전기차 회생제동 원리와 효율, 사용법, 전비속도 40km(테슬라 회생제동은?)

전기차 회생제동 원리와 효율, 사용법, 전비속도 40km(테슬라 회생제동은?)

전기차의 핵심 기술 중 하나는 '회생제동'입니다. 회생제동의 사전적 의미는 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 것으로 주로 전기차와 기차에서 유용하게 사용되고 있습니다.

 

차량의 경우 전기자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드, 수소자동차에 전기모터 동력 장치가 탑재된 차량에서 회생제동을 사용합니다. 회생제동은 가속페달을 떼는 순간부터 회생제동 기능이 작동하여 내장된 배터리에 충전합니다.

 

전기차 회생제동 원리와 효율

 

전기차의 경우 주행 중 감속을 할 때 발생하는 에너지를 전기에너지로 전환되면서 전비(연비)가 높아지는 장점이 있지만, 멀미 및 승차감 하락 등으로 적응기간이 필요할 수 있습니다.

(전비는 외부의 전기를 이용해 충전한 배터리량 대비 이동거리를 의미합니다.)

 

지금부터 전기차 회생제동 원리와 효율, 사용법 등에 대해 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

 

전기차 회생제동 원리

 

 

전기차는 시내 주행이 고속도로 주행보다 전비가 더 좋습니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

 

전기차에 탑재되는 모터는 정회전과 역회전이 있습니다.

모터가 정회전을 하게 되면 가속 및 속도 유지로 전기를 소비하게 되고, 모터가 역회전을 하면 감속으로 전기를 발전하게 됩니다. 이를 전기차 및 하이브리드 차량에 적용된 회생제동입니다.

 

그래서 회생제동을 활성화하면 전비(연비)가 상승하게 됩니다.

 

여기서 많은 분들이 오해하시는 것 중 하나가 명칭이 '회생제동'이다 보니 정지가 되었을 때 발전한다고 생각하는 것입니다. 

 

전기차의 회생제동은 주행 중 브레이크를 밟지 않고 엑셀에 발을 떼서 감속을 할때 회생제동이 발생하는 것입니다. 

만약 브레이크를 강하게 밟아 빨리 감속할 경우 회생제동이 줄어들 수 있습니다. 

 

그리고 회생제동이 주로 발생하는 경우는 2가지로

① 평지에서 감속을 할 경우

② 내리막길에서 정속 또는 감속 주행할 경우

이러한 경우에 모터가 역회전이 되면서 전기를 발전하게 됩니다.

 

즉 시내 주행이 고속도로 주행보다 전비가 더 효율적인 이유는 속도의 차이에서 오는 전기 소비량이 달라서입니다. 속도가 높을수록 전기소비량이 많고, 가다 서다 하는 시내 주행에 전기 발전을 더욱 많이 하기 때문입니다.

 

그런데 고속도로나 국도가 내리막길이 많다면 오히려 출발할때보다 배터리가 더 충전되는 경우도 있습니다.

예를 들면 서울-양양 고속도로(서울방향 일부구간), 영동고속도로(서울방향 일부구간), 산 정상에서 내려오는 경우 등입니다.

 

전기차 회생제동 시스템

 

스마트 회생제동 시스템

최근에 출시된 전기차에 탑재된 기술인 '스마트 회생제동 시스템'은 차량 레이더를 통해 도로 경사와 전방 차량의 속도, 거리 등을 분석하여 자동차 스스로 회생제동량을 결정하는 시스템입니다.

 

차량 운행에 있어 앞차와의 간격이 줄어들면 운전자가 브레이크를 밟지 않아도 자동으로 회생제동이 작동하여 속도를 줄여줍니다. 

 

불필요한 브레이크 조작이 80% 이상 줄어들어 운전자의 피로도가 낮아지고 전비를 1.7% 이상 개선할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

 

전비를 높여주는 회생제동 활용 꿀팁!

① 오르막 구간에서는 회생제동량을 최소화 해야 합니다. 그래서 가급적 평지나 오르막길에는 회생제동을 끄는 것이 좋습니다.

 

② 운동에너지를 충전할때 가늘고 길게 회생제동을 쓰면서 속도를 유지하는 것이 좋습니다.

 

③  브레이크가 지나치게 강하면 회생제동 의존도가 감소할 수 있습니다.

 

④ 브레이크를 오래, 길게 밟아야 하는 상황(내리막길, 정지 신호등)에서는 회생제동을 잘 활용하는 것이 좋습니다.

 

 

 

전기차 회생제동 테슬라 회생제동 시스템

테슬라 차량의 회생제동 감도는 3가지 정지모드로 설정할 수 있습니다. 

 

크립모드 회생제동

회생제동 감도는 차이가 있으나 가속페달을 떼는 것으로 정지하지 않습니다. 즉 브레이크 페달을 적절하게 사용해야 하기에 원페달 주행은 어렵습니다.

 

크립모드는 일반 내연기관 자동변속기와 동일한 것으로 D모드시 느리게 전진하며 언덕이나 정지된 상태에서 과속 방지턱을 넘을 때 가속페달을 밟아야 움직입니다.

 

 

롤모드 회생제동

롤모드는 정지에 가깝거나 정차시 중립(N) 상태처럼 차량이 자유롭게 움직이는 상태입니다. 마치 브레이크 체결이 안된 것처럼 내리막길에서 모터힘이 아닌 중력가속도로 움직이는 느낌을 받을 수 있습니다.

 

 

홀드모드 회생제동

가속 페달을 밟았다가 떼면 강한 회생제동이 느껴지며 빠르게 감속하여 정지합니다. 홀드모드를 통해 브레이크 없이 주행 가능한 '원페달 드라이빙'이 가능합니다.

