요즘 기존 내연기관 자동차에서 전기 자동차로 넘어가는 과도기 시점이라고 생각합니다. 그러나 전기 자동차로의 완벽한 이동을 하기에는 높은 가격, 만족스럽지 않은 주행거리, 충전 시간 및 충전 인프라 부족 등 어려움이 아직 많이 있습니다. 이러한 시점에 하이브리드(Hybrid) 자동차는 그에 대한 충분한 대안이 될 수 있다고 생각합니다. 따라서 이번 글에서는 요즘 다시 주목받고 있는 하이브리드(Hybrid) 자동차 기술의 역사와 그 종류, 각각의 특성에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
하이브리드(Hybrid) 자동차의 역사
하이브리드(Hybrid) 자동차의 시작
최근 하이브리드 자동차의 관심이 높아지면서 하이브리드 기술이 최근 기술이라 생각하기 쉽지만, 하이브리드 기술은 이미 100년 그 이전에 시작되었습니다.
최초의 하이브리드 자동차는 1899년 페르디난트 포르셰 (Ferdinand Porshe)에 의해 제작되었으며, 1900년 파리 자동차 전시회에서 첫선을 보였습니다. 시스템 로너-포르셰 믹스테(System Lohner-Porsche Mixte)라 불리는 이 시스템은 실린더 하나의 가솔린엔진을 사용하여 자동차의 전륜을 구동하는 전기 허브 모터에 동력을 공급하는 방식이었습니다. 믹스테(Mixte)는 당시 새로운 기술에 대한 호평으로 300대 이상 생산, 판매되었으나, 1904년 당시 헨리 포드(Henry Ford)는 최초의 대량 자동차 조립 라인(Assembly Line)을 시작하면서 기존 내연기관 차량의 생산성을 크게 향상해 경제성을 크게 확대했으며, 이는 하이브리드 기술의 발전은 멈추게 했고, 결국 1920년대 중반에 아쉽게도 하이브리드 자동차는 세상에서 사라지게 되었습니다.
관심의 재 시작
1960년대 환경 문제가 대두되면서 미국 의회는 대기 오염을 줄이기 위한 법안을 도입하게 되었으며, 1973년 중동 석유 파동으로 휘발유 가격이 치솟는 상황에서 하이브리드 자동차에 대한 관심이 다시 높아졌습니다. 이후 25년 동안 자동차 제조업체는 하이브리드 기술의 연구 및 개발에 수십억 달러를 투자했으나 화석 연료의 의존성을 낮추고 가격과 성능 면에서 기존 내연기관 차량과 경쟁할 수 있는 차량은 개발되지 못하다가, 1995년 도요다(Toyata)는 일본 동경 모터쇼에 프리우스(Prius) 하이브리드(Hybrid) 콘셉트카(Cocept Car)를 처음으로 선을 보였으며, 1997년 일본에서 프리우스(Prius)를 정식 출시함으로써 내연기관 차량에 대한 대안을 처음으로 마련할 수 있었습니다.
일본 도요다 (Toyota) 프리우스(Prius)의 탄생
1997년 도요다에서 출시한 프리우스는 가솔린 엔진과 전기 모터를 결합하여 놀랄 만큼 연비를 향상시켰으며 배출가스를 크게 줄이는 최초의 대량 생산 하이브리드 자동차가 되었습니다. 또한 혁신적인 디자인과 기술은 빠르게 전 세계의 주목을 받으며 하이브리드 차량, 친환경 차량의 대명사가 되었습니다.
혼다 2 도어 세단 인사이트(Insight) 출시
도요다 프리우스가 출시된 이후 1999년에 인사이트(Insight)를 출시하였습니다. 당시 인사이트는 하이브리드 기술의 다양성을 확보하는데 도움이 된 또 다른 초기 하이브리드 차량이었습니다. 도요다 프리우스만큼 성공은 못했지만 Insight는 하이브리드 차량 역사의 중요한 이정표로 남아 있다고 생각합니다.
최근 하이브리드 자동차의 기술의 발전
지난 20년 동안 하이브리드 자동차 기술은 상당한 발전을 이루었으며 효율성과 환경에 대한 영향도 더욱 향상되었습니다.
배터리 기술의 발전
배터리 기술은 니켈수소(NiMH) 배터리에서 리튬이온 배터리로의 전환으로 인해 에너지 밀도가 증가하고, 무게가 가벼워졌으며, 수명이 길어지면서 하이브리드 차량의 연비와 성능이 크게 향상되었습니다.
