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플러그인 하이브리드 자동차

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플러그인 하이브리드 자동차
Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV
파일:PHEV예시_프리우스.jpg
토요타 프리우스 PHEV[1]
파일:external/insideevs.com/2016-volt-trans.jpg
GM VOLTEC PowerTrain의 이중 IPM BLDC 동기전동기 세트. [2]
1. 개요2. 특징3. 장단점
3.1. 장점3.2. 단점
4. 현황
4.1. 대한민국에서4.2. 외국에서4.3. 미래
5. PHEV 모델
5.1. 국산5.2. 외산
6. 회사별 명칭7. 기타

[clearfix]

1. 개요

하이브리드 자동차의 종류 중 하나. 두 개의 구동계에 모두 연료를 공급하여 운행하는 차량이다.

2. 특징

전기자동차의 약점인 충전소 문제를 해결하기 위해 내놓은 전기자동차와 하이브리드의 혼합 형태다. 전기를 충전해서 달리는 구동계와 기름을 넣어서 달리는 구동계가 모두 존재한다.

접근 방식은 크게 둘로 나뉜다.

첫째는 하이브리드차의 전기차화. 기존 하이브리드 자동차에 추가로 배터리를 장착하거나 펌웨어를 트윅하여 EV 주행거리를 더 확보한 형태다. 쏘나타 PHEV, 프리우스 프라임이 속한다. 보통 동일한 HEV 차량에 전기 충전구를 추가한다. 언제라도 EV 전용 모드와 보통의 HEV 모드를 오갈 수 있도록 스위치를 부착하거나, 제어장치를 고도화하여 어떤 모드든 효율적인 주행을 하도록 한다.

둘째는 전기차의 하이브리드차화. 기존 전기차의 파워트레인에 항속거리 증가를 위한 발전용 엔진을 추가한 형태다. 즉, 엔진은 전기만 공급하고 구동은 모터로만 하는, 구조적으로는 직렬하이브리드이다. 20세기 초반부터 시도된 최초의 하이브리드 방식이기도 하다. 전기 모터가 내연기관보다 토크 특성이 좋고, 제어가 쉽기 때문에 40년대에 에너지 변환 효율이 좋지 않았음에도, 초중량 차량에 변속기 대신 궁여지책으로 들어가기도 하였다.

논란의 쉐보레 볼트는 일반 PHEV와 구조가 상당히 다르며[3] 전기 모드를 주로 쓰도록 세팅된다. 그래서인지 GM 측에서는 이를 EREV로 칭하고 있다. 실제 EREV는 i3 ranger extender 모델과 같이 주행에 엔진이 전혀 참여하지 않고, 엔진은 발전용으로만 쓰인다.[4] 보통 PHEV가 전자고, 후자는 EREV(Extended Range EV, 주행거리 연장 전기차)라고 한다. 대한민국에서는 둘 다 플러그인 하이브리드 자동차로 분류하고, 보조금 혜택도 동일하게 받는다.

전기 충전구는 대개 앞 펜더에 장착하나, 중국차/토요타/렉서스같이 리어 펜더에 장착하는 경우도 있다. 최근 들어서는 메르세데스-벤츠의 PHEV, 현대자동차의 수출용 투싼 PHEV도 양쪽으로 배치하고 있다.

3. 장단점

3.1. 장점

전기자동차에 비해서는 최대 항속거리가 길다. 전기 충전량이 부족하면 그냥 주유소에서 기름을 채워서 일반 하이브리드 차량처럼 운행하면 된다. 엔진 구동 시의 진동은 어쩔 수 없지만, 화석연료 기반 자동차보다는 평균적으로 적다.[5] 빠른 배터리 교환/충전 기술이 나오기 전에는 전기자동차와 화석연료 자동차의 가교 역할을 하리라 기대된다.

내연기관 차량이나 하이브리드 차량에 비해서는 단거리 운전 시 전기를 사용하므로 연비가 좋다. 장거리 운전 시에는 화석연료를, 단거리 운전 시에는 전기를 사용하는 식으로 서로의 단점을 커버하는 운행이 가능하다는 것이다.

