KR20200071608A - Cooling system for power conversion device - Google Patents

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Abstract

A cooling system for a power conversion device according to the present invention includes: a first cooler including a plurality of first cooling tubes through which cooling water flows, a first connection part connecting the plurality of cooling tubes to each other, and an inlet and outlet part; a second cooler disposed in parallel with the first cooler, and including a plurality of second cooling tubes through which the cooling water flows, a second connection part connecting the plurality of second cooling tubes to each other, and the inlet and outlet part; at least one power conversion module disposed between the plurality of first cooling tubes and between the second cooling tubes; and a housing in which the first cooler and the second cooler are assembled and a flow path through which the cooling water flows is formed.

Description

전력변환 장치용 냉각 시스템{COOLING SYSTEM FOR POWER CONVERSION DEVICE}Cooling system for power converters {COOLING SYSTEM FOR POWER CONVERSION DEVICE}

본 발명은 전력변환 장치용 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling system for a power conversion device.

친환경 자동차의 전력변환장치는 고전압 배터리로부터 DC전류를 입력 받아 AC전류로 변환하여 모터로 공급하며, AC전류의 크기 및 상을 조정하여 모터의 토크와 회전속도를 제어한다. 전력변환장치의 파워모듈은 고전압 배터리로부터 입력받은 DC전류를 AC전류로 변환하는 스위치 소자로 스위칭 과정에서 열이 발생하여 온도가 일정 이상 상승하면 손상이 일어난다. 그러므로 모든 전력변환장치의 파워모듈은 냉각이 필요하며, 냉각 성능이 개선될수록 파워모듈에서 더 높은 사양의 전류가 변환 가능하기 때문에 전력변환장치의 성능 또한 향상된다. 종래의 전력변환장치는 하우징 내부에 냉각 유로를 구성하거나 별도의 냉각기에 파워모듈을 조립하여 파워모듈을 냉각하고 있다.The power conversion device of an eco-friendly vehicle receives DC current from a high voltage battery, converts it into AC current, supplies it to the motor, and controls the torque and rotation speed of the motor by adjusting the size and phase of the AC current. The power module of the power converter is a switch element that converts DC current received from a high-voltage battery into AC current. Heat is generated in the switching process, and damage occurs when the temperature rises above a certain level. Therefore, the power modules of all power converters need cooling, and as the cooling performance improves, the power module's performance can also improve because the higher specification current can be converted in the power module. Conventional power converters cool the power module by constructing a cooling channel inside the housing or assembling the power module in a separate cooler.

한편, 전력변환장치의 파워모듈의 냉각방식은 크게 하우징에 유로를 구성하는 방식과 냉각기를 이용하는 방식으로 구분할 수 있다. 그 중 냉각기를 이용하는 방식은 단일 냉각 유로를 구성하여 냉각하는 직렬 냉각 방식과 다수의 냉각기를 사용하여 냉각 유로를 분기하는 병렬 냉각 방식이 있다. 직렬 냉각방식은 냉각기 구성이 용이한 장점이 있지만 상대적으로 병렬 대비 냉각수가 흐르는 경로가 길어 압력손실이 증가하는 단점이 있다. 병렬 냉각방식은 압력손실을 줄일 수 있으나 각 파워모듈 마다 냉각기를 접촉시켜야 하기 때문에 냉각기 구성이 복잡해진다는 단점이 있다. 또한 3개 이상의 파워모듈을 병렬 냉각할 경우 파워모듈을 적층 해야 하는데, 파워모듈 적층 시 커패시터와 파워모듈의 연결이 복잡해지며 내부 구성이 제한되는 단점이 있다.Meanwhile, the cooling method of the power module of the power conversion device can be largely divided into a method of configuring a flow path in the housing and a method of using a cooler. Among them, a method using a cooler includes a series cooling method in which a single cooling channel is formed and cooled, and a parallel cooling method in which a cooling channel is branched using a plurality of coolers. The series cooling method has an advantage in that it is easy to construct a cooler, but has a disadvantage in that a pressure loss increases due to a relatively long path of cooling water flowing in parallel. The parallel cooling method can reduce the pressure loss, but has a disadvantage in that the configuration of the cooler is complicated because the cooler must be brought into contact with each power module. In addition, when three or more power modules are cooled in parallel, the power modules must be stacked. When stacking the power modules, the connection between the capacitors and the power modules is complicated and the internal configuration is limited.

