KR20180030395A - 능동 냉각 케이블용 접속 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 유체 냉각 전기 케이블(16)용 접속 유닛(2)에 관한 것으로, 상기 접속 유닛(2)은 하우징(9)을 포함하고, 이 하우징은 케이블 접속구(10), 유체 유입구(11) 및 유체 배출구(12)를 갖는다.

Description

능동 냉각 케이블용 접속 유닛{CONNECTOR UNIT FOR AN ACTIVELY COOLED CABLE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 유체 냉각 케이블용 접속 유닛에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 커넥터, 유체 냉각 케이블 및 접속 유닛으로 구성된 시스템에 관한 것이다.
유체 냉각 케이블은 특히 고전류의 전송을 위해 사용되며, 예컨대 충전 커넥터의 접속에 사용된다.
전기차의 경우, 이 기술이 내연기관을 구비한 종래의 차량에 대항하여 확고한 입지를 다지려면, 배터리의 신속한 충전이 필요하다. 내연기관을 구비한 차량은 수분 이내에 연료 충전을 완료할 수 있다. 이와 관련하여 전기차는 경쟁력이 있어야 한다. 고속 충전 과정에서는 매우 높은 전류가 사용되어야 하며, 이는 충전 커넥터에서의 강한 열 발생을 야기한다.
이른바 능동 냉각에서는, 충전 커넥터에 의해 가열된 냉각액을 다시 냉각하거나 처리하는 냉각 설비에 유체 냉각식 냉각 케이블이 접속되어야 한다. 이와 동시에 유체 냉각 케이블에 전류가 공급되어야 하고, 그에 상응하게 접속되어야 한다. 이러한 냉각 케이블의 접속은 복잡하고 시간이 많이 소요된다.
DE 10 2010 050 562　B3호에는 전기차용 충전 커넥터가 공지되어 있다. 충전 과정에서 발생한 커넥터의 가열은, 실질적으로 커넥터의 파지 영역에 연장되는 나선형 액관(liquid line)에 의해 약화된다. 상기 액관을 통해, 폐쇄 냉각 회로 내에서 냉각액이 흐른다. 액관은 전기 케이블에 평행하게 연장된다. 따라서 전기 케이블과 액관은 따로따로 접속되어야 한다. 평행하게 안내되는 냉각액관을 통한 케이블의 냉각은 그리 효율적이지 못하다. 또한, 이러한 구조는 공간 절약적이지도 않기 때문에, 특히 주유소가 협소할 경우 문제를 야기할 수 있다.
본 발명의 과제는, 접속될 충전 커넥터와 유체 냉각 전기 케이블의 컴팩트한 접속 가능성을 제공하는 것이다. 또한, 그러한 케이블의 접속을 위한 시간 비용을 줄여야 한다.
상기 과제는 독립 청구항 제1항의 특징들에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 구성들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
본 발명에 따른 접속 유닛은 유체 냉각 전기 케이블의 접속용으로 제공된다. 이 접속 유닛은, 케이블 접속구, 유체 유입구 및 유체 배출구를 가진 하우징을 포함한다.
유체 냉각 전기 케이블의 일측 단부가 전기 커넥터와, 바람직하게는 충전 커넥터와 연결된다. 유체 냉각 전기 케이블의 타측 단부는 본 발명에 따른 접속 유닛과 연결된다. 이 접속 유닛을 통해 커넥터는, 상기 커넥터에 접속된 케이블과 연결되어, 똑같이 냉각액과 전류를 공급받는다.
접속 유닛에 연결된 케이블은 횡단면에서 볼 때 중앙 냉각액 관을 갖는다. 냉각액 관 주위에 개별 도체들(여기서는 구리 철심)이 배치된다. 구리 철심은 액밀 박막으로 둘러싸인다. 이 박막 위에 이른바 버퍼 요소들이 씌워지고, 이들 버퍼 요소는 최종적으로 단단한 케이블 외피로 둘러싸인다. 버퍼 요소들은 중공 형태이므로, 액밀 박막과 케이블 외피 사이의 영역에서 냉각액이 유동할 수 있다.
바람직하게는 접속 유닛이 냉각 유체용 냉각 설비에 연결될 수 있다. 냉각 유체는 커넥터와 냉각 설비 사이의 폐쇄 회로 내에서 이동한다. 냉각 설비에서 냉각 유체는, 충전 커넥터에서의 가열 이후 다시 냉각되는 방식으로 처리된다.
