[하이브리드 자동차] 작동원리, 장단점, 종류

친환경차 시대 전기차 인기가 높지만, 하이브리드차도 마찬가지로 잘 팔리는데요. 기존 내연기관의 장점과 전기차 관련 혜택을 모두 누릴 수 있는 덕입니다.

유럽과 중국 등 주요 완성차 시장에서는 내연기관 차량의 판매량이 지속적으로 감소하지만, 하이브리드차는 전기차와 함께 인기가 높은데요. 국내 완성차 시장에서 인기가 높은 쏘렌토 등 차종의 경우 하이브리드 모델이 강세를 보입니다.

 

오늘은 하이브리드 자동차 작동원리 및 종류 등에 대해 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

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하이브리드 자동차 _ 작동원리

하이브리드 시스템은 서로 다른 동력원을 함께 운행하는 동력 시스템을 말하는데요. 즉 저속에서는 ‘전기 모터’, 고속에서는 ‘엔진’ 이렇게 다른 두 동력원을 사용합니다.

 

특히 토요타는 직병렬 방식 하이브리드 시스템을 사용하는데요. 저속에서는 모터만으로 주행을 하고 고속에서는 엔진이 주행하는 방식은 같지만 이때 엔진이 작동하기 시작하면 차량을 구동함과 동시에 충전을 하게 되는 직렬의 장점도 갖고 있습니다.

 

구동용 모터와 충전용 모터가 각각 장착돼있기 때문에 모터로 주행하는 중에도 나머지 하나의 모터로 발전기를 돌려 약 3~4%의 에너지를 회수합니다.     

이러한 장점으로 하이브리드 차량은 저속에서 가속성이 좋고 고속에서는 내연기관차와 마찬가지로 안정적인 주행이 가능합니다.

 

하이브리드 자동차 작동원리

 

 

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하이브리드 자동차 _ 장단점

하이브리드차가 가진 최대 장점은 연비 효율성인데요. 하이브리드차는 자동차 제조사들이 기술력을 쌓아 올린 가솔린 엔진에 전기 모터를 통해 효율적으로 구동되는 방식을 갖췄습니다.

 

충전소를 찾아다녀야 하는 전기차에 비해 충전 스트레스도 적다는 장점이 있는데요. 단점은 차량 가격이 다소 비싸다는 점과 배터리 탑재로 내연기관차 대비 내부 공간이 좁아진다는 것입니다.

 

 

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하이브리드 자동차 _ 종류

하이브리드차는 큰 범주에서 풀 하이브리드 방식과 마일드 하이브리드 방식 두 가지로 나뉘는데요. 하이브리드란 이름은 같지만, 방식에서 일부 차이가 있습니다.

 

풀 하이브리드는 모터를 통해 엔진을 직접 구동하는 방식이고, 마일드 하이브리드는 보조 수준입니다.

풀 하이브리드는 크게 직렬과 병렬·혼합 하이브리드로 분류되는데요. 직렬 하이브리드는 바퀴 등 구동계를 모터로만 작동시킵니다. 모터만으로 구동계를 움직인다는 점에서 전기차와 유사하지만, 동력원은 내연기관인 엔진과 화석연료를 사용하는데요. 가솔린 등 연료를 주입해 엔진을 발전기처럼 사용하고, 모터를 구동해 전력을 얻습니다.

 

직렬 하이브리드 적용 차량은 많지 않은데, 이는 엔진이 아닌 모터만으로 구동하는 특성 영향인데요. 차량 설계 시 기존 내연기관차와 완전히 다릅니다. 기존 내연기관 차에 직렬 하이브리드를 적용하는 것은 어려운데요. 대신 최근 BMW e드라이브 등 차량처럼 플러그인 하이브리드(PHEV) 차량을 위한 설계 방식을 따르는 추세입니다.

병렬 하이브리드는 엔진과 변속기 사이에 모터를 삽입하는 방식인데요. 내연기관차처럼 엔진으로 주행을 할 수 있고, 모터를 활용해 저속이나 짧은 거리 구동도 가능합니다. 시속 35km 내외까지는 전기차처럼 움직일 수 있는데요. 운전 습관에 따라 연비를 큰 폭으로 향상할 수 있습니다.

혼합 하이브리드는 직렬과 병렬 2개 하이브리드를 합친 형태인데요. 엔진 1개에 모터를 2개를 사용하는데, 직렬처럼 발전하는 용도의 모터와 병렬의 구동용 모터를 모두 탑재해 고른 장점을 보유합니다. 다만 혼합 하이브리드는 직렬 하이브리드처럼 별도 설계를 필요로 해 일반 내연기관차로 적용이 어렵습니다. 캠리 등 토요타의 하이브리드차가 대표적인 혼합 하이브리드차입니다.

마일드 하이브리드는 풀 하이브리드와 달리 모터만으로 바퀴 등 구동계를 움직일 수 없는데요. 모터와 배터리는 엔진과 벨트로 연결돼 동작을 보조하는 역할입니다. 시동이나 출발 등에 소모하는 엔진 동력과 작업량을 분담하는 형태죠. 저속 등에서 엔진을 쓰지 않는 풀 하이브리드보다 연비 향상·출력이 낮습니다. 연비 향상도 마일드 하이브리드 미탑재 차량보다 10%쯤만 향상되는 수준이고 모터도 10kw쯤 사양입니다.

풀 하이브리드보다 순수하게 하이브리드·전기적인 성능은 낮지만, 마일드 하이브리드는 쉬운 설계 적용과 저렴한 비용이란 장점을 보유했는데요. 부피가 큰 디젤 엔진으로 추가적인 하이브리드 설계가 어려운 디젤차에도 적용이 쉽고, 풀 하이브리드의 30%쯤 비용으로 기존 내연차에 탑재하는 것이 가능합니다.

특히 기존 12V 납산 배터리 대신 48V 리튬이온 배터리를 탑재해 전압을 올린 48V 마일드 하이브리드 시스템은 볼보와 BMW 등 완성차 기업으로부터 큰 사랑을 받고 있는데요. 48V 마일드 하이브리드는 전압을 높여 12V보다 높은 수준으로 엔진을 보조합니다. 덕분에 에어컨 등 공조 기능부터 전자기기 수준으로 전자화된 자동차의 다양한 스마트 시스템을 엔진 동력 개입을 최소화해 운용할 수 있습니다.

 

 

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