KR20160119147A - 충전 케이블의 냉각 - Google Patents

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Abstract

전기차량용 충전시스템은 전원장치; 제1단부 및 제2단부를 구비하는 케이블로서, 상기 제1 단부는 상기 전원장치에 부착되고, 상기 제1단부로부터 제2단부로 각각 연장하는 충전 도체와 냉각관을 구비하는 상기 케이블; 및 상기 케이블의 제2단에 부착되고, 상기 전기차량의 충전포트에 대응하는 형태 인자를 구비하는 커넥터를 포함하며, 상기 냉각관은 상기 충전 도체를 냉각하는 유체를 운반한다.

Description

충전 케이블의 냉각{Cooling of Charging Cable}
본 발명은 전기차량용 충전시스템, 구체적으로는 충전 케이블을 냉각하는 시스템 및 기술에 관한 것이다.
전기차량의 발전은 전력을 전달하는 충전장치에 대한 증진된 필요성을 창출하여 왔다. (예를 들어, 임의의 차량용 고속 충전기 같은) 몇몇의 그러한 적용은 100 Amps이상의 연속된 전류로 작동하도록 설계된다. 일반적으로, 임의의 도체에서 전류가 높을수록 더 많은 열이 발생한다. 결과적으로, 충전장치와 차량사이의 도체는 전통적으로 더 높은 유입전류에 부합하도록 보다 더 큰 사이즈로 되어 왔다.
제 1측면에 있어서, 전기차량용 충전시스템은, 전원장치; 제1단부 및 제2단부를 구비하는 케이블로서, 상기 제1 단부는 상기 전원장치에 부착되고, 상기 제1단부로부터 제2단부로 각각 연장하는 충전 도체와 냉각관을 구비하는 상기 케이블; 및 상기 케이블의 제2단에 부착되고, 상기 전기차량의 충전포트에 대응하는 형태 인자(form factor)를 구비하는 커넥터를 포함하며, 상기 냉각관은 상기 충전 도체를 냉각하는 유체를 운반한다.
실시예들은 다음의 구성의 어느 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 상기 냉각관은 상기 유체를 상기 제1 단부에서 제2 단부로 운반한 후에, 상기 제2단부로부터 제1단부로 운반한다. 상기 커넥터는 상기 제2단부에서 전기자(armature)에 의해 유지되는 적어도 하나의 전기 접속부를 포함하고, 상기 냉각관은 상기 전기자에 의해 루프(loop)를 형성하여, 상기 제1단부로 되돌아온다. 상기 루프는 상기 제1단부로부터 나오는 냉각관의 입구부와 상기 제1단부를 향하는 상기 냉각관의 출구부에 부착되는 연결피스를 포함한다. 상기 커넥터는 상기 제2단부에서 전기자에 의해 유지되는 적어도 하나의 전기 접속부를 포함하고, 상기 전기자는 입구개구와 출구개구를 구비하는 내부 공동(cavity)을 구비하며, 상기 제1단부로부터 나오는 냉각관의 입구부는 상기 입구개구에 연결되고, 상기 출구개구는 상기 제1단부를 향하는 냉각관의 출구부에 연결된다. 상기 충전시스템은 적어도 제1 충전 도체 및 제2 충전 도체를 포함하고, 상기 냉각관은 상기 제1단부로부터 나오는 입구부와, 상기 제1단부를 향하는 출구부를 포함하고, 상기 충전 케이블은 각각의 상기 입구부와 출구부가 각각의 상기 제1충전 도체 및 제2 충전 도체와 접촉하는 단면 프로파일을 구비한다. 충전시스템은 적어도 제1, 제2, 제3 및 제4 충전 도체를 구비하고, 상기 냉각관은 상기 제1단부로부터 나오는 입구부와 상기 제1단부를 향하는 출구부를 구비하고, 상기 충전 케이블은 상기 입구부가 적어도 상기 제1 충전 도체 및 제2충전 도체와 접촉하고, 상기 출구부가 적어도 상기 제3충전 도체 및 제4 충전 도체와 접촉하는 단면 프로파일을 구비한다. 상기 냉각관은 상기 커넥터에서의 적어도 하나의 전기 접속부 주위에 유체 채널을 형성한다. 상기 냉각관은 상기 커넥터의 손잡이 내측 주위에 유체 채널을 형성한다.
상기 충전시스템은 상기 제1단부로부터 제2단부로 연장하며 상기 충전 도체 및 냉각관과 접촉하는 접지 케이블을 더 포함하며, 상기 접지 케이블은 상기 충전 도체로부터 상기 냉각관으로 열을 전도한다. 상기 접지 케이블은 상기 충전 도체 및 냉각관과 열접촉하는 브레이드(braided) 외측면을 구비한다.
