KR101275186B1 - 인버터 장치 및 이를 구비한 전기차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터 장치 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것이다.
본 발명의 인버터 장치는, 케이스와, 이 케이스의 내부에 배치되는 스위칭소자와, 내부에 냉각유체의 유로가 구비되고 스위칭소자와 열교환할 수 있게 배치되는 제1히트싱크와, 케이스의 내부에 제1히트싱크와 이격 배치되는 제2히트싱크를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 부품을 냉각함과 아울러 열 에너지를 회수하여 난방에 이용할 수 있다.

Description

인버터 장치 및 이를 구비한 전기차량{INVERTER APPARATUS AND ELECTRIC VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명은, 인버터 장치 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 발열부품을 냉각함과 아울러 열을 회수할 수 있도록 한 인버터 장치 및 이를 구비한 전기차량에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 인버터(INVERTER) 또는 인버터 장치는 직류 전원을 고주파의 교류 전원으로 변환하는 장치이다.
이러한 인버터 장치는 고주파 전원을 이용하여 금속 등을 가열하는 유도 가열 장치 또는 3상 교류 모터의 구동에 널리 이용되고 있다.
상기 인버터 장치는, 내부에 수용공간을 형성하는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 배치되고 직류 전원을 스위칭하여 고주파 전원으로 출력하는 스위칭소자를 구비한 회로부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 인버터 장치는 상기 회로부에서 발생된 열을 방출하여 냉각시키는 냉각부를 더 구비하여 구성될 수도 있다.
상기 냉각부는 상기 스위칭소자에 결합되어 상기 스위칭소자를 방열시키는 히트싱크(HEAT SINK)를 구비하여 구성될 수 있다.
한편, 최근에는 자동차 또는 차량의 배기가스로 인한 환경오염문제, 화석연료의 고갈 등에 기인하여 자동차 또는 차량의 동력원으로 전동기(전동기)를 이용하는 전기차량 또는 하이브리드 차량(이하, "전기차량"이라 표기함)의 이용이 늘고 있다.
상기 전기차량에는 전동기에 전원을 공급하기 위한 배터리 및 상기 배터리에서 직류 전원을 공급받아 교류 전원으로 변환하여 전동기에 3상 교류 전원을 공급하는 인버터 장치가 구비될 수 있다.
상기 전기차량에는 차량 내부의 냉방 및/또는 난방을 위해 냉동사이클 장치가 구비될 수 있다. 상기 냉동사이클 장치는, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매가 방열되어 응축되는 응축기와, 냉매가 감압팽창되는 팽창장치와, 냉매가 주위의 잠열을 흡수하여 증발되는 증발기를 구비한 소위 증기 압축식 냉동사이클이 이용될 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 전기차량에 있어서는, 상기 케이스의 내부에서 발생한 열을 상기 케이스의 외부로 방출하도록 되어 있어, 에너지 소비 측면에서 바람직하지 아니할 수 있다.
특히, 차량 내부를 전기(에너지)를 이용하여 난방하는 경우 배터리 소모량이 크게 증가할 수 있다. 이에 기인하여 상기 배터리의 잔량이 부족하게 되어 차량의 주행거리가 현저하게 단축될 수 있고, 상기 배터리의 충전 주기가 짧아져 차량 이용에 불편이 있다.
따라서, 본 발명은, 부품을 냉각함과 아울러 열 에너지를 회수하여 난방에 이용할 수 있는 인버터 장치 및 이를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 난방 시 배터리 소모량을 줄일 수 있고 난방에 기인한 주행거리 단축을 억제할 수 있는 인버터 장치 및 이를 구비한 전기차량을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 케이스; 상기 케이스의 내부에 배치되는 스위칭소자; 내부에 냉각유체의 유로가 구비되고, 상기 스위칭소자와 열교환할 수 있게 배치되는 제1히트싱크; 및 상기 케이스의 내부에 상기 제1히트싱크와 이격 배치되는 제2히트싱크;를 포함하는 인버터 장치를 제공한다.
여기서, 상기 제1히트싱크는 상기 케이스의 하부에 배치되고, 상기 제2히트싱크는 상기 케이스의 상부에 배치되게 구성될 수 있다.
상기 제2히트싱크에는 냉각유체의 유로가 형성될 수 있다.
상기 제2히트싱크의 유로는 상기 제1히트싱크의 유로와 연통되게 구성될 수 있다.
