MHEV plus 하이브리드 기술이란 무엇이며, 어떻게 작동하나요? 이 기술은 Audi가 새로운 A5와 Q5에 제공하는 것입니다.

몇 년 전, Audi는 경량 하이브리드 MHEV 기술에 가장 적극적으로 투자한 제조사 중 하나였습니다. 네 개의 고리 엠블럼을 단 이 브랜드는 2017년부터 TDI와 TFSI 엔진 모두에 이 기술을 제공하기 시작했으며, 내연기관 엔진을 탑재한 거의 전 모델 라인업에 적용했습니다. 또한 두 가지 MHEV 시스템을 개발했습니다. 하나는 4기통 엔진용으로 기존 12볼트 전기 시스템을 기반으로 한 보다 단순한 방식이고, 다른 하나는 6기통과 8기통 엔진용으로 이번에는 48볼트를 사용하는 방식입니다.

기존 MHEV 시스템의 작동 방식

기본적으로 이 경량 하이브리드 시스템은 다른 많은 제조사들도 사용해 왔으며, Audi도 현재 라인업의 여러 모델에서 계속 사용하고 있는데, 다음과 같이 작동합니다. 시동 발전기, 영문 약자로 BAS라고 부르는 장치가 벨트를 통해 엔진의 크랭크축에 연결되어 있습니다. 이 발전기는 수냉식이며, 내연기관을 보조하기 위해 추가 토크를 제공할 수 있습니다. Audi의 48볼트 시스템의 경우 최대 약 60Nm까지 가능합니다. 또는 감속 및 제동 단계에서 에너지를 회수할 수 있으며, 최대 12kW까지 회수하여 시스템 배터리에 저장합니다.

MHEV 덕분에 차량은 특정 구간에서 엔진을 끈 채 관성 주행 모드로 주행할 수 있으며, 이를 통해 연비를 절감할 수 있습니다. 이 시스템의 1세대 Audi의 경우, 운전자가 시속 55~160km 사이에서 가속페달에서 발을 뗄 때 최대 40초 동안 가능합니다. 이 시스템 덕분에 모든 전기 장치는 엔진이 꺼져 있어도 배터리에 저장된 에너지로 계속 작동할 수 있습니다. 같은 이유로 MHEV의 또 다른 장점은 차량이 완전히 정지하기 전에 start-stop 기능을 활성화하고 엔진을 끌 수 있다는 것입니다. Audi의 경우 약 시속 22km부터 가능합니다.

BAS는 단순한 발전기로만 작동하는 것이 아니라, 관성 주행이나 정차 후 엔진을 다시 시동하는 역할도 담당합니다. 이때 기존 피니언 시동 방식보다 더 부드럽게 작동합니다. 기존 피니언 시동 방식은 여전히 유지되지만, 엔진 오일이 차가워 더 큰 시동 토크가 필요한 초기 시동 때에만 사용됩니다. 또한 급가속 시에는 BAS가 내연기관에 추가 추진력을 제공하여 주행 만족도를 높입니다. 다만 기존 MHEV에서는 발전기 역할을 하는 이 전기 모터가 단독으로 바퀴를 구동할 수 없으므로, 차량이 전기 모드로 주행하는 것은 불가능합니다.

Audi의 경우 MHEV 기술은 12볼트와 48볼트 모두 동일하게 작동하지만, 12볼트 시스템에서는 관성 주행 구간, 출력, 연비 절감 효과가 다소 제한적입니다.

Audi A5와 Q5의 MHEV plus: 거의 ‘진짜’ 하이브리드에 가까운 성능

이제 Audi는 MHEV 시스템을 발전시켰으며, 이른바 ‘프리미엄 연소 플랫폼’을 기반으로 한 새로운 엔진에 대해서는, 현재 새로운 Audi A5 및 Audi Q5에 MHEV Plus를 적용합니다. 이는 더 높은 수준의 전동화를 제공하지만, 기존 하이브리드처럼 고전압 시스템을 사용하지는 않습니다.

