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문제 정의
- 이 논문에서는 전기자전거 전자파적합성 기준에 대한 국내외 현황과 전자파 측정․분석 결과를 소개하고, 전기자전거에 대한 전자파적합성 기준 및 시험방법에 대해 고찰한다. 이 논문은 2018년 국립전파연구원에서 자체연구과제로 추진한 신기술 융합기기 전자파적합성 기준 연구를 기반으로 작성되었다.
- 이에 따라 국립전파연구원에서는 전기자전거의 전자파안전을 보장하고 시장 활성화를 지원하기 위해 전자파적합성 기준 및 시험방법 개선을 추진하고자 한다.
제안 방법
- 전기자전거 충전 상태에 대한 전자파 장해방지 기준은 <표 5>와 같다. 가정용 전원이 연결되어 충전을 하므로 150 kHz～30 MHz 대역에서 전원 포트에 대한 전자파 전도기준을 규정하였다. 또한, 전기자전거 충전을 위한 부가 및 부하 포트가 존재하는 경우를 대비하여 관련 기준을 규정하였다.
- 전자파 내성은 동작 상태와 충전 상태로 구분하여 규정하였다. 동작 상태는 도로의 전자파 환경을 고려하여 유럽의 표준과 같이 자동차 방사 내성 기준을 수용하였으며, 정전기 방전 시험을 추가 규정하였다. 전기자전거 본체와 전기·전자 장치 단위부품에 대한 방사 내성 기준은 <표 6>과 같다[7].
- 동작 상태에서 정전기는 기중 방전 ±8 kV, 접촉방전 ±4kV를 인가하여 성능평가 기준 B(시험 중 품질저하 등이 발생할 수 있으나, 시험 후 정상적으로 동작)에 적합한지를 시험토록 규정하였다.
- 가정용 전원이 연결되어 충전을 하므로 150 kHz～30 MHz 대역에서 전원 포트에 대한 전자파 전도기준을 규정하였다. 또한, 전기자전거 충전을 위한 부가 및 부하 포트가 존재하는 경우를 대비하여 관련 기준을 규정하였다. 방해전력은 30～300 MHz 대역에 우선 적용한다.
- , 전자파적합성 기준) 제22조(전기자전거 전자파적합성 기준)와 별표 19(전기자전거 전자파 적합성 기준)에 규정되었다. 또한, 전자파적합성 시험방법(국립전파연구원 공고 제2017-71호, 2017.12.28.) 제4조 제30항에 전기자전거에 대한 전자파적합성 시험방법을 규정하고, 별표 22의 KN 15194에 세부 시험방법을 규정하였다.
- 전기자전거는 충전을 위해 상용전원에 연결되므로 전원포트에 전기적 빠른 과도현상, 전도성 RF 전자기장(150 kHz～30 MHz), 서지, 전압강하 및 순시 정전 내성 신호를 인가하여 내성을 평가토록 하였다. 또한, 충전 상태에서 방사성 RF 전자기장(80 MHz～1 GHz)과 정전기 내성 신호를 인가하여 성능평가 기준에 적합한지를 시험토록 하였다.
- 행정예고 기간에 세계무역기구 무역상 기술장벽 협정(WTO/TBT)에 따라 WTO/TBT 사무국에 통보하여 다른 국가의 의견을 들었다. 또한, 한․미 FTA, 한․EU FTA에 따라 상대국에 관련 기준 개정(안)을 통보하고 의견을 들었다. 행정예고, 전자공청회, 국제적 통보 절차에 따라 의견을 수렴한 결과, 전기자전거 전자파적합성 기준에 대해서는 이견이 없었다.
- 방사성 RF 전자기장 내성시험은 [그림 3] (c)와 같이 전기자전거를 구동 상태(25 km/h 공회전)로 하고, 24 V/m의 전자기장을 인가하여 속도 변화, 속도 표시기 오류 등 오동작 및 품질저하 여부를 평가하였다.
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3-1 전기자전거 EMC 시험
시장에 유통되고 있는 전기자전거의 전자파 발생량과 내성에 대한 데이터를 확보하기 위하여 전기자전거 2개 모델에 대하여 국립전파연구원의 EMC 기준전문위원회 산하 F 소위원회와 공동으로 EMC 측정 분석을 실시하였다. 전기자전거 시험방법과 동작조건은 <표 2>와 같고, 전기자전거 시험 구성은 [그림 3]과 같다.
- 전자파 내성 기준도 운행상태와 충전상태로 구분되어 있다. 운행상태에서는 전기자전거의 배터리 전력을 이용하여 바퀴를 회전토록 하고, 방사성 RF 전자기장(80 MHz～1 GHz 대역)과 정전기를 인가하여 오동작 또는 품질저하가 일어나는지 여부를 평가한다. 충전상태에서는 전원선이 연결되어있으므로 전도성 RF 전자기장, 서지, 버스트, 순간정전, 전압 강하 시험을 실시한다.
