안전성·효율성 높인 현대차 ‘수소전기버스’, 친환경 광역교통 솔루션 제시

현대자동차가 수소 기술력을 집약한 고속형 광역버스를 출시했다. 운행 과정에서 탄소배출이 없는 친환경은 물론, 안전성과 효율성을 확보해 상품성을 높였다.

12일 충남 천안에 위치한 현대차 천안글로벌러닝센터에서 ‘유니버스 수소전기버스’ 교육을 받고 동승 체험을 진행했다.

유니버스 수소전기버스는 엘레강스 모델을 베이스로 개발했다. 차량 뒤쪽 지붕에 총 845L·34.3kg의 수소탱크 5개가 탑재돼 엘레강스 모델 대비 전고가 370mm 높아졌고 무게도 700~800kg가량 더 무겁다. 1회 충전시 주행가능거리는 최대 635km로, 평균적으로는 450km 주행 가능하다.

이덕재 현대차 하이테크 인재육성팀 책임은 “엑시언트 수소전기트럭과 달리 고출력이 필요하지 않기 때문에 최고출력을 335kw로 제한해서 사용한다”며 “변속기는 AMT 4단 변속기를 사용하며, 자동모드 외에 수동모드도 지원한다”고 덧붙였다.

수소전기버스 시스템의 핵심은 180kw 용량을 갖춘 연료전지 스택이다. 수소를 분리막에 투과시켜 입자크기가 커서 통과하지 못한 전자를 전기로 변환하면서 연료전지를 충전한다. 연료전지 스택은 436개의 셀로 이뤄져 250~450V의 전압을 생성하고, 이를 변압 후 차량에서 720V로 운용하는 방식이다.

현대차 관계자는 “수소를 전기로 전환하는 과정에서 효율성을 높이는 것이 가장 중요한 과제이고 기술력”이라며 “이 부분에서 최고 수준의 기술력을 갖추고 있다”고 전했다. 수소를 분리막에 투과할 때, 가습기를 통해서 공기를 투입해 더 많은 전기를 생성한다. 수소는 분리막에서 전자로 분리되는 비율이 낮아, 반응이 일어나지 않은 수소는 순환시켜 다시 전기를 만드는 데 사용한다.

연료전지스택에서의 출력은 일반적인 주행에서 충분한 힘을 발휘하지만, 추가로 힘이 필요할 때는 고전압 배터리를 사용한다. 고전압 배터리는 중앙 해치로 인해 우측 전륜 뒤쪽에 48.2kwh 용량을 탑재했다. 하이브리드 시스템처럼 연료전지를 우선 사용하고, 추가로 출력이 필요할 때 고전압 배터리를 사용하며 일정 수준 이하로 충전용량이 떨어지면 연료전지가 배터리를 우선 충전시킨다.

수소탱크의 폭발을 우려하는 점에 대비해 안전성도 확보했다. 8개의 센서가 수소링크 상태를 항상 모니터링하며, 온도감응 안전밸브가 적용돼 화재 발생 시 자동으로 밸브가 열리며 지붕위로 수소가 분출된다. 탄소섬유로 만들어진 수소탱크는 총탄을 맞아도 터지지 않으며, 500도의 발화점을 가진 수소는 해당 온도에서 안전장치가 발동된다.

주행 안전을 위한 첨단 운전자보조시스템도 두루 갖췄다. 크루즈컨트롤은 물론 ▲전방 충돌방지 보조 ▲차선이탈 경고 ▲후방 모니터·주차거리 경고 등이 탑재됐다. 운전자 상태 경고를 위한 카메라를 설치해 졸음운전으로 인식할 시 스티어링 휠에 진동으로 경고를 준다. 이 외에도 승객석 중앙 루프에는 비상 탈출용 해치를 갖췄고, 후방에도 유사시 사용 가능한 비상문을 설치했다.

전비향상을 위한 효율성 확보에도 신경썼다. 난방 히터를 사용하면 주행거리가 줄어들기 때문에, 연료전지 스택에서 발생하는 열을 열교환기를 통해 난방에 활용한다. 승객 없이 운행할 때 운전석만 사용가능한 독립 히터도 적용됐다. 0~2단계까지 조절 가능한 회생제동 시스템도 주행거리를 늘리는 요소다.

상용차에 세계 최초로 MR(Magneto Rheological fluid, 자기 유변 유체) 댐퍼를 적용한 승차감은 압권이다. 가속도 센서가 주행상황을 파악하고 노면전류 세기를 달리해 감쇠력을 실시간으로 조절하는 방식이다. 차량의 롤과 앞뒤 흔들림을 줄여 주행 안전성과 승차감을 향상시켰다.

현대차 관계자는 “MR댐퍼는 전차의 포탑이 이동 중 사격에서 흔들림없이 유지될 수 있도록 현대로템에서 군수용으로 개발한 것”이라며 “이를 개발하고 적용하는 데에는 연구원들의 피땀어린 노력이 들어갔다”고 강조했다. MR댐퍼 적용과 해제 상황을 연출해 동승 체험에 나섰을 때, 급정거 시 차량의 앞뒤 흔들림과 선회 시 쏠림현상을 확연하게 구분할 수 있었다.

이 책임은 “응답성이 빠른 가속도 센서가 실시간으로 제어기를 통해 전류를 흘려보내고 제어하는 방식”이라며 “연구소에 따르면 MR댐퍼를 적용했을 때 승차감은 30% 향상됐고, 조종안정성은 12~15% 향상됐으며 피칭제어 충격도 30% 이상 감소했다”고 설명했다.

현대차는 유니버스 수소전기버스를 출시하며 수소를 활용한 대형 상용차 전 라인업을 구축했다. 2019년 시내버스용 ‘일렉시티 수소전기버스’와 2020년 트럭 ‘엑시언트 수소전기트럭’에 이은 성과다. 높은 상품성을 바탕으로 이미 경찰버스와 운수회사에서 운용 중이며, 삼성·SK 등 국내 기업과 지자체 등의 통근버스로도 활용될 예정이다.

현대차 관계자는 “2028년까지 모든 상용차 라인업을 친환경차로 전면 전환하는 계획에 따라 유니버스 수소전기버스 출시를 통해 대형 상용차 전 차종에 수소연료전지 시스템을 적용했다”며 “친환경 상용차에 대한 많은 수요에 대응할 수 있도록 최선을 다할 것”이라고 말했다.