[논문]자동차용 모바일 폰 충전 케이블의 발화 안전성에 관한 연구

권진욱; 최규식; 황명환

doi:10.12812/ksms.2018.20.3.021

[국내논문] 자동차용 모바일 폰 충전 케이블의 발화 안전성에 관한 연구
A Study on safety against a fire of charging cable for mobile phone for vehicle 원문보기

대한안전경영과학회지 = Journal of the Korea safety management & science, v.20 no.3, 2018년, pp.21 - 26

권진욱 (한국산업기술시험원) , 최규식 (한국산업기술시험원) , 황명환 (인천대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes result of a study on safety against a fire of charging cable for mobile phone for vehicle. Combustion on the USB cable in the car was happened while driving. Gas coming from the burning USB cable could be a reason which can make a secondary car accident since the driver also can be embarrassed while driving. In order to prevent a secondary car accident connected on the road, to research a reason why USB cable can emit gas and be burned in charging. We did simulation test with abnormal fault condition for the electronic component on the board in the USB cable. So we get the result from abnormal fault condition simulation test, for instance, shorted test for output terminal of 8 pin switch, shorted test for chip resistor after thermal aging in the condition $25^{\circ}C$, 93 % RH during 48 hours. To analysis the result of all test, Combustion on the USB cable was not the 8 pin but other electrical component such as a chip resistor. Therefore we guess that the reason for USB cable combustion in charging in a car was not 8 pin and a LED but another defective component.

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AI 본문요약
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문제 정의

차량용 충전케이블의 연소사고는 연소 시 발생한 유독가스로 운전자가 당황하여 2차 차량사고로 이어질 수 있는 개연성이 있다. 따라서 본 연구에서 차량용 충전 케이블의 사고원인을 분석하고자 한다.
본 연구에서는 자동차용 핸드폰 충전 케이블의 사용에 있어서 발생 할 수 있는 연소위험 가능성을 모의시험을 통해 분석 하였고, 다음과 같은 결론은 얻을 수 있었다.

가설 설정

5) Chip Resistor 단락 시 LED가 소손되며 연소 개스를 발생하였다.

제안 방법

시험시료 9개 중 2개 시험품, 시험시료 #3, #4번은 IEC 60950-1(Ed. 2.2) 규격의 2.9.2절에 근거하여 25 ℃ ± 1 ℃, 상대 습도 93 % ± 1 % 의 조건에서 48시간 온/습도 처리 후 이상상태 모의시험을 수행하였다.
IEC 60950-1(Ed. 2.2) 규격의 5.3절에 따라서 부품의 단락을 모의 시험한 후, 시험품에 가장 불리한 조건을 먼저 찾아내고, 이상상태 모의시험을 각각 조건별로 8번 시험품을 제외한 시험시료 9개에 구분 적용하여 시험을 실시하였다7).
제품 스위치 몰딩 내부 회로 상에서 시험품 4개는 출력단자를 단락시켰고, 나머지 시험품 6개는 Fig. 8과같이 칩 저항을 단락시켜 모의시험을 실시하였다.
10과 같이 ⃞ 로 표기한 LED부분에 소손 현상이 발생하였다. 따라서 과전류로 인해 취약한 부분의 소손현상이 발생하는 부분을 찾았고, 시험품 6개에 동일 부위의 단락시험을 추가로 실시하였다. 시험 중 연소가 발생하고 온도가 상승한 시험품은 Fig.
따라서 과전류로 인해 취약한 부분의 소손현상이 발생하는 부분을 찾았고, 시험품 6개에 동일 부위의 단락시험을 추가로 실시하였다. 시험 중 연소가 발생하고 온도가 상승한 시험품은 Fig. 11과 같이 열화상카메라를 이용하여 온도를 측정하였다.

대상 데이터

휴대폰 충전 케이블의 발화 연소 가능성 시험을 위해 시중에서 시판되고 있는 정상충전모드와 급속충전모드의 절체 스위칭 회로를 내장하고 있는 A사의 스마트폰 충전케이블 중 B모델 10개를 구매하여 시험을 실시 하였다. 시료의 구체적인 사양은 다음과 같다.
3.1 정상동작 확인 시험

시험품은 Fig. 7과 같이 전면과 후면의 전자회로로 구성된 USB 케이블 10개에 각각 1번에서 10번까지 번호를 부여하고 구분하여 시험을 실시하였다.
실제 사고 사례와 유사한 조건을 구현하기 위하여, 자동차 전원용 배터리에 근사한 5 V, 30 A 정격용량의 독립전원을 사용하여 시험을 실시하였다.

