2.1 전기차 어댑터 정의
현재 IEC 국제표준에서는 전기차 어댑터의 사용을 금지하고 있다 [1]. 그러나, IEC 국제표준은 강제구속력을 갖지 않기 때문에 세계 각국은 자국의 필요에 따라서 전기차 어댑터를 임의로 사용하고 있다. 따라서, 시험항목을
정의하기 위해서는 먼저 전기차 어댑터 구성에 대한 것을 정의한다.
전기차와 전기차 충전기는 연결방법에 따라서 아래와 같이 A, B, C의 연결로 구분할 수 있다. A, C의 경우에는 접속할 수 있는 분이 한 곳이나
B의 경우에는 두 곳이다. 먼저, 어느 부분에 사용되는 것이 전기차 어댑터인지를 정의할 필요가 있다.
그림. 1. 전기차 충전 연결방법 (왼쪽부터 A,B,C 연결)
Fig. 1. Connection of EV charging (A,B,C type)
전기차 충전기 국제표준인 IEC 61851-1에서는 차량의 인렛과 연결되는 부분에 어댑터 사용을 금지하고 있다. 다만, A 연결의 경우(소켓-아웃렛
및 플러그 연결)에는 제조사에서 보증하는 제품은 사용가능하다고 정의하고 있다. 즉, 이 부분에 대한 별도의 추가 정의는 필요하지 않다. 따라서, 이
논문에서 논하고자 하는 전기차 어댑터는 IEC 61851-1에서 금지하고 있는 전기차 충전기와 차량 인렛 간에 연결되는 부분에 사용되는 부품을 지칭하기로
한다.
전기차 어댑터는 기본적으로 다음과 같이 구성된다. 전기차 충전기의 커넥터와 연결되는 부분인 어댑터 입력부, 전기차 인렛과 연결되는 어댑터 출력부로
구분할 수 있으며, 어댑터 입력부와 출력부는 일체형으로 되어 있을 수도 있고, 케이블로 연결될 수도 있다.
그림. 2. 전기차 어댑터의 구성
Fig. 2. Connection of EV adaptor
이와 같이 구조를 정의하는 이유는 기본적으로 전기차 어댑터는 IEC 62196에서 정의하는 전기차용 접속기와 비슷한 구조를 갖고 있기 때문에 일부
시험항목에 대해서는 IEC 62196의 항목을 준용하여 사용할 수 있다.[2] 다만, 기존의 전기차 커플러와는 상이한 점도 갖고 있기 때문에 이를 명확히 구분하여 어떠한 시험을 어떻게 수행할지를 검토하기 위한 근거로 사용하기
위함이다.
2.2 전기차 어댑터 사용 및 시험 환경 분석
2.2.1 휴대성
전기차 어댑터는 사용이 비슷한 전기차 커플러와 큰 차이점을 보이는 부분이 있는데, 바로 휴대성이다. 전기차 커플러는 B연결의 경우를 제외하고 모두
전기차 또는 전기차 충전기에 영구적으로 부착되어 있다. 따라서, 전기차 또는 전기차 충전기에 별도의 보관장치를 갖고 있다. 그러나, 어댑터의 경우에는
B연결과 같고, 케이블이 있는 경우에도 케이블의 길이가 매우 짧기 때문에 무게도 가벼운 경우도 많다. 따라서, 휴대성이 강조되어, 사용자가 손으로
들고 다니는 경우가 많으며 이는 낙하될 위험이 높다는 의미로 해석될 수 있다. 낙하될 위험이 높다는 것은 낙하의 횟수 외에도 높이에도 영향을 줄 수
있다. 이는 무게가 가볍기 때문에 높은 곳에 보관될 확률도 더 높기 때문이다. 현재 판매되고 있는 자동차 어댑터의 휴대성을 확인하기 위하여 다음의
제품들을 조사하였다. 여기서, 유형1, 유형2는 IEC 62196 규격에서 정의하고 있는 전기차 접속기의 형상을 나타낸다.
