KR102248103B1 - 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈 - Google Patents

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Abstract

열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈이 개시된다. 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈은, 차량 인버터 구동 파워부가 일측에 설치된 바디부와, 바디부를 사이에 두고 파워부에 대향하게 설치되는 냉각부와, 냉각부와 바디부의 사이에 설치되며 일측은 파워부의 고온의 열을 전달받고 타측은 냉각부에 의해 냉각되어 발전되는 열전 모듈을 포함한다.

Description

열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈{VEHICLE POWER MODULE USING THERMOELECTRIC ELEMENT}
본 발명은 컴팩트한 차량 인버터를 제공하는 것이 가능한 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 열전 모듈은, 열전 재료(TE: thermoelectric element), 전극 재료와 접합 및 안정성을 위한 재료로 구성되는 것으로, 열전 재료에 가해지는 온도 차이를 이용하여 발전하는 것이 가능하다.
이러한 열전 모듈은, 고상의 재료로 구성되는 것으로 필요에 따라 사이즈의 조절이 가능한 바, 수mm 내지 수십mm의 크기로 제작이 가능하다.
한편, 하이브리드 전기 자동차는 차량 주행 과정에서 주행 모터를 구동하기 위한 전력 변환을 위해 인버터가 설치된다.
이러한 인버터는, 직류 전원을 교류 전원으로 변환시키는 전력 변환장치를 말하는 것으로 하이브리드 전기 자동차에서 주행 모터를 이용한 주행 비중이 높아지면서, 인버터의 용량도 함께 증가되고 있다.
그러나 인버터는 하이브리드 전기 자동차의 내부에 설치되는 바, 연비 향상 및 내부 설치 공간의 확보를 위해 전력의 손실 없이 최대한 작은 크기로 설치되는 것이 요구된다.
본 발명의 일 실시예는, 공급 전력의 손실 없이 인버터의 크기를 최소화하는 것이 가능한 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는, 차량 인버터 구동 파워부가 일측에 설치된 바디부와, 바디부를 사이에 두고 파워부에 대향하게 설치되는 냉각부와, 냉각부와 바디부의 사이에 설치되며 일측은 파워부의 고온의 열을 전달받고 타측은 냉각부에 의해 냉각되어 발전되는 열전 모듈을 포함한다.
열전 모듈의 양측에서 바디부와 냉각부의 사이에 설치되는 열전달부재를 더 포함할 수 있다.
열전달부재는, 서멀 그리스(thermal grease), 열전도성 페이스트, 카본 시트 또는 열전도성 패드, 그래파이트(graphite) 또는 상변화물질(Phase change meterial, PCM) 중의 적어도 하나 이상으로 선택되어 형성될 수 있다.
바디부에는 파워부의 정상 구동 상태를 확인하는 구동 확인부를 더 포함할 수 있다.
구동 확인부는, 바디부와 냉각부의 사이에서 상기 열전 모듈보다 작은 크기로 설치되는 서브 열전 모듈과, 서브 열전 모듈의 발전 전력을 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
표시부에는 서브 열전 모듈의 발전 전력이 비정상으로 확인되면 사용자게 알리는 알림부를 더 포함할 수 있다.
냉각부는, 열전 모듈의 타측에 접촉되게 설치되는 열발산부와, 열발산부를 냉각하는 냉각 자켓을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하이브리드 전기 자동차의 인버터 작동 과정에서 발생되는 열을 전달받아 열전 모듈에서 발전 작용이 이루어진다. 따라서, 열전 모듈이 전력 공급을 일부 부담하는 것이 가능한 바, 인버터의 용량 및 크기를 최소한으로 줄이는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 다면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 다면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈(100)은, 차량 인버터 구동 파워부(10)가 일측에 설치된 바디부(20)와, 바디부(20)를 사이에 두고 파워부(10)에 대향하게 설치되어 파워부(10)를 냉각하는 냉각부(40)와, 냉각부(40)와 바디부(20)의 사이에 설치되며 일측은 파워부(10)의 고온의 열을 전달받고 타측은 냉각부(40)에 의해 냉각되어 발전되는 열전 모듈(30)을 포함한다.
인버터는 하이브리드 전기 자동차에 설치되는 것으로, 차량 주행을 위해 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 것을 말한다.
이러한 인버터는 하이브리드 전기 자동차의 주행 모터 구동을 위한 파워부(10)가 설치된다.
파워부(10)는 인버터의 구동에 의해 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 작동 과정에서 고온의 발열 작용이 이루어진다. 이러한 파워부(10)는 바디부(20)의 측면에 설치된다.
바디부(20)는 파워부(10)를 인버터에 설치하기 위한 것으로 일측에는 파워부(10)가 설치되며 타측에는 열전 모듈(30)이 설치될 수 있다.
열전 모듈(30)은, 열전 재료(TE: thermoelectric element), 전극 재료와 접합 및 안정성을 위한 재료로 구성되는 것으로, 열전 재료에 가해지는 온도 차이를 이용하여 발전하는 것이 가능한 것을 말한다.
이러한 열전 모듈(30)은 고온의 열을 전달받는 고온 소자와 상대적으로 저온에 노출되는 저온 소자를 포함할 수 있다.
즉, 열전 모듈(30)은 고온 소자는 파워부(10)로부터 고온의 열이 전달되는 바디부(20)에 접촉되고, 저온 소자는 냉각부(40)에 접촉되도록 설치될 수 있다.
이와 같이, 열전 모듈(30)이 바디부(20)와 냉각부(40)의 사이에 설치되는 것은, 하이브리드 전기 자동차의 주행 과정에서 파워부(10)에서 발열되는 고온의 열을 전달받아 냉각부(40)와의 온도 차이에 의해 발전 작용이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
