[EV 시대] 달리면서 충전하는 전기차...'회생제동’이란?

바야흐로 전기차 시대가 도래했습니다. 전동화 전환에 속도가 붙으면서 자동차 엔진과 소재, 부품뿐만 아니라 연료를 채우는 방식까지 기존과 달라지고 있습니다. 이 과정에서 무수한 의문점이 생겨납니다. ‘비 오는 날 전기차를 충전해도 될까’와 같은 질문입니다. 이에 IT동아는 전기차의 A부터 Z까지 모든 것을 살펴보는 ‘EV(Electric Vehicle) 시대’ 기고를 격주로 연재합니다.

출처=엔바토엘리먼츠

전기차는 말 그대로 전기를 동력으로 삼아 자동차 바퀴를 움직이게 합니다. 가정에서 사용하는 세탁기와 에어컨, 냉장고 모두 전기를 사용해 모터를 구동하는 것처럼, 전기차 또한 에너지를 공급받아 구동 모터에 전기를 가하면 작동하는 구조입니다.

다만 가전의 경우 발전소에서 전력을 공급받아 모터를 구동하지만, 전기차는 외부로부터 고전압 배터리에 전력을 공급하지 못하면 그야말로 무용지물이 됩니다.

완속충전기. 출처=오산대학교

그렇다면 외부에서 전기를 공급하지 못하면 고전압 배터리를 충전할 수 없을까요? 그렇지 않습니다. 주행 중 가속 페달을 놓으면 관성운전 (회생제동), 즉 바퀴를 통해 모터가 발전기 역할을 해 고전압 배터리로 전력을 충전합니다. 자동차의 바퀴가 굴러가는 운동에너지를 전기에너지로 바꿔 차량의 배터리를 충전하는 기술이라고 할 수 있습니다.

회생제동을 통한 충전량은 어느 정도일까요? 전기차가 회생제동할 때 에너지 환수율은 배터리 용량과 모터의 종류, 차량에 따라 차이가 있지만, 보통은 최대 60~70% 정도의 에너지를 회수할 수 있습니다. 나머지 30~40%는 타이어의 마찰 손실, 모터의 구동 손실, 바람 저항 등의 요인 때문에 배터리로 가지 못하고 손실됩니다.

60~70%의 회수에너지 중에서도 손실이 발생하는 점을 고려하면, 실제로 타이어를 구동하는 데 활용되는 에너지는 20~30% 정도입니다. 즉 회생제동을 사용하지 않는 조건에서 주행했을 때 100km를 주행한다면, 회생제동을 통해 얻은 에너지를 활용할 경우 120~130km 정도를 갈 수 있는 것입니다.

모터 구동 원리. 출처=오산대학교

고속 충전 원리. 출처=오산대학교

회생제동을 통해서 많은 에너지를 회수하려면, 구동 모터에서 에너지 회수가 필요합니다. 회수량에 초점을 맞춰 회생제동 강도를 최대치로 설정한 후 운행 중 가속 페달을 놓으면, 운전자는 뒤에서 잡아당기다가 놓는 듯한 전기차 특유의 회생제동 강도를 느끼게 됩니다. 몸이 앞쪽으로 움직이는 이 느낌이 멀미를 유발하는 경우가 많습니다. 따라서 내연기관차와 비슷한 주행감을 제공하기 위해 각 제조사는 회수되는 에너지를 운전자가 조절하도록 회생제동 강도 조절 기능을 넣습니다.

스티어링 휠에 부착된 패들스위치. 출처=오산대학교

회생제동 강도는 보통 조절 버튼 또는 패들스위치로 결정하도록 구성하며, 계기판에 회생제동 레벨을 알 수 있도록 각 단계별 회생 제동량을 표시합니다. 패들스위치는 보통 스티어링 휠 뒤쪽 좌측과 우측에 (-), (+)로 배치하며, 좌측 패들스위치를 2초 이상 누르면 회생제동 강도를 차량이 스스로 결정하는 오토(Auto)모드로 전환됩니다.

회생제동 강도를 수동으로 조절하도록 선택한 후 각 단계를 조절할 때는 패들 스위치(+) 또는 (-)로 터치해 레벨을 올리거나 내릴 수 있습니다. 이와 같은 회생제동 방식으로 전기차는 달리면서 충전이 가능합니다. 제조사마다 회생제동의 강도를 조절하는 버튼의 위치나 회생제동 강도의 조절 단계가 다를 수 있다는 점을 참고 바랍니다.

글 / 문학훈 오산대학교 자동차과 교수

오산대학교 자동차과 교수로 재직 중인 문학훈 교수는 자동차 정비 기능장이자, 공학박사(명지대학교 대학원 기계공학과 박사)다. 현대자동차 정비연수원과 기아자동차 해외품질실에서 근무한 경험이 있으며, 현재 국토교통부 안전·하자 심의위원으로 활동 중이다.

정리 / 동아닷컴 IT전문 김동진 기자(kdj@itdonga.com)