본문내용 바로가기

물과 전기로 자동차가 간다
친환경차 알아보기2014/11/26by 현대·기아

하이브리드, 플러그인 하이브리드, 전기차, 수소연료전지차 등
종류별 친환경차에 대해 알아보겠습니다

blue drive

| 친환경에 대한 의지와 메시지를 담은 현대자동차의 친환경 통합 브랜드 ‘블루 드라이브’



이제 2014년이 서서히 저물어 갑니다. 올해 자동차 업계의 대표적인 화두가 `친환경'이었다는 점에 이견을 다는 이는 없을 것입니다. 그리고 2015년에도 역시 `친환경'이라는 단어는 계속 회자될 것입니다. 마침 현대·기아차는 2020년까지 친환경차 22종을 내놓겠다는 계획을 발표했습니다. 자 그럼 사람들이 친환경차, 친환경차 말하는데 도대체 어떤 차들을 친환경차라고 부르는지 자세히 알아보겠습니다.



하이브리드차 - 가솔린+전기모터로 에너지효율 향상
 

그랜저 하이브리드
| 그랜저 하이브리드

친환경차 중 상용화가 가장 많이 진행된 모델은 하이브리드차(Hybrid Electronic Vehicle·HEV)입니다. 현대·기아차는 2005년부터 베르나 하이브리드, 프라이드 하이브리드, 아반떼 하이브리드 등을 개발하며 기술을 축적했습니다. 현재 쏘나타, 그랜저, K5, K7 등 4개 차종으로 라인업을 조정했지요. 하이브리드는 영어로 `혼합된'이라는 뜻입니다. 자동차에서 하이브리드는 엔진과 전기모터가 섞여 있다는 의미죠.

하이브리드는 매우 현명한 방식입니다. 시동을 걸고 속력을 낼 때는 엔진과 전기모터가 함께 작동됩니다. 그러다가 폭발적인 힘을 낼 필요가 없는 낮은 속도 구간에서는 전기모터가 작동합니다. 차가 많고 자주 막히는 시내에서 운전할 때 굳이 엔진을 쓰지 않아도 되니 연료를 아끼고 배기가스도 줄일 수 있죠. 자동차에 따라서는 시속 50km까지 순수하게 전기모터로만 속도를 내기도 합니다. 그러다 높은 속도를 낼 때만 엔진을 사용하게 됩니다.


브레이크 밟거나 내리막길에서 전기 에너지 모아
 

그랜저 하이브리드의 LCD 클러스터 하이브리드 전용 콘텐츠. ECO레벨과 에너지 흐름도, 경제운전을 위한 정보를 알 수 있다
l 그랜저 하이브리드의 LCD 클러스터 하이브리드 전용 콘텐츠. ECO레벨과 에너지 흐름도, 경제운전을 위한 정보를 알 수 있다 

그렇다면 전기모터의 배터리를 어떻게 충전할까요? 브레이크로 속력을 줄이거나 내리막길을 갈 때 저절로 바퀴가 굴러가는데, 이 굴러가는 에너지의 일부가 전기 에너지로 변환돼 배터리에 쌓입니다. 따로 전기를 연결하지 않아도 배터리가 충전되는 것이지요. 이런 에너지 흐름도는 자동차 계기판을 통해 한눈에 볼 수 있습니다. 출발할 때는 엔진과 모터를 같이 쓰다, 그 뒤 전기모터만 쓰게 되고, 속도를 내면 엔진과 모터를 같이 쓰고, 때로는 엔진만으로 힘을 냅니다. 여기에 브레이크를 밟거나 내리막길에서는 충전하는 모습까지 고스란히 파악할 수 있습니다.


디젤과 전기모터 조합은 기술적으로 조명 못 받아

엔진은 가솔린과 디젤엔진이 있지요. 대부분의 하이브리드차는 가솔린엔진과 전기모터의 조합으로 구성됐습니다. 디젤엔진이 상대적으로 연비가 좋은데 왜 디젤엔진과 전기모터의 조합이 별로 없을까요? 국내에서 한 수입차 업체가 디젤엔진과 전기모터의 하이브리드를 선보인 적이 있었으나 인기를 끌지 못했는데, 이유가 있습니다. 가솔린 하이브리드차는 저속에서 전기모터가 강한 토크를 발생합니다. 반면 디젤 하이브리드의 경우는 무겁고, 디젤엔진 자체가 저속에서 두꺼운 토크로 시작하기 때문에 하이브리드의 특징을 충분히 살리기 어렵습니다. 앞으로도 하이브리드는 가솔린엔진과 전기모터의 `궁합'으로 만들어질 가능성이 높지요.