충전시스템은 상기 제1단부로부터 제2단부로 상기 접지 케이블 내측을 연장하는 적어도 하나의 신호 케이블을 더 포함한다. 상기 냉각관은 상기 충전 도체를 냉각하는 액체를 운반한다. 상기 커넥터는 입구 개구로부터 출구 개구까지의 내부 유로를 형성하는 유체 허브(hub)를 포함하며, 상기 내부 유로는 상기 유체 허브의 내부 전체를 가로지른다. 상기 유체 허브는 상기 입구 개구를 구비하는 제1부분을 포함하고, 상기 제1부분은 상기 출구 개구를 구비하는 제2부분에 결합되고, 상기 제1부분과 제2부분 중 적어도 어느 하나는 상기 유체 허브의 내부로 연장하는 벽을 구비하며, 상기 벽에 의해 적어도 부분적으로 상기 내부 유로가 형성된다. 상기 유체 허브는 상기 유체 허브에 부착되는 적어도 하나의 버스바(busbar)를 포함하고, 상기 버스바는 상기 커넥터의 접촉 소켓에 전기적으로 연결된다. 상기 유체 허브는 상기 전기차량을 충전하는데 사용되도록 구성된 적어도 하나의 회로요소를 더 포함하고, 상기 회로요소는 상기 유체 허브에 부착되는 기판상에 장착된다.
도1은 냉각관을 구비하는 충전 케이블의 실시예를 도시한다.
도2는 충전시스템에 연결된 전기차량의 시스템을 도시한다.
도3은 유턴루프(U-turn loop)를 구비한 냉각관의 실시예를 도시한다.
도4는 연결피스를 구비한 냉각관의 실시예를 도시한다.
도5는 전기자와 냉각관을 구비한 충전 케이블 커넥터의 실시예를 도시한다.
도6은 내부 공동을 구비하는 전기자의 실시예를 도시한다.
도7 내지 도9A는 충전 케이블용 단면 프로파일의 실시예를 도시한다.
도10A 내지 도10D는 전기자와 전기 접속부의 다른 실시예를 도시한다.
도11 내지 도12는 충전 케이블용 단면 프로파일의 또 다른 실시예를 도시한다.
도13A 내지 도13B는 유체 허브의 실시예를 도시한다.
도14는 도13A 내지 13B의 유체 허브를 구비하는 접속부의 실시예를 도시한다.
도15는 도14의 접속부 상에 장착된 요소(component)의 실시예를 도시한다.
도16은 냉각관을 구비하는 냉각 케이블의 또 다른 실시예를 도시한다.
본 명세서는, 충전 케이블을 냉각하는 시스템 및 기술의 실시예를 설명한다. 전기차량의 충전포트에 연결되는 충전 케이블은 유체에 의해 냉각될 수 있다. 이러한 사실은 하나의 이상의 이점을 제공하는데 가령, 더 많은 전력이 충전 케이블을 통해 공급될 수 있고, 더 얇은 충전 케이블이 사용될 수 있으며, 충전 케이블이 더 가볍게 만들어 질 수 있고, 더 적은 구리가 충전 케이블에 사용될 수 있거나 및/또는 충전 케이블이 더 유연하게 만들어져서 더 다루기 쉬워진다는 이점이다. 본 실시예에서는 전기차량이 설명되었지만, 이를 대신하거나 부가하여 정지된 저장 시설(stationary storage installations)의 충전을 포함하여, 몇몇 실시예가 하나 이상의 다른 컨텍스트(context)에 사용될 수 있다. 또한, 본 실시에서는 충전이 설명되었지만, 이를 대신하거나 부가하여 몇몇 실시예가 가령 전기 장치를 전원장치에 부착하는 경우와 같이, 다른 컨텍스트에서 전기에너지의 전달에 사용될 수 있다. 마지막으로, 실시예에서 설명된 커넥터는 암수 커넥터 중 어느 하나일 수 있다.
도1은, 냉각관(102)을 구비하는 충전 케이블(100)의 실시예를 도시한다. 일반적으로, 충전 케이블은, 커넥터(104), (보일 수 있도록 일부분이 제거된) 커넥터 하우징(106) 및 케이블(108)을 구비한다. 커넥터(104)는 전기차량에 설치되는 충전 입구(예를 들면, 리셉터클(receptacle))와 호환(compatible)되도록 설계되고, 따라서 전기 커넥터의 하나 이상의 표준에 따라 구성된다. 커넥터 하우징(106)은 가령 차량 충전포트에 커넥터를 삽입하고, 충전 후에는 충전포트로부터 커넥터를 제거하는 경우, 사람에 의해 지지되도록 설계된다. 케이블(108)은 커넥터(104)와 충전장치(미도시)사이의 연결부를 형성하고, 냉각관(102)뿐만 아니라, 전력을 전달하도록 구성된 적어도 하나의 충전 도체(110)를 수용한다. 어떤 실시예에서는, 커넥터와 커넥터 하우징은 단일 피스(single piece)로 제조될 수 있다.
냉각관(102)은 충전 도체의 길이를 따라 냉매(예를 들면, 액체)를 운반하여, 전기 에너지의 흐름에 의해 발생하는 일부 또는 모든 열을 제거하는 기능을 한다. 냉매 또는 다른 열전달 매체의 예는, 물, 공기, 오일, 상변태 물질과 화학물질을 포함하지만, 이들에 국한되지는 않는다. 예를 들면, 충분한 열용량을 구비하는 비열화(non-degrading) 냉매가 선택될 수도 있다. 냉각관 재료는 그 열 전도성과 유연성(flexibility) 및 내구성(durability)을 기준으로 선택될 수 있다. 여기서, 냉각관은 케이블(108, 미도시)의 시작부에서 출발하여, 커넥터(104) 부근에서 되돌아온다. 이러한 구성과 유사한 실시예에 의해, 냉각관은 충전 커넥터 내에서 케이블(108)의 전체 길이를 따라 냉각을 제공한다.