KR 10-2013-0065390KR 10-2013-0065390

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 병렬 냉각 방식을 사용하여 압력 손실을 저감하면서도 보다 간단한 구조로 전력변환 장치를 냉각시킬 수 있는 전력변환 장치용 냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above-described problems, and has an object to provide a cooling system for a power conversion device capable of cooling a power conversion device with a simpler structure while reducing pressure loss using a parallel cooling method.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템은, 냉각수가 흐르는 복수의 제1 냉각 튜브, 상기 복수의 냉각 튜브를 연결하는 제1 연결부 및 입출구부를 포함하는 제1 냉각기; 상기 제1 냉각기와 병렬로 배치되며, 상기 냉각수가 흐르는 복수의 제2 냉각 튜브, 상기 복수의 제2 냉각 튜브를 연결하는 제2 연결부 및 입출구부를 포함하는 제2 냉각기; 상기 복수의 제1 냉각 튜브 사이와 제2 냉각 튜브 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 전력변환 모듈; 및 상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기가 조립되며 냉각수가 흐르는 유로가 형성된 하우징;을 포함할 수 있다.The cooling system for a power conversion device according to the present invention for achieving the above object includes: a first cooler including a plurality of first cooling tubes through which cooling water flows, a first connection part connecting the plurality of cooling tubes, and an inlet and outlet part; A second cooler disposed in parallel with the first cooler and including a plurality of second cooling tubes through which the cooling water flows, a second connection part connecting the plurality of second cooling tubes, and an inlet and outlet part; At least one power conversion module disposed between the plurality of first cooling tubes and the second cooling tube; And a housing in which the first cooler and the second cooler are assembled, and a flow path through which coolant flows is formed.

상기 제1 냉각 튜브 및 상기 제2 냉각 튜브의 단면적은 상기 제1 냉각 튜브 및 상기 제2 냉각 튜브 사이에 배치되는 전력변환 모듈의 개수에 따라 결정될 수 있다.The cross-sectional areas of the first cooling tube and the second cooling tube may be determined according to the number of power conversion modules disposed between the first cooling tube and the second cooling tube.

상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기에 입력되는 냉각수의 유량은 상기 제1 냉각 튜브의 단면적 및 상기 제2 냉각 튜브의 단면적에 기반하여 결정될 수 있다.Flow rates of the cooling water input to the first cooler and the second cooler may be determined based on the cross-sectional area of the first cooling tube and the cross-sectional area of the second cooling tube.

상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기에 입력되는 냉각수의 유량은 하기의 수학식에 기반하여 결정될 수 있다.Flow rates of the cooling water input to the first cooler and the second cooler may be determined based on the following equation.

[수학식][Mathematics]

{(제1 냉각 튜브 저항 + 제1 연결부 저항 + 제1 냉각기 입출구부 저항)X 제1 냉각기 유량2} = {(제2 냉각 튜브 저항 + 제2 연결부 저항 + 제2 냉각기 입출구부 저항)X 제2 냉각기 유량2} {(First cooling tube resistance + first connection resistance + first cooler inlet and outlet resistance) X first cooler flow rate 2 } = {(second cooling tube resistance + second connection resistance + second cooler inlet and outlet resistance) X agent 2 Cooler flow 2 }

상기 제1 연결부의 반대측에 위치하며 제1 냉각기와 연결된 제1 냉각기 헤더; 상기 제2 연결부의 반대측에 위치하며 제2 냉각기와 연결된 제2 냉각기 헤더; 상기 제1 냉각기 헤더 및 상기 제2 냉각기 헤더에 각각 결합되며, 상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기를 상기 하우징에 결합하는 복수의 냉각기 브라켓; 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부에 위치하며, 상기 제1 냉각 튜브 및 상기 제2 냉각 튜브에 상하로 조립되는 냉각기 캡; 제1 냉각기의 입구부와 출구부에 결합되며 상기 하우징에 형성된 유로와 연결되어 냉각수가 입출력되는 복수의 제1 냉각기 니플; 제2 냉각기의 입구부와 출구부에 결합되며 상기 하우징에 형성된 유로와 연결되어 냉각수가 입출력되는 복수의 제2 냉각기 니플; 상기 제1 냉각기를 커버하는 제1 냉각기 커버; 및 상기 제2 냉각기를 커버하는 제2 냉각기 커버 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.A first cooler header located on the opposite side of the first connection part and connected to a first cooler; A second cooler header located on the opposite side of the second connection part and connected to a second cooler; A plurality of cooler brackets coupled to the first cooler header and the second cooler header and coupling the first cooler and the second cooler to the housing; A cooler cap positioned on the first connection portion and the second connection portion and assembled up and down on the first cooling tube and the second cooling tube; A plurality of first cooler nipples coupled to the inlet and outlet parts of the first cooler and connected to a flow path formed in the housing to input and output coolant; A plurality of second cooler nipples coupled to the inlet and outlet parts of the second cooler and connected to a flow path formed in the housing to input and output coolant; A first cooler cover covering the first cooler; And a second cooler cover covering the second cooler.

상기 제1 냉각기 니플 및 상기 제2 냉각기 니플에는 홈이 형성되며, 상기 홈에 오링이 장착될 수 있다.A groove may be formed in the first cooler nipple and the second cooler nipple, and an o-ring may be mounted in the groove.

상기 제1 냉각기와 상기 제2 냉각기 사이에 배치되며 상기 전력변환 모듈에 전원을 공급하는 커패시터;를 더 포함할 수 있다.A capacitor that is disposed between the first cooler and the second cooler and supplies power to the power conversion module may further include.

상기 제1 냉각기 커버 및 상기 제2 냉각기 커버는 상기 커패시터에 결합될 수 있다.The first cooler cover and the second cooler cover may be coupled to the capacitor.

상기 하우징은, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부; 상기 유입된 냉각수를 분기시켜 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기에 공급되도록 하는 분기부; 상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기를 순환한 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부; 및 상기 하우징에 형성된 유로를 커버하는 하우징 커버; 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The housing may include a cooling water inlet through which cooling water flows; A branch unit for branching the introduced cooling water to be supplied to the first cooler and the second cooler; A cooling water outlet portion through which cooling water circulated in the first and second coolers flows out; And a housing cover covering a flow path formed in the housing. It may include at least one of.

