KR102546582B1

KR102546582B1 - 전력변환장치

Info

Publication number: KR102546582B1
Application number: KR1020180110294A
Authority: KR
Inventors: 박흠용
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2023-06-23
Also published as: KR20200031372A

Abstract

실시예는 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되는 발열부; 상기 발열부의 일측에 배치되는 제1 히트파이프부; 상기 발열부의 타측에 배치되는 열전소자; 및 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각부를 포함하고, 상기 발열부에 의한 열 발생시, 상기 발열부와 상기 냉각부 사이의 온도차에 의해 상기 열전소자는 열을 전기에너지로 변환하는 전력변환장치에 관한 것이다. 이때, 상기 전력변환장치는 내부의 열을 효율적으로 방열시키면서, 내부에서 발생되어 버려지는 폐열을 전기에너지로 변환하여 재사용되게 함으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

전력변환장치{POWER CONVERSION DEVICE}

실시예는 전력변환장치에 관한 것이다. 상세하게, 차량에 설치되어 발열하는 컨버터와 같은 전력변환장치에 관한 것이다.

자동차에 사용되는 차량용 전력변환장치, 예를 들어, 개별적으로 동작가능한 차량 구동용 인버터 또는 컨버터는, 일반적으로 그 소비전력이 수십 kW에 달하므로 구동시 많은 발열량이 발생한다.

또한, 차량용 전력변환장치의 각 부품들은 부품배치의 효율성을 높이고 시스템 크기를 최소화하기 위해 집약적으로 배치되는 경우가 대부분이므로, 구동시 발생되는 발열량은 대체로 한 위치에 집중되는 경우가 대부분이다.

따라서, 차량용 전력변환장치에서 발생되는 발열량을 효과적으로 분산시켜, 부품들의 동작 범위를 넓히고 동작 특성을 개선시키는 구조를 필요로 한다.

도 1은 컨버터 내부의 방열구조를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 차량용 전력변환장치(2)는 내부에, 냉각수가 흐르는 'ㄷ'자 또는 루프 구조의 배관 및 이를 구비하는 방열판이 적용된 방열구조를 이용하여, 전력변환장치 내부에 배치되는 각종 소자의 열을 회수한다.

그러나, 회수된 상기 열은 버려지는 외부로 폐열이기 때문에 에너지 효율이 감소되는 문제가 있다.

또한, 전기자동차의 충/방전시 상기 전력변환장치(2)의 발열이 증가하기 때문에 버려지는 폐열이 증가한다. 그에 따라, 에너지 효율이 더욱 떨어지는 문제가 있다.

그리고, 전기자동차의 충/방전 용량이 클수록 발열량이 더 발생하기 때문에, 내부 구성 부품에 열 손상이 발생하는 문제가 있다. 그에 따라, 상기 전력변환장치(2) 내부에 더욱 커진 방열 구조를 구비하여 이를 해결할 수 있지만, 공간 활용성 및 컴팩트한 상기 전력변환장치(2)를 구현하지 못하는 문제가 있다.

따라서, 발열이 증가할 때 열관리를 용이하게 하면서도 버려지는 폐열을 이용할 수 있는 전력변환장치가 요청되고 있는 실정이다.

실시예는 냉각을 통해 충전 효율을 최적화하면서도 버려지는 폐열을 이용하여 전력을 회수할 수 있는 전력변환장치를 제공한다.

또한, 히트 파이프를 이용하여 신속한 냉각을 가능하게 하는 전력변환장치를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제는 실시예에 따른 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되는 발열부; 상기 발열부의 일측에 배치되는 제1 히트파이프부; 상기 발열부의 타측에 배치되는 열전소자; 및 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각부를 포함하고, 상기 발열부에 의한 열 발생시, 상기 발열부와 상기 냉각부 사이의 온도차에 의해 상기 열전소자는 열을 전기에너지로 변환하는 전력변환장치에 의해 달성된다.

