회생 제동 효율을 측정하는 방법

전기차를 처음 운전했을 때 저는 깜짝 놀랐습니다. 조용한 승차감이나 빠른 가속력이 아니었습니다. 액셀러레이터에서 발을 떼었을 때 일어난 일이었습니다. 차가 저절로 속도를 줄이기 시작했고 대시보드의 작은 게이지에 전력이 공급되고 있다는 표시가 나타났습니다. 다시 배터리로. 마법처럼 느껴졌습니다. 이를 회생 제동이라고 합니다.

이 글에서는 이 "마법"의 장막을 벗겨보려고 합니다. 이 시스템이 어떻게 작동하는지, 그리고 가장 중요한 것은 엔지니어가 효율성을 어떻게 측정하는지 살펴볼 것입니다. 왜 관심을 가져야 할까요? 이를 이해하면 한 번 충전할 때마다 더 많은 거리를 주행하고 비용을 절약하며 더 현명한 전기 또는 하이브리드 차량 소유자가 될 수 있기 때문입니다.

회생 브레이크란 무엇인가요?

이렇게 생각해보세요. 내연기관이 장착된 일반 자동차에서는 브레이크를 밟을 때 마찰식 브레이크를 사용합니다. 이 시스템은 브레이크 패드를 사용하여 디스크에 압력을 가해 마찰을 일으켜 자동차의 속도를 늦춥니다. 움직이는 자동차의 모든 에너지, 즉 운동 에너지는 열로 바뀌고 공기 중으로 열로 손실됩니다. 완전히 에너지 낭비입니다.

전기 자동차(EV)는 훨씬 더 똑똑합니다. 놀라운 일을 하는 회생 제동 시스템이 있습니다. 회생 브레이크는 운동 에너지를 낭비하는 대신 이를 포착합니다. 이 시스템은 차량의 자체 모터를 사용하여 속도를 늦춥니다. 이 과정에서 포집된 에너지는 전기로 전환되어 배터리로 다시 전달됩니다. 따라서 속도를 줄일 때마다 자동차 배터리에 약간의 충전이 다시 이루어집니다. 이는 최신 도로용 차량에서 매우 일반적인 형태의 회생 제동입니다. 회생 제동은 전기 자동차의 효율성을 높이는 핵심 요소입니다.

모터는 어떻게 발전기로 작동하나요?

여기서 진짜 영리함이 발휘됩니다. 자동차를 앞으로 밀어주는 모터가 어떻게 속도를 늦추고 동력을 생성하는 데도 작동할 수 있을까요? 간단한 아이디어입니다. 전기 모터는 전기를 사용하여 움직임을 만들어냅니다. 모터에는 자석과 전선이 있습니다. 전기가 전선을 통해 흐르면 자기장이 생성되어 모터가 회전하고 바퀴를 돌리게 됩니다.

속도를 줄이고 싶을 때 회생 제동 시스템이 이 과정을 역전시킵니다. 모터를 발전기로 전환합니다. 전력을 사용하는 대신 동력을 만들기 시작합니다. 여전히 자동차의 추진력으로 회전하고 있는 바퀴가 이제 모터를 돌립니다. 이렇게 모터는 작은 발전소, 즉 발전기처럼 작동합니다. 이것이 발전기로서의 모터가 작동하는 방식입니다. 전기차의 트랙션 모터는 두 가지 역할을 완벽하게 수행하도록 설계되었습니다. 이 과정에서 전기 에너지를 생성하는 동시에 차량의 속도를 늦추는 제동력을 생성합니다. 회생 브레이크는 아름다운 엔지니어링 작품입니다.

전기 자동차의 운동 에너지는 어디로 가나요?

전기차가 움직일 때는 많은 운동 에너지가 발생합니다. 이는 운동 에너지에 대한 과학 용어입니다. 속도가 빨라지고 차가 무거워질수록 운동 에너지가 많아집니다. 속도를 줄이고 싶을 때는 이 에너지를 없애야 합니다. 회생 브레이크는 자동차가 가장 먼저 사용하는 도구입니다.

가속 페달에서 발을 떼거나 브레이크 페달을 가볍게 밟으면 회생 제동 시스템이 작동합니다. 전기 모터가 바퀴의 회전에 저항하기 시작하여 제동력을 생성합니다. 이 저항으로 인해 속도가 느려집니다. 여분의 운동 에너지는 전기로 변환됩니다. 이 시스템은 에너지를 전기 에너지로 전환합니다. 이 새로운 재생 에너지는 배터리로 보내져 저장됩니다. 저장되는 에너지의 양은 여러 가지 요인에 따라 달라지지만, 회생 브레이크는 항상 가능한 한 많은 에너지를 절약하기 위해 작동합니다.

브레이크 에너지를 모두 회수할 수 없는 이유는 무엇인가요?

