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커넥터
커넥터(Connector)는 충전케이블에 부착되어 있으며, 전기자동차 인렛에 접속하기 위한 장치를 말한다.
목차
개요[편집]
커넥터는 본래 전기 도체를 연결하고 전기 회로를 만드는 데 사용되는 전기 기계 장치였지만,[1] 전기자동차에서는 케이블이나 와이어를 연결하거나 접속하여 충전을 도와주는 장치를 뜻한다. 사용자의 편의를 위해 차량에 장착되는 전장품의 개수가 증가하는 추세이기 때문에 이에 따라 요구되는 케이블이나 와이어의 개수도 증가하여 이들을 연결하거나 접속하기 위해 다양한 커넥터가 사용되고 있다.[2] 또한 커넥터는 자동차의 파워와 시그널을 전달하는 중요한 요소인 터미널과 터미널을 안착시키는 하우징 그리고 터미널의 위치를 잡아주는 티피에이(TPA, Terminal Position Assurance)로 구성되어 있으며, 자동차 조립작업에 있어서 상대 커넥터와 연결이 되는 타입과 각종 자동차 내부의 기기 전원 및 신호전달 역할을 수행한다.[3]
특징[편집]
커넥터는 커넥터 하우징과 하우징이 이탈되지 않도록 걸쇠를 설치하고 있어 걸쇠의 수에 따라 한 개의 걸쇠 타입(single locking type)과 2개의 걸쇠 타입(double locking type)으로 구분한다. 커넥터 하우징 재질로는 가볍고 성형이 쉬운 나일론 수지나 폴리부틸렌테레프탈레이드(PBT) 수지 등이 사용되며, 이러한 수지는 가연성이어서 비교적 낮은 온도에서도 변형되기 쉬워 낮은 온도 부위에 사용된다. 커넥터의 형상과 구조는 커넥터의 사용환경과 터미널의 밀림방지나 접촉면의 압착을 개선하기 위해 다양한 커넥터가 개발되고 있으며 다양한 종류의 형상과 형식의 커넥터가 많이 증가하고 있다. 커넥터의 결합에 의한 불량은 주로 커넥터의 체결에 의한 불량이나 터미널의 밀림 현상에 의한 결함으로 나타나는데, 전자는 주로 조립 시 발생하는 경우라면 후자는 주로 전선의 리페어 과정에서 발생하는 경우가 많다. 전선의 리페어 과정에서 발생하는 불량은 기계적 조립과정보다는 사람의 실수로 발생한다. 압착된 터미널은 커넥터 하우징에 삽입되면 하우징의 잠금쇠에 록킹 탕 또는 걸쇠에 의해 잠겨 낚싯바늘과 같이 고기가 낚싯바늘에 걸려 빠져나오지 못하게 되는 구조로 되어 있지만, 전선에 무리한 힘이나 터미널의 교정작업 중 하우징 잠금쇠가 손상되면 터미널은 쉽게 밀리게 된다. 따라서 터미널의 교정작업은 반드시 숙련된 사람이 커넥터에 맞는 특수 도구를 이용하여 교정해야 한다.[4]
구조[편집]
일반 자동차 커넥터는 4가지로 구성되어 있다. 먼저 외부 플라스틱으로 일반적인 외부 플라스틱은 저온 및 고온 사출 성형으로 만들어진다. 저온 외부 플라스틱은 웨이브 솔더 공정에 적합하고 고온 외부 플라스틱은 표면 실장 기술(SMT) 공정에 적합하며 외부 플라스틱의 주요 기능은 외부 플라스틱의 버클을 통해 수형 및 암형 커넥터의 유지력을 제공한다. 그다음 차폐 쉘은 일반적으로 아연 합금, 일반적으로 다이캐스팅으로 만들어지며 구리 표면은 아연 도금된다. 차폐 쉘의 역할은 외부 신호가 커넥터 작업을 방해하지 않도록 신호를 차폐한다. 내부 플라스틱은 일반적으로 플라스틱 부품으로 사출 성형을 통해 내부 플라스틱의 플라스틱 펠릿을 사야 하고 유전 상수는 커넥터의 고주파 특성에 영향을 주며 내부 플라스틱 기능은 터미널을 포함한다. 마지막으로 터미널의 단자는 일반적으로 스탬핑으로 형성된 금속 스탬핑 부품이며 일반 재료는 황동 및 인청동이다. 터미널의 기능은 공통 세그먼트는 신호를 전송하기 위해 암 터미널과 접촉한다.[5]