 

가속 페달과 브레이크 페달을 밟지 않는 상태에서 홀드기능이 브레이크 작동 상태를 유지합니다. 다만 내리막길에서 브레이크보다 제동거리가 길어질 수 있으니 브레이크를 적절히 밟으면서 주행해야 합니다.

 

 

테슬라의 회생제동이 익숙하지 않는 분들은 '크립모드'로 편안하게 운전하시는 것을 권장합니다. 하지만 전비 향상을 통해 효율적인 주행을 원하신다면 홀드 모드를 연습하여 원페달 드라이빙으로 주행하는 것이 좋습니다.

 

테슬라는 호토홀드를 통해 효율적인 전비주행이 가능

 

Q. 테슬라에 회생제동 에너지를 얻는 축열식 브레이크 조절 기능을 삭제한 이유는?

테슬라는 회생제동 강도를 2가지 옵션(기본, 낮음)이 있었으나 모델 3 리프레시 이후 설정이 삭제되었습니다. 하지만 해당 기능을 삭제한 이유는 정확하게 테슬라에서 밝히지 않았지만 주행가능 거리를 늘리기 위함이라고 추정하고 있습니다.

 

또한 테슬라에서 밝힌 내용으로 보자면 차량이 감속되는 과정에서 마찰 등으로 약 10~20%를 잃고 회생제동으로 에너지를 회수하는 과정에서 약 10~20%를 잃는다고 합니다.

 

테슬라의 전기차는 회생제동 시급속충전의 충전량에 해당하는데 60kw와 비슷한 충전속도를 보여주지만 이 수치는 얼마나 주행거리를 늘려주는지에 대한 수치는 아닙니다.

 

 

 

전기차 회생제동 효율

전기차와 내연기관 차량의 주행느낌의 가장 큰 차이점은 회생제동 시스템을 활용하는 것으로 가속페달을 떼는 동시에 속도가 확 줄어드는 것입니다. 이 회생제동을 얼마나 적절히 사용하느냐에 따라 전기차의 효율성이 결정됩니다.

 

물론 승차감 하락, 멀미 증상 등이 나타날 수 있으나 적용만 잘한다면 전비를 높일 수 있으니 이득이라고 할 수 있습니다.

 

전기차는 변속기가 없기에 변송충격이 없고 장점이 있고, 회생제동을 잘 활용하여 연비와 주행감을 유지한다면 전기차를 성공적으로 활용한다고 할 수 있습니다. 최근 전기차 제조사에서는 전기 충전량과 감속 충격의 회생제동 비율을 최적화하는데 집중하고 있습니다. 

예를 들면 현대자동차의 '스마트 회생제동 시스템 2.0'과 벤츠 EQ 시리즈의 'D오토모드' 등입니다.

 

회생제동을 잘 활용하는 전기차의 브레이크 패드는 내연기관차의 패드보다 훨씬 오래 탈 수 있습니다.

또한 강한 회생제동이 작동하면 후방 브레이크 등이 점등됩니다. 

 

 

 

전기차 회생제동 전비(연비) 운전

일반 내연기관차량은 70~80km가 연비운전으로 효율이 높습니다. 그리고 도심보다 고속도로에서 연비가 우수한 것으로 알려져 있습니다.

 

 

그럼 전기차는 어떨까요?

아래 표와 같이 35~40km의 속도에서 가장 높은 주행거리를 확인할 수 있고 고속으로 갈수록 주행가능거리가 급속히 줄어들게 됩니다. 

 

주행속도와 주행가능거리 그래프

 

내연기관 차량과 달리 전기차는 상대적으로 저속에서 최적의 연비가 나옵니다. 

 

이는 저속주행 상황에서 전기차는 회생제동을 적극적으로 사용하고, 고속주행 시 회생제동 개입이 어렵기에 내연기관이 더욱 유리하다고 할 수 있습니다.

 

그리고 또 다른 이유는 구동계의 차이에 있습니다. 엔진을 사용하는 내연기관 차량의 엔진 회전수와 토크가 비례하지 않습니다. 즉 내연기관차량의 효율적인 고속주행을 위해서는 변속기를 통해 엔진 회전수를 조절하며 가속해야 합니다.

 

이러한 변속기의 도움으로 내연기관 차량은 2000 rpm 이하에서 효율적인 시속 100km 이상의 고속주행이 가능한 것입니다.

 

 

하지만 전기차의 모터는 출력에 비례하여 모터 회전수를 조절하는데요. 변속기가 없는 전기차는 고속 주행을 위해 상당히 높은 모터 회전수가 필요하기에 에너지 소모량이 증가하고 고속 주행을 할수록 전비는 하락할 수밖에 없습니다.

 

또한 전기차는 변속기가 없어 최대 토크를 낼 수 있는 모터 특성상 엄청난 가속력을 보여주는데요. 실제 테슬라의 제로백(0→100km까지 시간)은 람보르기니보다 빠릅니다.

 

 

결과적으로 전기차는 약 40km 정도 속도에서 가장 좋은 전비(주행거리)를 보여주고, 고속으로 달릴수록 주행가능거리가 줄어들게 됩니다. 전기차의 동력을 담당하는 모터의 특성으로 고속주행 시 높은 회전으로 에너지 소모량이 많기에 고속에서는 효율이 불리하다고 할 수 있습니다.

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정리하자면,

회생제동은 잘 뚫린 고속도로보다 신호대기로 자주 멈춰야 하는 도로에서 효과가 뛰어나고, 고속주행 시 내리막길이 보다 유리합니다.

 

또한 크기가 크고 무거운 차량은 그만큼 더 많은 운동량과 운동 에너지를 가지기에 회생제동이 더욱 효과적이라고 할 수 있습니다.