특허정보/하이브리드 자동차 출원동향

하이브리드 자동차란, 두 가지 이상의 동력원을 이용해 주행하는 자동차로 현재 일반 자동차를 대체할 대안 자동차로 부각되고 있다. 현재의 하이브리드 관련 기술은 엔진, 모터 배터리의 동력원 용량 매칭을 포함한 각 구성 요소들의 조합을 최적화해 연료소비와 배기가스 저감의 목적 달성을 위해 개발되고 있다. 미래의 고유가 시대와 점점 심화되는 배기가스 규제에 대비해 이 같은 대체 기술 개발에 대한 관심이 더욱 높아질 것으로 기대된다 황종환 「한국특허정보원 조사분석1팀」 하이브리드 자동차란, 두 가지 이상의 동력원(즉, 기존 자동차 엔진에 전기모터를 조합하는 방식)을 이용해 주행하는 자동차로 현재 일반 자동차를 대체할 대안 자동차로 부각되고 있다. 하이브리드 차의 개념은 20세기 초 내연기관 자동차 개발 초기에 엔진 기술의 미약으로 고출력 엔진의 제조가 불가능해 모자라는 출력을 보조하기 위한 용도로 전동기를 사용하는 것으로부터 시작되었으나 그 후 엔진 설계 기술이 급격하게 발달함에 따라 하이브리드 자동차는 한때 개발이 중지되었다. 이후 세계 대전 중에 무한괘도를 이용하는 전차 등의 전투차량의 조향 및 기동성 향상을 목적으로 순수하게 전동기만으로 주행을 하고 필요한 전력을 엔진이 구동해 공급하는 직렬형 하이브리드 차에 관한 연구가 활발히 진행되었으나 전동기 기술의 미비로 별다른 진척을 보지 못했다. 그러나 1960년 이후 석유파동 및 대기오염 문제에 대한 사회적 관심과 선진 각국의 자동차 연비 절감 및 배기가스 규제가 강화되면서 이를 해결하기 위해서 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차와 같은 차세대 차량의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이중 전기 자동차의 경우 복잡한 변속장치가 필요 없고 저소음이며 배기가스가 전혀 없는 등 내연기관 자동차에 비해 많은 장점을 가지고 있으나 운행 거리가 짧으며 충전효율이 낮고 대용량의 배터리로 인한 고가격화와 오염 등의 문제점이 있다. 연료 전지 자동차는 전기 자동차의 단점을 획기적으로 보완한 것으로 고용량의 배터리 대신에 석유, 알코올 등의 연료를 전기로 변환할 수 있는 연료전지를 장착해 전기자동차에 비해 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있고 배기가스 또한 거의 생성되지 않는다는 장점이 있다. 그러나 현재의 연료전지 기술로는 단기간 내에 내연기관 정도의 용량을 가지는 연료전지를 개발하기는 어렵다는 단점이 있다. 하이브리드 차동차는 기존의 내연기관 자동차에 전동기를 부가해 두 동력원이 서로 고 효율영역에서 작동하도록 하며 엔진의 불완전 연소 구간에서는 전동기를 이용해 구동함으로써 연비 향상과 배기가스 저감을 실현한 자동차이다. 주 연료로 가솔린을 사용하고 엔진의 여유동력을 이용해 배터리를 충전하는 것이 가능하므로 외부 충전이 필요 없어 전기 자동차의 가장 큰 문제인 짧은 운행거리 및 배터리 중량이 커지는 문제를 해결할 수 있다. 또한 양산 차가 판매되고 있을 정도로 기술적으로도 실용화 단계에 있으므로 연료 전지 자동차가 본격적으로 실용화되기까지는 저공해 자동차의 주류를 이룰 것으로 전망 된다. 하이브리드 자동차란? 일반적으로 하이브리드 자동차는 동력원간의 동력배분방식에 따라 시리즈 방식과 패러럴 방식으로 분류된다. 시리즈 방식의 하이브리드 자동차는 전기 자동차의 부족한 주행거리를 증대시키는 목적으로 레인지 익스텐더(Range Extender)라고 부른다. 패러럴 방식의 하이브리드 자동차는 내연기관 자동차의 효율을 증대시키기 위한 것으로 소형의 전기시스템을 부가해 내연기관을 보다 고효율 영역에서 운행함으로써 결과적으로 자동차의 배기 성능을 향상시키기 위한 것으로 파워 어시스트 하이브리드(Power Assist Hybrid)로 명명되기도 한다. 1. 시리즈 방식(직렬형) 직렬형 하이브리드 자동차는 엔진, 발전기, 전동기가 직렬로 연결되어 있으며, 엔진을 항상 최적점에서 작동시키면서 발전기를 이용해 전력을 전동기에 공급하고, 순수하게 전동기의 구동력만으로 차를 주행시키는 방식이다. 이러한 방식은 제어가 비교적 간단하고, 배기가스 특성이 우수하며 별도의 변속장치가 필요 없다는 장점이 있으나, 전체 시스템의 에너지 효율이 병렬형에 비해 낮고, 차의 주행성능을 모두 만족시킬 수 있는 고성능의 전동기 개발이 필수적이며, 동력전달구조 자체가 크게 바뀌므로 기존 차량에 적용하기는 어렵다는 단점이 있다. 2. 패러럴 방식(병렬형) 병렬형 하이브리드 자동차는 변속기의 앞뒤에 엔진 및 전동기를 병렬로 배치해, 주행상황에 따라 최적의 성능과 효율을 갖게끔, 차량구동에 필요한 동력을 엔진과 전동기에 적절히 분배하는 방식이다. 병렬형은 기존 자동차의 구조를 이용 가능하므로 제조 비용면에