자동차는 지구온난화에 따른 기후변화에 대응하기 위해 탄소중립 실현을 핵심 가치로 내세우며, 자동차의 전동화를 서두르고 있습니다. 조만간 모든 라인업에 전동화 모델을 추가할 예정이며, 일부는 더 이상 내연기관차를 생산하지 않겠다는 선언까지 했습니다. 전동화 모델만 생산하겠다는 건데요.
전동화 차량(xEV)은 내연기관 대신 전기모터로 사용하는 자동차로 전기차와 하이브리차, 수소연료전지차가 대표적이라 할 수 있지요. 이중 하이브리드차는 내연기관과 함께 하나 이상의 전기모터를 결합해 두 가지의 동력원을 사용하는 차량인데요.
가솔린엔진이나 디젤엔진을 탑재한 차량보다 연비가 뛰어나고 유해 배출가스를 획기적으로 줄임으로써 전기차와 더불어 대표적인 친환경 차로 불리고 있습니다. 하이브리드차는 출발 때나 저속주행 때 전기모터를 사용하고 정속주행이나 가속 때는 엔진 또는 엔진과 모터를 동시에 사용합니다.
또한 제동 때에는 전기모터가 발전기의 역할로 전환해 운동에너지를 전기에너지로 변환해 배터리를 충전해 줍니다. 특히 전기모터는 저속에서 토크가 높기 때문에 일반적으로 높은 엔진 회전수 영역에서 최대토크를 발휘하는 내연기관과 조합하면 저속과 고속에서 고른 토크를 발휘할 수 있습니다.
대부분의 하이브리드 차들이 동급 내연기관차에 비해 엔진 배기량이 적으면서도 엔진출력과 토크가 높은 이유이지요. 하이브리드차는 크게 마일드 하이브리드와 스트롱 하이브리드, 플러그인 하이브리드로 구분할 수 있습니다.
먼저 스트롱 하이브리드는 우리가 흔히 주변에서 볼 수 있는 일반적인 하이브리드 차량으로 Ni-MH(니켈 메탈 하이드라이드) 배터리나 리튬이온배터리와 같은 고전압 배터리를 탑재해 내연기관을 사용하지 않고 전기차처럼 전기모터(흔히 EV 주행모드라고 하지요)만 사용해 30~60km 정도 주행할 수 있는 것이 특징입니다.
플러그인 하이브리드는 회생제동으로 배터리를 충전하는 스트롱 하이브리드차와 달리 전기차처럼 외부 충전기를 통해 하이브리드 배터리를 충전할 수 있는 차량입니다. 마일드 하이브리드차는 스트롱 하이브리드나 플러그인 하이브리드차처럼 200~400V의 고전압으로 작동되는 하이브리드 배터리와 각종 고전압 시스템 대신 48V 전원을 사용하는 소형 전기모터와 배터리 시스템을 탑재한 일종의 보급형 하이브리드 차량이라고 할 수 있습니다.
48V 시스템은 저전압 부품을 사용하므로 감전 위험이 낮을 뿐 아니라 기존 내연기관 차량을 손쉽게 개조해 48V 마일드 하이브리드 시스템을 탑재할 수 있기 때문에 많은 시간과 비용을 들이지 않고도 차량 전동화가 가능한 것이 특징입니다. 이 때문에 유럽지역을 중심으로 마일드 하이브리드 모델들이 증가하고 있습니다.
48V 마일드 하이브리드 시스템은 일반적으로 소형 전기모터와 48V 리튬이온 배터리 팩 그리고 통합 스타터-제너레이터(Integrated Starter Generator, 이하 ISG)로 구성됩니다. 전기 모터는 차량이 가속할 때 엔진 동력에 추가로 동력을 보조해 주며, 정속주행 중일 때에도 약간의 추가 동력을 제공하지만, 스트롱 하이브리드차처럼 엔진 대신 배터리만으로 주행하는 EV 주행모드는 지원하지 않습니다.
엔진과 벨트로 연결돼 벨트로 구동되거나 또는 엔진과 변속기 내부에 통합되어 직접 구동되는 ISG는 스타터 모터와 발전기를 통합한 장치로 주행 중 자동으로 엔진을 정지시키거나 시동을 걸어 하이브리드 주행모드를 지원함은 물론 특정한 주행 조건에서 코스팅 주행 또는 엔진 동력을 일시적으로 차단해 연비를 향상해 줍니다.
이를 통해 기존 내연기관차보다 연비를 약 15%가량 향상할 수 있는 것으로 알려졌습니다. 또한 마일드 하이브리드는 전기모터가 엔진 동력을 보조해 엔진의 부하를 덜어줘 배출가스를 줄이는 데도 기여하고 있습니다.
차량이 감속할 때는 에너지를 회수해 배터리를 재충전하는 회생제동 기능을 활성화해 주며, 차량정체나 교통신호 등으로 차량이 정차할 경우 엔진 시동을 끄고, 켜주는 일반적인 스톱 & 고(Stop & Go)기능도 갖추고 있습니다.
이렇게 하이브리드 시스템 장점이 입소문을 타면서 해당 차종의 판매도 급증하고 있습니다. 단적인 예로 내수 시장의 대표적인 베스트셀러 현대차 그랜저의 경우 상반기에 팔린 6만 2000여대 가운데 절반 이상인 3만 3000여대가 하이브리드 차종이었습니다. 투싼과 싼타페, 기아 K8, 스포티지, 쏘렌토도 다르지 않지요.