현대엠엔소프트 공식 기업 블로그 :: 친환경차의 회생제동 시스템! 더 경제적인 운전을 하다

친환경 자동차에 관심이 많으시다면 회생제동에 대해서도 들어보셨을 겁니다. 회생제동을 한 마디로 설명하자면 제동을 동력으로 바꾸는 기술입니다. 회생제동은 최근 하이브리드차나 전기차 등 전동화 차량에 적용되며 잘 알려졌지만, 실은 1960년대 개발돼 기차 등의 전기 차량에서 유용하게 사용되어 왔습니다. 친환경 자동차가 보편화되면 더 친숙한 기술이 되겠죠? 그때를 기다리며, 회생제동의 원리와 개발돼온 역사, 적용된 사례 등을 함께 살펴보겠습니다.

 

 

1. 회생제동, 어떤 원리로 작동할까?

제동을 동력으로 바꿀 수 있다는 말은 좀처럼 믿기가 어렵습니다. 회생제동은 대체 어떤 원리로 구동되는 것일까요? 핵심은 관성에 있습니다. 원래 브레이크는 운동에너지를 다른 종류의 에너지로 전환하는 장치입니다. 브레이크 페달을 밟거나 가속 페달에서 발을 떼면 차량은 관성의 영향에 따라 기존 운동 상태를 계속 유지하려고 하고, 이때 발생하는 운동에너지를 다른 에너지로 전환하는 것이죠. 전통적인 브레이크 시스템의 경우 관성에너지가 열로 전환되었습니다. 제동에는 효과적이지만, 내부 연소 기관이나 화석 연료가 동력이 되는 차량에서는 전환된 에너지를 활용할 방법이 없었습니다.

 


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브레이크의 기본적인 원리나 종류에 대해 알고 싶다면 지난 포스팅을 다시 읽어보세요. 친환경 운전을 돕는 현대엠엔소프트 지니 넥스트 V5의 무가속 구간 안내에 대한 설명도 확인할 수 있답니다.


 

하지만 전기 자동차에서는 모터(전동기)를 발전기 삼아 운동에너지를 전기에너지로 바꿔 내부 코일을 이용해 배터리에 저장하는 것이 가능합니다. 저장된 전력은 모터 등 차내 전자기기에 재사용이 되고요. 이렇게 제동을 하면서 전력까지 만들어내는 경제적 기술이 바로 회생제동입니다.

 

 

2. 회생제동이 이미 사용되고 있었다고?

회생제동이라는 기술이 등장한 것은 1960년대입니다. 1954년 설립돼 80년대 말까지 크게 번성했던 미국의 자동차 제조회사인 아메리칸모터스(AMC)에서 전기 자동차의 성능을 향상시키기 위해 회생제동을 고안 및 설계했고, 이를 아미트론이라는 콘셉트카에 적용했던 것입니다.

 

친환경차가 보편화되면서 회생제동을 처음 알게 된 분들도 많으실 텐데요. 사실 회생제동은 우리 주변에서 이미 사용되고 있었던 기술입니다. 특히 기차에 유용하게 사용되고 있습니다. 차량 내 구동용 전동기인 주전동기를 발전기 삼아, 여기에서 발생하는 전력을 전차선을 통해 인근에 운행 중인 차량으로 보내거나 변전소로 반송하는 방식으로요. 고속열차의 경우, 사용하는 총 소비전력의 10% 정도가 인근 열차에서 회생제동을 통해 보내온 전력이라고 합니다.

출처: 서울시청 http://bitly.kr/sp2oEK

 

승강기에도 회생제동이 적용됩니다. 승강기는 사람이 타는 부분과 균형을 잡아주는 균형추로 구성되어 있습니다. 우리가 승강기를 타고 위로 올라갈 때 균형추는 하강하는데, 이때 중력이 더해지며 전동기가 발전기로 전환돼 전류(회생전류)가 흐르게 되고 정지하는 순간에도 회생전류가 발생됩니다. 기존에 이렇게 발생하는 에너지를 제동저항에서 모두 열로 소비했는데요.