다른 실시예에서, 냉매는 냉각관(102)에서 예를 들면 U턴에 의해 커넥터 부근 또는 커넥터에서 흐름의 방향이 반전된다. 그러한 경우, 충전 케이블이 부착되는 특정의 충전소에 대한 냉각시스템 리저버(reservoir)와 같은, 냉매제공 시스템으로 냉매가 되돌아 올 수 있다. 다른 예로서, (예를 들면, 충전 시에) 냉매가 차량에 공급되어 충전 작동시에 냉각을 공급하고(또는 증가시키고), 냉매는 동일한 충전 커넥터를 통해 차량으로부터 되돌아오는(passes back) 실시예와 같은 경우에, U턴은 충전 커넥터의 외측에 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 냉매의 일방향으로의 흐름이 제공될 수 있다. 예를 들면, 전기차량 (또는 다른 장치)의 충전 입구에 부착하는 커넥터는 차량의 냉매 리저버에 연결되는 유체 입구를 구비할 수 있다. 그러한 경우, 냉매는 리저버의 냉매를 보충하도록 사용될 수 있다.
도2는 충전시스템 (202)에 연결된 전기차량 시스템(200)을 도시한다. 예를 들면, 시스템(200)은 전기차량(예를 들면, 전기 승용차)의 일부일 수 있고, 시스템(202)은 하나 이상의 유형의 전기차량(예를 들면, 사적장소 또는 공공장소에 설치되는 전기차량 공급장치)에 대해 설계되는 충전장치의 일부일 수 있다. 충전 케이블(204)은, 도식적으로 두 개의 시스템을 연결하는 것으로 도시된다. 예를 들면, 충전 케이블의 일단부는 시스템(202)에 영구적으로 부착되고, 충전 시에 사용자가 전기차량의 일부분인 충전포트(206)에 타단부를 부착한다. 충전 케이블은 하나 이상의 전기 도체(204A) (예를 들면, 구리선)와 냉각관(204B)을 포함한다.
전기 도체(204A)는 시스템(202) 내에서 파워유닛(208)으로부터 전력을 공급받는데, 교대로, 가령 발전기 또는 전기 그리드(grid)와 같은 외부 전원장치(210)로부터 전기를 유입(draw)시키기도 한다. 다른 실시예에서, 파워유닛은 공급된 전력을 조절(condition)하여, 전기차량에 적절한 전기 에너지를 공급한다. 예를 들면, 들어오는 교류(AC) 또는 직류(DC)는 적절한 형태의 교류 또는 직류로 변환될 수 있다. 전기 도체는 그 일부 또는 전체 길이를 따라 접지 도체(212)를 구비하고, 접지 도체(212)는 시스템(202)의 접지 단자에 연결된다. 충전 시에, 차량 샤시(chassis)와 같은, 전기차량의 대응하는 접지 단자(216)에 연결될 수도 있다.
전기차량 시스템(200)에서, 충전 케이블(204)에 의해 전송된 전력은 (예를 들면, 리튬이온 셀(cell)의 배터리 팩 같은) 에너지 저장부(220)에 전기 에너지를 공급하는 적어도 하나의 탑재(onboard) 충전기(218)에 공급된다. 그러한 저장된 에너지는 전기차량의 추진 및/또는 가열과 같은, 하나 이상의 전기 모터(222) 및/또는 차량의 다른 요소에 의해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 에너지 저장부는, 이동하는 차량의 운동에너지의 재생을 포함하여, 충전기(218)에 적어도 하나의 다른 방식으로 전기 에너지를 공급받는다.
냉각관(204B)은 충전시스템(202)에 기초하는 냉각 시스템(224)의 일부분이다. 예를 들면, 냉각 시스템은 공급 장치로서 동일한 캐비닛 또는 하우징에 포함될 수 있다. 이 실시예에서, 펌프(226)는 충전 케이블(204)로부터 되돌아오는 냉매를 수용하여, 냉각 유닛(228)으로 냉매를 공급하는데, 냉각 유닛(228)은 연관되는 열의 수준을 고려할 때, 적절한 어떠한 냉각 기술도 사용할 수 있다. 예를 들면, 라디에이터(예를 들면, 하나 이상의 열핀(heat fins))가 팬과 조합하여 선택적으로 사용될 수 있다. 냉각 유닛으로부터, 냉각된 유체가 충전 케이블의 입구로 공급되는데, 충전 케이블의 입구에서 유체는 케이블의 단부에 있는 충전 도체와 임의의 커넥터를 냉각한다. 냉각관의 크기와 냉매의 유량은 실시예의 특징에 따라 선택된다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 관, 펌프, 및/또는 냉각 유닛이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 냉매는 회로에서 반대방향으로 흐를 수 있다. 또 다른 실시예에서, 냉매는 순환하지 않고, 오히려, 충전시스템(202)으로부터 전기 차량 시스템(200)으로 전달될 수 있도 있다. 예를 들면, 전기차량 시스템은 충전시스템으로부터의 공급에 의해 보충된 냉매 리저버를 포함할 수 있다.
