[테크] 전동화의 흐름, 지금을 위한 '하이브리드' – 르노 E-테크 하이브리드

르노의 하이브리드 기술, E-테크가 올 하반기에 국내 시장에 데뷔한다.

최근 수 많은 브랜드들은 ‘전동화’에 대한 비전을 제시하며 오는 2030년 전후로 ‘전기차의 비중’을 끌어 올리기 위해 열띤 행보를 이어가고 있다. 그러나 ‘전기차’가 자동차 시장의 주류가 되기 위해서는 생각한 것보다 더 많은 시간이 필요하다는 것이 업계의 중론이다.

특히 ‘경쟁력 있는 인프라’의 확보는 물론이고, 산업 체계 외의 실질적인 ‘자동차 생활’의 변화까지 고려한다면 완전한 전동화 시대는 조금 더 많은 시간이 필요해 보인다. 그렇기에 각 브랜드들은 전기차 개발 및 ‘미래 비전’을 제시하는 것과 동시에 ‘지금’을 위한 기술에도 공을 들이고 있다.

많은 브랜드드들의 활동으로 '하이브리드 기술'은 이제 익숙한 분야가 되었다.

실제 자동차 시장의 행보를 살펴보면 폭스바겐 그룹 및 여러 브랜드들에서 촉발된 ‘배출가스’ 사태 이후, 디젤 차량의 비중이 빠르게 줄어드는 것과 동시에 그 자리를 여러 형태의 하이브리드 차량들이 채우고 있다.

전기차에 대한 기조, 강력한 의지를 드러내고 있는 유럽 역시 2021년 전체 판매량에 있어 하이브리드 차량의 성장이 가파르게 이어지는 것을 알 수 있다.

다양한 형태로 발전된 하이브리드 기술

기술적인 정의는 다소 다를 수 있지만 대중들에게 인식되는 ‘하이브리드 차량’은 기본적으로 두 개 이상의 동력원을 갖고 있는 차량을 의미한다. 기술적인 구성은 다양한 편이지만 통상적으로는 가솔린 엔진에 전기 모터의 힘을 더한 경우가 흔하다.

더불어 하이브리드 차량을 구성하는 ‘기술의 구성’에서도 많은 구분이 있다. 실제 직렬 구조, 병렬 구조 등 다양한 ‘구조’로 하이브리드 기술을 구분하고 여러 기술들을 더하고, 활용하며 타 브랜드들의 ‘기술 특허’를 간섭하지 않는 모습을 보이고 있다.

마세라티 역시 하이브리드 차량을 선보이며 '전동화의 흐름'을 입증한다.

또한 엔진과 모터의 ‘동력원 배치 방식’ 외에도 전기 모터의 수량과 배터리의 구조, 충전 방식 및 활용되는 전압 시스템(12V, 48V 등) 여러 부분에서 많은 차이를 보인다. 따라서 각 브랜드의 하이브리드 시스템을 살펴보면 각 브랜드들의 특성, 그리고 기술에 대한 시선 등을 엿볼 수 있다.

물론 이러한 이야기는 기술적으로는 무척 중요한 내용이지만 마니아, 혹은 업계 관계자에 한정된다. 사실 대중들에게는 무척 복잡하고, 또 따분한 이야기다. 결국 소비자들에게는 어떤 구조, 동작 원리를 갖고 있느냐 보다는 ‘사용의 편의’ 그리고 ‘효율성의 매력’이 더욱 중요할 것이다.

하이브리드 기술은 다양한 구조, 개념 그리고 여러 특징을 갖고 있다.

어느새 익숙해진 하이브리드 기술

‘소비자는 현명하다’라는 문장에 대한 평가가 어떻게 갈리더라도 대한민국의 자동차 시장은 무척 까다로운 시장이다.

BMW와 메르세데스-벤츠와 같은 ‘독일차 신봉주의’가 팽배하지만 언제나 다양한 성향이 돋보인다. 게다가 다채롭게 마련된 금융 프로그램을 통해 값비싼 차량을 쉽게 구매하면서도 차량에 대한 평가는 무척 세심한 모습을 보이기도 한다. 게다가 각종 차량에 대한 ‘문제’에 적극적인 대응, 개선 요구 역시 무척 뜨겁다.

얼핏 ‘새로운 브랜드와 차량, 그리고 기술’이 도입되기 무척 어렵게 느껴지는 시장이다.

그러나 지난 시간 동안 토요타, 렉서스 등이 하이브리드 차량들을 연이어 선보였고, 혼다는 물론 여러 브랜드들이 바통을 이어 받으며 하이브리드 차량이 익숙한 상황이다. 국산차 브랜드 역시 꾸준히 하이브리드 차량을 선보이며 소비자들에게 ‘선택의 폭’을 넓혔다.

이런 상황에서 새로운 하이브리드 기술이 대한민국 시장의 문을 두드릴 준비를 하고 있다.

르노의 하이브리드 기술은 F1의 경험을 기반으로 삼는다.

