하이브리드 자동차의 구성

3상교류 모터 엔진동력 보조…연비 향상
고전압 베터리·무단변속기로 효율 높여

친환경 미래형 자동차로서 대표적인 것이 전기자동차와 하이브리드 자동차가 있지만 전기자동차의 상용화 전단계로서 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)가 각광을 받고 있다.

현재 시판 중인 하이브리드 자동차의 공인 연비는 대부분 20km/ℓ이상으로 같은 배기량의 자동차의 13~17km/ℓ수준보다 높은 연비를 나타내고 있으며, 배출가스의 발생량도 적다.

그래서 2020년에는 하이브리드 자동차의 예상 보급률이 30~40%로 다수의 자동차가 대체될 예정이다. 하이브리드(hybrid)란 ‘복합형’이라는 뜻으로 특성과 기능이 다른 2가지의 동력원을 함께 사용하는 것을 말한다.

자동차에서는 연료를 이용해 구동하는 엔진과 엔진에 의해 발생한 전기를 이용해 모터를 구동하는 혼합형태의 자동차를 말한다.

하이브리드 자동차의 구성은 하이브리드 엔진, 전기에너지를 구동에너지로 변환하기 위한 모터와 제어기, 고출력 전기모터를 구동하기 위한 고전압 배터리, 동력전달을 위한 무단변속기(CVT)로 구성한다.

하이브리드 엔진은 가솔린, LPG, 디젤엔진을 탑재하고 높은 연비와 초저 배출가스에 대비하기 위해 발전기, 에어컨펌프등 엔진의 부하를 최소화해 고효율, 저연비를 실현하도록 했다.

하이브리드 모터는 3상교류 모터로 높은 출력(15kW)의 엔진 동력을 보조해 연비를 향상시킬 수 있는 장치로 엔진시동 기능, 가속 시에 구동력을 보조하는 기능, 감속과 제동 시에 발전기의 기능을 수행해 고전압 배터리(180V)를 충전하는 기능을 한다.

모터 제어기는 고전압 배터리의 직류전원을 모터작동에 필요한 3상 교류 전원으로 변환하는 역할과 모터의 구동전류 제어와 감속 및 제동 시 전기를 생산하는 발전기 역할을 하는 인버터 기능을 한다.

고전압 배터리는 모터를 구동하기 위한 전기에너지를 공급하는 장치로서 리튬계열 배터리를 사용하며 최근에는 리튬-이온 폴리머 배터리가 주로 사용돼 고전압에 의한 안전사고방지를 위해 전류차단 기능을 적용해 과충전과 안전성을 확보하고 있다.

하이브리드 무단변속기는 엔진과 모터, 고전압 배터리와의 조화가 중요하여 연비와 효율이 높은 하이브리드용 무단변속기를 사용한다.
<제공: 김연수 교수 한국폴리텍대학 달성캠퍼스 자동차학과(자동차정비기능장)>

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