하이브리드 자동차 뜻 원리 장점 단점 파악하기

하이브리드 자동차는 현재 가장 선호되는 엔진입니다. 높은 연비와 전기차와 다르게 충전의 번거로움이 없기 때문이죠. 이런 하이브리드 자동차의 뜻과 원리 그리고 장·단점에 대해서 알아보겠습니다.   

하이브리드 자동차 뜻 원리 장점 단점 / 출처: 현대차

하이브리드 자동차 뜻

하이브리드 자동차(Hybrid Vehicle)는 두 가지 이상의 동력원을 사용하는 자동차를 의미합니다. 일반적으로 내연기관 엔진과 전기 모터를 함께 사용하며, 고속 주행이나 가속 시에는 내연기관 엔진을, 저속 주행이나 감속 시에는 전기 모터를 사용합니다. 내연기관 자동차보다 연비가 좋고, 배기가스 배출량이 적어 친환경적입니다. 또, 전기 모터를 사용하기 때문에 주행 중에 소음과 진동이 적어 승차감이 좋습니다.

 

다양한 하이브리드 구성 방식이 있으며, 주로 마일드 하이브리드와 풀 하이브리드로 나눌 수 있습니다. 각각의 시스템은 차량의 성능과 효율성을 다르게 향상하고 있습니다.

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하이브리드 자동차 원리

1. 마일드 하이브리드

마일드 하이브리드는 주로 모터가 시동 모터 또는 알터네이터 역할을 수행하며, 엔진에 약간의 힘을 보조하는 역할을 합니다. 이는 주로 연료 효율성을 향상시키는 데 중점을 둔 구성입니다. 엔진과 모터가 협력하여 운전 성능을 최적화하지만, 완전한 전기 주행은 아니며 일부 보조만 가능합니다.

 

48V 마일드 하이브리드

48V 마일드 하이브리드 시스템은 2015년 이후 고전압 모터를 도입함으로써 소형화되었으며, 안전을 고려하여 최대 전압인 48V를 차내에 적용하고 있습니다. 이 시스템은 전반적인 효율성을 향상시켜 일반 내연기관 차량과 풀 하이브리드 차량의 중간 정도의 성능을 제공하는 것으로 자동차 업계에서 인식되고 있습니다. 일부 48V 시스템은 저속 구간에서 전기 모터만을 활용하여 주행이 가능하며, 이는 12V 시스템에서는 어려웠던 기능입니다. 특히 내연기관이 저속에서 연비가 떨어지는 단점을 보완하여 48V 시스템의 효율성을 향상시켜줍니다. 이 시스템에서는 전동식 과급기의 도입이 기대되고 있습니다. 12V 시스템에서는 적정 RPM을 얻기 어려웠기 때문에 전동식 과급기는 여러 이점을 가지고 있음에도 불구하고 적용이 어려웠습니다. 그러나 48V 시스템에서는 전력 공급이 더 자유로워져서 전동식 과급기의 효과를 적극적으로 활용할 수 있게 되었습니다. 특히, 마일드 하이브리드 시스템은 디젤 차량에서 주로 개발되고 있습니다. 디젤 기관은 휘발유 기관에 비해 크기가 크고, 마일드 하이브리드의 간단하고 용적이 작은 구조는 디젤 차량에서 특히 효율적으로 적용될 수 있습니다.

하이브리드 자동차 뜻 원리 장점 단점

2. 풀 하이브리드

풀 하이브리드는 모터가 엔진이 완전히 꺼진 상태에서도 모터의 힘만으로 주행이 가능합니다. 이는 모터만으로 주행할 때에는 엔진의 진동과 소음이 없다는 장점이 있습니다. 주로 가솔린 엔진과 조합되며, LPG 엔진과도 조합될 수 있습니다. 디젤 엔진과의 조합은 효율성 측면에서는 좋지 않을 수 있습니다. 풀 하이브리드 시스템은 모터의 배치, 구동 방식, 설계에 따라 직렬, 병렬, 그리고 직병렬 하이브리드로 나눌 수 있습니다.