기본적으로 단거리를 주로 달리고, 충전 인프라 문제가 없으며, 장거리 운전의 빈도가 낮지만 그 장거리 운전이 전기차가 두세 번씩 충전하며 달려야 하는 초장거리 운전이거나 충전소 인프라가 부족한 환경에서의 운전이라면 연비와 주행거리를 모두 챙긴 최적의 선택이 될 수 있다.

3.2. 단점

가장 큰 단점은 배터리의 용량이다. 기존의 내연차 구조에서 배터리를 탑재할 용량이 순수 전기차에 비해 작을 수밖에 없다. PHEV의 평균 배터리 용량은 BEV의 1/5에서 1/10밖에 안 된다. 따라서 보통 전기차가 완충하면 일주일 정도 달릴 수 있는 거리를, PHEV의 전기로만 달리려면 1~2일에 한 번씩은 충전해야 한다는 크나큰 문제점이 생긴다.

급속 충전기를 써서라도 완충해 두면 며칠 정도의 단거리는 버틸 수 있는 전기차와는 달리, 플러그인 하이브리드는 단거리만 주행하더라도 거의 매일 충전해야 하고 심지어 대부분 완속 충전밖에 안 된다. 급속 충전을 지원하는 PHEV는 많지 않다. 때문에 자유롭게 사용할 수 있는 완속 충전기가 있는 환경이 반드시 필요하다. 그리고 적은 배터리 용량 때문에 주행거리 대비 배터리 웨어율 소모가 빠르고, 배터리 수명이 짧다.

배터리의 무게도 문제점으로 지목된다. 일례로 (단종된) 아이오닉 플러그인 하이브리드의 중량은 1,515kg으로, 한 체급 위인 쏘나타 2.0(1,470kg)보다 무겁다. 이로 인해 화석연료 사용 시 연비가 떨어져, 충전을 하지않고 일반 하이브리드처럼 사용하기에는 더 비싼 가격과 더 낮은 연비로 가성비가 떨어진다.

이산화탄소 배출량도 크게 상승하며, 연구 결과 충전을 꼬박꼬박 하지 않은 PHEV 차량의 이산화탄소 배출량은 추정치의 2~4배 가량으로 순수 내연기관 자동차보다 못하다. #

정부 혜택이나 지원금이 순수 전기자동차에만 몰려 있어서 소비자들이 전기차만큼 비싼 플러그인 하이브리드보다 저렴한 일반 하이브리드를 선호하기에 보급이 더디다. 또한, 과거부터 이어져 온 하이브리드 차량의 각종 세제 혜택들이(개별소비세 감면, 취득세 감면, 채권매입 면제 등) 2024년 종료될 예정이다. 물론 타 국가에서 진행중인 플러그인 하이브리드를 전기차에 가깝게 취급하는 정책이 도입된다면, 이 문제는 해결될 수도 있다.

PHEV 배터리가 트렁크에 장착되는 경우 트렁크 턱이 살짝 높아지거나 좁아져서 트렁크 용량이 줄어든다. 중앙에 세로로 배치할 경우에도 센터터널이 높아져서 콘솔박스의 수납공간이 제한된다.( 볼보 SPA 플랫폼, 쉐보레 볼트 등) 반면 전동화를 염두에 두고 기존 내연기관 플랫폼을 개량하거나[6] 새로 개발한 플랫폼[7] 은 하체에 깔끔하게 통합하는 경우 큰 문제가 없다.

