KR20200074931A - 전기차 충전용 케이블 - Google Patents

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이재복
박도현
김철민
김현웅
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 전기차의 충전시 전기차 충전용 케이블에서 발생되는 열을 냉각 유체를 사용하여 효율적으로 냉각시키고, 열에 의한 내부 구성의 손상을 방지하며, 케이블의 직경을 최소화할 수 있는 전기차 충전용 케이블에 관한 것이다.

Description

전기차 충전용 케이블{CHARGING CABLE FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 냉각 기능을 구비한 전기차 충전용 케이블에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기차의 충전시 전기차 충전용 케이블에서 발생되는 열을 냉각 유체를 사용하여 효율적으로 냉각시키고, 열에 의한 내부 구성의 손상을 방지하며, 케이블의 직경을 최소화할 수 있는 전기차 충전용 케이블에 관한 것이다.
전기차의 보급과 함께 전기차 충전기의 설치가 확대되고 있다. 그리고 단시간 내의 충전이 가능하도록 급속 충전이 가능한 급속 충전기가 보급되고 있다. 완속 충전과 달리 급속 충전을 위한 급속 충전기의 출력 전압은 직류 50V 내지 450V 범위이고, 출력 전류는 110A에 달하며, 상기 급속 충전기를 통해 전기차를 충전하는데 소요되는 시간은 20분 내지 30분 정도에 불과하다. 전기차의 배터리 용량 및 충전기술에 따라 급속 충전기의 출력 전류는 증가될 것으로 예상된다.
이러한 급속 충전기는 본체에 전기차 충전용 케이블이 연결되고, 충전용 케이블 단부에 충전기 커넥터가 장착되며, 충전기의 커넥터를 전기차에 구비된 전기차 커넥터에 장착하여 전기차 충전기로부터 전기차로 전기를 공급하게 된다.
이와 같은 급속 충전기는 출력 전류가 100A 이상이므로 이를 전기차로 전달하는 전기차 충전용 케이블의 발열이 문제될 수 있다. 전기차 충전용 케이블에서 발생되는 열을 최소화하기 위해서는 전기차 케이블의 도체의 직경을 증가시키는 등의 방법이 있으나, 발열을 충분히 감소시키기 어렵고, 전기차 충전용 케이블의 무게를 증가시키는 문제가 있다.
전기차 충전용 케이블에 발생되는 열은 화재의 위험을 증가시킬 수 있다. 또한, 전기차 충전을 위하여 충전기 커넥터를 전기차 커넥터에 장착하거나 전기차 커넥터로부터 충전기 커넥터를 분리하여 충전기에 거치하는 과정에서 충전용 케이블은 사용자의 신체 접촉될 수 있고, 충전용 케이블의 발열이 심한 경우 사용자의 부상, 불쾌감 또는 불안감을 유발할 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명은 전기차의 충전시 전기차 충전용 케이블에서 발생되는 열을 냉각 유체를 사용하여 효율적으로 냉각시키고, 열에 의한 내부 구성의 손상을 방지하며, 케이블의 직경을 최소화할 수 있는 전기차 충전용 케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 도체; 상기 도체를 감싸는 절연층; 상기 절연층을 감싸고 있는 냉각튜브; 및 상기 절연층과 냉각튜브의 접촉을 방지하며, 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로를 형성하기 위한 스페이서를 구비하는 적어도 하나의 전력유닛; 상기 전력유닛을 감싸는 외부자켓;을 포함하며, 상기 전력유닛의 절연층은 상기 도체가 냉각 유체에 노출되지 않도록 상기 도체를 빈틈없이 감싸는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블을 제공할 수 있다.
또한, 상기 스페이서는 와이어 형태로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 스페이서는 전력유닛에 나선형으로 횡권될 수 있다.
그리고, 상기 스페이서는 상기 도체의 절연층 외면 또는 냉각튜브 내면에 일체로 형성되는 적어도 하나의 돌기일 수 있다.
여기서, 상기 전력유닛과 함께 적어도 하나의 접지유닛 및 적어도 하나의 통신유닛;을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 냉각튜브 및 상기 스페이서 중 적어도 하나는 테프론 계열 또는 우레탄 재질로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 전력유닛은 한 쌍이 구비되고, 상기 전력유닛의 냉각튜브 내를 유동하는 냉각 유체는 한 쌍의 전력유닛 중 어느 하나의 전력유닛을 구성하는 냉각튜브를 통해 충전용 케이블의 단부에 장착되는 충전기 커넥터 방향으로 공급되고, 상기 충전기 커넥터 근방에서 다른 하나의 전력유닛을 구성하는 냉각튜브를 통해 회수될 수 있다.
