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- 전기모터 힘만으로 시속 130㎞… 지붕에 태양광 패널 장착…

엔진-모터 친환경차 대중화
국산 HEV 6만2136대 팔려

엔진끄고 고속주행 ‘하드타입’
모터는 동력 보조만 ‘마일드’
외부전원연결 충전 ‘플러그인’

현대차, 올 하반기 코나 출격
토요타 ‘뉴 프리우스’ 연비좋아
혼다 ‘어코드’엔 모터가 3개
벤츠·BMW, 플러그인에 집중

자동차업계의 트렌드 중 하나는 ‘친환경차’다. 이제는 친환경 자동차라고 하면 배터리 전기차(BEV)나 수소전기차(FCEV)를 떠올리는 경우가 많지만, 여전히 가장 대중적인 친환경차는 하이브리드 전기차(HEV)다. 하이브리드(Hybrid)의 원래 뜻은 ‘잡종’ ‘혼성’이다. 자동차에서는 내연기관 엔진과 전기모터가 파워트레인(동력전달 계통)에 함께 적용됐다는 뜻이다. 한국자동차산업협회(KAMA)에 따르면 국산 HEV 판매는 2015년 2만9017대에 불과했지만, 2016년 4만6525대로 뛰었다. 지난해엔 6만2136대에 달했고, 올해도 1∼4월 기준 전년 동기 대비 15.6% 증가한 2만1521대가 팔렸다.

이미지 크게보기 토요타 뉴 프리우스(위 왼쪽부터), BMW 플러그인 하이브리드 스포츠카 i8 쿠페, 혼다 어코드 하이브리드(아래 왼쪽부터), 메르세데스-벤츠 C 클래스 플러그인 하이브리드 더 뉴 C 350 e. 각사 제공

◇하이브리드 시스템=HEV는 엔진과 배터리, 모터 등의 연결 방식에 따라 △직렬형 △병렬형 △직·병렬 혼합형으로 나뉜다. 직렬형은 엔진-발전용 모터-배터리-구동용 모터-구동축이 한 줄로 연결된 구조다. 엔진이 발전용 모터를 돌려 전기를 발생시키고 배터리에 저장한 다음, 이 전기에너지로 다시 구동용 모터를 작동시켜서 구동축을 돌린다. 이 과정에서 에너지 손실이 커 최근에는 거의 사용하지 않는다.

병렬형은 엔진과 모터가 나란히 배치되고, 엔진과 모터 사이에 엔진 클러치가 장착돼 있다. 클러치가 붙었다 떨어졌다 하면서 엔진의 힘과 모터의 힘을 번갈아 혹은 함께 쓰는 방식이다. 자동차 출발 및 저속주행 시에는 엔진 정지(엔진 클러치 개방) 상태에서 전기모터만으로 구동한다. 고속주행이나 오르막길 가속 때는 엔진 클러치가 연결돼 엔진과 모터가 동시에 구동한다. 병렬형의 가장 큰 특징은 모터 1개가 발전기와 동력 발생기 역할을 동시에 수행한다는 것이다. 현대차, 폭스바겐, 포르쉐, 아우디, BMW, 닛산 등이 이 방식을 적용하고 있다.

직·병렬 혼합형은 HEV의 ‘선구자’를 자처하는 토요타가 독자 개발한 시스템이다. 직렬형처럼 발전용 모터와 구동용 모터가 따로 있다. 발전용 모터는 전기 생산 역할을 주로 맡는다. 그런데 직·병렬 혼합형에서는 동력 발생기용 모터를 따로 배치, 동력분기장치와 구동용 모터를 통해 마치 병렬형처럼 엔진의 힘과 모터의 힘을 같이 사용하게 된다.

◇마일드 타입, 하드 타입, 플러그인 하이브리드=배터리와 모터가 구동력을 발생시키는 데 단순 지원 역할에 그치느냐, 직접 구동력을 발생시키느냐에 따라 마일드(Mild) 타입과 하드(Hard) 타입으로 구분된다. 하드 타입은 풀(Full) 타입이라고도 부른다. 마일드 타입은 배터리와 모터만으로는 주행이 거의 불가능하거나, 시속 30㎞ 이하에서만 가능하다. 반면 하드 타입은 특정한 상황에서 엔진을 끄고 배터리와 모터만으로도 달리는 전기차 모드를 쓸 수 있다. 고속 영역에서도 전기차 모드로 주행할 수 있다.

