KR102526967B1 - 전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리 - Google Patents

전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 전기차 충전용 커넥터의 전력단자와 케이블의 도체를 연결하는 연결도체 내부에 냉각유체가 유동 가능한 챔버공간이 구비되어 충전시 발열이 심한 전기차 충전용 커넥터의 전력단자 및 그 연결부위의 효율적인 냉각이 가능한 전기차 충전용 커넥터 및 전기차 충전용 어셈블리에 관한 것이다.

Description

전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리{Electirc Vehicle Charging Connector and Electirc Vehicle Charging Assembly Having The Same}
본 발명은 전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 전기차 충전용 커넥터의 전력단자와 케이블의 도체를 연결하는 연결도체 내부에 냉각유체가 유동 가능한 챔버공간이 구비되어 충전시 발열이 심한 전기차 충전용 커넥터의 전력단자 및 그 연결부위의 효율적인 냉각이 가능한 전기차 충전용 커넥터 및 전기차 충전용 어셈블리에 관한 것이다.
전기차의 보급과 함께 전기차 충전기의 설치가 확대되고 있다. 그리고, 단시간 내의 충전을 위해 급속 충전이 가능한 급속 전기차 충전기가 보급되고 있다. 완속 충전과 달리 급속 충전을 위한 급속 전기차 충전기의 출력 전압은 직류 50V 내지 450V 범위이고, 충전 전류는 100A를 초과하며, 상기 급속 전기차 충전 전기를 통해 전기차를 일정한 수준, 예를 들면 완충 충전량의 80% 정도까지 충전 소요시간은 30~40분에 불과하다. 전기차의 배터리 용량 증가 및 충전기술 발달에 따라 급속 전기차 충전기의 충전 전류는 계속 증가될 것으로 예상된다.
이러한 급속 전기차 충전기는 충전기 본체에 전기차 충전용 케이블이 연결되고, 충전용 케이블 단부에 충전기 커넥터가 장착되며, 충전기의 커넥터를 전기차에 구비된 커넥터 접속유닛에 장착하여 전기차 충전기로부터 전기차로 전력을 공급하게 된다.
이와 같은 급속 전기차 충전기는 충전 전류가 100A 이상이므로 이를 전기차로 전달하는 전기차 충전용 케이블 및 상기 케이블 단부에 접속된 전기차 충전용 커넥터의 발열이 문제될 수 있다.
먼저, 전기차 충전용 케이블에서 발생되는 열을 최소화하기 위해서는 충전용 케이블의 도체 직경을 증가시켜서 도체 저항을 낮추는 등의 방법이 있으나, 상기 방법은 발열을 충분히 감소시키기 어렵고, 충전용 케이블의 중량을 증가시키고, 케이블 제조비용이 상승한다는 문제가 있다.
이와 같은 전기차 충전용 케이블의 발열로 인해, 전기차 충전시 전기차 충전용 커넥터를 커넥터 접속유닛에 장착하거나 커넥터 접속유닛으로부터 전기차 충전용 커넥터를 분리하여 충전기에 거치하는 과정에서 전기차 충전용 케이블은 신체 접촉될 수 있고, 이 경우 사용자의 부상, 불쾌감 또는 불안감을 유발할 수 있으므로 바람직하지 않다.
전기차 충전용 케이블에 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 케이블 내부에 냉각유체를 유동시키는 방법이 소개되고 있다. 이는, 전기차 충전용 케이블의 도체를 냉각유체를 이용하여 냉각시키는 방법이다.
한편, 전기차의 충전시에 전기차 충전용 케이블의 도체와 전기적으로 접속되는 전기차 충전용 커넥터의 전력단자의 접속 부위에서의 저항 증가로 인해 전기차 충전용 케이블보다 발열이 더 문제될 수 있다.
즉, 전기차 충전용 커넥터는 전기차 충전용 케이블이 도입되어 케이블 도체가 커넥터를 구성하는 전력단자와 접속되고, 커넥터는 다시 전기차의 커넥터의 접속유닛과 착탈 가능하게 접속되는 구조이다. 따라서, 커넥터 간의 전력단자 및 커넥터의 전력단자와 도체의 접속 영역에서는 전기적 저항이 커질 수 있고, 발열이 심화될 수 있다.
전술한 냉각유체를 이용하는 종래 소개된 냉각 구조는 전기차 케이블의 냉각 성능을 향상되었으나, 전기차 충전용 커넥터의 전력단자 등의 냉각을 위한 별도의 방법이 요구된다.