따라서, 열전 모듈(30)은 하이브리드 전기 자동차의 주행 과정에서 인버터의 파워부(10)에서 발열되는 열을 전달받아 발전 작용이 가능한 바, 인버터에 의해 교류 전원으로 변환되는 전력량을 보완하는 것이 가능하다.
즉, 열전 모듈(30)은 인버터의 작동 과정에서 파워부(10)와 냉각부(40)의 온도 차이에 의해 발전 작용이 이루어져 주행모터 구동을 위한 전력의 공급이 추가로 가능한 바, 인버터의 발전 용량을 저감하는 것이 가능하다.
이와 같이, 본 실시예는, 열전 모듈(30)과 인버터의 동시 구동이 가능한 바, 인버터의 크기를 더욱 컴팩트하게 하는 것이 가능하다.
따라서, 하이브리드 전기 자동차의 내부에 설치되는 인버터의 크기를 최소한으로 하는 것이 가능하여 차량 내부 공간의 효율적인 구성이 가능하다. 아울러, 인버터의 크기를 최소한으로 하여 차량 무게를 줄여 연비 향상이 가능하다.
한편, 냉각부(40)는 바디부(20)를 사이에 두고 파워부(10)에 대향하도록 설치될 수 있다.
보다 구체적으로 냉각부(40)는 열전 모듈(30)의 저온 소자 부분을 냉각하도록 열전 모듈(30)의 측면에 접촉된 상태로 설치될 수 있다.
이러한 냉각부(40)는, 상기 열전 모듈의 타측에 접촉되게 설치되는 열발산부(41)와, 열발산부(41)를 냉각하는 냉각 자켓(43)을 포함할 수 있다.
열발산부(41)는 일측은 열전 모듈(30)의 저온 소자에 접촉되게 설치되어 열을 발산하도록 설치되는 것으로서, 본 실시예에서 방열핀으로 적용되는 것을 예시적으로 설명한다. 그러나 열발산부(41)는 방열핀으로 적용되는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니고 방열 패드 등의 열발산 작용이 가능한 소정의 방열 수단으로 대체 적용되는 것도 가능하다.
이러한 열발산부(41)는 냉각 자켓(43)에 의해 더욱 냉각될 수 있다.
냉각 자켓(43)은 열발산부(41)의 외측에 형성되는 것으로 내부에는 냉각수가 충진되어 열발산부(41)의 냉각 작용을 더욱 원활하게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈(100)은, 하이브리드 전기 자동차의 인버터 작동 과정에서 발생되는 열을 전달받아 열전 모듈(30)에서 발전 작용이 이루어진다. 따라서, 인버터의 용량 및 크기를 줄이는 것이 가능하여, 차량 무게를 줄여 연비의 향상이 가능하고 차량 내부 공간의 효과적인 활용이 가능하다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2와 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈(200)에는 열전달부재(110)가 설치된다.
열전달부재(110)는, 열전 모듈(30)의 양측에서 바디부(20)와 냉각부(40)의 사이에 설치될 수 있다.
이러한 열전달부재(110)는, 서멀 그리스(thermal grease), 열전도성 페이스트, 카본 시트 또는 열전도성 패드, 그래파이트(graphite) 또는 상변화물질(Phase change meterial, PCM) 중의 어느 하나로 적용될 수 있다.
열전달부재(110)는 바디부(20)와 열전 모듈(30)의 사이 부분과 냉각부(40)와 열전 모듈(30)의 사이 부분에 각각 설치되는 바, 파워부(10)의 고온의 열이 열전 모듈(30)의 고온 소자 부분으로 효과적으로 전달되고 냉각부(40)에 의해 열전 모듈(30)의 저온 소자 부분이 효과적으로 냉각될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 3과 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈(300)에는 구동 확인부(210)가 설치된다.
구동 확인부(210)는 인버터를 구동하는 파워부(10)의 구동 상태를 확인할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 구동 확인부(210)는, 바디부(20)와 냉각부(40)의 사이에서 열전 모듈(30)보다 작은 크기로 형성되는 서브 열전 모듈(211)과, 서브 열전 모듈(211)의 발전 전력을 표시하는 표시부(213)를 포함할 수 있다.
서브 열전 모듈(211)은, 바디부(20)와 냉각부(40)의 사이 위치의 일측에 설치될 수 있다. 이러한 서브 열전 모듈(211)은 파워부(10)로부터 발열되는 고온의 열을 전달받아 발전 작용이 이루어질 수 있다.
즉, 서브 열전 모듈(211)은 파워부(10)로부터 전달되는 열의 온도에 따라 발전되는 전력량의 크기가 달라진다. 이에 따라, 서브 열전 모듈(211)은 발전되는 전력량의 크기를 확인하여 인버터의 파워 모듈의 정상 발전 상태를 확인할 수 있다. 서브 열전 모듈(211)에는 발전되는 전력량의 정상 상태 여부를 확인하는 표시부(213)가 연결될 수 있다.
표시부(213)는 서브 열전 모듈(211)의 발전 전력을 실시간으로 확인하여 설정 전력량을 초과 또는 미달하는지 여부를 확인하여, 설정 전력량을 미달하는 경우, 이상 발생 상태를 표시할 수 있다. 따라서 사용자는 인버터의 정상 구동 상태를 용이하게 확인하는 것이 가능하다.
이러한 표시부(213)는 전력량을 시각적으로 표시 가능한 디스플레이를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 4와 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈(400)은, 하나의 파워부(10)를 사이에 두고 양측에 열전 모듈(30)이 냉각부(40)와 함께 각각 설치된다.
따라서, 열전 모듈(30)이 파워부(10)를 사이에 두고 복수개로 설치되는 바, 발전 전력의 차량 공급이 더욱 효과적으로 이루어져 인터버의 크기를 더욱 최소화하는 것이 가능하다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10...파워부 20...바디부
30...열전 모듈 40...냉각부
41...열발산부 43...냉각 자켓
110..열전달부재 210..구동 확인부
211..서브 열전 모듈 213..표시부

