사례기반의 암전류 원인 진단 모델링 및 표준화

1. 서 론

모든 자동차는 전원이 차단된 이후라도 약간의 배터리 전원을 필요로 한다. 일반적으로 자동차의 주요 액세서리인 시계, 라디오, 자동 도어 개폐장치 및 경보 장치 등이 항상 일정량의 전원을 필요로 한다. 또한 오늘날의 자동차는 여러 가지 부가기능이 탑재되어 시동이 꺼진 이후라도 5분에서 20 여분까지 동작하는 다양한 유닛(블랙박스, 네비게이션, 경보기, 사제 오디오 등)을 포함하고 있다.^1,2) 이 때문에 일정의 전원이 소모되는데 이를 암전류(Dark current) 혹은 기생소모(Parasitic draw)라 하며, 최근 들어서 암전류에 의해 발생하는 시동불량 및 배터리의 방전 현상이 급증하고 있어 시동 불량을 개선하거나 배터리의 방전을 사전에 예방하기 위한 연구가 진행 중에 있다.^3-7)

암전류에 의한 시동불량이나 배터리 방전으로 인해 서비스센터에 입고되는 사례가 빈발하며, 실제 정비현장에서 이러한 고장 현상에 대한 진단은 부위별 암전류 측정을 통해 이상부위를 찾고 이에 대한 조치를 취하는 방법으로 이루어지고 있다. 그러나 임의의 의심스러운 부가모듈 및 액세서리를 단순히 제거한 후, 암전류를 측정하여 문제점을 진단하고 있어 정확한 암전류 측정이 이루어지지 않고 있는 실정이다.

따라서, 본 논문에서는 신속하고 효과적인 암전류 측정과 문제점을 진단하기 위해 표준화된 암전류 측정까지의 대기시간 및 표준 암전류 점검 프로세스를 제시함으로써 점검 정비의 효율성을 제고하고자 한다. 이를 위해 모델차량(GD_i30, HG 3.0_그랜저 Full option)을 선정하여 차종별 암전류의 기준값을 설정하였으며, 실제 암전류의 발생 원인을 진단하기 위한 측정방법과 장비를 제시하였다.

2. 암전류(Dark Current)의 측정 및 배터리 방전 사례

2.1 암전류의 측정

2.1.1 차종별 암전류의 기준값

차량별로 암전류를 측정하기 위한 기본 조건은 차량의 시동을 끈 후 24시간이 지나야 하며, 차량 사양이 Full option으로 장착된 차량을 기준으로 한다. 이와 같은 환경에서 표준 암전류는 Table 1에 보이는 바와 같이 차량의 배터리 용량(Ah)의 1/3 이하로 알려져 있다. 그러나 실제 정비현장에서 시동을 끈 이후 24시간 이상 대기가 어려운 경우가 많으므로, 일반적으로 표준 전류값의 2~3배까지는 정상으로 판단한다.

Table 1

Dark current relation to battery capacity

2.1.2 암전류 측정 시 대기시간

일반적인 경우, 도어를 잠그고 30초가 경과되면 암전류를 측정할 수 있다. 하지만 최신 차량에는 여러 가지의 부가 기능이 탑재됨에 따라 차량의 시동이 꺼진 후에도 1분 혹은 20분까지도 작동하는 유닛들이 있을 수 있다. 그러므로 도어를 잠그고 30초가 지나고 나서도 암전류가 떨어지지 않으면 20분 이상 대기해야 한다.

2.2 차종 GD i30 사례

차량 제원이 GD i30 1.6의 경우 방전으로 인한 고객의 서비스 신청으로 자세한 진단과 원인을 찾아서 수리한 사례이다.

2.2.1 정상차량에서의 시간별 암전류

GD i30 1.6 차량의 경우 베터리 용량은 60 Ah이며 정상상태에서의 시간별 암전류는 Table 2와 같다.

Table 2

Dark current of GD i30 1.6

2.2.2 증상 및 진단

본 사례에서 사용된 차량은 차량 출고 후, 액세서리 장착이나 개조사항이 없는 차량이다. 반나절 이상 주차 시 시동불량 상태였으며, 최근 동일 반복으로 배터리를 1회 교환하였다. 문제가 해결되지 않아 알터네이터를 1회 교환하였다. 따라서 과다 암전류가 흐를 것으로 예상되었으며, 절차에 따라 암전류를 측정하였다. 일련의 조치 절차는 다음과 같이 진행하였다.

