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KAIDA 오토모티브 포럼 - 하이브리드 자동차의 현재와 미래 (1)

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글 : 원선웅(mono@global-autonews.com)
승인 2017-06-21 16:41:06

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한국수입자동차협회는 하이브리드 자동차의 현재와 미래를 살펴볼 수 있는 ‘KAIDA 오토모티브 포럼 – 하이브리드 자동차의 비전’을 개최했다. 최근 국내 시장에서도 친환경과 효율성에 대한 소비자의 관심이 높아지고, 디젤 파워트레인에 대한 부정적인 인식이 확산되면서 하이브리드 차량에 대한 수요가 증가하고 있다. 연비규제에 대한 대응 방식으로 각 제조사들이 하이브리드 기술 도입에 적극적으로 나서고 있는 것 또한 최근 하이브리드 판매 증가에 영향을 미치고 있다.

 

한국수입자동차협회 정재희 회장의 인사말로 시작된 이번 포럼의 첫 연사는 한양대학교의 이형철 교수로 ‘하이브리드 전기 자동차 기술의 소개’라는 주제로 발표를 시작했다. 뒤를 이어 토요타자동차주식회사 아베 시즈오 상무이사는 ‘토요타 하이브리드 시스템’이라는 주제로 자사의 하이브리드 시스템을 소개했다. 2개의 주제로 진행된 포럼 내용을 정리해 소개한다.

 

 

하이브리드의 역사와 개요

 

하이브리드 자동차의 역사는 미국의 자동차 시장과 밀접한 연관을 가지고 있다. 1993년 빌 클린턴 대통령이 추진한 PNGV 프로젝트는 5년간 12억 5천말 달러를 투자해 새로운 자동차 개발을 지원했다. 이것이 하이브리드 자동차 개발의 중요한 시발점이 된 계기이다. 당시 안정적인 유가와 함께 연비에 대한 규제가 심하지 않았던 상황에서 미국의 자동차 제조사들은 하이브리드 자동차나 친환경 차량 개발에 적극적이지 않았다. 반면 미국 자동차 시장에서 점유율을 높이던 일본 자동차 제조사들은 미국 정부의 압박에 대응하기 위해 하이브리드 자동차 개발에 역량을 집중하기 시작했다. 이 때의 기술 개발을 기반으로 일본의 제조사, 특히 토요타의 경우 하이브리드 시장의 주도권을 잡기 시작했다.

 

이후 1994년에는 기존의 12/14볼트 시스템을 36/42볼트로 바꾸는 파워넷 컨소시엄 구성되어 새로운 배터리 개발 등이 진행되었지만, 큰 성과를 이루진 못했다. 하지만, 이를 기반으로 90년대 초반 마이크로 하이브리드 시스템 개발의 기반이 되었다.

 

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1997년 토요타 프리우스의 일본 시장 출시는 하이브리드 자동차의 표준을 제시한 사건이 되었다. GM은 순수 전기차인 ev1을 출시하며, 세계 최초의 양산 전기차를 선보였지만 캘리포니아 주정부가 제로에미션 정책을 포기하면서 ev1은 단종되었다. 정유업체들의 로비로 인한 영향도 컸다.

 

199년 혼다는 미국 시장 최초의 하이브리드 모델인 혼다 인사이트를 출시했으며, 2000년에는 토요타 프리우스가 미국시장에 진출했다. 미국 자동차 제조사로서는 최초로 포드가 이스케이프 하이브리드 모델을 출시했다. 토요타와의 라이센싱을 통해 하이브리드 시스템을 최초로 도입한 것. 2000년 부시 행정부는 17억 달러를 투자해 연료전지 자동차 개발을 적극 지원하기 시작했다. 

 

이후 배럴당 145달러를 기록하는 등 유가가 폭등하고, 화석 연료 사용에 대한 인식이 변화하기 시작했다. 이후 진행된 연비 규제를 통해 현재는 2010년도 대비 40% 강화된 규제가 진행중이다. 앞으로 이러한 규제는 더욱 강화되어 2025년에는 2010년 대비 2배 가까이 강화된다. 전기차와 연료전지차의 본격적인 시작에 시간이 소요되는 만큼 현재 대부분의 제조사들은 하이브리드 전동화 전략을 강화하고 있다.

