하이브리드 자동차의 형식

하이브리드 자동차는 전기자동차에 기관이나 그 밖의 다른 2종류의 동력원을 조합하여 설치하는 형식입니다. 가솔린 기관과 모터, 수소기관과 연료전지, 디젤기관과 모터 등 2종류의 동력원을 함께 사용하는 자동차입니다. 하이브리드 자동차는 유해가스를 내연기관의 자동차보다 90% 이상 줄일 수 있어 친환경자동차라고 부르기도 합니다.

하이브리드 자동차는 바퀴를 구동하기 위한 모터, 모터의 회전력을 바퀴에 전달하는 변속기, 모터에 전기를 공급하는 축전지, 그리고 전기 혹은 동력을 발생시키는 기관으로 구성됩니다. ㅇ이들 중 기관과 모터의 연결방식에 따라서 직렬형, 병렬형, 직·병렬형으로 구분됩니다.

직렬형 하이브리드 자동차

직렬형에서 사용하는 기관은 바퀴를 구동하기 위한 것이 아니라 축전지를 충전하기 위한 것입니다. 기관에는 발전기가 연결되며 이 발전기에서 발생되는 전기에너지가 축전지에 충전됩니다. 이 형식의 동력계통은 기관, 발전기, 축전지, 모터, 변속기, 구동바퀴의 직렬적 구성을 지닙니다. 직렬형 특징을 몇 가지 살펴보겠습니다.

 

먼저, 기관과 바퀴사이에 동력전달을 위한 기계적인 연결이 필요 없어 기관의 레이아웃이 자유롭습니다. 기관을 기관룸에 설치하지 않아도 되므로 자동차의 운동특성을 개선하기 쉽습니다. 기관은 바퀴의 구동에 관계를 하지 않기 때문에 항상 최적의 상태로 기관을 구동할 수 있습니다. 일반적으로 기관은 회전속도에 따라 회전력, 출력, 연료소비율 등이 달라지는데 충전을 하기 위해 가장 적은 배기가스가 배출되는 상태로 기관을 구동시킬 수 있습니다. 기관, 발전기, 모터가 직렬로 연결되어 있어 기관을 항상 최적의 상태로 작동시키면서 발전기를 이용해 전력을 모터에 공급하고 순수하게 모터의 구동력만으로 자동차를 주행시키는 방식입니다.

병렬형 하이브리드 자동차

병렬형은 구동력을 기관 및 모터를 각각 단독으로 또는 양쪽에서 동시에 얻을 수 있는 형식입니다. 기관의 구동력과 축전지에서 공급되는 전원을 이용하는 모터의 구동력을 병렬로 바퀴를 구동합니다. 주행상태에 따라 기관과 모터의 특성을 잘 이용하여 최적의 조건에 알맞도록 조합시켜 유해 배출가스의 감소, 소음의 감소, 높은 효율, 낮은 연료소비율의 운전을 실현하는 것이 목적입니다. 이 형식의 동력계통은 축전지, 모터, 변속기, 바퀴로 이어지는 전기적 구성과 기관, 변속기, 바퀴의 구성이 변속기를 중심으로 병렬로 연결됩니다. 

 

변속기의 앞뒤에 기관 및 모터를 병렬로 배치하고, 주행 상황에 따라 최적의 성능과 효율을 발휘하도록 자동차 구동에 필요한 동력을 기관과 모터에 적절히 분배할 수 있습니다. 기관의 동력이 운전자가 요구하는 동력이상으로 발휘될 수 있을 때는 여유동력으로 모터를 구동시켜 축전지를 충전합니다. 기관과 모터의 구동력을 합한 큰 동력성능이 필요할 때는 모터를 가동합니다. 병렬형은 기존 자동차의 구조를 이용할 수 있기 때문에 제조비용면에서 직렬형에 비해 유리합니다.

직·병렬형 하이브리드 자동차

직·병렬형 하이브리드 자동차는 직렬형과 병렬형의 양쪽 장치를 설치하고 운전조건에 따라 최적의 운전모드를 선택하여 구동하는 형식입니다. 공회전이나 저속부하 영역에서는 기관의 열효율이 높기 때문에 모터로는 운행을 하고 기관은 발전기 구동에 사용됩니다.

 

고속부하영역에서는 병렬형이 기관의 열효율이 높기 때문에 직렬형에서 병렬형으로 변환시켜 모든 운전영역에서 높은 열효율과 유해 배출가스를 감소시킬 수 있습니다. 기관효율이 좋은 운전영역에서는 기관으로 발전기를 구동하여 축전지에 충전시킵니다. 바퀴 회전속도를 측정하여 기관구동이 효율적이라고 판단되면 기관으로 바퀴를 직접 구동하도록 하고 이 보다 기관, 발전기, 모터의 효율이 좋다고 판단되면 기관은 발전기를 구동합니다. 기관은 일정한 속도로 회전할 때 효율이 가장 좋습니다. 기관출력이 주행에 소요되는 구동력을 초과할 경우에는 여유 에너지로 발전하여 축전지에 저장합니다. 보다 큰 구동력이 필요할 때는 기관, 기관 발전기 모터, 축전장치 모터의 구동력이 함께 동원되어 강력한 힘을 발휘합니다.