KR101000594B1 - 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치 - Google Patents

연료전지 차량의 통합형 전력변환장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101000594B1
KR101000594B1 KR1020080058086A KR20080058086A KR101000594B1 KR 101000594 B1 KR101000594 B1 KR 101000594B1 KR 1020080058086 A KR1020080058086 A KR 1020080058086A KR 20080058086 A KR20080058086 A KR 20080058086A KR 101000594 B1 KR101000594 B1 KR 101000594B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
high voltage
fuel cell
converter
integrated
inverter
Prior art date
Application number
KR1020080058086A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090132031A (ko
Inventor
여주용
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020080058086A priority Critical patent/KR101000594B1/ko
Publication of KR20090132031A publication Critical patent/KR20090132031A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101000594B1 publication Critical patent/KR101000594B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/72—Constructional details of fuel cells specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/20—Energy converters
    • B60Y2400/202—Fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기 차량에 있어서, 고전압 직류-직류 컨버터와, 연료전지 주변시스템 및 차량의 공조시스템과, 퓨즈와 릴레이로 구성된 고전압 정션박스 등 3가지의 주요 구성품이 하나로 통합된 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 연료전지의 출력전압을 승압하는 고전압 승압형 직류-직류 컨버터와; 차량을 구동하기 위한 구동모터를 구동 및 제어하는 인버터와; 연료전지의 운전을 돕는 BOP부품들을 제어하기 위한 퓨즈와 릴레이들로 구성된 고전압 정션박스; 를 하나의 통합형 패키지로 제작하여 엔진룸에 장착하되, 상기 고전압 승압형 직류-직류 컨버터(10)의 출력부와, 상기 인버터(20)의 입력부와, 상기 고전압 정션박스(30)는 하나의 고전압 직류링크단(40)을 공유하도록 하고, 상기 고전압 직류링크단(40)의 전기적인 연결이 하나의 패키지 내부에서 버스바(Busbar)형태로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 제공한다.
연료전지, 하이브리드, 전력변환장치, 통합형, 인버터, 고전압 직류링크단, 고전압 승압형 직류-직류 컨버터, 고전압 정션박스

