전기자동차의 두번째 브레이크, 회생제동의 원리

 

요즘 도로를 살펴보면 전기자동차 전용 번호판이 부쩍 늘어난 것을 볼 수 있다. 많은 사람들이 전기자동차를 선택할 수 있게 되면서 전기자동차는 더 이상 미래의 이야기가 아니며 동시에 전기자동차에 대한 관심도 부쩍 늘어났다. 전기자동차에 대해 관심을 가지고 알아보면 항상 나오는 단어 ‘회생제동’. 대체 회생제동이란 무엇이고 왜 전기자동차에서 사용되고 있는 것일까?

가장 효율적인 제동, 회생제동

우리가 차량을 멈춰 세우기 위해서 브레이크를 사용하여 제동을 한다. 가끔 브레이크를 자주 잡거나 급정거를 하면 연비가 떨어진다는 이야기를 들어본 적 있을 것이다. 자동차에 없어서는 안되지만 효율적인 면에서는 결코 좋지 못한 제동과정. 이 과정에서 조금이라도 효율을 높여보고자 전기자동차에서는 내연기관과는 조금 다른 방식으로 자동차의 속도를 줄여 나간다. 전기자동차이기에 가능한 일이지만 전기모터가 장착된 하이브리드에도 적용할 수 있다.
회생제동은 제동 시 발생하는 물리적 힘을 이용해 전기자동차의 배터리를 충전시키며 브레이크로 인한 에너지 손실을 막아내어 효율을 늘릴 수 있는 방안을 이야기하는 것이다. 전기자동차라면 대부분 장착되어 있으며 운전을 하면서도 회생제동의 작동여부를 운전자가 느낄 수도 있다. 그렇다면 회생제동은 어떻게 작동할까?

전기모터의 단순한 원리가 만든 회생제동

회생제동은 전기모터의 단순한 원리를 이용하여 작동된다. 쉽게 간단하게 이야기하자면 흔히 우리가 부르는 전기모터는 전기를 만들어내는 발전기와 반대의 개념을 가지고 있다. 전기 에너지가 가해지면 모터는 운동에너지를 만들어내고 운동에너지를 가하면 전기에너지가 발생하는 것이다. 전기자동차에 이 상황을 적용시키자면 엑셀을 밟아 차량을 출발시키면 전기가 공급되면서 모터가 운동에너지를 발생시켜 차량을 출발시키고 엑셀에서 발을 때면 그 순간 주행하던 힘에 의해서 타력주행을 통해서 모터가 반대로 운동에너지를 받아 전기를 생산하기에 발전기가 되는 것이다.
더욱 자세히 설명하자면 모터 내부에는 회전하며 운동에너지를 만드는 회전체와 회전체를 돌리는고정체가 있다. 고정체는 전기 에너지를 가해 회전체를 돌리게 되고 이와 반대로 회전체에 운동에너지가 가해져 회전 할 때는 전기가 발생하게 된다. 하지만 이때 고정체에 자성이 없다면 전기가 발생하지 않는다. 회전체가 운동에너지로 회전을 할 때 고정체에도 자성을 띌 수 있는 약간의 전류가 흘러야 회전체의 회전으로부터 전기가 발생되게 되기에 회생제동 시에는 고정체에 약간의 전류가 흐르게 된다. 그리하여 운동에너지로 회전하는 회전체와 고정체 사이에서 전류가 발생하고 배터리를 충전할 수 있게 되는 것이다.

그렇다면 왜 회생 ’제동’ 일까?

모터가 다시 거꾸로 돌아가면서 전기를 만들어내는데 왜 제동이라고 할까? 그 이유는 바로 차량이 타력주행으로 인해 운동에너지로 인해 회전체가 회전하고 고정체가 자성을 가지게 되면서 발전기로 바뀌며 전기를 만들어내는 동시에 회전체의 회전에 대한 저항으로 인해 모터의 회전속도가 줄어들어 자동차 전체의 제동력이 발생하게 되는 것이다. 실제로 전기자동차를 타고 가다가 엑셀에서 발만 때도 마치 브레이크를 밟은 듯 차량의 속도가 줄어들기 때문에 회생 제동으로 불리게 되는 것이다. 몇몇 차량들은 회생제동으로 강력한 제동이 걸리면 제동등이 켜지는 경우도 있다고 한다.

회생제동, 무조건 좋은건 아니다?

회생제동을 통해서 전기자동차의 제동으로 인한 에너지 손실을 줄이지만 그렇다고 항상 회생제동이 좋은 것은 아니다. 차량의 정차를 위해 회생제동을 사용한다면 좋은 효율을 보여주겠지만 주행 중 단순히 속도를 줄이기 위해 엑셀에서 발을 떼었는데 회생제동이 심하게 걸리면 속도가 줄어 재가속 때 또 다시 에너지를 더 사용해야하기에 오히려 효율을 떨어트릴 수도 있다. 하지만 이에 대비하여 대부분의 전기자동차에는 스티어링 휠 뒤에 패들시프트 형식이나 별도의 버튼을 통해서 회생 제동 개입의 정도를 조절할 수 있게 만들어 회생제동으로 인해 운전의 불편함이나 효율을 떨어트리지 않도록 만들어준다

전기자동차에 있는 디스크 브레이크는 장식인가요?
 
전기자동차에 회생제동이 있지만 디스크 브레이크도 함께 자리를 잡고 있다. 회생제동을 통해서도 속도를 줄여 제동을 할 수 있지만 아직까지 익숙하지 않은 운전자들이 대부분이고 회생제동을 강하게 많이 사용하면 모터에 무리가 가해져 수명에 영향이 있기에 강력하게 회생제동을 사용할 수는 없다. 더불어 브레이크가 없는 자동차를 누가 타겠는가? 그래서 디스크 브레이크가 장착되며 브레이크를 밟으면 전기자동차는 최대한 회생제동을 활용하면서 디스크 브레이크를 통해 제동을 하게 된다.

원 페달 드라이빙을 지향한다.
 
전기자동차가 만들어지고 회생제동이 가능해지면서 많은 제조사들이 ‘원 페달 드라이빙(One pedal-driving)’을 지향하고 있다. 원 페달 드라이빙은 말 그대로 브레이크 페달을 사용하지 않고 가속페달만 이용하여 가속과 회생제동 사이를 오가며 상황에 맞게 제어하며 주행하는 방법이다. 회생제동의 감도를 운전자가 직접 조절하기도 하지만 몇몇 자동차들은 회생제동 감도를 스스로 파악해 자동으로 조절하는 차량도 나오면서 원 페달 드라이빙을 가능케 해준다. 앞으로 전기모터를 사용하는 자동차들이 발전하고 많은 사람들이 사용하고 첨단운전자 지원 시스템(ADAS)과 결합한다면 언젠가 완벽하게 원 페달 드라이빙으로 운전할 수 있는 그런 날이 오지 않을까 싶다.

 

 

 

글: 이기범 에디터(lgb03@naver.com)
사진: Netcarshow
카테고리: 자동차 원리 이야기
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