이 경우, 한 쌍의 상기 전력유닛의 냉각 튜브는 상기 충전기 커넥터 근방의 대응 위치에 유체 순환홀이 형성되고, 각각의 상기 유체 순환홀을 연결하는 유체 브리지를 통해 상기 냉각 유체가 회수될 수 있다.
그리고, 상기 유체 브리지는 한 쌍의 전력유닛의 냉각 튜브가 관통되어 수용되는 평행한 관통부와 상기 유체 순환홀이 상호 연통되도록 상기 관통부를 연결하는 연결부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 도체는 상기 전기차 충전용 케이블의 단부에 연결된 충전기 커넥터의 도체부에 삽입되는 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전기차 충전기 본체와 전기차 충전을 위한 커넥터를 연결하는 전기차 충전용 케이블에 있어서, 절연층이 구비된 도체, 상기 절연층이 구비된 도체가 수용되며 상기 도체의 통전에 따른 발열을 냉각하기 위한 냉각 유체가 미리 결정된 방향으로 유동하는 냉각튜브 및 상기 도체가 상기 냉각튜브 내부에 수용된 상태에서 상기 도체의 절연층과 상기 냉각튜브의 내면의 접촉을 방지함과 동시에 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로를 형성하기 위하여 상기 도체에 구비된 절연층과 상기 냉각튜브 내면 사이에 구비되는 스페이서를 포함하는 적어도 하나의 전력유닛; 및, 상기 전력유닛을 감싸는 외부자켓;을 포함하며, 상기 전력유닛의 스페이서는 와이어 형태로 구성되고, 상기 도체를 감싸는 절연층의 외주면을 따라 나선형으로 횡권되고, 상기 절연층은 상기 도체가 냉각 유체에 노출되지 않도록 상기 도체를 빈틈없이 감싸며, 상기 냉각튜브 및 상기 스페이서 중 적어도 하나는 테프론 계열 또는 우레탄 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블을 제공할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전기차 충전기 본체와 전기차 충전을 위한 커넥터를 연결하는 전기차 충전용 케이블에 있어서, 절연층이 구비된 도체, 상기 절연층이 구비된 도체가 수용되며 상기 도체의 통전에 따른 발열을 냉각하기 위한 냉각 유체가 미리 결정된 방향으로 유동하는 냉각튜브 및 상기 도체가 상기 냉각튜브 내부에 수용된 상태에서 상기 도체의 절연층과 상기 냉각튜브의 내면의 접촉을 방지함과 동시에 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로를 형성하기 위하여 상기 도체에 구비된 절연층과 상기 냉각튜브 내면 사이에 구비되는 스페이서를 포함하는 한 쌍의 전력유닛; 및, 상기 전력유닛을 감싸는 외부자켓;을 포함하며, 상기 전력유닛의 스페이서는 와이어 형태로 구성되고, 상기 도체를 감싸는 절연층의 외주면을 따라 나선형으로 횡권되고, 상기 절연층은 상기 도체가 냉각 유체에 노출되지 않도록 상기 도체를 빈틈없이 감싸며, 상기 전력유닛의 냉각튜브 내를 유동하는 냉각 유체는 한 쌍의 전력유닛 중 어느 하나의 전력유닛을 구성하는 냉각튜브를 통해 충전용 케이블의 단부에 장착되는 충전기 커넥터 방향으로 공급되고, 상기 충전기 커넥터 근방에서 다른 하나의 전력유닛을 구성하는 냉각튜브를 통해 회수되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블에 의하면, 전기차의 급속 충전시 전기차 충전용 케이블에서 발생되는 열을 냉각 유체를 사용하여 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블에 의하면, 절연층이 구비된 도체를 냉각 유체가 흐르는 냉각튜브 내부에 그 내면과 비접촉 상태로 배치하여 발열하는 도체의 냉각성능을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블에 의하면, 도체를 냉각튜브의 내면과 비접촉 상태로 배치하여, 도체의 절연층의 모든 면을 냉각시킬 수 있으므로, 영역별 냉각 편차에 의하여 도체를 감싸는 절연층의 국소 부위의 멜팅을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블에 의하면, 전력유닛을 구성하는 내부 구성을 내열성이 우수한 재질로 하여 외부 방향 열전달 또는 내부 방향 열전달을 최소화하여, 사용자의 불쾌감 또는 불안감을 줄이고, 외부자켓 피복시 발생될 수 있는 내부 구성의 멜팅 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블에 의하면, 전력유닛 자체에 냉각유로를 구비하여, 전력유닛과 별도로 냉각관을 구비하는 기술보다 전기차 충전용 케이블의 전체 직경을 컴팩트하게 할 수 있다.
