KR20220062561A

KR20220062561A - 개선된 열 소산을 갖는 전력 변환 시스템 및 배터리 충전기

Info

Publication number: KR20220062561A
Application number: KR1020227011435A
Authority: KR
Inventors: 에두아르드 카스타네다 마네; 제이미 티아고 알메이다 아라우조; 마르티 기메노 오르티
Original assignee: 월 박스 차저스 에스. 엘.
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2022-05-17
Also published as: CN114450866A; EP4035512A1; EP3796765A1; JP2022549613A; WO2021059120A1; US20220361359A1

Abstract

본 발명은 전력 변환기 장치(12), 하우징(14) 및 열 전도성 충전재(16)를 포함하는 전력 변환 시스템(10)에 관한 것이다. 하우징은 전력 변환기 장치(12) 및 열 전도성 충전재(16)를 둘러싸고 있다. 열 전도성 충전재(16)는 전력 변환기 장치(12)를 포위하고, 전력 변환기 장치(12)와 하우징(14)의 내부 표면의 적어도 일부분 사이의 공간을 적어도 부분적으로 채운다. 추가로 본 발명은 이러한 전력 변환 시스템을 포함하는 배터리 충전기에 관한 것이다.

Description

개선된 열 소산을 갖는 전력 변환 시스템 및 배터리 충전기

본 발명은 배터리 충전기 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 내부에서 생성된 열의 개선된 소산을 갖는 배터리 충전기에 관한 것이다.

전력 배터리 기술은 최근 몇 년 동안 매우 빠른 속도로 발전하고 있다. 배터리의 에너지 저장 및 에너지 공급 용량뿐만 아니라 충전 효율성의 큰 개선이 계속해서 증가하는 비용 효율성과 함께 달성되고 있다. 그 결과, 배터리는 많은 산업, 특히 운송에서 보편화되고 있다. 전기차의 등장이 대표적인 예이다.

배터리 기술의 발전과 함께, 배터리 충전기도 함께 발전하고 있다. 전력 배터리의 광범위한 사용은 그에 상응하는 광범위한 배터리 충전기 인프라를 필요로 한다. 배터리 충전기는 크기 감소, 에너지 효율성, 제조 가능성 및 비용 효율성과 관련하여 점점 증가하는 요구 사항을 충족해야 한다.

열 소산은 배터리 충전기에서 주요한 문제이다. 배터리 충전기, 특히 전력 변환기의 내부 전자 부품 및 회로는 과열을 피하기 위해 배터리 충전기 외부로 소산되어야 하는 대량의 열을 생성한다. 기존 배터리 충전기에서 이용되는 가능성은 예를 들어 배터리 충전기 내부에 기류를 생성하는 환풍기에 의한 강제 냉각의 사용이다. 그러나, 강제 냉각을 위한 이러한 수단의 사용은 증가된 유지 보수 비용 및 단축된 유지 보수 시간 간격을 초래한다.

따라서, 배터리 충전기에 대한 기술적인 개선의 여지가 있다.

본 발명은 제조 가능성 및 에너지 효율을 손상시키지 않으면서 우수한 열 소산 특성 및 감소된 유지 보수 비용을 제공하는 배터리를 충전하기 위한 수단, 특히 배터리 충전기용 전력 변환 시스템을 제공하는 문제를 다룬다. 이 문제는 청구항 1에 따른 전력 변환 시스템과 청구항 15에 따른 배터리 충전기에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 종속항에 정의되어 있다.

본 발명의 제1 양태는 전력 변환 시스템에 관한 것이다. 전력 변환 시스템은 전력 변환기 장치를 포함한다. "전력 변환기 장치"는 본 명세서에서 에너지 공급 장치, 특히 전력 공급 장치로부터의 전기 에너지를 부하(load)로의 전기 에너지로, 예를 들어 부하에 전기 에너지를 제공하기 위한 적절한 주파수 및/또는 진폭을 갖는 전압 또는 전류로 변환하도록 구성된 장치를 의미한다. 부하는 전기 배터리 또는 일반적으로 전기 에너지의 공급을 필요로 하는 모든 전기 장치일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전력 변환기 장치는 특히 AC-AC 변환기일 수 있다. 전력 변환기 장치는 제2 코일과 유도 결합된 제1 코일 및 제1 코일 및 제2 코일을 통한 자속 라인을 안내하는 자기 코어를 포함하는 변압기를 포함할 수 있다. 그러나, 전력 변환기 장치는 추가 및/또는 다른 부품을 포함할 수 있다.

