KR20220011860A - 온도센싱 신뢰도를 높인 파워릴레이 어셈블리 및 이에 사용되는 온도센서 설치 장치 및 방법 - Google Patents

온도센싱 신뢰도를 높인 파워릴레이 어셈블리 및 이에 사용되는 온도센서 설치 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파워릴레이 어셈블리에 대한 온도측정의 신뢰성과 응답성을 높이기 위한 새로운 온도센서 설치 방식을 제안한다. 온도센서 설치장치(100)는 대략 직육면체의 본체하우징(110a, 110b)으로 이루어진다. 본체하우징(110b)의 상부에 온도센서(40)의 형상을 음각한 형상으로 온도센서삽입홈(120)이 형성된다. 이 온도센서삽입홈(120)에는 온도센서(40)가 온도센싱면(45)이 위로 가도록 뒤집힌 상태로 삽입된다. 다른 쪽 본체하우징(110a)의 상부에는, 온도센서 장착용 하드웨어인 너트(60)가 삽입 또는 매립되는 너트삽입홈(130)이 형성되어 있다. 여기서 너트(60)는 온도센서장착 볼트(35)와 결합되는 하드웨어이다. 본체하우징(110a, 110b)의 전체, 또는 적어도 일부분은 그 내부가 비어 있는 챔버 구조로 형성된다.

Description

온도센싱 신뢰도를 높인 파워릴레이 어셈블리 및 이에 사용되는 온도센서 설치 장치 및 방법 {Temperature senser mounting apparatus and method for power relay assembly}
본 발명은 전동화 차량의 에너지 저장 및 공급의 역할을 담당하는 배터리시스템의 전원장치인 파워릴레이 어셈블리(PRA, power relay assembly)에 관한 것으로, 구체적으로는 파워릴레이 어셈블리의 온도 측정용 센서를 설치하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
전동화 차량의 에너지 저장 및 공급 역할을 하는 배터리시스템의 전원장치인 파워릴레이 어셈블리는 배터리시스템 내의 핵심 부품이자 열 관리가 꼭 필요한 요소이다. 배터리시스템 내의 가장 큰 온도가 파워릴레이 어셈블리에서(특히, 릴레이 접점부에서) 발생하는데, 이 온도를 측정하기 위해 써미스터 온도센서를 버스바 위에 부착하여 온도를 측정한다. 배터리제어기(BMU)는 이 측정된 온도 정보를 받아 배터리 전원을 차단하는 기능을 수행한다.
도 1은 버스바 위에 외팔보 형태로 온도센서를 체결하여 온도를 센싱하는 종래 방식을 나타낸다. 파워릴레이 어셈블리의 발열면(10)에 버스바체결 볼트(30)로 버스바(20)를 체결하고, 온도센서(40)와 연결된 온도센서장착 링(50)을 버스바(20)에 올려 놓고 온도센서장착 볼트(35)를 이용하여 온도센서장착 링(50)을 버스바(20)에 체결하여 온도센서(40)를 장착한다. 온도센서장착 볼트(35)가 버스바(20)에 체결될 수 있도록 버스바(20)의 대응 위치에는 너트(도시하지 않음)를 클린칭 공법으로 부착한다.
그러나 이러한 종래 방식은 태생적으로 다음과 같은 문제점을 갖는다.
첫째, 온도센서는 기본적으로 온도센서 바닥부의 센싱면(45)에서 온도 측정을 하는데, PRA(파워릴레이 어셈블리)에서는 실제로 이 센싱면(45)의 위치 이외의 곳에서 열이 발생하므로 온도측정의 반응속도가 떨어지고 측정하고자 하는 온도보다 더 낮은 값을 온도센서가 측정하게 된다.
둘째, 온도센서를 장착하기 위한 하드웨어인 온도센서장착 링(50)을 버스바(20)에 체결하기 위해 또다른 하드웨어인 온도센서장착 볼트(35)를 죄는 압력이 가해질 때 이 압력의 반작용으로 온도센싱면(45)이 버스바(20)의 표면으로부터 들뜨게 된다(도 1의 화살표 참조). 이로 인해 측정값의 신뢰도와 반응속도가 떨어지며 제품의 품질관리가 어렵게 된다.
