1. 개요
친환경차 중 두 가지 이상의 구동계를 사용하도록 만들어진 자동차. 약칭으로 하브라고 부르는 경우도 많다. 보통은 전기모터를 같이 쓰며, 전기자동차와는 달리 내연기관 엔진을 함께 사용한다. 대개는 종래의 검증된 석유( 가솔린, 디젤)를 사용하는 엔진을 채용한다. 일반적으로 엔진과 모터의 비율에 따라서 세 종류의 하이브리드로 구분된다. 보통은 연비를 높이기 위해 이러한 형태를 취한다. 그러나 기술적인 문제로 기계식 동력 계통을 사용하기 어려울 때 하이브리드 기관을 사용하기도 한다. 하이브리드 자동차로 불리기 위한 필수 조건은 배터리와 전기모터를 갖추고 있어야 한다는 것이며, 배터리와 전기모터만으로 구동되는 차는 순수한 전기차이지만, 거기에 기존 방식의 내연기관을 함께 갖추고 있기 때문에 순수하지 못한 전기차(하이브리드) 또는 순수하지 못한 내연기관 자동차(하이브리드)라 하여 하이브리드 자동차라 하는 것이다.내연 기관이 비효율적으로 움직일 때, 전기 모터가 보충하는 원리이다. 하이브리드 기관은 주로 가솔린 기관에 쓰인다. 가솔린 기관의 최대 효율 구간은 상대적으로 협소하기 때문에 전기 모터 기관이 들어감으로써 효율이 높아지기 쉽기 때문이다.
2. 역사
1899년 페르디난트 포르셰가 내놓은 믹스테(Mixte)가 최초. 프랑스어로 '혼합된'이란 뜻으로 하이브리드와 뜻이 비슷하다. 4개의 바퀴마다 독립된 인휠 전기 모터가 독립적으로 구동되었다. 내연기관은 오직 전기만 충전하는 용도[1]였다. 믹스테는 최고 시속 60km에 달했고 랠리에 참여해 기록을 세우기도 했으며 당대는 여러 구동 기관이 난립하던 때여서 순수 전기 기관에서 증기 기관까지 온갖 자동차가 다 있었다.2차대전 당시 중구축전차, 초중전차 등 당시 기술 수준에서 매우 무거운 전차를 만들려 할 때 시험적인 설계에 사용되었다. 유명한 6호 전차 티거의 포르셰 프로토타입인 VK 45.01(P)와 사상 최중량의 전차인 초중전차 마우스를 비롯하여 중구축전차인 엘레판트나 영국의 TOG, 소련의 IS-6(오비옉트 253)도 하이브리드 기관을 가졌다. 당시의 소재 기술, 가공 기술로는 70~200톤에 달하는 엄청난 중량을 감당할 기계식 내연기관 변속기를 만들기 어렵기에 궁여지책으로 택한 방식이다. 변속기 대신 채용된 셈이므로 연비, 효율성, 내구성 따위는 저 멀리 허공에 던진 물건이다. 당시 하이브리드 엔진은 걸음마 단계에 전동기 효율도 그리 좋지 못하였으므로 성능 자체도 기존 변속기보다 나을 것은 없는데 신뢰성도 낙제점이었고 당연히 정식 채택에도 큰 어려움이 따랐다. 다만 엔진 구동의 개념은 비슷하므로 현대의 하이브리드 엔진과는 구조가 유사하다.
현대적인 하이브리드 자동차의 시초는 1997년에 출시된 토요타 프리우스이다. 프리우스가 등장했을 때는 아직 배터리의 낮은 에너지 밀도가 해결되지 않았을 때였다. 충전 인프라 또한 부족했다. 석유파동 때문에 기존의 주유소를 이용할 수 있으면서도 높은 연비를 요구하며 친환경적인 차량을 요구하던 시장에 부합했던 것이다. 리튬 전지가 대중화된 지금도 배터리의 에너지 밀도 문제는 완전히 해결되지 않아 한동안은 하이브리드 차량을 만날 수 있을 것이다.
스포츠카 브랜드들도 혼다 NSX, BMW i8, 포르쉐 918 스파이더, 라페라리, 맥라렌 P1 등의 하이브리드 모델을 내놓고 있다. 또한 이러한 흐름은 모터스포츠 또한 예외는 아니라 F1은 2009년부터 하이브리드를 선택 가능하게 했고 2014년부터는 하이브리드를 의무화했다. 재밌는 점은 2014년 부터는 희생제동뿐만 아니라 배기가스도 배터리 충전에 사용하고 있다.[2]
대한민국 최초로 민간인에게 판매된 하이브리드 자동차는 토요타의 프리미엄 브랜드인 렉서스의 RX 400h고 동시에 대한민국에 최초로 수입된 하이브리드 차량이기도 하다. 2006년 1월에 출시됐고 3.3L V6 가솔린 자연흡기 엔진에 MG1(발전용모터) 140마력, MG2(구동용모터) 165마력, MGR(후륜모터) 65마력의 사륜 구동 직병렬 하이브리드 사양이다. 가격은 8천만 원에 공인 복합연비는 무려 12.9km/L로 당시 3,000cc 이상의 차량 중에선 거의 최고의 연비를 보유했다. 또한 제로백도 7.4초로 기록되는 등 준수한 성능도 보여줬다. 당시 출시됐을 땐 일반 가솔린 모델인 RX 330/350과 디자인 차이도 거의 없으면서 공차중량 2톤이 넘어가고 18인치 휠에 사륜 구동인데도 공인연비는 12.9km/L를 기록해 꽤나 여러 언론에서 각광을 받았다. 그러나 그 당시 하이브리드 자동차의 인지도가 그렇게 유명하진 않아서 판매량은 영 좋지 못했다. 1년에 평균 53대를 판매했는데 애초에 렉서스 측에서도 판매 목표 대수를 대략 4~50대 정도로 잡고 있었다고 한다. 렉서스에서도 이를 바탕으로 2007년에는 LS 600hL과 GS 450h를 연달아 출시하는 등 하이브리드 판매를 포기하지 않았고 마침내 2013년 국내 수입 하이브리드 베스트셀러인 ES 300h를 출시해 대박을 쳤다.[3]
국산차 중에서 2009년 아반떼와 포르테 하이브리드가 대중에 판매된 최초의 하이브리드 차량이다. 사실 그 이전에도 베르나, 클릭, 프라이드에 하이브리드 모델이 있었으나, 관공서, 학교 등에만 제한적으로 판매됐다.
현재 현대자동차그룹에서 생산하는 승용차 중 제네시스(G90 LWB 제외), K9, 모하비 등 후륜 구동 기반 차량이나 K3를 제외하고는 대부분 하이브리드를 선택할 수 있도록 하고 있다.
2010년 중반 즈음까지 출시된 하이브리드 모델의 경우, 일반 모델과 외관 차이가 나게 디자인됐다. YF~LF 쏘나타나 TF~JF K5, 8세대 캠리 등은 전면 디자인을 차별화하고 클리어 테일램프가 들어가는 등 차이를 뒀다.
그러나 대다수의 하이브리드 모델 구매자들이 이러한 디자인 차이를 선호하지 않는 것으로 드러났다. 시장 반응에 맞춰, 2010년대 중반 이후로 'HYBRID' 레터링 부착 이외에는 일반 내연기관차와 거의 같은 디자인으로 출시됐다. 2019년 그랜저 IG 페이스리프트부터는 아예 레터링조차 없다. 따라서 하이브리드 전용 휠[4]이 장착되는 정도를 제외하고는, 하이브리드 자동차는 외관상 일반 내연기관차와 거의 구별하기 어렵다.
2023년 대한민국 기준으로 하이브리드 자동차의 판매 점유율은 높아지고 있다. 2019년 6월 국산차 판매량 12만 2,187대 중 하이브리드 자동차는 6806대 판매되어 2019년 6월 판매 대수 중 약 5.6% 정도 판매되었으나, 2023년 10월 기준으로는 11만 4,574대 중 하이브리드 차량은 2만 5,585대로서 22.3% 까지 점유율이 높아졌다. 2023년에는 22%로 결정된 ‘연간 저공해자동차 및 무공해자동차 보급목표’에 포함되어 있다. #
유럽에서는 2035년부터 탄소 배출이 없는 차량만 판매 가능하다는 법안이 통과되어 하이브리드 자동차까지 같이 퇴출될 예정이나, 독일을 중심으로 반발하자 합성 연료(E-Fuel)는 허용하는 방안으로 한 발 물러났다. 이후에도 전 세계적으로 전기자동차에 대한 수요가 감소하고 탄소배출도 전기차와 내연기관차가 큰 차이가 없다는 의견마저 속속 등장하면서 하이브리드 자동차에 대한 수요는 당분간 계속될 것으로 추측되고 있다.
3. 종류
3.1. 풀 하이브리드
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| 토요타 프리우스의 하이브리드 엔진-모터-변속기 세트. 직병렬 하이브리드에 해당하며 모터 단독 작동을 위한 클러치가 있다. 최대 출력은 53kW이다. |
하이브리드 구성에는 다양한 방식이 존재하는데 크게 마일드 하이브리드와 풀 하이브리드로 구분할 수 있다. 마일드 하이브리드는 모터가 시동 모터 또는 알터네이터 역할을 겸하며 약간의 힘을 단순히 엔진에 보조하는 역할에 그친다. 풀 하이브리드는 모터가 엔진이 완전히 꺼진 상태에서 모터의 힘만으로 일정 속도까지 가속, 주행이 가능하다. 모터로만 주행하고 있을 땐 (전기차와 마찬가지로 엔진이 작동하지 않아) 엔진에 의한 진동과 소음이 없다는 장점도 있다.
기본적으로 풀 하이브리드는 가솔린 엔진과 조합되며 디젤과의 조합에선 효율이 좋지 않다. 디젤 엔진은 크기가 커서 좁은 엔진 룸에 전기 모터 등을 모두 넣기가 어렵고 디젤 엔진과 모터가 저속 영역에서 최대 토크를 발휘하는 중복되는 특성,[5] 디젤의 힘이 떨어지는 고속 영역에서는 모터도 힘이 같이 떨어진다는 점 등 차량 효율을 높이기 위한 목적으로는 서로 맞지 않는다.[6] 이런 이유로 가솔린 하이브리드는 가솔린 엔진과 모터가 상호보완적인 조합으로 여겨진다. 일부는 LPG 엔진과도 조합되기도 한다.
풀 하이브리드 시스템은 모터의 배치, 구동 방식, 설계에 따라 직렬과 병렬, 그리고 직병렬 하이브리드로 나뉜다. 3가지 방식은 구현 방법에서 상당한 차이를 보이며 기술적으로 서로 전혀 다른 장점과 단점을 갖는다.
기술 계통에 대한 개략적인 설명은 링크를 참조하기 바란다. 하이브리드 자동차 원리 및 종류
3.1.1. 직렬 하이브리드
엔진과 인버터, 모터가 직렬로 이뤄진 시스템으로 엔진은 발전기 역할만 하며 디젤전기기관차처럼 모터의 힘으로만 달리는 방식이다. 전기자동차에 발전용 엔진을 넣었다고 생각하면 쉽다.[7]그래서 전기차의 장점을 두루 가지고 있는데 배터리 충전량이 충분하다면 엔진이 돌지 않아 소음이 적고 처음부터 최대토크를 낼 수 있는 모터의 특성상 차급에 비해 가속 성능이 대단히 좋다. 충전과 모터 구동이 동시에 가능하며 엔진과 바퀴가 직접 연결될 필요가 없어 변속기가 없거나 2단 정도로만 체결 하는 등 다른 하이브리드 방식에 비해서 설계가 자유로운 편이다. 엔진은 발전기 역할만 하므로 사람이 어떻게 운전을 하든 항상 엔진의 RPM이 최고 효율 구간으로 유지된다. 급가속, 급정지, 신호대기 등 주행 상황과 상관없이 엔진은 항상 연비 주행 상태이므로 엔진 효율 자체는 우월하다. 물론 언덕이나 고속 주행 시에는 지속적으로 높은 RPM으로 발전해야 하기 때문에 연비가 떨어진다.