 

승강기에 자가발전장치(회생제동장치)를 설치 시, 제동저항에서 발생하는 에너지를 모두 사용 가능한 전기로 바꿀 수 있습니다. 버려지는 에너지를 재활용해 전기료를 절감할 수 있는 것이죠. 서울시는 올해 승강기 자가발전장치 설치비를 총 1,800대에 지원한다고 밝혔습니다. 시에 따르면 승강기 자가발전장치를 통해 평균 22%의 전기료를 절감하는 효과를 볼 수 있고, 이에 따라 연간 7억 원 상당이 절감될 예정입니다.

 

 

3. 친환경차의 주행 효율 높여주는 회생제동!

자동차 시장에서 친환경차 열풍이 더 거세지고 있습니다. 실제로 지난 6월 한국자동차산업협회에서 발표한 바에 따르면, 순수 내연기관 승용차 판매는 점차 감소세를 보이는 반면 하이브리드(HEV), 전기차(EV), 수소전기차(FCEV) 등 친환경차 판매가 꾸준히 증가하고 있다고 합니다. 보조금 등의 영향도 있지만, 유지비 절감 등 친환경차만이 가진 장점이 중요한 이유로 작용하는 것으로 분석됩니다.

 

그 중 하나가 회생제동 시스템이죠. 특히 교통 상황이 혼잡해 차량이 가다 서다를 반복하는 도심에서는 상대적으로 제동 횟수가 많아지는데, 이때 회생제동 시스템이 주행의 효율성을 크게 높여줍니다.

아이오닉 하이브리드의 패들쉬프트(회생제동 컨트롤 포함)

출처: 현대자동차 http://bitly.kr/Y74EWx

 

올해 1월 출시된 더 뉴 아이오닉 하이브리드 및 FHEV에는 회생제동 컨트롤이 포함된 패들쉬프트가 모든 트림에 기본 사양으로 적용됐습니다. 해당 차량에 탑재된 패들 쉬프트는 스포츠 모드에서는 수동으로 변속을 제어할 수 있어 운전의 재미를 배가시키고, 에코 모드에서는 회생제동 단계를 조절할 수 있어 연료 효율을 높입니다.

 

현대자동차의 아이오닉 하이브리드를 포함해 코나 일렉트릭, 기아자동차의 니로EV 등 최신 친환경차는 이처럼 스티어링 휠 양쪽 뒤에 시프트패들을 설치해 운전자가 회생제동의 정도를 조절할 수 있게 하고 있습니다. 왼쪽 패들을 당기면 회생제동량이 1단계씩 올라 감속도가 커지고, 오른쪽 패들을 당기면 반대로 감속도가 줄어듭니다. 왼쪽 패들을 계속 당기고 있으면 원페달 드라이빙 기능이 작동해 완전 정차도 가능합니다.

 

또한 현대기아차는 주행 중 도로 경사나 전방차량 주행 상황 등에 따라 자동으로 회생제동 단계를 제어하는 스마트 회생제동 시스템을 통해 불필요한 브레이크 조작을 크게 줄였습니다. 운전자의 피로도는 낮아지고, 연비는 개선되니 일석이조라고 할 수 있습니다. 스마트 회생제동 시스템이 적용된 차량에서, 차의 속도가 10km/h 이상일 때 우측 패들을 1초 이상 당기면 시스템이 활성화되며 도로 경사가 변할 때나 전방 차량과의 차간 거리가 변화할 때, 전방 차량의 속도가 변화할 때만 작동합니다.

 

출처: HMG저널 http://bitly.kr/jiXNvL

 

점점 자동차의 성능이 운전자의 편의와 취향에 따라 맞춤형으로 발전하는 것 같은데요. 현대기아차는 여기에서 한 발 더 나아갔습니다. 올해 4모바일 기반 전기차 튠업(Tune-Up)’ 기술을 세계 최초로 발표한 것입니다. 이는 스마트폰, 태블릿 등 모바일 기기로 전기차의 성능과 효율, 운전감 등을 사용자의 필요에 따라 조절할 수 있는 기술입니다.

 

기존에는 ‘ECO’, ‘NORMAL’, ‘SPORT’ 등 특정 드라이빙 모드만을 선택하고 이에 따라 차량의 모든 성능이 일괄적으로 조정됐다면, 모바일 기반 전기차 튠업 기술을 활용하면 모터 최대토크, 발진 가속감, 감속감, 회생제동량, 최고속도 제한, 응답성, /난방 에너지 등 총 7가지 항목을 일정 범위 안에서 각각 다르게 조정할 수 있습니다. 내연기관차에 비해 기술 적용이 자유롭고 보다 정밀하게 성능 제어가 가능한 친환경차의 장점이 돋보이네요!