F1의 경험으로 완성된 르노의 하이브리드 기술

2022년 하반기, 르노코리아자동차는 르노의 하이브리드 기술을 반영한 차량을 선보일 것을 예고했다.

르노의 하이브리드 기술은 ‘E-테크 하이브리드’라는 이름으로 이미 유럽의 다채로운 차량에 적용되었고 하이브리드 차량의 본거지라 할 수 있는 일본에서도 판매를 이어가고 있다. 최근 몇 년 동안 르노는 E-테크 하이브리드를 소개하며 언제나 ‘F1 경험을 기반으로 한 하이브리드 시스템’이라 설명한다.

처음 이 이야기를 듣는다면 ‘르노의 하이브리드 차량들은 고성능 차량인가?’라는 생각을 하게 된다. 그러나 막상 E-테크 하이브리드 차량을 살펴보면 아르카나(XM3), 메간, 캡처 등과 같은 실용적인 컴팩트 모델이 대부분이다.

르노의 E-테크 하이브리드는 구조적으로도 F1 파워유닛과 동일한 모습이다.

그러나 놀랍게도 E-테크 하이브리드의 개념과 작동 방식 등을 살펴보면 ‘F1에 기반한다’는 그들의 설명이 얼마나 합리적인 설명인지 단 번에 확인할 수 있다.

최근 F1 레이스카에 사용되고 있는 파워 유닛을 보면 기본적으로 1.6L 터보 엔진과 두 개의 전기 모터, 그리고 변속기, 배터리 등으로 구성된다. 두 개의 전기 모터는 각각 배터리 충전과 주행에 힘을 더하는 역할을 나뉘어 담당한다.

르노 E-테크 하이브리드

E-테크 하이브리드 역시 마찬가지다. 소형의 가솔린 엔진과 두 개의 전기 모터, 그리고 ‘최적의 주행’을 구현하는 전용의 변속기와 배터리 등으로 구성된다. 전기 모터 역시 충전과 ‘출력 구현’에 활용되어 구조적으로 유사한 모습이다.

물론 F1 파워유닛은 극한의 퍼포먼스를 구현하고, 이러한 성능을 언제든 발휘하는 것에 집중하며, E-테크 하이브리드는 실용적이면서도 효율적인 주행에 집중하고 있다는 ‘성향의 차이’ 그리고 ‘압도적인 성능 차이’는 부정할 수 없을 것이다.

르노의 E-테크 기술은 지금도 계속 발전되고, 개선되고 있다.

두 힘을 절묘하게 다루는 E-테크 하이브리드

통상적으로 하이브리드 차량들은 ‘내연기관’, 엔진을 중심으로 삼소 전기 모터가 상황에 따라 힘을 더하고, 엔진의 부담을 덜어내는 방식을 택한다.

즉, 주 동력(내연기관)과 부 동력(전기 모터)의 관계가 명확히 정의되어 있다는 점이다. 지금 당장 국산차와 토요타, 렉서스의 ‘평범한’ 하이브리드 차량들이 떠올리면 된다. 그러나 E-테크 하이브리드는 이러한 구조를 탈피한다.

실제 기술적인 부분은 물론이고 실제 주행에 있어서도 엔진과 전기 모터는 상황에 따라 ‘주도권’을 가져가며 최적의 움직임을 구현하는 모습이다.

아르카나 E-테크 하이브리드

E-테크 하이브리드 기술이 적용된 차량은 ‘발진 상황’에서는 전기의 힘으로 속도를 더하며 쾌적한 주행 질감을 제시한다. 그리고 일정 속도, 혹은 엑셀러테이퍼 페달의 부하가 커질 때에는 엔진이 작동하며 ‘엔진의 힘’을 더한다. 독특한 점은 이 이후에 있다.

차량의 주행 속도가 더 높아지면 다른 하이브리드 차량처럼 ‘전기 모터’가 이탈하며 엔진 만으로 주행을 이어가는 게 아닌 ‘전기의 힘’을 꾸준히 더하는 것이다. 어쩌면 전기모터가 중심이 되고 엔진의 힘이 보조가 되는 형태다.

참고로 두 개의 전기 모터 중 주요 모터는 36kW(약 49마력·21.0kg.m)의 주행을 이끄는 모습이며 두 번째 모터는 15kW(약 20마력)의 출력으로 주행 중 상황에 따라 엔진의 힘으로 소형 배터리를 지속적으로 충전하는 것에 집중한다.

E-테크의 기술적 특성은 F1 파워유닛의 특성을 고스란히 반영한다.

E-테크 하이브리드를 완성하는 멀티 모드 변속기, HSG

이처럼 E-테크 하이브리드가 일반적인 하이브리드 기술과 다른, 마치 가솔린 엔진이 보조로 나서는 순수 전기차에 가까운 구동계처럼 구현된 배경에는 ‘멀티 모드 변속기’ 그리고 ‘HSG의 독특한 활용 방법’이 존재한다.