주로 이 경우는 대형 시내버스/ 광산용 초대형 덤프트럭/ 전차(탱크)/ 디젤 기관차및 디젤동차 등 철도차량같이 크고 무거운 중장비에 채택되는 경우가 많다.[8] 그 이유는 디젤-전기식 변속기는 기계식 변속기보다 내구성이 좋아 고출력 파워트레인에 적합하기 때문이다. 배터리까지 붙인 하이브리드 방식의 철도차량은 일본의 키하 E991계, 상업 운전용 차량으로서는 키하 E200계가 첫 양산 사례가 된다.
일반 양산 승용차에는 닛산이 2016년에 2세대 노트 페이스리프트 버전에 탑재한 e-Power 파워트레인이 최초다. 1.2 리터 3기 자연흡기 엔진을 발전기로 사용해서 배터리에 저장한 다음 리프에서 가져온 모터와 제어 장치를 통해 주행하는 방식을 사용한다. 해당 파워트레인은 이후 세레나와 킥스에도 동일한 파워트레인을 얹어 하이브리드 모델로 판매했다. 차이점은 배터리 용량과 모터의 출력이 약간 달라진 것뿐, 대부분의 부품 공용화로 원가 절감을 이뤄냈다. 이후 3세대 노트에는 휘발유차를 폐지하고 오직 2세대 e-Power 파워트레인만 발매되었다.
처음에는 연비 문제가 컸었지만 점차 개선되는 중이다. 낮은 연비는 주로 배터리가 작아서 엔진이 효율 구간에서만 작동되지 않는 이유 때문이다. 최근에는 배터리 성능이 개선됨에 따라, 상대적으로 큰 용량의 배터리를 넣어서 연비를 개선한다. 사실 어떤 형태의 하이브리드 자동차라도 큰 배터리를 넣으면 연비가 개선되는 효과가 있다. 배터리에 여유가 있으면 엔진을 가능한 효율 구간에 작동하도록 조정할 수 있다.
3.1.2. 병렬 하이브리드
병렬 하이브리드는 엔진 주행과 모터 주행을 동시에 실시할 수 있다. 병렬식 하이브리드는 모터의 위치에 따라 FMED(Flywheel Mounted Electric Device)와 TMED(Transmission Mounted Electric Device)로 분류된다. FMED는 엔진과 상시 맞물려 있기에 모터만으로 주행할 수 없어 소프트형 하이브리드, TMED는 엔진과 분리되어 모터만으로 EV 모드 주행이 가능하여 하드형 하이브리드라고도 불린다.모터의 위치에 따라 P0~P4까지 세분화되어 있다.
- FMED
- P0: 엔진의 액세서리 벨트
- P1: 엔진의 크랭크샤프트
- TMED
- P2: 변속기의 입력축
- P3: 변속기의 출력축
- 기타
- P4: 후륜 차동기어
TMED는 현대자동차가 쓰는 방식이고, FMED는 혼다에서 주로 쓰는 방식이다. 그러나 혼다도 이제 FMED 병렬 하이브리드는 거의 만들지 않고 i-MMD 직병렬 하이브리드로 갈아타고 있는 추세다.
P0+P2
현대자동차그룹의 주력 하이브리드 형태다.
제어 장치는 주행 상태나 배터리 컨디션에 따라서 클러치를 붙였다 떼고, 모터를 개입시키든가 축전기 모드로 바꾸든가, 혹은 모터는 유휴시키고 엔진만 움직이든가 한다. 짐작할 수 있듯이 각 기구들이 유기적으로 동작되어야 하므로 제어 장치의 역할이 매우 중요하다.
구조를 간략하게 설명하면 이렇다. 맷돌을 돌리는 사람이 있다고 치자. 작은 요정이 그에게 와서 맷돌 손잡이에 손을 얹고는, 맷돌 돌리는 사람의 힘이 넘칠 때는 손만 올리고 자신의 체력을 좀 비축하겠다고 한다. 대신 맷돌이 뻑뻑할 땐 비축된 힘으로 도와주겠다고 한다. 요정이 눈치껏 손잡이에 손을 댔다 뗐다 개입하고 어떤 때는 사람이 손을 떼고 요정이 혼자 돌리기도 한다. 이렇게 일정한 힘으로 효율적인 맷돌질이 가능하다.
여기서 맷돌 돌리는 사람은 엔진, 요정은 모터, 손잡이는 클러치다.
장점은 기존 자동차와 파워트레인 레이아웃이 흡사하여 개발비를 아낄 수 있다는 점이다. 따라서 다양한 파워트레인을 선보일 수 있고 변속기가 기본적으로 탑재되기 때문에 전륜엔 공간 때문에 고출력 모터를 못 넣는다 쳐도 후륜에 고출력 모터를 달아서 고성능 하이브리드로도 만들 수 있다. 모터도 한 개만 들어가 비용면과 경량화에 유리하다. 그와 동시에 모터나 엔진 단독으로만 움직일 수 있는 등의 풀 하이브리드 자동차의 특성을 모두 누릴 수 있다. 형식만 따지자면 HSG (Hybrid Starter Generator)라는 모터가 엔진시동용으로 있긴 한데 본격적인 동력보조나 발전은 못한다. 따지고 보면 그냥 엔진차에도 모터는 시동용으로 다 들어가 있다.직병렬 하이브리드에선 필요 없는데 이유는 시동용 모터는 제대로 된 발전 담당인 MG1 모터가 그 역할을 수행하기 때문이다.
단점도 있다. 엔진과 변속기 사이에 모터를 위치시키는 설계로 인해 모터의 크기를 일정 수준 이상 키울 수 없는 구조적 문제가 있다. 직병렬 하이브리드에 비해 모터 출력이 낮아(대략 50마력 내외의 모터가 탑재되며 직병렬 하이브리드와 비교하면 2배 이상 차이난다) 모터만으로 가속 가능한 속도가 낮고 모터만으로 주행 가능한 거리도 짧다. 이 때문에 중저속 주행이 많은 시내 주행 효율을 일정 수준 이상 높이기가 어렵고 엔진 개입이 자주 일어나게 된다. 그래서 하이브리드임에도 순수 내연기관 자동차와 마찬가지로 정속 주행으로 엔진 효율을 높일 수 있는 고속 주행 연비가 시내 주행 연비보다 더 좋은 의외의 상황이 발생한다. 그리고 결정적으로 직병렬보다 효율이 살짝 떨어진다.
고속연비가 시내연비보다 절대적 수치는 앞선다 할지라도 상대적 연비절감효과는 시내주행에서 더 크게 나타난다. 왜냐 하면 그냥 엔진차도 고속 연비는 어차피 잘 나오니까. 예를 들어 가솔린 2.0엔진의 중형세단의 연비는 보통 시내주행 10km/L 이하, 고속주행 10km/L대 중후반인 반면 동급 하이브리드 중형세단은 구형모델도 시내는 10km/L대 중반, 고속은 20km/L 초중반대로 나타난다. 절감률을 따지면 시내주행은 50% 이상, 고속주행은 30% 이하로 장거리 고속주행 운전자보다는 단거리 시내주행이 많은 운전자에게 더 경제성이 있음을 알 수 있다.
다만 작은 모터나 배터리, 저속모드 연비 등의 단점은 모터나 배터리 원가를 아낄 수 있는 것에 비하변 크지 않은 편이다. 승용차 수준에서는 원가가 낮은 소형 모터와 소용량 배터리로도 효율이 올라가긴 올라가니까. 병렬 하이브리드 시스템은 내연기관의 효율이 낮은 구간을 모터가 보조하는 식으로 이루어진다.[9] 이때 내연기관 효율이 낮은 구간은 저속 구간이며, 저속 구간은 작은 전기 모터 정도로 충분한 동력을 낼 수 있다.
이 단점이 두드러지는 분야는 중량이 큰 차나 상용차 분야다.[10] 구현에도 문제가 많아서 CNG 버스 소수 기종 외에는 상용화된 사례가 적다. 이는 하이브리드 상용차들이 공통적으로 가지는 문제이긴 하다. 때문에 상용차는 전기자동차로 바로 이동하는 경향이 보인다. 수소차는 연료충전이 문제라 상용화 된 경우가 없다.
사용되는 배터리가 제한적이다. 병렬 하이브리드 특성상 기관에서 발생하는 전기량이 들쭉날쭉하고 주기적인 충전이 어렵다. 이때는 니켈 계열 배터리는 잦은 충방전이 이루어지면 성능이 급격하게 나빠진다. 잦은 충방전에도 성능이 잘 유지되는 리튬 계열 배터리 채용이 거의 필수적이며 이는 가격 상승으로 이어진다.
직병렬 시스템과 비교하면 하나의 모터만 탑재되고 이것이 발전기 역할도 겸한다. 때문에 모터의 힘으로 주행할 땐 엔진이 돌더라도 충전을 못 한다는 지적이 있다. 뭐 굳이 따지고 들자면 HSG로 엔진과 모터 둘 다 구동에 사용될 때도 충전이 약간 가능하긴 한데 실용적으로는 별 의미가 없다.
모터 작동시 충전이 거의 안되는 것이 단점이라 보기 어렵다는 주장도 있다. 하이브리드 자동차는 내부적으로 여러 모드로 운행되고 이 중에서 모터 운행 중 동시 충전은 여러 모드 중 하나일 뿐이라는 것. 그리고 복잡함을 감수하고 모터 주행 중 충전 모드 하나를 넣을 이유가 없다는 점과 필요한 비용, 중량 증가를 감안하면 이것은 단점도 장점도 아니게 된다는 의견이다.
그러나 이것은 이론적이나마 그렇다는 것이지 실제로 병렬식이 직병렬식에 비해 시내 연비가 그렇게 높지 않은 이유가 바로 여기에 있다. 직병렬식은 단순히 충전용 모터 1개가 더 추가된 것이 아니다. 구동용 MG2와 엔진 그리고 PSD까지 굉장히 유기적으로 연결돼 있다. 게다가 사륜 구동 하이브리드조차 자동차 정 가운데를 가로지르는 프로펠러 샤프트 없이 오직 첨단 전자 장비(PCU)에 의존하므로 시스템적으로나마 복잡한 건 사실이지만 그렇다고 해서 별도의 운전 중 충전 모드 중 하나일 뿐이라는 주장은 직병렬 하이브리드를 제대로 이해하지 못한 사람들의 주장일 뿐이다. 병렬식은 앞에서 나와 있듯이 모터가 1개(HSG 제외)뿐이라 발전과 구동이 동시에 불가능하다. 그렇다는 것은 주기적인 하이브리드 배터리 충전이 어렵다는 것이고 그렇게 된다면 모터보단 배터리 충전을 위한 엔진 개입의 비중이 더 늘어나고 고속 주행이 불가능한 시내에선 상대적으로 직병렬보단 연비는 떨어질 수 밖에 없다. 그래서 주행 중 충전이 불가능하다는 건 엄연한 단점이다. 토요타가 병렬 하이브리드를 잘 못 만들어서 직병렬로 밀고 가는 게 아니다.
