Editorial Board

Fig. 4는 Route A와 Route B를 주행하며 취득한 전기자동차의 주행 데이터(차속, 가속도, 순간 배터리 소모량)를 시간에 대해 나타낸 것이다. 시간별 취득 데이터 분석을 통해 전기자동차의 실도로 주행 시 배터리 소모 특성 및 영향 인자를 확인하고자 하였다. 두 경로를 주행하며 경로 이외의 에너지소비효율에 영향을 줄 수 있는 요인들은 일정하게 유지한 상태로 시험을 진행하기 위해 운전자와 전력장치 사용 등의 조건은 동일하게 하였고 공조장치는 사용하지 않은 상태로 시험을 진행하였다. Fig. 4에서 차량의 속도가 감소함에 따라 순간 배터리 소모가 음수로 나타나는 구간이 있는데, 이는 회생제동 영역으로 배터리가 충전되는 구간이다. Fig. 4 (a), (b)에서 차량의 속도 변화에 따라 차량 가속도 (+)구간에서 배터리 소모가 발생하고, 차량 가속도 (-)구간에서 회생제동으로 인한 배터리 충전이 발생하는 것을 확인하였다.

Fig. 4 
Real-time of vehicle speed and acceleration and instantaneous battery consumption on Route A and Route B

Route A와 Route B를 주행하며 실시간 속도에 따른 누적 배터리 소모량에 대한 그래프를 Fig. 5에 나타내었다. 도심, 교외, 고속도로 구간에 따른 누적 배터리 소모량은 도심에서 고속도로 구간으로 갈수록 기울기가 더 커지며 더 많은 배터리를 소모하는 것을 확인하였다. Fig. 5를 통해 정지구간이 적고 차량의 속도가 높을수록 배터리 소모는 높은 것을 확인할 수 있다.

Fig. 5 
Real-time vehicle speed and cumulative battery consumption characteristics on Route A and Route B

Fig. 4의 실시간 주행 데이터에서 확인한 순간 배터리 소모가 (-) 구간인 회생제동 작동구간을 구간별로 구분하여 Fig. 6에 나타내었으며, 회생제동량 및 회생제동 발생 횟수를 Table 5에 나타내었다.

Fig. 6 
Regenerative braking characteristics on Route A and Route B

Route A와 Route B를 주행할 경우, 두 경로에서 구간별 회생제동량은 Route A는 도심 구간 1.164 kWh, 교외 구간 0.647 kWh, 고속도로 구간 0.364 kWh로 총 2.175 kWh 발생하였다. Route B는 도심 구간 1.272 kWh, 교외 구간 0.551 kWh, 고속도로 구간 0.766 kWh로 총 2.589 kWh 발생하였다. 전체 회생제동량 대비 도심 구간에서의 회생제동량은 각 경로에서 약 53.5 %, 49.1 % 발생하는 것을 확인하였다. 각 경로에서 구간별 회생제동 발생 횟수를 보면, Route A의 도심 구간은 702회, 교외 구간은 206회, 고속도로 구간은 99회로 총 1,007회 발생하였다. Route B는 도심 구간 677회, 교외 구간 200회, 고속도로 구간 154회로 총 1,031회 발생하였다. 각 경로의 전체 구간 대비 도심에서 회생제동 발생 횟수가 각각 69.7 % (Route A), 65.7 % (Route B)로 도심에서 높은 비율로 회생제동이 발생하는 것을 확인하였다. 또한, 회생제동 1회당 회생제동 발생량을 계산해보면 Route A의 도심 구간은 0.0017 kWh, 교외 구간은 0.0031 kWh, 고속도로 구간은 0.0037 kWh이며, Route B의 도심 구간은 0.0019 kWh, 교외 구간은 0.0028 kWh, 고속도로 구간은 0.0050 kWh인 것을 확인하였다. 이를 통해 저속보다 고속에서 1회 회생제동이 작동할 때 더 많은 에너지를 회수하지만, 도심 구간에서 높은 비율로 회생제동이 발생함에 따라 전체 구간 중 가장 많은 양의 에너지 회수를 한 것으로 판단된다.¹⁵⁾

Route A와 Route B를 주행하며 취득한 구간별 차량 가속도에 대한 배터리 소모량을 Fig. 7에 나타내었다. Table 6은 차량 가속도에 대한 배터리 소모량 변화 기울기와 결정계수를 나타낸 것이다. 두 경로의 구간별 가속도에 따른 배터리 소모량에 대한 결정계수를 확인하였을 때, 0.900 이상으로 높은 상관성을 갖는 것을 확인하였다. 또한, 기울기를 분석하였을 때 Route A와 Route B 모두 도심, 교외, 고속도로 구간 순으로 기울기가 커지는 것을 확인하였고, 이는 같은 가속도일지라도 속도가 높을수록 배터리 소모가 더 많이 발생하는 것을 의미한다.