상기 하우징에 형성된 유로는 냉각수가 유입되는 입력 유로 및 냉각수가 유출되는 출력 유로를 포함하며,The flow path formed in the housing includes an input flow path through which cooling water flows and an output flow path through which cooling water flows,

상기 입력 유로는 상기 냉각수 유입부와 연결되고, 상기 출력 유로는 상기 냉각수 유출부와 연결될 수 있다.The input flow passage may be connected to the cooling water inlet, and the output flow passage may be connected to the cooling water outlet.

상기 입력 유로는 및 상기 출력 유로는 상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기 니플과 연결될 수 있다.The input flow path and the output flow path may be connected to the first cooler and the second cooler nipple.

본 발명에 따르면 병렬 냉각 방식을 사용하여 압력 손실을 저감하면서도 보다 간단한 구조로 전력변환 장치를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.According to the present invention, the power conversion device can be efficiently cooled with a simpler structure while reducing pressure loss by using a parallel cooling method.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템에서, 제1 냉각기 및 제2 냉각기를 세부적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템에서, 도 2의 제1 냉각기 및 제2 냉각기의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템에서, 제1 냉각기의 튜브와 제2 냉각기의 튜브를 비교한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템에서, 제1 냉각기 및 제2 냉각기가 조립되는 하우징의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템의 유량 별 압력 손실을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템의 냉각 성능을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.1 is an exploded perspective view of a cooling system for a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view illustrating in detail a first cooler and a second cooler in a cooling system for a power converter according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a first cooler and a second cooler of FIG. 2 in a cooling system for a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view comparing a tube of a first cooler and a tube of a second cooler in a cooling system for a power converter according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are views showing a structure of a housing in which a first cooler and a second cooler are assembled in a cooling system for a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the pressure loss for each flow rate of the cooling system for a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing cooling performance of a cooling system for a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing a cooling system for a power conversion device according to another embodiment of the present invention.
10 is a view showing a cooling system for a power conversion device according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템에 대해 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a cooling system for a power conversion device according to various embodiments will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템의 분해 사시도이고, 도 2는 제1 냉각기 및 제2 냉각기를 세부적으로 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 2의 제1 냉각기 및 제2 냉각기의 평면도이고, 도 4는 제1 냉각기의 튜브와 제2 냉각기의 튜브를 비교한 도면이며, 도 5 및 도 6은 제1 냉각기 및 제2 냉각기가 조립되는 하우징의 구조를 나타내는 도면이다.1 is an exploded perspective view of a cooling system for a power conversion device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing in detail the first cooler and the second cooler, and FIG. 3 is the first cooler and the second cooler of FIG. 2. 2 is a plan view of the cooler, FIG. 4 is a view comparing the tube of the first cooler and the tube of the second cooler, and FIGS. 5 and 6 are views showing a structure of a housing in which the first cooler and the second cooler are assembled.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템은 제1 냉각기(100), 제2 냉각기(200), 전력변환 모듈(300) 및 하우징(400)을 포함할 수 있다.1 to 3, the cooling system for a power conversion device according to an embodiment of the present invention includes a first cooler 100, a second cooler 200, a power conversion module 300, and a housing 400. It can contain.

구체적으로, 제1 냉각기(100)는 냉각수가 흐르는 복수의 제1 냉각 튜브(110), 복수의 제1 냉각 튜브(110)를 연결하는 제1 연결부(120), 제1 냉각기 입구부(130) 및 제1 냉각기 출구부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제1 연결부(120)는 'U'자 형상으로 이루어져 복수의 제1 냉각 튜브(110)를 연결시킬 수 있다.Specifically, the first cooler 100 includes a plurality of first cooling tubes 110 through which cooling water flows, a first connection part 120 connecting the plurality of first cooling tubes 110, and a first cooler inlet part 130. And it may be configured to include a first cooler outlet 140. Here, the first connection unit 120 may be formed in an'U' shape to connect the plurality of first cooling tubes 110.

아울러, 제2 냉각기(200)는 제1 냉각기(100)와 병렬로 배치될 수 있으며, 냉각수가 흐르는 복수의 제2 냉각 튜브(210), 복수의 제2 냉각 튜브(210)를 연결하는 제2 연결부(220), 제2 냉각기 입구부(230) 및 제2 냉각기 출구부(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제2 연결부(220)는 'U'자 형상으로 이루어져 복수의 제2 냉각 튜브(210)를 연결시킬 수 있다.In addition, the second cooler 200 may be arranged in parallel with the first cooler 100, and a second connecting a plurality of second cooling tubes 210 and a plurality of second cooling tubes 210 through which coolant flows. It may be configured to include a connection unit 220, the second cooler inlet 230 and the second cooler outlet 240. Here, the second connection unit 220 may be formed in an'U' shape to connect a plurality of second cooling tubes 210.

