최근 도요타자동차는 지난 1997년 12월에 세계 최초의 양산 하이브리드 모델인 프리우스를 선보인 이후 20여 년 만에 하이브리드 차의 글로벌 누적판매대수가 1000만대를 돌파했다고 밝혔습니다.
엔진과 전기모터 등 두 가지 동력원을 사용하는 하이브리드 차는 기존 가솔린엔진이나 디젤엔진에 비해 연비향상은 물론 유해가스 배출량을 획기적으로 줄임으로써 전기차와 더불어 대표적인 친환경차로 불리고 있습니다.
도요타에 따르면 지금까지 판매된 1천만대의 하이브리드 차는 동급 가솔린엔진과 비교해 7700만톤의 이산화탄소 배출량을 저감시킴은 물론 약 2900만kℓ의 휘발유를 절약할 수 있는 것으로 추산된다고 합니다.
이러한 하이브리드 차의 작동원리는 출발 때나 저속주행 때는 전기모터를 사용하고 정속주행이나 가속 때는 엔진 또는 엔진과 모터를 동시에 사용합니다. 또한 제동 때에는 전기모터가 발전기의 역할로 전환해 제동에너지를 전기에너지로 변환해 고전압 배터리를 충전합니다. 이를 회생제동이라고 합니다.
이에 따라서 하이브리드 시스템에서는 전기모터를 발전기와 모터를 동시에 지칭하는 모터-제너레이터(Motor Generator)라고 부르며, 도요타하이브리드 시스템(THS)에서는 모터-제너레이터의 역할에 따라 전기모터로 구동하는 것을 MG1, 발전기 구동일 경우 MG2라고 합니다.
혼다 하이브리드 시스템의 경우 어코드 하이브리드와 같은 최신 하이브리드 시스템에 모터-제너레이터가 아닌 주행용 모터와 발전용 모터로 구성된 트윈 모터 유니트를 적용하고 있습니다.
트윈모터 유니트는 주행용 모터가 고출력 및 고토크를 발휘해 출발부터 고속에 이르기까지 지속적인 토크를 제공하며, 감속 때 회생제동을 통해 배터리를 충전합니다.
또한 발전용 모터는 엔진동력을 이용해 주행용 모터로 전원을 공급하는 역할과 고전압 배터리를 충전하는 역할을 하고 있습니다.
도요타의 2세대 하이브리드시스템인 THSⅡ에서도 최근 기존 발전기로서 사용하였던 모터(MG2)를 주행용으로도 사용하는 듀얼모드 드라이브 시스템을 새로 적용한 것으로 알려지고 있습니다.
과거에는 가솔린이나 디젤엔진 등 자동차 엔진을 주동력원으로 하고 전기모터가 보조동력원으로 사용되었지만, 최근에는 고전압 배터리와 전기모터의 성능이 향상됨에 따라 전기모터가 주동력원으로 자리잡고 있는 추세입니다.
이에 따라 저속은 물론 고속에서도 전기모터로 구동하는 EV 주행모드의 영역이 확대되고 있음은 물론 기존 내연기관 엔진이 고전압 배터리 충전용 또는 비상동력원으로만 사용될 정도로 역할이 줄어들고 있기도 합니다.
일반적으로 하이브리드 차에서 EV 모드로 약 30~60km까지 주행이 가능합니다. EV 주행모드 외에도 하이브리드 주행모드의 경우에도 엔진과 전기모터가 동시에 구동되어 추월가속이나 급가속 때 엔진출력과 토크를 향상시키고 있습니다.
한편 최근에는 전기차처럼 외부전원으로 고전압 배터리를 충전하는 플러그인 하이브리드 모델이 등장하고 있습니다.
또한 하이브리드 시스템은 대용량의 고전압 배터리를 사용함에 따라 전기차와 더불어 비상에너지저장장치(ESS : Energy Storage System)로서 새롭게 주목받고 있기도 합니다.
ESS는 지진 등 자연재해로 인해 전원공급이 원활하지 못한 경우 하이브리드 또는 전기차, 연료전지차의 고전압 배터리의 전원을 이용해 가정용 전원 또는 비상전원을 공급하는 방식입니다. <김아롱 기자=카테크>