KR20190092998A - 전기차 충전기의 열 순환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기차 충전기의 열 순환 시스템에 관한 것으로, 내부의 설치공간 내에 충전기 부품이 설치되는 하우징과, 상면이 상기 하우징의 하단 개방부에 결합되어 상기 설치공간 내에 위치되며, 유입구를 통해 공급된 냉각수를 순환시켜 유출구로 배출시키는 수냉부와, 상기 수냉부의 상면을 따라 다수로 배열되며, 상기 수냉부로부터 전달되는 냉기를 이용해 상기 설치공간 내에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각핀과, 상기 설치공간 내에 설치되며, 상기 설치공간 내부의 공기를 순환시켜 공기중의 온도를 낮추는 냉각팬 및, 상기 설치공간의 내부 온도를 실시간으로 모니터링하며, 상기 설치공간의 내부 온도가 기설정된 기준 온도범위를 초과하는 경우에 상기 냉각팬을 구동시키는 제어부를 포함한다.

Description

전기차 충전기의 열 순환 시스템{THERMAL CYCLING SYSTEM OF CHARGER FOR ELECTRIC CAR}

본 발명은 전기차 충전기의 열 순환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하우징의 내부 온도를 실시간으로 모니터링하여, 냉각이 필요한 경우에만 적정 강도로 냉각팬을 구동시킴으로써, 설치공간의 내부 온도를 낮출 수 있어 충전기 부품의 수명을 연장시킬 수 있고, 냉각팬의 동작을 최소화할 수 있어 냉각팬의 수명을 연장시킬 수 있으며, 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있는 전기차 충전기의 열 순환 시스템에 관한 것이다.

최근 친환경 자동차의 개발 및 보급에 대한 관심이 고조되고 있으며, 특히 전기차(EV: Electric Vehicle)에 대한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다.

이러한 전기차에는 차량 탑재형 충전기(OBC: On Board Charger), 저압컨버터(LDC: Low Voltage DC/DC Converter) 등이 탑재되어 사용된다.

이 중, 종래의 차량 탑재형 충전기(OBC: On Board Charger)에는 내부에 충전용 부품들이 설치되며 밀폐형으로 제작되는 하우징과, 충전용 부품들이 구동할 때 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉장장치(수냉식 또는 공냉식) 등이 구성된다.

