전기차는 달리면서도 충전될까? 회생제동 원리 알아보기

안녕하세요, 자스텍엠입니다.

전기차를 운전하다 보면 가속페달에서 발을 떼었을 뿐인데 차량이 자연스럽게 감속하는 느낌을 받을 때가 있습니다.

내연기관 차량보다 감속이 빠르게 느껴지기도 하고, 일부 전기차에서는 가속페달 조작만으로 가속과 감속을 상당 부분 조절할 수도 있는데요.

이 과정에서 전기차는 단순히 속도를 줄이는 것만이 아닙니다. 차량이 움직이면서 가지고 있던 운동에너지의 일부를 다시 전기에너지로 바꿔 배터리에 저장할 수 있습니다.

이러한 방식을 회생제동(Regenerative Braking)이라고 합니다. 그렇다면 자동차가 감속할 때 발생하는 에너지는 어떻게 다시 배터리로 돌아갈 수 있을까요?

자동차가 감속하면 에너지는 어디로 갈까요?

달리고 있는 자동차는 속도와 무게에 따라 일정한 운동에너지를 가지고 있습니다. 차량을 멈추려면 이 운동에너지를 다른 형태의 에너지로 바꿔야 합니다.

일반적인 자동차에서는 브레이크 패드와 디스크 사이에 마찰을 발생시켜 차량의 속도를 줄입니다. 이 과정에서 차량이 가지고 있던 운동에너지의 상당 부분은 열에너지로 변환되어 외부로 방출됩니다. 쉽게 말해 차량을 움직이는 데 사용했던 에너지를 감속 과정에서는 다시 활용하지 못하고 열의 형태로 소비하는 것입니다.

전기차는 여기서 조금 다른 방식을 사용할 수 있습니다. 전기차에는 차량을 움직이는 구동 모터가 있기 때문입니다. 모터를 단순히 차량을 움직이는 용도로만 사용하는 것이 아니라 감속할 때는 반대로 이용해 차량의 운동에너지 일부를 전기에너지로 변환할 수 있습니다. 이렇게 회수된 전기에너지는 다시 배터리로 보내집니다.

회생제동은 어떻게 전기를 만들까요?

전기차가 가속할 때는 배터리에 저장된 전기에너지가 모터로 전달됩니다. 모터는 이 전기에너지를 차량을 움직이는 회전 운동으로 바꿉니다. 주행 중에는 “배터리 → 전기에너지 → 모터 → 차량 구동”의 흐름으로 이해할 수 있습니다.

하지만 차량이 감속할 때는 이 흐름을 반대로 활용할 수 있습니다. 차량의 바퀴가 모터를 회전시키고, 이때 모터가 발전기와 비슷한 역할을 하면서 운동에너지의 일부를 전기에너지로 바꿉니다. 즉, “차량의 움직임 → 모터 회전 → 전기에너지 생성 → 배터리 저장”으로 에너지가 이동합니다.

이 과정에서 차량의 운동에너지가 줄어들기 때문에 자연스럽게 감속하는 힘도 발생합니다. 그래서 전기차에서는 가속페달에서 발을 떼었을 때 내연기관 차량보다 감속이 강하게 느껴지는 경우가 있습니다. 차종에 따라 회생제동의 강도를 운전자가 단계별로 설정할 수 있는 경우도 있습니다.

회생제동을 강하게 설정하면 무조건 효율이 좋아질까요?

회생제동 강도를 높이면 가속페달에서 발을 떼었을 때 차량이 더 빠르게 감속하는 것을 느낄 수 있습니다. 이 때문에 회생제동을 강하게 설정할수록 항상 더 많은 에너지를 회수하고 효율도 좋아질 것이라고 생각하기 쉽습니다.

하지만 실제로는 주행 환경과 운전 상황에 따라 달라질 수 있습니다.

예를 들어 도심에서는 교차로나 신호등 때문에 감속과 정차가 반복됩니다. 이러한 환경에서는 감속 기회가 많기 때문에 회생제동이 작동할 기회 역시 많아질 수 있습니다. 반대로 고속도로에서 일정한 속도로 계속 주행한다면 감속 자체가 적기 때문에 회생제동이 작동할 기회도 상대적으로 줄어듭니다.

