KR20210033596A - 차량 구동용 인버터의 냉각구조 및 그의 제어시스템 - Google Patents

차량 구동용 인버터의 냉각구조 및 그의 제어시스템 Download PDF

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Abstract

차량 구동용 인버터의 내부에 위치된 스위칭소자; 스위칭소자와 열교환 가능하게 연결된 방열핀; 내부에 방열핀과 열교환 가능하게 연결된 냉각수가 유동되는 냉각유로; 및 스위칭소자와 열교환 가능하게 연결되어 스위칭소자의 발열에 의해 가열되거나 스위칭소자와 함께 냉각되는 보조냉각모듈;을 포함하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조가 소개된다.

Description

차량 구동용 인버터의 냉각구조 및 그의 제어시스템{COOLING STRUCTURE OF VEHICLE DRIVE INVERTER AND CONTROL SYSTEM OF THE SAME}
본 발명은 차량 구동용 인버터에 포함된 스위칭소자의 발열 특성을 반영한 인버터의 냉각구조 및 그의 제어시스템에 관한 것이다.
최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기차량이다. 전기차량은 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동한다. 따라서, 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 차량으로 각광받고 있다.
이러한 전기차량(EV) 또는 연료전지 차량(FCEV)은 차량의 구동을 위하여 모터를 이용하고, 모터에는 인버터(Inverter)가 요구된다. 인버터의 발열량은 엔진보다 적으나, 인버터 내부의 스위칭소자(예를 들어, IGBT)는 열용량(C = c·m)이 작은 점에서 온도 변화가 상대적으로 큰 발열 특성을 갖는다.
그러나 종래의 인버터 냉각구조는 엔진의 냉각구조와 유사하게 인버터를 냉각하는 냉각수의 온도 및 유량의 제어를 이용하였다. 이러한 냉각 구조는 엔진과 같이 상대적으로 느린 발열 특성에는 적합하지만, 인버터와 같이 즉각적인 발열 특성에 대응하기에는 부족한 문제가 있었다.
도 1은 종래의 인버터 냉각구조에 따른 스위칭소자의 온도 변화를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 모터의 부하가 증가됨에 따른 스위칭소자의 발열이 시작되고 매우 짧은 시간 이내에 스위칭소자의 온도가 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
종래의 인버터 냉각구조에 따르면, 냉각수의 온도 또는 유량의 대응 제어는 반응이 느린 문제가 있어, 인버터의 스위칭소자가 이미 고온에 도달한 이후에 냉각수의 온도 또는 유량이 증대되었다. 이에 따라, 모터의 부하 가변시 스위칭소자가 고온에 빈번하게 노출되는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1841284 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 인버터에 포함된 스위칭소자의 발열에 따른 온도 변화를 감소시키는 차량 구동용 인버터의 냉각구조 및 그의 제어시스템을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조는 차량 구동용 인버터의 내부에 위치된 스위칭소자; 스위칭소자와 열교환 가능하게 연결된 방열핀; 내부에 방열핀과 열교환 가능하게 연결된 냉각수가 유동되는 냉각유로; 및 스위칭소자와 열교환 가능하게 연결되어 스위칭소자의 발열에 의해 가열되거나 스위칭소자와 함께 냉각되는 보조냉각모듈;을 포함한다.
스위칭소자는 일면에서 방열핀과 접촉되고, 타면에서 보조냉각모듈과 접촉될 수 있다.
보조냉각모듈은 스위칭소자를 감싸는 형상으로 형성되고, 방열핀과 열교환 가능하게 연결될 수 있다.
보조냉각모듈은 인버터 케이스이고, 스위칭소자는 인버터 케이스와의 사이에 위치된 제1열전도체를 통하여 인버터 케이스와 열교환될 수 있다.
제1열전도체는 일측에서 스위칭소자와 면접촉되고, 타측에서 인버터 케이스와 면접촉될 수 있다.
보조냉각모듈의 내부에는 상태 변환 온도가 스위칭소자의 허용 온도 범위 이내에 포함된 냉매가 포함될 수 있다.