바람직하게는 접속 유닛이 전기차용 고정 충전소에 연결될 수 있다. 이 고정 충전소는 위에 언급한 냉각 설비를 포함할 수 있다. 이와 동시에, 충전소를 통해 전기차의 충전을 위한 전류가 공급된다. 충전 과정에서의 능동 냉각을 통해 전기차 충전 시간을 매우 단축시킬 수 있다.
바람직하게는 접속 유닛에서 케이블 접속구와 유체 배출구가 서로 평행하게 정렬된다. 그럼으로써, 충전 과정을 통해 가열된 유체가 냉각 설비로 바로 귀환될 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 유체 유입구는 케이블 접속구 및/또는 유체 배출구에 대해 수직으로 정렬된다. 바람직하게는 유체 유입구가 케이블 접속구보다 유체 배출구에 더 가깝게 배치된다. 이러한 구조에서는 유체 유입구를 통해 유입되는 신선한 냉각액(fluid)이 유체 배출구를 통해 배출되는 가열된 유체를 미리 약간 식힐 수 있다. 상기 구조는, 가열된 유체가 다시 매우 신속하게 냉각될 수 있기 때문에 매우 효율적으로 작동한다는 점이 실험을 통해 입증되었다.
매우 바람직하게는, 유체 배출구가 전기 접촉 요소를 포함하고, 이 전기 접촉 요소가 하우징 내에서 유체 냉각 전기 케이블과 연결될 수 있다. 상기 접촉 요소에 의해 접속 유닛의 하우징 내부에서 전기 접속이 수행될 수 있고, 이는 접속 유닛의 컴팩트한 구조에 도움이 된다.
바람직하게는 유체 냉각 전기 케이블과 접촉 요소 사이의 연결이 압착 슬리브(crimp sleeve)를 통해 구현된다. 압착 슬리브는 케이블의 구리 도체를 유체 배출구의 접촉 요소에 매체 밀봉식으로 연결하는 데에도 이용된다.
바람직하게는 케이블 접속구 내로 전술한 유체 냉각 전기 케이블이 돌출한다. 케이블 접속구는 케이블 글랜드(cable gland)를 통해 매체 밀봉식으로 밀폐된다.
전술한 접속 유닛은 매우 바람직하게 커넥터, 바람직하게는 충전 커넥터 및 유체 냉각 케이블과 함께 사용될 수 있다.
바람직하게 유체 냉각 케이블은 횡단면에서 볼 때 중앙 냉각액 관을 가지며, 이 경우 냉각액 관 주위에 개별 도체가, 바람직하게는 구리 철심이 배치된다. 구리 철심은 바람직하게 액밀 박막으로 둘러싸이며, 이때 상기 액밀 박막 위에 단단한 케이블 외피로 둘러싸인 버퍼 요소들이 씌워진다. 버퍼 요소들이 이상적으로는 중공 형태로 형성됨에 따라, 액밀 박막과 케이블 외피 사이의 영역에서 냉각액이 유동할 수 있다.
전술한 시스템의 충전 커넥터는 적어도 하나의 전기 접촉 요소를 포함하고, 이 전기 접촉 요소는 접촉부 및 연결부를 가지며, 연결부는 케이블의 전기 도체와 연결될 수 있고, 접촉 요소에는 유체 냉각 케이블을 통해 냉각액이 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예를 도면들에 도시하고, 하기에서 더 상세히 설명한다.
도 1은 접속 유닛의 부분 절단된 사시도이다.
도 2는 접속 유닛을 통해 충전소에 접속된 충전 커넥터의 개략도이다.
도 3은 충전 커넥터의 접촉 요소의 사시도이다.
도 4는 충전 커넥터의 부분 절단된 사시도이다.
도면들은 부분적으로 간략화된 개략도들을 포함하고 있다. 일부는 동일한, 그러나 경우에 따라서는 동일하지 않은 요소들에 대해 동일한 참조 번호가 사용되었다. 동일 요소의 상이한 모습들은 다르게 스케일링되었을 수 있다.