그런데, 종래의 차량 탑재형 충전기는 하우징과 충전용 부품들의 사이에 방열 실리콘(GAP Filler) 또는 방열 패드(GAP PAD)를 부착시켜 제품의 내부 온도를 낮추거나, 하우징의 외부에 냉각팬을 장착하여 충전용 부품이 설치된 공간의 온도를 낮추는 구조를 사용하므로, 장치의 부피 증가에 의해 제조 원가가 상승하는 요인으로 작용 하였고, 부피 증가로 인해 설치공간 확보의 어려움이 있었다.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2017-0105214호(2017년 09월 19일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 전기차 충전 시스템이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 하우징의 내부에 정체되어 있던 공기를 강제 순환시켜, 수냉부와 접속된 냉각핀에 접촉되도록 함으로써, 설치공간의 내부 온도를 낮출 수 있어 충전기 부품의 수명을 연장시킬 수 있는 전기차 충전기의 열 순환 시스템을 제공하는데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 온도 센서를 이용해 설치공간의 내부 온도를 실시간으로 모니터링하여, 냉각이 필요한 경우에만 필요한 강도로 냉각팬을 구동을 가변 제어함으로써, 냉각팬의 동작을 최소화할 수 있어 냉각팬의 수명을 연장시킬 수 있으며, 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있는 전기차 충전기의 열 순환 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템은, 내부의 설치공간 내에 충전기 부품이 설치되는 하우징과, 상면이 상기 하우징의 하단 개방부에 결합되어 상기 설치공간 내에 위치되며, 유입구를 통해 공급된 냉각수를 순환시켜 유출구로 배출시키는 수냉부와, 상기 수냉부의 상면을 따라 다수로 배열되며, 상기 수냉부로부터 전달되는 냉기를 이용해 상기 설치공간 내에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각핀과, 상기 설치공간 내에 설치되며, 상기 설치공간 내부의 공기를 순환시켜 공기중의 온도를 낮추는 냉각팬 및, 상기 설치공간의 내부 온도를 실시간으로 모니터링하며, 상기 설치공간의 내부 온도가 기설정된 기준 온도범위를 초과하는 경우에 상기 냉각팬을 구동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어부에는 전원공급부가 전기적으로 연결되며, 상기 제어부는 상기 설치공간의 내부 온도가 기설정된 기준 온도범위를 초과하는 경우에 상기 전원공급부의 전력을 상기 냉각팬으로 공급하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부에는 상기 설치공간의 내부 온도를 감지하기 위한 온도 센서가 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 상기 설치공간의 내부 온도에 비례하도록 상기 냉각팬의 회전 속도를 가변적으로 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각팬은 상기 설치공간 내에 다수가 설치되며, 상기 제어부는 상기 설치공간의 내부 온도에 비례하도록 상기 냉각팬들의 구동 수량을 가변적으로 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각핀은 하부의 결합단이 상기 수냉부의 상면을 따라 결합되고, 반대되는 자유단이 상부로 연장되며, 상기 냉각팬은 상기 냉각핀의 자유단에 안착된 상태로 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하우징의 내측 상면에는 상기 냉각팬으로부터 전달되는 공기를 측방으로 안내하기 위한 돌출 안내면이 더 형성되며, 상기 돌출 안내면은 상기 냉각팬의 중심과 동일 선상에서 하부로 돌출된 돌출부 및, 상기 돌출부를 기준으로 측부가 상향 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 하우징의 내부에 정체되어 있던 공기를 강제 순환시켜, 수냉부와 접속된 냉각핀에 접촉되도록 함으로써, 설치공간의 내부 온도를 낮출 수 있어 충전기 부품의 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 온도 센서를 이용해 설치공간의 내부 온도를 실시간으로 모니터링하여, 냉각이 필요한 경우에만 필요한 강도로 냉각팬을 구동을 가변 제어함으로써, 냉각팬의 동작을 최소화할 수 있어 냉각팬의 수명을 연장시킬 수 있으며, 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 냉각핀과 냉각팬을 하우징의 설치공간 내에 배치시킴으로써, 장치의 부피가 크지 않아 설치공간 확보의 용이성이 있으며, 하우징의 크기에 대응하는 사이즈로 냉각용 구성들을 적용하지 않아도 되므로 재료비가 크게 증가하지 않는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템을 보여주기 위한 분리 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템을 보여주기 위한 결합 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템에서 냉각팬을 다수로 설치한 상태를 보여주기 위한 결합 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템에서 하우징의 내측면에 돌출 안내면을 형성시킨 상태를 보여주기 위한 결합 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템을 보여주기 위한 분리 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템을 보여주기 위한 결합 단면도이다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템에서 냉각팬을 다수로 설치한 상태를 보여주기 위한 결합 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템에서 하우징의 내측면에 돌출 안내면을 형성시킨 상태를 보여주기 위한 결합 단면도이다.

도 1 내지 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템은 하우징(100)과, 수냉부(200)와, 냉각핀(300)과, 냉각팬(400) 및, 제어부(500)를 포함한다.

먼저, 상기 하우징(100)은 내부에 설치공간(110)이 형성되며, 상기 설치공간(110) 내에는 각종 차량용 충전기 부품(10)이 설치된다.

여기서, 상기 하우징(100)은 하단이 개방된 함 체 형태를 가지며, 상기 하우징(100)은 열 전도율이 좋은 금속 소재를 이용해 제작한다.

수냉부(200)는, 냉각수(W)를 순환시켜 하우징(100)의 내부 설치공간(110)을 냉각시키기 위한 것으로, 열 전도율이 좋은 금속 소재(알루미늄 등)를 이용해 제작한다.

여기서, 상기 수냉부(200)는 상면이 하우징(100)의 하단 개방부에 결합되어 설치공간(110) 내에 위치되며, 상기 수냉부(200)의 상면이 하우징(100)의 바닥면을 형성할 수 있다.

이때, 수냉부(200)와 결합된 하우징(100)의 설치공간(110)은 별도의 배기구가 형성되지 않고 완전 밀폐된 상태가 된다.

이를 위한 상기 수냉부(200)는, 내부에 냉각수(W)를 순환시키기 위한 유로가 형성되고, 상기 수냉부(200)의 양측에는 냉각수(W)가 유입되는 유입구(210) 및, 냉각수(W)가 유출되는 유출구(220)가 각각 형성된다.

그리고, 상기 수냉부(200)의 유입구(210)와 유출구(220)에는 냉각수(W)를 순환시키기 위한 냉각수 공급부(미도시)가 연결된다.

즉, 상기 수냉부(200)는 내부 유로를 통해 냉각수(W)를 순환시킴으로써, 하우징(100)의 설치공간(110) 내에 배치된 후술 될 냉각핀(300)으로 냉기를 전달한다.