전력 변환 시스템은 하우징을 더 포함한다. 하우징은 하우징의 하나 이상의 표면이 전력 변환 시스템의 하나 이상의 외부 표면을 한정할 수 있도록 전력 변환 시스템의 나머지 부품(remaining component)을 수용하고 내부에 둘러싸도록 구성될 수 있다. 하우징은 하부 플레이트, 상부 플레이트, 및 하부 플레이트와 상부 플레이트 사이에서, 특히 하부 플레이트로부터 상부 플레이트까지 연장되는 적어도 하나의 측방향 하우징 벽을 포함하는 상자형 하우징일 수 있다. 하부 플레이트, 상부 플레이트 및 적어도 하나의 측방향 하우징 벽은 실질적으로 평면일 수 있고 전력 변환 시스템의 사용성, 에너지 효율 및 설계 요구 사항을 만족시키기에 적합한 임의의 기하학적 형상을 한정할 수 있다. 적어도 하나의 측방향 벽은 서로에 대해 실질적으로 평행할 수 있고 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 수직일 수 있다. 하부 플레이트는 상부 플레이트에 실질적으로 평행할 수 있다.

하우징은 예를 들어 원형 하부 플레이트, 원형 상부 플레이트, 및 그 사이에서 연장되는 하나의 측방향 하우징 벽을 포함하는 원통형 하우징일 수 있다. 다른 예에서, 하우징은 평행육면체 형상, 특히 직사각형 직육면체(rectangular cuboid) 형상을 가질 수 있고 정사각형 또는 직사각형 하부 플레이트, 대응하는 정사각형 또는 직사각형 상부 플레이트 및 하부 플레이트와 상부 플레이트 사이에서 연장되는 4개의 정사각형 또는 직사각형 측방향 하우징 벽을 포함할 수 있다.

전력 변환 시스템은 전력 변환기 장치를 둘러싸고 전력 변환기 장치와 하우징의 내부 표면의 적어도 일부분 사이의 공간을 적어도 부분적으로 채우는 열 전도성 충전재(thermally conductive filler)를 더 포함한다. "내부 표면"은 본 명세서에서 하우징의 내부를 향하는 하우징의 표면을 나타낸다. 전력 변환기 장치와 열 전도성 충전재는 하우징 내부에 배열되어 하우징의 내부 표면에 의해 둘러싸여 있다. 하우징의 내부 표면은 하부 플레이트, 상부 플레이트 및 적어도 하나의 측방향 하우징 벽의 내부 표면을 포함할 수 있다. "열 전도성"은 본 명세서에서 일반적으로, ca. 0.024 W·m^-1·K^-1로 알려져 있는 공기의 열 전도율보다 더 큰 열 전도율을 갖는 임의의 재료를 나타낼 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 열 전도성 충전재는 0.5 W·m^-1·K^-1 초과, 더욱 바람직하게는 1 W·m^-1·K^-1 초과의 열 전도율을 갖는 재료를 포함할 수 있다.

열 전도성 충전재는, 이를테면, 전력 변환기 장치로부터 작동 동안 전력 변환기 장치에 의해 생성된 열을 하우징으로 안내하여 열이 특히 하우징을 통해 전력 변환 시스템으로부터 빠르고 효율적으로 소산될 수 있도록, 전력 변환기 장치와 전력 변환기 장치를 부분적으로 또는 전체적으로 둘러싸는 하우징의 전체 내부 표면 또는 그 일부분 사이에서 연장될 수 있다. 열 전도성 충전재는 하우징의 내부 표면 및 전력 변환기 장치와 직접 접촉하거나 접촉하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 열 전도성 충전재는 전력 변환기 장치 및 하우징의 내부 표면과 직접 접촉할 수 있으며, 그에 의해 빠르고 효율적인 열 소산을 위해 충전재를 통해 전력 변환기 장치와 하우징 사이에 열 전도성 재료의 연속 경로를 제공할 수 있다.

전력 변환기 장치는 특히 전력 변환기 장치의 위치 및/또는 배향이 열 전도성 충전재에 의해 고정되도록 열 전도성 충전재에 의해 지지될 수 있다. 예를 들어, 전력 변환기 장치는 열 전도성 충전재에 의해 하우징의 내부 표면에 부착될 수 있다.