열전도성부재로 형성되고 상기 케이스의 내부 측면에 배치되는 제3히트싱크;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 케이스는 직육면체로 형성되고, 상기 제3히트싱크는 상기 케이스의 2면 이상에 배치되게 구성될 수 있다.
상기 제2히트싱크 및 제3히트싱크에는 냉각유체의 유로가 각각 형성되게 구성될 수 있다.
상기 제3히트싱크에는 냉각유체의 유로가 형성될 수 있다.
상기 제2히트싱크 및 제3히트싱크 중 적어도 어느 하나에는 방열핀이 구비될 수 있다.
상기 케이스는 단열재로 형성될 수 있다.
상기 케이스의 외면에는 상기 케이스의 외면을 감싸는 단열재가 구비되게 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 차량바디; 상기 차량바디에 구비되는 휠; 상기 휠을 구동시키는 전동기; 상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및 상기 배터리 및 전동기에 각각 연결되어 상기 전동기에 교류전원을 공급하는 상기 인버터 장치;를 포함하는 인버터 장치를 구비한 전기차량이 제공된다.
여기서, 상기 인버터 장치의 유로와 연결되는 라디에이터; 및 상기 인버터 장치의 유로와 연결되는 히터코어;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 라디에이터에 연결된 제1분기관; 상기 히터코어에 연결되는 제2분기관; 상기 제1분기관 및 제2분기관에 연결되어 상기 냉각유체의 유로를 변경하는 유로변경밸브; 및 상기 유로변경밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 케이스의 내부에 냉각유로를 구비한 제1히트싱크와 제2히트싱크가 구비되도록 함으로써 부품에서 발생한 열을 신속하게 회수하여 부품을 냉각할 수 있고 냉각유체를 통해 열 에너지를 회수할 수 있다.
또한, 부품에서 발생한 열을 회수하여 난방에 활용함으로써 난방 시 배터리 소모량을 줄일 수 있다.
또한, 난방에 기인한 주행 거리 단축을 억제하여 배터리의 충전 주기를 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치를 구비한 전기차량의 구성도,
도 2은 도 1의 인버터 장치의 단면도,
도 3은 도 1의 전기차량의 냉각유로의 구성도,
도 4는 도 1의 전기차량의 제어블록도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차량의 인버터 장치의 단면도,
도 6은 도 5의 전기차량의 냉각유로의 구성도,
도 7은 도 5의 전기차량의 제어블록도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차량의 인버터 장치의 단면도,
도 9는 도 8의 전기차량의 냉각유로의 구성도,
도 10은 도 8의 전기차량의 제어블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치를 구비한 전기차량은, 바디 또는 차량바디(body 또는 car body)(110)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 휠(115)과, 상기 휠(115)을 구동시키는 전동기(130)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(140)와, 상기 배터리(140) 및 전동기(130)에 각각 연결되어 상기 전동기(130)에 교류전원을 공급하는 인버터 장치(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 차량바디(110)의 상부 영역에는 도면에는 도시되지 아니하였으나 운전자 및/또는 승객이 탑승할 수 있는 탑승 공간이 마련될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 주행이 가능하게 복수의 휠(115)이 구비될 수 있다.
상기 휠(115)들은 전, 후 양 측에 각각 구비될 수 있다.
상기 차량바디(110) 및 휠(115) 사이에는 노면 주행 시 발생하는 진동 및/또는 충격이 완화될 수 있게 현가장치(120)가 구비될 수 있다.
상기 차량바디(110)에는 직류 전원을 공급하는 배터리(140)가 구비될 수 있다.
상기 배터리(140)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로 구성될 수 있다.
상기 휠(115)의 일 측에는 상기 휠(115)에 구동력을 제공하는 전동기(130)가 구비될 수 있다. 상기 전동기(130)는 3상 교류 전원으로 동작하는 3상 교류 전동기로 구성될 수 있다. 상기 전동기(130)는, 내부에 수용공간이 구비되는 프레임(131)과, 상기 프레임(131)의 내부에 배치되는 고정자(미도시)와, 상기 고정자에 대해 회전축(135)을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 회전자(미도시)를 구비할 수 있다.
상기 전동기(130)의 회전축의 출력 측 단부에는 소정의 기어비로 회전력을 상기 휠(115)에 전달하는 변속기(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 전동기(130)와 상기 배터리(140) 사이에는 상기 배터리(140)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터 장치(150)가 구비될 수 있다.