그리고 일본차가 공인연비보다 실연비가 잘 나온다는 인식이 그냥 나온게 아니다.[11] 같은 차급끼리 비교하자면, 현대 쏘나타 하브(디 엣지)랑 토요타 캠리 하브(23년식 XLE)를 비교해도 공인 연비는 17.1km/L(1등급)으로 같지만 당연하게도 시내 연비에서 캠리가 17.3km/L, 쏘나타가 16.8km/L를 기록했다. 그러나 병렬 하브의 장기라 할 수 있는 고속 연비는 역시 캠리가 16.8km/L, 쏘나타가 17.4km/L를 기록했다. 다만, 둘 다 과급 방식은 자연흡기로 같지만 캠리는 배기량이 무려 2.5L고, 당연히 출력이나 토크 부분에선 캠리 엔진이 앞선다. 쏘나타 하브 2.0L 엔진과 비교해서 캠리 엔진은 배기량이 높은데도 불구하고 공인연비는 비슷하고, 실연비 쪽은 오히려 캠리 쪽이 더 높게 나온다는 의견도 많다. 공차중량도 쏘나타가 1,585kg, 캠리가 1,635kg으로 캠리가 더 무거운데도 말이다. 둘 다 18인치 타이어 기준으로 공식 홈페이지를 참조해 비교하였다. 쏘나타, 캠리.
덧붙이자면 TMED의 경우 엔진 주행 중 충전은 가능하다.[12] 엔진이 구동되고 모터가 보조할 시 엔진과 벨트로 연결된 HSG가 돌아가서 발전을 하기 때문이다. FMED의 경우 클러치가 모터와 변속기 사이에 있어서 주행 중 충전이 불가능하다.
현대자동차의 하이브리드 시스템 역시 모터로 주행하는 동안 엔진을 통한 충전도 가능하게 묘사된다. 물론 엔진이 무조건 구동에 직접 참여해야 된다. 이것이 가능하다면, HSG(Hybrid Starter Generator) 동작일 수 있다. 스타터 모터, 발전기의 일종으로 마일드 하이브리드에 들어가는 부품을 여기에서도 채용한 것이다. 더 정확히 말하자면 일반 내연기관에도 들어간 알터네이터를 직병렬의 MG1 모터와 유사한 역할을 하도록 개조한 것이다. 그러나 알터네이터와는 다르게 수랭식 냉각 시스템을 탑재했다. MG1과 유사하게 엔진 동작 시 배터리 충전이 가능하고 하이브리드 시동도 HSG가 담당한다. 그러나 HSG는 배터리에게 공급할 수 있는 최대 충전 출력이 13kw밖에 안되고 차량 변속을 위한 모터로도 쓰이지 않는다는 것과 MG1은 유성 기어와 맞물려 있어 상황에 맞게 돌아갈 수 있는데 HSG는 엔진이 구동되면 벨트로 연결돼 있기 때문에 무조건 돌아가야 한다는 점이 차이점. 참고로 MG1의 최대 충전 출력은 차량마다 다르겠지만 평균 30kw 이상이다. 그리고 구동 모터 MG2와 차량 변속을 담당하기도 한다(e-CVT).
2015년 전후로 기술이 완숙되어 연비, 주행 능력 양쪽에서 실용적인 문제는 거의 줄어들었다고 여겨진다. 동체급, 동일 타이어 인치수 기준 직병렬 하이브리드 차량과 비교해서 연비는 유사하거나 살짝 떨어지는 정도로 현대자동차가 많이 따라 왔다. 그러나 아직까지는 그래도 직병렬의 효율이 우수하다는 것이 중론. 한때 현대 아이오닉 하이브리드가 토요타 프리우스를 연비에서 능가했다고 홍보했던 적이 있다. 그러나 2017년 전후로 토요타가 TNGA 플랫폼과 다이내믹 포스 엔진 개발의 성공으로 5세대 프라우스는 지금 아이오닉 후속으로 나온 CN7 아반떼 하이브리드 블루 트림(북미에서만 판매되는 트림으로 옵션보단 연비에 치중한 트림이다)을 가볍게 이긴다. 연비는 참고로 아반떼 하이브리드 블루는 54MPG, 프리우스는 57MPG이다. 그래도 소비자 입장에서는 주행에 이상 없고, 연비만 좋다면 기술적인 문제는 어떻든간에 만족할 것이다.
최근에 직병렬의 강자였던 토요타도 병렬 하이브리드를 만들기 시작했다. 현재 한국에서 판매하는 대표적인 차량이 토요타 크라운 2.4 듀얼 부스트 하이브리드와 렉서스 RX 500h F SPORT 퍼포먼스가 있다. 모두 268마력의 2.4T I4 엔진과 후륜에 고출력 모터가 탑재돼 합산출력 371마력을 발휘하는 고성능 하이브리드로 출시된다. 현대와 동일하게 엔진과 모터를 결합할 수 있는 클러치와 한개의 모터, 그리고 6단 자동변속기가 탑재된다. 토요타에선 이를 하이브리드 맥스라고 한다.
3.1.3. 직병렬 하이브리드
두 가지 방식의 혼용이다. 토요타 프리우스에 채용되며 가장 유명해진 덕분에 토요타는 자사의 프리미엄 브랜드인 렉서스에도 많이 채용하며, 혼다, 르노 등은 특허를 우회해서 사용한다. 공학식 용어로는 동력 분기식 하이브리드(직렬 병렬 복합식 하이브리드)라고 하며 해외에선 Power Split Type 하이브리드라고도 한다.병렬 하이브리드처럼 엔진이 직접 자동차의 구동에 관여할 수 있고, 직렬 하이브리드처럼 모터의 힘만으로도 움직일 수 있고, 전기차 수준의 급가속도 가능하다. 병렬 하이브리드와 달리 2개의 모터가 필수로 들어가며 예전에는 시스템에 따라 구동용, 발전용 모터가 각각 들어갔었지만, 현재는 구동과 발전을 모두 할 수 있도록 만들어졌다. 그리고 무엇보다도 엔진이 구동에 참여하지 않아도 발전을 할 수 있다.[13]
2개의 모터는 MG1, MG2라고 하는데 여기서 MG는 모터(전동기)와 발전기를 뜻하는(Motor Generator)의 머릿글자에서 따온 것이다. MG1은 주행 중 발전으로 배터리 충전뿐만 아니라 시동을 걸때 시동 모터로도 사용되며 MG2도 구동에만 사용되는 것이 아닌 회생제동 시 돌아가 발전기 역할도 담당을 한다. 따라서 각각의 역할은 정해져 있지만 한 기능에만 치우쳐지지 않고 복합적으로 작동한다. 덕분에 모터로 주행 중이거나 엔진이 개입했을 때도 발전기 모터(MG1)를 돌려 배터리를 충전 할 수 있다. 내연기관만 사용했을 때보다 최대 100%가량 높은 연비를 보인다고 한다. 특히 렉서스 UX 기준 MG1 모터는 178 마력 당 131kW의 충전 출력을 배터리에 공급해준다고 한다.
토요타와 혼다의 직병렬 하이브리드 같은 경우 별도의 변속기는 탑재되지 않는다. PSD라고 불리우는 유성 기어 세트+하이브리드 제어 장치인 PCU(Power Control Unit)+2개의 모터가 변속기를 대신해 엔진 속도를 조절하는 방식으로(기어비는 고정), 이것을 토요타에서는 e-CVT라 부른다. 명칭 때문에 기자들이나 자동차 커뮤니티에서 조차 벨트 또는 체인으로 구동되는 CVT가 들어간다고 혼동하는 경우가 많으며 실제로 나무위키에도 잘못 서술된 문서가 많다.
구동 방식을 간략히 설명하면 이렇다. 맷돌을 돌리는 사람이 하나 있고, 큰 요정 하나와 작은 요정이 하나 있다. 사람은 움직임이 아주 특이한데, 아예 움직이지 않거나 최적 효율로만 움직인다. 물론 조금 힘을 더 내거나 줄이거나는 하지만, 최적 효율에서 크게 벗어날 정도는 아니다.
대신 요정 둘이 힘을 조절하고, 어떤 때는 비축하면서, 맷돌이 어떤 속력이나 힘으로 움직이든 최적 효율이 되도록 조절한다. 사람 하나와 요정 둘이 맷돌 손잡이를 붙잡아야 하므로 특수한 형태의 손잡이를 사용한다.
여기서 사람은 엔진, 요정 둘은 큰 모터와 작은 모터, 손잡이는 유성 기어와 동력 배분 기기에 해당한다.
자세히 설명하자면 이렇다. e-CVT의 구성은 PSD(Power Split Device)라 불리우는 유성 기어 세트와 SOC라는 하이브리드 관련 제어 장치가 있다. PSD의 유성 기어 세트는 중앙에 커다랗게 위치한 선 기어(Sun Gear), 선 기어랑 바로 맞물려 있는 조그마한 3~4개의 기어인 피니언 기어(Pinion Gear), 그다음 각 피니언 기어에 연결된 캐리어 기어(Carrier Gear), 피니언 기어와 맞물린 원형 모양의 크게 외각으로 위치해 있는 링 기어(Ring Gear)로 구성돼 있다. 여기서 선 기어는 발전용 담당인 MG1 모터에 바로 연결돼 있으며 피니언 기어와 맞물린 캐리어 기어는 엔진에 연결돼 있고, 링 기어는 구동용 MG2 모터와 연결돼 있는 동시에 MG2는 앞바퀴 드라이브 샤프트의 차동 기어와 직접적으로 맞물려 있다. 선 기어와 링 기어 그리고 피니언/캐리어 기어는 주행 상황에 맞게 PCU의 명령에 의해 같이 돌기도 하고 아니면 멈춰서 링 기어와 선 기어의 회전수 차이를 조절하기도 한다.
PSD가 작동되는 방식은 다음과 같다.
1. 시동 시. 배터리에서 직류 전류를 공급하면 인버터를 거쳐 교류 전류로 변환한 후 각 모터에 공급한다. 여기서도 2가지로 나뉜다. 첫째, 배터리 잔량이 충분할 시엔 바로 MG2에 전류를 흘려 보낸다. 이때는 엔진이 깨있지 않기 때문에 전기차처럼 굉장히 조용히 시동이 걸린다. 둘째, 배터리 잔량이 충분치 않을 때나 엔진이 너무 차가워 워밍업이 필요할 때 혹은 시동부터 히터나 에어컨을 틀었을 때는 SOC(배터리 잔량 센서)가 PCU에게 신호를 보내 PCU 명령에 의해 인버터에서 나온 교류 전류가 MG1을 작동시켜 엔진을 깨운다. 엔진이 돌아가면 시동 모터를 담당하던 MG1이 발전기 용도로 바뀌어 시동이 걸림과 동시에 배터리를 충전하게 된다.
2. 출발 및 저속 주행 시. 배터리에서 컨버터를 거쳐 MG2에게 전류를 공급한다. 그러면 MG2는 앞바퀴를 구동시킨다. MG2가 작동한다는 것은 링 기어가 작동된다는 의미이다. 그러면 PCU가 캐리어 기어를 고정시키고 거기에 연결된 피니언 기어에게 같은 속도로 회전하라고 명령을 내리면 캐리어 기어가 고정돼 있으므로 엔진은 구동되지 않는다. 그렇게 엔진은 꺼진 채로 모터로 단독 주행을 하게 된다. 배터리 잔량이 부족할 땐 캐리어 기어가 도는데 피니언 기어는 그 자리에서 공전한다. 그렇게 선 기어가 돌아가면 엔진이 MG1을 돌려 발전을 하지만 엔진은 구동에 절대로 참여하지 않는다.
3. 고속 주행 및 급가속 시. 큰 출력을 필요로 하면 PCU의 명령에 의해 배터리가 MG1에게 전류를 흘려보내 선 기어가 작동되게 하여 엔진을 깨운다. 모터로 구동되는 MG2와 링 기어에 의해 피니언 기어가 PCU의 명령에 의해 1:1로 같이 회전하게 된다. 그러나 시동 상황과는 다르게 피니언 기어는 같은 속도로 회전하는 게 아닌 링 기어와는 주행 상황과 속도에 따라 각각 다른 속도로 회전한다. 그러면 PSD의 모든 기어가 회전하게 된다. 엔진은 그대로 구동에 참여하게 되고 링 기어도 회전하므로 MG2가 때에 따라 엔진을 보조해준다. 또한 엔진이 구동되면 필요에 따라 선 기어도 돌아가고 거기에 연결돼 있는 MG1은 발전기 역할을 하며 배터리 충전까지 한다. 사륜 구동인 E-4 시스템에선 MGR(후륜모터)까지 작동한다. 가끔 엔진과 PSD 사이에 있는 원웨이 클러치를 붙여 엔진 단독으로만 작동할 때도 있다.
