 에너지 혼합에 따라 각 지역마다 매우 다른 온실 가스 배출량을 생산할 수 있다고 결론 지은 유사한 연구 결과에 도달했습니다.
환경 보호국
2014 년 10 월, 미국 환경 보호국 (EPA)은 연례 보고서 “경공업 자동차 기술, 이산화탄소 배출 및 연료 경제 동향”의 2014 년판을 발표했습니다. 처음으로이 보고서는 시장 점유율이 1 %에 가까워 짐에 따라 PEV가 미국의 전체 신차 연료에 상당한 영향을 미치기 시작했기 때문에 플러그 인 전기 자동차에 중점을 둔 대체 연료 차량의 영향에 대한 분석을 제시합니다 경제 및 CO2 배출량.
EPA의 보고서에는 2014 년 모델로 출시 된 전 전기 승용차 12 종과 플러그인 하이브리드 10 종의 분석이 포함되어 있습니다. 정확한 배출량 산정을 위해이 분석에서는 해당 PHEV와 같은 PHEV 간의 작동 차이를 고려했습니다. Chevrolet Volt는 가솔린을 사용하지 않고 모든 전기 모드에서 작동 할 수 있고 Toyota Prius PHV와 같은 혼합 모드에서 작동 할 수 있습니다.이 모드는 배터리에 저장된 에너지와 가솔린 탱크의 에너지를 모두 사용하여 차량을 추진합니다. 혼합 모드에서 실질적으로 모든 전기 구동을 제공합니다. 또한 플러그 인 하이브리드의 모든 전기 범위는 배터리 팩의 크기에 따라 다르므로 전기를 사용하여 구동되는 마일의 비율을 평균적으로 예측하여 유틸리티 팩터를 도입했습니다 (전기 only 모드와 blended 모드)을 제공합니다. 다음 표는 갤런 가솔린 당 마일 (mpg-e)과 미국 시장에서 판매되는 10 개의 MY2014 플러그인 하이브리드에 대한 유틸리티 요소로 표현 된 전체 EV / 하이브리드 연비를 보여줍니다. 이 연구는 유틸리티 에너지 (순수 EV 모드에서는 배기관 배출이 없었기 때문에)와 EPA 5 사이클 라벨 방법론에 기반한 실제 도시 및 고속도로 운전에서이 차량에 의해 생성 된 CO2 배출관 배출의 EPA 최적 추정치를 사용하여 55 % 도시 / 45 % 고속도로 주행. 결과는 다음 표에 나와 있습니다.
또한 EPA는 PHEV를 충전하기 위해 필요한 전기의 생산 및 분배와 관련된 상류 CO2 배출량을 설명했습니다. 미국의 전력 생산량은 지역마다 크게 다르기 때문에 EPA는 캘리포니아 전력 원 배출 계수에 해당하는 범위의 최저치, 국가 평균 전력 원 배출 계수로 나타낸 범위 중간의 3 가지 시나리오 / 범위, 그리고 로키 산맥에 대한 동력 방출 계수에 상응하는 범위의 상단. EPA는 전국 여러 지역의 전기 온실 가스 배출 계수가 캘리포니아의 346 g CO2 / kW-hr에서 Rockies의 CO2 / kW-hr 986 g / kW-hr까지 전국 평균치 인 것으로 추정합니다 . 다음 표는 미국 시장에서 판매되는 10 개의 MY 2014 PHEV 각각에 대한 배기관 배기 가스와 배출 배기관 및 업스트림 배출량을 보여줍니다.
국가 조사국
대부분의 배출량 분석은 하루 중 각기 다른 시간대에 한계 발생 대신 지역별 평균 배출량을 사용합니다. 전자의 접근법은 상호 연결된 전력 시장 내의 세대 구성과 하루 종일 변화하는 부하 프로파일을 고려하지 않습니다. 2014 년 11 월에 발표 된 NBER (National Bureau of Economic Research) 산하 세 경제학자의 분석은 미국 전역의 위치 및 시간대에 따라 달라지는 전력 수요의 한계 배출량을 산정하는 방법론을 개발했습니다. 이 연구는 2007 년부터 2009 년까지 배출 가스 및 소비 데이터를 사용했으며 시보레 볼트 (Chevrolet Volt) (모든 전기 범위는 35 마일 (56km))의 사양을 사용했습니다. 분석에 따르면 미국 중서부 지역과 비교해 미 중서부 지역의 한계 배출 가스 배출량은 3 배 이상 높았으며 지역 내에서 하루 중 몇 시간 동안의 배출량은 다른 배출량보다 두 배 이상 높습니다. 한계 분석의 결과를 플러그인 전기 자동차에 적용한 NBER 연구원은 충전 PEV 배출량이 지역 및 시간대에 따라 다르다는 사실을 발견했습니다. 서부 미국 및 텍사스와 같은 일부 지역에서는 PEV 주행으로 인한 마일 당 CO2 배출량이 하이브리드 자동차 주행시보다 적습니다. 그러나 Upper Midwest와 같은 다른 지역의 경우 자정부터 오전 4 시까 지 권장 시간 동안 충전하는 것은 PEV가 현재 도로에있는 평균 차량보다 더 많은 배기 가스를 발생시키는 것을 의미합니다. 결과는 전기 부하 관리와 환경 목표 사이에 근본적인 긴장감을 나타냅니다. 전기를 생산하는 데 가장 적은 시간이 가장 큰 배출 시간을 갖는 경향이 있기 때문입니다. 이것은보다 높은 배출율을 갖는 석탄 화력 발전소가 기본 및 비 첨두 전력 수요를 충족시키기 위해 가장 일반적으로 사용되기 때문에 발생한다. 비교적 낮은 배출량을 가진 천연 가스 장치는 피크 수요를 충족시키기 위해 종종 온라인 상태가됩니다. 이러한 연료 전환 패턴은 아침과 저녁 피크 수요가 발생하는 기간 동안 야간에 배출율이 더 높은 경향이있는 이유를 설명합니다.