4. 현황

4.1. 대한민국에서

대한민국산 PHEV는 전량 해외 수출용으로 생산한다. 기본적으로 매일같이 꼬박꼬박 충전이 가능한 상황에서 메리트가 있는데, 단독주택보다 공동주택이 많은 대한민국에서는 그러한 환경이 마련된 운전자가 상당히 적은 편이다. 순수 전기차도 한 번씩 자리가 부족해 충전하지 못하고 주차해야 하는 일이 생기는 곳이 대한민국이다. 장거리 운전에 전기차보다 유리하다는 장점도, 국토가 좁고 고속도로가 잘 뻗어 있어서 전기차로도 가끔씩 달리는 데는 문제가 없는 대한민국에서는 옅어진다. 때문에 충전소 접근이 용이하고 장거리 빈도가 낮다면 전기차를, 인프라가 부실하거나 장거리 빈도가 높다면 내연기관차나 일반 하이브리드 자동차를 사는 것으로 명확히 구분되어 있어서 땅이 넓은 외국에 비해 플러그인 하이브리드 자동차의 자리가 좁다.

2019년 들어 하이브리드와 전기차의 중간 포지션이 단점이 되어 내수에서는 시판 모델을 찾기가 힘들어졌다. 쉽게 말해서 충전도 해야 하는데, 기름도 넣어야 하는 귀찮음의 정수가 되어버린 것. 게다가 국가적인 정책에서도 구매보조금/혜택은 전기자동차/ 수소자동차로 집중되고 있는 등, 상품성이 영 어정쩡하다. 이 때문에 주요 제조사들이 플러그인 하이브리드보다 일반 하이브리드 자동차를 출시하는 추세로 흘러가고 있다. 그러다 보니 PHEV가 점차 뒷전으로 밀려나거나 라인업에서 제외되는 경우도 생겨나고 있어서 앞으로의 발전이 불투명해지는 상황. 전술한 수입 모델 볼트도 단종되어 내수 시장에서 판매 중인 PHEV 차량의 종류 자체가 줄어들었다. 게다가 2021년부터 플러그인 하이브리드 자동차에 지급되던 보조금이 폐지되면서, 가격 민감도가 큰 대중차 브랜드의 플러그인 하이브리드 차량은 더욱 만나기 어려워졌다.

이로 인해 K5와 쏘나타는 풀체인지하면서 PHEV 모델이 없어졌고, 아이오닉은 2020년 3월 말 가솔린 모델이 단종되면서 없어졌다. 투싼, 싼타페, 스포티지, 쏘렌토 플러그인 하이브리드도 해외 시장에서만 출시되었다. 이렇게 해서 국산차 중에서는 니로의 플러그인 하이브리드만 남아 2021년 12월까지 판매했으나, 2022년 1월에 출시한 2세대 니로(SG2)부터는 플러그인 하이브리드를 모두 해외에 수출하고 내수에서는 더 이상 판매하지 않기로 결정함에 따라 대한민국산 플러그인 하이브리드 차량은 대한민국 내수 시장에서 전멸했다. 따라서 대한민국 자동차 시장에서 현재 판매되고 있는 PHEV는 모두 수입차다.

다만 2025년에 나올 그랜저 GN7[8]의 PHEV 모델을 통해 국산 플러그인 하이브리드 차량의 내수시장 판매가 재개될 것으로 예상되는데, # 그랜저는 일부 중동 국가를 제외하면 사실상 대한민국 내수에만 판매하는 차종이기에 내수 판매를 노리는 전략이라고밖에 볼 수 없다. 2023년을 기점으로 충전 인프라 부족으로 인해 전기차 시장이 숨고르기에 들어갔는데, 충전 인프라가 부족한 상황에서 비상용으로 PHEV를 사용하고자 하는 소비층이 늘어나는 것이 원인이라고 보여지고 있다. 싼타페 MX5 역시 PHEV 사양을 국내에 출시하는 것을 검토 중이다. #

4.2. 외국에서

순수 전기자동차에 비해 장거리 운행에 유리하다는 장점이 부각되는 미국과 같은 해외에서는 플러그인 하이브리드의 시장이 계속 성장하고 있다. 통계를 보면 주로 BEV(순수 전기자동차)와 PHEV(플러그인 하이브리드)의 "판매 비율"을 비교하고 있기에 갑작스런 순수 전기차의 고속 성장에 비해 입지가 줄어드는 것처럼 보이지만, 자동차 전체 시장을 기준으로 보자면 확실히 판매가 늘고있고 새로운 모델 또한 계속 쏟아져 나오고 있다. 특히 PHEV의 대명사격인 프리우스 프라임의 약진이 놀라운데, 과거에 비해 프리우스 패밀리 내 비율을 상당 잠식하고 있다. 4세대부터 디자인에서 차별을 두기 시작한 데다 미국의 경우 공격적인 가격 책정으로 보조금 포함 기준 일반 프리우스의 가격에 근접하거나 오히려 더 저렴해지는 역전 현상까지 보이기 때문.

