KR102428044B1 - 전기차 충전용 케이블 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기차의 충전시 전기차 충전용 케이블 및 커넥터에서 발생되는 열을 냉각 유체를 사용하여 효율적으로 냉각시키고, 열에 의한 내부 구성의 손상을 방지하며, 안전사고를 방지하고 사용자의 불쾌감을 최소화하며, 전기차 충전용 케이블의 직경을 최소화할 수 있는 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 관한 것이다.

Description

전기차 충전용 케이블 어셈블리{CHARGING CABLE ASSEMBLY FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 냉각 기능을 구비한 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기차의 충전시 전기차 충전용 케이블 및 커넥터에서 발생되는 열을 냉각 유체를 사용하여 효율적으로 냉각시키고, 열에 의한 내부 구성의 손상을 방지하며, 안전사고를 방지하고 사용자의 불쾌감을 최소화하며, 전기차 충전용 케이블의 직경을 최소화할 수 있는 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 관한 것이다.

전기차의 보급과 함께 전기차 충전기의 설치가 확대되고 있다. 그리고 단시간 내의 충전이 가능하도록 급속 충전이 가능한 급속 충전기가 보급되고 있다. 완속 충전과 달리 급속 충전을 위한 급속 충전기의 출력 전압은 직류 50V 내지 450V 범위이고, 출력 전류는 110A, 최근 초고속 충전의 출력 전류는 400A에 달하며, 상기 급속 충전기를 통해 전기차를 충전하는데 소요되는 시간은 수십분 정도에 불과하다. 전기차의 배터리 용량에 따라 급속 충전기의 출력 전류도 증가될 것으로 예상된다.

이러한 급속 충전기는 본체에 전기차 충전용 케이블이 연결되고, 충전용 케이블 단부에 충전기 커넥터가 장착되며, 충전기의 커넥터를 전기차에 구비된 전기차 커넥터에 장착하여 전기차 충전기로부터 전기차로 전기를 공급하게 된다.

이와 같은 급속 충전기는 출력 전류가 수백 암페어에 이르므로 이를 전기차로 전달하는 전기차 충전용 케이블 또는 전기차 커넥터의 발열이 문제될 수 있다. 전기차 충전용 케이블 및 커넥터에서 발생되는 열을 최소화하기 위해서는 전기차 케이블의 도체의 직경을 증가시키는 등의 방법이 있으나, 발열을 충분히 감소시키기 어렵고, 전기차 충전용 케이블의 무게를 증가시키는 문제가 있다.

전기차 충전용 케이블에 발생되는 열은 화재의 위험을 증가시킬 수 있다. 또한, 전기차 충전을 위하여 충전기 커넥터를 전기차 커넥터에 장착하거나 전기차 커넥터로부터 충전기 커넥터를 분리하여 충전기에 거치하는 과정에서 충전용 케이블은 사용자의 신체 접촉될 수 있고, 충전용 케이블의 발열이 심한 경우 사용자의 부상, 불쾌감 또는 불안감을 유발할 수 있으므로 바람직하지 않다.

그리고, 전기차 충전용 케이블을 구성하는 전력유닛과 전기차 커넥터의 단자는 전기차 커넥터에서 접속되며 도체와 단자의 접속으로 인해 발열이 크고, 전기차 커넥터는 사용자의 손 등의 신체와 접촉되는 부분이므로 냉각 성능이 요구된다.

종래 소개된 전기차 커넥터는 전기차 커넥터를 통한 냉각 유체의 회수 구조는 소개된 바가 있으나, 냉각 유체가 회수되는 과정에서 전기차 커넥터를 구성하는 커넥터 단자를 충분하게 냉각하는 냉각 구조가 소개된 바가 없다.

본 발명은 전기차의 충전시 전기차 충전용 케이블 및 커넥터에서 발생되는 열을 냉각 유체를 사용하여 효율적으로 냉각시키고, 열에 의한 내부 구성의 손상을 방지하며, 안전사고를 방지하고 사용자의 불쾌감을 최소화하며, 전기차 충전용 케이블의 직경을 최소화할 수 있는 전기차 충전용 케이블 어셈블리를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전기차 커넥터와 전기차 충전기를 연결하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 있어서, 도체; 상기 도체를 감싸는 절연층; 및 상기 절연층 외측을 감싸는 냉각튜브를 구비하는 한 쌍의 전력유닛; 한 쌍의 상기 전력유닛의 냉각튜브를 통해 공급된 냉각유체가 회수되는 회수유닛; 상기 전력유닛의 도체와 각각 접속되며, 상기 전기차 커넥터를 구성하는 한 쌍의 커넥터 단자; 및 상기 커넥터 단자가 장착되고, 상기 전력유닛 및 상기 회수유닛이 연결되며, 상기 전력유닛의 냉각유로를 통해 냉각 유체가 유입되어 상기 회수유닛으로 회수되는 과정에서 상기 커넥터 단자를 냉각하기 위한 챔버 공간을 구비한 챔버 하우징;을 포함하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리를 제공할 수 있다.

또한, 상기 챔버 하우징은 상기 커넥터 단자가 관통 장착되는 한 쌍의 단자 장착부, 한 쌍의 상기 전력유닛을 경유한 냉각 유체가 유입되는 유입구 및 상기 유입구로 유입된 냉각 유체가 상기 챔버 공간을 경유하여 배출되는 배출구가 구비될 수 있다.

그리고, 한 쌍의 상기 단자 장착부는 상기 챔버 하우징의 내부 챔버 공간에서 상기 챔버 공간의 전방과 후방을 연결하며 가로지르는 한 쌍의 이격된 파이프 형태로 배치되어 그 사이에 이격부가 형성되고, 상기 챔버 하우징의 내부 챔버 공간 내측면과 한 쌍의 상기 단자 장착부는 각각 이격되어 냉각 유체가 우회하기 위한 한 쌍의 우회부가 형성되고,

상기 유입구와 상기 배출구는 상기 이격부를 사이에 두고 챔버 하우징의 후방에 구비될 수 있다.

여기서, 상기 유입구로 유입된 냉각 유체는 상기 이격부 및 상기 우회부로 분산되어 유동하며, 상기 챔버 공간 내에서 노출된 상기 단자 장착부의 외주면을 감싸 냉각한 후 상기 배출구로 배출될 수 있다.

이 경우, 상기 유입구는 상기 챔버 하우징 상부에 구비되고, 상기 배출구는 상기 챔버 하우징 하부에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 유입구에서 유입된 냉각 유체는 상기 이격부 및 상기 단자 장착부 둘레를 경유하여 상기 배출구로 배출될 수 있다.

또한, 한 쌍의 상기 단자 장착부는 상기 챔버 하우징 내부의 챔버 공간을 각각 가로지르는 파이프 형태로 구성되고, 상기 챔버 하우징 내부 공간으로 노출되는 한 쌍의 상기 단자 장착부 중 적어도 하나의 외주면에 돌출 형성된 블레이드가 적어도 하나 구비될 수 있다.

그리고, 상기 유입구의 면적은 상기 배출구의 면적의 1배 내지 4배의 크기일 수 있다.

여기서, 상기 유입구의 내경이 상기 이격부의 폭보다 클 수 있다.

이 경우, 상기 챔버 하우징의 전력유닛 및 회수유닛 연결방향과 수직한 방향 단면 형상은 모서리가 라운드진 형태로 구성될 수 있다.

그리고, 한 쌍의 전력유닛의 각각의 냉각튜브와 연결되는 분지된 구조의 수집관 및 상기 수집관과 상기 챔버 하우징의 유입구를 연결하는 연결관을 더 포함할 수 있다.

또한, 각각의 전력유닛의 냉각튜브를 유동하는 냉각 유체가 상기 수집관으로 연결되도록 하는 마감관을 더 포함하고, 상기 수집관은 각각의 전력유닛 단부에 장착된 상기 마감관에 연결될 수 있다.

또한, 상기 챔버 하우징의 배출구는 상기 회수유닛과 직결될 수 있다.

