KR102575151B1

KR102575151B1 - 인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈

Info

Publication number: KR102575151B1
Application number: KR1020180082858A
Authority: KR
Inventors: 이제환; 장한근; 이은철; 이성민; 김윤호; 신상철
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2023-09-06
Also published as: US11497147B2; US10736243B2; US20200329589A1; KR20200008771A; US20200029473A1; CN110729908A

Abstract

본 발명은 3행 이상, 3열 이상의 병렬형으로 배열되고, 각 행에서의 각각의 열은 인버터의 U, V, W 상에 대응되도록 3개씩 배치되는 파워모듈, 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제1행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제1 냉각수 유로 및 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제3행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제2 냉각수 유로를 포함하는 인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈로서, 본 발명에 의하면, 인버터의 병렬형 냉각모듈을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

Description

인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈{COOLING MODULE FOR PARALLEL TYPE POWER MODULE OF INVERTER}

본 발명은 자동차용 인버터의 파워모듈을 냉각시키기 위한 냉각기 모듈에 관한 것으로서, 특히 병렬형 파워모듈을 위한 냉각기 모듈에 관한 것이다.

하이브리드 차량이나 전기자동차 등과 같이 전기모터를 구동원으로 사용하는 친환경 차량은 보통 전기모터를 구동하기 위한 에너지원으로 고전압 배터리를 사용하며, 전력변환부품으로 모터에 전원을 제공하는 인버터를 요하게 된다.

인버터(Inverter)는 전기모터와 고전압 배터리 사이에서 고전압 배터리의 직류전원을 3상 교류전원으로 변환시켜 모터 측으로 제공하기 위한 것이다.

인버터에는 파워모듈이 구성되고, 파워모듈은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transitor)와 다이오드(Diode)의 스위치로 구성되어, 고전압, 고전류를 빠른 스위칭을 통해서 모터로 전달시켜 주는데, 이때 흐르는 전류는 손실을 발생시키며 이러한 손실은 반도체 스위치를 가열시켜 높은 열을 발생시켜 정션 온도를 상승시키게 된다.

그리고, 인버터는 파워모듈의 고속 스위칭 손실에 의한 열을 냉각시키기 위한 냉각기를 포함하여 구성된다.

그런데, 반도체 스위치의 소손 방지 목적 및 내구 수명을 유지하기 위해서 최대 온도는 항상 175℃ 내로 관리되어야만 한다.

그래서, HEV나 EV에서는 반도체 스위치의 온도(T_junction)를 175℃ 내로 정밀하게 관리하기 위해서 도 1과 같은 로직을 적용하고 있다.

어떠한 구동 조건을 결정짓는 입력 parameter값(부하전류, 입력전압, 가변 주파수)이 정해지면 이에 따라서 파워손실이 발생하며, 이 값은 열저항 값과 곱해져서 정션의 델타온도를 계산하고, 그 온도 값은 수온센서에서 읽어오는 수온과 더해져서 최종온도가 되며, 항시 175℃ 이내가 되도록 관리되는 것이다.

가변 스위칭 주파수, 입력전압의 변동, 부하전류의 변동 조건에서도 온도편차 5℃ 이내로 정션온도의 예측이 가능하다.

도 2와 같이 파워모듈의 정션온도는 인가 전류에 의해서 결정됨을 알 수 있다.

최근 친환경차량의 line-up이 확대됨에 따라서 고성능 차량의 경우에는 전류량이 급격히 증가되어 기존에 사용하던 파워모듈로는 대응이 불가능하다.

그래서, 파워모듈의 병렬 구동을 통해서 요구 전류를 대응 가능하게 한다.

도 3은 그러한 병렬형 파워모듈과 냉각기 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.

예시의 파워모듈은 인버터의 U, V, W 3상에 대응되는 파워모듈이 각각 3열의 병렬 구성(P1, P2, P3)을 가지는 것이며, 입구와 출구가 반대 방향에 구비되고, 입구로부터 출구까지 냉각로(L1, L2, L3, L4) 또한 병렬로 구성되는 냉각기 모듈 구조이다.

