KR20140073715A - 자동차용 인버터의 커패시터 모듈 - Google Patents

Abstract

자동차용 인버터의 커패시터 모듈이 개시된다. 개시된 자동차용 인버터의 커패시터 모듈은 ⅰ)모듈 하우징과, ⅱ)모듈 하우징에 배치되며, 인버터 DC 입력단의 전압 및 전류 변동을 억제하는 DC 커패시터와, ⅲ)DC 커패시터와 함께 모듈 하우징에 배치되며, 공통 모드(common mode) 노이즈를 제거하는 CM 필터를 포함할 수 있다.

Description

자동차용 인버터의 커패시터 모듈 {CAPACITOR MODULE OF INVERTER FOR VEHICLE}

본 발명의 실시예는 하이브리드 전기 자동차의 전력 변환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력 변환 시스템용 인버터의 커패시터 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진(내연기관)과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 통상 하이브리드 전기 차량(hybrid electric vehicle, HEV)이라 부르고 있다.

하이브리드 차량은 전기모터(구동모터)의 동력만을 이용하는 EV(electric vehicle) 모드, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle) 모드, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행 시 제동 및 관성 에너지를 구동모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(regenerative braking, RB) 모드 등으로 주행한다.

하이브리드 차량에서 구동모터를 구동하기 위해서는 차량 운행 중 충/방전을 반복하면서 구동모터의 구동에 필요한 전력을 공급하기 위한 배터리(고전압 배터리)와, 배터리의 전력으로 구동모터를 회전시키기 위한 인버터가 구비된다.

인버터는 구동모터의 구동 및 배터리 충전을 위한 전력 변환 장치로서, 배터리의 전력을 변환하여 동력 보조를 위한 모터 구동을 수행하고, 회생제동 시 전력을 변환하여 배터리를 충전시키는 기능을 수행한다.

이러한 인버터는 시스템에 안정적인 전원을 공급하는 DC 커패시터, 전력 변환을 위한 스위칭소자(IGBT)와 다이오드(free wheeling diode, FWD)로 이루어진 파워모듈, 모터 토크 및 속도 제어를 위한 제어부(미도시), 그리고 제어에 필요한 U상, V상, W상의 3상 전류를 측정하기 위한 전류센서를 포함한다.

한편, 최근 들어 전력 변환 스위칭소자의 기술이 발전하여 소자의 온/오프 스위칭 속도가 빨라지고, 구동모터와 더불어 인버터가 고정 브라켓을 통해 차량 샤시에 마운팅되기 때문에, 인버터가 동작할 때는 스위칭 노이즈가 차량 전체로 확산되면서 차량 제어 유니트들에 악영향을 미치게 되고, 심지어 차량 라디오 수신 성능까지 악화시킬 수 있어, 노이즈 저감을 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.

이와 같은 인버터 전자파 스위칭 노이즈 저감 기술로는 공통 모드(Common Mode: CM) 필터(이하에서는 편의 상 "CM 필터" 라고 한다)를 사용하는데, CM 필터는 공통 모드 노이즈 필터링을 위한 소용량의 Y-커패시터 및 공통 모드 노이즈 제거를 위한 CM 초크를 구비한다.

