KR101702398B1 - 방열 구조를 갖는 dc-링크 커패시터 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적층 세라믹 커패시터 모듈 및 이를 이용한 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈에 관한 것으로, 다수개의 제1돌출부재가 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 제1단자 조립부재와; 다수개의 제1돌출부재와 각각 마주대하도록 다수개의 제2돌출부재가 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 제2단자 조립부재와; 제1돌출부재와 제2돌출부재에 의해 각각 지지되어 배치되는 다수개의 절연성 방열부재와; 절연성 방열부재와 제1방향의 일측과 타측이 접촉되도록 다수개의 절연성 방열부재 사이에 각각 배치되며 제1방향과 직교되는 제2방향의 일측의 끝단이 제1단자 조립부재에 연결되며 제2방향의 타측의 끝단이 제2단자 조립부재에 연결되는 다수개의 적층 세라믹 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈에 관한 것으로, 특히 온도 특성과 단위 체적당 용량이 우수한 적층 세라믹 커패시터를 이용함으로써 부피를 줄일 수 있으며, 다수개의 적층 세라믹 커패시터를 하나의 모듈로 조립 시 각각의 사이에 방열부재를 삽입하여 조립함으로써 방열 특성이 우수한 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈에 관한 것이다.
DC(Direct Current)-링크 커패시터 모듈은 전기자동차, 하이브리드(hybrid) 자동차(전기 구동원이 적용되는 자동차), 수소연료 자동차나 전력전송계통에 사용된다. 이러한 다양한 분야에 적용되는 DC-링크 커패시터 모듈에 관한 기술이 한국등록특허 제0992674호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.
한국등록특허 제0992674호는 냉각성능 확보를 위한 인버터의 직류입력단 필름커패시터에 관한 것으로, 필름커패시터 단위모듈, 필름커패시터 케이스, 양(+)의 필름커패시터용 버스바, 음(-)의 필름커패시터용 버스바, 양의 고전압 입력용 버스바 및 음의 고전압 입력용 버스바를 포함하여 구성된다.
한국등록특허 제0992674호의 양과 음의 고전압 입력용 버스바는 필름커패시터 단위모듈과 접촉하지 않고 직접적으로 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 파워모듈에 연결된다. 필름커패시터 케이스는 제1경로, 제2경로, 제3경로 및 제4경로가 형성된다. 제1경로와 제2경로는 각각 필름커패시터 케이스의 내부공간들 사이에 형성되며, 제3경로는 필름커패시터 케이스의 내부공간과 인버터의 직류입력단 방향의 필름커패시터 케이스 외벽 사이에 형성된다. 제4경로는 필름커패시터 케이스의 내부공간과 IGBT 파워모듈 측의 필름커패시터 케이스 외벽 사이에 형성된다. 양과 음의 고전압 입력용 버스바는 각각 필름커패시터 케이스에 형성된 제1경로, 제2경로, 제3경로 및 제4경로를 통해 삽입되어 고정되어 인버터에 직류전류를 유입하는 직류입력단과 IGBT 파워모듈을 연결한다.
한국등록특허 제0992674호와 같이 종래의 DC-링크 커패시터 모듈은 필름커패시터를 이용함으로써 온도 특성은 우수하나 단위 체적당 용량이 낮아 부피가 커지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 온도 특성과 단위 체적당 용량이 우수한 적층 세라믹 커패시터를 이용함으로써 부피를 줄일 수 있으며, 다수개의 적층 세라믹 커패시터를 하나의 모듈로 조립 시 각각의 사이에 방열부재를 삽입하여 조립함으로써 방열 특성이 우수한 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 적층 세라믹 커패시터 모듈과 케이스 사이에 방열부재를 삽입하여 조립함으로써 방열 특성이 우수한 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈은 다수개의 측벽이 구비되며 다수개의 측벽 중 둘 이상의 측벽에 개구부가 형성되는 케이스와; 상기 개구부가 막히도록 상기 다수개의 측벽에 각각 배치되는 둘 이상의 금속성 방열부재와; 상기 케이스의 내측에 배치되어 상기 둘 이상의 금속성 방열부재 중 서로 마주대하는 두 개의 금속성 방열부재에 각각 접촉되어 연결되는 한 쌍의 제1전극 버스바와; 상기 한 쌍의 제1전극 버스바 사이에 위치되며 서로 이격되어 케이스 내측에 배치되는 한 쌍의 제2전극 버스바와; 상기 한 쌍의 제1전극 버스바와 상기 한 쌍의 제2전극 버스바와 이격되도록 케이스의 내측에 배치되는 제3전극 버스바와; 상기 한 쌍의 제1전극 버스바 중 하나와 상기 한 쌍의 제2전극 