테슬라 회생 에너지 회수와 충전 상태: 완충 시 NCM/NCA는 절반, LFP는 변화 없음

BatterMachine, 2026년 8월.

완충한 뒤 회생 제동이 약해지는 것은 테슬라 운전자라면 누구나 겪어 본 일입니다. 파워 미터에 점선이 나타나고, 가속 페달에서 발을 떼도 평소처럼 감속하지 않고 미끄러지듯 굴러가며, 주행 초반은 마찰 제동이 대신 처리합니다.

원리 자체는 잘 알려져 있습니다. 분명하지 않은 것은 크기입니다. 실제로 얼마나 손해를 보는지, 어느 충전 상태부터 의미 있는 수준이 되는지, 그리고 테슬라 차량군에 쓰이는 두 가지 셀 화학 조성이 같은 방식으로 거동하는지입니다. 저희는 Model 3와 Model Y에서, 니켈망간코발트 및 니켈코발트알루미늄(NCM/NCA)과 리튬인산철(LFP) 두 종류의 배터리 팩을 대상으로 이 세 가지를 측정했습니다.

결론부터 말하면, 완충은 NCM/NCA 팩의 회수량을 절반으로 떨어뜨리고 LFP 팩에는 측정 가능한 영향을 주지 않습니다.

거의 가득 찬 팩이 회생을 받지 못하는 이유

회생 제동은 충전 전류입니다. 충전기와 같은 방향으로, 다만 짧고 훨씬 강하게 에너지를 팩에 밀어 넣습니다.

셀이 받아들일 수 있는 전류의 크기를 정하는 것은 전압이지, "가득 찼다"는 추상적인 상태가 아닙니다. 모든 리튬 이온 셀에는 넘어서는 안 되는 전압 상한이 있습니다. 전류가 셀로 흘러 들어가면 단자에서 측정되는 전압은 정지 상태의 전압, 즉 개방 회로 전압(OCV)보다 높아지고, 그 상승분은 전류와 셀 내부 저항에 비례해 커집니다. 대략적인 관계는 다음과 같습니다.

충전 중 단자 전압 ≈ 개방 회로 전압 + 전류 × 내부 저항

배터리 관리 시스템(BMS)은 이 단자 전압을 상한 아래로 유지해야 합니다. 뒤집어 보면, 허용 가능한 최대 전류는 전압 상한과 현재 개방 회로 전압 사이의 간격을 내부 저항으로 나눈 값으로 정해집니다. 이 간격이 여유입니다.

충전 상태(SOC)가 낮으면 개방 회로 전압이 상한에서 멀리 떨어져 있어 여유가 넓고, 팩은 강한 회생 제동도 상한에 근접하지 않고 받아들입니다. 팩이 채워질수록 개방 회로 전압이 올라가고 여유가 좁아지며, 허용 전류도 함께 줄어듭니다. 완충에 가까워지면 여유가 거의 사라지고 허용 가능한 회생 전류는 0에 수렴합니다. 이것이 파워 미터의 점선이며, 주행하면서 개방 회로 전압이 내려가고 여유가 돌아오면 점선도 물러납니다.

배터리 관리 시스템이 이 부분에서 보수적인 이유는 잘못됐을 때의 대가가 크기 때문입니다. 단자 전압이 상한을 넘어서면 리튬이 음극에 정상적으로 삽입되지 않고 금속 형태로 석출됩니다. 이 손실은 되돌릴 수 없고 용량을 영구히 깎아내리며, 극단적인 경우에는 안전 문제가 됩니다. 그래서 제한은 이론적 한계선이 아니라 여유를 두고 적용됩니다.

주행 한 번, 적당한 외기 온도라는 조건에서 보면 위 관계식의 세 항 가운데 둘은 대체로 안정적입니다. 내부 저항은 온도와 전류에 따라 변하지만 한 번의 주행 안에서 크게 달라지지는 않습니다. 실제로 움직이는 항은 개방 회로 전압이고, 이 값은 팩이 충전되면 꾸준히 오르고 방전되면 내려갑니다. 따라서 충전 상태에 따른 회생 거동은 사실상 완충 부근에서의 개방 회로 전압 곡선의 형태 그 자체입니다.

차량군 데이터가 보여주는 것

NCM/NCA 팩에서 회수량은 팩이 방전한 에너지의 약 24% 수준으로, 중간 충전 상태부터 대략 80%까지 평평하게 유지됩니다. 그 위로는 꾸준히 떨어집니다. 충전 상태 85%에서 22.6%, 90%에서 21.3%, 95%에서 17.4%, 99%에서 12.4%이며 95% 신뢰구간은 11.4에서 13.4입니다. 완충 상태로 출발한 차량이 회수하는 제동 에너지는 같은 차량이 통상적인 충전 상태에서 회수하는 양의 절반 정도라는 뜻입니다.