냉매의 상태 변환 온도는 냉매의 비등점이고, 냉매는 스위칭소자의 발열에 의해 기화되면서 스위칭소자를 냉각시킬 수 있다.
냉매의 용량은 상태 변환시 냉매의 잠열, 스위칭소자의 최대발열량 및 냉각 대응 시간을 기반으로 산출된 최소 용량 이상 포함될 수 있다.
보조냉각모듈은 제2열전도체를 통하여 냉각유로의 냉각수와 열교환 가능하게 연결될 수 있다.
제2열전도체는 일단이 보조냉각모듈에 연결되고, 타단이 냉각유로의 냉각수에 연결되며, 제2열전도체의 타단은 냉각유로의 유동 방향을 기준으로 방열판의 하류 지점에 위치될 수 있다.
보조냉각모듈의 내부에는 비등점이 스위칭소자의 허용 온도 범위 이내에 포함된 냉매가 포함되고, 제2열전도체는 일단이 보조냉각모듈에 연결되고, 타단이 냉각유로의 냉각수에 연결되며, 제2열전도체의 일단은 보조냉각모듈의 상부에 연결될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조의 제어시스템은 냉각유로에 구비되고, 구동됨에 따라 냉각유로 내부의 냉각수를 순환시키는 순환펌프; 냉각유로에 구비되고, 냉각유로 내부의 냉각수를 외기와 열교환시키는 열교환기; 회전됨에 따라 열교환기 주변의 외기를 유동시키는 냉각팬; 및 운전자로부터 모터의 구동을 제어하기 위하여 입력 받은 입력신호를 기반으로 순환펌프 또는 냉각팬의 회전속도를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조의 제어시스템은 냉각유로에 구비되고, 구동됨에 따라 냉각유로 내부의 냉각수를 순환시키는 순환펌프; 냉각유로에 구비되고, 냉각유로 내부의 냉각수를 외기와 열교환시키는 열교환기; 회전됨에 따라 열교환기 주변의 외기를 유동시키는 냉각팬; 및 보조냉각모듈의 내부 압력을 기반으로 순환펌프 또는 냉각팬의 회전속도를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 차량 구동용 인버터의 냉각구조 및 그의 제어시스템에 따르면, 인버터에 포함된 스위칭소자의 열용량이 증대되는 효과를 갖는다.
이에 따라, 스위칭소자의 급격한 온도 변화를 방지함으로써 스위칭소자의 내구성이 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 스위칭소자의 발열을 미리 감지하여 신속하게 인버터의 냉각에 반영하도록 제어하는 효과를 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 스위칭소자의 온도 변화를 도시한 것이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조에 포함된 스위칭소자의 온도 변화를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조의 제어시스템의 구성도이다.
도 7 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프 및 냉각팬의 회전속도 맵을 도시한 것이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
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 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2 내지 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조를 도시한 구성도이다.
도 2 내지 4를 참조하면, 차량 구동용 인버터의 내부에 위치된 스위칭소자(10); 스위칭소자(10)와 열교환 가능하게 연결된 방열핀(20); 내부에 방열핀(20)과 열교환 가능하게 연결된 냉각수가 유동되는 냉각유로(30); 및 스위칭소자(10)와 열교환 가능하게 연결되어 스위칭소자(10)의 발열에 의해 가열되거나 스위칭소자(10)와 함께 냉각되는 보조냉각모듈(40);을 포함한다.
스위칭소자(10)는 인버터 내부에 위치된 부품으로, 트랜지스터(Transistor) 또는 사이리스터 등의 반도체 부품일 수 있다. 일 실시예로, 스위칭소자(10)는 MOSFET 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)일 수 있다.
방열핀(20)은 스위칭소자(10)와 열교환 가능하게 연결될 수 있다. 방열핀(20)은 스위칭소자(10)와 접촉되어 전도 등을 통하여 직접 열교환 가능하게 연결되거나, 별도의 매개체를 이용하여 간접적으로 열교환 가능하게 연결될 수도 있다.