상기 인버터 장치(150)의 일 측에는 직류 전원이 입력되는 복수의 입력케이블(152)과, 교류 전원이 출력되는 복수의 출력케이블(154)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 인버터 장치(150)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(155)와, 상기 케이스(155)의 내부에 배치되는 스위칭소자(160)와, 내부에 냉각유체의 유로가 구비되고, 상기 스위칭소자(160)와 열교환할 수 있게 배치되는 제1히트싱크(171) 및 상기 제1히트싱크(171)와 열교환 가능하게 배치되는 제2히트싱크(181)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 케이스(155)는 내부에 수용공간이 형성된 대략 직육면체로 형성될 수 있다.
상기 케이스(155)는 단열재로 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 케이스(155)의 내부의 열 에너지가 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다.
상기 케이스(155)의 내부에는 복수의 스위칭소자(160)가 구비될 수 있다.
상기 스위칭소자(160)는 소위 아이지비티(IGBT)라고 하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성될 수 있다.
상기 스위칭소자(160)들은 상기 케이스(155)의 내부 하부 영역에 배치될 수 있다.
상기 스위칭소자(160)의 상측에는 피씨비(PCB: Printed Circuit Board)(162) 또는 인쇄회로기판(이하, "피씨비(162)"로 표기함)이 구비될 수 있다.
상기 피씨비(162)는 복수 개로 구성될 수 있다. 상기 피씨비(162)는 상하로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
상기 케이스(155)의 내부에는 상기 배터리(140)에서 인가된 직류 전원의 잡음(노이즈(noise))을 제거하여 상기 스위칭소자(160)에 제공하는 디시링크 커패시터(DC-Link Capacitor)(165)가 구비될 수 있다. 상기 디시링크 커패시터(165)는 상기 피씨비(162)의 상측에 구비될 수 있다.
한편, 상기 케이스(155)의 내부에는 상기 케이스(155)의 내부를 냉각할 수 있게 히트싱크(170)가 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 히트싱크(170)는 상기 케이스(155)의 내부 공간 및/또는 부품(예를 들면 스위칭 소자)을 냉각하게 설치될 수 있다. 상기 히트싱크(170)는 복수 개로 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 히트싱크(170)는, 내부에 냉각유체의 유로(175)가 구비되고 상기 스위칭소자(160)와 열교환할 수 있게 배치되는 제1히트싱크(171)와, 상기 케이스(155)의 내부에 상기 제1히트싱크(171)와 이격배치되는 제2히트싱크(181)를 구비하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 케이스(155)의 내부를 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 제1히트싱크(171)는 열전도성부재로 대략 직사각형의 판상으로 형성될 수 있다. 상기 제1히트싱크(171)는 상기 케이스(155)의 내부 공간의 크기와 거의 동일한 크기(폭 및 길이)로 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 제1히트싱크(171)의 열교환 면적이 증가되어 상기 스위칭소자(160)들을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 제1히트싱크(171)는, 열전도성부재로 형성되는 바디(173)와, 상기 바디(173)의 내부에 냉각유체가 유동할 수 있게 형성되는 유로(175)를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 유로(175)는 횡단면이 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1히트싱크(171)의 일 측에는 냉각유체가 유입되는 냉각유체유입부(177)가 형성될 수 있다. 상기 제1히트싱크(171)의 타 측에는 상기 냉각유체가 유출될 수 있게 냉각유체유출부(178)가 형성될 수 있다.
상기 제2히트싱크(181)는 상기 케이스(155)의 내부 공간 중 상부영역에 배치될 수 있다. 이에 의해, 대류 현상에 의해 상대적으로 온도가 높은 상기 케이스(155)의 내부 공간의 상부영역을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 제2히트싱크(181)는, 열전도성부재로 형성되는 바디(183)와, 상기 바디(183)의 내부에 냉각유체가 유동할 수 있게 형성되는 유로(185)를 구비할 수 있다.
상기 제2히트싱크(181)의 일 측에는 냉각유체가 유입되는 냉각유체유입부(187)가 구비되고, 타 측에는 냉각유체가 유출될 수 있게 냉각유체유출부(188)가 형성될 수 있다.
