하이브리드 승부 띄운 현대차, 도요타 넘을 기술력은

[현대차, 오버 더 모빌리티](25)
현대차, 차세대 하이브리드 기술 강점은
모터 추가해 주행 성능·연비 개선
하이브리드 시스템 3→5종 확대
'하이브리드 원조' 도요타와 진검승부
제네시스 후륜 하이브리드·EREV도 개발 중

편집자주[현대차, 오버 더 모빌리티]는 현대자동차그룹이 글로벌 3위로 올라설 수 있었던 혁신 비결을 정리한 콘텐츠입니다. 예로부터 자동차 산업을 주도한 국가가 글로벌 경제의 패권을 장악했습니다. 제조업의 꽃인 자동차 산업은 기술 발전과 수출, 고용의 측면에서 전방위적인 영향력을 발휘합니다. 과거 현대차가 빠른 추격자(fast follower)였다면 이제는 산업을 이끄는 선두 주자(first mover)로 부상했습니다. 글로벌 취재 현장에서 느낀 현대차의 과거와 현재, 미래의 주소를 그대로 전달해드립니다. 연재는 40회 이후 서적으로 출간될 예정입니다.

현대차그룹 2.5 터보 후륜 하이브리드 시스템. 현대차그룹 제공

전기차 시장에 캐즘(chasm·일시적 수요 정체)이 길어지면서 하이브리드(HEV)가 차세대 친환경차 동력원으로 주목받고 있다. 지난 몇 년간 급속히 성장했던 전기차 시장은 미국과 유럽을 중심으로 보조금 축소, 충전 인프라 한계, 가격 부담 등 현실적인 제약에 부딪히며 성장세가 둔화됐다. 글로벌 시장조사기관들도 2024~2026년을 전기차 보급을 위한 과도기로 규정하고 있다. 소비자들은 전기차를 대신해 하이브리드를 선택하면서 새로운 트렌드가 부상하게 됐다.

현대자동차그룹도 하이브리드를 앞세워 미국과 유럽을 비롯한 글로벌 시장 공략에 속도를 내고 있다. 특히 7년 만에 완전 변경 모델로 출시한 신형 팰리세이드에는 현대차그룹이 새롭게 개발한 차세대 하이브리드 시스템이 탑재되면서 이목을 끌고 있다. 현대차는 하이브리드 팰리세이드를 올 하반기 미국 시장에도 출시할 계획이다. 미국 시장 주력 차급인 대형 스포츠유틸리티차량(SUV)에 새로운 하이브리드 시스템을 탑재하면, 팰리세이드는 현대차 미국 판매의 핵심 차종으로 떠오를 전망이다. 현대차그룹은 미국 조지아주에 위치한 전기차 전용 공장(HMGMA)에서 하이브리드 설비를 추가해 하이브리드의 현지 생산도 늘린다. 이를 통해 '도요타 천하'였던 미국 하이브리드 시장에 본격적인 도전장을 내밀었다.

현대차그룹 차세대 하이브리드 시스템. 현대차그룹 제공

올 상반기 미국에서 판매된 현대차· 기아 하이브리드 모델은 총 13만6180대로 전년 동기 대비 45.2% 증가했다. 같은 기간 전기차 판매는 28% 감소한 4만4533대에 그쳤다. 증감률 수치만으로도 전기차 캐즘의 대안으로 하이브리드가 급부상하고 있다는 사실을 확인할 수 있다. 특히 미국 트럼프 정부가 전기차 세액공제(보조금) 혜택을 올해 9월 이후 종료하겠다고 선언하면서 전기차 관련 불확실성은 더욱 커지고 있다. 이 같은 상황에서 하이브리드는 친환경차의 새로운 대안으로 주목받으며 현대차·기아의 실적 상승을 이끌고 있다.

시장 변화에 따라 현대차그룹은 기존 전략을 대폭 수정했다. 전기차 전환 속도를 늦추고 하이브리드 비중을 크게 늘렸다. 2023년 현대차의 중장기 비전을 보여주는 '현대 웨이(Hyundai way)' 전략에는 전기차 관련 내용이 주를 이루었지만, 그다음 해 발표된 현대 웨이에서는 하이브리드 관련 내용이 크게 보강됐다. 현대차는 하이브리드 차종을 기존의 7종에서 14종으로 확대할 계획이며, 제네시스는 전기차 전용 모델을 제외한 전 차종에 하이브리드 라인업을 구축하기로 했다. 종래에 제네시스 브랜드는 하이브리드라는 징검다리 없이 전기차로 바로 전환하겠다고 선언을 했었는데, 노선을 바꿔 제네시스만을 위한 별도의 하이브리드 시스템을 개발하기로 한 것이다. 기아도 셀토스, 텔루라이드 등 인기 모델에 하이브리드 라인업을 추가하고 하이브리드 차종을 10종까지 늘릴 계획이다.

