타이칸이 주행 중 에너지를 얻는 방법은?

탁 트인 아우토반에서 시속 110km로 달리는 중이라고 가정해 보자. 전방에 소형 배달차가 트럭을 추월하려고 차선을 바꾸며 튀어나온다. 안전거리를 유지하며 시속 80km로 감속하면 큰 문제는 일어나지 않는다. 그렇지만 눈 깜짝할 사이 엄청난 에너지가 소모된다. 내연기관 자동차는 브레이크를 밟으면 운동에너지가 사용할 수 없는 열로 변환되기 때문이다. 전기차는 감속할 때 전기모터를 발전기로 사용해서 생성된 전기를 배터리에 저장해 에너지의 상당 부분을 회수한다. 
예를 들어 포르쉐 타이칸은 제동 에너지 상당 부분을 구동 시스템에 사용한다. 이를 회생 제동(recuperation)이라고 부르는 데 기원은 회복을 뜻하는 라틴어 ‘recuperare’로 거슬러 올라간다. 오늘날 회생 제동은 기술 용어로 자리 잡았다. 제동 운동에너지는 속도의 제곱에 비례하므로, 속도가 두 배로 빨라지면 회생 에너지는 네 배로 늘어난다. 타이칸이 시속 100km에서 제동한다면 시속 50km에서 제동할 때보다 네 배 많은 에너지를 생성해낸다. 이 회생 제동과 구동 시스템이 전기차 효율을 결정하는 두 가지 요소다.

타이칸의 비결은? 

바이작 포르쉐 개발 센터 섀시 책임자인 잉고 알버스(Ingo Albers)는 “에너지 회수를 위해 주펜하우젠에서 생산하는 전기모터를 브레이크 시스템에 통합했습니다”라고 기초를 설명한다. 그는 “전기모터는 일반적으로 4 상한 작동으로 제어할 수 있습니다”라고 말한다. 다시 말해 전기모터는 회전 속도와 토크가 동일한 양(+) 방향으로 작동한다는 뜻이다. 모든 전기모터는 발전기 역할도 해낸다. 그러면 전기모터는 계속해서 같은 방향으로 회전하지만, 바퀴를 구동하는 대신 바퀴에 의해 구동된다. 이때는 전기 에너지를 소비하지 않고 만들어낸다. 전기모터를 구동하고 회전자를 자기저항에 거슬러 돌리려면 큰 힘이 필요하므로, 이런 음(-) 토크를 활용하면 차를 감속할 수 있다.

타이칸 전기모터의 제어장치와 전자장비는 브레이크 시스템의 제어 및 로직과 지능적으로 연결된다. 이 방식으로 이전의 유압식 브레이크와 전기모터를 제동할 때 같이 사용할 수 있다. 바이작 개발 센터 전문가들은 복합 회생 제동 전략을 개발했다. 전자장비는 밀리초 단위로 제동 시 전기와 유압의 사용 비율을 결정한다. 운전자는 아무런 차이를 느끼지 못하고 계기판 파워 미터에서만 
읽을 수 있다. 

타이칸 전기모터의 제어장치와 전자장비는 브레이크 시스템의 제어 및 로직과 지능적으로 연결된다. 이 방식으로 이전의 유압식 브레이크와 전기모터를 제동할 때 같이 사용할 수 있다. 바이작 개발 센터 전문가들은 복합 회생 제동 전략을 개발했다. 전자장비는 밀리초 단위로 제동 시 전기와 유압의 사용 비율을 결정한다. 운전자는 아무런 차이를 느끼지 못하고 계기판 파워 미터에서만 
읽을 수 있다. 

“회생 효율을 계속해서 높일 계획입니다.”

잉고 알버스

타이칸은 일상적인 제동 90%에서 완전히 전기로 감속하며 에너지를 회수한다. “물론 최대로 적재한 타이칸이 최고 속도에서 급제동하는 극단적인 상황에서는 최대 제동력을 2MW 이상 확보해야 합니다. 전기 파워트레인만으로는 이 작업을 수행할 수 없어요. 그러면 기존 유압식 브레이크를 더 많이 사용하게 되죠”라고 알버스는 설명한다. 배터리가 이미 가득 차서 회생을 통한 추가 충전이 이뤄지지 않을 때도 유압식 브레이크가 활성화될 수 있다. 유압식 휠 브레이크는 배터리가 가득 찬 상태로 산길을 내려오는 상황까지 대비해 강력하게 설계했다. 포르쉐의 고유한 지능형 컨트롤러와 결합한 전기모터와 전자장비 덕분에 타이칸은 최대 290kW까지 회생할 수 있다. “이 분야에서 최상위 기술이고, 앞으로 이 수치를 더 높일 계획입니다”라고 그는 말한다.

포르쉐의 고유한 방식

일부 자동차 제조사는 운전자가 가속 페달에서 발을 떼는 순간 자동으로 전기 구동장치 회생을 시작하도록 설계한다. 원페달 드라이빙이라고도 부른다. 알버스는 이렇게 설명한다. “타이칸은 이 방식을 선택하지 않았습니다. 운전자는 속도를 낮추기 위해 브레이크 페달을 밟아요. 그렇게 배웠고 그게 자연스럽죠. 운전자는 일관되고 예측 가능한 피드백을 받습니다. 포르쉐는 ABS나 PSM 같은 시스템의 완전 통합도 제공합니다.” 전기모터 제동을 브레이크 시스템에 통합하지 않고 가속 페달에 추가하는 방식이 기술적으로 훨씬 쉽다. “가속 페달에는 회생 제동을 제한적으로 적용했습니다. 운전자는 특히 외곽 도로에서 효율적이고 부드러운 주행감을 경험할 수 있어요.” 

포르쉐는 끊임없는 최적화를 추구하며 늘 포르쉐의 특성을 유지한다. 주펜하우젠이 내놓은 첫 번째 순수 전기 스포츠카도 포르쉐의 고유한 방식인 ‘언제나 최대 효율 추구’를 고집했다. 독창적인 전략을 토대로 타이칸은 제동 에너지 회수, 즉 회생 제동으로 주행거리 3분의 1을 얻는다.