KR20190081441A - 전기자동차용 충전장치의 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장방 형상의 외형을 형성하고 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구과 유입된 냉각수가 외부로 유출되도록 하는 냉각수 유출구가 마련되며 충전장치의 일측에 구비되어 충전장치에서 발생되는 열을 냉각시키는 바디와; 상기 바디 상면의 중앙 영역에 상기 바디의 폭 방향을 따라 일정 길이 연장되게 형성되어 상기 바디의 상면 일부를 이분하는 중앙 격벽과, 상기 바디 상면의 둘레에 상기 중앙 격벽의 단부 영역을 감싸도록 굴곡지고 상기 바디의 높이 방향을 따라 일정 높이 돌출되게 형성되며 상면에 굴곡진 유로가 함몰 형성된 단차부재로 이루어지는 냉각부를; 포함한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전장치의 냉각구조를 제공한다.

Description

전기자동차용 충전장치의 냉각구조{COOLING STRUCTURE OF CHARGING DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 충전장치의 냉각구조에 관한 것으로, 구체적으로는, 전기자동차용 충전장치의 효율적인 냉각이 이루어지도록 하여 전체적인 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 전기자동차용 충전장치의 냉각구조에 관한 것이다.

전기자동차의 배터리를 충전시키는데 사용되는 충전장치의 일측에는 배터리를 충전시에 발생되는 열을 냉각시킬 수 있도록 하는 별도의 냉각장치가 구비되어 있다.

도 1은 종래의 충전장치의 냉각구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 충전장치의 냉각구조에 의하여 냉각이 이루어지는 상태에서의 열유동 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 종래의 충전장치의 냉각구조는, 장방 형상의 외형을 형성하고 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(11)과 유입된 냉각수가 유출되도록 하는 냉각수 유출구(12)가 마련되며 충전장치의 일측에 구비되어 충전장치에서 발생되는 열을 냉각시키는 바디(10)와, 바디(10)의 상면에 냉각수가 유동하는 유로를 형성하도록 상기 바디의 두께 방향을 따라 돌출 형성되는 복수의 격벽(20)으로 구성되어 있다.

격벽(20)은 바디(10) 상면의 중앙 영역이 폭방향을 따라 일정 길이 연장되어 바디(10)의 상면을 이분하는 중앙 격벽(21)과, 중앙 격벽(21)을 기준으로 바디(10) 상면의 양측에 일정 간격 이격되게 배치되는 복수의 양측 격벽(22)과, 중앙 격벽(21)을 기준으로 왼쪽에 배치된 양측 격벽(22)의 단부와, 중앙 격벽(21)을 기준으로 오른쪽에 배치된 양측 격벽(22)의 단부를 잇도록 중앙 격벽(21)의 상측에 구비되는 복수의 굴곡 격벽(23)으로 구성된다.

상술한 바와 같이 중앙 격벽(21)과 양측 격벽(22) 및 굴곡 격벽(23)이 상호 이격배치됨으로써 바디(10)의 상면에는 굴곡진 '∩'자 형상의 유로를 형성하게 되며, 유로를 따라 냉각수가 유동하면서 충전장치에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있도록 한다.

그런데, 이러한 종래의 충전장치의 냉각구조에 있어서, 도 2에 도시한 바와같이, 내측에 배치된 유로를 따라 유동하는 냉각수는 2m/s 안팎의 빠른 유동속도를 보이는데 반해, 외측에 배치된 유로를 따라 유동하는 냉각수는 0.2. m/s 미만의 느린 유동속도를 보이게 된다.