Description

연료전지 차량의 통합형 전력변환장치{Power Control Unit for Fuel Cell Vehicle}
본 발명은 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지와 고전압 배터리, 또는 연료전지와 수퍼캐패시터, 또는 연료전지만을 에너지원으로 이용하여 차량을 구동하는 하이브리드 전기 차량에 있어서, 고전압 직류-직류 컨버터와, 연료전지 주변시스템 및 차량의 공조시스템과, 퓨즈와 릴레이로 구성된 고전압 정션박스 등 3가지의 주요 구성품이 하나로 통합된 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진과 모터를 구동원으로 주행하여 배기가스 저감 및 연비 성능 향상 등의 장점을 갖는 차세대 차량으로서, 모터를 구동하기 위한 에너지원으로 연료전지 또는 고전압배터리 등을 사용하고 있다.
하이브리드 차량의 주행모드에 대한 일례로서, 연료전지만을 구동원으로 모터를 구동시키는 연료전지 주행모드와, 연료전지 및 축전수단(수퍼 캐패시터)이 직 결된 하이브리드 모드, 그리고 축전수단에 대한 충전이 이루어지는 회생제동모드로 구분될 수 있으며, 이때 상기 회생제동모드는 차량의 제동시 모터가 역구동하여 발생되는 전기에너지를 직류변환장치를 통해 축전수단에 충전시키는 모드이다.
여기서, 종래의 직류변환장치를 포함하는 전력제어장치에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 1a는 하이브리드 차량의 발전기(Generator)와 모터(Motor)를 제어하는 인버터와, 승압형 직류-직류 변환장치를 통합한 종래의 전력제어장치(Power Control Unit)에 대한 회로 다이어그램을, 도 1b는 그 실제 모습을 나타내고 있다.
하이브리드 차량시스템에서의 전력제어장치(Power Control Unit)는 고주파 리플전류를 흡수하고, 배터리로부터 승압된 직류 전압의 평활 및 리플전류를 흡수하기 위한 필름캐패시터와; 구동모터를 제어하기 위한 인버터(100a)와; 발전을 위한 인버터(100a)와; 그리고, 고전압 배터리로부터의 전압을 승압하는 부스터(Boost)형 전력변환장치(102 : converter)등을 포함하여 구성되어 있다.
이러한 종래의 전력제어장치는 상대적으로 낮은 고전압 배터리로부터 승압된 고전압 직류단을 공유하면서, 발열소자인 인버터의 6팩-IGBT파워 모듈과, 전력변환장치에서의 인덕터와, 2팩-IGBT파워 모듈 등의 냉각을 위해 냉각수유로를 공유하는 구조로 되어 있다.
첨부한 도 2a는 종래의 또 다른 전력제어장치(Power Control Unit)를 나타내는 회로 다이어그램이고, 도 2b는 그 실제 모습을 나타내고 있다.
구동모터를 제어하는 구동용 인버터와; 인버터로부터 발생된 고주파 리플전 류를 흡수하고, 배터리로부터 승압된 직류 전압단의 평활하고 리플전류를 흡수하기 위한 필름캐패시터와; 상대적으로 낮은 고전압 배터리의 전압을 승압하는 직류-직류 전력변환장치로 구성되어 있다.
종래의 또 다른 전력제어장치는 그 승압형 직류-직류 컨버터(202)와 구동용 인버터(204)가 하나의 패키지에 구성되어 있으며, 직류링크단 캐패시터(206)를 각각 출력단과 입력단에서 공유하고 있다.
여기서 상기 직류링크단 필름캐패시터는 패키지 하우징 내부에 매입되며, 이는 도 1을 참조로 설명된 종래의 구성과 달리 필름캐패시터의 내구수명확보를 위해서는 다소 열악한 냉각구조로 되어 있다.
또한, 상기 승압형 직류-직류 컨버터는 모터만을 구동하는 모터링 모드시에는 승압을 하고, 브레이킹 모드시(회생 제동 모드)에는 고전압 배터리에 에너지를 충전하도록 된 구조로서, 양방향 직류-직류 컨버터로 채택되어 있다.
이와 같은 종래의 전력제어장치는 그 배치에 있어서, 열악한 냉각 구조로 인하여 내구수명이 저하되는 공통적인 문제점을 안고 있는 바, 이를 해결하기 위한 최적의 배치가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지와 고전압 배터리, 또는 연료전지와 수퍼캐패시터, 또는 연료전지만을 에너지원으로 이용하여 차량을 구동하는 하이브리드 전기 차량에 있어서, 상기 에너지원으로부터 발생한 고전압의 직류전압을 이용하여 구동모터를 제어하도록 인버터와 연료전지전압을 승압하는 고전압 직류-직류 컨버터와, 연료전지의 운전을 담당하는 연료전지 주변시스템과 차량의 공조시스템과, 냉/난방시스템을 기동하는데에 필요한 전압과 전류를 공급하고 이들의 