Claims (7)

  1. 차량 인버터 구동 파워부가 일측에 설치된 바디부;
    상기 바디부를 사이에 두고 상기 파워부에 대향하게 설치되는 냉각부;
    상기 냉각부와 상기 바디부의 사이에 설치되며 일측은 상기 파워부의 고온의 열을 전달받고 타측은 상기 냉각부에 의해 냉각되어 발전되는 열전 모듈;
    상기 바디부에 설치되어 상기 파워부의 정상 구동 상태를 확인하는 구동 확인부; 및
    상기 열전 모듈의 양측에서 상기 바디부와 상기 냉각부의 사이에 설치되는 열전달부재;
    를 포함하고,
    상기 구동 확인부는,
    상기 바디부와 상기 냉각부의 사이에서 상기 열전 모듈보다 작은 크기로 설치되는 서브 열전 모듈; 및
    상기 서브 열전 모듈의 발전 전력을 표시하는 표시부;
    를 포함하고,
    상기 냉각부는,
    상기 열전 모듈의 타측에 접촉되게 설치되는 열발산부; 및
    상기 열발산부를 냉각하는 냉각 자켓을 포함하고,
    상기 냉각 자켓의 내부에는 냉각수가 충진되어 있고,
    상기 표시부에는 상기 서브 열전 모듈의 발전 전력이 비정상으로 확인되면 인버터의 이상 발생 상태를 사용자에게 알리는 알림부를 더 포함하는, 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전달부재는, 서멀 그리스(thermal grease), 열전도성 페이스트, 카본 시트 또는 열전도성 패드, 그래파이트(graphite) 또는 상변화물질(Phase change meterial, PCM) 중의 적어도 하나 이상으로 선택되어 형성되는, 열전 소자를 적용한 차량 파워 모듈.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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