4. 회생제동 시. MG2의 발전으로 인한 반력에 의해 차량의 속도가 점점 느려지고 전륜에 연결돼 있는 MG2가 발전기 역할을 담당하면서 생산된 전류는 배터리를 충전하게 된다. 이때 MG1으론 충전을 하지 않는다. 오직 MG2로만 회생제동 시 충전을 담당한다. 사륜 구동인 E-4 시스템에선 MGR도 같이 발전을 담당한다.
5. 후진 시. 이때는 PCU에서 MG2와 인버터 사이에 연결된 3개의 배선 중 2개에 전류를 반대로 흘려 MG2를 반대 방향으로 구동시킨다. 후진 시에도 배터리 잔량이 부족하면 엔진을 작동시킬 수 있고 회생제동도 가능하다.
혼다의 직병렬 하이브리드 시스템 i-MMD는 변속기 없이 유성 기어를 사용하는 것까지는 똑같지만, 전기모터가 엔진을 거들어주는 토요타의 시스템과는 반대로 전기모터가 메인이고 엔진이 고속 구간에서 힘을 더해주는 보조 역할과 발전기의 역할을 한다.
장점은 이렇다. 토요타와 혼다에 한해 변속기가 없고 기계적인 구조는 기존 내연기관보다 단순한 편이다. 이런 특성 덕에 기본 구동 효율이 우수하다. 기계적 구조가 아주 단순하다고 보기는 어렵지만, 그럼에도 기존 내연기관보다는 간략하다. 결정적으로 엔진이 자주 개입하는 병렬식보단 효율이 좋다. 같은 하이브리드 차급과 동일한 타이어 인치수 대비 현대 아반떼 vs 토요타 프리우스, 현대 투싼 vs 토요타 라브4, 현대 쏘나타 vs 토요타 캠리, 현대 그랜저 vs 토요타 크라운 크로스오버 등 모두 토요타가 공인연비나 시내주행 연비에선 현대보다 높다. 게다가 토요타는 과급 방식이 죄다 자연흡기고 배기량도 현대보다 높고 공차중량도 현대보다 상대적으로 많이 나가는데 말이다.[14] 아반떼, 투싼, 그랜저는 모두 1.6T, 쏘나타는 2.0L인데 토요타는 프리우스 1.8L/2.0L, 라브4, 캠리, 크라운은 2.5L이다. 물론 고속 연비는 토요타보다 현대의 병렬 하브가 비슷하거나 살짝 높다.
e-CVT 한정으로 변속기가 없어서 변속 충격 등이 매우 적으며 승차감이 우수하다. 엔진이 거의 일정하게 작동하므로 소음 차단도 상대적으로 쉽다.
다양한 배터리를 사용할 수 있다. 특히 니켈 계열 배터리는 충전밀도 대비 가격이 저렴하지만 잦은 충방전이 이루어지면 성능이 급격히 나빠진다. 직병렬 하이브리드에서는 비교적 일정한 발전이 이루어지며, 니켈 계열 배터리라도 좋은 컨디션을 오래 유지할 수 있다. 니켈 배터리는 화학적으로 안정적인 장점도 있다. 프리우스 기준 2WD 하위, 4WD 트림 또는 크라운은 니켈-수소 배터리를 채용한다. 하지만 프리우스 2WD 중상위 트림, 토요타 캠리, 혼다 어코드에는 리튬 폴리머 배터리를 채용한다. #
단점도 있다. 구조적으로 기존 내연기관과 호환되는 부분이 적다.[15] 병렬 하이브리드는 기성 파워트레인에 적용하기 쉬운 편이다. 반면에 직병렬 하이브리드는 별도의 파워트레인설계가 필요하므로 다양한 모델을 선보이기 어렵다. 혼다의 i-MMD나 르노의 E-테크 하이브리드 모두 2.0L/1.6L 하이브리드 모델밖에 없다. 그러나 하이브리드 종가인 토요타/렉서스 만큼은 예외인데, 토요타/렉서스의 하이브리드 시스템은 대중차든 프리미엄 차량이든 그냥 돌려쓰는(?) 토요타 TNGA 플랫폼을 바탕으로 정말 다양한 하이브리드 모델이 많다. 예를 들면 1.5 하이브리드( 토요타 야리스, 렉서스 LBX), 1.8 하이브리드( 토요타 프리우스, 렉서스 CT), 2.0 하이브리드( 토요타 코롤라, 렉서스 UX, IS, RC), 2.5 하이브리드( 토요타 캠리, 하이랜더, 크라운, 렉서스 ES, RX, NX, TX, LM), 3.5 하이브리드( 렉서스 LC, LS) 등등 FF든, FR이든, SUV든 세단이든 소형에서 대형까지 차급을 불문하고 모두 e-CVT를 탑재한 직병렬 하이브리드 시스템을 채용하고 있는 것을 볼 수 있다. 토요타 입장에선 오히려 모델이 다양하지 않다는 단점은 병렬식 하이브리드에 해당된다 볼 수도 있다. 현대자동차그룹같은 경우 스마트스트림 1.6T/2.0L 하브가 전부이고 토요타/렉서스도 병렬식 하이브리드로 내세운 모델은 2.4T 하브가 전부이다.
직병렬 하이브리드는 토요타가 자사의 시스템을 베끼지 못하도록 우회 특허들도 대거 보유하여 다른 회사들이 개발에 어려움을 겪었다. 이로 인해 2019년에 토요타가 자사 일부 특허를 공개하기 전까지 직병렬 하이브리드를 채용한 회사는 이 토요타의 기술 특허를 우회한 혼다의 i-MMD가 유일한 경우이다.
과거에 닛산과 포드가 토요타의 직병렬 하이브리드 기술을 탑재했던 전례가 있다. 2004년에 토요타와의 기술제휴를 맺고 닛산 알티마 하이브리드와 포드 이스케이프 하이브리드에 토요타 하이브리드 시스템이 탑재됐지만 토요타에게 비싼 로열티를 지불하는 것이 꽤나 부담스러웠는지 닛산은 2006년에 그만뒀고 포드는 2010년대 와서 토요타와의 기술제휴를 포기하고 자체적인 하이브리드를 만들어 퓨전, MKZ 등에 탑재하고 있다.
한때 혼다는 10세대 어코드에 이르러선 토요타 캠리 하이브리드를 뛰어넘는 연비(캠리: 18.1km/L, 어코드 18.5km/L)를 달성하기도 했었다. 2021년식부터 어코드는 미쉐린의 구름저항 에너지세이버 17인치 타이어 대신 프라이머시 19인치 탑재로 떨어졌다. 11세대 어코드조차 19인치 휠의 영향으로 전세대와 똑같은 하이브리드를 탑재했는데도 오히려 17인치 2.5L짜리 캠리보다 떨어지는 연비를 기록한다.(캠리: 18.1km/L, 어코드 16.7km/L)
2019년~2030년대 말까지 토요타는 2만 3,740건의 특허를 무상 공개하기로 했다. 이는 하이브리드 시장을 넓히는 동시에, 자사의 기술을 타사에 침투시키려는 행보라는 평이 있다. 다만 타사의 하이브리도 기술도 발전했고, 마일드 하이브리드나 전기차가 등장하는 시점에 큰 의미가 없다. 그리고 "막상 토요타가 공개한 기술의 뚜껑을 열어보니 쓸모없는 연관 기술 특허였고, 사용 조건 역시 복잡했다"라며 반복된 마케팅 전략으로 보는 시각이 있다. #
3.2. 마일드 하이브리드
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| BMW 액티브 하이브리드의 하이브리드 모터-변속기 모듈. 최대 출력은 15kW이다. |
엔진 동력이 기본이고 모터는 보조만 한다. 모터로만 구동이 불가능하다. 유럽의 배기가스 기준을 충족시키기 위해서 적용된 기술이다. 최초로 적용된 차량은 BMW 1시리즈이다. 다만 BMW는 마일드 하이브리드라는 용어를 쓰지 않았고, 원리만 사용했다.
연비 향상은 종래 내연기관 대비 최대 15% 가량에 그친다. 반면 저렴하고 설계가 간편하다는 장점이 있어, 방식에 따라선 생산비 100달러 정도로 연비 5% 정도를 상승시킨다고 한다. 따라서 친환경차와 거리가 멀다. #
마일드 하이브리드의 대표 기능은 지능형 스탑 앤 고 기능일 것이다. 신호 대기 등으로 잠시 멈췄을 때 시동을 완전히 껐다가 켜서 연료 낭비를 줄인다. 순수 내연기관 차량에도 적용된 기술이지만, 마일드 하이브리드에서는 매우 매끄럽게 작동한다. 이는 ISG로 불리는 모터가 발전기 역할을 겸하여 쉽게 시동을 켜주기 때문이다.
그 외는 설계시 엔진의 최대 효율 구간을 상대적으로 유연하게 설정할 수 있어서 연비를 개선시키는 식이다. 발전기 역할을 겸하기에 에어컨이나 히터와 같은 공조시설, 편의시설에 필요한 전기를 분담할 수 있으며 엔진이 일시 유휴 중이어도 동작이 매끄럽다. 기존에는 이에 필요한 동력을 순전히 엔진에서 부담해야 했다. 이때 필요한 동력은 큰 편이며 필요한 전기 동력량이 점점 증가되는 추세이므로 마일드 하이브리드의 적용 영역이 커질 수도 있을 것이다.
기존 설계안에서 간단하게 적용할 수 있어서 제조비가 낮다. 전기모터는 내연기관과는 반대되는 저회전 토크가 강한 특성이 있고, 마일드 하이브리드는 이를 최대한 살리는 방식으로 발전 중이다.
많은 선진국에서 2030~2040년쯤엔 내연기관을 퇴출하고 전기차로 대체할 예정이다.
이러한 사정 때문에 2010년대 후반부터는 기존 자동차의 설계를 최대한 활용할 수 있고 적은 비용으로도 효율을 높일 수 있는 마일드 하이브리드가 오히려 점유율을 높이는 실정이다. 특히 볼보는 2021년부터 순수 내연기관 모델을 모두 단종하고, 내연기관 차량은 플러그인 하이브리드와 마일드 하이브리드만을 출시하기로 결정했다.
혹은 엔진과 변속기 사이에 모터가 위치하는 방식, 전륜 구동 레이아웃은 그대로 두고 뒷차축에 일체화된 소형 하이브리드 시스템을 넣는 방식 등이 제시된다.
어떤 형태든 기존 동력계 부품을 개선된 것으로 교체하는 식이다.
3.2.1. 48V 마일드 하이브리드
2015년 이후 48V의 고전압 모터를 채용하여 더욱 소형화 되면서 특성을 잘 살리는 형태가 제시된다. 48V는 차내에 적용할 수 있는 최대전압인데, 유럽에서 안전장치 없이 감전사고가 일어나지 않는 최대한도로 설정된 값이다. 이전에는 일반적인 내부 전원인 12V로 동작하는 모터가 주로 쓰였다. 자동차 업계에서는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 효율성을 일반 내연기관 차량과 풀 하이브리드 차량의 중간 정도로 보고 있다.일부 48V 시스템은 저속 구간에서 전기모터만으로 주행이 가능하다.[16] 12V 시스템에서는 모터가 낼 수 있는 힘이 한계가 있어 저속 구간에서 전기모터만으로 주행이 어려웠다. 내연기관은 저속구간에서 연비가 극히 떨어지므로 48V 시스템의 효율성은 더 높아진다.