버스바 중 하나에 연결되거나 한 쌍의 제1전극 버스바 중 다른 하나와 한 쌍의 제2전극 버스바 중 다른 하나에 각각 연결되는 다수개의 DC-링크 커패시터 모듈(direct current link capacitor moduel)과; 상기 한 쌍의 제1전극 버스바 중 하나와 상기 제3전극 버스바 사이와 제3전극 버스바와 상기 한 쌍의 제2전극 버스바 중 하나 사이에 각각 위치되어 제1전극 버스바, 제2전극 버스바 및 제3전극 버스바에 연결되는 한 쌍의 Y-커패시터 모듈(Y-capacitor moduel)과; 상기 둘 이상의 금속성 방열부재가 외부로 노출되며 케이스 내측이 매립되도록 형성되는 몰딩부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈은 온도 특성과 단위 체적당 용량이 우수한 적층 세라믹 커패시터를 이용함으로써 부피를 줄일 수 있으며, 다수개의 적층 세라믹 커패시터를 하나의 모듈로 조립 시 각각의 사이에 방열부재를 삽입하며, 적층 세라믹 커패시터 모듈과 케이스 사이에 방열부재를 삽입하여 조립함으로써 방열 특성이 우수한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 적층 세라믹 커패시터 모듈의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 적층 세라믹 커패시터 모듈의 분해 조립 사시도,
도 3은 1에 도시된 적층 세라믹 커패시터 모듈의 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 적층 세라믹 커패시터 모듈의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 적층 세라믹 커패시터의 확대 단면도,
도 6은 본 발명의 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈의 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 DC-링크 커패시터 모듈의 부분 분해 조립 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 제1 내지 제3전극 버스바와 분해 조립 사시도,
도 9는 도 7에 도시된 케이스의 분해 조립 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 적층 세라믹 커패시터 모듈의 분해 조립 사시도,
도 3은 1에 도시된 적층 세라믹 커패시터 모듈의 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 적층 세라믹 커패시터 모듈의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 적층 세라믹 커패시터의 확대 단면도,
도 6은 본 발명의 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈의 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 DC-링크 커패시터 모듈의 부분 분해 조립 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 제1 내지 제3전극 버스바와 분해 조립 사시도,
도 9는 도 7에 도시된 케이스의 분해 조립 사시도.
이하, 본 발명의 적층 세라믹 커패시터 모듈 및 이를 이용한 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 제1단자 조립부재(11), 제2단자 조립부재(12), 다수개의 절연성 방열부재(13) 및 다수개의 적층 세라믹 커패시터(multi layer ceramic capacitor)(14)로 구성된다.
제1단자 조립부재(11)는 다수개의 제1돌출부재(11d)가 일정한 간격으로 배열되어 형성되며, 제2단자 조립부재(12)는 다수개의 제1돌출부재(11d)와 각각 마주대하도록 다수개의 제2돌출부재(12d)가 일정한 간격으로 배열되어 형성된다. 다수개의 절연성 방열부재(13)는 각각 제1돌출부재(11d)와 제2돌출부재(12d)에 의해 각각 지지되어 배치된다. 다수개의 적층 세라믹 커패시터(14)는 각각 절연성 방열부재(13)와 제1방향(Z)의 일측과 타측이 접촉되도록 다수개의 절연성 방열부재(13) 사이에 각각 배치되며, 제1방향(Z)과 직교되는 제2방향(X)의 일측의 끝단이 제1단자 조립부재(11)에 연결되며 제2방향(X)의 타측의 끝단이 제2단자 조립부재(12)에 연결된다. 여기서, 제1방향(Z)은 적층 세라믹 커패시터(14)의 두께방향을 나타낸다.
상기 본 발명의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1단자 조립부재(11)와 제2단자 조립부재(12)는 각각 도 2에서와 같이 수직 플레이트(11a,12a), 하부 플레이트(11b,12b) 및 상부 플레이트(11c,12c)로 구성된다.