본 발명은 전기차 충전용 커넥터의 전력단자와 케이블의 도체를 연결하는 연결도체 내부에 냉각유체가 유동 가능한 챔버공간이 구비되어 충전시 발열이 심한 전기차 충전용 커넥터의 전력단자 및 그 연결부위의 효율적인 냉각이 가능한 전기차 충전용 커넥터 및 전기차 충전용 어셈블리를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 적어도 하나의 접지유닛; 적어도 하나의 통신유닛; 도체 및 상기 도체를 감싸는 절연층이 구비된 복수의 전력유닛; 전기차 충전기에서 냉각유체가 공급되는 적어도 하나의 냉각유체 공급관; 및 상기 냉각유체 공급관에서 공급된 냉각유체가 전기차 충전기로 회수되는 적어도 하나의 냉각유체 회수관; 을 포함하는 전기차 충전용 케이블; 및 전방에 전기차 커넥터 접속유닛에 접속되는 커넥팅부 및 후방에 상기 전기차 충전용 케이블이 도입되어 지지되는 케이블 지지부를 포함하는 하우징; 상기 커넥팅부에 노출되도록 장착되며 상기 통신유닛과 연결되는 적어도 하나의 통신단자; 상기 커넥팅부에 노출되도록 장착되며 상기 상기 전력유닛과 연결되는 복수의 전력단자; 상기 하우징 내부에서 복수의 전력단자와 복수의 상기 전력유닛의 도체가 전방과 후방에 장착되고, 상기 냉각유체 공급관에서 공급된 냉각유체가 경유한 후 상기 냉각유체 회수관으로 회수되는 챔버 공간이 내부에 구비되는 연결 도체; 를 포함하는 전기차 충전용 커넥터;를 포함하는 전기차 충전용 커넥터 어셈블리를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 연결도체의 챔버 공간의 외주면에 상기 냉각유체 공급관과 상기 냉각유체 회수관이 내부에 연통되도록 연결될 수 있다.
또한, 상기 냉각유체 공급관과 상기 냉각유체 회수관은 상기 연결도체의 상면의 전방과 후방에 각각 연결될 수 있다.
그리고, 상기 전기차 충전용 커넥터를 구성하는 전력단자는 상기 연결도체에 장착시 후단이 상기 연결도체의 챔버 공간에 연통되어 냉각 유체에 의하여 직접 냉각될 수 있다.
또한, 상기 전기차 충전용 케이블의 전력유닛을 구성하는 도체는 상기 연결도체 후방에 구비된 파이프형 접속구에 접속되고, 상기 연결도체의 챔버 공간에 연통되지 않도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 냉각유체 공급관은 상기 전력유닛 내부에 각각 구비되며, 상기 연결도체 후방에서 전력유닛에서 분기된 후 상기 연결도체로 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 냉각유체 공급관은 상기 전력유닛의 도체 내부에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 냉각유체 회수관은 상기 전력유닛 외측에 구비될 수 있다.
또한, 상기 냉각유체 회수관은 복수 개가 구비되고, 복수 개의 냉각유체 회수관은 하나로 합관될 수 있다.
여기서, 상기 냉각유체 회수관은 상기 전력유닛 내부에 각각 구비되며, 상기 연결도체 후방에서 상기 전력유닛에서 분기된 후 상기 연결도체로 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 냉각유체 회수관은 상기 전력유닛의 도체 내부에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 냉각유체 공급관은 상기 전력유닛 외측에 구비될 수 있다.
또한, 상기 냉각유체 공급관은 상기 연결도체 후방에서 복수 개로 분기된 후 각각의 상기 연결도체에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리에 의하면, 전기차 충전용 커넥터의 단자와 연결되는 연결도체의 챔버 공간에 커넥터의 전력단자가 노출되도록 장착되어, 챔버공간을 유동하는 냉각유체에 의하여 커넥터의 전력단자가 직접 냉각되도록 하여 냉각유체를 통해 케이블의 도체 이외에도 커넥터의 전력단자의 효율적인 냉각을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리에 의하면, 냉각유체를 이용하여 커넥터와 케이블을 효과적으로 냉각할 수 있으므로, 전기차 충전시 화재의 발생 또는 사용자의 화상 등의 안전사고를 방지할 수 있고, 사용자의 불안감을 줄일 수 있으며, 전기차 충전 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 전기차 충전기, 전기차 충전용 어셈블리 및 전기차로 구성되는 전기차 충전 시스템을 도시한다.
도 2는 전기차 충전용 케이블 및 이에 연결되는 전기차 충전용 커넥터로 구성되는 전기차 충전용 어셈블리의 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리를 구성하는 전기차 충전용 케이블에서 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리를 후방에서 바라본 전체 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리의 후방 정면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리의 측면 정면도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리에서 전기차 충전용 커넥터의 연결도체의 접속 영역을 확대 도시한다.
도 8 및 도 9은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리에서 냉각유체의 유로 흐름이 도시된 상태에서의 후방 사시도를 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 충전기, 전기차 충전용 어셈블리 및 전기차(ev)로 구성되는 전기차 충전 시스템을 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 커넥터 접속유닛(400)에 장착되어 전력을 공급할 수 있고, 급속 전기차 충전기의 경우 짧은 시간 내에 전기차(ev)의 충전을 완료할 수 있다.