현대차그룹 하이브리드 시스템 3→5종 확대

올해 첫선을 보인 차세대 하이브리드 시스템은 기존 가솔린 엔진과 비교해 연비는 45%, 최고 출력과 최대 토크는 각각 19%, 9% 높아졌다(2.5T 하이브리드 기준). 신형 팰리세이드에 탑재된 가솔린 2.5T 하이브리드 시스템은 최고 연비 14.1㎞/ℓ, 시스템 최고 출력 334마력, 최대 토크 46.9㎏f·m의 성능을 갖췄다.

기존 현대차그룹의 하이브리드 시스템은 △가솔린 1.6T HEV △가솔린 2.0 HEV △가솔린 1.6 HEV 등 3가지였다. 배기량 1.6~2.0ℓ의 중형 가솔린 엔진을 기반으로 만들어진 시스템으로 아반떼부터 카니발까지 모든 차종을 커버해야 했다. 따라서 카니발 같은 대형 차종에는 하이브리드 시스템 출력이 부족하다는 지적도 제기됐다.

이를 극복하기 위해 현대차그룹은 차세대 하이브리드 시스템의 선택지를 3종에서 5종으로 늘리기로 했다. 2.5 터보 하이브리드를 비롯해 후륜 하이브리드까지 다양한 차종에 적용 가능한 시스템 5종(전륜 HEV 4종·후륜 HEV 1종)을 개발한다. 이를 통해 100마력 초반의 소형 차종부터 300마력 중반 이상의 고출력이 필요한 대형 차종까지 모두 커버할 수 있는 하이브리드 시스템 라인업을 구축할 계획이다.

현대차 신형 팰리세이드. 현대차 제공

현대차그룹 차세대 하이브리드 뭐가 달라졌나

현대차그룹의 차세대 하이브리드 시스템은 구동 보조 기능 모터를 하나 추가해 구동 성능을 높인 것이 특징이다. 물론 연비도 더 좋아졌다. 현대차그룹의 하이브리드 시스템은 병렬형이다. 하이브리드 시스템은 구동 모터의 위치에 따라 P0~P4로 분류된다. 기존 시스템에서는 구동을 담당하는 모터가 1개였다. 시동과 발전을 도와주는 모터(P0)가 하나 더 있었지만 사실상 구동에는 큰 영향을 미치지 않았다. 새로운 하이브리드 시스템에는 구동에 직접적인 도움을 주는 모터(P1)가 하나 더 추가됐다. 이 모터(P1)를 엔진에 직접 연결해 에너지 전달 효율도 높였다.

구동을 보조하는 모터(P1)와 구동의 주된 역할을 하는 모터(P2) 사이에는 엔진 클러치가 있다. 현대차그룹 하이브리드 차량은 클러치를 붙였다 뗐다 하면서 엔진 및 모터와 바퀴의 연결을 조절한다. 배터리의 힘으로만 주행하는 전기(EV) 모드에서는 엔진 클러치를 떼고 모터(P2)만으로 주행한다. 그러다 고속 구간에 진입하면 엔진 클러치를 연결해 엔진과 모터 2개(P1·P2)가 모두 힘을 합쳐 바퀴를 굴린다. 이 같은 시스템 덕분에 현대차그룹 방식의 하이브리드는 경쟁사 대비 고속 주행에 강점이 있다.

새로운 시스템에 모터를 하나 추가하면서 출력은 이전보다 높일 수 있지만 파워트레인의 크기와 부피를 줄이는 것이 개발진의 가장 큰 과제였다. 이를 위해 고밀도 설계와 냉각 시스템을 강화해 모터 크기를 줄이고 내장형 댐퍼와 전동식 오일펌프, 일체형 케이스 등 다양한 기술을 적용했다. 결과적으로 모터(P1)를 하나 더 탑재했음에도 불구하고 변속기의 총 길이는 불과 8.5㎜ 늘어나는 데 그쳤다.

승차감도 개선됐다. 초기 현대차 하이브리드 시스템은 엔진 클러치가 붙었다 떨어질 때의 변속 충격이 운전자에게 전달된다는 점에서 주행 감각이 나쁘다는 평이 많았다. 전기 모드에서 모터로 조용히 달리다가 엔진이 깨어나 주행에 개입할 때 이질감이 바로 느껴진다는 이유에서였다.

하지만 꾸준한 개선을 통해 이제는 변속 충격이 거의 느껴지지 않을 만큼 기술력이 올라왔다는 평가다. 이번 차세대 하이브리드 시스템에서도 엔진 개입의 이질감이나 실내 정숙성이 측면이 크게 개선됐다. 현대차그룹은 하이브리드 변속 로직(ASC)에 'P1 모터'를 추가로 활용해 부드럽고 빠른 변속 성능을 구현했으며 엔진 클러치 제어를 개선해 엔진 개입의 이질감을 줄였다. 그 밖에도 정차 중 엔진 구동으로 배터리를 충전하는 상황에서 P1 모터를 활용해 엔진의 진동과 저주파 소음을 줄여주는 기술을 새롭게 적용해 실내 정숙성까지 강화했다.