LFP 팩에서는 이 곡선이 전 구간에 걸쳐 평평합니다. 충전 상태 75%에서 24.2%, 99%에서 22.8%이며 95% 신뢰구간은 22.0에서 23.7입니다. 감소가 있더라도 마지막 2 포인트 안에 국한되고, 운전석에서 체감할 수 있는 수준이 아닙니다.

두 화학 조성이 다른 이유

차이는 두 개방 회로 전압 곡선의 모양에서 나옵니다.

LFP 셀은 사용 구간 대부분에서 전압이 거의 일정합니다. 이 곡선은 충전 상태 약 30% 위쪽부터 평평하게 이어지다가 완충 직전에야 가파르게 올라갑니다. 그래서 표시상 100%인 상태에서도 LFP 셀은 자신의 전압 상한에서 어느 정도 떨어져 있고, 여유가 남아 있습니다.

NCM/NCA 셀은 다릅니다. 개방 회로 전압이 충전 내내 꾸준히 상승하기 때문에, 팩이 90%를 가리킬 무렵이면 셀은 이미 상한에 접근해 있습니다. 여유가 마지막에 사라지는 것이 아니라 충전 과정 내내 줄어들어 온 것이고, 그래서 회수 곡선이 99%에서 갑자기 꺾이는 대신 대략 80%부터 완만하게 휘기 시작합니다.

테슬라가 LFP 차주에게는 정기적인 100% 충전을 권하고 NCM/NCA 차주에게는 일상 충전을 80% 부근으로 두라고 안내하는 이유도 여기에 있습니다. 그 안내는 팩이 실제로 하는 일과 일치합니다.

출력 가능 상태로 보면 결론이 반대여야 합니다

정면으로 다뤄야 할 모순이 하나 있습니다. 셀 자체의 능력만 놓고 보면 관측 결과는 반대로 나와야 합니다.

출력 가능 상태(SOP)는 어느 시점에 팩이 받아들이거나 내보낼 수 있는 최대 전력을 말합니다. NCM/NCA 셀은 LFP 셀보다 출력 능력이 높고, 장거리와 고성능 트림에 쓰이는 이유 가운데 하나가 그것입니다. 충전 방향의 출력 가능 상태만 놓고 보면 NCM/NCA 팩은 어떤 충전 상태에서도 LFP 팩만큼은 회생을 받아들여야 하며, 더 못해서는 안 됩니다.

이 결과를 해석 가능하게 만들어 주는 것은 중간 구간의 거동입니다. 충전 상태 중간대에서 두 화학 조성은 사실상 구별되지 않습니다. 65%에서 둘 다 24.4%, 75%에서 각각 24.1%와 24.2%입니다. 일상 주행에서 실제로 제약이 되는 것이 충전 방향의 출력 가능 상태라면, 출력 능력이 더 큰 쪽이 더 많이 회수해야 합니다. 그렇지 않습니다. 이는 정상 주행에서 얼마나 회수되는지를 결정하는 것이 팩이 아니라, 운전자가 애초에 얼마만큼의 감속 에너지를 만들어 내는가라는 뜻입니다.

두 곡선은 충전 방향의 출력 가능 상태가 실제로 제약이 되는 지점에서만 갈라지고, 그 지점은 NCM/NCA에서 훨씬 일찍 찾아옵니다. 따라서 둘의 차이는 출력 능력이 아니라, 표시상 완충일 때 전압 여유가 얼마나 남아 있느냐의 문제입니다.

이 관측과 들어맞는 설명은 두 가지이고, 차량 텔레메트리만으로는 둘을 구분할 수 없습니다. 하나는 테슬라가 LFP 팩에서 표시상 100% 위에 더 많은 용량 여유를 남겨 두어 셀이 실제 상한까지 더 갈 수 있게 해 두었다는 것이고, 다른 하나는 LFP에 적용된 충전 방향 출력 가능 상태 맵이 완충 부근에서 애초에 덜 엄격하다는 것입니다. 두 경우 모두 차량이 완충을 표시할 때 쓸 수 있는 전압 여유가 더 많다는 결과로 이어집니다. 이를 구분하려면 셀 단위 전압과 제조사의 출력 가능 상태 보정값이 필요한데, 둘 다 차량 텔레메트리에서는 보이지 않습니다.

