하이브리드 전기차

1. 개요

하이브리드 전기차는 내연기관과 전기 모터를 함께 사용하여 연비 향상과 배출가스 감소를 목표로 하는 자동차이다. 직렬, 병렬, 직병렬 방식이 있으며, 각 방식은 엔진과 모터의 작동 방식에 차이가 있다. 하이브리드차는 연비 향상, 정숙성, 가속 성능 등의 장점을 가지며, 친환경 정책의 지원을 받기도 한다. 대한민국에서도 다양한 하이브리드 모델이 판매되고 있으며, 정부의 지원 정책이 시행되고 있다. 하지만 초기 구매 비용이 비싸고, 배출가스, 배터리 폐기, 가격, 수리 비용 등의 한계점과 과제도 존재한다.

2. 하이브리드 시스템의 종류 및 특징

하이브리드 전기 자동차는 구동계에 동력을 공급하는 방식에 따라 분류할 수 있다. 주요 방식으로는 병렬 방식, 직렬 방식, 그리고 이 둘을 혼합한 직병렬(동력 분할) 방식이 있다.

* 병렬 하이브리드는 내연 기관(ICE)과 전기 모터가 모두 기계식 변속기를 통해 바퀴 구동에 참여하는 방식이다. 엔진과 모터가 함께 또는 각각 동력을 전달하며, 도심 및 고속 주행 효율을 높인다.
* 직렬 하이브리드는 전기 모터만으로 바퀴를 구동하며, 내연 기관은 발전기 역할만 수행하여 전기를 생산하거나 배터리를 충전한다. 엔진은 최적 효율로 작동 가능해 도시 주행에 유리하다.
* 동력 분할 하이브리드(직병렬 하이브리드)는 직렬과 병렬 방식의 특징을 결합하여, 주행 상황에 따라 동력 전달 방식을 최적화함으로써 전반적인 효율을 높이는 방식이다. 구조는 복잡하지만 다양한 조건에서 효율적이다.

위의 각 하이브리드 방식에서는 일반적으로 회생 제동을 사용하여 제동 시 발생하는 에너지를 회수하여 배터리를 충전한다.

또한 하이브리드 시스템은 전기 모터의 역할과 배터리 용량에 따라 다음과 같이 분류하기도 한다.

* 풀 하이브리드는 비교적 큰 용량의 배터리와 강력한 전기 모터를 탑재하여 일정 거리나 속도까지 전기 모터만으로 주행할 수 있는 시스템이다. 토요타 프리우스, 포드 이스케이프 하이브리드 등이 대표적인 예시다.
* 마일드 하이브리드는 전기 모터가 주로 엔진을 보조하는 역할을 하며, 전기 모터만으로는 차량을 구동할 수 없다. 엔진 정지 후 재시동(ISG), 가속 보조, 회생 제동 등의 기능을 수행하며, 풀 하이브리드에 비해 연비 개선 효과는 제한적이지만 비용과 무게를 줄일 수 있다. 혼다의 초기 IMA 시스템이나 제너럴 모터스의 BAS 하이브리드 시스템이 이에 해당한다.
* 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV)는 외부 전원에 연결하여 배터리를 직접 충전할 수 있는 하이브리드 자동차이다. 일반 하이브리드보다 큰 배터리를 탑재하여 전기만으로 상당한 거리(예: 초기 쉐보레 볼트의 경우 최대 약 56.33km까지)를 주행할 수 있으며, 배터리 소모 후에는 내연 기관으로 주행을 계속하여 전기차의 주행 거리 불안을 해소한다.

2.1. 직렬(시리즈) 방식

직렬 하이브리드는 전기 모터만 구동계를 구동하며, 내연 기관(ICE)은 발전기 역할만 수행하여 전기 모터에 전력을 공급하거나 배터리를 충전하는 방식이다. 이 방식에서 엔진은 바퀴를 직접 구동하지 않고, 오직 발전을 위한 동력원으로만 사용된다. 때로는 주행 거리 연장기(Range Extender)라고 불리는 더 작은 엔진이 사용되기도 한다.

엔진은 항상 가장 효율적인 상태로 작동하여 전력을 생산할 수 있으므로, 특히 정차와 출발이 잦은 도시 주행 환경에서 연비 효율성이 높다. 하지만 일반적으로 병렬 하이브리드 방식보다 더 큰 배터리 팩을 필요로 하여 차량 가격이 높아지는 경향이 있다.

직렬 하이브리드는 전기 구동 방식과 혼동될 수 있으나 차이가 있다. 가스-전기 또는 디젤-전기과 같은 전기 구동 방식은 엔진으로 발전기를 돌려 얻은 전력으로 모터를 직접 구동하지만, 에너지를 저장하는 배터리를 가지고 있지 않거나 매우 작아 내연 기관이 정지하면 주행할 수 없다. 따라서 이러한 전기 구동 방식은 하이브리드 전기차(HEV)로 분류되지 않는다.

2.2. 병렬(패럴렐) 방식

병렬 하이브리드 방식은 내연 기관(ICE)과 전기 모터가 모두 기계식 변속기에 연결되어 바퀴를 구동하는 시스템이다. 이 방식에서는 엔진과 모터가 동시에 동력을 전달하여 구동력을 높일 수 있으며, 상황에 따라서는 엔진 또는 모터 단독으로도 주행이 가능하다. 많은 병렬 하이브리드 시스템에서 내연 기관은 주행 외에도 발전기 역할을 하여 배터리를 충전할 수 있다.

초기의 병렬 하이브리드는 주로 작은 용량(20kW 미만)의 전기 모터와 배터리 팩을 사용하여, 전기 모터가 엔진을 보조하는 역할에 중점을 두었다. 그러나 2015년 이후에는 50kW 이상의 더 강력한 모터를 탑재한 병렬 하이브리드가 등장하여, 일반적인 가속 상황에서도 전기 모터만으로 주행하는 것이 가능해졌다. 병렬 하이브리드는 엔진과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여, 특히 도심에서의 정차 및 출발이 잦은 조건과 고속도로 주행에서 일반 내연기관 차량보다 높은 연비 효율을 보인다.

병렬 방식은 구현 형태에 따라 세부적으로 나뉠 수 있다.

한 형태는 모터가 주로 엔진을 보조하고 시동을 거는 역할을 하며, 모터 단독으로는 구동할 수 없거나 제한적인 경우이다. 이 경우 모터는 구동 외 시간에 발전기로 작동하여 교류 발전기를 대체하기도 한다. 대표적인 예시는 다음과 같다.
* 혼다의 통합 모터 어시스트(IMA) 시스템: 혼다 인사이트, 혼다 시빅 하이브리드, 혼다 어코드 하이브리드 등에 적용되었다. 초기 모델은 주로 엔진 보조 역할이었으나, 이후 모델에서는 특정 조건에서 전기 모터만으로 주행이 가능하도록 개선되었다.
* 제너럴 모터스(GM)의 벨티드 얼터네이터/스타터(BAS 하이브리드) 시스템: 쉐보레 말리부 하이브리드 등에 적용되었다.
* 히노 자동차의 HIMR (Hybrid Inverter-controlled Motor & Retarder) 시스템: 초기에는 엔진 보조 중심이었으나, 이후 엔진을 정지시킨 상태에서 모터만으로 발진이 가능한 시스템으로 발전했다.
* 페라리의 HY-KERS 시스템

다른 형태의 병렬 방식은 엔진과 모터가 각각 독립적으로 차량을 구동할 수 있는 구조를 가지며, 비교적 큰 출력의 모터를 장착할 수 있어 대형 차량에 적용되기도 한다. 다임러, 피아트, 이베코의 대형 트럭 등에서 이러한 방식이 사용된 예가 있다.