냉각유로(30)의 내부에는 냉각수가 유동되고, 방열핀(20)은 전체가 냉각유로(30) 내부에 위치되거나, 방열핀(20)의 일부만이 냉각수에 노출되도록 냉각유로(30)에 삽입될 수 있다.
보조냉각모듈(40)은 스위칭소자(10)와 열교환 가능하게 연결될 수 있다. 특히, 보조냉각모듈(40)은 스위칭소자(10)의 발열에 의해 가열되거나, 스위칭소자(10)와 함께 냉각될 수 있다. 후술하는 실시예와 같이 보조냉각모듈(40)은 스위칭소자(10)와 일체로 결합되거나, 별도의 수단에 의해 간접적으로 연결될 수 있다.
스위칭소자(10)와 열교환 가능하게 결합된 보조냉각모듈(40)에 의해 스위칭소자(10)의 열용량이 증대되고, 이에 따라 발열에 의한 온도 상승이 지연되는 효과를 갖는다.
일 실시예로 도 2에 도시한 것과 같이, 보조냉각모듈(40)은 스위칭소자(10)를 감싸는 형상으로 형성되고, 방열핀(20)과 열교환 가능하게 연결될 수 있다.
보조냉각모듈(40)은 단순히 열용량이 큰 Mass일 수 있다. 보조냉각모듈(40)의 열용량은 스위칭소자(10)보다 클 수 있다. 보조냉각모듈(40)은 스위칭소자(10) 뿐만 아니라 방열핀(20)과도 열교환 가능하게 연결될 수 있다. 이에 따라, 스위칭소자(10)의 발열에 의해 가열된 보조냉각모듈(40)은 방열핀(20)에 의해 냉각될 수 있다.
다른 실시예로 도 3 내지 4에 도시한 것과 같이, 스위칭소자(10)는 일면에서 방열핀(20)과 접촉되고, 타면에서 보조냉각모듈(40)과 접촉될 수 있다. 스위칭소자(10)는 방열핀(20)과 직접적으로 접촉되어 전도를 통해 열교환될 수 있고, 방열핀(20)과 결합된 반대 측에서 보조냉각모듈(40)과 직접적으로 접촉되어 전도를 통해 열교환될 수 있다.
보조냉각모듈(40)은 방열핀(20)과는 직접 연결되지 않고, 보조냉각모듈(40)을 냉각하는 별도의 수단을 포함하거나, 스위칭소자(10)를 통하여 간접적으로 냉각되거나, 또는 주위의 외기에 의해 냉각될 수 있다.
특히 도 3에 도시한 것과 같이, 보조냉각모듈(40)은 인버터 케이스(40)이고, 스위칭소자(10)는 인버터 케이스(40)와의 사이에 위치된 제1열전도체(41)를 통하여 인버터 케이스와 열교환될 수 있다.
인버터 케이스(40)는 스위칭소자(10) 및 보조냉각모듈(40)을 외부에서 감싸는 구성일 수 있다. 제1열전도체(41)는 열전달율이 상대적으로 높은 소재(예를 들어, 구리 등의 금속)로 제작될 수 있다.
제1열전도체(41)는 일측에서 스위칭소자(10)와 면접촉되고, 타측에서 인버터 케이스와 면접촉될 수 있다. 제1열전도체(41)는 스위칭소자(10) 및 인버터 케이스와 각각 면접촉함으로써 열전도율이 향상될 수 있다.
다른 실시예로 도 4에 도시한 것과 같이, 보조냉각모듈(40)의 내부에는 상태 변환 온도가 스위칭소자(10)의 허용 온도 범위 이내에 포함된 냉매가 포함될 수 있다.
여기서, 냉매는 상태 변환에 의한 잠열을 이용하는 2 Phase 냉매일 수 있다. 즉, 냉매의 상태 변환 온도가 스위칭소자(10)의 허용 온도 범위 이내일 수 있다.
스위칭소자(10)의 허용 온도 범위는 스위칭소자(10)가 노출됨에 따라 내구성이 급격하게 악화되는 상한온도(예를 들어, 140℃) 이하의 범위로 기설정될 수 있다. 일 실시예로, 냉매의 상태 변환 온도는 약 80℃일 수 있다.