주행 조건을 고정해야 하고, 이 단계가 틀리기 쉽습니다

회수 비율은 충전 상태보다 주행 방식에 훨씬 크게 좌우됩니다. LFP 차량군에서 저속 주행 시 회수량은 방전 에너지의 약 36%인 반면 고속도로 속도에서는 약 10%입니다. 이 폭은 저희가 측정하려는 효과의 몇 배에 달합니다.

이것이 중요한 이유는 실제 사용에서 속도와 충전 상태가 서로 연관되어 있기 때문입니다. 충전 상태 95%에서 100% 사이에서 측정된 구간의 속도 중앙값은 시속 24마일 부근이고, 70%에서 75% 구간은 시속 42마일 부근입니다. 방금 충전을 마친 차량은 대체로 가까운 거리를 주행하기 때문입니다. 보정 없이 두 집단을 비교하면 사실상 시내 주행과 고속 주행을 비교하는 셈이 됩니다.

보정하지 않으면 틀린 결과가 나옵니다. 저희 경우 보정 전 데이터는 LFP의 회수 비율이 높은 충전 상태에서 오히려 올라가는 것처럼 보였는데, 이는 물리적으로 성립하지 않습니다. 거친 보정으로도 충분하지 않습니다. 시속 32마일 이상을 한 묶음으로 처리하면 그 묶음 안에서만 회수 비율이 20 포인트 넘게 벌어지기 때문에 변동의 대부분이 그대로 남습니다. 그래서 속도와 외기 온도를 모두 연속 변수로 다루었고, 위 곡선은 차량군이 실제로 주행하는 조건 범위에 맞추어 정규화한 결과입니다.

이 분석이 말할 수 있는 것과 없는 것

모든 비교는 차량 내부에서 이루어집니다. 각 차량을 서로 다른 충전 상태에 있는 자기 자신과 비교하므로 팩 용량, 트림, 기후, 지형, 운전 습관은 무관하다고 가정하는 대신 아예 상쇄됩니다. 불확실도는 차량 단위로 계산했고, 따라서 신뢰구간은 관측한 측정 횟수가 아니라 관측한 차량 수를 반영합니다.

분명히 해 둘 점이 세 가지 있습니다.

두 곡선 사이의 수직 거리는 화학 조성 간의 유효한 비교가 아닙니다. 차량 내 비교 설계가 식별할 수 있는 것은 각 곡선의 형태이지, 서로 다른 두 차량 집단 사이의 절대 수준 차이가 아닙니다. 각 곡선의 기울기를 보십시오.

회수 비율은 적분된 값입니다. 팩이 얼마나 받아들이는지뿐 아니라 운전자가 얼마나 되돌려 보내는지도 함께 반영하므로, 더 많은 제동 에너지가 있었다면 팩이 받아들였을 양의 하한에 해당합니다.

그리고 건강 상태(SOH)로 계층을 나누지 않았습니다. 팩 노화와 충전 제한 사이의 상호작용은 차량별 비교 안에 흡수되었을 뿐 분리되지 않았고, 따라서 이 결과는 노화에 따라 효과가 어떻게 달라지는지가 아니라 현재 차량군의 모습을 기술합니다.

실제로 어떤 의미인가

LFP 차량이라면 100% 충전에 회생 제동 측면의 대가가 없습니다. 이는 해당 팩을 정기적으로 완충하라는 테슬라의 안내와도 일치합니다.

NCM/NCA 차량이라면 대가는 실재하지만 일시적입니다. 완충에서 회수량이 대략 절반이 되고, 전력이 소모되면서 회복되어 충전 상태 80% 아래에서는 사실상 사라집니다. 실질적으로는 주행 전체가 아니라 주행 초반 구간에 해당합니다. 100% 충전을 짧은 근거리 주행 직전보다 장거리 출발 직전에 배치할 이유는 되지만, 주행 거리가 필요할 때 완충을 피할 이유는 아닙니다. 또한 배터리 건강과도 무관합니다. 그 에너지는 팩을 상하게 하는 것이 아니라 마찰 제동에서 소모되기 때문입니다.

본 분석은 Dr.EV를 뒷받침하는 배터리 인텔리전스 연구에서 나왔습니다. Dr.EV는 테슬라 차주를 위한 저희 앱이며, 배터리 건강과 함께 차량을 관리하는 데 도움이 되는 일상 기능을 제공합니다. 문서의 내용은 관측된 차량군의 거동을 반영하며, 개별 결과는 기후와 주행 조건, 차량 사양에 따라 달라질 수 있습니다.