시스템을 전기적으로 보호하기 위해 퓨즈와 릴레이로 구성된 고전압 정션박스 등 3가지로 주요 구성품이 하나로 통합된 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지의 출력전압을 승압하는 고전압 승압형 직류-직류 컨버터와; 차량을 구동하기 위한 구동모터를 구동 및 제어하는 인버터와; 연료전지의 운전을 돕는 BOP부품들을 제어하기 위한 퓨즈와 릴레이들로 구성된 고전압 정션박스; 를 하나의 통합형 패키지로 제작하여 엔진룸에 장착하되, 상기 고전압 승압형 직류-직류 컨버터(10)의 출력부와, 상기 인버터(20)의 입력부와, 상기 고전압 정션박스(30)는 하나의 고전압 직류링크단(40)을 공유하도록 하고, 상기 고전압 직류링크단(40)의 전기적인 연결이 하나의 패키지 내부에서 버스바(Busbar)형태로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 상기 고전압 정션박스는 그 내부의 퓨즈와 릴레이류에 대한 정비를 위해 엔진룸의 맨 상단면에 위치되도록 한 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 고전압 정션박스내의 고전압릴레이 및 퓨즈, 상기 인버터 및 고전압 승압형 직류-직류 컨버터를 위한 IGBT모듈, 전류센서, PCB가 하나의 통합모듈 하우징내에 집적되고, 이 통합모듈 하우징의 아래쪽에는 상기 인버터의 일 구성인 필름캐패시터를 위한 하우징이 배치되며, 이 필름캐패시터 하우징의 바로 뒤에는 상기 고전압 승압형 DC/DC 컨버터의 일 구성인 인덕터가 내장된 인덕터용 하우징이 배치된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 통합모듈 하우징내에는 일직선의 냉각수 라인이 내설된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인덕터가 내장된 인덕터용 하우징의 외표면에는 인덕터에서 발생하는 손실열을 주행풍으로 냉각하기 위한 방열핀이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
고전압 정션박스를 가장 상단에 배치하고, 그 아래쪽에 인버터와 고전압 승압형 직류-직류 컨버터의 일 구성인 필름 캐패시터와 인덕터를 전후로 배치하되, 고전압 승압형 직류-직류 컨버터의 출력부와, 인버터의 입력부와, 고전압 정션박스가 하나의 통합모듈 하우징내에서 고전압 직류링크단을 공유하도록 함으로써, 최적을 배치를 이루며 하나의 패키지로 통합된 전력변화장치를 제공할 수 있다.
특히, 인덕터와 필름캐패시터용 하우징을 별개로 구성하여 차량의 주행풍에 의해 강제 공냉식과 같은 냉각성능을 확보할 수 있다.
또한, 통합모듈 하우징 내부에 차체 전후방향으로 일직선을 이루는 냉각수라인을 형성하여, 냉각수 유량의 압력강하를 최소화하여 전장용 냉각수의 흐름을 유도하는 전장용 펌프의 사이즈를 줄일 수 있고, 통합모듈 하우징내의 각종 전자부품에 대한 냉각성능을 극대화할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 3a는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치로서, 플러그인 연료전지 차량의 파워넷 및 컨버터-인버터-정션박스가 통합된 상태를 나타내는 회로 다이어그램이고, 도 3b는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 나타내는 조립도이다.
본 발명은 연료전지와 고전압배터리, 또는 연료전지와 수퍼캐패시터를 이용한 연료전지 하이브리드 차량과, 순수 연료전지만을 이용한 차량에 있어서, 연료전지의 출력전압을 승압하는 고전압 승압형 직류-직류 컨버터(10)와; 연료전지와 고전압 배터리의 직류전압을 이용하여 차량을 구동하기 위한 구동모터를 구동 및 제어하는 인버터(20)와; 연료전지와 고전압 배터리로부터의 발생한 전기에너지를 이용하여 연료전지의 운전을 돕는 운전장치(BOP부품)들의 전기적인 안전과 시스템을 보호하고, 이들을 제어하기 위해 필요한 퓨즈와 릴레이들로 구성된 고전압 정션박스(30); 등을 하나의 통합형 패키지로 제작한 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 제공하고자 한 것이다.
