보통 가솔린 디젤 내연기관 차량은
일정 속도 이상의 고속도로 연비가 완전 극대화 되는데요
그런데 전기차로 가면 완전 반대가 되어 버리는데요
시내주행의 장점 대비 고속도로에서 전비가 불리하다고 하는데
이게 구체적으로 어떤 원리 자동차 메커니즘일까요? 내연기관차와 전기차의 다른 구조적 차이?
보통 가솔린 디젤 내연기관 차량은
일정 속도 이상의 고속도로 연비가 완전 극대화 되는데요
그런데 전기차로 가면 완전 반대가 되어 버리는데요
시내주행의 장점 대비 고속도로에서 전비가 불리하다고 하는데
이게 구체적으로 어떤 원리 자동차 메커니즘일까요? 내연기관차와 전기차의 다른 구조적 차이?
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반대로 변속기가 대부분 없는 전기차의 경우 속도가 올라감에 따라 그에 맞게 회전수의 상승이 비례하게 올라가고, 고온에서의 모터 효율도 떨어지기에 최대 효율로 주행이 불가합니다.
더해서 가다 서다할때는 제동시 운동에너지를 다시 전기에너지로 변환해서 저장하지만 쭉 항속하는 상황에선 그게 불가하죠
쉽게말해 시내주행에선 아주 조금씩 조금씩 추가 주유를 한다고 보시면 됩니다. 내연기관에선 말이 안되지만 전기차에서는 그 개념이 성립하죠
이게 궁금해서 내연기관 차량 운행하다가
전기차로 이동한 오너분들 물어봐도 비슷한 말씀을 하시네요
전기차 중에서도 변속기가 있는 차량도 있던데..
고속도로 항속주행 고려한 전기차 변속기가 있다면 좀 다를수도 있겠다는 생각을 했습니다
- 2단미션 달려있는 일부 전기차들은 항속주행용이 아니라 초기 발진가속을 위한 미션
- 항속용 다단미션을 달기에는 미션의 무게와 공간을 따져봤을때 굳이? 전기모터의 토크한계가 높아서 미션 설계도 어려움
다만 내연기관은 변속기가 달려있으니 그 지점이 8단변속기 기준 70~80km/h 정도가 되는것이고, 모터는 40km/h가 그 지점입니다.
그래서 대략 80~100km/h 항속하는 고속도로 기준에서는 내연기관의 연비가 극대화되는 것 처럼 느껴지는거죠
현대 n 650마력짜리가 가속은 엄청빠르지만 최대속도는 260밖에 안되는 이유
저속 부터 고속까지 연비를 표현하자면
생각하신 것
------------저속 - 중속 - 고속
전기차 : 좋음 - 보통 - 나쁨
내연차 : 나쁨 - 보통 - 좋음
절대값으로 본다면
------------저속 - 중속 - 고속
전기차 : 좋음 - 보통 - 나쁨
내연차 : 매우 나쁨 - 조금 더 나쁨 - 나쁨
결론적으로 절대 에너지 손실이 고속정속에서 내연차와 전기차가 유사해지는 것이고
저속 시내에선 내연차가 격하게 떨어지는 것입니다.
이 매우나쁨 구간을 개선하고자 한게 하이브리드고
하이브리드도 고속에서 나쁘다 가 아닌 고속에서 득볼게 적어져 가솔린과 유사한 연비가 나오기 때문에 고속에서 불리하다고 하는거죠 ㅎㅎ
윗분들이 자세히 설명해주셨는데, 엔진 특성입니다.
엔진은 RPM에 따른 효율/토크가 다릅니다. 그래서 변속기라는것이 생겼죠.
정속 주행할 때는 효율적인 RPM을 유지하게 하고, 가속할때는 토크가 높은 RPM을 유지하게 해주는 장치가 변속기입니다
그에 반해, 모터도 없는건 아니지만 효율 차이가 크지 않습니다(엔진 대비)
그리고 에너지 입장에서도 브레이크라는 행위는 그냥 기름을 땅바닥에 버리는 행위인데요,
하브나 전기차는 이 기름(에너지)를 다시 가져옵니다. 그래서 저속에서 훨씬 유리해지는거죠.
그럼에도 불구하고 하브가 고속에서는 큰 이점이 없는 이유이기도 합니다.
결론은 엔진차를 기준으로 설명 해서 고속에서 안좋아지는것처럼 보이는데,
그냥 저속에서 너어어어무 효율이 좋은것일 뿐입니다.
엔진차도 속도 20일때랑 100일때 엔진/변속기 효율이 같다면 고속에서 연비 떨어질거예요.
전기차(모터)는 최대효율 구간이 내연차랑 비비지 못하는 수준으로 넓습니다.
그래서 속도와 비례해서 정직하게 내려가는 효율이 마치 '효율이 떨어져 보인다' 로 착시를 일으키죠..
내연차도 속도에 비례해서 내려가는 효율이 마찬가지로 있지만,
그거보다 엔진과 미션이 저속에서 까먹는 효율이 말도못하게 크기때문에 속도가 오를수록 효율이 좋아지는거 '처럼' 보일뿐입니다.
