KR20190063065A - 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터 - Google Patents

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Abstract

전기자동차 등을 위한 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터가 개시된다. 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터는, 냉각일체형 및 절연형 케이스와, 케이스의 제1 영역에 수납되는 배터리 모듈과, 배터리 모듈의 표면에 직접 접촉하여 배터리를 냉각시키는 냉각 모듈과, 제1 영역 상에 적층되며 냉각 모듈을 공유하고 고전압 단자와 배터리 모듈의 저전압 단자 사이를 연결하는 디씨-디씨 컨버터와, 냉각 모듈 또는 디씨-디씨 컨버터 상에 배치되며 배터리 모듈의 충방전 동작과 디씨-디씨 컨버터의 동작을 제어하는 통합제어보드를 포함한다.

Description

배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터{LOW VOLTAGE DC-DC CONVERTER WITH A BUILT-IN BATTERY}
본 발명의 실시예들은 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기자동차 등의 전장부품에 대한 전력 공급을 위한 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터에 관한 것이다.
전기자동차를 구성하는 핵심부품은 에너지를 저장하는 고전압배터리, 배터리 에너지를 사용하여 차량을 구동하는 모터, 배터리 직류(direct current, DC, 디씨) 전원을 이용하여 모터를 구동하기 위한 인버터, 전장부하에 전원을 공급하는 12V배터리, 차량의 고전압을 저전압으로 감압시켜 저전압을 필요로 하는 전장부하에 전원을 공급하는 LDC(Low voltage DC-DC Converter) 등으로 구성된다.
전기자동차에 사용되고 있는 리튬이온 배터리는 고전압 배터리로, 모터를 구동하기 위한 인버터(DC/AC 인버터)에는 사용가능하지만, 전장부하(예, 램프류, 열선, 보기류, 소형 모터 구동 등)는 아직까지 대부분 저전압인 12V 전원을 사용하고 있어, 고전압 DC 전압을 저전압 DC 전압으로 변환하는 LDC(Low voltage DC-DC Converter)가 요구된다.
또한 배터리는 고전압 DC 전압을 사용하고 있지만, 전기자동차에 사용되는 전장부하 예컨대 램프류, 열선, 보기류, 소형 모터 구동 등에는 아직까지 12V 전원을 사용하고 있다. 따라서, 이러한 저전력 전기장치에 대한 전원 공급을 위해 차량에 탑재된 고전압 DC 전압을 저전압 DC 전압으로 변환하는 LDC(Low voltage DC-DC Converter)가 사용되고 있다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 배터리 모듈과 DC-DC 컨버터를 일체화한 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터(low voltage DC-DC converter)(이하 '배터리 일체형 엘디씨')를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 LDC와 전장부하용 리튬전지 모듈에 각각 사용되는 제어 모듈을 통합하여 소형화, 경량화 및 간소화에 의한 비용 절감에 효과적인 배터리 일체형 엘디씨를 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터(low voltage DC-DC converter, LDC)(이하 '배터리 일체형 엘디씨')는, 냉각일체형 및 절연형 케이스와, 상기 케이스의 제1 영역에 수납되는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 표면에 직접 접촉하여 배터리를 냉각시키는 냉각 모듈과, 상기 제1 영역 상에 적층되며 상기 냉각 모듈을 공유하고 고전압 단자와 상기 배터리 모듈의 저전압 단자 사이를 연결하는 디씨-디씨 컨버터와, 상기 냉각 모듈 또는 상기 디씨-디씨 컨버터 상에 배치되며 상기 배터리 모듈의 충방전 동작과 상기 디씨-디씨 컨버터의 동작을 제어하는 통합제어보드를 포함한다.
일실시예에서, 상기 케이스의 상부에 폴대 형태의 연결핀을 더 구비할 수 있다.