 

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2010년 오바마 행정부는 부시 행정부가 추진한 ‘프리덤카 프로젝트’를 폐기하고, 당시 자산의 60%를 미정부가 소유하고 있던 GM을 통해 전동화 전략을 지원하게 된다. 이 결과로 출시된 차량이 쉐보레 볼트(VOLT)이다. 볼트에 탑재되는 배터리를 생산하는 LG 화학의 미국 공장 개소식에 오바마 대통력이 직접 참석할 정도로 미 정부가 쉐보레 볼트에 거는 기대는 높았다.

 

2015년 CO2 감축을 목표로 전 세계 대부분의 국가가 참여한 파리협약은 전동화 전략에 더욱 무게를 싣게 된 계기가 되었다. 최근 트럼프 대통령의 파리협약 탈퇴 발언이 이슈가 되고 있지만, 기존의 참여국들의 입장은 큰 변화가 없다. 미국에서도 트럼프의 발언을 반대하는 각 주 정부의 입장이 발표되는 등 거센 반대에 부딪치고 있다. 캘리포니아 주 정부의 경우 2018년부터 전체 판매 차량의 4.5%, 2025년까지 전체 판매의 22%의 차량을 무공해차로 해야 하는 규제를 실시하고 있다. 한국의 경우 최근 출범한 문재인 정부가 미세먼지 30% 감축을 기반으로 하는 친환경 정책을 추진하고 있으며, 2030년까지 승용디젤차량의 판매를 중지하는 공약도 추진하게 될 예정이다.

 

 

하이브리드의 미래는?

 

현재 하이브리드 시스템의 화두는 효율을 높이고, 가벼우면서도, 저렴한 시스템 개발이다. 최근에는 전장관련 부품이 늘어나면서 출력을 향상시킨 48볼트 하이브리드 시스템이 각광을 받고 있다. 48볼트 하이브리드 시스템은 출력 향상 뿐만 아니라 저렴한 생산 가격으로도 주목받고 있다.

 

하이브리드 시스템은 기술 장벽이 낮은 만큼 효율성을 높이는 것과 함께 더 저렴한 시스템을 구축하는 것이 가장 큰 이슈이다. 토요타의 프리우스에 탑재되는 하이브리드 시스템 역시 가격을 낮춰 2천달러에 근접한 가격으로 비용부담을 낮췄다. 현재 하이브리드 시스템은 1년에 5% 정도 가격이 낮아지고 있다.

 

배터리 기술 역시 하이브리드 시스템의 핵심요소인 만큼 기술 개발이 진행되고 있다. 리튬 이온 배터리가 시장을 주도하고 있는 현재 상황에서 차세대 배터리 시스템 개발을 위한 노력이 더해지고 있다. 리튬 이온 베터리의 대안으로 리튬 공기 베터리가 한때 주목을 받았지만, 양산에 어려움을 겪으면서 사장되었으며, 이후 리튬 황 배터리가 주목을 받고 있는 상황. 하지만, 리튬 황 배터리 역시 자가방전이 심하고, 낮은 효율, 전극이 부풀어 오르는 문제로 인해 빠른 시일 내에 대체는 어려울 것으로 보인다.

 

하이브리드 시장에 대한 긍정적인 전망이 나오고 있지만, 정확한 수치를 논하긴 어렵다. 2015년 토요타는 글로벌 하이브리드 시장이 천만대 규모로 성장할 것으로 내다봤지만, 실제 2015년 하이브리드 시장은 2백만대 수준에 머물렀다. 현재 하이브리드 시장 확대에 대한 다양한 수치는 제조사들의 목표로 이해하는 것이 바람직 할 것으로 보인다. 과거 하이브리드 자동차는 연비와 성능, 두가지 토끼를 한번에 잡을 수 있는 파워트레인으로 각광을 받았지만, 최근 하이브리드 파워트레인은 새로운 가치를 추구하고 있다. E-모빌리티로서의 가치를 높여 하이브리드 자동차에 대한 상품성을 높이는데 더욱 주목하고 있다. 재난 발생시 충전된 전기를 이용하는 에너지 네트워크 구축, 미래 새로운 이동수단으로서의 서비스들이 더해져 상품성을 높이는 새로운 방법들이 논의 되고 있다.