 

직렬 하이브리드

이 시스템은 엔진, 인버터, 그리고 모터가 직렬로 연결된 형태로 구성되어 있습니다. 여기서 엔진은 주로 발전기 역할을 하며, 디젤전기기관차와 유사하게 모터의 힘만을 이용하여 주행합니다. 이는 전기차에 발전용 엔진을 통합시킨 것으로 생각할 수 있습니다. 전기차의 장점을 최대한 활용하고 있어, 충전량이 충분하다면 엔진이 돌지 않아 소음이 감소하고, 모터의 특성상 최대 토크를 처음부터 발휘하여 뛰어난 가속 성능을 제공합니다. 또한, 배터리 충전과 모터 구동이 동시에 가능하며, 엔진과 바퀴를 직접 연결할 필요가 없어 변속기의 필요성이 없거나 최소한의 체결만 필요하므로 설계적인 자유도가 높습니다. 엔진은 주로 발전기 역할을 하기 때문에 운전 상황에 관계없이 항상 엔진의 RPM이 최고 효율 구간을 유지합니다. 급가속, 급정지, 신호대기 등의 주행 상황과 무관하게 항상 연비 주행 상태를 유지하며, 엔진 효율 자체가 우수합니다. 다만, 언덕이나 고속 주행 시에는 계속해서 높은 RPM으로 발전해야 하기 때문에 연비가 일시적으로 떨어질 수 있습니다.

주로 이러한 시스템은 대형 시내 버스, 전차(탱크), 디젤 기관차 및 중장비와 같은 크고 무거운 철도차량에서 채택되는 경우가 많습니다. 이는 대량 이동과 높은 토크가 요구되는 상황에서 이 시스템의 우수한 성능이 부각되기 때문입니다.

 

병렬 하이브리드

병렬 하이브리드는 엔진 주행과 모터 주행을 동시에 수행할 수 있는 효율적인 시스템으로, 모터의 위치에 따라 FMED(Flywheel Mounted Electric Device)와 TMED(Transmission Mounted Electric Device)로 나뉩니다. FMED는 엔진과 항상 연결되어 있어 모터만으로 주행할 수 없어 소프트형 하이브리드로 분류됩니다. 한편, TMED는 엔진과 분리되어 모터만으로 EV 모드 주행이 가능하여 하드형 하이브리드로 알려져 있습니다. TMED 방식은 주로 현대자동차에서 채택되고 있는 방식으로, 엔진과 모터가 유연하게 연결되어 다양한 주행 상황에 대응할 수 있습니다. 반면에 FMED 방식은 주로 혼다에서 선호하는 방식으로, 엔진과 모터가 상시로 맞물려 있어 일종의 소프트한 하이브리드 경험을 제공합니다. 최근에는 혼다도 i-MMD(인텔리전트 멀티 모드 드라이브) 직병렬 하이브리드로의 전환을 추구하고 있습니다. 이는 FMED 병렬 하이브리드를 거의 사용하지 않고 있으며, 더 효율적이고 성능이 우수한 시스템으로의 전환을 시도하고 있다는 추세입니다. 이로써 하이브리드 시장에서의 경쟁과 혁신이 더욱 높아지고 있는 것으로 볼 수 있습니다.

 

직병렬 하이브리드

직병렬 하이브리드는 혼다의 독특한 기술인 PSD(Power Split Device)를 적용한 차량에서 주로 사용되고 있습니다. PSD는 엔진, 모터, 그리고 여러 기어들이 복잡하게 얽혀있어, 차량이 다양한 상황에서 효율적으로 운전할 수 있도록 지원하는 혁신적인 기술입니다. 이 시스템은 주행 중에도 시동 모터와 발전기로 동작할 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 특히 배터리 충전이 필요한 경우에는 엔진을 활용하여 발전기 역할을 수행하며, 시동 모터로서도 사용됩니다. 이런 유연성 덕분에 정전이나 주행 도중 발전기 역할을 수행해 배터리 충전에 기여하는 등 다양한 상황에서 뛰어난 효율성을 보여줍니다. PSD 시스템은 주행 중에도 배터리 충전을 통해 최대 100%까지 높은 연비를 제공합니다. 이는 모터와 엔진이 상황에 맞게 협력하여 효율적인 주행을 가능케 하는 혁신적인 특성입니다. 특히 렉서스 UX의 경우, MG1 모터가 높은 충전 출력을 제공하여 탁월한 성능을 자랑합니다. PSD가 작동되는 방식은 주행 시작 시, 출발 및 저속 주행, 고속 주행 및 급가속, 회생제동, 그리고 후진 상황 등 다양한 주행 상황에서 유연하게 작동합니다. 이러한 다양한 상황에서 효율적으로 에너지를 활용함으로써 차량의 성능과 연비를 극대화하고 있습니다.

하이브리드 자동차 뜻 원리 장점 단점

하이브리드 자동차 장점과 단점

장점

높은 연비 & 주행거리 

연비가 높은 자동차를 선택하는 것은 기름값을 절약하는 것뿐만 아니라, 주유소 방문 빈도를 현저히 줄일 수 있는 장점을 제공합니다. 특히 중대형 차량에서는 연비가 높아질수록 주유소 방문이 거의 반으로 감소하게 됩니다. 하이브리드 차량은 45L의 기름통만으로도 1,000~1,200km의 최대 주행거리를 자랑하며, 이는 전기차와 비교해도 탁월한 성과를 보여줍니다. 또한, 하이브리드 자동차의 내연 기관은 최대 효율을 유지하도록 설계되어 있어 깨끗한 배기를 생산하며 연비 향상에 기여합니다.

