2013년 07월호 지면기사
/ 글│아룬 찬드라나드 (Arun Chandranath), 프로스트앤설리번
다른 하이브리드 기술과 차별되는 연료 효율, CO2 배출 수치, 타의 추종을 불허하는 가격적 장점에 따라 PSA의 하이브리드 에어는 HEV 시장에서 파괴적 기술이 될 가능성이 높다. 고가의 배터리와 전기 모터가 필요 없는 시스템이 제공하는 상당한 비용 절감 효과는 인도와 중국과 같이 HEV에 호의적이지 않던 시장도 바꿔 놓을 수 있다.
전 세계 자동차 산업은 과거 어느 때보다도 변덕스런 상황에 놓여있다. 유가는 상승하고 있고, 배출 규제는 더욱 엄격해지고 있으며, 환경에 대한 인식은 세계 정부뿐만 아니라 소비자 사이에서도 높아지고 있다. 때문에 내연기관으로 구동하는 자동차의 개념이 새로워지고 있다. 내연기관에 대한 강화된 배출과 연비규제는 OEM에게 새로운 엔진 기술 개발을 종용하고 있다.
유럽자동차공업협회(ACEA)는 2020년까지 유럽에서 95 g/km, 중국에서 117 g/km, 미국에서 2025년까지 92 g/km의 CO2 배출규제에 대응해야만 한다. 이는 더욱 효율이 향상된 파워트레인 전략과 순수 전기차에 대한 서플라이어의 노력에 의해 달성될 수 있다.
그러나 현 시점에서 부족한 충전 인프라, 높은 오너십 비용, 짧은 항속거리로 인한 주행불안증 등의 문제를 안고 있는 순수 전기차나 내연기관의 개선 한계는 서로의 장점을 활용하도록 만들고 있다. 즉, 전통적인 내연기관과 일반적으로 배터리를 통해 파워를 얻는 대체 파워를 결합한 하이브리드 카(HEV)가 중요 솔루션 중 하나가 되고 있다.
배터리의 제약
글로벌 하이브리드 카 시장은 세그먼트에 따라, 또 유럽과 북미 등 지역시장에 따라 빠르게 성장하고 있다.
2020년까지 마일드와 풀 하이브리드 시장은 전 세계적으로 500만 대 규모가 될 전망이다. 프로스트앤설리번은 유럽과 북미시장에서 이들 HEV의 2013년도 연간 판매대수가 전년대비 60% 이상 증대될 것으로 전망한다. 당연하게도 모든 메이저 OEM이 HEV 개발에 막대한 투자를 집행하고 있고, 제품 포트폴리오에 하이브리드 라인업을 광범위하게 포진시키고 있다.
일본 OEM은 현재 유럽의 HEV 시장에서 80% 이상의 점유율을 보이고 있다. 토요타와 혼다는 지난해 프리어스, 인사이트 등의 모델을 각각 3만 대 이상씩 판매했다. 독일 OEM으로는 BMW가 액티브 하이브리드 모델을 3시리즈, 5시리즈, 7시리즈 세단에 투입하고 있고, 메르세데스 벤츠는 블루텍 하이브리드를 E클래스 살롱에 제공하고 있다.
현재 HEV는 내연기관의 파워를 보조하는 배터리에 의해 좌우되고 있다. 에너지를 저장하는 배터리를 사용하는 전기 하이브리드는 배터리 자체의 높은 비용이 최대 제약이 되고 있다. 일반적인 리튬이온 배터리 팩의 비용은 kWh 당 600~650 달러에 이르며, 차에 탑재되는 25 kWh의 배터리 팩은 차량 총 비용의 상당 부분을 차지하고 있다. 비용의 문제 외에도 배터리를 장착한 HEV의 또 다른 단점은 배터리 팩의 중량이다. 일반적으로 배터리 팩은 어디에서든 70 kg~200 kg의 무게가 나간다. 때문에 이는 배터리 장착 HEV의 전반적인 연비에 악영향을 미친다. 게다가 무거운 배터리를 장착하기 위해 디자이너는 실내 공간을 희생시키는 등 상당한 타협을 해야만 한다.
높은 시장 잠재력
프로스트앤설리번이 올해 유럽에서 수행한 조사 ‘Voice of the Customer survey’에 따르면 상당수의 운전자들이 다음의 구매에서 HEV를 고려하고 있다. 소비자들은 명백하게 다른 대체 파워트레인 기술을 선호하지는 않았다. 약 43%의 응답자가 EV의 가능성에 의문을 갖고 있고, 다음 구입에서 고려하지 않을 것이라고 했다. 부족한 충전 인프라, 높은 오너십 비용, 짧은 주행거리와 주행불안증이 주원인이다.