도3은 유턴 루프(U-turn loop)를 구비한 냉각관의 실시예를 도시한다. 특히, 충전 케이블(100)은 구리 기반인(based) 단자(300)를 구비하는 것으로 도시된다(즉, 충전관의 단부는 구리, 황동, 또는 다른 구리합금으로 만들어질 수 있다). 냉각관(102)은 유턴 요소(302)를 경유하여 구리 단자 사이에서 되돌아올(loops back) 수 있다. 즉, 냉각관의 재료는 파손 없이 예시된 형상으로 구부러질 만큼 충분히 유연(flexible)하다. 예를 들면, 이러한 유연성은 통상적인 조건하에서(예를 들면, 실온) 존재하거나 또는 관의 처리(예를 들면, 가열, 성형(forming), 몰딩(molding) 또는 조립(fabrication))에 의해 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각관은 전기자의 만곡된 부분 주위로 루트(routed)될 수 있다. 예를 들면, 이것은 냉매의 흐름을 제한하는 튀틀림(kinks) 가능성을 방지한다.
다른 실시예에서, 냉매는 충전 커넥터에 도달 시에 유턴한 후, 충전 케이블(예를 들면, 순환시스템에서)을 따라 되돌아 온다. 그러나, 다른 실시예에서, 충전 케이블은 차량 또는 충전되고 있는 다른 장치로의 유체(즉, 냉매)에 대한 통과지점(pass-through)으로서 기능할 수 있다. 예를 들면, 이것은 냉매/유체를 차량의 내부 냉각 시스템으로 공급하는데 사용될 수 있다.
도4는, 연결피스(400)를 구비한 냉각관의 실시예를 도시한다. 즉, 냉각튜브(402)는 입구부(402A)와 출구부(402B)로 구성될 수 있다. 입구부는 충전케이블의 시작부로부터 연장하여 연결피스가 연결되는 단부까지 연장한다. 유사하게, 출구부는 연결피스로부터 충전 케이블의 시작부까지 연장한다. 연결피스는 무릎(knee)을 포함하면서도 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 연결피스는, 관의 재료 자체를 유턴으로 만들었을 때에 실제로 가능할 수 있는 경우보다, 냉각관이 더 근접한 구속 (예를 들면, 더 좁은 케이블 하우징) 내에서도 되돌아오는(loop back) 것을 허용한다.
도 5는 전기자(500)와 냉각관(102)을 구비하는 충전 케이블 커넥터(100)의 실시예를 도시한다. 특히, 도 1에 도시된 커넥터의 일부분이 제거되어 전기 접속부(502)가 보이도록 도시된다. 전기 접속부는 전기차량의 충전포트에 있는 대응하는 접속부와 맞물려, 충전을 위한 전기 열결부를 제공한다. 전기자(500)는 적절한 재료(예를 들면, 플라스틱재료)로 만들어 질 수 있고, 전기 접속부를 유지하도록 하는 디자인을 가질 수 있다. 냉각관(102)은 상술한 실시예와 마찬가지로 구리 단자 사이에서 되돌아(loops back)온다.
충전 과정에서, 열이 전기 도체(즉, 이들이 만들어지는 구리 또는 다른 재료 내에서)의 길이를 따라서 발생할 뿐만 아니라, 커넥터 (즉, 전기 접속부(502)내에서 및/또는 도체와 접속부 사이의 접점(juncture))에서도 발생한다. 다른 실시예에서, 상당한 열이 커넥터 내에서 또는 부근에서 발생하므로, 이 영역에서의 실질적인 냉각의 필요성이 존재할 수 있다. 이러한 냉각은 발생된 열 부근에서 순환하는 냉매의 양을 증가시키는 냉각관의 루프에 의해 제공될 수 있다.
다른 실시예, 커넥터를 냉각하고, 냉매를 관의 출구부로 공급하는 다른 접근방식이 사용될 수 있다. 도 6은 내부 공동(602)을 구비하는 전기자(600)의 실시예를 도시한다. 전기자(600)는 충전 케이블(100, 예를 들면, 도5)과 사용되도록 구성되어 내부 냉각의 추가적인 이점을 제공할 수 있다. 내부 공동(602)은 전기자 내부의 일부 또는 전부를 통하여 연장하고, 임의의 적절한 형상(가령, 도시된 형상)을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 전기자는 기계 조립(machine fabrication) 또는 사출성형(injection molding)을 포함하지만 이에 국한되지는 않는 성형 공정에 의해 제조될 수 있다.
전기자(600)는 내부공동(602)으로의 냉매의 유입을 허용하는 적어도 하나의 입구(604)와, 그로부터의 유출을 허용하는 적어도 하나의 출구(606)를 구비한다. 도4의 실시예를 간략히 다시 참조하면, 입구부(402A)는 입구(604)에 연결될 수 있고, 출구부(402B)는 출구(606)에 연결될 수 있다. 따라서, 전기자(600)의 적어도 부분적으로 비어 있는(hollow)내부는 그 내에서 냉매의 순환을 허용하여, 충전 시에 발생하는 열을 제거하는 기능을 한다.
다른 실시예에서, 열적 필러(filler) 재료가 하나 이상의 접속부(502, 도5)와 전기자 사이에 제공된다. 예를 들면, 이것은 열전달을 증가시켜 냉각을 향상시킨다.
