KR102213197B1 - 차량용 전자 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치는 일측이 개방되고, 일측에서 타측으로 연장된 형태의 관통홀이 일면에 형성되는 하우징, 상기 하우징에 삽입되는 파워 회로 기판과, 상기 파워 회로 기판에 결합하고 상기 관통홀에 위치하는 파워모듈을 구비하는 파워부, 및 상기 파워모듈에 인접하도록 상기 하우징의 일면에 형성되어 상기 파워모듈을 냉각하는 냉각부를 포함한다.

Description

차량용 전자 제어 장치{ELECTRONIC CONTROL APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 전자 제어 장치에 관한 것으로, 특히 전력 변환 기능을 구비한 차량용 전자 제어 장치에 관한 것이다.
환경 문제와 화석 에너지 고갈 등의 이유로 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에 대한 관심과 개발이 증가하고 있다. 이러한 친환경 자동차의 경우에는 인버터 또는 컨버터와 같은 전력변환용 전자 제어 장치가 구비되어 배터리로부터의 공급되는 전력을 모터 구동 전력으로 변환한다.
이러한 전력변환용 전자 제어 장치는 전력 변환을 위한 파워 모듈을 포함한다. 예컨대, 전력변환용 전자 제어 장치는, 하우징과, 하우징의 내부에 수납되고 파워모듈이 실장되는 게이트 기판과, 게이트 기판과의 사이에 차폐판을 두고 하우징의 내부에 수납되는 제어 기판과, 외부의 소켓 연결을 위해 상기 게이트 기판 및 제어 기판의 일측에 결합되는 커넥터 등을 포함하는 구조로 이루어진다.
통상적으로 파워 모듈은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)와 같은 반도체 칩 형태로 구성된다. 파워 모듈은 전력 변환 과정에서 열을 발생하고, 충분한 방열성능을 만족하여야 안정적으로 동작한다. 즉, 전력변환용 전자 제어 장치는, 파워모듈의 안정적인 동작을 위해 파워모듈을 냉각하는 냉각유로가 별체로 제작된다.
그러나, 종래의 전력변환용 전자 제어 장치는, 파워모듈의 양면 방열을 위한 별체형 냉각유로가 하우징에 조립되고, 게이트 기판의 조립을 위해 스크류 및 조립부 탭가공 공정이 추가되며, 게이트 보드와 제어 보드 차폐를 위한 차폐판 제작이 이루어지므로, 부품수가 증가하고, 조립 구조 및 조립 공정이 복잡한 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2017-0055605호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 종래 대비 부품수가 감소하고, 조립 구조 및 조립 공정이 단순화되는 차량용 전자 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치는, 일측이 개방되고, 일측에서 타측으로 연장된 형태의 관통홀이 일면에 형성되는 하우징; 상기 하우징에 삽입되는 파워 회로 기판과, 상기 파워 회로 기판에 결합하고 상기 관통홀에 위치하는 파워모듈을 구비하는 파워부; 및 상기 파워모듈에 인접하도록 상기 하우징의 일면에 형성되어 상기 파워모듈을 냉각하는 냉각부;를 포함한다.
상기 하우징의 타면에 결합하는 제어 회로 기판을 구비하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 회로 기판은 고정부에 의해 상기 하우징의 타면에 결합할 수 있다.
상기 고정부는 펨너트(PEM NUT)일 수 있다.
상기 냉각부는 상기 관통홀을 사이에 두고 한 쌍으로 구성될 수 있다.
상기 하우징과 상기 냉각부는 상기 하우징의 길이 방향을 따라 압출 방식으로 제작될 수 있다.
상기 냉각부는 냉각매체가 흐르는 냉각유로가 형성될 수 있다.
상기 냉각유로는, 상기 냉각부의 내부에 소정 간격마다 형성되는 구획판에 의해 복수 형성될 수 있다.
상기 냉각유로를 덮도록 상기 냉각부에 결합하고, 냉각매체를 주입하는 호스와 연결되는 유로커버부를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징의 일측 개방부를 기준으로 상기 하우징의 좌측과 우측에는, 상기 파워 회로 기판의 삽입 위치를 가이드하기 위한 가이드 공간을 구비하는 가이드부가 형성될 수 있다.
상기 파워 회로 기판은 고정핀에 의해 코킹 방식으로 상기 하우징에 결합할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치에 의하면, 냉각유로를 구비한 압출방식의 하우징 구조물을 구비함으로써 부품수가 감소하고, 조립구조와 조립공정이 단순화된다.
또한, 게이트 보드(파워 회로 기판)를 단순 코킹 공정으로 하우징에 고정함으로써 스크류 부품의 삭제를 통해 원가 절감이 가능하고, 조립공정이 단순화되어 조립공정의 시간 단축이 가능하다.
