KR20150142496A

KR20150142496A - 전자식 pra 장치 및 그 냉각방법

Info

Publication number: KR20150142496A
Application number: KR1020140071515A
Authority: KR
Inventors: 최용환; 방준호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2015-12-22
Also published as: KR101745055B1

Abstract

본 발명은 전자식 PRA 장치 및 그 냉각시스템에 관한 것이다. 본 발명인 전자식 PRA 장치는 (-)단 메인릴레이(20), (+)단 메인릴레이(30), 레지스터(40) 및 초기충전릴레이(50)가 PRA 내에서의 발열량의 크기에 따라 PCB 기판(10)에 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 종래의 가스 충전식, 기계식 릴레이였던 (-)단 메인릴레이, (+)단 메인릴레이 및 초기충전릴레이를 소형의 전력 반도체(IGBT)로 대체하여 부피 및 중량을 줄이고, 원가를 절감하며, 소음을 근본적으로 차단할 수 있다. 또한, 히트파이프, 열전 모듈 등으로 이루어진 냉각시스템을 통해 전력반도체(IGBT)에서 발생할 수 있는 열을 효과적으로 방출시켜 전자식 PRA 장치의 내구성을 확보할 수 있다.

Description

전자식 PRA 장치 및 그 냉각방법{ELECTRONIC PRA APPARATUS AND COOLING METHOD THEREOF}

본 발명은 전자식 PRA(Power Relay Assembly) 장치 및 그 냉각방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소음을 제거하고 크기를 축소한 전자식 PRA 장치 및 그 냉각시스템에 관한 것이다.

최근 환경문제, 고유가 등으로 인해 전기차, 수소 연료전지 차, 하이브리드 차 등 친환경차에 대한 관심이 높아지고 있다. 친환경차는 도 1에서와 같이 모터의 구동전력을 제공하는 고전압 배터리가 필수적으로 장착되며, 운행 중에 배터리는 충/방전을 반복하며 필요한 전력을 공급하게 된다. 또한, 도 2에서와 같이 상기 배터리와 그 외 시스템 간에는 전기적인 연결을 단속하는 고전압 릴레이가 사용되고 있다. 이는 시스템 간의 완전한 전기적 절연 확보와, 전기적인 안전성을 확보를 위함이다. 또한, 1차 사고 발생시 고전압에 의한 전기적인 감전, 화재 등 중대한 2차 사고 발생을 방지하고, 고전압 배터리의 암전류를 차단을 목적으로 한다.

일반적인 친환경차에서 사용되는 고전압 PRA에는 3개의 릴레이가 적용되고 있으며, 여기에는 초기충전 릴레이(Precharge Relay)와 2개의 메인 릴레이(Main Relay)가 포함된다. 도 3에서와 같이 BMS(Battery Management System) 제어하에 수행되는 릴레이 동작 시퀀스에 대해 설명하면, 우선 IG ON(시동 켜짐) 상태가 되면, "(-)단 메인 릴레이 ON → 초기충전 릴레이 ON → 레지스터에 의한 피크(Peak) 전류 제한 → 커패시터 충전 완료 →(+)단 메인 릴레이 ON → 초기충전 릴레이 OFF"의 순으로 릴레이 온 시퀀스 제어가 수행된다. 그리고 이후 초기충전 릴레이가 오프(OFF)된 상태에서, IG OFF(시동 꺼짐) 상태가 되면, (-)단 메인 릴레이와 (+)단 메인 릴레이가 동시에 오프되는 릴레이 오프 시퀀스 제어가 수행된다. 종래의 고전압 릴레이 시스템(PRA)은 (+)단 메인릴레이, (-)단 메인릴레이 및 초기충전 릴레이 모두 기계식 릴레이를 적용하고 있으며, 상기 기계식 릴레이는 고전압의 순간적인 연결/차단시 아크 발생을 최소화하기 위해서 가스충전식 릴레이 방식을 채택하고 있다. 이러한 기계적 방식은 그 특성상 ON/OFF시 진동 및 소음이 발생하며 부피 및 질량이 크다. 또한, 고전압에 특화된 가스충전식은 릴레이는 원가가 높아 배터리시스템의 상품성을 저하시킨다.