조건[편집]
커넥터는 와이어 하니스의 전선과 전선, 와이어 하니스의 전선과 전장품을 결합하여 전기회로를 구성하는 접속구 역할을 하는 부품으로 커넥터의 터미널과 터미널 간 접촉이 확실히 이루어져야 한다. 보통 커넥터의 터미널은 탭 터미널(tap terminal)과 리셉터클 터미널(receptacle terminal)이 결합하여 도체가 접촉하게 되는데, 이때 점접촉이나 선접촉에 의해 접촉면에 저항이 증가하면 흐르는 전류는 제한되어 전기적으로 문제를 일으키게 된다. 전류의 흐름이 큰 곳에 접촉저항이 증가하면 접촉 부위는 주울열에 의해 커넥터 하우징이 변형되기도 하고, 심하면 커넥터와 전선이 소손되는 경우도 발생하게 된다. 전류의 흐름이 작은 곳이라도 접촉저항이 증가하면 오동작이 일어나거나 시스템 동작이 불안정하게 된다. 또한 커넥터가 차량 외부에 노출된 경우라면 기후나 주변 환경에 따라 터미널 접촉면이 산화되어 접촉저항을 증가시키게 된다. 따라서 자동차용 커넥터의 경우 터미널과 터미널의 접촉은 접촉 면적이 충분하도록 면 접촉 되어야 하고 차량의 진동에도 충분히 견딜 수 있는 구조를 갖춰야 하며 터미널에 접촉면이 부식되지 않아야 한다. 특히 자동차용 커넥터는 진동이나 기후 변화에도 접촉저항에 의한 불안전 동작이 일어나지 않아야 하므로 내 진동 시에는 수 Hz~수백 Hz까지의 진동시험에서 1㎲ 이하의 순간 단선도 일어나서는 안 되는 엄격한 규격을 요구하고 있다. 일반적으로 자동차 커넥터의 터미널과 터미널 사이의 접촉저항은 3 m Ω~10 m Ω 범위이며 제조사의 커넥터 종류와 터미널의 재질에 따라 허용온도 범위는 영하 40도에서 영상 120도이다.[4]
종류[편집]
AC 단상[편집]
AC 단상은 AC 단상 5핀은 국내 완속충전 표준 커넥터로, 국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 많이 사용되는 충전 타입이다. 일반적인 교류전원을 사용하며 통산 220V / 32A, 7kW급으로 이야기하며 국내에서 출시된 대부분의 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV)의 충전 타입이 바로 AC 단상이다. AC 3상 7핀은 3상을 지원하는 7개의 핀으로 구성되어 있다. 급속과 완속을 모두 사용할 수 있는 표준으로, 고속충전 시 직류 전원을 사용하는 다른 표준들과 다르게 고속충전에서 교류 전원을 사용한다. 자동차의 배터리 용량에 따라 다르지만 통상 10%를 충전하는 데 약 1시간이 필요하다. 국내는 르노삼성자동차㈜(Renault Samsung Motors) SM3를 제외하고는 모두 연결이 가능하며 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)의 GLC 350e, C 350e도 같은 규격을 지원한다.[6]
차데모 방식[편집]
차데모 방식의 커넥터는 충전과 주행을 합친 말로 완속 충전구와 급속 충전구가 따로 분리되어 있어 전파 간섭의 우려가 적다는 장점이 있습니다. 하지만, 완속 충전구와 급속 충전구가 구분되어 있어서 충전기의 부피가 크며, 충전하는 데 시간이 많이 소요되고 교류 충전 시에는 별도의 어댑터가 필요하다는 단점이 있다. 차데모 방식을 사용해서 충전할 수 있는 전기자동차 종류에는 닛산(Nissan)의 리프, 기아자동차㈜(KIA MOTORS CORPORATION)의 레이, 쏘울 전기자동차 등이 있다.[7]
