하이브리드 차량의 소개 및 장점과 단점

두 가지 이상의 구동계를 사용하도록 만들어진 자동차. 약칭으로 하브라고 부르는 사람도 있다. 보통은 전기모터를 같이 쓰며, 전기자동차와는 달리 내연기관 엔진을 함께 사용한다. 대개는 종래의 검증된 석유(가솔린, 디젤)를 사용하는 엔진을 채용한다. 일반적으로 엔진과 모터의 비율에 따라서 세 종류의 하이브리드로 구분된다. 보통은 연비를 높이기 위해 이러한 형태를 취한다. 그러나 기술적인 문제로 기계식 동력 계통을 사용하기 어려울 때 하이브리드 기관을 사용하기도 한다. 

 

하이브리드 자동차로 불리기 위한 필수 조건은 배터리와 전기모터를 갖추고 있어야 한다는 것이며, 배터리와 전기모터만으로 구동되는 차는 순수한 전기차이지만, 거기에 기존 방식의 내연기관을 함께 갖추고 있기 때문에 순수하지 못한 전기차(하이브리드) 또는 순수하지 못한 내연기관 자동차(하이브리드)라 하여 하이브리드 자동차라 하는 것이다.

 

내연 기관이 비효율적으로 움직일 때, 전기 모터가 보충하는 원리이다. 하이브리드 기관은 주로 가솔린 기관에 쓰인다. 가솔린 기관의 최대효율 구간은 상대적으로 협소하기 때문에 전기 모터 기관이 들어감으로써 효율이 높아지기 쉽기 때문이다.

2020년대 기준으로는 연료전지와 2차전지(리튬이온 등)를 결합한 하이브리드 전기자동차도 각광을 받고 있다. 내연기관은 환경 문제 때문에 많은 규제가 생기고 있고 현재의 2차 전지 용량으로는 충분한 항속거리를 확보하기 어렵기 때문에 그 대안으로 연료전지를 주목하고 있는 것. 실제로 메르세데스 벤츠와 GM이 연료전지+배터리 하이브리드 전기자동차를 개발하겠다고 밝힌 바 있다.

 

하이브리드 차량의 장점

 

높은 연비와 최대주행거리

연비가 높다는 부분은 단순히 기름값 절감만 생각하기 쉽지만, 오히려 극적으로 체감되는 장점은 '주유소를 자주가지 않아도 된다'는 점이다. 특히 중대형 차량일수록 두드러지는데, 연비가 8~10km/L인 차량을 운전하다가 연비가 16~18km/L인 차량을 운전하게 되면 주유소 방문 빈도가 거의 반으로 줄어들게 된다. 평소 주유소를 가기 귀찮아하거나, 장거리를 뛰어서 주유소를 자주 가야 하는 사람에게는 엄청나게 체감되는 장점이다. 준중형 하이브리드 차량은 기름통이 45L만 되어도 연비가 잘 나올 경우 최대 주행거리가 1,000~1,200km에 달하는데, 이는 전기차와 비교했을 때도 압도적인 장점에 해당한다. 또한, 하이브리드 자동차의 내연 기관은 가능한 최대 효율 구간에서 작동하게끔 설계된다. 최대 효율 구간에서는 연료가 완전연소에 가깝게 이루어지므로 상대적으로 깨끗한 배기가 이루어진다. 설령 완전연소가 이루어지지 않더라도 덜 먹으면 덜 싸기 마련이다.

 

 

소음이 적음

시동을 걸었을 때는 전기 모터로 구동되므로 소음이 거의 없다. 정속 주행시 소음도 다소 낮은 편이다. 하이브리드는 가능한 최대효율 구간에서 움직이려는 특성이 있다. 이렇게 되면 엔진 진동을 예측하기 쉽고, 상대적으로 소음 잡기가 쉬워진다. 또한 공차 중량이 일반 내연기관 자동차보다 무거운 이유도 있다. 단, 차량마다 다르니 잘 알아봐야 한다. 대표적으로 현대 아반떼 CN7 하이브리드의 경우에는 카파엔진인 탓에 저속에서 엔진이 개입 시 소음이 가솔린보다 세고, 겨울철 시동을 걸면 디젤 소리 뺨치는 소음이 들리기도 한다.

 

 

유지비나 고장률 등은 알려진 만큼 과대하지 않음

구조적으로 전기 계통과 내연기관 계통이 부하를 나누어 가져서, 연료를 제외한 유지보수 비용이 상쇄되는 점이 있다. 가령 브레이크 소모는 하이브리드 차량이 훨씬 덜하고, 엔진은 스포츠 모드가 아니라면 가능한 최대효율 구간에서 작동되는지라 꽤 오랜 시간 컨디션이 잘 유지되는 편이다. 내구적인 문제도 20년 가까운 운용 실적으로 큰 문제점은 보이지 않는다. 물론 배터리 교체 시기가 오면 장점이 휙 날아가겠지만. 

