하이브리드라고 다 같은 하이브리드가 아니라고? (feat. 직렬, 병렬, 혼합, 플러그인, 마일드 하이브리드 차이점, 장단점 완벽정리)

 

안녕하세요. Pizza&Beer입니다.

오늘은 자동차를 소유하고 계산분들이라면 다들 관심이 많으실 하이브리드에 대해서 알아보겠습니다.

 

 

저도 오늘 자료조사하면서 하이브리드의 종류가 이렇게 많았는지 처음 알았습니다.

그렇다면 하이브리드의 종류에는 어떤 것이 있고, 어떤 차이가 있는지 오늘 포스팅을 통해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

하이브리드의 종류

풀 하이브리드(HEV : Hybrid Electric Vehicle) 소개

풀 하이브리드는 우리가 아는 기본적인 하이브리드 차라고 생각하시면 되겠습니다. 풀 하이브리드는 차량의 엔진과 전기모터가 따로따로 독립적으로 구동하기 때문에 엔진만 사용해서 주행하거나, 전기모터만을 사용해서 주행할 수도 있고, 엔진과 전기모터가 같이 구동하여 주행할 수도 있습니다. 

 

 

풀 하이브리드 차량이 구동하는 방식은 주가 엔진이고, 보조로 전기모터가 달려있다고 생각하시면 되겠습니다. 이로 인해 전기모터의 보조로 저속구간이나 적은 힘만으로도 주행이 가능할 경우에는 전기모터만을 이용해서 주행하기 때문에 엔진의 구동시간이 적어 연료 사용 절감효과를 볼 수 있는 것입니다. 

 

풀 하이브리드는 구조에 따라 직렬, 병력, 혼합 그리고 플러그인 하이브리드로 분류됩니다. 이에 대한 자세한 설명은 아래에서 다루겠습니다.

 

 

  1. 직렬 하이브리드

      1)  소개

 

직렬 하이브리드 차량 BMW 745LE

 

직렬 하이브리드의 작동 방식은 내연기관이 발전기를 구동시키고, 그렇게 구동된 발전기가 모터를 구동하는 방식이라고 생각하시면 되겠습니다. 쉽게 생각하면 엔진은 발전기를 구동시키기 위한 역할만 수행하고, 발전기에서 만들어진 전기는 축전지에 저장되어 주행 때 사용하게 되는 것입니다.  

 

 

       2)  작동방식

작동방식을 좀 더 살펴보면 자동차가 움직일 때 처음에는 전기모터로 자동차를 움직이는데 주행하면서 자동차가 더 큰 힘을 필요로 하면 모터가 더 큰 에너지를 발휘하게 됩니다. 전기 모터는 더 큰 에너지를 발휘하기 위해 전기에너지를 더 많이 쓰게 되고, 이로 인해 축전지.

 

 

즉, 배터리에 저장된 전기의 충전량은 떨어지게 됩니다. 그래서 이때 배터리를 충전하기 위해 엔진이 구동하게 되고, 엔진이 구동되면 발전기로부터 전기가 발생되어 다시 축전지에 전기가 저장되는 방식입니다.

 

       3)  대표적인 차량

그렇다면 직렬 하이브리드 차량에는 어떤 것들이 있을까요?

 

대표적인 직렬 하이브리드 차량은 추신수 선수가 몰고 다니는 BMW의 745Le가 대표적인 직렬 하이브리드 차량이라고 볼 수 있겠습니다. 745e의 연비는 14.2km/L이며 플러그인 하이브리드 차량으로 완충했을 경우에는 전기로만 무려 35km를 갈 수 있다고 합니다. 하지만 차량가격이 1억 6천만 원 정도라고 합니다.

 

 

       4)  장점

직렬 하이브리드의 장점은 모터와 엔진이 각기 독립적으로 작동하기 때문에 전체 구동에너지를 담당하는 전기모터는 구동축과 가까운 곳에 배치하고, 엔진은 아무 곳이나 배치해서 크게 상관없기에 자동차 설계 시 편한 장점이 있습니다.

 

 

또한, 엔진은 보통 효율이 좋은 곳에 배치되어 작동되기에 운동에너지에서 전기에너지 변환 효율이 좋은 지점에서 배터리를 충전할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

       5)  단점

단점으로는 자동차 전체 에너지를 모터 혼자 담당하고, 때로는 큰 힘을 요구하기에 큰 전기모터가 필요하고, 이로 인해 배터리의 용량과 엔진의 크기도 커지는 단점이 있습니다.

 

 

 

  2. 병렬 하이브리드

      1)  소개

 

병렬 하이브리드 차량 기아 니로 하이브리드

 

직렬 하이브리드에서는 엔진의 역할이 발전기를 구동하는 역할에만 국한되어 있었다면 병렬하이브리드는 엔진과 전기모터 모두로 자동차를 움직일 수 있다는 차이점이 있습니다.