수직 플레이트(11a,12a)는 제1방향(Z)으로 다수개의 제1돌출부재(11d)나 다수개의 제2돌출부재(12d)가 일정한 간격으로 이격되어 형성된다. 예를 들어, 다수개의 제1돌출부재(11d)와 다수개의 제2돌출부재(12d)는 각각 서로 대응되게 동일한 높이에 위치되도록 수직 플레이트(11a,12a)에 형성된다. 즉, 다수개의 제1돌출부재(11d)나 다수개의 제2돌출부재(12d)는 각각 일정한 간격으로 수직 플레이트(11a,12a)를 절곡하여 수직 플레이트(11a,12a)가 부분적으로 제2방향(X)으로 돌출되어 형성된다. 하부 플레이트(11b,12b)는 수직 플레이트(11a,12a)의 일측의 끝단에서 제1방향(Z)과 직교되는 제2방향(X)으로 연장되도록 형성된다. 상부 플레이트(11c,12c)는 수직 플레이트(11a,12a)의 타측의 끝단에서 하부 플레이트(11b,12b)와 동일한 방향으로 연장되도록 형성된다. 이러한 수직 플레이트(11a,12a), 하부 플레이트(11b,12b) 및 상부 플레이트(11c,12c)는 각각 금속재질로 형성되어 다수개의 적층 세라믹 커패시터(14)를 전기적으로 연결함과 아울러 다수개의 적층 세라믹 커패시터(14)에서 각각 발생된 열이 절연성 방열부재(13)를 통해 용이하게 전달되도록 한다.
다수개의 절연성 방열부재(13)는 각각 세라믹 플레이트가 사용되고, 도 4에서와 같이 제2방향(X)의 일측과 타측의 끝단이 각각 평편하거나 도 3에서와 같이 홈(13a)이 형성되어 제1돌출부재(11d)와 제2돌출부재(12d)에 지지되거나 결합되어 제1단자 조립부재(11)와 제2단자 조립부재(12)에 연결된다. 예를 들어, 다수개의 절연성 방열부재(13)는 각각 도 3에서와 같이 제2방향(X)의 일측과 타측의 끝단에 홈(13a)이 형성되는 경우에 제1돌출부재(11d)와 제2돌출부재(12d)에 홈(13a)을 삽입하여 제1단자 조립부재(11)와 제2단자 조립부재(12)에 각각 지지된다. 다수개의 절연성 방열부재(13)는 각각 도 4에서와 같이 제2방향(X)의 일측과 타측의 끝단이 평편하게 형성되는 경우에 각각 제2방향(X)의 일측과 타측의 하부가 제1돌출부재(11d)와 제2돌출부재(12d)에 접하도록 배치되어 제1단자 조립부재(11)와 제2단자 조립부재(12)에 지지된다. 다수개의 절연성 방열부재(13)는 제1돌출부재(11d)와 제2돌출부재(12d)에 단순하게 삽입하거나 올려놓는 상태로 지지될 수 있으나 제1단자 조립부재(11)와 제2단자 조립부재(12)와의 접착력을 개선하거나 더욱 밀착되어 열이 제1단자 조립부재(11)와 제2단자 조립부재(12)로 용이하게 전달되도록 도전성 에폭시 등을 이용하여 접착한다. 여기서 도전성 에폭시는 공지된 기술이 적용됨으로 설명을 생략한다.
다수개의 적층 세라믹 커패시터(14)는 각각 도 5에서와 같이 소성체(14a), 다수개의 제1내부전극(14b), 다수개의 제2내부전극(14c), 제1외부전극(14d) 및 제2외부전극(14e)으로 구성된다.
소성체(14a)는 다수개의 그린시트(도시 않음)를 적층한 후 소성되어 형성되며, 다수개의 제1내부전극(14b)은 각각 소성체(14a)의 내측에 일정한 간격으로 이격되어 배치되며, 각각의 일측의 끝단이 소성체(14a)의 제2방향(X)의 일측의 끝단에 노출되도록 형성된다. 다수개의 제2내부전극(14c)은 각각 소성체(14a)의 내측에 다수개의 제1내부전극(14b) 사이에 배치되며, 각각의 타측의 끝단이 소성체(14a)의 제2방향(X)의 타측의 끝단에 노출되도록 형성된다. 제1외부전극(14d)은 다수개의 제1내부전극(14b)이 서로 연결되도록 소성체(14a)의 제2방향(X)의 일측의 끝단에 형성되어 제1단자 조립부재(11)와 연결되며, 제2외부전극(14e)은 다수개의 제2내부전극(14c)이 서로 연결되도록 소성체(14a)의 제2방향(X)의 타측의 끝단에 형성되어 제2단자 조립부재(12)와 연결된다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)을 이용한 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈을 설명하면 다음과 같다.