따라서, 본 발명의 전력 변환 시스템은 전력 변환 시스템의 작동 동안 하우징 내부의 전력 변환기 장치에 의해 생성된 열의 개선된 열 소산을 제공한다. 전력 변환기 장치에 의해 생성된 열은 전력 변환기 장치를 하우징에서 분리하는 공기를 통해 방열될 뿐만 아니라, 열 전도성 충전재를 통해 열이 전도된다. 전력 변환기 장치와 하우징의 내부 표면 사이의 공간이 대부분 공기로 채워져 있는 종래 기술로부터 알려진 전력 변환 시스템과 비교할 때, 본 발명의 전력 변환 시스템은 전력 변환 시스템의 올바른 작업 조건을 보장하는 개선된 열 소산을 달성하는 것, 및 특히 환풍기 등에 의한 강제 환기를 반드시 필요로 하지 않으면서, 특히 전력 변환기 장치의 과열을 방지하는 것을 허용한다. 이에 의해, 전력 변환 시스템의 유지 보수 비용이 상당히 감소될 수 있다. 충전재의 존재는 더욱 공간적으로 집중되고 효율적인 열 소산을 추가로 초래하여, 전력 변환기 장치에 의해 생성된 열이 수동형 전자 부품, 능동형 전자 부품 등과 같이 하우징 내부에 배치될 수 있는 전력 변환 시스템의 다른 부품에 도달하는 것을 방지한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열 전도성 충전재는 전력 변환기 장치를 둘러쌀 수 있다. 이는 전력 변환기 장치로부터 하우징의 내부 표면을 향해 한정된 입체각(solid angle)이 대부분 열 전도성 충전재에 의해 덮일 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 열 전도성 충전재는 전력 변환기 장치를 완전히 둘러쌀 수 있어, 전력 변환기 장치는 모든 방향에서 열 전도성 충전재에 의해 포위될 수 있다. 그러나, 열 전도성 충전재는 전력 변환기 장치의 하나 이상의 측면을 둘러싸고 전력 변환기 장치의 하나 이상의 다른 측면을 노출시키거나 덮지 않는 것도 가능하다. 예를 들어, 전력 변환기 장치는 하우징의 내부 표면에 직접 부착될 수 있고 열 전도성 충전재는 하우징의 내부 표면을 직접 대면하지 않는 전력 변환기 장치의 측면을 둘러쌀 수 있다. 전력 변환기 장치를 둘러싸는 것에 의해, 열 전도성 충전재는 작동 동안 전력 변환기 장치에 의해 생성된 열의 적어도 주요 부분이 열 전도성 충전재를 통해 신속하고 효율적으로 소산될 수 있는 것을 보장한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열 전도성 충전재는 수지, 예를 들어 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 열경화성 플라스틱, 실리콘 고무 겔(silicone rubber gel) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 열 전도성 충전재는 발포체, 겔 또는 응고성 액체의 형태일 수 있으며, 예를 들어 건조 또는 경화에 의해 응고될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 하우징은 제1 내부 격실(internal compartment)을 포함할 수 있다. 제1 내부 격실은 하우징의 내부의 나머지(remaining)로부터 분리된 하우징의 내부의 내부 하위 부피(subvolume)를 한정할 수 있어, 하우징의 내부는 제1 내부 격실 및 하우징의 내부의 전술된 나머지로 분할된다. 전력 변환기 장치 및 열 전도성 충전재는 제1 내부 격실 내부에 수용될 수 있고 열 전도성 충전재는 전력 변환기 장치와 제1 내부 격실의 내부 표면 사이의 공간을 적어도 부분적으로 채울 수 있다. 이러한 방식으로, 열 전도성 충전재에 의해 채워질 부피는 전력 변환기 장치의 가까운 환경, 특히 제1 내부 격실에 의해 한정된 하우징의 하위 부피에서 감소되고 집중될 수 있어, 개선된 재료 및 제조 효율을 달성할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 열 전도성 충전재는 전력 변환기 장치와 제1 내부 격실의 내부 표면 사이의 공간을 완전히 채울 수 있고 전력 변환기 장치 및 하우징의 제1 내부 격실의 내부 표면과 직접 접촉하거나 접촉하지 않을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 내부 격실은 하나 이상의 측방향 격실 벽 및 하우징의 내부 표면의 일부분에 의해 제한될 수 있다. 하나 이상의 측방향 격실 벽은 하우징의 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에서 연장될 수 있어, 제1 내부 격실은 하나 이상의 측방향 격실 벽 및 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 각각 인접한 하나 이상의 측방향 격실 벽의 대응 단부에 의해 각각 한정되는 하우징의 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 하위 구역에 의해 획정되는 하우징 내부의 하위 부피로 한정될 수 있다. 하나 이상의 측방향 격실 벽은 서로에 대해 그리고 측방향 하우징 벽에 실질적으로 평행할 수 있고 추가로 하부 플레이트 및 상부 플레이트에 실질적으로 수직일 수 있다.