냉매의 상태 변환 온도는 냉매의 비등점이고, 냉매는 스위칭소자(10)의 발열에 의해 기화되면서 스위칭소자(10)를 냉각시킬 수 있다.
즉, 냉매는 비등점(끓는점)이 스위칭소자(10)의 허용 온도 범위 이내인 것이고, 이에 따라 스위칭소자(10)가 허용 온도 범위 이내에서 가열되면 기화되면서 잠열을 통하여 스위칭소자(10)를 냉각시킬 수 있다.
냉매의 용량은 상태 변환시 냉매의 잠열, 스위칭소자(10)의 최대발열량 및 냉각 대응 시간을 기반으로 산출된 최소 용량 이상 포함될 수 있다.
예를 들어, 냉매의 요구열량은 스위칭소자(10)의 최대발열량과 냉각 대응 시간의 곱으로 산출할 수 있고, 냉매의 최소 용량은 냉매의 요구열량에서 냉매의 잠열(단위 질량당 잠열)을 제산하여 산출할 수 있다.
여기서, 냉각 대응 시간은 스위칭소자(10)의 발열에 따른 냉각유로(30)를 통한 냉각 제어의 응답성을 고려하여 기설정될 수 있다. 즉, 냉각 대응 시간은 스위칭소자(10)의 발열이 가변된 시점부터 냉각유로(30)를 통한 냉각 제어가 가변되는 시점 사이의 시간으로, 예를 들어 10초로 기설정될 수 있다.
보조냉각모듈(40)은 제2열전도체(42)를 통하여 냉각유로(30)의 냉각수와 열교환 가능하게 연결될 수 있다.
즉, 보조냉각모듈(40)은 제2열전도체(42)를 통하여 냉각수와 열교환 가능하게 연결됨으로써, 스위칭소자(10)와는 별도로 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.
특히, 제2열전도체(42)는 일단이 보조냉각모듈(40)에 연결되고, 타단이 냉각유로(30)의 냉각수에 연결되며, 제2열전도체(42)의 타단은 냉각유로(30)의 유동 방향을 기준으로 방열핀(20)의 하류 지점에 위치될 수 있다.
제2열전도체(42)의 타단은 방열핀(20)의 냉각에 영향이 최소화되도록 냉각유로(30) 내부의 냉각수 유동 방향을 기준으로 방열핀(20)보다 하류 지점에 위치되도록 연결될 수 있다. 제2열전도체(42)의 타단에는 냉각유로(30) 내부의 냉각수와 접촉되는 면적이 확장되도록 형성된 냉각핀(43)이 형성될 수 있다.
또한, 보조냉각모듈(40)의 내부에는 비등점이 스위칭소자(10)의 허용 온도 범위 이내에 포함된 냉매가 포함되고, 제2열전도체(42)는 일단이 보조냉각모듈(40)에 연결되고, 타단이 냉각유로(30)의 냉각수에 연결되며, 제2열전도체(42)의 일단은 보조냉각모듈(40)의 상부에 연결될 수 있다.
제2열전도체(42)의 타단에 의해 냉각된 일단은 보조냉각모듈(40)의 상부에 연결되어 보조냉각모듈(40)의 상부를 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 보조냉각모듈(40)의 내부에서 기화되어 상부에 위치된 기체 상태의 냉매를 응축시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조에 포함된 스위칭소자(10)의 온도 변화를 도시한 것이다.
도 5를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조에 따르면 스위칭소자(10)의 온도 변화가 지연됨과 동시에 온도 변화량이 감소되는 효과를 갖는다.
특히, 종래 기술에 따른 스위칭소자(10)의 온도 변화(점선)과 비교할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조에 따른 스위칭소자(10)의 온도 변화(실선)은 온도 변화량(△T)의 크기가 감소됨에 따라 스위칭소자(10)의 최대 온도(Tmax)가 감소되고, 스위칭소자(10)의 온도 증가율이 감소되어 스위칭소자(10)의 최대 온도까지 도달하는 시간(△t)이 증대되는 효과를 갖는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조의 제어시스템의 구성도이고, 도 7 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프(50) 및 냉각팬(61)의 회전속도 맵을 도시한 것이다.