이러한 병렬형 냉각기의 문제점은 크게 두 가지로 볼 수 있는데, 첫째는 도 4와 같이 각 냉각로의 유량(LPM)이 나란한 냉각로의 수에 따라 1/n로 줄어들기 때문에 열저항이 나빠지고, 둘째는 도 5와 같이 출구 쪽(W상)의 수온이 상승함에 따라 입구 쪽(U상)의 온도에 대비하여 높게 나타날 수밖에 없다.

인버터의 사양을 결정하는 요소는 최고 온도이기 때문에, 인버터의 사양은 W상의 온도에 의해서 제한된다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국공개특허공보 제10-2009-0054738호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 인버터의 병렬형 냉각모듈을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈은, 3행 이상, 3열 이상의 병렬형으로 배열되고, 각 행에서의 각각의 열은 인버터의 U, V, W 상에 대응되도록 3개씩 배치되는 파워모듈, 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제1행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제1 냉각수 유로 및 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제3행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제2 냉각수 유로를 포함한다.

그리고, 상기 제1 냉각수 유로는 제2행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 접하고, 상기 제2 냉각수 유로는 제2행에 배치되는 상기 파워모듈의 하면과 접하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 냉각수 유로는, 냉각수가 유입되는 제1 유입로, 상기 제1 유입로와 연통되어 상기 제1행에 배치되는 파워모듈의 상면에 접하는 제1 상냉각로, 상기 제1 상냉각로의 끝단에서 하방향으로 연통되는 제1 유턴로, 상기 제1 유턴로로부터 연통되어 상기 제1행에 배치되는 파워모듈의 하면과 상기 제2행에 배치되는 파워모듈의 상면에 접하는 제1 하냉각로 및 상기 제1 하냉각로의 끝단에서 연통되어 냉각수가 유출되는 제1 유출로로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2 냉각수 유로는, 냉각수가 유입되는 제2 유입로, 상기 제2 유입로와 연통되어 상기 제2행에 배치되는 파워모듈의 하면과 상기 제3행에 배치되는 파워모듈의 상면에 접하는 제2 상냉각로, 상기 제2 상냉각로의 끝단에서 하방향으로 연통되는 제2 유턴로, 상기 제2 유턴로로부터 연통되어 상기 제3행에 배치되는 파워모듈의 상면에 접하는 제2 하냉각로 및 상기 제2 하냉각로의 끝단에서 연통되어 냉각수가 유출되는 제2 유출로로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 유입로 및 상기 제2 유입로는 동일한 유입홀로부터 연통되고, 상기 제1 유출로 및 상기 제2 유출로는 동일한 유출홀과 연통되는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 제1 유입로는 상기 제1 상냉각로와 연통되고, 상기 제2 유입로는 상기 제2 상냉각로와 연통되며, 상기 제1 유출로는 상기 제1 하냉각로와 연통되고, 상기 제2 유출로는 상기 제2 하냉각로와 연통되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 파워모듈은 6열 병렬형으로 배열되고, 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제4행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제3 냉각수 유로 및 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제6행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제4 냉각수 유로를 더 포함할 수 있다.

나아가, 상면에 제1 유입로를 지지하는 제1 유입측 지지블록, 상면에 제2 유입로를 지지하는 제2 유입측 지지블록, 상면에 상기 제1 유출로를 지지하는 제1 유출측 지지블록 및 상면에 상기 제2 유출로를 지지하는 제2 유출측 지지블록을 더 포함하고, 상기 제1 유입측 지지블록과 상기 제2 유입측 지지블록 내에 상기 유입홀이 형성되며, 상기 제1 유출측 지지블록과 상기 제2 유출측 지지블록 내에 상기 유출홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 유입측 지지블록과 상기 제2 유출측 지지블록은 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 상냉각로, 상기 제1 하냉각로 및 상기 제2 상냉각로를 지지하며, 상하로 구획되어 상부 공간으로는 상기 제1 유턴로가 형성되고, 하부 공간으로는 상기 제2 유턴로가 형성되는 제1 유턴측 지지블록을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 하냉각로를 지지하는 유턴측 미들 블록을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈에 의하면, 병렬형 파워모듈을 냉각시키기 위한 냉각수 유로 당 흐르는 유량(LPM)의 증대가 가능하고, LPM의 증대에 따라 열저항의 저감이 가능하다.