플러그인 하이브리드 전기차(PHEV) - 충전 콘센트로 전기모터 활용 높여

하이브리드차에 플러그인이라는 단어가 붙기도 합니다. 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid Electronic Vehicle·PHEV)는 영어 표현 그대도, 전기 코드를 꽂아 충전할 수 있는 차입니다. 주행하면서 충전할 필요가 없는 더 편리한, 한 단계 발전한 모델입니다. 전기차와 하이브리드의 장점만을 조합했다고도 합니다. 충전 콘센트가 있어 일정 거리(통상 40~50㎞)는 전기 모드만으로 달릴 수 있고, 나머지는 배터리와 기존 엔진을 조합한 하이브리드 형태로 달릴 수 있습니다. 미국 시장조사기관 IHS는 PHEV 시장이 올해 16만 대에서 2020년 139만 대로 친환경차 중 가장 빠르게 성장할 것으로 전망했을 만큼 앞으로 주목받을 것으로 보이며, 현대차도 곧 신형 쏘나타 PHEV를 내놓을 예정입니다. 



전기차(EV) - 2020년이면 266만 대 시장 형성
 

쏘울 ev
l 차량 앞부분에 슬라이딩 방식으로 충전포트를 위치시켜 편의성을 높인 쏘울EV. 충전량은 램프 점등 개수로 표시해 외부에서도 쉽게 확인할 수 있다

하이브리드는 엄격히 말해 화석연료를 전혀 쓸 필요가 없는 전기차로 가기 위한 중간 단계인 셈이지요. 현대·기아차는 순수하게 전기모터만 사용하는 전기차로 쏘울과 레이 2개 모델을 선보였는데요. 전기차는 엔진 없이 전기모터만으로 움직입니다. 기름을 넣을 필요 없다는 뜻입니다. 전기를 충전해주기만 하면 차가 달릴 수 있는 것입니다. 대체로 앞쪽에 전기모터가 달려 있고, 앞쪽이나 뒤쪽에 구동 배터리가 자리 잡습니다. 전기차는 에너지 효율이 뛰어납니다. 내연기관인 가솔린 엔진의 효율은 통상 15%, 디젤엔진은 20% 정도인데 전기모터의 에너지 효율은 약 80%에 달합니다.


전기차 180년 전 이미 개발됐다?

많은 사람이 전기차가 최근에 개발된 것으로 알고 있지만 사실 전기차는 지금으로부터 180년 전인 1830년대 만들어졌습니다. 1870년대에 나온 가솔린 자동차보다 무려 40년이나 빨리 나왔지만, 그야말로 너무 비싸고 안전하지 않다는 이유로 양산이 이뤄지지 않았습니다. 그러다 전 지구적으로 환경오염에 대한 이슈가 불거지고 기술적으로 개발이 이뤄진 2010년께 세계 주요 글로벌메이커들이 전기차를 내놓았습니다.

현대·기아차도 2011년 12월 양산형 고속전기차 레이EV를 공개했고, 최근 선보인 쏘울EV가 호평받고 있죠. 쏘울 전기차는 전기모터 출력 81.4㎾, 최대토크 285Nm으로 전세계 판매 1위 전기차 모델인 닛산 리프(출력 80㎾, 최대토크 254Nm)에 앞설 만큼 경쟁력 있지요. 앞으로 양산차의 전기차 버전이 아닌 전기차용 순수 모델이 나오면 현대·기아차가 또 한번 화제를 모을 겁니다.

전기차 시장도 크게 성장할 것으로 예상됩니다. 2020년까지 266만 대 규모로 커질 것으로 전문가들은 보고 있습니다. 전기차 시장의 성장을 위해 개선돼야 할 점도 적지 않습니다. 성능도 더 좋아져야 하고 인프라도 넓혀야 합니다. 현재 시장에 나와 있는 전기차의 평균 1회 충전 시 주행거리가 150㎞ 남짓입니다. 1회 충전 주행거리를 300㎞ 이상으로 늘릴 수 있는 배터리나 변속기 등을 개발하는 게 과제이죠. 또 급속 충전기를 크게 늘려야 전기차의 대중화가 가능할 겁니다.



