기아 K5 하이브리드, 시장 개척을 위한 과제는?
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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
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승인 2011-06-10 06:00:42 |
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기아 K5 하이브리드, 시장 개척을 위한 과제는?
우리는 그냥 하이브리드카라고 부르지만 정식 명칭은 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle : HEV)이다. 내연기관의 입장에서 보면 전기차의 요소가 가미되어 있고 배터리 전기차의 입장에서 보면 세미 전기차에 속한다. 그래서 하이브리드카다. 혼합이라는 얘기이다.
글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
하이브리드 전기차는 마이크로 HEV부터 마일드(세미)하이브리드, 풀(스트롱) 하이브리드, 플러그 인 하이브리드 등으로 다시 분류된다. 마이크로하이브리드는 오토 스톱 기능과 브레이크 에너지 회생 시스템 등의 에너지 절약을 위한 장비를 장치하는 차를 말한다. 세미 하이브리드는 2010년 데뷔한 아반떼와 포르테 LPG 하이브리드처럼 주행시 엔진은 항상 구동이 되고 전기모터가 보조 역할을 하는 것을 칭한다.
그리고 오늘 시승하는 K5 하이브리드처럼 내연기관과 전기모터가 각각 구동기관의 역할을 하기도 하고 두 구동장치가 동시에 작동되기도 하는 것을 일컫는다. 좀 더 쉽게 표현하면 전기모터만으로도 주행이 가능한 EV모드가 있는 것이다. EV모드 여하에 따라 풀 하이브리드냐 아니냐를 구분한다는 얘기이다.
풀 하이브리드카는 그동안 토요타가 특허를 독점해 다른 메이커들이 접근이 어려웠으나 닛산자동차와 현대기아차 등이 병렬형 하이브리드 시스템을 실현하는데 성공하면서 새로운 국면으로 접어 들고 있다. 하이브리드 시스템은 크게 직렬형과 병렬형, 혼합형으로 구분된다. 직렬형은 쉐보레 볼트처럼 엔진은 발전기로서의 역할만 하고 구동은 전기모터로 하는 것이다. 병렬형은 엔진이 발전도 하고 구동도 한다. 그리고 혼합형은 직병렬을 합한 것으로 토요타자동차만이 채용하고 있다. 아예 명칭도 THS(Toyota Hybrid System)라고 칭하고 있다.
기아자동차의 K5에 채용된 것은 병렬형. 시스템의 구성은 2.0리터 엣킨슨 사이클 엔진이 기본이다. 하이브리드 자동차에 적용된 모든 엔진은 익숙한 오토 사이클이 아닌 앳킨슨 사이클로 움직인다. 토요타 프리우스부터 혼다 인사이트, 포드 이스케이프, 최근의 벤츠 S400 블루하이브리드까지 전기 모터와 내연기관이 조합된 하이브리드카들이 앳킨슨 사이클을 사용하고 있다.
하이브리드 자동차의 엔진에 앳킨슨 사이클을 채용하는 가장 큰 이유는 연비를 높이기 위함이다. 하이브리드의 주목적이 경제성이니만큼 연비 개선을 위해 잘 사용하지 않는 앳킨슨 사이클까지 동원한 것이다. 앳킨슨 사이클이 오토 사이클과 달리 구조와 효율성에서 차이가 있다. 앳킨슨 사이클은 1882년 제임스 앳킨슨이 발명했다. 높은 효율을 인정받긴 했지만 자동차 엔진에서 크게 주목을 받은 적은 없었다. 오토 사이클에 비해 자동차 엔진으로 쓰이기에는 단점이 더 많기 때문이다.
모든 4행정 오토 사이클은 크랭크샤프트가 두 번 회전할 때 흡입-압축-폭발-배기가 일어나지만 앳킨슨은 이 과정이 한 번 회전할 때 발생한다. 이 때문에 피스톤과 크랭크샤프트 간의 연결 구조는 좀 더 복잡해진다. 흡기 밸브가 열려 있는 시간도 오토 사이클 길다.
