하이브리드 자동차에 대해서 알아보자
많은 분들이 전기차와 하이브리드 자동차에 대해서 고민이 많으실 것입니다. 대부분 생각하는 것이 가솔린, 경유, 고급 휘발유, 하이브리드, 전기차 이렇게 생각할 것인데 하이브리드 차량하면 대부분 전기와 가솔린을 결합한 차로 전기+ 가솔린을 같이 써서 일반차량에 비해 연비 및 유해가스 배출량을 많이 줄린 차량이라고 생각할 것입니다. 우선 하이브리드 자동차에 대해서 알기 전에 하이브리드가 무엇인지에 대해서 한번 정리를 해보겠습니다.
하이브리드: 두 개 이상의 요소를 결합한 것으로 특정한 목적을 달성을 위해서 서로 다른 요소의 장점만 결합한 것을 말합니다.
이런 하이브리드라는 용어를 자동차에 결합을 한 것이 바로 하이브리드 자동차입니다. 하이브리드 자통 자는 전기와 가솔린 모두 이용을 하는 자동차입니다. 내연기관과 전기차의 사이의 포지션을 담당하는 자동차인 하이브리드 자동차에 대해서 알아보겠습니다.
1. 하이브리드 자동차의 기본 원리
하이브리드 자동차의 기본적인 원리는 출발이나 저속 구간에서 전기차 모드로 큰 동력원이 필요하지 않기 때문에 출발이나 서서히 가속을 하는 경우에는 전기 모터만 사용해서 주행을 합니다. 그 이후에는 엔진과 모터를 사용해서 주행을 합니다. 속도가 증가하면서 구동력이 필요시 엔진을 사용하고 오르막길, 급 고속 등으로 매우 큰 구동력이 필요한 경우에는 엔진과 전기모터를 동시에 사용을 합니다. 또한 중 고속 주행인 경우에는 엔진 효율이 가장 좋은 고속 정차 주행 시에는 엔진만 사용해서 주행합니다. 그리고 감속이나 제동 시에는 에너지를 전기모터로 이용한 전기에너지로 전환시켜서 배터리를 충전합니다. 신호 대기나 정차 시에는 엔진이 정지가 됩니다. 일반 하이브리드 자동차의 기본적인 원리는 바로 이렇게 구동이 되어서 연비를 절감을 시키는 효과가 있습니다.
또한 기본적으로 구동이 잘 되기 위해서는 회생 제동 시스템에 대해서 잘 알아야 합니다. 회생 제동이란 일반 하이브리드 플러그인 하이브리드뿐만 아니라 완전 전기차에도 아주 중요한 역할을 합니다. 외부에서 충전을 하는 전기만으로 자동차를 구동을 하기 위해서는 전비가 효율적이지 않기 때문입니다.
2. 하이브리드 자동차의 장점과 단점
우선 장점 중 가장 좋은 장점은 하이브리드 자동차는 기본적으로 연비가 2배가량 우수하고 일산화탄소, 질소산화물 등 오염물질을 10~15% 정도 줄일 수 있습니다. 또한 주행 중 자체 발전기로 배터리를 충전하기 때문에 별도의 충전소에 갈 필요가 없습니다. 또한 출발하거나 감속, 저속되는 경우에는 가솔린 엔진과 전기 모터를 같이 사용하면서 베터리를 저장하는 기능도 합니다. 또한 베터리가 자동차 무게중심 안에 들어가기 때문에 코너링에 매우 안정적이며 전기모터를 사용하기 때문에 엔진을 이용하는 내연기간 차량보다 소음이 적은 것도 특징입니다. 또한 정부에서는 친환경 자동차에게 다양한 혜택을 제공을하는데 하이브리드 차량이 이런 경제적인 측면에서도 큰 이익을 얻습니다. 우선 서울에서 있는 공영 주차장에서 50% 할인과, 대중교통 환승 주차장에서 80% 할인 혜택이 적용되면서 공항에서는 전기차와 동일한 혜택을 받습니다.
하이브리드 차량의 단점은 바로 큰 엔진과 40kg이 넘는 배터리가 트렁크에 위치해있어서 트렁크 용량이 적습니다. 베터리를 트렁크 아래에 위치시키면서, 트렁크 용량 증가가 가능해지고 있지만 내연기관에 바해서는 턱없이 부족한 용량입니다. 전기 모터와 대용량 베터리 탑재로 인한 비싼 가격입니다. 내연기관 자동차보다 더 비쌉니다. 또한 하이브리드 자동차의 특성상 구조가 복잡하게 되어있어서 사고가 났을 때 수리비용이 내연기관보다 많이 나옵니다.