통상적으로 전기 모터의 힘으로 주행을 전개하는 차량들은 대부분은 ‘1단 변속기’를 사용한다. 대신 렉서스의 멀티 스테이지 하이브리드 시스템이나, 포르쉐 타이칸 같은 ‘극 소수의 차량’들이 다단화 기술을 접목해 ‘고속 영역’에서의 전기 모터 활용성을 높인다.

E-테크 하이브리드 시스템에 있어 '멀티 모드 변속기'는 큰 역할을 담당한다.

르노 E-테크 하이브리드는 여기에 그치지 않고 더욱 다채로운 역할을 하는 ‘멀티 모드 변속기’를 개발했다. 멀티 모드 변속기는 4단의 내연기관 변속기와 2단의 전기 모터 변속기 등을 하나의 유닛에 묶었다.

엔진을 위한 4단 변속기는 ‘다단화의 부분’에서는 내심 아쉬울 수 있다. 그러나 2단의 전기 모터용 배터리 덕분에 시속 160km/h까지 전기 모터가 힘을 더할 수 있게 만들어 사실 상 주행 전역에 ‘전동화 드라이빙’을 가능하게 만들었다.

내연기관과 전기 구동계의 절묘한 조율이 E-테크 하이브리드의 핵심이다.

게다가 ‘복합 구조’의 단점이라 할 수 있는 복잡성, 그리고 무게 증가를 억제하기 위해 ‘도그 클러치’ 변속기를 형태를 활용했다. 이러한 부분 역시 도그 클러치 변속기를 사용하는 F1 파워 유닛에 대한 경험이 반영된 부분이다.

즉, 멀티 모드 변속기는 엔진과 전기 모터의 능숙한 출력 전달 및 조율 능력은 물론이고 순간적인 배터리 충전을 가능하게 만든다. 여기에 하이브리드 파워트레인의 단점은 ‘차량 하중의 증가’를 억제하는 역할을 담당한다.

E-테크 하이브리드는 무게 상승을 억제하고 효율성을 높인다.

두 번째 모터, HSG 역시 독특하다.

통상적으로 하이브리드 구조를 살펴볼 때에는 ‘주행에 힘을 더하는 1번 모터’에 집중한다. 그러나 르노는 두 번째 모터, 즉 HSG(High-voltage Starter Generator, 고전압 스타터-제네레이터)의 활용성을 높여 특별함을 더했다.

E-테크의 HSG는 일반적인 하이브리드 차량들의 그것들이 주행 중 제동, 타력 주행 등에서 ‘배터리 충전’에만 사용되지 않는다. 앞서 설명한 멀티 모드 변속기의 내연기관 부분의 변속이 진행될 때 ‘전자식 레브 매칭’을 담당한다.

E-테크 하이브리드는 가장 기술적인 연출로 '효율성'을 높였다.

이를 통해 도그 클러치 방식이 단점이라 할 수 있는 ‘순간적인 변속’과 그에 따른 출력 체결로 발생되는 소음과 충격을 억제하는 것이다. 실제 해외 평단들의 평가하는 ‘변속 질감’은 ‘듀얼 클러치 변속기’에 가깝다고 알려졌다.

즉, HSG의 새로운 활용 덕분에 멀티 모드 변속기를 더할 수 있게 됐고, 멀티 모드 변속기 덕분에 E-테크의 독특하며 가벼운 구조의 하이브리드 시스템을 구현하고, 그리고 상시에 가까운 전동화 주행을 구현할 수 있게 된 것이다.

E-테크 하이브리드는 과연 국내 시장에서 어떤 평가를 받을까?

얄밉게, 그리고 꼼꼼하게 만든 E-테크 하이브리드

정리한다면 E-테크 하이브리드는 전동화 드라이빙의 매력 포인트를 모두 취하면서 ‘하이브리드 파워트레인’의 단점을 르노의 경험과 방식으로 대응한다.

이를 통해 마치 보조 엔진을 탑재한 전기차에 가까운 출력 구현을 이뤄내 ‘전동화 주행’을 보다 폭넓게 구현했다. 게다가 HSG를 통해 주행 질감을 다듬었고, 즉흥적인 배터리 충전을 가능하게 만들었다. 이는 ‘배터리의 무게’ 상승을 억제하고 나아가 차량 ‘원가 상승’을 능숙히 억제하게 되었다.

물론 중요한 것은 ‘의도’가 제대로 구현되는 것에 있다. 다른 하이브리드 시스템과 다른 E-테크 하이브리드 만의 특별한 구조, 그리고 기술적인 특징 떠나 실제 주행을 할 때 불편함이 없고, 의도한 대로 쾌적한 주행과 하이브리드 고유의 ‘우수한 효율성’을 느낄 수 있어야 할 것이다.

우선 해외에서의 평가는 좋다. 이제 ‘대한민국’ 시장에서의 평가와 실전이 남았다.

모클 김학수 기자