도 1에는 충전 커넥터(5)를 충전소(8)에 접속시킬 수 있는 접속 유닛(2)이 도시되어 있다. 접속 유닛(2)은 박스형 하우징(9)을 가지며, 이 하우징은 다시 3개의 개구, 즉, 케이블 접속구(10), 유체 유입구(11) 및 유체 배출구(12)를 갖는다. 케이블 접속구(10) 내에 유체 냉각 케이블(16)이 케이블 글랜드(17)를 통해 고정되어 있다. 유체 유입구(11)는 유체 노즐(18)을 구비한다. 유체 배출구(12)는 전기 접촉 요소(19)를 포함하며, 이 전기 접촉 요소는 하우징(9) 내부에서 압착 슬리브(21)를 통해 케이블(16)의 구리 철심(20)과 연결되어 있다.
접촉 요소(19)는, 하기에서 추가로 기술되는 접촉 요소(1)와 유사하게, 케이블(16)의 중앙 냉각액 관 내로 삽입된 (도 1에서는 보이지 않는) 중공 실린더를 포함한다. 접촉 요소(19) 내에는 관통 보어가 형성되어 있고, 이 관통 보어는 외측으로 계속해서 유체 노즐(18') 내로 안내된다. 이를 통해, 충전 커넥터(5)에서 가열된 유체가 배출될 수 있다. 접촉 요소(19)는 외측에 (도시되지 않은) 나사산을 가지며, 이 나사산을 통해 전기 접속을 위한 너트와 연결되어 도체 레일(22)에 접속될 수 있다. 접촉 요소(19)의 단부면과 너트의 단부면은 각각, 비틀림 또는 느슨해짐을 방지하는 널링(knurling) 형상들을 갖는다. 그로 인해 신뢰성 있는 전기 접속이 보장된다. 접촉 요소(19) 및 대응 너트는 강으로 형성되지 않고, 구리 함량이 높은, 전도성이 우수한 재료로 형성된다. 그럼으로써 연결의 내구성뿐만 아니라 기계 강도도 보장된다.
유체 노즐(18, 18')을 통해 접속 유닛(2)이 충전소(8)의 냉각 설비(23)에 접속될 수 있다.
도 2에서, 각각의 유체 냉각 접촉(1)을 위해 충전 커넥터(5) 내에 충전소(8)로 접속되는 접속 유닛(2)도 제공되는 점을 알 수 있다. 예컨대 신호 전류를 전송하거나 접지용으로 제공된 추가 접촉 요소들을 위해 추가 접속 유닛은 불필요하다.
유체 유입구(11)를 통해 저온의 신선한 유체가 접속 유닛(2) 내로 유입된다. 중공 버퍼 요소(24)를 지나 유체가 충전 커넥터(5)의 접촉 요소(1)에 도달할 수 있다. 그곳에서 유체는 충전 과정에서 발생한 열 또는 열 에너지를 흡수한다. 가열된 유체가 케이블(16)의 중앙 액관을 통해 유체 배출구(12)로 운반되어, 냉각 설비(23)에서 다시 처리되며, 다시 말해 다시 냉각된다.
충전 커넥터(5) 내에는 하나 이상의 유체 냉각 접촉 요소(1)가 장착되어 있다. 접촉 요소(1)는 연결부(3)와 접촉부(4)로 구성된다. 연결부(3)는 축방향 보어를 포함하고, 접촉부(4)는 축방향 관통 보어를 포함한다. 보어와 관통 보어는 모두 각각 내부 나사산을 포함하며, (도시되지 않은) 나사를 통해 서로 가역적으로 연결될 수 있다. 접촉부(4)는 총 6개의 판(7)을 가진 이른바 부시로서 형성된다. 연결부(3)는 실질적으로 원통형으로 형성된다. 본체로부터 축방향으로 외측을 향해 중공 실린더(6)가 일체로 형성된다. 중공 실린더(6)는 중공 니들로도 간주될 수 있다. 중공 실린더(6)는 끝으로 갈수록 가늘어지면서 방출 개구부(13)로 연통된다. 방출 개구부(13)와 본체 사이에서 중공 실린더(6) 상에 다판 구조(14)가 형성된다. 연결부(3)에는, 상기 연결부(3) 내 중공 챔버로의 접근부를 형성하는 개구들(15)이 제공된다. 중공 챔버(16)는 중공 실린더(6)가 형성하는 중공 챔버와도 연결되어 있다.
중공 실린더(6)의 방출 개구부(13)는 케이블의 중앙 냉각액 관 내로 삽입된다. 냉각액은 연결부(3)의 개구들(15) 내로 유입된다. 전술한 연결부(3)의 중공 챔버가 냉각액에 의해 관류된다. 작동 중에 이곳에서 발생하는 열이 냉각액에 의해 흡수되어, 중공 실린더(6)의 중공 챔버를 통해 중앙 액관을 지나 다시 방출된다. 멀리 떨어져 있는 냉각 설비에서 냉각액이 다시 냉각되어, 폐쇄 회로 내에서 다시 개구들(15)에 공급될 수 있다.