도 6 및 도 7에서와 같이 본 발명의 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈은 케이스(110), 둘 이상의 금속성 방열부재(120), 한 쌍의 제1전극 버스바(130), 한 쌍의 제2전극 버스바(140), 제3전극 버스바(150), 다수개의 DC-링크 커패시터 모듈(direct current link capacitor moduel)(160), 한 쌍의 Y-커패시터 모듈(Y-capacitor moduel)(170) 및 몰딩부재(180)로 구성된다.
케이스(110)는 다수개의 측벽(111)이 구비되며, 다수개의 측벽(111) 중 둘 이상의 측벽(111)에 개구부(111a)가 형성된다. 둘 이상의 금속성 방열부재(120)는 각각 개구부(111a: 9에 도시됨)가 막히도록 다수개의 측벽(111)에 각각 배치되며, 한 쌍의 제1전극 버스바(130)는 각각 서로 이격되며, 케이스(110)의 내측에 배치되어 둘 이상의 금속성 방열부재(120) 중 서로 마주대하는 두 개의 금속성 방열부재(120)에 각각 접촉되어 연결된다. 한 쌍의 제2전극 버스바(140)는 각각 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 사이에 위치되며, 서로 이격되어 케이스(110) 내측에 배치된다. 제3전극 버스바(150)는 한 쌍의 제1전극 버스바(130)와 한 쌍의 제2전극 버스바(140)와 이격되도록 케이스(110)의 내측에 배치된다. 다수개의 DC-링크 커패시터 모듈(160)은 각각 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 중 하나와 한 쌍의 제2전극 버스바(140) 중 하나에 연결되거나 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 중 다른 하나와 한 쌍의 제2전극 버스바(140) 중 다른 하나에 각각 연결된다. 한 쌍의 Y-커패시터 모듈(170)은 각각 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 중 하나와 제3전극 버스바(150) 사이와 제3전극 버스바(150)와 한 쌍의 제2전극 버스바(140) 중 하나 사이에 각각 위치되어 제1전극 버스바(130), 제2전극 버스바(140) 및 제3전극 버스바(150)에 연결된다. 몰딩부재(180)는 둘 이상의 금속성 방열부재(120)가 외부로 노출되며 케이스(110) 내측이 매립되도록 형성된다.
상기 본 발명의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)을 이용한 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
케이스(110)는 도 6, 도 7 및 도 9에서와 같이 제1방향(Z)의 일측이 개방되며 다수개의 측벽(111)이 구비되는 절연성 사각형 케이스(110)가 사용된다.
둘 이상의 금속성 방열부재(120)는 도 6, 도 7 및 도 9에서와 같이 각각 금속 플레이트(121)와 다수개의 방열핀(122)으로 이루어진다. 금속 플레이트(121)는 측벽(111)에 형성된 개구부(111a)가 막히도록 배치되어 인서트 몰딩에 의해 케이스(110)에 접착되어 배치되며, 다수개의 방열핀(122)은 각각 케이스(110)의 외부로 노출되며 서로 일정한 간격으로 이격되어 금속 플레이트(121)에 일체로 형성된다. 여기서, 다수개의 방열핀(122)은 각각 금속 플레이트(121)에 일체로 형성됨에 의해 금속 플레이트(121)와 동일한 금속재질로 형성된다.
한 쌍의 제1전극 버스바(130), 한 쌍의 제2전극 버스바(140) 및 제3전극 버스바(150) 중 한 쌍의 제1전극 버스바(130), 한 쌍의 제2전극 버스바(140) 중 하나 및 제3전극 버스바(150)는 각각 도 7 및 도 8에서와 같이 바(bar) 형상의 금속 플레이트(131,141,151)와 하나 이상의 외부단자 연결플레이트(132,142,152)로 이루어진다. 바(bar) 형상의 금속 플레이트(131,141,151)는 제2방향(X)와 직교되는 제3방향(Y)으로 바 형상으로 연장되도록 형성되며, 하나 이상의 외부단자 연결플레이트(132,142,152)는 각각 금속 플레이트(131,141,151)의 제3방향(Y)의 일측이나 타측에서 연장되도록 일체로 형성되어 밀봉부재(180)로 케이스(110)를 매립 시 외부로 노출된다.