공개특허공보 제10-2011-0001014호 (2011.01.06)

본 발명은 진동 및 소음이 발생하고, 부피 및 중량이 크며, 원가가 높아 상품성을 저하시키는 종래기술의 상기와 같은 문제점을 해결하는 것이 목적이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면 전자식 PRA 장치는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, PRA)에 있어서, (-)단 메인릴레이(20), (+)단 메인릴레이(30), 레지스터(40) 및 초기충전릴레이(50)가 PRA 내에서의 발열량의 크기에 따라 PCB 기판(10)에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 레지스터(40), 상기 초기충전릴레이(50)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 전자식 PRA 장치는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, PRA)에 있어서, (-)단 메인릴레이(20), (+)단 메인릴레이(30), 레지스터(40) 및 초기충전릴레이(50)가 PRA 내에서 작동하여 발열이 개시되는 순서에 따라 PCB 기판(10)에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 초기충전릴레이(50), 상기 레지스터(40), 상기 (+)단 메인릴레이(30)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 저면에 부착된 제 1 가열부와 상기 제 1 가열부의 (-)단 메인릴레이 방향의 일단에서 수직으로 휘어진 제 1 방열부가 있는 제 1 히트파이프(61)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 레지스터(40) 및 상기 초기충전릴레이(50)의 평면에 부착된 제 2 가열부와 상기 제 2 가열부의 (-)단 메인릴레이 방향의 일단에서 수직으로 휘어진 제 2 방열부가 있는 제 2 히트파이프(62)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 히트파이프(61)와 상기 제 2 히트파이프(62)는 서로 반대방향으로 휘어진 대칭 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열부 및 상기 제 2 방열부의 평면을 덮는 제 1 방열 패드(71)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열부 및 상기 제 2 방열부의 저면에 부착되고, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 2 가열부가 관통하는 단면이 직사각형인 관통공이 있는 제 2 방열 패드(72)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열 패드(71)의 평면에 부착된 열전 모듈(80)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 열전 모듈(80)의 평면에 부착되는 냉각핀(100)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열 패드(71)의 저면과 상기 제 2 방열패드(72)의 저면을 연결하고, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 2 가열부가 관통하며, 단면이 직사각형인 계단 형태의 관통공이 있는 히트 채널(90)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 히트 채널(90)의 저면에 부착되고, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 2 가열부를 둘러싼 하우징(110)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 레지스터(40), 상기 초기충전릴레이(50)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 전자식 PRA 장치의 냉각방법은 시동이 켜지면 배터리 모듈(2)의 온도 및 냉각핀(100)의 온도를 측정하는 제 1 온도측정단계(S101); 상기 제 1 온도측정단계(S101)에서 측정된 상기 배터리 모듈(2)의 온도 또는 상기 냉각핀(100)의 온도가 제 1 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 1 판단단계(S102); 및 상기 제 1 판단단계(S103)에서 상기 배터리 모듈(2)의 온도 또는 상기 냉각핀(100)의 온도가 제 1 기준온도를 초과하는 경우 냉각팬(3)을 가동하면서 상기 제 1 온도측정단계(S101)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하는 제 1 강제공냉단계(S103);를 포함한다.

상기 제 1 판단단계에서 상기 배터리 모듈(2)의 온도 및 상기 냉각핀(100)의 온도가 제 1 기준온도 이하인 경우, 히트파이프(60)를 자연냉각하는 자연냉각단계(S104);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 강제공냉단계(S103) 후 히트파이프(60)의 온도를 측정하는 제 2 온도측정단계(S105); 상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 상기 히트파이프(60)의 온도가 제 2 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 2 판단단계(S106); 및 상기 제 2 판단단계(S106)에서 상기 히트파이프(60)의 온도가 제 2 기준온도를 초과하는 경우 상기 냉각팬(3)을 가동하면서 상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하고, 열전 모듈(80)을 가동하는 제 2 강제공냉단계(S107);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제 2 기준온도는 제 1 기준온도를 초과하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 공냉단계(S107)는 상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하면서 상기 열전 모듈(80)의 양단에 전압을 인가하여 열적 구배(Thermal Gradient)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 판단단계(S106)에서 상기 히트파이프(60)의 온도가 제 2 기준온도 이하인 경우 상기 냉각팬(3)을 가동하면서 상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하는 제 3 강제공냉단계(S108);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 가스 충전식, 기계식 릴레이였던 (-)단 메인릴레이, (+)단 메인릴레이 및 초기충전릴레이를 소형의 전력 반도체(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)로 대체하여 부피 및 중량을 줄이고, 원가를 절감하며, 소음을 근본적으로 차단할 수 있다. 또한, 히트파이프, 열전 모듈 등으로 이루어진 냉각시스템을 통해 전력반도체(IGBT)에서 발생할 수 있는 열을 효과적으로 방출시켜 전자식 PRA 장치의 내구성을 확보할 수 있다.