2.3. 직병렬(스플릿) 방식

직병렬 방식은 동력 분할(Power-split) 또는 스플릿(Split) 방식이라고도 불리며, 직렬 하이브리드와 병렬 하이브리드의 특징을 조합하여 두 방식의 장점을 모두 가지도록 설계되었다. 직렬 방식은 저속 주행에서 효율적이고 병렬 방식은 고속 주행에서 효율적인 경향이 있는데, 직병렬 방식은 이 두 가지 특성을 결합하여 전반적인 주행 효율을 높인다.

이 방식은 엔진의 동력을 발전기와 구동축으로 나누어 보내고, 동시에 전기 모터의 힘을 더해 바퀴를 굴리는 구조를 가진다. 즉, 기계적 동력과 전기적 동력을 주행 상황에 맞게 최적으로 변환하고 조합하여 구동계에 더 큰 유연성을 제공한다. 이를 통해 저속에서는 전기 모터 중심으로, 고속에서는 엔진 중심으로 작동하며 효율을 극대화할 수 있다.

하지만 구조가 복잡하고 정교한 제어 기술이 필요하며, 순수 병렬 하이브리드 방식보다 비용이 더 높다는 단점이 있다. 대표적인 동력 분할(병렬-직렬) 하이브리드 시스템을 사용한 예로는 2007년형 포드, 제너럴 모터스, 렉서스, 닛산, 토요타의 일부 모델들이 있다.

3. 특징

하이브리드 자동차는 일반적으로 내연 기관(엔진)과 전기 모터라는 두 가지 이상의 동력원을 함께 사용하는 자동차를 말한다. 특히 하이브리드 전기 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)는 엔진 외에도 전기 모터와 배터리를 탑재하여, 주행 상황에 따라 엔진만 사용하거나, 모터만 사용하거나, 혹은 엔진과 모터를 동시에 사용하여 구동력을 얻는다. 또한, 감속하거나 내리막길을 주행할 때 발생하는 에너지를 회생 제동 시스템을 통해 전기로 변환하여 배터리에 저장했다가 필요할 때 다시 사용한다.

이처럼 엔진과 모터, 배터리 간의 복잡한 에너지 흐름을 효율적으로 관리하기 위해 모든 하이브리드 자동차에는 [[에너지 관리 시스템]](EMS, Energy Management System)이 탑재된다. EMS는 운전 조건에 맞춰 각 동력원에서 얼마만큼의 힘을 사용할지, 언제 배터리를 충전하고 방전할지 등을 실시간으로 제어하여 최적의 효율을 추구한다.

이러한 구조 덕분에 하이브리드 자동차는 일반 내연기관 자동차에 비해 연비가 높고 배출 가스가 적으며, 저속에서는 전기 모터만으로 주행하여 소음과 진동이 적은 정숙성을 특징으로 한다. 또한 전기 모터는 즉각적으로 최대 토크를 낼 수 있어 초기 가속 성능이 우수하다는 장점도 있다. (자세한 내용은 하위 문단 참고)

한편, 단순히 내연 기관으로 발전기를 돌려 얻은 전기로 모터를 구동하는 방식(예: 디젤-전기, 가스-전기)은 에너지를 저장하는 배터리가 없거나 그 역할이 미미하여 엔진이 멈추면 주행할 수 없으므로, 일반적으로 하이브리드 자동차(HEV)로 분류하지 않는다.

3.1. 연비 향상 및 배출 가스 감소

하이브리드 전기 자동차(HEV)는 일반적인 내연 기관 자동차에 비해 특정 조건에서 연료 소비와 배출 가스를 줄이는 데 효과적이다. 이는 주로 세 가지 핵심 메커니즘을 통해 달성된다.

# 엔진 작동 최적화: 차량이 정지해 있거나 저속으로 주행하는 등 엔진 출력이 크게 필요하지 않은 상황에서는 내연 기관을 자동으로 정지시킨다. 이를 통해 불필요한 연료 소모와 배출가스 발생을 막는다. 엔진이 꺼진 상태에서도 전기 모터와 배터리만으로 주행이 가능하며(EV 모드), 에어컨 등 차량 내 편의 장치는 배터리 전력으로 계속 작동할 수 있다.
# [[회생 제동]] 시스템 활용: 감속하거나 내리막길을 주행할 때 버려지는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리에 저장한다. 이렇게 회수된 에너지는 이후 가속하거나 주행할 때 재사용되어 연료 효율을 높인다.
# 엔진 부하 감소 및 효율 증대: 전기 모터가 엔진의 동력을 보조해주기 때문에, HEV의 내연 기관은 최대 출력 요구치가 아닌 평균적인 출력 요구에 맞춰 더 작고 효율적으로 설계될 수 있다. 내연 기관은 특정 작동 범위에서 가장 높은 효율을 보이는데, HEV는 전기 모터의 도움으로 엔진이 최적 효율 범위에서 더 자주 작동하도록 제어하여 전반적인 연료 효율을 개선한다. 또한, 많은 하이브리드 차량은 일반적인 오토 사이클 엔진보다 열효율이 높은 앳킨슨 사이클 엔진을 사용하여 연비를 더욱 향상시킨다.

이러한 메커니즘을 효과적으로 관리하기 위해 하이브리드 자동차에는 에너지 관리 시스템(EMS)이 탑재된다. EMS는 운전 상황에 맞춰 엔진과 모터, 배터리 사이의 동력 흐름을 최적으로 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 언제 엔진을 켜고 끌지, 배터리를 충전할지 방전할지, 엔진과 모터의 동력을 어떤 비율로 배분할지 등을 결정한다. EMS의 제어 목표는 주로 연료 소비 최소화에 맞춰져 있지만, 오염 물질 배출 최소화나 배터리 수명 극대화 등 다양한 목표를 복합적으로 고려하여 최적의 균형점을 찾는다.

특히 엔진을 멈추고 배터리 전력만으로 주행하는 EV 모드는 저속 주행이나 교통 체증 상황에서 연료를 전혀 사용하지 않아 연비 향상에 크게 기여한다. 또한 엔진 소음과 진동이 없어 매우 조용하고 쾌적한 주행 환경을 제공한다. 플러그인 하이브리드(PHEV)의 경우, 외부 전원으로 배터리를 충분히 충전하면 수십 킬로미터 이상을 EV 모드로만 주행할 수 있어 일상적인 단거리 이동 시에는 전기 자동차처럼 활용할 수 있다.

이러한 기술적 장점 덕분에 하이브리드 자동차는 전 세계적으로 석유 소비 감소와 대기 오염 완화에 기여하는 것으로 평가받는다. 아래 표는 미국 환경 보호국(EPA)에서 평가한 2015-2016년 모델 중 연비가 우수한 하이브리드 차량들의 성능을 보여준다.

다만 하이브리드 자동차가 저공해 자동차로 분류되기는 하지만, 엔진을 사용하기 때문에 배기 가스를 전혀 배출하지 않는 무공해차는 아니다. 또한, 내연 기관 자동차에 비해 엔진, 모터, 배터리 등 더 많은 부품을 탑재하므로 제조 및 폐기 과정에서의 환경 부하와 비용이 더 높다는 지적도 있다. 특히 배터리 재활용 과정은 일반 자동차 부품보다 복잡하고 에너지 소모가 크다.

그러나 자동차 제조사들은 이러한 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 토요타의 경우, 2015년 기준으로 유럽에서 폐차된 하이브리드 차량 배터리의 91%를 회수하고 있으며, 100% 회수를 목표로 하고 있다. 회수된 배터리는 재제조(리빌드)되거나, 공장 또는 신재생 에너지 발전소의 에너지 저장 장치 등으로 재사용된다. 배터리 자체의 내구성도 향상되어, 차량 수명 동안 배터리 교체 없이 운행 가능한 경우도 많아지고 있다.