 

 

안정적인 차체 자세제어와 승차감 향상

배터리가 들어가면서 무게는 늘어났지만 배터리를 보통 시트 하단 또는 차 중심부에 설치하기 때문이다. 하단에 배터리가 있는 경우 무게 중심이 낮아져 일반 내연기관에 비해 더 안정적인 승차감을 느끼게 된다. 같은 섀시를 공유하고 배터리를 후륜에 가까이 배치하면, 앞 뒤 무게 균형의 배분이 오버 스티어링이나 언더 스티어링 현상이 줄어들므로 더 좋은 코너링을 얻게 된다.

 

 

가속력이 좋음

이는 전기 모터의 특성 덕분이다. 연비에 중점을 둔 모델도 가속력이 좋으며, 현대 그랜저나 기아 K8 등 고급 세단도 4기통 가솔린 모델 대비 하이브리드 모델의 우수한 가속력과 연비로 인해 하이브리드 모델의 판매 비중이 상당히 높고, 프리미엄 브랜드인 렉서스(F모델 제외)는 적극적으로 하이브리드 형식을 채용하는 추세다. 전기모터의 특성상 전기모터의 최대토크는 저 RPM부터 바로 나오기에 엔진만 장착한 차종들보다 토크 곡선이 일정하고 가속력이 좋다. 렉서스 GS450h나 인피니티 Q50s 하이브리드 모델이 대표적으로, 동급 동배기량 차종보다 연비가 좋다. 퍼포먼스 위주 세팅도 연비가 일반 내연기관차량보다 우위에 있다.

 

 

전기차 또는 수소차에 비해 진입장벽이 낮음

친환경 자동차의 대명사처럼 여겨지는 전기차나 수소차에 비하면, 하이브리드 자동차의 진입장벽은 없는것이나 다름없다. 아직은 충전 인프라나 충전시간 등이 부담스러워 구매가 꺼려지는 전기차나 수소차에 비하면, 하이브리드 자동차 운전자는 기존의 내연기관차와 마찬가지로 휘발유를 주유하는 것 외에는 딱히 신경 쓸 부분이 없다. 바꾸어 말하면 전기차나 수소차를 대중화하기 위하여는 충전소 구축 등 막대한 인프라 투자가 필요한데 비해, 하이브리드 자동차는 그런 것이 필요 없다는 뜻이다.

 

 

정책적 혜택

엄밀히 말해 하이브리드 차량의 기술적인 장점은 아니지만, 많은 나라에서 하이브리드 자동차와 같은 친환경 차량에게는 세금감면 등 정책적인 혜택을 주고 있다. 대한민국의 경우 2020년 세제혜택 개정 전 1,000~1,600cc는 연비가 리터당 15.8km 이상, 2,000cc 이상은 리터당 11.1km 이상인 하이브리드 자동차를 '친환경차'로 인증하여  자동차를 구입할 때 가장 부담되는 취득세가 지방세특례제한법에 따라 최대 90만 원까지 감면된다. 그리고 100만 원을 한도로 개별소비세도 감면하고 , 정부가 시행하는 채권 등에서 최대 200만 원 정도 매입 면제가 된다. 그 밖에도 저공해인증 차량의 혜택인 공영주차장 요금 50% 감경, 남산 1, 3호 터널 혼잡통행료 면제 등의 쏠쏠한 혜택이 있다. 또한 미세먼지로 인한 비상저감조치가 발령되어 차량 2부제가 시행되는데, 하이브리드 차량은 부제대상에서 제외된다. 다만 이건 어디까지나 정책적 이유이기 때문에 친환경차의 완전한 대중화 등이 진행될 때쯤에는 이러한 혜택도 줄어들 가능성은 있다.

 

 

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하이브리드 차량의 단점

비싼 가격

복잡한 구조와 배터리 때문에 원가를 절감하기가 어려워 가격 상승 요인으로 작용한다. 하이브리드 차량은 동일 트림 차량에 비해 20% 정도 비싸다. 그래서 하브 차량들이 절감된 연료비로 뽕을 뽑으러면 하면 주행거리에 따라 최소 5년에서 10년 넘게 타고 다녀야 한다. 다만 이는 단순히 금액적인 부분이고, 실제로는 깡통이라고 해도 하브의 기본 옵션이 더 좋거나, 심하게는 주행성능에서도 차이가 생기는 경우가 있기 때문에(혼다 어코드 등) 완전히 1대 1로 비교하기는 어렵다.

 

고중량

기존의 내연기관에 전기 주행을 위한 전기모터, 배터리까지 합쳐져니 그 무게가 만만치 않다. 늘어난 무게 때문에 최종적인 연비는 그다지 높아지지 않는다는 것이다. 다만 이는 기술의 발달로 빠르게 개선되고 있다. 실제로 하이브리드 자동차에 대해 흔히 갖는 오해가 고속도로에서 일반 내연기관자동차보다 연비가 안좋다는 인식인데, 기술의 발전으로 고속주행 시 모터가 동력을 보조하고 상황에 따라 정속운행 시에 모터로만 주행할 수 있게 함에 따라 고속주행 시에도 가솔린 자동차보다 연비가 좋다. 사실 하이브리드의 고속 주행 연비가 동급의 내연 기관 자동차보다 나빴던 적은 없다. 단지 하이브리드는 내연 기관과는 반대로 고속 주행보다 시내 저속 주행의 연비가 더 좋아지는 역전 현상이 있는데, 그 사실을 오해했거나 악의적으로 왜곡된 정보가 알려졌을 뿐이다.
탄소배출이나 오염물질 배출 등 친환경면에서는 전기차와는 비교가 되지않고 40~70% 정도 효율이 좋은 내연기관차 정도일 뿐이다. 물론 이 정도로도 일반적인 내연기관에 비해 훨씬 친환경적이긴 하나 결국 전기 충전으로 공급하는 에너지는 일부에 불과하고 대부분은 결국 화석연료에서 나오기 때문에 선진국에서도 전기차 수준의 친환경 차량으로 분류하진 않는다.

