오늘은 하이브리드가 왜 연비가 좋은지 찾아보고 정리한 자료를 포스팅 하려고 합니다.
하이브리드 차량들 실 연비가 좋아서 오너분들 만족하며 타시는 것 같아요.
더뉴그랜저 기준으로 시내 주행 시 13~15km/l 정도, 고속도로에서는 17~18km/l가 나오니 연비가 훌륭하죠.
이론적인 측면에서 연비가 좋은 이유를 정리해서 공유드릴게요.
자료를 수집하는데 제한이 있어서 어느정도 뇌피셜도 있으니, 감안하고 읽어주세요.
- 회생제동
하이브리드 차량의 가장 큰 장점은 모터와 배터리가 있다는 점이죠.
기존 내연 기관 차량에서는 정지할 때, 차량이 가지고 있는 운동에너지를
알터네이터(제너레이터)로 12V 배터리에 약간 충전한 후, 브레이크의 열과 소리 형태로 날려보냈습니다.
하이브리드 차량은 제동 시 에너지를 배터리에 전환해서 추후 필요한 경우에 꺼내쓸 수 있습니다.
하이브리드 자동차 주행 모드 (출처 : http://www.amazoncar.co.kr/resources/files/green_hybrid.pdf )
1. 전기 에너지의 활용
배터리에 충전한 전기에너지를 사용할 수 있기 때문에 하이브리드의 연비가 좋다는 사실은 다들 아실거예요.
충전한 전기 에너지를 어디에 활용하는지 말씀드려 보겠습니다.
- EV 모드 : 배터리가 어느 정도 차있다면 가속 페달을 살살 밟을때나 정속 주행할 때는 EV 모드로 주행 가능합니다.
- 에어컨 콤프레서 토크 : 기존에는 엔진이 에어컨을 가동했는데, 하이브리드 차에서는 배터리로 에어컨을 가동해요.
히터는 하이브리드에서도 엔진 열을 이용해서 난방을 합니다.
2. 엔진의 최적 운전점 제어(BSFC)
엔진의 효율성을 나타내는 대표적인 방법이 BSFC(Brake Specific Fuel Consumption)를 비교하는 방법입니다.
BSFC는 연료량을 일량으로 나눈 값으로, 간단히 말해 값이 작을 수록 연비가 좋다는 것을 의미합니다.
각각의 엔진마다 고유의 BSFC 그래프를 가지고 있습니다. 아래 그림은 참고로만 봐주세요.
- 내연기관 자동차(그림 좌측)
예를 들어 시속 100km/h로 정속 주행을 한다고 가정하겠습니다.
기어 단 수가 높을수록, RPM은 낮아지고 토크은 높아집니다.
등고선 그래프를 보면 6단일 때가 가장 효율적이니
엔지니어는 100km/h 에서는 6단을 선택하도록 프로그램을 짤 것같습니다.
하지만, 내연기관은 최적 연비점(BSFC = 206)에 더 이상 가까이 갈 수 없다는 점이 아쉽습니다.
- 하이브리드 자동차(그림 우측)
그에 비해, 하이브리드 자동차는 변속기도 있고 모터도 있기 때문에 제어의 자유도가 더 높아집니다.
모터는 토크를 낼 수도 있고 반대로 작동하여 충전도 할 수 있습니다.
우측 그림에서 만약 파랑색 운전점에 있다면, 엔진에게 일을 더 시키고 모터는 전기를 배터리에 저장할 수 있습니다.
반대로 주황색 운전점에 있다면, 엔진은 일을 좀 덜하고 모터카 동력을 낼 수 있는 것이죠.
이렇게 모터가 추가되면서 엔진은 좀 더 최적의 연비 포인트에서 작동할 수 있습니다.
배터리의 충전 상태, 모터의 출력, 엔진의 상태 등에 따라서 항상 최적점 제어를 할 수 있는 것은 아니니,
이론적으로 이해만 해주시면 좋을 것 같아요.
일반 내연기관 자동차(좌측)과 하이브리드 자동차(우측)의 최적 연비점 제어
기본 그림 출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brake_specific_fuel_consumption.svg#/media/File:Brake_specific_fuel_consumption.svg
3. ISG 확대
ISG는 Idle Stop AND Go의 약자로, 연비를 개선하기 위해 정차중 아이들 구간에 시동을 끄는 시스템입니다.
내연기관 차량에서 적용된 아이템으로 신호대기와 같이 정차할 때 시동을 꺼서 아이들링 시 소모되는 연료를 줄이고 NVH를 개선하는 아이템입니다.
내연기관 차량에는 ISG 적용을 위해서 충방전이 빠른 AGM배터리를 탑재하고 스타터 성능을 강화했지만 기존 시스템 대비 약간 개선한 수준이라서 시동성능 향상은 미미했습니다.
하이브리드 차량은 강력한 고전압 배터리와 강화된 스타터를 탑재하고 있습니다.
시동을 빨리 걸 수 있기 때문에 운전자가 브레이크를 밟았을 때 시동을 끌 수 있습니다.
혹시 운전자가 가속을 하더라도 우선은 모터로 토크를 내고 빨리 시동을 걸어서 엔진으로도 토크를 낼 수 있기 때문이죠.