플러그 인 하이브리드카의 가능성

전기차와 함께 플러그인 하이브리드에 대한 관심도 고조되고 있다. 플러그 인 하이브리드(Plug In Hybrid)는 하이브리드 시스템을 베이스로 대용량의 배터리를 탑재해 외부 전원으로 충전하는 것이 가능한 시스템을 말한다. 간단하게 표현하면 하이브리드카와 순수 전기차를 결합한 것이다.

먼저 세간의 이목을 집중시킨 것은 시보레 볼트(Volt)였다. 하지만 정작 당사자인 GM은 시보레 볼트를 플러그-인 하이브리드가 아닌 E-REV(Extended-Range Electric Vehicle)로 정의하고 있다. 전기차 모드도 가능한 하이브리드가 아니라 항속 거리를 늘릴 수 있는 전기차라는 얘기이다. 즉, 볼트의 내연 기관은 차를 움직이는데 쓰이지 않는다. 전기모드로만 주행을 하고 내연기관은 충전을 위한 보조 수단으로 사용된다. 그래서 GM은 1리터로 100km를 달린다는 캐치 프레이즈를 내 걸어 스포트라이트를 받기도 했다.

2009 프랑크푸르트모터쇼를 통해 소개된 메르세데스 벤츠의 블루제로 EREV(Extended-Range EV) 컨셉트도 시보레 볼트와 같은 컨셉이다. 리튬-이온 배터리(18 kWh)는 플로어 중앙에 위치하고 전기 모터는 엔진과 함께 앞바퀴를 굴린다. 공인 연비는 아직 공개하지 않았지만 벤츠는 CO2 배출량이 32g/km에 불과하다고 밝혔다. 메르세데스에 따르면 전기차 모드로 가능한 항속 거리는 100km, 배터리 충전에는 1시간 반이 소요된다. 그리고 내연기관을 포함한 최다 항속 거리는 580km에 달한다. 0→100km/h 가속 시간은 11초 이하, 최고 속도는 150km/h이다.

메르세데스 벤츠는 블루제로 외에도 S500플러그 인 하이브리드카를 개발하고 있다. S 500 플러그 인 하이브리드는 10 kWh의 리튬-이온 배터리를 완전 충전할 경우 전기차 모드로 가능한 항속 거리는 30km이다. 배터리가 모두 소모됐을 경우 60마력의 하이브리드 모듈이 가솔린 엔진을 구동하는 방식이다. 공인 연비는 31.2km/L에 달하고 CO2 배출량은 74g에 불과하지만 0→100km/h 가속을 5.5초에 끝낼 정도로 순발력도 뛰어나다.

하이브리드카의 개척자인 토요타도 프리우스의 플러그 인 하이브리드 버전을 공개했다. 토요타 모델로서는 처음으로 리튬-이온 배터리도 탑재돼 항속 거리를 비롯한 전반적인 성능이 크게 높아졌다. 베이스 모델은 3세대 프리우스로 개선된 HSD(Hybrid Synergy Drive) 시스템과 리튬-이온 배터리가 파워트레인의 핵심이다.
프리우스 플러그-인에 첫 선을 보인 리튬-이온 배터리는 기존의 니켈 메탈 보다 더욱 많은 에너지를 담을 수 있지만 사이즈와 무게는 줄어든 것이 특징이다. 거기다 충전 시간도 훨씬 빠르다. 토요타에 따르면 230V 사용 시 완전 충전에는 1시간 30분이면 충분하다. 이 때문에 EV 모드로 최대 100km/h의 속도를 낼 수 있고 항속 거리도 20km에 달한다.
파워트레인은 97마력의 힘을 내는 1.8리터 가솔린 엔진과 79마력의 전기 모터로 구성된다. 실내에 마련된 멀티 비전 모니터를 통해서는 하이브리드 시스템의 작동은 물론 CO2 배출량 감소까지도 확인할 수 있다.
플러그 인 하이브리드카의 가능성을 수면 위로 끌어 올린 것은 미국시장의 소비자들이라는 것이 공통된 의견이다. 프리우스로 대표되는 하이브리드카의 가능성을 높에 평가하고 있는 미국의 유저들이 별도의 배터리를 탑재해 충전을 통해 주행하는 전기자동차로서의 성격을 추가하기를 원한 것이 시작이다. 실제로 그런 개조 키트를 판매하는 벤처업체도 생겨났다. 이것이 플러그 인 하이브리드카의 시발점이다.
그런데 한 가지 ‘세계 최초의 양산형 하이브리드’ 프리우스 데뷔 이전에 아우디는 하이브리드 컨셉트카를 선보인 적이 있다. 1989년 공개한 컨셉트카 듀오(DUO)가 그것이다. 아우디는 이 외에도 1997년에 A4 아반트를 베이스로 1.9리터 디젤 터보 엔진과 29ps의 전기모터를 탑재한 병렬형 하이브리드카 DUOⅢ의 시승회를 개최하기도 했었다.