제1 내부 격실은 하우징의 형상에 대응하는 형상 또는 상이한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 내부 격실은 하우징 상부 플레이트의 원형 하위 구역과 하우징의 하부 플레이트의 대응하는 원형 하위 구역 사이에서 연장되는 하나의 원형의 - 평면도에서 상부 플레이트에서 하부 플레이트를 향하거나 그 반대로 보여지는 바와 같이 - 측방향 격실 벽에 의해 획정되는 원통형 격실일 수 있다. 다른 예에서, 제1 내부 격실은 평행육면체, 특히 하우징의 상부 플레이트의 직사각형 또는 정사각형 하위 구역, 하우징의 하부 플레이트의 대응하는 정사각형 또는 직사각형 하위 구역 및 그들 사이에서 연장되는 4개의 측방향 격실 벽에 의해 획정되는 직사각형 직육면체일 수 있다. 이러한 구성은 하우징 내에 제1 내부 격실을 형성하기 위한 재료 및 제조 요구 사항을 감소시키는 것을 허용한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 내부 격실의 내부 표면의 일부분은 하우징의 내부 표면의 일부분과 일치할 수 있다. 다시 말해, 하우징의 내부 표면은 그 일부분이 또한 제1 내부 격실의 내부 표면일 수 있다. 예를 들어, 하우징이 직사각형 직육면체 형태이고 제1 내부 격실도 또한 직사각형 직육면체 형태를 갖는다면, 제1 내부 격실은 하우징의 코너 구역에 형성될 수 있어, 하우징 또는 그것의 서브 구역의 2개의 측방향 벽이 제1 내부 격실의 2개의 측방향 벽을 형성한다. 하우징의 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 대응하는 하위 구역은 또한 하우징의 내부 표면을 형성하고 그 일부분일 수 있다. 이 구성은 제조 및 재료 요구 사항을 감소시키고 전력 변환기 장치에서 하우징의 외부로의 더 짧은 열 전달 경로를 추가로 제공하고, 그것에 의해 열 소산 효율을 향상시킨다.

전력 변환기 장치는 특히 전력 변환기 장치의 위치 및/또는 배향이 열 전도성 충전재에 의해 고정되도록 열 전도성 충전재에 의해 지지될 수 있다. 예를 들어, 전력 변환기 장치는 열 전도성 충전재에 의해 제1 내부 격실의 내부 표면에 부착될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하우징의 하부 플레이트 및/또는 상부 플레이트는 하우징의 나머지부(rest)에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 예를 들어, 하우징의 하부 플레이트 또는 상부 플레이트는 나사 등과 같은 해제 가능한 부착 수단에 의해 적어도 하나의 측방향 하우징 벽에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 다른 예에서, 제거 가능한 하부 플레이트 또는 상부 플레이트는 하우징의 나머지부에, 특히 압력 스냅 연결을 형성하는 적어도 하나의 측방향 하우징 벽에 제거 가능하게 부착될 수 있도록 치수가 정해질 수 있다. 따라서 제거 가능하게 부착 가능한 상부 플레이트 또는 하부 플레이트는 예를 들어 시스템의 내부 부품의 테스트 또는 교체와 같은 유지 보수 목적을 위해 하우징 내부에의 쉬운 접근을 허용하는 전력 변환 시스템의 제거 가능한 커버로 작용할 수 있다. 추가로, 제거 가능하게 부착 가능한 상부 플레이트 및/또는 제거 가능하게 부착 가능한 하부 플레이트를 갖는 것은, 제조 단계까지 하우징 내부에 대한 접근을 허용하고 하우징 내부에 대한 추가적인 접근이 필요하지 않은 때 제거 가능하게 부착 가능한 상부 플레이트 및/또는 제거 가능하게 부착 가능한 하부 플레이트가 하우징을 폐쇄하는데 사용될 수 있으므로, 제조 유연성을 증가시킨다.