따라서, 격벽이 냉각수의 흐름을 방해하여 냉각수의 유동 속도가 현저하게 느려질 뿐만 아니라, 격벽으로 나뉘어진 유로 중에서 내측에 배치된 유로와 외측에 배치된 유로의 체적 차이로 인하여 유량의 차이가 발생하게 되고, 유량의 차이로 인하여 결과적으로 냉각수의 이동 속도 차이가 발생하게 되므로 냉각수가 빠르게 공급되지 못하므로 냉각 성능이 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 충전장치의 냉각구조에서 냉각수 이동 속도 차이에 의한 냉각수 흐름의 방해 소요를 제거함으로써 전기자동차용 충전장치의 효율적인 냉각이 이루어지도록 하여 전체적인 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 전기자동차용 충전장치의 냉각구조를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충전장치의 냉각구조는, 장방 형상의 외형을 형성하고 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와 유입된 냉각수가 외부로 유출되도록 하는 냉각수 유출구가 마련되며 충전장치의 일측에 구비되어 충전장치에서 발생되는 열을 냉각시키는 바디와; 상기 바디 상면의 중앙 영역에 상기 냉각수 유입구를 통해 유입되는 방향을 따라 일정 길이 연장되게 형성되어 상기 바디의 상면 일부를 이분하는 중앙 격벽과, 상기 바디 상면의 둘레에 상기 중앙 격벽의 단부 영역을 감싸도록 굴곡지고 상기 바디의 높이 방향을 따라 일정 높이 돌출되게 형성되며 상면에 굴곡진 유로가 함몰 형성된 단차부재를 포함한 냉각부를; 포함한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 단차부재에 형성된 유로의 바닥면과 상기 바디의 상면 사이의 체적은 상기 단차부재의 내측면 사이의 상기 바디의 바닥면과 상기 바디의 상면 사이의 체적과 동일하게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 중앙 격벽과 근접한 위치에 배치되는 상기 단차부재의 내측면 일부에는 상기 단차부재의 높이 방향을 따라 상부로 갈수록 점진적으로 벌어지도록 경사지게 형성된 경사면이 구비될 수 있다.

또한, 상기 냉각수 유입구 및 상기 냉각수 유출구는 상기 중앙 격벽과 근접한 위치의 상기 바디의 바닥면을 관통하여 상기 냉각부가 형성하는 내부공간과 연통될 수 있다.

아울러, 상기 경사면은 상기 중앙 격벽을 기준으로 상기 냉각수 유입구와 연통되는 상기 냉각부가 형성하는 내부공간에 배치되는 상기 단차부재의 내측면에 형성될 수 있다.

전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은, 충전장치의 냉각구조에서 냉각수 이동 속도 차이에 의한 냉각수 흐름의 방해 소요를 제거함으로써 전기자동차용 충전장치의 효율적인 냉각이 이루어지도록 하여 전체적인 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 충전장치의 냉각구조를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 충전장치의 냉각구조에 의하여 냉각이 이루어지는 상태에서의 열유동 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충전장치의 냉각구조를 도시한 사시도이고,
도 4는 도 3의 전기자동차용 충전장치의 냉각구조를 도시한 평면도이며,
도 5는 도 3의 전기자동차용 충전장치의 냉각구조를 도시한 종단면도이고,
도 6은 도 3의 전기자동차용 충전장치의 냉각구조에 의하여 냉각이 이루어지는 상태에서의 열유동 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.

하기의 설명에서 본 발명의 전기자동차용 충전장치의 냉각구조의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충전장치의 냉각구조를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 전기자동차용 충전장치의 냉각구조를 도시한 평면도이며, 도 5는 도 3의 전기자동차용 충전장치의 냉각구조를 도시한 종단면도이고, 도 6은 도 3의 전기자동차용 충전장치의 냉각구조에 의하여 냉각이 이루어지는 상태에서의 열유동 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충전장치의 냉각구조는, 장방 형상의 외형을 형성하고 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(110)와 유입된 냉각수가 외부로 유출되도록 하는 냉각수 유출구(120)가 마련되며 충전장치의 일측에 구비되어 충전장치에서 발생되는 열을 냉각시키는 바디(100)와; 상기 바디(100) 상면의 중앙 영역에 상기 냉각수 유입구(110)를 통해 유입되는 방향을 따라 일정 길이 연장되게 형성되어 상기 바디(100)의 상면 일부를 이분하는 중앙 격벽(210)과, 상기 바디(100) 상면의 둘레에 상기 중앙 격벽(210)의 단부 영역을 감싸도록 굴곡지고 상기 바디(100)의 높이 방향을 따라 일정 높이 돌출되게 형성되며 상면에 굴곡진 유로(221)가 함몰 형성된 단차부재(220)를 포함한 냉각부(200)를; 포함한 것을 특징으로 한다.

