자작차를 만드는 학생들, 그리고 학생들의 궁금증 해소에 많은 도움을 주시는 선배님들의 노고에 감사드립니다.
저는 자작차 활동을 하면서 전장회로 설계 담당이었고, 이번 IMD 접지 선 연결과 관련하여 후배들의 질문을 받고 궁금한 사항이 발생하여 직접 질문을 드리게 되었습니다.
참고한 규정은 다음과 같습니다. ——————————
제48조 (접지 – Grounding)
① 차량의 전기 전도성 부품은 (스틸, (아노다이징된) 알루미늄, 기타 금속 부품 등으로 시트 고정 마운 트, 안전 벨트 마운트, 방화벽, 방화벽 마운트 지점 등을 말한다.)GLVS의Ground에대하여 100mΩ (1A 전류로 측정) 미만의 저항을 가져야 한다.이 접지를 위한 배선의 정격 전류는 축전지 박스의 메인 과전류 보호 장치 정격 전류의 10% 이상이어야 한다.
② 구동시스템의 부품으로부터 100mm 이내에 전기 전도성 부품(예를 들어, 완전히 코팅된 금속 부품, 탄소 섬유 부품 등)이 될 수 있는 차량 부품은 GLVS Ground와 100Ω 미만의 저항을 가져야 한다.
③ 전기 검사에서 접지저항 측정을 위해 금속 부품의 코팅을 일부 제거할 수 있다.
제59조 (절연 감시 장치 -InsulationMonitoringDevice. IMD)
① 모든 차량은 구동시스템에 반드시 절연 감시장치를(IMD) 장착해야 한다.
②절연 감시장치는 자동차용으로 승인된Bender사(社)의 A-ISOMETER ® iso-F1 IR155-3203 혹은 –3204 제품 또는 동등한 사용 가능함이 확인된 IMD 장치만 사용 가능하다. 동등한 사용 가능함의 확인은 진동에 대한 강건성, 동작 온도 범위,IP등급, 출력 신호의 가용성, 셀프테스트 능력에 의해 판단하며 이 내용은 전기시스템 보고서(ESF)에 기재되어야 한다.
③ 절연 파괴, IMD 오류 등이 발생했을 때 절연 감시 장치는 즉시 차단 회로를 개방하여 구동시스템을비활성화시켜야 한다. 절연 파괴 이후 구동시스템의 재활성화와 관련된 부분은 제56조 ⑥항을 참고해야 한다.
④ IMD응답값은 최대 구동 시스템전압 기준으로 500Ω/V이상이어야 한다.
⑤ IMD의HV+와 HV-는 축전지박스 내부 AIR의차량쪽에 연결되어야 한다.
⑥ IMD에 GLVS Ground이외에 두 개의 독립적인 차체 접지를 연결해야 하며 그 중 하나는 접지된 배터리박스 케이스 또는 접지된 IMD 케이스에 연결하고 다른 하나는 메인 롤 후프의 드라이버 어깨 지점에 연결한다. 충전 시에는 두 번째 접지를 충전기 하우징에 연결한다. 이때 연결을 위한 도체 또는 전선은 구동시스템 최대 전압 이상의 정격전압을 가져야 한다. 접지가 연결되지 않은 경우 절 연 감시장치가 작동되어 차단 회로를 개방해야 한다.
⑦ 모든 차량은 절연 감시장치가 구동시스템을 비활성화 시킬 경우 작동하는 절연 감시장치 표시등 (IMD Indicator)을 장착해야 한다.
⑧ 절연 감시장치 표시등은 밝은 햇빛에서도 잘 보이는 적색이어야 하고, 드라이버가 잘 볼 수 있는 위 치에 장착되어야 한다. 표시등 주변에는 “IMD”라고명확하게 표시되어야 한다. ⑨ 절연 감시장치가 작동하여 절연 감시장치 표시등이 점등된 경우 RESET 되기 전까지 점등된 상태를 유지해야한다.
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앞서48조 1항규정에서도 볼 수 있듯, 접지 선은 구동 시스템 배터리 팩의 주 과전류 보호 장치 정격 전류의 10% 이상이어야 한다고 하였습니다.
(해당 규정은 FSG EV 3.1.3에서 유사하게 규정하고 있는 것으로 확인하였습니다.)
가령, 과전류 보호 장치가 200A 공칭이라고 한다면, 적어도 접지 도선이 20A 이상을 견딜 수 있어야 한다는 뜻으로 이해하였습니다.
59조 6항에 준해 IMD에연결되는 3개의 접지선은 결국 돌고 돌아 12V 배터리 접지로 연결됩니다.
최근 오프라인QnA를통해IMD에연결되는 3개의 접지선 모두 위 48조 1항을 충족하여야 한다고 답변 주신 것으로 전달받았습니다.
만약 20A 이상의 과전류가 흐르게 된다면IMD가절연 파괴를 감지하기 이전에 접지 도선이 손상되어 적절한 고전압 차단 절차가 불가능해질 것을 우려하여 말씀해 주신 것으로 생각하였습니다.
하지만Bender IMD에서사용하는 커넥터는 AWG 20 – 24 로, 제가 아는 한 가장 두꺼운 20AWG 배선이라도20A를 감당하기에는 무리가 있습니다.
그렇다고 데이터 시트에서 제공하는 도선 범위를 벗어나는 배선을 사용하여 하네스를 제작하게 되면 단선, 공간 거리, 커넥터 - 단자 간 체결 불량 등 물리적인 문제가 발생할 것으로 걱정이 됩니다.
만약 고전압 전원이12V와 통전이 되는 손 치더라도,IMD를통해서 전원이 흐르는 경우 보다는 차대를 타고 흐르는 경우가 될 것이라고 생각을 합니다. 혹여 절연파괴가 IMD 감지선 부근에서 났고, 하필 얇은 배선을 써서 해당 배선이 타버리는 경우를 고려하신 것으로 생각합니다.
검차 중 이러한 관점에서 학생들의 설계 안전 평가를 진행하는데 한계가 있다는 것을 잘 알고 있고, 그러한 연유로 위와 같이 감지선도 20A를 견딜 수 있게 설계하라고 제한을 하신 것으로 이해하였습니다. 하지만 IMD 커넥터에 20AWG 이상의 도선을 연결하는 것은 제조사에서 권장하지 않는 만큼 무리가 있다고 생각을 합니다.
전달받은 내용을 바탕으로 질문을 드리다 보니 일부 와전이나 오해가 있을 수도 있으나 그러한 부분이 있다면 미리 양해를 구하면서, 다른 분들의 고견을 한번 들어보고자 포럼에 질문 남깁니다.
감사합니다.
p.s. 추가적으로IMD에사용되는 TE 커넥터는 정격 250V 로 알고 있습니다. 대부분의 전기차량들이 300V이상의 시스템을 사용할 텐데, IMD 에서는 이보다 전압이 낮은 250V 정격의 커넥터를 사용하고 있는지도 궁금하네요…