Toyota, GM, 현대 하이브리드 원리.

(심심해서 하이브리드에 관해 좀 보다가, 간단히 정리.)

현재 내가 알고 있기로 세계에서 풀 하이브리드에 대한 독자적인 기술을 가지고 있는 회사는 도요타, GM, 현대인 것 같다.

그 외에도 뭐 회사들이 있기는 한데, 아마도 이 세 회사가 가장 잘 알려지고 널리 쓰이고 있는 듯.

물론 그중에서도 도요타가 가장 널리 쓰이고...

사실 가장 이해하기 쉬운게 현대 하이브리드고, 도요타와 GM은 비슷.

가장 널리 쓰이는 도요타의 하이브리드는 시너지 드라이브라고도 하는데, 그림으로 그리면 이렇다.

사실 이 그림은 인버터니 이런건 싹 뺀 아주 간소화된 그림이고, 도요타의 시너지 드라이브 중에서도 가장 간단한 시스템의 개략도.

실제로 차종에 따라 변속기도 들어가고 클러치도 들어간 복잡한 버전들이 더 있다.

기본적으로 원리는 이렇다.

엔진과 바퀴 사이에 MG1이라는 모터겸 발전기가 있고 (원래 모터랑 발전기는 원리가 같다) MG2가 따로 있다.
변속기는 따로 있는게 아니라, MG1이 변속기의 역할을 대신한다.
엔진이 돌고 있을때, MG1이 빨리 돌면 속도가 빠르고, 천천히 돌면 속도가 느리고 뭐 이런 식.
MG1은 역회전하는 경우도 있다. 이 경우에는 전기가 생산되는 셈.

사실 저속에서는 주로 MG2에 의해 주행하고, 전기가 부족하면 엔진이 돈다.
저속에서 엔진이 도는경우에, MG1은 역회전하면서 발전을 한다. 그 전기는 일부는 배터리에 저장되고 일부는 MG2에 공급되어 MG2로 주행. 

(근데 엔진도 돌기 때문에 엔진과 MG2가 같이 바퀴를 돌린다고 보면 됨.)

엔진이 도는 동안, MG1은 항상 발전을 하거나, 아님 동력을 전달하거나 둘중 하나를 한다.
그리고 발전된 전기는 배터리에 쌓이거나 MG2로 가서 바퀴에 힘을 더하고...
이게 도요타의 시너지 드라이브를 최대한 간단히 설명한 것. 개인적으로는 상당히 신기한 방식이라고 생각한다.

도요타의 경우, 엔진이 돌던 안돌던 모터가 구동되는 경우가 대부분.

모터는 발전을 하던, 변속을 하던, 아님 직접 구동을 하던, 여튼 뭔가 세개중에 하나를 항상 하고 있다.

여기서 드는 한가지 의문점은, 엔진이 MG1을 통해 발전해서 MG2로 구동하는게, 엔진에서 변속기를 통해 바퀴를 직접 구동하는것보다 효율적이냐는 건데,
물론 엔진이 최적점에서 돌아가면 엔진이 더 효율적이지만, 일반적으로는 그렇지 않기 때문에 발전해서 모터로 구동하는게 더 효율적일 수도 있는 것 같다. 

이건 현대의 하이브리드 방식. 모터는 하나고, 도요타에 있던 MG1은 현대에선 일반 변속기가 대신한다.

도요타처럼 엔진과 모터가 유기적으로 연결되어 있는게 아니라서, 이해하기 쉽다. 

엔진이 변속기를 통해서 바퀴로 가고, 저속에서는 엔진이 꺼지고 모터로만 주행할 수도 있다. 

배터리가 부족하면 엔진으로 MG를 돌려서 전기를 생산하고...

물론 도요타와 현기 모두 감속시 회생제동장치를 이용해서 배터리 충전이 가능하다.

도요타처럼 엔진가동+발전+모터구동의 경우는 없다. 일단 모터겸 발전기가 한개밖에 없으니까.

그러니까 도요타에서 생각했던 엔진으로 발전해서 모터로 구동하는게 과연 효율이 높은가의 걱정은 할 필요가 없다.