특히, 본 발명에 따른 통합형 전력변환장치에 의하면, 상기 고전압 승압형 직류-직류 컨버터(10)의 출력, 상기 인버터(20)의 입력, 상기 고전압 정션박스(30)는 첨부한 도 3a에 도시된 바와 같이, 고전압 직류링크단(40)을 공유하며, 이 고전압 직류링크단(40)의 전기적인 연결이 하나의 패키지 내부에서 버스바(Busbar)형태로 간단하게 구현된다.
이때, 상기 고전압 정션박스(30)를 구성하는 퓨즈와 릴레이류 등은 차량의 효율적인 정비를 위해 반드시 엔진룸의 맨 상단면에 위치되도록 한다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 차량에 장착시킨 상태를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 차량에 장착하기 전 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4에서 볼 수 있듯이, 통합형 모듈로 제안한 본 발명의 전력변환장치는 차량의 엔진룸에 장착되며, 고전압 정션박스(30)는 통합형 모듈의 맨 상단에 장착하여, 차량정비시 커버만 탈거한 뒤 고전압 정션박스(30)내의 퓨즈와 릴레이를 손쉽게 교체할 수 있다.
특히, 차량의 엔진룸에서 차체 전후방향으로 상기 인버터(20)와 고전압 승압형 직류-직류(DC-DC) 컨버터(10)를 배치하는 동시에 상기 인버터(20)와 고전압 승압형 직류-직류(DC-DC) 컨버터(10)의 고전압 직류링크단(40)을 공유시킴으로서, 차 량의 패키지 공간 활용 측면에서 매우 유리한 장점을 제공할 수 있다.
또한, 차량의 엔진룸에서 상기 인버터(20)와 고전압 승압형 직류-직류(DC-DC) 컨버터(10)를 차체 전후방향으로 배치하되, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 주행시 발생하는 주행풍이 상기 인버터(20)와 고전압 승압형 직류-직류(DC-DC) 컨버터(10)의 양측 부분에 닿도록 배치함으로써, 상기 고전압 승압형 직류-직류 컨버터(10)의 핵심부품인 인덕터(50)에서 발생하는 손실열(Thermal loss)을 주행풍에 의하여 제거되도록 한다.
즉, 상기 고전압 승압형 직류-직류(DC-DC) 컨버터(10)의 양측 표면에 인덕터(50)로부터 발생되는 열방출용 방열핀(60: 도 7참조)을 별도로 부착하여, 인덕터(50)에서 발생하는 손실열(Thermal loss)을 방열핀(60) 및 이를 지나는 주행풍으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 필름 캐패시터(80)와 인덕터(50)는 상기 인버터(20)와 고전압 승압형 DC/DC 컨버터(10)의 부하 전류의 흐름에 따라 발열량이 결정되는 소자로서, 상기 인버터(20)의 일 구성인 필름 캐패시터(80)용 하우징(82)과 상기 고전압 승압형 DC/DC 컨버터(10)의 일 구성인 인덕터(50)용 하우징(52)에 의하여 감싸여지며, 외기의 자연풍에 의한 냉각으로 충분하게 냉각시킬 수 있으므로, 별도의 수냉라인을 갖지 않도록 함으로써, 엔진룸의 구조적인 협소함을 극복할 수 있는 유리한 배치 구조를 제공할 수 있다.
한편, 상기 고전압 정션박스(30)내의 고전압릴레이(32) 및 퓨즈(34), 그리고 상기 인버터(20) 및 고전압 승압형 DC/DC 컨버터(10)를 위한 IGBT모듈(72a,72b), 전류센서(74), PCB(76) 등이 하나의 통합모듈 하우징(70)내에 집적되는 바, 첨부된 도 5에 도시된 바와 같이 상기 통합모듈 하우징(70)의 내부에서 그 전후방향을 따라 냉각수라인이 직선으로 형성된다.
따라서, 상기 인버터(20)와 고전압 승압형 DC/DC 컨버터(10)내에 집적된 핵심부품인 스위칭 반도체의 냉각, 즉 인버터(20)와 고전압 승압형 DC/DC 컨버터(10)를 위한 IGBT모듈(72a,72b), 전류센서(74), PCB(76) 등의 냉각을 위한 냉각수라인이 첨부된 도 5에 도시된 바와 같이 냉각수의 흐름이 꺾이지 않도록 일직선으로 형성됨에 따라, 냉각수 유량의 압력강하를 최소화하여 전장용 냉각수의 흐름을 유도하는 전장용 펌프의 사이즈를 줄일 수 있고, 냉각성능을 극대화할 수 있다.
예를 들어, 상기 통합모듈 하우징(70)의 내부에 전기,전자 부품들 즉, IGBT모듈(72a,72b), 전류센서(74), PCB(76) 등을 모두 체결한 뒤, 그 아래쪽에 수냉각판에 의한 냉각수 경로를 일직선으로 형성하여 통합모듈 하우징(70)내의 각종 전장품에 대한 냉각을 유도할 수 있다.
첨부한 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치로서, 인버터와 고전압 승압형 직류-직류 컨버터, 고전압 정션박스 등이 통합형 모듈로 조립되는 상태를 나타내는 사시도이다.