한 쌍의 제2전극 버스바(140) 중 다른 하나는 도 8에서와 같이 바(bar) 형상의 금속 플레이트(141), 제1절곡 금속플레이트(142), 제2절곡 금속 플레이트(143) 및 하나 이상의 외부단자 연결플레이트(144)로 이루어진다. 바(bar) 형상의 금속 플레이트(141)는 제3방향(Y)으로 바 형상으로 연장되도록 형성되며, 제1절곡 금속플레이트(142)는 금속 플레이트(141)와 직교되도록 제2방향(X)으로 절곡되어 형성된다. 제2절곡 금속 플레이트(143)는 제1절곡 금속플레이트(142)와 직교되도록 제3방향(Y)으로 절곡되어 형성된다. 이러한 제1절곡 금속플레이트(142)와 제2절곡 금속 플레이트(143) 중 제2절곡 금속 플레이트(143)는 한 쌍의 Y-커패시터 모듈(170) 중 하나와 용접이나 도전성 에폭시를 이용해 접합되어 연결된다.
이러한 한 쌍의 제1전극 버스바(130)와 한 쌍의 제2전극 버스바(140) 중 한 쌍의 제1전극 버스바(130)가 각각 음극 전극(negative electrode)으로 사용되면 한 쌍의 제2전극 버스바(140)는 각각 양극전극(positive electrode)으로 사용된다. 반대로 한 쌍의 제2전극 버스바(140)가 각각 음극 전극(negative electrode)으로 사용되면 한 쌍의 제1전극 버스바(130)는 각각 양극전극(positive electrode)으로 사용된다. 여기서, 한 쌍의 제1전극 버스바(130)는 각각 둘 이상의 금속성 방열부재(120) 중 서로 마주대하는 두 개의 금속성 방열부재(120)에 각각 용접이나 도전성 에폭시에 의해 접합되어 연결된다.
예를 들어, 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 중 하나의 제1전극 버스바(130)는 다수개의 DC-링크 커패시터 모듈(160)로 사용되는 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제1단자 조립부재(11)가 연결되면 음극 전극으로 사용된다. 즉, 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 다수개의 적층 세라믹 커패시터(14)에 각각 구비되는 제1외부전극(14d)이 음극 전극으로 사용되고, 이 제1외부전극(14d)이 제1단자 조립부재(11)에 연결되면 제1단자 조립부재(11)가 음극 전극으로 사용된다. 음극 전극으로 사용되는 제1단자 조립부재(11)가 연결됨에 의해 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 중 하나의 제1전극 버스바(130)는 음극 전극으로 사용된다. 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 중 다른 하나의 제1전극 버스바(130)는 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제1단자 조립부재(11)가 연결됨에 의해 하나의 제1전극 버스바(130)와 같이 음극 전극으로 사용된다. 예를 들어, 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 음극으로 사용되는 한 쌍의 제1전극 버스바(130)에 제1단자 조립부재(11)가 연결되도록 배치된다. 이와 같이 음극 전극으로 사용되는 한 쌍의 제1전극 버스바(130)에 제1단자 조립부재(11)가 연결됨으로써 한 쌍의 제1전극 버스바(130)에 각각 연결되는 금속성 방열부재(120)를 통해 DC-링크 커패시터 모듈(160)에서 발생된 열을 외부로 용이하게 배출할 수 있게 된다.
한 쌍의 제2전극 버스바(140)는 DC-링크 커패시터 모듈(160)로 사용되는 다수개의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제2단자 조립부재(12)가 양극 전극으로 사용된 상태에서 이 제2단자 조립부재(12)가 연결됨에 의해 양극 전극으로 사용된다. 제3전극 버스바(150)는 한 쌍의 Y-커패시터 모듈(170)에 각각 사용되는 한 쌍의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)에 각각 구비되는 제1단자 조립부재(11)와 제2단자 조립부재(12)와 동시에 접착되어 연결된다.
다수개의 DC-링크 커패시터 모듈(160)은 각각 전술한 본 발명의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)이 사용되며, 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 중 하나와 용접이나 도전성 에폭시로 연결된다. 전술한 도 1 및 도 2에 도시된 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 제1단자 조립부재(11), 제2단자 조립부재(12), 다수개의 절연성 방열부재(13) 및 다수개의 적층 세라믹 커패시터(14)로 구성된다. 여기서, DC-링크 커패시터 모듈(160)에 적용되는 적층 세라믹 커패시터(14)의 소성체(14a)는 유전체의 유전율이 5 내지 800인 것이 사용된다. 예를 들어, 소성체(14a)의 유전체 재질은 적층 세라믹 커패시터 모듈이 DC-링크 커패시터 모듈로 사용 시 MgTiO3, CaTiO3, BaTiO3-CaTiO3 혼합물 중 하나가 사용된다. 이러한 소성체(14a)의 유전체 재질은 전술한 종류에 제한되지 않으며 유전율이 5 내지 800인 다양한 종류의 유전체를 적용할 수 있다.