그런데, 상기에서와 같은 DC 커패시터와 CM 필터가 인버터의 입력 단에서 별개로 사용되는 바, 이로 인해 전체 시스템의 패키지 측면에서 불리하고, 중량 및 사이즈가 증가할 수 있으며, CM 필터의 기생성분을 최소화하지 못해 필터 성능이 저하될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 DC 커패시터와 CM 필터를 단일의 모듈로 통합하여 시스템의 패키지 측면에서 유리하고, 중량 및 사이즈를 줄일 수 있으며, CM 필터의 기생성분을 최소화로 인한 필터 성능의 최적화를 도모할 수 있도록 한 자동차용 인버터의 커패시터 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 자동차용 인버터의 커패시터 모듈은 ⅰ)모듈 하우징과, ⅱ)상기 모듈 하우징에 배치되며, 인버터 DC 입력단의 전압 및 전류 변동을 억제하는 DC 커패시터와, ⅲ)상기 DC 커패시터와 함께 상기 모듈 하우징에 배치되며, 공통 모드(common mode) 노이즈를 제거하는 CM 필터를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 자동차용 인버터의 커패시터 모듈에 있어서, 상기 CM 필터는 상기 모듈 하우징의 일측에 설치되며 공통 모드 노이즈를 필터링 하는 Y-커패시터와, 상기 모듈 하우징의 다른 일측에 장착되며 공통 모드 노이즈를 제거하는 CM 초크를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 자동차용 인버터의 커패시터 모듈에 있어서, 상기 Y-커패시터는 2 개소로서 상기 모듈 하우징의 내부에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 자동차용 인버터의 커패시터 모듈에 있어서, 상기 CM 초크는 Y-커패시터에 대응하여 상기 모듈 하우징 측면의 서브 케이스에 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 자동차용 인버터의 커패시터 모듈에 있어서, 상기 Y-커패시터는 상기 모듈 하우징의 고정홀을 통해 상기 모듈 하우징의 내부에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 자동차용 인버터의 커패시터 모듈에 있어서, 상기 Y-커패시터는 상기 모듈 하우징에 구비된 그라운드를 통해 접지될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 자동차용 인버터의 커패시터 모듈은, 상기 DC 커패시터와 CM 필터의 통합 모듈로서 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 DC 커패시터와 CM 필터를 단일의 모듈로 통합함으로써 시스템의 패키지 측면에서 유리하고, 중량 및 사이즈를 줄일 수 있으며, CM 필터의 기생성분을 최소화로 인한 필터 성능의 최적화를 도모할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 인버터의 커패시터 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 인버터의 커패시터 모듈를 도시한 회로도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 인버터의 커패시터 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 인버터의 커패시터 모듈를 도시한 회로도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 인버터의 커패시터 모듈(100)은 고출력 모터를 제어하기 위해 배터리에서 발생하는 고전압의 직류 전원을 U, V, W 상의 3상 교류 전원으로 변환시키는 전력 변환 시스템으로서의 인버터에 적용될 수 있다.

예를 들면, 상기 인버터는 동력원으로서 엔진과 고출력 모터가 적용되는 하이브리드 자동차 또는 전기/연료 전지 자동차에 적용될 수 있다.

그러나, 본 실시예에서는 상기 인버터가 배터리의 전원을 인가받아 고출력 모터를 구동시키는 통상적인 하이브리드 및 전기 자동차에 적용되는 예를 설명하기로 한다.

여기서, 상기 인버터는 고출력 모터의 구동 및 배터리 충전을 위한 전력 변환 장치로서, 배터리의 전력을 변환하여 동력 보조를 위한 모터 구동을 수행하고, 회생제동 시 전력을 변환하여 배터리를 충전시키는 기능을 하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 자동차용 인버터의 커패시터 모듈(100)은 시스템의 패키지 측면에서 유리하고, 중량 및 사이즈를 줄일 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 인버터의 커패시터 모듈(100)은 기본적으로 모듈 하우징(10), DC 커패시터(30) 및 CM 필터(50)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명의 실시예에 의한 상기 커패시터 모듈(100)은 DC 커패시터(30)와 CM 필터(50)를 모듈 하우징(10)에 일체로 통합한 통합 모듈로서 구성될 수 있다.

상기에서 DC 커패시터(30)는 모듈 하우징(10)의 내부에 배치되는 바, 인버터 입력단에 연결하여 시스템에 안정적인 DC 전원을 공급하는 역을 한다.

DC 커패시터(30)는 인버터 스위칭시에 발생하는 고전력 리플 전류를 흡수하여 인버터 DC 입력 단의 급격한 전압/전류 변동을 억제하는 평활 작용을 한다. 이러한 평활 기능은 평활 커패시터가 수행하며, 인버터의 정상적인 동작을 가능하게 하고, 특히 배터리의 내구수명을 증대시키는 역할을 한다.

이와 같은 DC 커패시터(30)는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 DC 커패시터 장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 CM 필터(50)는 DC 커패시터(30)와 함께 모듈 하우징(10)에 구성되며, 인버터의 입력 단에서 유입 혹은 방출되는 공통 모드(common mode) 노이즈를 제거하는 기능을 하게 된다.

여기서, 상기 CM 필터(50)는 공통 모드 노이즈를 필터링 하도록 모듈 하우징(10)의 일측에 설치되는 Y-커패시터(YC)와, 공통 모드 노이즈를 제거하도록 모듈 하우징(10)의 다른 일측에 장착되는 CM 초크(CH)를 포함하고 있다.