회생 브레이크가 100%로 완벽하다고 말씀드리고 싶지만, 그렇지 않습니다. 투입한 운동 에너지를 모두 회수할 수는 없습니다. 그 과정에서 일부 에너지가 손실됩니다. 한 컵에서 다른 컵으로 물을 따르다가 몇 방울을 흘릴 수 있다고 생각하면 됩니다. 모터 자체가 완벽하게 효율적이지는 않습니다. 발전기 역할을 할 때 약간의 열이 발생합니다. 시스템을 제어하는 전자 장치도 약간의 전력을 사용하며 배터리도 전기 에너지를 완벽하게 흡수할 수 없습니다.

다른 한계도 있습니다. 배터리가 이미 100%로 가득 차 있다면 새로운 에너지가 들어갈 곳이 없습니다. 이 경우 회생 브레이크가 작동하지 않고 차량이 일반 마찰 브레이크를 대신 사용하게 됩니다. 배터리가 매우 차가운 경우에도 마찬가지입니다. 차가운 배터리는 충전을 빠르게 받아들이지 못하기 때문입니다. 따라서 회생 브레이크는 훌륭하지만 때때로 회생 제동이 제한될 수 있습니다. 생각만큼 많은 에너지를 회수할 수는 없지만, 회수하는 에너지는 무료입니다. 회생 제동의 효율성이 핵심 지표입니다.

엔지니어는 운동 에너지 회복을 어떻게 측정할까요?

이것이 주요 질문이며, 답은 간단하면서도 복잡합니다. 회생 제동 효율을 측정하는 핵심은 회생 브레이크가 포착하는 에너지의 양과 제동 중 자동차가 손실한 운동 에너지의 양이라는 두 가지 숫자를 비교하는 것입니다. 기본 공식은 다음과 같습니다: 회수된 에너지 / 손실된 에너지 = 회생 효율.

이러한 수치를 얻기 위해 엔지니어는 전기 자동차에 특수 센서를 사용합니다. 이들은 자동차의 속도를 측정하여 운동 에너지의 변화를 계산합니다. 또한 제동 시 배터리에 얼마나 많은 에너지가 다시 유입되는지 정확히 측정하기 위해 배터리에 센서를 장착합니다. 이 센서는 제동력과 회생 브레이크의 제동력을 측정합니다. 이 운동 에너지 회수 프로세스는 정확한 수치를 얻기 위해 실험실과 테스트 트랙에서 반복적으로 테스트됩니다. 이를 통해 미래 자동차의 회생 제동 시스템을 개선하는 데 도움이 됩니다.

회생 브레이크의 성능에 영향을 미치는 요인은 무엇인가요?

차량의 전반적인 효율성은 차량의 부품에만 국한되지 않습니다. 운전자는 회생 브레이크가 얼마나 잘 작동하는지에 큰 영향을 미칩니다. 급제동을 늦게 하면 차량은 회생 브레이크와 함께 강력한 마찰 브레이크를 사용해야 합니다. 이는 운동 에너지 회수가 줄어든다는 것을 의미합니다. 그러나 부드럽게 속도를 줄이고 전방을 주시하면서 회생 제동을 사용하는 연습을 하면 회생 브레이크가 작동할 시간을 더 많이 확보할 수 있습니다.

다른 것도 중요합니다. 고속도로에서 정속 주행을 하면 회생 브레이크를 거의 사용하지 않습니다. 정차 및 출발이 많은 시내 주행에서 회생제동 브레이크의 진가가 빛을 발합니다. 모터의 설계와 차량의 무게도 중요한 역할을 합니다. 내리막길 주행은 회생 브레이크를 사용하기에 완벽한 시기입니다. 내리막길에서 탁월한 제어력을 제공하고 전기를 생산하는 순 발전기 역할을 하여 주행 거리를 크게 늘릴 수 있습니다. 회생 제동 사용은 기술입니다.

하이브리드 전기 자동차에서는 이 시스템이 어떻게 다른가요?

하이브리드 전기차는 특별한 경우입니다. 내연기관과 전기 모터가 모두 탑재되어 있습니다. 즉, 회생 브레이크를 사용할 수도 있습니다. 이 시스템은 완전 전기차와 거의 동일한 방식으로 작동합니다. 운전자가 속도를 줄이면 모터가 제동을 돕고 소형 배터리 팩에 전력을 공급합니다.

일부 하이브리드 차량은 병렬 회생 제동이라는 기능을 사용합니다. 이는 차량의 컴퓨터가 회생 브레이크와 마찰 브레이크를 혼합하여 부드럽게 감속하는 방법을 결정한다는 의미입니다. 목표는 항상 회생 제동을 최대한 많이 사용하는 것입니다. 정차 시 엔진이 꺼지는 것과 함께 회생 제동은 하이브리드 및 전기 자동차가 도심 주행에 매우 유용한 이유입니다. 이러한 하이브리드 전기차는 회생 제동 시스템을 통해 뛰어난 에너지 효율을 얻을 수 있습니다.

회생 브레이크로 전기차를 완전히 정지시킬 수 있나요?