상기 과제는 실시예에 따른 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되는 발열부; 상기 발열부의 하부에 배치되는 제1 히트파이프부; 상기 발열부와 상기 제1 히트파이프부를 덮도록 상기 하우징 내부에 배치되는 커버; 상기 커버의 상부에 배치되는 열전소자; 및 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각부를 포함하고, 상기 하우징 내부의 공간은 상기 커버에 의해 나눠진 제1 공간과 제2 공간을 포함하며, 상기 발열부에 의한 열 발생시, 상기 제1 공간과 제2 공간 사이에는 상기 커버에 의해 온도차가 발생하는 전력변환장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 커버와 상기 냉각부 사이의 온도차에 의해 상기 열전소자는 열을 전기에너지로 변환할 수 있다.

또한, 상기 발열부는 회로기판; 및 상기 회로기판에 배치되는 복수 개의 소자를 포함하고, 상기 제1 히트파이프부는 상기 회로기판의 하면에 면접촉되게 배치되어 상기 회로기판에 형성된 열을 흡수할 수 있다.

또한, 상기 전력변환장치는 상기 냉각부의 상부에 배치되는 제2 히트파이프부; 및 상기 제1 히트파이프부와 상기 제2 히트파이프부를 연결하는 연결배관을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제2 히트파이프부의 일측은 상기 하우징의 외부에 배치되는 냉각시스템에 연결될 수 있다.

그리고, 상기 전력변환장치는 상기 연결배관에 배치되는 밸브 및 상기 발열부의 온도를 감지하는 센서를 더 포함하며, 상기 발열부의 온도가 기 설정된 온도에 도달시 발생하는 상기 센서의 신호에 의해 상기 밸브는 상기 연결배관을 오픈시킬 수 있다.

이때, 상기 밸브는 하우징의 외부에 배치될 수 있다.

또한, 상기 연결배관의 오픈시, 상기 냉각시스템이 구동될 수 있다.

또한, 상기 연결배관에 배치되는 밸브를 더 포함하며, 차량의 배터리의 충전 또는 방전시, 상기 밸브는 상기 연결배관을 오픈시킬 수 있다. 이때, 상기 냉각시스템이 구동될 수 있다.

한편, 상기 하우징은 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 열전소자는 차량의 배터리와 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 상기 전력변환장치는 상기 발열부와 상기 제1 히트파이프부 사이 또는 상기 발열부와 상기 열전소자 사이에 배치되는 열전도부재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전력변환장치는 상기 발열부와 상기 제1 히트파이프부 사이 또는 상기 발열부와 상기 커버 사이에 배치되는 열전도부재를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따른 전력변환장치는 내부의 열을 효율적으로 방열시키면서, 내부에서 발생되어 버려지는 폐열을 전기에너지로 변환하여 재사용되게 함으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

예컨데, 일정 온도로 발열부에서 발열되는 경우, 열전소자를 이용하여 전력을 생산하여 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.

또한, 전기자동차의 충/방전시 급격히 증대되는 열에 의해 내부 부품이 손상되는 것을 방지하기 위해, 상기 전력변환장치는 냉각시스템에 연결되는 히트 파이프 및 밸브를 이용하여 빠르게 열교환시킴으로써 효율적으로 방열할 수 있다.

즉, 내부 온도를 기준으로 일반 상태에서는 폐열을 이용하여 전력을 생산함으로써 에너지 효율성을 향상시키고, 내부가 과열되는 경우 빠르게 열을 방출시킴으로써 내부의 부품을 보호할 수 있다.

또한, 연결배관을 하우징을 기준으로 외부에 배치되게 함으로써, 컴팩트한 전력변환장치를 구현하여 차량에 대한 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.

실시예의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 컨버터 내부의 방열구조를 나타내는 도면이고,
도 2는 실시예에 따른 전력변환장치를 나타내는 사시도이고,
도 3은 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 구조의 제1 실시예를 나타내는 도면이고,
도 4는 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 구조의 제2 실시예를 나타내는 도면이고,
도 5는 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 구조의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소가 상기 두 구성요소 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 '상(위) 또는 하(아래)(on or under)'로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지게 된다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는 차량에 설치되어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 전력변환장치는 내부가 과열되는 경우 급속히 방열시키는 구조를 구비하여 내부 부품을 보호할 수 있다.

여기서, 상기 전력변환장치는 컨버터(Converter)일 수 있다. 예컨데, 상기 컨버터는 직류 전압을 변압하는 장치일 수 있다. 그에 따라, 상기 컨버터가 동작하는 과정에서 다량의 열이 발생한다.