바디(100)는 장방 형상으로 형성되며 일측에 냉각수 유입구(110)와 냉각수 유출구(120)가 형성된 부재로서 전기자동차용 충전장치의 일측에 구비되어 냉각수 유입구(110)를 통하여 유입된 냉각수가 냉각부(200)의 내부공간을 유동한 후에 냉각수 유출구(120)를 통하여 외부로 유출되면서 충전장치에서 발생되는 열을 냉각시키는 역할을 한다.

냉각수 유입구(110) 및 상기 냉각수 유출구(120)는 중앙 격벽(210)과 근접한 위치의 바디(100)의 바닥면을 관통하여 냉각부(200)가 형성하는 내부공간과 연통됨으로써 상기 내부공간으로 냉각수가 유입되어 열교환하면서 충전장치에서 발생하는 열을 냉각시킨 후에 냉각수가 외부로 유출되도록 하는 것이다.

바디(100)의 상면은 냉각부(200)를 형성할 수 있도록 전체적으로 일정 깊이로 함몰 형성되고, 바디(100)의 둘레면을 따라서는 일정 높이를 갖는 외벽(130)이 형성되어 있다.

그리고, 일정 깊이로 함몰 형성된 바디(100)의 상면에는 실질적으로 충전장치에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각부(200)가 구비되는데, 이러한 냉각부(200)는 크게 중앙 격벽(210)과, 중앙 격벽(210)과 일정 간격 이격되어 중앙 격벽(210)을 감싸는 형태로 굴곡지게 형성되는 단차부재(220)로 이루어진다.

중앙 격벽(210)은 바디(100) 일측면의 외벽(130) 중앙에서 바디(100)의 폭 방향을 따라 일정 길이 연장 형성되어 외벽(130)과 수직을 이루도록 배치되어 바디(100)의 상면 일부를 이분하는 부재이다.

중앙 격벽(210)의 단부는 굴곡지게 형성되어 냉각부(200)의 내부공간을 유동하는 냉각수가 유동시에 저항을 감소시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

단차부재(220)는 중앙 격벽(210)과 접촉되는 외벽(130)을 제외한 바디(100)의 나머지 세 측면에 배치된 외벽(130)과 접촉되며, 중앙 격벽(210)의 일부와 일정거리 이격되어 중앙 격벽(210)를 감싸도록 바디(100)의 높이 방향을 따라 돌출 형성되는 부재이다.

단차부재(220)의 내측면은 굴곡지게 형성되고, 단차부재(220)의 상면에는 단차부재(220)의 둘레 방향을 따라 일정 깊이 하측으로 함몰되며 굴곡지게 형성되는 유로(221)가 구비되어 있다.

그리고, 중앙 격벽(210)과 근접한 위치에 배치되는 단차부재(220)의 내측면 일부에는 단차부재(220)의 높이 방향을 따라 상부로 갈수록 점진적으로 벌어지도록 경사지게 형성된 경사면(222)이 구비되어 있다.

또한, 경사면(222)은 중앙 격벽(210)을 기준으로 냉각수 유입구(110)와 연통되는 냉각부(200)가 형성하는 내부공간에 배치되는 단차부재(220)의 내측면에 형성되어 있다.