도 1은 전기차와 전기차 충전기를 도시한다.
도 2는 전기차 및 전기차 충전기의 커넥터를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블을 구성하는 전력유닛의 구조와 충전기 커넥터의 도체부의 조립과정을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블을 구성하는 한 쌍의 전력유닛과 냉각 유체를 순환시키기 위한 유체 브리지를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블을 구성하는 한 쌍의 전력유닛과 유체 브리지의 조립된 상태 및 내부에서의 냉각 유체의 유동 상태를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 전기차(ev)와 전기차 충전기(300)를 도시한다.
전기차 충전기(300)는 전기차로 전력 공급을 위하여 충전기 커넥터(200)와 전기차 충전용 케이블(100)로 연결되며, 전기차 충전용 케이블(100)의 단부에는 충전기 커넥터(200)가 구비된다.
충전기 커넥터(200)는 전기차(ev)에 구비된 전기차 커넥터(400)에 장착되어 전력을 공급할 수 있고, 급속 충전기의 경우 20분 내지 30분 만에 전기차의 충전을 완료할 수 있다.
전기차 충전기(300)와 전기차(ev)를 전기적으로 연결하는 전기차 충전용 케이블(100)은 큰 전류용량으로 인하여 열이 발생될 수 있고, 화재의 위험 또는 사용자 불안감 등의 해소를 위하여 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)은 냉각 유체를 사용하여 전기차 충전용 케이블(100)을 냉각시키는 방법을 사용한다.
도 2는 전기차에 구비되는 전기차 커넥터(400)와 전기차 충전용 케이블(100)이 연결된 충전기 커넥터(200)를 도시한다. 도 2에 도시된 커넥터는 향후 단일화 표준으로 결정된 미국·유럽형 '콤보(TYPE1)' 방식의 커넥터로서 하나의 커넥터로 교류 방식의 완속 충전 또는 직류 방식의 급속 충전이 모두 가능한 형태의 커넥터로서 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)의 적용이 가능하다.
그러나, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블은 도 2에 도시된 미국·유럽형 '콤보(TYPE1)' 방식 이외에도 일본 '차데모(CHAdeMO)' 방식, 또는 르노 '교류 3상' 방식의 경우에도 적용이 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)의 단부에는 충전기 커넥터(200)가 정착되고, 상기 충전기 커넥터(200)는 전기차(ev)에 구비되는 전기차 커넥터(400)에 착탈 가능하게 장착될 수 있는 구조를 갖는다.
'콤보(TYPE1)' 방식의 커넥터는 교류 또는 직류 방식의 커넥터가 일체화되어 각각의 커넥터에는 교류 충전부(210, 410)와 직류 충전부(230, 430)가 각각 구비된다.
이와 같은 커넥터에 연결된 전기차 충전용 케이블(100)은 급속 충전시 큰 전류량에 의하여 발열이 문제될 수 있으므로, 본 발명에 따른 충전기 케이블은 냉각 유체를 사용하여 발열 문제를 해결하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전기차 충전용 케이블(100)의 내부에는 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)이 구비되고, 전력유닛(10a, 10b) 내부에 각각 냉각 유로(15)가 구비되어, 냉각유로를 통해 냉각 유체를 흘려 전기차 충전용 케이블(100)의 발열 문제를 해결하였다. 한 쌍의 상기 전력유닛(10a, 10b)에 구비된 냉각유로를 통해 전기차 충전기(300) 측에서 공급되는 냉각 유체를 어느 하나의 전력유닛(10a, 10b)의 냉각유로를 통해 공급하고 다른 하나의 전력유닛(10a, 10b)의 냉각유로를 통해 회수하는 방법을 사용한다. 종래에 전기차 충전용 케이블 내부에 냉각 유체가 유동하는 냉각관이 구비된 기술 또는 냉각 유로와 전력유닛 또는 도체와 인접하게 배치되는 기술이 소개된 바가 있으나, 발열이 문제되는 도체 또는 전력유닛(10)의 표면 전체가 냉각되는 방식이 아니므로, 냉각관과 전력유닛 또는 도체가 밀착되지 않거나, 냉각유로와 접촉되지 못하는 영역은 냉각성능이 충분하지 못할 것으로 예상된다.