라이프 사이클 평가(LCA) 관점에서 보면, 하이브리드 자동차의 환경적 이점은 제조/폐기 단계의 부하 증가를 운행 단계에서의 연비 향상과 배출가스 저감 효과로 얼마나 상쇄할 수 있는지에 달려있다. 2023년 미국의 한 연구에 따르면, 차량 생산부터 폐기까지 전 과정에서의 이산화탄소 배출량을 비교했을 때, 하이브리드 자동차는 일반 내연 기관 자동차보다 우위를 점하기 위해 약 약 16093.40km에서 약 24140.10km 정도 주행하면 되는 것으로 나타났다. 반면, 전기 자동차(BEV)는 배터리 생산 과정의 탄소 배출량이 많아 약 약 56326.90km에서 약 88513.70km를 주행해야 내연 기관 자동차보다 총 탄소 배출량이 적어지는 것으로 추산되었다. 같은 연구에서 플러그인 하이브리드 자동차는 일반적인 차량 수명 주기(약 약 201167.50km) 동안 운행했을 때, 순수 전기 자동차보다 오히려 총 이산화탄소 배출량이 더 적을 수도 있다는 결과가 나오기도 했다. 이는 현재의 기술 수준과 전력 생산 방식 등을 고려할 때, 하이브리드 자동차가 여전히 효과적인 친환경 교통수단 중 하나임을 시사한다.

3.2. 정숙성

하이브리드 전기차는 저속으로 주행할 때 전기 모터만 사용하는 경우가 많아 내연 기관 자동차에 비해 소음과 진동이 현저히 적다. 이러한 특성은 도로 소음 감소에 기여하는 장점이 있다.

하지만 차량 접근을 소리로 인지하는 보행자, 특히 시각 장애인에게는 조용한 하이브리드차가 예상치 못한 위험이 될 수 있다. 실제로 NHTSA가 2009년에 실시한 연구에 따르면, 특정 저속 주행 상황(예: 후진, 주차, 회전 등)이나 20mph 미만 속도에서 하이브리드 차량이 내연 기관 차량보다 보행자 및 자전거 운전자와 관련된 사고를 일으킬 확률이 더 높은 것으로 나타났다. 또한, 이러한 정숙성을 악용한 날치기 범죄가 발생하기도 했다.

이러한 안전 문제를 해결하기 위해 여러 국가에서 저속 주행 시 인공적인 소리를 발생시키는 차량 접근 경고음(AVAS, Acoustic Vehicle Alerting System) 장착을 의무화하는 법률을 도입했다.
* 일본은 2010년 1월 국토교통성이 관련 지침을 발표했으며, 신차는 2018년 3월 8일부터, 계속 생산되는 차량은 2020년 10월 8일부터 해제할 수 없는 경고음 장치 장착이 의무화되었다.
* 미국에서는 2010년 12월 의회가 '보행자 안전 강화법'(Pedestrian Safety Enhancement Act of 2010)을 통과시켰고, 2011년 1월 버락 오바마 대통령이 이 법안에 서명했다. NHTSA는 30km/h 미만으로 주행하는 하이브리드 및 전기차에 대해 최소 소음 요구 사항을 규정하는 최종 규칙을 2016년에 발표했으며, 단계적으로 적용되어 2020년 9월부터 모든 해당 신차에 의무적으로 적용되었다.
* 유럽에서는 2014년 4월 유럽 의회가 AVAS 장착을 의무화하는 법률을 승인했으며, 2019년 7월 1일부터 모든 새로운 형식의 전기 및 하이브리드 자동차에, 2021년 7월부터는 모든 신규 등록 차량에 AVAS 장착이 의무화되었다.

법제화 이전에도 일부 자동차 제조사들은 자발적으로 경고음 시스템을 도입했다. 닛산 리프와 쉐보레 볼트, 닛산 푸가 하이브리드, 피스커 카르마 등이 대표적인 예이다. 토요타는 2010년 8월 일본에서 프리우스가 약 25km/h 속도까지 전기 모드로 주행할 때 인공적인 소리를 내는 장치를 판매하기 시작했으며, 이후 2012년식 프리우스 모델부터 차량 접근 알림 시스템(VPNS)을 미국 시장에 도입했다. 차량이 조용히 주행할 때 내연 기관차와 유사한 소리를 내도록 하는 애프터마켓 기술도 개발되었다.

이러한 규제와 기술 개발을 통해 하이브리드차의 정숙성으로 인해 발생할 수 있는 보행자 안전 문제는 점차 개선되고 있다.

3.3. 가속 성능

전기 모터는 내연 기관과 달리 작동 시작과 거의 동시에 최대 토크를 발생시킬 수 있는 특성이 있다. 이 덕분에 하이브리드 전기차는 정지 상태에서 출발하거나 저속에서 가속할 때 내연 기관 자동차에 비해 상대적으로 빠른 반응성과 강력한 초기 가속력을 보여줄 수 있다.

마일드 하이브리드 시스템에서는 전기 모터가 주로 엔진을 보조하는 역할을 하며, 특히 가속 시 추가적인 추진력을 더해준다. 초기 하이브리드 차량 설계에서도 이러한 개념을 찾아볼 수 있는데, 예를 들어 1905년 앙리 피에퍼가 개발한 하이브리드 차량은 가속하거나 언덕을 오를 때 엔진과 전기 모터를 함께 사용했다.

하이브리드 차량의 에너지 관리 시스템(EMS)은 주행 상황에 맞춰 엔진과 모터 사이의 동력 분배를 최적으로 제어한다. 이를 통해 가속이 필요할 때 모터의 즉각적인 힘을 활용하거나, 엔진과 모터의 힘을 조합하여 효율적이면서도 충분한 가속 성능을 확보한다. 풀 하이브리드 시스템은 전기 모터만으로도 일정 시간 주행이 가능하며, 기계적 동력과 전기적 동력을 유연하게 조합하여 가속 성능을 포함한 전반적인 주행 성능을 높인다.

3.4. 친환경 정책 지원

여러 국가에서는 하이브리드 전기차(HEV) 구매를 장려하기 위해 다양한 인센티브 제도와 친환경 세금 관련 법률을 도입했다.

캐나다에서는 온타리오와 퀘벡 주민이 하이브리드 전기차 구매 또는 임대 시 최대 2000CAD의 주 소매 판매세 환급을 신청할 수 있다. 온타리오는 하이브리드차 사용자에게 친환경 번호판을 발급하기도 했다. 브리티시 컬럼비아 주민은 2011년 4월 1일 이전에 하이브리드 전기차를 구매하거나 임대하는 경우 최대 2000CAD의 판매세를 100% 감면받을 수 있었다(이전에는 최대 1000CAD였다). 프린스 에드워드 아일랜드 주민은 2004년 3월 30일 이후 모든 하이브리드 차량 구매 또는 임대에 대해 최대 3000CAD의 주 판매세 환급을 신청할 수 있다.

이스라엘 하이파에서는 하이브리드 차량이 해당 도시의 주차장에서 자국민에 한해 무료 주차 혜택을 받는다. 페타 티크바와 같은 다른 도시들도 유사한 정책을 도입했다.

일본 정부는 2009년에 노후차 보상제도, 하이브리드 차량 및 기타 저공해 자동차에 대한 세금 감면, 높은 휘발유세(갤런당 약 4.50달러 수준) 등 일련의 정책과 인센티브를 시행했다. 이로 인해 2009년 하이브리드 자동차 판매량은 2008년의 거의 세 배로 증가했다.