일실시예에서, 상기 케이스의 재질은 방열 소재를 포함하며, 상기 케이스는 다면방열구조를 구비하고, 상기 디씨-디씨 컨버터의 인쇄회로기판과 상기 통합제어보드에 결합하여 방열 동작할 수 있다. 방열 소재는 황산화알루미늄(Al2SO3)을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 통합제어보드는 상기 디씨-디씨 컨버터의 일체형으로 배치되는 저전압 하이브리드 전력 제어 장치를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명에 의하면, 일체형 방열 구조를 갖춘 경량화, 소형화 및 간소화 구조의 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터(low voltage DC-DC converter, LDC)(이하 '배터리 일체형 엘디씨')를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, LDC의 제어 모듈과 전장부하용 리튬전지 시스템에 사용되는 배터리 관리 시스템을 통합하여 배터리 일체형 엘디씨의 소형화, 경량화 및 간소화를 구현할 수 있고, 이를 통해 전기자동차 등의 전장부품으로서 비용 절감에 효과적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터(low voltage DC-DC converter, LDC)(이하 '배터리 일체형 엘디씨')의 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 일체형 엘디씨의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 배티리 일체형 엘디씨에 채용할 수 있는 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4는 도 1의 배티리 일체형 엘디씨에 채용할 수 있는 디씨-디씨 컨버터와 통합제어보드 어셈블리의 사시도이다.
도 5는 도 1의 배티리 일체형 엘디씨에 채용할 수 있는 케이스의 부분 사시도이다.
도 6은 도 5의 케이스의 케이스 몸체에 대한 정측면도이다.
도 7은 도 5의 케이스의 케이스 몸체에 대한 평측면도이다.
도 8은 도 5의 케이스의 케이스 몸체에 대한 우측면도이다.
도 9는 도 5의 케이스의 상부 개구부를 덮는 상부 커버에 대한 사시도이다.
도 10은 도 5의 케이스의 하부 개구부를 덮는 하부 커버에 대한 사시도이다.
도 11은 도 1의 배터리 일체형 엘디씨의 부분 절개 사시도이다.
도 12는 도 1의 배터리 일체형 엘디씨의 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 13은 도 1의 배터리 일체형 엘디씨를 채용할 수 있는 전기자동차의 전력 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함한다", "가진다" 등과 관련된 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 의미로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터(low voltage DC-DC converter, LDC)(이하 '배터리 일체형 엘디씨')의 사시도이다. 도 2는 도 1의 배터리 일체형 엘디씨의 분해사시도이다. 도 3은 도 1의 배티리 일체형 엘디씨에 채용할 수 있는 배터리 모듈의 사시도이다. 도 4는 도 1의 배티리 일체형 엘디씨에 채용할 수 있는 디씨-디씨 컨버터와 통합제어보드 어셈블리의 사시도이다. 도 5는 도 1의 배티리 일체형 엘디씨에 채용할 수 있는 케이스의 부분 사시도이다. 도 6은 도 5의 케이스의 케이스 몸체에 대한 정측면도이다. 도 7은 도 5의 케이스의 케이스 몸체에 대한 평측면도이다. 도 8은 도 5의 케이스의 케이스 몸체에 대한 우측면도이다. 도 9는 도 5의 케이스의 상부 개구부를 덮는 상부 커버에 대한 사시도이다. 도 10은 도 5의 케이스의 하부 개구부를 덮는 하부 커버에 대한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 일체형 엘디씨(100)는, 사각 박스 형태의 케이스(110)를 구비하고, 케이스(110)의 일면에 고압측 제1 터미널(160), 저압측 제2 터미널(170) 및 케이블 가이드(180)를 구비한다. 이러한 구성에 의하면, 일례로 전기자동차에 탑재되는 기존의 12V 리튬이온배터리를 간단히 대체하면서 전기자동차 내 저전압 배터리를 충전하고 전장부품에 저전압 전력을 공급하는 LDC 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예에서, 저전압은 전기자동차의 인버터나 구동 모터에 전력을 공급하는 고전압 배터리에 대비되며, 통상 수 볼트(V) 내지 수십 볼트의 전압 범위를 가질 수 있다. 참고로, 본 실시예에서 고전압은 100V 또는 수백볼트 이상일 수 있다.