이와 더불어, 하우징이 게이트 보드(파워 회로 기판)와 제어 보드(제어 회로 기판) 사이의 차폐판 역할을 수행하므로, 부품수가 줄어 조립 구조가 단순화된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출 방식으로 제작된 하우징과 냉각부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각부의 냉각매체흐름을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치의 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치(100)는, 하우징(110), 파워부(120), 냉각부(130), 및 제어부(140)를 포함한다.
하우징(110)은 대략 직육면체 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 하우징(110)은 일체로 압출 성형될 수 있다. 하우징(110)은 알루미늄 재질을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 파워부(120)를 수용할 수 있는 내부 공간이 형성된다. 하우징(110)은 일측이 개방되어 개방부(op)를 구비한다. 하우징(110)의 개방부(op)에는 파워부(120)에 연결되는 커넥터(미도시)가 결합할 수 있다. 커넥터는 하우징(110)의 내부 공간을 외부와 차단할 수 있다.
하우징(110)은 개방부(op)를 기준으로 좌측과 우측 각각에 가이드부(111)가 형성될 수 있다. 가이드부(111)는 하우징(110)의 좌측면과 우측면 각각으로부터 수직하게 돌출 형성될 수 있다. 가이드부(111)는 하우징(110)의 길이 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 가이드부(111)는 하우징(110)의 내부 공간에 연통하는 가이드 공간을 가지도록 형성될 수 있다. 가이드부(111)는 가이드 공간을 이용하여 파워 회로 기판(121)의 삽입 위치를 가이드할 수 있다.
하우징(110)은 전방 일측에서 후방 타측으로 연장된 형태의 관통홀(h)이 일면(도 1 기준 상면)에 형성될 수 있다. 하우징(110)의 관통홀(h)은 소정의 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
한편, 하우징(110)의 전방 일측과 후방 타측에 하우징커버(미도시)가 결합할 수 있다. 하우징(110)은 하우징커버에 의해 내부공간이 외부와 차단되어, 내부공간에 수용되는 파워부(120)를 보호할 수 있다.
파워부(120)는 차량 배터리의 전력을 모터 구동 전력으로 변환하기 위한 것으로서, 파워 회로 기판(121)과 파워모듈(123)을 포함한다.
파워 회로 기판(121)은 다이오드 등의 전자 소자(미도시)가 실장되는 일종의 인쇄 회로 기판이다. 파워 회로 기판(121)은 하우징(110)의 개방부(op)를 통해 삽입되어 하우징(110)의 내부 공간에 위치한다. 이때, 파워 회로 기판(121)의 양측단은 하우징(110)의 가이드부(111)를 따라 삽입된다. 파워 회로 기판(121)은 하우징(110)의 내부 공간에서 하우징(110)의 가이드부(111)에 의해 위치 고정된다. 이때 파워 회로 기판(121)은 별도의 고정핀(미도시)에 의해 코킹 방식으로 하우징(110)에 결합할 수 있다.
파워모듈(123)은 일종의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)일 수 있다. 파워모듈(123)은 솔더링(Soldering) 방식으로 파워 회로 기판(121)에 실장된다. 파워모듈(123)은 복수 구비될 수 있다. 파워모듈(123)은, 파워 회로 기판(121)이 하우징(110)의 내부 공간에 삽입되어 위치하는 경우, 하우징(110)의 관통홀(h)을 관통하여 위치할 수 있다.
이러한 파워모듈(123)은 전력 변환 과정에서 열이 발생하므로, 충분한 방열 성능을 만족하여야 안정적으로 동작한다. 이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치(100)는 파워모듈(123)의 안정적인 동작을 위해 냉각부(130)를 구비한다.
냉각부(130)는 파워모듈(123)에 인접하도록 하우징(110)의 일면에 형성된다. 냉각부(130)는 하우징(110)의 압출 제조시, 하우징(110)에 일체로 형성될 수 있다. 냉각부(130)는 관통홀(h)을 사이에 두고 한 쌍으로 구성될 수 있다. 냉각부(130)는 하우징(110)의 길이 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 냉각부(130)는 파워모듈(123)의 세로길이(도 1 기준)와 유사한 높이를 가지도록 형성될 수 있다. 냉각부(130)는 열전도성이 뛰어난 금속(예, 알루미늄) 또는 합금 재질로 형성될 수 있다. 냉각부(130)는 냉각매체를 수용하는 내부 공간이 형성될 수 있다. 여기서, 냉각매체는 냉각수일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 냉각부(130)는 파워모듈(123)의 양측면에 접촉하여 열을 흡수함으로써 파워모듈(123)의 냉각을 수행할 수 있다.
제어부(140)는 파워 회로 기판(121)에 전기적으로 연결되어 파워모듈(123)을 제어하는 것으로서, 파워모듈(123)을 제어하는 제어 소자(미도시)와, 제어 소자가 실장되는 제어 회로 기판을 포함한다.
