이미지 크게보기 ‘솔라루프’를 장착한 신형 쏘나타 하이브리드.

■ 車 충전기술의 진화

- 지붕 위 태양광 패널로 충전
6월 쏘나타 하이브리드에 장착
1시간만에 에너지 100Wh 저장
태양광으로 年1300㎞주행가능
내연기관에도 적용 CO2감축 효과

- 전동화 차량 회생제동시스템
가속페달 발 떼거나 브레이크땐
모터가 발전기처럼 배터리 충전
니로 EV 등 패들시프트 당기면
속도 줄어들고 정차까지도 가능

친환경차 배터리를 충전한다고 하면 보통 전기차에 플러그를 꽂은 모습 또는 최근 기술 개발이 한창인 충전 패드 방식 무선충전 이미지를 떠올리기 마련이다.

하지만 벌써 완성차에 적용되기 시작한 주행 중 충전 기술도 있다. 전기차의 모터를 꽉 채울 수준은 아니지만, 하이브리드차의 주행 거리를 더 늘리거나 내연기관 자동차의 배터리를 충전하는 데 필요한 정도는 이미 상용화 단계에 왔다.

◇태양광으로 자동차 충전 = 현대·기아자동차는 지난달 ‘2019 서울모터쇼’에서 지붕에 태양광 패널(솔라루프·Solar Roof)을 장착한 신형 쏘나타 하이브리드 모델을 공개했다. 6월쯤 출시될 쏘나타 하이브리드는 국내 양산차 중 최초로 솔라루프를 이용해 배터리를 충전하는 자동차다.

30일 현대·기아차에 따르면 신형 쏘나타 하이브리드의 연비는 이전 모델보다 10% 향상된 ℓ당 20㎞이고, 솔라루프로 생산한 전력을 이용해 연간 약 1300㎞를 달릴 수 있다.

앞서 현대·기아차는 지난해 10월 솔라차징시스템(Solar Charging System) 관련 기술을 공개했다. 솔라차징시스템 기술을 상용화해 주행거리를 연장하고 이산화탄소 발생을 줄임으로써, 친환경차 경쟁에서 앞서 나가겠다는 구상이다. 솔라차징시스템은 메인 동력을 보조하는 형태로 개발되고 있다. 전기차와 하이브리드차 같은 친환경 자동차는 물론, 일반 내연기관 자동차의 배터리도 충전해 연비를 높이게 된다.

솔라차징시스템은 솔라패널, 제어기, 배터리 등 3개 부분으로 구성된다. 솔라패널에서는 태양광이 태양전지(셀) 표면에 닿아 에너지가 발생한다. 100W급 솔라패널을 장착했을 때 시간당 100W(광량 1000W/㎡ 기준)를 생산한다. 1시간 동안 태양광을 받으면 100Wh 에너지를 저장할 수 있다는 의미다. 제어기에서는 최대전력점추적(MPPT)과 변압이 이뤄진다. MPPT란 솔라셀에 모인 전력의 효율을 높이기 위해 전압, 전류를 제어하는 것이다. 발전된 전력은 제어기를 통해 차량 기준전압으로 변경, 배터리에 저장되거나 엔진에 연결된 차량 교류 발전기 부하를 낮추는 데 쓰인다.

현대·기아차는 1세대 실리콘형 솔라루프, 2세대 반투명 솔라루프, 3세대 차체형 경량 솔라리드 등 3가지 형태의 솔라차징시스템을 개발 중이다. 1세대 솔라루프가 하이브리드차에 적용된다. 일반 자동차 지붕에 양산형 실리콘 태양전지를 장착한 형태다. 계절 및 사용환경에 따라 하루 30∼60%가량 배터리를 충전할 수 있다고 현대·기아차는 설명했다.

2세대 반투명 솔라루프는 내연기관 모델에 적용할 계획이다. 개폐형 옵션으로 개발해 파노라마 선루프에 장착할 예정이다. 내연기관 자동차의 내장 배터리 또는 추가적인 태양광 배터리를 충전한다. 현대·기아차는 내연기관 자동차에 솔라차징시스템을 확대 적용할 경우 이산화탄소 총량을 규제하는 글로벌 환경법규 대응에 유리해 수출 증대 효과도 거둘 수 있을 것으로 기대하고 있다.

친환경 모델에 적용하기 위해 선행연구 중인 3세대 차체형 경량 솔라리드는 출력을 극대화하기 위해 차량 리드(보닛 부분)와 지붕 강판에 태양전지를 일체형으로 구성하는 방식이다.

◇회생제동시스템 = 전동화 자동차에는 주행거리 연장을 위한 핵심 기술로 회생제동시스템이 탑재돼 있다. 하이브리드차, 플러그인 하이브리드차, 순수 전기차, 수소연료전지 전기차까지 배터리를 쓰는 모든 형태의 전동화 차량에 적용돼 있는 기술이다. 현대·기아차도 모든 친환경차에 회생제동시스템을 적용해 배터리 효율을 높이고 있으며, 최적제어기술을 구현해 주행거리 연장을 위한 핵심기술로 활용하고 있다. 특히 현대·기아차의 회생제동 기술은 하이브리드 시스템을 적용해 얻는 연비 개선 효과의 30% 이상을 맡고 있을 정도다.

회생제동은 제동할 때 발생하는 운동에너지와 열에너지를 전기 에너지로 변환, 운행 중에 실시간으로 배터리를 재충전하는 기술이다. 가속페달을 밟으면 전기모터가 차를 운행하기 위해 회전을 한다. 하지만 가속페달에서 발을 떼거나 브레이크를 밟게 되면 전기모터에 역방향의 힘이 걸리고 전류의 방향이 반대로 바뀐다. 전기모터가 출력장치가 아닌 발전기 역할을 하게 되면서 전기 에너지를 만들어 내는 것이다. 이 전기 에너지로 배터리를 충전하고, 다시 주행에 사용하면서 주행거리를 늘리는 게 회생제동시스템이다.

특히 최근 전기차는 회생제동 강도도 조절할 수 있다. 현대 코나 일렉트릭이나 기아 니로 EV 등은 패들 시프트(Paddle Shift)를 이용해 회생제동 수준을 0∼3단계로 변경할 수 있다. 패들 시프트를 당기면 감속이 이뤄지고, 계속 당기고 있으면 정차까지 할 수 있어 브레이크 페달을 사용하지 않는 ‘원 페달 드라이빙’도 가능하다.

김성훈 기자 tarant@munhwa.com