현대차 vs 도요타, 하이브리드 장단점 비교

현대차그룹 하이브리드 시스템은 경쟁사와 어떤 차별점이 있을까. 하이브리드의 원조이자 절대 강자로 불리는 도요타의 시스템과 비교해 보자. 자체적인 하이브리드 기술을 보유한 도요타와 현대차는 글로벌 시장에서 투톱 체계를 구축하고 있다. 두 기업 모두 기술력은 세계적으로 인정받고 있지만 시스템의 종류는 다르다. 현대차는 병렬형 하이브리드, 도요타는 직병렬형 하이브리드 시스템을 채택하고 있다.

'하이브리드 원조' 도요타는 직병렬 방식을 채택해 1997년 세계 최초의 하이브리드 양산차 프리우스를 출시했다. 당시 경쟁자들은 도요타의 직병렬 방식을 '완성형 하이브리드'라고 부를 정도로 기술의 벽이 높았다. 하지만 현대차는 도요타의 특허를 피해 다른 방식인 '병렬형'을 선택해 독자 하이브리드 기술을 개발하게 된다. 개발 초기 엔진 개입 시 이질감이 가장 큰 문제로 지적되면서 주행 품질이 낮다는 비판이 제기되기도 했다. 하지만 독자 노선을 걸으며 기술 개발에 꾸준히 매진해 온 결과, 이제는 현대차 방식의 하이브리드의 기술력 또한 정점에 올라왔다는 평가다.

두 회사의 하이브리드 시스템은 모두 저속에서 전기모터로 달리다가 고속에서 엔진이 개입해 엔진과 모터의 힘으로 함께 달릴 수 있다는 점은 같다. 그러나 차이는 동력 전달 방식과 구성 요소에 있다. 가장 큰 차이는 클러치와 변속기의 유무다. 도요타의 직병렬식 HEV는 클러치나 다단 변속기가 없고 대신 유성기어 기반의 동력 배분 장치를 활용해 엔진과 모터의 동력을 분배한다. 모터의 힘으로 달릴지, 엔진의 힘으로 달릴지를 배분 장치가 적절히 조절해 준다. 엔진과 모터를 오가며 주행할 때 이질감이 거의 없어, 도심 같은 저속 주행에 최적화돼 있다는 장점이 있다. 또한 가속할 때 남는 엔진의 힘을 배터리에 충전하면서 에너지 효율을 높이기에 연비도 좋아진다.

반면 현대차 병렬식은 엔진과 모터 사이에 클러치가 있다. 주행 속도에 따라 클러치를 붙였다 뗐다 하는 방식이다. 저속에서는 클러치를 떼고 모터로만 달리다가 고속이나 강한 가속이 필요할 때는 클러치를 붙여 엔진과 모터의 힘을 동시에 활용한다. 또한 기어 단수가 있는 변속기를 채택하면서 고속 주행에서 엔진 성능을 극대화할 수 있다.

현대차, 새로운 하이브리드 개발 'EREV'

최근 현대차 그룹은 새로운 개념의 하이브리드를 한창 개발하고 있다. 직렬형 하이브리드, 주행거리 연장형 전기차로 불리는 EREV(Extended-Range EV)다. 현대차는 한 번 충전에 900㎞ 이상 주행하는 EREV를 내년 말까지 북미와 중국에서 양산하겠다는 계획을 밝힌 바 있다. 첫 적용 차종은 현대차와 제네시스의 D세그먼트(중형) SUV 모델이 될 예정이며, 판매 목표는 8만대 이상이다.

EREV 시스템은 기존의 하이브리드(HEV)와 전기차(EV)의 중간 성격을 띠고 있다. 기존의 풀하이브리드(HEV)보다 전기차에 가까운 개념으로 직렬형 하이브리드 또는 주행거리 연장형 전기차로 불린다. EREV를 한마디로 요약하면, 기름을 넣고 달리는 전기차다. 엔진과 배터리, 모터가 있지만 바퀴를 굴리는 힘은 오로지 모터를 통해서만 전달된다. 엔진은 바퀴를 굴리는 데는 관여하지 않고 발전기 역할을 하면서 배터리 충전만 한다. 일단 주유를 하고 엔진을 돌리면 엔진에서 발생한 전기로 배터리를 충전하고 충전된 전력으로 모터를 돌려 바퀴를 움직이는 구조다. 주유하고 엔진을 돌려 배터리를 충전해도 되고 직접 플러그를 꽂아 배터리 충전도 가능하다.

최근 중국과 미국 등에서 EREV가 주목받고 있다. 그 이유는 충전에 대한 불안감 때문이다. 충전 인프라 부족이나 짧은 주행거리 등에 불안감을 느끼는 소비자들이 주행거리가 길고 직접 주유가 가능한 EREV를 선택하고 있다. 지난해 중국에서 EREV 판매량은 120만대로 전년 대비 79% 급증했다. 순수 전기차(23%)보다 훨씬 높은 증가율이다. 글로벌 유력 시장조사기관들은 2030년까지 EREV 시장에 대해 16~18%의 높은 연평균 성장률을 제시하고 있다.

현대차그룹 차세대 하이브리드 시스템. 현대차그룹 제공

우수연 기자 yesim@asiae.co.kr