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원테크입니다!!

미국 대통령 취임식이 얼마 남지 않았네요 ??

다음주 테마 두번째 포트톨리오는 하이브리드입니다!!

하이브리드 자동차 (Hybrid electric vehicle)는 내연기관과 전기모터를 사용하는 자동차로서 두가지를 사용한다는 뜻에서 하이브리드라는 이름이 붙었다.

사실 전기에너지를 자동차에 접목시키는 기술은 내연기관 자동차가 나오기 이전에 이미 사용되고 있었다. 하지만 그 당시에는 배터리 기술이 충분하지 않았고 내연기관엔진에 비해 편의성이 떨어져 주목받지 못했다.

근래에 들어와서 배터리 기술이 많이 발전했지만 역시 전기 에너지 만을 가지고 자동차를 효율적으로 굴리기란 한계가 있었다. 그래서 등장한것이 내연기관가 전기 에너지를 적절히 사용하는 하이브리드 자동차이다.

현재 하이브리드 자동차의 선진국은 일본이다. 일본의 자동차 업체들은 하이브리드 자동차에 대한 특허의 90%를 소유하고 있을 만큼 독보적인 기술을 자랑한다.

하이브리드 자동차에 대해 간단히 아래 그림에서 보는 바와 같이 내연기관과 트랜스 미션 사이에 전기 모터를 부착하여 엔진의 동력에 전기 모터의 동력을 더해 사용하는 것이다. 이를 위해서 당연히 전기모터에 전원을 공급해주는 배터리가 필요하게된다.

혼다 시빅 하이브리드 자동차의 엔진과 전기모터

하이브리드 자동차는 아래 그림과 같이 크게 직렬형 하이브리드 시스템과 병렬형 하이브리드 시스템으로 구분된다. 직렬형 하이브리드 시스템은 그림에서 보듯이 내연기관은 발전기역할만을 하고 전기 에너지 만을 이용해 모터를 구동하여 자동차를 운행할 수 있다. 가장 큰 장점은 내연기관은 발전기의 역할만을 수행하므로 배기량이 그렇게 크지 않아도 되는 장점이 있고 최근에는 배터리의 발달로 인해 플러그인 개념이 도입되어 가정의 전기를 이용하여 배터리를 충전하여 사용할 수 있어 가솔린을 전혀 태우지 않고도 일정기간 주행을 할 수 있는 장점이 있다. 병렬식 하이브리드 시스템은 주로 엔진을 이용하여 자동차를 구동하면서 전기 모터가 보조적인 역할을 수행한다는 점이다. 많은 힘을 필요로 할 때는 배터리에서 전기 에너지를 가져와 모터를 구동하여 엔진의 구동력을 합하여 큰 출력을 낼 수 있고 저속구간에서는 전기 에너지만을 이용하여 주행 할 수 있다. 병렬형 하이브리드 시스템은 100% 전기 에너지를 이용하여 구동을 하지 않기에 일반 내연기관 자동차를 몰던 사람들에게 운전의 이질감이 없는게 가장 큰 장점으로 꼽히며 일반주행에서도 큰 불편함 없이 자동차를 운행할 수 있다. 직렬형 하이브리드 시스템은 열효율적인 측면에서만 보면 분명 효율적이지 못한 시스템이지만 최근에 배터리의 발전으로 플러그인 시스템을 도입하여 가솔린 엔진의 구동 없이 배터리에 충전된 전기 에너지만으로 50~60km를 주행 할 수 있다. 즉 다시 말해 일상적인 출퇴근 시에는 한방울의 기름도 사용하지 않고 차를 운행할 수 있다는 장점이 있다.

또다른 하이브리드 시스템은 병렬형 방식의 하이브리드 시스템과 거의 같지만 일종의 전략이 가미된 하이브리드 시스템이다. 아래 그림에서 처럼 엔진의 동력과 모터의 동력은하나로 모아져 사용하게 되는데 이때 주행상황에 따라 적절한 동력 분배가 이루어진다. 이것이 바로 동력분배 전략으로서 도요다에서는 Power Split 이라고 부른다. 다시 말해 차량이 급가속이나 언덕을 올라가는 상황처럼 출력이 많이 필요한 경우에는 모터가 동력을 보조하여 출력을 향상시키고 반대로 감속이나 내리막길 주행같은 상황에서는 차량의 관성으로 회전하는 모터가 발전기 역할을 수행하여 전기 에너지를 배터리에 저장하는 회생제동 전략을 가미하여 자동차의 주행 효율을 높인다.

아래 그림은 혼다 시빅의 동력분배 전략을 나타낸 그림으로 주행상황에 따라 모터의 동력보조 및 회생제동에 의한 배터리 충전을 자세히 나타내주고 있다.

하이브리드 자동차의 동력 효율을 높이는 동력분배 전략이나 모드 방식 하이브리드 시스템 같은 기술적 내용들은 따로 주제를 삼아 포스팅을 할 생각이다. 여기선 그냥 전반적인 내용만을 다룰 것이다.

도요다 프리우스는 세계 최초의 양산형 자동차로서 하이브리드 자동차의 선구자이다. 이차가 처음 미국에 등장했을 때는 못생긴 외모를 갖은차로만 인식되어 그리 큰 주목을 받지 못했다. 사실 등장 배경도 미국 캘리포니아 주법의 강력한 정책때문이기도 했다.

1992년 미국의 캘리포니아는 1998년까지 각 자동차 메이커에게 캘리포니아에서 판매되는 자동차 판매량의 2%를 완전 무공해차로 판매할 것을 자동차 회사들에게 요구했었다. 결국 이 법은 기술상의 문제로 연기되긴 했지만 어쨌든 프리우스의 양산화를 앞당긴 원인이 아니라고는 할 수 없다.

현재 많은 자동차 회사들이 하이브리드 자동차를 만들어 판매하고 있다. 이름은 제각각 다르지만 기본 원리는 비슷하다.

앞서 잠깐 언급했듯이 최근에는 배터리의 비약적인 발전으로 인하여 플러그인 하이브리드 자동차가 주목받고 있다. 기본적으로 가정의 아웃렛을 이용하여 배터리를 충전하여 사용하는 개념의 플러그인 하이브리드 자동차는 한번 충전으로50~60km를 주행 할 수 있기 때문에 일반적인 출퇴근에서는 단 한방울의 기름도 사용하지 않고 주행할 수 있는 큰 장점이 있다.

아래 그림은 플러그인 하이브리드 자동차 Chevrolet volt 컨셉트카의 절개도이다. 프레임 가운데를 가로지르는 리튬이온 배터리는 한번 충전으로 최대 60km를 주행 할 수 있고 1리터 엔진을 이용하여 발전기를 돌리면 장거리 운행도 가능하다고 한다. 즉 그림에서 보이는 엔진은 차량을 구동 시키기 위한 엔진이 아닌 단지 발전기를 돌리기 위한 엔진임셈이다. 여담으로 놀랍게도 이 차에 사용된 배터리가 LG의 배터리라고 한다.

Chevrolet volt concept car

아래 사진은 내녀에 양산될 볼트의 모습이라는데 GM이 요즘 많이 어려운데 과연 제대로 출시할 수 있을지...

하이브리드의 핵심부품을 만드는 성문전자 쓸어 담읍시다^^