78강. 하이브리드 자동차의 구동방식
가.하이브리드 자동차의 개요
(1) 하이브리드 자동차란
하이브리드의 사전적 의미를 보면 두 가지 기능이나 역할이 하나로 합쳐진다라는 뜻
을 가지고 있으며, 요즘시대에서 많은 분야에서 하이브리드의 말이 사용되고 있다. 예
를 들어 태양에너지의 효율적 이용을 목적으로 집광형 태양전지나 태양 열 컬렉터를 결
합시킨 해 광열 하이브리드 발전등 여러 분야에 하이브리드라고 하는 말이 사용되고 있
으며, 하이브리드 자동차도 이와 같이 시대에서 여러 형태로 발전되고 있는 환경의 변
화의 경우 일 것이다.
(2) 하이브리드 자동차의 구성 개요
하이브리드 자동차는 주동력원인 전기배터리에 보조동력장치(일반적으로 내연기관)
를 조합, 연결하여 운행되는 자동차이다. 이 자동차는 축전지만으로 주행 시 주행거리
가 짧은 전기자동차의 단점을 보완하기 위하여 개발된 자동차이다. 화석연료를 사용하
는 자동차에 비하여 하이브리드 자동차는 배기가스를 대폭 저감시킬 수 있는 방법의 가
장 상용화에 근접한 방편으로 생각되고 있다.
화석 연료의 고갈에 따른 전기자동차의 필요성에 대한 부분이 가시화되면서 여러 분
야에서 연구개발이 진행이 되면서 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 전기자동
차가 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문
에 실용화되는 부분에 어려움이 있어 하이브리드 자동차의 탄생으로 이어지게 되었다.
하이브리드 자동차는 2개의 동력원을 사용하는 형태로 가솔린엔진과 전기모터, 수소
연소엔진과 연료전지, 천연가스와 가솔린엔진, 디젤엔진과 전기모터 등 2개의 동력원
을 사용할 수 있으며, 지금 현재로서는 주로 가솔린엔진과 전기모터를 함께 쓰는 방식
을 이용하고 있다. 또 하이브리드 자동차는 구동 모터와 엔진의 조합에 따라 다양한 형
태의 구조를 가진다.
하이브리드 자동차는 크게 직렬형과 병렬형으로 구분하며, 기술적인 면과 양산성을
고려하여 각 메이커별로 추구하는 개발 방향에 따라 다양한 구조의 동력 전달 장치로
구성된다.
나. 하이브리드자동차와 전기자동차
전기자동차는 자동차의 구동 에너지를 기존 가솔린이나 경유 같은 화석 연료의 연소
로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다. 전기자동차는 배기가스가 전혀 없
으며, 소음이 아주 작은 장점이 있다.
전기자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량,
충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되는 부분에 어려움이 있다.
전기자동차는 엔진이 전기 모터로 대치된 것 외에 내연기관 자동차들과 약간씩의 차
이가 있다. 그러나 가장 큰 문제는 에너지의 공급원인 배터리이다. 배터리의 경량·소
형화 및 짧은 충전시간은 전기자동차가 실용화되기 위한 필수적인 선결 조건이다. 따라
서 전기자동차의 경우 실요화 측면에서 보완할 과제가 많다. 그러므로 현실적으로 실용
화가 용이한 자동차인 하이브리드자동차가 먼저 보급되는 것이다.
(1) 전기자동차의 구성
(가) 배터리
전기자동차의 배터리는 여러 개의 배터리를 사용하여야함으로 기존의 납 배터리의
경우에는 납을 전극으로 사용하기 때문에 중량이 무거우며 에너지밀도도 낮아 전기
자동차에서 사용하기에는 어려운 점이 있다. 또한 전기자동차의 가장 핵심기술은 성
능이 우수한 배터리의 개발이라고 할 수 있으며 현재 전기자동차용으로 개발되고 있
는 배터리는 다양한 성능요건을 충족시켜야 하며 배터리 성능을 결정하는 가장 중요
한 부분으로는 에너지밀도와 출력을 들 수 있으며, 이외에도 안정성, 수명, 충전 용
이성, 충전효율, 충전시간, 저온성능 등 다양한 요구를 만족하여야 한다. 에너지밀도
는 1회 충전 시 주행할 수 있는 운행거리와 관계되며, 단일전지에 저장되는 에너지양
으로 결정된다. 따라서 배터리는 에너지밀도가 높고 소형화와 경량화가 가장 중요한
요소이며 배터리의 출력은 가속력과 최고속도를 결정하는데 중요한 요소이다. 이러
한 부분을 만족시키기 위해 현재 사용하고 있는 배터리는 니켈 계열의 배터리를 사용
하고 있으며 니켈 계열의 배터리는 납 배터리에 비해 대전류 방전특성이 우수하고,
저온에서도 특성이 크게 저하되지 않는데
비해 출력밀도가 크고, 수명이 길며, 단시
간 충전이 쉬운 장점이 있어 하이브리드 전
기자동차에 사용되고 있다. 그러나 에너지
밀도가 크게 높지 못하고 가격이 납 배터
리에 비해 높아서 대량 사용 시 자원문제를
유발시킬 수 있다.