상기 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 파워릴레이 어셈블리에 대한 온도측정의 신뢰성과 응답성을 높이기 위한 새로운 온도센서 설치 방식을 제안하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 파워릴레이 어셈블리(PRA)의 버스바 온도센싱의 신뢰도를 높이고 작업성을 향상시키기 위해 온도센서를 버스바에 설치하기 위한 온도센서 설치 장치 및 방법이 제공된다.
온도센서 설치장치에는 온도센서를 지지하는 본체하우징이 포함된다. 본체하우징에 온도센서를 삽입하고, 이 본체하우징을 버스바에 장착한다.
상기 본체하우징은 열방출을 최소화시킬 수 있는 챔버 구조로 형성될 수 있다.
그리고 온도센서장착 볼트가 체결되는 너트가 상기 본체하우징에 압입, 인서트, 또는 접착 방식으로 삽입 또는 매립될 수 있다.
이상에서 소개한 본 발명의 구성 및 작용은 이후에 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
1) 온도측정 응답성 향상: 챔버와 유사한 구조의 본체하우징을 통해 열방출을 최소화시켜 온도측정 응답성을 향상시킨다.
2) 온도측정 신뢰성 향상: 챔버와 유사한 구조를 통해 측정하고자 하는 온도의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 또한 센서의 구조적 한계인 장착시 및 사용시 들뜸을 억제함으로 품질편차를 줄이고 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
3) 구조 안정성 향상: 챔버 구조에 의하여 온도센서 장착링의 체결시 토크로 인해 발생하는 회전이 방지된다. 또한 기존의 버스바에 클린칭된 너트보다 안정적인 체결력을 제공하며, 작업자에게 편의성 향상의 기능도 제공한다.
4) 원가절감: 버스바에 너트를 부착하기 위해 클린칭 공법을 사용하는데, 본 발명에 의하여 케이스 본체하우징에 너트를 인서트 공법으로 부착하는 것으로 변경됨으로써 원가절감 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 온도센서 장착 구조도
도 2는 본 발명의 개념 설명도
도 3은 도 2의 온도센서 설치장치(100)를 버스바에 장착하기 전의 모습
도 4는 도 2와 도 3에 나타낸 개념을 구체화한 온도센서 설치장치(100)의 분해사시도
도 5는 버스바(20)에 온도센서 설치장치(100)를 장착하는 모습
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 이하 첨부된 도면과 함께 상세하게 기술된 바람직한 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에 기술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 실시예는 단지 본 발명을 완전하게 개시하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명은 청구항의 기재 내용에 의해 정의되는 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한 명세서에 사용된 '포함한다(comprise, comprising 등)'라는 용어는 언급된 구성요소, 단계, 동작, 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용된 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 실시예의 설명에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 개념 설명도로, 파워릴레이 어셈블리(PRA)의 온도센서 설치장치(100)를 이용하여 버스바(20)의 하면에 온도센서(40)를 장착한 모습을 나타낸다.
별도의 온도센서 설치장치(100)에 온도센서(40)를 삽입한 상태에서 온도센서 설치장치(100)를, 파워릴레이 어셈블리에 버스바체결 볼트(30)로 체결된 버스바(20)의 아래면에 온도센서장착 볼트(35)로 장착한다. 온도센서 설치장치(100)에는 온도센서장착 볼트(35)가 체결되는 너트(후술함)가 인서트몰드 방식으로 삽입되어 있어서, 종래처럼 버스바(20)에 너트를 클린칭하지 않아도 된다.
도 3은 버스바(20)에 온도센서 설치장치(100)를 장착하기 전의 모습으로, 버스바(20)에 장착되는 온도센서 설치장치(100)와 온도센서(40)의 관계를 설명하기 위한 것이다.
온도센서 설치장치(100)의 상부 공간에 온도센서(40)를 센싱면(45)이 위로 가도록 삽입하고 이 온도센서 설치장치(100)를 버스바(20)의 아래 면에 대고 본체하우징 상부에 삽입된 너트(60)에 온도센서장착 볼트(35)를 체결한다.
도 4는 도 2와 도 3에 나타낸 개념을 구체화한 실시예에 따른 온도센서 설치장치(100)의 분해사시도이고, 도 5는 이 온도센서 설치장치(100)에 온도센서를 조립하여 버스바(20)에 온도센서장착 볼트(35)로 장착하는 모습을 나타낸다.
도 4에서, 온도센서 설치장치(100)는 대략 직육면체의 본체하우징(110a, 110b)으로 이루어진다. 폭이 넓은 본체하우징(110a)과 상대적으로 폭이 좁은 본체하우징(110b)으로 이루어지지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전체적으로 하나의 통자 본체하우징으로 전체 몸체를 구성하는 것도 가능하다.
