KR20120061366A

KR20120061366A - 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치

Info

Publication number: KR20120061366A
Application number: KR1020100122656A
Authority: KR
Inventors: 신동민; 전우용; 김준환; 정진환; 김민지; 주정홍; 유인필
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-13
Also published as: KR101209686B1; CN102485521A; DE102011006789A1; US20120138274A1; JP2012116455A

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 설치되어 있는 인버터나 LDC 등과 같은 전기부품들을 효과적으로 냉각시켜주는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 하이브리드용 전기장치1의 상부 유로와 전기장치2의 하부 유로가 쿨링세퍼레이터에 의해 분리되도록 하는 방식을 채택하여 전기장치1과 전기장치2의 냉각 유로를 분리 운용하는 새로운 형태의 냉각 시스템을 구현함으로써, 전기장치1과 전기장치2의 균일한 냉각성능을 보장할 수 있는 동시에 전체적으로 우수한 방열 성능을 확보할 수 있는 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치를 제공한다.

Description

하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치{Cooling device for electric parts of electric vehicle and hybridelectric vehicle}

본 발명은 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 설치되어 있는 인버터나 LDC 등과 같은 전기부품들을 효과적으로 냉각시켜주는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 자동차나 전기 자동차에는 전기모터의 구동전력을 제공하는 고전압 배터리가 필수적으로 장착되며, 상기 고전압 배터리는 차량 운행 중에 충/방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하게 된다.

이러한 고전압 배터리 관련 시스템은 여러 개의 단품이 하나로 조립된 통합 구조물로 설계되어 차량 실내의 뒷좌석 시트 밑이나 트렁크룸 내에 장착되며, 이때의 배터리 관련 시스템의 단품으로는 배터리, LDC(Low DC-DC Converter), MCU(Motor Control Unit), 인버터 등이 있다.

예를 들면, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에는 고전압배터리의 전력을 정류하여 직류로 만드는 LDC 즉, DC/DC 컨버터가 포함되어 있으며, 이때의 LDC는 일반 직류를 스위칭시켜 교류로 만들고 이 교류를 코일, 트랜스, 커패시턴스 등을 이용해 승압 또는 강압시킨 다음, 다시 정류시켜 DC로 만들어, 각 전장 부하에서 사용되는 전압에 맞게 전기를 공급하는 역할을 한다.

그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 경우, 전기모터 작동을 위한 고출력 인버터 시스템이 필요하며, 이 인버터 시스템은 배터리의 D/C 에너지를 모터의 구동에 필요한 A/C전류로 바꾸어주는 역할을 하는 바, 이때 다량의 열이 방출되기 때문에 적절한 작동상태를 유지하기 위해 인버터의 온도를 내장된 IC가 견딜 수 있는 한계 내의 온도로 유지시켜 줄 필요가 있는 등 전기부품들의 방열 효율이 중요하게 대두되고 있으나, 여전히 적지 않은 문제점들을 노출하고 있다.

예를 들면, 종래 하이브리드용 전기장치의 냉각장치는 하이브리드용 전기장치1(예를 들면, LDC 등)과 전기장치2(예를 들면, 인버터 등)가 상하로 적층 배치되고, 그 사이에는 방열커버 방열부 접촉면을 따라 유로가 형성되는 구조로 이루어져 있다.

그러나, 상기 냉각장치는 전기장치1과 전기장치2의 냉각수 및 유로를 공유하면서 냉각을 시키는 구조인 관계로 압력강하가 과도할 경우에는 바이패스 구조를 필요로 하는 등 전기장치1의 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있고, 또 냉각장치1과 냉각장치2의 발열량이 더해져 냉각수 온도 상승을 초래하게 되면서 방열 효율이 저하되는 문제점이 있다.

즉, 전기장치1과 전기장치2가 냉각수를 공유하는 경우, 전기장치1,2의 발열 에너지가 동시에 냉각수에 전달되므로, 냉각수 온도가 필요이상으로 상승하게 되고, 결국 방열 효율 저하를 초래하는 단점이 있다.