한편, 전기차의 급속 충전시에 큰 전류용량으로 인하여 전기차 충전용 케이블(100)의 도체 및 상기 도체가 접속되는 전기차 충전용 커넥터(200)의 전력단자의 발열이 클 수 있다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리(1000)는 전기차 충전용 케이블(100)의 도체 및 전기차 충전용 커넥터(200)의 전력단자를 모두 경유하는 냉각유체의 공급 및 회수를 위한 배관(냉각유체 공급관 및 냉각유체 회수관)을 구비하여 상기 냉각유체가 상기 전기차 커넥터(200)의 전력단자에 연결된 연결도체 내부 챔버공간으로 공급, 챔버공간 내부를 유동 및 챔버공간에서 회수되도록 구성하여, 전기차 충전용 어셈블리(1000)에서 발열이 가장심한 전력단자 및 도체 접속 영역를 신속하게 냉각할 수 있도록 하였다.
도 2는 전기차에 구비되는 전기차 충전용 케이블 및 이에 연결되는 전기차 충전용 커넥터로 구성되는 전기차 충전용 어셈블리의 사시도를 도시한다.
도 2에 도시된 본 발명의 전기차 충전용 어셈블리(1000)는 상기 전기차 충전용 케이블(100) 단부에 전기차 충전용 커넥터(200)가 장착되고, 상기 전기차 충전용 커넥터(200)는 전기차(ev)에 구비되는 커넥터 접속유닛(400)에 착탈 가능하게 장착될 수 있는 구조를 갖는다.
상기 전기차 충전용 커넥터(200)는 전방에 전기차 커넥터 접속유닛(400)에 접속되는 커넥팅부(240) 및 후방에 상기 전기차 충전용 케이블(100)이 도입되어 지지되는 케이블 지지부(260)를 포함하는 커넥터 하우징(250)이 구비될 수 있다.
상기 커넥터 하우징(250)은 플라스틱 등의 절연성 수지 재질로 구성될 수 있고 상기 전기차 충전용 커넥터(200)의 내부 구성요소들을 보호하는 동시에 외관을 형성하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 커넥터 하우징(250)은 사용자가 손으로 잡아 커넥팅부(240)를 커넥터 접속유닛(400)으로부터 접속 또는 탈착하여 전기차 충전을 용이하게 수행하도록 하기 위하여 상면에 커넥터 핸들부(251)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 커넥터 핸들부(251)에는 상기 커넥팅부(240)가 커넥터 접속유닛(400)에 접속된 상태에서 전기차 충전용 어셈블리(1000)에서 전기차 충전을 개시 또는 종료를 실행하기 위한 커넥터 제어부(253)가 제어 스위치 또는 제어 버튼 형태로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터(200)는 상기 커넥팅부(240)가 전기차의 커넥터 접속유닛(400)에 접속되었을 때 로킹을 위한 로킹유닛(L)이 구비될 수 있으며, 상기 로킹유닛(L)은 선택적 로킹을 가능하게 하는 로킹 수단, 로킹 상태를 선택적으로 해제하기 위한 물리 스위치 또는 충전 동작을 제어하기 위한 제어 스위치 등이 상기 커넥팅부(240) 상부에 구비될 수 있다.
상기 전기차 충전용 커넥터(200)는 향후 단일화 표준으로 결정된 미 국ㆍ유럽형 '콤보(TYPE1)' 방식 이외에도 일본 '차데모(ChAdeMO)' 방식, 또는 르노 '교류 3상' 방식의 경우에도 적용이 가능하다.
'콤보(TYPE1)' 방식의 전기차 충전용 커넥터(200)는 교류 도는 직류 방식의 커넥터가 일체화되어 각각의 커넥팅부(240)에는 완속 충전부(AC)와 고속 충전부(DC)가 각각 구비되어 완속 충전과 고속 충전 모두를 지원할 수 있다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터(200)의 후방 하부에는 케이블이 도입되는 케이블 지지부(260)이 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터(200)의 케이블 지지부(260)로 도입되는 전기차 충전용 케이블(100)은 전기 자동차 급속 충전 등의 경우 큰 전류량에 의하여 전기차 충전용 케이블(100)의 도체 및 이에 전기적으로 접속되는 전력단자의 발열이 과도하여 부품의 손상 또는 사용자의 화상 등의 안전 사고 등의 위험을 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명은 냉각유체를 이용하여 효율적으로 전기차 충전용 케이블 및 전기차 충전용 커넥터를 함께 냉각하는 구조를 적용하였다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리를 구성하는 전기차 충전용 케이블의 하나의 실시예의 단면도를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리(1000)를 구성하는 전기차 충전용 케이블(100)은 적어도 하나의 접지유닛(110); 적어도 하나의 통신유닛(120); 도체(131) 및 상기 도체를 감싸는 절연층(133)이 구비된 한 쌍의 전력유닛(130); 전기차 충전기(300, 도 1 참조)에서 냉각유체가 공급되는 적어도 하나의 냉각유체 공급관 및 상기 냉각유체 공급관에서 공급된 냉각유체가 전기차 충전기(300)로 회수되는 적어도 하나의 냉각유체 회수관을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 냉각유체 공급관 또는 상기 냉각유체 회수관 중 적어도 하나는 상기 한 쌍의 전력유닛(130) 내부에 각각 구비되며, 나머지 다른 하나는 상기 전력유닛(130) 외부에 배치될 수 있다.
