달리면서 자동차 배터리를 충전, 전기차 EV 회생 제동 재생 시스템

회생제동재생 시 스템 (Regenerative Braking) 어떻게 작동할까?

 

요즈음 기름값 때문에 전기차, 하이브리드 자동차(HEV)에 대해서  관심이 많으시죠. 자동차 회생제동 시스템이라고 들어 보셨나요?

 

영어로 " Regenerative Braking "  왜 한국에서 회생 재동 시스템이라고 부르는지는 모르겠으나, 여기서는 " 회생 재동 시스템"  또는  " 제동 재생 시스템" 은 같은 뜻입니다.

 

제동 재생 장치는 운전다가 브레이크를 밝으면 그때 전기에너지를 발생시키고, 그 발생된 에너지는 배터리를 충전하여 모터를 구동시켜 차량을 주행시키는 제동장치입니다.

 

제동 재생 시스템은 고급 및 보조 제동 시스템입니다.

 

현대식 전기/하이브리드 차량에서 기존 브레이크 시스템과 함께 사용됩니다. 테슬라, 도요타, 폭스바겐, 메르세데스와 같은 제조업체들의 최신 차량은 대부분 회생 제동 기술을 사용한다.

 

 

전기차 회생제동재생 시스템 사용하는 이유는?

 

 

특히 전기차가 (EV)가 회생 제동을 사용하는 이유는 회생 제동이 없으면 EV는 플러그를 뽑고 주행을 시작하는 순간 자동차 배터리에 저장된 충전량에 의해 제한됩니다.

회생 제동을 통해 차량은 배터리에 저장된 것 이상의 추가 전력을 계속 생산할 수 있습니다.

 

차량을 가속하기 위해 소비된 배터리 전력 중 일부는 차량이 속도를 줄이거나 멈출 때마다 회수되어 저장되며, 그 전력은 나중에 차량을 다시 가속하는 데 사용할 수 있기 때문입니다.

 

EV를 보다 효율적으로 만들고 주행 거리를 확장하는 것 외에도 회생 제동은 공해 감소라는 또 다른 유익한 부산물이 있습니다.

 

EV에는 기존 브레이크가 장착되어 있지만 동급 ICE 차량보다 훨씬 적게 사용됩니다. 즉, 자주 정비할 필요가 없고 브레이크 먼지가 훨씬 적습니다.

브레이크 분진은 대기 오염에 기여하고 흡입 시 호흡기 합병증을 유발할 수 있기 때문에 사이언스 데일리에 따르면 적은 양일수록 좋은 것으로 보입니다.

 

일반적인 브레이크는 브레이크 패드와 브레이크 디스크 사이에 마찰을 일으키고, 이 마찰 운동 에너지는 열로 낭비되고 변환합니다. 그러나 재생 시스템은 폐기된 에너지의 일부를 회수하여 다시 작동시킵니다.

 

이 시스템은 이 폐에너지를 포착하여 전기로 변환합니다. 이렇게 재생된 전기는 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 배터리를 충전한다.

 

 

전기차 EV 회생 제동 재생 시스템 원리

 

 

전기차 회생제동재생 시스템 어떻게 작동할까?

 

 

회생 제동 장치에서 전기자동차를 구동하는 모터는 제동 기능도 수행한다.

 

이 시스템은 이중 기능을 가진 전기 모터로 구성됩니다. 한쪽 방향은 모터로 작동하며, 반대 방향은 발전기로도 작동합니다.

 

• 모터로 작동할 때, 전기 에너지를 기계(운동) 에너지로 변환해서 바퀴를 움직입니다.
• 하지만 브레이크를 밟는 동안, 모터가 반대 방향으로 돌면서 발전기를 작동시킵니다.
• 이렇게 생성된 전기를 배터리로 다시 전송하고 충전합니다.
• 전기 또는 하이브리드 차량의 브레이크에 적용하면 전기 모터가 역방향으로 구동됩니다. 따라서 바퀴의 속도가 느려집니다.

회생 제동은 복잡한 전자 회로를 사용하여 모터의 회전 방향 중 하나를 선택합니다.