상기와 같이 상기 고전압 정션박스(30)내의 고전압릴레이(32) 및 퓨즈(34), 그리고 상기 인버터(20) 및 고전압 승압형 DC/DC 컨버터(10)를 위한 IGBT모듈(72a,72b), 전류센서(74), PCB(76) 등이 하나의 통합모듈 하우징(70)내에 집적되는 바, 그 아래쪽에는 인버터(20)의 일 구성인 필름캐패시터를 위한 하우징(82)이 배치되고, 이 필름캐패시터 하우징(82)의 바로 뒤에는 고전압 승압형 DC/DC 컨버터(10)의 일 구성인 인덕터가 내장된 인덕터 하우징(52)이 배치된다.
이러한 배열에 있어서, 상기 필름캐패시터용 하우징(82)에 내장된 필름 캐패시터는 회로적으로 볼 때, 상기 인버터(20) 입력단의 고전압 (+)와 (-)에 연결되면서 상기 통합모듈 하우징(70)내에 매입되지 않은 상태인 바, 이렇게 필름 캐패시터를 갖는 필름캐패시터용 하우징(70)을 통합모듈 하우징(70)의 하부에 별도로 분리 배치한 이유는 필름 캐패시터가 내장된 필름캐패시터용 하우징(82)을 외부에 노출시킴으로서, 모터를 제어하면서 발생하는 스위칭에 의한 전류리플을 흡수하면서 발생하는 열을 효과적으로 자연냉각풍에 의해 배출시킬 수 있도록 함에 있다.
또한, 상기 인덕터용 하우징(52)은 전술한 바와 같이, 인덕터(50)에서 발생하는 전력손실열(Power Loss)을 냉각하기 위해 하우징(52)에 냉각용 방열핀(60)을 설치하였는 바, 이에 필름캐패시터를 위한 냉각과 마찬가지로 외기에서 불어오는 자연적인 외풍을 이용하여 인덕터를 용이하게 냉각시킬 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치는 크게 3가지의 하우징 구조, 즉 상기 통합모듈 하우징(70)과, 필름 캐패시터용 하우징(82)과, 인덕터 하우징(52)을 포함하는 바, 이들 하우징(70,82,52)들은 소정의 체결수단(브라켓, 볼트, 클램프, 패스너 등)을 이용하여 차체에 조립된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 인덕터와 필름캐패시터용 하우징(52,82)을 별개로 구성하여 수냉각에 의한 방열 없이, 차량의 주행풍에 의해 강제 공냉식과 같은 냉각성능을 확보할 수 있고, 또한 그 조립에 있어서도 통합모듈 하우징(70) 내부의 전기,전자 부품들을 모두 체결한 뒤, 수냉각판(냉각수 경로)의 방수를 위한 덮개를 덮고, 그 아래에 인덕터와 필름캐패시터 하우징을 조립하면 되므로 아주 간단한 구조의 냉각 구조가 완성될 수 있다.
도 1a는 하이브리드 차량의 발전기와 모터를 제어하는 인버터와, 승압형 직류-직류 변환장치를 통합한 종래의 전력제어장치에 대한 회로 다이어그램,
도 1b는 도 1a에 도시된 종래의 전력제어장치에 대한 실제 모습을 나타내는 사진,
도 2a는 종래의 또 다른 전력제어장치를 나타내는 회로 다이어그램,
도 2b는 도 2a에 도시된 종래의 전력제어장치에 대한 실제 모습을 나타내는 사진,
도 3a는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치로서, 플러그인 연료전지 차량의 파워넷 및 컨버터-인버터-정션박스가 통합된 상태를 나타내는 회로 다이어그램,
도 3b는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 나타내는 조립도,
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 차량에 장착시킨 상태를 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치를 차량에 장착하기 전 상태를 나타내는 사시도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치로서, 인버터와 고전압 승압형 직류-직류 컨버터, 고전압 정션박스 등이 통합형 모듈로 조립되는 상태를 나타내는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 고전압 승압형 직류-직류 컨버터 20 : 인버터
30 : 고전압 정션박스 32 : 고전압릴레이
34 : 퓨즈 40 : 고전압 직류링크단
50 : 인덕터 52 ; 인덕터용 하우징
60 : 방열핀 70 : 통합모듈 하우징
72a : 인버터용 IGBT모듈
72b : 고전압 승압형 직류-직류 컨버터용 IGBT모듈
74 : 전류센서 76 : PCB
80 : 필름 캐패시터 82 : 필름 캐패시터용 하우징