지난해 수행한 ‘Voice of the Customer survey’에서는 프랑스의 55%, 미국, 중국, 일본, 유럽 등 G4의 46% 운전자가 다음의 차량 구매에서 적극적으로 HEV를 고려하고 있는 것으로 나타났다. 이같은 소비자 잠재수요가 특히 프랑스 OEM의 적극적인 HEV 연구개발 투자를 이끌고 있다.
PSA는 HEV 부문에서 꽤 오랫동안 실력을 쌓아왔다. PSA의 하이브리드4(Hybrid4)는 세계 최초의 풀 디젤 하이브리드다. 4륜 구동 하이브리드를 제공하는 전기 모터와 디젤엔진을 결합한 하이브리드4는 완전하게 PSA 내부에서 개발돼 2012년형 푸조 3008을 통해 데뷔했다. PSA는 현재 3008에 이어 푸조 508과 시트로엥 DS5에 하이브리드4를 투입하고 있다.
HEV 프랑스 혁명
하이브리드 에어(Hybrid Air)는 2020년까지 2L/100 km를 실현시키고, 시장 점유율을 향후 5년 간 크게 끌어올릴 PSA의 새로운 풀 하이브리드 핵심 솔루션이다.
일반적인 전기 하이브리드와 대조적으로 하이브리드 에어 시스템은 에너지 저장을 위해 가압 스틸 탱크의 압축 질소를 이용한다. 하이브리드 에어 시스템은 차가 제동하는 동안이나 내연기관이 최대 효율로 운용될 때의 에너지로 탱크에서 가역 유압 펌프(reversible hydraulic pump)를 통해 질소를 압축하고 에너지를 회수한다. 탱크 안의 압축 질소에 의해 저장된 에너지는 매우 적지만 수백 야드를 구동시키는 데에 충분하다. 도시에서 가다 서다를 반복하는 주행 상황에서 큰 연비 개선 효과를 얻을 수 있다. PSA, 보쉬, 포레시아에 따르면 도시에서 잠재적 연료 절감 효과는 최대 45%이며 일반적인 엔진과 비교해 주행거리를 90% 정도 늘릴 수 있다.
하이브리드 에어는 가솔린과 압축공기 에너지 저장장치, 유압 펌프와 모터 유닛, 오토 트랜스미션 등 검증된 기술의 결합체다. 지능적인 전자식 매니지먼트 시스템은 사용자의 주행 스타일에 따라 내연기관, 에어파워, 내연기관-에어파워 등 에너지 효율을 최적화시키는 모드를 자동으로 운용한다.
연료 소모 성능은 시트로엥 C3나 푸조 208 등의 표준 바디 스타일 모델에서 복합 사이클 주행 2.9 L/100 km, CO2 배출은 약 69 g/km를 기록한다. PSA의 수동 기어와 3실린더 가솔린 엔진을 채택한 모델의 경우는 복합 사이클 주행에서 CO2 배출량이 104 g이다.
네덜란드, 영국 등 유럽의 많은 정부는 낮은 CO2 배출 차량에 인센티브를 제공하고 있고 하이브리드 에어는 소비자에게 상당한 가격 절감 효과를 줄 수 있을 전망이다. 예를 들어 네덜란드에서 CO2 배출량이 110 g/km 미만인 차량은 도로세(Belasting Personenauto`s Motorrijwielen, BPM)를 완전히 면제받는다.
하이브리드 에어 기술의 최적 에너지 회수 효율성은 교통 밀도에 따라 도시 주행의 60~80% 시간 동안 무배출(ZEV) 운행을 가능케 한다.
하이브리드 에어에 사용되는 자재는 풍부하고 비교적 저렴하며, 재활용이 가능한 것들일 뿐만 아니라 제조에서도 낮은 탄소 발자국 프로세스를 지닌다. 또 시스템은 차 공간과 관련해 큰 타협의 필요 없이 통합될 수 있다.
게임을 바꿀 기술
하이브리드 에어는 2020년까지 2L/100 km란 PSA의 야심찬 목표를 달성해 줄 핵심 기술이다. PSA는 2016년에 그들의 B세그먼트 모델을 통해 이 기술을 론칭할 계획이다. 차값은 2만 6,000달러 정도가 될 전망이다.
다른 하이브리드 기술과 차별화되는 연료 효율, CO2 배출 수치, 타의 추종을 불허하는 가격적 장점에 따라 하이브리드 에어는 HEV 시장에서 파괴적 기술이 될 가능성이 높다. 고가의 배터리와 전기 모터가 필요없는 시스템이 제공하는 상당한 비용 절감 효과는 인도와 중국과 같이 HEV에 호의적이지 않던 시장도 바꿔 놓을 수 있다.
다른 신기술들처럼 하이브리드 에어 기술을 둘러싼 의구심을 소비자가 어떻게 극복할 것인지는 두고 볼 일이다. 그러나 하이브리드 에어와 같이 싸고 간단한 시스템은 명백하게 HEV에 대한 소비자 인식을 개선시킬 것으로 보인다. AE
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