표 1. 전기차 커넥터 및 전기차 어앱터 무게 비교
Table 1. Comparison with EV connector and EV adaptor
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구분
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제조사
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무게 (kg)
|
비고
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전기차 커넥터
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A
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1.04
|
5m 케이블 포함
|
|
C
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1.20
|
2m 케이블 포함
|
|
K
|
2.14
|
5m 케이블 포함
|
|
전기차 어댑터
|
Z
|
0.87
|
유형1, 유형2 변환
|
|
T
|
0.15
|
일체형
|
|
T
|
1.35
|
직류충전기용
|
이와 같은 사용환경을 고려하여 다음의 낙하시험을 정의하고 시험평가를 진행 할 수 있다.
표 2. 전기차 어댑터의 휴대성을 고려한 낙하시험항목
Table 2. EV adaptor drop test according to mobility
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국제표준
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시험항목
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시험명
|
|
IEC 60335-1[3]
|
21절
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기계적 시험
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IEC 60068-2-31[4]
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5.2절
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낙하시험
|
전기차 어댑터는 전도성 핀(pin)을 갖고 있으며, 낙하시험 시 핀이 고장날 확률이 매우 높다. 게다가, 전기차 어댑터의 무게와 휴대성을 고려하면
가정용 전기기기와 유사한 사용환경임을 알 수 있다. 따라서, 가정용 전기기기의 핀의 안전성은 국제표준인 IEC 60068-2-32을 이용하여 시험의
합부판정 기준을 설정 할 수 있다. 사용자의 안전을 보장하기 위하여 절연이 유지되는지를 확인하기 위하여 절연저항 시험 및 내전압 시험을 수행하며,
사람의 손가락이 도출 도전부에 닿는지 확인하기 위하여 데트스 핑거 B 시험을 수행할 수 있다.
표 3. 전기차 어댑터 낙하시험 후, 합부판정기준
Table 3. After drop test, conformity standards
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국제표준
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IEC 60068-2-32[5]
|
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시험절차
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자유낙하시험
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합부판정기준
|
절연저항 측정, 내전압 시험
테스트 핑거 B 시험 (IEC 60529)
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2.2.2 중력에 의한 토크
전기차 어댑터는 케이블 사용 유무에 따라 케이블이 없는 일체형 전기차 어댑터과 케이블형 전기차 어댑터로 구분할 수 있다. 두가지 모두 길이 및 무게
증가에 따라 인렛에 인가되는 토크가 커질 수 있다. 이는 인렛의 내구성에 문제를 가져올 수 있으며, 이를 방지하기 위해서는 관련된 시험항목을 검토해야만
한다. 다만, 케이블형 전기차 어댑터는 일반적인 전기차 충전기 커넥터의 연결과 구조적으로 큰 차이가 없기 때문에 토크는 크게 증가하지 않는다고 생각할
수 있다.
그림. 3. 케이블형 전기차 어댑터에 의한 토크
Fig. 3. Torque of EV adaptor with cable
그림. 4. 일체형 전기차 어댑터로 인한 토크 증가
Fig. 4. Increasement of torque by EV adaptor without cable
전기차 어댑터의 안전성을 확인하기 위하여, 역시 사용환경이 유사한 가정용 전기기기의 시험항목을 이용하여 시험 및 합부판정기준을 정의할 수 있다.
표 4. 토크 시험 고려 항목
Table 4. Consideration of torque test
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국제표준
|
시험항목
|
시험명
|
|
IEC 60335-1
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22.3절
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접속핀에 대한 토크 시험
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접속핀에 대한 토크시험은 전기차 어댑터가 외부 토크에 견딜 수 있는지 확인하는 시험이다. 이러한 시험을 수행하기 위하여 다음의 전기차 어댑터 사용환경을
고려할 수 있다. 전기차 어댑터는 상온이상에서도 사용될 수 있으며, 이는 전기차 충전기 규격인 IEC 61851-1 및 IEC 62196-1에서 정의하고
있다. 이러한 사용조건을 고려하여 다음의 시험환경을 정의하였다.