상기 제2히트싱크(181)에는 표면으로부터 돌출된 복수의 방열핀(fin)(184)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 제2히트싱크(181)의 표면적이 증가하여 상기 케이스(155)의 내부의 공기와 열교환이 촉진될 수 있다. 상기 방열핀(184)들은 상기 제2히트싱크(181)의 저부면에 하향 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 제2히트싱크(181)와 상기 제1히트싱크(171) 사이에는 상기 제2히트싱크(181)의 유로(185)와 상기 제1히트싱크(171)의 유로(175)가 상호 연통되게 연결하는 연결관(189)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 제2히트싱크(181)와 제1히트시으(171)가 단일의 유로를 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제2히트싱크(181)의 냉각유체유출부(188)에는 상기 연결관(189)의 일 단부가 연결되고, 상기 제1히트싱크(171)의 냉각유체유입부(177)에는 상기 연결관(189)의 타 단부가 연결될 수 있다. 이에 의해, 상기 제2히트싱크(181)를 경유하면서 상기 제2히트싱크(181)를 냉각시킨 냉각유체에 의해 상기 제1히트싱크(171)가 냉각될 수 있다.
한편, 본 인버터 장치(150)를 구비한 전기차량은 상기 인버터 장치(150)에서 상기 히트싱크(170)와 열교환된 냉각유체가 순환할 수 있게 냉각유체순환회로(210)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 냉각유체순환회로(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각유체가 순환할 수 있게 냉각유체를 펌핑하는 펌프(211)와, 냉각유체가 이동하는 유로를 형성하는 유체관(215)을 구비할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제2히트싱크(181)의 냉각유체유입부(187) 및 상기 제1히트싱크(171)의 냉각유체유출부(178)는 상기 냉각유체순환회로(210)에 각각 연결될 수 있다. 이에 의해, 상기 펌프(211)에 의해 펌핑된 냉각유체가 상기 인버터 장치(150)의 제2히트싱크(181), 연결관(189) 및 제1히트싱크(171)를 경유하여 유동될 수 있다.
상기 펌프(211)의 일 측에는 냉각유체가 일시 저장될 수 있게 탱크(220)가 구비될 수 있다.
상기 냉각유체순환회로(210)는 상기 인버터 장치(150)를 경유한 냉각유체가 상기 전동기(130)를 경유하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 인버터 장치(150)를 경유한 냉각유체에 의해 상기 전동기(130)가 냉각될 수 있다.
상기 냉각유체순환회로(210)에는 냉각유체가 냉각될 수 있게 라디에이터(225)(radiator)(225)가 구비될 수 있다. 상기 라디에이터(225)의 일 측에는 상기 라디에이터(225)를 향해 송풍하여 상기 라디에이터(225)를 냉각시키는 냉각팬(228)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 냉각유체순환회로(210)에는 상기 인버터 장치(150)를 경유하면서 상기 히트싱크(170)에서 회수한 열을 난방에 이용할 수 있게 히터코어(heater core)(235)가 구비될 수 있다. 상기 히터코어(235)는 탑승 공간과 연통된 영역에 배치될 수 있다. 상기 히터코어(235)의 일 측에는 상기 탑승공간을 향해 송풍하는 송풍팬(238)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 히터코어(235)를 통과하면서 온도가 상승된 공기가 차량의 내부로 송풍될 수 있다.
상기 라디에이터(225)에는 제1분기관(227)이 연결될 수 있다.
상기 제1분기관(227)은 상기 라디에이터(225)의 냉각유체의 유입측에 연결될 수 있다.
상기 히터코어(235)에는 제2분기관(237)이 연결될 수 있다.
상기 제2분기관(237)은 상기 히터코어(235)의 냉각유체의 유입측에 연결될 수 있다.
상기 제1분기관(227) 및 제2분기관(237)은 유로변경밸브(241)에 연결될 수 있다.
상기 유로변경밸브(241)는 복수의 포트를 구비할 수 있다.
상기 유로변경밸브(241)의 일 포트는 상기 펌프(211)와 연결될 수 있다. 이에 의해, 상기 펌프(211)에 의해 펌핑되어 순환되는 냉각유체의 유로를 조절할 수 있다.
한편, 본 인버터장치를 구비한 전기차량은 제어프로그램을 구비한 제어부(250)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 제어부(250)는 제어프로그램을 구비한 마이크로프로세서로 구현되어 상기 피씨비(162)에 장착될 수 있다.