냉각핀(300)은, 수냉부(200)의 상면을 따라 다수로 배열되며, 상기 수냉부(200)로부터 전달되는 냉기를 이용해 설치공간(110) 내에서 발생된 열을 냉각 시킨다.

여기서, 상기 냉각핀(300)은 하부의 결합단(310)이 수냉부(200)의 상면을 따라 결합되고, 반대되는 자유단(320)이 상부로 연장된 형태를 갖는다.

그리고, 상기 냉각핀(300)은 열 전도율이 좋은 금속 소재(알루미늄 등)를 이용해 제작하며, 상기 냉각핀(300)의 길이, 두께, 개수 등은 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.

냉각팬(400)은, 하우징(100)의 설치공간(110) 내에 설치되는 것으로, 상기 설치공간(110) 내부의 공기를 순환시켜 공기중의 온도를 낮추는 기능을 갖는다.

여기서, 상기 냉각팬(400)은 냉각핀(300)의 자유단(320)에 수평하게 안착된 상태로 결합시킬 수 있으며, 이때 상기 냉각팬(400)은 냉각핀(300)으로부터 전달된 냉기를 설치공간(100)으로 순환시킬 수 있다.

이와 같은 상기 냉각팬(400)은, 도 2에서처럼 설치공간(110)의 상부로 공기(A)를 송풍하며, 성치공간(110)의 상부로 송풍된 공기(A)는 설치공간(110)의 상면과 부딪힌 후 측방과 하방으로 순환된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 냉각팬(400)을 설치공간(110)의 중심 위치에 배치시키는 것이 바람직하나, 상기 냉각팬(400)의 설치 위치는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.

한편, 전술한 하우징(100)의 내측 상면에는 냉각팬(400)으로부터 상부로 송풍되는 공기(A)를 측방으로 안내하기 위한 돌출 안내면(120)이 더 형성될 수 있다.

여기서, 상기 돌출 안내면(120)의 중심 부위는 상기 냉각팬(400)의 중심과 동일 선상에서 하부로 돌출되고, 상기 돌출 안내면의 중심을 기준으로 측부가 상향 경사지게 형성될 수 있다.

즉, 냉각팬(400)이 구동하는 경우, 상부로 송풍되는 공기(A)가 돌출 안내면(120)의 중심 부위와 접하면서 상향 경사진 측면을 따라 안내되면서 설치공간(110)의 측방으로 순환된다.

이때, 상기 돌출 안내면(120)에 의해 측방으로 안내된 공기는 설치공간의 측부를 통해 하부로 순환되면서 설치공간(110) 내에서 발생된 열을 냉각시킨다.

제어부(500)는, 냉각팬(400)의 구동을 제어하기 위한 것으로, 상기 제어부(500)에는 냉각팬(400)으로 전력을 공급하기 위한 전원공급부(600)가 전기적으로 연결된다.

그리고, 상기 제어부(500)는 설치공간(110)의 내부 온도를 실시간으로 모니터링하며, 상기 설치공간(110)의 내부 온도가 기설정된 기준 온도범위를 초과하는 경우에 냉각팬(400)을 구동시킬 수 있다.

이를 위해, 상기 제어부(500)에는 설치공간(110)의 내부 온도를 실시간으로 감지하기 위한 온도 센서(510)가 전기적으로 연결될 수 있다.

이와 같은 상기 제어부(500)는 설치공간(110)의 내부 온도에 비례하도록 냉각팬(400)의 회전 속도를 가변적으로 조절할 수 있다.

예를 들어, 상기 제어부(500)는 온도 센서(510)로부터 감지된 설치공간(110)의 내부 온도가 기준 온도범위를 1단계 초과하는 경우 그에 따른 회전 속도로 구동시킬 수 있다.

반면, 상기 제어부(500)는 온도 센서(510)로부터 감지된 설치공간(110)의 내부 온도가 설치공간(110)의 내부 온도가 기준 온도범위를 2단계 초과하는 경우 그에 따른 회전 속도로 구동시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부(500)는 온도 센서(510)로부터 감지된 설치공간(110)의 내부 온도가 기설정된 기준 온도범위를 초과하는 경우에만 냉각팬(400)을 구동시킬 수 있다.

즉, 상기 제어부(500)는 설치공간(110)의 냉각이 필요한 정도인 경우에만 냉각팬(400)을 선택적으로 구동시킬 수 있다.

또 한편, 냉각팬(400)은 도 3에서처럼 설치공간(110)의 양측에 다수로 배열시킬 수도 있으며, 이 경우 상기 냉각팬(400)들은 후술 될 제어부(500)의 구동 제어에 의해 선택적으로 구동되는 개수가 결정될 수 있다.

