자동차의 브레이크를 밟을 때마다 에너지를 낭비하고 있습니다. 물리학은 에너지가 파괴될 수 없다고 말합니다. 따라서 차가 속도를 낮추면 앞으로 나아가게 하는 운동 에너지가 어딘가로 가야 합니다. 대부분은 단순히 열로 발산되어 무용지물이 됩니다. 일을 하는 데 사용할 수 있었던 그 에너지는 본질적으로 낭비됩니다.
이 에너지 낭비를 멈추기 위해 운전자가 할 수 있는 일이 있습니까? 설마. 대부분의 자동차에서 브레이크는 피할 수 없는 부산물이며 가끔 브레이크를 밟지 않고는 자동차를 운전할 수 없습니다. 그러나 자동차 엔지니어들은 이 문제에 대해 많은 생각을 하고 자동차의 운동 에너지의 대부분을 회수하고 이를 전기로 변환하여 자동차 배터리를 충전하는 데 사용할 수 있는 일종의 제동 시스템을 고안했습니다. 이 시스템을 회생 제동이라고 합니다.
현재 이러한 종류의 브레이크는 주로 Toyota Prius와 같은 하이브리드 차량과 Tesla Roadster와 같은 완전 전기 자동차에서 볼 수 있습니다. 이러한 차량에서는 배터리를 충전 상태로 유지하는 것이 상당히 중요합니다. 그러나 이 기술은 처음에 트롤리 자동차에 사용되었으며 이후 전기 자전거와 심지어 Formula One 경주용 자동차와 같은 의외의 장소에도 적용되었습니다.
전통적인 제동 시스템에서 브레이크 패드는 브레이크 로터와 마찰을 일으켜 차량을 감속하거나 정지시킵니다. 감속된 바퀴와 노면 사이에 추가적인 마찰이 발생합니다. 이 마찰은 자동차의 운동 에너지를 열로 바꾸는 것입니다. 반면에 회생 브레이크의 경우 차량을 구동하는 시스템이 제동의 대부분을 수행합니다. 운전자가 전기 또는 하이브리드 차량의 브레이크 페달을 밟으면 이러한 유형의 브레이크가 차량의 전기 모터를 후진 모드로 전환하여 뒤로 돌아가게 하여 차량의 바퀴를 감속시킵니다. 뒤로 달리는 동안 모터는 발전기 역할도 하여 전기를 생산하여 차량 배터리에 공급됩니다. 이러한 유형의 브레이크는 다른 속도보다 특정 속도에서 더 잘 작동합니다. 실제로, 정지 및 이동 운전 상황에서 가장 효과적입니다. 그러나 하이브리드 및 완전 전기 자동차에는 회생 제동이 단순히 충분한 제동력을 공급하지 못하는 상황에서 일종의 백업 시스템으로 마찰 브레이크가 있습니다. 이러한 경우 운전자는 브레이크 페달이 압력에 다르게 반응할 수 있다는 사실을 인식하는 것이 중요합니다. 페달이 평소보다 바닥을 향해 더 많이 밟히는 경우가 있으며 이러한 감각은 운전자에게 일시적인 공황을 유발할 수 있습니다.
다음 페이지에서는 회생 제동 시스템이 어떻게 작동하는지 자세히 살펴보고 회생 제동이 일반적인 마찰 제동 시스템보다 효율적인 이유에 대해 논의할 것입니다.
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회생 제동은 전기 모터를 사용하는 차량, 주로 완전 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차에 사용됩니다. 전기 모터의 더 흥미로운 특성 중 하나는 한 방향으로 작동할 때 전기 에너지를 작업(예:자동차 바퀴 회전)을 수행하는 데 사용할 수 있는 기계적 에너지로 변환하지만 모터가 반대 방향으로 작동하면 적절하게 설계된 모터가 발전기가 되어 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 이 전기 에너지는 자동차 배터리 충전 시스템에 공급될 수 있습니다.