보다 구체적으로, 제1 냉각기(100)는 제1 연결부(120)의 반대측에 위치하며 제1 냉각기와 연결된 제1 냉각기 헤더(150)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 냉각기 헤더(150)에는 브라켓(190)이 결합될 수 있는데, 브라켓(190)에는 홀이 형성되며 해당 홀을 통한 볼팅 결합을 통해 제1 냉각기(100)는 하우징(400)에 결합될 수 있다. 마찬가지로, 제2 냉각기(200)는 제2 연결부(220)의 반대측에 위치하며 제2 냉각기와 연결된 제2 냉각기 헤더(250)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 냉각기 헤더(250)에는 브라켓(290)이 결합될 수 있는데, 브라켓(290)에는 홀이 형성되며 해당 홀을 통한 볼팅 결합을 통해 제2 냉각기(200)는 하우징(400)에 결합될 수 있다. More specifically, the first cooler 100 may be located on the opposite side of the first connection unit 120 and further include a first cooler header 150 connected to the first cooler. Here, a bracket 190 may be coupled to the first cooler header 150, a hole is formed in the bracket 190, and the first cooler 100 is coupled to the housing 400 through bolting coupling through the corresponding hole. Can be. Likewise, the second cooler 200 is located on the opposite side of the second connection part 220 and may further include a second cooler header 250 connected to the second cooler. Here, a bracket 290 may be coupled to the second cooler header 250, a hole is formed in the bracket 290, and the second cooler 200 is coupled to the housing 400 through bolting coupling through the corresponding hole. Can be.

아울러, 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)는 제1 연결부(220) 및 제2 연결부(220)에 위치하며, 제1 냉각 튜브(110) 및 제2 냉각 튜브(210)에 상하로 조립되는 냉각기 캡(180, 280)을 포함할 수 있다. 도면에 구체적으로 도시되지는 않았지만, 냉각기 캡(180, 280)은 냉각기 외측 캡과 냉각기 내측 캡으로 이루어질 수 있는데, 이때 냉각기 외측 캡은 막혀 있을 수 있고, 냉각기 내측 캡에는 구멍이 형성될 수 있다. 아울러, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)는 제1 연결부(120) 및 제2 연결부(220)에 벨로우즈(192,292)를 포함할 수 있는데, 벨로우즈(192,292)는 제1 냉각 튜브(210) 및 제2 냉각 튜브(220)의 냉각기 내측 캡에 형성된 구멍을 연결하여 냉각수가 제1 연결부(120) 및 제2 연결부(220)를 통해 U턴해서 흐를 수 있도록 할 수 있다.In addition, the first cooler 100 and the second cooler 200 are positioned at the first connection part 220 and the second connection part 220, and are vertically disposed at the first cooling tube 110 and the second cooling tube 210. It may include a cooler cap (180, 280) assembled to. Although not specifically shown in the drawings, the cooler caps 180 and 280 may be formed of a cooler outer cap and a cooler inner cap, wherein the cooler outer cap may be blocked, and a hole may be formed in the cooler inner cap. In addition, as illustrated in FIG. 3, the first cooler 100 and the second cooler 200 may include bellows 192 and 292 in the first connection part 120 and the second connection part 220, and the bellows 192 and 292 ) Connects the holes formed in the inner cap of the cooler of the first cooling tube 210 and the second cooling tube 220 so that the coolant flows through U-turn through the first connection part 120 and the second connection part 220. can do.

더 나아가, 제1 냉각기(100)는 제1 냉각기 입구부(130) 및 제1 냉각기 출구부(140)에 결합되며, 하우징(400)에 형성된 유로(250)와 연결되어 냉각수가 입력 및 출력되도록 하는 복수의 제1 냉각기 니플(160)을 더 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2 냉각기(200)는 제2 냉각기 입구부(230) 및 제2 냉각기 출구부(240)에 결합되며, 하우징(400)에 형성된 유로(250)와 연결되어 냉각수가 입력 및 출력되도록 하는 복수의 제2 냉각기 니플(260)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 냉각기 니플(160) 및 제2 냉각기 니플(260)에는 홈(162,262)이 형성되며, 해당 홈에 오링(500)이 장착됨으로써, 제1 냉각기 니플(160) 및 제2 냉각기 니플(260)과 하우징(400)의 유로(250)가 연결될 시 기밀이 유지되도록 할 수 있다.Furthermore, the first cooler 100 is coupled to the first cooler inlet 130 and the first cooler outlet 140 and is connected to a flow path 250 formed in the housing 400 so that cooling water is input and output. The plurality of first cooler nipples 160 may be further included. Likewise, the second cooler 200 is coupled to the second cooler inlet 230 and the second cooler outlet 240 and is connected to a flow path 250 formed in the housing 400 to allow cooling water to be input and output. A plurality of second cooler nipples 260 may be further included. Here, grooves 162 and 262 are formed in the first cooler nipple 160 and the second cooler nipple 260, and the O-rings 500 are mounted in the corresponding grooves, thereby allowing the first cooler nipple 160 and the second cooler nipple ( When the flow path 250 of the 260 and the housing 400 is connected, airtightness may be maintained.

또한, 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)는 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)를 커버하는 제1 냉각기 커버(170) 및 제2 냉각기 커버(270)를 더 포함할 수 있다.In addition, the first cooler 100 and the second cooler 200 further include a first cooler cover 170 and a second cooler cover 270 covering the first cooler 100 and the second cooler 200. can do.