내연기관 사용을 최소화한다는 취지에는 하드 타입이 맞지만, 최근에는 부품 수가 적고 가격 경쟁력이 있는 마일드 타입도 주목받고 있다. 현대·기아차는 유럽에서 투싼과 스포티지에 48V 하이브리드 시스템을 탑재한 차를 팔고 있다. 아우디 등 주요 자동차 업체들과 보쉬, 델파이 등 부품업체들도 48V 배터리를 적용한 마일드 하이브리드 시스템 개발을 서두르고 있다.

HEV에서 한 단계 더 발전한 게 플러그인 하이브리드(PHEV)다. BEV와는 비교할 수 없지만, 일반 HEV보다는 더 긴 거리를 전기의 힘만으로 주행할 수 있다. 이를 위해 더 큰 용량의 고전압 배터리를 사용한다. BEV처럼 외부 전원을 연결해 충전할 수 있어 ‘플러그인(Plug-in)’이란 이름이 붙었다.

◇한·일은 하드 타입 HEV=현대차는 병렬형 하드 타입 HEV에서 앞서나가고 있다. 현대차는 세계 최초로 엔진 클러치를 개발해 2011년 쏘나타 하이브리드 양산에 성공한 바 있다. 그랜저 하이브리드는 지난 3월 국내에서 3061대가 팔려 국산 HEV 최초로 월간 판매 3000대를 넘겼고, 4월에는 3186대로 판매가 더 증가했다. 쏘나타 하이브리드는 지붕에 태양광 패널을 장착한 신모델 출시를 앞두고 있다. 현대차는 올 하반기에 코나 하이브리드, 내년에는 싼타페 하이브리드, 투싼 하이브리드 등을 시장에 투입할 계획이다. 현대차는 아이오닉, 기아차는 니로의 PHEV 모델도 판매 중이다.

직·병렬형 하드 타입 HEV를 만드는 토요타는 시장 선도 업체답게 거의 모든 차급에 하이브리드 모델을 갖추고 있다. 토요타는 국내에서도 소형차 프리우스, SUV 라브4, 세단인 캠리와 아발론 등의 하이브리드 모델을 판매하고 있다. 프리미엄 브랜드 렉서스로 확대하면 SUV NX와 UX, 세단 LS와 ES, 해치백 CT, 스포츠카 LC 등의 하이브리드 모델도 판매 중이다. 이달 국내 출시한 뉴 프리우스는 공인 복합 연비가 ℓ당 22.4㎞다.

혼다는 자사 하이브리드 시스템을 ‘스포츠 하이브리드’라고 부르는데, 모터 수에 따라 i-DCD, i-MMD, SH-AWD 등 3가지로 나뉜다. i-DCD는 엔진 1개에 전기모터 1개다. i-MMD는 하이브리드 전용 엔진에 전기 모터 2개를 조합했다. 어코드 하이브리드에 3세대 i-MMD가 적용돼 있다. 복합연비는 ℓ당 18.9㎞다. SH-AWD(4륜구동)는 전기모터가 3개나 들어간다.

◇PHEV에 집중하는 독일차=메르세데스-벤츠와 BMW는 PHEV로 친환경차 시장에 대응하고 있다. 벤츠는 지난해 4월 PHEV SUV인 ‘더 뉴 GLC 350 e 4MATIC’을 국내에 출시한 데 이어, 올해 4월엔 C 클래스 PHEV‘더 뉴 C 350 e’를 내놓았다. C 350 e의 전기모터는 순수 전기 모드에서 최고 시속 130㎞까지 낼 수 있다. 벤츠의 PHEV 기술은 ‘EQ 파워’로 불린다. 3세대 EQ 파워 기술이 적용된 E 클래스 PHEV ‘E 300 e’의 경우, 유럽 연비 측정 방식 기준으로 약 50㎞까지 순수 전기차 모드로 달릴 수 있다.

BMW는 내연기관 모델과 i 브랜드(BEV) 사이에 PHEV 브랜드 ‘i퍼포먼스(iPerformance)’ 모델을 선보이고 있다. 국내에서는 2015년부터 PHEV 스포츠카 i8의 판매를 시작한 데 이어, 지난해에는 X5 xDrive40e, 330e, 740e i퍼포먼스 등 3가지를 추가로 출시했다. BMW는 올해는 i8의 2인승 컨버터블 모델인 i8 로드스터도 국내에 출시했다. i8 로드스터는 ‘e드라이브 모드’에서 시속 120㎞까지 전기모터의 힘만으로 가속한다. BMW 코리아는 신형 5시리즈 PHEV 모델인 530e, 신형 7시리즈 PHEV 모델 745Le 등도 도입할 계획이다.

김성훈 기자 tarant@munhwa.com