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HEV, PHEV, BEV, FCEV 친환경차에 대한 모든 것!

2018년 4월 6일

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현재 시중에 판매되고 있는 차량들은 크게 ICE, HEV, PHEV, BEV, FCEV 총 5가지로 나눌 수 있다. 새로운 기술에 관심이 있는 사람들은 이에 대해 잘 알고 있겠지만, 대부분 일부만 알거나 아예 모르는 경우도 있다.

운전자 입장에서 교통안전이나 연비 등 경제적인 측면에서 큰 도움이 되지 않는 지식일 수 있으나, 만약 차량 구매 시 전기차, 하이브리드, 수소차, 내연기관차 등 어느 것을 골라야 할지 고민되는 경우라면 참고할 만한 콘텐츠가 되겠다.

과연 어떻게 구분하고 각각이 어떤 특징을 가지고 있을지 살펴보는 시간을 가져보자.

2-Source → wikimedia (Tokumeigakarinoaoshima)

ICE는 ‘Internal Combustion Engine’의 약자로, 내연기관을 의미한다. 가장 자주 접하는 종류이며 엔진-변속기-연료탱크로 구성되어있는 일반 자동차들이다. 차세대 친환경차로 분류할 수는 없지만, 모든 자동차의 기본이기에 잠시 언급하는 수준으로 넘어가자.

3-Source → flickr (Open Grid Scheduler-Grid Engine)

HEV는 ‘Hybrid Electric Vehicle’의 약자로, 엔진과 모터가 주행 상황에 따라 작동하는 방식이다. 보통 출발, 저속 주행, 가속 주행, 고속주행, 감속 주행 5가지 주행 상황에 따라 모터와 내연기관이 적절히 조합된다.

좀 더 살펴보면, 출발, 저속 주행, 초반 가속 시 모터를 사용한다. 저속에서 점차 가속페달을 밟으면, 모터와 함께 내연기관이 작동해 높은 동력이 전달된다. 그리고 고속주행으로 들어가면 출력이 높은 내연기관만을 사용한다.

특히 감속 시 회생제동 기능으로 배터리 충전까지 이루어져 일반 가솔린 차량에 비해 최대 40% 연비 개선이 이루어진다.

예를 들만한 차량으로 Niro HEV가 있다.

HEV는 모터의 동력 개입 정도에 따라 ▲Mild HEV ▲HEV ▲Plug-in HEV로 나눌 수 있다.

Mild HEV는 Mild Hybrid로 부르기도 하며, 내연기관 동력에 ‘보태는’수준의 저출력 모터와 소형 배터리가 설치되어있다. 배터리는 에어컨, 오디오 등 전력 전력이 필요한 부분에 동력을 제공해 내연기관 하나가 생산해야 하는 전력 부담을 덜어준다. 이를 통해 연비 10%~20% 정도가 향상된다. 말 그대로 ‘마일드’한 하이브리드다.

이러한 특성 덕분에 내연기관에 좀 더 가깝다고 볼 수 있다.

예를 들만한 차량으로 A8 Mild Hybrid가 있다.

Plug-in HEV는 Full Hybrid로 부르기도 하며, 우리가 흔히 이야기하는 플러그인 하이브리드다. 구동방식은 HEV와 같지만 배터리 용량을 더욱 늘려 전기차 모드의 주행거리를 개선한 것이 특징이다. 또한 배터리는 플러그를 꽂아 외부로부터 충전 가능하다.

Plug-in HEV는 전기차 모드로 주행하다 배터리가 어느 정도 소모되면 하이브리드 모드로 전환되며, 고속 주행 시 배터리가 충전된다. 즉 내∙외부 충전 방식이 존재한다. 이런 이유로 도심 주행이 많은 운전자일 경우 내연기관은 배터리를 충전을 위한 ‘발전기’ 정도로 비치기도 한다.

연비는 내연기관에 비해 평균 30% 정도 높다. 요즘은 기술의 발달로 55% 연비상승을 보이기도 한다고.

위와 같은 이유로, 높은 배터리 용량 덕분에 전기차에 좀 더 가까우며 일각에서는 FCEV(수소연료전지차)의 직전 단계로 보기도 한다.

예를 들만한 차량으로 Prius PHEV가 있다.

BEV는 ‘Battery Electric Vehicle‘의 약자로 전기차를 의미한다. HEV와 달리 100% 배터리에 의지해 모터를 작동시킨다. BEV의 장점은 친환경, 효율, 경제성이다. 연료 주입 방식이 아닌 배터리 충전이기 때문에 오염물질 배출이 없다. 그리고 내연기관과 같이 큰 엔진이 요구되지 않기 때문에 보다 넓은 공간 활용을 생각해 볼 수 있다.

