KERS

개요

 

잃어버린 운동 에너지를 여기저기서 회수해 재사용할 수 있는 키네틱 에너지 회수 시스템의 약어일 뿐이다.

 

거의 모든 전기차에 탑재돼 있고, KERS 진입 여부에 따라 1회 충전으로 주행거리 차이가 크다.

 

공압, 유압, 플라이휠 등 기계 부품에 에너지를 저장하면 어릴 때 가지고 놀았던 장난감을 뒤로 당겨 앞으로 나아가는 모습을 쉽게 떠올릴 수 있다.

 

자동차의 브레이크가 플라이휠에서 작동할 때 손실된 에너지를 저장하고 필요할 때 연결하는 방식이다. 초기 모델은 구조가 복잡하고 무게가 많이 나가지만 개발을 거듭할수록 크기와 무게는 줄어든 것 같지만 무거운 플라이휠을 고속으로 회전시키는 기계적 수단으로 일정 무게보다 가볍게 만들기는 불가능하다. 이 기계적 방법은 플라이휠의 질량 관성 모멘트를 사용한다. 질량 관성 모멘트가 줄어들면, 즉 경량화되면 플라이휠을 돌리기 쉽지만, 에너지 축적이 줄어 많은 에너지가 축적되면 질량이 증가하여 차량의 모터 성능이 저하된다. 요약하면, KERS 성능을 위해 플라이휠의 질량을 증가시키면 플라이휠의 질량이 잘 작동하지 않고, 질량을 감소시키면 KERS 성능이 발생하지 않는 기술적 모순이 발생한다.

 

발전기 종류

 

브레이크를 통해 제동 시 손실된 에너지를 회수해 발전기를 이용해 배터리에 저장하면 비교적 간편하고 설치가 쉽지만 차체에 전기가 축적되고 전기가 감전될 위험이 있다.

 

기계적 설치가 필요 없는 전기자동차에 사용되며, 하이브리드 차량에 가상적으로 설치되며, 3세대 이상의 충전제어 기술이 적용된 모든 순수 내연기관 차량에도 사용된다. BMW는 자동차에 발전기형 KERS를 탑재할 계획이었다. 이피션트 다이내믹스(Efficient Dynamics)라는 시스템에 2014년부터 적용돼 제동 시 약간의 운동 에너지로 배터리를 꺼 연료와 배기가스를 줄이고, 정지 시엔 엔진을 껐다가 재시동할 때 연료를 절약하는 데 사용된다. 충분한 회생 제동 에너지를 저장하기 위해 고용량 배터리가 함께 적용된다.

 

포뮬러 1의 KERS

 

상기 화학식 1은 발전기 타입의 KERS를 도입한다. 친환경 기술 도입 필요성이 대두되던 시기에 맥스 모슬리 당시 FIA 회장의 정책에 따라 2009년부터 F1에 장착하도록 규정해 많은 발전이 이뤄졌다. 첫 시즌에는 체력적 규제 문제로 지명을 받았지만 이후 KERS 설치를 용이하게 하기 위해 기술규제가 완화되면서 대부분의 구단의 기본 장비가 됐다. 다만 버니 에클스턴 현 F1(FOM) 단장은 KERS 도입에 불만이 있는 것으로 보인다. 깨질 때 발생하는 '열'을 축적해 사용하는 것으로 착각하는 사람이 많지만, 깨질 때 발생하는 열은 결과일 뿐이다. 즉, 차량의 운동 에너지를 브레이크의 마찰열로 변환하여 정지시키면 차량의 모든 운동 에너지를 열로 연소시키는 것이 쉬워집니다. KERS의 목적은 전통적인 방식으로 열에 의해 연소되었을 혈액과 같은 운동 에너지를 어떻게든 저장하고 재활용하는 것이다. 한 바퀴당 400KJ의 에너지로 6.7초 동안 사용할 수 있다. KERS를 작동시키기 위한 에너지는 주행 중 제동으로 회수되는데, 이전 연구소에서 남은 에너지를 전혀 추가하지 않고 출발선을 통과하면서 재충전된다. 총 에너지가 10이라고 가정하면, 다 쓰든, 이전 연구소에 넣든 10으로 채워집니다.

 

KERS의 장단점

 

F1에 사용되는 KERS의 경우 약 160마력의 출력을 낼 수 있다고 하는데, 이는 결코 적은 출력이 아니다. 현재, 강력한 포터는 133마력의 힘을 가지고 있습니다. KERS는 랩타임을 0.3~0.4초 줄일 수 있고, 언뜻 보기에는 크게 줄지 않은 것처럼 보이지만 F1이 50바퀴에 걸친 전반적인 특성을 감안하면 엄청난 수치다. 또한 Stop →을 시작할 때 KERS가 절약한 에너지를 활용하면 엔진 수를 줄이고 연료 소비량을 줄일 수 있으며 코너를 빠져나온 직후 가속이 필요한 상황에도 유용합니다. 또한 사용 조건과 구간이 고정된 DRS와 달리 비가 오는 경우를 포함한 모든 상황에서 사용할 수 있다. KERS의 단점은 충전된 에너지의 양에 따른 브레이크 성능의 변화이다. 모든 KERS를 사용하거나 과충전할 때 브레이크 성능이 떨어지는 문제가 있어 적절한 에너지량을 유지할 필요가 있다. 경기 중 거의 운영되지 않고 직선 구간에서 빠르게 두각을 나타내기 때문에 KERS가 순위 경쟁에서 먹잇감이 될 가능성이 높다는 점도 문제다.