KR101557286B1 - 전력차량용 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

전력차량에 설치되는 발열 소자를 냉각하는 전력차량용 냉각장치가 개시된다. 전력차량용 냉각장치는 상기 발열소자 중 하나인 제 1 발열소자와 접하는 제 1 냉각판; 상기 제 1 냉각판과 마주보고 형성되어 유로를 형성하며, 상기 발열소자 중 하나인 제 2 발열소자와 접하는 제 2 냉각판; 상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판 사이에 설치되어, 상기 유로를 2 개층으로 분할하는 중간판; 상기 유로와 연통되며, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구; 및 상기 유로와 연통되며, 냉각수가 유출되는 냉각수 유출구;를 포함한다. 따라서, 적은 부피로 많은 수의 부품을 냉각할 수 있다.

Description

전력차량용 냉각장치{Cooling apparatus used in Electric powered vehicle}
본 발명은 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력을 기반으로 하여 구동되는 전력차량용 냉각장치에 관한 것이다.
전력차량이라함은 화석연료가 아닌 전기, 연료전기 등을 사용하여 직간접 '고출력 전기 동력'을 생성하여 구동하는 자동차로서, 전력을 기반으로하여 구동되는 자동차를 포괄적으로 포함한다.
전력차량에는 배터리와 전기모터의 동력만으로 구동이 되는 전기차(EV)와, 전기모터와 내연기관 병행장착으로 외부로부터 전기충전이 가능한 플러그인하이브리드차(PHEV)와, 내연기관 구동 시 발생하는 전기를 배터리에 저장 활용하는 하이브리드차(HEV)와, 연료전지를 활용하여 수소와 산소기반으로 전기를 생산하여 구동되는 연료전지차(FCEV) 등이 있다.
이와 같은 전력차량에는 배터리 및 배터리에서 출력되는 직류 고전압을 교류 전압으로 변환해 구동모터에 공급하고 각종 제어을 수행하는 인버터와, 대전력 스위칭 및 제어용 파워모듈인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등 많은 발열소자가 구비된다. 따라서, 이들 소자들이 적절히 구동하기 위해서, 이들을 냉각하는 냉각장치가 필수적이다.
그러나, 종래의 전력차량용 냉각장치는 이들 발열소자에 단순히 부착하여, 냉각하는 구성을 취하고 있어 많은 부품을 한꺼번에 냉각하기에 부피가 크고, 중량이 많이 나간다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 부피가 줄고 경량화된 전력차량용 냉각장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 전력차량에 설치되는 발열 소자를 냉각하는 전력차량용 냉각장치에 있어서, 상기 발열소자 중 하나인 제 1 발열소자와 접하는 제 1 냉각판; 상기 제 1 냉각판과 마주보고 형성되어 유로를 형성하며, 상기 발열소자 중 하나인 제 2 발열소자와 접하는 제 2 냉각판; 상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판 사이에 설치되어, 상기 유로를 2 개층으로 분할하는 중간판; 상기 유로와 연통되며, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구; 및 상기 유로와 연통되며, 냉각수가 유출되는 냉각수 유출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치를 제공한다.
상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판 중 적어도 어느 하나의 상기 유로를 바라보는 면에는 강성증대 리브가 돌출되어 형성되며, 상기 강성증대 리브는 상기 유로가 형성되지 않는 부분에 형성된 것이 바람직하다.
상기 제 1 발열소자 및 상기 제 2 발열소자 중 적어도 어느 하나는 상기 유로와 직접 접하여 냉각되는 냉각핀을 포함하고, 상기 냉각핀이 관통하여 유로에 노출되도록 상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판 중 적어도 어느 하나에 부하관통공이 관통되어 형성되며, 상기 부하관통공의 외주면에는 상기 냉각핀을 구비하는 상기 발열소자와의 밀폐를 위한 밀폐링;을 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판의 서로 마주보는 면에는 서로 맞닿는 밀폐용 리브가 돌출 형성되며, 상기 밀폐용 리브는 끊어진 부분 없이 연결된다.
상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판은 마주보는 상기 밀폐용 리브들 사이에 브레이징 접합하여 밀폐된다.
상기 냉각수 유입구는 상기 제 1 냉각판의 상기 제 2 냉각판을 바라보는 면 반대면에 일부 개구되어 형성된다.
상기 냉각수 유입구는 상기 중간판의 모서리 외측에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 냉각수 유입구에는 냉각수를 상기 중간판의 모서리를 향해 가이드하는 유입구 가이드부가 형성되는 것이 효과적이다.
상기 냉각수 유출구는 상기 제 1 냉각판의 상기 밀폐용 리브가 형성된 반대면에 일부 개구되어 형성되는 것이 효과적이다.