요즘은 배터리 관련 기술이 발전하면서 주행거리가 비약적으로 늘어나고 있다. 과거 180~250km가 한계였다면, 오늘날 300km를 넘어 400~600km 거리까지 주행 가능하다.

물론, 아직까지는 도심 주행을 위한 소형 BEV가 대부분이며 장거리 주행 가능한 BEV가 대중화 대려면 좀 더 기다릴 필요가 있겠다.

예를 들만한 차량으로 IONIQ EV가 있다.

친환경차의 최종 단계로 보고 있는 FCEV다. ‘Fuel Cell Electric Vehicle’의 약자로, 수소와 산소의 화학반응으로 전력을 생산하고 모터를 작동시켜 주행하는 전기차의 일종이다. 연료로 수소를 충전해 사용하기 때문에 ‘수소연료전지차’로 부르기도 한다.

FCEV는 HEV와 BEV와 비슷해 보이지만, 여러 부분에 있어 차이점이 많다. 사람으로 치자면 HEV와 BEV가 형제 관계 정도 되며, FCEV는 사촌 정도로 볼 수 있겠다.

FCEV는 HEV, BEV와 다른 네 가지 특징이 있다. 우선, 전력을 생산해 모터를 돌리기 때문에 시동 용도 및 일시적으로 충전 가능한 소형 배터리만 있으면 된다. 이 배터리는 BEV의 수 십 분의 일 수준으로 매우 적은 용량이다.

다음으로 공기흡입을 위한 슈퍼차저(Supercharger) 모터가 장착되어있다. 과급기의 일종으로, 수소+산소 화학반응으로 전력을 생산하는 양을 늘리기 위해 연료전지로 많은 양의 산소를 보낸다. 이때 공기 여과 장치를 거치면서 99% 이상 미세먼지 등 대기 유해물질을 걸러내 ‘굴러다니는 공기청정기’역할을 하기도 한다.

그리고 연료전지의 효율적인 전력 생산과 수명 관리를 위해 공조장치와 열관리 장치가 포함되어있다. 연료전지는 보통 60%의 효율을 기록하고 있지만, 40%에 도달하면 열이 발생하기 시작한다. 그런데 연료전지의 적정 온도는 발열로 인한 온도보다 낮기 때문에 온도 조절이 다른 차종에 비해 더욱 까다롭다. 이는 현재 FCEV의 출력이 비교적 낮은 이유이기도 하다. 향후 냉각 기술이 개선되면 보다 높은 출력과 효율을 기대할 수 있다.

그 밖에 MCU(Motor Control Unit), 모터, 인버터 등 전장의 열관리를 위해 고성능 워터 펌프가 적용되어있다. 열관리는 HEV나 BEV도 적용되어있지만 FCEV가 더욱 고도화되어있다. 문제는 고도화된 열관리 시스템은 비용 증가로 이어지기 때문에 앞으로 해결되어야 할 숙제로 남아있다.

그밖에 FCEV는 수소 분사 장치, 수소 저장탱크, 냉각용 워터펌프, 가습기, 에어클리너 등 중요한 부품들이 많으며 수소∙공기∙냉각과 같은 순환 시스템이 있지만, 이에 대한 내용은 차후 전문적으로 다뤄보도록 하겠다.

예를 들만한 차량으로 NEXO가 있다.

기술 발전에 따라 친환경, 고효율 주행이 가능한 새로운 형식의 자동차들이 등장하고 있다. 사실 개념이 처음 성립된 시기를 따지자면, 100년 이상 된 이론들이지만 생활의 일부로 자리 잡기 시작한 것은 10년도 채 안됐다고 볼 수 있다.

과거에 비해 기술 발전 및 새로운 형식의 자동차 개발 빈도수는 기하급수적으로 늘어나고 있다. 때문에 HEV, BEV, FCEV 등 생소한 용어들이 생활 속으로 자연스럽게 흘러 들어오고 있다. 하지만 관심 가지지 않는 한 짐작하기 힘든 용어이기도 하다.

물론, 지금 당장은 굳이 기억하지 않아도 될 내용일 수 있다. 하지만 가까운 미래, 화물차를 제외한 데일리카는 점차 새로운 형식(친환경) 자동차로 바뀌게 될 가능성이 높다. 그 시기가 왔을 때 “어떤 차를 구매해야 하나?”와 같은 궁금증과 마주하게 되었을 때 본문의 내용이 도움 되지 않을까?

알아두면 나중에 써먹을 수 있는 유용한 상식처럼 말이다.