예를 들어, 제어부(500)는 온도 센서(510)로부터 감지된 설치공간(110)의 내부 온도가 기준 온도범위를 1단계 초과하는 경우 1개의 냉각팬(400) 만을 구동시킬 수 있다.

반면, 상기 제어부(500)는 온도 센서(510)로부터 감지된 설치공간(110)의 내부 온도가 기준 온도범위를 2단계 초과하는 경우 2개의 냉각팬(400)을 함께 구동시킬 수 있다.

즉, 상기 제어부(500)는 설치공간(110)의 내부 온도에 따라 냉각팬(400)의 송풍 강도를 가변적으로 조절할 수 있고, 설치공간(110)의 내부 온도가 기준 온도범위 이내인 경우는 냉각팬(400)의 구동을 중지시킬 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 하우징(100)의 내부에 정체되어 있던 공기(A)를 강제 순환시켜, 수냉부(200)와 접속된 냉각핀(300)에 접촉되도록 함으로써, 설치공간(110)의 내부 온도를 낮출 수 있어 충전기 부품(10)의 수명을 연장시킬 수 있다.

그리고, 본 발명은 온도 센서(510)를 이용해 설치공간(110)의 내부 온도를 실시간으로 모니터링하여, 냉각이 필요한 경우에만 필요한 강도로 냉각팬(400)을 구동을 가변 제어함으로써, 냉각팬(400)의 동작을 최소화할 수 있어 냉각팬(400)의 수명을 연장시킬 수 있으며, 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 하우징(100)의 크기에 대응하는 사이즈로 냉각용 구성들을 적용하지 않아도 되므로 재료비가 크게 증가하지 않는다.

지금까지 본 발명에 따른 전기차 충전기의 열 순환 시스템에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허등록 청구범위뿐만 아니라 이 특허등록 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허등록 청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허등록 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 충전기 부품 100: 하우징
110: 설치공간 120: 돌출 안내면
200: 수냉부 210: 유입구
220: 유출구 300: 냉각핀
310: 결합단 320: 자유단
400: 냉각팬 500: 제어부
510: 온도 센서 600: 전원공급부
A: 공기 W: 냉각수

Claims (7)

1. 내부의 설치공간 내에 충전기 부품이 설치되는 하우징;
   상면이 상기 하우징의 하단 개방부에 결합되어 상기 설치공간 내에 위치되며, 유입구를 통해 공급된 냉각수를 순환시켜 유출구로 배출시키는 수냉부;
   상기 수냉부의 상면을 따라 다수로 배열되며, 상기 수냉부로부터 전달되는 냉기를 이용해 상기 설치공간 내에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각핀;
   상기 설치공간 내에 설치되며, 상기 설치공간 내부의 공기를 순환시켜 공기중의 온도를 낮추는 냉각팬; 및
   상기 설치공간의 내부 온도를 실시간으로 모니터링하며, 상기 설치공간의 내부 온도가 기설정된 기준 온도범위를 초과하는 경우에 상기 냉각팬을 구동시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기의 열 순환 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부에는,
   전원공급부가 전기적으로 연결되며, 상기 제어부는 상기 설치공간의 내부 온도가 기설정된 기준 온도범위를 초과하는 경우에 상기 전원공급부의 전력을 상기 냉각팬으로 공급하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기의 열 순환 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부에는,
   상기 설치공간의 내부 온도를 감지하기 위한 온도 센서가 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기의 열 순환 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 설치공간의 내부 온도에 비례하도록 상기 냉각팬의 회전 속도를 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기의 열 순환 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각팬은,
   상기 설치공간 내에 다수가 설치되며,
   상기 제어부는,
   상기 설치공간의 내부 온도에 비례하도록 상기 냉각팬들의 구동 수량을 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기의 열 순환 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각핀은,
   하부의 결합단이 상기 수냉부의 상면을 따라 결합되고, 반대되는 자유단이 상부로 연장되며,
   상기 냉각팬은,
   상기 냉각핀의 자유단에 안착된 상태로 결합되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기의 열 순환 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 하우징의 내측 상면에는,
   상기 냉각팬으로부터 전달되는 공기를 측방으로 안내하기 위한 돌출 안내면이 더 형성되며,
   상기 돌출 안내면은,
   상기 냉각팬의 중심과 동일 선상에서 하부로 돌출된 돌출부 및, 상기 돌출부를 기준으로 측부가 상향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기의 열 순환 시스템.

Images