전기차는 왜 브레이크를 밟으면 충전될까: 회생제동의 원리
전기차를 몰다 보면 내리막이나 감속 때 계기판의 주행 가능 거리가 조금 늘어나기도 합니다. 브레이크를 밟았는데 어떻게 충전이 될까요? 비밀은 모터에 있습니다. 전기차의 모터는 전기를 받아 바퀴를 돌리기도 하지만, 거꾸로 바퀴에 돌려지면서 전기를 만들기도 합니다. 이것이 회생제동입니다.
- 일반 브레이크는 차의 운동에너지를 마찰열로 버립니다.
- 회생제동은 그 에너지 일부를 전기로 바꿔 배터리에 돌려줍니다.
- 회생제동만으로는 부족할 때가 있어 일반 브레이크가 함께 일합니다.
브레이크는 원래 에너지를 버리는 장치입니다
움직이는 차에는 운동에너지가 있습니다. 차를 세우려면 이 에너지를 어디론가 보내야 합니다. 일반 브레이크는 패드로 디스크를 눌러 에너지를 열로 바꿔 공기 중에 버립니다.
그 양은 생각보다 큽니다. 운동에너지는 질량과 속도의 제곱에 비례하기 때문입니다. 무게 2톤인 차로 계산하면 다음과 같습니다.
| 속도 | 운동에너지(계산값) |
|---|---|
| 30km/h | 약 0.02kWh |
| 60km/h | 약 0.08kWh |
| 100km/h | 약 0.21kWh |
운동에너지 = ½ × 질량 × 속도²으로 계산한 값입니다. 전부 회수된다는 뜻은 아니며, 바꾸고 저장하는 과정에서 손실이 생깁니다.
한 번은 작아 보여도 도심에서는 하루에 수십 번 멈춥니다. 회생제동이 도심 주행에서 특히 쓸모 있는 이유입니다.
모터가 발전기로 바뀌는 순간
모터와 발전기는 구조가 비슷합니다. 전기를 넣으면 축이 돌고, 축을 돌리면 전기가 나옵니다. 코일 주변의 자기장이 변하면 코일에 전류가 흐르는 전자기 유도 때문입니다.
발전기는 공짜로 돌아가지 않습니다. 전류가 흐르면 그 전류가 만든 자기력이 회전을 막는 방향으로 작용합니다. 자전거 발전기를 켜면 페달이 무거워지는 것과 같은 원리입니다. 바로 이 저항이 차를 느리게 합니다. 전기를 얻으면서 제동도 되는 셈입니다.
일반 브레이크가 여전히 필요한 이유
미쓰비시 캐나다 법인의 안내는 회생제동이 일반 브레이크를 대신하지 않는다고 설명합니다. 회생제동이 낼 수 있는 힘과 배터리가 받을 수 있는 양에 한계가 있기 때문입니다.
- 급제동: 짧은 시간에 큰 힘이 필요해 일반 브레이크가 더해집니다. 제어 장치가 두 브레이크를 합쳐 페달 느낌이 이어지게 합니다.
- 낮은 속도: 바퀴가 천천히 돌면 전기를 만들기 어렵습니다. 한 정비 전문지는 시속 약 5~11km에서 일반 브레이크로 넘어간다고 설명합니다. 다만 차종마다 다릅니다.
- 배터리 상태: 배터리가 거의 가득 차 있으면 받아들일 자리가 적습니다. 차가운 배터리도 받아들이는 양이 줄 수 있습니다. 이럴 때는 회생제동이 평소보다 약하게 느껴질 수 있습니다.
어디서 효과가 클까
회생제동은 자주 서고 출발하는 도심에서 가장 효과적입니다. 일정한 속도로 달리는 고속도로에서는 브레이크를 쓸 일이 적어 효과도 작습니다. 일반 브레이크 사용이 줄어 패드 교체 주기가 길어질 수 있는 것도 장점입니다.
다만 브레이크를 덜 쓴다고 점검이 필요 없는 것은 아닙니다. 오래 쓰지 않은 디스크에는 녹이 생길 수 있으니 차량 설명서의 점검 주기를 따르는 것이 좋습니다.
정리
회생제동은 버려지던 운동에너지를 전기로 돌려받는 기술입니다. 모터가 발전기로 바뀌며 생기는 저항이 곧 제동력이 됩니다. 그래서 급하게 서기보다 미리 천천히 감속하면 일반 브레이크로 버려지는 에너지가 줄어 더 많이 돌려받기 쉽습니다. 다만 실제로 돌려받는 양은 차종의 제어 방식, 배터리 상태, 타력 주행을 얼마나 하는지에 따라 달라집니다.
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