좀더 구체적으로, 도 2 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 일체형 엘디씨(100)는, 냉각일체형 및 절연형 케이스(110), 케이스의 제1 영역에 수납되는 배터리 모듈(120), 배터리 모듈의 표면에 직접 접촉하여 배터리를 냉각시키는 냉각 모듈(130), 제1 영역 상에 적층되며 냉각 모듈을 공유하고 고전압 단자와 배터리 모듈의 저전압 단자 사이를 연결하는 디씨-디씨 컨버터(140), 냉각 모듈 또는 디씨-디씨 컨버터 상에 배치되며 배터리 모듈의 충방전 동작과 디씨-디씨 컨버터의 동작을 제어하는 통합제어보드(150)를 포함할 수 있다.
고전압 단자는 제1 터미널(160)에 연결되는 디씨-디씨 컨버터(140)의 고압측 단자이거나 제1 터미널(160)을 포함하는 개념으로 사용될 수 있고, 이와 유사하게 저전압 단자는 제2 터미널(170)에 연결되는 디씨-디씨 컨버터(140)의 저압측 단자이거나 제2 터미널(170)을 포함하는 개념으로 사용될 수 있다.
케이스(110)은 케이스 몸체(111), 상부 케이스(112) 및 하부 케이스(113)를 구비할 수 있다. 케이스(110)의 재질은 황산화알루미늄(Al2SO3) 등을 함유한 방열 소재를 포함할 수 있다. 케이스(110)는 다면방열구조를 구비하고, 배터리 모듈(120), 디씨-디씨 컨버터(140)의 인쇄회로기판 및 통합제어보드(150)에 접하도록 결합하여 직접 방열 동작할 수 있다. 방열 효과를 높이기 위해, 케이스(110)와 배터리 모듈(120), 디씨-디씨 컨버터(140)의 인쇄회로기판 또는 통합제어보드(150)와의 사이에는 열전도성이 우수한 재질의 블록이 삽입될 수 있다. 이러한 방열 블록은 냉각 모듈(130)의 적어도 일부의 구성요소일 수 있다.
상부 케이스(112)는 고압측 제1 터미널(160), 저압측 제2 터미널(170) 및 케이블 가이드(180)의 결합을 위한 복수의 관통홀들(도 9의 112a, 112b, 112c)을 구비할 수 있다.
하부 케이스(113)는 배터리 모듈(120)을 안착시키기 위해 배터리 모듈(120)과 접하는 면에 배터리 모듈(120)의 대응면에 대응하는 표면 형태를 갖는 요철부(113a)를 구비할 수 있다. 요철부(113a)는 냉각 모듈(130)의 일부를 형성하는 방열 블록으로 기능하며, 배터리 모듈(120)의 열을 하부 케이스(113)를 통해 외부로 방출하거나 방사할 수 있다.
배터리 모듈(120)은 리튬이온 배터리셀들을 포함할 수 있다. 배터리 모듈(120)은 도 3에 도시한 바와 같이 원통형의 단위 모듈을 포함할 수 있으며, 4개의 단위 모듈들을 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하여 배터리 모듈(120)을 형성할 수 있다. 배터리 모듈(120)의 일측에는 한 쌍의 전원단자들(121)이 외부로 연장 설치될 수 있다.
한 쌍의 전원단자들(121)은 케이스 몸체(112)의 내부판(도 6의 111b)의 개구부(도 7의 111c)를 관통하여 디씨-디씨 컨버터(140)와 통합제어보드(150)에 연결될 수 있다. 한 쌍의 전원단자들(121)은 절연성 피복층을 부분적으로 구비하거나 절연성 피복재에 의해 부분적으로 커버될 수 있으며, 그에 의해 외부나 다른 소자들과의 접촉으로부터 보호될 수 있다.