요르단에서는 모든 하이브리드 차량에 대한 관세 및 판매세가 차량 가격의 55%에서 25%로 인하되었고, 10년 이상 된 노후 차량을 대체하는 경우 12.5%만 부과되었다. 그러나 2018년 3월, 정부는 세수 증대를 위해 55%의 관세 및 판매세를 다시 부과했다.

말레이시아에서는 2013년 말 CBU(완전 수입) 하이브리드 및 전기차 인센티브 패키지가 만료된 후 해당 차량 가격이 크게 인상되었다. 대상 차종에는 토요타 프리우스, 토요타 프리우스 c, 혼다 시빅 하이브리드, 혼다 인사이트, 혼다 CR-Z, 렉서스 CT200h, 아우디 A6 하이브리드, 미쓰비시 i-MiEV, 닛산 리프 등이 포함된다. 다만, 말레이시아에서 CKD(현지 조립) 방식으로 생산되는 하이브리드 및 전기차에 대한 소비세 및 수입세 면제는 각각 2015년 12월 31일, 2017년 12월 31일까지 연장되었다. 현지 조립된 혼다 재즈 하이브리드, 메르세데스-벤츠 S400 L 하이브리드, 토요타 캠리 하이브리드, 닛산 세레나 S-하이브리드 등이 인센티브 대상이다.

네덜란드에서는 차량 등록세(VRT) 납부 시 하이브리드 전기차 소유자에게 최대 6000EUR의 할인을 제공한다.

뉴질랜드 크라이스트처치에서는 하이브리드 차량이 시의회 주차 건물에서 1시간 무료 주차 혜택을 받는다. 해당 건물이 이미 1시간 무료 주차를 제공하는 경우, 추가로 1시간 무료 혜택을 더 받을 수 있다.

아일랜드 공화국에서는 2012년 12월 31일까지 하이브리드 차량에 대해 최대 1500EUR, 플러그인 하이브리드 차량에 대해 최대 2500EUR의 VRT 할인 혜택을 제공했다. 이전에는 엔진 크기 기준 VRT 요율 시스템 하에서 VRT의 50%까지 감면받을 수 있었으나, 이는 CO₂ 배출량 기반 시스템으로 변경되었다. 고가 SUV 하이브리드 차량 수입 증가로 인한 VRT 수입 감소와 고속 주행 시 하이브리드 엔진의 배출가스 절감 효과 상쇄 가능성에 대한 우려가 제기되기도 했다.

스웨덴에서는 개인 자가용 소유주에게 10000SEK(약 1600USD)의 "친환경 자동차" 보조금을 현금으로 지급한다. 또한, 부가 혜택 자동차의 경우 전기차(EV) 및 하이브리드 전기차(HEV)는 혜택세가 40%, 기타 "친환경 자동차"는 20% 감면된다.

영국에서 하이브리드 전기차 운전자들은 이산화 탄소 배출량 기준 최저 등급의 자동차세 혜택을 받는다. 런던 시내에서는 일일 11.5GBP의 런던 혼잡 통행료 면제 대상이기도 하다. 가장 친환경적인 자동차는 인센티브 시스템에 따라 100% 할인을 받을 수 있으며, 이를 위해 자동차가 Power Shift Register에 등록되어 있어야 했다.

미국에서는 2010년 12월 31일까지 국세청(IRS)이 하이브리드 전기차 구매자에게 최대 3400USD의 연방 소득 세금 공제를 허용했다. 이 세금 공제는 제조사가 60,000대의 신차 판매를 달성한 후 두 분기 동안 점진적으로 폐지되었다. 즉, 한도 도달 후 3~4분기에는 50%, 5~6분기에는 25%로 감소하고 그 이후에는 0%가 되었다. 토요타 자동차(2007년), 혼다(2008년), 포드 자동차(2010년 4월 1일)가 순차적으로 60,000대 한도에 도달하여 해당 제조사 차량의 세금 공제 혜택이 종료되었다. 이 혜택은 2010년 12월 31일에 만료되었다.

또한 미국 일부 주에서는 추가적인 혜택을 제공했다.
* 캘리포니아, 플로리다, 뉴욕, 버지니아 등 일부 주에서는 하이브리드 전기차량이 단독으로 고속도로 HOV 차선에 진입하는 것을 허용했다. 이는 2005년 조지 W. 부시 대통령이 서명한 2005년 교통 형평성 법에 따라 법제화되었다. 캘리포니아에서는 2004년부터 2011년 중반까지 총 85,250명의 하이브리드 소유자가 이 혜택을 받았으나, 2011년 7월 1일에 만료되었다.
* 캘리포니아 등 일부 주에서는 하이브리드 전기차를 2년마다 실시하는 스모그 검사(비용 약 50USD 이상)에서 면제했다.
* 캘리포니아주, 샌호세시는 한때 샌호세 딜러에서 구매한 하이브리드 전기차에 대해 무료 주차 태그를 발급하여 시립 주차장이나 노상 주차 미터 요금을 면제해주었다.
* 캘리포니아주, 로스앤젤레스시는 2004년 10월 1일부터 모든 HEV에 무료 주차를 제공했다.
* 메릴랜드주, 볼티모어시는 2005년 10월부터 시립 주차장의 월 주차 요금 할인을 시작하고 무료 미터 주차를 고려했다.
* 매사추세츠주, 보스턴시 시의회도 2005년 하이브리드 전기차에 대한 유사한 혜택을 고려했다.
* 워싱턴 D.C.의 연간 차량 등록 수수료는 일반 차량(72USD)의 절반인 36USD이다.

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4. 대한민국 내 현황 및 정책

대한민국에서는 2009년 현대자동차가 세계 최초의 액화석유가스(LPG) 기반 하이브리드 차량인 현대 아반떼 LPi 하이브리드를 선보이며 국산 하이브리드 자동차의 역사를 시작했다. 이후 현대자동차그룹을 중심으로 현대 쏘나타 하이브리드, 기아 옵티마 하이브리드 등 다양한 하이브리드 모델이 개발되어 시장에 출시되었다.

4.1. 판매 현황

현대 아반떼 LPi 하이브리드는 2009년 서울 모터쇼에서 공개되었으며, 2009년 7월 대한민국 내수 시장에서 판매가 시작되었다. 이 모델은 액화석유가스(LPG)를 연료로 사용하는 세계 최초의 하이브리드 차량이며, 마일드 하이브리드 방식과 리튬 폴리머 배터리를 처음으로 채택했다. 연비는 mpg_US 41.9이며, CO₂ 배출량은 99g/km로 초저공해차(SULEV) 기준을 만족했다. 이후 2011년에는 현대 쏘나타 하이브리드와 자매 모델인 기아 K5 하이브리드가 미국 시장 등에 출시되었다.

현대자동차그룹(현대자동차, 기아)은 2014년 3월 기준으로 전 세계 누적 하이브리드 판매량 20만 대를 기록했다.

1997년 하이브리드 전기차가 처음 출시된 이후, 2020년 4월까지 전 세계적으로 1,700만 대 이상이 판매되었다. 주요 시장별 누적 판매량을 보면, 일본은 2018년 3월까지 750만 대 이상을 판매하며 시장을 선도하고 있으며, 미국은 2019년까지 540만 대, 유럽은 2020년 7월까지 300만 대를 판매했다. 그 외 국가들의 판매량은 2016년 4월까지 총 50만 대를 넘어섰다.