이때, 상기 전력변환장치는 전기 자동차(electric vehicle)에 사용될 수 있다. 그에 따라, 다량의 열을 발생시키는 상기 전기 자동차의 특정 환경에서 상기 전력변환장치는 효율적으로 열을 방출시킬 수 있다.

도 2는 실시예에 따른 전력변환장치를 나타내는 사시도이고, 도 3은 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 구조의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 전력변환장치(1)는 하우징(100), 하우징(100) 내부에 배치되는 발열부(200), 발열부(200)의 일측에 배치되는 제1 히트파이프부(300), 발열부(200)의 타측에 배치되는 열전소자(400) 및 열전소자(400)를 냉각시키는 냉각부(500)를 포함할 수 있다. 이때, 열전소자(400)는 차량의 충전부(600)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 냉각부(400)는 하우징(100)의 외부에 배치되는 냉각시스템(700)에 연결될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발열부(200)와 상기 냉각부(500) 사이에 열전소자(400)가 배치된다. 그에 따라, 발열부(200)에 의한 열 발생시, 상기 발열부(200)와 상기 냉각부(500) 사이의 온도차에 의해 열전소자(400)는 열을 전기에너지로 변환할 수 있다. 그리고, 상기 전기에너지는 충전부(600)를 충전할 수 있다.

하우징(100)은 상기 전력변환장치(1)의 외형을 형성한다. 이때, 하우징(100) 내부에는 공간(S)이 형성되며, 상기 공간(S)에는 발열부(200), 제1 히트파이프부(300), 발열부(200)의 타측에 배치되는 열전소자(400) 및 열전소자(400)를 냉각시키는 냉각부(500)가 배치될 수 있다.

그리고, 하우징(100)은 금속 재질로 형성될 수 있다. 예컨데, 상기 전력변환장치(1)의 방열 성능을 고려하여 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 이때, 하우징(100)은 상기 전력변환장치(1)가 설치되는 대상체(차량)의 구조를 고려하여 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

발열부(200)는 하우징(100) 내부에 배치되어 열을 발생시킬 수 있다.

발열부(200)는 회로기판(210) 및 회로기판(210)에 배치되는 복수 개의 소자(220)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 컨버터가 동작하는 과정에서 상기 소자(220)는 열을 발생시킨다. 이때, 발열부(200)의 상부에 배치되는 열전소자(400)와의 배치관계를 고려하여 상기 소자(220)는 회로기판(210)의 상부에 실장될 수 있다.

제1 히트파이프부(300)는 발열부(200)에 접촉되게 배치되어 발열부(200)에서 형성된 열을 흡수한다. 그에 따라, 제1 히트파이프부(300)는 발열부(200)에서 다량의 열이 발생하더라도 열의 일부를 흡수하여 열전소자(400)에 과도한 열이 전달되는 것을 방지할 수 있다.

제1 히트파이프부(300)는 발열부(200)에서 형성된 열에 대해 전도 방식 이외에 대류 방식을 통해 흡수할 수 있다. 여기서, 하우징(100) 내부에는 공간(S)이 형성되고, 발열부(200)에서 형성된 열은 상기 공간(S)에서 대류하게 되는바, 제1 히트파이프부(300)는 공간(S)의 열을 흡수할 수 있다.

제1 히트파이프부(300)는 발열부(200)의 하부에 배치될 수 있다. 이때, 제1 히트파이프부(300)는 회로기판(210)의 하면에 면접촉하게 배치되어 회로기판(210)에 형성된 열을 흡수할 수 있다.

제1 히트파이프부(300)는 하우징(100)의 내부 저면(110)에 밀착되게 배치될 수 있다. 이때, 제1 히트파이프부(300)는 하우징(100)의 내부 저면(110) 사이에는 구리스와 같은 열전도부재(미도시)가 배치되어 열 전도성을 향상시킬 수 있다.

그에 따라, 제1 히트파이프부(300)가 흡수한 열은 하우징(100)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

실시예에 있어서, 제1 히트파이프부(300)가 발열부(200)의 하부에 배치된 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데, 발열부(200)가 직접 하우징(100)의 내부 저면(110)에 배치될 수도 있다. 그러나, 열의 방출을 고려하여 제1 히트파이프(300)를 이용함으로써, 상기 열의 효과적인 방출이 가능하다. 이때, 제1 히트파이프부(300)는 냉각시스템(700)과 연결될 수 있다.