그러나, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)의 경우, 각각의 도체 등이 각각의 냉각 유로 내부에 수용되도록 하여 냉각 성능을 극대화하는 방법을 사용한다. 도 3 이하를 참조하여, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)에 대하여 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)의 단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)은 접지유닛(20), 적어도 하나의 통신유닛(30), 절연층(13)이 구비된 도체(11), 상기 도체(11)가 수용되며 냉각 유체가 미리 결정된 방향으로 유동하는 냉각튜브(17) 및 상기 도체(11)가 상기 냉각튜브(17) 내부에 수용된 상태에서 상기 도체(11)의 절연층(13)과 상기 냉각튜브(17)의 내면의 접촉을 방지하기 위하여 상기 도체(11)와 상기 냉각튜브(17) 내면 사이에 구비되는 스페이서(19)를 포함하는 한 쌍의 전력유닛(10); 및, 상기 접지유닛(20), 상기 통신유닛(30) 및 상기 전력유닛(10)을 수용하는 외부자켓(70)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 전기차 충전용 케이블(100)은 3개의 통신유닛(30), 하나의 접지유닛(20)과 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)을 구비할 수 있다.
각각의 통신유닛(30)과 접지유닛(20)은 각각 피복층으로 피복될 수 있으며, 케이블 원형 유지를 위한 개재(40) 및 인장력 보강을 위한 중심 인장선(50)이 구비될 수 있다.
발열이 문제되는 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)은 각각 그 내부를 순환하도록 공급되는 냉각 유체에 의하여 냉각될 수 있다.
구체적으로, 상기 전력유닛(10)은 절연층(13)이 구비된 도체(11), 상기 도체(11)가 수용되며 냉각 유체가 미리 결정된 방향으로 유동하는 냉각튜브(17) 및 상기 도체(11)가 상기 냉각튜브(17) 내부에 수용된 상태에서 상기 도체(11)의 절연층(13)과 상기 냉각튜브(17)의 내면의 접촉을 방지하기 위하여 상기 도체(11)와 상기 냉각튜브(17) 내면 사이에 구비되는 스페이서(19)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전력유닛(10)의 도체는 각각 절연층(13)이 구비된 상태로 상기 냉각튜브(17) 내에 수용될 수 있다. 상기 냉각튜브(17)에 수용된 절연층(13)이 구비된 도체는 그 외부에 냉각 유로(15)가 구비되어 전력 공급시 발생될 수 있는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 냉각튜브(17)로 공급될 수 있는 냉각 유체는 물 등일 수 있으며, 미사용시 동파 등을 방지하기 위하여 동결 방지제가 첨가되어 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)은 전기차 충전기(300)와 충전기 커넥터(200)를 연결하며, 냉각에 사용된 냉각 유체는 전기차 충전기(300)로 다시 회수되어 냉각 후 재공급되는 방법이 사용될 수 있다.
따라서, 상기 냉각 유체를 재냉각하기 위한 냉각장치와 냉각 유체를 유동시키는 펌핑장치는 전기차 충전기(300)에 구비될 수도 있고, 상기 전기차 충전기(300) 외부에 구비될 수도 있다.
각각의 냉각튜브를 흐르는 냉각 유체는 냉각장치 및 펌핑장치에서 절연층이 구비된 도체만 충전기 전력 공급부(미도시)로 인출되도록 하고, 냉각 유체는 재냉각된 및 펌핑되어 순환 유로를 형성하게 할 수 있다.
도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 상기 전력유닛(10)에 구비되는 냉각 유로(15)는 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)을 순환하는 구조로 구성될 수 있다.
즉, 전기차 충전기(300)에서는 전력유닛(10)의 냉각튜브(17)를 순환하며 냉각에 사용되어 온도가 상승된 냉각 유체를 냉각장치로 냉각시키고 이를 다시 냉각튜브(17)로 펌핑장치에 의하여 펌핑 공급하여 전력유닛(10)의 지속적인 냉각을 반복할 수 있다.
즉, 충전기 커넥터(200)와 전기차 충전기(300)를 연결하는 전기차 충전용 케이블(100)을 구성하는 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b) 중 어느 하나의 전력유닛(10)의 냉각튜브(17)로는 냉각된 냉각 유체가 공급되고, 다른 하나의 전력유닛(10)의 냉각튜브(17)로는 냉각에 사용된 냉각 유체가 회수될 수 있다. 그 구체적인 방법은 후술한다.