상기 제어부(250)는 차량 내부의 냉방 또는 난방 등 선택된 운전모드에 따라 상기 냉각유체의 유로를 변경할 수 있게 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(250)에는 운전모드를 선택하는 모드선택부(251)가 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(250)에는 상기 냉각유체의 유로를 변경하는 유로변경밸브(241)가 제어가능하게 연결될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각유체를 상기 라디에이터(225)를 경유하게 하여 냉각시키거나, 상기 히터코어(235)를 경유하게 하여 차량의 내부를 난방시킬 수 있다.
상기 제어부(250)에는 상기 냉각유체의 유동 속도를 조절할 수 있게 상기 펌프(211)가 제어 가능하게 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 인버터 장치(150)의 스위칭소자(160)가 동작을 개시하면 열(에너지)이 발생된다. 상기 제어부(250)는 상기 펌프(211)를 제어하여 상기 냉각유체가 냉각 유로를 따라 순환되게 할 수 있다.
상기 스위칭소자(160)에 의해 발생한 열 중 일부는 상기 제1히트싱크(171)로 전달되고, 다른 일부는 상측으로 방열될 수 있다. 방열된 열은 대류 현상에 의해 상기 케이스(155)의 내부 상부영역으로 이동될 수 있다. 이때, 상기 케이스(155)는 단열재로 형성됨으로써, 상기 케이스(155)의 내부의 열이 외부로 방출되지 아니하고 상기 냉각유체와 열교환되어 회수될 수 있다.
한편, 상기 제2히트싱크(181)의 냉각유체유입부(187)를 통해 유로(185)로 유입된 냉각유체는 상기 제2히트싱크(181)의 유로(185)를 따라 유동하면서 상기 제2히트싱크(181)와 열교환된다. 이에 의해, 상기 제2히트싱크(181)가 냉각될 수 있다.
상기 제2히트싱크(181)를 경유한 냉각유체는 연결관(189)을 통해 상기 제1히트싱크(171)의 유로(175)로 유입된다. 상기 제1히트싱크(171)의 내부로 유입된 냉각유체는 유로(175)를 따라 유동하면서 상기 제1히트싱크(171)와 열교환할 수 있다. 이에 의해, 상기 스위칭소자(160)들 및 상기 제1히트싱크(171)가 냉각될 수 있다.
상기 제1히트싱크(171)를 경유하여 온도가 상승한 냉각유체는 상대적으로 온도가 더 높은 상기 전동기(130)를 경유하면서 상기 전동기(130)를 냉각할 수 있다.
상기 전동기(130)를 경유한 냉각유체는 상기 탱크(220)의 내부에 일시 저장될 수 있다.
상기 탱크(220)의 내부의 냉각유체는 상기 펌프(211)에 의해 펌핑되어 상기 유체관(215)의 내부에 형성된 냉각유로를 따라 순환될 수 있다.
한편, 상기 모드선택부(251)에 의해 난방(모드)가 선택되면, 상기 제어부(250)는 상기 유로변경밸브(241)를 제어하여 상기 냉각유체가 상기 히터코어(235)를 경유하여 유동되게 할 수 있다. 상기 히터코어(235)로 이동된 냉각유체는 차량의 내부의 공기와 열교환될 수 있다. 열교환 결과 온도가 상승된 차량의 내부의 공기는 차량의 내부로 송풍되어 차량 내부를 난방할 수 있다.
상기 냉각유체는 상기 히터코어(235)로 이동되어 차량의 내부 공기와 열교환된 후 온도가 저하되는 과정과, 상기 인버터 장치(150)에서 상기 히트싱크(170)와 열교환되어 온도가 상승되는 과정을 반복적으로 수행하면서 차량의 내부를 난방할 수 있다.
상기 제어부(250)는 난방 모드가 선택되지 아니한 때에는 상기 유로변경밸브(241)를 제어하여 상기 냉각유체가 상기 라디에이터(225)를 경유하여 순환되게 할 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각유체가 냉각되어 온도가 저하될 수 있다.
상기 라디에이터(225)로 이동된 냉각유체는 공기와 열교환되어 냉각되는 과정과, 상기 인버터 장치(150)로 이동되어 히트싱크(170)와 열교환되어 온도가 상승되는 과정을 반복할 수 있다. 이에 의해, 상기 인버터 장치(150)의 온도가 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 장치에 대하여 설명한다.
