[아롱 테크] 고가 전기차의 저렴한 '드럼 브레이크' 논란, 원가절감 아닌 친환경 선택
[아롱 테크] 고가 전기차의 저렴한 '드럼 브레이크' 논란, 원가절감 아닌 친환경 선택
  • 김아롱 칼럼니스트
  • 승인 2022.11.28 10:01
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최근 국내에 출시된 전기차가 논란의 대상이 되고 있습니다. 뒷바퀴에 내연기관차도 잘 쓰지 않는 드럼브레이크 방식을 적용하고 있기 때문인데요. 6000만 원 후반대의 적지않은 가격에도 저렴한 드럼 브레이크를 적용하자 원가절감 논란부터 고속에서의 제동 안전성 논란까지 여러 가지 이유로 벌어진 논란입니다. 

드럼방식 브레이크는 내연기관차에 일반적으로 사용되고 있는 디스크방식과 달리 브레이크 드럼 내부에 브레이크 슈와 라이닝이 브레이크 드럼 내부에 있다보니 열 방출이 쉽지 않아 급브레이크나 내리막길 등에서 브레이크를 자주 사용할 경우 제동력이 떨어지는 현상이 발생하기 쉬운 것이 단점입니다.

또한 브레이크 패드 분진이 내부에 축적되어 고착되어 브레이크 성능을 떨어트리기도 합니다. 브레이크 슈와 라이닝 교환 시에도 브레이크 드럼을 분리해야 하므로 정비공임이 디스크방식에 비해 조금 더 높다는 점도 단점으로 꼽히지지요. 그렇다고 드럼방식 브레이크에 장점이 없는 것은 아닙니다. 

드럼 브레이크는 저렴하면서도 제동효율이 높아 진공배력장치를 소형화할 수 있을 뿐 아니라 라이닝의 교환수명 또한 디스크방식보다 두 배정도 길어 오히려 유지보수비용 측면에서 디스크방식보다 저렴한 편이기도 합니다. 아시다시피 브레이크시스템은 글자 그대로 자동차의 속도를 줄이거나 정지시켜 줌은 물론 주차중에 차가 움직이지 않도록 해주는 매우 중요한 안전장치입니다. 

또한 브레이크 시스템은 타이어와 노면과의 마찰력과 브레이크 패드와 디스크 로터와의 마찰력을 이용해 자동차의 운동에너지를 열에너지로 변환해 제동력을 발생시키므로, 자동차 속도와 중량, 노면의 상태와 밀접한 관련을 맺고 있습니다. 일반적으로 자동차가 정지하는데 필요한 제동력은 속도의 제곱과 차량중량에 비례하므로 주행속도가 빠르면 빠를수록, 차가 무거우면 무거울수록 더 높은 제동성능을 갖춰야 합니다. 

엔진출력의 높아지고 서스펜션 기술이 좋아짐은 물론 도로환경이 개선되면서 이러한 제동성능에 대한 요구성능을 더욱 엄격해지고 있으며 제동 때 발생하는 소음이나 페달 조작감 등 감성적인 소비자들의 요구도 높아지고 있는 추세입니다. 최근에는 단순하게 자동차의 속도를 제어하는 단순한 역할에서 더욱 진화해 자동차의 주행안정성을 향상시킴으로써 자동차가 보다 빠르고 안전하게 주행할 있게 해 줄뿐 아니라 회생제동을 통해 전기차의 고전압배터리를 충전해 주는 등 그 역할이 더욱 확대되고 있기도 합니다.  

그런데 왜 일부 자동차 회사들이 전기차에 드럼방식을 사용하는 것일까요?

전기차 역시 주행중 감속과 차량정차 및 정지는 물론 추돌방지를 위한 급정지와 같은 비상정지 등 안전시스템으로서의 브레이크의 역할이 필수적일 수밖에 없지만 친환경성과 전동화 트렌드는 브레이크의 역할을 새롭게 정의하고 있기 때문입니다. 기존 내연기관차의 관점에서 바라본다면 드럼 브레이크가 분명한 단점으로 작용하지만 친환경 측면에서 새로운 시각으로 바라볼 필요가 있습니다.   

환경적 측면에서 브레이크 시스템은 안전은 물론 탄소중립 실현을 위한 이산화탄소를 줄임과 동시에 브레이크 패드가 마모되면서 발생하는 비산먼지를 줄여야합니다. 또한 자동차가 전동화되면서 회생제동이라는 새로운 제동개념이 등장함에 따라 기존 내연기관차와 달리 전동화차량에서 실제 브레이크가 작동하는 제동영역이 현격히 줄어들었습니다.

물론 전기차는 배터리 무게때문에 브레이크의 제동성능이 더 높아야 하는 경우가 많은 것이 사실입니다. 그러나 앞서 말씀드린 바와 같이 하이브리드차와 전기차 등 회생제동 기능을 갖춘 전동화차량의 경우 일반적인 내연기관차에 비해 실제 브레이크 작동영역이 다릅니다.