그리고, 상기 전력유닛의 절연층은 상기 도체가 냉각 유체에 노출되지 않도록 상기 도체를 빈틈없이 감쌀 수 있다.

여기서, 각각의 전력유닛의 절연층으로 피복된 도체는 상기 마감관을 관통하여 상기 커넥터 단자의 후방에 접속될 수 있다.

이 경우, 상기 챔버 하우징의 유입구는 상기 챔버 하우징에 대각선 방향으로 구비되고, 상기 연결관은 상기 유입구 각도에 대응하여 절곡된 형상으로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 전력유닛은 상기 절연층과 냉각튜브의 접촉을 방지하며, 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로를 형성하기 위한 스페이서를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 전력유닛의 스페이서는 와이어 형태로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 스페이서는 전력유닛의 절연층과 냉각튜브 사이에 나선형으로 횡권되어 배치될 수 있다.

여기서, 상기 스페이서는 상기 도체의 절연층 외면 또는 냉각튜브 내면에 일체로 형성되는 적어도 하나의 돌기일 수 있다.

이 경우, 상기 전력유닛과 함께 적어도 하나의 접지유닛 및 적어도 하나의 통신유닛;을 더 포함될 수 있다.

그리고, 상기 냉각튜브 및 상기 스페이서 중 적어도 하나는 테프론 계열 또는 우레탄 재질로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 전기차의 급속 충전시 전기차 충전용 케이블 및 커넥터에서 발생되는 열을 냉각 유체를 사용하여 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 전력유닛을 구성하는 절연층이 구비된 도체를 냉각 유체가 흐르는 냉각튜브 내부에 그 내면과 비접촉 상태로 배치하여 발열하는 전력유닛의 냉각성능을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 전력유닛을 구성하는 절연층이 구비된 도체를 냉각튜브의 내면과 비접촉 상태로 배치하여, 도체를 감싸는 절연층의 모든 면을 냉각시킬 수 있으므로, 영역별 냉각 편차에 의하여 도체를 감싸는 절연층의 국소 부위의 멜팅을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 전력유닛을 구성하는 절연층이 구비된 도체는 냉각튜브에 수용되어 충전기로부터 냉각유체가 공급되며, 냉각에 사용된 냉각유체를 충전기로 회수하여 절연층이 구비된 도체를 균일하게 냉각할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 챔버 하우징 내에서 냉각 유체가 커넥터 단자가 장착되는 단자 장착부 둘레를 냉각 유체가 유동하도록 하여 커넥터 단자의 발열을 빠르게 냉각하여 전기차 충전용 커넥터의 냉각 성능도 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 챔버 하우징으로 냉각 유체가 유입되는 유입구 및 냉각 유체가 회수되는 배출구의 유로 면적을 최적화하여 챔버 하우징 내에서의 난류 발생을 유도하여 커넥터 단자의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 전력유닛을 포함하는 케이블 이외의 커넥터 구성들의 냉각을 가능하게 하여, 커넥터 또는 케이블 과열로 인한 화재 등을 방지하고, 전기차 충전기 사용자들의 신체에 커넥터 또는 케이블이 접촉되는 경우에도 발열에 따른 불안감 또는 불쾌감 등을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 전력유닛과 별도로만 냉각관을 구비하는 기술보다 전기차 충전용 케이블의 전체 직경을 컴팩트하게 할 수 있다.

도 1은 전기차와 전기차 충전기를 도시한다.
도 2는 전기차 및 전기차 충전기의 커넥터를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블의 단면도를 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블을 구성하는 전력 유닛의 내부 구조와 투시도를 도시한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블을 구성하는 전력 유닛 및 냉각유체 회수유닛과 커넥터 연결구조를 도시한다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리를 구성하는 커넥터 단자 및 상기 커넥터 단자가 장착되는 챔버 하우징의 조립 상태와 분해 상태의 사시도를 도시한다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리를 구성하는 챔버 하우징의 정면도와 측면도를 도시한다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리를 구성하는 챔버 하우징의 실시예들의 단면도를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

또한, 이하의 설명에서 전기차(ev, electric car)란 차량에 구비된 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 전기 모터를 구동하고, 모터의 구동력을 차량의 동력으로 사용하는 차량을 의미하며, 구체적으로는 플러그인 방식의 전기차(PEV, Plug-in Electric Vehicle)를 의미한다.

그러나, 위 전기차(ev)는 통상적인 도로용 승용 자동차로 제한 해석되어서는 안되며, 도로용 승용 자동차 이외에도 카트, 작업용 차량 또는 이륜차 등을 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

도 1은 전기차(ev)와 전기차 충전기(300)를 도시한다.

전기차 충전기(300)는 전기차로 전력 공급을 위하여 전기차 충전용 커넥터(200)와 전기차 충전용 케이블(100)로 연결되며, 전기차 충전용 케이블(100)의 단부에는 전기차 충전용 커넥터(200)가 구비된다.

전기차 충전용 커넥터(200)는 전기차(ev)에 구비된 전기차 커넥터(400)에 장착되어 전력을 공급할 수 있고, 급속 충전기의 경우 짧은 시간에 전기차의 충전을 완료할 수 있다.

전기차 충전기(300)와 전기차(ev)를 전기적으로 연결하는 전기차 충전용 케이블(100)은 큰 전류용량으로 인하여 열이 발생될 수 있고, 화재의 위험 또는 사용자 불안감 등의 해소를 위하여 본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)은 냉각유체를 사용하여 전기차 충전용 케이블(100)을 냉각시키는 방법을 사용한다.

도 2는 전기차에 구비되는 전기차 커넥터(400)와 전기차 충전용 케이블(100)이 연결된 전기차 충전용 커넥터(200)를 도시한다. 도 2에 도시된 전기차 충전용 커넥터는 단일화 표준 중 하나인 미국·유럽형 '콤보' 방식의 커넥터로서 하나의 커넥터로 교류 방식의 완속 충전 또는 직류 방식의 급속 충전이 모두 가능한 형태의 커넥터로서 본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)의 적용이 가능하다.

그러나, 본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)은 도 2에 도시된 미국·유럽형 '콤보' 방식 이외에도 일본 '차데모(CHAdeMO)' 방식, 또는 르노 '교류 3상' 방식 또는 기타 방식의 전기차 충전용 커넥터에도 적용이 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)의 단부에는 전기차 충전용 커넥터(200)가 정착되고, 상기 전기차 충전용 커넥터(200)는 전기차(ev)에 구비되는 전기차 커넥터(400)에 착탈 가능하게 장착될 수 있는 구조를 갖는다.

'콤보' 방식의 전기차 충전용 커넥터는 교류 또는 직류 방식의 커넥터가 일체화되어 각각의 커넥터에는 교류 충전부(210, 410)와 직류 충전부(230, 430)가 각각 구비된다.

이와 같은 전기차 충전용 커넥터에 연결된 전기차 충전용 케이블(100)은 급속 충전시 큰 전류량에 의하여 발열이 문제될 수 있으므로, 본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)은 냉각유체를 사용하여 발열 문제를 해결하였다.

냉각유체를 사용하여 전기차 충전용 케이블(100)을 냉각하는 구조는 이미 소개된 바가 있으나, 별도의 냉각유체 유로가 전기차 충전용 케이블(100) 내에 구비되어야 하므로, 냉각 효율이 떨어지고 전기차 충전용 케이블(100)의 직경이 커지는 문제가 있었다.

본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)은 전기차 충전용 케이블(100)을 구성하는 각각의 전력유닛 내부에 유체관을 구비하는 냉각부를 배치하여, 냉각부 외주면 전체로 흡열되도록 하여 냉각 효율을 향상시키고, 전기차 충전용 케이블(100) 직경을 최소화하면서도 안정적인 냉각 성능을 확보하였다. 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)의 단면도를 도시한다.