표 5. 토크 시험 환경 조건 및 합부판정 기준
Table 5. Condition for torque test and conformity standard
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시험 전 준비
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1시간동안 70℃의 항온시험기에서 온도포화
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|
시험기준
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0.4 Nm로 4방향에서 토크 인가
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|
합부판정기준
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1. 절연저항 측정, 내전압 시험
2. 테스트 핑거 B 시험 (IEC 60529)
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시험온도조건을 70℃로 설정한 이유는, 일반적으로 전기차가 사용되는 환경은 상온 즉 약 20℃이며, 전기차 접속기 국제표준인 IEC 62196에서는
전기차 접속기의 최대온도가 50K를 넘지 않도록 정의하고 있다. 이를 조합하면 전기차 접속기 또는 전기차 어댑터는 최대 70℃에서 사용될 수 있음을
알 수 있다. 이러한 조건을 시험 전 준비환경으로 정의하였다. 아울러, 토크 인가 조건은 가정용 전기기기에서 사용되는 20 cm 에 최대 1kg의
무게를 가할 수 있으므로, 이러한 조건에 여유계수 k=2를 설정하여 값을 산정하였다.
2.2.3 침수 위험
케이블형 전기차 어댑터의 케이블 길이가 긴 경우에는, 전기차 충전기의 커넥터와 전기차 어댑터 입력부의 연결부분이 바닥에 놓여지는 경우도 발생할 수
있다. 이와 같은 경우를 고려하는 이유는 기존의 전기차 충전기에서는 발생할 수 없는 새로운 상황이기 때문이다. 이로 인하여 연결부에 침수가 발생할
수 있고 안전상의 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 따라서, 이러한 것을 방지하기 위해서는 케이블 사용 전기차 어댑터의 경우에는 연결부가 바닥에 놓여지지
않도록 하는 별도의 기준을 검토해야만 한다. 그러나, 이러한 기준을 정의하는 것은 매우 힘들다. 전기차의 높이와 전기차 어댑터의 길이가 제품마다 상이하고,
규격으로 강제하기도 힘들기 때문이다. 따라서, 기본적으로 침수가 될 수 있다는 조건으로 시험을 정의해야 한다.
그림. 5. 일반적인 전기차 커넥터의 사용예
Fig. 5. Use case for general EV connector
그림. 6. 케이블형 전기차 어댑터의 사용예
Fig. 6. Use case for EV adaptor with cable
표 1. 케이블형 전기차 어댑터의 침수시험 절차
Table 1. Immersion test of EV adaptor with cable
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국제표준
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시험항목
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시험명
|
|
IEC 60529[6]
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12절
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IPX7
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전기차 어댑터는 충전기간에 물이나 기타 액체에 의하여 침수 가능성이 있다. 그러나, 만약 전기차 충전자가 이를 인지하지 못할 경우에는 안전사고의 위험이
있다. 따라서, 이를 보호하기 위하여 침수조건 및 합부판정기준을 정의할 수 있다. 일반적으로 전압과 전류가 높아서 인체에 유해한 직류 전기차 충전기는
다음과 같은 기준을 만족해야 사용자의 안전을 보장할 수 있다.
표 7. 전기차 어댑터의 침수시험 합부판정기준
Table 7. Conformity standard for immersion test
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절차
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수면아래 5 cm 상태에서 30분간 침수
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합부판정기준
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시험 중, 일부 침수가 되도 괜찮으나, 시험 후, 절연저항 및 내전압 시험 만족
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2.2.4 케이블 교체 제한
케이블 사용 전기차 어댑터는 사용자가 임의로 케이블의 길이를 변경할 수 있는 가능성이 있다. 그러나, 이러한 임의적 케이블 변경은 앞에서 검토하였던
중력에 의한 토크, 침수 위험 등의 결과에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 것이 원천적으로 금지될 수 있도록 케이블 교체를 금지하여야만 한다.