그리고, 상별 수온상승 영향성을 최소화(equalizing)할 수가 있어 출력 증대가 가능하게 한다.

그러므로, 모듈당 대응 가능한 전류가 증대하므로 병렬형 파워모듈을 구성하는 파워모듈 수량을 감소시킬 수 있어 완제품의 가격을 줄일 수가 있다.

도 1은 반도체 스위치의 온도 관리를 위한 로직을 도시한 것이다.
도 2는 파워모듈의 정션온도와 인가 전류의 관계를 나타낸 것이다.
도 3은 병렬형 파워모듈에 따른 기존의 냉각 방식을 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 방식의 경우의 문제점을 도시한 것이다.
도 6은 병렬식 냉각을 개념적으로 도시한 것이고, 도 7은 직렬식 냉각을 개념적으로 도시한 것이다.
도 8은 도 7의 직렬식 냉각의 한계점을 나타낸 것이다.
도 9 내지 도 12는 3병렬 구동에서 가능한 냉각 방식에 대해 도시한 것이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각기 모듈을 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각기 모듈의 측면 형상을 통해 냉각수의 흐름을 도시한 것이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 냉각기 모듈에 의한 개선 효과를 나타낸 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

본 발명은 병렬형 파워모듈을 냉각시키기 위한 냉각기 모듈로서, 앞서 살펴본 바와 같이 단순한 병렬 냉각 방식에 의해서는 좋은 성능을 발휘하기 어려움을 알 수 있었다.

효율적인 냉각 방식을 도출해내기 위해 도 6 및 도 7의 냉각 방식을 비교하여 살펴본다.

도 6은 병렬식 냉각을 개념적으로 도시한 것이고, 도 7은 직렬식 냉각을 개념적으로 도시한 것이다.

도 6 및 도 7의 냉각 방식의 장단점을 다음 표 1과 같이 정리할 수 있다.

냉각 방식	병렬 냉각 (도 6)	직렬 냉각 (도 7)
출구 온도	상승 온도 동일
출구 쪽 수온 상승 영향성	직렬보다 큼	병렬보다 큼 (수온 상승 40% 저감)
냉각 성능	열저항↑, 압손↓	열저항↓, 압손↑(열저항 8% 저감)
상별 편차	출구 쪽, W상 열세	상별 편차 우수

표로 정리된 바와 같이, 냉각 성능 및 출구 쪽 수온 상승 영향성 측면에서 병렬 구조에 비해 직렬 구조가 유리하다고 판단할 수가 있다.

그런데, 파워모듈의 병렬 구동 조건에서 냉각기를 직렬로 구성할 경우, LPM이 커짐에 따라 열저항의 감소 및 수온 상승 영향성 저감의 장점은 있으나, 도 8과 같이, 압손은 exponential로 증가하기 때문에 시스템 압손 대응 가능한 영역 내에서 직렬과 병렬의 운영 전략이 필요함을 알 수 있다.

즉, LPM이 증대됨에 따라 열저항은 감소하지만, 일정 구간에 다다르면 개선폭이 현저하게 줄어들기 때문에 목표 열저항 만족시 그 이상의 LPM의 증대는 불필요한 바 직렬 구성의 개수 선정에 고려되어야 한다.

이상과 같은 검토 결과를 토대로 냉각기의 직/병렬 방식의 효율성을 검토하기 위해 도 9 내지 도 12를 살펴보기로 한다.

도 9 내지 도 12는 파워모듈이 3병렬 구동 시 가능한 냉각 구조의 예시이다.

도 9는 단순 병렬 구조의 냉각기를 나타낸 것이고, 도 10은 직/병렬 혼합 구조의 냉각기의 일 예를 나타낸 것이고, 도 11은 직/병렬 혼합 구조의 냉각기의 다른 일 예를 나타낸 것이고, 도 12는 직/병렬 혼합 구조의 냉각기의 또 다른 일 예를 나타낸 것이다.

도 9 내지 도 12를 통해 비교해 본 바와 같이, 출구온도는 도 11과 도 12의 구조에서 가장 낮고, 병렬모듈 편차는 도 12의 구조에서 가장 낮음을 알 수 있었다. 따라서, 도 12b의 직/병렬 혼합 구조의 경우 가장 효율적이며, 기존의 병렬구조에 대비하여 이러한 구조에 의해서 출구부 온도 및 열저항이 저감시킬 수가 있다.

