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현대자동차

"하이브리드, 안 살 이유 있나요?" 현대차 하이브리드 4종, 무엇을 고르시겠습니까?

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최근 하이브리드차(HEV), 순수전기차(EV), 수소전기차(FCEV)와 같은 ‘친환경차’에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 그중에서도 하이브리드차는 친환경차의 가장 기본이 되는 시스템이라고 할 수 있습니다.


하이브리드(Hybrid)의 사전적 의미를 살펴보면, '혼성체'라는 의미를 가지고 있습니다. 하이브리드차는 이름대로 내연기관과 전기 모터를 동시에 탑재(혼성)하여 성능과 연비, 정숙성까지 챙긴 '합리적인 자동차'입니다.


이번 시간에는 친환경 자동차 시장의 주춧돌이 된 하이브리드 자동차의 시작과 하이브리드 기술의 종류, 그리고 현대자동차에서 출시 중인 하이브리드 모델에 대해 종합적으로 살펴보고자 합니다.

하이브리드 자동차의 시작

출처Lohner-Porsche Mixed Hybrid / ⓒ Wikimedia - CC0

최초의 하이브리드 기술은 120여 년 전 독일 엔지니어 페르디난트 포르쉐 박사에 의해 탄생했습니다. 발전기가 결합된 엔진으로 전기를 발생시키고, 그 전기로 모터를 구동하여 차를 움직이는 기술이었습니다.


물론 최초의 양산 기술은 아니었습니다. 현대적 의미의 하이브리드차 양산은 1990년대부터 시작되었습니다. 1990년대 전후로 대기오염과 국제 유가 상승이 글로벌 이슈로 떠오르면서 전기모터가 자동차의 동력원으로 각광받기 시작했고, 일본에서 가솔린엔진과 전기모터를 결합한 하이브리드차가 출시되었습니다.

 

다만 최초의 하이브리드차는 일반 고객 입장에서 생소한 개념이었기 때문에 주목받지 못했습니다. 하지만 환경보호의 중요성이 떠오르고, 하이브리드 자동차의 장점이 널리 홍보되면서 1999년을 기점으로 하이브리드차의 판매량이 오르기 시작했습니다. 덕분에 오늘날 친환경 자동차 시장의 기반을 다진 동력 시스템으로 굳건히 자리매김하게 되었습니다. 

직렬형과 병렬형,  하이브리드 시스템의 두 가지 원리

하이브리드차는 내연기관과 전기모터가 함께 탑재되어 있기 때문에 일반 내연기관 차량과 다른 장점을 가지고 있으며, 하이브리드 시스템의 장점을 간단히 살펴보면 다음과 같습니다.


1. 주행 상황에 맞게 전기모터와 내연기관을 활용하기 때문에 연비가 우수합니다.


2. 출발 시 전기모터의 초반 최대토크 특성 덕분에 경쾌한 주행감을 느낄 수 있습니다.


3. 저속에서 전기모터를 사용하기 때문에 정숙성이 우수합니다.


4. 가속 시 내연기관과 전기모터 둘 다를 사용하기 때문에 가속성능이 우수합니다.


이처럼 여러 장점을 가진 하이브리드 시스템은 크게 ▲직렬식 ▲직병렬식 ▲병렬식으로 나뉩니다.


직렬형 하이브리드 시스템은 미국 브랜드에서 주로 사용하는 방식입니다. 내연기관이 모터를 움직이는 발전기 역할만 수행하며, 내연기관으로부터 전력을 전달받은 전기모터는 오직 동력만을 전달합니다. 


엔진이 발전용도로만 사용되기 때문에 배출가스가 적다는 장점이 있지만, 여러 단계를 거쳐 동력이 전달되기 때문에 에너지 손실률이 높다는 단점이 있습니다.


직병렬 하이브리드 시스템은 직렬과 병렬을 모두 갖춘 방식이며 주로 일본 하이브리드차에 적용되어 있습니다. 직병렬 하이브리드 시스템은 엔진과 전기 모터가 직렬로 연결되어 있고, 그 옆에 별도의 전기 모터를 통해 각 모터가 모두 엔진과 연결되어 배터리 충전 및 구동을 병행합니다. 