본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)은 적어도 하나의 접지유닛(30); 적어도 하나의 통신유닛(50); 절연층(13)이 구비된 도체(11), 상기 절연층이 구비된 도체(11)가 수용되는 냉각튜브(17) 및 상기 도체(11)와 상기 냉각튜브 내면 사이에 구비되는 스페이서(19)를 포함하는 전력유닛(10); 회수튜브(27)를 포함하여 구성된 회수유닛(20); 및, 상기 접지유닛, 상기 통신유닛, 상기 전력유닛 및 상기 회수유닛;을 감싸는 외부자켓;을 포함하여 구성될 수 있다.

각각의 통신유닛(50)과 접지유닛(30)은 각각 피복층으로 피복될 수 있으며, 필요에 따라 케이블 원형 유지를 위한 개재(40) 등이 구비될 수 있으며, 필요에 따라 인장력 보강을 위한 중심 인장선이 구비될 수도 있다.

종래 접지유닛(30) 등이 하나의 큰 유닛으로 구성되는 전기차 충전용 케이블이 소개된 바가 있으나, 본 발명은 냉각유체 회수를 위한 회수유닛(20)이 별도로 구비되므로 케이블의 직경 증가를 최소화하기 위하여 접지유닛(30)을 복수 개로 분할하고 복수 개의 접지유닛(30)을 다른 유닛 사이의 공극에 배치하여 케이블 직경을 최소화할 수 있다.

충전시 충전과 관련된 센서 데이터 또는 제어 데이터를 충전기와 전기차 사이에서 전송하기 위한 통신유닛(50) 역시 접지유닛(30)과 마찬가지 이유로 복수 개로 분할 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)은 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)의 냉각튜브(17)를 통해 공급되어 도체와 커넥터 등의 냉각에 사용된 냉각유체를 다시 전기차 충전기로 회수하기 위한 회수유로(25)가 내부에 구비된 회수튜브(27)를 포함하여 구성된 회수유닛(20)을 구비할 수 있다.

상기 회수유닛(20)은 충전기에서 커넥터로 공급되며 냉각에 사용된 냉각 유체를 회수함과 동시에 보조적으로 전기차 충전용 케이블을 구성하는 외부자켓 내부 공간을 냉각하기 위하여 구비될 수 있다.

상기 전력유닛(10)은 자체적인 냉각튜브를 구비하여 자체적인 냉각이 수행되지만, 외부자켓(70)의 내부의 온도가 상승하는 경우, 예를 들면 외부 온도가 높은 하절기 등에는 전기차 충전용 케이블 자체의 온도가 상승할 수 있고, 상기 회수유닛(20)은 냉각 유체를 회수하는 과정에서 보조적으로 전체 케이블의 온도를 낮추는 역할도 수행할 수 있다.

상기 회수유닛(20)은 1개가 구비될 수 있고, 1개의 회수유닛(20)으로 2개의 전력유닛을 통해 공급되는 냉각 유체를 회수해야 하므로, 하나의 전력유닛의 냉각유로(15)의 단면적보다 큰 회수유로(25)가 구비된 회수튜브(27)을 구비할 수 있다.

상기 전력유닛(10)을 구성하는 냉각튜브(17)와 스페이서(19) 및 상기 회수유닛(20)을 구성하는 회수튜브(27)는 냉각유체 유동이 가능하며, 내열성과 내유성이 우수한 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 재질로는 일반 수지, 폴리 에틸렌, 우레탄, 불화 폴리 에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 또는 일반 수지나 폴리 에틸렌 재질로 구성된 뒤 표면이 내열성이 우수한 불화 폴리 에틸렌 등의 재질로 코팅될 수도 있다.

폴리우레탄은 인장강도와 인열강도가 매우 우수하고 PVC 재질보다 친환경적이라는 특징을 갖는다. 또한, 불화 폴리 에틸렌 재질은 예를 들면 테프론 계열일 수 있다. 테프론은 내열 온도가 -60℃ ~ +260℃ 수준으로 내열성이 우수하다. 따라서, 이와 같은 테프론 계열을 적용하여 사용자의 불쾌감 또는 불안감을 유발하는 외부 열전달을 최소화할 수 있고, 외피 피복 공정 등에서 내부 열전달 역시 최소화하여 내부 구성의 멜팅 등을 방지하여 절연성능을 보장할 수 있다.

그리고, 본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)은 상기 접지유닛(30), 상기 통신유닛(50), 상기 전력유닛(10) 및 상기 회수유닛(20);을 감싸는 외부자켓(70)을 포함할 수 있으며, 케이블 내부의 열이 외부로 전달되는 것을 차단하기 위하여 추가적인 단열층(60)을 구비할 수도 있다.

상기 단열층(60)은 상기 냉각튜브 등과 마찬가지로 내열성이 우수한 테프론 계열의 재질로 구성되거나, 열전도성이 낮고 유연성이 좋은 섬유편조체 등이 적용되어도 무방하다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블을 구성하는 전력 유닛의 내부 구조와 투시도를 도시한다.

전기차 충전용 케이블에서 발열이 문제되는 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)은 각각 그 내부를 순환하도록 공급되는 냉각 유체에 의하여 냉각될 수 있다.

구체적으로, 상기 전력유닛(10)은 절연층(13)이 구비된 도체(11), 상기 도체(11)가 수용되며 냉각 유체가 미리 결정된 방향으로 유동하는 냉각튜브(17) 및 상기 도체(11)가 상기 냉각튜브(17) 내부에 수용된 상태에서 상기 도체(11)의 절연층(13)과 상기 냉각튜브(17)의 내면의 접촉을 방지하기 위하여 상기 도체(11)와 상기 냉각튜브(17) 내면 사이에 구비되는 스페이서(19)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전력유닛의 절연층(13)은 냉각 유체의 절연성과 무관하게 상기 도체(11)가 냉각 유체에 노출되지 않도록 상기 도체(11)를 빈틈없이 감싸도록 구성될 수 있다.

상기 전력유닛(10)의 도체(11)는 각각 절연층(13)이 구비된 상태로 상기 냉각튜브(17) 내에 수용될 수 있다. 상기 냉각튜브(17)에 수용된 절연층(13)이 구비된 도체는 그 외부에 냉각 유로(15)가 구비되어 전력 공급시 발생될 수 있는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 상기 도체(11)는 전기전도도가 높아 발열이 적은 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있고, 상기 도체(11)를 감싸는 절연층은 높은 전압을 적용할 수 있는 XLPE 재질로 구성될 수 있다.

상기 전력유닛(10)의 도체를 통해 공급되는 전류는 최대 400A에 이를 수 있다.

XLPE(Crosslinked Polyethylene)는 폴리에틸렌을 가교반응을 통해 그 화학구조를 변형시켜 구성한 절연재이다.

상기 냉각튜브(17)로 공급될 수 있는 냉각 유체는 순수한 물 이외에도 에틸렌 글리콜, 인산염, 규산염, 붕산염 등의 무기계 첨가제, 동결 방지제, 부식 방지제, 고온 안정성 향상제, 거품 방지제 또는 알칼리성 첨가물 중 적어도 하나 이상이 첨가된 형태의 냉각액일 수 있으며, 전기차 충전기 설치 환경에 따라 다양한 액체가 선정되어 사용될 수 있다. 또한, 냉각유체는 물 이외의 오일을 베이스로 하여 구성될 수 있으며 그에 따른 다양한 첨가물이 첨가될 수 있다.

본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)은 전기차 충전기(300)와 충전기 커넥터(200)를 연결하며, 전기차 충전기에서 전력유닛으로 공급되어 전력유닛 및 커넥터의 냉각에 사용된 냉각 유체는 도 3에 도시된 회수유닛(20)을 통해 전기차 충전기(300, 도 1 참조)로 다시 회수되어 냉각 후 재공급되는 방법이 사용될 수 있다.

따라서, 상기 냉각 유체를 재냉각하기 위한 냉각장치와 냉각 유체를 유동시키는 펌핑장치는 전기차 충전기(300, 도 1 참조)에 구비될 수도 있고, 상기 전기차 충전기(300) 외부에 구비될 수도 있으며, 회수유닛(20)의 회수튜브를 통해 회수된 냉각 유체는 냉각장치에서 냉각되고, 펌핑장치에서 펌핑되어 전력유닛(10)을 구성하는 냉각튜브(17) 내부로 공급될 수 있다.