또한, 전기장치1과 전기장치2의 방열을 위한 유로가 부득이 종속됨에 따라 설계자유도가 떨어지는 단점도 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하이브리드용 전기장치1의 상부 유로와 전기장치2의 하부 유로가 쿨링세퍼레이터에 의해 분리되도록 하는 방식을 채택하여 전기장치1과 전기장치2의 냉각 유로를 분리 운용하는 새로운 형태의 냉각 시스템을 구현함으로써, 전기장치1과 전기장치2의 균일한 냉각성능을 보장할 수 있는 동시에 전체적으로 우수한 방열 성능을 확보할 수 있는 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치는 상부의 전기장치1과 하부의 전기장치2가 위아래로 적층 결합되고, 상기 전기장치과 전기장치2의 사이에는 각 냉각수 유로가 상하부에 각각 조성되며, 상기 냉각수 유로는 한쪽의 인렛과 반대쪽의 아웃렛과 통해있는 구조를 포함하며, 상기 전기장치1의 저면에 있는 냉각수 유로와 상기 전기장치2의 윗면에 있는 냉각수 유로 간의 경계에는 얇은 판 형태의 쿨링세퍼레이터가 설치되어, 상기 인렛을 통해 유입된 냉각수가 위아래의 각 냉각수 유로를 따라 분할되어 흐른 후에 아웃렛을 통해 배출될 수 있는 구조로 이루어짐으로써, 전기장치1의 냉각수와 전기장치2의 냉각수를 분리 운용할 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 위아래 냉각수 유로를 격리시켜주는 쿨링세퍼레이터의 경우, 전기장치1과 전기장치2의 평면상에 형성되는 냉각수 유로의 경로 형상을 따라가면서 지그재그 형상으로 이어지는 형태로 구성하는 것이 평면 전체를 커버하는 형태로 구성하는 것에 비해 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 전기장치1과 전기장치2의 냉각수 분리 운용에 따라 상호 발열 영향도를 감소시킬 수 있는 등 전기장치1,2의 균일한 냉각성능을 보장할 수 있다.

둘째, 쿨링세퍼레이터에 액상 실링제 사용시, 방열핀이 장착된 냉각유로로 실런트 찌꺼기 등이 유입되는 것을 막을 수 있고, 따라서 냉각유로가 막히는 문제를 배제할 수 있는 등 품질을 높일 수 있다.

셋째, 동시냉각 구조의 컴팩트한 패키징의 적은 변경으로 냉각성능을 향상시킬 수 있는 등 상품성을 높일 수 있다.

넷째, 컴팩트한 방열부 패키징을 유지하며 서로 종속되지 않는 방열 설계 자유도의 극대화로 차량 패키징에 유리하다.

다섯째, 시스템 압력 강하를 낮출 수 있기 때문에 워터펌프 사양을 최적화시킬 수 있고, 결국 원가 절감이 가능한 장점이 있다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치에 적용되는 쿨링세퍼레이터를 나타내는 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치에서 냉각수 흐름을 나타내는 단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치를 나타내는 단면도이다.

도 1a 및 1b와 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 냉각장치는 위아래의 전기장치1(10)과 전기장치2(11)의 냉각수 유로(12a,12b)를 분리 운용하여 각 전기장치의 균일한 냉각 성능을 보장하고 전체적인 방열 성능을 향상시킨 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 전기장치, 예를 들면 LDC 등과 같은 전기장치1(10)과 인버터 등과 같은 전기장치2(11)가 마련되고, 이때의 전기장치1(10)과 전기장치2(11)는 위아래로 조립되면서 밀폐된 실링구조를 이루게 된다.

여기서, 상기 전기장치1과 전기장치2의 경우, 도면에서는 하우징의 형태만으로 도시되었지만, 하우징 속에 각 전기장치가 내장되는 것이므로, 이하에서는 비록 하우징의 형태이지만 LDC나 인버터 등과 같은 전기장치1,2로 설명하기로 한다.