제어부(140)의 제어 회로 기판은, 냉각부(130)가 형성되는 하우징(110)의 일면과 반대편 하우징(110)의 타면에 결합할 수 있다. 여기서, 제어부(140)의 제어 회로 기판과 파워 회로 기판(121) 사이에 위치하는 하우징(110)의 타면은 전자파를 차단하는 차폐판 역할을 수행할 수 있다.
이하, 도 2를 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치(100)의 세부 구조를 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치의 측면도이다.
도 2를 참고하면, 파워모듈(123)은 고정핀(P)에 의해 파워 회로 기판(121)에 실장된다. 파워모듈(123)은 하우징(110)의 관통홀(h)을 관통하여 한 쌍의 냉각부(130) 사이에 위치한다.
냉각부(130)의 내부에는 높이 방향으로 소정 간격마다 구획판(131)이 형성될 수 있다. 냉각부(130)의 내부에는 구획판(131)에 의해 복수의 냉각유로(c)가 형성될 수 있다. 냉각유로(c)에는 별도의 주입장치(미도시)에 의해 냉각매체가 주입될 수 있다. 냉각부(130)에는 냉각유로(c)의 냉각매체가 유출되는 것을 방지하는 별도의 마개(미도시)가 결합할 수 있다.
한편, 제어부(140)의 제어 회로 기판은 고정부(Nut)에 의해 하우징(110)의 타면에 결합한다. 여기서, 고정부(Nut)는 펨너트(PEM NUT)일 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출 방식으로 제작된 하우징과 냉각부의 단면도이다.
도 3을 참고하면, 하우징(110)과 냉각부(130)의 단면을 확인할 수 있다. 하우징(110)과 냉각부(130)는 하우징(110)의 길이 방향(도 1 참조)을 따라 압출 방식으로 제작될 수 있다. 이를 통해 하우징(110)과 냉각부(130)는 일체로 형성된다. 또한 하우징(110)과 냉각부(130)의 제작 공정이 단순화되고, 제작 시간이 감소하는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각부의 냉각매체흐름을 보여주는 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치(100)는, 냉각부(130)의 냉각유로를 덮도록 냉각부(130)에 결합하는 유로커버부(150)를 더 포함할 수 있다.
유로커버부(150)는 일측이 냉각부(130)의 전방 일측에 결합하고, 타측에 냉각매체를 주입하는 호스(hose)가 탈착 가능하게 결합할 수 있다. 유로커버부(150)는 내부공간에 냉각부(130)의 냉각유로(c)와 연통하는 복수의 유로(미도시)가 형성될 수 있다. 유로커버부(150)는 호스(hose)로부터 냉각매체가 주입되면 이를 냉각부(130)의 냉각유로에 전달할 수 있다. 유로커버부(150)는, 호스(hose)가 제거되는 경우, 호스(hose)가 결합되는 개방부위에 별도의 마개(미도시)가 결합할 수 있다.
한편, 유로커버부(150)는 복수 구비되어 냉각부(130)의 후방 일측에 결합할 수 있다. 즉, 냉각부(130)의 냉각유로(c)는 유로커버부(150)에 의해 폐쇄되며, 냉각유로(c)에 주입된 냉각매체는 파워모듈(123)의 열을 흡수하여 파워모듈(123)을 냉각할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
100: 차량용 전자 제어 장치
110: 하우징
111: 가이드부
h: 관통홀
120: 파워부
121: 파워 회로 기판
123: 파워모듈
130: 냉각부
131: 구획판
c: 냉각유로
140: 제어부
150: 유로커버부
hose: 호스

Claims (11)

  1. 일측이 개방되고, 일측에서 타측으로 연장된 형태의 관통홀이 일면에 형성되는 하우징;
    상기 하우징에 삽입되는 파워 회로 기판과, 상기 파워 회로 기판에 결합하고 상기 관통홀에 위치하는 파워모듈을 구비하는 파워부; 및
    상기 파워모듈에 인접하도록 상기 하우징의 일면에 형성되어 상기 파워모듈을 냉각하는 냉각부;
    를 포함하고,
    상기 하우징의 일측 개방부를 기준으로 상기 하우징의 좌측과 우측에는, 상기 파워 회로 기판의 삽입 위치를 가이드하기 위한 가이드 공간을 구비하는 가이드부가 형성되고,
    상기 파워모듈의 적어도 일부는 상기 관통홀을 관통하여 상기 하우징 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 타면에 결합하는 제어 회로 기판을 구비하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 회로 기판은 고정부에 의해 상기 하우징의 타면에 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정부는 펨너트(PEM NUT)인 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 관통홀을 사이에 두고 한 쌍으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 냉각부는, 상기 하우징의 길이 방향을 따라 압출 방식으로 제작되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각부는 냉각매체가 흐르는 냉각유로가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각유로는, 상기 냉각부의 내부에 소정 간격마다 형성되는 구획판에 의해 복수 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각유로를 덮도록 상기 냉각부에 결합하고, 냉각매체를 주입하는 호스와 연결되는 유로커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 회로 기판은 고정핀에 의해 코킹 방식으로 상기 하우징에 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
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