[논문]친환경/고효율 자동차용 고전압 커넥터의 정격전류 산정

연복희; 노용준; 조세훈; 김유민; 김대기; 박완기

문제 정의

하지만, 전류 사이클, 온습도 사이클및 진동과 같은 기본적인 장기 내구성에 대한 규정 밖에 없다. 따라서, 본 고효율 자동차용 고전압 커넥터의 경우 기초성능을 SAE J1742 기준으로 기존 일반 자동차용 커넥터에서 요구하는 각종 내구성을 포괄하는커넥터 성능 목표를 정하고, 이를 개발 목표로 하였다. 표 1은 고효율자동차용 고전압 커넥터 중 약 80A급에 해당하는 주요성능을 나타내었다.
현재, 커넥터의정격전류 산정법은 단자부의 온도상승에 따라서 규정된 전류통전 시, 온도상승분 만을 측정하고 있지만, 장기 내구성을 고려하지 않기 때문에가혹한 조건에서 장시간 사용하는 경우 많은 문제를 야기할 가능성이있다. 따라서, 본 논문에서는 고효율 자동차용 고전압 커넥터 중 모터구동단에 연결되는 약 80A급 커넥터를 대상으로 개발과정에서 정격전류 산정과 이의 고려사항 및 내구시험 결과를 소개하고자 한다.

제안 방법

각 시험 평가를 진행하면서 상기의 규격치 성능의 만족 여부와 외관검사를 통하여 성능의 이상유무를 단계적으로 확인하였다.
본 실험에서는 통상적으로 사용하고 있는 상온에서의 통전전류에 따른 온도상승을 케이블과 단자의 압착부위 인근에서 측정하였다. 또한, 사용한 케이블의 크기, 부하 측에서의 오차 등 외부적인 요인을 고려한 계수를 적용하여 de-rating curve를 산정하였다.
전류 사이클 주기는 SAE J1742 규정에 따라 산정전류를 10분간 on, 50분간 off하는 것으로 구성하였다. 또한, 상온 및 고온에서 측정하는 시료를 직렬로 구성하여 동시에 측정할 수 있도록 하였고, 최대 1000 사이클 동안 실시하였다. 커넥터의 전압강하는 10A 전류를 통전할 때, 커넥터의 단자 접촉부에서 발생하는 접촉저항치를 측정하여 계산하였다.
하지만, 연속적인 프레스 공정에 의한 단자 제조를 어렵게 하는 단점이 있다. 본 개발품의 커넥터 단자에서는 암형 단자구조를 두 개의 개별부품으로 구성하고, 탄성부를 이루는 부분을 탄성계수가 높고 얇은 재질로 선정함으로써 단자 간 삽입력을 낮게 유지하는조립상 장점을 활용하였다.
산정해야 한다. 본 실험에서는 통상적으로 사용하고 있는 상온에서의 통전전류에 따른 온도상승을 케이블과 단자의 압착부위 인근에서 측정하였다. 또한, 사용한 케이블의 크기, 부하 측에서의 오차 등 외부적인 요인을 고려한 계수를 적용하여 de-rating curve를 산정하였다.
위에서 산정한 정격전류의 장기 내구성을 평가하기 위해 기본전류의 on/off를 반복하는 전류 cycle 시험을 진행하였으며, 커넥터의 적용 부가 고온일 경우를 고려하여 같은 전류 사이클 시험을 차량 내 최고온도 기준인 80℃에서 실시하였다. 전류 사이클 시험을 진행하면서 최고 온도상승분 및 전압강하의 변화를 동시에 측정하였다.
이는 고온에서단자의 고유저항이 증가하여 나타난 결과이다. 위의 모든 내구시험을 거친 커넥터를 초기시험과 동일한 온도상승 및 de-rating curve를 산정하였다. 이 결과, 온도상승은 2℃ 이내, 전압강하는 0.
이와 같이 구성된 단자의 통전전류별 온도상승치를 측정하였으며, 열평형 상태에서 온도를 측정하였다. 측정결과를 그림 2에 나타내었는데, 그림에서 보는 바와 같이 80A 통전 시 온도상승치는 약 30'C, 100A 통전 시에는 42℃까지 상승하였다.
자동차의 연비향상과 친환경화를 위한 고효율자동차용 고전압 커넥터의 개발과정에서 정격전류 산정을 위한 온도상승, de-rating 및 전류 사이클 시험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
80℃에서 실시하였다. 전류 사이클 시험을 진행하면서 최고 온도상승분 및 전압강하의 변화를 동시에 측정하였다. 전류 사이클 주기는 SAE J1742 규정에 따라 산정전류를 10분간 on, 50분간 off하는 것으로 구성하였다.
커넥터의 전압강하는 10A 전류를 통전할 때, 커넥터의 단자 접촉부에서 발생하는 접촉저항치를 측정하여 계산하였다. 커넥터 단자와 케이블의 접속 끝단에서 각각 75mm 구간에서 전체의 접촉저항을 측정한 후, 케이블 자체의 저항치를 뺀 후, 순수하게 단자부에서의 전압강하를 계산하였다.
또한, 상온 및 고온에서 측정하는 시료를 직렬로 구성하여 동시에 측정할 수 있도록 하였고, 최대 1000 사이클 동안 실시하였다. 커넥터의 전압강하는 10A 전류를 통전할 때, 커넥터의 단자 접촉부에서 발생하는 접촉저항치를 측정하여 계산하였다. 커넥터 단자와 케이블의 접속 끝단에서 각각 75mm 구간에서 전체의 접촉저항을 측정한 후, 케이블 자체의 저항치를 뺀 후, 순수하게 단자부에서의 전압강하를 계산하였다.
커넥터의 정격전류 산정은 정격전류의 연속통전 시와 자동차의 운전 시의 운전조건, 노출환경 조건 등을 고려하여 그림 1와 같은 순서로 진행하였다. 각 시험 평가를 진행하면서 상기의 규격치 성능의 만족 여부와 외관검사를 통하여 성능의 이상유무를 단계적으로 확인하였다.

대상 데이터

및 연결된 케이블의 크기에 따라서 정해진다. 본 고효율 자동차용커넥터의 단자는 1.2 [두께의 고순도 동합금 판을 이용하여 9.5mm (375 series) 폭의 탭단자를 설계하였다. 커넥터의 단자는 암단자의 스프링 구조로 대별될 수 있다.

성능/효과

8을 고려한 곡선을 동시에 나타내었다. 자동차의 최고 사용온도 80℃를 고려했을 때, 약 80A까지 통전가능함을 알 수 있었다. 또한, 초기 커넥터의 전압강하치는 약 0.
이를 위해서는 고성능 단자재질의 선정 뿐만 아니라 자동차 환경을모의한 환경시험 및 current cycling 시험을 실시해야 한다. 환경시험 중 온습도 사이클 시험을 통해 전압강하의 변화가 상대적으로크게 나타났으며, 이는 주석도금 단자의 경우 필수적인 고려대상임을 알 수 있었다.

후속연구

1) 고효율 자동차용 커넥터는 단순 통전전류에 따른 온도상승 특성과함께 각종 내구시험을 거쳐 신뢰성 높은 단자 개발이 필수적이다. 이를 위해서는 고성능 단자재질의 선정 뿐만 아니라 자동차 환경을모의한 환경시험 및 current cycling 시험을 실시해야 한다.

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