안정적인 승차감 

하이브리드 차량은 무거운 배터리를 무게 중심으로 활용하여 안정적인 승차감을 제공합니다. 배터리가 차량의 하부에 위치하면 낮은 무게 중심을 유지하므로 안정성이 향상되며, 후륜에 가까운 배치로 인해 코너링 성능도 향상됩니다. 내연 기관의 적은 개입으로 인해 진동도 감소하며, 고중량의 배터리로 인한 추가 안정성이 더해져 뛰어난 승차감을 경험할 수 있습니다.

뛰어난 가속력

하이브리드 차량은 전기 모터의 특성으로 인해 우수한 가속력을 자랑합니다. 연비에 중점을 둔 모델부터 고성능 모델까지 다양한 차종에서 뛰어난 가속성능을 제공하며, 특히 프리미엄 브랜드에서는 하이브리드 모델이 높은 판매 비중을 차지하고 있습니다. 전기 모터의 최대토크 특성으로 인해 토크 곡선이 일정하고 가속력이 우수하며, 일부 하이브리드 모델은 동급 내연 기관 차량보다 연비가 더 뛰어납니다.

작은 소음

하이브리드 차량은 시동 시 전기 모터가 가동되어 거의 무음에 가까우며, 정속 주행 시에도 소음이 상대적으로 낮습니다. 최대효율 구간에서 움직이는 특성으로 인해 엔진 소음이 예측 가능하고, 고중량의 구조로 소음을 줄일 수 있습니다. 다만, 차종에 따라 소음 수준은 다를 수 있으므로 주의가 필요합니다.

전기차 & 수소차 비해 쉬운 접근성

하이브리드 차량은 전기차나 수소차에 비해 진입장벽이 낮습니다. 충전 인프라나 충전시간과 같은 부담 없이 휘발유 주유만으로 운전이 가능하므로, 전기차나 수소차와 비교하여 편리한 이용이 가능합니다. 또한, 전기차나 수소차의 대중화를 위해 필요한 인프라 투자가 하이브리드 차량에서는 필요 없다는 점이 큰 장점입니다. 유지비와 고장률 하이브리드 차량은 배터리 교체 주기로 인한 유지비 부담이 있을 수 있지만, 모터와 엔진이 번갈아가며 작동하므로 엔진 컨디션 유지가 용이하고, 회생제동 사용으로 브레이크 소모도 감소합니다. 기술 발전으로 배터리 수명이 길어지고 있어 비용 부담이 감소하고 있습니다.

 

단점

가격

하이브리드 자동차는 복잡한 구조와 배터리 등의 요소로 인해 생산 원가가 높아지면서 가격이 상승하는 경향이 있습니다. 일반적으로 동일 트림에 비해 20% 정도 비쌉니다. 지원금을 최대한 활용하고 옵션 차이를 고려하더라도 최소 10% 이상의 가격 차이가 발생할 수 있습니다. 특히 지원 종료 속도가 빠른 편이라, 구매 시 연비나 주행 성능 등의 장점이 이 가격 차이를 상쇄할 수 있는지 신중하게 판단해야 합니다. 감가상각이 고려되어야 하는데, 최근에는 하이브리드 자동차의 긍정적인 평가와 함께 감가상각이 가솔린 자동차와 유사하거나 더 낮아지고 있습니다. 따라서 목돈 부담이 없다면 주행성능과 감가상각을 고려해 하이브리드 차량을 선택하는 경우도 있습니다.

높은 중량

하이브리드 차량은 내연기관, 전기모터, 배터리 등이 합쳐져 높은 중량을 가지고 있습니다. 기술 발전에도 불구하고 내연기관 차량이나 전기차보다는 무게가 무겁습니다. 이로 인해 가속성능은 괜찮지만, 코너링 등에서 차량이 둔하다는 느낌을 받을 수 있습니다. 특히 오르막에서는 중량이 무거우며 엔진 출력이 낮아 성능이 감소하는 경향이 있습니다.

환경 부담

하이브리드 차량은 친환경 차량으로 인식되지만, 전기차에 비해 탄소배출이나 오염물질 배출에서는 뒤처지는 모습을 보입니다. 내연기관차보다는 40~70% 정도 효율이 좋다고 할 수 있지만, 전기차 수준의 친환경 차량으로는 분류되지 않습니다. 전기 충전에 사용되는 에너지 중 일부는 화석연료에서 나오기 때문에, 실제로 환경 부담이 완전히 해소되지 않는 측면도 고려해야 합니다.

 

 

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