열전소자(400)는 상기 발열부(200)와 상기 냉각부(500) 사이에 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 열전소자(400)의 하부에는 발열부(200)가 배치되고 상부에는 냉각부(500)가 배치된다. 여기서, 열전소자(400)는 열에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지 변환부라 불릴 수 있다.

그에 따라, 열전소자(400)는 상기 발열부(200)와 상기 냉각부(500) 사이의 온도차를 이용하여 발열부(200)에서 형성된 열을 전기에너지로 변환시킴으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

이때, 열전소자(400)는 차량의 배터리와 같은 충전부(600)에 전기적으로 연결되기 때문에, 열전소자(400)에서 형성된 전기에너지는 상기 배터리를 충전시킬 수 있다.

한편, 열전소자(400)와 발열부(200) 사이에는 구리스와 같은 열전도부재(미도시)가 배치되어 열 전도성을 향상시킬 수 있다. 예컨데, 발열부(200)에는 다양한 소자(220)들이 배치되기 때문에, 열전소자(400)는 발열부(200)에 밀착되어 면접촉하는데 어려움이 있다. 그에 따라, 상기 전력변환장치(1)는 열전소자(400)와 발열부(200) 사이에 상기 열전도부재를 배치함으로써, 열 전도성을 향상시킬 수 있다.

냉각부(500)는 열전소자(400)의 열을 흡수함으로써, 열전소자(400)를 냉각시킬 수 있다.

냉각부(500)는 열전소자(400)의 상부에 배치될 수 있다. 그에 따라, 열전소자(400)의 상부와 하부는 온도차가 발생한다.

그리고, 냉각부(500)는 하우징(100)의 외부에 배치되는 냉각시스템(700)에 연결될 수 있기 때문에, 냉각부(500)와 냉각시스템(700) 사이에는 열 교환이 이루어질 수 있다.

이때, 냉각부(500)와 냉각시스템(700)은 냉각수를 순환시키는 구조를 구비하여 열 교환을 수행할 수 있다. 또는, 냉각부(500)가 방열판으로 형성될 때, 열 전도성을 이용하여 냉각부(500)와 냉각시스템(700)은 열 교환을 수행할 수도 있다.

한편, 냉각부(500)는 하우징(100)의 내부 상면(120)에 밀착되게 배치될 수도 있다. 그에 따라, 냉각부(500)와 하우징(100) 사이에는 열 교환이 수행될 수 있다. 이때, 냉각부(500)와 하우징(100) 사이에는 구리스와 같은 열전도부재(미도시)가 배치되어 열 전도성이 향상될 수 있다. 그리고, 열전소자(400)와 냉각부(500) 사이에도 열전도부재(미도시)가 배치되어 열 전도성을 향상시킬 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 구조의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하여 제2 실시예에 따른 전력변환장치(1a)를 설명함에 있어서, 제1 실시예에 따른 전력변환장치(1)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 기재되는바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 전력변환장치(1a)는 하우징(100), 하우징(100) 내부에 배치되는 발열부(200), 발열부(200)의 일측에 배치되는 제1 히트파이프부(300), 발열부(200)의 타측에 배치되는 열전소자(400), 열전소자(400)를 냉각시키는 냉각부(500), 냉각부(500)의 상부에 배치되는 제2 히트파이프부(800), 제1 히트파이프부(300)와 제2 히트파이프부(800)를 연결하는 연결배관(900) 및 상기 연결배관(900)에 배치되는 밸브(1000)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 전력변환장치(1a)는 발열부(200)의 온도를 감지하는 센서(1100)를 더 포함할 수 있다. 이때, 열전소자(400)는 차량의 충전부(600)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 냉각부(400) 및 제2 히트파이프부(800) 각각은 하우징(100)의 외부에 배치되는 냉각시스템(700)에 연결될 수 있다.

또한, 상기 전력변환장치(1a)는 충전부(600), 냉각시스템(700), 밸브(1000) 및 센서(1100) 등과 전기적으로 연결되는 제어부(1200)를 포함할 수 있다.