한편, 본 발명에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템은 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200) 사이에 배치되며 전력변환 모듈(300)에 전원을 공급하는 커패시터(600)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 커패시터(600)는 차량에 탑재된 고전압 배터리로부터 직류 전류를 입력받아 전력변환 모듈(300)에 공급할 수 있다. 아울러, 상술한 제1 냉각기 커버(170) 및 제2 냉각기 커버(270)는 각각 제1 냉각기(100)와 제2 냉각기(200)에 조립된 전력변환 모듈(300)이 각각의 냉각기(100,200)와 일정한 면압을 가지며 접하도록 커패시터(600)에 볼팅 결합(B)을 통해 조립될 수 있다.Meanwhile, the cooling system for a power converter according to the present invention may further include a capacitor 600 disposed between the first cooler 100 and the second cooler 200 and supplying power to the power conversion module 300. have. Here, the capacitor 600 may receive DC current from a high voltage battery mounted in a vehicle and supply it to the power conversion module 300. In addition, the first cooler cover 170 and the second cooler cover 270 described above are each of the first cooler 100 and the second power cooler 200, the power conversion module 300 assembled to the cooler (100,200) It has a constant surface pressure and can be assembled through a bolting coupling (B) to the capacitor 600 to contact.

전력변환 모듈(300)은 복수의 제1 냉각 튜브(110) 사이와 제2 냉각 튜브(210)에 배치될 수 있다. 전력변환 모듈(300)은 상술한 커패시터(600)로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 역할을 한다. 실시예에 따라 전력변환 모듈(300)은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등일 수 있다. The power conversion module 300 may be disposed between the plurality of first cooling tubes 110 and the second cooling tube 210. The power conversion module 300 serves to convert the DC current supplied from the above-described capacitor 600 into AC current. According to an embodiment, the power conversion module 300 may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

아울러, 본 발명에서 제1 냉각 튜브(110) 사이와 제2 냉각 튜브(210)에 배치되는 전력변환 모듈(300)의 개수는 상이할 수 있다. 구체적으로, 실시예에 따라 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 냉각 튜브(110) 사이에는 2개의 전력변환 모듈(300)이 배치될 수 있고, 제2 냉각 튜브(210) 사이에는 1개의 전력변환 모듈(300)이 배치될 수 있다. 이처럼, 제1 냉각 튜브(110)와 제2 냉각 튜브(210) 사이에 배치된 전력변환 모듈(300)의 수가 상이하면, 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)에 요구되는 냉각 성능도 각각 다를 수 있다. 다시 말해, 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)에 배치되는 전력변환 모듈(300)의 수가 2:1 이므로, 전력변환 모듈(300)에 의한 발열량비 또한 2:1일 수 있다. 이와 같은 경우, 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)에서 동일한 냉각 성능을 유지하기 위해서는 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)를 흐르는 냉각수 유량을 2:1로 배분해줄 필요가 있다.In addition, the number of power conversion modules 300 disposed between the first cooling tube 110 and the second cooling tube 210 in the present invention may be different. Specifically, according to an embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, two power conversion modules 300 may be disposed between the first cooling tubes 110 and between the second cooling tubes 210. One power conversion module 300 may be disposed. As such, when the number of power conversion modules 300 disposed between the first cooling tube 110 and the second cooling tube 210 is different, the cooling performance required for the first cooler 100 and the second cooler 200 Each can also be different. In other words, since the number of power conversion modules 300 disposed in the first cooler 100 and the second cooler 200 is 2:1, the heat generation ratio by the power conversion module 300 may also be 2:1. In this case, in order to maintain the same cooling performance in the first cooler 100 and the second cooler 200, it is necessary to divide the flow rate of the cooling water flowing through the first cooler 100 and the second cooler 200 to 2:1. There is.

이를 위해 본 발명에서는 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)에 배치되는 전력변환 모듈(300)의 개수에 기반하여 제1 냉각기의 제1 냉각 튜브(110)와 제2 냉각기의 제2 냉각 튜브(210)의 단면적을 다르게 함으로써 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)를 흐르는 냉각수 유량을 조절할 수 있다. 즉, 본 발명에서 제1 냉각 튜브(110) 및 제2 냉각 튜브(210)의 단면적은 제1 냉각 튜브(110) 및 제2 냉각 튜브(210) 사이에 배치되는 전력변환 모듈의 개수에 따라 결정될 수 있다.To this end, in the present invention, the first cooling tube 110 of the first cooler and the second of the second cooler are based on the number of power conversion modules 300 disposed in the first cooler 100 and the second cooler 200. By varying the cross-sectional area of the cooling tube 210, the flow rate of the cooling water flowing through the first cooler 100 and the second cooler 200 may be adjusted. That is, in the present invention, the cross-sectional areas of the first cooling tube 110 and the second cooling tube 210 may be determined according to the number of power conversion modules disposed between the first cooling tube 110 and the second cooling tube 210. Can be.

구체적으로, 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)에 입력되는 냉각수의 유량은 제1 냉각 튜브(110)의 단면적 및 제2 냉각 튜브(210)의 단면적에 기반하여 결정될 수 있는데, 보다 구체적으로, 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)에 입력되는 냉각수의 유량은 하기의 수학식에 기반하여 결정될 수 있다.Specifically, the flow rate of the cooling water input to the first cooler 100 and the second cooler 200 may be determined based on the cross-sectional area of the first cooling tube 110 and the cross-sectional area of the second cooling tube 210, more Specifically, the flow rates of the cooling water input to the first cooler 100 and the second cooler 200 may be determined based on the following equation.

