JP2012169627A - キャパシタモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】キャパシタの冷却効率を極大化し、冷却ケース内でのキャパシタ固定力に優れたキャパシタモジュールの製品信頼性を向上することができるキャパシタモジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係るキャパシタモジュールは、少なくとも一つ以上のキャパシタと、前記キャパシタが収容される冷却ケースと、前記冷却ケースに備えられ、前記キャパシタの側面を冷却する冷却ユニットと、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、キャパシタモジュールに関し、より詳細には、キャパシタの冷却効率を極大化し、冷却ケース内でのキャパシタ固定力に優れたキャパシタモジュールに関する。
世界の自動車産業は、過去１００年以上ガソリン及びディーゼル内燃機関を中心に急速な成長を繰り返えして来たが、環境規制とエネルギーセキュリティーの脅威、さらに化石燃料の枯渇問題まで加わり、急激な変化に直面している。
そのため、先進国を中心に世界各国は環境にやさしい自動車開発のための激しい競争に続々と参加しており、各自動車メーカーは、親環境、高効率の先端技術を要する未来型ハイブリッドカーの技術開発競争から脱落しないために多くの努力をはらっている。
特に、今直面している化石燃料の枯渇問題を解決するとともに、より環境にやさしい製品を開発しなければならないという時代的要求に応じて、近年、各自動車メーカーは、電気モータを駆動源として使用する電気自動車に対する研究をより活発に進めている。
現在最も活発に研究されている分野には、ハイブリッドカー及び燃料電池自動車が挙げられる。
広い意味のハイブリッドカーは、互いに異なる二種類以上の動力源を効率的に組み合わせて車両を駆動するものを意味するが、ほとんどの場合、ガソリンやディーゼルなどの燃料を使用するエンジンと電気モータ（駆動モータ）から駆動力を得る車両を意味しており、これをハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ；ＨＥＶ）と称している。
上記ハイブリッド電気自動車は、駆動源としてエンジン（ｅｎｇｉｎｅ）及び発電電動機が搭載されるが、エンジン（ｅｎｇｉｎｅ）によって駆動される発電電動機が発電した電力を貯蔵する蓄電装置を有する。
上記蓄電装置は、発電電動機に対して電力を供給する電源としての機能も有している。このような蓄電装置としては、大容量のキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を有する図１及び図２のようなキャパシタモジュール（ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｍｏｄｕｌｅ）１が用いられる。
しかし、従来のキャパシタモジュール１は、ハイブリッド電気自動車の駆動と減速が頻繁に繰り返されるため、キャパシタ１１に印加される負荷の変動が大きく、キャパシタの発熱量が増加しやすい。そのため、前記キャパシタの劣化が速く、寿命が短縮されるという問題点があった。
これを防止するため、前記キャパシタ１１から発生する熱を効率的に放熱するために前記キャパシタを冷却する冷却手段がキャパシタモジュールに備えられる。
ここで、従来のキャパシタモジュール１は、前記キャパシタ１１が収容される放熱体１２の底面１２ａに冷却用媒体が流れる流路１３を形成してキャパシタの下端面を冷却する方式を用いている。
しかし、前記キャパシタ１１の熱発散は、キャパシタの底面でなく、本体、即ち、側面で主に行われるため、従来のキャパシタモジュールの冷却方式ではキャパシタの冷却効率を向上させるのが難しいという問題点があった。
また、従来のキャパシタモジュール１において、前記キャパシタ１１は、前記放熱体１２の内側底面に固定される金属プレート１４に装着されて放熱体に収容されるが、前記金属プレート１４は、前記キャパシタ１１を区画するだけであってキャパシタを固定する構造を別途に有しないため、従来のキャパシタモジュールは振動や衝撃に脆弱な問題点があった。
韓国公開特許第１０−２００９−００５０１１８号公報
本発明は、上記問題点を解決するために導き出されたものであって、本発明は、キャパシタの冷却効率を極大化することができるキャパシタモジュールを提供することを目的とする。