Fig. 7 
Battery power characteristics for the instantaneous acceleration in urban, rural, and motorway regions

두 경로의 구간별 주행거리와 배터리 소모량 및 에너지 소비효율을 Table 7에 정리하였다. 구간별 에너지소비효율은 구간별 이동거리를 구간별 배터리 소모량으로 나누어 계산하였다. 두 경로를 비교했을 때, 교외 구간과 고속도로 구간에서 큰 경향 차이가 발생하는 것을 확인하였다. 교외 구간을 비교하였을 때 Table 4에 정리한 Route A가 Route B보다 평균속도가 8 km/h 이상 빨랐던 것이 배터리 소모가 더 많았던 주요 원인으로 판단된다. 또한, 고속도로 구간을 비교하였을 때 Route A가 Route B 보다 평균속도가 7 km/h 더 빨랐던 것과 Table 5에 나타낸 고속도로 구간의 회생제동량이 Route B가 2배 이상 많은 것이 Route A의 배터리 소모량이 많았던 주요 원인으로 판단된다. Fig. 3(b)에 나타낸 Route B의 고속도로 구간 고도를 보면 후반부에 주로 내리막으로 형성된 것을 확인 가능하다. 이를 통해 Fig. 5에 나타낸 Route B의 후반부 부분에서 회생제동량 발생에 따른 배터리 소모가 감소하여 누적 배터리 소모량의 경향 차이를 보인 것으로 판단된다.

Route A는 도심구간에서 10.442 km/kWh, 교외구간에서 9.061 km/kWh, 고속도로구간에서 6.546 km/kWh였으며, Route B에서는 도심구간에서 9.157 km/kWh, 교외구간에서 9.839 km/kWh, 고속도로구간에서 8.085 km/kWh로 측정되었다. 이러한 보정계수(0.7)를 곱하지 않은 시험 차량의 실제 두 경로 결과와 보정계수(0.7)를 곱하여 산출하는 공인 에너지소비효율에 대한 값을 도심, 고속도로, 복합으로 구분하여 Fig. 8에 나타내었다. 시험 결과, 도심 및 교외구간 보다 고속도로구간에서 에너지소비효율이 낮은 것을 확인할 수 있다. 이는 Fig. 6 및 Table 5에서 확인한 도심구간의 많은 회생제동과 Fig. 7에서 확인한 고속주행 시 더 많은 배터리 소모에 의한 영향으로 보인다. 이러한 영향으로 인해 도심구간 대비 고속도로구간의 에너지소비효율은 Route A는 37.3 %, Route B는 11.7 % 더 낮은 것으로 확인하였다.

Fig. 8 
Comparison of energy consumption efficiency in urban, motorway, and combined mode

본 연구에 사용한 시험 차량의 공인 에너지소비효율은 도심 6.8 km/kWh, 고속도로 5.7 km/kWh, 복합 6.3 km/kWh 이다. 복합 에너지소비효율은 도심 및 고속도로 에너지소비효율에 가중치 0.55, 0.45를 곱하여 계산하며, 계산식을 식 (1)에 나타내었다. 식 (1)을 이용하여 Route A와 Route B의 복합 에너지소비효율을 계산하면, Route A는 8.689 km/kWh, Route B는 8.675 km/kWh이다. 공인 에너지소비효율이 6.3 km/kWh인 것과 비교했을 때 Route A 주행 시 27.5 %, Route B 주행 시 27.4 % 더 높은 에너지소비효율을 갖는 것으로 확인하였다.

Route A와 Route B를 주행한 데이터를 이용하여 시험차량의 1회 충전 주행거리를 계산하였다. 각 구간별 1회 충전 주행거리는 식 (3)과 같이 각 구간별 에너지소비효율에 시험 차량의 배터리 용량을 곱하여 계산하였다. Route A 주행을 통해 계산한 도심 1회 충전 주행거리는 399.929 km이고 고속도로 1회 충전 주행거리는 250.712 km이다. Route B 주행을 통해 계산한 도심 1회 충전 주행거리는 350.713 km이며, 고속도로 1회 충전 주행거리는 309.656 km이다. 계산한 도심과 고속도로 1회 충전 주행거리를 이용하여 식 (2)에 나타낸 계산식으로 복합 1회 충전 주행거리를 계산할 수 있다. 보정계수(0.7)를 곱하지 않은 실제 두 경로의 복합 1회 충전 주행거리 및 공인 1회 충전 주행거리를 Fig. 9에 나타내었다. Route A주행 시 복합 1회 충전 주행거리는 332.781 km, Route B 주행 시 복합 1회 충전 주행거리는 332.237 km로 나타난다. 이는 시험 차량의 공인 1회 충전 주행거리가 271 km인 것과 비교했을 때 Route A 주행 시 18.6 %, Route B 주행 시 18.4 % 더 긴 주행거리를 주행 가능하다고 판단하였다. Fig. 8과 Fig. 9에서 확인한 실제 도로 주행 시 에너지소비효율 및 1회 충전 주행거리는 저온과 급가감속 주행을 반영해 보정계수(0.7)를 곱하여 산출하는 값보다 더 높은 값을 갖는 것으로 확인할 수 있었다.

Fig. 9 
Comparison of range in certified mode, Route A, and Route B