전기자는 충전 케이블의 제조에 있어서 중요한 이점을 제공한다. 첫째, 전기 (즉, 충전)와 냉매(즉, 냉각관)를 위한 연결부가 만들어 진다. 다음으로, 전기 접속부 (예를 들면, 도5에서 접속부(502))가 전기자에 삽입될 수 있어서, 전기자에 의해 지지될 수 있다. 다음으로, 접속부의 전방 단부(즉, 사용시 차량을 향하는 단부)가 고정부(fixture)에 삽입되어서 정위치에 유지될 수 있다. 예를 들면, 이러한 고정부는 충전 케이블이 함께 사용되어야 하는 충전포트에 대응할 수 있다. 접속부가 유지되는 동안, 도기(potting) 또는 다른 재료가 접속부 상에 또는 그 주위에 적용되어 정위치에 고정할 수 있다. 예를 들면, 도기 재료는 열전도성일 수 있다. 즉, 전기자는 전기 접속부를 제 위치로 향하게 하는 기능을 하거나, 사용시에 접속부를 구조적으로 지지하고(예를 들면, 차량으로 접속부를 삽입하거나, 차량으로부터 접속부를 제거할 때), 상당한 열이 발생하는 곳에서의 냉각을 제공하는 기능을 한다.
도7 내지 도9는 충전 케이블용 프로파일 단면의 실시예를 도시한다. 프로파일(700)은 외부 재킷(710, jacket)의 내측에 전기 도체(702, 704), 및 냉각관(706, 708)을 포함한다. 전기 도체는 전기 절연을 제공하도록 외측에 하나 이상의 절연재료를 구비한다. 각각의 냉각관은 내측에 하나 이상의 채널을 구비하여 적어도 하나의 방향으로 냉매가 흐르도록 한다. 일반적으로, 냉각관에 의해 제공되는 냉각은, 충전 케이블이 외부 재킷보다 더 작은 직경을 가지게 한다. 또한, 케이블 내측에는 접지 도체(712) 또는 가령 신호 케이블 및/또는 필러 재료와 같은 하나 이상의 부가적인 부재(714)가 있다. 케이블 요소는 명료함을 위해, 각각으로부터 어느 정도 분리되도록 도시하였으며, 다른 실시예에서 요소가 외부 재킷의 내부를 완전히 채울 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
여기서, 각각의 냉각관(706, 708)은 각각의 전기 도체(702, 704)와 접촉한다. 따라서, 각각의 냉각관은 각각의 전기 도체에 냉각을 제공할 수 있다.
프로파일(800)은 외부 재킷(814)의 내측에 전기 도체(802, 804, 806, 808) 및 냉각관(810, 812)을 포함한다. 접지 도체(712)와 부가적인 부재(714)는 외부 재킷 내에 포함될 수 있다. 각각의 냉각관은 내측에 하나 이상의 채널을 구비한다. 여기서, 냉각관(810)은 각각의 전기 도체(802, 804)와 접촉하고, 냉각관(812)은 각각의 전기 도체(806, 808)와 접촉한다.
프로파일(900)에서, 외부 재킷(814)은 전기 도체(802, 804, 806, 808)와, 냉각관(810, 812)을 포함한다. 신호 케이블(예를 들면, 부가적인 부재(714))은 접지 도체(902)내에 둘러싸인다. 접지 도체의 외측면(904)은, 예를 들면 도9A의 단면에 도시된 바와 같이 브레이드(braided)될 수 있다. 다른 실시예에서, 절연재(예를 들면, 플라스틱)의 얇은 막이 접지 케이블과 하나 이상의 다른 요소 사이에 제공될 수 있다. 하나 이상의 필러 부재(906)가 외부 재킷 내부에 제공될 수 있다.
접지 도체는 각각의 전기 도체(802, 804, 806, 808)와 냉각관(810, 812)에 접촉할 수 있다. 따라서, 접지 도체는 전기 도체로부터 냉각관으로의 열 전달을 허용하여, 냉각효율을 향상시킨다.
이 실시예에서, 각 케이블 요소의 크기와 비율, 요소의 갯수 및 서로에 대한 각각의 위치는 모두 예시적인 목적으로 도시되었다. 다른 실시예에서 크기, 비율, 요소의 갯수, 및/또는 상대적인 위치는 달라질 수 있다. 예를 들면, 관의 단면 형상은 열전달을 증가시키도록 도체와 접촉면적을 극대화하도록 최적화될 수 있다.
도10A 내지 10D는 전기자(1000)와 전기 접속부(1002)의 다른 실시예를 도시한다. 전기자는 내부에 공동(1000B)을 형성하고, 외부에 하나 이상의 접속부 공간(1000 C)을 형성하는 형상을 구비하는 하우징(1000A)을 가진다. 캡(1004)은 접속부 공간의 프로파일 자국을 따라 공동을 밀봉하는 형상을 구비한다. 다른 실시예에서, 캡은 냉매 또는 다른 유체가 전기자의 내부로 들어가거나 내부로부터 나오는 것을 허용하는 두 개의 핏팅(fittings, 1006)을 구비한다. 예를 들면, 냉각관(102, 도 1, 3, 4, 5)은 전기자 내측에 냉매 순환을 제공하도록 캡에 부착될 수 있다.