상기 전력유닛(10)을 구성하는 도체를 균일하게 냉각하기 위해서는 도체의 절연층(13) 외면을 따라 냉각 유체가 흐를 수 있는 구조를 가져야 한다. 즉, 도체의 절연층(13)과 냉각튜브(17)의 내면이 접촉되는 경우에는 냉각 성능이 저하될 수 있으므로, 냉각유로(15)가 도체의 절연층(13) 외부를 따라 균일하게 형성되도록 하기 위하여 도체의 절연층(13)과 냉각튜브(17)의 내면 사이의 접촉을 방지하기 위하여 스페이서(19)가 구비될 수 있다.
상기 스페이서(19)는 와이어 형태로 구성될 수도 있고, 상기 도체의 절연층(13)의 외면 또는 상기 냉각튜브(17)의 내면에 구비된 돌기 형태로 구성될 수도 있다.
상기 스페이서(19)를 구비하여 상기 도체의 절연층(13)의 외면과 상기 냉각튜브(17) 내면의 면접촉이 방지될 수 있으며, 냉각유체에 의한 냉각효과가 극대화될 수 있다.
이와 같은 구조에 의하여, 충전용 케이블 내부에 별도의 냉각 배관을 구비하는 기술과 비교하여 볼 때, 본 발명은 도체의 절연층의 모든 면을 냉각시킬 수 있으므로 절연층 표면의 영역별 냉각 편차의 발생을 최소화할 수 있고, 냉각 유로 내부에 절연도체를 배치하여 냉각 유체를 사용하여 냉각 기능을 제공하면서도 전기차 충전용 케이블의 두께를 최소화할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서, 상기 전력유닛(10)의 스페이서(19)는 환형 와이어 형태로 구성되고, 상기 도체의 외주면을 따라 나선형으로 횡권되는 것으로 도시되었으나, 도체와 냉각튜브의 접촉을 방지할 수 있는 구조라면, 이에 국한되지 않는다. 즉, 상기 스페이서는 상기 도체의 절연층 외면 또는 상기 냉각 튜브의 내면에 돌출 형성된 복수 개의 돌기 형태로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 스페이서(19)에 의해 냉각 유체의 흐름이 난류를 형성함으로써 열을 더욱 효과적으로 빼낼 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블에 의하면, 도체를 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로가 구비되는 냉각튜브 내부에 냉각튜브의 내면과 비접촉 상태로 배치하여 발열하는 도체의 냉각성능을 극대화할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블에 의하면, 도체를 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로가 구비되는 냉각튜브 내부에 냉각튜브의 내면과 비접촉 상태로 배치하여 발열하는 도체의 절연층 전면을 냉각하게 되어 도체의 냉각성능을 극대화할 수 있다.
그리고, 상기 스페이서(19) 및 상기 냉각 튜브(17)는 내열성과 내유성이 우수한 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 재질로는 불화 폴리 에틸렌(PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene) 또는 우레탄 재질로 구성되거나, 일반 수지 또는 폴리 에틸렌 재질로 구성된 뒤 표면이 불화 폴리 에틸렌 등으로 코팅될 수도 있다.
불화 폴리 에틸렌 재질은 예를 들면 테프론 계열일 수 있다. 테프론은 내열 온도가 -60℃ ~ +250℃ 수준으로 내열성이 우수하다. 따라서, 이와 같은 테프론 계열을 적용하여 사용자의 불쾌감 또는 불안감을 유발하는 외부 열전달을 최소화할 수 있고, 외피 피복 공정 등에서 내부 열전달 역시 최소화하여 내부 구성의 멜팅 등을 방지하여 절연성능을 보장할 수 있다.
또한, 동일한 목적으로 케이블 내부의 열이 외부로 전달되는 것을 차단하기 위하여 추가적인 단열층(60)을 구비할 수도 있다.
상기 단열층(60)은 상기 냉각튜브 등과 마찬가지로 내열성이 우수한 테프론 계열의 재질로 구성되거나, 열전도성이 낮고 유연성이 좋은 섬유편조체 등이 적용되어도 무방하다.
도 4는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)을 구성하는 전력유닛(10)의 구조와 충전기 커넥터(200)의 도체부(230)의 조립과정을 도시한다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)의 전력유닛(10)은 절연층(13)이 구비된 도체(11)를 통해 전력을 공급한다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 절연층(13)이 구비된 도체(11)는 파이프 형태의 냉각튜브(17) 내부에 수용될 수 있다. 그리고, 상기 절연층(13)의 외측에는 절연층(13)의 외면과 냉각튜브(17)의 내면의 접촉을 방지하기 위한 스페이서(19)가 구비되고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 스페이서(19)는 환형 와이어 형태로 구성되어 상기 도체를 감싸는 절연층(13) 외주면에 나선형으로 횡권되어 장착될 수 있다.