본체하우징(110b)의 상부에 온도센서(40)의 형상을 음각한 형상으로 온도센서삽입홈(120)이 형성된다. 이 온도센서삽입홈(120)에는 온도센서(40)가 온도센싱면(45)이 위로 가도록 뒤집힌 상태로 삽입된다.
다른 쪽 본체하우징(110a)의 상부에는, 온도센서 장착용 하드웨어인 너트(60)가 삽입 또는 매립되는 너트삽입홈(130)이 형성되어 있다. 여기서 너트(60)는 온도센서장착 볼트(35)와 결합되는 하드웨어이다. 도 4에서 너트삽입홈(120)이 사각형이고 너트(60)의 하단부도 이에 맞는 사각형인 것을 예시하였지만, 이에 한정되는 것이 아님은 당업자에게 자명하다.
너트(60)를 너트삽입홈(130)에 삽입하는 방식으로 압입, 접착, 인서트몰드 또는 인서트 사출 등의 방식을 이용할 수 있다. 일례로, 본 온도센서 설치장치(100)를 제조하기 위해 본체하우징(110b)을 제작한 후에 너트삽입홈(130)에 너트(60)를 압입하거나 접착할 수 있고, 다른 예로, 본체하우징(110b)의 제작 공정 중에 인서트몰드나 인서트사출 등의 방식으로 너트(60)를 일체 형성할 수 잇다.
본체하우징(110a, 110b)의 전체, 또는 적어도 일부분은 그 내부가 비어 있는 챔버 구조로 형성된다. 이로써 파워릴레이 어셈블리의 발열부(온도센서로 온도를 측정할 대상부위)로부터 본체하우징으로의 열전달이 최소화되어 파워릴레이 어셈블리에서 발생하는 열이 충실하게 온도센서로 전달될 수 있다.
도 4와 같은 구조의 온도센서 설치장치(100)에 온도센서(40)를 조립하여 버스바(20)에 온도센서장착 볼트(35)로 장착하는 모습을 도 5를 참조하여 설명한다.
너트(60)가 삽입된 본체하우징(110a, 110b)의 하우징 삽입홈(120)에 온도센서(40)의 센싱면(45)이 위로 가도록 삽입한 것을 버스바(20)의 아래 면에 대고 위에서 온도센서장착 볼트(35)로 너트(60)에 체결하여 온도센서(40)를 설치한다. 이러한 온도센서 설치 구조에 의하여 온도센서의 버스바 이외의 노출 면적이 최소화된다. 그리고 온도센서장착 볼트(35)가 체결되는 너트(60)를 본체하우징(110a, 110b)에 압입, 접착, 또는 인서트할 수 있기 때문에, 버스바(20)에 클린치 클린칭 공법을 사용하여 부착하는 종래 방식에 비해 원가절감 효과를 기대할 수 있다.
온도센서(40)의 센싱면(45)과 버스바(20)의 아래 면과의 밀착도를 높이기 위하여 온도센서삽입홈(120)의 깊이를 온도센서(40)의 높이보다 작게 하여서 온도센서(40)를 삽입한 후에 센싱면(45)이 본체하우징(110b)의 상면 높이보다 h만큼 올라오도록 설계하였다. 이에 따라 너트(60)도 해당 본체하우징(110a)의 상면 높이보다 대략 h만큼 올라오도록 삽입되어 있다. h는 임의적이지만, 일 실시형태에 따르면 약 2mm이다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다. 또한 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술한 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 파워릴레이 어셈블리의 온도를 측정하기 위하여 파워릴레이 어셈블리의 발열면에 부착된 버스바의 아래면에 부착되는 온도센서 설치장치로서,
    상기 온도센서 설치장치는
    본체하우징;
    상기 본체하우징의 상부에 온도센서의 형상을 음각한 형상으로 형성된 온도센서삽입홈 - 온도센서삽입홈에 온도센서가 온도센싱면이 위로 가도록 뒤집힌 상태로 삽입됨; 및
    상기 본체하우징의 상부에 너트가 삽입되는 너트삽입홈 - 너트에 온도센서장착용 볼트가 체결됨 - 을 포함하는, 파워릴레이 어셈블리의 온도센서 설치장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 너트는 상기 본체하우징의 너트삽입홈에 압입, 인서트, 접착 중 하나의 방식에 의해 삽입되는 것을 특징으로 하는 파워릴레이 어셈블리의 온도센서 설치장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 본체하우징의 적어도 일부분은 내부가 비어 있는 챔버 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 파워릴레이 어셈블리의 온도센서 설치장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 본체하우징의 온도센서삽입홈의 깊이는 온도센서의 높이보다 작아서, 온도센서를 온도센서삽입홈에 삽입한 후에 온도센서의 센싱면이 본체하우징의 상면 높이보다 위로 올라오는 것을 특징으로 하는 파워릴레이 어셈블리의 온도센서 설치장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 본체하우징의 너트삽입홈의 깊이는 너트의 높이보다 작아서, 너트를 너트삽입홈에 삽입한 후에 너트의 표면이 본체하우징의 상면 높이보다 위로 올라오는 것을 특징으로 하는 파워릴레이 어셈블리의 온도센서 설치장치.