また、本発明は、キャパシタの固定力を向上することができるキャパシタモジュールを提供することを他の目的とする。
上記目的を果たすために、本発明は、少なくとも一つ以上のキャパシタと、前記キャパシタが収容される冷却ケースと、前記冷却ケースに備えられて、前記キャパシタの側面を冷却する冷却ユニットと、を含むキャパシタモジュールを提供する。
上記冷却ユニットは、内部に冷却水が流動され、前記キャパシタの側面に接触されて前記冷却水の流動により前記キャパシタの側面を冷却する冷却流路と、前記冷却流路に前記冷却水を供給する冷却水供給部と、前記冷却流路から前記キャパシタの側面を冷却した冷却水が排出される冷却水排出部と、を含むことができる。
ここで、前記冷却流路は、前記キャパシタの側面の上部に位置し、前記冷却水供給部から冷却水の供給を受けて前記キャパシタの側面の上部を冷却する上側冷却流路と、前記上側冷却流路に連通するように前記キャパシタの側面の下部に位置し、前記上側冷却流路から冷却水の供給を受けて前記キャパシタの側面の下部を冷却した後、前記冷却水排出部に冷却水を排出する下側冷却流路と、を含んで構成されることができる。
ここで、前記キャパシタモジュールは、前記キャパシタの側面と前記冷却流路との間に備えられる熱伝逹部材をさらに含むこともできる。
ここで、前記熱伝逹部材はシリコン材質の熱パッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｄ）を含むことができる。
また、前記キャパシタモジュールは、前記冷却ケースの内側底面に備えられ、前記冷却ケースに前記キャパシタを収容する際に前記キャパシタの下端部が装着される装着部材をさらに含んで構成されることができる。
ここで、前記装着部材はゴム材質のパッドを含むことができる。
また、前記装着部材には前記キャパシタの下端部側面を固定支持する下端支持部が突出形成されることが好ましい。
また、前記キャパシタモジュールは、前記冷却ケースの上側に備えられ、前記冷却ケースに前記キャパシタを収容する際に前記キャパシタの上端部を覆うブラケットをさらに含んで構成されることもできる。
ここで、前記ブラケットには、前記キャパシタの上端部側面を固定支持する上端支持部が突出形成されることが好ましい。
以上で説明したように、本発明によるキャパシタモジュールは、キャパシタから発生した熱の主な発散部分であるキャパシタの側面を冷却することにより、キャパシタの冷却効率を極大化することができるという利点を有する。
また、本発明によるキャパシタモジュールは、装着部材及びブラケットにより冷却ケース内でキャパシタを堅固に固定することにより、キャパシタの固定力を向上させ、振動及び衝撃に強いという利点を有する。
従来技術によるキャパシタモジュールを概略的に示す分解斜視図である。 図１の放熱体及びガスケットとカバーを概略的に示す底面斜視図である。 本発明によるキャパシタモジュールを概略的に示す分解斜視図である。 図３の冷却ケース及び冷却ユニットを概略的に示す斜視図である。 図４の冷却流路内の冷却水の流動を説明するための構成図である。 図３の装着部材を概略的に示す斜視図である。 図３のブラケットを概略的に示す上面斜視図である。 図３のブラケットを概略的に示す底面斜視図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明の目的が具体的に実現できる本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。本実施形態を説明するにあたり、図面上において同一の構成要素に対しては同一の参照符号を用いて、これに伴う付加的な説明は以下で省略する。
以下、添付の図３〜図６を参照して本発明によるキャパシタモジュールの一実施形態をより詳細に説明すると次のとおりである。
図３は、本発明によるキャパシタモジュールを概略的に示す分解斜視図であり、図４は、図３の冷却ケース及び冷却ユニットを概略的に示す斜視図であり、図５は、図４の冷却流路内の冷却水の流動を説明するための構成図であり、図６は、図３の装着部材を概略的に示す斜視図であり、図７ａと図７ｂは、図３のブラケットを概略的に示す上面斜視図及び底面斜視図である。
図３を参照すると、本発明によるキャパシタモジュール１００の一実施形態は、複数のキャパシタ１１０と、前記キャパシタ１１０が収容される冷却ケース１２０と、前記冷却ケース１２０に備えられて前記キャパシタ１１０の側面１１１を冷却する冷却ユニット１３０と、を含んで構成されることができる。