모터는 상당히 넓은 영역에서 고효율을 보여줍니다. 공기저항은 속도의 제곱에 비례하니 느리면 느릭수록 전체 효율은 높아지는 경향이 나오구요.
결론은 전기차가 고속이 나쁜게 아니라, 내연기관이 저속이 나쁜겁니다.
대신 전기차는 1단기어인 대신 발이 매우 빠르고 힘이 좋은 자전거를 타는 사람인거죠
1단인데 앞 기어와 뒷 기어 차이가 적어서 고속에선 발을 매~~우 빠르게 움직여야하는거죠
그래서 힘들구요 ㅎㅎ
전기차는 최고 연비 구간이 40km/h 구간으로 알고 있네요.
전기차가 효율은 더 좋은 것 같네요.
내연차 리터당 시내 7 km, 고속정속 15 km 정도로 대략 잡고 리터를 8.9kWh로 변환하면
시내 : 0.79 km/kWh
고속 : 1.69 km/kWh 가 되는군요
전기차는 대략
시내 : 5 km/kWh
고속 : 4 km/kWh
이 구간이 지나면 기계적 마찰까지 줄어들며 에너지 소모율이 급격히 줄어 듭니다.
그래서 통상적인 속도의 장거리 고속도로 주행시 연비가 좋은 이유는 낮은 RPM을 유지하는 변속기 능력과 엑셀을 떼면1000RPM이상일때까지 연료가 즉시 차단되고,
하이브리드같으면 감속시 전기차 마냥 회생 제동으로 가속시 소모된 에너지를 적당히 회수하는 식이죠.
그리고 휘발유라는 원료가 60리터에 약 580kWh라는 엄청난 에너지라 유류세를 거의 절반 가까이 붙힐만큼 가격대비 매우 저렴하고 편리한 에너지원이라 생태계 파괴를 막고자 밸런스 조정을 하며 매우 악조건의 패널티를 대부분 국가들은 부여하는 것 같습니다.
이런 악조건속에서도 장거리 주행시 15km/l 수준의 연비면 그럭저럭 괜찮은데 현제 평범한 내연기관 차량들은 실연비 이정도 근방을 이상하리만큼 비슷하게 잘 뽑기때문에 내연기관 차량 판매가 건재한 것 같습니다.
물론 내연기관도 가파른 지형지물을 무시하고 터보차져와 GDi로 공기와 연료를 3배쯤 강제로 쑤셔 넣고 밣으면 연비 3km/l를 직접 볼 수 있습니다.
유류세라는게 도로사용료에 가까운 개념인데 더 무거운 전기차가 더 내야 함에도 이걸 정책적으로 안내기 때문에
전기차가 효율적으로 느끼는것이죠.
내연차가 대신 도로사용료를 내고 있는 현재와 달리
동일한 조건에 세금을 내게 하면 그래도 더 쌀순있지만 과연 동급차에서 대략 천만원이나 그이상의 가격을 더 주고도 효율적일지는 생각해볼 문제죠.
약 130년전쯤 이미 전기 모터나 증기기관이 산업과 운송 수단의 동력원으로 일찍부터 자리를 잡았지만,
전기 모터는 전기 에너지 공급이라는 문제와
증기기관은 빠른 시동과 중량부분에서 매우 불리하다는 패널티가 워낙 컸을때,
원료에서 직접 구동력을 뽑는 내연 기관의 사기급 성능이 완성되면서 인류 문명은 급격한 발전이 이뤄진 것 같습니다.
그러니 얼마 안되어 비행기 동력으로 내연기관 엔진이 당당히 들어가면서 인류의 꿈인 하늘을 결국 자유롭게 날 수 있게 된 것 같습니다.
현시대에도 원료 자체에 있는 물리적인 에너지량은 엄청난 크기라서,
옛날이나 지금이나 내연기관은 건재하고 대형 기관으로 갈수록 더욱 답이 없고,
항공유 10만 리터씩 평범하게 탑제하고 날라다니는 여객기라면 현존 기술력으로는 다른 것으로 대처할 방법조차 없죠.
엔진차는 고속 정속주행이 오히려 엔진 입장에서 "효율 좋은 부하 구간"이라, 공기저항 증가분을 어느 정도 상쇄합니다.
전기차는 반대로 고속=고rpm이 되면서 모터 철손(빨리 돌수록 커지는 손실)과, 역기전력을 억제하기 위한 계자약화 제어 손실이 같이 늘어나 효율이 뚝 떨어집니다.
즉 공기저항은 똑같이 커지는데, 엔진은 그걸 만회할 효율구간이 있고 전기차는 오히려 손실이 하나 더 겹치는 구조라고 볼 수 있습니다.
그렇게 손실이 큰거같지도 않습니다
겨울 추울때 말고는 엔진차가 그립지않네요 ㅎㅎ
회생제동이 없어서 시내주행보다 효율이 떨어진다고 보일 수 있는데 절대적(?)인 에너지 소비량만 보면 그렇게 나쁘지 않습니다
전비 이런 것 안생각하니까 좋네요.
물론 고속도로 법적 한계 속도(100~120km/h)로만 달린다면 나쁘지 않습니다만... ㅎㅎ