Hare & Tortoise

PHEV는 HEV와는 달리 Plug를 가지고 있다는 특징이 있습니다. Plug를 통해서 전기를 충전해두었다가 자동차가 운행되는 동안 충전된 전기를 사용하죠. 물론 운행도중에도 Electric Motor를 통해서 계속 재충전이 이루어지구요. 이런 원리로 일반 내연기관차량이나 HEV보다도 높은 연비와 낮은 오염물질 배출이라는 특징을 지니고 있습니다. 이미 미국, 일본등 자동차 기술 선진국들은 HEV에서 PHEV로 눈길을 돌리고 있는 실정입니다.

PHEV의 일반적인 구조는 아래 그림들과 같습니다. 기본적으로 내연기관, Electric Motor, Power Electronics, Battery pack, Fuel tank, 그리고 Recharge Plug로 구성되어 있습니다. Fuel tank는 일반 내연기관차량에 비해 적은 용량으로 설계된다고 하네요. Battery pack과 Fuel tank간의 trade-off 정도로 생각하면 되겠네요. 적어진 Fuel tank의 용량만큼 Battery pack이 그 역할을 대신 수행하는 형태이니까요. Electric Motor는 주행중에 엔진과 발전기의 역할을 동시에 수행한다는 특징을 가지고 있습니다.

http://www.eere.energy.gov/afdc/vehicles/plugin_hybrids_what_is.html

엔진의 형태를 확대해서 살펴보면 아래 그림과 같습니다. 물론 아래그림의 엔진형태는 여러 가능한 형태중 하나라 볼 수 있구요. 굳이 내연엔진과 Electric Motor가 일체형이어야만 하지는 않습니다. 아래 형태를 보면 내연기관차량의 엔진구조에다 Electric Motor가 Transmission 사이에 접목되어 있다는 정도의 차이가 있겠네요.

Mark Duvall, PHEV, The seattle electric V2G forum

아래 그림은 가장 위에서 본것과 달리 자동차 Transmission cross bar와 같은 방향으로 엔진이 설치된 경우입니다.

Mark Duvall, PHEV, The seattle electric V2G forum

얼마전 현대자동차에서 2015년까지 하이브리드카를 양산하겠다고 발표했습니다. 그동안 국내 선두 자동차메이커로써 현대가 하이브리드카에 관심을 두지않아 내심 걱정이 되었는데 늦었지만 개발에 착수했다는 잘 진행되길 기대해봅니다.

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이번 학회를 통해 많은 것을 느끼고 배울수 있었습니다. 특히 관심분야 이외의 주제발표에서 더 많은 것을 보고 배울 수 있었던 점이 기억에 남네요. 이번 학회를 통해서 느끼고 배웠던 점을 두세번에 걸쳐 블로깅할까 합니다. 먼저 기억에 남는 주제발표는 '미래자동차 발전방향'에 대한 주제발표였습니다. 발표들 중에서 눈길을 끌었던 주제는 'Dual-Mode Vehicles'이었는데요. 이 차량은 앞서 제 블로그에서 소개했던 PHEV와는 조금 다른 성격을 띠고 있더군요.

Dual-Mode Vehicles는Hybrid-electric 고속도로 상에 실시간으로 자동 컨트롤 되는 전기자동차로 정의할 수 있습니다. 고속도로 위에서 자동으로 컨트롤 되는 것이 PHEV와는 상당히 다릅니다. 발표하는 분의 이야기를 들어보면 이렇게하면 연료의 소모 뿐만 아니라 배기가스량도 PHEV에 비해 대폭 줄일수 있다고 이야기하더군요. 차트상에서도 확연한 차이를 보이고 있었습니다.

Dual-Mode Vehicles의 특징을 자세히 살펴보면 재미있는 부분을 찾을 수 있습니다. 실시간 자동컨트롤 당하는(?) 자동차들은 자동차간 거리를 최대한으로 줄일 수 있어 제한된 고속도로에 더 많은 차량을 더 빨리 이동시킬수 있는 장점을 지닌다고 하네요. 이 부분은 아래 사진을 보면 이해가 빠르겠네요.

Dual-Mode Vehicles에 관한 연구는 40년 전부터 진행되었다고 합니다. 그러고보니 어릴때 어느 책에선가 본듯한 기억도 나더군요. 당시에는 기술상의 문제로 기술실현여부가 불투명했으나 최근의 기술발전 정도로 보았을때 가까운 미래에 가능성이 있음을 발표자는 이야기했습니다. 특히 배터리, 타이어, 차량충전등의 기술은 실현단계에 이르렀다고 하더군요. 하지만 Routing Algorithm, Power Transfer, Merge&Diverge Mechanism 등은 아직 초기단계에 머무르는 수준이라는 설명도 하였습니다.