정리하면, 충전기 커넥터(200)와 전기차 충전기(300)를 연결하는 전기차 충전용 케이블(100)을 구성하는 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)은 각각 냉각튜브(17)를 통해 냉각된 냉각 유체가 공급되고, 회수유닛(20)으로는 냉각에 사용된 냉각 유체가 회수될 수 있다. 그 구체적인 회수 구조는 후술한다.

상기 전력유닛(10)을 구성하는 도체를 균일하게 냉각하기 위해서는 도체의 절연층(13) 외면을 따라 냉각 유체가 흐를 수 있는 구조를 가져야 한다. 즉, 도체의 절연층(13)과 냉각튜브(17)의 내면이 접촉되는 경우에는 냉각 성능이 저하될 수 있으므로, 본 발명의 전력유닛은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각유로(15)가 도체의 절연층(13) 외부를 따라 균일하게 형성되고 도체의 절연층(13)과 냉각튜브(17)의 내면 사이의 접촉을 방지하기 위하여 스페이서(19)가 구비될 수 있다.

상기 스페이서(19)는 와이어 형태, 예를 들면 와이어 또는 파이프 형태로 구성될 수도 있고, 상기 도체의 절연층(13)의 외면 또는 상기 냉각튜브(17)의 내면에 구비된 돌기 형태로 구성될 수도 있다. 상기 스페이서가 와이어 형태로 구성되는 경우, 상기 스페이서는 환형 와이어 형태로 구성될 수 있으나, 와이어 또는 파이프 단면 형상은 환형 또는 원형으로 제한되지 않는다.

상기 스페이서(19)를 구비하여 상기 도체의 절연층(13)의 외면과 상기 냉각튜브(17) 내면의 면접촉이 방지될 수 있으며, 냉각유체의 유동시 난류가 형성되어 냉각효과가 극대화될 수 있다.

이와 같은 구조에 의하여, 충전용 케이블 내부에 별도의 냉각 배관을 구비하는 기술과 비교하여 볼 때, 본 발명은 도체의 절연층의 모든 면을 냉각시킬 수 있으므로 절연층 표면의 영역별 냉각 편차의 발생을 최소화할 수 있고, 냉각 유로 내부에 절연도체를 배치하여 냉각 유체를 사용하여 냉각 기능을 제공하면서도 전기차 충전용 케이블의 두께를 최소화할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서, 상기 전력유닛(10)의 스페이서(19)는 환형 와이어 형태로 구성되고, 상기 도체의 외주면을 따라 나선형으로 횡권되는 것으로 도시되었으나, 도체와 냉각튜브의 접촉을 방지할 수 있는 구조라면, 이에 국한되지 않는다. 즉, 상기 스페이서는 상기 도체의 절연층 외면 또는 상기 냉각 튜브의 내면에 돌출 형성된 복수 개의 돌기 형태로 구성될 수도 있다.

또한, 상기 스페이서는 냉각튜브 또는 절연층 중 적어도 하나에 일체로 형성된 나선형 돌기 형태로 구성될 수도 있고, 일체형 돌기는 냉각튜브 또는 절연층의 압출 과정에서 일체로 형성되도록 구성할 수도 있다.

이와 같은 스페이서(19)에 의해 절연층이 구비된 도체와 냉각튜브의 접촉을 방지함과 동시에 냉각 유체의 흐름이 난류(turbulence flow)를 형성하여 유로 상에서 냉각 유체의 온도 편차를 최소화하여 냉각 유체를 더욱 효율적으로 사용할 수 있으므로, 발열 도체로부터 열을 신속하게 최대한 흡수하여 냉각성능을 더욱 강화할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로가 구비되는 냉각튜브 내부에 냉각튜브의 내면과 비접촉 상태로 절연된 도체를 배치하여 발열하는 도체의 냉각성능을 극대화할 수 있다.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블을 구성하는 전력 유닛 및 냉각유체 회수유닛과 커넥터 연결구조를 도시한다.

본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리는 도체(11); 상기 도체(11)를 감싸는 절연층(13); 상기 절연층(13)을 감싸고 있는 냉각튜브(17); 및 상기 절연층(13)과 냉각튜브(17)의 접촉을 방지하며, 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로를 형성하기 위한 스페이서(19)를 구비하는 한 쌍의 전력유닛(10); 한 쌍의 상기 전력유닛의 냉각튜브를 통해 공급된 냉각유체가 회수되는 하나의 회수유닛(20); 상기 전력유닛(10)의 도체(10)와 각각 접속되며, 상기 전기차 커넥터를 구성하는 한 쌍의 커넥터 단자(231); 및 상기 커넥터 단자(231)가 장착되고, 상기 전력유닛(10) 및 상기 회수유닛(20)이 연결되며, 상기 전력유닛(10)을 경유한 냉각 유체가 수집되어 상기 회수유닛으로 회수되는 과정에서 상기 커넥터 단자(231)를 냉각하기 위한 챔버 공간(227d, 도 13 및 도 14 참조)을 구비한 챔버 하우징(227)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 전기차 충전용 케이블(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일단에 충전기 커넥터(200)가 연결되고 타단에 전기차 충전기(300)가 연결되어 전력 공급과 제어신호의 전송이 가능하게 된다.

각각의 전력유닛의 도체(11)는 커넥터의 단자(231)와 접속되어 접속부를 구성하게 된다. 전기차 충전용 커넥터는 그 규격이 다양하므로, 도 6 내지 도 8에서는 전력유닛(10)과 회수유닛(20) 커넥터의 단자(231)의 연결관계에 대하여 개괄적으로 설명한다.

한 쌍의 상기 전력유닛(10a, 10b)의 냉각튜브(17)를 통해 공급된 냉각유체는 유동 과정에서 전력유닛의 도체를 냉각시키고, 전기차 충전용 케이블(100) 단부에 연결된 전기차 커넥터에서 수집되어 상기 회수유닛(20)을 통해 상기 전기차 충전기(300)로 회수될 수 있다.

전기차 충전용 케이블 또는 그 어셈블리는 전력유닛(10)의 도체(11)의 발열 이외에도 커넥터에 구비되어 도체와 각각 접속된 한 쌍의 커넥터 단자(231)의 발열도 냉각시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 케이블의 도체와 커넥터의 단자의 접속부와 커넥터의 단자 역시 발열이 심한 부분이기 때문이다.

따라서, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블을 구성하는 한 쌍의 상기 전력유닛의 냉각튜브(17)를 통해 공급된 냉각유체는 상기 전기차 커넥터 내부에서 수집되어 전기차 커넥터의 단자를 냉각한 후 상기 회수유닛(20)을 구성하는 회수튜브(27)로 회수되도록 구성될 수 있다.

따라서, 각각의 전력유닛(10)의 냉각튜브(17) 내부의 냉각유로와 커넥터를 구성하는 챔버 하우징 내부가 연통되도록 마감하는 마감관(221)이 각각 구비될 수 있고, 한 쌍의 마감관(221) 내부의 냉각 유체를 하나로 수집하기 위하여 분지된 구조의 수집관(223), 상기 수집관(223)에서 수집된 냉각 유체를 챔버 하우징(227) 방향으로 전달하기 위한 연결관(225)을 구비할 수 있다.

도 6 내지 도 8에 도시된 실시예에서, 상기 마감관(221), 수집관(223) 및 연결관(225)은 각각 분리된 구조의 개별관 형태로 구성되는 것으로 도시되나 적어도 일부는 일체로 구성될 수도 있다.

상기 연결관(225)은 상기 챔버 하우징(227)과 상기 수집관(223)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다.

따라서, 한 쌍의 냉각튜브(17)를 통해 공급되어 도체의 냉각을 수행한 냉각 유체는 순차적으로 마감관(221), 수집관(223) 및 연결관(225)을 경유하여 상기 챔버 하우징(227)으로 공급되어 챔버 하우징(227)을 관통하여 설치되는 커넥터의 단자(231)를 냉각한 후 상기 챔버 하우징(227)에 연결되는 회수유닛(20)을 통해 회수될 수 있으므로, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블은 케이블의 도체 외에도 커넥터 단자까지 냉각하는 효과를 제공할 수 있다.