- 전기자전거 본체에 대한 전자파 내성은 20 MHz～2 GHz 주파수 범위에서 24 V/m의 전기장의 세기를 인가하여 본체의 주행 장치에 영향을 주는지 여부를 평가한다. 24 V/m 전기장의 세기는 시험 주파수 범위의 90 % 이상에서 인가 세기를 유지하여야 하며, 인가되는 모든 주파수에서 최소 전기장의 세기는 20 V/m보다 커야 한다.
- 전기자전거 전기·전자 단위부품에 대한 전자파 내성은 24 V/m의전기장을 인가하여 전기자전거의 주행 장치에 영향을 줄 수 있는 오동작 발생 여부를 평가한다.
- 충전 모드 내성 시험은 가정용 전기기기 및 전동기기 기준을 수용하여 규정하였다. 전기자전거는 충전을 위해 상용전원에 연결되므로 전원포트에 전기적 빠른 과도현상, 전도성 RF 전자기장(150 kHz～30 MHz), 서지, 전압강하 및 순시 정전 내성 신호를 인가하여 내성을 평가토록 하였다. 또한, 충전 상태에서 방사성 RF 전자기장(80 MHz～1 GHz)과 정전기 내성 신호를 인가하여 성능평가 기준에 적합한지를 시험토록 하였다.
- 전기자전거에 장착하는 속도계, 내비게이션 등 전기·전자 기기들은 자동차 전기·전자 단위부품의 기준을 수용하여 별도의 전기장의 세기를 규정하였다.
- 전자파 내성은 동작 상태와 충전 상태로 구분하여 규정하였다. 동작 상태는 도로의 전자파 환경을 고려하여 유럽의 표준과 같이 자동차 방사 내성 기준을 수용하였으며, 정전기 방전 시험을 추가 규정하였다.
- 정전기는 EN 61000-4-2에 따라 접촉 방전 ±4 kV, 기중 방전 ±8 kV를 인가하여 평가기준 B(내성 인가 후 정상동작)의 만족 여부를 시험한다.
- 충전 모드 내성 시험은 가정용 전기기기 및 전동기기 기준을 수용하여 규정하였다. 전기자전거는 충전을 위해 상용전원에 연결되므로 전원포트에 전기적 빠른 과도현상, 전도성 RF 전자기장(150 kHz～30 MHz), 서지, 전압강하 및 순시 정전 내성 신호를 인가하여 내성을 평가토록 하였다.
- 운행상태에서는 전기자전거의 배터리 전력을 이용하여 바퀴를 회전토록 하고, 방사성 RF 전자기장(80 MHz～1 GHz 대역)과 정전기를 인가하여 오동작 또는 품질저하가 일어나는지 여부를 평가한다. 충전상태에서는 전원선이 연결되어있으므로 전도성 RF 전자기장, 서지, 버스트, 순간정전, 전압 강하 시험을 실시한다. 또한, 방사성 RF 전자기장과 정전기도 함께 적용된다.
- 측정거리는 1 m에서 실시하며, 측정방법은 CISPR 25 (자동차 전기·전자 단위부품 장해방지 기준), UN/ECE/R10 기준, 자동차 전자파적합성 시험방법을 참조하여 마련하였다.
이론/모형
- 이 논문에서는 전기자전거 전자파적합성 기준에 대한 국내외 현황과 전자파 측정․분석 결과를 소개하고, 전기자전거에 대한 전자파적합성 기준 및 시험방법에 대해 고찰한다. 이 논문은 2018년 국립전파연구원에서 자체연구과제로 추진한 신기술 융합기기 전자파적합성 기준 연구를 기반으로 작성되었다.
- 충전 상태는 전기자전거 운행을 위해 주거 환경에서 충전을 실시하므로 가전기기와 같은 전자파 환경을 갖는다. 이에 따라 충전상태에 대한 전자파 장해방지 기준은 유럽의 전기자전거 표준과 같이 현행 가정용 전기기기 및 전동기기류 기준을 수용하여 적용하였다. 전기자전거 충전 상태에 대한 전자파 장해방지 기준은 <표 5>와 같다.
- 전자파 장해방지 기준은 전기자전거 동작 상태(광대역 모드: 전원공급과 엔진, 모터 동작), 대기 상태(협대역 모드: 전원은 공급되나, 엔진, 모터는 동작하지 않음), 충전 모드 각각에 대해 유럽의 전기자전거 표준과 같이 자동차 전자파장해방지 기준을 수용하여 규정하였다[7].
성능/효과
- 이 모델의 방사 측정결과, 역시 유럽 기준을 만족하고 있으며, 속도별 구동 상태에 따른 전자파 발생량 차이는 구분할 수 없었다. 구동 상태와 충전 상태의 전자파 방출 형태가 다르며, 충전 상태의 전자파 방출량이 많이 측정되었다.
- . 두 모델 모두 충전 상태의 전도성 방해는 유럽의 전기자전거와 우리나라 가정용 전기기기 기준을 만족하였다.
- 두 모델의 전기자전거는 방사성 RF 전자기장이 인가된 상태에서 정상적으로 동작하여 유럽의 전기자전거 기준을 만족하였다.
후속연구
- 이번에 마련된 전기자전거 전자파적합성 기준이 전기자전거의 안전한 유통·활용과 전기자전거 산업체의 시험·인증비용 절감에 기여할 것으로 기대한다.
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