회생제동은 감속때 발생하는 운동에너지를 열에너지로 방출하지 않고 전기에너지로 변환시켜 고전압 배터리를 충전합니다.  즉 차량을 구동하는 구동전기모터를 발전기로 전환해 감속되는 동안의 운동에너지를 이용해 전기에너지를 만들어 주는 것이지요. 따라서 회생제동 때에는 글자처럼 브레이크가 작동하는 것이 아니라 전기모터가 작동하는 것입니다. 

따라서 운전자가 이질감을 느끼지 않는 범위에서 최대 약 0.3g까지 감속할 때까지 기존 브레이크가 거의 작동하지 않습니다. 일반적으로 주행중에 발생하는 모든 감속상황의 80% 이상이 회생제동구간에서 발생하므로 브레이크가 전혀 필요하지 않다는 것이 관련업계의 설명입니다.

회생제동 구간에서 실제 브레이크 제동압력이 작동하는 구간으로 전환되는 간격을 블렌딩 영역이라 하는데 제조사마다 차이가 있지만 일반적으로 0.3~0.5g 이상 감속이 필요한 경우 실제 브레이크가 작동한다고 볼 수 있습니다. 이처럼 전동화차량에서는 회생제동으로 인해 실제 브레이크 사용빈도가 훨씬 적기 때문에 열 부하가 낮을 수밖에 없습니다. 

브레이크 패드(또는 라이닝)의 마모도 거의 발생하지 않는 것이 특징입니다. 이것이 전기차의 리어브레이크에 드럼브레이크가 사용되는 이유입니다. 오히려 차량의 전동화가 드럼브레이크의 부활을 가져올 것이라는 것이 관련업계의 전망입니다.  

브레이크시스템에서 발생하는 비산먼지는 자동차산업의 또 다른 과제라 할 수 있습니다. 유럽에서는 최근 이러한 유형의 먼지 중 입자상 물질(PM) 배출량을 줄이기 위한 법규를 제정하는 것을 고려하고 있습니다. 드럼 브레이크에는 폐쇄형으로 제작되므로 브레이크 분진이 브레이크 내부에 축적되어 브레이크 드럼 바닥에 있는 저장소로 채집할 수 있는 것이 장점입니다. 이렇게 모아진 비산먼지는  라이닝 교환 때 흡입 및 세척으로 깨끗이 제거할 수 있는 것이 장점입니다. 

한편 디스크방식의 브레이크 역시 최근 전기차에 최적화된 모듈로 변화하고 있습니다. 디스크 브레이크는 캘리퍼가 노출된 설계로 열을 매우 잘 분산하므로 운동에너지가 많은 차량을 감속하기 위해 매우 높은 제동력을 제공하는데 적합하기 때문입니다. 예를 들면 전동화차량에 최적화된 디스크 브레이크의 경우 브레이크의 사용횟수가 줄어듬에 따라 캘리퍼를 휠씬 콤팩트하게 설계할 수 있습니다. 

브레이크 패드는 더 천천히 마모되기 때문에 더 작고 패드 두께도 얇아져 캘리퍼의 질량이 감소하는 대신 더 얇고 더 큰 브레이크 디스크를 설치할 할 있어 전반적으로 브레이크 시스템의 경량화를 실현할 수 있습니다. 이러한 스프링 하부질량의 감소는 전기차의 주행거리를 늘리는데도 도움을 줍니다.

글로벌 자동차부품업체인 콘티넨탈코리아 관계자는 “자동차 전동화로 회생제동이 도입되면서 실제 차량에서 브레이크가 제동을 감당하는 횟수 및 빈도가 상당히 줄었다. 심지어 일반 하이브리드 차량의 경우 브레이크 패드 교환주기가 전생애주기(라이프스타일)까지 가더라도 패드량이 남는다"라며 "대부분의 제동을 회생제동이 감당하고 실제 브레이크가 제동하는 경우는 상당히 적다는 것을 의미한다”라고 얘기합니다. 

또 “드럼브레이크의 가장 고질적 단점인 열 발생부분은 회생제동이 가능한 전기차에서는 브레이크를 개발하는 입장에서는 실제적으로 문제가 되지 않으며 제조사에서도 동일한 의견을 거쳐 적용되고 있다"라며 "분진이 문제가 될 수 있다고 생각할 수 있고 유럽에서는 제동시 발생하는 분진을 규제하는 법안 준비중인데 드럼브레이크는 이러한 분진을 외부로 방출하지 않는 장점이 있다"라고 말했다. 따라서 "완성차가 드럼브레이크를 전기차에 적용했다는 것을 옳다 그르다 판단하는 것보다는 최근을 글로벌 시장상황을 비춰봤을 때 합리적"이라고 주장했습니다.


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