따라서, 사용자에 의한 케이블 길이 임의 변경을 금지하기 위하여 이를 강제할 필요가 있다. 이와 같은 임의적인 케이블 교체를 제한하기 위하여 다음의
조건을 정의할 수 있다.
(1) 터미널(교체용 단자) 사용 금지
(2) 만약 터미널을 사용할 경우, 터미널을 보호하고 있는 외함은 반드시 특수 장치를 이용하여 결합을 해제
터미널을 사용하게 되면 누구든지 임의로 터미널의 볼트 혹은 나사의 체결을 분리하여 케이블을 교체할 수 있다. 따라서, 일반적으로 터미널 사용을 금지하고,
이를 대체할 수 있도록 압착단자를 사용해야만 한다. 만약, 터미널을 사용하더라도 터미널을 보호하고 있는 외곽 보호함을 특수 장치(예를 들면 “별모양
드라이버” 등)를 이용해야만 체결을 분리할 수 있다면 이 또한 압착단자를 사용하는 것과 비슷한 역할을 할 수 있다고 생각할 수 있다.
이러한 시험은 육안 또는 검사를 통해 진행 할 수 있다. 별도의 시험은 필요하지 않다.
2.2.5 표시사항
전기차 어댑터는 전기차 충전기와 전기차 사이에 사용되기 때문에 전류 용량이 작을 경우에는 과도한 온도 상승 등으로 인하여 문제가 발생할 수 있다.
다음은 한국에서 주로 사용하는 유형1 전기차 어댑터에 따른 충전 가능 전류 및 위험여부를 검토한 것이다.
표 8. 유형1 전기차 어댑터 충전 가능 전류 및 안전성 검토
Table 8. Consideration of safety for type1 EV adaptor
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전기차
충전기
전류용량
|
전기차
어댑터
전류용량
|
전기차
전류용량
|
충전
가능
전류
|
위험
여부
|
|
16 A
|
16 A
|
16 A
|
16 A
|
no
|
|
32 A
|
16 A
|
16 A
|
16 A
|
no
|
|
32 A
|
32 A
|
16 A
|
16 A
|
no
|
|
32 A
|
32 A
|
32 A
|
32 A
|
no
|
|
32 A
|
16 A
|
32 A
|
32 A
|
yes
|
|
16 A
|
16 A
|
32 A
|
16 A
|
no
|
표에서 확인한 것과 같이 특정 조건에서는 전기차 어댑터에서 허용하는 전류 이상이 사용되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해서 몇가지
방법을 생각할 수 있다. 첫째, 전기차 어댑터는 동일 타입 중에서 가능 큰 전류용량을 갖도록 하는 것이다. 그러나, 이는 전기차 어댑터 제조업체의
과도한 제약이 될 수 있다. 둘째, 사용자가 전기차 충전기에 맞춰서 어댑터를 사용하도록 하는 것이다. 이를 정확하게 수행하기 위하여 전기처 어댑터에
반드시 전류용량은 표시되어 있어야 한다. 아울러, 형식시험을 통하여 전류용량의 표시는 지워져서는 안된다. 따라서, 다음과 같은 시험을 통하여 적합성을
확인할 수 있다.
표 9. 전기차 어댑터 표시사항 시험절차
Table 9. Test procedure for mark reliability
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국제표준
|
시험항목
|
시험명
|
|
IEC 61851-1
|
11.15.2절
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표시 사항 시험
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표 10. 전기차 어댑터 표시사항 합부판정기준
Table 10. Conformity standard for mark reliability
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절차
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물을 적신 천을 이용하여 표시사항을 15초간 문지른 후, 다시 휘발류를 묻힌 천을 이용하여 15초 동안 문지름
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합부판정기준
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시험 후, 육안으로 표시사항이 확인될것
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