• 1) 고객의 의견에 따라 스타터가 불량인지 점검함
• 2) Fig. 1과 Fig. 2에서 보이는 바와 같이 전장 회로도를 참조하여 각 기기의 커넥터를 탈거한 후, 암전류를 반복적으로 측정함
• 3) BCM의 정상여부를 확인하기 위해 “M 02-A”커넥터를 탈거하여 암전류를 측정함
• 　- 탈거 10초 후 : 320 mA → 240 mA(B캔 슬립 진입)
• 　- 탈거 2분 후 : 240 mA → 20 mA(정상)

Fig. 1

The position of the defective parts of BCM

Fig. 2

Removed parts of wiring pins to determine whether the BCM is normal

진단 결과, 고장원인으로 BCM의 이상 작동으로 B-CAN에 신호를 보내 B-CAN이 슬립모드로 가지 못하고 관련 유닛들이 Wake-Up 상태를 유지하여 암전류가 발생되었으며, 이 암전류에 의해 배터리가 방전되었다.

2.3 차종 HG 3.0 그랜저 사례

차량 제원이 HG 3.0 그랜저의 경우 방전으로 인한 고객의 서비스 신청으로 자세한 진단과 원인을 찾아서 수리한 사례이다.

2.3.1 정상차량에서의 시간별 암전류

HG 3.0 그랜저 차량의 경우 베터리 용량은 80 Ah이며 정상상태에서의 시간별 암전류는 Table 3과 같다.

Table 3

Dark current of HG 3.0 Grandeur

2.3.2 증상 및 진단

본 사례에서 사용된 차량은 차량 출고 후, 액세서리 장착이나 개조사항이 없는 차량이다. 반나절 이상 주차 시 시동불량 상태였으며, 최근 동일 반복으로 배터리를 1회 교환하였다. 고객의 문진에 따라 알터네이터, 스타터 등의 불량이 의심되었으나, 점검 결과 양호한 것으로 판명되었다. 따라서 과다 암전류가 흐를 것으로 예상되었으며, 절차에 따라 암전류를 측정하였다. 실제로 시동을 끈 후 5분이 지나도 여전히 2.4 A의 암전류가 흐르고 있었으며 일련의 조치 절차는 다음과 같이 진행하였다.

• 1) 고객의 의견에 따라 스타터가 불량인지 점검함
• 2) Fig. 3, Fig. 4 및 Fig. 5에 나타난 바와 같이 전장 회로도를 참조하여 각 기기의 커넥터를 탈거한 후, 암전류를 반복적으로 측정함
• 3) AVN 후속 리모콘 정상여부를 확인하기 위해 “S-36”커넥터를 탈거하여 암전류를 측정하였으며 정상으로 판명됨
• 4) AVN 후속 리모콘을 교체한 후 측정 시 정상(0.05 A)이었으며, 1일 방치 후에도 0.02 A로 떨어져 정상으로 판명하였음

Fig. 3

Removed parts of wiring pins to determine whether the BCM is normal

Fig. 4

The position of the defective parts of back seat remote controllers

Fig. 5

Defective connector parts of back seat remote controller

고장원인으로 AVN 후석 리모콘 차량 Ignition switch off된 후 차량의 상태를 진단하여 자체적으로 배터리 세이브기능 작동을 중지하여야 하나, 내부 Software의 이상으로 중지하지 못하고 계속 작동되어 암전류에 의해 배터리가 방전되었다.

3. 암전류 주요 원인 모델화 및 진단 프로세스 표준화

3.1 암전류 주요 원인 모델화

다양한 사례를 토대로 추론한 암전류 원인 진단에 대한 간략한 모델은 Table 4와 같다. 본 모델에서는 암전류의 발생으로 배터리가 방전되는 원인을 열거하고 점검대상의 유닛 및 기기의 범위를 좁힘으로 진단 및 정비의 효율성을 제고할 수 있다.

Table 4

Diagnosis model of dark current

암전류의 원인 항목은 액세서리, 각종 모듈, 배선 및 기타 부품들로 나눌 수 있다. 각 항목 내부에 주요 관련 부붐을 나열하였으며, 이는 진단이 필요할 때 검사해야 할 순서를 의미한다. 이들 부품들이 서로 얽혀서 암전류의 발생에 영향을 주지 않는다고 가정하면, 이들 부품을 하나씩 연결 해체한 후 암전류를 진단해야 한다.

3.2 진단 및 정비 프로세스 표준화

배터리 방전과 관련된 사례와 암전류 진단 모델을 토대로 Fig. 6과 같이 진단 및 정비 프로세스를 도출하였다. 본 논문에서 제안한 표준 프로세스는 암전류의 존재를 효율적으로 진단하여 고장 부위를 신속하게 수리할 수 있게 한다. 이 프로세스는 암전류의 측정을 통해 암전류가 존재함을 확인하면서 시작된다. 특히, 암전류는 차량의 개조에 따라 발생하는 경향이 많으므로 차량의 개조여부를 반드시 파악해야 한다. 이어서 정션박스 내의 관련된 휴즈나 배선을 탈거하면서 암전류가 감소하는지 검토해야 한다. 기본적으로 어떤 액세서리나 부품을 탈거한 후 암전류가 감소하다면 해당 부품을 의심해야 한다.