본 발명은 병렬형의 파워모듈의 냉각을 위한 냉각 구조로서 도 12a, 도 12b와 같은 타입의 직/병렬 혼합 냉각 방식인 냉각기 모듈을 제안한다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각기 모듈을 도시한 것이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각기 모듈의 측면 형상을 통해 냉각수의 흐름을 도시한 것이다.

예시는 파워모듈이 6 병렬 구동인 경우에 대한 예시이며, 기존에 이를 위한 냉각기는 도 3에서와 같은 8 병렬 방식의 냉각기가 될 것이다.

본 발명에서는 6병렬 파워모듈에 대해 4 직/병렬 혼합 방식의 냉각기를 제안한다.

4 직/병렬 혼합이란 직렬 구성의 4개의 냉각수 유로가 병렬로 구성되는 것을 의미한다.

일 예에 의한 냉각기 모듈은 인버터의 U, V, W 3상에 각각 대응되는 파워모듈(11, 12, 13, 14, 15, 16 ?? V상에 대응되는 파워모듈만 표시)이 각 상마다 6열의 병렬 로 구성된다.

편의를 위해 도시상 최상부에 배치되는 파워모듈을 제1행 파워모듈, 그 하부에 배치되는 파워모듈을 제2행 파워모듈 순으로 설명한다.

6열의 파워모듈 각각의 상면과 하면에는 냉각수 유로가 접하도록 하여 냉각수 유로에 의해 파워모듈이 냉각될 수 있게 하고, 그러므로 직렬식의 4 열의 냉각수 유로가 병렬로 구성이 되는 것이다.

그리고, 냉각수 유로를 지지하기 위한 지지블록 등이 구성되고, 지지블록을 조립하는 방식에 의해 냉각기 모듈이 구성된다.

제1 냉각수 유로는 냉각수가 유입되는 제1 유입로(111), 제1 유입로(111)와 연통되어 복수의 제1행 파워모듈(11)의 상면에 접하는 제1 상냉각로(112), 제1 상냉각로(112)의 끝단에서 하방향으로 연통되는 제1 유턴로(113), 제1 유턴로(113)로부터 연통되어 제1행 파워모듈(11)의 하면과 제2행 파워모듈(12)의 상면에 접하는 제1 하냉각로(114) 및 제1 하냉각로(114)의 끝단에서 연통되어 냉각수가 유출되는 제1 유출로(115)로 구성된다.

다음, 제2 냉각수 유로는 냉각수가 유입되는 제2 유입로(121), 제2 유입로(121)와 연통되어 복수의 제2행 파워모듈(12)의 하면과 제3행 파워모듈(13)의 상면에 접하는 제2 상냉각로(122), 제2 상냉각로(122)의 끝단에서 하방향으로 연통되는 제2 유턴로(123), 제2 유턴로(123)로부터 연통되어 제3행 파워모듈(13)의 하면에 접하는 제2 하냉각로(124) 및 제2 하냉각로(124)의 끝단에서 연통되어 냉각수가 유출되는 제2 유출로(125)로 구성된다.

제3 냉각수 유로는 냉각수가 유입되는 제3 유입로(131), 제3 유입로(131)와 연통되어 복수의 제4행 파워모듈(14)의 상면에 접하는 제3 상냉각로(132), 제3 상냉각로(132)의 끝단에서 하방향으로 연통되는 제3 유턴로(133), 제3 유턴로(133)로부터 연통되어 제4행 파워모듈(14)의 하면과 제5행 파워모듈(15)의 상면에 접하는 제3 하냉각로(134) 및 제3 하냉각로(134)의 끝단에서 연통되어 냉각수가 유출되는 제3 유출로(135)로 구성된다.

다음, 제4 냉각수 유로는 냉각수가 유입되는 제4 유입로(141), 제4 유입로(141)와 연통되어 복수의 제5행 파워모듈(15)의 하면과 제6행 파워모듈(16)의 상면에 접하는 제4 상냉각로(142), 제4 상냉각로(142)의 끝단에서 하방향으로 연통되는 제4 유턴로(143), 제4 유턴로(143)로부터 연통되어 제6행 파워모듈(16)의 하면에 접하는 제4 하냉각로(144) 및 제4 하냉각로(144)의 끝단에서 연통되어 냉각수가 유출되는 제4 유출로(145)로 구성된다.