전동식 과급기 채용이 기대된다. 12V 시스템에서는 적정 RPM을 얻을 수 없어서 전동식 과급기는 여러 장점이 있음에도 채용을 못 해왔다.
전동식 과급기는 엔진을 다운사이징 하면서 출력과 연비를 상승시킨다. 동력 분산식 과급기나 터보 차저와는 구조가 비교할 수 없을 정도로 간단하다. 터보 랙도 거의 없고 과급량을 조절하기도 간단하므로 단점이 없다고 봐도 좋다. 하이브리드 시스템에서는 전력 공급이 자유로운 편이라 전동식 과급기를 적극적으로 채용할 수 있게 된다.
디젤 차량은 주로 마일드 하이브리드로 개발 중이다. 디젤 기관은 휘발유 기관에 비해 출력 대비 크기가 크다. 그래서 구조가 간단하고 용적이 작은 마일드 하이브리드 적용 시 효율이 높다.
현대모비스에서 2018년부터 48V 하이브리드 시스템을 양산한다고 발표했었다. 2024년 기준으로 환경규제가 굉장히 빡센 유럽 시장용에 탑재 중이다.
2019년 들어서는 48V 마일드 하이브리드 방식 채택이 점차 늘어나는 추세이다.
3.3. 플러그인 하이브리드
하이브리드 자동차에 외부 전기(혹은 연료전지용 연료)를 따로 충전할 수 있게 하거나, 기존 전기자동차/연료전지자동차에 내연기관을 추가로 탑재한 것. 어느 쪽이든 화석연료와 전기를 둘 다 주입할 수 있는 일종의 바이퓨얼[17] 구조의 전기자동차다. 하지만 대한민국 시장에서는 PHEV가 그다지 인기가 많지 않아서 대한민국산 모델은 전량 해외에 수출하고, 대한민국 내수에서 팔리는 PHEV들은 모두 수입차다.[18] 자세한 설명은 해당 문서 참고.
4. 사용 기술
4.1. 회생제동
회생제동이나 KERS에도 관련 내용이 있다.
내연기관만으로 이루어진 차량은 브레이크 시 에너지가 마찰에 의한 열에너지로 사라진다. 내리막을 갈 때 활용할 수 있는 위치에너지도 추가 동력으로 활용할 방안이 없다. 그러나 전기 모터가 있으면 전기 에너지로 저장할 수 있다. 전기 동력 기관이 있는 자동차에는 물론, 전기 철도차량에도 필수적으로 달리는 핵심 기술이다. 전철 분야에서는 효율이 높아서 동력의 90%는 회생으로 달리고 10%의 전기만 사용한다.
전기 모터는 종류에 따라서 구동기와 발전기 역할을 동시에 할 수 있다. 따라서 브레이크가 개입될 때 발전기로 구동시키면 마찰 에너지로 사라질 에너지가 전기 에너지로 변환된다. 다만 모든 형식의 하이브리드 자동차의 전기 모터가 발전기 역할을 담당하진 않는다. 구조에 따라서는 전기 모터와 발전기가 따로 달리기도 한다.
감속 중 모터가 발전기로 작동하는 동안은 그 저항이 제동력이 되므로 압력식 브레이크와 제동 역할을 나눌 수 있다. 덕분에 브레이크 패드의 교환 주기가 거의 교체를 생각하지 않아도 될 정도로 길어져 브레이크 시스템의 유지비가 줄어드는 이점이 있다. 또한 긴 내리막을 내려오는 경우 브레이크 과열 등의 불상사를 막을 수 있다.[19]
다만 고속에선 회생제동만으로는 충분한 제동력을 얻을 수 없다. 따라서 유압이든 케이블식이든 공기압식이든 압력식 브레이크가 개입하는데 이때 상당한 꿀렁거림이 발생하며 심한 경우 멀미를 하는 사람도 있다. 최근에는 기술 발전으로 브레이크 이질감이 크게 개선되었다.
회생제동은 하이브리드 자동차, 전기 자동차의 기본 휠을 못생기게 만드는 1등 공신이기도 하다. 하이브리드 차량이나 전기차는 회생제동이 많이 개입하므로 브레이크의 부담이 일반 차량에 비해 훨씬 적고, 브레이크가 심하게 과열되는 상황은 일반적인 주행 환경에 거의 발생하지 않는다고 봐도 좋다. 그래서 브레이크 냉각 능력보다는 연비를 우선하여 공력 특성을 나쁘게 하는 휠의 구멍을 최대한 막는 식으로 만든다.[20] 때문에 막힌 휠은 공기역학적으로 더 좋은 설계지만, 못생겼다는 이유로 비판을 많이 받는다.
최신 하이브리드 차량들은 휠의 디자인을 다양화하고 있다. 표면을 좀 입체적으로 만들어서 막힌 것처럼 보이는 것을 최소화하기도 하고, 일부 차종들은 내연기관 차량의 휠과 공유한다. 대표적으로 기아 K5 3세대 하이브리드 모델은 2021년식부터 18인치 휠은 내연기관 차량과 공유해서 브레이크가 훤히 들여다보인다.
요즘은 대다수 차량에 회생제동 감도를 조절하는 기능이 탑재된다. 가속 패달에서 발을 떼면 바로 회생제동이 세게 걸리도록 할 수도 있고, 아니면 회생제동을 매우 미미하게 걸리게 할 수도 있다. 스티어링 뒤쪽 패들 시프트에 변속 기능 대신 회생제동 감도 조절 기능을 넣는 경우도 많아졌다. 회생제동 강도를 상당히 높게 설정할 수 있는 차들은 감속에 브레이크를 거의 쓰지 않게 되어 가속 페달 조작만으로도 가속, 감속을 하며 운전할 수 있는데 이를 원 페달 드라이빙이라고 한다. 특히 전기차로 극한의 효율을 뽑길 원하는 운전자에겐 필수적인 테크닉. 가속 페달에서 발을 떼기만 해도 회생제동에 의해 브레이크가 강하게 걸린다고 생각하면 쉽다. 또한 엔진 브레이크와 달리 회생제동으로 감속 중일 때는 브레이크 페달을 밟지 않았더라도 브레이크등이 켜지니 겁먹을 필요도 없다.
4.2. 배터리
예전에는 니켈 수소(Ni-MH) 계열이 주로 쓰였으나 점점 리튬이온(Li-ion)이나 리튬이온 폴리머(Li-ion polymer)로 대체되었다. 하이브리드 자동차와 전기 자동차의 배터리의 수명 문제는 소비자들의 주요 관심사이다. 때문에 제조사는 전지와 충전 알고리즘 개발과 개선에 많은 노력을 기울인다.충전지는 보통 여러 개 셀로 이루어진다. 하나의 셀이 수명을 다 해도, 다른 셀이 작동하면 동작 시간만 떨어지고 정상적으로 작동한다. 배터리 셀 전체가 고장나는 일은 거의 일어나지 않는다.
리튬이온 배터리는 충전 용량을 낮출수록 충전 가능 횟수가 늘어난다. 가령 충전 용량을 최대 용량의 10% 이내로 유지하면 충전 가능 횟수가 최대치에 달한다. 반면 충전량을 물리 용량의 100%로 하면 충전 가능 횟수가 최저로 줄어들어 사실상 충전지의 역할을 못 한다. 일반적으로 충전 용량과 충전 가능 횟수가 경제적으로 최대를 유지할 수 있는 지점은 물리적 충전 용량의 50~80% 전후이다.
이러한 이유로 리튬 충전지의 최대 충전 용량은 물리적 최대 용량의 90%정도로 제한된다. 과충전 되었다는 말은 물리적 최대 용량에 가까워진다는 의미이며, 과충전 방지 회로가 이를 조절한다. 또한 물리적 최대 용량에 가까워질수록 화학적 불안정성이 증가하는 문제도 있다.
하이브리드 자동차의 배터리 구조나 충전 알고리즘은 제조자 기밀이 많아 알려진 자료가 많지 않다. 일반적인 리튬이온 전지의 특성을 고려하면, 가능한 고르게 50~80% 충전 수준을 유지하는 형태라고 추측된다.
하이브리드는 내연기관의 효율이 낮은 저속 구간에서 모터가 가속을 돕는 형태가 많아서 전기차에 비해 배터리 용량이 상대적으로 작다. 다만 배터로 용량이 클 수록 모터 가동 범위와 엔진의 최대 효율 운행 시간이 늘어나 연비가 좋아진다. 때문에 하이브리드 자동차의 배터리 용량은 조금씩 늘어나는 추세다.
하이브리드 배터리 잔량이 너무 낮으면, 시동이 걸리지 않고 동시에 경고음과 경고 메시지가 뜬다. 그럴 경우 점프 스타트를 하거나 배터리를 교체해야 한다.
4.3. 앳킨슨 사이클
일반적으로 쓰이는 4행정 오토(otto) 기관에는 펌핑 로스[21]가 있어서 효율이 저하된다. 앳킨슨 사이클은 피스톤에 복잡한 움직임을 가지게끔 하여 압축행정에서의 손실을 줄이도록 고안된 방식이다. 하지만 구조가 복잡하고, 저회전에서 토크와 최대 출력이 낮은 문제가 있었다. 그래서 1882년에 발명되었음에도 차량에는 거의 사용되지 않았고, 대형 선박이나 고효율 발전 시설에만 사용되었다.
그러다가 하이브리드의 시대가 오면서 차량 분야에서도 빛을 보게 된다. 풀 하이브리드에서는 전기 모터가 어떻게든 도와주므로 효율 짱인 기관이 최고였던 것이다. 위의 이미지처럼 복잡한 크랭크 기구를 이용하는 구조도 전자 제어를 통해 밸브 개폐 타이밍 및 듀레이션을 조절하는 것으로[22] 간략화되었다. 다만 압축비가 낮아진 데 따른 출력 부족은 극복하기 쉽지 않다.
그럼에도 현대 누우 엔진( AD 2.0, 코나 2.0, 셀토스 2.0), 현대 람다 엔진( 팰리세이드 V6 3.8, 텔루라이드 V6 3.8), 렉서스의 2.0L 가솔린 터보 엔진, 2.5L 세타 엔진 등 하이브리드가 없는 순수 내연기관 차량에도 소수 탑재된 사례가 보인다. 자세한 내용은 링크 참조.
4.4. 유압식 하이브리드
배터리 대신에 유압을 사용하는 하이브리드. 유압회로는 전기회로와 유사한 부분이 많아서, 차량에도 비슷한 원리로 적용할 수 있다. 에너지 저장 매체가 원자 단위인가, 분자 단위인가의 차이일 뿐이다. 유압은 에너지 저장 밀도가 30% 정도로 낮다는 문제가 있지만, 상대적으로 저렴하고 가벼우며, 간단한 구조에 유지보수도 쉬운 편이라고 한다. 비싸고 취급이 까다로운 배터리와는 달리 매체인 질소 등만 보충하면 된다. 버스나 쓰레기 수거 차량 등 정차와 발차가 잦은 상용차에 적합하다고. 한국산 자동차 중에는 적용된 차종이 없다.
4.5. 토요타 FPEG
Free Piston Linear Generator
하이브리드 기술의 본가 토요타에서 만든 차세대 하이브리드 기관.
2행정 기관을 기반으로 하여
- 크랭크 사프트 등의 회전운동 구성 요소를 제거
- 연료 직분사 시스템과 배기 밸브 장착
- 개념도를 보면 크랭크가 없는 만큼 별도의 액추에이터가 밸브를 제어한다.