도 6 내지 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 구동용 인버터의 냉각구조의 제어시스템은 냉각유로(30)에 구비되고, 구동됨에 따라 냉각유로(30) 내부의 냉각수를 순환시키는 순환펌프(50); 냉각유로(30)에 구비되고, 냉각유로(30) 내부의 냉각수를 외기와 열교환시키는 열교환기(60); 회전됨에 따라 열교환기(60) 주변의 외기를 유동시키는 냉각팬(61); 및 운전자로부터 모터의 구동을 제어하기 위하여 입력 받은 입력신호를 기반으로 순환펌프(50) 또는 냉각팬(61)의 회전속도를 제어하는 제어기(70);를 더 포함한다.
입력신호는 운전자로부터 입력 받은 신호일 수 있다. 일 실시예로, 운전자가 조작하는 가속페달(90)의 답입량일 수 있다. 제어기(70)는 가속페달(90)에서 입력받은 가속페달(90)의 답입량(APS)을 기반으로 순환펌프(50) 또는 냉각팬(61)의 회전속도를 제어할 수 있다.
도 7을 더 참고하면, 일 실시예로 모터의 부하(또는 가속페달(90)의 답입량)은 스위칭소자(10)의 냉각요구량과 비례할 수 있다. 따라서, 순환펌프(50) 또는 냉각팬(61)의 회전속도는 모터의 부하가 증가함에 따라 증가하는 스위칭소자(10)의 냉각요구량을 추종하도록 제어할 수 있다. 다만, 순환펌프(50) 또는 냉각팬(61)의 회전속도는 기설정된 모터의 부하 이하에서는 일정한 값으로 유지되도록 제어할 수 있다.
모터의 부하는 가속페달(90)의 답입량과 비례하는 것으로 가정하고, 순환펌프(50) 또는 냉각팬(61)의 회전속도는 가속페달(90)의 답입량에 직접 비례하도록 제어할 수 있다.
이러한 제어시스템에 따르면, 스위칭소자(10)의 발열을 신속하게 감지하여 대응하도록 제어함으로써 스위칭소자(10)가 고온으로 상승되지 않도록 제어 응답성을 개선하는 효과를 갖는다.
다른 실시예로, 보조냉각모듈(40)의 내부 압력을 기반으로 순환펌프(50) 또는 냉각팬(61)의 회전속도를 제어하는 제어기(70);를 더 포함할 수 있다.
상태 변환 온도가 스위칭소자(10)의 허용 온도 범위 이내에 포함된 냉매가 내부에 포함된 보조냉각모듈(40)에는 내부의 압력을 측정하는 압력센서(80)가 더 포함될 수 있다. 제어기(70)는 압력센서(80)에서 측정한 보조냉각모듈(40)의 내부 압력을 기반으로 순환펌프(50) 또는 냉각팬(61)의 회전속도를 제어할 수 있다.
스위칭소자(10)의 발열에 의해 스위칭소자(10)와 열교환됨에 따라 보조냉각모듈(40)의 내부에서 냉매는 기화되고, 냉매의 증기압이 증가됨에 따라 보조냉각모듈(40) 내부의 압력이 증가될 수 있다.
도 8을 더 참고하면, 보조냉각모듈(40)의 내부 압력이 증가함에 따라 스위칭소자(10)의 냉각요구량이 증가하고, 순환펌프(50) 또는 냉각팬(61)의 회전속도는 냉각요구량을 추종하도록 제어할 수 있다. 다만, 순환펌프(50) 또는 냉각팬(61)의 회전속도는 기설정된 모터의 부하 이하에서는 일정한 값으로 유지되도록 제어할 수 있다.