회생 제동 시스템에서 모터를 뒤로 돌리는 비결은 차량의 운동량을 모터를 역회전시키는 기계적 에너지로 사용하는 것입니다. 추진력은 일단 속도를 내고 나면 차량을 계속 앞으로 나아가게 하는 속성입니다. 모터가 역전되면 모터에서 생성된 전기가 배터리에 다시 공급되어 배터리에서 차가 정지한 후 다시 가속하는 데 사용할 수 있습니다. 모터가 역전되어야 하는 시기를 결정하기 위해서는 정교한 전자 회로가 필요하며, 특수 전기 회로는 모터에서 생성된 전기를 차량 배터리로 라우팅합니다. 어떤 경우에는 이러한 유형의 브레이크에서 생성된 에너지가 나중에 사용하기 위해 일련의 커패시터에 저장됩니다. 또한 이러한 종류의 브레이크를 사용하는 차량에도 표준 마찰 제동 시스템이 있기 때문에 차량의 전자 장치는 어느 시점에 적절한 제동 시스템을 결정해야 합니다. 회생 제동 시스템에서 많은 것이 전자적으로 제어되기 때문에 운전자가 다양한 상황에서 차량이 반응하는 방식을 결정하는 특정 사전 설정을 선택하는 것도 가능합니다. 예를 들어, 일부 차량에서 운전자는 운전자의 발이 가속 페달에서 떨어질 때 즉시 회생 제동을 시작해야 하는지 여부와 제동 시스템이 차량을 0mph(시속 0km)까지 끌어올릴지 아니면 자동차 해안이 약간 있습니다.
자동차 산업에서는 전통적으로 기계적으로 수행되었던 브레이크의 많은 기능이 전자적으로 수행되는 소위 브레이크 바이 와이어 시스템을 향한 일반적인 움직임이 있습니다. 하이브리드 및 전기 자동차는 아마도 이러한 브레이크 유형의 얼리 어답터가 될 것입니다. 현재 여러 자동차 엔지니어들이 회생 제동의 복잡성을 처리하기 위해 다양한 회로 설계를 고안했습니다. 그러나 모든 경우에 제동 회로에서 가장 중요한 부분은 제동 컨트롤러이며, 이에 대해서는 다음 섹션에서 설명합니다.
브레이크 컨트롤러는 브레이크를 원격으로 제어할 수 있는 전자 장치로, 제동 시작, 종료 및 브레이크 적용 속도를 결정합니다. 예를 들어 견인 상황에서 브레이크 컨트롤러는 견인 차량의 브레이크와 트레일러의 브레이크를 조정하는 수단을 제공할 수 있습니다.
회생제동은 ABS(Anti-Lock Brake System)와 함께 구현되므로 회생제동제어장치는 바퀴의 회전속도와 그 속도차를 모니터링하는 ABS제어장치와 유사합니다.
한 바퀴에서 다른 바퀴로. 이러한 종류의 브레이크를 사용하는 차량에서 브레이크 컨트롤러는 바퀴의 속도를 모니터링할 뿐만 아니라 배터리에 피드백할 전기를 생성하는 데 사용할 수 있는 토크(회전력)를 계산할 수 있습니다. 제동 작동 중에 제동 컨트롤러는 모터에서 생성된 전기를 배터리 또는 커패시터로 보냅니다. 배터리가 최적의 전력을 공급받을 수 있도록 하는 동시에 배터리가 처리할 수 있는 것보다 많은 양의 전기가 유입되지 않도록 합니다.
그러나 브레이크 컨트롤러의 가장 중요한 기능은 모터가 현재 자동차를 멈추는 데 필요한 힘을 처리할 수 있는지 여부를 결정하는 것일 수 있습니다. 그렇지 않은 경우 브레이크 컨트롤러가 작업을 마찰 브레이크로 전환하여 가능한 재앙을 방지합니다. 이러한 유형의 브레이크를 사용하는 차량에서 하이브리드 또는 전기 자동차에 탑재된 다른 전자 부품과 마찬가지로 브레이크 컨트롤러는 전체 회생 제동 프로세스를 가능하게 합니다.