한편, 상기 냉각수 유입구 및 상기 냉각수 유출구는 직선상에 배치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 중간판을 지지하도록 상기 제 1 냉각판의 상기 유로를 바라보는 면에 돌출되어 형성된 중간판 높이조절 돌부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유입구에 인접한 위치에 형성되며, 유입되는 냉각수를 평면상으로 분할하는 냉각수 디바이더;를 더 포함하는 것이 효과적이다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본원 발명의 일실시예는, 제 1 냉각판 및 제 2 냉각판 양측에 열원소자를 부착하여 냉각할 수 있어, 냉각장치의 부피를 줄여 줄 수 있다.
또한, 중간판을 구비함으로써, 제 1 냉각판 및 제 2 냉각판으로 냉각수를 분할함으로써, 어느 한 쪽만 냉각이 많이 이루어지는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 중간판 높이조절 돌부를 구비함으로서, 중간판의 위치를 조절하여, 상하로 분할되는 냉각수의 양을 달리할 수도 있다.
또한, 냉각수 디바이더를 구비함으로써, 평면방향으로 냉각수가 나뉘어서 흐를 수 있게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 전력차량용 냉각장치의 분리 사시도
도 2는 도1의 전력차량용 냉각장치가 결합된 상태의 사시도
도 3은 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도
도 4는 도 1의 제 1 냉각판의 저면 사시도
전력차량이라 함은, 종래기술에 기술한 바와 같이, 화석연료가 아닌 전기, 연료전기 등을 사용하여 직간접 '고출력 전기 동력'을 생성하여 구동하는 자동차로서, 전력을 기반으로하여 구동되는 자동차를 포괄적으로 포함하는 개념이다.
전력차량에는 배터리와 전기모터의 동력만으로 구동이 되는 전기차(EV)와, 전기모터와 내연기관 병행장착으로 외부로부터 전기충전이 가능한 플러그인하이브리드차(PHEV)와, 내연기관 구동 시 발생하는 전기를 배터리에 저장 활용하는 하이브리드차(HEV)와, 연료전지를 활용하여 수소와 산소기반으로 전기를 생산하여 구동되는 연료전지차(FCEV) 등이 있으며, 이외에도 배터리에 전기를 충전하여 자동차를 구동할 수 있는 모든 형태의 차량이 포함된다.
본 발명의 실시예의 전력차량용 냉각장치는, 전력차량의 인버터, IGBT 등 전력을 구동하기 위한 발열소자를 냉각하기 위한 장치를 포괄하는 장치이다. 이하에서는, 인버터 및 IGBT에 부착된 전력차량용 냉각장치를 예를 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 전력차량용 냉각장치의 분리 사시도, 도 2는 도1의 전력차량용 냉각장치가 결합된 상태의 저면도, 도 3은 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 전력차량용 냉각장치는, 발열소자 중 하나인 제 1 발열소자(1)와 접하는 제 1 냉각판(100)과, 상기 제 1 냉각판(100)과 마주보고 형성되어 유로(11, 12)를 형성하며, 상기 발열소자 중 하나인 제 2 발열소자(2)와 접하는 제 2 냉각판(200)과, 상기 제 1 냉각판(100) 및 상기 제 2 냉각판(200) 사이에 설치되어, 상기 유로(11, 12)를 2 개층으로 분할하는 중간판(300)과, 유로(11, 12)와 연통되며, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(110)와, 유로(11, 12)와 연통되며, 냉각수가 유출되는 냉각수 유출구(120)를 포함한다.
상기 제 1 발열소자(1) 및 상기 제 2 발열소자(2)는 전술한 바와 같이, 인버터의 각종 부품들 혹은 IGBT 등이 될 수 있다. 본 발명의 일실시예는 이와 같은 발열소자를 제 1 냉각판(100) 및 제 2 냉각판(200)의 양면에 부착하여 냉각할 수 있으므로, 부피를 적게 차지한다는 장점이 있으며, 냉각수를 2개층으로 분할된 유로로 이송하여, 제 1 냉각판(100) 및 제 2 냉각판(200)을 분리하여 냉각하므로 냉각효율의 저하가 발생하지 않는다는 장점도 있다.
제 1 발열소자(1)는 일예로 상기 유로(11, 12)와 직접 접하여 냉각되는 냉각핀(1a)을 포함하는 IGBT 소자이다. 즉, 발열량이 많은 발열소자의 경우, 냉각핀을 부착하고, 이 냉각핀을 냉각수 유로에 노출되도록 하여, 냉각수가 직접 냉각을 함으로써, 냉각효율을 증대시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제 1 발열소자(1)만 냉각핀을 구비한 것을 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제 2 발열소자(2)도 냉각핀을 구비하여 유로에 직접 노출되도록 구현될 수도 있다.
