[전기차이론]회생제동 원리

 

 

자오늘은 회생제동(regenerative braking)에 대해 한번 이야기해 보자 생각보다 어려운 이야기는 아니니 쉽게 쉽게 가보자.

 

출처 현대자동차

 

 

전기차의 핵심기술 뭐 전기차는 내연기관차랑 이게다르다 라는 이야기를 한 번쯤 들어본 적이 있을 것이다.

회생제동이란 단어를 하나의 문장으로로 정리하면 

 

차량이 감속하거나 정지할 때 발생하는 운동 에너지를 회수하여 배터리에 저장하는 시스템

 

정도로 정의할 수 있을 것이다. 일반적인 내연기관 차량의 경우, 제동 시 발생하는 운동 에너지가 열로 변환되어 소모되고 그를 정지시키기 위해 수만은 브레이크 기술이 개발되어 있지만, 회생 제동 시스템을 갖춘 전기 자동차는 이 운동 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장함으로써 에너지 효율을 높이고 주행거리를 향상한다.

 

이 정도의 이야기를 한 번쯤을 들어본 적이 있을 것이다. 이번글에서는 가장 기본이 되는 회생제동의 기본원리에 대해서 설명하는 파트인데 그렇다면 한번 이야기해보자

 

1. 모터와 발전기는 사실 같은 거다?

전기자동차 모터 원리 (2)[ 모터는왜 회전하는가]

 

우선은 이에 대해 논하기 위해서는 모터가 어떤 식으로 동력을 전달하는지 이해가 필요하다.

세부적인 수식이나 이론은 위에 글을 참조해 주길 바라며 이야기를 해보자

 

우선 기본적으로 자석은 자기장을 방출하고 그에 따라 전류를 유도한다.

이에 따라 시간에 따른 자기장의 변화량은 곧 전류 즉 힘을 생선 한다 정도에서 이야기를 시작하자

 

이러한 개념에서 접해보면 결국 가장 쉽게 접근했을 때 모터에 전기를 흘려주면 뺑뺑 돌지만 그와 반대로 돌고 있는 모터 또한 전기를 뺴올수 있다는 개념을 어렵지 않게 유추할 수 있을 것이다.

 

이는 가장 기본적인 페러데이 렌츠의 법칙에서 방향성에 대해서 물리학적인 고찰이 되어있고 여기서 전동기의 전력방정식을 통해 어렵지 않게 추론할 수 있다.

 

여기서 착안해서 시작된 아이디어가 그렇다면 어차피 멈추는데 유압식 브레이크가 꽤나 많은 에너지를 소비하는데 이 에너지를 다시 사용할 수 있지 않을까?라는 곳에서 출발한 아이디어가 회생제동의 가장 기본 골자다.

 

직관적으로 그림을 표현하면 아래와 같은 골자를 가지고 있음에서 이야기는 출발한다.

 

2. 그래서 회생제동은 어떻게 하는 건데?

 

아 그럼 어차피 제동 할 때 모터에서 힘을 빼야 하니까 역방향으로 전기를 빼가면 제동이 되겠구나 정도의 이해를 가지고 있을 것이다. 문제는 여기서 이야기가 끝나는 게 아니라는 거다. 

 

현제 전기차 모터에서 대세화된 pmsm은 3상 교류로 자동차를 구동시키는 경우가 다반사고 회전자계를 통해 이를 전달한다.

 

문제는 기본적인 3상 회전자계로 전류를 생산하는 만큼 우리는 배터리에 전기를 바로 저장할 수 없는 지점이 문제가 된다.

 

일반적으로 우리가 배터리에서는 직류 400V 나 800V로 모터를 발전기로 활용해서 사용하는 전기는 교류기 때문에 바로 배터리에 저장할 수 없다는 게 문제다.

 

3. 발전기로 쓰는 게 끝이 아니라고?

 

모터에서 교류가 나오므로 우리는 이를 우리가 저장할 수 있는 직류로 변환하여 저장해야만 한다.

 

이때 활용되는 것이 인버터로 결론적으로만 말해 생산된 교류를 스위칭 작업을 통해 직류로 바꿔서 저장한다에서 이야기를 이해하자

 

4. 결론

결론적으로 회생제동의 기본원리는 모터는 발전기와 동치로 쓸 수 있고 이를 활용해서 제동 할 때의 힘을 빼온다. 정도의 개념으로 접근할 수 있다. 

 

문제는 이에 따라 발생하는 단점들도 많고 오히려 장점으로 작용하는 상황들이 존재한다는 건데 이는 다음글에서 다루도록 하겠다.

 

전기차 회생제동 산정방식[회생제동 계산법과 SOC]