도 1은 친환경차의 배터리, 모터, PRA등 전장품의 구성도 및 전기흐름도이다.
도 2는 친환경차용 PRA 장치의 회로도이다.
도 3은 PRA와 내부릴레이의 동작 시퀀스를 표시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자식 PRA 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 전자식 PRA 장치의 구성을 설명하는 도면의 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전자식 PRA 장치의 냉각 시스템의 동작 원리를 설명한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈과 전자식 PRA 장치의 냉각시스템을 설명한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 전자식 PRA 장치의 냉각시스템의 순서도이다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 전자식 PRA 장치의 구성을 설명하는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 전자식 PRA 장치의 구성을 설명하는 도면의 확대도이다. 도 4 및 도 5를 참조할 때 전자식 PRA 장치(Power Relay Assembly, 1)는 (-)단 메인릴레이(Main Relay(-), 20), (+)단 메인릴레이(Main Relay(+), 30), 레지스터(Resistor, 40) 및 초기충전릴레이(Precharge Relay, 50)가 PRA 내에서의 발열량의 크기에 따라 PCB 기판(Printed Circuit Board, 10)에 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 레지스터(40), 상기 초기충전릴레이(50)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 한다. 이는 종래 기술인 기계식 릴레이를 전자식 릴레이로 대체하여 릴레이를 무소음, 무진동, 소형화하기 위함이다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따르면, 상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 레지스터(40), 상기 초기충전릴레이(50)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 레지스터(40), 상기 초기충전릴레이(50)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 초기충전릴레이(50), 상기 레지스터(40), 상기 (+)단 메인릴레이(30)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 한다.