제조사별로는 토요타 자동차(TMC)가 렉서스 브랜드를 포함하여 2020년 1월까지 전 세계적으로 1,500만 대 이상의 하이브리드를 판매하며 압도적인 선두를 지키고 있다. TMC는 2007년 5월 누적 판매 100만 대, 2017년 1월 1,000만 대, 2020년 1월 1,500만 대 판매를 돌파하는 등 꾸준히 판매량을 늘려왔다. 그 뒤를 이어 혼다는 2014년 6월까지 누적 135만 대 이상, 포드는 2015년 6월까지 미국에서 42만 4천 대 이상(이 중 약 10%는 플러그인 하이브리드)을 판매했다. PSA 푸조 시트로엥은 2013년 12월까지 유럽에서 5만 대 이상의 디젤 하이브리드를 판매했다.

모델별로는 프리우스 패밀리가 2017년 1월 기준으로 누적 판매량 603만 6,100대(플러그인 하이브리드 제외)를 기록하며 전 세계 하이브리드 판매를 이끌고 있다. 이는 1997년 이후 토요타와 렉서스가 판매한 전체 하이브리드 차량의 60%에 해당한다. 이 중 토요타 프리우스 리프트백 모델은 398만 5,000대의 누적 판매량으로 단일 모델 중 가장 많이 팔렸으며, 특히 일본(180만 대 이상)과 미국(175만 대 이상)에서 역대 가장 많이 팔린 하이브리드 자동차이다. 그 뒤를 이어 토요타 아쿠아(일본명)/프리우스 c(해외명)가 138만 대, 프리우스 α(일본명)/프리우스 v(북미명)/프리우스+(유럽명)가 67만 1,200대 판매되었다. 렉서스 브랜드 중에서는 RX 400h/RX 450h가 36만 3,000대로 가장 많이 판매되었고, CT 200h(29만 800대), ES 300h(14만 3,200대) 순이다.

아래는 주요 국가별 하이브리드 전기차 연간 판매량이다.

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📌 열 고정 해제

2007년부터 2015년까지 주요 국가별 하이브리드 전기차 판매량

국가	연도별 하이브리드 차량 판매 또는 등록 대수
	2015	2014	2013	2012	2011	2010	2009	2008	2007
일본(1)	633,200	100만 대 이상	679,100	678,000	316,300	392,200	334,000	94,259	69,015
미국	384,404	452,152	495,771	434,498	268,752	274,210	290,271	312,386	352,274
프랑스(2)	56,030	41,208	46,785	27,730	13,340	9,443	9,399	9,137	7,268
영국	44,580	37,215	29,129	24,900	23,391	22,127	14,645	15,385	15,971
이탈리아	25,240	21,154	14,695	5,885	5,244
네덜란드	22,529	22,908	24,963	21,438	12,622	10,661	8,374	6,464	7,591
스페인	18,406	12,083	10,294	10,030	10,350
독일	13,752	10,341	18,356	19,519	14,874	16,111	16,122	11,837	3,013
캐나다	정보 없음		~15,000	~25,000	정보 없음		16,167	19,963	14,828
전 세계	120만 대 이상	160만 대 이상	130만 대 이상	120만 대 이상	-	-	740,000	511,758	500,405
참고: (1) 토요타/렉서스 판매량만 포함. (2) 2011년에서 2013년 사이 프랑스 등록 차량에는 플러그인 하이브리드 차량이 포함됨.

4.2. 정책 지원

하이브리드 전기차(HEV) 구매를 장려하기 위해 여러 국가에서 인센티브와 친환경 세금 관련 법률을 도입했다.

캐나다 온타리오와 퀘벡 주민은 하이브리드 전기차 구매 또는 임대에 대해 최대 2000CAD의 주 소매 판매세 환급을 신청할 수 있다. 온타리오는 하이브리드차 사용자에게 친환경 번호판을 발급하고 2008년에 관련 혜택을 발표할 예정이었다. 브리티시 컬럼비아 주민은 2011년 4월 1일 이전에 하이브리드 전기차를 구매하거나 임대하는 경우 최대 2000CAD의 판매세를 100% 감면받을 수 있었다(이 혜택은 여러 차례 연장 및 조정되었으나 이후 만료됨). 프린스 에드워드 아일랜드 주민은 2004년 3월 30일 이후 모든 하이브리드 차량 구매 또는 임대에 대해 최대 3000CAD의 주 판매세 환급을 신청할 수 있다.

이스라엘 하이파에서는 하이브리드 차량이 해당 도시의 주차장에서 자국민에 한해 무료 주차 혜택을 받는다. 페타 티크바와 같은 다른 도시들도 하이브리드 차량에 대한 유사한 무료 주차 정책을 도입했다.

2009년 일본 정부는 노후차 보상 프로그램, 하이브리드 차량 및 기타 저공해 자동차에 대한 세금 감면, 휘발유 가격을 갤런당 약 4.5달러로 인상하는 높은 휘발유세 등 일련의 정책과 인센티브를 시행했다. 이로 인해 2009년 하이브리드 자동차 판매량은 2008년의 거의 세 배에 달했다.

요르단에서는 모든 하이브리드 차량에 대한 관세 및 판매세가 차량 가격의 55%에서 25%로 인하되었고, 노후 차량을 대체하는 신규 하이브리드 차량에는 12.5%의 관세 및 판매세가 부과되었다. 그러나 2018년 3월, 정부는 세수 증대를 위해 55%의 관세 및 판매세를 다시 부과했다.

말레이시아에서는 2014년 중반 이후, 완전 수입(CBU) 하이브리드 및 전기차 인센티브 패키지가 2013년 12월 31일에 만료되면서 해당 차량의 가격이 크게 인상되었다. 대상 차종은 토요타 프리우스, 토요타 프리우스 c, 혼다 시빅 하이브리드, 혼다 인사이트, 혼다 CR-Z, 렉서스 CT200h, 아우디 A6 하이브리드, 미쓰비시 i-MiEV, 닛산 리프 등이었다. 그러나 말레이시아에서 조립(CKD)되는 모델에 대한 소비세 및 수입세 면제는 연장되었다(하이브리드는 2015년 12월 31일까지, 전기차는 2017년 12월 31일까지). 현지 조립된 혼다 재즈 하이브리드, 메르세데스-벤츠 S400 L 하이브리드, 토요타 캠리 하이브리드, 닛산 세레나 S-하이브리드 등이 인센티브 대상이었다.

네덜란드에서는 차량 등록세(VRT)를 통해 하이브리드 전기차(HEV) 소유자에게 최대 6000EUR까지 할인을 제공했다.

뉴질랜드 크라이스트처치에서는 하이브리드 차량이 시의회 주차 건물에서 1시간 무료 주차 혜택을 받는다. 해당 건물이 이미 1시간 무료 주차를 제공하는 경우, 하이브리드 차량은 추가로 1시간 무료 혜택을 받을 수 있다.

아일랜드 공화국에서는 2012년 12월 31일까지 하이브리드 차량에 대해 최대 1500EUR, 플러그인 하이브리드 차량에 대해 최대 2500EUR의 VRT 할인 혜택이 제공되었다. 이전에는 엔진 크기 기준의 VRT 시스템 하에서 VRT의 50%까지 감면될 수 있었다. 그러나 고가의 고급 SUV 하이브리드 차량 수입 증가로 인한 VRT 수입 감소와 고속 주행 조건에서 하이브리드 엔진의 배출가스 절감 효과 상쇄 가능성에 대한 우려가 제기되기도 했다.

스웨덴에서는 개인 자가용 소유주에게 10000SEK (약 1600USD)의 "친환경 자동차" 보조금을 현금으로 지급했다. 부가 혜택 자동차의 경우, 전기차(EV) 및 하이브리드 전기차(HEV)에 대해서는 혜택세가 40% 감면되고, 기타 "친환경 자동차"에 대해서는 20% 감면되었다.