직렬 구성의 각 냉각수 유로가 병렬로써 구성되기 때문에 유입홀(IN)과 유출홀(OUT)은 냉각기 모듈의 동일한 일 측에 구성이 되고, 각 냉각수 유로의 유입로(111,121,131,141)는 하나의 유입홀(IN)을 통해 분배되어 냉각수가 유입이 되며, 각 냉각수 유로의 유출로(115,125,135,145,155)로부터 유출되는 냉각수는 하나의 유출홀(OUT)을 통해서 유출이 된다.

그러므로, 도시와 같이 유입로와 유출로는 상냉각로 내지 하냉각로를 기준으로 대향되게 배치되고, 그래서 유입로는 절곡되어 상냉각로와 연통되고 유출로는 절곡되어 하냉각로와 연통된다.

이들 냉각수 유로를 지지하기 위해 지지블록이 조립되고, 유입홀(IN) 및 유출홀(OUT) 측에는 지지블록이 유입측과 유출측에 각각 구성된다.

제1 유입측 지지블록(210)은 상하로 관통하는 유입홀이 형성되며, 상면에 제1 유입로(111)를 지지한다.

제2 유입측 지지블록(230)은 상하로 관통하는 유입홀이 형성되며, 상면에 제2 유입로(121)를 지지한다.

제3 유입측 지지블록(250)은 상하로 관통하는 유입홀이 형성되며, 상면에 제3 유입로(131)를 지지한다.

제4 유입측 지지블록(270)은 상하로 관통하는 유입홀이 형성되며, 상면에 제4 유입로(141)를 지지한다.

이러한 제1 유입측 지지블록(210), 제2 유입측 지지블록(230), 제3 유입측 지지블록(250), 제4 유입측 지지블록(270)에 형성된 유입홀은 서로 관통하여 하나의 유입홀(IN)을 형성하고, 각각의 상면으로부터 제1 유입로(111), 제2 유입로(121), 제3 유입로(131), 제4 유입로(141)가 연통이 된다.

다음으로, 제1 유출측 지지블록(220)은 상하로 관통하는 유출홀이 형성되며, 상면에 제1 유출로(115)를 지지한다.

제2 유출측 지지블록(240)은 상하로 관통하는 유출홀이 형성되며, 상면에 제2 유출로(125)를 지지한다.

제3 유출측 지지블록(260)은 상하로 관통하는 유출홀이 형성되며, 상면에 제3 유출로(135)를 지지한다.

제4 유출측 지지블록(280)은 상하로 관통하는 유출홀이 형성되며, 상면에 제4 유출로(145)를 지지한다.

이러한 제1 유출측 지지블록(220), 제2 유출측 지지블록(240), 제3 유출측 지지블록(260), 제4 유출측 지지블록(280)에 형성된 유출홀은 서로 관통하여 하나의 유출홀(OUT)을 형성하고, 각각의 상면으로부터 제1 유출로(115), 제2 유출로(125), 제3 유출로(135), 제4 유출로(145)가 연통이 된다.

이러한 6 병렬 이상의 파워모듈 구성에서는 상하 방향의 지지를 위해서 적절한 유입측 지지블록과 그에 대응하는 유출측 지지블록이 일체로 구성될 수 있다.

예시에서는 제2 유입측 지지블록(230)과 제2 유출측 지지블록(240)이 연결되는 형태로 일체로 구성되어 미들 블록을 구성하고, 미들 블록(230,240)은 냉각기 모듈의 길이 방향으로 연장된 미들 커버(290)와 일체로 형성된다.

미들 커버(290)의 구성에 의해 병렬로 배치된 파워모듈의 상하 방향으로의 강성의 확보가 가능하고, 결과적으로 미들 커버(290)는 제3행 파워모듈(13)과 제4행 파워모듈(14) 간을 지지하게 된다.

다음으로, 유입측 지지블록 및 유출측 지지블록의 반대편에는 유턴측 지지블록이 냉각수 유로를 지지하도록 구성된다.