2017년에는 그 동안 하이브리드의 불모지였던 미국 미니밴 시장에조차, 크라이슬러 퍼시피카의 플러그인 하이브리드가 등장했다. 벤츠와 BMW 역시 기존의 플러그인 하이브리드 모델을 계속 내놓고 있는 중이다. 특히 벤츠는 전기차는 EQ 브랜드의 새로운 모델로 내놓고 있고, 기존 모델에 싹 다 플러그인 하이브리드 모델을 출시하고 있다. 단 벤츠와 BMW는 성능업 개념의 모델이라서, EV 모드에서의 주행 거리가 상당히 짧았지만 2021년 11월 기준으로 대부분의 모델들이 30km은 넘기고 있으며 풀체인지 모델들은 기본형은 40km정도 상급은 더 긴 모델도 나오고 있다. 북미 컴팩트 SUV 판매량 1위인 토요타 라브4와 최근 풀체인지된 렉서스 NX도 플러그인 하이브리드 모델을 가장 상급 모델로 분류해서 판매하고 있다. 실제로 라브4 PHEV와 NX 450h+는 국내 시판 PHEV 차량 중 EV 모드 단독으로 최대 주행거리 각각 65km, 56km로 공차중량과 연비 및 배터리 용량 대비 월등한 주행거리를 자랑하고 있다.[9] NX에서 플러그인 하이브리드 시스템을 그대로 사용하고 차체만 준대형으로 키운 렉서스 RX 450h+도 국내에 출시됐다. 공차중량이 2.2톤으로 더 무거워지고 전기 모터의 출력이 소폭 증가하고 똑같이 18.1kWh의 배터리를 탑재해도 주행거리는 NX와 동일한 56km를 유지했다. 그리고 NX와 동일하게 PHEV모델에 잘 안 쓰이는 자연흡기 엔진[10]을 탑재했는데도 불구하고 정부 공인 복합연비는 무려 14.0km/L를 찍는 무시무시한 효율성을 보여준다. 볼보 역시 최고급 트림에는 플러그인 하이브리드가 달려 있다.

2030년대에 신형 자동차들의 50%는 전기차, 50%는 하이브리드로 내연기관 퇴출을 계획하고 있는 중국도 플러그인 하이브리드 자동차를 전기차로 취급하기로 했다.

2021년 상반기 유럽에서는 PHEV 시장이 급격하게 성장하여 전기차 판매량을 넘어섰다. # 2020년 상반기 유럽에서 전기차는 221,171대, PHEV는 178,250대 팔렸으나 2021년 상반기 전기차는 492,021대, PHEV는 537,212대가 팔리며 1년만에 무려 3배 이상 팔리는 기염을 토하며 전기차(BEV) 판매량을 추월하였다. 전체 유럽 자동차 판매 시장에서 차지하는 비중은 전기차는 7.5%, PHEV는 8.3%이다.

2022년을 시작으로 플러그인 하이브리드 자동차의 고전압 배터리 용량 증가, 전기 모드 주행 가능거리 증대가 업계의 트렌드로 자리잡았다.

2023년에 국내 출시 예정인 신형 벤츠 GLC 플러그인 하이브리드 사양의 경우 순수 전기 운전 가능 거리가 WLTP 기준 100km가 넘으며[11], 대형 차량인 7세대 G70 BMW 7시리즈의 PHEV 모델인 M760e의 경우 순수 전기 모드로 국내 인증 기준 최대 60km 주행이 가능, 레인지로버 P510e의 경우엔 WLTP 기준이긴 하나 113km라는 수치를 기록하기도 했다.[12]

물론, PHEV 차량의 배터리 용량을 전기차 수준까지 증대시키기는 어렵겠지만[13], 기존 PHEV 차량의 애매모호한 전기 모드 주행 가능 거리를 높여서 실용적으로 사용할 수 있게끔 발전하는 방향인 것으로 보인다.