배터리 모듈(120)은 케이스 몸체(112)의 내부판 하부의 하부 영역 또는 제1 영역(도 6의 110a)에 배치될 수 있다. 배터리 모듈(120)이나 각 단위 모듈에는 배터리 관리 시스템이 탑재되거나 내장되지 않는다.
냉각 모듈(130)은 케이스 몸체(111) 내부에 요철부(113a)에 마주하는 형태의 다른 요철부(도 6의 111a)를 구비할 수 있다. 다른 요철부는 배치 위치와 배치 방향을 제외하고 실질적으로 요철부(113a)와 동일할 수 있다. 다른 요철부는 케이스 몸체(111)의 중간부분 대부분을 막는 내부판(도 6의 111b)의 하부면 상에 일체로 형성될 수 있다. 내부판은 방열 소재로 케이스 몸체(111)와 일체로 형성되거나, 케이스 몸체(111)의 내부에 밀착 배치될 수 있다. 밀착 배치를 위해 내부판은 케이스 몸체(111)의 내부면에 삽입되는 방열소재층에 결합될 수 있다.
또한, 냉각 모듈(130)은 디씨-디씨 컨버터(140)의 인쇄회로기판, 특히 상대적으로 열을 많이 발생시키는 소자와 내부판, 방열소재층 또는 케이스 몸체(111)를 접촉 방식으로 연결하는 방열 블록을 더 포함할 수 있다.
디씨-디씨 컨버터(140)는 저전압 디씨-디씨 컨버터를 포함할 수 있다. 디씨-디씨 컨버터(140)는 고전압 배터리이나 발전기의 고전압 전력을 변환하여 저전압 배터리에 충전하거나 저전압 부하에 공급할 수 있다. 저전압 부하는 전기자동차의 적어도 일부의 전장부품을 포함할 수 있다.
디씨-디씨 컨버터(140)의 회로 및 그 구성소자들은 인쇄회로기판 상에 실장될 수 있다. 인쇄회로기판에는 방열 블록이 결합될 수 있다. 디씨-디씨 컨버터(140)의 상세 구조는 본 기술분야에 이미 잘 알려져 있으므로 그것에 대한 상세 설명은 생략한다. 다만, 디씨-디씨 컨버터(140)는 고전압측과 저전압측의 전기적인 분리에 대한 신뢰성을 높이기 위해 절연형 디씨-디씨 컨버터가 사용될 수 있다.
통합제어보드(150)는, 전력 변환의 제어를 위한 제1 제어회로와, 배터리 제어를 위한 제2 제어회로를 포함할 수 있다. 통합제어보드(150)는 케이스(110) 내에서 상부 케이스(112) 바로 아래의 케이스 몸체(112) 내부의 최상부에 배치될 수 있다. 통합제어보드(150)는 디씨-디씨 컨버터(140)와 함께 2층 구조의 모듈 구조 또는 어셈블리 구조로 케이스 몸체(112)의 내부판 상부의 상부 영역 또는 제2 영역(도 6의 110b)에 배치될 수 있다.
도 11은 도 1의 배터리 일체형 엘디씨의 부분 절개 사시도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 일체형 엘디씨(100)는, 리튬전지 배터리 모듈과 저전력 디씨-디씨 컨버터와 BMS 통합 제어 보드를 단일 케이스 내에 일체로 배치하여 제조한다. 케이스(110)는 방열 소재 및 절연 소재로 이루어진 냉각 일체형 및 절연형 케이스이다.
케이스(110)의 내부 공간에 수납되는 리튬전지 배터리 모듈과 저전력 디씨-디씨 컨버터와 BMS 통합 제어 보드 사이사이에는 이들의 발열소자에 접촉하여 직접 냉각하는 냉각 모듈이 배치된다. 냉각 모듈은 케이스(110)의 내부에서 케이스와 일체화된다.