제1 유턴측 지지블록(310)은 제1 상냉각로(112), 제1 하냉각로(114) 및 제2 상냉각로(122)를 지지하며, 상하로 구획되어 상부 공간으로는 제1 유턴로(114)가 형성되고, 하부 공간으로는 제2 유턴로(124)가 형성되고, 제1 유턴로(114)와 제2 유턴로(124)는 서로 연통될 수 있다.

제2 유턴측 지지블록(320)은 제3 상냉각로(132), 제3 하냉각로(134) 및 제4 상냉각로(142)를 지지하며, 상하로 구획되어 상부 공간으로는 제3 유턴로(134)가 형성되고, 하부 공간으로는 제4 유턴로(144)가 형성되고, 제3 유턴로(134)와 제4 유턴로(144)는 서로 연통될 수 있다.

그리고, 유턴측 미들 블록(330)은 제2 하냉각로(124)를 지지하며, 미들 커버(290)의 일 단과 연결되는 구성이 된다.

이상의 지지블록들은 적층되어 조립됨으로써 구성되고, 조립을 위해 제1 유출측 지지블록(220)과 제3 유출측 지지블록(260)에는 볼팅홀이 형성된 플랜지(221, 261)가 형성되고, 제1 유입측 지지블록(210)과 제3 유입측 지지블록(250)에도 동일한 플랜지가 형성된다.

또한, 제2 유출측 지지블록(240)에는 볼팅관(241)이 형성되어 플랜지(221, 261)에 형성된 볼팅홀과 나란히 배열된 상태로 볼트(B)에 의해 조립되게 된다.

볼팅관은 제2 유입측 지지블록(230)에도 형성되어 동일한 방식으로 조립되는 것은 물론이며, 도시와 같이 유입측과 유출측 각각에 이중으로 볼트 체결될 수 있다.

그리고, 유턴측 지지블록(310,32)과 유턴측 미들 블록(330)에도 관통홀이 형성되어 볼트에 의해 조립된다.

도 16 및 도 17은 이상에서 살펴본 본 발명의 냉각기 모듈에 의한 개선 효과를 나타낸 것이다.

참조되는 바와 같이, 본 발명의 냉각기 모듈에 의하면 LPM 증대에 따라 열저항이 저감 가능하다. 기존과 같이 냉각기를 병렬로 구성하는 경우, 각 냉각로 당 흐르는 LPM은 현저하게 줄어들어 열저항 상승으로 나타난다. 따라서, 직/병렬 혼합을 통해서 LPM을 증대시켜 열저항을 감소시켜 줄 수가 있다.

그리고, 수온상승 영향성을 최소화(balancing)할 수 있다.

기존과 같이 냉각기가 병렬로 구성되는 경우, 출구쪽 수온이 상승함에 따라 출력을 제한시키는 원인이 되었으나, 본 발명의 경우에는 입/출구 수온 상승 balancing을 통해 출력 증대가 가능하다.

나아가, 모듈당 대응 가능한 전류가 증대하므로 병렬형 파워모듈을 구성하는 파워모듈 수량을 감소시킬 수 있어 완제품의 가격을 줄일 수가 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

111 : 제1 유입로 112 : 제1 상냉각로 113 : 제1 유턴로 114 : 제1 하냉각로 115 : 제1 유출로
121 : 제2 유입로 122 : 제2 상냉각로 123 : 제2 유턴로 124 : 제2 하냉각로 125 : 제2 유출로
131 : 제3 유입로 132 : 제3 상냉각로 133 : 제3 유턴로 134 : 제3 하냉각로 135 : 제3 유출로
141 : 제4 유입로 142 : 제4 상냉각로 143 : 제4 유턴로 144 : 제4 하냉각로 145 : 제4 유출로
210 : 제1 유입측 지지블록 220 : 제1 유출측 지지블록
230 : 제2 유입측 지지블록 240 : 제2 유출측 지지블록
250 : 제3 유입측 지지블록 260 : 제3 유출측 지지블록
270 : 제4 유입측 지지블록 280 : 제4 유출측 지지블록
290 : 미들 커버
310 : 제1 유턴측 지지블록 320 : 제2 유턴측 지지블록
330 : 유턴측 미들 블록