상기 스페이서(19)는 환형 와이어 형태로 한정되지 않고, 상기 도체의 절연층(13) 외면 또는 냉각튜브(17) 내면에 일체로 돌출되도록 형성되는 돌기 형태여도 무방하다.
그리고, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 전기차 충전용 케이블(100)의 단부에는 충전기 커넥터(200)의 도체부(230)가 장착될 수 있다. 상기 충전기 커넥터(200)의 도체부(230)는 충전기 커넥터(200)를 구성하며 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)의 전력유닛(10)을 구성하는 도체와 접속된다.
상기 충전기 커넥터(200)의 도체부(230)는 전기차 충전용 케이블(100)의 전력유닛(10)의 도체(11)가 삽입되도록 삽입구조로 구성될 수 있다.
즉, 상기 충전기 커넥터(200)의 도체부(230)는 상기 전기차 충전용 케이블(100)을 구성하는 전력유닛(10)의 냉각튜브(17) 내부로 삽입되고, 상기 냉각튜브(17) 내부로 삽입된 상태에서 전력유닛(10)의 도체가 일측으로 삽입되는 구조로 구성될 수 있다.
상기 충전기 커넥터(200)의 도체부(230)에는 냉각튜브(17) 내부로 삽입되는 삽입깊이를 제한하기 위한 걸림턱(233)과 냉각튜브(17) 내부로 삽입된 상태가 안정적으로 유지되고 냉각 유체가 누출되지 않도록 하기 위하여 냉각튜브(17) 내경보다 원주방향으로 돌출된 적어도 하나의 압박돌기(231)가 구비될 수 있다. 상기 압박돌기는 충전기 커넥터(200)의 도체부(230)가 상기 전기차 충전용 케이블(100)의 전력유닛(10)을 구성하는 냉각튜브(17) 내부로 억지끼움 상태로 삽입된 상태가 안정적으로 유지될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 냉매 누출이 우려될 경우 압박돌기(231) 위로 금속 슬리브를 끼워 넣어 냉각 튜브(17)를 더욱 꽉 눌러 수밀이 유지되도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 충전기 커넥터(200)의 도체부(230)가 장착되는 냉각튜브(17)의 단부 근방에 냉각 유체의 순환유로(15)를 형성하기 위한 유체 순환홀(17h)이 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)은 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)이 구비되고, 각각의 전력유닛(10)에 냉각 유로(15)가 구비되고, 어느 하나의 전력유닛(10)의 냉각 유로(15)를 통해 냉각 유체가 충전기 커넥터(200) 측으로 공급되고, 다른 하나의 전력유닛(10)의 냉각 유로(15)를 통해 냉각 유체가 전기차 충전기(300) 측으로 회수되는 순환유로(15)를 형성하여 전기차 충전용 케이블(100)을 냉각시킨다.
따라서, 각각의 전력유닛(10)의 냉각튜브(17)의 냉각 유로(15)를 상호 연통시키기 위하여, 전기차 충전용 케이블(100)의 단부 영역, 즉 충전기 커넥터(200) 접속영역 근방의 냉각튜브(17)에 냉각 유체의 유체 순환홀(17h)을 형성하고, 각각의 유체 순환홀(17h)을 통해 냉매가 순환되도록 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)을 구성하는 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)과 냉각 유체를 순환시키기 위한 유체 브리지(90)를 도시한다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)의 냉각튜브(17)에는 케이블의 길이방향으로 대응되는 위치에 각각 유체 순환홀(17h)이 구비되고, 각각의 전력유닛(10)은 H자 형태의 유체 브리지(90)로 연결된다.
상기 유체 브리지(90)는 전력유닛(10)의 냉각튜브(17)가 관통되어 수용되는 평행한 관통부(91a, 91b)와 상기 관통부(91a, 91b)를 수직방향으로 연결하는 연결부(93)를 포함하고, 상기 연결부(93)를 통해 냉매가 순환할 수 있다.
상기 유체 브리지(90)는 전력유닛이 장착되고 냉각 유체를 교환하는 역할을 수행하므로, 케이블 전체에서 냉각 효과를 보장하기 위해서는 최대한 충전기 커넥터 근방에 배치되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 충전기 커넥터의 하우징 내부에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유체 브리지(90)를 통한 연결 부위는 유체 순환홀 등이 구비되어 밴딩이 방지되어야 하므로, 유체 브리지(90)는 충전기 커넥터의 하우징 내부에 배치될 필요가 있다.