- 피스톤에 발전기를 직결
5. 장점
-
높은 연비와 최대 주행 거리
연비가 높다는 부분은 단순히 기름값 절감만 생각하기 쉽지만, 오히려 극적으로 체감되는 장점은 '주유소를 자주 가지 않아도 된다'라는 점이다. 특히 중대형 차량일수록 두드러지는데, 연비가 8~10km/L인 차량을 운전하다가 연비가 16~18km/L인 차량을 운전하게 되면 주유소 방문 빈도가 거의 반으로 줄어들게 된다. 평소 주유소를 가기 귀찮아하거나, 장거리를 뛰어서 주유소를 자주 가야 하는 사람에게는 엄청나게 체감되는 장점이다. 준중형 하이브리드 차량은 기름통이 45L만 되어도 연비가 잘 나올 경우 최대 주행 거리가 1,000~1,200km에 달하는데, 이는 전기차와 비교했을 때도 압도적인 장점에 해당한다. 또한, 하이브리드 자동차의 내연 기관은 가능한 최대 효율 구간에서 작동하게끔 설계된다. 최대 효율 구간에서는 연료가 완전 연소에 가깝게 이루어지므로 상대적으로 깨끗한 배기가 이루어진다. 설령 완전 연소가 이루어지지 않더라도 덜 먹으면 덜 싸기 마련이다. -
안정적인 차체 자세제어와 승차감 향상
고중량의 배터리를 무게추로 이용하여 얻게 된 장점. 하단에 배터리가 있는 경우 무게 중심이 낮아져 일반 내연기관에 비해 더 안정적인 승차감을 느끼게 된다. 같은 섀시를 공유하고 배터리를 후륜에 가까이 배치하면, 앞 뒤 무게 균형의 배분이 오버 스티어링이나 언더 스티어링 현상이 줄어들므로 더 좋은 코너링을 얻게 된다. 게다가 엔진 개입이 비교적 적다는 특성상 진동도 내연기관에 비해 적은 편이다. -
가속력이 좋음
이는 전기 모터의 특성 덕분이다. 연비에 중점을 둔 모델도 가속력이 좋으며, 현대 그랜저나 기아 K8 등 고급 세단도 4기통 가솔린 모델 대비 하이브리드 모델의 우수한 가속력과 연비로 인해 하이브리드 모델의 판매 비중이 상당히 높고, 프리미엄 브랜드인 렉서스(F 모델 제외)는 적극적으로 하이브리드 형식을 채용하는 추세다. 전기 모터는 특성 상 낮은 RPM에서도 최대 토크가 바로 나오기에 내연기관 엔진만 장착한 차종들보다 토크 곡선이 일정하고 가속력이 좋다. 렉서스 GS450h나 인피니티 Q50s 하이브리드 모델이 대표적으로, 동급 동 배기량 차종보다 연비가 좋다. 퍼포먼스 위주 세팅도 연비가 일반 내연기관 차량보다 우위에 있다. -
소음이 적음
시동을 걸었을 때는 전기 모터로 구동되므로 소음이 거의 없다. 정속 주행 시 소음도 다소 낮은 편이다. 하이브리드는 가능한 최대 효율 구간에서 움직이려는 특성이 있다. 이렇게 되면 엔진 진동을 예측하기 쉽고, 상대적으로 소음 잡기가 쉬워진다. 또한 공차 중량이 일반 내연기관 자동차보다 무거운 이유도 있다. 단, 차량마다 다르니 잘 알아봐야 한다. 대표적으로 현대 아반떼 CN7 하이브리드의 경우에는 카파엔진인 탓에 저속에서 엔진이 개입 시 소음이 가솔린보다 크고, 겨울철 시동을 걸면 디젤 소리 뺨치는 소음이 들리기도 한다. -
전기차 또는 수소차에 비해 진입 장벽이 낮음
구입 당시 가격이 조금 비싸다는 것을 제외하면 하이브리드 자동차만의 진입 장벽은 없는 것이나 다름없다. 충전 인프라나 충전 시간 등이 부담스러워 구매가 꺼려지는 전기차나 수소차에 비하면, 하이브리드 자동차 운전자는 내연기관차와 마찬가지로 휘발유를 주유하므로 별도로 신경쓸 부분이 없다. 바꾸어 말하면 전기차나 수소차를 대중화하기 위하여는 충전소 구축 등 막대한 인프라 투자가 필요한데 비해, 하이브리드 자동차는 그런 것이 필요없다는 뜻이다. -
유지비나 고장률
흔히 하이브리드 자동차는 배터리 교체 주기 때문에 연비를 제외한 유지비가 연비의 유리함을 잡아먹는다는 오해가 있으나, 모터와 엔진이 번갈아가면서 작동하므로 엔진 컨디션이 오래 유지되고, 전기차와 마찬가지로 회생제동을 사용하므로 브레이크 소모도 적다. 게다가 기술 발전으로 배터리 교체 주기가 점점 길어지고 있는 추세다. 괴담에 가까운 하이브리드 차량의 배터리 유지비 문제 때문에 꽤 오랫동안 하이브리드 차량은 감가상각이 큰 편이었으나 2020년 경부터는 비슷하거나 오히려 내연기관 차량에 비해 작아졌다.[23] -
정책적 혜택
엄밀히 말해 하이브리드 차량의 기술적인 장점은 아니지만, 많은 나라에서 하이브리드 자동차와 같은 친환경 차량에게는 세금 감면 등 정책적인 혜택을 주고 있다.[24] 대한민국의 경우 2020년 세제 혜택 개정 전 1,000~1,600cc는 연비가 14.3km/L 이상, 2,000cc 이상은 13.8km/L 이상인 하이브리드 자동차를 '친환경차'로 인증하여[25] 자동차를 구입할 때 가장 부담되는 취득세가 지방세특례제한법에 따라 최대 40만 원까지 감면된다. 그리고 조세특례제한법 제109조에 의해 매입 금액에 대한 세금이 143만 원[26]까지 감면되고, 정부가 시행하는 채권 등에서 최대 200만 원 정도 매입 면제가 된다. 그 밖에도 저공해 인증 차량의 혜택인 공영주차장 요금 50% 감경, 남산 1, 3호 터널 혼잡통행료 면제[27] 등의 쏠쏠한 혜택이 있다. 또한 미세먼지로 인한 비상저감조치가 발령되어 차량 2부제가 시행되는데, 하이브리드 차량은 부제 대상에서 제외된다. 다만 이건 어디까지나 정책적 이유이기 때문에 친환경차의 완전한 대중화 등이 진행될 때쯤에는 이러한 혜택도 줄어들 가능성은 있다. 전기자동차는 대중화까지 갈 길이 멀어 한동안 정책이 유지될 예정이나, 하이브리드는 준대형 이상의 세단에서는 판매 비중이 50%를 초과할 정도로 불티나게 팔리고 있어 혜택도 빠르게 줄어들고 있다. 자동차세를 배기량에서 차량 판매가로 바꾸는 정책이 시행된다면 세금도 늘어날 것으로 보인다.
6. 단점
-
비싼 가격
하이브리드 자동차의 가장 큰 단점. 복잡한 구조와 대용량 배터리 때문에 원가를 절감하기가 어려워 가격 상승 요인으로 작용한다. 보통 동일 트림에 비해 20% 정도는 비싸며, 지원금을 최대한 끌어서 더하고 옵션의 차이를 감안해도 최소 10% 이상은 가격이 더 나간다. 전기차에 비해 판매량이 높은터라 지원이 종료되는 속도도 훨씬 빠르다. 하이브리드 자동차를 구입할 때는 연비나 주행성능 등의 장점이 이 가격 차이를 메울 수 있는지를 따져봐야 한다. 단 주의해야 할 점 중 하나로 감가상각이 있는데, 과거에는 배터리 이슈 등의 사유로 하이브리드 자동차의 감가상각이 가솔린 자동차보다 커서 가격의 손해가 매우 컸지만 하이브리드 자동차에 대한 긍정적인 인식이 자리잡은 2020년 이후에는 감가상각이 역전되어 손해가 적거나 아예 없을 수도 있다. 목돈에 대한 부담이 없을 경우, 연비의 장점을 누리지 못하는 상황에서도 주행 성능과 감가상각을 노리고 하이브리드 자동차를 사는 경우도 있다. -
고중량
기존의 내연기관에 전기 주행을 위한 전기모터, 전기모터 대응용 배터리까지 합쳐지니 그 무게가 만만치 않다. 아무리 기술이 발달되어도 엔진만 탑재되는 내연기관 차량, 배터리만 탑재되는 전기차보다 무게가 가벼워질 수는 없다. 배터리 특성 덕분에 저속에서의 가속력은 괜찮지만, 코너링같은 부분에서 차량이 둔하다는 느낌을 받을 수 있다. 특히 오르막이 문제인데, 배터리가 전기자동차에 비해 저출력이라 오르막에서는 거의 엔진을 쓰는데 배기량이 동급 내연기관에 비해 낮고 중량이 무겁다 보니 오르막을 잘 못 올라간다. 가속력도 평이한 가속에서나 괜찮을 뿐, 배터리 출력 문제로 고속 가속 시에는 거의 엔진을 쓰기 때문에 낮은 배기량과 맞물려 제로백이 긴 편이다. - 탄소 배출이나 오염물질 배출 등 친환경 면에서는 전기차와는 비교가 되지 않고 40~70% 정도 효율이 좋은 내연기관차 정도일 뿐이다. 단점이라기보다는 장점이 희석되는 부분이라고 봐야 하겠지만, 결국 전기 충전으로 공급하는 에너지는 일부에 불과하고 대부분은 결국 화석연료에서 나오기 때문에 선진국에서도 전기차 수준의 친환경 차량으로 분류하진 않는다.
아래의 단점들은 전기자동차와 궤를 같이 하는 단점이다.
-
배터리의 화학적 불안정성
하이브리드는 전기차 구성 요소 + 가솔린 엔진을 동시에 갖추고 모든 부품이 꽉 차 있어 화재 발생률이 가장 높다는 뉴스 기사와 한국화재보험협회 102호가 있다. 배터리셀이 파열되어 리튬이 외부 공기와 접촉하게 되면 알칼리 금속의 강력한 반응성과 폭발력을 실감하게 될 수 있다. 갤럭시 노트 7 수천 대를 한꺼번에 터트릴 때와 비슷할 것이다. 특히 장마로 인한 침수나 드물게 천을 직접 건너는 도로 등등 물과 접촉했다간... 가끔 배터리 셀 폭발과 가솔린 폭발이 겹치기도 하는데, 이때는 더 위험하다. -
기온에 따라
연비의 변동 폭이 큼
내연기관도 기온이 내려가면 에너지 효율이 좀 낮아지긴 하지만, 배터리는 그보다 더 심한 수준이다. 특히 EV 모드에서는 엔진의 열을 이용한 히터 사용이 불가능해서 별도의 전기 열선 히터를 사용해야 하므로 겨울에는 효율이 더 떨어진다. 그나마 하이브리드는 전기차보단 조금 덜하다. -
회생제동 브레이크의 민감함
하이브리드 자동차는 회생제동을 사용하여 브레이크를 걸면서 배터리도 충전하는 방식을 사용하는데, 이게 기계식 브레이크보다 민감하다는 문제가 있다. 일반 내연기관의 브레이크 밟듯 밟으면 급브레이크처럼 작용하는 것. 그래서 일반 내연기관보다 브레이크를 약하게 밟아야 한다. 다만 이는 단점이라기보다는 '차이점'이라고 보는 편이 타당하다. 요즘 나오는 하이브리드 차량에는 기본 회생제동을 좀 더 약하게 하는 대신, 패들 시프트에 자동변속 상태일 경우 회생제동 단계를 조절할 수 있는 기능을 달아서 운전자가 상황에 따라 유연하게 회생제동 단계를 조절 할 수 있게 하였다. -
정비의 위험함
감전의 위험이 있으니 정비에 각별한 주의를 요구한다. 차량 정비 지침서에도 동력 계통에는 고전압, 고전류[28]가 흐르고 있으니 반드시 시동이 꺼져 있는지 확인을 하고, 절연 장갑 같은 절연 장비를 사용 해서 차량을 정비하도록 적혀 있다. -
배터리의 크기로 인해
트렁크 공간이 줄어든다.(일부 모델 한정)
YF 쏘나타/K5 1세대, 그랜저 HG/K7 700h, 캠리, 어코드, MKZ 하이브리드가 대표적인 예. 이를 극복하기 위해 제조사들은 차량 설계시 배터리를 뒷쪽 하부 공간에 위치시키는 등으로 적재용량을 최대한 확보한다. 하이브리드 모델만 나오는 토요타 프리우스는 차량을 해치백으로 만들고 뒤쪽이 높은 쇄기형으로 디자인해서 일반 세단 이상의 적재용량을 확보했다. 아이오닉과 니로는 전장용 납배터리를 하이브리드 배터리와 통합해 트렁크 공간을 늘렸다. 그 밖에 스페어 타이어 공간에 배터리를 밀어넣거나, 시트 하단이나 하체에 배터리를 배치하는 등 최대한 내연기관 차량에 가까운 공간을 확보하기 위한 노력이 계속되고 있다.