제2 히트파이프부(800)는 냉각부(500)의 상부에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 히트파이프부(800)는 하우징(100)의 내부 상면(120)에 밀착되게 배치될 수 있다. 이때, 냉각부(500)와 제2 히트파이프부(800) 사이 및 하우징(100)의 상면(120)과 제2 히트파이프부(800) 사이에는 열전도부재(미도시)가 배치되어 열 전도성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 제2 히트파이프부(800)는 냉각시스템(700)에 연결될 수 있기 때문에, 제2 히트파이프부(800)와 냉각시스템(700) 사이에는 열 교환이 이루어질 수 있다.

제1 히트파이프부(300) 및 제2 히트파이프부(800) 각각은 냉각수를 순환시키는 구조를 구비하여 열 교환을 수행할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 히트파이프부(300) 및 제2 히트파이프부(800) 각각은 방열판 및 'ㄷ'자 또는 루프 구조의 배관으로 형성될 수 있다.

연결배관(900)은 제1 히트파이프부(300)와 제2 히트파이프부(800)를 연결하여 제1 히트파이프부(300)와 제2 히트파이프부(800) 사이에 열교환을 가능하게 한다. 예컨데, 연결배관(900)은 제1 히트파이프부(300) 및 제2 히트파이프부(800) 각각의 상기 배관에 연결되어 냉각수를 순환시킬 수 있게 한다.

그리고, 제2 히트파이프부(800)는 냉각시스템(700)에 연결될 수 있기 때문에, 제1 히트파이프부(300), 냉각시스템(700) 및 제2 히트파이프부(800)는 냉각수 순환 구조를 구현할 수 있다.

그에 따라, 연결배관(900)은 제1 히트파이프부(300)와 제2 히트파이프부(800)를 연결하여 냉각수를 순환시키는 구조로 형성될 수 있기 때문에, 발열부(200)에서 급격히 발열량이 증가하더라도 빠르게 열을 방출시킴으로써 하우징(100) 내부의 부품을 보호할 수 있다.

밸브(1000)는 연결배관(900)에 배치되어 연결배관(900)을 개폐할 수 있다. 여기서, 밸브(1000)로는 솔레노이드 밸브가 이용될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 연결배관(900)에 배치되는 밸브(1000)는 하우징(100)을 기준으로 외부에 배치될 수 있다. 그에 따라, 연결배관(900)의 일부 또한 하우징(100)의 외부에 배치될 수 있기 때문에, 연결배관(900)을 통해 이송되는 냉각수에서 열의 일부가 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 상기 전력변환장치(1a)는 하우징(100)의 외부에 배치되는 연결배관(900)의 일 영역을 통해 더욱 빠르게 열을 방출시킬 수 있다.

한편, 밸브(1000)는 하우징(100)의 내부에 배치될 수도 있다. 이때, 연결배관(900)은 하우징(100) 내부에 대류하는 열을 흡수할 수 있다.

센서(1100)는 발열부(200)의 온도를 감지한다. 그리고, 센서(1100)는 발열부(200)의 온도가 기 설정된 온도에 도달시 발생하는 신호를 송출한다. 이때, 상기 신호는 제어부(1200)를 통해 밸브(1000)에 전달될 수 있다. 여기서, 제어부(1200)는 차량의 이씨유(ECU)일 수 있다.

그에 따라, 상기 신호를 수신한 밸브(1000)는 연결배관(900)을 오픈함으로써, 제1 히트파이프부(300)에서 제2 히트파이프부(800)로 냉각수를 이동가능하게 한다.

제어부(1200)는 충전부(600), 냉각시스템(700), 밸브(1000) 및 센서(1100) 등과 전기적으로 연결되어 신호를 송수신하거나 제어할 수 있다.

제어부(1200)는 센서(1100)의 상기 신호를 기반으로 밸브(1000)를 제어할 수 있다.

그리고, 밸브(1000)가 연결배관(900)을 오픈할 때, 제어부(1200)는 냉각시스템(700)을 구동할 수 있다.

한편, 전기자동차의 배터리의 충전 또는 방전시, 발열부(200)의 발열량은 급격히 증가할 수 있다. 그에 따라, 열전소자(400)에 전달되는 열 이외에도 다량의 열이 발생하기 때문에, 열의 방출이 필요하다.