Fig. 6

The standard process of dark current diagnosis

3.3 암전류 원인 진단 모델링 및 표준화

암전류는 차종 및 부착된 엑세서리에 따라 다른 특성을 보이지만, 표준화된 특성을 모델링하기 위해 다음과 같이 대표적인 차종과 상태에 따른 암전류를 측정하였다. 차량은 소형차, 중형차, 대형차로 구분지어 각각 정상 상태일 경우의 시간에 따른 암전류와 과도한 암전류가 흐르는 상태일 경우의 시간에 따른 암전류를 측정하였다(Table 5, Table 6, Table 7).

Table 5

Dark current according to time and vehicle condition (Compact car, Unit: Ampere)

Table 6

Dark current according to time and vehicle condition (Midsize car, Unit: Ampere)

Table 7

Dark current according to time and vehicle condition (Full-sized car, Unit: Ampere)

과도한 암전류가 흐르는 상태 4가지 경우는 블랙박스 이상, 트렁크 스위치 이상, 미등 이상, 도어 이상 등의 원인으로 과도한 암전류가 흐르고 있는 상황이며 이는 대표적인 과도한 암전류 발생원인들이다.

차량의 종류와 관계없이 시간에 따른 암전류는 10분 내에 급격하게 떨어지는 거듭제곱의 분포를 보이며(Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9), 정상상태의 차량에서 측정되는 암전류는 10분 후에는 0에 가까운 값을 지니는데 반해, 비정상 상태의 경우 같은 거듭제곱 분포이지만 시간이 지남에 따라 줄어드는 암전류의 값이 정상 상태일 경우보다 큰 값을 갖는 현상을 보인다. 이는 암전류 양에 따라 24시간 내에도 방전을 일으키게 된다.

Fig. 7

Dark current according to time and vehicle condition (Compact car)

Fig. 8

Dark current according to time and vehicle condition (Midsize car)

Fig. 9

Dark current according to time and vehicle condition (Full-sized car)

정상상태일 경우 차종에 따른 암전류를 수식으로 모델링 하면 아래와 같다

$\[ y=3.4x^{-1.328} \]$

(1)

$\[ y=3.5x^{-1.303} \]$

(2)

$\[ y=3.9x^{-1.346} \]$

(3)

식 (1)은 소형차, 식 (2)는 중형차, 식 (3)은 대형차의 정상상태일 경우의 암전류 모델이며, 3개의 모델이 유사한 지수 값을 가지는 것과 그래프의 모양을 통해 시간에 따라 차종에 관계 없이 유사한 형태의 암전류 감소를 보이는 것을 알 수 있다. 하지만, 차종별로 시간에 따라 수렴하는 암전류에 차이가 있으며, 과도한 암전류가 흐르는 상태일 경우 이러한 차이가 두드러짐을 알 수 있다. 또한, 과도한 암전류의 발생 원인별로 측정되는 암전류의 값이 다른데, 앞서 언급했던 표준화된 진단 프로세스를 발전시켜, 차종별, 과도한 암전류 발생원인 별로 암전류 값을 데이터베이스화하고 표준화 한다면 고장원인을 찾아내기 위해 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있다. 측정된 결과를 바탕으로 4개의 대표적인 과도한 암전류 발생원인인 블랙박스 이상, 트렁크 스위치 이상, 미등 이상, 도어 이상에 대한 표준 암전류를 Table 8에 제시한다. 이는 시동을 끈 후 1시간 후의 측정값을 기준으로 하며, 차종에 따라 측정된 암전류를 Table 8과 비교하여 고장원인을 찾아내는 데 사용될 수 있다.

Table 8

Standard of dark current cause diagnosis (Unit: Ampere)

4. 결 론

일반적으로 대부분의 차량은 전원이 차단되어도 약간의 전원을 필요로 한다. 이를 암전류 또는 기생소모라고 하는데, 주로 주요 액세서리인 시계, 라디오, 자동 도어 개폐장치 및 경보장치나 다양한 유닛들(블랙박스, 네비게이션, 경보기, 사제 오디오 등)에 기인한다. 이와 같은 암전류는 시동불량이나 배터리 방전을 야기하기 때문에 과도한 암전류의 발생 원인을 효율적으로 진단하고 정비해야 한다.

본 논문에서는 암전류 측정과 문제점 진단을 위하여 표준화된 암전류 진단 프로세스를 제시하여 정비의 효율성을 제고하였다. 또한, 암전류에 대한 모델링 및 차량별, 과도한 암전류의 발생원인 별 표준 암전류 값을 제시함으로써 기존 정비 방법의 한계점을 극복하고자 했다. 최근의 양산 차량은 이러한 암전류를 차단하는 시스템을 적용하는 추세이나 적용 미차량에 대해서는 표준 암전류 점검 프로세스를 통해 점검 및 수시를 신속히 대응해야 한다.

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