하이브리드 차량 브레이크 밟을 때 어떻게 운동에너지를 전기에너지로 바꾸나요?

Question

하이브리드 차량 브레이크를 밟을 때 운동에너지를 전기에너지로 바꾼다는데, 이때 모터가 발전기 역할을 하는 건가요? 기계공학적으로 역방향 토크가 걸리면서 제동이 되는 원리인지 알고 싶어요.

Answer 1

안녕하세요. 감병주 전문가입니다.

우선 무슨 원리인지부터 설명하자면 하이브리드 차량은 브레이크를 밟으면 구동 모터를 발전기처럼 사용해 차량의 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 회생제동을 사용하게 됩니다.
차량이 굴러가는 힘으로 모터를 역으로 회전시키면 전기가 발생하고 전기는 배터리에 다시 저장되는데 이 과정에서 모터에는 차량의 회전을 방해하는 반대 방향의 토크가 발생해 자연스럽게 속도가 줄어듭니다. 그렇지만 급제동처럼 더 큰 제동력이 필요할 때는 일반적인 마찰식 브레이크도 함께 작동하기도 합니다.
한마디로 버려질 운동에너지를 전기로 회수하면서 동시에 차량을 감속시키는 회생제동의 원리라고 이해하시면 됩니다.

Answer 2

브레이크를 밟을 때 모터가 발전기로 바뀌면서 자동차의 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 것이 핵심적인 원리입니다.

자동차가 달릴 때는 모터가 바퀴를 돌리지만, 브레이크를 밟으면 반대로 바퀴가 모터를 돌립니다. 그러면 모터가 발전기처럼 전기를 만들어 배터리에 충전하는 것이죠.

이러한 과정에서 모터는 바퀴를 거꾸로 잡아당기는 힘, 즉 역방향 토크를 만들어 속도를 줄입니다. 그래서 브레이크를 밟는 효과가 생기는 것이고, 동시에 전기도 충전하는 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.

기계 및 전자기학적 작동 원리

• 모터의 발전기 전환
  가속할때는 배터리의 전기로 모터를 돌려 바퀴를 구동하지만, 브레이크를 밟으면 모터로 가는 전원이 차단됩니다. 이때 차의 관성에 의해 바퀴가 모터의 회전자를 강제로 돌리게 되면서 모터는 발전기로 작동합니다.

• 역방향 토크(역기전력)발생)
  회전자가 돌며 전기를 생산할때, 전자기학의 렌츠의 법칙에 의해 회전을 방해하는 방향의 전자기적 저항(약방향 토크)이 발생합니다. 이 역방향 토크가 바퀴의 회전을 억제하면서 차량이 구동력 손실 없이 부드럽게 제동됩니다.

• 에너지 회수
  이 과정에서 차가 가지고 있던 운동에너지가 전기에너지로 변환되어 고전압 배터리에 저장됩니다.

유압 브레이크와의 협조 제동
강하게 브레이크를 밟거나 완전 정지 직전에는 회생 제동만으로 모자라므로, 기존의 마찰식 유압 브레이크가 함께 개입하는 협조 제동 시스템이 작동합니다.