하이브리드 자동차란? 종류, 방식, 그리고 작동 원리

하이브리드 자동차는 내연기관(ICE)과 전기 모터를 결합하여 연료 소비를 줄이고 배기가스 배출을 감소시킵니다. 하이브리드 시스템이 효율적일수록 더 강력한 배터리가 필요하며, 그 결과 가격도 높아집니다. 하이브리드 자동차가 어떻게 작동하고 무엇이 차별점인지 알아야 할 모든 것을 정리했습니다.

마일드 하이브리드와 풀 하이브리드: 무엇이 다른가?

전기 모터가 파워트레인에서 맡는 역할에 따라 하이브리드는 마일드와 풀이라는 두 가지 주요 범주로 나뉩니다.

• 마일드 하이브리드는 전기 모터를 내연기관의 보조 수단으로 사용합니다. 잘 알려진 예로는 Honda Insight 해치백이 있습니다. 전기 모터는 가속 시 도움을 주지만 단독으로 차량을 구동할 수는 없습니다.
• 풀 하이브리드는 내연기관을 전혀 작동시키지 않고도 전기 동력만으로 일정 거리를 주행할 수 있습니다. Lexus RX 400h가 이 유형의 대표적인 예입니다.

때때로 마이크로 하이브리드라고 불리는, 다소 모호하게 정의된 세 번째 범주도 있습니다. 이는 스타트/스톱 시스템을 갖춘 차량을 설명하기 위해 사용되는 마케팅 용어입니다. 그러나 이는 본질적으로 발전된 형태의 발전기에 불과하며, 바퀴에 토크를 전달하는 전기 모터가 없기 때문에 진정한 하이브리드 구성이라고 할 수 없습니다.

주요 하이브리드 파워트레인 방식 3가지

하이브리드 파워트레인은 직렬, 병렬, 직병렬이라는 세 가지 기본 구성으로 나뉩니다. 각각은 고유한 특성, 장점, 그리고 전형적인 사용 사례를 가지고 있습니다.

1. 직렬 하이브리드

직렬 하이브리드는 가장 오래된 구성으로, 1899년 페르디난트 포르쉐가 발명했습니다. 이 방식에서는:

• 바퀴는 전적으로 전기 모터에 의해 구동됩니다.
• 소배기량 내연기관이 발전기를 회전시켜 전기를 생산하며, 바퀴를 직접 구동하지는 않습니다.
• 전통적인 변속기나 고출력 내연기관이 필요하지 않습니다.
• 대용량 배터리(일반적으로 니켈 수소 배터리)가 필요합니다.

이 방식은 오늘날 승용차에서는 덜 흔하지만, 채석장 덤프트럭, 버스, 기관차에서 널리 사용됩니다.

2. 병렬 하이브리드

1905년 독일 엔지니어 앙리 피퍼가 특허를 받은 병렬 하이브리드는 오늘날 단연 가장 널리 사용되는 구성입니다. 거의 모든 마일드 하이브리드 차량의 기반이 됩니다. 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 강력한 전기 모터(일반적으로 10~15kW)가 가속 시 내연기관을 보조합니다.
• 전기 모터는 회생 제동을 통해 에너지를 회수하고 저장하기도 합니다.
• 일반적으로 CVT(무단 변속기) 또는 유성 기어가 사용됩니다.
• 동력원에는 리튬이온 또는 리튬 폴리머 배터리가 포함됩니다.
• 직렬 하이브리드에 비해 더 작은 배터리 용량이 필요하여 비용을 낮게 유지합니다.

Honda는 자사의 CR-Z 가솔린-전기 쿠페에 6단 수동 변속기를 장착하는 독특한 접근 방식을 취했습니다. 일부 자동차 제조업체는 또한 기존 배터리의 대안으로, 짧은 시간 동안 매우 높은 출력을 낼 수 있는 슈퍼커패시터를 모색하고 있습니다.

3. 직병렬 하이브리드

직병렬 구성은 두 방식의 요소를 결합한 것으로, Toyota Prius와 “h” 표기가 붙은 Lexus 모델들이 대표적인 예이며, 모두 Toyota 고유의 HSD(Hybrid Synergy Drive) 시스템으로 구동됩니다.

작동 원리:

• 유성 변속기가 내연기관과 전기 모터를 함께 또는 독립적으로 작동시킬 수 있게 합니다.
• 내연기관은 바퀴를 구동하는 동시에 발전기를 작동시킵니다.
• 전통적인 변속기가 필요하지 않으며, 대신 차량 내 전자 장치가 모터와 발전기의 속도를 조절합니다.
• 그 결과 부드럽고 효율적인 동력 전달을 제공하는 ECVT(전자식 무단 변속기)가 구현됩니다.

하이브리드 자동차는 어떤 엔진을 사용하는가?

대부분의 하이브리드 차량은 가솔린 엔진을 사용하며, 그중 다수는 앳킨슨 사이클로 작동합니다. 이는 압축 행정을 짧게 하여 열효율을 개선하고 배출가스를 줄이는 설계입니다. 덕분에 가솔린-전기 하이브리드는 연비와 환경 영향 측면 모두에서 뛰어난 성능을 발휘합니다.

그렇다면 왜 디젤-전기 하이브리드는 더 흔하지 않을까요? 몇 가지 주요 이유가 있습니다:

• 가장 큰 하이브리드 시장인 북미는 역사적으로 디젤 승용차의 보급률이 낮았습니다.
• 디젤 엔진은 가솔린 엔진보다 생산 비용이 더 비싸며, 이는 이미 상당한 하이브리드 가격 프리미엄을 더욱 높이게 됩니다.
• 가솔린 앳킨슨 사이클 엔진은 전기 모터와 결합될 때 이미 뛰어난 효율을 달성합니다.

이 글은 번역본입니다. 원문은 여기에서 읽을 수 있습니다: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4df5.html