즉, 바디(100)의 외벽이 형성된 방향의 측면을 단차부재(220)의 외측면이라고 한다면 외벽(130)이 형성된 방향과 반대 방향의 측면은 내측면이라고 할 수 있으며, 경사면(222)은 단차부재(220)의 이러한 내측면에 형성되어 있다.

따라서, 냉각수 유입구(110)를 통하여 냉각부(200)의 내부공간으로 유입된 냉각수는 신속하게 경사면(222)을 따라 단차부재(220)의 상면으로 유동하여 단차부재(220)의 상면에 형성된 유로(221)를 따라 원활하게 이동할 수 있도록 할 수 있는 효과가 있다.

이러한 구성에 의하여 종래의 충전장치의 냉각구조에 구비된 양측 격벽(22)과 굴곡 격벽(23)의 구성을 생략할 수 있으므로 양측 격벽(22) 및 굴곡 격벽(23)에 의하여 냉각수의 유동이 방해됨을 방지함으로써 냉각수가 원활하게 유동할 수 있도록 하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이는, 도 2와 도 6의 왼쪽에 도시한 냉각수의 흐름을 시뮬레이션한 그래프를 통하여 확인할 수 있는데, 도면 2와 도 6의 왼쪽 그래프를 살펴보면, 도 2의 왼쪽 그래프보다 도 6의 왼쪽 그래프의 경우에 유속의 유동이 활발하게 진행됨으로써 푸른색으로 도포된 면적이 훨씬 넓게 분포되어 있으므로, 냉각수의 유동이 원활하게 진행되었음을 알 수 있다.

그리고, 이는 도 2와 도 6의 하측에 도시한 도표를 살펴보면, 유로의 내부와 냉각수 유입출구의 압력 차이를 나타내는 델타 프레셔(Delta pressure)의 값이 7616 Pa에서 2589.2 Pa로 현저하게 줄어듬을 통해서도 냉각수의 유동이 원활하게 진행되었음을 알 수 있다.

델타 프레셔는 상술한 바와 같이 유로의 내부와 냉각수 유입출구 사이의 압력 차이를 나타낸 수치로서, 수치가 작을수록 유로의 내부와 냉각수 유입출구 사이의 압력 차이가 작다는 의미이며, 냉각수 유입출구의 압력이 동일하다고 가정하면 델타 프레셔의 수치가 작을수록 유로 내부에서 발생되는 저항이 작다는 의미이므로 냉각수의 유동이 원활하게 진행되었다고 볼 수 있는 것이다.

그리고, 단차부재(220)에 형성된 유로(221)의 바닥면과 바디(100)의 상면 사이의 체적은 단차부재(220)의 내측면 사이의 바디(100)의 바닥면과 바디(100)의 상면 사이의 체적과 유사하게 형성되어 있다.

즉, 단차부재(220)에 형성된 유로(221)의 바닥면의 넓이는 312 cm² 이고, 유로(221)의 깊이는 13,2 cm 로 형성되고, 단차부재(220)의 내측면 사이의 바디(100)의 바닥면 넓이는 206 cm² 이고, 바닥면과 바디(100)의 상면 사이의 깊이는 20 cm로 형성되어 전체적인 체적이 4120 cm³ 와 4118.4 cm³로 유사하게 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 두 공간의 체적이 유사한 크기로 형성됨으로써 단차부재(220)에 형성된 유로(221)를 따라 흐르는 냉각수의 유속과 단차부재(220)의 내측 공간을 따라 흐르는 냉각수의 유속이 유사하도록 함으로써 유속의 차이로 인한 냉각 효율의 저하를 감소시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.

이는, 도 2와 도 6의 오른쪽에 도시한 냉각수의 온도 분포를 시뮬레이션한 그래프를 통하여 확인할 수 있는데, 도면 2와 도 6의 오른쪽 그래프를 살펴보면, 도 2의 오른쪽 그래프보다 도 6의 오른쪽 그래프의 경우에 넓은 면적에 걸쳐서 저온이 균일하게 분포되어 있으므로 냉각수의 냉각이 균일하고 신속하게 진행되었음을 알 수 있다.