상기에서 CM 초크(CH)는 공통 모드 잡음을 필터링하기 위한 소자로서, 하나의 코어에 두 가닥의 선을 감아 놓은 형태의 필터 소자이다.

이러한 CM 초크(CH)는, 자동 모드 신호는 초크 권선을 통하여 서로 반대 방향으로 흘러 같은 크기의 반대 극성의 자기장을 생성하여 서로 상쇄시키기 때문에, 자동 모드 신호에 대하여 낮은 임피던스를 가지게 되어 신호의 감쇄없이 흐르게 한다.

이 때 공통 모드 신호는 초크 권선을 통하여 서로 같은 방향으로 흘러 같은 크기의 동일 극성 자기장을 생성하고, 공통 모드 신호에 대하여 매우 높은 임피던스를 가지게 되어 신호의 흐름이 억제된다.

그리고, 상기 Y-커패시터(YC)는 라인 바이패스 커패시터(line bypass capacitor) 라고 불리우며, 공통 모드 잡음을 필터링하기 위한 2단자 소자로서 구비된다. 상기 Y-커패시터(YC)의 각 단자는 전원 라인과 접지 라인에 연결되어 그 전원 라인에 흐르는 공통 모드 노이즈 전류를 접지로 바이패스시키기 위해 사용될 수 있다.

상기에서와 같은 Y-커패시터(YC)는 모듈 하우징(10)의 내부에 설치되며, CM 초크(CH)는 Y-커패시터(YC)에 대응하여 모듈 하우징(10)의 측면에 구비된 서브 케이스(21)의 내부에 장착될 수 있다.

상기에서 Y-커패시터(YC)는 모듈 하우징(10)의 고정홀(23)을 통해 그 모듈 하우징(10)의 내부에 설치되며, 모듈 하우징(10)의 일측에 돌출되게 구비된 그라운드(25)를 통해 접지될 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 인버터의 커패시터 모듈(100)은 인버터의 DC 입력단에서 시스템에 안정적인 전원을 공급하는 DC 커패시터(30)와 유입 혹은 방출되는 공통 모드 노이즈를 제거하는 CM 필터(50)를 모듈 하우징(10)에 일체로 구성하여 DC 커패시터(30)와 CM 필터(50)의 통합 모듈로서 구성될 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 DC 커패시터(30)와 CM 필터(50)를 단일의 모듈로 통합함으로써 시스템의 패키지 측면에서 유리하고, 중량 및 사이즈를 줄일 수 있으며, CM 필터(50)의 기생성분을 최소화로 인한 필터 성능의 최적화를 도모할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

10... 모듈 하우징
21... 서브 케이스
23... 고정홀
25... 그라운드
30... DC 커패시터
50... CM 필터
CH... CM 초크
YC... Y-커패시터

Claims (5)

1. 모듈 하우징;
   상기 모듈 하우징에 배치되며, 인버터 DC 입력단의 전압 및 전류 변동을 억제하는 DC 커패시터; 및
   상기 DC 커패시터와 함께 상기 모듈 하우징에 배치되며, 공통 모드(common mode) 노이즈를 제거하는 CM 필터
   를 포함하는 자동차용 인버터의 커패시터 모듈.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 CM 필터는,
   상기 모듈 하우징의 일측에 설치되며 공통 모드 노이즈를 필터링 하는 Y-커패시터와, 상기 모듈 하우징의 다른 일측에 장착되며 공통 모드 노이즈를 제거하는 CM 초크를 포함하는 자동차용 인버터의 커패시터 모듈.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 Y-커패시터는 2 개소로서 상기 모듈 하우징의 내부에 설치되며, 상기 CM 초크는 Y-커패시터에 대응하여 상기 모듈 하우징 측면의 서브 케이스에 장착되는 것을 특징으로 하는 자동차용 인버터의 커패시터 모듈.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 Y-커패시터는,
   상기 모듈 하우징의 고정홀을 통해 상기 모듈 하우징의 내부에 설치되며, 상기 모듈 하우징에 구비된 그라운드를 통해 접지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 인버터의 커패시터 모듈.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 커패시터 모듈은 상기 DC 커패시터와 CM 필터의 통합 모듈로서 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 인버터의 커패시터 모듈.

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