플러그인 하이브리드 자동차

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1. 개요2. 특징

2.1. EREV

3. 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

PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)는 하이브리드 자동차의 종류 중 하나. 두 개의 구동계에 모두 연료를 공급하여 운행하는 차량이다.[1]

2. 특징

전기차(BEV)처럼 외부 전원을 보충할 수 있는 하이브리드 자동차(HEV)의 형태. 전기를 충전해서 달리는 구동계와 기름을 넣어서 달리는 구동계가 모두 존재한다.

접근 방식은 크게 둘로 나뉜다.

첫째는 하이브리드 자동차의 전기자동차화. 기존 하이브리드 자동차에 추가로 배터리를 장착하거나 펌웨어를 트윅하여 EV 주행거리를 더 확보한 형태다. 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 전기자동차의 하이브리드 자동차화. 기존 전기자동차의 파워트레인에 항속거리 증가를 위한 발전용 엔진을 추가한 형태다. 즉, 엔진은 전기만 공급하고 구동은 모터로만 하는, 구조적으로는 직렬 하이브리드다. 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.

전기 충전구는 대개 앞 펜더에 장착하나, 중국차/토요타/렉서스같이 리어 펜더에 충전구를 장착해서 연료주입구와 양 측면으로 배치하는 경우도 있다. 최근 들어서는 현대자동차의 수출용 투싼 PHEV도 양쪽으로 배치하고 있고, 벤츠같이 뒷 범퍼에 충전구를 장착하다가 토요타/렉서스같이 양쪽 배치로 바꾸는 경우도 있다.

2.1. EREV

양왕 U8, 닛산 e-Power, 쉐보레 볼트, BMW i3 레인지 익스텐더는 직렬 하이브리드 구조로 되어 있다.[2] 이런 방식은 역사가 매우 오래 되었다. 다만 독일에서 채택한 전차부터 각국의 여러 철도차량에만 이용되었을 뿐. 엔진은 주행에 전혀 참여하지 않고, 엔진은 발전용으로만 쓰인다.[3]
REEV(Range-Extended EV, 주행거리 연장 전기차) 또는 EREV(Extended Range EV)라고 한다. 주행거리 연장이라는 이름이 붙은 이유는 항속 거리가 1,000km에 이르기 때문이다. 엔진은 가장 효율이 좋은 토크/회전수 대역을 정속으로 회전하므로 연비가 좋고 배출가스가 적으며 무리가 없고, 배터리는 일정 전류와 전압만 유지하며 긴급시 주유/충전 장소까지 갈 수 있는 버퍼 역할을 한다.

대한민국에서는 플러그인 하이브리드 자동차로 분류하고, 보조금 혜택도 동일하게 받는다.

BYD의 i-dm 하이브리드도 이쪽으로 분류되지만, 하이브리드 시스템 특성으로 엔진이 직접 구동륜에 구동력을 전달하는 모드도 있다. 이 병렬 모드는 대체로 속도가 40~60 이상부터 100 까지 개입하지만, SOC 상태와 주행 상태에 따라 직렬/병렬 주행 모드 선택이 달라진다)

3. 장단점

3.1. 장점

전기자동차에 비해서는 최대 항속거리가 길다. 전기 충전량이 부족하면 그냥 주유소에서 기름을 채워서 일반 하이브리드처럼 운행하면 된다. 엔진 구동 시의 진동은 어쩔 수 없지만, 화석연료 기반 자동차보다는 평균적으로 적다.[4] 빠른 배터리 교환/충전 기술이 나오기 전에는 전기자동차와 화석연료 자동차의 가교 역할을 하리라 기대된다.

일반 하이브리드에 비해서는 전기를 충전한다는 가정 하에 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.

게다가 전기 운전용 고출력 모터로 인해, 내연기관과 모터가 함께 구동될 때의 가속력과 출력도 일반 하이브리드 모델에 비해 크게 향상되어 밟는대로 시원하게 뻗어나간다. 내연기관 4기통 차량에 6기통 상위 트림이 있었던 것처럼, 플러그인 하이브리드는 이제 같은 차종 하이브리드 차량의 상위 트림으로서 자리매김하게 되었다.

