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[아롱 테크] 도심 최대 75%, 순간 전기차 변신 르노 'XM3 E-테크 하이브리드' 비결

오토헤럴드 조회 수1,463 등록일 2022.11.07.
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전기차가 급속하게 증가하고 있지만 인프라 부족으로 충전 불안감을 보이는 운전자들이 많은 것이 사실입니다. 반면, 하이브리드 차는 전기차와 같은 친환경성과 연비를 추구하면서도 충전 스트레스를 걱정하는 운전자들에게 전기차의 대안으로 떠오르고 있습니다. 

엔진과 전기모터 등 두 가지 동력원을 사용하는 하이브리드 차(Hybrid Electric Vehicle)는 기존 가솔린엔진이나 디젤엔진에 비해 연비향상은 물론 유해가스 배출량을 획기적으로 줄임으로써 전기차와 더불어 대표적인 친환경차로 불리고 있기도 합니다.

하이브리드 차가 휘발유 또는 경유 엔진과 같은 내연기관과 전기모터 등 두 개의 동력원을 이용해 구동되는 자동차라는 것은 이미 너무나도 잘 알고 있는 사실입니다. 출발 때나 저속주행 중에는 전기모터로 차를 구동시키며, 정속주행이나 가속이 필요한 경우에는 엔진 또는 엔진과 모터를 동시에 사용하지요. 

또한 제동 때에는 전기모터가 발전기의 역할로 전환해 운동에너지를 전기에너지로 변환해 고전압 배터리를 충전해 줍니다. 이것을 회생제동이라고 합니다. 이러한 하이브리드 시스템은 내연기관과 전기모터, 고전압 배터리의 연결방식에 따라 직렬식과 병렬식, 직병렬혼합식으로 구분할 수 있습니다. 

또한 전기차러럼 충전기를 이용해 고전압 배터리를 충전하는 하이브리드 차를 플러그인 하이브리드(Plug In Hybrid Electric Vehicle)라고 하며, 일반적인 하이브리드 차의 고전압 배터리에 배해 용량이 작고 48V 배터리시스템을 적용한 하이브리드 차를 마일드 하이브리드 차(Mild Hybrid Electric Vehicle)라고 합니다.

초창기 하이브리드 시스템의 경우 내연기관과 함께 전기모터와 발전기 역할을 하는 모터-제너레이터(Motor-Generator), 고전압 배터리 및 고전압 시스템을 구성되며, 엔진을 주동력원으로 사용하고 전기모터가 보조동력원으로 사용되었습니다. 전기모터는 출발 때나 정속주행 혹은 급가속 때나 언덕길을 주행할 때 엔진 구동력에 힘을 보태주는 역할로 제한적일 수밖에 없었습니다. 

전기모터로만 주행하는 전기주행 모드(EV 모드) 역시 1~5km 정도에 불과했지요. 모터-제너레이터는 전기모터로 구동력을 전달할 뿐 아니라 고전압 배터리의 충전량이 부족할 경우 전기모터를 발전기로 전환해 고전압 배터리를 충전하는 역할을 했습니다. 

이에 반해 최근 하이브리드 차는 기존 전기모터와 발전기를 결합한 모터-제너레이터 대신 구동용 모터와 발전용 모터 등 두 개의 전기모터를 적용한 듀얼 전기모터 시스템을 적용하고 있는 추세입니다. 듀얼 모터 하이브리드 시스템은 처음에는 내연기관 엔진과 변속기 사이에 두 개의 모터를 병합한 방식을 사용했지만 최신 하이브리드 시스템에서는 하이브리드 스타트-제너레이터(HSG, Hybrid Starter-Generator)가 발전용 모터로 사용되고 있는 것이 특징입니다. 

HSG는 내연기관 엔진시동을 위한 스타트모터 대신 전기모터와 발전기를 통합한 시스템으로 엔진구동축과 밸트로 연결된 벨트구동 스타터-제너레이터(Belt driven-Starter-Generator) 또는 구동용 전기모터와 통합되어 지능형 스타터-제너레이터(IntelligentStarter-Generator)라고 불리기도 합니다. 

이러한 HSG는 고전압 배터리 전원을 이용해 전기모터가 엔진 시동을 걸어줄 뿐만 아니라 전기주행모드에서 엔진구동모드로 전환될 때 엔진동력을 변속기로 연결하는 클러치 작동으로 인해 발생되는 충격을 최소화시켜 부드러운 엔진구동을 도와주는 역할을 합니다. 최근 출시되고 있는 하이브리드 차의 경우 이러한 HSG의 성능이 향상되어  엔진시동이 켜져있는지, 꺼져 있는지 쉽게 구분하기 어려울정도이지요.

또한 HSG는 고전압 배터리의 충전량이 부족한 경우 엔진구동력을 이용해 고전압 배터리를 충전시키는 발전용 모터로 사용됩니다. 뿐만 아니라 급가속 등 추가적인 구동력이 필요한 경우 고전압 배터리 전원 또는 엔진구동력을 전기로 변환해 구동용 전기모터에 추가적인 전원을 공급하는 역할을 합니다. 참고로 브레이크를 밟거나 가속페달에서 발을 떼 감속함으로써 회생제동을 통해 고전압 배터리를 충전하는 경우에는 구동용 전기모터가 발전기 역할을 하고 있습니다.

한편 듀얼모터 하이브리드 모터시스템과 같은 최신 하이브리드 시스템은 과거와 달리 내연기관 엔진이 하이브리드 차의 주동력원으로 사용되는 것이 아니라 고전압 배터리를 충전하는데 주로 쓰이며, 추가적인 가속력이 필요한 경우 전기모터의 구동력을 보조해 주는 보조동력원으로 사용되는 것이 특징입니다. 

또한 고전압배터리 충전을 위해 작동하거나 전기모터의 구동력을 보조하기 위해 또는 고전압 배터리 충전과 구동력 보조를 동시에 지원하는 등 주행상황이나 고전압 배터리의 충전량에 따라 수시로 하이브리드 주행모드(전기모터+엔진구동)로 전환됩니다. 

이외에도 최신 하이브리드 시스템은 인버터와 컨버터 등 고전압 시스템의 고효율화 및 소형화, 고전압 배터리의 성능 향상 등을 통해 순수 배터리 전원만으로 주행가능한 전기주행거리가 획기적으로 늘어나고 있는 추세입니다. 최근 출시되고 있는 하이브리드 차의 경우 전기주행모드가 짧게는 20~30km 길게는 50~80km에 달해 시내주행의 70% 가량을 전기주행모드로만 운행이 가능할 정도입니다. 

그래서인지 일부의 하이브리드 차의 경우 전기주행 모드 스위치가 적용되어 있기도 하지만 최근에는 전기주행모드 스위치를 없애는 추세입니다. 하이브리드 차 역시 전기-구동차량(xEV)이자 점점 전기차와 가까울 정도로 전기주행 성능이 향상되고 있기 때문입니다.


김아롱 칼럼니스트/webmaster@autoherald.co.kr


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