이러한 특성 덕분에 연비가 우수하지만 대형 발전기와 배터리팩이 필요해, 제조원가가 높고 다소 무거우며 차주의 운전 습관에 따라 연비 차이가 발생할 수 있습니다.

병렬형 하이브리드 시스템은 현대자동차에서 주로 사용하는 하이브리드 시스템입니다. 주행 상황에 따라 내연기관 혹은 전기 모터를 사용해 동력을 전달합니다. 


구체적으로, 주행 상황에 따라 내연기관이 동력을 전달하거나 발전을 통해 배터리 충전을 할 수 있으며 저장된 전기에너지를 활용하여 전기 모터로 주행을 이어나갈 수 있습니다.


원래는 전기모터만으로 주행을 할 수 없어, 내연기관이 항상 작동되어야 했기 때문에 직렬과 직병렬 하이브리드 시스템에 비해 배출가스가 많았습니다. 하지만 하이브리드 시스템의 발전으로 일정 속력까지 전기 모터만으로 주행이 가능해지면서 연비와 정숙성 두 마리 토끼를 잡는데 성공하였습니다.

후발주자에서 선두주자로 , 현대자동차의 우수한 하이브리드 기술

앞서 살펴본 내용과 같이 현대자동차는 하이브리드 기술에 있어 후발주자입니다. 때문에 직병렬형 하이브리드 시스템을 사용하는 일본과 다르게 병렬형 하이브리드 시스템을 사용합니다. 하지만 기존의 병렬형 하이브리드 시스템과는 차별화된 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식을 사용합니다.


TMED는 변속기가 모터와 연결되고 엔진과 모터 사이에 클러치가 있어, 상황에 따라 엔진 혹은 전기모터 단독으로 구동력을 전하는 독자개발 기술입니다.


현대자동차의 TMED 방식은 정차 후 출발하거나 저속 주행 상황일 때 모터만으로 구동하고, 고속 주행이나 경사가 심한 곳 등 큰 힘이 필요할 때는 모터와 엔진이 함께 구동하거나 엔진만 구동해 효율적인 주행이 가능합니다. 


그리고 엔진과 모터의 동력을 제어하는 엔진 클러치와 하이브리드 전용 6단 자동변속기를 적용하여 간단한 구조와 적은 모터 용량으로도 효율을 극대화해 달리는 재미를 완성했습니다.


TMED 병렬형 방식 이외에도, 현대자동차는 아이오닉 하이브리드 모델에서부터 고출력과 고성능을 구현하기 위해 니켈수소 배터리가 아닌 리튬이온 폴리머 배터리를 사용하고 있습니다. 그리고 직분사 방식으로 엔진 효율을 높인 하이브리드 전용 엔진으로 하이브리드차의 최대 약점으로 지목되던 초기 가속 문제를 해결했습니다. 

비교적 최근 출시된 신형 쏘나타 하이브리드부터는 모터로 변속을 정밀하게 제어하는 ‘ASC(Active Shift Control)’ 제어 로직 기술이 세계 최초로 적용되었습니다. 주행 모터를 활용해 자동변속기를 초당 500회씩 초정밀 제어하는 신기술로, 이를 통해 기존 하이브리드차 대비 30% 빠른 변속이 가능해졌으며 주행 성능은 물론 연비와 변속기 내구성 등 3가지 요소를 동시에 개선하는 성과를 거두었습니다.

 

특히 신형 쏘나타에는 태양광을 이용해 배터리를 충전하는 솔라루프 시스템을 국내 최초로 적용해, 1년에 최대 1,300km를 더 주행할 수 있는 추가 효율을 달성했습니다. 차체 지붕에 실리콘 태양전지를 장착함으로써 1시간 동안 받은 태양광으로 최대 200Wh의 에너지를 저장할 수 있으며, 이를 통해 차량의 연비 상승은 물론 이산화탄소 배출량도 획기적으로 줄이는 효과를 기대할 수 있습니다.