전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 동일한 참조부호를 부여하고, 일부 구성 및 작용에 대해서는 중복되는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 인버터 장치를 구비한 전기차량은, 바디와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 휠(115)과, 상기 휠(115)을 구동시키는 전동기(130)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(140)와, 상기 배터리(140) 및 전동기(130)에 각각 연결되어 상기 전동기(130)에 교류전원을 공급하는 인버터 장치(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 인버터 장치(150)는, 케이스(157)와, 상기 케이스(157)의 내부에 배치되는 스위칭소자(160)와, 내부에 냉각유체의 유로가 구비되고, 상기 스위칭소자(160)와 열교환할 수 있게 배치되는 제1히트싱크(171) 및 상기 제1히트싱크(171)와 이격 배치되는 제2히트싱크(181)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 케이스(157)는 내부에 수용공간이 형성되는 대략 직육면체로 형성될 수 있다.
상기 케이스(157)의 외부에는 상기 케이스(157)의 외면을 감싸는 단열재(158)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 케이스(157)의 내부의 열(에너지)가 외부로 방출되는 것이 억제될 수 있다.
한편, 상기 케이스(157)의 내부에는 복수의 스위칭소자(160)가 구비될 수 있다.
상기 스위칭소자(160)는 상기 케이스(157)의 내부 하부에 배치될 수 있다.
상기 스위칭소자(160)의 하측에는 제1히트싱크(171)가 열교환 가능하게 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 스위칭소자(160)가 신속하게 냉각될 수 있다.
상기 제1히트싱크(171)는, 열전도성부재로 형성되는 바디(173)와, 상기 바디(173)의 내부에 형성되는 유로(175)를 구비할 수 있다. 상기 스위칭소자(160)들은 상기 바디(173)의 상면에 열교환가능하게 결합될 수 있다. 상기 바디(173)에는 냉각유체유입부(177) 및 냉각유체유출부(178)가 구비될 수 있다.
상기 스위칭소자(160)의 상측에는 복수의 피씨비(162)가 구비될 수 있다.
상기 피씨비(162)의 상측에는 디시링크 커패시터(165)가 배치될 수 있다.
상기 디시링크 커패시터(165)의 상측에는 상기 제2히트싱크(181)가 구비될 수 있다.
상기 제2히트싱크(181)는, 열전도성부재로 형성되는 바디(183)와, 상기 바디(183)의 내부에 형성되는 유로(185)를 구비할 수 있다. 상기 바디(183)의 저부에는 복수의 방열핀(184)이 하향 돌출되게 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 케이스(157)의 내부 상부영역이 보다 신속하게 냉각될 수 있다.
상기 제2히트싱크(181)의 바디(183)에는 냉각유체유입부(187) 및 냉각유체유출부(188)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 제1히트싱크(171) 및 제2히트싱크(181)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 냉각유체순환회로(210)에 병렬로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 냉각유체순환회로(210)는 제1분기유로(261) 및 제2분기유로(271)가 형성되고, 상기 제1히트싱크(171) 및 제2히트싱크(181)는 상기 제1분기유로(261) 및 제2분기유로(271)에 각각 연결될 수 있다.
상기 제1분기유로(261) 및 제2분기유로(271)에는 해당 분기유로를 개폐하거나, 및/또는 해당 분기유로의 유량을 조절할 수 있게 제1밸브(261) 및 제2밸브(271)가 각각 구비될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(250)에는 선택된 운전모드에 따라 유로를 변경할 수 있게 모드선택부(251) 및 유로변경밸브(241)가 각각 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(250)는 제1히트싱크(171) 및 제2히트싱크(181)에 공급되는 냉각유체의 공급 및/또는 유량을 제어할 수 있게 제1밸브(261) 및 제2밸브(271)가 각각 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(250)는 상기 제1히트싱크(171) 및 제2히트싱크(181)의 온도에 기초하여 냉각유체의 유량을 제어하게 구성될 수 있다.
상기 제어부(250)에는 상기 제1히트싱크(171) 및 제2히트싱크(181)의 온도를 각각 감지할 수 있게 복수의 온도감지부(275)가 각각 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 펌프(211)에 의해 펌핑되어 라디에이터(225) 또는 히터코어(235)을 경유하여 유동된 냉각유체는 분기되어 제1분기유로(261) 및 제2분기유로(271)를 따라 상기 제1히트싱크(171) 및 제2히트싱크(181)로 각각 유입될 수 있다.