따라서, 전기자동차의 배터리의 충전 또는 방전시, 제어부(1200)는 밸브(1000)를 제어하여 연결배관(900)을 오픈함으로써, 하우징(100) 내부가 과열되는 것을 방지함으로써 하우징(100) 내부에 배치되는 구성요소를 보호할 수 있다.

도 5는 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 구조의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하여 제3 실시예에 따른 전력변환장치(1b)를 설명함에 있어서, 제1 실시예에 따른 전력변환장치(1) 및 제2 실시예에 따른 전력변환장치(1a)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 기재되는바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

제3 실시예에 따른 전력변환장치(1b)를 제2 실시예에 따른 전력변환장치(1a)와 비교해 볼 때, 제3 실시예에 따른 전력변환장치(1b)는 커버(1300)를 더 포함한다는 점에 차이가 있다.

도 5를 참조하면, 제3 실시예에 따른 전력변환장치(1b)는 하우징(100), 하우징(100) 내부에 배치되는 발열부(200), 발열부(200)의 일측에 배치되는 제1 히트파이프부(300), 커버(1300)의 상부에 배치되는 열전소자(400), 열전소자(400)를 냉각시키는 냉각부(500), 냉각부(500)의 상부에 배치되는 제2 히트파이프부(800), 제1 히트파이프부(300)와 제2 히트파이프부(800)를 연결하는 연결배관(900), 상기 연결배관(900)에 배치되는 밸브(1000), 발열부(200)의 온도를 감지하는 센서(1100) 및 하우징(100)의 내부에 배치되는 발열부(200)와 제1 히트파이프부(300)를 격리시키는 커버(1300)를 포함할 수 있다. 이때, 열전소자(400)는 차량의 충전부(600)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 냉각부(400) 및 제2 히트파이프부(800) 각각은 하우징(100)의 외부에 배치되는 냉각시스템(700)에 연결될 수 있다.

커버(1300)는 발열부(200)와 제1 히트파이프부(300)를 덮도록 하우징(100) 내부의 공간(S)에 배치될 수 있다. 이때, 커버(1300)의 단부는 하우징(100)에 연결될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 커버(1300)의 단부는 하우징(100)의 저면(110)에 연결될 수 있다. 그에 따라, 커버(1300)에 형성된 열은 하우징(100)으로 전도될 수 있다.

커버(1300)는 하우징(100) 내부의 공간(S)을 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)으로 구획할 수 있다. 즉, 하우징(100) 내부의 공간(S)은 상기 커버(1300)에 의해 나눠진 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 공간(S2)에는 발열부(200)와 제1 히트파이프부(300)가 배치될 수 있다.

발열부(200)에 의한 열 발생시, 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2) 사이에는 상기 커버(1300)에 의해 온도차가 발생할 수 있다.

이때, 상기 커버(1300)와 상기 냉각부(500) 사이의 온도차에 의해 상기 열전소자(400)는 열을 전기에너지로 변환할 수 있다.

커버(1300)에 의해 상기 공간(S)이 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)으로 구획됨에 따라, 발열부(200)의 발열량이 급격이 증가하더라도 제1 공간(S1)에 배치되는 구성요소의 경우 커버(1300)에 의해 상기 발열부(200)에 의한 열 손상을 최소화할 수 있다.

커버(1300)의 일측은 발열부(200)와 접촉될 수 있다. 이때, 발열부(200)와 커버(1300) 사이에는 열전도부재(미도시)가 배치되어 열 전도성을 향상시킬 수 있다.

커버(1300)의 상부에는 열전소자(400)가 배치될 수 있다. 이때, 커버(1300)는 열전소자(400)와 면접촉할 수 있다. 여기서, 커버(1300)는 열전소자(400)를 지지할 수 있다. 이때, 열전소자(400)와 커버(1300) 사이에는 열전도부재(미도시)가 배치되어 열 전도성을 향상시킬 수 있다.