영국에서 하이브리드 전기차(HEV) 운전자들은 이산화 탄소 배출량을 기준으로 하는 최저 등급의 자동차세(car tax) 혜택을 받는다. 런던 시내에서는 이 차량들은 또한 일일 11.5GBP의 런던 혼잡 통행료 면제 대상이다. 규제 배출 수준이 낮은 가장 친환경적인 자동차는 인센티브 시스템에 따라 100% 할인을 받을 수 있었다. 이를 위해서는 자동차가 Power Shift Register에 등록되어 있어야 했다. 2007년 기준으로, 여기에는 가장 깨끗한 액화 석유 가스 (LPG) 및 천연 가스 자동차와 대부분의 하이브리드, 배터리, 연료 전지 전기 자동차가 포함되었다.

미국에서는 다양한 연방 및 주 차원의 인센티브가 제공되었다.
* 2010년 12월 31일까지 미국 국세청(IRS)은 하이브리드 전기차 구매자에게 최대 3400USD의 연방 소득 세금 공제를 허용했다. 이 세금 공제는 제조사가 60,000대의 신차 판매를 달성한 후 단계적으로 폐지되었다. 토요타 자동차는 2007년, 혼다는 2008년에 이 한도에 도달했으며, 포드 자동차의 하이브리드 차량은 2010년 4월 1일부터 세금 공제 대상에서 제외되었다. 이 혜택은 2010년 12월 31일에 만료되었다.
* 캘리포니아, 플로리다, 뉴욕, 버지니아 등 일부 주에서는 하이브리드 전기차량(HEV)이 고속도로 HOV 차선에 단독으로 진입하는 것을 허용했다. 이는 2005년 교통 형평성 법 제정으로 공식화되었다. 캘리포니아에서는 2004년부터 2011년 중반까지 약 85,250명의 하이브리드 소유자가 이 혜택을 받았으나, 2011년 7월 1일에 만료되었다.
* 캘리포니아 등 일부 주에서는 하이브리드 전기차를 2년마다 실시하는 스모그 검사에서 면제했다.
* 캘리포니아주, 샌호세시는 한때 하이브리드 전기차에 대해 무료 주차 태그를 발급했으며, 시립 주차장이나 노상 주차 미터에서 무료 주차가 가능했다.
* 캘리포니아주, 로스앤젤레스시는 2004년 10월 1일부터 모든 HEV에 무료 주차를 제공했다.
* 메릴랜드주, 볼티모어시는 2005년 시립 주차장의 월 주차 요금 할인을 시작하고 무료 미터 주차를 고려했다.
* 매사추세츠주, 보스턴시 시의회도 2005년 하이브리드 전기차에 대한 유사한 혜택을 고려했다.
* 워싱턴 D.C.의 연간 차량 등록 수수료는 일반 차량의 절반인 36달러였다.

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4.3. 한계점 및 과제

하이브리드 자동차는 여러 장점에도 불구하고 몇 가지 한계점과 해결해야 할 과제를 안고 있다.

경제성 문제
하이브리드 자동차는 일반적으로 동급의 내연 기관 자동차보다 차량 가격이 비싸다. 기술 개발 초기에는 가격 차이가 2배에 달하는 경우도 있었으나, 현재는 스트롱 하이브리드 기준으로 수십만 1JPY 정도의 차이를 보인다. 마일드 하이브리드의 경우 가격 차이가 100000JPY 이내인 모델도 출시되고 있다. 차량 가격 차이는 제조사, 적용된 하이브리드 시스템, 차종에 따라 크게 달라진다.

또한, 구동용 배터리 교체 비용 등 가솔린차에는 없는 추가적인 유지보수 비용이 발생할 수 있다. 하이브리드 시스템의 복잡성으로 인해 폐차 시 처리 비용이 증가할 가능성도 있다.

차량 가격 차이를 연료비 절감만으로 회수하는 데에는 상당한 시간과 주행 거리가 필요할 수 있다. 예를 들어, 2020년 토요타 코롤라 모델을 기준으로 가솔린 모델과 하이브리드 모델의 가격 차이를 연간 10000km 주행 시 연료비 차이로만 상쇄하려면 약 10.5년이 걸린다는 계산도 있다. (아래 표 참조) 물론 이는 특정 조건 하에서의 계산이며, 실제 회수 기간은 운전 습관, 유가 변동, 정부 보조금 및 세제 혜택 등에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 소형차보다는 대형차에서 연료비 절감 효과가 커 회수 기간이 짧아지는 경향이 있다.

기술적 한계
하이브리드 자동차는 내연 기관과 전기 모터, 배터리 등 두 종류의 동력 시스템을 함께 탑재하므로 구조가 복잡하고 무게가 증가하는 경향이 있다. 과거에는 동급 가솔린차 대비 15~20% 무거웠으나, 기술 발달로 최근에는 5~10% 수준까지 감소했다. 그럼에도 불구하고 중량 증가는 연비에 불리하게 작용할 수 있으며, 타이어나 브레이크 등 관련 부품과 도로에 가해지는 부담을 늘릴 수 있다.

또한, 배터리와 모터 등 추가 부품 탑재로 인해 실내 공간이나 트렁크 공간이 일반 내연 기관차보다 좁아지는 경우가 있다. 일부 모델에서는 스페어 타이어나 3열 시트를 탑재하지 못하기도 한다. 다만, 최근에는 스페어 타이어 대신 펑크 수리 키트를 제공하는 것이 일반화되고 있으며, 하이브리드 시스템의 소형화, 경량화 기술이 발전함에 따라 공간 제약 문제도 점차 개선되고 있다.

안전 측면에서는 고전압(최대 600V) 배터리를 사용하므로 사고 시 감전의 위험이 존재한다. 이에 대비하여 자동차 제조사들은 사고 발생 시 구조대원들을 위한 별도의 안전 매뉴얼을 제공하고 있다.

자원 및 환경 문제
하이브리드 자동차의 핵심 부품인 고성능 모터와 배터리에는 희토류나 코발트와 같은 희소 금속이 사용되는 경우가 많다. 이들 자원은 특정 국가에 매장량이 편중되어 있어, 국제 정세 변화에 따라 가격이 급등하거나 안정적인 수급에 차질이 생길 위험이 있다. 실제로 2010년 센카쿠 열도 중국 어선 충돌 사건 당시 중국이 일본에 대한 희토류 수출을 제한하면서 공급망 불안 문제가 현실화되기도 했다.

환경적인 측면에서 하이브리드 자동차는 저공해 자동차로 분류되지만, 운행 중 엔진을 사용하면 배기 가스를 배출하므로 무공해차는 아니다. 또한, 내연 기관차보다 부품 수가 많아 제조 및 폐기 과정에서 더 많은 에너지와 자원이 소모되어 환경 부하가 커질 수 있다는 지적이 있다. 특히, 사용 후 배터리의 재활용은 기술적으로 가능하지만, 회수 및 처리 과정이 복잡하고 여러 단계를 거쳐야 하는 어려움이 있다.

물론 자동차 제조사들은 이러한 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 토요타는 유럽에서 폐차된 하이브리드 차량의 배터리 회수율을 높이고(2015년 기준 91%, 100% 목표), 회수된 배터리를 재제조하거나 ESS 등으로 재사용하는 방안을 추진하고 있다. 배터리 자체의 내구성도 향상되어 수명이 다할 때까지 교체 없이 사용하는 경우도 늘어나고 있다.