3.2. 단점

PHEV, EREV의 발전-구동 방식이 승용차에 잘 쓰이지 않은 이유는 일단 두 가지 시스템을 다 실으려면 구조가 복잡해지고, 탑재 공간이 엔진과 발전기/변압기/변속기의 가장 효율이 좋은 크기에 못 미치기 때문이다. 휘발유 엔진보다 디젤 엔진이 저속 정속 운행에 유리하고 연비도 좋은데, 디젤 엔진은 그 크기가 크고 무거우며 소음도 있어서 승용차에 싣기가 어렵다는 문제점 또한 있다.[5]

가장 큰 단점은 배터리의 용량이다. 기존 내연기관차 구조에서 배터리를 탑재할 용량이 순수 전기자동차에 비해 작을 수밖에 없다. PHEV의 평균 배터리 용량은 BEV의 1/4에서 1/10밖에 안 된다. 따라서 보통 전기차가 완충하면 일주일 정도 달릴 수 있는 거리를, PHEV의 전기로만 달리려면 1~2일에 한 번씩은 2시간을 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 AC 충전밖에 안 된다. 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. 2020년대 들어서 급속 DC콤보 충전을 지원하는 PHEV도 있으나, 아직은 소수에 불과하다.[6]

이산화탄소 배출량도 충전을 꼬박꼬박 하지 않은 PHEV의 경우 추정치의 2~4배 가량으로 순수 내연기관 자동차보다 못해진다. # 물론 HEV(풀 하이브리드)는 내연기관 취급한다.

용량이 커진 배터리 때문에 무게가 늘어나는 것이 문제점으로 지목된다.[7] 이로 인해 화석연료 사용 시 연비가 떨어져, 충전을 하지않고 일반 하이브리드처럼 사용하기에는 더 비싼 가격과 더 낮은 연비로 가성비가 떨어진다.

PHEV용 배터리가 트렁크에 장착되는 경우 트렁크 턱이 살짝 높아지거나 좁아져서 트렁크 용량이 줄어든다. 중앙에 세로로 배치할 경우에도 센터 터널이 높아져서 콘솔박스의 수납 공간이 제한된다.(볼보 SPA 플랫폼, 쉐보레 볼트 등) 반면 전동화를 염두에 두고 기존 내연기관 플랫폼을 개량하거나[8] 새로 개발한 플랫폼[9] 은 하체에 깔끔하게 통합하는 경우 큰 문제가 없다.

사실 기술적인 부분을 다 제쳐놓더라도, 높은 차량 가격이야말로 플러그인 하이브리드의 발목을 잡는 주요 문제점이다. 같은 차종의 일반 하이브리드 대비 천만 원 이상 비싸지면서 한두 체급 높은 차종과 가격대가 겹치게 되는데, 단순한 연비나 성능 이득만으로는 플러그인 하이브리드를 구입하기가 꺼려질 수밖에 없다. 그러다 보니 생각만큼 효율이 크지 않다는 것이다.

4. 현황

4.1. 대한민국에서

대한민국산 PHEV는 2022년 이후로는 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 하이브리드를 사는 것으로 명확히 구분되어 있어서 땅이 넓은 외국에 비해 플러그인 하이브리드 자동차의 자리가 좁다.

2019년 들어 하이브리드와 전기자동차의 중간 포지션이 단점이 되어, 내수에서는 시판 모델을 찾기가 힘들어졌다. 쉽게 말해서 충전도 해야 하는데, 기름도 넣어야 하는 귀찮음의 정수가 되어버린 것. 정책적 혜택은 하이브리드와 동일하다. 소비자들이 전기차만큼 비싼 플러그인 하이브리드보다 저렴한 일반 하이브리드를 선호하기에 보급이 더디다. 가격 민감도가 큰 대중차 브랜드의 플러그인 하이브리드 차량은 더욱 만나기 어려워졌다. 그러다 보니 라인업에서 제외되는 경우도 생겨나고 있다.