DC콤보 방식[편집]
DC콤보 방식의 커넥터는 미국, 유럽, 한국의 자동차에서 적용되며 급속충전구와 완속충전구가 일체형이어서 급속충전용 직류 모듈의 동시 사용이 가능해 충전뿐만 아니라 공간 활용도에서도 장점이 있습니다. 하지만 완속충전 시간이 다른 충전 방식보다 길다는 점이 단점입니다. DC 콤보 충전 방식으로 제너럴모터스(General Motors Corporation) 스파크, 비엠더블유(BMW) i3, 현대자동차㈜(Hyundai Motor Company) 코나, 아이오닉, 기아자동차㈜ 쏘울 등을 충전할 수 있다.[7]
AC 3상 방식[편집]
AC 3상 방식의 커넥터의 경우 직류 변환을 하지 않고 교류 방식을 그대로 사용하는 것으로 내부 전용 인버터를 사용하여 충전하는 방식이다. 따라서 급속충전 시간이 빠르고 낮은 전력 사용으로 효율이 높으며, 충전 인프라 구축 비용이 적다는 장점이 있다. 르노삼성자동차㈜의 SM3가 이 충전 방식을 사용하고 있다.[7]
활용[편집]
현대자동차㈜[편집]
2021년 4월 14일, 현대자동차㈜는 서해안고속도로 화성휴게소에서 전기자동차 초고속 충전소 이피트(E-Pit) 개소식을 하고 2021년 4월 15일부터 전국 고속도로 휴게소 12곳에서 이피트 운영을 시작했다. 이피트 충전소는 전국 고속도로 휴게소 12곳에 각 6기씩 총 72기 설치되었으며 연중무휴 24시간 운영될 예정이다. 이피트 충전소는 고속도로 휴게소에 구축된 전기자동차 초고속 충전소이며 현대자동차㈜가 장거리 운전자의 충전 편의성을 높이고 국내 전기자동차 보급 활성화에 기여하고자 만들어졌다. 출력량 기준 국내 최고 수준인 350kW급 초고속 충전설비를 갖춘 것이 특징이고 충전 속도는 차량별 수용 가능 전력량에 맞춰 자동 조절된다. 현대자동차㈜는 충전 시연에서 아이오닉 5와 기아자동차㈜ EV6를 18분 이내에 배터리 용량 10%에서 80% 충전되는 모습을 보이며 초고속 충전 대중화에 대한 기대감을 높였다. 또한 이피트 충전소는 전기자동차에 저장된 인증 정보를 이용해 충전 커넥터 체결만으로 충전과 결제가 한번에 가능한 플러그 앤 차지 서비스를 적용했다. 더불어 이피트 전용 애플리케이션을 활용하여 결제 카드 없이 전기자동차를 충전할 수 있는 디지털 월렛, 충전소 만차 시 온라인으로 대기 번호를 발급하는 디지털 큐 등 신규 서비스를 다양하게 적용했다. 이피트 충전소는 캐노피 구조로 건축되어 충전 중인 차량과 고객을 악천후로부터 보호하고 편안한 충전 공간을 제공한다. 현대자동차㈜는 국내 전기자동차 시장 활성화를 위해 타사 전기자동차 이용 고객에게 이피트 충전소를 개방하고 국내 충전콤보인 콤보1을 기본 충전방식으로 채택한 전기자동차는 제조사에 상관없이 모두 충전이 가능하다.[8]
최근 현황[편집]
- 커넥터 방식 통일화