그리고 앳킨슨 사이클은 팽창비를 압축비 보다 높게 가져가는 것이 특징이다. 다른 말로 하자면 엔진 피스톤의 압축 스트로크는 연소 스트로크 보다 짧아지게 된다. 팽창비와 압축비를 다르게 하면서 펌핑 로스를 줄일 수 있고 이 때문에 오토 사이클에 비해 연비가 10% 내외로 좋아진다고 알려져 있다. 디젤이 가솔린 보다 효율이 좋은 것도 펌핑 로스가 없기 때문이다.
두 번째는 하이브리드 기동 발전기(HSG : Hybrid Starter Generator). 주행 중 엔진 시동 및 배터리 잔량이 낮을 때 엔진 아이들 상태에서 발전 기능을 수행한다.
세 번째는 2차 전지인 LG 화학으로부터 공급받는 고전압 배터리팩. 전기 에너지 공급 및 저장장치로 5.3Ah 270V 사양의 리튬 이온 폴리머 배터리가 탑재되어 있다. 토요타의 하이브리드에는 6.5Ah 244.8V 니켈 수소 배터리가 사용된다.
배터리팩은 영하 30℃, 영상 50℃ 범위 내에서도 이상이 없도록 설계되었다고 한다. 하지만 배터리의 특성상 저온시의 파워가 저감될 수 있다는 점은 아직까지 완전히 해결된 부분은 아니다. 다만 통상적인 운행 조건에서는 만족할만한 수준에 이른다는 정도다.
배터리는 하이브리드 시스템 전체에 포함되어 6년 12만 km 보증되지만 30만km 이상까지도 문제가 없다는 주장. 고전압 배터리는 리어 시트와 트렁크 사이에, 저전업 12V 배터리는 트렁크 플로어 오른쪽에 탑재되어 있다. 네 번째는 하이브리드 전력 제어 유닛. 모터의 토크 제어 및 12V 배터리 전원 공급과 엔진 및 모터의 동력을 분배하는 장치이다.
그리고 전기 모터. EV모드의 주 구동장치로 가속시 엔진을 보조하기도 하며 제동 및 감속시 발전 역할도 수행한다. 30kW(41ps) 사양으로 토요타 캠리의 105kW(143ps)와 차이가 난다.
이들은 하이브리드 구동장치를 위한 주력 장치이고 여기에 연비성능 향상을 위한 장치가 추가된다. 아이들링 스톱 기구과 브레이크 에너지 회생 시스템이 그것이다. 또한 범퍼그릴 후면에 개폐 가능한 플랩을 설치하여 차량 상태에 따라 공기유입 및 차단을 능동적으로 제어해 주는 지능형 공기유입 제어장치와 엔진 정지시에도 에어컨 사용이 가능하며, 엔진동력 대신전기모터를 이용하여 구동하므로 연비 및 에어컨 성능을 향상시켜 주는 전동식 에어컨 컴프레서도 설계되어 있다.
하이브리드 시스템을 추가하면서 증가한 중량은 120kg 정도. 그로 인한 비용 추가는 430만원. 이 부분에서도 기아측은 1,100만원의 비용이 추기되는 토요타의 캠리에 비해 상대적으로 우위에 있다고 주장한다. 게다가 하이브리드 시스템의 보증기간도 6년 12만 km로 캠리의 5년 8만 km보다 많다. 가격적인 메리트와 부수적인 혜택으로 15년 역사의 토요타 하이브리드 기술을 따라잡겠다는 의도다.
기아자동차의 K5와 현대자동차의 쏘나타 하이브리드는 동시에 출시되었다. 기아자동차측은 K5의월 판매대수를 1,000대 가량으로 예측하고 있다고 한다. 현대자동차는 그보다 높게 잡을 것이라는 점을 감안하면 월 2,500대 가량, 연간 3만대 가량의 풀 하이브리드카 판매될 수 있다는 계산이 나온다. 연료절약이 최우선의 과제인 시대에 그런 전망이 실현된다면 긍정적인 결과를 낳을 수 있을 것이다. 그러나 현재 한국의 자동차 사용자들이 얼마나 고유가에 절박한지부터 다시 따져 볼 필요가 있다.
좀 더 구체적인 시장 조사와 소비자 마인드 조사를 통해 철저한 시장 개척이 필요하다. 그저 시대적인 흐름에 따라 잘 될 수 있을 것이라는 막연한 희망만으로는 안된다. 15년 넘게 하이브리드 시장을 개척해 온 토요타도 아직까지 완전히 자리잡지 못하고 있다.