이로 인해 K5와 쏘나타는 풀 체인지하면서 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. 전술한 수입 모델인 볼트도 단종되어 내수 시장에서 판매 중인 PHEV 차량의 종류 자체가 줄어들었다. 유럽에선 환경규제가 엄격해진 것에 맞춰 자동차 브랜드들이 점차 PHEV 모델을 늘리고 있으며, 벤츠, BMW는 고성능 모델에 PHEV를 적용하고 있다.

다만 2025년에 나올 그랜저 GN7 [10]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 고금리와 충전 인프라 부족과 전기차 화재 여파로 전기차 시장이 사실상 위축되었는데, 충전 인프라가 부족한 상황에서 탄소배출 규제로 인한 친환경차 밀어내기 판매로 인해 PHEV를 선택하는 소비층이 늘어나는 것이 원인이라고 보여지고 있다. 싼타페 MX5 역시 PHEV 사양을 국내에 출시하는 것을 검토 중이다.#

4.2. 외국에서

순수 EV에 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.

2017년에는 그 동안 하이브리드의 불모지였던 미국 미니밴 시장에조차, 크라이슬러 퍼시피카의 플러그인 하이브리드가 등장했다. 벤츠, BMW, 토요타, 볼보 역시 최고급 트림에는 플러그인 하이브리드가 달려 있다.

2020년 미국은 HEV 455,067대 / PHEV 70,181대 판매되었다.

2021년 상반기 유럽에서는 PHEV 시장이 급격하게 성장하였다. # 2020년 상반기 유럽에서 PHEV는 178,250대 팔렸으나, 2021년 상반기 PHEV는 537,212대가 팔리며 1년만에 무려 3배 이상 팔리는 기염을 토하였다.

2022년 일본은 HEV 49.0%, PHEV 1.7% 구성비율이다.#

2025년에 국내 출시 예정인 신형 메르세데스-벤츠 GLC PHEV의 경우 24.8㎾h 배터리로 순수 전기 운전 가능 거리가 WLTP 기준 100km가 넘으며 [11], 레인지로버 P510e의 경우엔 WLTP 기준 113km라는 수치를 기록하기도 했다.[12] 대형 차량인 7세대 G70 BMW 7시리즈의 PHEV 모델인 M760e의 경우 순수 전기 모드로 국내 인증 기준 60km 주행이 가능하며, BMW 530e PHEV의 경우엔 18.7㎾h 배터리로 국내 인증 기준 73㎞ 주행한다.

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

2030년대에 신형 자동차들의 50%는 EV, 50%는 하이브리드로 내연기관 퇴출을 계획하고 있는 중국도 플러그인 하이브리드 자동차를 NEV(New Energy Vehicles)로 취급하기로 했다.

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 이상한 존재로 여겨졌으나, 대부분의 각국 정부에서는 플러그인 하이브리드를 전기/수소차에 준하는 포지션으로 취급하며 지원을 계속하고 있기에 기존 내연기관 자동차들과 하이브리드 자동차들이 다 없어지더라도 오랫동안 볼 수 있을것이다.

현재는 EV 모드 주행거리를 100km(WLTP 기준) 이상으로 증가시킨 차량이 출시되고 있기에 하이브리드-전기차 사이의 중간 포지션으로 입지를 다지고 있다.

엄밀히 말하면 플러그인 하이브리드는 내연기관이 달려 있어서 완전 무공해차량은 아니지만, 하이브리드와 다르게 충전소에서 충전한 뒤 EV처럼 주행이 가능하며 내연기관을 이용하더라도 CO₂ 배출량이 매우 적어[14] 친환경 규제 트렌드에 부합한다. 무엇보다도 PHEV는 전기 충전소가 없거나 갑자기 배터리가 방전되어도 즉각적인 대처가 가능하다는 장점이 있어, 특히 충전소가 적거나 국토가 매우 넓어 충전소 인프라를 빠르게 만들 수 없는 국가에서는 전기자동차(EV)처럼 꾸준히 인기를 얻으며 판매되고 연구되고 있어 2050년 이후에도 가장 최후까지 살아남는 내연기관이 있는 민수용 차량이 될 것이다. 유럽연합은 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