[수학식][Mathematics]

{(제1 냉각 튜브 저항 + 제1 연결부 저항 + 제1 냉각기 입출구부 저항)X 제1 냉각기 유량2} = {(제2 냉각 튜브 저항 + 제2 연결부 저항 + 제2 냉각기 입출구부 저항)X 제2 냉각기 유량2} {(First cooling tube resistance + first connection resistance + first cooler inlet and outlet resistance) X first cooler flow rate 2 } = {(second cooling tube resistance + second connection resistance + second cooler inlet and outlet resistance) X agent 2 Cooler flow 2 }

여기서, 제1 냉각 튜브 저항, 제1 연결부 저항, 제1 냉각기 입출구부 저항, 제2 냉각 튜브 저항, 제2 연결부 저항 및 제2 냉각기 입출구부의 저항은 각 구성의 단면적에 의한 값일 수 있다. 다시 말해, 각 구성의 단면적이 클수록 각 구성에 대한 냉각수 유동의 저항값은 작아질 수 있으며, 각 구성의 단면적이 작을수록 각 구성에 대한 냉각수 유동의 저항 값은 커질 수 있다.Here, the first cooling tube resistance, the first connection resistance, the first cooler inlet and outlet resistance, the second cooling tube resistance, the second connection resistance, and the second cooler inlet and outlet resistance may be values according to the cross-sectional area of each component. In other words, the larger the cross-sectional area of each component, the smaller the resistance value of the coolant flow for each component may be, and the smaller the cross-sectional area of each component, the larger the resistance value of the coolant flow for each component.

이처럼, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 제1 냉각기 및 제2 냉각기를 병렬 배치함으로써 압력 손실을 저감할 수 있으며, 보다 간단한 구조로 냉각 성능을 유지한 채 전력변환 장치를 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따르면 도 8에 도시된 바와 같이 전력변환 모듈의 온도 분포 및 최고 온도는 직렬 방식과 병렬 방식이 유사하여 동일한 냉각 성능을 보이지만, 도 7에 도시된 바와 같이 압력손실은 14LPM 기준으로 391mbr에서 228mbr로 감소하여 42% 가량 절감될 수 있다. 이처럼, 전력변환 장치에서 압력손실이 절감되면 차량 전체 단위에서 손실이 감소하여 전체 연비가 향상되며, 냉각수를 공급하기 위한 전자식 워터 펌프(EWP: Electric Water Pump)의 사양을 낮출 수 있어 원가를 절감시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, as shown in FIGS. 7 and 8, the pressure loss can be reduced by arranging the first cooler and the second cooler in parallel, and the power conversion device is maintained while maintaining the cooling performance with a simpler structure. It can be cooled efficiently. More specifically, according to the present invention, as shown in FIG. 8, the temperature distribution and the maximum temperature of the power conversion module are similar in series and in parallel to show the same cooling performance, but as shown in FIG. 7, the pressure loss is 14LPM. As a standard, it can be reduced from 391mbr to 228mbr, which can be reduced by 42%. As described above, when the pressure loss is reduced in the power conversion device, the loss in the entire vehicle unit is reduced to improve the overall fuel efficiency, and the specification of the electric water pump (EWP) for supplying coolant can be lowered to reduce cost. Can be.

하우징(400)에는 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)가 조립될 수 있다. 구체적으로, 하우징(400)은 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부(410), 유입된 냉각수를 분기시켜 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)에 공급되도록 하는 분기부(420), 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)를 순환한 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부(430) 및 하우징에 형성된 유로(450)를 커버하는 하우징 커버(440) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The first cooler 100 and the second cooler 200 may be assembled to the housing 400. Specifically, the housing 400 includes a cooling water inlet 410 through which cooling water flows, and a branching part 420 and a first for branching the cooled water to be supplied to the first cooler 100 and the second cooler 200. The cooler 100 and the second cooler 200 may include at least one of a cooling water outlet 430 through which cooling water circulated and a housing cover 440 covering a flow path 450 formed in the housing.

아울러, 하우징(400)에는 냉각수가 흐르는 유로(450)가 형성될 수 있다. 여기서, 유로는(450)는 도 5에 도시된 바와 같이 냉각수가 입력되는 입력 유로(452)와 냉각수가 유출되는 출력 유로(454)를 포함할 수 있다. 이때, 입력 유로(452)는 냉각수 유입부(410)와 연결되고, 출력 유로(454)는 냉각수 유출부(430)와 연결될 수 있으며, 입력 유로(452) 및 출력 유로(454)는 제1 냉각기(100) 및 제2 냉각기(200)의 냉각기 니플(160,260)과 연결될 수 있다.In addition, a flow path 450 through which cooling water flows may be formed in the housing 400. Here, the flow path 450 may include an input flow path 452 to which cooling water is input and an output flow path 454 to which cooling water is discharged, as shown in FIG. 5. At this time, the input channel 452 is connected to the cooling water inlet 410, the output channel 454 can be connected to the cooling water outlet 430, the input channel 452 and the output channel 454 is the first cooler The cooler nipples 160 and 260 of the 100 and second coolers 200 may be connected.