상기 제1히트싱크(171) 및 제2히트싱크(181)의 각 유로로 유입된 냉각유체는 해당 히트싱크(170)와 열교환하여 해당 히크싱크(170)를 냉각시킨 후 다시 합류되어 유동될 수 있다.
합류된 냉각유체는 상기 냉각유체순환회로(210)를 따라 순환하면서 상기 케이스(157)의 내부를 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 상기 제어부(250)는 상기 온도감지부(275)의 온도 감지 결과에 기초하여 상기 제1히트싱크(171) 및 제2히트싱크(181)에 공급되는 냉각유체의 유량을 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 제2히트싱크(181)의 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 제2밸브(273)를 제어하여 상기 제2히트싱크(181)에 공급되는 냉각유체의 양을 감소시키거나 또는 냉각유체의 공급을 일정 시간 동안 중단시킬 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 인버터 장치를 구비한 전기차량은, 차량바디(110)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 휠(115)과, 상기 휠(115)을 구동시키는 전동기(130)와, 상기 차량바디(110)에 구비되는 배터리(140)와, 상기 배터리(140) 및 전동기(130)에 각각 연결되어 상기 전동기(130)에 교류전원을 공급하는 인버터 장치(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 인버터 장치(150)는, 케이스(157)와, 상기 케이스(157)의 내부에 배치되는 스위칭소자(160)와, 내부에 냉각유체의 유로가 구비되고 상기 스위칭소자(160)와 열교환할 수 있게 배치되는 제1히트싱크(171) 및 상기 제1히트싱크(171)와 이격 배치되는 제2히트싱크(181)와, 상기 케이스(157)의 내부 측벽에 배치되는 제3히트싱크(191)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 케이스(157)는 내부에 수용공간이 구비된 대략 직육면체로 구성될 수 있다.
상기 케이스(157)의 외부에는 상기 케이스(157)의 외면을 감싸는 단열재(158)가 구비될 수 있다.
상기 케이스(157)의 내부에는 스위칭소자(160), 피씨비(162) 및 디시링크 커패시터(165)가 각각 구비될 수 있다.
상기 스위칭소자(160)의 하측에는 상기 제1히트싱크(171)가 구비될 수 있다.
상기 케이스(157)의 내부 상부영역에는 상기 제2히트싱크(181)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 케이스(157)의 내부에는 열전도성부재로 형성되고 상기 케이스(157)의 내부 측면에 배치되는 제3히트싱크(191)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 케이스(157)의 내부 공간을 더욱 신속하게 냉각할 수 있다.
상기 제3히트싱크(191)는 상기 케이스(157)의 내부 공간의 측면 중 적어도 2면 이상에 배치될 수 있다.
상기 제3히트싱크(191)의 내부에는 유로가 형성될 수 있다.
상기 제3히트싱크(191)는, 열전도성부재로 형성되는 바디(193)와, 상기 바디(193)의 내부에 형성되는 유로(195)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 제1히트싱크(171), 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)들은 냉각유체유입부(177,187,197) 및 냉각유체유출부(178,188,198)를 각각 구비하게 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1히트싱크(171), 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 냉각유체순환회로(210)에 병렬로 연결될 수 있다. 상기 냉각유체순환회로(210)에는 제1분기유로(261), 제2분기유로(271) 및 제3분기유로(281)가 구비될 수 있다. 상기 제1히트싱크(171), 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)는 상기 제1분기유로(261), 제2분기유로(271) 및 제3분기유로(281)에 각각 연결될 수 있다.
상기 제1분기유로(261), 제2분기유로(271) 및 제3분기유로(281)에는 해당 분기유로를 개폐하거나, 및/또는 해당 분기유로의 유량을 조절할 수 있게 제1밸브(261), 제2밸브(271) 및 제3밸브(281)가 각각 구비될 수 있다.
여기서, 상기 제1히트싱크(171), 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)는 도 3에 도시된 바와 같이, 연결관(189)에 의해 내부의 유로가 상호 직렬로 연결되게 구성될 수도 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 제어부(250)에는 선택된 운전모드에 따라 유로를 변경할 수 있게 모드선택부(251) 및 유로변경밸브(241)가 각각 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(250)는 제1히트싱크(171) 내지 제3히트싱크(191)에 공급되는 냉각유체의 공급 및/또는 유량을 제어할 수 있게 제1밸브(261), 제2밸브(271) 및 제3밸브(281)가 각각 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(250)는 상기 제1히트싱크(171), 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)의 온도에 기초하여 냉각유체의 유량을 제어하게 구성될 수 있다.