또한 불필요하게 반복해서 가속한 뒤 다시 강하게 감속한다면, 회생제동으로 에너지 일부를 되찾더라도 애초에 에너지를 사용하지 않고 일정한 속도를 유지한 것보다 효율적이라고 단정하기 어렵습니다. 따라서 회생제동은 단순히 “강할수록 좋다”기보다는 차량의 운행 환경과 주행 방식에 맞게 활용하는 것이 중요합니다.

브레이크를 밟으면 모든 에너지가 배터리로 돌아갈까요?

회생제동이라는 이름 때문에 차량을 감속할 때 사용한 에너지가 모두 다시 배터리로 돌아간다고 생각할 수도 있습니다. 하지만 실제로는 감속 과정에서 발생하는 에너지 전체를 회수할 수 있는 것은 아닙니다.

차량을 감속하는 데에는 회생제동뿐 아니라 기존의 마찰식 브레이크도 함께 사용될 수 있습니다. 특히 짧은 시간 안에 강한 제동력이 필요한 상황에서는 회생제동만으로 필요한 제동력을 모두 확보하기 어려울 수 있습니다.

이 경우 차량은 회생제동과 마찰제동을 함께 사용해 필요한 감속을 만들어냅니다. 또한 차량 속도가 매우 낮거나 배터리가 회수된 에너지를 충분히 받아들이기 어려운 상태에서도 회생제동이 제한될 수 있습니다. 즉, 실제 제동 과정에서는 차량 상태와 운전 상황에 따라 회생제동과 마찰제동이 적절하게 함께 작동합니다.

배터리가 거의 가득 차 있어도 회생제동이 가능할까요?

회생제동을 통해 만들어진 전기에너지는 다시 배터리로 들어갑니다. 그렇다면 배터리가 이미 거의 가득 충전되어 있다면 어떻게 될까요?

배터리가 추가로 받아들일 수 있는 에너지가 제한된 상태에서는 회생제동을 통해 회수할 수 있는 에너지에도 제한이 생길 수 있습니다. 예를 들어 SOC가 매우 높은 상태에서는 배터리를 보호하고 적절한 충전 상태를 유지하기 위해 회생제동의 강도나 에너지 회수량이 제한될 수 있습니다.

배터리의 온도 역시 영향을 줄 수 있습니다. 배터리 온도가 적절한 범위를 벗어난 경우에는 배터리가 받아들일 수 있는 충전 조건이 달라질 수 있기 때문에 회생제동에도 영향을 줄 수 있습니다.

때문에 같은 차량이라도 배터리 상태와 주행 환경에 따라 회생제동의 느낌이 다르게 나타날 수 있습니다.

회생제동에서도 BMS가 중요한 이유

회생제동을 통해 만들어진 전기에너지가 배터리로 들어가려면 현재 배터리가 어떤 상태인지 알아야 합니다. 여기서 앞서 소개했던 BMS(Battery Management System)가 다시 중요한 역할을 합니다.

BMS는 SOC, 배터리 전압, 전류, 배터리 온도, 셀 상태 등의 정보를 지속적으로 관리합니다. 회생제동 과정에서는 차량의 제어 시스템이 이러한 배터리 상태정보를 참고해 현재 배터리가 회수된 에너지를 받아들일 수 있는지 판단하는 데 활용할 수 있습니다.

예를 들어 배터리가 거의 가득 충전되어 있거나 온도 조건이 적절하지 않다면 차량 시스템에서는 회생제동을 통한 에너지 회수 범위를 조절할 수 있습니다. 즉, 모터가 에너지를 만들어내는 것뿐만 아니라 배터리가 그 에너지를 받아들일 수 있는 상태인지 확인하는 과정도 중요합니다.

회생제동은 주행가능거리에도 영향을 줄까요?

회생제동을 통해 감속 과정에서 에너지 일부를 다시 회수할 수 있기 때문에 차량의 전체적인 에너지 사용 효율에도 영향을 줄 수 있습니다. 특히 정지와 출발이 반복되는 도심 주행처럼 감속 기회가 많은 환경에서는 회생제동을 활용할 수 있는 기회도 많아집니다.