그리고, 상기 전기장치1(10)의 밑면에는 전기장치1(10)의 평면상에서 한쪽으로 흐름방향을 가지면서 소정의 경로를 이루는 냉각수 유로(12a)가 형성되고, 상기 전기장치2(11)의 윗면에도 전기장치2(11)의 평면상에서 한쪽으로 흐름방향을 가지면서 소정의 경로를 이루는 냉각수 유로(12b)가 형성된다.

이에 따라, 상기 전기장치1(10)과 전기장치2(11)가 상하로 결합되면, 전기장치1,2의 냉각수 유로(12a,12b) 또한 위아래에서 서로 마주 대하는 구조를 이루게 된다.

또한, 상기 냉각수 유로(12a,12b)는 냉각수의 유입을 위한 한쪽의 인렛(13)과 냉각수 배출을 위한 반대쪽의 아웃렛(14)과 통해있는 구조를 이루게 되며, 이에 따라 인렛(13)을 통해 유입되는 냉각수는 냉각수 유로(12a,12b)를 경유하면서 냉각작용을 수행한 후, 아웃렛(14)을 통해 외부로 배출될 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 전기장치1(10)의 냉각수 유로(12a)와 전기장치2(11)의 냉각수 유로(12b)를 분리 운용할 수 있도록 해주는 수단으로 쿨링세퍼레이터(15)를 제공한다.

이를 위하여, 상기 쿨링세퍼레이터(15)는 얇은 판 형태로 이루어지며, 전기장치1(10)의 저면에 있는 냉각수 유로(12a)와 상기 전기장치2(11)의 윗면에 있는 냉각수 유로(12b) 간의 경계에는 삽입 설치된다.

이렇게 상기 쿨링세퍼레이터(15)가 위아래의 냉각수 유로(12a,12b) 사이에 설치됨에 따라 윗쪽의 냉각수 유로(12a)와 아래쪽의 냉각수 유로(12b)는 서로 격리(분리)될 수 있게 되고, 결국 각 냉각수 유로(12a,12b)로 공급되는 냉각수도 따로따로 구분된 상태로 흐를 수 있게 된다.

여기서, 상기 쿨링세퍼레이터(15)는 소정의 형상을 가지면서 각 냉각수 유로(12a,12b)를 효과적으로 분리시켜줄 수 있게 된다.

예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전기장치1(10)과 전기장치(11)의 평면상에 형성되는 냉각수 유로(12a,12b)의 경로 형상, 즉 평면상에서 지그재그 형상을 이루면서 한쪽에서 반대쪽으로 진행되는 경로 형상을 따라가면서 상기 쿨링세퍼레이트(15)도 교대로 반복되는 다수의 꺽임구간을 통해 지그재그 형상으로 이어지는 형태로 이루어질 수 있게 된다.

이때, 상기 쿨링세퍼레이터(15)는 러버 재질이나 스테인레스 등과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 냉각수에 대한 내식성을 갖출 수 있게 되고, 결국 내구수명을 오래 유지할 수 있는 이점을 얻을 수 있게 된다.

그리고, 상기 쿨링세퍼레이터(15)에는 위아래 냉각수 유로(12a,12b)를 몇군데 이어주는 다수의 오리피스(16)가 두께를 관통하는 형태로 형성되어 있으며, 이렇게 오리피스(16)가 적용됨에 따라 국부적으로 냉각성능을 증가시킬 수 있게 되고, 또한 오리피스(16)의 위치 변경을 통해 냉각유량 컨트롤도 가능하게 된다.

이러한 쿨링세퍼레이터(15)는 전기장치의 냉각수 유로를 분리하는 수단이지만, 적용방법에 따라서는 기밀유지를 위한 가스켓의 역할도 할 수 있게 된다.