구조(1008)는 하우징(1000A)상에 캡(1004)의 부착을 제공할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 볼트 또는 다른 고정수단이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 접합부는 가령 가스켓 또는 도기재료에 의해 밀봉될 수 있다. 도10B는 제 자리에 캡(1004)을 구비한 전기자(1000)를 도시한다.
도10C는 제자리에 전기 접속부(1002)를 구비한 전기자(1000)를 도시한다. 다른 실시예에서, 더 큰 직경의 접속부가 예를 들면, 배터리 팩과 같은 에너지 저장부에 전력을 공급하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 각각의 접속부는, 용접 또는 크림핑(crimping)에 의해 도체를 부착하는데 사용되도록 구성된 예를 들어, 평평한 면과 같은 연결면(1010)이 제공된다. 하나 이상의 직경이 더 작은 접속부(1002)는, 접지 단자 또는 통신용을 포함하면서도 이에 국한되지는 않는, 다른 목적에 사용될 수 있다.
특히, 도 10D은, 전기자(1000), 전기 접속부(1002), 연결면(1010), 전기 접속부의 적어도 일부를 둘러싸는 하나의 이상의 유체 채널(1012)을 도시한다. 유체 채널은 예를 들면, 전기자의 비어 있는 내부를 경유하여 캡의 핏팅(fittings)에 연결되어 유체흐름을 제공한다. 즉, 전기자에 제공되는 유체는 유체 채널의 경유에 의해 전기 접속부 주위로 순환될 수 있다. 다른 실시예에서, 유체 채널은 전기 접속부의 적어도 일부분의 주위에 복수의 랩(laps) (예를 들면, 4 개)을 만드는 나선형의 흐름 패턴을 제공한다. 예를 들면, 이것은 냉각을 증가시켜서 외부 접촉면의 온도를 감소시킨다.
도11 내지 도12는 충전 케이블을 위한 단면 프로파일(1100, 1200)의 실시예를 도시한다. 프로파일(1100)을 시작으로, 유체(예를 들면, 냉매)의 내측과 외측 흐름으로 분기(bi-furcating)시키는 개념을 포함할 수 있다. 특히, 프로파일(1100)은 분리기(divider, 1104)에 의해 형성될 수 있는 채널(1102A, 1102B)를 구비한다. 예를 들면, 채널(1102A)은 내측흐름(즉, 충전 장치로부터 커넥터와 차량을 향하는 흐름)을 위해 사용될 수 있고, 채널(1102B)는 외측 흐름(즉, 반대방향으로 돌아오는 흐름)을 위해 사용될 수 있다. 즉, 충전 커넥터가 부착되는 충전 케이블의 단부에 도달할 시에, 냉매는 되돌아와서 반대편의 채널 내에서 되돌아 올 수 있다. 그러한 복귀는, 관의 유턴 형태에 의해 만들어지거나, 또는 전기자의 내측의 냉매 순환에 의해 만들어 질 수 있다. 다른 실시예서, 내측흐름과 외측흐름이 대향하는 채널내에서 흐를 수 있다.
채널(1102A, 1102B)의 어느 한쪽 또는 양 쪽은, 내부에 하나 이상의 도체를 가질 수 있다. 예를 들면, 전기 도체(1106)는 충전을 위한 전기에너지를 공급하고, 도체(1108)는 신호(signaling) 및/또는 접지 연결부를 제공할 수 있다.
프로파일(1200)은, 중앙 냉매관(1202)과 복수의 방사상으로 위치한 관(1204)을 구비한다. 여기서 관은 돌출부(1206)의 일체형 구조로서 형성된다. 예를 들면, 돌출부는 유연성 재료(예를 들면, 폴리머)를 돌출시키나 냉각주조(cold-casting)법에 의해 형성될 수 있다.
관(1202, 1204)은 복수의 도체(1208, 1210) 부근에 위치한다. 예를 들면, 도체(1208)는 충전을 위해 고(高) 교류(AC)전압 또는 고 직류(DC)전압을 공급하고, 도체(1210)는 접지 또는 신호 케이블일 수 있다.
관(1202, 1204)은 충전 케이블의 단부에 있는 커넥터에 연결된다. 다른 실시예에서, 커넥터는 충전 케이블 내에서 한 방향으로 흐르는 냉매에 대한 반환지점(turnaround point)으로서의 역할을 한다. 예를 들면, 중앙관(1202)은 충전되고 있는 장치 (예를 들면, 차량)을 향하여 흐르는 냉매를 포함할 수 있고, 방사상으로 위치한 관(1204)은 반대방향으로 흐르는 냉매를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 냉매는 예를 들면 차량의 냉매 리저버로 되돌아감이 없이 커넥터를 통해 계속해서 흐를 수 있다.
도13A 내지 13B는 유체 허브(1300)의 예를 도시한다. 여기서 유체 허브는 제1부분(1302)과 제2부분(1304)이 보이는 곳에서 확대되어 도시된다. 각각의 부분은 몰딩(molding)공정 또는 기계가공에 제조된다. 가령 스냅핏(snap-fit)조립, 용접, 또는 접착제 도포에 의해 상호 접합시에, 유체 허브는 이 실시예에서 제1부분(1302)에 시작하는 유로(1306)를 형성하고, 제1부분에서 유체는 개구(1308)을 통해 들어가서, 유체 허브의 내부를 통해 계속 흐르고, 제2부분(1304)에 도달하여 유체는 개구(1310)를 통해 유체 허브를 나온다. 흐름은 유체 허브를 통하여 반대방향으로 흐를 수도 있다.