아우디의 듀오 Ⅲ는 저속의 시가지에서는 전기모터로 주행하고 고속주행시에는 디젤엔진으로 달리는 것으로 엔진 구동과 전기 구동을 수동으로 전환하는 것이었다. 전기모드로 주행하다가 가속페달을 강하게 밟아 속도가 80km/h이상으로 올라가면 자동으로 디젤엔진으로 전환하는 장비도 채용하고 있었다. 뿐만 아니라 전기모드 또는 엔진모드로 고정해서 사용하는 것도 가능했다. 아우디의 듀오 Ⅲ는 외부 전원으로 납 배터리를 충전하는 타입이어서 오늘날 플러그 인 하이브리드의 원조라고도 할 수 있다.

또 하나 주목을 끄는 것은 2009 도쿄 모터쇼를 통해 공개될 미쓰비시의 PX-MIEV라는 플러그 인 하이브리드 컨셉트다. PX-MiEV에 적용된 하이브리드 시스템은 직렬형과 병렬형을 모두 포함하고 있다. 프론트와 리어의 액슬에 각각 전기모터가 배치되어 있는 것이 특징이다.

저속에서는 전기 모터의 힘만으로 구동이 가능하고 고속에서는 1.6리터 가솔린 엔진은 발전기로서의 역할도 하고 필요에 따라서는 구동력으로 사용된다. 일반적인 상황에서는 앞바퀴만 구동하지만 슬립이 감지되면 리어 액슬에 위치한 전기 모터가 뒷바퀴까지 구동한다. E-4WD라고 하는 네바퀴 굴림방식으로 온 디멘드 전기 4WD이다. 여기에 차동모터를 이용해 뒷바퀴 좌우의 구동력을 전자제어하는 E-AYC를 탑재해 네바퀴의 구동력을 제어하는 차량 통합제어시스템을 채용하고 있는 것도 주목을 끈다.

주행 중에 ‘전기모드’, ‘발전 주행’, ‘엔진과 전기모터로의 주행’ 등 세 가지 구동모드가 자동으로 전환된다. 이로 인해 리터당 50km(일본 10.15모드)의 높은 연비성능을 실현할 수 있다고 한다.
충전은 100V와 200V 모두 사용이 가능하며 추가로 급속 충전 시스템도 제공된다. 한 번 충전으로 가능한 항속 거리는 48km이며 이 이상에서는 엔진이 가동된다.

미쓰비시측은 순수 전기차 아이 미브에 이어 플러그 인 하이브리드카를 통해 기술 개량과 사회 인프라구축을 촉진해 지속가능한 미래사회의 구축에 공헌해 가고자 한다고 밝히고 있다. 당장에는 리튬 이온 배터리가 관건이기는 하지만 2020년 경에는 순수전기차와 플러그 인 하이브리드카의 생산 대수가 전체의 20%까지 증가할 것으로 내다보고 있다.

하지만 현 시점에서는 이 모든 것들이 실용화되기 위해서는 배터리 문제가 해결되어야 한다. 우선은 크기가 컴팩트 해져야 하고 가격이 현실적이 되어야 한다. 내구성도 문제다. 적어도 5~10년 정도는 이상없이 사용할 수 있어야 한다. 아직은 이에 대한 확실한 대안이 없다.