한 쌍의 Y-커패시터 모듈(170)은 각각 전술한 본 발명의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)이 사용되며, 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 중 하나나 제3전극 버스바(150) 중 하나와 용접이나 도전성 에폭시로 연결된다. 전술한 도 1 및 도 2에 도시된 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 제1단자 조립부재(11), 제2단자 조립부재(12), 다수개의 절연성 방열부재(13) 및 다수개의 적층 세라믹 커패시터(14)로 구성된다. 여기서, 한 쌍의 Y-커패시터 모듈(170)에 적용되는 적층 세라믹 커패시터(14)의 소성체(14a)는 유전체의 유전율이 1000 내지 20000인 사용된다. 예를 들어, 소성체(14a)의 유전체 재질은 Y-커패시터 모듈(170)로 사용 시 BaTiO3, (BaCa)(ZrTi)O3, Pb(ZrTi)O3, (PbCa)(ZrTi)O3, (PbLa)(ZrTi)O3 중 하나가 사용되며, 이러한 소성체(14a)의 유전체 재질은 전술한 종류에 제한되지 않으며 유전율이 1000 내지 20000인 다양한 종류의 유전체를 적용할 수 있다.
전술한 본 발명의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)을 이용한 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈의 동작을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
한 쌍의 제1전극 버스바(130)는 각각 케이스(110)의 내측에서 제2방향(X)으로 서로 마주대하도록 배치된 두 개의 금속성 방열부재(120)에 용접이나 도전성 에폭시에 의해 면 대 면으로 접합되어 연결된다. 여기서, 용접은 레이저 용접 등이 사용되며 도전성 에폭시는 공지된 기술이 적용됨으로 설명을 생략한다. 금속성 방열부재(120)에 접합된 한 쌍의 제1전극 버스바(130)는 각각 다수개의 DC-링크 커패시터 모듈(160)로 사용되는 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제1단자 조립부재(11)가 연결된다. 즉, 한 쌍의 제1전극 버스바(130)는 각각을 기준으로 일측의 면에 금속성 방열부재(120)가 접합되어 연결되면 타측의 면은 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제1단자 조립부재(11)가 연결된다. 제1단자 조립부재(11)는 제1전극 버스바(130)에 용접이나 도전성 에폭시로 접합되어 연결된다.
한 쌍의 제1전극 버스바(130)에 DC-링크 커패시터 모듈(160)로 사용되는 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제1단자 조립부재(11)가 연결되면 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제2단자 조립부재(12)는 각각 한 쌍의 제2전극 버스바(140)에 용접이나 도전성 에폭시로 접합되어 연결된다. 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제1단자 조립부재(11)가 음극 전극으로 사용되고 제2단자 조립부재(12)가 양극 전극으로 사용되면 한 쌍의 제1전극 버스바(130)는 음극 전극으로 사용되며 한 쌍의 제2전극 버스바(140)는 양극으로 사용된다. 즉, DC-링크 커패시터 모듈(160)로 사용되는 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 각각 한 쌍의 제1전극 버스바(130)와 한 쌍의 제2전극 버스바(140)에 의해 서로 병렬로 연결된다. 여기서, DC-링크 커패시터 모듈(160)로 사용되는 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 다수개의 적층 세라믹 커패시터(14)가 제1단자 조립부재(11)와 제2단자 조립부재(12)에 병렬 연결되도록 용접이나 도전성 에폭시로 접합되어 연결된다.
이와 같이 DC-링크 커패시터 모듈(160)로 사용되는 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)은 다수개의 적층 세라믹 커패시터(14)에서 발생된 열을 다수개의 적층 세라믹 커패시터(14) 사이에 배치된 절연성 방렬부재(13), 제1단자 조립부재(11), 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 및 도전성 방열부재(120)를 통해 외부로 용이하게 배출할 수 있어 열에 의한 전기적인 특성의 신뢰성 저하를 방지할 수 있게 된다. Y-커패시터 모듈(170)에 각각 사용되는 한 쌍의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10) 또한 제1단자 조립부재(11)가 음극 전극으로 사용되고 제2단자 조립부재(12)이 양극 전극으로 사용되면 Y-커패시터 모듈(170)로 사용되는 한 쌍의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10) 중 하나의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제1단자 조립부재(11)는 한 쌍의 제1전극 버스바(130) 중 하나와 용접이나 도전성 에폭시로 연결되어 열을 외부로 용이하게 배출할 수 있게 된다.