전력유닛을 통해 공급되는 상기 냉각유체의 유량과 온도 등을 조절하는 경우, 상기 챔버 하우징(227)으로 유입된 냉각유체는 전력유닛의 도체 이외에 커넥터의 단자까지 충분히 냉각할 수 있다.

그리고, 계절 또는 충전기 사용 빈도 등에 전기차 충전용 케이블(100)의 냉각 부하의 편차가 존재할 수 있으므로, 회수되는 냉각유체의 온도에 따라 공급되는 냉각 유체의 온도 및 유량을 조절하는 방법으로 냉각 부하에 따라 최적의 냉각 효과를 얻을 수 있다.

상기 커넥터의 단자(231)의 전단은 전기차 커넥터에 접속되는 구성이며, 후단은 전력유닛의 도체가 삽입되어 접속될 수 있다.

즉, 상기 마감관(221)은 전력유닛이 전방으로 관통되도록 하여 커넥터 단자와 접속되도록 하고, 전력유닛의 냉각튜브를 유동한 유체는 수집관, 연결관을 통해 챔버 하우징으로 유동하도록 유로를 형성할 수 있다.

상기 마감관(221)은 T자형 파이프로 구성될 수 있으며, 전력유닛은 마감관을 직선으로 관통하여 커넥터 단자 방향으로 관통하고 전력유닛의 냉각튜브를 통해 유동하는 냉각 유체는 유로가 90도 변경되어 수집관(223)으로 유동하도록 유로가 변경될 수 있다.

따라서, 상기 마감관(221)을 통과하는 전력유닛(10) 내부에 도체를 감싸는 절연층 외주면과 냉각튜브(17) 내주면을 실링하기 위한 실링부재(미도시) 등이 구비될 수 있다. 상기 마감관(221)은 상기 전력유닛(10)의 냉각튜브(17)에 형성된 개구부(17h, 도 8 참조)를 통해 냉각유체가 유로가 변경되며 수집관(223)으로 공급될 수 있도록 마감관(221)의 장착 위치를 고려하여 개구부(17h) 위치가 결정될 수 있다.

이와 같은 구조에 의하여 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 냉각유체는 도체의 길이방향으로는 상기 냉각튜브의 개구부(17h)까지 유동한 후 마감관(221), 수집관(223) 및 연결관(225)을 통해 챔버 하우징(227)으로 유동하고, 챔버 하우징(227) 내로 유입된 냉각 유체는 후술하는 커넥터 단자가 장착된 단자 장착부를 냉각하고 회수유닛(20)을 통해 회수될 수 있다.

상기 전력유닛은 냉각유체를 제외한 냉각튜브 및 냉각튜브 내에 수용된 절연층이 구비된 도체는 상기 마감관(221)을 관통하여 커넥터 단자의 제2 단자부와 접속될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 커넥터 단자(231)의 후방의 제2 단자부는 전력유닛의 냉각유체가 유동하던 냉각튜브(17)와 도체를 감싸는 절연층 사이 공간으로 삽입되어 장착되고, 도체는 절연층이 탈피된 상태로 중공형 제2 단자부 후방에서 제2 단자부 내측으로 삽입되어 도체와 커넥터 단자의 접속이 완료될 수 있으며, 내측에 제2 단자부가 삽입된 냉각튜브의 외주면을 클램핑 고정하기 위한 클램프 부재(233) 등이 더 구비될 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 커넥터 연결 구조에 의하여, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 의하면, 냉각유체가 전력유닛과 커넥터의 연결부위에서 즉시 회수되는 것이 아니라 우회 유로를 형성하여 커넥터의 단자까지 냉각시켜 케이블의 도체와 커넥터의 단자까지 냉각하는 효과를 얻을 수 있으므로 장비의 신뢰성과 안전성을 향상시킬 수 있다. 이하 전기차 충전용 커넥터를 구성하는 챔버 하우징과 커넥터 단자의 구조에 대하여 설명한다.

도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리를 구성하는 커넥터 단자(231) 및 상기 커넥터 단자(231)가 장착되는 챔버 하우징(227)의 조립 상태와 분해 상태의 사시도를 도시한다.

본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리는 상기 전력유닛의 도체와 각각 접속되며, 상기 전기차 커넥터를 구성하는 한 쌍의 커넥터 단자(231); 및 상기 커넥터 단자(231)가 장착되고, 상기 전력유닛 및 상기 회수유닛이 연결되며, 상기 전력유닛을 경유한 냉각 유체가 수집되어 상기 회수유닛으로 회수되는 과정에서 상기 커넥터 단자(231), 구체적으로는 커넥터 단자가 장착되는 단자 장착부(227a)를 냉각하기 위하여 냉각 유체가 유동하며 냉각 기능을 수행하는 냉각 공간으로서의 챔버 공간(227d, 도 13 및 도 14 참조)을 구비한 챔버 하우징(227);을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리는 전기차 충전기에서 공급된 냉각 유체를 이용하여 전력유닛을 구성하는 도체를 냉각함과 동시에 전기차 충전기의 커넥터를 통해 냉각 유체를 수집 후 전기차 충전기로 회수하는 과정에서 전기차 커넥터를 구성하는 커넥터 단자(231) 또는 커넥터 단자가 장착되는 단자 장착부(227a)를 냉각하도록 구성될 수 있다.

상기 커넥터 단자(231)는 전방으로 전기차의 충전단자가 접속되고 후방으로 전력유닛의 도체가 장착될 수 있다.

상기 커넥터 단자(231)는 암형 단자로 구성될 수 있고, 전기차 충전단자와 접속되는 영역의 제1 단자부(231a)와 전력유닛의 도체가 장착되는 제2 단자부(231b)로 분할 구성될 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1 단자부(231a)와 제2 단자부(231b)는 조립 가능하도록 분할 구성될 수 있다.

상기 제1 단자부(231a)와 제2 단자부(231b)는 파이프 형태의 암형 단자로 구성되되 상기 제2 단자부(231b)가 제1 단자부(231a) 후방에 삽입되도록 외경이 결정될 수 있다.

이 경우, 상기 제2 단자부(231b)의 외주면에 삽입 깊이를 제한하기 위한 걸림턱(231bs)이 구비될 수 있다.

따라서, 상기 제1 단자부(231a)와 제2 단자부(231b)가 조립된 상태에서의 상기 커넥터 단자(231)는 후방에서 직경이 축소되는 단차 구조로 구성될 수 있다.

이와 같은 구조의 커넥터 단자(231)는 챔버 하우징(227)에 구비된 단자 장착부(227a)에 장착될 수 있다.

도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리를 구성하는 챔버 하우징(227)의 정면도와 측면도를 도시한다.

상기 챔버 하우징(227)은 상기 커넥터 단자(231)가 관통 장착되는 한 쌍의 단자 장착부(227a), 한 쌍의 상기 전력유닛을 경유한 냉각 유체가 유입되는 유입구(227b) 및 상기 유입구(227b)로 유입된 냉각 유체가 상기 챔버 공간을 경유하여 배출되는 배출구(227c)가 구비되며, 챔버 하우징 내부는 밀봉된 구조를 가질 수 있다.

한 쌍의 상기 단자 장착부(227a)는 상기 챔버 하우징(227)을 이격된 상태로 관통하며 형성되며, 전술한 바와 같이, 커넥터 단자(231)의 단차구조에 대응하여 단자 장착부(227a) 내부 공간에 제1 단자부(231a)가 걸림 고정되는 걸림단차(227as)가 구비될 수 있다. 또한, 한 쌍의 단자 장착부(227a)는 수평 및 평행하게 구비될 수 있다.

따라서, 상기 커넥터 단자(231)를 챔버 하우징(227)의 전방에서 후방으로 장착시 장착 깊이가 제한되면 조립이 완성될 수 있다.