라이프 사이클 평가(LCA) 관점에서 하이브리드 자동차의 친환경성을 평가하려는 연구도 진행 중이다. 생산부터 폐기까지 전 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 고려할 때, 하이브리드 자동차가 내연 기관차보다 환경적으로 우위를 점하려면 일정 거리 이상을 주행해야 한다. 2023년 미국의 한 연구에 따르면, 하이브리드 자동차는 약 16100km~24100km를 주행하면 내연 기관차보다 총 CO2 배출량이 적어지는 반면, BEV는 약 56300km~88510km 주행이 필요한 것으로 추산되었다. PHEV의 경우, 약 201200km 주행 시 전기 자동차보다 오히려 총 CO2 배출량이 적을 수도 있다는 결과도 제시되었다. 이는 현재 기술 수준에서는 하이브리드 자동차가 생산 및 폐기 단계를 포함한 전체 생애 주기에서 여전히 경쟁력 있는 친환경 선택지가 될 수 있음을 시사한다. 하지만 장기적인 관점에서 하이브리드 기술의 환경 기여도에 대해서는 여전히 논쟁의 여지가 있다.

미래 과제
세계적으로 환경 규제가 강화되고 탄소 중립 목표가 중요해짐에 따라, 하이브리드 자동차 역시 지속적인 기술 개발을 통해 연비 효율을 높이고 배출가스를 더욱 줄여야 하는 과제를 안고 있다. 또한, 전기 자동차(EV) 및 수소연료전지차(FCEV)와 같은 제로 에미션차 기술이 빠르게 발전하면서, 하이브리드 자동차는 이들과의 경쟁 속에서 기술적 우위를 확보하고 시장 변화에 대응해야 한다. 유럽 등 일부 지역에서는 하이브리드보다 클린 디젤이나 다운사이징 가솔린 엔진 개발에 집중하기도 했으나, 유럽 자동차 메이커는 하이브리드 기술에서 뒤쳐져 있으며, 개발 자금이 저렴하고 개발 기간도 짧게 끝나며 품질이 좋은 경유 확보가 용이하다는 사정이 있어, 고속 능력에서는 하이브리드차보다 우수한 저연비 디젤차 및 과급기와 소배기량화를 조합한 다운사이징 컨셉 차의 개발을 우선하고 있다. 최근에는 PHEV를 중심으로 하이브리드 라인업을 강화하는 추세이다. 각국의 정책 방향과 기술 발전에 따라 하이브리드 자동차의 입지와 역할은 계속 변화할 것으로 예상된다.

5. 관련 기술

하이브리드 자동차는 두 개 이상의 동력원(원동기)을 가진 자동차를 의미하며, 넓게는 두 종류 이상의 동력원을 가진 차량(HV)을 지칭한다. 현재 일반적으로 하이브리드차라고 불리는 것은 내연 기관(엔진)과 전동기(모터)를 함께 동력원으로 사용하며, 엔진 작동을 보조하고 에너지를 저장하기 위한 2차 전지를 갖춘 전기식 하이브리드차(HEV)이다. 차종에 따라 운전 조건에 맞춰 엔진만으로 주행하거나, 모터만으로 주행하거나, 엔진과 모터를 동시에 사용하여 주행한다.

자동차 보급 초기인 19세기 후반에는 가솔린 자동차의 성능이 증기 자동차나 전기 자동차에 미치지 못했다. 증기나 전기를 축적하여 사용하는 이들 차량은 초기 토크가 크고 조작이 비교적 쉬웠던 반면, 가솔린차는 저속 운전성이 낮고 조작이 복잡했으며 변속기 고장도 잦았다. 그러나 제1차 세계 대전 이후 기계식 구동계의 신뢰성이 향상되고 포드 모델 T의 등장으로 가솔린차가 급격히 보급되면서 다른 방식들은 시장에서 점차 사라졌다.

20세기 후반, 고성능 리튬 이온 2차 전지와 강력한 소형 모터를 가능하게 한 네오디뮴 자석 등이 일본에서 개발되면서 전기 관련 기술이 급속히 발전했다. 20세기 말부터 가솔린 엔진과 대용량 축전지를 결합한 하이브리드차가 주로 일본과 북미에서 판매되기 시작했다. 엔진 발전과 더불어 회생 제동을 통해 에너지를 회수하고 주로 저속 주행 시 전력을 사용하여 배출 가스를 줄이는 방식으로 개발되었다. 2000년대 이후 기술 발전으로 연비가 크게 향상되었고(ULEV화), 외부 전원으로 충전 가능한 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)도 등장했다. 2008년 베이징 모터쇼에서 중국 제조사가 PHEV를 발표했고, 2010년 제네바 모터쇼에서는 유럽 및 미국 제조사들도 하이브리드차를 선보였다. 이러한 기술 진보로 PHEV는 60km/L, 일반 하이브리드차는 30km/L 수준의 높은 연비를 달성하게 되었다.

하이브리드 시스템은 동력 전달 방식에 따라 크게 직렬(시리즈), 병렬(패러렐), 직병렬(파워 스플릿) 방식으로 나뉜다.
* 직렬 하이브리드: 엔진은 발전에만 사용되고 구동은 모터가 담당하는 방식이다. 엔진의 회전력을 직접 동력으로 사용하지 않고 발전기를 돌리는 데 사용하며, 보조적으로 회생 제동을 통해 얻은 전력을 2차 전지에 충전한다.
* 병렬 하이브리드: 엔진과 모터가 병렬로 연결되어 각각 또는 동시에 바퀴를 구동할 수 있는 방식이다. 비교적 큰 출력의 모터를 장착할 수 있어 대형차에 적합한 것으로 평가받는다. 다임러 벤츠, 피아트, 이베코 등이 이 방식을 사용한 바 있다.

한편, 단순히 구동계를 전기 방식으로 바꾼 전기 구동 방식과는 구별된다. 전기 구동 방식(가스-전기, 디젤-전기, 터보-전기 등)은 내연 기관으로 발전기를 돌려 얻은 전력으로 모터를 직접 구동할 뿐, 전력을 저장하는 배터리가 없어 내연 기관이 멈추면 주행할 수 없다. 따라서 이는 하이브리드 자동차(HEV)에 해당하지 않는다.

최근에는 로터리 엔진이나 가스터빈 엔진을 발전용으로 사용하는 하이브리드 방식도 연구되고 있다. 두 종류의 내연 기관을 함께 탑재한 차량(예: 디젤+가스터빈)도 넓은 의미에서는 하이브리드차에 속하지만, 일부 특수 차량에만 적용되므로 일반적으로 하이브리드차 범주에 포함하지 않는다.

5.1. 회생 제동 시스템

하이브리드 자동차는 감속 시 발생하는 운동 에너지를 회수하여 사용하는 회생 제동 시스템을 갖추고 있다. 예를 들어 시리즈 하이브리드 방식에서는 엔진으로 발전할 때의 잉여 전력 및 회생 제동으로 발생한 전력을 배터리(축전지)에 회수하여 사용한다. 엔진 동력을 전기로 변환할 때 에너지 손실이 발생할 수 있는데, 회생 제동(회생 제어)은 이러한 상황에서 에너지 효율을 높이는 데 기여한다.

5.2. 앳킨슨 사이클 엔진

많은 하이브리드 자동차는 앳킨슨 사이클 엔진을 사용한다. 이 엔진은 일반적인 오토 사이클 엔진 방식보다 더 높은 열효율을 제공하는 장점이 있지만, 엔진 크기에 비해 상대적으로 낮은 출력을 낸다는 특징이 있다.

하지만 하이브리드 자동차는 전기 모터가 부족한 엔진 출력을 보조해주기 때문에 이러한 단점을 상쇄할 수 있다. 따라서 앳킨슨 사이클 엔진을 채택하여 차량의 경량화 및 고효율화(연비 향상 등)를 달성하는 경우가 많다.