Claims

3행 이상, 3열 이상의 병렬형으로 배열되고, 각 행에서의 각각의 열은 인버터의 U, V, W 상에 대응되도록 3개씩 배치되는 파워모듈;
내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제1행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제1 냉각수 유로; 및
내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제3행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제2 냉각수 유로를 포함하고,
상기 제1 냉각수 유로는 유입홀을 통해 유입된 냉각수가 분기하여 상기 제1행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면을 순환한 후 유출되는 경로를 형성하고,
상기 제2 냉각수 유로는 상기 유입홀을 통해 유입된 냉각수가 분기하여 상기 제3행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면을 순환한 후 유출되는 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 냉각수 유로는 제2행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 접하고, 상기 제2 냉각수 유로는 제2행에 배치되는 상기 파워모듈의 하면과 접하는 것을 특징으로 하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 냉각수 유로는,
냉각수가 유입되는 제1 유입로;
상기 제1 유입로와 연통되어 상기 제1행에 배치되는 파워모듈의 상면에 접하는 제1 상냉각로;
상기 제1 상냉각로의 끝단에서 하방향으로 연통되는 제1 유턴로;
상기 제1 유턴로로부터 연통되어 상기 제1행에 배치되는 파워모듈의 하면과 상기 제2행에 배치되는 파워모듈의 상면에 접하는 제1 하냉각로; 및
상기 제1 하냉각로의 끝단에서 연통되어 냉각수가 유출되는 제1 유출로로 구성되는 것을 특징으로 하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 냉각수 유로는,
냉각수가 유입되는 제2 유입로;
상기 제2 유입로와 연통되어 상기 제2행에 배치되는 파워모듈의 하면과 상기 제3행에 배치되는 파워모듈의 상면에 접하는 제2 상냉각로;
상기 제2 상냉각로의 끝단에서 하방향으로 연통되는 제2 유턴로;
상기 제2 유턴로로부터 연통되어 상기 제3행에 배치되는 파워모듈의 상면에 접하는 제2 하냉각로; 및
상기 제2 하냉각로의 끝단에서 연통되어 냉각수가 유출되는 제2 유출로로 구성되는 것을 특징으로 하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 유입로 및 상기 제2 유입로는 동일한 유입홀로부터 연통되고, 상기 제1 유출로 및 상기 제2 유출로는 동일한 유출홀과 연통되는 것을 특징으로 하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 유입로는 상기 제1 상냉각로와 연통되고, 상기 제2 유입로는 상기 제2 상냉각로와 연통되며, 상기 제1 유출로는 상기 제1 하냉각로와 연통되고, 상기 제2 유출로는 상기 제2 하냉각로와 연통되는 것을 특징으로 하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 5에 있어서,
상기 파워모듈은 6열 병렬형으로 배열되고,
내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제4행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제3 냉각수 유로; 및
내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 제6행에 배치되는 상기 파워모듈의 상면과 하면에 접하는 제4 냉각수 유로를 더 포함하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 5에 있어서,
상면에 제1 유입로를 지지하는 제1 유입측 지지블록;
상면에 제2 유입로를 지지하는 제2 유입측 지지블록;
상면에 상기 제1 유출로를 지지하는 제1 유출측 지지블록; 및
상면에 상기 제2 유출로를 지지하는 제2 유출측 지지블록을 더 포함하고,
상기 제1 유입측 지지블록과 상기 제2 유입측 지지블록 내에 상기 유입홀이 형성되며, 상기 제1 유출측 지지블록과 상기 제2 유출측 지지블록 내에 상기 유출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 8에 있어서,
상기 제2 유입측 지지블록과 상기 제2 유출측 지지블록은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 상냉각로, 상기 제1 하냉각로 및 상기 제2 상냉각로를 지지하며, 상하로 구획되어 상부 공간으로는 상기 제1 유턴로가 형성되고, 하부 공간으로는 상기 제2 유턴로가 형성되는 제1 유턴측 지지블록을 더 포함하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.
청구항 10에 있어서,
상기 제2 하냉각로를 지지하는 유턴측 미들 블록을 더 포함하는,
인버터의 병렬형 파워모듈용 냉각기 모듈.