상기 단자 장착부(227a)의 내경과 상기 커넥터 단자(231)의 외경은 별도의 체결부재 없이 압입 장착이 가능하도록 공차가 조절되는 것이 바람직하다.

상기 단자 장착부(227a)는 내부에 커넥터 단자가 장착될 수 있는 전방과 후방이 연통되는 관통구 형태의 장착공간(227ah)이 구비될수 있다.

그리고, 상기 전력유닛을 경유하여 전력유닛의 도체를 냉각한 냉각 유체가 유입되는 유입구(227b)와 커넥터 단자(231)를 냉각 후 전기차 충전기로 회수되는 냉각 유체가 배출되는 배출구(227c)는 상기 단자 장착부(227a) 상부와 하부에 각각 구비될 수 있다.

이와 같은 단자 장착부(227a), 유입구(227b) 또는 유출구의 배치 형상에 의하여 상기 챔버 하우징(227)의 정면 방향(전력유닛 및 회수유닛 연결방향과 수직한 방향) 단면 형상은 모서리가 라운드진 형태로 구성될 수 있다.

도 11 및 도 12에 도시된 실시예에서, 유입된 냉각 유체가 유체의 압력 이외에도 자중에 의하여 낙하하며 챔버 하우징(227) 내에서 유동될 수 있도록 상기 유입구(227b)는 도체 장착부 상부에 구비되고 상기 배출구(227c)는 상기 단자 장착부(227a) 하부에 구비될 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 챔버 하우징(227)의 유입구(227b)는 상기 챔버 하우징(227)에 대각선 방향으로 구비되고, 상기 연결관은 상기 유입구(227b) 각도에 대응하여 절곡(도 7 및 도 8 참조)된 형상으로 구성될 수 있다.

상기 유입구(227b)에 연결되는 연결관은 전술한 수집관과 수평방향으로 연결될 수 있으나, 챔버 하우징(227)의 크기가 커지는 것을 방지하기 위하여 챔버 하우징(227)을 필요한 크기로 구성하되 유입구(227b)를 대각선 방향으로 경사지게 형성한 후 절곡된 형태의 절곡관으로 연결하는 구조가 적용될 수 있다.

물론, 상기 챔버 하우징(227)의 형상 또는 유입구가 형성될 위치에 따라 상기 유입구(227b)는 경사지지 않고 수평방향으로 형성될 수 있으며, 그에 따라 연결관 역시 절곡되지 않은 형태로 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 챔버 하우징(227)의 후방에 수평하게 구비되는 배출구(227c)는 상기 회수유닛과 직결될 수 있음은 전술한 바와 같다.

도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블 어셈블리를 구성하는 챔버 하우징(227) 내에서 냉각 유체의 흐름을 설명하기 위한 실시예들의 단면도를 도시한다.

상기 전력유닛의 냉각튜브를 경유하며 전력유닛의 도체의 발열을 냉각한 냉각 유체는 상기 수집관, 상기 연결관을 경유하여 상기 챔버 하우징(227) 내로 유입될 수 있고, 상기 챔버 하우징(227) 내로 유입된 냉각 유체는 커넥터 단자(231)의 발열도 냉각하기 위하여 즉시 배출구(227c)로 배출되지 않고, 챔버 하우징(227) 내의 챔버 공간(227d)에서 커넥터 단자(231)가 장착되는 단자 장칙부(227a)의 외주면을 냉각한 후 배출되는 구조가 적용될 수 있다.

한 쌍의 상기 단자 장착부(227a)는 상기 챔버 하우징(227)의 챔버 공간(227d) 내에서 그 사이에 이격부(227sc)가 형성되도록 이격된 상태로 배치되며, 한 쌍의 상기 단자 장착부(227a)는 상기 챔버 하우징(227)의 챔버 공간 내측면과 이격되어 각각 냉각 유체의 일부가 우회하기 위한 한 쌍의 우회부(227ss)가 형성되고, 상기 유입구(227b)와 상기 배출구(227c)는 한 쌍의 상기 단자 장착부 사이에 형성되는 이격부(227sc)를 사이에 두고 구비될 수 있다.

따라서, 한 쌍의 상기 단자 장착부(227a)는 상기 챔버 하우징(227)의 챔버 공간(227d) 내에서 그 외주면(227af)이 모든 방향으로 챔버 공간(227d) 내로 노출되는 구조로 구성될 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 상기 단자 장착부(227a)는 상기 챔버 공간(227d) 내에서 이격되어 그 사이에 이격부(227sc)를 형성하도록 배치된 한 쌍의 파이프 형태로 구성될 수 있고, 상기 챔버 공간(227d)의 내주면과도 이격되어 냉각 유체가 우회하는 우회부(227ss)를 구성할 수 있다.

구체적으로, 한 쌍의 상기 단자 장착부(227a)는 상기 챔버 하우징(227)의 내부 챔버 공간에서 상기 챔버 공간의 전방과 후방을 연결하며 가로지르는 한 쌍의 이격된 파이프 형태로 배치되어 그 사이에 이격부(227sc)가 형성되고, 상기 챔버 하우징의 내부 챔버 공간 내측면과 한 쌍의 상기 단자 장착부(227a)는 각각 이격되어 냉각 유체가 우회하기 위한 한 쌍의 우회부(227ss)가 형성되고, 상기 유입구(227b)와 상기 배출구(227c)는 상기 이격부(227sc)를 사이에 두고 챔버 하우징(227)의 후방에 구비될 수 있다.

따라서, 상기 유입구(227b)로 유입된 냉각 유체는 상기 이격부(227sc) 및 상기 우회부(227ss)로 분산되어 유동하며, 상기 단자 장착부의 외주면(227af) 전체를 감싸 냉각한 후 상기 배출구(227c)로 배출되므로, 냉각 유체가 챔버 공간 내에서 단자 장착부(227a)를 통해 전도되는 커넥터 단자의 발열을 효과적으로 냉각할 수 있다.

즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상기 단자 장착부(227a)는 상기 챔버 하우징(227)의 챔버 공간(227d) 내부에서 커넥터 단자의 장착 방향과 수직한 방향으로 이격되어 관통 형성되며, 상기 유입구(227b)와 상기 배출구(227c)는 한 쌍의 상기 단자 장착부(227a) 사이에 형성되는 이격부(227sc) 상부와 하부에 구비되는 구조를 가지므로, 상기 유입구(227b)에서 유입된 냉각 유체의 일부는 상기 이격부(227sc)로 유동하고, 나머지 냉각 유체는 상기 단자 장착부(227a) 둘레를 우회하는 우회부(227ss)로 유동하여 상기 단자 장착부의 외주면(227af)을 360도 방향에서 냉각한 후 상기 배출구(227c)로 배출될 수 있다.

상기 챔버 하우징(227)은 상기 유입구(227b)로 유입된 냉각 유체가 상기 이격부(227sc) 이외에도 상기 단자 장착부(227a)와 챔버 하우징 내주면 사이의 우회부(227ss)를 우회 경유하여 배출되도록 냉각 유체의 흐름을 유도하여 상기 커넥터 단자(231)에서 발생되는 열이 가장 많이 전도되는 단자 장착부(227a)의 외주면(227af) 둘레를 골고루 냉각하도록 하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

그리고 상기 유입구에서 유입된 냉각 유체 중 각각 상기 유입구(227b) 및 상기 이격부(227sc)와 상기 우회부(227ss)로 분할되는 냉각 유체의 양은 상기 유입구의 면적과 상기 배출구의 면적의 비율에도 영향을 받는 것으로 확인되어 아래의 표 1과 같은 실험을 수행하였다.

아래의 표 1은 동일한 면적의 유입구에 대하여 배출구의 면적이 다른 챔버 하우징을 적용하는 경우 커넥터 단자의 온도 변화를 통해 냉각 성능을 시험한 시험결과로서, 구체적으로 바람직한 배출구(227c) 면적에 대한 유입구(227b) 면적의 비율을 결정하기 위한 시험결과이다.