현대모비스는 신개념 배터리 관리시스템 개발
 

기존 BMS적용 배터리 모듈
| 기존 BMS적용 배터리 모듈
 

신개념 BMS적용 배터리 모듈
| 신개념 BMS적용 배터리 모듈

현대모비스의 `신개념 배터리 관리시스템'은 전기차 대중화를 앞당기는 데 기여하리라 봅니다. 현대모비스는 하이브리드차, 플러그인 하이브리드차, 전기차 등 친환경 자동차의 핵심부품인 배터리 관리시스템(BMS: Battery Management System)을 획기적으로 개선한 신기술을 국내 최초로 개발했습니다.

BMS는 친환경 차량용 배터리 관리를 최적화해 에너지 효율을 높이고 수명을 연장해주는 역할을 하는 핵심부품입니다. 배터리의 전압, 전류 및 온도를 실시간으로 모니터링해 과도한 충전 또는 방전을 미연에 방지하고 배터리의 안전성과 신뢰성을 높여줍니다.

기존 BMS는 배터리 셀에서 감지한 각종 물리적 정보(전압, 온도 등)를 전달하기 위해 고전압 와이어가 장착됐었는데요. 예를 들어 하이브리드 자동차에 적용된 72셀 배터리의 경우, 무려 전선 100여 가닥의 고전압 와이어가 사용됐습니다. 반면 이번 현대모비스가 개발한 신개념 BMS는 배터리 셀 별로 감지장치를 분리해 적용하고, 각각의 감지장치와 관리제어장치 사이를 통신으로 연결해 전선 가닥 수를 획기적으로 감소시켰습니다.


배터리용량 커져도 무게·부피 크게 늘지 않아

최근 친환경차량의 배터리 용량 증가를 위해 배터리 셀을 기존 72셀에서 96셀 등으로 확장하는 추세인데, 기존 시스템에서는 배터리 셀이 증가하면 배터리모듈의 부피와 고전압 와이어의 길이 그리고 전체 중량도 같이 증가합니다. 하지만 신개념 BMS는 핵심장치를 표준화 및 모듈화해 셀 증가 또는 감소만큼 감지장치의 적용 수량만 변경하면 됩니다. 따라서 BMS를 새로 개발하지 않아도 돼 다양한 차종에 확대 적용하기 쉽습니다. 또 친환경 차량의 개발기간 단축 및 품질 향상에 기여할 수 있으리라 봅니다. 



물 합성 에너지로 가는 수소연료전지차 시대도 열려
 

투싼ix 수소연료전지차
| 투싼ix 수소연료전지차

이제 마지막으로 수소연료전지차는 무엇인지 살펴보겠습니다. 원리는 사실 간단합니다. 물(H2O)을 전기로 분해하면 수소와 산소로 나뉜다는 사실은 다들 아실 겁니다. 수소연료전지는 반대로 수소와 산소가 결합해 물을 만들 때 발생하는 에너지를 사용합니다. 차량 안에 있는 수소 탱크에서 수소를 연료전지로 보내면 외부의 공기를 흡수해 이 둘을 결합합니다. 이 과정에서 발생되는 에너지는 모터로 보내고, 물(수증기)은 외부로 배출합니다.

그야말로 친환경차지만 수소연료차의 상용화가 늦어진 이유는 수소라는 기체의 불안정성 때문입니다. 하지만 현대차동차는 20여 년간의 연구 끝에 수소를 안정적으로 차량에 저장할 수 있는 기술을 개발해 본격적인 상용화에 한발 다가섰습니다.


현대·기아차 수소연료차 상용화 전 세계에서 가장 빨라
 

수소 충전 주입구
| 수소 충전 주입구

현대·기아차는 세계적으로 수소연료전지차 부문의 선두주자입니다. 1998년 처음 개발에 착수한 이래 싼타페·모하비·투싼 등의 수소연료전지차 모델을 꾸준히 선보였습니다. 완성차 업체 중 세계 최초로 수소연료전지차 양산 체제를 갖췄고, 지난해 2월부터 투싼ix 수소연료전지차를 울산공장에서 생산하기 시작했죠.



수소연료 전지차 시장이 커지려면 전기차처럼 인프라가 가장 중요합니다. 수소충전소가 곳곳에 생겨 수소 충전을 쉽게 할 수 있도록 만들어야죠. 이를 위해선 수소충전소를 엄격하게 안전을 관리해야 할 것입니다. 현대차를 비롯해 세계 자동차기업들이 꾸준히 연구 중이고, 각국 정부들도 친환경차에 대해 호의적인 정책을 펴고 있어 수소연료전지차 시장도 급속히 커질 것으로 보입니다.



 

TOP