성능/효과

시험 전, 시험품 10개의 이상 유무를 확인하기 위하여 정상적으로 동작하고 있는지 확인하기 위하여 시험시료의 입력에 DC 5 V를 공급하고 출력전압이 정상적으로 DC 5 V가 나오는지 확인한 결과 Table 1과 같이 모두 정상임을 확인하였다.
1) 시험품은 온도, 습도 조건보다, 전류가 정격이상으로 흐를 수 있는 모의시험에서 연소되었다. 모의시험 시 단락전류는 최대 20 A가 5초 동안 흐르고 온도는 최대 84 ℃까지 상승하였다.
2) 10개 시험품 중 Chip Resistor를 단락한 경우 3개가 정격전류를 상회하여 흐르고 연소하며 개스를 발생하였다.
3) 출력 단자 단락 시 시험품은 즉시 동작이 정지되고 10분 동안 개스 발생 등 위험요소는 발생하지 않았다.
4) 8핀 스위치보다 Chip Resistor 단락이 실제로 더 위험한 결과를 야기 하였다.
6) SPD방식을 DCP로 사용하지 위하여 절체한 경우, 출력단자를 단락시켜도 USB 케이블이 연소하는 상황은 발생하지 않았다.
7) 본 결과를 통해 유추될 수 있는 사항은 Table 3의 3번, 9번, 10번의 시험결과와 같이 Chip Resistor가 단락되는 경우가 정격을 초과하는 전류가 흐를 수 있고 연소될 수 있음을 알았다.

후속연구

추가 고려사항으로, 시중에 판매되는 여러 가지 제품들이 모두 동일한 구조라고 볼 수 없고, 또한 기업의 지적 자산의 보호 차원에서 제품의 회로도의 입수가 이루어지지 않아, 핸드폰 충전 케이블 이라는 제품이 모두 위의 시험결과와 같은 문제를 갖고 있다고는 판단 할수 없지만 시중에 유통 되고 있는 제품이 위와 같은 위험을 내재 하고 있다는 것이 간과되어서는 안 될 것이다. 운전자는 운전 중 충전 시 연소위험 발생 가능성에 대해 인식이 필요하고, 추후 불량 Chip Resistor에 대한 구체적인 연구가 수반되어야 할 것으로 사료된다.
추가 고려사항으로, 시중에 판매되는 여러 가지 제품들이 모두 동일한 구조라고 볼 수 없고, 또한 기업의 지적 자산의 보호 차원에서 제품의 회로도의 입수가 이루어지지 않아, 핸드폰 충전 케이블 이라는 제품이 모두 위의 시험결과와 같은 문제를 갖고 있다고는 판단 할수 없지만 시중에 유통 되고 있는 제품이 위와 같은 위험을 내재 하고 있다는 것이 간과되어서는 안 될 것이다. 운전자는 운전 중 충전 시 연소위험 발생 가능성에 대해 인식이 필요하고, 추후 불량 Chip Resistor에 대한 구체적인 연구가 수반되어야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	케이블연소의 주요 특징은 무엇인가?	1은 최근에 운전 중에 충전하다가 차량용 USB 케이블의 전자회로부분에서 연소사고가 발생한 사례이다. 케이블연소의 주요 특징은 연소성, 열적손상, 화염전파성 등이 있다1,2).
	차량용 충전케이블의 연소사고가 특히 위험한 이유는 무엇인가?	차량용 충전케이블의 연소사고는 연소 시 발생한 유독가스로 운전자가 당황하여 2차 차량사고로 이어질 수 있는 개연성이 있다. 따라서 본 연구에서 차량용 충전 케이블의 사고원인을 분석하고자 한다.
	USB 충전 케이블의 종류 중 DCP의 특징은 무엇인가?	아답터와 마이크로5핀 케이블이 같이 있는(일반적인 핸드폰 충전기)처럼 충전만 가능한 방식의 케이블. 1.5 A ~ 2.0 A까지 충전 전류를 뽑아 낼 수 있다.

참고문헌 (7)

H.S. Lim, D.H. Kim(2011) "A Study on Heat-Flux Evaluation for Cable Fire Including Diagnostic Methodology for Degradation in Nuclear Power Plants" Journal of the KOSOS, Vol.26, No. 2, pp. 20-25.
S.C.Kim, S.H.Lee(2008), "Assessment of Grid Sensitivity in the FDS Field Model to Simulate the Flame Propagation of an Electric Cable Fire" Journal of the KOSOS, Vol. 23, No. 4, pp. 30-35.
Y.B.Park, S.O.Han(1995), "The Countermeasure of the Fire of Electric Cables " Journal of the KIFSE, Vol. 9, No. 2, pp.47-56,
P. Andersson, L. Rosell, M. Simonson, and V. Emanuelsson(2004), "Small and Large Scale Fire Experiments with Electric Cables under Well - Ventilated and Vitiated Conditions", Fire Technology Vol. 40, No. 3, pp.247-262.

상세보기
IEC 62680-1 (Ed. 1.0)(2013) "Universal serial bus interfaces for data and power-Part 1: Universal serial bus specification, revision 2.0".
IEC 62680-3 (Ed. 1.0)(2013) "Universal serial bus interfaces for data and power - Part 3: USB Battery Charging Specification, Revision 1.2".
IEC 60950-1 (Ed. 2.2)(2013) "Information technology equipment -Safety-Part 1: General requirements" .

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