아래의 시험에서 냉각 유체 종류는 100% 에틸렌 글리콜이 사용되었고, 냉각 유체의 챔버 하우징으로 공급되는 냉각 유체의 시간당 유량은 0.1 L/sec이며, 냉각 유체의 챔버 하우징 유입 온도는 약 -7.3도씨이고, 각각의 챔버 하우징의 단자 장착부에 장착된 커넥터 단자의 제1 단자부 외경은 12 밀리미터이다.

	유입구 면적(㎟)	배출구 면적(㎟)	면적비(유입구/배출구)	커넥터 단자의 온도(T)
실시예 1	50.27	13.20	3.8	86.33
실시예 2	50.27	41.90	1.2	83.84
비교예 1	50.27	11.34	4.4	88.63
비교예 2	50.27	63.62	0.8	88.14

상기 유입구(227b)와 상기 배출구(227c)의 면적이 다르면, 유입구(227b)를 통한 냉각 시간당 유체의 유입 유량과 배출구(227c)를 통한 시간당 배출 유량은 동일하더라도, 유입구(227b)와 배출구(227c)에서 냉각 유체의 유속이 다를 수 있다.

여기서, 유입구(227b)의 면적이 배출구(227c) 면적보다 크면, 챔버 하우징(227) 내에서 순간적인 유로 저항이 발생되는 효과가 발생하고, 이러한 유로 저항에 의하여 챔버 내에서 냉각 유체가 이격부 외에도 우회부로 분산 유동하여 냉각 유체가 흐르는 유로가 다각화될 수 있다는 가정하에 실험이 수행되었다.

이 경우, 상기 유입구로 유입되는 냉각 유체의 유량은 동일하게 세팅 되었으므로, 상기 유입구(227b)와 상기 배출구(227c)의 시간당 유량은 동일할 수 있으나, 배출구(227c)의 유속은 그 면적비에 반비례할 수 있다.

따라서, 이와 같은 시험결과를 통해, 상기 챔버 하우징(227) 내부를 관통하여 형성되는 단자 장착부(227a)는 챔버 공간(227d) 내에서 각각의 외주면(227af)이 상호 이격되어 이격부(227sc)를 구성하고, 각각의 단자 장착부(227a)는 챔버 하우징(227) 내측면과 이격되어 우회부(227ss)가 형성되고, 상기 유입구(227b)의 면적은 상기 배출구(227c)의 3.8배인 실시예 1과 1.2배인 실시예 2의 경우, 동일한 조건에서의 커넥터 단자의 온도가 각각 86.33도씨와 83.84도씨로 측정되어, 면적비가 4보다 크거나 1보다 작은 비교예 1 및 비교예 2보다 커넥터 단자의 온도가 2도씨 내지 5도씨 정도의 냉각 성능이 더 우수함을 확인할 수 있다.

상기 표 1에서는 기재되지 않았으나, 위 시험 결과를 포함한 추가적인 시험을 통해 상기 유입구(227b)의 면적이 상기 배출구(227c)의 면적의 1배 내지 4배 조건이 되는 경우, 냉각 유체의 분할 유동으로 냉각 성능에 의한 의미있는 커넥터 단자의 온도 감소 효과를 얻을 수 있음을 확인하였고, 더 나아가 의미 있는 냉각 효과가 발생되면서도 커넥터 단자의 온도 편차까지 감소되려면 유입구(227b)의 면적이 상기 배출구(227c)의 면적의 1배 내지 3배 범위를 만족해야 함을 추가적으로 확인하였다.

그리고, 유입구(227b)의 면적보다 배출구(227c)의 면적이 작으면서, 상기 유입구(227b)의 면적이 상기 배출구(227c)의 면적의 약 1배 내지 4배의 크기를 가지도록 구성되면, 상기 챔버 하우징(227)으로 유입된 냉각 유체는 배출구(227c)의 면적에 의한 유로 저항에 의하여 일부는 바로 배출되지만 다른 일부는 챔버 하우징(227)에서 상기 단자 장착부(227a) 둘레를 우회하는 우회부를 경유하여 유동하므로써, 단자 장착부(227a)를 골고루 냉각후 배출구(227c)로 배출되어 냉각효과가 우수한 것임을 이해할 수 있다.

그리고, 비교예 2와 같이 유입구/배출구 면적비가 0.8인 경우와 같이, 상기 배출구(227c)의 면적이 상기 유입구(227b)의 면적보다 크면, 챔버 하우징(227)으로 유입된 냉각 유체는 별다른 유로 저항없이 배출구(227c)로 대부분 배출되어 커넥터 단자의 온도가 88.14도씨로 실시예 1 및 실시예 2보다 높게 측정되어 상대적으로 냉각성능이 떨어짐을 확인할 수 있으며, 이 경우 상기 유입구로 유입된 냉각 유체의 상기 우회부(227ss)로의 분산 유동이 크지 않았음을 짐작할 수 있고, 유입구/배출구 면적비가 1을 경계로 하는 비교예 2(0.8)와 실시예 2(1.2)는 면적비의 차이가 크지 않음에도 불구하고 커넥터 온도의 차이가 커, 냉각 성능에 냉각 유체의 분할 유동이 기여하는 바가 상당함을 확인할 수 있었다.

또한, 위 시험에서 비교예 1과 같이 유입구/배출구 면적비가 4.4로 4보다 큰 경우에 해당되고, 이 경우 유로 저항이 과도하게 발생하여 오히려 유입구에서 신규 유입되는 냉각 유체 유량이 줄어들어 커넥터 단자의 냉각이 원활하지 않아 커넥터 단자의 온도가 88.63도씨로 가장 높게 측정되어 실시예 및 비교예 중 가장 냉각성능이 떨어지는 것으로 확인되었다.

이 경우, 냉각 성능 저하 이외에도 전기차 충전기 내의 냉각 유체의 순환을 위한 펌프에 과도하게 부하가 발생하거나, 배관의 연결 부위가 파열되는 문제가 발생될 수 있음을 확인하였다.

도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 유입구(227b)와 상기 배출구(227c)가 원형으로 구성되는 경우 상기 유입구(227b)의 내경은 상기 배출구(227c)의 내경의 약 1배 내지 2배 정도로 구성될 수 있음을 의미한다.

이 경우, 상기 커넥터 단자의 제1 단자부의 외경이 12밀리미터인 경우, 상기 유입구(227b)의 내경은 6밀리미터 내지 10밀리미터 정도로 구성될 수 있고, 상기 배출구(227c)의 내경은 위 관계를 만족하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 유입구 및 상기 배출구의 형상은 원형으로 제한되지 않고, 타원형 또는 다각형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

표 1에 도시된 전기차 충전용 케이블이 적용된 어셈블리를 통한 실험 결과, 상온 환경의 충전기에서 최대 400A급 고속 충전을 수행하며 회수유닛(20)을 구성하는 회수튜브(27)로 냉각 유체를 회수하여 전기차 충전기에서 회수되는 냉각 유체의 온도를 측정한 결과에 의하면, 전기차 충전용 케이블의 외부자켓(70) 등이 신체에 접촉되는 일이 발생되어도 불쾌감 또는 불안감이 크지 않은 정도로 확인할 수 있었다.

또한, 냉각 유체에 난류를 발생시키는 스페이서가 개재되어 냉각 튜브와 도체를 감싸는 절연체의 접촉에 의한 열집중을 방지할 수 있는 전력유닛 및 냉각 유체 회수를 위한 전용 회수유닛을 별도로 구비하여 냉각유체를 공급하는 방법으로 충분한 냉각 성능을 확보할 수 있다는 결론에 도달하였다.

이와 같이, 상기 유입구와 상기 배출구의 면적비를 결정하는 방법으로, 전력유닛의 도체 냉각에 사용된 냉각 유체가 다시 한번 커넥터 단자(231)가 장착된 단자 장착부(227a) 전체를 감싸며 냉각에 활용되어 전기차 커넥터의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

마찬가지 이유로, 유입된 냉각 유체가 단자 장착부(227a)를 감싸 우회하여 단자 장착부(227a)를 냉각하도록 하기 위하여 상기 유입구(227b)의 내경(d1)이 상기 이격부(227sc)의 폭(w)보다 크게 구성될 수 있다.