현대

기아

기아 니로 - 1세대(DE)의 경우 2021년 12월까지 국내 시장에서도 판매했고, 2022년부터 출시하는 2세대(SG2)부터는 수출 시장에서만 판매한다.[A]
~~기아 K5(2세대)~~
기아 스포티지 [A]
기아 쏘렌토 [A]
기아 셀토스 [출시예정][22]

5.2. 외산

미국

일본

중국

리샹 L2 https://www.mk.co.kr/news/world/11144757

독일

프랑스

영국

~~맥라렌 P1 GTR~~

스웨덴

이탈리아

호주

~~홀덴 볼트~~

6. 회사별 명칭

현대자동차 Blue Drive
기아 ECO Plug-In, PHEV
르노 E-TECH PLUG IN HYBRID
토요타 HYBRID SYNERGY DRIVE, PLUG-IN HYBRID, PRIME
렉서스 4(5)50h+
메르세데스-벤츠 EQ POWER
BMW e
아우디 e-tron, e
포르쉐 e-hybrid
볼보 T8
지프 4xe
혼다 e: PHEV
오펠 : Hybrid-e, GSe
DS 오토모빌 E-TENSE

7. 기타

대륙의 어느 상용차 회사는 플러그인 하이브리드 버스라는 해괴한(?) 차량을 내놓았다. 실제로는 직렬식 하이브리드 [25]에 전기 충전 시스템을 더한 것.

일반 전기차에 발전기 트레일러(...)를 달아 항속거리 연장을 꾀한 물건도 있다. # 평상시에는 전기차로만 운행하고, 캠핑 등 멀리 나갈때에는 내연기관 발전기를 달고 나가는 것. DIY로 발전기와 결합된 캠핑 트레일러를 만들기도 한다#

[1] PEV(Plug-in Electric Vehicle)는 외부 전기 공급원에서 전기를 공급받는 모든 차량을 말한다. NEV(New Energy Vehicles) 동일한 의미[2] 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.[3] 그러나 전기 그 자체를 '주입'할 수도 있다는 점이 디젤 전기기관차와 다른 점이다. GE 제네시스 시리즈의 일부 기관차나 봄바디어 ALP-45DP 같은 하이브리드 기관차 정도에 거의 들어맞게 비유할 수 있을 듯.[4] 특히 EREV 방식의 차량들은 더 그렇다. 쉐보레 볼트가 대표적.[5] 디젤기관차나 선박처럼 공간이 넉넉하고 탑승자와 공간이 분리되어 있다면 그 어려움이 해소된다.[6] 5세대 레인지로버, 11세대 E클래스 등[7] 일례로 (단종된) 아이오닉 플러그인 하이브리드의 중량은 1,515kg으로, 한 체급 위인 쏘나타 2.0(1,470kg)보다 무겁다. M5(G90)는 1.9톤의 G60보다 500kg 이상 무거워져서 무려 2.4톤에 달한다.[8] BMW CLAR 플랫폼 등[9] 현대 3세대 플랫폼, CMA 플랫폼, 재규어 랜드로버 MLA 플랫폼 등[10] 같은 플랫폼을 사용하는 기아 K8도 PHEV 추가가 예상된다.[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 EV 모드로 주행이 가능하다고 한다. 30kWh급 소형 전기차급의 배터리 용량인데 현대 아이오닉 일렉트릭의 배터리 용량과 거의 비슷하다.[12] 사실 WLTP 기준은 각종 기후 환경과 급가속이나 에어컨 사용 등을 고려하지 않고 측정하는 유럽만의 방식이기 때문에, 주행거리 뻥튀기가 좀 심하다. 실제로 EV인 렉서스 UX 300e도 WLTP 기준 315km가 나왔는데 실제로 국내에 들여오자 233km로 인증됐던 사례가 있고 벤츠에서 WLTP 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(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] 동급 대비 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] 전술한 니로 플러그인 하이브리드를 통합하여 3세대(SP3)에서 출시가 유력하다.[출시예정] [24] AMG GT 63 S E-퍼포먼스 모델 한정.[25] 6기통 천연가스 엔진 탑재.