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LF쏘나타 PHEV의
사람과 자연을 품은 친환경 기술 52015/10/08by 현대자동차

국산 최초, 국내 1세대 PHEV
LF쏘나타 PHEV 집중 분석!

LF쏘나타 PHEV의 충격적인 충전(그것도 집에서) 장면.jpg
l LF쏘나타 PHEV의 충격적인 충전(그것도 집에서) 장면.jpg



LF쏘나타 PHEV는 '2015 디트로이트 오토쇼'에서 세계 최초로 공개됐는데요. 이번 오토쇼를 빛낸 8대 친환경차로 꼽히며 많은 관심을 받았습니다. 효율이라는 친환경차의 정체성을 잃지 않으며 강력한 힘까지 놓치지 않은 LF쏘나타 PHEV. 세계인도 놀란 LF쏘나타 PHEV의 기술을 다섯 가지 포인트로 살펴봅니다.



1. 안전성과 효율성을 모두 잡은 배터리!

LF쏘나타 PHEV는 전기 모터만으로 약 44km를 갈 수 있습니다
l LF쏘나타 PHEV는 전기 모터만으로 약 44km를 갈 수 있습니다

LF쏘나타 PHEV에 탑재된 배터리는 엔진을 쓰지 않고도 전기 모터만으로 27마일(약 44km)을 갈 수 있는 원동력이 됐습니다. 현대자동차가 배터리 전문제조사와 협업을 통해 개발, 적용한 차량용 리튬이온폴리머 배터리인데요. 이미 용량과 성능 면에서 기존의 친환경차가 사용하는 니켈수소 배터리보다 우수성을 인정받았습니다. 또, 트렁크 공간 확보를 위해 배터리 팩이 2개로 나누어져 있는데요. 배터리 제어기와 냉각 시스템을 별도로 개발, 장착해 뒤따르는 안정성 문제도 해결했습니다.

“이거 보시오, 안전하지 않다면 트렁크가 다 무슨 소용이오?”
l “이거 보시오, 안전하지 않다면 트렁크가 다 무슨 소용이오?”

안전도 놓치지 않았습니다. LF소나타 PHEV에 탑재된 배터리는 30만km(15년 상당) 이상의 내구 수명을 확보하도록 개발되었는데요. LF쏘나타 PHEV에 적용된 리튬이온폴리머 배터리는 4중 안전 설계를 적용해 안전성을 확보했습니다. 분리막의 세라믹 코팅, 퓨즈, 안전 스위치 등 수동보호 구조 적용, 배터리 전용 제어기, 배터리와 연결된 모터와 차량 제어기의 협조 제어를 통해 4중으로 배터리를 보호하죠.



2. 집에서 자동차를 충전한다! 완속충전기

“여보~ 내 쏘나타 충전 다 됐는지 좀 봐 줄래요?”
l “여보~ 내 쏘나타 충전 다 됐는지 좀 봐 줄래요?”

LF쏘나타 PHEV에 장착된 충전 포트는 일반 가정용 전기를 공급할 수 있습니다. 2~3시간 여유만 있다면 자동차도 집에서 편하게 충전할 수 있는 시대가 된 것이죠. LF쏘나타 PHEV는 독자 기술력으로 탑재형 완속충전기(OBC: On Board Charger)를 개발했습니다. 덕분에 집에 있는 충전기에서 외부 AC 전원을 DC 전원으로 변환해 고전압 배터리에 공급이 가능하죠.

“아들아, 아주 옛날에는 주유소라는 곳도 있었단다”
l “아들아, 아주 옛날에는 주유소라는 곳도 있었단다”

집에서 충전하니 발열과 안전이 걱정인데요. 현대자동차의 기술력으로 개발된 전력 변환 장치는 실드(Shield) 방식을 채택해 외부기기의 전자기 노이즈를 방지합니다. 동시에 수냉식 구조를 채택해 충전기에서 발생하는 열을 효과적으로 낮췄죠. 또, 비정상으로 충전할 때 전원 공급을 차단하는 등 제어를 통해 충전 스탠드와 차량 간의 통신 제어를 가능하게 했습니다.



3. 증발가스 누출 원.천.봉.쇄! 밀폐형 연료 시스템

현대자동차는 장기간 연료를 보관하기 위해 새로운 밀폐형 연료 시스템을 개발했습니다
l 현대자동차는 장기간 연료를 보관하기 위해 새로운 밀폐형 연료 시스템을 개발했습니다

연료를 사용하지 않고 전기에너지로 주행하는 시간이 긴 PHEV는 가솔린 차량 대비 연료탱크 속에 연료를 보관해야 하는 기간도 길어지는데요. EV 모드로 주행하는 동안은 엔진이 가동되지 않기 때문에 증발가스를 자연스럽게 재연소 시킬 수도 없습니다. 이때 연료탱크 내에서 발생하는 유해한 증발가스를 저장, 처리하기 위한 LF쏘나타 PHEV만의 아이디어가 바로 밀폐형 연료 시스템입니다. 연료탱크의 강성을 보강하고, 연료탱크를 밀폐하는 밸브와 에어펌프를 추가하는 등 시스템 구성을 새롭게 했습니다. 현대자동차가 개발한 밀폐형 연료탱크는 일정 수준 이상(35kPa)으로 압력이 올라가면 증발가스를 저장하는 캐니스터에 가스를 빼두는 형식으로 압력을 유지합니다. 보관하고 있던 증발가스가 이후 엔진을 사용하면 실린더 내에서 연소되는 것이죠.

