병렬? 직병렬?…하이브리드 구동방식은 어떻게 다를까
지난해 국내에서 판매된 자동차 4대 중 1대가 하이브리드차일 정도로 한국은 '하이브리드 열풍'이다. 천정부지로 오르는 물가와 유가에 이동수단에 드는 비용이라도 줄이겠다는 소비 패턴이다. 하지만 연비 효율이 좋다는 것 외에 하이브리드차에 대한 설명은 어렵다. 지디넷코리아가 직접 정리해봤다. 내연기관과 배터리, 전기모터로 구성된 동력 시스템을 갖춘 차량을 하이브리드차라고 부른다. 현재 대표적인 하이브리드 형식은 병렬과 직병렬로 나눠진다. 병렬 형식은 현대자동차가 활용하는 것이 대표적이고, 직병렬은 토요타, 혼다, 르노 E-테크 등 대다수 완성차 제조업체가 채택하고 있다. 하이브리드는 통상 연비를 20㎞/ℓ를 이룰 수 있는 파워트레인이라고 부른다. 전기차와 비슷하지만, 내연기관 엔진이 없으면 구동이 불가능하기도 하다. 현대차와 기아, 토요타 등이 하이브리드에 오랜 투자 끝에 높은 수익성을 자랑하고 미래 동력을 키울 수 있었던 '황금열쇠'인 것이다. 어려운 하이브리드 종류…어떤 차이점? 크게 하이브리드는 직렬형과 병렬형, 두가지 장점을 합친 직병렬형으로 구성돼 있다. 직렬형 하이브리드 시스템에서 엔진은 전기모터를 구동하고 배터리를 충전하는 기능만 한다. 이를 통해 차량을 직접 구동하는 동력은 전기모터가 개입하는 방식이다. 병렬형 시스템은 엔진과 모터가 각각 휠에 동력을 전달하는 방식이다. 모터가 엔진의 힘을 어시스트하는 타입과 모터 구동력이 엔진과 별개로 휠을 구동하는 방식 두가지로 나눠지는데, 모터 크기에 따라 제약이 생긴다. 모터와 엔진이 각각 차량을 구동하지만, 필요에 따라 동력을 나눠 쓰는 방식이다. 직병렬 하이브리드 시스템은 직렬과 병렬의 장점만 모은 것이라고 할 수 있다. 병렬형과 같이 차량을 움직일 때 엔진과 모터를 개별로 구동할 수 있다. 또 운전 모드에 따라 엔진을 활용해 배터리를 충전할 수 있다. 한개의 엔진에 두개의 모터를 탑재한 시스템이다. 병렬형과는 다르게 변속기를 모터에 일체형으로 사용할 수 있어 모터 크기의 제약이 없어진다. 직병렬 하이브리드 시스템은 전기 모터가 차량을 구동과 발전을 함께 하고, 엔진도 차량 구동을 발전기 역할을 함께 할 수 있으며 필요에 따라 전기 모터와 엔진이 함께 구동해 연비효율을 극대화하는 방식이다. 하이브리드차가 일반 내연기관보다 연비효율이 높은 이유는 이 방식에 있다. 저속 시에는 엔진보다는 전기 모터를 사용해 높은 토크를 활용하고, 속도가 빨라지면 엔진과 모터를 병행으로 사용해 효율적인 주행을 할 수 있는 것이다. 또한 회생제동을 통해 배터리 충전을 자체적으로 해 연료 사용을 줄인다. 브랜드마다 다른 하이브리드 시스템…병렬과 직병렬 대세 국내 하이브리드 기술력으로 세계에서 인정받은 현대차그룹은 1995년 프로 엑센트를 기반으로 제작한 첫 하이브리드 콘셉트카 FGV-1가 시초다. 이후 오랜 노력 끝에 2011년 현대차그룹은 세계 최초로 병렬형 하드타입 하이브리드 시스템(TMED)을 탑재한 쏘나타 하이브리드와 K5 하이브리드를 내놨다. 당시 현대차의 하이브리드 기술력은 토요타 캠리 하이브리드보다 높은 연비효율을 자랑하기도 했다. 병렬형 하이브리드를 끊임없이 개발해 낸 현대차는 올해 2분기 신형 팰리세이드 하이브리드에 차세대 TMED-2를 탑재한다. TMED-2는 기존 TMED-1보다 엔진 구동을 보조하는 전기모터가 한 개 추가돼 더 큰 힘을 내고 더 많은 에너지를 발전할 수 있게 개발됐다. 또 전기차와 같이 V2L 기능을 사용할 수 있게 됐다. 차량 내부에 220V 코트를 꼽아 전력원으로 사용할 수 있게 된 것이다. 토요타는 '직병렬 하이브리드 시스템'의 대명사 같은 존재다. 1997년 프리우스 1세대 모델에 하이브리드 시스템을 세계 최초로 적용했고 이후 계속 발전하고 개선해 왔다. 토요타는 하이브리드 시스템을 모든 차종에 적용하면서 공용화했다. 직병렬형을 독자적으로 발전한 혼다는 i-MMD라는 명칭의 하이브리드 기술을 사용한다. 혼다와 토요타의 차이점은 토요타는 엔진과 2개 전기모터를 모두 동시에 사용하지만, 혼다는 가장 효율적일때에만 작동한다. 혼다 i-MMD 시스템은 구동력이 많이 필요하지 않은 저속의 경우 발전용 모터로 충전해 엔진 부하를 높이고 엔진을 최고 효율점에서 작동시킨다. 강한 가속의 경우에는 주행용 모터의 보조로 엔진 부하를 줄여주는데, 이 역시 엔진의 최고 효율점에서 엔진을 작동시킨다. 업계 한 관계자는 "토요타는 수많은 차종에 동일한 주행을 위해서 엔진과 하이브리드 시스템 효율을 신경 써서 개발해왔고 혼다의 경우 높은 기술력을 바탕으로 한 엔진에 하이브리드 시스템을 적합하게 설계한 것이 차이점"이라고 말했다. 르노코리아의 'E-Tech' 하이브리드 시스템은 직병렬 방식이다. 르노 그랑 콜레오스에는 100kW의 구동 전기 모터와 발전 기능을 겸하는 고전압 스타트 모터(60kW)로 이뤄진 듀얼 모터 시스템을 장착했다. 그랑 콜레오스는 특히 동급 모델 중 최고 용량의 배터리를 탑재해 전기로만 달릴 수 있는 거리도 길다. 한편 완성차 제조업체들은 전기차 둔화에 따라 내연기관 하이브리드 개발을 연장하고 있다. 토요타는 기존 하이브리드 시스템을 더 강화한 차세대 하이브리드 시스템을 새로 탑재할 예정이다. 현대차는 제네시스에 하이브리드를 출시한다는 계획이다.