 

 

토요타, 하이브리드 시스템의 리더

 

토요타자동차는 지난 1월말 기준으로 하이브리드 차의 글로벌 누적 판매 대수 1,000만대(1,004.9만대, 플러그 인 하이브리드 포함, 토요타 자체조사)를 기록해, 하이브리드 시스템의 리더 이미지를 더욱 강화하고 있다. 토요타 자동차는 현재 약 90개 이상의 국가에서 하이브리드 승용차 33종, 플러그인 하이브리드 차 1종을 판매하고 있다.

 

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2017년 1월말까지 판매한 하이브리드 차(※1)의 CO2 배출 억제 효과(※2)는 약 7, 700만 톤(차량 사이즈 및 동력 성능이 동급인 가솔린 엔진차의 CO2 배출량과의 비교), 가솔린 소비 억제량은 약2,900만 ㎘(동급의 가솔린 엔진차의 가솔린 소비량과의 비교)로 추산된다.

 

토요타가 하이브리드 차를 도입한지 20년. 친환경차를 둘러싼 환경은 크게 변화되어 왔다. 또한 프리우스의 인기가 높아짐에 따라 환경 성능을 기준으로 자동차를 선택하는 새로운 고객 표준이 탄생했다. 나아가 전세계의 고객이 하이브리드 차나 다른 고연비 차량을 선택하게 됨으로써, 자동차 업계 전체적으로 지구 환경 문제에 대한 공헌을 진행시킬 수 있었다. 토요타는 1,000만대를 분기점으로 앞으로도 고객의 선택을 받을 수 있는 ‘보다 좋은 차 만들기’를 이어 나갈 예정이다.

 

국내에서도 하이브리드 모델의 성장세는 눈에 띈다. 2006년 렉서스 RX400h 모델을 시작으로 하이브리드 모델의 판매를 시작한 토요타 자동차는 연평균 87%의 성장을 거듭하며 명실 상부 하이브리드 명가의 자리를 지켜왔다. 2016년은 한국시장 진출 이후 하이브리드 모델 최다 판매를 달성한 해이다. 한국 판매 모델 중 하이브리드 모델의 비중이 렉서스 브랜드89%, 토요타 브랜드 62% 차지하며 총 15,146대의 하이브리드 차량을 판매하였다. (2016년 기준 수입차 시장 한국 토요타 하이브리드 점유율 약 93%)

 

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오랫동안 하이브리드 기술을 개발하고 성장시켜온 토요타는 최근 전동화 전략에 더욱 속도를 내고 있다. 토요타는 중국 시장에서 전기자동차 (EV) 출시를 검토 중이며, 미국에서 수소 연료 전지 트럭의 실증 실험을 시작한다고 발표했다. 토요타는 그간 주력해 오던 하이브리드 자동차와 함께, 연료 전지 자동차와 가정에서도 충전 할 수 있는 플러그 인 하이브리드카, 전기차 개발을 더욱 강화하고 향후 어떤 친환경 차량에 대한 수요 증가에도 대응할 수 있도록 한다는 계획이다.

 

특히, 올해 서울모터쇼를 통해 국내에도 공개된 프리우스 프라임은 향상된 플러그인 하이브리드 시스템이 눈길을 끈다. 프리우스 프라임은 지붕에 장착된 태양광 패널을 통해 배터리가 충전된다. 이 때 충전된 전기를 통해 공조장치등이 가동되어 베터리 효율을 높이고 있다. 프리우스에 비해 용량이 늘어난 8.8kwh 리튬 이온 배터리가 탑재되며 2시간 20분에 완충이 가능하다. 급속 충전시 20분에 80%까지 충전 할 수있다. 내연기관은 1.8ℓ 4기통 엔진이 탑재되며 배기가스를 재순환시키는 시스템의 용량도 커졌다. 전체의 연비는 40% 향상되었으며 토요타에 의하면 현재의 내연기관 중에서 가장 높은 효율성을 보인다는 설명이다.

 

 

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