그리고 이어서 흥미로운 사진 한장을 보여주었습니다. 1997년에 진행되었던 시험이라더군요. 고속도로상에 차량이 일정한 간격으로 늘어서 낯선 장면이었습니다. 일부구간에서는 성공적이었지만 실제로 적용하기에는 아직 부족하였다더군요. 하지만 사진 한장이 전해주는 가능성의 모습은 다른 설명보다 크게 다가왔었습니다.

주제발표를 들으면서 PHEV에 비해 현실성이 떨어지는 기술이긴 하지만 불가능한 기술은 아니라는 생각이 들었습니다. 가까운 미래에는 고속도로 상에서 졸음운전으로 고생할 일은 없지 않을까 싶네요. ^^

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미국과 일본 등 해외 자동차 업체는 몇해전까지 하이브리드 자동차 (HEV: Hybrid Electric Vehicle) 개발에 몰두했었다. 하지만 최근 경향을 살펴보면 하이브리드 자동차보다는 PHEV(전기공압식 자동차: 거북은 공압이라는 이름이 맘에 들지 않아 그냥 PHEV라고 쓰도록 하겠습니다.^^)로 발전방향을 바꾸고 있으며 일정수준의 단계에 이르렀다.

그럼 HEV와 PHEV의 차이점은 무엇일까?
HEV는 크게 현재 자동차의 내연기관, 전기모터 그리고 배터리로 구성되어있다. 내연기관을 이용하여 자동차를 이동하면서 배터리를 충전하고 이를 다시 이용해서 가속하는 방식을 택하고 있는 HEV는 1990대에 혼다와 도요타를 통해 Civic과 Prius를 각각 출시하였다.
PHEV는 HEV의 구성을 모두 가지고 있으며 그것에 더하여 플러그를 통해 전기를 충전할 수 있도록 설계되었다 (아래그림참고). 따라서 HEV와는 달리 내연기관에 의존하지 않고도 전기만을 이용하여 출발할 수 있을 뿐만 아니라 이미 충전되어져 있는 상태이기 때문에 더 효과적으로 엔진의 출력을 도와줄수 있다.

현재 많은 해외 자동차업체들이 PHEV의 개발에 박차를 가하고 있다. 그중 대표적인 기업이 도요타와 Chevrolet (쉬보레)를 들 수 있다 (혼다는 HEV 이후 큰 발전이 없는 상태). 도요타의 경우 Prius를 통해 이미 PHEV 개발을 이루었으며 Chevrolet도 미국인의 취향을 고려하여 Full-Size 밴인 Tahoe를 2008년 시장에 내어놓았다. 하지만 아직 우리나라 현대자동차는 차세대 자동차에 대한 개발의지가 크지 않은거 같아 조금 실망스럽네요. 현대의 분발이 아쉬운 시점이라 하겠습니다.

PHEV의 경제성을 다른 자동차들과 비교해보면 다음과 같다. 100km를 주행할때 소비되는 기름을 기준으로 하면, 일반자동차의 경우 약 8리터, HEV의 경우 5리터가 필요하다. 이와 비교해서 PHEV는 100km주행시 1리터만으로 충분하다고 하니 얼마나 경제적인지 가늠해 볼 수 있다 (http://web.missouri.edu/~suppesg/Hydrogen.htm). 이 부분이 PHEV의 상당한 매력이라고 생각되네요.

경제적인 이득 못지않게 PHEV의 도입은 전세계적으로 이슈가 되고 있는 지구온난화 문제에도 하나의 해결책이라고 지목받고 있으며. PHEV의 도입을 통해 획기적으로 자동차 배기가스량을 줄일 수 있다는 점이 미국정부 및 세계 각국에서도 주목하고 있는 부분이다. 소소한 이득으로는 도시내 자동차 배기가스량이 줄어 시민들의 건강향상에도 도움이 되고 소음이 줄어든다는 장점들이 있다.

그렇다고 PHEV가 장점만을 가지고 있는 것은 아니다. PHEV의 핵심이라고 할 수 있는 배터리의 단가가 비싸고 그 수명이 얼마나 신뢰성을 가지는지도 하나의 풀어야할 과제로 남아있다. 또한 더 많은 전기발전량이 요구되어진다는 점도 쉽게 무시할 수 없는 부분이다. 하지만 기술이 발전하면 이러한 문제점들도 하나둘 풀려나가리라고 보인다.

PHEV에 대한 소개와 장점 및  단점에 대해서 조사해보았습니다. 언제가 될지는 모르지만 이후 포스트에는 배터리기술이나 미국내 PHEV 개발 동향에 대해 좀더 상세히 다루어볼까 합니다.
이상 거북이였습니다. ^^ 토끼는 언제쯤 글을 올릴려나.. 댓글 한줄 달고 가버린 토끼....

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