7. 하이브리드 자동차 모델
단종되거나 생산 중단된 경우, 혹은 출시 예정인 경우 취소선 표시.7.1. 국산
- 기아
-
K5 하이브리드,
플러그인 하이브리드[38] - K8 하이브리드
-
니로 하이브리드,
플러그인 하이브리드[39] -
스포티지 하이브리드,
플러그인 하이브리드[40] -
쏘렌토 하이브리드,
플러그인 하이브리드[41] - 카니발 하이브리드
-
리오 / 프라이드 하이브리드- 클릭, 베르나와 프라이드 하이브리드는 공공기관에 납품된 차량이라 시판은 하지 않았다. 중고 시장을 찾아보면 매물을 볼 수 있으나, CVT 수입품으로 수리비가 비싸니 구매자는 참고하여야 한다. 참고로 클릭 후속작인 i20에선 마일드 하이브리드 모델이 나왔고, 베르나(엑센트)와 프라이드(리오)의 경우도 7세대 모델(각각 BN7, BL7을 부여받았다)에 풀 하이브리드 모델이 출시되나 국내에서는 판매하지 않을 것으로 보인다. -
포르테 하이브리드- 아반떼(4세대 / HD)와 포르테 하이브리드는 특이하게도 LPi엔진에 하이브리드를 적용했다. 위 3종세트와 달리 국산 CVT를 사용하였다. -
K4 하이브리드[출시예정] -
셀토스 하이브리드[출시예정][44] -
K7 하이브리드[45]
- 르노코리아
- 아르카나 E-TECH 하이브리드 - 르노코리아 최초의 하이브리드 모델이다.
-
QM6 후속(Aurora 1) 하이브리드[출시예정] -
SM6 후속(Aurora 2 CUV) 하이브리드[출시예정]
- 기타 브랜드
- 제네시스 G90 - 제네시스 브랜드 최초의 하이브리드 모델이다.
- 제네시스 GV80 쿠페
-
알페온 e-Assist- 2.4L 엔진의 제너레이터 자리에 보조 모터를 탑재한 마일드 하이브리드다. -
쉐보레 말리부 하이브리드- 2016년식~2018년식은 국내 배기가스 규정을 충족하지 못하여 하이브리드 혜택을 받을 수 없었으나, 2019년 4월 출시된 페이스리프트 버전에서는 이 문제가 해결되었다. 다만 국내 시장에서는 주문 생산 방식으로 생산되어 판매량이 매우 적었으며, 판매 부진으로 북미와 대한민국 시장 모두 동년 10월에 단종되었다. -
BC211M, FX116 클린디젤 하이브리드[52]
7.2. 외국
단종 및 수입 중단된 경우에는 취소선 처리.7.2.1. 국내에 시판된 차량
- 독일
- C클래스 - C200, C300
- E클래스 - E300e, E350, E450, AMG 53
- AMG GT 4도어 쿠페 - GT 43
-
S클래스 -
S560e, S450, S500, S580 - 마이바흐 S클래스 - S580
- GLC - GLC350e
- GLE - GLE400, GLE400e, GLE 53
- GLS - GLS580
- 마이바흐 GLS - GLS600
-
3시리즈 -
액티브 하이브리드 3,320e, 330e -
5시리즈 -
액티브 하이브리드 5, 523d, 530e -
7시리즈 -
액티브 하이브리드 7,740e, 750e - X5 - 40e
-
X6 -
액티브 하이브리드 X6 - XM
- A7 55 TFSI e Quattro
- 파나메라 E-하이브리드, 터보 S E-하이브리드
- 카이엔 E-하이브리드
-
CLS - CLS450, CLS 53 -
i8 -
A3 e-tron- 아우디 최초의 하이브리드 카. 유럽연비 기준 "66.6km/L"라는 경이로운 연비를 가진다. -
XL1- 디젤 플러그인 하이브리드 -
918 스파이더- 포르쉐 최초의 하이브리드 슈퍼카. 하이퍼카의 범주에 들어갈 만큼 성능도 우수한데다 유럽연비 기준 33.3km/L라는 경이로운 연비를 가진다.[53] 국내에는 4대가 판매계약이 완료되었다고 한다.
- 일본
- 스웨덴
- 미국
7.2.2. 국내 미판매 차량
- 토요타 프리우스, 프리우스 C, 캠리, 라브4, 시에나, 아발론, 크라운 크로스오버를 제외한 모든 하이브리드 모델[56]
- 혼다 NSX: 직수로 들어온것으로 알려져있음.
- 혼다 PCX 하이브리드: 최초의 이륜차 하이브리드. 저속에서의 토크와 연비를 보조하기 위해 모터를 활용하는 마일드 하이브리드 방식.
- 아우디 A6 하이브리드
- 푸조 하이브리드 전 차종
- 오펠 하이브리드 전 차종
- DS 오토모빌 하이브리드 전 차종
- 시트로앵 하이브리드 전 차종
- 라페라리: 최근 라페라리 아페르타 모델이 두대 들어왔으며 그 외에도 몇대 더 존재한다.
- 맥라렌 P1: 흰색 P1 GTR이 인천공항 세관에서 목격된 적이 있기는 하다.
- 토요타 다이나 하이브리드
- 토요타 코스터 하이브리드
- 미니 컨트리맨 S E
- 미쓰비시 아웃랜더 PHEV - PHEV 기준 전세계 최대 판매 댓수를 자랑한다. 일본과 유럽 시장을 장악 중.
- 미쓰비시 후소 캔터 하이브리드
- 미쓰비시 후소 에어로 스타 하이브리드
- 이스즈 엘프 하이브리드
- 이스즈 엘가 하이브리드
- NBfL - 런던의 2층버스이다.
- 알렉산더 데니스의 일부 버스
-
코닉세그 레제라[57], 제메라 - 볼보 V90 T8, S60 T6 PHEV, S60 T8, V60 T6 PHEV, V60 T8, XC40 T5 PHEV, S60 T8 Polestar Engineered, S90 B6, XC90 B5[58]
- 폴스타 1
- 포드 C-MAX 하이브리드, 쿠가 PHEV, 이스케이프 PHEV, 매버릭 하이브리드, F-150 하이브리드
- 포르쉐 파나메라 터보 S E-하이브리드(스포츠 투리스모/이그제큐티브)
- 포톤 그린어스 하이브리드
- 벤틀리 벤테이가 PHEV
- 스바루 포레스터 하이브리드, 2015~2016년식 크로스트렉 하이브리드, 2019년식 크로스트렉 하이브리드[59]
- 로터스: 414E
-
메르세데스-벤츠:
AMG 원(2대 배정됨. 곧 들어올 예정) - 지프: 레니게이드 4xe, 컴패스 4xe
- 폭스바겐: 투아렉 R
- 크라이슬러: 퍼시피카 PHEV
- 히노: 세레가 하이브리드, 블루리본 하이브리드
- Fisker Karma
- 람보르기니: 시안: 시안 쿠페 모델이 목격된 적이 있으며 로드스터 모델 포함 몇 대가 더 있음.
- 렉서스: RC 300h, IS 350h, LM 300h, LX 750h
- 296 GTB
- SF90 스트라달레 - 10대 정도 들어온 상태
8. 회사별 명칭
- 현대자동차 Blue Drive
- 기아 eco dynamics, ECO Hybrid, HEV
- 르노 E-TECH HYBRID
- 토요타 HYBRID SYNERGY DRIVE, HYBRID(HEV), Dual-Boost HYBRID(HYBRID MAX)
- 렉서스 h
- 혼다, 포드, 닛산 - 공통으로 사용.
- GM e-Assist, H
- 포르쉐 e-hybrid
- 볼보 B0
- 혼다 e: HEV
9. 자동차 이외 적용 분야
철도차량에도 하이브리드 기술이 일부 도입된 사례가 있다. 국내에는 없고 해외의 경우 기존에 운행되던 디젤동차를 대체하여 하이브리드 동차를 투입하여 운용 중이다. 이 하이브리드 동차는 말 그대로 하이브리드 자동차와 똑같은 구동 체계를 가진다.간혹 디젤기관차의 일종인 디젤전기기관차를 하이브리드로 오해하는 경우가 있는데, 하이브리드 자동차는 엔진과 전기모터가 대등한 관계로서 상호 협력하지만, 디젤전기기관차의 전기모터는 엔진에 철저히 종속되어 엔진의 힘으로 얻어진 전기에 의해서만 구동된다. 즉 디젤전기기관차에서의 전기 구동은 일종의 변속기로서의 역할을 하는 것이며, 두 개 이상의 동력원이 구동에 관여하는 하이브리드와는 다르다. 만일, 전철화 구간에서는 전차선을 통해 공급받는 전기로 구동 모터가 동작하고, 비전철 구간에서는 디젤 엔진과 발전기를 통해 생산되는 전기로 구동 모터가 동작한다면 하이브리드 기관차라고 할 수 있을 것이다. 그러나 우리가 잘 알고 있는 디젤전기기관차의 전기식 구동 방식은 수동 변속기나 유성 기어, 또는 CVT, DCT 등의 기계식 변속기 대신 발전기와 모터를 사용하여 바퀴를 굴리도록 하는 것이며[60], 동력의 원천은 디젤 엔진 한 가지로 고정되어 있고, 디젤 엔진의 출력에 고스란히 비례하여 동력을 발생하며 동력용 전기를 비축해둘 축전지 같은 것은 없기 때문에 디젤 엔진의 가동 없이는 동력을 전혀 발휘하지 못한다.
10. 관련 문서
[1]
현재의 EREV(주행 거리 연장 방식 전기차)와 같은 구동 방식이다. 대표적인 예시는
쉐보레 볼트 하이브리드.
[2]
엄밀히 말하면 배기가스가 아니라 높은 압력의 터보 부스트의 압력을 이용해서 발전한다. 부스트 압이 낮은 경우는 반대로 작동해 터보 압력을 올려준다.
[3]
여담으로 RX 400h가 국내에 들어왔을 때 렉서스 딜러들이 고객에게 제일 많이 들었던 질문이 "하이브리드 배터리 가격과 수명이 얼만가요? 비올 때 타면 차량 고장나나요?
전자파 많이 나오나요?"라고 한다. 렉서스에선 배터리 수명을 평균 8년 이내로 잡고 8년 이내에 하이브리드 배터리에 문제가 생기면 무상으로 교체해준다는 워런티를 제시했다.
[4]
하이브리드 자동차는 회생제동이 가능하므로 브레이크패드의 부하가 적어, 마찰열 방출을 위한 구멍이 적으며, 이를 개구율이 낮다고 표현한다. 하이브리드 전용 휠은
공기저항을 줄일 수 있도록 대개 평평하고 밋밋하게 디자인되어 있다. 다만 옵션으로 선택이 가능하거나 투싼 NX4, K8(17인치 제외)나 그랜저 GN7, 코나 SX2, 싼타페 MX5(20인치 프레스티지, 하이브리드 AWD만 선택 가능) 등은 일반 내연기관 휠을 공용하는 경우도 있다.