2018년, 각각 세 가지 방식으로 운영 중인 전기자동차 충전구와 급속충전 커넥터를 각각 한가지 방식으로 통일한다. 산업통상자원부 국가기술표준원은 이 같은 내용을 담은 전기자동차 충전 관련 KS 개정안을 고시했다. 2016년 전기자동차 급속2 충전 방식 다섯 가지 방식의 세계 국제 표준(IEC)이 있고 국내에선 차데모, AC 3상, 콤보 1 등 세 가지 방식을 사용했다. 이에 국가기술표준원은 소비자 불편 및 혼란을 해결하기 위해 전기자동차 급속 충전방식의 통일화를 추진한다. 국가기술표준원은 전기자동차 충전기와 급속충전기 커넥터를 콤보 1 방식으로 통일했다. 콤보 1은 급속과 완속 충전을 충전구 한곳에서 사용할 수 있으며 AC 3상보다 충전 시간이 짧고, 충전용량도 크다는 장점이 있다. 차데모에 비해 차량 정보 통신이 유리하다. 또한, 미국 자동차학회가 표준으로 채택해 미국을 중심으로 해 세계적인 표준 방식으로 자리 잡을 것으로 보여 국내 전기자동차 급속 충전방식을 콤보 1로 통일했다. 이에 따라 자동차 제조사는 충전구 1개인 전기자동차 생산으로 인해 생산 효율을 높이고, 충전기 제조사도 커넥터를 3개에서 1개로 줄어 충전기 제조원가를 2,000만 원에서 1,700만 원으로 줄일 수 있다.[9]
논란[편집]
- 차량 따라 커넥터 충전방식 상이
미래신성장동력 산업으로 주목을 받는 전기자동차와 관련해 전기자동차 충전소에 충전방식이 상이한 기존 출시 차들이 모두 사용할 수 있는 충전 커넥터 비치가 필요하다는 지적이 나오고 있다. 2020년 말 기준 아산시에 등록된 전기자동차는 승용 727대 화물 100대, 버스 34대, 관용차 16대, 이륜 64대 등 총 941대다. 이들 차량 중 현대자동차㈜, 기아자동차㈜ 차종들의 충전소켓은 DC 차데모 10핀, DC콤보 7핀, AC 단상 5핀을, 르노삼성자동차㈜ AC 3상 7핀, AC 단상 7핀을 한국지엠㈜(GM KOREA)은 DC콤보 7핀, AC 단상 5핀을, 비엠더블유는 급속 DC콤보 7핀, 닛산은 급속 DC차데모 10핀, AC 단상 5핀을 사용한다. 이렇듯 전기자동차 생산 업체에 따라 충전방식을 각기 다르게 채택하고 있어 전기자동차 충전소에 차량 충전 시 차주들은 설치된 충전기 커넥터와 차량 측 소켓이 달라 충전을 하지 못하는 상황이 벌어지고 있다. 특히, 르노삼성자동차㈜ 2020년 말 SM3 전기자동차 모델 단종에 앞서 할인 판매를 해 2018년 30대, 2019년 9대에서 2020년에는 57대를 보급한 것으로 알려졌지만 충전소에서 충전이 수월치 않은 상황이다. SM3 전기자동차 주인 A 씨는 “전기자동차 충전소가 곳곳에 설치되고 있는데 충전소를 설치하면서 모든 전기자동차에 설치된 차량 측 소켓에 맞는 충전기 커넥터를 설치해주면 좋겠다”라고 말했다. 이에 따라 국가기술표준원은 충전방식 콤보1인 DC콤보 통일화를 위해 2017년 KS 개정 고시하고 한국환경공단과 한국전력공사(KEPCO) 등 공공 급속충전기 구축 기관에 DC콤보 외 타 충전방식 보급을 지속해서 요청하고 있다. 이런 상황에 대해 중장기적으로는 충전방식의 표준화를 통해 문제를 해결할 수 있겠지만 이용자들을 위해 충전소에 차량별 소켓에 호환되는 충전커넥터를 비치해 불편 해소는 물론 미래산업의 주력이 될 전기차 이용 불편에 대한 인식개선이 필요해 보인다.[10]
- 폭발 사고 내력
폭발 사고 내력이 있는 전기자동차 급속충전기 케이블 커넥터들이 신속히 다른 제품으로 교체되지 않아 이용자들이 불안해하고 있다. 제주도는 도청 주차장에 설치한 전기자동차 급속충전기에 달린 독일 A사의 DC콤보용 케이블 커넥터 파손 사고에 대한 후속 조치로 사고 커넥터와 같은 제품 26개를 모두 교체됐다. 2018년 9월 3일부터 10일까지 도청은 물론 제주시청, 서귀포시청, 제주항, 혼인지 등 15곳에 설치된 DC콤보용 커넥터를 모두 다른 제조사의 제품으로 바꿨다. 