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토요타 "하이브리드라고 다 같은 기술은 아니다!"

권지용 입력 2021. 12. 03. 09:08
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전기차 시대가 빠르게 다가오고 있다. 세계 유명 모터쇼의 주인공은 단연 전기차의 몫이며, 우리나라에서도 파란색 번호판을 부착한 전기차를 도로 위에서 쉽게 만날 수 있다.

그렇다고 무조건 전기차를 구매하기에는 아직 부담스럽다. 우선, 자유롭게 충전을 할 수 있는 '집밥' 여부에 따라 사용자 편의성이 크게 나뉜다. 아직은 불편한 충전 및 정비 네트워크와 동급 내연기관대비 높은 가격, 그리고 매년 꾸준히 줄어드는 정부보조금 등도 고민이다.

이 같은 과도기적인 흐름 속에서 하이브리드카가 빛을 발휘하고 있다. 전기차 시대에 대한 준비는 아직 미흡하지만, 하이브리드 부문만큼은 독보적인 토요타가 국내 미디어를 대상으로 하이브리드 아카데미를 진행했다. 토요타 하이브리드만의 특징과 차별점을 살펴봤다.

#직렬과 병렬, 그리고 직병렬은 또 뭐야?

먼저 하이브리드 시스템은 전기모터의 단독 구동 여부에 따라 풀 하이브리드와 마일드 하이브리드로 구분된다.

마일드 하이브리드의 경우 비교적 낮은 전력의 배터리를 탑재해 모터만으로 단독 주행이 불가능하다. 모터와 배터리가 보이지 않는 곳에서 열심히 일하고 있지만, 운전자 입장에서는 일반 내연기관 차량과 크게 다른 점을 느끼기 어렵다.

풀 하이브리드 시스템은 전기만으로 단독 주행이 가능하다. 부하가 적은 상황에는 엔진을 끄고 전기모터가 차량을 이끈다. 특히, 가다서다를 반복하는 시내 구간에서는 마치 순수전기차처럼 주행할 수 있다. 엔진 회전력과 회생제동으로 전력을 생산하기 때문에 별도 충전이 필요없다.

풀 하이브리드 시스템에서 외부 충전 시스템이 더해지면, 플러그인 하이브리드로 다시 분류된다.

​하이브리드 시스템 종류=한국토요타 제공

풀 하이브리드 시스템은 형태에 따라 직렬형과 병렬형, 직병렬형으로 나뉜다. 이들은 주요 동력원과 모터 갯수, 충전 방식 등에서 차이를 보인다.

직렬형은 모터가 차량 구동을 담당하고, 엔진은 배터리를 충전하는 발전기 역할만 맡는다. 주행거리 연장형 전기차나 초기 플러그인 하이브리드 차량에서 볼 수 있던 구조다. 배출가스를 줄일 수는 있지만, 엔진으로 차량을 직접 굴리는 것보다 효율이 떨어져 최근에는 찾아보기 어렵다.

병렬형은 엔진이 기본적인 운행을 담당하며, 부하가 적은 상황에 전기모터가 개입해 차량을 구동하는 방식이다. 변속기 앞ㆍ뒤로 엔진과 모터를 배치해 양쪽 동력을 고루 사용할 수 있게끔 설계됐다. 기존 내연기관 차량의 구조에서 크게 벗어나지 않고 만들수 있어 현대차그룹을 비롯한 대다수 브랜드가 병렬형을 적극 활용하고 있다. 다만, 전기모터가 변속기와 맞물리는 구조로 되어있어 모터 크기를 키우는 데 한계가 있다.

토요타는 직렬형과 병렬형을 혼합한 직병렬형을 사용한다. 통상적으로 1개의 모터와 1개의 엔진이 결합된 병렬형과 달리, 2개의 모터가 구동과 발전을 담당하는 투 모터 시스템을 활용한다. 엔진과 구동모터가 차량을 움직이고(병렬형), 발전모터는 엔진의 남는 힘을 이용해 배터리를 충전하기 때문에(직렬형) 이러한 이름이 붙었다. 두 개의 모터는 동력분할기구(Power Split Device)와 맞물려 변속기 역할도 대신한다. 토요타는 이를 e-CVT라고 부른다. 전기모터로 작동하는 무단변속기인 셈이다.

# 토요타 하이브리드에 최적화된 미니밴

이론 공부를 마쳤으니 직접 경험해볼 차례다. 이번에 만나본 차량은 '토요타 시에나'다. 올해 4월 국내 출시한 뉴 시에나 하이브리드는 기아 카니발이 독점하다시피한 국내 미니밴 시장에서 하이브리드 시스템을 앞세워 틈새 시장을 공략하고 있다.

운전자는 하이브리드 시스템의 복잡한 구성에 지레 겁먹을 필요없다. 일반적인 내연기관 차량과 똑같이 기어레버와 페달 조작만 하면 된다. 복잡한 기술적인 문제는 자동차가 알아서 해결한다. 차이점이라면 저속 혹은 정차 시에 엔진이 전혀 돌지 않는다는 점이다.

엔진 개입 없이 움직이는 모습을 처음 접한다면 다소 어색할 수도 있다. 그 어색함도 잠시, 기름을 먹지 않고 나가는 자동차가 기특하게 느껴진다. 정차 시 불필요한 공회전을 줄여주는 스탑앤고 기능과는 궤를 달리한다. 고요한 실내에 경제성까지 누릴 수 있다.

하이브리드 자동차에 기대할 수 있는 것은 무엇보다도 높은 연료 소비효율이다. 시에나가 보여줄 수 있는 최고의 연비를 테스트하기 위해 오르막과 내리막, 시내와 고속구간이 적절히 이어진 구간을 달렸다.

가속 페달을 깊게 밟거나 배터리 잔량이 부족해지면 즉시 엔진이 개입한다. 더 많은 힘이 필요하면 구동모터가 힘을 보태고, 이때 엔진에 물린 발전모터가 함께 돌며 충전까지 동시에 진행한다. 직병렬 하이브리드만의 장점이다. 여기에 브레이크 및 내리막 상황에는 엔진 개입 없이도 스스로 충전을 해낸다.

엔진은 다양한 도로 환경에서 꺼졌다 커졌다를 반복하며 부지런히 연료를 아낀다. 급가속을 하지 않는 이상 엔진이 개입할 때 큰 이질감을 느끼기 어렵다. 막히는 시내와 고속도로를 포함해 약 120km를 달린 결과, 평균 연비는 리터당 21.4km를 기록했다. 덩치 큰 미니밴에게 쉽게 나오기 어려운 수치다.

토요타는 미니맨 뿐만 아니라 럭셔리 세단(렉서스)에서도 풀 하이브리드 시스템을 적용하고 있다. 국내 시장에 판매되는 미니밴과 럭셔리 세단 중 풀 하이브리드 시스템을 얹은 브랜드는 토요타가 유일하다. 니치 마켓을 제대로 공략하고 있다.

물론, 전기차의 위상은 갈수록 높아지고 있다. 그러나 충전 관련 인프라와 1회 충전 주행가능거리 등 여러 측면에서 아직까지 전기차가 내연기관차를 100% 대체하기 어렵다. 이러한 상황에 하이브리드카는 둘 사이의 교두보 역할을 톡톡히 해내고 있다. 적어도 앞으로 수년간은 하이브리드의 전성기가 이어질 전망이다.

자동차 전문 매체 모터그래프(http://www.motorgraph.com)

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