상기 이격부(227sc)의 폭(w)은 상기 챔버 하우징(227)에 구비된 상기 단자 장착부(227a) 사이의 공간을 의미하는 것으로 상기 단자 장착부(227a) 사이의 이격부(227sc)의 폭(w)을 줄이면 단자 장착부(227a)를 우회하는 냉각 유체의 유량이 더 증가될 수 있으므로, 상기 유입구(227b) 및 상기 배출구(227c)의 내경과 시간당 냉각 유체의 유량 및 상기 커넥터 단자(231)의 온도 등을 고려하여 상기 이격부(227sc)의 폭을 최적화 설계하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 단자 장착부(227a)는 상기 챔버 하우징(227)을 가로지르는 파이프 형태로 구성될 수 있으므로, 도 14에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상기 단자 장착부(227a) 중 적어도 하나의 외주면에 상기 이격부(227sc)를 경유하는 냉각 유체의 난류 형성을 위하여 돌출 형성된 블레이드(227e)가 적어도 하나 구비될 수 있다.

도 14에 도시된 실시예에서 한 쌍의 단자 장착부(227a) 중 좌측의 단자 장착부(227a)는 2개의 블레이드(227e)가 돌출 구비되고, 우측의 단자 장착부(227a)에는 1개의 블레이드(227e)가 돌출 구비되어, 상기 단자 장착부(227a) 사이의 이격부(227sc)를 유동하는 냉각 유체의 유로를 절곡시켜 난류를 발생시키고, 발생된 난류에 의하여 냉각 유체와 단자 장착부(227a) 사이의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

도 14를 참조한 실시예에서, 상기 블레이드는 단자 장착부(227a) 외주면에 돌출 격벽 형태로 구성되는 것으로 도시되나 냉각 유체의 유동 과정에서 난류 등을 형성하여 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 구조라면 상기 블레이드의 형상의 제한은 없다.

또한, 도 14에 도시된 블레이드는 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 선에 대하여 수직방향으로 연장되는 것으로 도시되나, 필요에 따라 블레이드의 단부가 유입구 방향으로 경사지게 구성하거나, 배출구 방향으로 경사지게 구성할 수도 있다.

전자의 경우, 유로 저항이 더욱 커지는 경우에 해당되고, 후자의 경우 그 반대의 효과가 있다. 즉, 블레이드의 경사각은 유입구와 배출구의 면적비 조절이 어려운 경우에 적용하여 냉각 조건을 개선할 수 있는 것으로 확인되었다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

100 : 전기차 충전용 케이블
200 : 충전기 커넥터
300 : 전기차 충전기
400 : 전기차 커넥터

Claims (22)

1. 전기차 커넥터와 전기차 충전기를 연결하기 위해 전기차 충전용 케이블 및 상기 전기차 충전용 케이블의 단부에 구비되는 전기차 충전용 커넥터를 포함하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리에 있어서,
   도체 및　내부에 냉각유로가 형성되는　냉각튜브를 구비하는　한 쌍의 전력유닛;
   한 쌍의 상기 전력유닛의 냉각튜브를 통해 공급된 냉각유체가 상기 전기차 충전기로 회수되는 회수유닛;
   상기 전력유닛의 도체와 각각 접속되며, 상기 전기차 충전용　커넥터를 구성하는 한 쌍의 커넥터 단자; 및
   상기 커넥터 단자가 장착되고, 상기 전력유닛 및 상기 회수유닛이 연결되며, 상기 전력유닛의 냉각유로를 통해 냉각 유체가 유입되어 상기 회수유닛으로 회수되는 과정에서 상기 커넥터 단자를 냉각하기 위한 챔버 공간을 구비한 챔버 하우징;을 포함하고,
   상기 챔버 하우징은 상기 커넥터 단자가 관통 장착되는 한 쌍의 단자 장착부, 한 쌍의 상기 전력유닛을 경유한 냉각 유체가 유입되는 유입구 및 상기 유입구로 유입된 냉각 유체가 상기 챔버 공간을 경유하여 배출되는 배출구가 구비되며,
   한 쌍의 전력유닛의 각각의 냉각튜브와 연결되는 분지된 구조의 수집관 및 상기 수집관과 상기 챔버 하우징의 유입구를 연결하는 연결관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   한 쌍의 상기 단자 장착부는 상기 챔버 하우징의 내부 챔버 공간에서 상기 챔버 공간의 전방과 후방을 연결하며 가로지르는 한 쌍의 이격된 파이프 형태로 배치되어 그 사이에 이격부가 형성되고, 상기 챔버 하우징의 내부 챔버 공간 내측면과 한 쌍의 상기 단자 장착부는 각각 이격되어 냉각 유체가 우회하기 위한 한 쌍의 우회부가 형성되고,
   상기 유입구와 상기 배출구는 상기 이격부를 사이에 두고 챔버 하우징의 후방에 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
4. 제3항에 있어서,
   상기 유입구로 유입된 냉각 유체는 상기 이격부 및 상기 우회부로 분산되어 유동하며, 상기 챔버 공간 내에서 노출된 상기 단자 장착부의 외주면을 감싸 냉각한 후 상기 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
5. 제3항에 있어서,
   상기 유입구는 상기 챔버 하우징 상부에 구비되고, 상기 배출구는 상기 챔버 하우징 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
6. 제3항에 있어서,
   상기 유입구에서 유입된 냉각 유체는 상기 이격부 및 상기 단자 장착부 둘레를 경유하여 상기 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
7. 제3항에 있어서,
   한 쌍의 상기 단자 장착부는 상기 챔버 하우징 내부의 챔버 공간을 각각 가로지르는 파이프 형태로 구성되고, 상기 챔버 하우징 내부 공간으로 노출되는 한 쌍의 상기 단자 장착부 중 적어도 하나의 외주면에 돌출 형성된 블레이드가 적어도 하나 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
8. 제1항에 있어서,
   상기 유입구의 면적은 상기 배출구의 면적의 1배 내지 4배의 크기인 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
9. 제3항에 있어서,
   상기 유입구의 내경이 상기 이격부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
10. 제3항에 있어서,
    상기 챔버 하우징의 전력유닛 및 회수유닛 연결방향과 수직한 방향 단면 형상은 모서리가 라운드진 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
11. 삭제
12. 제1항에 있어서,
    각각의 전력유닛의 냉각튜브를 유동하는 냉각 유체가 상기 수집관으로 연결되도록 하는 마감관을 더 포함하고, 상기 수집관은 각각의 전력유닛 단부에 장착된 상기 마감관에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
13. 제12항에 있어서,
    각각의 전력유닛의 도체는 상기 마감관을 관통하여 상기 커넥터 단자의 후방에 접속되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
14. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 하우징의 유입구는 상기 챔버 하우징에 대각선 방향으로 구비되고, 상기 연결관은 상기 유입구 각도에 대응하여 절곡된 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
15. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 하우징의 배출구는 상기 회수유닛과 직결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
16. 삭제
17. 제1항에 있어서,
    상기 전력유닛은 상기 도체를 감싸는 절연층을 더 포함하고, 상기 냉각튜브는 상기 절연층 외측을 감싸도록 구비되며,
    상기 전력유닛은 상기 절연층과 냉각튜브의 접촉을 방지하며, 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로를 형성하기 위한 스페이서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
18. 제17항에 있어서,
    상기 전력유닛의 스페이서는 와이어 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
19. 제18항에 있어서,
    상기 스페이서는 전력유닛의 절연층과 냉각튜브 사이에 나선형으로 횡권되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
20. 제17항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 도체의 절연층 외면 또는 냉각튜브 내면에 일체로 형성되는 적어도 하나의 돌기인 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
21. 제1항에 있어서,
    상기 전력유닛과 함께 적어도 하나의 접지유닛 및 적어도 하나의 통신유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.
22. 제17항에 있어서,
    상기 냉각튜브 및 상기 스페이서 중 적어도 하나는 테프론 계열 또는 우레탄 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블 어셈블리.

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