상기 제 1 냉각판(100) 및 상기 제 2 냉각판(200)의 서로 마주보는 면에는 밀폐용 리브(101, 201)가 돌출되며, 상기 밀폐용 리브(101, 201)는 끊어진 부분 없이 연결된다. 또한, 상기 제 1 냉각판(100) 및 상기 제 2 냉각판(200)은 마주보는 상기 밀폐용 리브(101, 201) 사이에 브레이징(brazing) 접합하여 밀폐된다. 즉, 밀폐용 리브(101, 201) 사이에 용융점이 낮은 금속을 녹여서, 융착하여, 밀폐하게 된다. 이와 같은 브레이징 접합을 함으로써, 제 1 냉각판(100) 및 제 2 냉각판 사이를 밀폐하기 위한 밀폐링이 불필요할 뿐만 아니라, 밀폐링을 압착하기 위한 수많은 볼트 및 너트 결합공이 불필요해져 냉각장치의 구성을 간소하게 할 수 있다는 장점이 있다.
제 1 냉각판(100)은 평판형상으로 형성되며, 전술한 냉각핀(1a)이 관통할 수 있는 부하 관통공(130)이 관통되어 형성된다. 또한, 상기 부하관통공(130)의 외주면에는 상기 냉각핀(1a)을 구비하는 상기 발열소자(1)와의 밀폐를 위한 밀폐링(140)이 배치된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 냉각핀(1a)이 직접 유로에 노출되어 냉각되므로, 냉각효율을 증대시킬 수 있다.
상기 냉각수 유입구(110) 및 유출구(120)는 상기 제 1 냉각판(100)의 상기 제 2 냉각판(200)을 바라보는 면 반대면의 일부가 개구되어 형성된다. 즉, 제 2 냉각판(100)에 유입구 돌출부(251) 및 유출구 돌출부(252)가 측방으로 돌출되며, 이에 대응하여, 제 1 냉각판(100)에 유입구 형성부(151) 및 유출구 형성부(152)가 돌출되어 형성된다. 냉각수 유입구(110) 및 냉각수 유출구(120)는 유입구 형성부(151) 및 유출구 형성부(152)의 상면에 각각 관통되어 형성되며, 유입구(110) 및 유출구(120)의 상면에는 유입구 가이드부(111) 및 유출구 가이드부(121)가 결합된다.
냉각수 유입구(110) 및 냉각수 유출구(120)는 중간판(300)의 모서리 외측에 형성된다. 따라서, 유입구 가이드부(111)에 의해 가이드된 유체의 흐름이 중간판(300)의 모서리에 의해서 상하층 유로(11, 12)로 균일하게 분할되어 흐를 수 있게 된다.
냉각수 유입구(110) 및 냉각수 유출구(120)는 직선상에 배치된다. 즉, 냉각수 유입구(110)와 냉각수 유출구(120)는 서로 마주보는 모서리 상에 배치되어, 냉각수 유입구(110)를 통해서 유입된 유체가 되돌아오지 않고 직선상으로 바로 빠져 나가도록 하여, 냉각수 유동에 부하가 많이 걸리지 않도록 한다.
전술한 부분 이외에도 제 1 냉각판(100)에는 다수의 체결용 공(105) 및 체결용 보스(107)가 형성되어 있다.
도 4는 도 1의 제 1 냉각판(100)의 저면 사시도이다.
제 1 냉각판(100)의 상기 유로를 바라보는 면(저면)에는 상기 중간판(300)을 지지하도록 상기 제 1 냉각판의 상기 유로를 바라보는 면에 돌출되어 형성된 중간판 높이조절 돌부(160)와, 중간판 높이조절 돌부(160)의 끝단에 돌출되어 형성되어, 유입되는 냉각수를 평면상으로 분할하는 냉각수 디바이더(161)를 포함한다. 즉, 중간판 높이조절 돌부는 양끝단이 유입구와 유출구에 인접한 위치까지 연장되어 형성되며, 냉각수 디바이더(161)는 중간판 높이조절 돌부(160)의 끝단에 유선형으로 돌출되어 형성된다. 따라서, 냉각수 디바이더(161)는 유입구에 인접항 위치에 형성되어, 유입되는 냉각수를 좌우 영역(I, II)으로 분할한다.
