전기 자동차 상식 3편 - 전기차의 회생제동

자동차 관련 블로거 카포메이션이다. 이번 포스팅에서는 전기차의 회생제동에 대해서 알아보려고 한다. 1편에서 하이브리드 자동차를 소개할 때 하이브리드 자동차는 주행할 때 알아서 충전이 된다고 말했다. 전기 자동차의 엔진은 모터다. 즉, 모터는 전동기와 발전기 역할을 모두 할 수 있다. 하이브리드 자동차뿐만 아니라 모든 전기차에 있는 배터리는 자동차가 제동할 때 충전을 하며 이 용어를 회생제동이라고 한다. 그러면 모터가 가속을 할 때는 전동기 역할을 하는 것이고 제동을 할 때는 발전기 역할을 하는 것일까? 맞다. 이제 어떤 원리로 회생제동이 가능한지 살펴보자.

복잡한 전기차 모터의 구조

모터가 주행할 때 운동에너지를 제동할 때 전기에너지로 바꾼다고 생각하면 이해가 더 잘 될 것이다. 자동차의 모터는 다른 종류의 전동기고 훨씬 복잡하게 생겼지만 과학의 법칙은 항상 성립하기 때문에 이해가 쉬운 구조를 가진 전동기로 설명하겠다.

오른쪽에 있는 손 모양의 그림만 참고하면 된다

쉬운 구조의 전동기이며 전기차 모터의 쉬운 버전이라고 생각하면 된다

자기장은 N극에서 S극으로 이동하기 때문에 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하고 있다. 전류와 자기장의 방향을 알았다면 위의 주어진 사진으로 힘의 방향을 구할 수 있고 해보면 사진과 같은 방향으로 도선이 회전한다. 이 과정은 우리가 액셀을 밟았을 때 모터에 전류를 흘려줘서 자동차가 가속하는 과정을 나타낸 것이다. 앞에서 자동차가 제동할 때 충전을 하는 것을 회생제동이라고 했는데, 브레이크를 밟든지 안 밟든지 액셀을 떼는 순간부터 회생제동은 시작된다. 액셀을 놓는 것은 모터에 전류를 차단하는 것이다. 액셀을 떼도 도선은 관성 때문에 천천히 회전을 멈출 것이다. 이 말은 전류를 차단해도 도선이 회전 속도가 줄어들기는 하지만 일정 시간 회전한다는 것이다.

플레밍의 오른손법칙

이때 도선의 회전 방향과 자기장 방향을 사용하여 플레밍의 오른손법칙을 사용하면 도선에 유도기전력이 생기고 방향을 구할 수 있다. 쉽게 말해서 전류가 흐른다고 생각하면 된다. 직접 오른손으로 해보면 액셀을 밟았을 때 모터에 흘려주는 전류와 반대 방향으로 유도기전력이 생긴다. 그러면 어떻게 될지 생각해보자. 그렇다 우리가 처음에 오른손을 펴서 힘의 방향을 구한 것과 마찬가지로 똑같이 해보면 전류의 방향이 반대가 됐기 때문에 도선이 받는 힘의 방향도 반대가 된다.

즉 관성에 의해 계속 돌아가던 도선의 힘보다는 약하지만 반대 방향으로 힘이 생겨서 회전의 속도가 줄어드는, 마치 브레이크를 밟는 것과 같은 효과가 생긴다. 이것이 바로 회생제동이다. 이 내용도 쉽지는 않기 때문에 한 번에 이해했다면 정말 대단한 것이다. 전기 자동차에는 단계별로 회생제동이 설정되어 있다. 그래서 회생제동을 아예 사용하지 않을 수도 있고 개입한다면 얼마나 할 것인지도 정할 수 있다. 회생제동을 사용하면 액셀만으로 가속과 제동이 모두 가능하기 때문에 원 풋 드라이빙이 가능하고 연비가 좋아지며 디스크와 브레이크의 수명을 늘려주어 유비지가 절감된다. 이렇게 회생제동의 뜻과 원리까지 살펴봤다. 이해하는데 도움이 됐기를 바라면서 포스팅을 마치도록 하겠다.

 

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