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【카미디어】 김민겸 기자 = 토요타 자동차는 18일과 19일, 양일에 걸쳐 '토요타 하이브리드 아카데미'를 진행했다. 이 자리는 토요타-렉서스 브랜드의 하이브리드 모델에 적용되는 기술을 이해하고 토요타-렉서스 하이브리드를 직접 몰아보는 시간 등으로 구성됐다. 

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▲ 토요타-렉서스 하이브리드 시스템을 설명 중인 고정덕 차장

요즘은 길 위에서 '하이브리드(Hybrid)' 자동차를 쉽게 볼 수 있다. '잡종', '혼성체'라는 뜻을 가진 영어 단어 하이브리드는 자동차로 넘어오면 '서로 다른 두 개의 이상의 동력원을 갖춘 파워트레인'을 가리킨다. 보통 가솔린이나 경유를 태워 동력을 얻는 내연기관과 배터리, 전기모터로 구성된 동력시스템을 뜻한다. 

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이러한 하이브리드 방식에는 크게 직렬, 병렬, 직병렬 세 가지가 있다. 직렬 방식에서 내연기관은 배터리를 충전해 모터를 돌리는 역할만 맡는다. '엔진-모터-배터리-구동축'으로 구조가 단순한 건 좋지만 엔진이 구동에는 관여하지 않아 실용적이지 못하다는 점이 있다. 전기 모터만으로는 저속 도심 주행에 좋을 뿐, 중속 이상의 주행에서는 효율이 떨어진다. 쉐보레 볼트(Volt) 1세대 하이브리드가 이 방식을 사용했다. 쉐보레 역시 이 방식의 효율이 그리 좋지 않다고 판단했는지 2016 볼트부터는 병렬 방식을 응용한 버전으로 바꿔 내놓기 시작했다.

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▲ 쉐보레 볼트 1세대 하이브리드

병렬 방식은 엔진과 전기모터가 함께 구동력으로 쓰인다. 엔진의 힘이 곧바로 구동축에 전달 가능해 모터와 배터리를 거칠 필요가 없다. 혼다 인사이트(Insight), 시빅(Civic) 하이브리드가 이 방식을 쓴다.

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▲ 혼다 시빅 하이브리드

직병렬 방식은 토요타-렉서스에 적용되는 방식이다. 풀(Full) 하이브리드라고도 부르는 이 방식에서는 이름에서 알 수 있듯, 직렬과 병렬 방식을 혼용한다. 저속에서는 직렬 시스템, 고속에서는 병렬 시스템을 사용하는데 이같이 저속, 고속 영역에서 사용하는 구동계를 달리하는데엔 이유가 있다. 저회전 영역에서 제일 큰 힘을 내는, 즉 초반 가속력이 좋은 전기 모터를 저속에서 쓰고 고속에서는 일정 회전수 이상에서 최대 회전력을 보이는 엔진을 씀으로써 효율을 높일 수 있기 때문이다.

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토요타는 지난 1997년 세계 최초의 하이브리드 자동차 프리우스를 만든 이후로 지금까지 직병렬 방식을 고집하고 있다. 앞서 이야기한 세 가지 방식의 하이브리드 시스템을 봤을 때, 토요타의 직병렬 방식이 가장 효율적일 것 같지만 꼭 그렇지만은 않다. 이점이 있는 만큼 단점도 있다.

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▲ 세계 최초의 양산형 하이브리드 자동차, 토요타 프리우스

안 그래도 기존 내연기관 자동차에 전기모터를 얹어 무거워졌는데 직병렬 방식에는 모터가 하나 더 들어간다. 하나는 발전을 담당하는 모터, 나머지 하나는 구동을 담당하는 모터다. 이로 인해 제조 원가가 높아지는 것도 약점으로 작용한다.

그렇다고 직병렬 방식만 뭐라 할 건 아니다. 병렬 방식도 한계는 있다. 전기모터가 하나만 들어가 가볍지만 엔진이 배터리 충전을 할 땐 모터를 돌릴 수 없고, 배터리가 모터를 구동시킬 땐 충전이 되지 않는다. 고속도로에서는 연비가 잘 나오지만 저속이 반복되는 도심에서는 연비가 낮아진다. 결정적으로 하이브리드 자동차를 타는 가장 큰 이유인 '연비 개선' 측면에서 병렬 방식은 크게 매력적이지 못한 것이다. 프리우스 경쟁 차종으로 꼽히는 아이오닉을 비롯한 현대차, 기아차, 벤츠, 혼다, 링컨 등 대부분 브랜드의 하이브리드 모델이 병렬 방식을 쓴다.