ここで、図４に図示されたように、前記冷却ユニット１３０は、内部に冷却水が流動され、前記複数のキャパシタ１１０の側面１１１に接触されて前記冷却水の流動により前記複数のキャパシタ１１０の側面１１１を冷却する冷却流路１３１と、前記冷却流路１３１に前記冷却水を供給する冷却水供給部１３２と、前記冷却流路１３１から前記複数のキャパシタ１１０の側面１１１を冷却した冷却水が排出される冷却水排出部１３３と、を含むことができる。
そして、前記冷却流路１３１は、前記複数のキャパシタ１１０の合間に備えられ、前記複数のキャパシタ１１０を前記冷却ケース１２０内で区画するとともに、前記各キャパシタ１１０の側面１１１を冷却する。
ここで、前記冷却流路１３１は、前記各キャパシタ１１０の側面のうち幅の広い側面に接触されるように備えられ、前記キャパシタ１１０の冷却効率をより向上させることができる。
また、図５に図示されたように、前記キャパシタ１１０の側面１１１に対する冷却効率をより増加させるために、前記冷却流路１３１は、前記キャパシタ１１０の側面１１１の上部と下部にそれぞれ対応し、前記キャパシタ１１０の側面１１１を基準に冷却水の流動方向が互いに反対向きの上側冷却流路１３１ａと下側冷却流路１３１ｂとで構成されることができる。
より詳細には、前記上側冷却流路１３１ａは、前記キャパシタ１１０の側面の上部に位置し、前記冷却水供給部１３２から冷却水の供給を受けて前記キャパシタ１１０の側面１１１の上部を冷却する。
また、前記下側冷却流路１３１ｂは、前記上側冷却流路１３１ａに連通するように前記キャパシタ１１０の側面１１１の下部に位置し、前記上側冷却流路１３１ａから冷却水の供給を受けて前記キャパシタ１１０の側面１１１の下部を冷却した後、前記冷却水排出部１３３に冷却水を排出する。
一方、本実施形態によるキャパシタモジュール１００は、前記キャパシタ１１０の側面１１１と前記冷却流路１３１との間に備えられる熱伝逹部材１４０をさらに含むこともできる。
ここで、前記熱伝逹部材１４０は、シリコン材質の熱パッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｄ）を含むことができ、前記熱パッドは、前記キャパシタ１１０の側面１１１に密着した状態で前記キャパシタ１１０が前記冷却ケース１２０に収容される場合、前記冷却流路１３１に接触されることができる。
このようにして、前記熱伝逹部材１４０により前記キャパシタ１１０と前記冷却流路１３１との間の熱伝逹効果を向上させることにより、前記キャパシタ１１０の冷却効率をより増加させることができる。
一方、前記冷却水供給部１３２は、冷却水が流入される冷却水流入口１３２ａを有し、前記冷却水流入口１３２ａには冷却水給水管１３４が連結される。
これにより、前記冷却水給水管１３４を介して、ポンプ（不図示）から、前記冷却水流入口１３２ａを有する前記冷却水供給部１３２に、冷却水が提供されることができる。
また、前記冷却水排出部１３３は、冷却水が排出される冷却水排出口１３３ａを有し、前記冷却水排出口１３３ａには冷却水排水管１３５が連結される。
これにより、前記冷却水排水管１３５を介して前記キャパシタ１１０の側面１１１を冷却した冷却水が外部に排水されることができる。
一方、前記冷却水供給部１３２は、冷却水供給の圧力損失を最小化するために、前記冷却ケース１２０の側面に沿って前記冷却水流入口１３２ａから反対側に行くほど容積が小さくなる形態、即ち、冷却水の流入部側の容積が大きい形態に形成されることにより、前記各上側冷却流路１３１ａへの冷却水供給量を均一にすることができる。
また、前記冷却水排出部１３３は、冷却水排出の圧力損失を最小化するために、前記冷却水供給部１３２の下部に配置され、前記冷却水供給部１３２の形態とは逆形の形態を有することが好ましい。
一方、図３と図６に図示されたように、本実施形態によるキャパシタモジュール１００は、前記冷却ケース１２０の内側底面に備えられ、前記冷却ケース１２０に前記キャパシタ１１０を収容する際に、前記キャパシタ１１０の下端部が装着される装着部材１５０をさらに含んで構成されることができる。
ここで、前記装着部材１５０は、ゴム材質のパッドを含むことができ、前記装着部材１５０の装着面には前記キャパシタ１１０の下端部側面を固定支持する下端支持部１５１が突出形成されることができる。
従って、前記キャパシタ１１０の下端部が前記装着部材１５０により堅固に固定支持されることにより、前記冷却ケース１２０に前記キャパシタ１１０が収容される場合、固定力が向上され、これにより、外部振動及び衝撃に対応して前記キャパシタ１１０の耐久性を向上させることができる。