 

이는 엔진이 자동차의 구동축에 바로 연결되어 있기 때문에 엔진에서 발전기로 발전기에서 축전지로 갈 필요 없이 엔진에서 만들어진 에너지를 전기에너지로 변환하지 않고, 바로 자동차를 움직이는 에너지로 활용합니다.

 

 

       2)  작동방식

병렬 하이브리드 차량은 출발과 저속 주행 등 대체로 적은 힘을 요구하는 구간에서는 전기모터만을 사용하여 자동차를 움직이고, 일정 속도 이상이나 큰 힘을 요구하는 구간에서는 엔진을 사용해서 주행하게 됩니다.

 

 

요새 국산차 업체들에서는 이런 병렬 하이브리드 방식을 사용하여 하이브리드 차량을 출시하고 있습니다.

 

       3)  대표적인 차량

대표적인 차량으로는 현대의 아반떼 하이브리드, 코나 하이브리드, 투싼 하이브리드 등이 있고, 기아에서는 니로 하이브리드, k8 하이브리드 등이 있습니다. 국산차에 들어가는 하이브리드는 대부분 병렬 하이브리드 방식이라고 보시면 되겠습니다.

 

 

       4)  장점

병렬하이브리드의 장점으로는 처음에 전기모터를 이용하여 엔진시동을 걸기 때문에 시동 간 연료 소모와 배기가스 배출을 최소화시킬 수 있으며, 앞에서 말한 직렬 하이브리드에 비해 크기와 용량이 적은 모터와 배터리를 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 

 

 

또한, 직렬형 하이브리드에 비해 에너지 변환 손실이 적은 편이고, 유독가스 배출량이 가솔린 자동차 대비 약 10%로 정도로 배기가스 배출이 적다는 장점이 있습니다.

 

       5)  단점

단점으로는 직렬형 하이브리드보다 엔진의 크기가 커야 하기에 자동차의 탑재성이 나쁘며, 동력 전달 시스템의 구성과 제어가 복잡하다는 단점이 있습니다.

 

 

 

  3. 혼합 하이브리드

      1)  소개

 

혼합 하이브리드 차량 도요타 프리우스 하이브리드

 

혼합 하이브리드 방식은 직렬과 병렬이 혼합하여 사용되는 방식으로 직병렬 하이브리드라고도 불립니다. 혼합형 하이브리드는 차량 한 대에 가솔린 엔진 1대, 2개의 전기모터로 구성되어 있습니다. 

 

       2)  작동방식

혼합형 하이브리드 방식은 탑재된 2개의 전기모터가 각각 구동용, 발전용 또는 구동과 발전이 모두 가능한 형태로 탑재되어, 상황에 따라 전기모터로만 주행할 수도 있고, 엔진이 직접 주행에 관여할 수도 있습니다. 

 

2개의 전기모터 탑재로 병렬 하이브리드 방식의 가장 큰 단점인 모터로 주행하고 있을 때 충전이 안 되는 현상을 다른 모터 1개로 충전하며 주행할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

 

       3)  대표적인 차량

대표적인 차량으로는 도요타의 차량들이 있으며 모델로는 캠리 하이브리드, 프리우스 하이브리드 등이 있습니다.

 

 

       4)  장점

혼합 하이브리드의 장점은 직렬과 병렬이 모두 탑재되어 있기에 양쪽의 장점을 갖고 있다는 장점이 있습니다.

 

 

그렇기에 직렬시스템의 경우에는 정지와 운행이 반복되는 도심 운전에서는 연비가 우수하고, 병렬 시스템은 도심 운전에서는 연비가 낮지만 고속도로 주행 시에는 연비가 높다는 장점이 있습니다. 이 두 시스템의 장점을 모두 합한 것이 혼합시스템의 장점이라고 볼 수 있겠습니다.

 

       5)  단점

단점으로는 혼합 하이브리는 직렬 하이브리드처럼 별도 차량 설계를 필요로 하기에 일반 내연기관 자동차에는 적용이 어렵다는 단점이 있습니다.

 

 

 

  4. 플러그인 하이브리드(PHEV)

      1)  소개

 

플러그인 하이브리드 차량 볼보 XC90 플러그인 하이브리드

 

플러그인 하이브리드(PHEV) 방식은 직렬, 병렬, 또는 혼합형 하이브리드와 달리 자동차에 대용량 배터리가 탑재되어 있어 충전 플러그를 연결해서 배터리를 충전시킬 수 있는 하이브리드 차량입니다.

 

플러그인 하이브리드는 대용량 배터리가 탑재되어 있어 완충됐을 경우에 다른 하이브리드 방식 차량과 비교해 봤을 때 전기모터만 사용해서 주행할 수 있는 거리가 훨씬 길지만 하이브리드 차량 사이에서도 가격이 높은 편에 속해 부담이 있다는 단점이 있습니다.