(기아 K5 하이브리드 시승기 중에서)
우리는 그냥 하이브리드카라고 부르지만 정식 명칭은 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle : HEV)이다. 내연기관의 입장에서 보면 전기차의 요소가 가미되어 있고 배터리 전기차의 입장에서 보면 세미 전기차에 속한다. 그래서 하이브리드카다. 혼합이라는 얘기이다.
글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
하이브리드 전기차는 마이크로 HEV부터 마일드(세미)하이브리드, 풀(스트롱) 하이브리드, 플러그 인 하이브리드 등으로 다시 분류된다. 마이크로하이브리드는 오토 스톱 기능과 브레이크 에너지 회생 시스템 등의 에너지 절약을 위한 장비를 장치하는 차를 말한다. 세미 하이브리드는 2010년 데뷔한 아반떼와 포르테 LPG 하이브리드처럼 주행시 엔진은 항상 구동이 되고 전기모터가 보조 역할을 하는 것을 칭한다.
그리고 오늘 시승하는 K5 하이브리드처럼 내연기관과 전기모터가 각각 구동기관의 역할을 하기도 하고 두 구동장치가 동시에 작동되기도 하는 것을 일컫는다. 좀 더 쉽게 표현하면 전기모터만으로도 주행이 가능한 EV모드가 있는 것이다. EV모드 여하에 따라 풀 하이브리드냐 아니냐를 구분한다는 얘기이다.
풀 하이브리드카는 그동안 토요타가 특허를 독점해 다른 메이커들이 접근이 어려웠으나 닛산자동차와 현대기아차 등이 병렬형 하이브리드 시스템을 실현하는데 성공하면서 새로운 국면으로 접어 들고 있다. 하이브리드 시스템은 크게 직렬형과 병렬형, 혼합형으로 구분된다. 직렬형은 쉐보레 볼트처럼 엔진은 발전기로서의 역할만 하고 구동은 전기모터로 하는 것이다. 병렬형은 엔진이 발전도 하고 구동도 한다. 그리고 혼합형은 직병렬을 합한 것으로 토요타자동차만이 채용하고 있다. 아예 명칭도 THS(Toyota Hybrid System)라고 칭하고 있다.
기아자동차의 K5에 채용된 것은 병렬형. 시스템의 구성은 2.0리터 엣킨슨 사이클 엔진이 기본이다. 하이브리드 자동차에 적용된 모든 엔진은 익숙한 오토 사이클이 아닌 앳킨슨 사이클로 움직인다. 토요타 프리우스부터 혼다 인사이트, 포드 이스케이프, 최근의 벤츠 S400 블루하이브리드까지 전기 모터와 내연기관이 조합된 하이브리드카들이 앳킨슨 사이클을 사용하고 있다.
하이브리드 자동차의 엔진에 앳킨슨 사이클을 채용하는 가장 큰 이유는 연비를 높이기 위함이다. 하이브리드의 주목적이 경제성이니만큼 연비 개선을 위해 잘 사용하지 않는 앳킨슨 사이클까지 동원한 것이다. 앳킨슨 사이클이 오토 사이클과 달리 구조와 효율성에서 차이가 있다. 앳킨슨 사이클은 1882년 제임스 앳킨슨이 발명했다. 높은 효율을 인정받긴 했지만 자동차 엔진에서 크게 주목을 받은 적은 없었다. 오토 사이클에 비해 자동차 엔진으로 쓰이기에는 단점이 더 많기 때문이다.
모든 4행정 오토 사이클은 크랭크샤프트가 두 번 회전할 때 흡입-압축-폭발-배기가 일어나지만 앳킨슨은 이 과정이 한 번 회전할 때 발생한다. 이 때문에 피스톤과 크랭크샤프트 간의 연결 구조는 좀 더 복잡해진다. 흡기 밸브가 열려 있는 시간도 오토 사이클 길다.
그리고 앳킨슨 사이클은 팽창비를 압축비 보다 높게 가져가는 것이 특징이다. 다른 말로 하자면 엔진 피스톤의 압축 스트로크는 연소 스트로크 보다 짧아지게 된다. 팽창비와 압축비를 다르게 하면서 펌핑 로스를 줄일 수 있고 이 때문에 오토 사이클에 비해 연비가 10% 내외로 좋아진다고 알려져 있다. 디젤이 가솔린 보다 효율이 좋은 것도 펌핑 로스가 없기 때문이다.