(나) 모터와 제어기
모터의 경우 DC모터(직류모터)를 AC모터(교류모터)로 변환함에 따라 전기자동차
의 출력과 동력성능(가속성능, 최고속도)이 크게 향상되어 가솔린차에 비하여 손색 없는 수준에 도달하였다.
고출력화를 추진하면서 고회전화 함에 따라 모터가 경량·소형화되어 탑재중량이
나 용적도 크게 감소하였으며 모터와 동시에 감속기나 차동장치도 소형화되고 있다.
제어기의 경우 주로 모터 제어를 위한 컴퓨터이며, 모터로 공급되는 전류
량을 제어함으로서 출력과 동력성능을 제어하고 또한 AC모터(교류모터)
를 사용함으로 배터리의 DC(직류)전원을 AC(교류)전원으로 변환시키는 인
버터의 기능과 자동차의 주행 중 제동또는 감속 시에 발생하는 여유에너지
를 모터에서 발전기로 전환하여 배터리로 충전을 하는 기능도 동시에 수행한다.
다. 하이브리드 자동차의 동력원
하이브리드 자동차는 이전의 하이브리드의 사전적 의미에서 봤듯이 두 가지 기능이
나 역할이 하나로 합쳐져 사용되고 있는 자동차를 말하며 이는 2개의 동력원(내연기관
과 축전지)을 이용하여 구동되는 자동차를 말한다.
하이브리드 전기자동차에서 2개의 동력원을 사용하는 형태를 보면 가솔린엔진과 전
기모터, 수소연소엔진과 연료전지, 천연가스와 가솔린엔진, 디젤엔진과 전기모터 등 2
개의 동력원을 사용할 수 있으며, 지금 현재로서는 주로 가솔린엔진과 전기모터를 함께
쓰는 방식을 이용하고 있다.
라. 하이브리드 자동차의 구동방식에 따른 종류
하이브리드 전기자동차는 구동 모타와 엔진의 조합에 따라 다양한 형태의 구조가 가
능하다. 이러한 구조를 크게 직렬형과 병렬형으로 구분할 수 있으며 기술적인 면과 양
산성에 대한 고려하여 각 메이커별로 추구하는 개발 방향에 따라서 다양한 구조의 동력
전달 장치가 구성된다.
(1) 직렬 형식
직렬 방식은 엔진에서 출력되는 기계적 에너지는 발전기를 통하여 전기적 에너지로
바뀌고 이 전기적 에너지가 배터리나 모터로 공급되어 차량은 항상 모터로 구동되는 하
이브리드 전기자동차를 말한다.
기존의 전기자동차에 주행거리의 증대를 위하여 발전기를 추가한 형태를 말하며 이
발전기의 발전을 엔진동력 즉 연료를 이용한 엔진구동을 통해 발전하는 형태를 말한다.
(2) 병렬 형식
병렬 방식은 배터리 전원으로도 차를 움직이게 할 수 있고 엔진(가솔린 또는 디젤)만
으로도 차량을 구동시키는 두 가지 동력원을 같이 사용하는 방식을 말한다.
주행조건에 따라 병렬 방식은 엔진과 모터가 상황에 따른 동력원을 변화할 수 있는
방식이므로 다양한 동력 전달 방식이 가능하다. 그러므로 이에 따른 구동방식이 나누어
지며 대표적으로 소프트 방식과 하드 방식으로 나눌 수 있다.
하이브리드 자동차 중 근래에 사용하는 대부분의 자동차는 병렬방식인데, 이를 다시
세분하면 소프트 방식과 하드방식, 그리고 플러그인 방식이 있다.