케이스(110)의 내부 공간에 수납되는 리튬전지 배터리 모듈과 저전력 디씨-디씨 컨버터와 BMS 통합 제어 보드는 조립성 향상을 위한 조립 공차를 최적화하도록 배치되어 있다.
도 12는 도 1의 배터리 일체형 엘디씨의 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 일체형 엘디씨(100)는 고전압 영역(100a), 저전압 영역(100b) 및 통합제어보드(150)을 포함한다. 고전압 영역(100a)과 통합제어보드(150)는 디씨-디씨(DC-DC)용 제어회로를 공유할 수 있고, 저전압 영역(100b)과 통합제어보드(150)는 배터리(battery)용 제어회로를 공유할 수 있다.
디씨-디씨(DC-DC)용 제어회로는 디씨-디씨용 하드웨어 인터페이스(interface, I/F)를 통해 디씨-디씨 전력모듈에 연결될 수 있다. 디씨-디씨 전력모듈은 디씨-디씨 컨버터(140)에 대응될 수 있다. 디씨-디씨 전력모듈은 전기자동차 등의 장치나 설비의 고전압 부하에 상대적으로 높은 전압(high voltage)의 전력을 공급할 수 있다. 디씨-디씨용 제어회로는 디씨-디씨 전력모듈을 제어하여 디씨-디씨 전력모듈의 입측 단자에 인가되어 있는 고전압을 저전압으로 변환할 수 있다.
배터리(battery)용 제어회로는 배터리용 하드웨어 인터페이스(I/F)를 통해 배터리셀 모듈에 연결될 수 있다. 배터리셀 모듈은 리튬이온 배터리셀 모듈들을 포함할 수 있다. 리튬이온 배터리셀 모듈들은 적어도 그 일부의 배터리셀 모듈들을 포함하는 제1 배터리셀 그룹이 제1 배터리 팩을 형성할 수 있다. 배터리셀 모듈은 복수의 배터리 팩들을 포함할 수 있다. 각 배터리셀 그룹 내 배터리셀들은 서로 직렬 또는 직병렬로 전기적으로 연결되어 소정의 정격전압과 정격전류를 구비하도록 제작될 수 있다.
통합제어보드는 디씨-디씨(DC-DC)용 제어회로 및 배터리(battery)용 제어회로 중 적어도 어느 하나 또는 둘 모두를 통해 디씨-디씨용 하드웨어 인터페이스와 배터리용 하드웨어 인터페이스의 접속 또는 분리 동작을 제어할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 통합제어보드(150)는 배터리의 전압, 전류, 온도 등의 파라미터를 측정하거나 관리하는 배터리 모니터링; 배터리 충전 용량 등을 제어하는 배터리 셀 제어; 기타 배터리 진단, 제어, 통신 등을 대한 통합 시스템 제어 기능을 수행할 수 있다. 통합제어보드(150)는 하이브리드 전력 제어 장치(hybrid power control unit, HPCU)의 적어도 일부 기능을 구비할 수 있다.
통합 시스템 제어는 배터리 관리 시스템 알고리즘, 통합 제어로직 등을 위한 프로그램을 메모리나 저장장치에 저장하고 프로세서에서 이를 수행하도록 구현될 수 있다. 프로세서와 메모리를 포함하는 장치는 컨트롤러로 지칭될 수 있다.
여기서, 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS) 알고리즘은 배터리 셀 밸런싱, 배터리 용량(state of charge, SOC) 추정 등을 위한 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다. 통합 제어로직은 BMS 제어 알고리즘과 LDC 제어 알고리즘을 포함하거나, 이들의 조합 알고리즘을 포함할 수 있다.