Claims (5)

  1. 연료전지의 출력전압을 승압하는 고전압 승압형 직류-직류 컨버터와;
    차량을 구동하기 위한 구동모터를 구동 및 제어하는 인버터와;
    연료전지의 운전을 돕는 BOP부품들을 제어하기 위한 퓨즈와 릴레이들로 구성된 고전압 정션박스;
    를 하나의 통합형 패키지로 제작하여 엔진룸에 장착하되,
    상기 고전압 승압형 직류-직류 컨버터(10)의 출력부와, 상기 인버터(20)의 입력부와, 상기 고전압 정션박스(30)는 하나의 고전압 직류링크단(40)을 공유하도록 하고, 상기 고전압 직류링크단(40)의 전기적인 연결이 하나의 패키지 내부에서 버스바(Busbar)형태로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 정션박스는 그 내부의 퓨즈와 릴레이류에 대한 정비를 위해 엔진룸의 맨 상단면에 위치되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 정션박스내의 고전압릴레이 및 퓨즈, 상기 인버터 및 고전압 승압형 직류-직류 컨버터를 위한 IGBT모듈, 전류센서, PCB가 하나의 통합모듈 하우징내에 집적되고, 이 통합모듈 하우징의 아래쪽에는 상기 인버터의 일 구성인 필름캐패시터를 위한 하우징이 배치되며, 이 필름캐패시터 하우징의 바로 뒤에는 상기 고전압 승압형 DC/DC 컨버터의 일 구성인 인덕터가 내장된 인덕터용 하우징이 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 통합모듈 하우징내에는 일직선의 냉각수 라인이 내설된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 인덕터가 내장된 인덕터용 하우징의 외표면에는 인덕터에서 발생하는 손실열을 주행풍으로 냉각하기 위한 방열핀이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치.
KR1020080058086A 2008-06-20 2008-06-20 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치 KR101000594B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080058086A KR101000594B1 (ko) 2008-06-20 2008-06-20 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080058086A KR101000594B1 (ko) 2008-06-20 2008-06-20 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090132031A KR20090132031A (ko) 2009-12-30
KR101000594B1 true KR101000594B1 (ko) 2010-12-10