또한, 액상 실링제 사용시, 실링제가 냉각수 유로로 유입되는 것을 쿨링세퍼레이터가 막을 수 있으므로, 냉각수 유로 내의 실런트에 의한 유로 막힘을 방지할 수 있게 된다.

예를 들면, 전기장치1과 전기장치2의 상하 결합시 그 접합부분의 플랜지에는 액상의 실링제가 도포되고, 상하 결합과 동시에 실링제가 눌리면서 내측으로 파고들어갈 수 있게 되는데, 이때 냉각수 유로는 쿨링세퍼레이터에 의해 덮히면서 마감되므로, 실링제가 냉각수 유로로 침투하는 것이 방지될 수 있게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치에 대한 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치에서 냉각수 흐름을 나타내는 단면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상부의 전기장치1(10)과 하부의 전기장치2(11)이 위아래로 조립되고, 서로 접하는 형태로 배치되는 냉각수 유로(12a,12b) 사이에는 쿨링세퍼레이터(15)가 삽입 배치되어 위아래 냉각수 유로(12a,12b)는 서로 격리된 상태가 되는 동시에 양측의 인렛(13)과 아웃렛(14)과는 통하는 상태가 된다.

따라서, 상기 인렛(13)을 통해 냉각수가 유입되면, 이때의 냉각수는 윗쪽의 냉각수 유로(12a)와 아래쪽의 냉각수 유로(12b)로 나뉘어 흐르면서 전기장치1(10)과 전기장치2(11)에 대한 각각의 냉각작용을 수행하게 되고, 냉각작용을 마친 냉각수는 아웃렛(14)을 통해 배출되며, 이러한 과정이 반복되면서 각각의 냉각수 유로를 흐르는 냉각수에 의해 냉각장치1,2의 냉각이 이루어지게 된다.

이와 같이, 냉각장치1과 냉각장치2의 냉각수가 분리됨에 따라, 다시 말해 각 냉각수 유로 내의 냉각수 온도가 개별 관리됨에 따라 상호 간의 발열에 의한 영향도 감소될 수 있게 되고, 따라서 냉각장치1과 냉각장치2 모두 균일한 냉각 성능을 확보할 수 있게 되며, 전기장치1,2에 대한 전체적인 냉각 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

10 : 전기장치1 11 : 전기장치2
12a,12b : 냉각수 유로 13 : 인렛
14 : 아웃렛 15 : 쿨링세퍼레이터
16 : 오리피스

Claims

상부의 전기장치1(10)과 하부의 전기장치2(11)가 위아래로 적층 결합되고, 상기 전기장치1(10)과 전기장치2(11)의 사이에는 각 냉각수 유로(12a,12b)가 상하부에 각각 조성되며, 상기 냉각수 유로(12a,12b)는 한쪽의 인렛(13)과 반대쪽의 아웃렛(14)과 통해있는 구조에서,
상기 전기장치1(10)의 저면에 있는 냉각수 유로(12a)와 상기 전기장치2(11)의 윗면에 있는 냉각수 유로(12b) 간의 경계에는 얇은 판 형태의 쿨링세퍼레이터(15)가 설치되어, 상기 인렛(13)을 통해 유입된 냉각수가 위아래의 각 냉각수 유로(12a,12b)를 따라 분할되어 흐른 후에 아웃렛(14)을 통해 배출될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치.
청구항 1에 있어서, 상기 위아래 냉각수 유로(12a,12b)를 격리시켜주는 쿨링세퍼레이터(15)는 전기장치1(10)과 전기장치(11)의 평면상에 형성되는 냉각수 유로(12a,12b)의 경로 형상을 따라가면서 지그재그 형상으로 이어지는 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 쿨링세퍼레이터(15)에는 국부적으로 냉각성능을 증대시키기 위하여 위아래 냉각수 유로(12a,12b)를 이어주는 오리피스(16)가 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 쿨링세퍼레이터(15)는 냉각수에 대한 내식성을 갖출 수 있는 러버 재질 또는 스테인레스 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 및 전기 자동차용 전기장치의 냉각장치.