一方、図３と図７ａ及び図７ｂに図示されたように、本実施形態によるキャパシタモジュール１００は、前記冷却ケース１２０の上側に備えられ、前記冷却ケース１２０に前記キャパシタ１１０を収容する際に前記キャパシタ１１０の上端部を覆うブラケット１６０をさらに含んで構成されることができる。
ここで、前記ブラケット１６０には、前記キャパシタ１１０の上端部側面を固定支持する上端支持部１６１が突出形成されることができる。
従って、前記キャパシタ１１０の上端部が前記ブラケット１６０により堅固に固定支持されることにより、前記冷却ケース１２０に前記キャパシタ１１０が収容される場合、固定力が向上され、これにより、外部振動及び衝撃に対応して前記キャパシタ１１０の耐久性をより向上させることができる。
一方、本実施形態によるキャパシタモジュール１００は、内部構成品を保護し、外側を形成する外側ケースを含んで構成されることができ、前記外側ケースは、前記冷却ケース１２０が装着されて固定設置される下端ケース１７１と、前記冷却ケース１２０を包むように前記下端ケース１７１に組み立てられる本体ケース１７２と、前記冷却ケース１２０の上端を覆うように前記本体ケース１７２に組み立てられる上端ケース１７３と、を含んで構成されることができる。
以上で説明した本発明の好ましい実施形態は例示の目的のために開示されたものであり、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものにおいて、本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であり、このような置換、変形及び変更などは添付の特許請求範囲に属するとするべきであろう。
１００ キャパシタモジュール
１１０ キャパシタ
１２０ 冷却ケース
１３０ 冷却ユニット
１３１ 冷却流路
１３２ 冷却水供給部
１３３ 冷却水排出部
１４０ 熱伝逹部材
１５０ 装着部材
１６０ ブラケット

Claims (10)

  1. 少なくとも一つ以上のキャパシタと、
    前記キャパシタが収容される冷却ケースと、
    前記冷却ケースに備えられ、前記キャパシタの側面を冷却する冷却ユニットと、を含むキャパシタモジュール。
  2. 前記冷却ユニットは、
    内部に冷却水が流動され、前記キャパシタの側面に接触されて前記冷却水の流動により前記キャパシタの側面を冷却する冷却流路と、
    前記冷却流路に前記冷却水を供給する冷却水供給部と、
    前記冷却流路から前記キャパシタの側面を冷却した冷却水が排出される冷却水排出部と、を含む請求項１に記載のキャパシタモジュール。
  3. 前記冷却流路は、
    前記キャパシタの側面の上部に位置し、前記冷却水供給部から冷却水の供給を受けて前記キャパシタの側面の上部を冷却する上側冷却流路と、
    前記上側冷却流路に連通するように前記キャパシタの側面の下部に位置し、前記上側冷却流路から冷却水の供給を受けて前記キャパシタの側面の下部を冷却した後、前記冷却水排出部に冷却水を排出する下側冷却流路と、を含む請求項２に記載のキャパシタモジュール。
  4. 前記キャパシタの側面と前記冷却流路との間に備えられる熱伝逹部材をさらに含む請求項２に記載のキャパシタモジュール。
  5. 前記熱伝逹部材はシリコン材質の熱パッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｄ）を含む請求項４に記載のキャパシタモジュール。
  6. 前記冷却ケースの内側底面に備えられ、前記冷却ケースに前記キャパシタを収容する際に前記キャパシタの下端部が装着される装着部材をさらに含む請求項１に記載のキャパシタモジュール。
  7. 前記装着部材はゴム材質のパッドを含む請求項６に記載のキャパシタモジュール。
  8. 前記装着部材には、前記キャパシタの下端部側面を固定支持する下端支持部が突出形成される請求項６に記載のキャパシタモジュール。
  9. 前記冷却ケースの上側に備えられ、前記冷却ケースに前記キャパシタを収容する際に前記キャパシタの上端部を覆うブラケットをさらに含む請求項１に記載のキャパシタモジュール。
  10. 前記ブラケットには、前記キャパシタの上端部側面を固定支持する上端支持部が突出形成される請求項９に記載のキャパシタモジュール。
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