 

어떤 경우에는 제조업체가 나중에 사용할 수 있도록 전기 에너지를 저장하기 위해 콘덴서를 사용합니다.

 

특히 전기 자동차에서 배터리를 완전히 충전한 상태로 유지하는 것은 매우 도움이 됩니다.

하이브리드 차량의 경우 주행거리를 개선하고 배기가스 배출량을 어느 정도 줄이는 데도 도움이 됩니다.

 

 

참고 사항

회생 제동 시스템 물리적 작동 원리

"에너지 보존의 법칙"에 따라서 작동합니다.

에너지 보존 법칙은 다음과 같이 말합니다.
"에너지는 생성되거나 소멸될 수 없으며, 한 형태의 에너지에서 다른 형태로만 전환될 수 있습니다"

회생제동 시스템에서 : 차량이 주행할 때 : - 전기에너지(배터리)는 모터에 의해 운동에너지(바퀴 회전)로 변환됩니다.
브레이크가 적용될 때: 운동 에너지(바퀴 회전)는 모터에 의해 전기 에너지(배터리 충전)로 변환됩니다( 반대 방향에서 발전기로 작동).

 

 

회생 제동 재생 시스템의 한계 

 

 

재생 시스템에는 몇 가지 한계가 있다.

 

특히 '정지 및 정지' 주행 조건에서 특정 속도까지만 효과적으로 작동합니다.

 

일반적으로 브레이크는 기존 브레이크에 비해 반응속도가 느립니다. 또한, 낮은 속도에서는 매우 효율적이지 않습니다.

 

따라서 제동 동작은 회생 제동에만 맡기지 않는다.

일반 브레이크를 보다 효과적인 방법으로만 보조하는 역할을 합니다. 모터가 차량 속도를 빠르게 늦추지 못할 경우, 전자식 컨트롤 모듈이 기존 마찰 브레이크를 작동시켜 차량을 정지시킵니다.

 

 

전기차(EV)가 여전히 전통적인 브레이크를 사용하는 이유

 

 

EV는 다양한 상황에서 회생 브레이크를 사용하도록 설계되었지만, 모든 EV에는 기존 제동 시스템도 장착되어 있습니다.

 

이 두 번째 보조 제동 시스템은 긴급 상황에서 추가적인 제동력을 제공하며, EV가 정지해 있어 정지 상태를 유지해야 하는 경우와 같은 특정 상황에서도 이를 대신합니다.

 

일부 EV는 회생 브레이크를 사용하여 차량을 정지시킨 다음 자동으로 기존 브레이크를 작동시켜 , 다시 움직일 때까지 차량을 제자리에 유지합니다.

기존 브레이크 시스템은 그렇게 사용하면 마모가 거의 없고 브레이크 먼지도 발생하지 않습니다.

 

급감 속이 필요한 경우 회생 브레이크의 제동력에 기존 브레이크의 제동력을 더할 수도 있습니다.

이러한 유형의 사용은 약간의 브레이크 마모를 유발하지만, 유사한 상황에서 주행하는 일반 차량에서 볼 수 있는 만큼은 아닙니다.

 

 

전기자동차 회생제동재생 시스템 구성 요소

 

1) 모터 /발전기

2) 배터리

3) 모터 컨트롤러(제어 및 조절기)

 

 

1) 모터/발전기

 

모터 두 가지 기능을 수행합니다. 차량이 배터리의 전기 에너지로 주행할 때 모터로 작동하고 브레이크가 걸리면 발전기로 작동하여 배터리를 충전합니다.

 

2) 배터리

 

배터리는 차량을 운행하는 모터에 전기 에너지를 공급합니다. 브레이크가 걸리면 발전기에 의해 충전됩니다.

 

3) 모터 제어기

 

 

 

 

글을 마치며

 

실제 상황에서 회생 제동 재생 시스템은 일반적으로 5~30% 사이의 전기 회수율을 보인다고 합니다.

 

높은 효율은 고속도로 주행과 관련이 있는 반면, 낮은 도시 운전과 관련이 있다고 합니다.

 

아직 브레이크(제동) 역할을 100% 수행하지 못하지만, 전기차의 전반적인 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.