유체 허브는 하나 이상의 내부벽 또는 액체의 흐름을 향하게 하는 디바이더를 구비할 수 있다. 이 실시예에서, 제1부분(1302)은 내부 체적을 반으로 나누면서도, 유체흐름이 반전되도록 말단부에 개방 유로를 남겨두는 벽(1312)을 구비한다. 벽(1314)은 제2부분(1304)에 제공될 수 있다. 예를 들면, 벽(1312, 1314)은 유체 허브의 내측에 평면을 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 벽의 하나는 다른 것보다 작거나 완전히 생략될 수 있다. 예를 들면, 벽(1312 내지 1314)의 어느 하나는 대향하는 부분(1302 내지 1304)으로 연장하여 유체의 바람직한 유료를 형성한다.
유체 허브(1300)는 충전시스템의 전기요소 및/또는 커넥터와 유용한 열교환을 제공할 수 있다. 예를 들면, 유체 허브는 비교적 큰 표면(부분(1304)상에서 1316), 부분(1302)상에서 1318)을 제공하여, 허브 내측의 유체는 외측 상의 요소를 냉각한다. 몇 몇의 실시를 설명한다.
도14는 도13A 내지 도13B의 유체 허브(1300)를 구비하는 접속부(1400)의 예를 도시한다. 접속부는 유체 허브 측에 부착된 버스바(1402, 1404)를 구비한다. 예를 들면, 열 에폭시(thermal epoxy)가 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 버스바는 양호한 열교환을 제공하는 유체 허브와 인터페이스(interface)하는 비교적 큰 표면을 제공한다.
버스바는 충전 케이블의 나머지와 하나 이상의 접속부 소켓(1406) 또는 다른 커넥터 사이의 전기 연결부이다. 접속부 소켓은, 전기차량 충전포트의 형태 인자(form factor)에 일치하는 적합한 크기로 배치된다. 소켓은 전기자(1408) 또는 다른 구조에 의해 유지될 수 있다.
접속부 소켓은 버스바에 브레이징(braze)되어, 더 큰 열전달 영역을 허용한다. 또 다른 실시예로서, 접속부 소켓은 동일한 기능을 위한 확대된 및/또는 평탄한 영역을 형성하도록 스웨이징(swaged)될 수 있다. 예를 들면, 이것은 더 적은 수의 부품이 사용되도록 하거나, 및/또는 향상된 열전달을 위한 또 다른 경계의 제거를 허용한다. 충전 케이블의 도체는 가령 초음파용접 또는 저항용접과 같은 적절한 기술에 의해 버스바에 부착될 수 있다.
도15는 도14의 접속부(1400)에 장착된 요소(1500)의 실시예를 도시한다. 요소(1500)는 가령 전기 및/또는 냉매의 흐름 관리 또는 차량과 외부충전장치 간의 통신과 같은 전기차량의 충전 과정에 관여한다. 예를 들면, 요소는 인쇄회로기판 상에 형성된 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다.
유체 허브 상에 전기회로망을 위치시키는 것은, 그러한 요소의 유용한 냉각을 제공한다. 또한, 이 실시예에 도시된 접속부의 구조는, 예를 들면, 하나 이상의 소켓의 축에 대하여 조그(jogged)되는 버스바 상에 케이블 부착위치를 허용한다. 이것은 커넥터 손잡이 내측의 요소(1500)의 컴팩트한 패키징(packaging)이 가능하게 한다. 즉, 조립체 소켓 단부의 단면 자국(footprint)가 작아질 수 있다.
도16은, 냉각관을 구비하는 충전 케이블의 다른 실시예를 도시한다. 여기서, 충전 케이블(100), 커넥터(104), 커넥터 하우징(106), 케이블(108) 및 충전 도체(110)는 도1에 도시된 것들과 유사하다. 그러나, 여기서 냉각관(102)은 충전 커넥터의 손잡이 내측 둘레를 감싸는 유체 채널(1600)로 인도된다. 유체 채널은 충전 커넥터의 하우징과 일체로 되거나 그렇지 않을 수 있다. 예를 들면, 냉각관은 커넥터 하우징(106)에 의해 제공되는 내향 홈 또는 다른 공간으로 들어갈(run in) 수 있다. 그러할 경우, 외측으로부터 (즉, 사용자에게), 손잡이는 예를 들면, 도 1에 도시된 실시예와 유사하거나 동일하게 보일 수 있는데, 도1에서 냉각관은 U- 턴하고, 다른 실시예에서는 냉매가 충전 케이블을 통해 들어가서 동일한 충전 케이블을 통해 되돌아오지는 않는다. 그러나, 유체 채널은 하나의 이상의 이점, 가령 전기 접속부와 다른 요소의 향상된 냉각, 및/또는 (예를 들면, 사용자가 장치를 잡거나 접촉하는) 외측면의 향상된 온도 관리라는 이점을 제공할 수 있다.
