전기 자동차는 친환경 자동차로 주목받고 있지만 한 번 충전으로 운행할 수 있는 거리가 짧다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위한 장치 중 하나가 회생제동 장치이다. 일반적으로 제동 장치는 자동차를 멈추게 하거나 속력을 줄이는 기능을 하는데, 회생제도 장치는 제동의 기능을 하는 동시에 이 과정에서 버려지는 에너지를 자동차의 운행에 다시 사용할 수 있게 해 준다.

회생제동 장치를 이해하기 위해서는 우선 전기 자동차에 장착되어 있는 전동기의 작동 원리를 알아야 한다. 은 전동기가 장착된 전기 자동차 구조의 일부를 도식화한 것이다. 전동기는 영구자석과 그 안쪽에서 회전할 수 있는 회전차로 구성되어 있는데, 영구자석 사이에는 항상 자기장이 형성되어 있다. 회전자는 배터리에서 나오는 전류가 흐를 수 있는 도선으로 감겨 있고 자동차의 바퀴를 움직이는 회전축과 연결되어 있다.

운전자가 가속 페달을 밟으면 배터리에서 전동기로 전류가 공급되어 회전자의 도선에 전류가 흐르게 된다. 도선에 전류가 흐르면 자기장이 생성되고 영구자석 사이에 형성되어 있는 자기장과 상호작용하여 전자기력이 발생된다. 이렇게 발생된 전자기력의 영향으로 도선이 힘을 받아 회전자는 회전하게 되고, 회전축과 연결된 바퀴에 회전력이 전달되어 자동차가 움직이게 된다. 이때 회전자의 회전력은 도선에 흐르는 전류의 세기가 셀수록, 영구자석 사이의 자기장의 세기가 셀수록 커진다. 결국 전동기는 전기 에너지를 운동 에너지와 같은 역학적 에너지로 바꾸는 기능을 하는 것이다.

그런데 이 전동기는 운전자가 제동 페달을 밟으면 역학적 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 발전기로 기능이 전환된다. 운전자가 제동 페달을 밟는 순간부터 배터리에서 전동기로 공급되는 전류가 차단되어 회전자의 도선에 전류가 흐르지 않게 되므로 회전자를 회전시키는 전자기력은 사라진다. 그러나 달리던 자동차의 관성으로 인해 바퀴는 일정 시간 굴러가기 때문에 바퀴가 회전자를 돌리는 상황이 된다. 바퀴가 회전자를 돌리는 데에는 에너지가 소모되므로 바퀴의 운동 에너지가 감소하면서 제동 효과가 발생한다. 이때 도선으로 감긴 회전자가 영구자석에 의해 형성되어 있는 자기장 속에서 회전하면서 전자기 유도 현상에 따라 전기 에너지가 만들어진다. 이는 제동을 하면서 줄어든 운동 에너지가 전기 에너지의 형태로 회생된 것이다. 이렇게 만들어진 전기 에너지는 전압변환 정치의 작용을 통해 배터리에 저장되어야 비로소 회생제동의 효과가 발생해서 주행 거리가 늘어난다.

한편 회생제동 장치는 전기 자동차의 운행 상태와 배터리의 충전 상태 등에 영향을 받기 때문에 단독으로 쓰이는 경우 제동 효과를 충분히 발휘하기 어렵다. 예를 들어 급정지처럼 짧은 시간에 큰 제동력이 필요한 상황에서는 회생제동 장치만으로는 필요한 제동력을 얻기 힘들고, 배터리가 완전히 충전된 상황에서는 생성된 전기 에너지를 저장할 수 없어 회생제동 장치가 작동하지 않는다. 따라서 대부분의 전기 자동차에는 회생제동 장치뿐만 아니라 일반 자동차에 사용되는 마찰제동 장치가 함께 장착되어 상호보완적으로 작동한다.

운전자가 제도 페달을 밟으면 우선 페달에 있는 센서가 페달을 밟은 압력의 정도를 인시갛여 전자제어 장치로 전기적 신호를 보낸다. 전자제어 장치는 이 신호를 바탕으로 페달을 밟은 압력의 정도에 따라 제동에 필요한 전체 제동력을 계산한다. 이와 동시에 현재 자동차 운행 상태와 배터리의 충전 상태 등을 고려하여 회생제동으로 얻을 수 있는 제동력과, 이를 전체 제동력에서 뺸 나머지 제동력을 계산해 낸다. 그리고 이를 토대로 전자제어 장치는 회생제동 장치에 신호를 보내 이 신호가 배터리와 전동기의 연결을 차단하여 회생제동이 발생하도록 하는 한편, 마찰제동 장치에 신호를 보내 마찰제동의 정도를 조절한다. 이 과정은 실시간으로 이루어지기 때문에 상황에 따른 전체 제동력은 일정하게 유지될 수 있다.

1. 복잡하게 얽힌 지문이다.