상기 전력변환장치(1b)는 커버(1300)를 이용하기 때문에, 소자(220)를 포함하는 발열부(200)를 직접 열전소자(400)에 접촉시키는 경우보다 용이하게 열전소자(400)에 열을 전달할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 센서(1100)는 커버(1300)의 내부, 즉 제2 공간(S2)에 배치되는 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데, 센서(1100)는 제1 공간(S1)에 배치될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 수정과 변경에 관계된 차이점들을 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 1a, 1b: 전력변환장치
100: 하우징
200: 발열부
300: 제1 히트파이프부
400: 열전소자
500: 냉각부
600: 충전부
700: 냉각시스템
800: 제2 히트파이프부
900: 연결배관
1000: 밸브
1100: 센서
1200: 제어부
1300: 커버

Claims

하우징;
상기 하우징 내부에 배치되는 발열부;
상기 발열부의 일측에 배치되는 제1 히트파이프부;
상기 발열부의 타측에 배치되는 열전소자; 및
상기 열전소자를 냉각시키는 냉각부; 및
상기 냉각부의 상부에 배치되는 제2 히트파이프부; 및
상기 제1 히트파이프부와 상기 제2 히트파이프부를 연결하는 연결배관을 포함하고,
상기 발열부에 의한 열 발생시, 상기 발열부와 상기 냉각부 사이의 온도차에 의해 상기 열전소자는 열을 전기에너지로 변환하는 전력변환장치.
하우징;
상기 하우징 내부에 배치되는 발열부;
상기 발열부의 하부에 배치되는 제1 히트파이프부;
상기 발열부와 상기 제1 히트파이프부를 덮도록 상기 하우징 내부에 배치되는 커버;
상기 커버의 상부에 배치되는 열전소자; 및
상기 열전소자를 냉각시키는 냉각부를 포함하고,
상기 하우징 내부의 공간은 상기 커버에 의해 나눠진 제1 공간과 제2 공간을 포함하며,
상기 발열부에 의한 열 발생시, 상기 제1 공간과 제2 공간 사이에는 상기 커버에 의해 온도차가 발생하는 전력변환장치.
제2항에 있어서,
상기 커버와 상기 냉각부 사이의 온도차에 의해 상기 열전소자는 열을 전기에너지로 변환하는 전력변환장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 발열부는
회로기판; 및
상기 회로기판에 배치되는 복수 개의 소자를 포함하고,
상기 제1 히트파이프부는 상기 회로기판의 하면에 면접촉되게 배치되어 상기 회로기판에 형성된 열을 흡수하는 전력변환장치.
제2항에 있어서,
상기 냉각부의 상부에 배치되는 제2 히트파이프부; 및
상기 제1 히트파이프부와 상기 제2 히트파이프부를 연결하는 연결배관을 더 포함하는 전력변환장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 제2 히트파이프부의 일측은 상기 하우징의 외부에 배치되는 냉각시스템에 연결되는 전력변환장치.
제6항에 있어서,
상기 연결배관에 배치되는 밸브 및 상기 발열부의 온도를 감지하는 센서를 더 포함하며,
상기 발열부의 온도가 기 설정된 온도에 도달시 발생하는 상기 센서의 신호에 의해 상기 밸브는 상기 연결배관을 오픈시키는 전력변환장치.
제7항에 있어서,
상기 밸브는 하우징의 외부에 배치되는 전력변환장치.
제7항에 있어서,
상기 연결배관의 오픈시, 상기 냉각시스템이 구동되는 전력변환장치.
제6항에 있어서,
상기 연결배관에 배치되는 밸브를 더 포함하며,
차량의 배터리의 충전 또는 방전시, 상기 밸브는 상기 연결배관을 오픈시키는 전력변환장치.
제10항에 있어서,
상기 연결배관의 오픈시, 상기 냉각시스템이 구동되는 전력변환장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하우징은 알루미늄 재질로 형성되는 전력변환장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열전소자는 차량의 배터리와 전기적으로 연결되는 전력변환장치.
제1항에 있어서,
상기 발열부와 상기 제1 히트파이프부 사이 또는 상기 발열부와 상기 열전소자 사이에 배치되는 열전도부재를 더 포함하는 전력변환장치.
제2항에 있어서,
상기 발열부와 상기 제1 히트파이프부 사이 또는 상기 발열부와 상기 커버 사이에 배치되는 열전도부재를 더 포함하는 전력변환장치.