도 3에 도시된 하나의 실시예는 상기 한 쌍의 전력유닛(130) 내부에 상기 냉각유체 공급관(140)이 구비되고, 상기 한 쌍의 전력유닛(130) 외측에 냉각유체 회수관(150)이 구비된 경우를 도시한다.
여기서, 상기 냉각유체 공급관(140) 및 상기 냉각유체 회수관(150)은 냉각튜브(141, 151) 및 상기 냉각튜브 내측에 냉각유체가 유동하는 냉각유로(143, 153)을 포함하여 구성될 수 있다.
이하의 설명에서 상기 전력유닛(130)의 도체(131) 내부에 배치된 배관은 냉각유체 공급관으로 냉각유체가 공급되는 과정에서 전력유닛의 도체를 냉각한 후 연결도체로 공급되며, 전력유닛 외측에 구비되는 유체관은 연결도체를 냉각한 냉각유체가 회수되는 냉각유체 회수관으로 냉각유체가 전기차 충전기로 회수되는 배관으로 설명되었으나, 그 반대의 경우도 가능하다.
즉, 전력유닛 외측에 구비되는 배관이 냉각유체 공급관으로 기능하고, 전력유닛 내부의 배관은 냉각유체 회수관으로 기능할 수 있다.
전기차 충전용 케이블(100)에서 주로 발열이 문제되는 구성은 전력을 공급하기 위한 전력유닛(130)으로, 상기 전기차 충전용 케이블(100)은 상기 한 쌍의 전력유닛(130) 내부에 각각 한 쌍의 냉각유체 공급관(140)을 구비하여 그 내부로 냉각유체를 유동시켜 상기 전력유닛(130)를 도체 통전시 발열을 냉각할 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각유체 공급관(140)은 상기 전력유닛(130)을 구성하는 도체(131) 중심부에 배치되어 상기 냉각유체 공급관(140)이 상기 전력유닛(130)의 도체(131) 내주면을 균일하게 냉각하는 효과를 갖도록 한다.
그리고, 상기 냉각유체 회수관(150)은 상기 한 쌍의 전력유닛(130) 외측에 구비될 수 있고, 바람직하게는 상기 냉각유체 회수관(150)은 한 쌍의 전력유닛(130)의 절연층(133)의 외주면과 각각 외접하게 배치될 수 있다. 이를 통해, 상기 냉각유체 회수관(150)의 냉각유로(150) 내 유동하는 냉각유체가 회수되는 과정에서 상기 전력유닛(130)의 절연층(133) 또는 그 주변 영역을 한번 더 냉각시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전기차 충전용 케이블(100)의 구성은 하나의 실시예로서 상기 한 쌍의 전력유닛(130)과 접지유닛(110)의 중심을 연결하는 삼각형 및 한 쌍의 통신유닛(120)과 냉각유체 회수관(150)의 중심을 연결하는 삼각형이 정삼각형이 되도록 구성요소들의 위치를 배치함으로서 케이블의 전체 외경을 최소화할 수 있으나, 상기 구조에 한정하는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리의 전기차 커넥터의 구조와 냉각유체 공급관 및 냉각유체 흐름관의 연결 구조에 관하여 자세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리의 전기차 충전용 커넥터의 하우징이 제거된 상태의 후방 사시도를 도시하며, 도 5는 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리의 전기차 충전용 커넥터의 하우징이 제거된 상태의 후면도를 도시하고, 도 6은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리의 측단면도를 도시한다.
상기 전기차 충전용 어셈블리(1000)는 전기차 충전용 커넥터(200)의 후방의 케이블 지지부(260)를 통해 전기차 충전용 케이블(100)이 도입되어 지지 및 연결되며, 상기 전기차 충전용 커넥터(200)의 전방 커넥팅부(240)는 커넥터 접속유닛(400, 도 1 참조)가 착탈 가능하게 장착되어 전기차(ev)로의 전력 공급과 제어신호의 송수신이 가능하다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터(200)는 전기차 커넥터 접속유닛(400)에 접속되는 커넥팅부(240)의 후방 내측으로 장착 플레이트(260)가 구비될 수 있고, 상기 장착 플레이트(260)는 전기차 충전용 케이블(100)을 구성하는 접지유닛(110), 통신유닛(120) 및 전력단자(130)에 각각 접속 가능한 단자가 장착되는 공간을 제공하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 전기차 충전용 커넥터(200)는 상기 장착 플레이트(260)를 매개로 상기 커넥팅부(240)의 전방으로 노출되도록 장착되며 상기 접지유닛(110)과 연결되는 적어도 하나의 접지단자(230), 상기 통신유닛(120)과 연결되는 적어도 하나의 통신단자(220) 및 상기 전력유닛(130)과 연결되는 복수의 전력단자(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 전기차 충전용 커넥터(200)는 상기 커넥터 하우징(250) 내부에서 복수의 전력단자(230)와 복수의 상기 전력유닛(130)의 도체(133)가 전방과 후방에 각각 장착되고, 상기 냉각유체 공급관(140)에서 공급된 냉각유체가 경유한 후 상기 냉각유체 회수관(150)으로 회수되는 챔버 공간이 내부에 구비되는 복수 개의 연결도체(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 연결도체(250)는 전력유닛 또는 전력단자를 연결하는 구성이므로 그 개수만큼 구비될 수 있다.
