[논문]전기자동차 충전기의 누전차단기 감도 전류 Trip 방지를 위한 Joule Heating 시뮬레이션 방안연구

이병국; 어익수

doi:10.5762/kais.2021.22.4.150

[국내논문] 전기자동차 충전기의 누전차단기 감도 전류 Trip 방지를 위한 Joule Heating 시뮬레이션 방안연구
A Study on Joule Heating Simulation Method to Prevent Sensitivity Current Trip of Electric Vehicle Charger 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.22 no.4, 2021년, pp.150 - 159

초록
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본 논문에서는 충전 시 발생하는 누전차단기 Trip으로 충전 중단에 의한 전기자동차 사용자의 불편함을 방지하기 위한 것이다. 현장 사례연구로 충전기 고장(failure) 유형, 차종별 누설전류 측정실험, 누전차단기 동작 실험 시 여름철 충전기 내부 온도가 60 ℃이상까지 상승하여 누전차단기가 정격 감도 전류의 80%에서 Trip으로 충전 중단됨을 확인하였다. Joule Heating 모델링을 통하여 32A 전류를 초기 시간 t=0 (s)의 기준온도 30℃에서 통전하여 t=3000 (s)경과 후에는 누전차단기 충전부 주위에서 발열이 32.4℃까지 증가함을 시뮬레이션으로 확인하였으며, 통계 검증 tool을 활용하여 온도 및 시간(s) 요인이 발생 열량에 상관관계 0.97로 검증되었다. 본 논문의 연구 실험 결과는 충전기 기구 물 개발 시 충전케이스의 재질, 내부 배선의 배치, 유전 매질에 따른 Joule Heating 시뮬레이션 수행으로 여름철 충전기 내부 온도 상승에 의한 누전차단기 감도 전류 Trip을 방지할 수 있음을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aimed to prevent inconvenience to electric vehicle users caused by an interruption of charging by the earth leakage breaker trip that occurs during charging. As a field case study, it was confirmed that during the battery charger failure type, leakage current measurement experiment by vehicle type, and leakage current breaker operation experiment, the internal temperature of the charger rose to more than 60 ℃ in summer, and the earth leakage circuit breaker stopped charging by tripping at 80% of the rated sensitivity current. Through Joule heating modeling, 32A is energized at the reference temperature of 30 ℃ at the initial time t=0 (s). After t=3000 (s), the heat generated around the charging part of the earth leakage breaker increased to 32.4 ℃. The temperature and time factors correlated with the amount of heat generated according to the statistical verification tool with a correlation coefficient of 0.97. Overall, it is possible to prevent the leakage breaker sensitivity current trip due to an increase in temperature inside the charger in summer by performing a Joule heating simulation according to the material of the charging case, the arrangement of the internal wiring, and the dielectric medium when developing the charger device.

주제어

표/그림 (29)

그림 Fig. 1. Components of electric vehicle charging infrastructure
그림 Fig. 2. Diagram of charger Internal structure
그림 Fig. 3. Diagram of charger time chart
그림 Fig. 4. Charging device configuration
그림 Fig. 5. Synthesis of Fundamental wave and 3 harmonics
그림 Fig. 6. Analysis of AC voltage harmonic FFT
그림 Fig. 7. Direct contact protection configuration during electric shock protection in low voltage circuit
그림 Fig. 8. Configuration of internal Circuit breaker
그림 Fig. 9. Steady state
그림 Fig. 10. Condition of earth leakage state
그림 Fig. 11. Measuring method of resistive leakage ammeter
그림 Fig. 12. Analysis result of Charger failure
표 Table 1. Investigation of site failure
그림 Fig. 13. Leakage current measurement data by electric vehicle manufacturer (a) Leakage current(Clamp Leaker) (b) IGR measurement (Js-0608h)
표 Table 2. Specifications of test preparation
표 Table 3. Leakage current measurement data by electric vehicle manufacture
표 Table 4. Insulation performance standard of low-voltage power line
표 Table 5. Measurement of operation test by manufacturer
그림 Fig. 14. Measurement result of operation test by manufacturer (a) case A (b) case B (c) case C (d) case D
그림 Fig. 15. The internal temperature of the charger in summer
그림 Fig. 16. The internal temperature of the charger spring and fall
그림 Fig. 17. Composition of electric parts inside the charger
그림 Fig. 18. Operation characteristic curve of earth leakage circuit breake (a) Rate of change of operating time (b) Rate of change of rated current
그림 Fig. 19. Temperature change of Joule Heating inside the charger (a) 1 minute elapsed after applying current (b) 50 minute elapsed after applying current
그림 Fig. 20. Results of Joule Heating Simulation
그림 Fig. 21. Line fit of temperature
표 Table 6. Simulation data of internal heating value of charger
그림 Fig. 22. Line fit of time
표 Table 7. Statistics and goodness-of-fit

참고문헌 (5)

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