최근 현대자동차는 오랫동안 쌓아온 우수한 하이브리드 시스템 기술력을 활용하여, FIA(국제자동차연맹)가 주관하는 ‘지상 최고속도 기록(Land Speed Record)’에 신형 쏘나타 하이브리드를 내보내 기록 경신에 도전했습니다.

  

기록에 도전하기 위해 현대자동차는 신형 쏘나타 하이브리드의 운전석을 제외한 시트와 불필요한 내장재를 해 무게를 덜어냈고, 아산화질소(N2O) 연료 분사 시스템을 달아 엔진 출력을 끌어올렸습니다. 또 협폭 타이어를 장착해 구름 저항을 줄이는 등 많은 노력이 뒤따랐습니다.

  

이를 통해 신형 쏘나타 하이브리드는 미국 유타주의 ‘본네빌 소금 사막(Bonneville Salt Flats)에서 최고속력 164.669마일(약 264km/h)을 기록하며, 현대자동차의 기술력을 널리 알렸습니다.

현대자동차의 노하우가 적용된, 하이브리드 모델 4가지

그렇다면, 현재 현대자동차의 하이브리드 시스템 노하우가 적용된 모델로 어떤 것들이 있을지 살펴보겠습니다. 현대자동차가 국내에서 출시한 하이브리드 모델을 나열해보면 ▲신형 쏘나타 하이브리드 ▲더 뉴 아이오닉 하이브리드 ▲코나 하이브리드 ▲더 뉴 그랜저 하이브리드 4가지 모델이 있으며 이 모델들을 통해 하이브리드 자동차의 매력을 널리 알리고 있습니다.

더 뉴 아이오닉 하이브리드

시스템 최고출력 141마력

모터 최고출력 32kW

엔진형식 직분사 가솔린(GDI)

배기량 1,580cc

복합연비 22.4km/L(15인치 타이어 기준)


아이오닉 하이브리드는 현대자동차의 친환경 전용 플랫폼이 최초로 적용된 모델입니다. 그리고 하이브리드 전용 엔진과 변속기를 탑재해 세계 최고 수준의 연비를 자랑하며 다이내믹한 동력성능으로 운전의 즐거움을 전합니다.


아이오닉 하이브리드는 디자인과 효율성 둘 다를 고려한 부분이 존재합니다. 그물망 모양 패턴(메쉬타입) 라디에이터 그릴에는 액티브 에어 플랩(외장형 Active Air Flap)이 적용되어, 주행 중 엔진 냉각이 필요한 상황에서는 그릴이 자동으로 열려 공기를 보닛 안으로 유입시키며 공기 유입이 필요하지 않은 상황에서는 자동으로 닫혀 공기저항을 줄임입니다. 이를 통해 연비 향상 효과를 기대할 수 있습니다.

코나 하이브리드

시스템 최고출력 141마력

모터 최고출력 32kW

엔진형식 직분사 가솔린(GDI)

배기량 1,580cc

복합연비 19.3km/L(15인치 타이어 기준)


코나 하이브리드는 코나 내연기관 모델의 경쾌한 주행 성능에 하이브리드 시스템이 더해진 모델로, 드라이빙의 즐거움과 연비 걱정 없는 장거리 주행을 동시에 느낄 수 있는 소형 SUV입니다.


코나 하이브리드 역시 성능과 효율을 동시에 챙기는 액티브 에어 플랩이 적용되어 있으며, 실내에는 10.25인치 고해상도 와이드 내비게이션이 탑재되어, 지도 무선 업데이트 기능(OTA)이 지원되고 하이브리드 자동차의 동력 흐름도를 확인할 수 있는 전용 기능이 추가되었습니다.