상기 냉각유체는 절연 공급을 위한 커넥터 및 케이블 도체에 직접 접촉되므로 절연성 냉각 유체가 사용되는 것이 바람직하다.
유럽의 전기차 고속 충전 규격 IEC 62196-3에 의하면, 전기차 고속 충전시 사용자의 안정성 및 제품의 성능 차원에서 전기차(ev)의 충전 전후 전기차 충전용 어셈블리(1000)의 온도 변화(ΔT(°C))가 약 50도 이내일 것을 권장하고 있으며, 이는 사용자가 상온에서 전기차 충전을 수행한다고 가정했을 때 상기 전기차 충전용 어셈블리(1000)의 최대 온도는 약 70도(°C) 이하, 바람직하게는 약 65도(°C) 이하를 유지해야 한다.
전술한 바와 같이, 상기 전기차 충전용 어셈블리(1000)를 이용한 전기차(ev) 급속 충전시, 자동차 충전용 케이블(100)의 전력유닛 도체(131) 및 이에 접속되는 전기차 충전용 커넥터(200)의 전력 단자(230) 영역에서의 극심한 발열이 크게 문제가 되었으므로, 이를 해결하기 위하여 다양한 냉각 방법이 소개된 바 있다.
종래 소개된 전기차 충전용 커넥터는 전기차 충전용 케이블(100)의 전력유닛 도체(131)와 이에 접속되는 전기차 충전용 커넥터(200)의 전력단자(230)에 열전도성 흡열부재를 구비하여 상기 커넥터 전력단자(230)에 발생된 열을 흡열하는 방식의 냉각방법이 소개되었으나 여전히 커넥터 전력단자(230)의 발열을 충분하게 해소할 수 없었다.
또한, 종래 전기차 충전용 커넥터(200)의 전력단자(230) 외측으로 상기 전력단자를 수용하는 형태의 외부 냉각챔버를 구비하여 그 내부에 냉각유체를 유동시키는 냉각방법이 소개되었으나, 이와 같은 방법은 외부 챔버 내부의 냉각유체가 커넥터 단자(230)의 외부 표면만을 냉각 가능하여 전기차 급속 충전시에 케이블 어셈블리의 특정 영역별 온도가 최대 약 65도 이상으로 상승하여 냉각 성능이 불충분했다.
이에, 본 발명자들은 전기차 충전용 커넥터(200)의 전력단자(230)에 케이블 도체가 직접 접속됨으로서 발생하는 극심한 발열 현상을 해소하기 위하여, 상기 커넥터 전력단자(230)와 상기 케이블 도체(131) 사이 영역에 연결도체(250)를 구비하고, 상기 연결도체(250) 내부 챔버 공간(250h)에서 유동되는 냉각유체가 커넥터 전력단자(230) 및 케이블 도체(131)를 직접 냉각시키도록 구성하여 종래보다 냉각 성능이 향상된 전기차 케이블 어셈블리(1000)를 완성하였다.
한편, 본 발명의 전기차 충전용 어셈블리(1000)에서 상기 냉각유체 공급관(140)이 상기 전력유닛(130) 내부에 구비되는 경우, 상기 냉각유체 공급관(140)은 상기 연결도체(250) 후방에서 상기 전력유닛(130)에서 분기된 후 다시 상기 연결도체(250)로 연결되도록 구성할 수 있다.
상기 냉각유체 공급관(140)은 상기 전력유닛(130)을 구성하는 절연층(133) 외부로 탈피되어 분기된 냉각유체 공급관(140')을 포함하며, 상기 분기된 냉각유체 공급관(140')의 단부는 상기 연결도체(250)와 서로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 분기된 냉각유체 공급관(140')의 단부는 상기 연결도체(250)와 'ㄱ'자 형상의 유로 변환밸브(147)를 매개로 서로 연결되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지는 않으며, 이외에도 남땜 또는 체결 부재에 의한 결합 등 다양한 연결 방식을 사용할 수 있다.
이 경우, 상기 냉각유체 공급관(140)의 냉각유로(141)에서 상기 전력유닛(130) 내부를 따라 유동하던 냉각유체는 상기 유로 변환밸브(147) 연결 영역을 기점으로 유로 흐름이 수직으로 변경되어 상기 연결도체(250)의 챔버 공간(250h)으로 하방 유동될 수 있다.