하이브리드 자동차는 완전 전기 자동차와 어떻게 다릅니까? 글쎄요, 하이브리드 전기 자동차는 전기 모터와 내연 기관을 모두 사용하여 두 가지 모두에서 최상의 운전 경험을 제공합니다. 내연 기관의 주행 범위와 전기 모터의 연비 및 무배출 특성을 결합합니다. 하이브리드가 최대의 연료 효율성을 갖고 가능한 한 탄소 배출량을 줄이려면 배터리가 가능한 한 오랫동안 충전된 상태를 유지하는 것이 중요합니다. 하이브리드 차량 배터리가 방전되면 내연 기관이 차량에 전력을 공급하는 데 전적으로 책임이 있습니다. 그 시점에서 차량은 더 이상 하이브리드가 아니라 화석 연료를 태우는 또 다른 자동차로 작동합니다.
자동차 엔지니어들은 차체의 공기역학적 능률화와 경량화 재료 사용과 같이 하이브리드에서 최대 효율을 끌어내기 위한 여러 가지 방법을 생각해 냈지만 가장 중요한 것 중 하나는 회생 제동입니다. 그러나 하이브리드 설정에서 이러한 유형의 브레이크는 차량 배터리를 통해 구동계의 전기 모터 부분에만 전력을 공급할 수 있습니다. 내연
이러한 종류의 브레이크는 엔진에 이점이 없습니다.
부분적으로 이러한 효율성은 하이브리드를 충전할 장소를 찾는 것이 극도로 어렵기 때문에 필요합니다. 이는 하이브리드의 내연 기관에 의존하지 않고 장거리 여행을 어렵게 하며, 실제로 하이브리드 소유의 이점 중 일부를 상쇄합니다.
다음 시간에는 이 회생 제동 아이디어를 새롭게 해석하는 방법에 대해 알아보겠습니다.
대체 회생 제동 시스템은 Ford Motor Company와 Eaton Corporation에서 개발 중입니다. 유압식 파워 어시스트라고 합니다. 또는 HPA . HPA를 사용하면 운전자가 브레이크를 밟을 때 차량의 운동 에너지가 차량 내부의 저압 어큐뮬레이터(저장 탱크의 일종)에서 고압 어큐뮬레이터로 작동유를 보내는 가역 펌프에 동력을 공급하는 데 사용됩니다. 압력은 어큐뮬레이터의 질소 가스에 의해 생성되며 유체가 이전에 가스가 차지했던 공간으로 펌핑될 때 압축됩니다. 이것은 차량을 감속시키고 정지시키는 데 도움이 됩니다. 유체는 운전자가 액셀러레이터를 다시 밟을 때까지 어큐뮬레이터에 압력을 가한 상태로 유지되며, 이 지점에서 펌프가 역전되고 가압된 유체는 차량을 가속하는 데 사용되어 제동하기 전에 자동차가 가졌던 운동 에너지를 기계적 에너지로 효과적으로 변환합니다. 차량이 다시 속도를 낼 수 있도록 도와줍니다. 이와 같은 시스템은 감속 중에 차량이 손실하는 운동량의 80%를 저장하고 이를 사용하여 차량을 다시 움직일 수 있을 것으로 예상됩니다[출처:HybridCars.com]. 이 비율은 현재의 회생 제동 시스템에 의해 생성되는 것보다 훨씬 더 인상적인 이득을 나타냅니다. 전자 회생 제동과 마찬가지로 이러한 종류의 브레이크(HPA 시스템)는 가다 서다를 반복하는 교통량이 일반적인 도시 주행에 가장 적합합니다.