제주도는 총 370기의 급속충전기가 설치됐고, 이 가운데 65기의 급속충전기에 A사의 커넥터가 달려 있기 때문에 사고가 발생한 제품과 같은 커넥터 중 일부만 교체된 것으로 이용자들의 불안은 여전하다. 이들 급속충전기의 중 20기는 환경부가, 44기는 한국전력공사가 각각 설치해 운용하고 나머지 1기는 민간 사업자가 설치했다. 대구와 제주에서 전기자동차 급속충전기 커넥터 파손 사고가 잇따라 발생하자 환경부는 2018년 9월 4일 대책 회의를 열어 급속충전기 운영 현황 조사, 운영기관별 동일 커넥터 제품 안전 점검, 전기자동차 충전기 안전 사용 관련 대국민 홍보를 강화하기로 했다. 한국전력공사는 일제 점검 후 교체할 계획이지만 아직 정확한 일정은 잡히지 않은 상태이며 민간 사업자도 아직 교체 여부를 결정하지 않은 것으로 알려졌다. 김회산 제주도 탄소 없는 제주정책과장은 "전기자동차 이용자들의 안전을 위해 원인 규명이 되기 전이라도 다른 회사 제품으로 모두 교체했으며 환경부와 한국전력공사, 민간 사업자에게는 사고가 발생한 직후 안전 점검을 하고 사용에 주의해달라는 문서를 보냈다"라고 말했다.[11]
각주[편집]
- ↑ 〈전기 커넥터〉, 《위키백과》
- ↑ 김영, 〈차량용 커넥터〉, 《사이언스온》, 2015-03-02
- ↑ 덕일산업㈜ 공식 홈페이지 - https://www.duck-il.com/index.html
- ↑ 4.0 4.1 김민복 교수, 〈자동차용 전선과 커넥터〉, 《스마트앤컴퍼니㈜》, 2008-08
- ↑ 쑤저우 공식 홈페이지 - https://ko.szsantian.com/p-about
- ↑ 송민근, 〈전기자동차 충전기 이야기〉, 《타고》, 2020-12-07
- ↑ 7.0 7.1 7.2 이하나, 〈전기자동차는 무엇일까요?〉, 《타고》, 2020-11-23
- ↑ 손영수 기자, 〈현대차그룹, 초고속 전기차 충전소 ‘E-pit’ 개소〉, 《에너지경제》, 2021-04-14
- ↑ 박병립 기자, 〈전기차 충전구·커넥터… 한가지 방식으로 통일〉, 《디지털타임즈》, 2016-12-28
- ↑ 이진학 기자, 〈“아산시 전기차 충전소 충전기 커넥터 아쉬워”〉, 《금강일보》, 2021-01-14
- ↑ 김호천 기자, 〈폭발 내력 전기차 급속충전기 커넥터 교체 늦장…이용자 불안〉, 《연합뉴스》, 2018-09-11
참고자료[편집]
- "Electrical connector", Wikipedia
- 김영, 〈차량용 커넥터〉, 《사이언스온》, 2015-03-02
- 덕일산업㈜ 공식 홈페이지 - https://www.duck-il.com/index.html
- 김민복 교수, 〈자동차용 전선과 커넥터〉, 《스마트앤컴퍼니㈜》, 2008-08
- 쑤저우 공식 홈페이지 - https://ko.szsantian.com/p-about
- 송민근, 〈전기자동차 충전기 이야기〉, 《타고》, 2020-12-07
- 이하나, 〈전기자동차는 무엇일까요?〉, 《타고》, 2020-11-23
- 손영수 기자, 〈현대차그룹, 초고속 전기차 충전소 ‘E-pit’ 개소〉, 《에너지경제》, 2021-04-14
- 박병립 기자, 〈전기차 충전구·커넥터… 한가지 방식으로 통일〉, 《디지털타임즈》, 2016-12-28
- 이진학 기자, 〈“아산시 전기차 충전소 충전기 커넥터 아쉬워”〉, 《금강일보》, 2021-01-14
- 김호천 기자, 〈폭발 내력 전기차 급속충전기 커넥터 교체 늦장…이용자 불안〉, 《연합뉴스》, 2018-09-11
같이 보기[편집]