4.3. 미래

④ (내연기관차에서 친환경차로의 전환 로드맵 마련) 수송부문의 미세먼지와 온실가스 저감을 위해, 2035년 또는 2040년부터 무공해차와 플러그인 하이브리드차 또는 무공해차만 국내 신차 판매를 허용하도록 내연기관차에서 친환경차로의 전환 로드맵을 마련한다.
"- 국가기후환경회의 중장기 국민정책제안 (2020. 11. 23.)보도자료 @"
플러그인 하이브리드 역시 내연기관(엔진)이 달려 있기에 전기/수소차에 밀려 곧 사라질 하이브리드 자동차와 함께 있는 이상한 존재로 여겨졌으나, 한국정부를 포함하여 대부분의 각국 정부에서는 플러그인 하이브리드를 전기/수소차에 준하는 포지션으로 취급하며 지원을 계속하고 있기에 기존 내연기관 자동차들과 하이브리드 자동차들이 다 없어 지더라도 오랫동안 볼 수 있을것이다.

현재는 전기모드 주행거리를 80~100km 이상으로 증대키시는 방향으로 차량이 출시되는 경우가 많기에 하이브리드-전기차 사이의 중간 포지션으로 발전하고 있다.

엄밀히 말하면 플러그인 하이브리드는 내연기관이 달려 있어 완전 무공해차량은 아니지만, 하이브리드와는 다르게 충전소에서 충전한 뒤 전기차처럼 주행이 가능하며 내연기관을 이용하더라도 CO2 배출량이 매우 적어[14] 친환경 규제 트렌드에 부합한다. 무엇보다도 PHEV는 중요한 충전소가 없거나 갑자기 배터리가 방전되어도 즉각적인 대처가 가능하다는 장점이 있어, 특히 충전소가 적거나 국토가 매우 넓어 충전소 인프라를 빠르게 만들 수 없는 국가에서는 전기차(EV)처럼 꾸준히 인기를 얻으며 판매되고 연구되고 있어 2050년 이후에도 가장 최후까지 살아남는 내연기관이 있는 민수용 차량이 될 것이다. 그러나 현재 유럽연합에서는 2035년 내연기관차 판매금지에 플러그인 하이브리드도 포함했으나 미국 캘리포니아에서는 2035년부터 전기차 및 플러그인 하이브리드의 판매만 허용할 계획이라고 한다.