 

아래의 단점들은 전기자동차와 궤를 같이 하는 단점이다. 다만 보행자가 차량의 접근을 인식하기 위해 필요한 소음 부분은 법적으로 가상의 소음을 발생시키는 장치를 설치하도록 하여 해결되었다.

 

배터리가 크고 아름다워서 트렁크 공간이 줄어든다.(일부 모델 한정)

YF 쏘나타/K5 1세대, 그랜저 HG/K7 700h, 캠리, 어코드, MKZ 하이브리드가 대표적인 예. 하지만 제조사들은 차량 설계 시 배터리를 뒤쪽 하부 공간에 위치시키는 등으로 적재용량을 최대한 확보한다. 하이브리드의 대표 격인 프리우스는 해치백인 데다 뒤쪽이 높은 쇄기형으로 디자인해서 적재용량이 일반 세단보다 오히려 더 크고 아이오닉과 니로는 전장용 납배터리를 하이브리드 배터리와 통합해 트렁크 공간이 살짝 늘어났다. 최근에는 스페어타이어 공간에 배터리를 밀어 넣거나(LF 소나타, K5 2세대, 그랜저 IG, K7 2세대), 설계단계부터 하이브리드 사용을 감안하거나, 시트 하단 또는 하체에 배터리를 배치하는 등 순수 내연기관 모델과 거의 같은 크기의 공간을 확보하는 방향으로 설계되어 하이브리드 배터리로 인한 공간 문제는 사실상 해결되었다. 다만 K8, 그랜저 GN7은 시트 하단 배터리로 인한 공간 부족으로 통풍시트 또는 리클라이닝 기능이 빠진다.

 

 

 

회생제동 브레이크의 민감함

하이브리드 자동차는 회생제동을 사용하여 브레이크를 걸면서 배터리도 충전하는 방식을 사용하는데, 이게 기계식 브레이크보다 민감하다는 문제가 있다. 일반 내연기관의 브레이크 밟듯 밟으면 급브레이크처럼 작용하는 것. 그래서 일반 내연기관보다 브레이크를 약하게 밟아야 한다. 다만 이는 단점이라기보다는 '차이점'이라고 보는 편이 타당하다. 요즘 나오는 하이브리드 차량에는 기본 회생제동을 좀 더 약하게 하는 대신, 패들 시프트에 자동변속 상태일 경우 회생제동 단계를 조절할 수 있는 기능을 달아서 운전자가 상황에 따라 유연하게 회생제동 단계를 조절할 수 있게 하였다. 다만 테슬라처럼 회생제동을 조절하지 못하는 전기차들도 일부 있기에 이럴 경우에는 불편함을 유발할 수 있다.

 

 

 

배터리의 화학적 불안정성

배터리를 갖는다는 점에서 사고시 이론적으로는 순수 내연기관 자동차보다 사고충격에 더 위험하다. 배터리셀이 파열되어 리튬이 외부 공기와 접촉하게 되면 알칼리 금속의 강력한 반응성과 폭발력을 실감하게 될 수 있다. 갤럭시 노트 7 수천 대를 한꺼번에 터트릴 때와 비슷할 것이다. 특히 장마로 인한 침수나 드물게 천을 직접 건너는 도로 등등 물과 접촉했다간... 가끔 배터리 셀 폭발과 가솔린 폭발이 겹치기도 하는데, 이때는 더 위험하다. 하이브리드차는 전기차 구성요소 + 가솔린 엔진을 동시에 감추고 모든 부품이 꽉 차 있어 화재 발생률 가장 높다는 뉴스 기사와 한국화재보험협회 기술정보가 있다.

 

 

정비의 위험함

감전의 위험이 있으니 정비에 각별한 주의를 요구한다. 차량 정비지침서에도 동력계통에는 고전압, 고전류가 흐르고 있으니 반드시 시동이 꺼져 있는지 확인을 하고, 절연장갑 같은 절연장비를 사용 해서 차량을 정비하도록 적혀 있다.
기온에 따라 연비의 변동폭이 큼
내연기관도 기온이 내려가면 에너지 효율이 좀 낮아지긴 하지만, 배터리는 그보다 더 심한 수준이다. 특히 EV 모드에서는 엔진의 열을 이용한 히터 사용이 불가능해서 별도의 전기 열선 히터를 사용해야 하므로 겨울에는 효율이 더 떨어진다.