전동화의 과정은 각 브랜드마다의 방식으로 다양하게 이뤄지고 있는데, 내연기관과 순수전기차의 중간과정인 하이브리드를 거치지 않고 바로 순수전기차로 넘어가는 게 아닌가 했던 르노코리아자동차가 첫 번째 하이브리드 모델 XM3 E-테크 하이브리드 출시를 목전에 두고 있다. 국내 출시되는 사양의 구체적 정보가 알려지진 않았으나, 이미 해외 여러 나라에선 하이브리드 모델의 출시가 진행되고 있어 이 제품들을 기반으로 국내 출시 사양에 대한 정보를 미리 점쳐보고자 한다.

 

F1에서 유래된 하이브리드 기술

르노는 고성능 브랜드 알핀으로 F1에 참가하고 있다

2020년 처음 출시된 XM3는 터보차저를 더한 1.3 TCe 엔진과 자연흡기 방식의 1.6 GTe 2가지 파워트레인으로 국내 판매를 시작했다. 그러나 달리, 유럽에서는 출시와 함께 하이브리드가 라인업에 포함되어 판매가 이뤄졌다. 그동안 국내에서의 제품 라인업을 생각하면 르노와 하이브리드는 어울리지 않는 조합처럼 보이지만, 르노는 모터스포츠의 최고봉, 포뮬러 1(F1)에 참가하며 쌓은 기술력을 자사 제품에 투입하고 있는, 하이브리드와 상당히 밀접한 브랜드라 할 수 있다.

내연기관 레이스의 최고봉인 F1이라면 가솔린을 무한정 사용할 것 같지만, 친환경이 전방위적으로 요구되는 상황에서 레이스라고 해도 이를 무시할 수 없어 다. 여기에 개발한 기술은 언제든 양산제품에 투입할 수 있는 만큼 각 팀들은 적극적으로 엔진 개발에 나섰고, 르노 역시 마찬가지다.

KERS 개발 과정이 트위지 르노 스포츠 F1 컨셉트카로도 이어졌다

F1에 적용되는 하이브리드 시스템의 첫 번째는 현재 ‘회생제동 시스템’으로 널리 사용되고 있는 ‘KERS(Kinetic Energy Recovery System)’의 도입이다. 처음에는 관성 플라이휠을 사용해 제동 에너지를 회수, 필요에 따라 동력으로 변환해 사용하는 방식이었지만, 2011년부터는 현재의 전기차나 하이브리드 차량에 사용되는 것과 같은 배터리 방식으로 전환되어 이어지고 있다. 이를 개발하는 과정에서 르노의 전기 소형차 트위지의 파워트레인 검증에도 사용되어 2013년 트위지 르노 스포츠 F1 컨셉트카를 개발하기에 이른다.

에너지를 회수하고 다시 동력으로 보내고, 이게 끝일까? 그렇지 않다. F1에서는 이러한 회수한 에너지를 꼭 필요한 순간에 사용할 수 있도록 관리되어야 하고, 이를 위해 내연기관과 전기 에너지 양쪽을 함께 관리할 수 있는 기술이 필요했다. 현재 F1에 투입되는 파워트레인에는 제동 에너지를 회수하는 MGU-K(Motor Generator Unit Kinetic)와 배기 에너지를 회수하고 부족한 과급을 보충하는 용도로도 쓰이는 MGU-H(Motor Generator Unit Heat) 두 방식이 모두 적용되어 있는데, 그 중간에 관리 시스템을 두어 효율성을 높이고 있다.

조금 더 내연기관에 집중하면 쉽게 해결될 문제를 이렇게 복잡한 방식으로 해결하려는 이유는 성능적인 요인과 함께 연비를 상승시키기 위함이다. 레이스와 연비, 모순되는 두 단어의 조합처럼 보이지만, 레이스라 해서 연료를 무한정 소비하는 것이 아니다. 레이스에 꼭 필요한 연료만을 적재해 무게로 인한 손실을 최소화하고, 정해진 연료 내에서 결승 레이스를 마쳐야 하며, 레이스를 마친 후에도 검차를 위한 일정 이상의 연료가 남아있어야 하기 때문에 전략적으로 연료를 얼마나 적재해 어떤 순간에 집중적으로 사용할지를 면밀하게 계산해야 한다. 이런 기술들은 개발자들이 레이스에서 양산차 개발 현장로 복귀한 후 같은 방식을 적용해 제품의 성능과 효율성을 끌어올리게 된다.

 

XM3의 풀 하이브리드 시스템

첫 출시된 XM3 하이브리드에는 140마력의 하이브리드 시스템이 적용됐으나, 지난해 5월 145마력으로 성능을 높인 E-테크 하이브리드 145 시스템이 적용됐다. 1.6L 자연흡기 가솔린 엔진과 2개의 전기모터, 230V 1.2kWh 배터리를 조합한 풀 하이브리드(HEV) 방식으로, 145마력의 최고출력과 148Nm(15.09kg‧m)의 성능을 낸다. 2개의 전기모터 중 하나는 구동, 하나는 충전을 담당해 알터네이터 역할의 모터를 통해 생성된 에너지는 200V 배터리에 충전되었다가 필요한 순간에 또 다른 구동용 모터로 전달되어 내연기관의 작동을 줄여 연비를 높인다. 이러한 방식을 통해 동급 가솔린 엔진 대비 연료소비를 40% 줄여 높은 연비를 보여준다. 

익히 알고 있든 이러한 전기 모드 구동은 시내구간이나 혼잡구간 등 저속에서 적극적으로 활용되어 연비를 높이는데 도움을 주고, 내연기관의 작동을 줄여 훨씬 정숙한 주행을 만든다. 이는 탑재된 시스템이 속도나 배터리 충전 상황 등 여러 상황을 복합적으로 고려해 스스로 판단, 적용하기도 하고, 사용자가 별도의 버튼을 사용해 배터리나 속도가 일정 수준에 도달할 때까지 전기 모터로만 구동하게 할 수도 있다.

이러한 하이브리드는 연비 절감의 효과와 함께 유지 관리 비용의 절감도 기대할 수 있다. 전기 모터 자체도 내연기관 대비 부품 숫자가 적고 유지 보수에 필요한 간격이 훨씬 길다. 또한 내연기관은 전기모터가 개입하며 상대적으로 덜 작동하게 되므로 오일에 가해지는 열이나 부품의 부하가 훨씬 적기 때문에 정비소에 방문하는 횟수를 줄일 수 있는 것이다.

이러한 풀 하이브리드 방식 외에도 마일드 하이브리드(MHEV) 방식도 있다. 이는 터보차저를 더한 TCe 엔진을 기반으로 12V 마이크로 하이브리드 시스템을 조합해 감속 단계에서 저장한 에너지를 정차 후 출발이나 가속 시 사용해 엔진에 힘을 보태주는 방식이다. 풀 하이브리드 방식과의 차이점은 별도의 전기 모드가 없고 내연기관이 항상 작동한다는 점이다.

모터스포츠는 브랜드의 이름을 알리기 위한 것도 있지만, 여기서 쌓은 기술력을 자사의 제품에도 적용하기 위한 목적도 있다. 그런 점에서 F1에서 활약하고 있는 르노 역시 하이브리드 기술을 자사 제품에 두루 적용하고 있어 우수한 성능과 효율을 기대할만 하다. 국내에 곧 선보일 XM3 E-테크 하이브리드가 르노코리아자동차 라인업의 전동화의 속도를 더욱 높여주는 첨병의 역할을 맡게 되길 기대한다.

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