오픈 전 연료탱크 내 압력을 미리 낮추는 시스템은 인체에 유해한 증발가스 유출을 방지합니다
l 오픈 전 연료탱크 내 압력을 미리 낮추는 시스템은 인체에 유해한 증발가스 유출을 방지합니다

특히 연료탱크에서 발생하는 증발가스는 대기에 그대로 유출될 경우 인체에 유해하기 때문에 엄격히 관리해야 합니다. LF쏘나타 PHEV는 주유를 위해 연료 주입구 개폐 버튼을 누르면, 바로 열리도록 설계되지 않았는데요. 기존 탱크에 차 있던 증발가스들이 캐니스터로 옮겨가고, 압력이 낮아지면 자동으로 주유구가 열립니다. 주유구를 열었을 때 밀폐된 가스들이 대기로 유출되는 것을 방지하기 위해서죠. 주유가 끝난 후 캐니스터에 차 있는 가스는 이후 엔진을 통해 연소됩니다.



4. 통합 전력 제어의 완성, HPCU

달리는 친환경차에는 곳곳에 전기에너지가 사용됩니다
l 달리는 친환경차에는 곳곳에 전기에너지가 사용됩니다

하이브리드 전력 제어 모듈(Hybrid Power Control Unit, 이하 HPCU)은 하이브리드 시스템 제어는 물론, 모터 제어 및 고전압 배터리의 전압을 12V로 변환하는 기능을 수행합니다. HPCU의 구성 중에서도 하이브리드 시스템의 핵심 부품은 인버터라 할 수 있는데요. 인버터와 같은 전력 변환 장치는 각각의 시스템을 제어하는 제어기가 필요합니다. 따라서 차량의 협소한 공간에 맞도록 여러 제어기를 통합하고 시스템을 간소화하는 것도 중요한 기술 중 하나인 것이죠.

친환경차는 흩어져있는 각 제어기들을 한곳에서 컨트롤하는 통합제어 기술이 중요합니다
l 친환경차는 흩어져있는 각 제어기들을 한곳에서 컨트롤하는 통합제어 기술이 중요합니다

통합형 제어기를 사용하는 LF쏘나타 PHEV는 차량의 효율이 극대화되었습니다. 제어가 제대로 구현되지 않으면 차가 움직이지 않고, 성능에 문제가 생깁니다. 눈에 보이지는 않지만 자동차의 기본과 개성, 능력까지 총괄하는 기능이 제어 시스템으로부터 탄생합니다. 현대자동차는 친환경차의 기본적인 제어 성능과 MCU(Motor Control Unit), TCU(Transmission Control Unit) 등의 제어 관련 소프트웨어를 독자 기술로 개발했습니다.



5. 브레이크를 밟으면 충전이? 회생 제동 시스템

회생 제동 시스템은 가솔린 자동차와의 차이를 여실히 보여주는 기술!
l 회생 제동 시스템은 가솔린 자동차와의 차이를 여실히 보여주는 기술!

시장에 먼저 선보였던 하이브리드 차량에서도 볼 수 있었던 회생 제동 시스템(Regenerative Braking System)이 PHEV에서도 에너지 절약에 큰 역할을 하고 있습니다. 바로 브레이크를 밟고 내리막길을 주행할 때 배터리에 전기를 충전하는 것이죠. 회생 제동 시스템을 통해 관성을 연료로 활용하는 친환경차는 모터가 그 핵심역할을 합니다. 운전자가 브레이크로 차의 속도를 낮추거나 내리막길을 주행할 때 차는 관성의 영향을 받죠. 이때 모터는 발전기가 되어 그 발생 전력을 전원에 되돌리게 되는데, 이것이 바로 회생 제동 시스템의 원리! 즉 버려지는 에너지를 재활용하는 기술입니다.

운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 배터리에 에너지를 재충전합니다
l 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 배터리에 에너지를 재충전합니다

회생 제동 시스템에서 가장 중요한 건 브레이크. 회생 브레이크로 에너지가 재생되는 건 좋지만, 제동력은 어떨까요? 물론 회생 브레이크만으로는 운전자가 원하는 만큼의 제동력을 구현하는 데 한계가 있습니다. 그렇게 탄생한 것이 회생 제동 협조 제어 브레이크 시스템인데요. 제동력의 범위 내에서 최대한 회생 브레이크를 써 주되, 때에 따라 부족한 부분을 유압 브레이크로 보완하는 것이죠.



▶ 현대자동차그룹 연구개발본부 간행물 R&D STORY ‘LF쏘나타 PHEV’에서 발췌한 내용입니다




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