두 번째는 하이브리드 기동 발전기(HSG : Hybrid Starter Generator). 주행 중 엔진 시동 및 배터리 잔량이 낮을 때 엔진 아이들 상태에서 발전 기능을 수행한다.
세 번째는 2차 전지인 LG 화학으로부터 공급받는 고전압 배터리팩. 전기 에너지 공급 및 저장장치로 5.3Ah 270V 사양의 리튬 이온 폴리머 배터리가 탑재되어 있다. 토요타의 하이브리드에는 6.5Ah 244.8V 니켈 수소 배터리가 사용된다.
배터리팩은 영하 30℃, 영상 50℃ 범위 내에서도 이상이 없도록 설계되었다고 한다. 하지만 배터리의 특성상 저온시의 파워가 저감될 수 있다는 점은 아직까지 완전히 해결된 부분은 아니다. 다만 통상적인 운행 조건에서는 만족할만한 수준에 이른다는 정도다.
배터리는 하이브리드 시스템 전체에 포함되어 6년 12만 km 보증되지만 30만km 이상까지도 문제가 없다는 주장. 고전압 배터리는 리어 시트와 트렁크 사이에, 저전업 12V 배터리는 트렁크 플로어 오른쪽에 탑재되어 있다. 네 번째는 하이브리드 전력 제어 유닛. 모터의 토크 제어 및 12V 배터리 전원 공급과 엔진 및 모터의 동력을 분배하는 장치이다.
그리고 전기 모터. EV모드의 주 구동장치로 가속시 엔진을 보조하기도 하며 제동 및 감속시 발전 역할도 수행한다. 30kW(41ps) 사양으로 토요타 캠리의 105kW(143ps)와 차이가 난다.
이들은 하이브리드 구동장치를 위한 주력 장치이고 여기에 연비성능 향상을 위한 장치가 추가된다. 아이들링 스톱 기구과 브레이크 에너지 회생 시스템이 그것이다. 또한 범퍼그릴 후면에 개폐 가능한 플랩을 설치하여 차량 상태에 따라 공기유입 및 차단을 능동적으로 제어해 주는 지능형 공기유입 제어장치와 엔진 정지시에도 에어컨 사용이 가능하며, 엔진동력 대신전기모터를 이용하여 구동하므로 연비 및 에어컨 성능을 향상시켜 주는 전동식 에어컨 컴프레서도 설계되어 있다.
하이브리드 시스템을 추가하면서 증가한 중량은 120kg 정도. 그로 인한 비용 추가는 430만원. 이 부분에서도 기아측은 1,100만원의 비용이 추기되는 토요타의 캠리에 비해 상대적으로 우위에 있다고 주장한다. 게다가 하이브리드 시스템의 보증기간도 6년 12만 km로 캠리의 5년 8만 km보다 많다. 가격적인 메리트와 부수적인 혜택으로 15년 역사의 토요타 하이브리드 기술을 따라잡겠다는 의도다.
기아자동차의 K5와 현대자동차의 쏘나타 하이브리드는 동시에 출시되었다. 기아자동차측은 K5의월 판매대수를 1,000대 가량으로 예측하고 있다고 한다. 현대자동차는 그보다 높게 잡을 것이라는 점을 감안하면 월 2,500대 가량, 연간 3만대 가량의 풀 하이브리드카 판매될 수 있다는 계산이 나온다. 연료절약이 최우선의 과제인 시대에 그런 전망이 실현된다면 긍정적인 결과를 낳을 수 있을 것이다. 그러나 현재 한국의 자동차 사용자들이 얼마나 고유가에 절박한지부터 다시 따져 볼 필요가 있다.
좀 더 구체적인 시장 조사와 소비자 마인드 조사를 통해 철저한 시장 개척이 필요하다. 그저 시대적인 흐름에 따라 잘 될 수 있을 것이라는 막연한 희망만으로는 안된다. 15년 넘게 하이브리드 시장을 개척해 온 토요타도 아직까지 완전히 자리잡지 못하고 있다.
(기아 K5 하이브리드 시승기 중에서)