그리고, 도 2와 도 6의 하측에 도시한 도표를 살펴보면, 유로 내부에서 온도가 가장 높은곳과 온도가 가장낮은 곳의 온도차인 델타 템퍼러쳐(Delta temperature)가 0.32 ℃에서 0.29 ℃로 줄어들었음을 알 수 있으며, 이는 냉각부(200)의 내부공간이 전체적으로 온도 평형이 이루어졌으므로 냉각수의 냉각이 균일하고 신속하게 진행되었음을 보여주는 것이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충전장치의 냉각구조는 복수의 격벽을 제거하여 냉각수의 흐름을 방해하지 않도록 하고, 단차부재(220)의 내측면에 형성된 체적과 단차부재(220)의 유로(221)가 형성하는 체적이 유사하도록 형성함으로써 냉각수의 유동 속도가 동일하도록 하여 냉각수의 냉각이 전체적으로 균일하게 이루어지도록 함으로써 냉각 효율을 현저하게 증대시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충전장치의 냉각구조는 충전장치의 냉각구조에서 냉각수 이동 속도 차이에 의한 냉각수 흐름의 방해 소요를 제거함으로써 전기자동차용 충전장치의 효율적인 냉각이 이루어지도록 하여 전체적인 시스템의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 바디 110 : 냉각수 유입구
120 : 냉각수 유출구 200 : 냉각부
210 : 중앙 격벽 220 : 단차부재
221 : 유로 222 : 경사면

Claims (5)

1. 장방 형상의 외형을 형성하고 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(110)와 유입된 냉각수가 외부로 유출되도록 하는 냉각수 유출구(120)가 마련되며 충전장치의 일측에 구비되어 충전장치에서 발생되는 열을 냉각시키는 바디(100)와;
   상기 바디(100) 상면의 중앙 영역에 상기 냉각수 유입구(110)를 통해 유입되는 방향을 따라 일정 길이 연장되게 형성되어 상기 바디(100)의 상면 일부를 이분하는 중앙 격벽(210)과, 상기 바디(100) 상면의 둘레에 상기 중앙 격벽(210)의 단부 영역을 감싸도록 굴곡지고 상기 바디(100)의 높이 방향을 따라 일정 높이 돌출되게 형성되며 상면에 굴곡진 유로(221)가 함몰 형성된 단차부재(220)를 포함한 냉각부(200)를;
   포함한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전장치의 냉각구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단차부재(220)에 형성된 유로(221)의 바닥면과 상기 바디(100)의 상면 사이의 체적은 상기 단차부재(220)의 내측면 사이의 상기 바디(100)의 바닥면과 상기 바디(100)의 상면 사이의 체적과 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전장치의 냉각구조.
3. 제2항에 있어서,
   상기 중앙 격벽(210)과 근접한 위치에 배치되는 상기 단차부재(220)의 내측면 일부에는 상기 단차부재(220)의 높이 방향을 따라 상부로 갈수록 점진적으로 벌어지도록 경사지게 형성된 경사면(222)이 구비된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전장치의 냉각구조.
4. 제3항에 있어서,
   상기 냉각수 유입구(110) 및 상기 냉각수 유출구(120)는 상기 중앙 격벽(210)과 근접한 위치의 상기 바디(100)의 바닥면을 관통하여 상기 냉각부(200)가 형성하는 내부공간과 연통되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전장치의 냉각구조.
5. 제4항에 있어서,
   상기 경사면(222)은 상기 중앙 격벽(210)을 기준으로 상기 냉각수 유입구(110)와 연통되는 상기 냉각부(200)가 형성하는 내부공간에 배치되는 상기 단차부재(220)의 내측면에 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전장치의 냉각구조.
   
   

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