또한, 통합 시스템 제어는 인쇄회로기판의 전력밀도 및 열 해석 시뮬레이션을 위한 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예의 배터리 일체형 엘디씨(100)는, 인쇄회로기판이나 통합제어보드에 실장되는 파워 릴레이 어셈블리(power relay assembly, PRA), 퓨즈(fuse) 유닛, 와이어하네스 등을 더 구비할 수 있다. 파워 릴레이 어셈블리는 포지티브와 네거티브 메인 릴레이, 프리차지 릴레이, 프리자치 레지스터 및 배터리 전류 센서를 포함하여 구성될 수 있으며, 고전압 배터리와 디씨-디씨 컨버터 사이의 고전압 전원 회로를 제어하는 기능을 더 구비할 수 있다.
도 13은 도 1의 배터리 일체형 엘디씨를 채용할 수 있는 전기자동차의 전력 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 일체형 엘디씨(100)는 전기자동차의 파워 트레인(200)에 사용될 수 있다. 이 경우, 전기자동차의 파워 트레인(200)은 고전압 배터리(210)를 통해 고전압 부하(220)와 인버터(230) 및 전기 모터(240)에 전력을 공급하고, 발전기(250)에 의해 고전압 배터리(210)를 충전할 수 있다.
또한, 파워 트레인(200)은 배터리 일체형 엘디씨(100)의 LDC(140)를 통해 고전압 배터리(200)의 전력이나 발전기(250)의 전력을 변환하여 저전압 배터리(120)를 충전하거나 저전압 부하(260)에 전력을 공급할 수 있다.
전술한 실시예에 의하면, 일체형 방열 구조를 갖춘 경량화, 소형화 및 간소화 구조의 배터리 일체형 엘디씨를 제공할 수 있다. 또한, 기존 LDC의 제어 모듈과 전장부하용 리튬전지 시스템에 사용되는 배터리 관리 시스템을 통합하여 배터리 일체형 엘디씨의 소형화, 경량화 및 간소화를 구현할 수 있고, 이를 통해 전기자동차 등의 전장부품으로서 비용 절감에 효과적인 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 냉각일체형 및 절연형 케이스;
    상기 케이스의 제1 영역에 수납되는 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 표면에 직접 접촉하여 배터리를 냉각시키는 냉각 모듈;
    상기 제1 영역 상에 적층되며 상기 냉각 모듈을 공유하고 고전압 단자와 상기 배터리 모듈의 저전압 단자 사이를 연결하는 디씨-디씨 컨버터; 및
    상기 냉각 모듈 또는 상기 디씨-디씨 컨버터 상에 배치되며 상기 배터리 모듈의 충방전 동작과 상기 디씨-디씨 컨버터의 동작을 제어하는 통합제어보드를 포함하는, 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스의 상부에 폴대 형태의 연결핀을 더 구비하는, 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스의 재질은 방열 소재를 포함하며, 상기 케이스는 다면방열구조를 구비하고, 상기 디씨-디씨 컨버터의 인쇄회로기판과 상기 통합제어보드에 결합하여 방열 동작하는, 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 통합제어보드는 상기 디씨-디씨 컨버터의 일체형으로 배치되는 저전압 하이브리드 전력 제어 장치를 포함하는, 배터리 일체형 저전압 디씨-디씨 컨버터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100998810B1 (ko) * 2010-01-25 2010-12-06 엘에스산전 주식회사 전기자동차용 통합 구동 모듈
JP2012139016A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Hitachi Automotive Systems Ltd 電力変換装置
KR20170047838A (ko) * 2015-10-26 2017-05-08 주식회사 이지트로닉스 ４８ｖ―１２ｖ 통합 전원 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100998810B1 (ko) * 2010-01-25 2010-12-06 엘에스산전 주식회사 전기자동차용 통합 구동 모듈
JP2012139016A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Hitachi Automotive Systems Ltd 電力変換装置
KR20170047838A (ko) * 2015-10-26 2017-05-08 주식회사 이지트로닉스 ４８ｖ―１２ｖ 통합 전원 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110254293A (zh) * 2019-07-04 2019-09-20 江西昌河汽车有限责任公司 一种电动汽车低压控制电池自检周期控制系统

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