1문단에서는 우선 대부분의 지문이 그렇듯 어려운 방식으로 지문의 방향성을 제시했네요. 회생제동 장치는 1.제동의 기능을 하며 2.버려지는 에너지를 자동차의 운행에 사용할 수 있다 라고 하였습니다. 그리고 이를 이해하기 위해 전동기의 작동 원리를 2문단에서 그림과 함께 제시한 것을 확인할 수 있습니다.

3문단과 4문단은 긴밀하게 연결되어 있습니다. 3문단은 가속 페달을 밟았을 경우에, 4문단은 제동 페달을 밟았을 경우를 가정하고 쭉 전개하였습니다.

5문단은 회생제동 장치가 1.운행 상태에 영향을 받는 경우 와 2.배터리 충전 상태의 영향을 받는 경우로 나누어 설명하고 있습니다.

그리고 마지막 6문단은 제동 페달을 밟았을 때의 무슨 일이 일어나는지를 서술하고 있습니다.

2. case가 나뉘었을 경우 차이점을 잘 파악하자.

1번에서 서술했다시피, 3문단과 4문단은 1.가속 페달을 밟았을 경우 와 2.제동페달을 밟았을 경우 로 나누어 설명하고 있습니다. 바로 case 분류입니다. 케이스 분류가 이루어졌을 경우에는 각각의 차이점을 잘 파악해야 합니다. 문제로 출제되기 쉽기 때문입니다.

문제로 한 번 볼까요?

16. 윗글을 이해한 내용으로 적절하지 않은 것은?

1. 회전자는 도선으로 감겨 있어 전류가 흐르면 자기장이 생긴다.

2. 전가기력의 영향으로 회전자가 회전하면 바퀴가 움직이게 된다.

3. 대부분의 전기 자동차에는 일반 자동차에 있는 제동 장치가 장착되어 있다.

4. 회전자의 회전력이 사라지면 영구자석 사이에 형성되어 있던 자기장도 사라진다.

5. 전기 자동차의 제동력은 실시간으로 조절되어 상황에 따른 전체 제동력이 일정하게 유지된다.

답에 해당하는 4번 선지를 보시겠습니다.

이는 4번째 문단에서 파악할 수 있었는데요. "이때 도선으로 감긴 회전자가 영구자석에 의해 형성되어 있는 자기장 속에서 회전하면서 전자기 유도 현상에 따라 전기 에너지가 만들어진다" 라는 문장에서 자기장이 유지된다는 것을 알 수 있었습니다. 3문단에 나와있는 '회전력' 이 존재할 때와 비교했어야 합니다.

18번 문제도 함께 보시겠습니다.

18. 윗글을 바탕으로 를 이해한 내용으로 적절하지 않은 것은? (보기 생략)

1. A의 경우 균형추에 작용하는 중력은 회전축을 돌린다는 점에서 달리던 전기 자동차의 관성과 유사한 역할을 하겠군.

2. B의 경우 전동기는 전기 에너지를 역학적 에너지로 전환하는 기능을 수행하게 되겠군.

3. C의 경우 도선에 공급된 전류의 세기가 셀수록 회전자의 회전력은 커지겠군.

4. A와 C의 경우 전기 자동차에서 회생제동에 의해 전기 에너지가 발생하는 상태와 유사하다고 할 수 있겠군.

5. B와 D의 경우 승강기는 전기 자동차와 마찬가지로 전기를 제공해 주는 장치가 필요하겠군.

보기의 C를 보면, '회전축이 회전하게 되어 전기 에너지가 만들어진다.' 라고 하였습니다. 그렇다면 4문단, 즉, '제동페달을 밟는 경우' 를 살펴봐야겠군요. 이 경우에는 전자기력이 사라진 경우입니다.

이 문제가 까다로웠던 이유는 여기에 있습니다. 비례관계만 놓고 단순히 봤을 떄, 3문단, 즉 전자기력이 작용하는 경우에는 '전류 ↑-자기장↑-회전력↑' 이라는 비례관계가 성립하기 때문입니다. 그러나 C에서는 '제동페달을 밟는 경우' 이므로 이 비례관계가 성립하지 않습니다. 그러므로 3번이 틀린 선지이네요.

문제는 비교적 풀기 쉬웠으나 글 자체는 참 어려운 지문이었습니다.

평가원 기출과 더불어 다시 분석해볼 만한 지문이네요.

오늘도 제 칼럼이 도움이 되셨길 바라면서.. 좋아요와 팔로우는 제게 큰 힘이 됩니다!

그럼 내일은 또다른 4월 모의고사 지문으로 찾아오겠습니다!

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DPR LIVE · 873985 · 19/04/12 13:39 · MS 2019

마지막에 다음엔 ~~로 찾아올테니 기다리고 있으라규 옯창쿤들 하면 좋을거같아요

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헤르미온느/ · 733803 · 19/04/12 13:39 · MS 2017

ㅋㅋㅋㅋㅋ 반영하겠습니다

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고려대학교가서블핑지수닮은여자꼬신다 · 879455 · 19/04/12 14:00 · MS 2019

오늘 바로올려주시네요 ㅎㅎ 선댓글후 정독할게요

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헤르미온느/ · 733803 · 19/04/12 14:00 · MS 2017

감사합니다 :)

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