 

 

       2)  작동방식

플러그인 하이브리드 자동차는 배터리를 완충시킨 후 출발하면 처음 40km 전후까지는 배터리의 힘만으로 주행하는 전기차모드로 주행하며, 그 이후에는 배터리 충전량을 일정 수준으로 유지하면서 우리가 아는 하이브리드 모드로 주행합니다.

 

 

이로 인해 전기차 모드와 하이브리드차 모드로 변환을 통해 전기차의 짧은 주행거리를 극복하면서도 연료소모 없이 30 ~ 40km가량을 주행할 수 있습니다.

 

       3)  대표적인 차량

대표적인 차량으로는 볼보 XC90 플러그인 하이브리드, BMW 330e, 530e  등이 있습니다.

 

 

       4)  장점

플러그인 하이브리드의 장점은 약 40km가량을 전기모터로만 주행이 가능하기 때문에 평소 출퇴근 거리가 40km 이내이며, 매일 전기 충전이 가능하다면 전기 충전비를 제외하고 별도의 유류비가 지출되지 않는다는 장점이 있습니다. 

 

또한, 전기차 대비하여 주행거리나 활동 범위가 작다 보니 배터리 열화가 덜해서 폭발할 위험이 더 적다는 장점이 있습니다.

 

 

       5)  단점

단점으로는 전기차의 차주들보다 훨씬 부지런해야 합니다. 40km가량의 주행거리라는 연비효율을 체감하기 위해서는 매일매일 충전을 해야 한다는 단점이 있습니다. 플러그인 하이브리드의 배터리는 구조상 급속 충전이 불가하며 완속 충전으로만 충전이 가능하기에 다른 전기차들보다 충전 시간이 더 오래 걸린다는 단점이 있습니다.

 

 

또한, 대용량 배터리가 탑재되어 있어 공차 중량이 무거운 편이며, 일반 내연기관, 다른 하이브리드 방식의 차량과 비교하여 가격이 더욱 비싼 편입니다.

 

 

  5. 마일드 하이브리드

      1)  소개

 

마일드 하이브리드 BMW 330e 하이브리드

 

지금까지는 풀하이브리드 방식의 종류에 대해서 살펴보았으면 모터가 실제로는 주행 보조 역할만 담당하는 마일드 하이브리드 방식도 있습니다.

 

마일드 하이브리드는 전기모터로만 주행이 불가능하고, 엔진으로 주행하는 것을 보조만 할 뿐 직접 개입하지 않기에 내연기관에 비해 15% 정도의 연비절감 효과만 있을 뿐 큰 연비절감 효과는 기대하기 어렵습니다.

 

요새 차량들에 대부분 탑재된 옵션인 스탑 앤 고 기능(신호등이나 정체 시 차량이 멈추면 시동을 완전히 껐다가 다시 출발하면 시동이 켜져서 연료의 낭비를 줄이는 기능)도 마일드 하이브리드 기술의 대표적인 기능 중 하나입니다. 

 

 

       2)  작동방식

마일드 하이브리드는 전기 모터를 구동목적이 아닌 보조역할만 할 수 있도록 전기 모터를 적용한 하이브리드 시스템이며 내연 기관에 있는 스타터 모터, 공기 흡입과 압축 펌프, 터보 등 다양한 엔진 구동을 위한 부하를 48V 전력의 전기 모터를 이용해 부하를 해소하여 엔진성능을 높인 시스템입니다.

 

 

       3)  대표적인 차량

대표적인 차량으로는 볼보 S60, 벤츠 GLC, 벤츠 C클래스, 랜드로버 디스커버리 등 유럽 제조사에서 쉽게 찾을 수 있습니다.

 

 

       4)  장점

마일드 하이브리드의 장점은 48V 배터리, 전기모터를 사용하는 간단한 하이브리드 시스템으로써 풀 하이브리드 시스템과 달리 차량가격에서 약 30% 정도 저렴합니다.

 

 

또한, 스탑 앤 고 기능 등 여러 가지 연비 절감 기능의 탑재로 내연기관 대비 연비가 10 ~ 15% 정도 상승하며, 배출가스는 15% 정도 절감이 된다는 장점이 있습니다.

 

       5)  단점

단점으로는 풀 하이브리드 차량 대비 연비가 낮고, 일반적인 내연기관과 별다른 큰 차이가 없는 시스템이기에 소비자가 체감하는 하이브리드 시스템의 큰 변화를 찾기 어려운 단점이 있습니다.

 

 

 

마무리하며 

오늘은 이렇게 다양한 하이브리드 시스템에 대해 알아보았는데요. 필자도 다음차량으로 하이브리드 차량을 알아볼 만큼 고유가 시대에 하이브리드 차량의 인기는 나날이 높아지고 있다는 것을 체감할 수 있습니다.

 

혹시라도 하이브리드 차량 구입에 대해 알아보고 계시는 분들은 이 포스팅을 읽고 구입에 조금 더 도움이 되었으면 좋겠습니다. 오늘도 포스팅 읽어주셔서 감사합니다 :)

 

 

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