그리고, 도 5(c)의 유체 브리지(92)의 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 유체 브리지(90)에서 냉각튜브(17)가 관통되어 수용되는 관통부(91a, 91b)에는 유체 순환홀(17h) 인접 위치에 오-링(O-Ring) 장착을 위한 오-링 장착홈(92)이 구비될 수 있다. 상기 오-링 장착홈(92)은 상기 관통부(91a, 91b)의 내주면에 냉각튜브의 관통방향과 수직한 방향으로 홈 형태로 형성될 수 있다.
상기 오-링 장착홈(92)에는 유연한 재질의 오-링이 장착되어 냉각 유체의 유출을 방지할 수 있다. 물론, 오-링을 삽입하는 방식 이외에도 상기 관통부(91a, 91b)의 내주면에 도체부에 형성된 압박돌기 형태의 돌기부를 형성하고 냉각튜브와의 유격을 제거하는 방법으로 실링 효과를 얻을 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)을 구성하는 한 쌍의 전력유닛(10a, 10b)과 유체 브리지(90)의 조립된 상태를 도시한다.
따라서, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 각각의 전력유닛(10)을 상기 유체 브리지(90)의 관통부(91a, 91b)를 관통하여 배치하고, 각각의 전력유닛(10)을 구성하는 냉각튜브(17)의 유체 순환홀(17h)을 상기 유체 브리지(90)의 연결부(93)를 향하는 방향으로 배치되도록 하면, 어느 하나의 냉각튜브(17)를 통해 공급되는 냉각 유체는 그 유체 순환홀(17h)과 유체 브리지(90)의 연결부(93) 및 다른 하나의 냉각튜브(17)의 유체 순환홀(17h)을 유동하여 순환할 수 있고, 이는 냉각에 사용된 냉각 유체가 냉각 유체를 공급하는 전기차 충전기(300)로 회수될 수 있음을 의미한다.
그리고, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 전기차 충전기(300)에서 어느 하나의 전력유닛(10)을 통해 공급되어 그 전력유닛(10)의 도체 냉각에 사용된 냉매는 다른 하나의 전력유닛(10)의 냉각튜브(17)로 회수되어 그 내부의 도체를 냉각하며 전기차 충전기(300) 등에 구비된 냉각장치로 회수될 수 있다.
그리고, 도 6(b)에 도시된 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 유체 브리지(90)의 연결부(93)의 위치는 각각의 관통부(91a, 91b)의 중심을 연결하는 방식이므로, 어느 하나의 냉각튜브(17)로 공급되는 냉각 유체는 상기 전기차 커넥터(400)의 도체부(230)의 후단까지 순환 후 유체 순환홀(17h)을 통해 다른 하나의 냉각튜브(17)로 공급될 수 있으므로, 냉각 유체의 냉각효과는 충전기 커넥터(200)의 도체부(230)까지 냉각하는 부수적 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 상기 유체 브리지(90)는 충전기 커넥터의 하우징 내부에 구비될 수 있으므로, 유체 브리지(90)를 통한 연결부위의 기밀성이 안정적으로 보장될 수 있다.
그리고, 전술한 바와 같이, 상기 냉각튜브(17)가 관통되는 관통부(91a, 91b)에 오-링(O-Ring)을 장착하는 방법으로 유체 브리지의 관통부 내주면과 냉각튜브 외주면 사이의 기밀성을 향상시켜 냉각 유체의 누설을 방지할 수 있다. 상기 관통부(91a, 91b)에 장착되는 오-링(O-Ring)의 개수 또는 위치는 변경될 수 있다.
그리고, 냉각 유체의 온도가 충분히 낮거나, 유량이 충분한 경우라면, 냉각 유체의 공급 온도와 냉각 유체의 회수 온도의 편차가 크지 않아 냉각 유체가 공급되는 전력유닛(10)과 회수되는 전력유닛(10) 모두 충분히 냉각시킬 수 있다.