많은 새로운 전기 자동차 모델은 "원페달 주행"이라는 기능을 제공합니다. 저는 이 기능이 마음에 듭니다. 이 기능은 가속 페달에서 발을 떼는 것만으로도 차량 속도를 크게 낮출 수 있을 만큼 회생 브레이크가 강력하며 심지어 완전히 정지할 수도 있습니다. 일반적인 시내 교통 상황에서는 브레이크 페달을 밟을 필요가 거의 없습니다. 따라서 주행이 더 부드러워지고 회생 에너지를 최대한 확보할 수 있습니다.

하지만 항상 백업용으로 일반 마찰 브레이크 시스템을 갖추고 있습니다. 이는 매우 중요한 안전 기능입니다. 회생 브레이크는 갑작스러운 비상 정지에 충분히 강력하지 않을 수 있습니다. 제동 거리를 단축하고 안전을 지키려면 마찰 브레이크의 강력한 기계식 제동이 필요합니다. 또한 어떤 이유로든 전기 제동 시스템이 고장 나면 마찰 브레이크와 회생 브레이크가 함께 작동하지만, 구식 마찰 브레이크는 궁극적인 안전장치입니다. 회생 브레이크만으로는 모든 상황에서 항상 완전히 정지할 수는 없습니다.

운동 에너지 회수 시스템의 역사는 어떻게 되나요?

회생 브레이크에 대한 아이디어는 새로운 것이 아닙니다. 사실 한 세기가 넘도록 사용되어 왔습니다! 회생 제동이 처음 사용된 곳 중 일부는 전기 철도에서도 사용되었습니다. 기차는 엄청난 양의 운동 에너지를 생성합니다. 회생 제동을 사용하여 속도를 늦추고 전력을 그리드로 다시 보내면 경제적, 운영적으로 큰 이점을 얻을 수 있었습니다. 초창기 회생 제동은 전기 견인 시스템의 판도를 바꾸어 놓았습니다.

이 아이디어는 초기 자동차에도 사용되었습니다. 1900년에 출시된 크리거 전기 랜도렛이라는 자동차는 각 앞바퀴에 구동 모터가 장착되어 있었습니다. 이 전기 랜도렛은 내리막길에서 모터가 발전기로 작동하여 배터리를 충전하는 구동 시스템을 갖추고 있었습니다. 크리거 전기 랜도렛은 시대를 앞서 나갔습니다. 현대의 하이브리드 전기 자동차가 등장하기 훨씬 전에 도로용 차량에서 운동 에너지 회수 시스템이 가능하다는 것을 보여주었습니다. 1930년대 초 일부 전기 트롤리의 제동에도 이 원리가 사용되었습니다.

전기 자동차 운전자로서 이것이 어떤 도움이 되나요?

그렇다면 이 모든 기술적 설명이 끝나면 여러분에게는 어떤 의미가 있을까요? 회생 브레이크를 이해하면 크게 세 가지 측면에서 도움이 됩니다. 첫째, 전기차의 주행 거리를 늘릴 수 있습니다. 부드럽게 주행하면서 회생 브레이크가 작동하도록 하면 배터리 충전 거리를 늘릴 수 있습니다.

둘째, 에너지 효율을 개선하여 비용을 절약할 수 있습니다. 에너지가 낭비되는 대신 회수되므로 전기료가 절감됩니다. 또한 마찰 브레이크 패드의 마모를 줄여줍니다. 회생 브레이크가 많은 작업을 수행하기 때문에 기계식 브레이크의 수명이 훨씬 더 길어집니다. 따라서 제동 시스템의 수명이 연장됩니다. 마지막으로, 회생 브레이크는 운전자를 더 부드럽고 매끄러운 운전자로 만들어줍니다. 브레이크 페달과 회생 제동 효과를 익히는 것은 모든 전기차 또는 하이브리드 운전자에게 만족스러운 기술입니다.

기억해야 할 주요 사항

• 무료 에너지입니다: 회생 브레이크는 감속할 때 주행 중인 차량의 에너지를 포착하여 배터리를 위한 전기로 전환합니다.
• 모터가 두 배의 역할을 합니다: 자동차에 동력을 공급하는 동일한 전기 모터가 역으로 발전기로 작동하여 회생 제동 효과를 만들어냅니다.
• 100%는 완벽하지 않습니다: 모든 운동 에너지를 포착할 수는 없습니다. 일부는 열과 시스템 비효율로 인해 항상 손실되지만, 캡처하는 것은 보너스입니다.
• 운전 스타일이 가장 중요합니다: 부드럽게 제동하고 전방을 주시하면 회생 제동 시스템이 최대한 많은 에너지를 회수하여 주행 가능 거리를 늘릴 수 있습니다.
• 단순한 에너지 절약 그 이상을 제공합니다: 회생 제동을 사용하면 기존 마찰식 브레이크 패드의 마모도 줄어들어 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 안전 우선: 차량에는 항상 급정거 시 필요한 백업용으로 마찰 브레이크 시스템이 장착되어 있습니다.