상기 제어부(250)에는 상기 제1히트싱크(171), 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)의 온도를 각각 감지할 수 있게 복수의 온도감지부(275)가 각각 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 펌프(211)에 의해 펌핑되어 라디에이터(225) 또는 히터코어(235)을 경유하여 유동된 냉각유체는 분기되어 제1분기유로(261), 제2분기유로(271) 및 제3분기유로(281)를 따라 상기 제1히트싱크(171), 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)로 각각 유입될 수 있다.
상기 제1히트싱크(171) 및 제2히트싱크(181)의 각 유로로 유입된 냉각유체는 해당 히트싱크와 열교환하여 해당 히크싱크를 냉각시킨 후 다시 합류될 수 있다.
합류된 냉각유체는 상기 냉각유체순환회로(210)를 따라 순환하면서 상기 케이스(157)의 내부를 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 상기 제어부(250)는 상기 온도감지부(275)의 온도 감지 결과에 기초하여 상기 제1히트싱크(171), 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)에 공급되는 냉각유체의 유량을 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)의 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)에 공급되는 냉각유체의 양을 감소시키거나 또는 냉각유체의 공급을 일정 시간 동안 중단시킬 수 있다.
또한, 제1히트싱크(171)의 온도가 설정온도보다 높은 경우, 상기 제2히트싱크(181) 및 제3히트싱크(191)의 유량을 감소시키거나 공급을 중단시킴으로써 상기 제1히트싱크(171)를 보다 신속하게 냉각시킬 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 차량바디 115 : 휠
120 : 현가장치 130 : 전동기
140 : 배터리 150 : 인버터 장치
155 : 케이스 160 : 스위칭소자
162 : 피씨비 165 : 디시링크 커패시터
170 : 히트싱크 171 : 제1히트싱크
173, 183 : 바디 175,185 : 유로
177,187 : 냉각유체유입부 178,188 : 냉각유체유출부
181 : 제2히트싱크 184 : 방열핀
189 : 연결관 210 : 냉각유체순환회로
211 : 펌프 215 : 유체관
220 : 탱크 225 : 라디에이터
227 : 제1분기관 235 : 히터코어
237 : 제2분기관 241 : 유로변경밸브
250 : 제어부 251 : 모드선택부

Claims (14)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 내부에 배치되는 스위칭소자;
    내부에 냉각유체의 유로가 구비되고, 상기 스위칭소자와 열교환할 수 있게 배치되는 제1히트싱크;
    상기 케이스의 내부에 상기 제1히트싱크와 이격 배치되는 제2히트싱크; 및
    열전도성부재로 형성되고 상기 케이스의 내부 측면에 배치되는 제3히트싱크;를 포함하고,
    상기 제1히트싱크는 상기 케이스의 하부에 배치되고, 상기 제2히트싱크는 상기 케이스의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2히트싱크에는 냉각유체의 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2히트싱크의 유로는 상기 제1히트싱크의 유로와 연통되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 직육면체로 형성되고, 상기 제3히트싱크는 상기 케이스의 2면 이상에 배치되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2히트싱크 및 제3히트싱크에는 냉각유체의 유로가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3히트싱크에는 냉각유체의 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2히트싱크 및 제3히트싱크 중 적어도 어느 하나에는 방열핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  10. 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이스는 단열재로 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  11. 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이스의 외면에는 상기 케이스의 외면을 감싸는 단열재가 구비되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  12. 차량바디;
    상기 차량바디에 구비되는 휠;
    상기 휠을 구동시키는 전동기;
    상기 차량바디에 구비되는 배터리; 및
    상기 배터리 및 전동기에 각각 연결되어 상기 전동기에 교류전원을 공급하는 제1항의 인버터 장치;를 포함하는 인버터 장치를 구비한 전기차량.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인버터 장치의 유로와 연결되는 라디에이터; 및
    상기 인버터 장치의 유로와 연결되는 히터코어;를 더 포함하는 인버터 장치를 구비한 전기차량.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 라디에이터에 연결된 제1분기관;
    상기 히터코어에 연결되는 제2분기관;
    상기 제1분기관 및 제2분기관에 연결되어 상기 냉각유체의 유로를 변경하는 유로변경밸브; 및
    상기 유로변경밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 인버터 장치를 구비한 전기차량.
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