2025. 4. 17. 10:36ㆍ카테고리 없음
1. 하이브리드 시스템의 정의 및 원리
★ 정의
1. 두 가지 이상의 동력원을 결합하여 동력을 생성하고 최적의 성능과 효율을 제공하는 시스템을 의미
2. 내연기관(엔진)과 전기모터를 함께 사용하여 차량을 구동하는 기술
3. 연료 소비를 줄이고, 배출가스를 감소시키며, 주행 성능을 개선
★ 원리
1. 출발 및 저속 주행 (전기 모터만 사용)
- 시동 및 낮은 속도(보통 30~50km/h 이하)에서는 전기모터가 구동
- 배터리에 저장된 전기로 조용하고 연료 없이 주행
2. 일반 주행 (엔진과 모터 병행)
- 속도가 증가하면 엔진과 전기모터가 함께 동작
- 연비 절약을 위해 엔진이 발전기 역할도 수행하며 배터리를 충전
3. 급가속 및 고속 주행 (엔진 위주, 필요시 모터 보조)
- 더 강한 동력이 필요할 때 엔진이 주로 작동하고 전기모터가 추가적인 힘 제공
4. 감속 및 제동 (배터리 충전)
- 회생제동 시스템을 사용하여 브레이크를 밟거나 감속할 때 전기모터가 발전기 역할을 함
- 운동에너지를 전기로 변환하여 배터리를 충전
5. 정지 및 아이들링 (엔진 자동 정지)
- 정차 시(신호 대기 등) 엔진이 자동으로 꺼지고 필요하면 전기모터가 작동
- 연료 소비를 줄이고 배기가스를 감소
2. 구성요소
1. 내연기관(엔진)
- 전기모터가 부족한 힘을 보충하고, 배터리를 충전하는 역할도 수행
2. 전기모터 (모터-제너레이터)
- 주행 시 모터 역할 (전기 에너지를 동력으로 변환)
- 제동 시 발전기 역할 (운동 에너지를 전기로 변환하여 배터리에 저장)
3. 하이브리드 전용 변속기 (E-CVT 등)
- 엔진과 전기모터의 출력을 효율적으로 조합하여 전달
4. 고전압 배터리
- 전기모터에 필요한 전기를 저장 및 공급
- 감속·제동 시 회생제동 시스템을 통해 충전
3. 하이브리드 시스템의 종류
1. 시리즈 하이브리드 (Series Hybrid)
구조
엔진 ➡ 발전기 ➡ 전기모터 ➡ 바퀴
동작 원리
엔진은 직접 바퀴를 구동하지 않고, 발전기를 통해 전기를 생산
전기모터가 생성된 전기로 바퀴를 구동
특징
전기모터 중심으로 주행
엔진은 배터리 충전 및 발전기 역할만 수행
장점
저속 및 도심 주행에서 연비가 매우 우수
엔진 소음이 적음
예
닛산 e-POWER 시스템, 쉐보레 볼트(Volt)
2. 병렬 하이브리드 (Parallel Hybrid)
구조
엔진 ➡ 바퀴 / 전기모터 ➡ 바퀴
동작 원리
엔진과 전기모터가 동시에 또는 각각 바퀴를 구동 가능
엔진과 모터의 출력이 직접적으로 구동계에 연결
특징
고속 주행 시 엔진 위주, 저속 및 가속 시 모터 보조
단순하고 경량화 가능
장점
구조가 간단하여 유지 보수가 용이
고속 주행에서도 효율적
예
현대 쏘나타 하이브리드, 혼다 i-MMD 시스템
3. 직렬-병렬 하이브리드 (Series-Parallel Hybrid)
(풀 하이브리드, Toyota Hybrid System, THS)
구조
엔진 ➡ 발전기 ➡ 전기모터 ➡ 바퀴
엔진 ➡ 바퀴
동작 원리
상황에 따라 엔진만, 모터만, 또는 둘 다 사용
전자적으로 동력을 분배하여 최적의 효율 제공
특징
복잡한 구조지만 가장 유연하고 효율적
저속에서는 전기모터, 고속에서는 엔진 중심
장점
다양한 주행 상황에서 효율적