다만 회생제동 하나만으로 전기차의 주행가능거리가 결정되는 것은 아닙니다. SOC, 최근 전비, 주행 속도, 외부 온도, 냉·난방 사용, 도로 환경, 운전 습관 등 다양한 요소가 함께 영향을 줍니다.

결국 회생제동 역시 전기차의 전체적인 에너지 사용 과정 중 하나라고 보는 것이 적절합니다. 전기차는 배터리에 저장된 전기에너지를 이용해 주행하고, 감속할 때는 일부 에너지를 다시 회수하면서 계속해서 에너지를 사용하고 관리합니다.

회생제동은 브레이크 패드 사용에도 영향을 줄까요?

회생제동은 차량을 감속하는 힘을 만들어내기 때문에 일정 부분에서는 마찰식 브레이크의 역할을 대신할 수 있습니다. 따라서 회생제동이 적극적으로 사용되는 환경에서는 브레이크 패드와 디스크가 직접 작동하는 빈도가 줄어들 수 있습니다.

이는 마찰식 브레이크의 소모를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 다만 전기차에도 일반적인 마찰식 브레이크가 반드시 필요합니다. 급제동이나 저속 영역 등 회생제동만으로 충분하지 않은 상황에서는 마찰식 브레이크가 사용되기 때문입니다.

따라서 회생제동은 기존 브레이크를 완전히 대체하는 방식이라기보다 에너지 회수와 감속을 담당하면서 마찰식 브레이크와 함께 작동하는 시스템으로 이해하는 것이 좋습니다.

자스텍엠 시스템에서는 어떻게 활용할 수 있을까요?

회생제동 역시 차량이 에너지를 사용하고 회수하는 전체 과정 중 하나입니다. 전기차의 에너지 사용 특성을 이해하려면 회생제동 하나만 별도로 살펴보기보다 배터리와 운행에 관련된 여러 차량 데이터를 함께 확인하는 것이 중요합니다.

자스텍엠 시스템에서는 차량에서 제공되는 데이터 범위에 따라 전기차의 다양한 운행·배터리 관련 정보를 실시간으로 확인할 수 있습니다.

예를 들어 SOC 정보만 보면 현재 배터리가 얼마나 충전되어 있는지를 확인할 수 있습니다. 여기에 전비와 주행거리, 운행이력, 충전 데이터를 함께 확인하면 해당 차량이 어떤 환경에서 운행되고 있으며 에너지를 어떻게 사용하고 있는지를 보다 폭넓게 이해할 수 있습니다.

특히 여러 대의 전기차를 운영하는 경우에는 차량별 운행 데이터와 에너지 관련 데이터를 비교해 각 차량의 운행 특성을 파악하는 데 활용할 수 있습니다.

* 다만 실제로 확인할 수 있는 데이터 항목은 차종, 제조사, 연식 및 차량에서 제공되는 데이터 범위에 따라 달라질 수 있습니다.

감속하며 버려지던 에너지를 다시 활용하는 회생제동

전기차의 회생제동은 단순히 차량을 감속시키는 기능이 아닙니다.

차량이 움직이면서 가지고 있던 운동에너지의 일부를 모터를 통해 다시 전기에너지로 바꾸고, 이를 배터리에 저장해 이후 주행에 활용할 수 있도록 합니다.

다만 회생제동으로 항상 같은 양의 에너지를 회수할 수 있는 것은 아닙니다. SOC와 배터리 온도, 차량 속도, 요구되는 제동력, 주행 환경 등에 따라 작동 범위와 에너지 회수량은 달라질 수 있습니다.

또한 회생제동과 마찰식 브레이크는 서로 완전히 분리된 기술이라기보다, 차량이 필요한 감속을 안정적으로 수행할 수 있도록 함께 활용됩니다. 전기차에서는 이처럼 “주행 → 에너지 소비 → 감속 → 에너지 회수 → 재사용”이라는 과정이 반복됩니다.

따라서 전기차의 효율을 이해하려면 단순히 배터리 잔량이나 주행거리 하나만 보는 것이 아니라, 운행과 충전, 에너지 소비와 관련된 여러 차량 데이터를 함께 살펴보는 것이 중요합니다.