[자동차] 전기차 핵심 기술인 회생제동의 원리, 전비 관계 (현대차 연구개발)

 

현대기아차, 쌍용차, 르노삼성 등 차량회사 R&D 지원자분들이나, 친환경차 전비 관련 연구를 진행중인 석박사, 대학생들에게 도움이 될만한 글입니다.

 

회생제동의 원리와 단계 조절의 효과

전기자동차는 내연기관 차량과 달리 엔진 대신 '전기모터'를 탑재하고 있습니다. 기본적으로 전기모터는 플래밍의 오른속법칙, 왼손법칙처럼 전동기(모터)와 발전기 역할을 모두 할 수 있습니다. Input, Output이 무엇이냐에 따라 모터냐, 발전기냐 차이가 있는 것입니다. 모터는 전기를 Input으로 해서 동력이 Output이 되는 것이고, 발전기는 그 반대가 되는 것입니다.

[회생제동의 원리]

출처 : 환경부 전기자동차 누리집

 

이처럼 전기자동차는 주행하기 위해 전기에너지를 보내면 동력을 만들어 사용하게 됩니다. 반대로 전기에너지를 공급하지 않고 동력을 전기에너지로 만드는 과정이 회생제동이 되는 것입니다. 발전기 상태에서 동력이 전기에너지로 회수되면 그만큼 회전이 느려지므로 브레이크를 밟는 것처럼 차가 속도를 잃게 됩니다. 이것이 회생제동의 원리입니다.

즉, 빠른 회전력을 잃으면, 모터의 회전운동에너지가 전기에너지로 전환되는 것이 바로 회생제동입니다. 물리적으로 브레이크를 쓰면 동력이 모두 마찰열로 변하면서 손실되지만, 회생제동을 쓰면 변환 및 충전 손실을 고려하더라도 약 70~80% 에너지가 전기에너지로 충전됩니다. 이러한 에너지 재활용 덕분에 전기자동차의 주행가능 거리는 약 20~30% 향상되는 것입니다. 

회생제동은 1) 전기자동차 엑셀에서 발을 떼거나, 2) 브레이크를 밟거나, 3) 내리막길을 내려갈 때 발생합니다. 회생제동 때문에 탑승자들은 갑자기 차량을 누가 뒤로 당기는 저항력을 느끼게 되는 데, 예민한 사람들은 이러한 느낌때문에 멀미를 느끼기도 합니다. 

회생제동을 통해 발전되는 전기는 차량 인터버를 통해 고압 배터리에 충전되어 나중에 다시 쓸수 있게 됩니다. 제동력이 클수록 더 많은 전기가 전달되어 (플래밍 법칙에 따르면 '속도변화율'에 비례하여 유도전류가 크게 발생) 순간적으로 급속 충전하는 효과가 나타납니다. 

회생제동의 단계(강도)는 차량 제조사 마다 다르게 설정되어 있습니다. 현대기아차는 0~3단계 사이로 차량 운전자 스타일에 맞게 설정이 가능합니다. 0단계는 회생제동이 거의 없는 일반 내연차량 수준이고, 3단계는 i-pedal 모드라고 하여 브레이크를 하나도 밟지 않고 엑셀 조절만으로도 운전이 가능한 수준입니다. 물론 숙련된 발컨이 필요합니다. 테슬라의 경우는 이러한 유저 커스터마이징 회생제동 모드가 없이 오직 하나의 단계의 회생제동 모드가 있으며, 현대기아차의 i-pedal 수준으로 설정되어 있습니다. 테슬라의 이러한 부분은 호불호가 많이 갈리는 부분입니다.

처음에 전기자동차 운전 시 엑셀(가속페달)에서 발을 떼면 회생제동이 즉시 동작한다는 점이 익숙하지 않을 수 있습니다. 완벽히 적응하기까지 필요 이상의 회생제동을 발생시키는 일이 빈번합니다. 회생제동 때문에 탑승자들은 갑자기 차량을 누가 뒤로 당기는 저항력을 느끼게 되는 데, 울컥거림, 울렁거림을 느끼게 되고 심지어 예민한 사람들은 이러한 느낌때문에 멀미를 느끼기도 합니다.  

여전히 기존 운전 스타일을 고수하겠다면 회생제동 강도를 낮춰 탄력운전을 하는 것이 전비 관리에 유리할 수 있습니다. 하지만 회생제동에 대한 적응과 요령이 생긴다면 브레이크 사용을 최소화하면서 전비 향상을 이뤄낼 수 있습니다.

실제 제가 운전하는 기아 EV6의 전력소비량과 회생제동량에 대한 사진입니다. 기아 커넥트 앱을 활용하면 이렇게 전력소비량, 전비(연비), 회생제동량을 확인할 수 있습니다. 1년 넘게 주행하면서 회생제동에 대한 숙련도가 높아졌고, 때에 따라 원페달 드라이빙도 가능할 정도로 회생제동 활용에 능숙함을 가지게 되었습니다. 

누적 전력 소비량이 376.91kWh에 회생제동 생산을 192.7kWh 기록하면서 약 50%에 가까운 회생 제동 발생량을 기록했습니다. 실제 전기차 EV6를 일년 3만 키로미터 주행하면서 한달 전기 충전비는 10만원이 채 되지 않을 정도로 높은 전비를 기록하고 있다는 사실을 다시 한 번 확인했습니다.

이상 전기자동차, 친환경차 회생제동에 대해 알아본 시간이었습니다.

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