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▲ 현대 아이오닉 하이브리드

간과하지 말아야 할 사실은 세계 최초의 하이브리드 자동차를 만든 토요타의 직병렬 방식이 특허 기술이라는 점. 이 방식과 겹치는 것을 피해서 다른 브랜드들이 짜낸 게 직렬과 병렬 방식이다. 토요타는 직병렬 방식이 당장에 장점이 많긴 하지만, 단점도 있긴 하다. 개선할 여지도 있다는 것이고, 토요타 방식보다 우수한 하이브리드 방식도 나올 수 있다는 얘기다. 현대 아이오닉 하이브리드는 토요타와 달리 병렬 방식을 쓰지만 프리우스와 동등한 수준의 효율을 자랑한다.  

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▲ 4세대 토요타 프리우스

토요타는 직병렬 방식의 단점으로 꼽히는 무게와 부피를 줄이기 위한 노력을 기울이고 있다. 변속기와 모터를 하나로 합친 점도 그 중 하나다. 이는 모터가 커짐에 따라 출력을 담당하는 축이 엔진에서 모터로 옮겨오고 자연스레 엔진을 사용하는 빈도는 줄어드는데 착안한 것이다. 현 시스템에 최적화하는 방법으로 단점은 줄이고 장점은 부각시킨다. 경쟁력 있는 시스템을 선점하고 나머지는 그간 쌓은 기술과 노하우를 발휘하는 것. 토요타의 전략이다.

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▲ 렉서스 LS600h에 들어가는 하이브리드 트랜스미션. 모터와 변속기가 일체형으로 제작됐다

하이브리드 이론 교육이 끝나고 이어진 토요타-렉서스 하이브리드 모델 시승회에서는 프리우스 프라임도 만나볼 수 있었다. 토요타가 하이브리드 모델이던 기존 프리우스에 전기차의 이점을 더해 만든 플러그인 하이브리드(PHEV) 모델이다. 지난달 독일 자동차 운전자 클럽(Allgemeiner Deutscher Automobil-Club, ADAC) 에코테스트에서 친환경성 1등에 오르기도 했다.

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▲ 프리우스 플러그인 하이브리드 모델, 프리우스 프라임

---> 관련 기사 http://www.carmedia.co.kr/fis/494781

이후 토요타 라브4와 렉서스 ES300h를 연달아 시승하며 토요타와 렉서스에 반영된 하이브리드 시스템을 느껴보는 시간을 가졌다. 하이브리드 시스템 전반에 걸쳐 끊임없는 혁신을 시도 중인 토요타이지만 한 가지 아쉬운 점은 있었다. 지속적으로 하이브리드 모델에 채택 중인 CVT 무단 변속기. 토요타가 추구하는 승차감과 정숙성을 챙기면서 동력의 낭비를 최소화하기 위한 조치인 건 알지만 운전 재미를 반감시킨다는 사실에는 변함이 없다. 연비는 물론, 운전 재미도 챙길 수 있다는 건 이미 4세대 프리우스를 통해 보여줬다. 현대 아이오닉에는 하이브리드 전용으로 개발한 6단 DCT가 들어간다.

토요타는 하이브리드가 전기차(EV), 플러그인 하이브리드(PHV) 그리고 수소차(FCV) 시대로 넘어가는 과도기적 기술이라는 세간의 평가를 정면으로 반박한다. 오히려 하이브리드 기술이 앞으로 다가올 자동차들의 핵심 기술이 될 거라고 말한다. 토요타 하이브리드를 만나는 것이 곧 자동차의 미래를 만나는 것과 같은 이유다.

※ 죄송합니다. 한국연비와 일본연비를 마치 같은 것처럼 비교해서 썼습니다. 잘못했습니다. 기사 확인 단계에서 바로 잡았는데, 수정된 것이 올라가질 않고, 기존에 썼던 기사가 잘못 업로드 됐습니다. 어떠한 말씀을 드려도 변명일 것입니다. 죄송합니다. 해당 기사는 바로 잡아뒀습니다.

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