 


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4. 계속 발전하는 회생제동시스템!

출처: 현대모비스 http://bitly.kr/t8Ouhz

 

기존 회생제동시스템은 제동 압력 공급부제어부가 분리되어 있었습니다. 그러다 보니 두세 박스로 나누어진 구조 탓에 부피를 많이 차지하고 중량도 많이 나간다는 단점을 가졌죠. 현대모비스는 이를 개선한 전동식 통합회생제동시스템(iMEB, intergrated MOBIS Electronic Brake)’을 지난 해 세계에서 두 번째로. 양산하는 데 성공했습니다.

 

iMEB는 기구-소프트웨어적 측면에서 현존하는 회생제동시스템 중 가장 진보한 형태로 볼 수 있습니다. 먼저 유압 충진식이었던 제동 압력 공급부에 모터를 적용해 전동식 시스템으로 개선했고, 제동 제어부에는 전방 추돌방지 지원시스템(FCA; Front Collision Avoidance), 적응형 순항제어시스템(ASCC; Advanced Smart Cruise Control) ADAS 기능뿐만 아니라 전자식 주차브레이크(EPB; Electronic Parking Brake)까지 통합적으로 적용했습니다. 그 뿐만 아니라 분리형 구조를 개선해 제동 압력 공급부와 제어부를 일체화했습니다.

 

이에 따라 iMEB는 개발 당시 글로벌 선도 제품과 비교했을 때 제동 응답성은 13% 높이고 중량은 5% 낮추는 결과를 얻었습니다. 긴급 제동 거리가 단축되고 연비가 개선되며, 부품 크기가 축소되고 완성차의 가격경쟁력을 낮추는 데에도 일조하게 됐죠. 이렇게 진보한 회생제동시스템인 iMEB는 현대자동차 넥쏘 등에서 경험할 수 있는데, 넥쏘의 에너지 회수율은 무려 85%에 이른다고 하네요!

 


맵피와 함께 에코드라이브 체험하러 가자!

출처: 현대 모터스튜디오 고양 http://bitly.kr/21vw6U

 

자동차에 대한 새로운 경험을 만끽할 수 있는 현대 모터스튜디오에는 다양한 테마시승 프로그램이 마련되어 있습니다. 친환경차를 체험하고 싶은 분이라면 테마시승 프로그램 중 블루 드라이브 챌린지에 도전해보세요. 아이오닉 일렉트릭, 코나 일렉트릭의 주행감성을 체험할 수 있음은 물론, 에코 드라이브 기록이 우수할 경우 소정의 상품도 받을 수 있답니다. 도심, 자동차 전용도로로 구성된 13.5km의 코스를 주행하게 되며 주행에는 30분 정도가 소요됩니다. 홈페이지를 통한 사전예약이 필수라는 점 참고하세요!

 

현대 모터스튜디오 고양

(출발지는 종로구 사직동이며, 도착 예정 시간은 출발 지점에 따라 달라질 수 있습니다.)

 

▶ 주소: 경기도 고양시 일산서구 킨텍스로 217-6 (대화동 2601)

▶ 연락처: 1899-6611

▶ 홈페이지: http://motorstudio.hyundai.com/goyang


 

 

무한동력장치나 영구 기관에 대해 들어보셨나요? 외부에서 주입되는 에너지 없이도 영구적으로 동작하는 가상의 장치를 가리키는 말이죠. 당연히 물리학적으로 불가능한 것이지만, 상당히 매력적인 개념임은 부정할 수 없습니다. 과장을 약간 보태서, 회생제동은 무한동력을 생각나게 하는 멋진 기술인 것 같습니다. 지금 현재 도로와 레일 위에서, 또 건물을 오르내리며 실제로 사용되고 있다는 점, 상당한 에너지를 절감해 환경 보전에 큰 도움이 된다는 점에서 말입니다. 거리에 친환경차가 보다 많아지고, 회생제동을 비롯한 친환경적 기술이 더 발전하기를 바라며 글 마칩니다. 지금까지 현대엠엔소프트 공식 블로그였습니다!

Posted by 현대엠엔소프트

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