Family

ID=41691137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080058086A KR101000594B1 (ko) 2008-06-20 2008-06-20 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101000594B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180062095A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 주식회사 이지트로닉스 자동차용 통합 구동 모듈
KR20180068017A (ko) 2016-12-13 2018-06-21 현대자동차주식회사 전력 변환장치
US10160335B2 (en) 2015-10-07 2018-12-25 Hyundai Motor Company Power distributing apparatus of vehicle
KR20190091749A (ko) 2018-01-29 2019-08-07 현대자동차주식회사 전력변환장치의 냉각 구조
KR20190096612A (ko) 2018-02-09 2019-08-20 현대자동차주식회사 전력변환장치의 냉각 구조
US10793020B2 (en) 2017-11-22 2020-10-06 Hyundai Motor Company Fuel cell vehicle system and method of controlling the same

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101185735B1 (ko) 2010-07-16 2012-09-26 엘에스산전 주식회사 전기 자동차용 배터리 디스커넥트 유닛
KR101131735B1 (ko) * 2010-07-30 2012-04-05 영화테크(주) 차량용 고전압 정션박스
KR101134002B1 (ko) * 2010-08-17 2012-04-05 영화테크(주) 고전압 릴레이를 내장한 차량용 정션박스
KR101865967B1 (ko) * 2012-12-17 2018-06-08 현대자동차주식회사 환경차의 통합패키지형 하이브리드 전력제어모듈
KR102063726B1 (ko) 2013-05-24 2020-01-08 현대모비스 주식회사 모터 일체형 인버터 패키지 및 이에 적용되는 일체형 인버터
KR101655515B1 (ko) 2014-04-24 2016-09-07 현대자동차주식회사 자동차의 통합형 전력변환장치
KR101510056B1 (ko) 2014-05-14 2015-04-07 현대자동차주식회사 자동차의 하이브리드 전력제어장치
KR101591921B1 (ko) * 2014-10-31 2016-02-05 영화테크(주) Ｌｄｃ 통합형 정션박스
KR101646375B1 (ko) * 2014-11-05 2016-08-12 현대자동차주식회사 차량용 인덕터장치
KR102532313B1 (ko) * 2018-03-07 2023-05-15 현대자동차주식회사 차량용 하이브리드 전력제어장치
JP7207346B2 (ja) * 2020-02-12 2023-01-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池ユニット
KR20220095817A (ko) * 2020-12-30 2022-07-07 현대자동차주식회사 연료 전지 시스템의 고전압 정션 유니트와 이를 포함하는 연료 전지 시스템의 전원 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100456843B1 (ko) * 2002-04-12 2004-11-10 현대자동차주식회사 전기 차량의 전장 제어 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100456843B1 (ko) * 2002-04-12 2004-11-10 현대자동차주식회사 전기 차량의 전장 제어 시스템

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10160335B2 (en) 2015-10-07 2018-12-25 Hyundai Motor Company Power distributing apparatus of vehicle
KR20180062095A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 주식회사 이지트로닉스 자동차용 통합 구동 모듈
KR20180068017A (ko) 2016-12-13 2018-06-21 현대자동차주식회사 전력 변환장치
US10091898B2 (en) 2016-12-13 2018-10-02 Hyundai Motor Company Power conversion device
US10793020B2 (en) 2017-11-22 2020-10-06 Hyundai Motor Company Fuel cell vehicle system and method of controlling the same
KR20190091749A (ko) 2018-01-29 2019-08-07 현대자동차주식회사 전력변환장치의 냉각 구조
KR20190096612A (ko) 2018-02-09 2019-08-20 현대자동차주식회사 전력변환장치의 냉각 구조

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090132031A (ko) 2009-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101000594B1 (ko) 연료전지 차량의 통합형 전력변환장치
JP4611820B2 (ja) 車両用電装ユニットの冷却装置
KR101338432B1 (ko) 자동차용 인버터
EP2180776B1 (en) Automotive inverter assembly
KR102532313B1 (ko) 차량용 하이브리드 전력제어장치
JP5960079B2 (ja) 電力変換装置
JP5769386B2 (ja) 電気推進装置およびこれを備えた電動車両
JP4957011B2 (ja) 電池パック構造
KR20080050413A (ko) 자동차용 소형 전기 공급 장치
WO2008041761A1 (fr) Dispositif d&#39;entraînement de véhicule
KR100992674B1 (ko) 냉각성능 확보를 위한 인버터의 직류입력단 필름캐패시터의구조
CN107710587B (zh) 电力转换装置
JP2007174760A (ja) 電力変換装置
JP4866680B2 (ja) Ｄｃｄｃコンバータ
KR20140078175A (ko) 환경차의 통합패키지형 하이브리드 전력제어모듈
JP2020022287A (ja) 電力変換装置
JP5273488B2 (ja) 電力変換装置
JP2006024510A (ja) 電池パック
JP5919421B1 (ja) 電力変換装置
JP2019068638A (ja) 電力変換器の車載構造
JP2006197723A (ja) モータ駆動装置
JP2014150215A (ja) 冷却装置およびそれを備えるモータ制御装置
JP2008148529A (ja) 電圧変換装置
JP2009194331A (ja) 電力回路の冷却構造
JP2009153264A (ja) 電力制御ユニットの冷却構造

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131129

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141128

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171129

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191127

Year of fee payment: 10