실용적인 측면에서 가장 중요한 차이점은, MHEV plus에서는 작은 전기 모터 하나만으로도 차량을 단독으로 구동할 수 있다는 것입니다. 이는 주차와 같은 저속 기동이나, 교차로나 회전교차로에 접근할 때 제동을 할 때까지 차량 속도를 유지하는 것처럼 매우 특정한 상황에서, 그리고 아주 짧은 시간 동안 가능하며, 이를 통해 연비 절감에 도움이 됩니다. 또한 다른 장점도 있습니다. MHEV plus가 제공하는 추가 토크는 더 크고 더 빨리 사용할 수 있어 가속과 추월 성능이 향상됩니다. 제동 시 에너지 회수 능력도 더 뛰어납니다. 따라서 이는 ‘거의’ 진짜 하이브리드와 같다고 할 수 있습니다. 혹은 적어도 Toyota의 초기 하이브리드 모델들과 같다고 볼 수 있지만, 훨씬 덜 복잡하고 정교한 시스템입니다.

더 단순한 MHEV 시스템과 비교하면, MHEV plus는 성능과 민첩성을 더 크게 향상시키고, 연비와 배출가스를 더 많이 줄여줍니다. 다시 강조하지만, 이는 기술적으로 더 정교하고 복잡한 일반적인 하이브리드는 아닙니다. 하지만 점점 더 많은 제조사들이 채택하는 매우 유효한 솔루션입니다. 실제로 Audi에게는 지금 새로운 기술이지만, 다른 브랜드에서는 이미 오래전부터 사용되어 왔으며, 대중적인 모델에도 적용되고 있습니다. 예를 들어 스텔란티스가 매우 유사한 기술을 도입했으며, Opel Corsa 에서 제공되고 있습니다. 참고로 이 브랜드는 실제로는 하이브리드가 아님에도 불구하고 ‘Hybrid’라는 이름으로 판매하는 데 거리낌이 없습니다.

Audi는 2.0 TDI 150kW 엔진의 A5에서 최대 0.4 l/100km, 3.0 TFSI에서는 최대 0.7 l/100km의 연비 절감 효과를 발표했습니다. 공식 데이터에 따르면 이는 더 단순한 MHEV 시스템으로 달성되는 수치와 매우 유사합니다. 다만 새로운 A5는 더 크고, 더 많은 장비가 탑재되어 있으며, 따라서 더 무겁다는 점도 사실입니다.

MHEV plus의 작동 방식: 강력한 추가 발전기

그렇다면 MHEV plus는 어떻게 작동할까요? 벨트 구동식 시동 발전기(BAS)에 전기 모터를 하나 추가하는 방식입니다. Audi는 이를 PTG라고 부르며, 전력 전자장치를 통합하고 변속기 출력축 바로 뒤에 설치됩니다. 이 경우 PTG는 최대 18kW(24CV)의 출력을 제공할 수 있고, 최대 230Nm의 토크를 생성하며, 제동 중에는 최대 25kW의 출력으로 에너지를 회생할 수 있습니다.

PTG의 무게는 약 21kg이며, 액냉식으로 냉각되고, 시속 140km를 넘으면 클러치를 통해 구동계에서 분리됩니다. Audi A5와 Q5의 경우, 새로운 통합 브레이크 제어 시스템이 회생 제동과 유압 브레이크를 결합하여 회생 제동 효과를 최대한 활용하도록 하며, 두 방식의 전환 시에도 운전자가 느낄 수 있는 변화가 없습니다. 추가적인 장점으로, MHEV plus는 내연기관이 꺼져 있을 때에도 전동식 에어컨 컴프레서에 직접 전력을 공급하여 에어컨을 지속적으로 작동시킬 수 있습니다.

여기서 벨트 구동 BAS 발전기는 엔진을 시동하고 배터리에 전력을 공급하는 역할도 맡으며, 이 배터리는 리튬 이온이 아니라 LFP 타입이고, 용량은 1.7kWh입니다. 정교한 제어 소프트웨어가 차량의 작동 상태를 평가하여 내연기관, PTG, BAS가 어떻게 상호작용할지 결정하며, 항상 가능한 가장 낮은 연비를 달성하는 것을 주된 목표로 합니다. 고려되는 변수에는 가속페달 위치나 변속기에서 선택된 모드가 포함되며, 각 경우에 PTG가 분리되는 속도와 48볼트 배터리의 목표 충전 상태(SoC)가 조정됩니다.

고려할 점은 Audi가 A5와 Q5 라인업의 모든 엔진에 MHEV plus 시스템을 적용하지는 않는다는 것입니다. 예를 들어 A5에서는 150kW TDI 엔진과 S5의 V6 TFSI에 적용되지만, 2.0 TFSI에는 적용되지 않습니다. 반면 Q5 라인업에서는 2.0 TFSI에도 이 하이브리드 기술이 적용됩니다.

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