[5]
디젤은 저RPM에서 최고 효율이 나오고 모터는 처음부터 최대 토크가 나온다. 가솔린의 경우 저속에서 효율이 떨어지므로 모터가 개입할 수 있는 영역대가 넓지만 디젤은 그렇지 않다.
[6]
모터는 특정 RPM을 넘어가면 토크가 급격히 떨어지고 잘못하면 모터가 아예 죽어버린다.
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실제로 전기자동차에 왕복 엔진 발전 트레일러를 달아서 직렬 하이브리드로 만드는 트레일러도 있다. 이런 녀석은 그야말로 레일을 뛰쳐나온
발전차 같은 존재.
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BC211,
VK 45.01(P),
EMD GT26CW 등
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직병렬은 그 반대다. 주도권이 모터에 있으며, 오히려 엔진이 모터를 보조한다고도 말할 수 있다. 직병렬 하이브리드는 플러그인 하이브리드 뺨치는 수준급 출력의 모터가 탑재된다. 또한 모터로 단독 주행 시 엔진이 직접 구동에 참여하지 않고도 엔진을 돌려 배터리 충전이 가능하다. 직병렬은 이 장점을 살려 플러그인 하이브리드에만 탑재되는 EV모드가 있다. EV모드는 엔진 개입 및 엔진으로 배터리 충전 없이 오직 배터리와 회생제동만으로 달리는 모드이다. 당연히 하이브리드 배터리는 용량이 매우 적기 때문에 1~2km밖에 달리질 못한다.
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굳이 상용차가 아니어도,
기아 카니발만 봐도
토요타 시에나에 비해 연비 면에서 떨어진다.
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그렇다고 병렬이 직병렬보단 시내에선 실연비가 떨어진다는 거지 일반 가솔린에 비해서는 좋으므로 과도한 편파적인 해석은 금물이다.
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그러나 모터 단독 주행 중 충전은 불가능하다. 직병렬은 가능하다.
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병렬 하이브리드는 불가능하다. 만약 병렬 하이브리드의 HSG가 변속기에 달려 있었으면 엔진이 구동에 참여하지 않아도 HSG를 돌릴 수 있다. 그것이 바로 르노의 E-테크 하이브리드다.
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과급기를 부착한다고 해서 연비가 좋아지는 것은 아니지만, 동일 출력의 자연흡기 엔진과 터보 엔진을 비교하면 터보엔진의 연비가 더 좋다. 자연흡기 엔진은 출력을 높이려면 배기량을 높여야 한다. 대표적인 예시로 토요타의 2.5L A25 엔진과 현대의 1.6T 스마트스트림 엔진이 있다. 엔진만 놓고 보자면 둘의 출력은 180ps대로 같다. 그래서 토요타가 자연흡기의 연비를 보완하고자 출력을 포기하면서까지 하이브리드 차량에는 꼭 앳킨슨 사이클 시스템을 넣는 이유이다. 그리고 과급기를 부착하는 이유는 배기량을 낮춰 세금 제도에서 장점을 가져가는 것도 있다.
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모터가 2개 들어간다고 단점으로 보기 힘들다. 왜냐면 병렬 하이브리드도 HSG를 포함하여 2개가 들어가기 때문이다.
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예를 들어
Vitesco의 48V HighPower 기술
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해당 항목에서 설명하듯 보통 바이퓨얼은 전기는 포함하지 않고 서로 다른 종류의 화석연료 2종을 넣을 수 있다는 의미로 쓰인다. 여기서의 바이퓨얼은 전기도 포함하여 서로 다른 종류의 연료를 사용할 수 있다는 의미.
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다만 2025년 중 선보일 그랜저 GN7의 플러그인 하이브리드 모델을 통해 국내에서도 국산 PHEV가 다시 출시될 것으로 예상된다. 그랜저는 사실상 내수용으로만 판매되는 차량인지라....
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감속되는 원리 자체는
엔진 브레이크와 비슷하게 구동계의 마찰을 통해 감속을 하는 것인데, 평소에도 엔진 브레이크를 사용하는 것과 비슷하다. 급격한 내리막길이나 연속 내리막길에서는 내연기관의 브레이크 시스템보다 우월한 기능이라고 볼 수 있다. 내리막에서 일반 브레이크만 사용하면
과열로 브레이크가 안 먹힐 수 있기 때문에 엔진 브레이크가 권장되나, 그 특성상 엔진과 변속기에 무리를 주지만, 회생제동은 오히려 엔진 브레이크 기능 + 전기 충전 + 구동계 부담 최소화라는 극한의 이득이 생긴다.
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고성능 차량의 휠이 앙상한 이유는 서킷 등에서 브레이크에 부담을 많이 주며 주행하는 것을 고려함과 동시에 무게 감량을 위해서 경량, 고급 소재로 내부가 훤히 들여다 보이게 제작하기 때문이다. 이러한 설계 기조가 오랫동안 정착된 탓에 이제는 안에 장착된 브레이크가 잘 보이는 것 자체가 고성능 자동차의 상징처럼 여겨지기도 한다.
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압축 과정에서 발생하는 기계적 에너지 손실, 주사기를 입구를 막아놓고 누르거나 잡아당기면 힘이 드는 이유가 이것 때문이다.
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압축행정 시 밸브를 오래 열어 오토사이클보다 압축비를 낮춤. 밀러사이클이라고도 부르며 원래
마쓰다에서 과급기 장착 엔진에 쓸 목적으로 처음 상용화하였다.
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순수 전기차의 경우 충전소 인프라의 문제가 계속 발목을 잡아서 감가가 처참한 수준이다. 미국에선 2018년에 감가 1위를
닛산 리프가 차지하기도 했다. 다만 보조금을 상당히 많이 안겨주기 때문에 이를 고려할 경우 오히려 내연기관 차량보다 감가율이 훨씬 낮으며, 보조금을 잘 받은 경우에는 신차를 사서 중고로 팔아도 손해가 없거나 오히려 돈을 벌기까지 한다. 하이브리드는 2021년부로 보조금이 폐지되어 이런 혜택을 누릴 수 없다. 물론 전기차도 중고로 사서 중고로 팔려는 경우 보조금 혜택을 누릴 수 없다.
[24]
결국은 앞서 언급한 친환경적이라는 장점 덕택에, 상대적으로 비싼 차량 가격의 부담을 개인과 정부가 분담하는 것이라고 볼 수 있다.
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만약 이 조건을 만족시키지 못하면 그냥 저공해차로만 인증된다.
[26]
개별소비세 100만 원, 교육세 30만 원, 부가가치세 13만 원.
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서울 등록 차량으로 저공해차 전자 태그 부착 차량 한정, 타 지역 차량의 경우 전자 태그가 없으므로 해당 사항 없었으나, 2021년 1월 7일부터 전국 하이브리드 차량에 대해 똑같이 실시한다.
서울시 보도자료
[28]
사실 전압보다 전류 때문에 더 위험한 것이다. 경우에 따라 전압이 2만 볼트도 넘어가는 정전기가 위험하지 않은 이유는 전류가 매우 작기 때문이다.
[29]
2009년부터 2013년까지 판매한 LPi 하이브리드(4세대 / HD) / 2020년부터 판매 중인 가솔린 하이브리드(7세대 / CN7)가 있다.
[30]
6세대부터 하이브리드 모델이 나오기 시작했고, 플러그인 하이브리드 모델은 7세대에서만 나왔다.
[31]
5세대부터 나오기 시작했다.
[출시예정]
[33]
싼타페 하이브리드와는 다르게 4WD 옵션 탑재시에도 친환경차 인증을 받는다.
[34]
TM PE의 일반 하이브리드 모델은 2021년 1월부터 북미에서 판매 중이며, 내수에서도 같은 해 7월부터 판매 중. 단 플러그인 하이브리드는 TM PE 기반은 수출용으로만 판매했으나, MX5 기반은 국내에서도 2025년에 판매된다.
[35]
CNG를 연료로 하는 하이브리드 버스 모델이다. 기사들에게 AMT와 ISG 문제로 악명이 높았기 때문에 현대차에서는 문제를 개선 후 재출시할 것으로 공지하였으나 2019년 단종되었다. 현재는 순수
전기버스인
일렉시티가 그 자리를 대신하고 있다.
[36]
6세대 아반떼의 플랫폼으로 나왔던 차량.
아반떼 7세대 하이브리드 출시로 인해 단종되었고,
아이오닉은 전기차 서브 브랜드로 전환되었다.
[출시예정]
[38]
3세대부터 플러그인 하이브리드 모델이 생산되지 않는다.
[39]
1세대(DE)의 플러그인 하이브리드는 2021년까지 국내에서 유일하게 판매되었던 국산
플러그인 하이브리드 자동차였으나, 2세대(SG2)부터는 국내에선 플러그인 하이브리드를 판매하지 않고 하이브리드와 전기 모델로만 판매한다.
[40]
쏘렌토 하이브리드와는 다르게 4WD 옵션 탑재시에도 친환경차 인증을 받는다.
[41]
2020년식은 친환경차 연비규정을 충족하지 못하여 친환경차 인증을 받지 못하고 저공해차 인증을 받으며, 2021년식부터는 2WD 모델에 한해 친환경차 인증을 받는다.
[출시예정]
[출시예정]
[44]
2025년 풀체인지(SP3)에서 출시될 예정인데, 전술한 니로 하이브리드가 셀토스에 통합되는 식이 될 것으로 보인다.
[45]
1세대 후기형 하이브리드(700h)로 처음 등장했다. K8로 풀체인지되며 단종되었으나 K8에도 동일하게 하이브리드 모델이 있어 명맥이 이어지고 있다.
[출시예정]
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[출시예정]
[출시예정]
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[출시예정]
[52]
양산되지 않았고, 시제차로 나온 차량 7대는 운행하다가 퇴역하여 현재는 전국에 단 2대만 존재한다(서울
금천구청 BC211M, 부산테크노파크 FX116). 특히
세종시에서는 출력 문제로 조기 퇴출.
[53]
한국은 9.6km/L. 배터리 방전상태에서 측정했다고. 슈퍼카 주제에 거의 중형 SUV급 연비를 뽑아낸다.
[54]
세계 최초의 하이브리드 양산 차량이자, 하이브리드 시장을 열어준 1등공신이다.
[55]
무라노는 하이브리드와 일반 모델이 여러 트림으로 나뉘어 있지만, 한국에는 플래티넘 하이브리드 1종만 수입되었다.
[56]
토요타의, 아니 일본 승용차계의 최고 기함인
토요타 센추리도 포함. 3세대 센추리는
LS600hL의 파워트레인을 이식했다. 일본은 고급차들도 하이브리드로 만들거나 하이브리드 버전을 만들 정도로 하이브리드 기술이 가장 많이 쓰이는 나라라는 것을 알아두자.
[57]
한국에 1대 배정
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볼보는 2019년부터 새로 생산하는 모든 차량은 하이브리드나 전기차 라인업으로만 구성하기로 했고 내연기관 엔진의 생산을 중단할 예정이다.
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포레스터 하이브리드랑 크로스트렉 하이브리드에는 e-BOXER라는 마일드 하이브리드 방식이 들어간다면 2019년식 크로스트렉 하이브리드는 두개의 전동모터를 쓰는 스타드라이브라는 플러그인 하이브리드 방식을 쓴다.
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자동차처럼 기계식 변속기로 구동되는 기관차도 있기는 하다. 다만 동력 효율이 낮아 큰 힘을 발휘하기 어려워 주로 간단한 임무 목적으로만 사용된다.