한 쌍의 제2전극 버스바(140)는 DC-링크 커패시터 모듈(160)로 사용되는 다수개의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)의 제2단자 조립부재(12)가 양극 전극으로 사용된 상태에서 이 제2단자 조립부재(12)가 연결됨에 의해 양극 전극으로 사용된다. 이러한 한 쌍의 제2전극 버스바(140) 중 하나는 Y-커패시터 모듈(170)로 사용되는 한 쌍의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10) 중 하나의 제2단자 조립부재(12)와 용접이나 도전성 에폭시로 접합되어 연결된다. 제3전극 버스바(150)는 한 쌍의 Y-커패시터 모듈(170)에 각각 사용되는 한 쌍의 적층 세라믹 커패시터 모듈(10)에 각각 구비되는 제1단자 조립부재(11)와 제2단자 조립부재(12)와 동시에 접착되어 연결되어 공지된 DC-링크 커패시터 회로로 동작하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈은 온도 특성과 단위 체적당 용량이 우수한 적층 세라믹 커패시터를 이용함으로써 부피를 줄일 수 있으며, 다수개의 적층 세라믹 커패시터를 하나의 모듈로 조립 시 각각의 사이에 방열부재를 삽입하며, 적층 세라믹 커패시터 모듈과 케이스 사이에 방열부재를 삽입하여 조립함으로써 방열 특성이 우수하게 된다.
본 발명의 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈은 전기 자동차, 하이브리드(hybrid) 자동차(전기 구동원이 적용되는 자동차), 수소연료 자동차나 전력전송계통의 제조 산업 분야에 적용된다.
10: 적층 세라믹 커패시터 모듈 11: 제1단자 조립부재
12: 제2단자 조립부재 13: 절연성 방열부재
14: 적층 세라믹 커패시터 110: 케이스
120: 금속성 방열부재 130: 제1전극 버스바
140: 제2전극 버스바 150: 제3전극 버스바
160: DC-링크 커패시터 모듈 170: Y-커패시터 모듈
180: 몰딩부재
12: 제2단자 조립부재 13: 절연성 방열부재
14: 적층 세라믹 커패시터 110: 케이스
120: 금속성 방열부재 130: 제1전극 버스바
140: 제2전극 버스바 150: 제3전극 버스바
160: DC-링크 커패시터 모듈 170: Y-커패시터 모듈
180: 몰딩부재
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- 다수개의 측벽이 구비되며 다수개의 측벽 중 둘 이상의 측벽에 개구부가 형성되는 케이스와;
상기 개구부가 막히도록 상기 다수개의 측벽에 각각 배치되는 둘 이상의 금속성 방열부재와;
상기 케이스의 내측에 배치되어 상기 둘 이상의 금속성 방열부재 중 서로 마주대하는 두 개의 금속성 방열부재에 각각 접촉되어 연결되는 한 쌍의 제1전극 버스바와;
상기 한 쌍의 제1전극 버스바 사이에 위치되며 서로 이격되어 케이스 내측에 배치되는 한 쌍의 제2전극 버스바와;
상기 한 쌍의 제1전극 버스바와 상기 한 쌍의 제2전극 버스바와 이격되도록 케이스의 내측에 배치되는 제3전극 버스바와;
상기 한 쌍의 제1전극 버스바 중 하나와 상기 한 쌍의 제2전극 버스바 중 하나에 연결되거나 한 쌍의 제1전극 버스바 중 다른 하나와 한 쌍의 제2전극 버스바 중 다른 하나에 각각 연결되는 다수개의 DC-링크 커패시터 모듈(direct current link capacitor moduel)과;
상기 한 쌍의 제1전극 버스바 중 하나와 상기 제3전극 버스바 사이와 제3전극 버스바와 상기 한 쌍의 제2전극 버스바 중 하나 사이에 각각 위치되어 제1전극 버스바, 제2전극 버스바 및 제3전극 버스바에 연결되는 한 쌍의 Y-커패시터 모듈(Y-capacitor moduel)과;
상기 둘 이상의 금속성 방열부재가 외부로 노출되며 케이스 내측이 매립되도록 형성되는 몰딩부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 케이스는 제1방향의 일측이 개방되며 다수개의 측벽이 구비되는 절연성 사각형 케이스가 사용되는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 둘 이상의 금속성 방열부재는 각각 측벽에 형성된 개구부가 막히도록 배치되어 인서트 몰딩에 의해 케이스에 접착되어 배치되는 금속 플레이트와;