신형 쏘나타 하이브리드

시스템 최고출력 195마력

모터 최고출력 38kW

엔진형식 직분사 가솔린(GDI)

배기량 1,999cc

복합연비 20.1km/L(16인치 타이어 기준)


쏘나타 하이브리드는 태양광으로 배터리를 충전하는 ‘솔라루프 시스템’이 현대자동차 최초로 적용되어 있습니다. 이를 활용하면 야외에서 하루 6시간(국내 일평균 일조시간) 충전 시 1년 기준 총 1,300km가 넘는 거리를 더 주행할 수 있으며, 이산화탄소 배출량 감소 효과 또한 누릴 수 있습니다.


또 세계 최초로 모터로 변속을 정밀하게 제어하는 ‘ASC’ 제어 로직 기술이 쏘나타 하이브리드에 최초로 적용돼 기존 하이브리드차 대비 30% 빠른 변속이 가능해 주행성능과 연비, 변속기 내구성 등을 동시에 높였습니다.

  

더 뉴 그랜저 하이브리드

시스템 최고출력 200마력

모터 최고출력 38kW

엔진형식 다중분사 가솔린(MPI)

배기량 2,359cc

복합연비 16.2km/L(17인치 타이어 기준)


더 뉴 그랜저 하이브리드는 더 뉴 그랜저의 미래지향적인 디자인을 갖추고 최첨단 편의 및 안전사양을 동일하게 탑재했음에도 준대형차 기준 16.2km/L라는 놀라운 연비를 자랑합니다. 역시 현대자동차의 다른 하이브리드차와 동일하게 액티브 에어 플랩이 기본 적용됩니다.


고전압 배터리 용량은 기존 그랜저 IG 대비 23% 늘어나, 더 뉴 그랜저 하이브리드는 모터로만 구동할 수 있는 거리가 더욱 확대됐습니다. 정체가 심한 도심에서 오랜 시간 엔진 구동 없이도 주행할 수 있어 활용 빈도에 따라 도심에서 높은 연비로 효율을 챙길 수 있습니다.

연비와 성능을 동시에,  마일드 하이브리드

세계적인 환경 규제에 따라 비교적 합리적인 선에서 연료 효율을 높이고 이산화탄소 배출도 줄일 수 있는 마일드 하이브리드(MHEV)가 유럽을 중심으로 인기를 얻고 있습니다.

마일드 하이브리드는 내연기관과 하이브리드 시스템의 중간 단계의 시스템으로, 모터가 엔진을 보조하는 역할만 담당합니다. 모터만으로 온전히 차를 구동할 순 없지만, 출력을 보조하는 형태로 기존 하이브리드차 대비 부품이 적게 필요하고 설계가 쉽다는 이점을 가지고 있습니다.


엔진 내에 공급되는 전압을 48V로 올리는 방식이 마일드 하이브리드 시스템인데, 높아진 전압을 사용하는 모터가 엔진과 변속기 사이에 위치합니다. 마일드 하이브리드의 모터는 시동을 걸거나 큰 동력이 필요할 때 엔진에 힘을 보내 도움을 줘, 비용 대비 이산화탄소 저감효과가 좋습니다. 

현대자동차 역시 유럽에서 마일드 하이브리드 시스템이 적용된 투싼 모델을 판매하고 있습니다. 투싼 마일드 하이브리드 모델에는 스타터-제네레이터가 통합된 모터와 0.44kWh 리튬이온 배터리팩, LDC(Low Voltage DC/DC)가 적용돼 연비를 7% 높이고 강화된 배출가스 규제를 만족합니다. 또 WLTP 테스트 기준 연료 소비 효율이 21.0km/L에 달합니다.


하이브리드 시스템은 시대가 요구하는 사항들을 하나하나 수용하면서 빠르게 발전해 나가고 있으며, 효율과 환경 둘 다를 만족한다는 어려운 과제를 푸는 중요한 키-포인트 기술로 자리 잡았습니다. 현대자동차 역시 하이브리드 기술 개발에 박차를 가하며 시장의 요구와 환경 규제에 발맞춰오고 있습니다.


앞으로 현대자동차 하이브리드 기술이 지금보다 더 우수한 주행 성능과 효율을 이끌어 낼 수 있도록 많은 노력을 기울이겠습니다.

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