충전 커넥터(5)에는 상기 충전 커넥터(5)에 다양한 제어 신호를 공급하는 신호 케이블(25)이 연결되어 있다. 또한, 충전 커넥터(5)에는 접지 케이블(26)이 연결되어 있다.
도 4에는, 유체 냉각 케이블(16)로 연결되는 접촉 요소(1)를 가진 충전 커넥터(5)가 도시되어 있다. 일반적으로 충전 커넥터(5)는 복수의 유체 냉각 접촉 요소(1)를 갖는다. 이 경우, 각각의 접촉 요소(1)가 각각 하나의 유체 냉각 케이블(16)과 연결된다. 유체 냉각 케이블(16)과 추가 케이블은, 충전 커넥터(5)의 케이블 출구(27)로부터 연장되는 (편의상 도시되지 않은) 하나의 가요성 튜브로 결합된다.
1 접촉 요소
2 접속 유닛
3 연결부
4 접촉부
5 충전 커넥터
6 중공 실린더
7 판
8 충전소
9 하우징
10 케이블 접속구
11 유체 유입구
12 유체 배출구
13 방출 개구부
14 다판 구조
15 개구들
16 유체 냉각 케이블
17 케이블 글랜드
18 유체 노즐
19 접촉 요소
20 구리 철심
21 압착 슬리브
22 전류 도체
23 냉각 설비
24 버퍼 요소
25 신호 케이블
26 접지 케이블

Claims (15)

  1. 유체 냉각 전기 케이블(16)용 접속 유닛(2)으로서,
    접속 유닛(2)은, 케이블 접속구(10), 유체 유입구(11) 및 유체 배출구(12)를 가진 하우징(9)을 포함하는, 접속 유닛(2).
  2. 제1항에 있어서, 접속 유닛(2)은 전기차용 고정 충전소(8)에 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는, 접속 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접속 유닛(2)은 냉각 유체용 냉각 설비(23)에 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는, 접속 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 케이블 접속구(10)와 유체 배출구(12)는 서로 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는, 접속 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 유입구(11)는 케이블 접속구(10) 및/또는 유체 배출구(12)에 대해 수직으로 정렬되는 것을 특징으로 하는, 접속 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 배출구(12)는 전기 접촉 요소(19)를 포함하고, 이 전기 접촉 요소는 하우징(9) 내에서 유체 냉각 전기 케이블(16)과 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 접속 유닛.
  7. 제6항에 있어서, 유체 냉각 전기 케이블(16)과 접촉 요소(19) 사이의 연결은 압착 슬리브(21)를 통해 구현되는 것을 특징으로 하는, 접속 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 케이블 접속구(10)는 유체 냉각 전기 케이블(16)을 포함하고, 케이블 글랜드(17)를 통해 매체 밀봉식으로 밀폐되는 것을 특징으로 하는, 접속 유닛.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 유입구(11)는 케이블 접속구(10)보다 유체 배출구(12)에 더 가깝게 놓이는 것을 특징으로 하는, 접속 유닛.
  10. 커넥터(5)와, 유체 냉각 케이블(16)과, 접속 유닛(2), 바람직하게는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 접속 유닛(2)으로 구성된 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 유체 냉각 케이블(16)은 횡단면으로 볼 때 중앙 냉각액 관을 가지며, 이 냉각액 관 주변에 개별 도체, 바람직하게는 구리 철심(20)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 구리 철심(20)은 액밀 박막으로 둘러싸이며, 상기 액밀 박막 위에 단단한 케이블 외피로 둘러싸인 버퍼 요소(24)가 씌워지는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 버퍼 요소(24)가 중공 형태로 형성됨에 따라, 액밀 박막과 케이블 외피 사이의 영역에서 냉각액이 유동할 수 있는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    충전 커넥터(5)가 적어도 하나의 유체 냉각 전기 접촉 요소(1)를 갖는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 유체 냉각 전기 접촉 요소(1)는 접촉부(4) 및 연결부(3)를 가지며, 상기 연결부(3)는 케이블(2)의 전기 도체(9)와 연결될 수 있고, 상기 접촉 요소(1)에는 유체 냉각 케이블을 통해 냉각액이 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는, 시스템.
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