이와 같이, 상기 전력유닛(130) 내부에 구비된 냉각유체 공급관(140)을 통해 냉각 유체가 상기 연결도체(250)로 공급되는 경우, 냉각유체는 순차적으로 외부 분기된 냉각유체 공급관(140') 내부를 지나 전기차 충전용 커넥터의 연결도체(250)의 챔버 공간(250h) 내부로 유동되어 상기 전력유닛(130) 외측에 구비되는 냉각유체 회수관(150)으로 회수될 수 있다.
상기 냉각유체 회수관(150)은 복수 개가 구비되고, 복수 개의 냉각유체 회수관은 다시 하나로 합관될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각유체 회수관(150)은 각각의 연결도체(250)에 연결되는 복수 개의 분지된 냉각유체 회수관(150s) 및 상기 분지된 냉각유체 회수관(150s) 내 유동되는 냉각유체의 유로를 합관하여 통합하기 위한 하나의 메인 냉각유체 회수관(150m)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 냉각유체 회수관(150)은 상기 하나의 메인 냉각유체 회수관(150m) 및 복수 개의 분지된 냉각유체 회수관(150s)을 서로 연결하기 위한 유로 연결 밸브(155) 등의 다양한 연결 부재가 구비될 수 있다.
이를 통해, 상기 연결도체(250)의 챔버 영역(250h)에서 난류 흐름으로 유동되던 냉각유체는 상기 연결도체(250)에 각각 연결되는 복수의 분지된 냉각유체 회수관(150s)를 통해 각각 회수되고, 이후 상기 복수의 분기된 냉각유체 회수관(150s) 내부의 냉각유체는 상기 유로 연결 밸브(155)를 매개로 하나의 메인 냉각유체 회수관(150m)에서 냉각 유로가 합쳐져서 상기 전기차 충전기(300)로 한번에 회수될 수 있다.
마찬가지로, 상기 냉각유체 회수관(150)을 구성하는 복수의 분지된 냉각유체 회수관(150s)의 단부는 상기 연결도체(250) 상단에 연결되도록 하기 위한 다양한 연결 방식을 채용할 수 있고, 예를 들면 상기 복수의 분지괸 냉각유체 회수관(150s)의 단부는 각각 'ㄱ'자 형상의 유로 변환밸브(157)가 장착되어 상기 연결도체(250)와 연결될 수 있다.
이하, 전기차 충전용 어셈블리(1000)를 구성하는 전기차 충전용 커넥터를 구성하는 전력단자에 대하여 자세하게 서술한다.
도 7은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리에서 전기차 충전용 커넥터의 연결도체(250)의 접속 영역을 확대 도시한다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전기차 케이블 어셈블리(1000)에서 상기 연결도체(250)는 챔버 공간(250h)의 외주면에 상기 냉각유체 공급관(140)과 상기 냉각유체 회수관(150)이 내부에 연통되도록 연결될 수 있다. 그리고, 상기 냉각유체 공급관(140) 및 상기 냉각유체 회수관(150)은 각각 상기 연결도체(250)의 상면의 전방과 후방에 각각 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 전기차 케이블 어셈블리(1000)는 전기차 충전용 커넥터의 전력단자(230)와 케이블의 전력유닛 도체(131)가 서로 직접 접속되는 대신에 상기 전력단자(230) 및 케이블 도체(131) 사이 영역에 연결도체(250)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 전기차 커넥터의 하우징(250)의 부피를 최대한 감소시키 위하여 상기 연결도체(250)은 케이블 길이방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전기차 충전용 커넥터(200)를 구성하는 전력단자(230)는 상기 연결도체(250)에 장착시 후단이 상기 연결도체(250)의 챔버 공간(250h)에 연통되어 냉각유체에 의하여 직접 냉각되도록 구성될 수 있다.
상기 커넥터 전력단자(230)는 전기차 커넥터 접속유닛(400)의 도체가 수용되도록 상기 커넥처 접속유닛(400)의 도체 외주면을 감싸는 파이프 형태로 구성되는 전력단자 전방 접속구(230a) 및 상기 전력단자 전방 접속구(230a) 반대 방향으로 돌출 연장되어 상기 연결도체(250)와 전기적 연결되기 위한 전력단자 후방 접속구(230b)를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 전력단자(230)는 상기 연결도체(250)의 챔버 공간(250h) 내부를 유동하는 냉각유체가 상기 전력단자(250) 외부로 새어나가 사용자에게 화상 등의 위험 또는 불쾌감을 유발하는 현상을 방지하기 위하여, 상기 전력단자(230)는 상기 전력단자 후방 접속구(230b) 및 상기 연결도체(250) 사이에 실링부재(251)가 구비될 수 있다.