5. PHEV 모델

취소선은 단종된 모델

5.1. 국산

5.2. 외산

6. 회사별 명칭

7. 기타




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[1] 플러그인 하이브리드의 특징인 충전기가 뒤쪽으로 보인다. [2] 큰 모터는 구동모터이며, 작은 모터는 ISG(엔진에 시동을 걸 때, 주행중에 전동기를 보조하는 역할을 하며 배터리가 방전됐을 때는 발전기로 작동)이다. 최대 출력은 111kW(구동모터)+55kW(영구발전기→전동기 전환 시)이다. 체인을 통해 구동되는 디퍼런셜엔 바로 바퀴로 연결되는 샤프트가 들어간다. [3] 볼텍 파워트레인 토요타 시너지 드라이브랑 비슷한 부분은 다층 클러치와 유성 기어를 통해 동력을 혼합하는 토요타의 핵심 특허가 걸린 부분이다. 이 부분을 제외하면 꽤 차이가 난다. 특히, VOLTEC 시스템은 변속기가 없다. 그래서 엔진 동력을 주행에 바로 이용하기 위해선 상당히 높은 속도로 항속해야 엔진 시동이 꺼지지 않은 상태에서 동력 연결이 가능하다. [4] 그러나 전기 그 자체를 '주입'할 수도 있다는 점이 디젤 전기기관차와 다른 점이다. GE 제네시스 시리즈의 일부 기관차나 봉바르디에 ALP-45DP같은 하이브리드 기관차 정도에 거의 들어맞게 비유할 수 있을 듯. [5] 특히 EREV 방식의 차량들은 더 그렇다. 쉐보레 볼트가 대표적. [6] BMW CLAR 플랫폼 등 [7] 현대 3세대 플랫폼, 볼보 CMA 플랫폼, 재규어 랜드로버 MLA 플랫폼 등 [8] 같은 플랫폼을 사용하는 기아 K8도 PHEV 추가가 예상된다. [9] 이는 토요타와 렉서스가 예전부터 사용해 왔던 고도의 하이브리드 기술을 플러그인 하이브리드에 접목시킨 결과물이라 보면 될 것이다. 그리고 실제로 리뷰나 오너들의 말을 들어보면 국내 인증 주행거리보다 더 나온다고 한다. [10] 터보를 장착하지 않은 만큼 출력 부분에선 포기하는 한이 있더라도 앳킨슨 사이클 시스템을 적용해 연비 만큼은 포기하지 않았다. [11] 참고로 2022년에 출시한 벤츠 GLC 300e(PHEV) 모델은 주행거리가 25~28km에 불과했으며(배터리 용량 13.5kWh), 현재 출시된 기존 플러그인 하이브리드 자동차의 순수 전기 운전 가능 거리가 짦게는 40km ~ 60km 정도가 안된다. 기아 니로 플러그인 하이브리드가 40km, 쏘렌토 플러그인 하이브리드가 51km 정도 전기 모드로 주행 가능하다고 한다. 30kWh급 소형전기차급의 배터리 용량인데 현대 아이오닉 일렉트릭의 배터리 용량과 거의 비슷하다. [12] 사실 WLTP기준은 각종 기후 환경과 급가속이나 에어컨 사용 등을 고려하지 않고 측정하는 유럽만의 방식이기 때문에 주행거리 뻥튀기가 좀 심하다. 실제로 전기차인 렉서스 UX 300e도 WLTP 기준 315km가 나왔는데 실제로 국내에 들여오자 233km로 인증됐던 사례가 있고 벤츠에서 WLPT 기준 96km를 간다고 그렇게 자랑하던 PHEV 모델인 GLE 350e도 실제로 국내로 들여오자 66km로 인증되는 등 31.2kWh의 대용량 배터리를 탑재한 것 치곤 매우 짧게 나왔던 사례도 있다. 이는 BMW 7시리즈 PHEV 모델(배터리 용량 22.1kWh)도 마찬가지. 이 모델은 그래도 주행거리 뻥튀기가 그렇겐 심하지 않다. WLTP 기준 최대 80km이고 국내 인증 기준 최대 60km로 그나마 정상적이다. 독일도 국내처럼 하이브리드 및 플러그인 하이브리드 지원을 점점 축소하고 있는 추세다. 플러그인 하이브리드 차량 구매할 때 소득세를 50% 감면해 주는 혜택도 법인 차량으로 구매 시 한정으로만 제공하고 있다. [13] 배터리가 클수록 연비면에서는 오히려 손해이기 때문이다. [14] 동급대비 80% 정도 절감 [A] 투싼, 스포티지, 쏘렌토, 2세대 니로 플러그인 하이브리드는 수출 시장에서만 판매된다. [16] 4세대(TM PE) 기반 모델은 수출 시장에서만 판매했으나, 5세대(MX5) 기반 모델은 2025년부터 그랜저 GN7 PHEV와 함께 국내 시장에서도 판매가 유력하다. [출시예정] [A] 투싼, 싼타페, 스포티지, 쏘렌토, 2세대 니로 플러그인 하이브리드는 수출 시장에서만 판매된다. [A] [A] [출시예정] [22] AMG GT 63 S E-퍼포먼스 모델 한정. [23] 6기통 천연가스 엔진 탑재.

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