발열 효율을 고려하여, 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 레지스터(40) 및 상기 초기충전릴레이(50)를 상기 PCB에 집적시키는 위치는 각 발열원이 작동되어 발열이 개시되는 순서 또는 발열량의 크기에 따라 배치한다. 즉, 발열량의 크기가 클수록 냉각핀(100)에 가깝게 배치하거나, 발열이 개시되는 순서가 빠를수록 냉각핀(100)에 가깝게 배치한다. 발열량의 크기를 비교하면 상기 (-)단 메인릴레이(20)와 상기 (+)단 메인릴레이(30)가 동일하고, 상기 초기충전릴레이(50)가 상기 (-)단 메인릴레이(20)와 상기 (+)단 메인릴레이(30)보다 작으며, 상기 레지스터(Resistor, 40)가 가장 작다. 따라서 상기 (-)단 메인릴레이(20)와 상기 (+)단 메인릴레이(30)가 냉각핀(100)에 가깝게 배치되고, 이들과 일정 거리를 두고 상기 초기충전릴레이(Precharge Relay, 50)가 배치되며, 상기 레지스터(40)가 가장 멀리 배치된다. 발열순서를 비교하면 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 초기충전릴레이(Precharge Relay, 50), 상기 레지스터(Resistor, 40), 상기 (+)단 메인릴레이(30)순서로 작동하여 발열하므로, 상기와 같은 순서에 따라 상기 냉각핀(100)에 가깝도록 배치된다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 저면에 부착된 제 1 가열부와 상기 제 1 가열부의 (-)단 메인릴레이 방향의 일단에서 수직으로 휘어진 제 1 방열부가 있는 제 1 히트파이프(61)를 포함한다. 또한, 상기 전자식 PRA 장치는 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 레지스터(40) 및 상기 초기충전릴레이(50)의 평면에 부착된 제 2 가열부와 상기 제 2 가열부의 (-)단 메인릴레이 방향의 일단에서 수직으로 휘어진 제 2 방열부가 있는 제 2 히트파이프(62)를 포함한다. 두 개의 히트파이프를 이용하여 상기 PCB 기판 및 전력 반도체로부터 발생하는 열을 효과적으로 방출시켜 전자식 PRA 장치의 내구성을 확보하기 위함이다. 상기 제 1 히트파이프(61)와 상기 제 2 히트파이프(62)는 서로 반대방향으로 휘어진 L자 대칭 형태의 패널이다. 이는 L-bent형 히트파이프(60)가 패키지 구성에 유리하기 때문이다. 상기 제 1 및 제 2 히트 파이프(61, 62)는 전자식 릴레이에서 발생하는 열을 순차적으로 열전 모듈 및 냉각핀으로 전달한다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 히트 파이프(61, 62)는 PCB 기판에 일체형으로 부착될 수 있으므로 열전달 효율을 높일 수 있다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열부 및 상기 제 2 방열부의 평면을 덮는 제 1 방열 패드(Thermal Pad, 71)와 상기 제 1 방열부 및 상기 제 2 방열부의 저면에 부착되고, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 2 가열부가 관통하는 직사각형의 홀이 있는 제 2 방열 패드(72)를 포함한다. 방열 패드(70)는 금속과 금속 간의 열전달 효율을 높이기 위해 사용된다. 상기 제 1 방열 패드(71)는 상기 제 1 히트파이프(61)의 방열부 및 상기 제 2 히트파이프(62)의 방열부의 평면을 합친 면적보다 넓은 평판형태를 가진다. 이는 하기의 히트 채널(90)에 의해 제 1 방열 패드(71)와 제 2 방열 패드(72)가 연결되고 이에 따라 냉각핀(100)으로 효율적인 열 전달을 하기 위함이다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열 패드(71)의 평면에 연결된 열전 모듈(Thermoelectric Module, 80)을 포함한다. 상기 열전 모듈(80)은 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 상기 히트파이프(60)를 냉각시키기 위해 사용된다. 펠티어 효과는 N형-P형 반도체를 직렬연결하고 양단에 전압을 인가시 열적 구배(Thermal Gradient)가 형성되는 현상이다. 즉, 상기 열전 모듈(80)은 제 1 방열 패드(71)의 열을 흡수하고, 흡수한 열을 냉각핀(100)으로 방출하여 열 순환 효율을 높이는 역할을 한다. 따라서 상기 열전 모듈(80)을 이용하여 발열 크기에 따른 능동적인 냉각제어가 가능하다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 열전 모듈(80)의 평면에 부착되는 냉각핀(Cooling Fin, 100)을 포함한다. 상기 냉각핀(100)은 상기 열전 모듈(80)로부터 전달받은 열을 외부로 방출하는 역할을 한다. 상기 냉각핀(100)은 배터리시스템의 공냉식 냉각장치와 연동하여 냉각효율을 높일 수 있다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열 패드(71)의 저면과 상기 제 2 방열패드(72)의 저면을 연결하고, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 2 가열부가 관통하며, 단면이 직사각형인 계단 형태의 관통공이 있는 히트 채널(Heat Channel, 90)을 포함한다. 상기 히트 채널(90)은 제 1 및 제 2 히트파이프의 가열부가 관통할 수 있는 직사각형 형태의 홀 및 상기 제 2 방열 패드(72)의 저면이 접촉하는 직사각형 형태의 홈을 포함한다. 또한, 상기 제 1 방열 패드(72)와 접촉하는 면을 포함하므로 계단 형태의 직사각형 홀을 포함하는 평판형태를 가진다. 상기 L-bent형 히트파이프(60)는 열전달을 위해 냉각핀(100)과 연결되는 면적이 제한되는 단점이 있으므로, 이를 보완하기 위해 상기 히트 채널(90)을 상기 히트파이프(60)에 연결하여 열 전달 효율을 높인다. 상기 히트 채널(90)의 재질은 알루미늄 등 열 전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다.

상기 전자식 PRA 장치는 상기 히트 채널(90)의 저면에 부착되고, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 2 가열부를 둘러싼 하우징(110)을 포함한다. 상기 하우징(110)은 전자식 PRA 장치 및 그 냉각구조를 장착할 수 있는 구조물이다.