상기 실링부재(251)는 예를 들면 고무 탄성 재질의 O-ring 등으로 구비되어 상기 전력단자(230) 및 상기 연결도체(250) 사이 영역에 밀착됨으로서 상기 연결도체(250)의 챔버 공간(250h)을 밀폐하도록 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
그리고, 상기 전기차 충전용 케이블(100)의 전력유닛(130)을 구성하는 도체(131)는 상기 도체와의 전기적 접촉 면적을 증가시키기 위하여 상기 연결도체(250) 후방에 구비된 파이프 형상의 접속구(250a)에 접속되며, 상기 연결도체(250)의 챔버 공간(250h)에 연통되지 않도록 배치될 수 있다.
이와 같이, 상기 전기차 충전용 케이블(100)의 전력유닛(130)의 도체(131)는 상기 커넥터 전력단자(250)와 직접 전기적 연결되는 것이 아니고 상기 연결도체의 접속구(250a)에 접속되어 상기 커넥터 전력단자(250)와 연결되는 우회적 접속 방식을 사용함과 동시에 상기 연결도체(250) 내부의 챔버 영역(250h)으로 냉각유체를 유동해줌으로서 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 전기차 충전용 케이블의 도체(131)는 전기 전도성이 우수한 금속, 예를 들어, 주석, 구리, 알루미늄, 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 연동선(annealed copper wire) 로 이루어질 수 있으며, 상기 도체(131)는 복수 개의 소선이 일정한 집합 피치로 집합된 후 이러한 집합 도체가 수개가 다시 일정한 피치로 복합된 집복합 구조를 가질 수 있다.
상기 연결도체(250) 후방에 구비된 파이프형 접속구(250a)는 이와 같은 상기 케이블의 도체(131)가 길이방향으로 접속되는 부분으로 상기 케이블 도체(131)와 마찬가지로 전기 전도성이 우수한 구리, 알루미늄 또는 그 합금 재질의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 냉각유체 공급관(140) 및 상기 냉각유체 회수관(150)은 상기 연결도체(250)의 상면의 전방과 후방에 각각 연결되도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 냉각유체 공급관(140) 및 상기 냉각유체 회수관(150)은 상기 연결도체(250)와 연결 밸브 등을 매개로 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7에 도시된 실시예에서, 상기 연결도체(250)는 각각 상기 전력유닛(130)의 어느 한 지점에서 상기 전력유닛(130) 외부 분기된 냉각유체 공급관(140') 내 공급된 냉각유체가 상기 연결도체(253) 내부로 유입 가능하도록 형성되는 적어도 하나의 유입구(250i) 및 상기 냉각유체가 냉각유체 회수관(150)으로 회수 가능하도록 형성되는 적어도 하나의 배출구(233o)가 상기 연결도체(250)의 상면에 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 연결도체(250) 상부에 구비되는 상기 유입구(250i) 및 배출구(250o)은 서로 대응되는 형상을 갖을 수 있으며, 그 단면은 원형 또는 타원형 등일 수 있다.
이하, 전기차 충전용 어셈블리(1000) 내에서 냉각유체의 유로 흐름에 관하여 자세하게 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리에서 냉각유체의 유로 흐름이 도시된 상태에서의 후방 사시도를 도시한다.
구체적으로, 도 8은 상기 냉각유체 공급관이 상기 전력유닛 내부에 구비된 실시예이고, 도 9는 상기 냉각유체 회수관이 상기 전력유닛 내부에 구비된 또 다른 실시예를 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전기차 충전기(300, 도 1 참조)에서 상기 전력유닛(130)에 구비된 냉각유체 공급관(140)를 통해 공급되는 냉각유체는 전력유닛(130)의 도체(131) 내부에서 도체(131)를 냉각시키면서 유동되다가, 상기 전력유닛(130)의 어느 한 지점에서 외부 분기된 냉각유체 공급관(140')를 따라 유동된다.
다음으로, 상기 분기된 냉각유체 공급관(140') 단부에 장착된 유로 변환밸브(147)을 지나 유로흐름이 변경되어 연결도체(250)의 챔버공간(250h) 내부에서 상기 커넥터 전력단자(230)와 케이블 전력유닛(130)를 전체적으로 냉각하게 된다.
이후, 상기 연결도체(250) 내부를 유동하면서 연결도체 내부를 냉각한 냉각유체는 다시 상기 연결도체(250)의 상부에 연결되는 분기된 냉각유체 회수관(150s)를 따라 상부로 유동하여 회수될 수 있다.
상기 연결도체의 챔버 공간 내부를 유동하는 냉각유체는 난류를 발생시키며 냉각성능이 극대화될 수 있다.
이후, 상기 연결도체(250)에 각각 연결된 상기 분기된 냉각유체 회수관 (150s)를 따라 회수되는 냉각유체는 하나의 메인 냉각유체 회수관(150m)에서 유로가 통합되어 한꺼번에 회수된다.