이 실시예에서, 부분(1602)은 유체 채널(1600)이 충전 케이블(108)로 되돌아가는 곳에 대응하여, 유체 흐름의 회로를 완성한다. 다른 실시예에서, 유체는 반대방향으로 흐를 수도 있다.
다양한 실시예가 예로서 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다른 실시예들이 청구범위에 포함된다.

Claims (17)

  1. 전기차량용 충전시스템으로서,
    전원장치;
    제1단부 및 제2단부를 구비하는 케이블로서, 상기 제1 단부는 상기 전원장치에 부착되고, 상기 제1단부로부터 제2단부로 각각 연장하는 충전 도체와 냉각관을 구비하는 상기 케이블; 및
    상기 케이블의 제2단부에 부착되고, 상기 전기차량의 충전포트에 대응하는 형태 인자(form factor)를 구비하는 커넥터;를 포함하며,
    상기 냉각관은 상기 충전 도체를 냉각하는 유체를 운반하는, 전기차량용 충전시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각관은 상기 유체를 상기 제1 단부에서 제2 단부로 운반한 후에, 상기 제2단부로부터 제1단부로 운반하는, 전기차량용 충전시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 제2단부에서 전기자에 의해 유지되는 적어도 하나의 전기 접속부를 포함하고, 상기 냉각관은 상기 전기자에 의해 루프를 형성하여, 상기 제1단부로 되돌아오는, 전기차량용 충전시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 루프는 상기 제1단부로부터 나오는 냉각관의 입구부와 상기 제1단부를 향하는(leading toward) 상기 냉각관의 출구부에 부착되는 연결피스를 포함하는, 전기차량용 충전시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 제2단부에서 전기자에 의해 유지되는 적어도 하나의 전기 접속부를 포함하고, 상기 전기자는 입구개구와 출구개구를 구비하는 내부 공동을 구비하며, 상기 제1단부로부터 나오는 냉각관의 입구부는 상기 입구개구에 연결되고, 상기 출구개구는 상기 제1단부를 향하는 냉각관의 출구부에 연결되는, 전기차량용 충전시스템.
  6. 제2항에 있어서, 적어도 제1 충전 도체 및 제2 충전 도체를 포함하고, 상기 냉각관은 상기 제1단부로부터 나오는 입구부와, 상기 제1단부를 향하는 출구부를 포함하고, 상기 충전 케이블은 각각의 상기 입구부와 출구부가 각각의 상기 제1충전 도체 및 제2 충전 도체와 접촉하는 단면 프로파일을 구비하는, 전기차량용 충전시스템.
  7. 제2항에 있어서, 적어도 제1, 제2, 제3 및 제4 충전 도체를 구비하고, 상기 냉각관은 상기 제1단부로부터 나오는 입구부와 상기 제1단부를 향하는 출구부를 구비하고, 상기 충전 케이블은 상기 입구부가 적어도 상기 제1 충전 도체 및 제2충전 도체와 접촉하고, 상기 출구부가 적어도 상기 제3충전 도체 및 제4 충전 도체와 접촉하는 단면 프로파일을 구비하는, 전기차량용 충전시스템.
  8. 제2항에 있어서, 상기 냉각관은 상기 커넥터에서의 적어도 하나의 전기 접속부 주위에 유체 채널을 형성하는, 전기차량용 충전시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 냉각관은 상기 커넥터의 손잡이 내측 둘레에 유체 채널을 형성하는, 전기차량용 충전시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1단부로부터 제2단부로 연장하며 상기 충전 도체 및 냉각관과 접촉하는 접지 케이블을 더 포함하며, 상기 접지 케이블은 상기 충전 도체로부터 상기 냉각관으로 열을 전도하는, 전기차량용 충전시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 접지 케이블은 상기 충전 도체 및 냉각관과 열접촉하는 브레이드(braided) 외측면을 구비하는, 전기차량용 충전시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1단부로부터 제2단부로 상기 접지 케이블 내측을 연장하는 적어도 하나의 신호 케이블을 더 포함하는, 전기차량용 충전시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 냉각관은 상기 충전 도체를 냉각하는 액체를 운반하는, 전기차량용 충전시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 커넥터는 입구 개구로부터 출구 개구까지의 내부 유로를 형성하는 유체 허브를 포함하며, 상기 내부 유로는 상기 유체 허브의 내부 전체를 필수적으로(essentially) 가로지는, 전기차량용 충전시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 유체 허브는 상기 입구 개구를 구비하는 제1부분을 포함하고, 상기 제1부분은 상기 출구 개구를 구비하는 제2부분에 결합되고, 상기 제1부분과 제2부분 중 적어도 어느 하나는 상기 유체 허브의 내부로 연장하는 벽을 구비하며, 상기 벽에 의해 적어도 부분적으로 상기 내부 유로가 형성되는, 전기차량용 충전시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 유체 허브는 상기 유체 허브에 부착되는 적어도 하나의 버스바를 포함하고, 상기 버스바는 상기 커넥터의 접촉 소켓에 전기적으로 연결되는, 전기차량용 충전시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 유체 허브는 상기 전기차량을 충전하는데 사용되도록 구성되는 적어도 하나의 회로요소를 더 포함하고, 상기 회로요소는 상기 유체 허브에 부착되는 기판상에 장착되는, 전기차량용 충전시스템.
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