제 2 냉각판(200)에는 전술한 유입구 돌출부(251) 및 유출구 돌출부(252) 및 밀폐용 리브(201) 외에도, 유로를 바라보는 면에 강성증대 리브(202)가 돌출되어 형성된다. 강성증대리브(202)는, 상기 유로(11, 12)가 형성되지 않는 부분에 형성된다. 즉, 강성증대리브(202)는 열발생 소자가 결합되지 않는 영역에 형성되어, 냉각수가 필요없는 영역을 냉각하는 것을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 강성증대리브(202)는 중간판(300)을 지지하는 정도의 높이로 형성될 수 있다. 이외에도 유체의 흐름을 가이드하는 가이드 돌부(205)가 돌출되어 형성되며, 가이드 돌부(205)의 높이도 중간판(300)을 지지하는 정도의 높이로 형성되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본원 발명의 일실시예는, 제 1 냉각판 및 제 2 냉각판 양측에 열원소자를 부착하여 냉각할 수 있어, 냉각장치의 부피를 줄여 줄 수 있다.
또한, 중간판을 구비함으로써, 제 1 냉각판 및 제 2 냉각판으로 냉각수를 분할함으로써, 어느 한 쪽만 냉각이 많이 이루어지는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 중간판 높이조절 돌부를 구비함으로서, 중간판의 위치를 조절하여, 상하로 분할되는 냉각수의 양을 달리할 수도 있다.
또한, 냉각수 디바이더를 구비함으로써, 평면방향으로 냉각수가 나뉘어서 흐를 수 있게 한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
1: 제 1 발열소자 100: 제 1 냉각판
2: 제 2 발열소자 200: 제 2 냉각판
300: 중간판 11, 12: 유로
110: 냉각수 유입구 120: 냉각수 유출구
202: 강성증대 리브 1a: 냉각핀
130: 부하관통공 140: 밀폐링
101, 201: 밀폐용 리브 111: 유입구 가이드부
160: 중간판 높이조절 돌부 161: 냉각수 디바이더

Claims (14)

  1. 전력차량에 설치되는 발열 소자를 냉각하는 전력차량용 냉각장치에 있어서,
    상기 발열소자 중 하나인 제 1 발열소자와 접하는 제 1 냉각판;
    상기 제 1 냉각판과 마주보고 형성되어 유로를 형성하며, 상기 발열소자 중 하나인 제 2 발열소자와 접하는 제 2 냉각판;
    상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판 사이에 설치되어, 상기 유로를 2 개층으로 분할하는 중간판;
    상기 유로와 연통되며, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구; 및
    상기 유로와 연통되며, 냉각수가 유출되는 냉각수 유출구;
    를 포함하며,
    상기 제 1 발열소자 및 상기 제 2 발열소자 중 적어도 어느 하나는 상기 유로와 직접 접하여 냉각되는 냉각핀을 포함하고,
    상기 냉각핀이 관통하여 유로에 노출되도록 상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판 중 적어도 어느 하나에 부하관통공이 관통되어 형성되며,
    상기 부하관통공의 외주면에는 상기 냉각핀을 구비하는 상기 발열소자와의 밀폐를 위한 밀폐링;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판 중 적어도 어느 하나의 상기 유로를 바라보는 면에는 강성증대 리브가 돌출되어 형성되며,
    상기 강성증대 리브는 상기 유로가 형성되지 않는 부분에 형성된 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판의 서로 마주보는 면에는 서로 맞닿는 밀폐용 리브가 돌출 형성되며, 상기 밀폐용 리브는 끊어진 부분 없이 연결된 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각판 및 상기 제 2 냉각판은 마주보는 상기 밀폐용 리브들 사이에 브레이징 접합하여 밀폐되는 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각수 유입구는 상기 제 1 냉각판의 상기 제 2 냉각판을 바라보는 면 반대면에 일부 개구되어 형성된 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉각수 유입구는 상기 중간판의 모서리 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각수 유입구에는 냉각수를 상기 중간판의 모서리를 향해 가이드하는 유입구 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 전력 차량용 냉각장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각수 유출구는 상기 제 1 냉각판의 상기 밀폐용 리브가 형성된 반대면에 일부 개구되어 형성된 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각수 유출구는 상기 중간판의 모서리 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각수 유입구 및 상기 냉각수 유출구는 직선상에 배치된 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중간판을 지지하도록 상기 제 1 냉각판의 상기 유로를 바라보는 면에 돌출되어 형성된 중간판 높이조절 돌부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유입구에 인접한 위치에 형성되며, 유입되는 냉각수를 평면상으로 분할하는 냉각수 디바이더;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 중간판 높이조절 돌부의 끝단은 상기 유입구에 인접한 위치까지 연장되어 형성되며,
    상기 중간판 높이조절 돌부의 끝단에 돌출되어 형성되어, 유입되는 냉각수를 평면상으로 분할하는 냉각수 디바이더;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력차량용 냉각장치.
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