#친환경자동차의 경우, 제동시 차량의 운동에너지를 전기모터의 발전을 통해 전기에너지로 회수하여 배터리를 충전하는 회생제동이 수행된다. 현대·기아차가 등록한 ‘친환경자동차의 제동 제어 장치 및 방법’ 특허는 모터의 회생 제동 토크를 제어해 유압 제동의 오차를 보상함으로써, 제동 및 감속 시 충격을 줄이고, 제동력 크로스 상황에서 제동력 불일치로 인해 운전성이 떨어지는 것을 막아준다. 쉽게 말해, 전기차 제동시 유압제동과 회생제동 간의 전환 과정에서 발생하는 제동력 불일치 문제를 개선할 수 있는 기술이다.

전기자동차 제동시 마찰열로 소모되는 에너지를 배터리에 저장해 재활용하는 회생제동 방식이 확산, 도입되면서 관련 특허출원도 급증하고 있다.

특허청에 따르면, 회생제동 시스템에 관한 국내 특허출원이 지난 11년간 총 338건이었으며, 2010년 18건에서 2019년 44건으로 크게 늘었다.

회생 제동 시스템 관련 출원현황 (’10~’20년)

또한 현대자동차 (155건, 45.9%), 만도 (20건, 5.9%), 현대모비스 (18건, 5.3%) 등 국내 대기업이 출원을 주도하고 있는 것으로 나타났다.

기술별로는 ▲마찰제동과 회생제동의 원활한 전환을 위해 모터를 제어하는 기술(118건, 34.9%) ▲각 바퀴에 적절한 제동력을 분배하기 위한 제어 기술 (98건, 29.0%) ▲배터리가 과충전 되는 것을 방지하기 위한 배터리 제어 기술 (81건, 24.0%) 등이 많이 출원되고 있다.

회생제동 시스템 : 자동차가 주행 시에 가지고 있는 운동 에너지를 감속 시에 전기 에너지 형태로 배터리에 일시 축적하였다가 발진, 가속 시 재사용하는 시스템이다. 1960년대 미국 자동차 제조사인 ‘아메리칸 모터스’에서 처음 고안되어 철도차량에 먼저 적용되었으나, 최근에는 배터리가 사용되는 전기차가 확대 보급되면서 연비개선을 목적으로 폭넓게 이용되고 있다.

회생 제동 시스템 관련 출원현황 (’10~’20년)
회생 제동 시스템 관련 국내 다출원인(’10~’20년)

불필요한 브레이크 조작을 줄여주는… ‘스마트 회생제동’ 시스템

회생제동 시스템 작동 과정 출처 : 전동식 제동 시스템 기술동향 및 시장분석(2017, 한국과학기술정보연구원)

최근에는 회생제동 시스템이 적용된 차량의 승차감 문제가 주요한 해결해야 할 과제로 대두되고 있다. 회생제동 시스템은 연비개선 등의 장점은 있으나, 저속에서 빈번한 제동과 급제동 시 승차감 저하 등의 단점도 있기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근 센서를 활용하여 도로면 경사, 전방 차량의 속도나 거리 차이에 대한 정보를 얻고, 이를 통해 회생 제동량을 스스로 결정하는 스마트 회생제동 시스템에 대한 기술이 많이 개발되고 있다.

#환경차량용 배터리시스템은 고출력/고에너지화의 요구에 따라 에너지밀도 및 출력밀도는 증가하고 있으나, 배터리 안정성은 떨어진다. 현대·기아차가 등록한 ‘환경차량용 배터리 과충전 방지장치’ 특허는 배터리관리시스템 고장 시 전기적으로 배터리의 과충전을 방지할 수 있는 2차 보호 기술로, 에너지 및 출력 밀도 증대에 따른 과충전 위험성을 근본적으로 개선했다.

스마트 회생제동 시스템은 불필요한 브레이크 조작을 줄여 운전자의 피로도를 낮추는 한편, 가속 페달만을 사용하여 가속과 회생제동을 오가며 주행할 수 있는 편의성도 제공할 수 있을 것으로 보인다.

#원 페달 드라이빙 기능은 가속페달 하나로 차의 움직임을 제어할 수 있는 기능을 말한다. 하지만 원 페달 드라이빙 기능은 패들 쉬프트를 소정시간 이상 지속적으로 조작하여 작동시킬 수 있으므로, 원 페달 드라이빙 기능을 작동시키려면 일정시간이 지나야지만 가능하다는 한계가 있다. 현대·기아차가 등록한 ‘회생 제동 제어 장치’ 특허는 원 페달 드라이빙 기능을 작동시키기 위해 딜레이되는 시간을 줄일수 있는 기술이다. 회생 제동량의 조절을 위한 제어와 회생 제동을 위한 주행 모드 제어를 독립적으로 수행함으로써 회생 제동을 위한 주행 모드의 제어가 지연되는 것을 막을 수 있다.

특허청 김병찬 심사관은 “회생제동 시스템은 연비개선 등 여러 장점이 있으나, 운전자의 승차감 향상 문제는 지속적으로 개선해야 할 주요 과제” 라고 설명했다.

박경일     kips1214@naver.com