도 6은 본 발명에 따른 전자식 PRA 장치의 냉각 시스템의 동작 원리를 설명한 도면이다. 도 6을 참조하면, 전자식 PRA의 릴레이 동작시 열이 발생한다. 발생한 열은 히트파이프(60)로 전달된다. 상기 히트파이프(60)는 상단의 패키지를 유리하게 하기 위해 L-bent형 구조를 갖는다. 상기 히트파이프(60)에 전도된 열은 방열 패드(70)로 전달된다. 상기 방열 패드(70)는 금속과 금속 간의 접촉력을 높여 열전달의 효율을 높이는 역할을 한다. 상기 방열 패드(70)에 전도된 열 중 일부는 히트채널(90)로 전달된다. 상기 히트 채널(90)은 상기 L-bent형 히트파이프(60)를 보완하여, 상기 히트파이프(60)의 상단 및 하단을 모두 이용하여 열을 방출하도록 돕는다. 상기 방열 패드(70)로 방출된 열은 상기 방열 패드(70) 상단의 열전 모듈(80)로 전달된다. 상기 열전 모듈(80)은 N형-P형 반도체를 직렬연결하고 양단에 전압을 인가시 열적 구배(Thermal Gradient)가 형성되는 특성인 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용한 장치이다. 상기 열전 모듈(80)은 상기 히트파이프(60) 상단에서 흡열 반응을 일으켜 상기 히트파이프(60)를 빠르게 냉각시키고, 상기 냉각핀(100)의 하단에서 발열반응을 일으켜 열 순환 효율을 높인다. 상기 냉각핀(100)은 상기 열전 모듈(80)로부터 전달된 열을 대류에 의해 방출한다. 상기 냉각핀(100)은 공냉식 배터리 냉각 시스템과 연동할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈과 전자식 PRA 장치의 냉각시스템을 설명한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 전자식 PRA 장치의 냉각시스템의 순서도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 전자식 PRA 장치의 냉각방법은 시동이 켜지면(IG ON) 배터리 모듈(2)의 온도 및 냉각핀(100)의 온도를 측정하는 제 1 온도측정단계(S101); 상기 제 1 온도측정단계(S101)에서 측정된 상기 배터리 모듈(2)의 온도 또는 상기 냉각핀(100)의 온도가 제 1 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 1 판단단계(S102); 및 상기 제 1 판단단계(S103)에서 상기 배터리 모듈(2)의 온도 또는 상기 냉각핀(100)의 온도가 제 1 기준온도를 초과하는 경우 냉각팬(3)을 가동하면서 상기 제 1 온도측정단계(S101)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하는 제 1 강제공냉단계(S103);를 포함한다.

또한, 상기 제 1 판단단계에서 상기 배터리 모듈(2)의 온도 및 상기 냉각핀(100)의 온도가 제 1 기준온도 이하인 경우, 히트파이프(60)를 자연냉각하는 자연냉각단계(S104);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제 1 기준온도는 상황에 따라 다르게 설정될 수 있다. 제 1 기준온도는 섭씨 20~40도 사이의 온도 중 하나의 온도로 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 전자식 PRA 장치의 냉각방법은 상기 제 1 강제공냉단계(S103) 후 히트파이프(60)의 온도를 측정하는 제 2 온도측정단계(S105); 상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 상기 히트파이프(60)의 온도가 제 2 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 2 판단단계(S106); 및 상기 제 2 판단단계(S106)에서 상기 히트파이프(60)의 온도가 제 2 기준온도를 초과하는 경우 상기 냉각팬(3)을 가동하면서 열전 모듈(80)을 가동하는 제 2 강제공냉단계(S107);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제 2 기준온도는 제 1 기준온도를 초과하는 것을 특징으로 한다. 제 2 기준온도는 상황에 따라 다르게 설정될 수 있다. 제 2 기준온도는 섭씨 40~80도 사이의 온도 중 하나의 온도로 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 전자식 PRA 장치의 냉각방법은 상기 제 2 판단단계(S106)에서 상기 히트파이프(60)의 온도가 제 2 기준온도 이하인 경우 상기 냉각팬(3)을 가동하면서 상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하는 제 3 강제공냉단계(S108);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

1 전자식 PRA 장치
2 배터리 모듈
3 냉각팬
10 PCB 기판
20 (-)단 메인릴레이
30 (+)단 메인릴레이
40 레지스터
50 초기충전릴레이
60 히트파이프
61 제 1 히트파이프
62 제 2 히트파이프
70 방열 패드
71 제 1 방열 패드
72 제 2 방열 패드
80 열전모듈
90 히트채널
100 냉각핀
110 하우징