엔진과 모터의 조합으로 고출력 제공
예
토요타, 렉서스
4. 마일드 하이브리드 (Mild Hybrid, MHEV)
구조
엔진 ➡ 바퀴
보조 전기모터 ➡ 엔진
동작 원리
작은 전기모터가 시동 및 가속 시 보조
전기모터만으로는 주행 불가
특징
배터리 크기와 모터 출력이 작음
연비 개선 및 배기가스 저감 효과
장점
비용이 적고, 구조가 단순
기존 내연기관 차량과 큰 차이 없이 적용 가능
예
아우디 A6 45 TFSI MHEV, 메르세데스-벤츠 E 350
5. 플러그인 하이브리드 (Plug-in Hybrid, PHEV)
구조
엔진 ➡ 바퀴 / 전기모터 ➡ 바퀴
외부 전원 ➡ 배터리 충전
동작 원리
외부 전원을 이용해 대용량 배터리를 충전
전기차 모드로 장거리 주행 가능, 필요시 엔진 사용
특징
순수 전기차처럼 외부에서 충전 가능
전기 모드와 하이브리드 모드 간 전환 가능
장점
배터리 용량이 커서 전기만으로 장거리 주행 가능
연료 소비와 배출가스를 최소화
예
토요타 프리우스 프라임, BMW 530e
4. 장점과 단점
장점
1. 연료 절감 및 연비 향상
- 전기모터를 활용하여 연료 소비를 줄이고 연비를 극대화
- 특히 도심 주행에서 효과적
2. 배출가스 감소 (친환경적)
- 내연기관만 사용하는 차량보다 CO₂ 및 오염물질 배출량이 적음
- 일부 하이브리드 차량은 전기 모드(EV Mode) 주행이 가능하여 도심 공해 저감 효과
3. 정숙한 주행
- 전기모터 구동 시 소음이 거의 없음
- 도심 및 저속 주행 시 조용하고 부드러운 승차감 제공
4. 회생제동 시스템 활용 (배터리 충전)
- 감속 및 브레이크 시 운동에너지를 전기로 변환하여 배터리 충전
- 연비 개선과 동시에 브레이크 마모 감소 효과
5. 엔진과 모터의 조화로운 성능
- 필요시 전기모터가 추가 동력 지원 → 가속 성능 향상
- 병렬 및 직렬-병렬 하이브리드 시스템은 고속에서도 출력 유지 가능
6. 내연기관 차량보다 유지 보수 비용 절감
- 엔진 사용량 감소로 인해 오일 교환, 브레이크 마모 등의 유지 보수 비용 절감
- 일부 하이브리드 모델은 장기 보증(배터리 포함) 제공
단점
1. 차량 가격이 비쌈
- 일반 내연기관 차량보다 초기 비용이 높음
- 고전압 배터리, 전기모터, 하이브리드 전용 시스템 추가로 인해 제조 원가 상승
2. 배터리 수명 및 교체 비용 부담
- 하이브리드 차량용 고전압 배터리는 시간이 지나면 성능 저하
- 보증기간 이후 배터리 교체 비용이 높음 (일반적으로 수백만 원)
3. 고속 주행에서는 연비 개선 효과가 적음
- 하이브리드 차량은 도심 및 저속에서 연비 효율이 뛰어남
- 하지만 고속도로 주행 시에는 전기모터의 역할이 감소하여 연비 차이가 크지 않음
4. 차량 무게 증가
- 내연기관 외에 전기모터와 배터리 추가로 인해 차체 무게 증가
- 일부 모델에서는 무게로 인해 핸들링과 주행 성능 저하 가능성
5. 유지 보수 및 수리 비용 증가
- 하이브리드 시스템이 복잡하여 일반 정비소에서 수리가 어렵고, 전문 정비소 방문 필수
- 부품(배터리, 모터, 인버터) 교체 시 비용이 비쌀 수 있음
6. 추운 날씨에서 연비 저하
- 저온 환경에서는 배터리 성능이 감소하여 전기모터 효율이 떨어짐
- 이로 인해 연비가 감소하고 엔진 의존도가 증가