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by 이정원 Dec 05. 2022

모자라면 모터로 채우고 남으면 배터리에 충전한다.

효율이 제일 좋은 영역을 따라 주행한다. 

하이브리드 자동차는 모터와 엔진이 서로 보완해서 동력을 전달한다. 기본적으로 저속은 모터, 고속은 엔진으로 나누어 맡지만, 더 좋은 연비를 달성하기 위해서는 좀 더 디테일한 분배가 필요하다. 하이브리드 차량의 계기판에 표시되는 자동차의 에너지 흐름을 보면 더 쉽게 이해할 수 있다. 

  

도요타 프리우스 계기판, 차량 주행 상태와 엔진 모터 배터리 간의 에너지 흐름을 한눈에 볼 수 있다.


모터를 쓰면 연료는 들지 않지만, 배터리 용량이 크지 않기 때문에 전기 만으로 주행하는 데는 한계가 있을 수밖에 없다. 고속 고 로드 영역에서 엔진만으로 주행하면 저항이 커서 연비는 오히려 손해다. 연료를 최종적으로 소비하는 주체는 엔진이므로, 어떤 주행 조건에서도 엔진이 효율이 가장 좋은 영역을 따라갈 수 있도록 조절하는 것이 핵심이다. 


도요타 3세대 엔진 BSFC 도표. 1Nm를 내는데 필요한 연료량을 나타낸다. - Priuschat.com 참조


프리우스에 들어가는 2ZR-FXE 엔진의 영역별 효율을 나타내는 제동 연료 소비율 (BSFC, Brake Specific Fuel Consumption) 그래프를 보면, 가장 좋은 효율을 내는 영역이 존재한다. 연비 최적화를 위해서 운전자가 특별히 급 가속을 요청하지 않는 한 프리우스는 모터만으로 주행하는 EV 영역을 제외하고는 엔진이 BSFC 최적점을 따라 주행하도록 하고 있다. 


운전자가 액셀 페달을 밟아서 원하는 출력이 엔진의 최적 효율과 맞지 않을 수 있다. 만약 엔진 출력이 모자라지만, 배터리가 충분하다면 모터로 출력을 보충하면 된다. 반대로 배터리가 절반 이하로 방전되어 있다면 조금 더 높은 RPM으로 주행하면서 남는 에너지는 배터리에 충전해 두었다가 다음 주행에 활용할 수 있다.  


프리우스 변속기 eCVT - 모터와 엔진 사이에서 에너지를 주고받도록 한다. 

이런 최적화 제어를 하기 위해 하이브리드의 변속기는 주로 단수가 정해져 있지 않은 CVT 계열을 많이 사용한다. 엔진 자체의 효율을 극대화하는 전략을 통해서 하이브리드 차량은 단지 버리는 에너지를 재활용 것 이상의 연비 개선이 가능해졌다. 

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