3. 하이브리드 자동차의 종류
하이브리드 자동차는 크게 풀 하이브리드, 마일드 하이브리드, 플러그 인 하이브리드로 구분할 수 있습니다. 풀 하이브리드는 동력 전달 구조에 따라 직렬, 병렬, 직병렬 방식으로 또 한 번 구분이 됩니다. 우선 풀 하이브리드의 직렬식 하이브리드 시스템은 일반 하이브리드 자동차와 동일한 구조로 엔진을 발전기로 구동하며, 발전기로 생산된 진기로 모터를 구동하는 방식입니다. 엔진은 전기를 생산하는 발전기로 역할만 수행하며 자동차 구동에 영양을 주지 않습니다. 동력은 엔진-> 발전기->배터리->모터->변속기->구동바퀴 순으로 전달됩니다. 하이브리드 자동차 내 인버터는 교류발전기에서 생산된 교류를 직류로 변환시켜 축전지에 저장시키고 전기모터를 구동할 때는 다시 직류에서 교류로 변환시키며 저장과 공급을 하는 역할을 합니다. 직렬식 하이브리 시스템은 엔진이 발진기로서 역할 할 뿐이 아니라 배기가스를 절감하는 역할도 같이 합니다. 엔진 없이 모터로만 구동력을 만들어 내기 때문에 높은 효율의 모터가 필요로 되며 이것은 엔진과 베터리 모터 무게의 증가가 됩니다. 자동차가 무거 위서 가속 성능에 문제가 생긴다는 단점도 있습니다.
풀 하이브리드의 병렬식 하이브리드 시스템은 엔진과 모터가 따로 기능을 했던 직렬식 하이브리드와 다르게 병렬식 하이브리드는 모터와 엔진의 힘을 합해 구동력을 만들어 내는 시스템입니다. 거의 대부분의 하이브리드 자동차에는 이 방식이 사용이 되고 있습니다. 병렬식 하이브리드 시스템은 낮은 속도에서는 전기모터로만 이용해 구동력을 만들어내다가 일정 속도로 넘어가게 되면 내연기관 엔진이 구동력을 만들어 가속 시 성능을 높일 수 있습니다. 동력 전달은 기관-> 변속기-> 구동바퀴 순서로 전달되고, 전기는 배터리-> 전동기-> 변속기-> 구동바퀴 순서에 에너지가 전달됩니다. 병렬식 하이브리드 시스템은 엔진과 모터 둘 다 동력원으로 사용되기 때문에 저성능 모터와 저 용량 배터리를 사용해도 되며 이로 인해 무게가 가벼우며 효율이 직렬식 시스템 보타 더 우수하다는 장점이 있습니다.
마지막으로 풀 하이브리드 즉 병렬식 시스템은 직렬식 시스템과 병렬식 시스템의 장점을 혼합한 시스템입니다. 따라서 엔진과 구동의 발전을 같이 하는 역할을 수행하여 배터리 팩이 충분히 충전되어 있는 상태에서 저속 주행 시 모터만으로 구동이 가능한 것이 특징입니다. 또한 큰 가속력이 필요할 때는 엔진과 모터의 힘을 합하여 구동력이 우수합니다. 또한 대형 발전기와 배터리 팩이 필요하며 복잡한 시스템으로 되어 있어 원가가 높고 차체 중량이 늘어나는 단점이 있습니다.
마일드 하이브리드 자동차에 대해서 알아보겠습니다. 마일드 하이브리드 자동차는 엔진과 전기모터 모두를 사용하지만 서로 역할이 다릅니다. 엔진은 구동력 릉 이끌어내고 전기모터는 엔진을 보조해주고 작업량을 덜어주는 역할을 합니다. 마일드 하이브리드 자동차의 장점은 배터리와 모터의 출력이 작아 설게 단가가 낮아짐으로 인해 풀 하이브리드나 플러그 인 하이브리드보다 차량 가격이 저렴합니다.
마지막으로 플러그 인 하이브리드 자동차는 전기자동차와 하이브리드 자동차가 혼합된 형태입니다. 외부 전력으로 충전한 배터리로 운행했다가 배터리가 다 소모가 되면 내연기관 엔진과 전기동력을 동시에 사용을 합니다. 엔진이 주이고 전기모터는 보조 역할을 했던 마이드 하이브리드 자동차는 팔리 플러그 인 하이브리드 자동차는 전기 모터가 주가 되고 엔진이 보조 역할을 합니다. 플러그 인 하이브리드 자동차는 가까운 거리는 전기를 이용해서 갈 수 있습니다. 그렇지만 일반 하이브리드보다 큰 배터리를 상용해 연비가 저하될 수 있고 또한 전기도 충전을 해야 하는 단점이 있습니다.
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