자동차 산업은 수십년 동안 다양한 기술적 변화와 혁신을 겪어왔습니다. 그 중에서도 특히 주목할 만한 기술적 전환점 중 하나는 바로 ‘하이브리드차’의 등장입니다. 특히 풀 하이브리드(HEV)의 구분과 하이브리드의 진화 부분을 통해 직병렬식, 플러그인 하이브리드(PHEV)로 발전하는 하이브리드가 전기차와 내연기관차의 장점을 결합하여 연료 효율을 향상시키려는 노력이었다는 것을 이해하게 될 겁니다.
초기의 하이브리드
하이브리드 기술의 아이디어 역시 전기차와 마찬가지로 오래전 시작되었으며, 20세기 초반까지 거슬러 올라갑니다. 1900년대 초기, ‘Ferdinand Porsche‘는 전기 모터와 내연기관을 결합한 ‘Lohner-Porsche Mixte Hybrid’를 제작했습니다. 이 차량은 세계에서 첫 번째로 상업화된 하이브리드차로 기록되었습니다.
프리우스의 등장
하이브리드차에 대한 본격적인 연구는 1960~1980년대에 석유 파동과 환경 문제의 심각성을 겪으면서 시작되었으며, 그 결실로 지금도 최고의 하이브리드 차로 손꼽히는 토요타의 ‘프리우스’가 1997년 등장하게 됩니다. 프리우스는 세계에서 가장 성공적인 하이브리드차로 나온지 20년이 넘은 지금까지도 인식되고 있습니다. 비슷한 시기에 혼다도 ‘인사이트‘를 출시하여 하이브리드 시장에 진입하였지만, 프리우스의 명성에는 미치지 못합니다.
토요타의 친환경차 대표주자인 프리우스는 20년 이상 5세대에 걸쳐 진화에 진화를 거듭하고 있고, 전세계적으로 누적 400만대 이상 판매된 프리우스는 최초의 양산형 하이브리드 자동차라는 타이틀과 하이브리드 기술의 완성으로 불리우고 있습니다.
하이브리드의 대중화
2000년대 들어서며, 대부분의 자동차 브랜드들이 하이브리드 모델을 선보이기 시작합니다. 배출가스 저감 이슈, 상대적으로 강력한 연비를 무기로 내세운 하이브리드차에 대해 많은 소비자들이 호응하면서 하이브리드차가 대중화 되었고 그 인기는 계속되고 있습니다. 자동차 시장도 이에 발맞춰 환경 친화적인 방향으로 발전하면서 하이브리드차와 전기차의 비중이 점점 커지고 있는 중입니다.
풀 하이브리드(HEV: Hybrid Electric Vehicle)
하이브리드차가 모두 동일한 원리로 작동하는 것은 아닙니다. 풀 하이브리드 방식 차량은 엔진과 모터가 완전히 독립적으로 구동하거나, 함께 작동하기도 합니다. 풀 하이브리드차는 그 구조에 따라 직렬식 하이브리드, 병렬식 하이브리드, 직렬/병렬식 하이브리드, 플러그인 하이브리드로 구분합니다. 또한 차량의 전기 동력 사용능력에 따라서 마일드 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 풀 하이브리드로 구분되기도 합니다.
1) 직렬식(or 전기식) 하이브리드 (Series Hybrid)
✍ 원리 : 내연기관이 전기 발전기를 구동하여 전기를 생성하고, 이 전기로 전기 모터를 구동하여 전기 모터만으로 차량을 움직이는 방식입니다. 즉, 내연기관은 바로 바퀴를 움직이는 데 사용되지 않습니다.
✎ 장점 : 연료 효율이 뛰어나며, 도심 주행에 적합합니다.
- 이 방식에서 내연기관은 직접 바퀴를 움직이는데 사용되지 않습니다.
- 내연기관은 발전기를 구동하여 전기를 생성하고, 이 전기는 전기 모터를 구동하거나 배터리를 충전하는데 사용됩니다.
- 전기 모터만이 차량을 구동합니다.
- 모터가 주로 일을 하므로 단순히 생각하면 엔진은 발전기 역할이나, 배터리를 충전하는 용도로 쓰인다고 볼 수 있습니다.
2) 병렬식 하이브리드 (Parallel Hybrid)
✍ 원리 : 내연기관과 전기 모터가 동시에 차량의 바퀴를 구동합니다. 두 파워트레인이 병렬로 연결되어 있어, 한쪽이나 둘 다가 구동에 참여할 수 있습니다.
✎ 장점 : 고속 주행에 적합하며, 연료 효율과 성능이 모두 뛰어납니다.
- 병렬식 하이브리드는 내연기관과 전기 모터가 동일한 축에 연결되어 있으며, 두 동력원이 함께 또는 독립적으로 작동할 수 있습니다.
- 주행 중 내연기관이 주로 동력을 제공하며, 필요 시 전기 모터가 추가적인 힘을 제공합니다.
- 연료 효율을 높이고 배출가스를 줄이기 위해 주로 사용됩니다.
3) 직렬/병렬 (전기 복합식) 하이브리드 (Series-Parallel Hybrid)
✍ 원리 : 병렬식과 전기식 하이브리드의 원리를 모두 갖춘 형태로, 내연기관과 전기 모터가 독립적으로 또는 함께 바퀴를 구동할 수 있습니다.
✎ 장점 : 다양한 주행 조건에 대응 가능하며, 효율적인 연료 소모와 성능을 모두 실현합니다.
- 병렬과 전기식 하이브리드의 장점을 모두 결합한 형태입니다.
- 내연기관과 전기 모터가 독립적으로, 혹은 함께 작동할 수 있습니다.
- 상황에 따라 가장 효율적인 동력원을 선택하여 작동합니다.
4) 플러그인 하이브리드 (Plug-in Hybrid, PHEV)
✍ 원리 : 외부의 전기 충전소에서 직접 배터리를 충전할 수 있는 하이브리드 차량입니다. 짧은 거리는 전기만으로, 긴 거리는 내연기관과 함께 주행이 가능합니다.
✎ 장점 : 짧은 주행 거리에서는 순수 전기차처럼 운행이 가능하며, 배터리의 용량에 따라 전기 주행 거리가 확장됩니다.
- 외부의 전력 출처에서 배터리를 직접 충전할 수 있는 하이브리드 차량입니다.
- 일반 하이브리드보다 큰 배터리 용량을 가지며, 전기 모터만으로도 상대적으로 긴 주행 거리를 갖습니다.
- 내연기관이 작동할 필요가 없는 짧은 거리에서는 전기차처럼 동작할 수 있습니다.
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마무리
하이브리드차는 전기차와 내연기관차의 장점을 결합하여 오늘날의 자동차 산업에 큰 영향을 미쳤습니다. 하이브리드차는 다양한 형태와 원리로 우리 생활 속에 녹아들고 있으며 각각의 하이브리드 기술은 그에 맞는 장점을 지니고 있어, 사용자의 운행 환경과 필요에 따라 적합한 모델을 선택할 수 있습니다. 이러한 다양성은 하이브리드차가 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발판임을 다시 한번 확인시켜 줍니다.