또한, 계절 또는 충전기 사용 빈도 등에 전기차 충전용 케이블(100)의 냉각 부하의 편차가 존재할 수 있으므로, 회수되는 냉각유체의 온도에 따라 공급되는 냉각 유체의 온도 및 유량을 조절하는 방법으로 냉각 부하에 따라 최적의 냉각 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 전기차 충전용 케이블
200 : 충전기 커넥터
300 : 전기차 충전기
400 : 전기차 커넥터

Claims (12)

  1. 도체; 상기 도체를 감싸는 절연층; 상기 절연층을 감싸고 있는 냉각튜브; 및 상기 절연층과 냉각튜브의 접촉을 방지하며, 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로를 형성하기 위한 스페이서를 구비하는 적어도 하나의 전력유닛;
    상기 전력유닛을 감싸는 외부자켓;을 포함하며,
    상기 전력유닛의 절연층은 상기 도체가 냉각 유체에 노출되지 않도록 상기 도체를 빈틈없이 감싸는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 와이어 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스페이서는 전력유닛에 나선형으로 횡권되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 도체의 절연층 외면 또는 냉각튜브 내면에 일체로 형성되는 적어도 하나의 돌기인 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력유닛과 함께 적어도 하나의 접지유닛 및 적어도 하나의 통신유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각튜브 및 상기 스페이서 중 적어도 하나는 테프론 계열 또는 우레탄 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력유닛은 한 쌍이 구비되고, 상기 전력유닛의 냉각튜브 내를 유동하는 냉각 유체는 한 쌍의 전력유닛 중 어느 하나의 전력유닛을 구성하는 냉각튜브를 통해 충전용 케이블의 단부에 장착되는 충전기 커넥터 방향으로 공급되고, 상기 충전기 커넥터 근방에서 다른 하나의 전력유닛을 구성하는 냉각튜브를 통해 회수되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  8. 제7항에 있어서,
    한 쌍의 상기 전력유닛의 냉각 튜브는 상기 충전기 커넥터 근방의 대응 위치에 유체 순환홀이 형성되고, 각각의 상기 유체 순환홀을 연결하는 유체 브리지를 통해 상기 냉각 유체가 회수되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유체 브리지는 한 쌍의 전력유닛의 냉각 튜브가 관통되어 수용되는 평행한 관통부와 상기 유체 순환홀이 상호 연통되도록 상기 관통부를 연결하는 연결부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도체는 상기 전기차 충전용 케이블의 단부에 연결된 충전기 커넥터의 도체부에 삽입되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  11. 전기차 충전기 본체와 전기차 충전을 위한 커넥터를 연결하는 전기차 충전용 케이블에 있어서,
    절연층이 구비된 도체, 상기 절연층이 구비된 도체가 수용되며 상기 도체의 통전에 따른 발열을 냉각하기 위한 냉각 유체가 미리 결정된 방향으로 유동하는 냉각튜브 및 상기 도체가 상기 냉각튜브 내부에 수용된 상태에서 상기 도체의 절연층과 상기 냉각튜브의 내면의 접촉을 방지함과 동시에 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로를 형성하기 위하여 상기 도체에 구비된 절연층과 상기 냉각튜브 내면 사이에 구비되는 스페이서를 포함하는 적어도 하나의 전력유닛; 및,
    상기 전력유닛을 감싸는 외부자켓;을 포함하며,
    상기 전력유닛의 스페이서는 와이어 형태로 구성되고, 상기 도체를 감싸는 절연층의 외주면을 따라 나선형으로 횡권되고,
    상기 절연층은 상기 도체가 냉각 유체에 노출되지 않도록 상기 도체를 빈틈없이 감싸며,
    상기 냉각튜브 및 상기 스페이서 중 적어도 하나는 테프론 계열 또는 우레탄 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
  12. 전기차 충전기 본체와 전기차 충전을 위한 커넥터를 연결하는 전기차 충전용 케이블에 있어서,
    절연층이 구비된 도체, 상기 절연층이 구비된 도체가 수용되며 상기 도체의 통전에 따른 발열을 냉각하기 위한 냉각 유체가 미리 결정된 방향으로 유동하는 냉각튜브 및 상기 도체가 상기 냉각튜브 내부에 수용된 상태에서 상기 도체의 절연층과 상기 냉각튜브의 내면의 접촉을 방지함과 동시에 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로를 형성하기 위하여 상기 도체에 구비된 절연층과 상기 냉각튜브 내면 사이에 구비되는 스페이서를 포함하는 한 쌍의 전력유닛; 및,
    상기 전력유닛을 감싸는 외부자켓;을 포함하며,
    상기 전력유닛의 스페이서는 와이어 형태로 구성되고, 상기 도체를 감싸는 절연층의 외주면을 따라 나선형으로 횡권되고,
    상기 절연층은 상기 도체가 냉각 유체에 노출되지 않도록 상기 도체를 빈틈없이 감싸며,
    상기 전력유닛의 냉각튜브 내를 유동하는 냉각 유체는 한 쌍의 전력유닛 중 어느 하나의 전력유닛을 구성하는 냉각튜브를 통해 충전용 케이블의 단부에 장착되는 충전기 커넥터 방향으로 공급되고, 상기 충전기 커넥터 근방에서 다른 하나의 전력유닛을 구성하는 냉각튜브를 통해 회수되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 케이블.
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