또한, 상기 냉각유체 회수관(150m)을 통해 상기 냉각유체가 전기차 충전기로 회수되는 과정에서 전기차 충전용 케이블을 구성하는 전력유닛과 접촉된 상태일 수 있으므로, 전력유닛의 외주면의 냉각도 수행될 수 있다.
다른 실시예로, 도 9에 도시된 바와 같이, 냉각유체는 상기 전력유닛 외부에 구비되는 상기 냉각유체 공급관(140)을 따라 인접한 전력유닛의 외주면을 냉각하며 커넥터 근방까지 유동한 후 상기 냉각유체 공급관(140)은 상기 연결도체(250)의 후방에서 복수개로 분기되고, 이에 상기 냉각유체는 분기된 냉각유체 공급관을 따라 상기 연결도체(250) 내부로 유동된다. 이후, 상기 냉각유체는 상기 연결도체(250) 내부를 유동하면서 상기 전력단자(230) 및 케이블 전력유닛(130)을 냉각한 후 상기 전력유닛(130)에서 분기된 냉각유체 회수관(150')을 따라 유동하며 다시 냉각유체의 유로가 전력유닛(130) 내부 구비된 냉각유체 회수관(150)으로 유동되어 회수될 수 있도록 구성 가능하다.
상기 냉각유체 회수관(150m)에서 공급된 후 상기 연결도체를 냉각한 후 상기 전력유닛 내부를 통해 전기차 충전기로 회수되는 과정에서 전력유닛을 구성하는 도체는 냉각유체에 의하여 냉각될 수 있음은 전술한 실시예와 마찬가지이다.
즉, 도 8 및 도 9에 도시된 실시예 모두 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리(1000)는 전기차 충전용 케이블(100)의 한 쌍의 전력유닛(130)의 내부 또는 외부에 중 어느 한 영역에 배치되는 냉각유체 공급관을 통해 공급되는 냉각유체가 상기 연결도체(250) 내부를 유동하여 회수되는 구조로 되어, 커넥터의 전력단자에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각함과 동시에 냉각유체가 공급되는 과정과 회수되는 과정에서 전기차 충전용 케이블의 전력유닛의 발열도 효율적으로 냉각할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
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.
1000 : 전기차 충전용 어셈블리
100 : 전기차 충전용 케이블
200 : 전기차 충전용 커넥터

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 접지유닛; 적어도 하나의 통신유닛; 도체 및 상기 도체를 감싸는 절연층이 구비된 복수의 전력유닛; 전기차 충전기에서 냉각유체가 공급되는 적어도 하나의 냉각유체 공급관; 및 상기 냉각유체 공급관에서 공급된 냉각유체가 전기차 충전기로 회수되는 적어도 하나의 냉각유체 회수관;을 포함하는 전기차 충전용 케이블; 및
    전방에 전기차 커넥터 접속유닛에 접속되는 커넥팅부 및 후방에 상기 전기차 충전용 케이블이 도입되어 지지되는 케이블 지지부를 포함하는 하우징; 상기 커넥팅부에 노출되도록 장착되며 상기 통신유닛과 연결되는 적어도 하나의 통신단자; 상기 커넥팅부에 노출되도록 장착되며 상기 전력유닛과 연결되는 복수의 전력단자; 상기 하우징 내부에서 복수의 전력단자와 복수의 상기 전력유닛의 도체가 전방과 후방에 장착되고, 상기 냉각유체 공급관에서 공급된 냉각유체가 경유한 후 상기 냉각유체 회수관으로 회수되는 챔버 공간이 내부에 구비되는 연결 도체;를 포함하는 전기차 충전용 커넥터;를 포함하고,
    상기 전기차 충전용 케이블의 상기 냉각유체 공급관 또는 상기 냉각유체 회수관은 상기 전력유닛 내부에 각각 구비되며, 상기 연결도체 후방에서 전력유닛에서 분기된 후 상기 연결도체로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결도체의 챔버 공간의 외주면에 상기 냉각유체 공급관과 상기 냉각유체 회수관이 내부에 연통되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각유체 공급관과 상기 냉각유체 회수관은 상기 연결도체의 상면의 전방과 후방에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기차 충전용 커넥터를 구성하는 전력단자는 상기 연결도체에 장착시 후단이 상기 연결도체의 챔버 공간에 연통되어 냉각 유체에 의하여 직접 냉각되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기차 충전용 케이블의 전력유닛을 구성하는 도체는 상기 연결도체 후방에 구비된 파이프형 접속구에 접속되고, 상기 연결도체의 챔버 공간에 연통되지 않는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유체 공급관은 상기 전력유닛의 도체 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유체 회수관은 상기 전력유닛 외부에 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각유체 회수관은 복수 개가 구비되고, 복수 개의 냉각유체 회수관은 하나로 합관되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유체 회수관은 상기 전력유닛의 도체 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유체 공급관은 상기 전력유닛 외측에 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각유체 공급관은 상기 연결도체 후방에서 복수 개로 분기된 후 각각의 상기 연결도체에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  14. 삭제
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