토요타, 수소연료 하이브리드 FCHV 개발 현황 공개

토요타는 2013 프랑크프루트 모터쇼에서 2015년에 출시하는 수소 연료 하이브리드 차량(Fuel Cell Hybrid Vehicle)의 현재 개발 단계를 공개했다고 밝혔다.

토요타가 생각하는 궁극적인 친환경 차량에 대한 솔루션은 수소 연료 하이브리드 차량(Fuel Cell Hybrid Vehicle)으로, 연료 전지 스택이 가솔린 엔진을 대체 한다는 점에서 보면 수소 연료  하이브리드 차량(FCHV)은 하이브리드 자동차의 논리적 연속이라 할 수 있다.

토요타는 연료 전지로 가솔린 엔진을, 고압 수소 탱크로 가솔린 연료 부문을 대체함으로써 자사의   기술을 FCHV 개발에 적용한다. 풀 하이브리드 파워 트레인 안에서 작동하는 것과 같은 전기 부품을 사용하고, 하이브리드에서와 같이 21 kW 배터리가 재생 브레이크 시스템에 의해 복구된 에너지를 저장 하는 데 사용된다.

2011 도쿄 모터쇼에서 공개되었던 FCV-R은 2008년 공개되었던 하이렌더 SUV를 기초로 한 연료전지 컨셉트 카 FCHV-adv 를 넘어선 성능, 연료소비, 패키징면에서 상당한 발전을 보여주었다.

전장 4,745mm, 전고 1,510mm, 전폭 1,790mm의 이 컨셉트 카의 항속거리는 약 700KM 로 수증기 이외에는 이산화탄소나 다른 유해물질을 일절 배출하지 않는다.

연료전지와 수소탱크의 기술도 계속 발전하여 세계에서 가장 높은 리터 당 3.0kW의 높은 전력 밀도를 달성했다. 이는 2008년 공개한 FCHV-adv의 연료전지 스택보다 두 배 더 높아진 밀도로 연료전지 스택 역시 2008년의 FCHV-adv의 그것보다 상당히 작아졌다.

이 때문에 차량 내 수소 연료 탱크의 크기도 작아졌다. 기존 4 개의 탱크를 최신 기술의 2개의 탱크로 교체하여 비용 절감을 달성했다. 이 두 개의 수소탱크와 연료전지 스택은 바닥 아래에 위치하여 실용적인 패밀리 세단으로써 승차공간과 적재공간을 극대화했다.

토요타 연료전지 스택의 성능은 연료전지 기술 안에서 지속적으로 주도적인 위치에 있어왔다. 토요타가 1992 년 연료 전지 자동차 작업에 착수한 이래 연료전지 기술의 향상된 기능은 FCHV 성능의 모든 면에서 상당한 진보를 보여주고 있다.

높은 효율의 부스트 컨버터의 발전은 스택의 연료 셀들의 수와 전기 모터의 크기를 줄이기 위해 시스템 전압을 충분히 증가시켜 왔다. 그 결과, 낮아진 비용의 연료전지 시스템 공급이 성능을 향상시켰고 연료전지 스택의 무게는 2008년의 FCHV-adv의 그것에서 반으로 줄었다.

1992 년부터 연료 전지 에너지 효율에 있어서의 발전의 진도를 측정해 보면, 차량 범위는 330km에서 830 km로 개선되었고, 연료 전지 스택 건설에서 새로운 재료의 사용 덕분에 연료 전지 작동 범위도 섭씨-30도에서도 가능할 정도로 크게 확대되었다.

이와 함께, 토요타는 필수 비용 절감에도 많은 노력을 기울여 왔다. FC 스택과 고압 수소 탱크를 포함 한 연료 전지 시스템의 비용을 2008년 FCHV-adv에 비해 10분의 1로 줄였다. 초기 대중화를 위해 앞으로 이보다 반을 더 줄이는 것을 목표로 하고 있다. 현재 차량 가격은 천만 엔 이하로 예상하지만, 토요타는 대중화에 적합한 가격을 달성하기 위해 비용절감에 계속 힘쓸 계획이다.

토요타의 FCHV의 기술은 이제 어떤 유해성분의 방출 없이 휘발류와 디젤 파워트레인에 견줄만한 드라이빙 범위와 성능을 제공하려는 목표에 근접했음을 보여준다.
 

김진아 기자 <탑라이더 jina_kim@top-rider.com>