한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력변환 장치용 냉각 시스템을 나타내는 도면이다. 실시예에 따라 전력변환 모듈에 더 많은 냉각 성능이 필요한 경우 도 9에 도시된 바와 같이 제2 냉각기를 연장하여 제1 냉각기 및 제2 냉각기의 길이를 동일하게 구성할 수 있다. 아울러, 전력변환 모듈이 보다 많이 사용되는 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 제1 냉각기 및 제2 냉각기를 연장시키되, 제1 냉각기 및 제2 냉각기에 포함되는 전력변환 모듈의 개수에 기반하여 제1 냉각기의 제1 냉각 튜브 및 제2 냉각기의 제2 냉각 튜브의 단면적을 변경하여 제1 냉각기 및 제2 냉각기에 유입되는 냉각수의 유량을 조절함으로써 전력변환 모듈을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.On the other hand, Figure 9 is a view showing a cooling system for a power conversion device according to another embodiment of the present invention, Figure 10 is a view showing a cooling system for a power conversion device according to another embodiment of the present invention. According to an embodiment, when more cooling performance is required in the power conversion module, the lengths of the first cooler and the second cooler may be configured to be the same by extending the second cooler as illustrated in FIG. 9. In addition, when more power conversion modules are used, the first coolers and the second coolers are extended as illustrated in FIG. 10, but the first coolers and the second coolers are based on the number of power conversion modules included in the first coolers and the second coolers. By changing the cross-sectional areas of the first cooling tube of the cooler and the second cooling tube of the second cooler, the flow rate of cooling water flowing into the first cooler and the second cooler can be adjusted to effectively cool the power conversion module.

100: 제1 냉각기 110: 제1 냉각 튜브
120: 제1 연결부 130: 제1 냉각기 입구부
140: 제1 냉각기 출구부 150: 제1 냉각기 헤더
160: 제1 냉각기 니플 162: 홈
170: 제1 냉각기 커버 180: 제1 냉각기 캡
200: 제2 냉각기 210: 제2 냉각 튜브
220: 제2 연결부 230: 제2 냉각기 입구부
240: 제2 냉각기 출구부 250: 제2 냉각기 헤더
260: 제2 냉각기 니플 262: 홈
270: 제2 냉각기 커버 280: 제2 냉각기 캡
300: 전력변환 모듈
400: 하우징 410: 냉각수 유입부
420: 분기부 430: 냉각수 유출부
440: 하우징 커버 450: 유로
452: 입력 유로 454: 출력 유로
460: 입력 니플 470: 출력 니플
100: first cooler 110: first cooling tube
120: first connection 130: the first cooler inlet
140: first cooler outlet 150: first cooler header
160: first cooler nipple 162: groove
170: first cooler cover 180: first cooler cap
200: second cooler 210: second cooling tube
220: second connection 230: the second cooler inlet
240: second cooler outlet 250: second cooler header
260: second cooler nipple 262: home
270: second cooler cover 280: second cooler cap
300: power conversion module
400: housing 410: coolant inlet
420: branch 430: coolant outlet
440: housing cover 450: euro
452: input flow path 454: output flow path
460: input nipple 470: output nipple

Claims (11)