  6. 파워릴레이 어셈블리의 온도를 측정하기 위하여 파워릴레이 어셈블리의 발열면에 온도센서를 설치하는 방법으로서,
    파워릴레이 어셈블리의 발열면에 버스바를 부착하는 단계;
    온도센서의 온도센싱면을 버스바의 아래면에 접촉시키는 단계; 및
    상기 버스바의 아래면에 온도센싱면이 접촉된 온도센서를 상기 버스바에 볼트로 체결하여 고정하는 단계를 포함하는 파워릴레이 어셈블리의 온도센서 설치방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 온도센서의 온도센싱면을 버스바의 아래면에 접촉시키는 단계; 및 상기 버스바의 아래면에 온도센싱면이 접촉된 온도센서를 상기 버스바에 볼트로 체결하여 고정하는 단계는,
    본체하우징; 상기 본체하우징의 상부에 온도센서의 형상을 음각한 형상으로 형성된 온도센서삽입홈 - 온도센서삽입홈에 온도센서가 온도센싱면이 위로 가도록 뒤집힌 상태로 삽입됨; 및 상기 본체하우징의 상부에 너트가 삽입되는 너트삽입홈 - 너트에 온도센서장착용 볼트가 체결됨 - 을 포함하는 온도센서 설치장치를 이용하여 수행되는 파워릴레이 어셈블리의 온도센서 설치방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 온도센서 설치장치의 너트는 너트삽입홈에 압입, 인서트, 접착 중 하나의 방식에 의해 삽입되는 것을 특징으로 하는 파워릴레이 어셈블리의 온도센서 설치방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 온도센서 설치장치의 본체하우징의 적어도 일부분은 내부가 비어 있는 챔버 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 파워릴레이 어셈블리의 온도센서 설치방법.
  10. 온도센서가 설치된 파워릴레이 어셈블리에 있어서,
    파워릴레이 어셈블리의 발열면에 부착된 버스바;
    상기 버스바의 아래면에 부착된 온도센서 설치장치; 및
    상기 온도센서 설치장치에 삽입되어 상기 버스바의 아래면에 접촉되는 온도센서를 포함하되,
    상기 온도센서는 온도센싱면이 위로 가도록 상기 온도센서 설치장치에 삽입되고, 상기 버스바는 상기 온도센서 설치장치에 있는 너트에 온도센서 장착용 볼트가 체결되어 파워릴레이 어셈블리의 발열면에 부착되는 것을 특징으로 하는 파워릴레이 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서, 상기 온도센서 설치장치는
    본체하우징;
    상기 본체하우징의 상부에 온도센서의 형상을 음각한 형상으로 형성된 온도센서삽입홈 - 온도센서삽입홈에 온도센서가 온도센싱면이 위로 가도록 뒤집힌 상태로 삽입됨; 및
    상기 본체하우징의 상부에 너트가 삽입되는 너트삽입홈 - 너트에 온도센서장착용 볼트가 체결됨 - 을 포함하는 파워릴레이 어셈블리.
  12. 제10항에 있어서, 상기 온도센서 설치장치의 너트는 너트삽입홈에 압입, 인서트, 접착 중 하나의 방식에 의해 삽입되는 것을 특징으로 하는 파워릴레이 어셈블리.
  13. 제10항에 있어서, 상기 온도센서 설치장치의 본체하우징의 적어도 일부분은 내부가 비어 있는 챔버 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 파워릴레이 어셈블리.
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