[카N테크]토요타·렉서스, 내연기관-전기차를 잇는 하이브리드 …현실적인 친환경차

토요타, 2017년 전세계서 하이브리드 1000만대 판매돌파
20년가 하이브리드로 줄인 이산화탄소만 7700만톤
'엔진+모터제네레이터(MG)+모터'의 직·병렬혼합 구조 기술…최고 연비·성능 구현

토요타 하이브리드 엔진/제공 = 토요타코리아

유럽이 배출가스 규제를 강화하는 등 현재의 내연기관으로는 충족시키지 못할 수준의 환경규제가 자동차업계의 화두로 떠올랐다. 전기차(BEV)와 수소전기차(FCEV)가 미래 자동차 시장에서 궁극의 대안으로 떠오르고 있지만 인프라 확충과 기술 고도화의 문제는 BEV·FCEV의 대중화를 더디게 하고 있다.

하이브리드 시스템은 이런 상황에서 가장 현실적인 대안이다. 일반적으로 내연기관차에 비해 배출가스를 50% 가까이 줄일 수 있는 하이브리드는 BEV와 FCEV처럼 별도의 인프라가 필요치 않다는 점에서 BEV·FCEV로 넘어가는 과도기에 가장 적합한 친환경 시스템으로 평가받는다. 전기모터의 의존도가 낮은 하이브리드 차량(HEV)뿐만 아니라 전기모터를 적극적으로 활용하는 플러그인하이브리드 차량(PHEV)은 이제 완성차 업체에게 중요한 라인업으로 자리잡는 추세다.

현재 하이브리드 시장에서 가장 높은 기술력을 보유하고 있는 곳은 일본 토요타·렉서스다. 1977년 도쿄모터쇼에서 하이브리드를 처음 소개한 토요타는 1997년 프리우스를 출시하며 세계 최초로 하이브리드 양산에 들어갔다. 이후 토요타와 렉서스는 하이브리드의 대명사로 자리잡게 됐고, 경쟁 업체들은 기술력이 높은 토요타가 주도하는 시장 진입에 소극적으로 대응해 왔다.

최근 들어 메르세데스 벤츠, 현대자동차 등이 하이브리드 라인업을 강화하고 있지만 여전히 토요타·렉서스의 하이브리드는 기술적 우위로 시장에서 최강자로 평가받는다. 토요타가 1997년 프리우스 출시 이후 2017년까지 판매한 하이브리드모델은 1000만대 이상으로, 이들 차량이 줄인 이산화탄소는 7700만톤에 달한다.

국내에서도 상황은 별반 다르지 않다. 9일 한국수입자동차협회에 따르면 수입차 브랜드의 하이브리드 모델 판매량은 올해 1~11월 2만4498대다. 이 중 렉서스 ES300h는 6839대가 팔리며 올해 수입차 베스트셀링카 3위에 이름을 올리고 있을 정도다.

하이브리드의 성능은 전기모터가 엔진의 역할을 얼마나 뒷받침하는가에 달려있다. 저속에서 전기모터만으로 차량을 구동하고, 감속이나 정지 시 바로 배터리를 충전·저장하는 것은 물론, 힘이 필요할 때는 엔진과 모터로부터 즉각적이고 정확하게 동력을 전달받을 수 있어야 한다.

토요타 하이브리드 모터/제공 = 토요타코리아

일반적으로 엔진과 모터·구동축의 배열에 따라 직렬·병렬방식으로 구분한다. 현대차 등이 사용하는 병렬방식과 달리 토요타·렉서스는 직·병렬 혼합방식을 택하고 있다. 스트롱하이브리드라고 불리는 직·병렬 혼합방식은 ‘엔진+모터’로 구성된 일반 하이브리드와 달리 ‘엔진+모터제너레이터(MG)+모터’로 동력을 만들어 낸다.

이 시스템은 2개의 고용량 전기모터와 유성기어·무단변속기(e-CVT)로 연결된 동력배분장치가 효율적인 성능을 구현해 낸다. 구동용과 충전용 MG는 전자식 동력배분장치에 의해 주행상황에 따라 실시간으로 엔진과 반응한다. 가속페달에서 운전자의 발이 떨어지면 충전모터가 가동되고 에너지를 회수하고 급가속 시 모터와 엔진이 동력원 역할을 한다.

토요타와 렉서스는 하이브리드 시스템에서도 프리미엄 브랜드와 대중브랜드의 차별화를 꾀하고 있다. 토요타는 브랜드가 대중적 이미지에 맞는 비교적 낮은 배기량에 적합한 모터 성능을 조합해 경제성을, 렉서스는 고배기량 엔진에 고출력 모터와 배터리를 적용, 친환경성과 동력성능을 극대화했다.

수년 전부터 시장은 하이브리드 시스템의 성능을 높이고 전기모터의 활용도를 높인 PHEV로 확대되고 있다. 토요타는 2017년 프리우스 최초의 PHEV인 프리우스 프라임을 출시했다. 가솔린 연료를 완충할 경우 모터 주행거리를 포함해 최대 960㎞까지 달릴 수 있다. 이와 함께 같은 해 와일드 하이브리드인 ‘2018 뉴 캠리’도 선보였다.

한편 토요타는 올해 4월부터 전동차 보급을 위해 모터·PCU(파워·컨트롤·유닛)·시스템 제어 등 자사가 보유한 차량 전동화 관련 기술 특허 실시권을 무상으로 제공하고 있다.

렉서스 ES 300h

토요타 프리우스