이런 방식은 기존 내연기관에 모터만 얹은 형식이라 도요타에 비해서는 단순하지만,

어차피 하이브리드라는게 배터리 용량은 한정되어 있는거고, 어떻게 모터를 잘 써서 엔진의 낮은 효율을 커버하는지가 핵심이라...

로직을 잘 구성하면 연비는 잘 나오는 것 같다.

현대는 이미 이 방식으로 소나타나 그랜저 하이브리드에서 연비를 잘 뽑아내고 있으니...

마지막은 GM인데, 

볼트(Volt, Bolt는 완전 전기차인데 한글로 쓰면 똑같으니 주의)의 드라이브트레인인 Voltec으로 대표된다.

(이 그림은 출처를 못찾겠다. 누가 일반적인 유성기어 그림에 그냥 글을 추가한 것 같은데...)

기본적으로 GM의 모든 하이브리드는 볼트의 기술을 기반으로 한다. 

신형 말리부에 들어가는 하이브리드도 세부적으론 다른데 거의 비슷.

그림을 대강 보면 도요타의 시너지 드라이브와 비슷해 보이는데, 사실 조금 르다. 

먼저 공통점은, 둘다 유성기어 시스템을 쓰고, 모터가 두개란 점.

여기서 일단 기본 컨셉은 거의 흡사하다고 볼 수 있다.

문제는 차이점인데...

유성기어와 모터의 배치가 다르다. 이게 뭐? 하는 사람도 있을텐데, 여기서 볼트와 프리우스의 모든 차이가 발생한다.

프리우스는 엔진-MG1-바퀴 이고 MG2는 바퀴에 별도로 연결된다. 

반면에 볼트는 모터-바퀴-(엔진 or 모터 or lock).

이게 무슨 차이냐 하면...

프리우스에서 MG1은 엔진이 돌 때만 변속 작용을 할 수 있다. 

반면에 볼트는 엔진이 돌 때 뿐 아니라, 모터만 돌 때에도 모터 두개로 다양하게 변속을 할 수 있고...

이 때문에, 프리우스는 일정 속도 이상 속도가 높아지면 모터가 너무 과속해서 효율이 떨어진다.

그래서 주로 80km/h 이하의 속도에서만 모터가 주로 쓰임.

반면에 볼트는 두 모터를 조합해서 더높은 속도까지 모터로 주행이 가능하다.

국내 기사들을 보면 볼트의 엔진은 발전용으로만 쓰인다는 뉘앙스의 글들이 좀 있는데,

볼트도 엔진으로 바퀴 구동이 가능하다. 다만 비중을 따졌을때 모터 구동이 더 클 뿐...

이것때문에 외국의 어떤 칼럼에서는 볼트의 유성기어 시스템이 더 우수하다 라고 하는데,

이건 어디까지나 볼트는 모터가 주 동력이고 엔진이 주로 발전에만 쓰이는 플러그인 하이브리드이고

프리우스는 엔진이 주 동력인 일반 하이브리드이기 때문.

볼트는 고속에서도 모터로 주행해야 하는 차이고, 프리우스는 그럴 필요가 굳이 없다. 애초에 배터리도 작고...

게다가 이렇게 얘기하면 볼트가 무조건 더 우수해 보이는데, 

실상은 프리우스에 없는 추가적인 클러치(모터와 엔진 동력을 바꿔주는)들이 들어가야 하기 때문에 꼭 좋은 것만도 아니다.

GM 말리부는 볼트의 시스템을 그대로 따 왔다고 하는데, 배터리는 프리우스보다 조금 더 큰 정도. 

따라서 프리우스에 비해서는 모터 주행의 비중이 좀 더 높다고 한다.

간단히 말하면, GM 하이브리드와 도요타 시너지 드라이브는 비슷한 시스템이지만

GM은 모터 주행 위주이고, 도요타는 엔진 주행 위주다 정도의 차이.

근데 어차피 배터리 용량이 정해져 있는 이상, 저속에서 쓰기도 모자랄 거라는걸 생각해보면

일반 하이브리드에서 GM과 도요타의 차이는 별로 없을 것 같다.

결국 모든건 얼마나 스마트하게 로직을 구성해서 엔진이 약한 구간을 모터로 보충하느냐가 핵심이니까...

(이건 현대도 마찬가지)