상기 케이스의 외부로 노출되며 서로 일정한 간격으로 이격되어 금속 플레이트에 일체로 형성되는 다수개의 방열핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 한 쌍의 제1전극 버스바와 상기 한 쌍의 제2전극 버스바 중 한 쌍의 제1전극 버스바가 각각 음극 전극(negative electrode)으로 사용되면 한 쌍의 제2전극 버스바는 각각 양극전극(positive electrode)으로 사용되고, 한 쌍의 제2전극 버스바가 각각 음극 전극으로 사용되면 한 쌍의 제1전극 버스바는 각각 양극전극(positive electrode)으로 사용되며, 상기 한 쌍의 제1전극 버스바는 각각 둘 이상의 금속성 방열부재 중 서로 마주대하는 두 개의 금속성 방열부재에 각각 용접이나 도전성 에폭시를 이용해 접합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 다수개의 DC-링크 커패시터 모듈은 각각 적층 세라믹 커패시터 모듈이 사용되고,
상기 적층 세라믹 커패시터 모듈은 상기 한 쌍의 제1전극 버스바 중 하나와 용접이나 도전성 에폭시로 연결되며 다수개의 제1돌출부재가 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 제1단자 조립부재와, 상기 제2전극 버스바와 용접이나 도전성 에폭시로 연결되며 상기 다수개의 제1돌출부재와 각각 마주대하도록 다수개의 제2돌출부재가 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 제2단자 조립부재와, 상기 제1돌출부재와 상기 제2돌출부재에 의해 각각 지지되어 배치되는 다수개의 절연성 방열부재와, 상기 절연성 방열부재와 제1방향의 일측과 타측이 접촉되도록 다수개의 절연성 방열부재 사이에 각각 배치되며 상기 제1방향과 직교되는 제2방향의 일측의 끝단이 상기 제1단자 조립부재에 연결되며 제2방향의 타측의 끝단이 상기 제2단자 조립부재에 연결되는 다수개의 적층 세라믹 커패시터(multi layer eramic capacitor)로 이루어지며, 상기 다수개의 적층 세라믹 커패시터는 각각 소성체가 구비되며, 상기 소성체는 유전체의 유전율이 5 내지 800이며, 상기 제1방향은 상기 적층 세라믹 커패시터의 두께방향을 나타내는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 한 쌍의 Y-커패시터 모듈은 각각 적층 세라믹 커패시터 모듈이 사용되며,
상기 적층 세라믹 커패시터 모듈은 상기 한 쌍의 제1전극 버스바 중 하나나 제3전극 버스바 중 하나와 용접이나 도전성 에폭시로 연결되며 다수개의 제1돌출부재가 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 제1단자 조립부재와, 상기 제2전극 버스바와 용접이나 도전성 에폭시로 연결되며 상기 다수개의 제1돌출부재와 각각 마주대하도록 다수개의 제2돌출부재가 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 제2단자 조립부재와, 상기 제1돌출부재와 상기 제2돌출부재에 의해 각각 지지되어 배치되는 다수개의 절연성 방열부재와, 상기 절연성 방열부재와 제1방향의 일측과 타측이 접촉되도록 다수개의 절연성 방열부재 사이에 각각 배치되며 상기 제1방향과 직교되는 제2방향의 일측의 끝단이 상기 제1단자 조립부재에 연결되며 제2방향의 타측의 끝단이 상기 제2단자 조립부재에 연결되는 다수개의 적층 세라믹 커패시터(multi layer eramic capacitor)로 이루어지며, 상기 다수개의 적층 세라믹 커패시터는 각각 소성체가 구비되며, 상기 소성체는 유전체의 유전율이 1000 내지 20000이며, 상기 제1방향은 상기 적층 세라믹 커패시터의 두께방향을 나타내는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 소성체의 유전체 재질은 적층 세라믹 커패시터 모듈이 DC-링크 커패시터 모듈로 사용 시 MgTiO3, CaTiO3, BaTiO3-CaTiO3 혼합물 중 하나가 사용되며, Y-커패시터 모듈로 사용 시 BaTiO3, (BaCa)(ZrTi)O3, Pb(ZrTi)O3, (PbCa)(ZrTi)O3, (PbLa)(ZrTi)O3 중 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 DC-링크 커패시터 모듈.
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