엔진 효율성의 개선
엔진 기술도 최근 몇 년간 크게 발전했습니다. 제조 업체들은 마찰을 줄이고 연소를 최적화하여 전반적인 엔진 효율성을 향상시키는 혁신적인 방법들을 개발하였습니다.
회생 제동
하이브리드 기술의 가장 중요한 요소 중 하나는 회생 제동입니다. 이 혁신적인 시스템은 제동(Braking) 중에 생성된 에너지를 다시 배터리에 저장하는 기술입니다. 이는 연비를 향상시킬 뿐만 아니라 브레이크 시스템의 수명을 연장시켜 환경적이며, 소비자에게 하이브리드 자동차를 더욱 매력적으로 만드어 줍니다.
하이브리드 자동차의 종류
직렬 하이브리드(Series Hybrid)
직렬식 하이브리드 자동차는 엔진이 발전기 역할을 하여 필요시 배터리를 충전하며 배터리로부터 받은 에너지를 이용하여 전기 모터가 자동차를 구동시키는 시스템입니다. 따라서 항상 자동차는 전기 모터에 의해 구동되게 된다.
장점은 엔진을 구동축과 물리적으로 직접 연결할 필요가 없기 때문에 구조가 단순하고 자동차 레이아웃 설계에 유리한 점이 있으나, 전기 모터에 의해 자동차가 구동되기 때문에 큰 구동력과 주행 성능을 위해서는 배터리와 모터의 용량, 또 엔진의 용량까지도 커져야 하는 단점이 있다.
병렬 하이브리드 (Parallel Hybrid)
병렬 하이브리드 자동차는 엔진과 전기 모터가 자동차의 다양한 주행 조건에 맞게 함께 또는 독립적으로 자동차를 구동시키는 시스템입니다. 장점은 다양한 주행 조건에 따라 최적의 동력 분배가 가능해 연료 효율이 높습니다. 그래서 많은 차량에 적용 중인 하이브리드 방식입니다.
직병렬 하이브리드
병렬 하이브리드와 직렬 하이브리드를 통합한 시스템이라 할 수 있으며, 풀 하이브리드(Full Hybrid)라고도 부른다. 다양한 주행 조건에서 최적의 주행 성능을 보이며, 연료효율도 높다. 단 필연적으로 구조가 복잡하고, 무게가 증가하게 되는 단점이 있습니다.
마일드 하이브리드 (Mild Hybrid)
마일드 하이브리드 자동차는 내연기관에 의해서만 자동차의 구동이 이루어지고, 단지 출발 및 저속 주행 시 전기 모터를 사용하여 엔진의 보조 역할만 하는 시스템입니다. 주로 유럽 자동차에서 많이 적용하는 시스템으로 유럽 환경 법규를 맞추기 위해 만든 시스템이라 생각됩니다.
플러그인 하이브리드 (Plug-in Hybrid)
플러그인 하이브리드는 내연기관과 모터로 자동차를 구동시키는 일반 하이브리드와 비슷한 시스템입니다. 다만 말 그대로 외부에서 배터리가능합니다. 배터리를 충전한 후 모터로만 주행하다가 배터리의 충전 용량이 소비되면 내연기관이 개입하여 자동차를 구동시키는 시스템입니다. 보통 전기 구동만으로 50 ~ 60Km 정도를 주행할 수 있어 일반 하이브리드 자동차 보다 진일보한 친환경 자동차로 평가받고 있습니다.
글을 마치며
지금까지 자동차 산업에서 친환경 역사를 이끌어 왔던 하이브리드 자동차의 역사, 그리고 종류 및 각각의 특성 대해서 논해 보았습니다. 글을 작성하면서 저 또한 모르는 많은 지식을 얻을 수 있었습니다. 여러분에게도 도움이 됐으면 하는 바람입니다. 현재가 기존 내연 기관 자동차에서 전기 자동차로 넘어가는 과도기가 아닌가 생각이 됩니다. 하지만 아직 전기자동차를 이용하는 데는 높은 가격, 크게 만족스럽지 않은 일충전 주행거리 및 충전 인프라의 미비 등 어려움이 많습니다. 이러한 시기에 하이브리드 자동차는 일정 부분 중요한 역할을 할 것이라 생각합니다. 감사합니다.