지금까지 HPA 시스템은 주로 개념 증명 및 데모 프로젝트에서만 사용되었습니다. 그들은 아직 생산 모델에 대한 준비가 되지 않았습니다. 현재 이러한 유압 브레이크는 소음이 많고 누출이 발생하기 쉽습니다. 그러나 모든 세부 사항이 정리되면 이러한 시스템은 무게가 10,000파운드(4,536kg) 이상인 대형 트럭에 가장 유용할 것입니다.
결국 이 기술은 소형 차량에까지 적용될 수 있습니다. Michigan에 있는 Hybrid-Drive Systems, LLC라는 회사는 1968년형 Volkswagen Beetle을 유압 회생 제동 시스템으로 개조했습니다. 그러나 어큐뮬레이터는 상당한 공간을 차지하며 향후 생산 계획은 밴과 같은 대형 차량에 이 기술을 사용하는 데 더 중점을 둡니다. 한편, 미국 환경 보호국(EPA)은 Eaton Corporation과 협력하여 UPS 배송 트럭에 유압 회생 제동 시스템을 설치했습니다.
기존 자동차의 에너지 효율은 약 20%에 불과하며 나머지 80%는 마찰을 통해 열로 변환됩니다. 회생 제동의 기적적인 점은 낭비되는 에너지의 절반을 포착하여 다시 작동시킬 수 있다는 것입니다. 이를 통해 연료 소비를 10~25% 줄일 수 있습니다. 유압 회생 제동 시스템은 훨씬 더 인상적인 이점을 제공하여 잠재적으로 연료 사용을 25~45% 줄일 수 있습니다[출처:HybridCars.com]. 끝이 보일지도 모르는 세기에
수년 동안 자동차 및 기타 기술에 에너지를 제공하고 탄소 배출에 대한 두려움이 최고조에 달하고 있는 방대한 화석 연료 매장량 중 이러한 추가 효율성은 점점 더 중요해지고 있습니다.
21세기의 시작은 내연 기관이 자동차에 일반적으로 사용되는 마지막 기간을 아주 잘 표시할 수 있습니다. 이미 자동차 제조업체는 대체 에너지 운반선으로 이동하고 있습니다.
전기 배터리, 수소 연료 및 압축 공기와 같은. 회생 제동은 화석 연료로부터 우리의 궁극적인 독립을 향한 작지만 매우 중요한 단계입니다. 이러한 종류의 브레이크를 사용하면 외부 충전기에 연결하지 않고도 배터리를 더 오랫동안 사용할 수 있습니다. 이러한 유형의 브레이크는 또한 완전 전기 자동차의 주행 범위를 확장합니다. 사실, 이 기술은 이미 완전히 배터리 전원으로 작동하는 Tesla Roadster와 같은 자동차를 가져오는 데 도움이 되었습니다. 물론, 이러한 자동차는 충전 단계에서 화석 연료를 사용할 수 있습니다. 즉, 전기 소스가 석탄과 같은 화석 연료에서 오는 경우 하지만 도로에 있을 때는 아무 소용 없이 작동할 수 있습니다. 화석 연료를 전혀 사용하지 않는 것은 큰 진전입니다.
회생 제동의 추가된 효율성은 또한 전기 모터와 회생 브레이크가 있는 하이브리드가 1갤런의 가스로 훨씬 더 멀리 이동할 수 있고 일부는 이 시점에서 갤런당 50마일 이상을 달성할 수 있기 때문에 펌프에서 덜 고통을 의미합니다. 그리고 그것은 대부분의 운전자들이 진정으로 감사할 수 있는 것입니다.
이 간단한 다이어그램은 회생 제동 시스템이 차량의 운동 에너지 중 일부를 회수하여 전기로 변환하는 방법을 보여줍니다. 이 전기는 차량 배터리를 충전하는 데 사용됩니다.
제동 시스템 및 관련 자동차 주제에 대해 자세히 알아보려면 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
최초 발행일:2009년 1월 23일