5.3. 무단 변속기 (CVT)

(내용 없음)

5.4. 기타

가솔린 엔진은 대부분의 하이브리드 전기차 설계에 사용되며, 가까운 미래에도 주류를 유지할 것으로 보인다. 석유에서 추출한 가솔린이 주 연료로 사용되지만, 재생 에너지원에서 생성된 다양한 수준의 에탄올을 혼합하는 것이 가능하다. 대부분의 현대식 내연 기관 차량과 마찬가지로, 하이브리드 전기차(HEV)는 일반적으로 최대 약 15%의 바이오 에탄올을 사용할 수 있다. 제조사들은 허용 비율을 높이는 가변 연료 엔진으로 전환할 수 있지만, 현재로서는 구체적인 계획이 없다.

디젤-전기 HEV는 디젤 엔진을 사용하여 동력을 생성한다. 디젤 엔진은 장기간 일정한 출력을 제공할 때 장점을 가지며, 더 높은 효율로 작동하면서 마모가 덜하다. 디젤 엔진의 높은 토크는 하이브리드 기술과 결합되어 연비를 상당히 향상시킬 수 있다. 대부분의 디젤 차량은 100% 순수 바이오 연료 (바이오 디젤)를 사용할 수 있으므로 연료로 석유를 전혀 사용하지 않을 수 있다(물론 바이오 연료와 석유의 혼합이 더 일반적이다). 이러한 장점은 디젤-전기 HEV에도 적용될 수 있다. 디젤-전기 하이브리드 구동 시스템은 상업용 차량(특히 버스)에 나타나기 시작했다. PSA 푸조 시트로엥의 HYbrid4가 디젤 풀 하이브리드 시스템의 가장 두드러진 예시였으나, 이 시스템은 폭스바겐 디젤 게이트 스캔들 이후 디젤의 인기가 하락하면서 2016년에 단종되었다. 푸조는 2008년 말 유럽 시장을 위해 308의 디젤-전기 하이브리드 버전을 생산할 것으로 예상되었다. PSA 푸조 시트로엥은 푸조 307, 시트로엥 C4 Hybride HDi 및 시트로엥 C-Cactus를 특징으로 하는 디젤-전기 하이브리드 구동 시스템을 갖춘 두 대의 데모 차량을 공개하기도 했다. 폭스바겐은 연비 2L/100km를 달성하는 프로토타입 디젤-전기 하이브리드 자동차를 만들었지만 아직 하이브리드 차량을 판매하지 않았다. 제너럴 모터스(GM)는 오펠 아스트라 디젤 하이브리드를 시험했으며, 2009년 9월 프랑크푸르트 모터쇼에서는 메르세데스와 BMW가 디젤-전기 하이브리드를 전시했다. 로버트 보쉬 GmbH는 푸조 308을 포함하여 다양한 자동차 제조업체와 모델에 하이브리드 디젤-전기 기술을 공급하고 있다. 현재까지 생산된 디젤-전기 엔진은 주로 대중 교통 버스에 등장했다. 페덱스(FedEx)는 미국 이튼 및 유럽 이베코와 함께 소규모 하이브리드 디젤 전기 배송 트럭을 배치하기 시작했으며, 2007년 10월 기준으로 북미, 아시아 및 유럽에서 100대 이상의 디젤 전기 하이브리드를 운영했다.

페달로 작동하는 발전기로 구동되는 전기 모터가 장착된 전기 자전거도 있다. 이는 페달만 사용하는 자전거와 유사하지만 다르다. 또한 전기 배터리를 결합하여 잉여 전력을 저장하며, 이는 회생 제동, 배터리 전기 자동차나 플러그인 하이브리드와 같은 배터리 충전기로 충전할 수 있으며, 내연 기관 자동차에서 엔진을 사용하여 배터리를 충전하는 것처럼 페달 발전기로도 충전할 수 있다. 이러한 차량은 전동기에 전력을 공급하는 두 가지 소스(즉, 발전기를 통한 페달 동력과 배터리 동력)가 있기 때문에 하이브리드로 간주될 수 있다.

현대자동차는 2009년에 액화 석유 가스(LPG)를 연료로 사용하는 최초의 대량 생산 하이브리드 전기 자동차인 현대 엘란트라 LPI 하이브리드를 출시했다.

수소는 자동차에서 연소 가능한 열의 원천이거나, 전기 모터의 전자의 원천으로 사용될 수 있다. 수소 연소는 실용적인 측면에서 개발되지 않고 있으며, 주로 수소 연료 전지 전기 자동차(HFEV)가 연구되고 있다. 수소 연료 전지는 바퀴를 구동하는 전기 모터에 공급되는 전기를 생성한다. 수소는 연소되는 것이 아니라, 분자 수소(H₂)가 산소(O₂)와 결합하여 물(H₂O)을 형성하는 과정에서 전기를 생산한다 (2H₂ + O₂ → 2H₂O). HFEV는 수소 탱크와 대기 중 산소를 이용하는 개방형 연료 전지와, 회생 제동으로 에너지를 저장하는 밀폐형 배터리를 함께 사용하는 경우가 많다. 그러나 HFEV는 순수하게 전기 동력으로만 구동되며 열기관을 포함하지 않으므로, 엄밀히 말해 하이브리드 자동차는 아니다.

태양광 자동차는 태양광 광전지 패널과 전기 배터리를 결합하여 추진력을 얻는다. 배터리는 태양광 패널이나 플러그인 하이브리드처럼 외부 전력망을 통해 충전될 수 있다. 이러한 차량은 두 가지 에너지원(태양광, 저장된 전기)을 사용하므로 기술적으로 하이브리드로 볼 수 있지만, 일반적인 하이브리드 전기차와는 개념이 다르다. 태양광 패널은 배터리를 충전하여 주행 가능 거리를 늘리고, 햇빛이 없을 때 배터리만으로 주행할 수 있게 한다.

하이브리드 차량은 에탄올이나 바이오디젤과 같은 바이오 연료로 작동하는 내연 기관을 사용할 수 있다. 2007년 포드는 실제 테스트를 위해 20대의 시연용 포드 이스케이프 하이브리드 E85를 생산했다. 또한 포드는 2008년에 휘발유 또는 E85로 작동할 수 있는 최초의 가변 연료 플러그인 하이브리드 SUV인 포드 이스케이프 하이브리드 플러그인을 미국 에너지부(DOE)에 전달했다. 쉐보레 볼트 플러그인 하이브리드 전기차는 미국에서 E85와 같은 에탄올 혼합물, 브라질의 순수 알코올 연료(E100) 또는 스웨덴의 바이오디젤 등 여러 세계 시장에서 사용되는 바이오 연료에 대응할 수 있는 최초의 상용 가변 연료 플러그인 하이브리드가 될 예정이었다. 볼트는 출시 후 약 1년 후에 E85 가변 연료를 사용할 수 있게 될 것으로 예상되었다.

하이브리드 시스템은 전기 모터가 엔진 출력을 보조하기 때문에, 차량 총 중량에 비해 배기량이 작고 출력이 낮은 엔진이나, 앳킨슨 사이클 엔진과 같이 더 경량화되고 효율이 높은 엔진을 사용할 수 있다. 또한, 기존 자동차에 사용하기 어려웠던 열효율이 높은 엔진(로터리 엔진 등)을 전기 모터와 결합하여 활용하는 연구도 진행되고 있다.

THS나 혼다의 i-MMD와 같은 스트롱 하이브리드 시스템은 엔진을 구동용으로 사용하면서 동시에 발전을 할 수 있어, 안정적인 고효율을 실현할 수 있다.