Claims

파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, PRA)에 있어서,
(-)단 메인릴레이(20), (+)단 메인릴레이(30), 레지스터(40) 및 초기충전릴레이(50)가 PRA 내에서의 발열량의 크기에 따라 PCB 기판(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 레지스터(40), 상기 초기충전릴레이(50)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, PRA)에 있어서,
(-)단 메인릴레이(20), (+)단 메인릴레이(30), 레지스터(40) 및 초기충전릴레이(50)가 PRA 내에서 작동하여 발열이 개시되는 순서에 따라 PCB 기판(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 3항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 초기충전릴레이(50), 상기 레지스터(40), 상기 (+)단 메인릴레이(30)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 저면에 부착된 제 1 가열부와 상기 제 1 가열부의 (-)단 메인릴레이 방향의 일단에서 수직으로 휘어진 제 1 방열부가 있는 제 1 히트파이프(61)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 5항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 레지스터(40) 및 상기 초기충전릴레이(50)의 평면에 부착된 제 2 가열부와 상기 제 2 가열부의 (-)단 메인릴레이 방향의 일단에서 수직으로 휘어진 제 2 방열부가 있는 제 2 히트파이프(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 6항에 있어서,
상기 제 1 히트파이프(61)와 상기 제 2 히트파이프(62)는 서로 반대방향으로 휘어진 대칭 형태인 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 7항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열부 및 상기 제 2 방열부의 평면을 덮는 제 1 방열 패드(71)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 8항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열부 및 상기 제 2 방열부의 저면에 부착되고, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 2 가열부가 관통하는 단면이 직사각형인 관통공이 있는 제 2 방열 패드(72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 9항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열 패드(71)의 평면에 부착된 열전 모듈(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 10항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 열전 모듈(80)의 평면에 부착되는 냉각핀(100)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 9항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 제 1 방열 패드(71)의 저면과 상기 제 2 방열패드(72)의 저면을 연결하고, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 2 가열부가 관통하며, 단면이 직사각형인 계단 형태의 관통공이 있는 히트 채널(90)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 12항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 히트 채널(90)의 저면에 부착되고, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 2 가열부를 둘러싼 하우징(110)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전자식 PRA 장치는 상기 PCB 기판(10)의 일단에서부터 상기 (+)단 메인릴레이(30), 상기 (-)단 메인릴레이(20), 상기 레지스터(40), 상기 초기충전릴레이(50)의 순으로 상기 PCB 기판(10)의 평면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 하나의 전자식 PRA 장치에 있어서,
시동이 켜지면 배터리 모듈(2)의 온도 및 냉각핀(100)의 온도를 측정하는 제 1 온도측정단계(S101);
상기 제 1 온도측정단계(S101)에서 측정된 상기 배터리 모듈(2)의 온도 또는 상기 냉각핀(100)의 온도가 제 1 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 1 판단단계(S102); 및
상기 제 1 판단단계(S103)에서 상기 배터리 모듈(2)의 온도 또는 상기 냉각핀(100)의 온도가 제 1 기준온도를 초과하는 경우 냉각팬(3)을 가동하면서 상기 제 1 온도측정단계(S101)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하는 제 1 강제공냉단계(S103);
를 포함하는 전자식 PRA 장치의 냉각방법.
제 15항에 있어서,
상기 제 1 판단단계에서 상기 배터리 모듈(2)의 온도 및 상기 냉각핀(100)의 온도가 제 1 기준온도 이하인 경우, 히트파이프(60)를 자연냉각하는 자연냉각단계(S104);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치의 냉각방법.
제 15항에 있어서,
상기 제 1 강제공냉단계(S103) 후 히트파이프(60)의 온도를 측정하는 제 2 온도측정단계(S105);
상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 상기 히트파이프(60)의 온도가 제 2 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 2 판단단계(S106); 및
상기 제 2 판단단계(S106)에서 상기 히트파이프(60)의 온도가 제 2 기준온도를 초과하는 경우 상기 냉각팬(3)을 가동하면서 상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하고, 열전 모듈(80)을 가동하는 제 2 강제공냉단계(S107);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치의 냉각방법.
제 17항에 있어서,
제 2 기준온도는 제 1 기준온도를 초과하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치의 냉각방법.
제 17항에 있어서,
상기 제 2 공냉단계(S107)는 상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하면서 상기 열전 모듈(80)의 양단에 전압을 인가하여 열적 구배(Thermal Gradient)를 형성하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치의 냉각방법.
제 17항에 있어서,
상기 제 2 판단단계(S106)에서 상기 히트파이프(60)의 온도가 제 2 기준온도 이하인 경우 상기 냉각팬(3)을 가동하면서 상기 제 2 온도측정단계(S105)에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각팬(3)의 작동세기를 제어하는 제 3 강제공냉단계(S108);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 PRA 장치의 냉각방법.