PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle)

거북이/관심있게 지켜보기 : 2008/01/08 17:52

미국과 일본 등 해외 자동차 업체는 몇해전까지 하이브리드 자동차 (HEV: Hybrid Electric Vehicle) 개발에 몰두했었다. 하지만 최근 경향을 살펴보면 하이브리드 자동차보다는 PHEV(전기공압식 자동차: 거북은 공압이라는 이름이 맘에 들지 않아 그냥 PHEV라고 쓰도록 하겠습니다.^^)로 발전방향을 바꾸고 있으며 일정수준의 단계에 이르렀다.

그럼 HEV와 PHEV의 차이점은 무엇일까?
HEV는 크게 현재 자동차의 내연기관, 전기모터 그리고 배터리로 구성되어있다. 내연기관을 이용하여 자동차를 이동하면서 배터리를 충전하고 이를 다시 이용해서 가속하는 방식을 택하고 있는 HEV는 1990대에 혼다와 도요타를 통해 Civic과 Prius를 각각 출시하였다.
PHEV는 HEV의 구성을 모두 가지고 있으며 그것에 더하여 플러그를 통해 전기를 충전할 수 있도록 설계되었다 (아래그림참고). 따라서 HEV와는 달리 내연기관에 의존하지 않고도 전기만을 이용하여 출발할 수 있을 뿐만 아니라 이미 충전되어져 있는 상태이기 때문에 더 효과적으로 엔진의 출력을 도와줄수 있다.

http://www.calcars.org/photos.html

from SAE Paper 2006-01-0666

 

현재 많은 해외 자동차업체들이 PHEV의 개발에 박차를 가하고 있다. 그중 대표적인 기업이 도요타와 Chevrolet (쉬보레)를 들 수 있다 (혼다는 HEV 이후 큰 발전이 없는 상태). 도요타의 경우 Prius를 통해 이미 PHEV 개발을 이루었으며 Chevrolet도 미국인의 취향을 고려하여 Full-Size 밴인 Tahoe를 2008년 시장에 내어놓았다. 하지만 아직 우리나라 현대자동차는 차세대 자동차에 대한 개발의지가 크지 않은거 같아 조금 실망스럽네요. 현대의 분발이 아쉬운 시점이라 하겠습니다.

 

www.chevrolet.com

PHEV의 경제성을 다른 자동차들과 비교해보면 다음과 같다. 100km를 주행할때 소비되는 기름을 기준으로 하면, 일반자동차의 경우 약 8리터, HEV의 경우 5리터가 필요하다. 이와 비교해서 PHEV는 100km주행시 1리터만으로 충분하다고 하니 얼마나 경제적인지 가늠해 볼 수 있다 (http://web.missouri.edu/~suppesg/Hydrogen.htm). 이 부분이 PHEV의 상당한 매력이라고 생각되네요.

경제적인 이득 못지않게 PHEV의 도입은 전세계적으로 이슈가 되고 있는 지구온난화 문제에도 하나의 해결책이라고 지목받고 있으며. PHEV의 도입을 통해 획기적으로 자동차 배기가스량을 줄일 수 있다는 점이 미국정부 및 세계 각국에서도 주목하고 있는 부분이다. 소소한 이득으로는 도시내 자동차 배기가스량이 줄어 시민들의 건강향상에도 도움이 되고 소음이 줄어든다는 장점들이 있다.

그렇다고 PHEV가 장점만을 가지고 있는 것은 아니다. PHEV의 핵심이라고 할 수 있는 배터리의 단가가 비싸고 그 수명이 얼마나 신뢰성을 가지는지도 하나의 풀어야할 과제로 남아있다. 또한 더 많은 전기발전량이 요구되어진다는 점도 쉽게 무시할 수 없는 부분이다. 하지만 기술이 발전하면 이러한 문제점들도 하나둘 풀려나가리라고 보인다.

PHEV에 대한 소개와 장점 및  단점에 대해서 조사해보았습니다. 언제가 될지는 모르지만 이후 포스트에는 배터리기술이나 미국내 PHEV 개발 동향에 대해 좀더 상세히 다루어볼까 합니다.

PHEV는 HEV와는 달리 Plug를 가지고 있다는 특징이 있습니다. Plug를 통해서 전기를 충전해두었다가 자동차가 운행되는 동안 충전된 전기를 사용하죠. 물론 운행도중에도 Electric Motor를 통해서 계속 재충전이 이루어지구요. 이런 원리로 일반 내연기관차량이나 HEV보다도 높은 연비와 낮은 오염물질 배출이라는 특징을 지니고 있습니다. 이미 미국, 일본등 자동차 기술 선진국들은 HEV에서 PHEV로 눈길을 돌리고 있는 실정입니다.

PHEV의 일반적인 구조는 아래 그림들과 같습니다. 기본적으로 내연기관, Electric Motor, Power Electronics, Battery pack, Fuel tank, 그리고 Recharge Plug로 구성되어 있습니다. Fuel tank는 일반 내연기관차량에 비해 적은 용량으로 설계된다고 하네요. Battery pack과 Fuel tank간의 trade-off 정도로 생각하면 되겠네요. 적어진 Fuel tank의 용량만큼 Battery pack이 그 역할을 대신 수행하는 형태이니까요. Electric Motor는 주행중에 엔진과 발전기의 역할을 동시에

수행한다는 특징을 가지고 있습니다.

http://www.eere.energy.gov/afdc/vehicles/plugin_hybrids_what_is.html

엔진의 형태를 확대해서 살펴보면 아래 그림과 같습니다. 물론 아래그림의 엔진형태는 여러 가능한 형태중 하나라 볼 수 있구요. 굳이 내연엔진과 Electric Motor가 일체형이어야만 하지는 않습니다. 아래 형태를 보면 내연기관차량의 엔진구조에다 Electric Motor가 Transmission 사이에 접목되어 있다는 정도의 차이가 있겠네요.

Mark Duvall, PHEV, The seattle electric V2G forum

아래 그림은 가장 위에서 본것과 달리 자동차 Transmission cross bar와 같은 방향으로 엔진이 설치된 경우입니다.

Mark Duvall, PHEV, The seattle electric V2G forum

얼마전 현대자동차에서 2015년까지 하이브리드카를 양산하겠다고 발표했습니다. 그동안 국내 선두 자동차메이커로써 현대가 하이브리드카에 관심을 두지않아 내심 걱정이 되었는데 늦었지만 개발에 착수했다는 잘 진행되길 기대해봅니다.