냉각수가 흐르는 복수의 제1 냉각 튜브, 상기 복수의 냉각 튜브를 연결하는 제1 연결부 및 입출구부를 포함하는 제1 냉각기;
상기 제1 냉각기와 병렬로 배치되며, 상기 냉각수가 흐르는 복수의 제2 냉각 튜브, 상기 복수의 제2 냉각 튜브를 연결하는 제2 연결부 및 입출구부를 포함하는 제2 냉각기;
상기 복수의 제1 냉각 튜브 사이와 제2 냉각 튜브 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 전력변환 모듈; 및
상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기가 조립되며 냉각수가 흐르는 유로가 형성된 하우징;을 포함하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.A first cooler including a plurality of first cooling tubes through which cooling water flows, a first connection part connecting the plurality of cooling tubes, and an inlet and outlet part;
A second cooler disposed in parallel with the first cooler and including a plurality of second cooling tubes through which the cooling water flows, a second connection part connecting the plurality of second cooling tubes, and an inlet and outlet part;
At least one power conversion module disposed between the plurality of first cooling tubes and the second cooling tube; And
The first cooler and the second cooler are assembled and the housing is formed with a flow path for cooling water; Cooling system for a power conversion device comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 냉각 튜브 및 상기 제2 냉각 튜브의 단면적은 상기 제1 냉각 튜브 및 상기 제2 냉각 튜브 사이에 배치되는 전력변환 모듈의 개수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.The method according to claim 1,
The cross-sectional area of the first cooling tube and the second cooling tube is determined according to the number of power conversion modules disposed between the first cooling tube and the second cooling tube. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기에 입력되는 냉각수의 유량은 상기 제1 냉각 튜브의 단면적 및 상기 제2 냉각 튜브의 단면적에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.The method according to claim 2,
The cooling system for a power conversion device is characterized in that the flow rate of the cooling water input to the first cooler and the second cooler is determined based on the cross-sectional area of the first cooling tube and the cross-sectional area of the second cooling tube. 청구항 3에 있어서,
상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기에 입력되는 냉각수의 유량은 하기의 수학식에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.
[수학식]
{(제1 냉각 튜브 저항 + 제1 연결부 저항 + 제1 냉각기 입출구부 저항)X 제1 냉각기 유량2} = {(제2 냉각 튜브 저항 + 제2 연결부 저항 + 제2 냉각기 입출구부 저항)X 제2 냉각기 유량2} The method according to claim 3,
The cooling system for a power conversion device, characterized in that the flow rate of the cooling water input to the first cooler and the second cooler is determined based on the following equation.
[Mathematics]
{(First cooling tube resistance + first connection resistance + first cooler inlet and outlet resistance) X first cooler flow rate 2 } = {(second cooling tube resistance + second connection resistance + second cooler inlet and outlet resistance) X agent 2 Cooler flow 2 } 청구항 1에 있어서,
상기 제1 연결부의 반대측에 위치하며 제1 냉각기와 연결된 제1 냉각기 헤더;
상기 제2 연결부의 반대측에 위치하며 제2 냉각기와 연결된 제2 냉각기 헤더;
상기 제1 냉각기 헤더 및 상기 제2 냉각기 헤더에 각각 결합되며, 상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기를 상기 하우징에 결합하는 복수의 냉각기 브라켓;
상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부에 위치하며, 상기 제1 냉각 튜브 및 상기 제2 냉각 튜브에 상하로 조립되는 냉각기 캡;
제1 냉각기의 입구부와 출구부에 결합되며 상기 하우징에 형성된 유로와 연결되어 냉각수가 입출력되는 복수의 제1 냉각기 니플;
제2 냉각기의 입구부와 출구부에 결합되며 상기 하우징에 형성된 유로와 연결되어 냉각수가 입출력되는 복수의 제2 냉각기 니플;
상기 제1 냉각기를 커버하는 제1 냉각기 커버; 및
상기 제2 냉각기를 커버하는 제2 냉각기 커버 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.The method according to claim 1,
A first cooler header located on the opposite side of the first connection part and connected to a first cooler;
A second cooler header located on the opposite side of the second connection part and connected to a second cooler;
A plurality of cooler brackets coupled to the first cooler header and the second cooler header and coupling the first cooler and the second cooler to the housing;
A cooler cap positioned on the first connection portion and the second connection portion and assembled up and down on the first cooling tube and the second cooling tube;
A plurality of first cooler nipples coupled to the inlet and outlet parts of the first cooler and connected to a flow path formed in the housing to input and output coolant;
A plurality of second cooler nipples coupled to the inlet and outlet parts of the second cooler and connected to a flow path formed in the housing to input and output coolant;
A first cooler cover covering the first cooler; And
And at least one of a second cooler cover covering the second cooler. 청구항 5에 있어서,
상기 제1 냉각기 니플 및 상기 제2 냉각기 니플에는 홈이 형성되며, 상기 홈에 오링이 장착되는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.The method according to claim 5,
A cooling system for a power conversion device, characterized in that a groove is formed in the first cooler nipple and the second cooler nipple, and an O-ring is mounted in the groove. 청구항 5에 있어서,
상기 제1 냉각기와 상기 제2 냉각기 사이에 배치되며 상기 전력변환 모듈에 전원을 공급하는 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.The method according to claim 5,
And a capacitor that is disposed between the first cooler and the second cooler and supplies power to the power conversion module. 청구항 7에 있어서,
상기 제1 냉각기 커버 및 상기 제2 냉각기 커버는 상기 커패시터에 결합되는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.The method according to claim 7,
The first cooler cover and the second cooler cover is a cooling system for a power conversion device, characterized in that coupled to the capacitor. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징은,
냉각수가 유입되는 냉각수 유입부;
상기 유입된 냉각수를 분기시켜 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기에 공급되도록 하는 분기부;
상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기를 순환한 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부; 및
상기 하우징에 형성된 유로를 커버하는 하우징 커버; 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.The method according to claim 1, The housing,
A cooling water inlet through which cooling water flows;
A branch unit for branching the introduced cooling water to be supplied to the first cooler and the second cooler;
A cooling water outlet portion through which cooling water circulated in the first and second coolers flows out; And
A housing cover covering a flow path formed in the housing; Cooling system for a power conversion device comprising at least one of the. 청구항 9에 있어서,
상기 하우징에 형성된 유로는 냉각수가 유입되는 입력 유로 및 냉각수가 유출되는 출력 유로를 포함하며,
상기 입력 유로는 상기 냉각수 유입부와 연결되고, 상기 출력 유로는 상기 냉각수 유출부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템. The method according to claim 9,
The flow path formed in the housing includes an input flow path through which cooling water flows and an output flow path through which cooling water flows,
The input passage is connected to the cooling water inlet, the output passage is a cooling system for a power conversion device, characterized in that connected to the cooling water outlet. 청구항 10에 있어서,
상기 입력 유로는 및 상기 출력 유로는 상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기 니플과 연결되는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치용 냉각 시스템.

The method according to claim 10,
The input flow path and the output flow path cooling system for a power conversion device, characterized in that connected to the first cooler and the second cooler nipple.

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