이러한 제어시스템에 따르면, 기화된 냉매가 신속하게 응축되어 추후에 발생할 수 있는 스위칭소자(10)의 발열에 대비하고, 이에 따라 냉각 제어의 강건성이 향상되는 효과를 갖는다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어기(70)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 스위칭소자 20 : 방열핀
30 : 냉각유로 40 : 보조냉각모듈
50 : 순환펌프 60 : 열교환기
61 : 냉각팬 70 : 제어기
80 : 압력센서 90 : 가속페달

Claims (13)

  1. 차량 구동용 인버터의 내부에 위치된 스위칭소자;
    스위칭소자와 열교환 가능하게 연결된 방열핀;
    내부에 방열핀과 열교환 가능하게 연결된 냉각수가 유동되는 냉각유로; 및
    스위칭소자와 열교환 가능하게 연결되어 스위칭소자의 발열에 의해 가열되거나 스위칭소자와 함께 냉각되는 보조냉각모듈;을 포함하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    스위칭소자는 일면에서 방열핀과 접촉되고, 타면에서 보조냉각모듈과 접촉된 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    보조냉각모듈은 스위칭소자를 감싸는 형상으로 형성되고, 방열핀과 열교환 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    보조냉각모듈은 인버터 케이스이고, 스위칭소자는 인버터 케이스와의 사이에 위치된 제1열전도체를 통하여 인버터 케이스와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    제1열전도체는 일측에서 스위칭소자와 면접촉되고, 타측에서 인버터 케이스와 면접촉되는 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  6. 청구항 1에 있어서,
    보조냉각모듈의 내부에는 상태 변환 온도가 스위칭소자의 허용 온도 범위 이내에 포함된 냉매가 포함된 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  7. 청구항 6에 있어서,
    냉매의 상태 변환 온도는 냉매의 비등점이고, 냉매는 스위칭소자의 발열에 의해 기화되면서 스위칭소자를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  8. 청구항 6에 있어서,
    냉매의 용량은 상태 변환시 냉매의 잠열, 스위칭소자의 최대발열량 및 냉각 대응 시간을 기반으로 산출된 최소 용량 이상 포함된 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  9. 청구항 1에 있어서,
    보조냉각모듈은 제2열전도체를 통하여 냉각유로의 냉각수와 열교환 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제2열전도체는 일단이 보조냉각모듈에 연결되고, 타단이 냉각유로의 냉각수에 연결되며, 제2열전도체의 타단은 냉각유로의 유동 방향을 기준으로 방열핀의 하류 지점에 위치된 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  11. 청구항 9에 있어서,
    보조냉각모듈의 내부에는 비등점이 스위칭소자의 허용 온도 범위 이내에 포함된 냉매가 포함되고,
    제2열전도체는 일단이 보조냉각모듈에 연결되고, 타단이 냉각유로의 냉각수에 연결되며, 제2열전도체의 일단은 보조냉각모듈의 상부에 연결된 것을 특징으로 하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조.
  12. 청구항 1의 차량 구동용 인버터의 냉각구조를 제어하는 시스템으로서,
    냉각유로에 구비되고, 구동됨에 따라 냉각유로 내부의 냉각수를 순환시키는 순환펌프;
    냉각유로에 구비되고, 냉각유로 내부의 냉각수를 외기와 열교환시키는 열교환기;
    회전됨에 따라 열교환기 주변의 외기를 유동시키는 냉각팬; 및
    운전자로부터 모터의 구동을 제어하기 위하여 입력 받은 입력신호를 기반으로 순환펌프 또는 냉각팬의 회전속도를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조의 제어시스템.
  13. 청구항 6의 차량 구동용 인버터의 냉각구조를 제어하는 시스템으로서,
    냉각유로에 구비되고, 구동됨에 따라 냉각유로 내부의 냉각수를 순환시키는 순환펌프;
    냉각유로에 구비되고, 냉각유로 내부의 냉각수를 외기와 열교환시키는 열교환기;
    회전됨에 따라 열교환기 주변의 외기를 유동시키는 냉각팬; 및
    보조냉각모듈의 내부 압력을 기반으로 순환펌프 또는 냉각팬의 회전속도를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 차량 구동용 인버터의 냉각구조의 제어시스템.
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