커버, 즉 하우징의 제거 가능하게 부착 가능한 하부 플레이트 또는 상부 플레이트는 하우징의 나머지부에 부착될 때 하우징을 밀봉하도록 구성될 수 있어, 하우징 내부를 먼지 및 습기와 같은 외부 요인(external agents)의 작용으로부터 보호할 수 있다. 이를 위해, 제거 가능하게 부착 가능한 하부 플레이트 또는 상부 플레이트 및 적어도 하나의 측방향 하우징 벽은 밀봉 고무 밴드와 같은 그 주변부 주위로 연장되는 밀봉 요소를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하우징은 모놀리식(monolithic)일 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 하우징은 하우징의 모놀리식 부분을 포함할 수 있으며, 즉 하우징은 부분적으로 모놀리식일 수 있다. 여기서 하우징의 모놀리식 부분은 적어도 하부 플레이트 또는 상부 플레이트 및 하나 이상의 측방향 하우징 벽을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 플레이트가 하우징의 나머지부에 제거 가능하게 부착되어 하우징의 커버로서 기능하는 실시예에서, 하우징의 모놀리식 부분은 적어도 하나의 측방향 하우징 벽 및 하우징의 하부 플레이트를 포함할 수 있다. 다시 말해, 하부 플레이트와 적어도 하나의 측방향 하우징 벽은 서로에 대해 모놀리식일 수 있고, 즉 서로 물질적으로(materially) 연결될 수 있다. 이는 하우징의 모놀리식 부분이 단일 제조 공정, 예를 들어 몰딩 공정에서 형성될 수 있으므로 제조 복잡성 비용을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 전력 변환 시스템은 하우징의 외부 표면에 배열된 열 소산 핀(heat dissipation fin)을 더 포함할 수 있다. "외부 표면"은 본 명세서에서 하우징의 외부를 향하는 하우징의 표면을 가리킨다. 하우징이 적어도 부분적으로 모놀리식인 실시예에서, 하우징의 모놀리식 부분은 소산 핀을 더 포함할 수 있어, 소산 핀은 하우징의 모놀리식 부분의 다른 부품과 동일한 단일 제조 공정, 예를 들어 몰딩 공정에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 플레이트가 하우징의 나머지부에 제거 가능하게 부착될 수 있고 하우징의 커버로서 기능하는 실시예에서, 적어도 하나의 측방향 하우징 벽, 하우징의 하부 플레이트 및 하우징의 하부 플레이트의 외부 표면 상에 배열된 소산 핀은 서로에 대해 모놀리식, 즉 서로 물질적으로 연결될 수 있다. 이는 제조 복잡성과 비용을 줄이는 데 추가로 기여할 수 있다. 예를 들어, 열 소산 핀의 기계적인 가공 또는 하우징에의 독립적인 열 소산 핀의 부착과 같은 소산 핀을 형성하기 위한 전용 제조 공정이 생략될 수 있다. 열 소산 핀이 하우징 또는 그 일부분과 모놀리식이다는 사실은 핀을 통한 열 소산 효율을 더욱 증가시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 하우징은 열 전도성 재료, 바람직하게는 금속 또는 합금일 수 있다. 하우징은 예를 들어 알루미늄 또는 그 합금을 포함하거나 이로 형성될 수 있다. 그러나, 구리 또는 그 합금 또는 탄소 섬유와 같은 금속 및 비금속 모두의 다른 열 전도성 재료의 사용도 또한 가능하다. 하우징의 재료는 추가로 예를 들어 금속의 경우 전기 도전성 재료일 수 있어, 하우징은 하우징, 특히 전력 변환기 장치의 내부 부품을 둘러싸는 패러데이 케이지(Faraday cage)를 형성할 수 있다. 따라서, 하우징은 작동 중에 발생된 열의 열 소산을 하우징의 내부에서 제공하도록 적절하게 구성될 수 있고 추가로 하우징 외부로부터 하우징 내부의 전자기적 격리를 제공하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 전력 변환기 장치는 고주파수 범위, 바람직하게는 100 kHz 내지 2 MHz 범위, 더욱 바람직하게는 250 kHz 내지 500 kHz 또는 250 kHz 내지 750 kHz 범위에서 동작하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 발명자들은 본 명세서에 기술된 실시예에 따른 전력 변환 시스템이, 전력 변환 시스템이 허용 가능한 조건에서 작동하기에 충분한 열 소산을 여전히 제공하면서, 고주파수 범위, 특히 250 kHz 내지 750 kHz 범위에서 동작하는 데 특히 적합할 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 고주파수 범위에서 동작하는 것은 전력 변환기 장치, 예를 들어 그 커패시터의 크기를 감소시키는 것을 허용하고, 따라서 감소된 크기 및 더 적은 열 생성을 갖는 전력 변환 시스템을 얻는 데 기여한다.

전력 변환 시스템은 하우징의 내부 표면에 배열된 MOSFET 또는 IGBT 트랜지스터과 같은 전자 부품을 더 포함할 수 있다. 이후 사용되는 "전자 부품"은 전력 변환기 장치 이외의 전자 부품을 의미할 수 있다. 전자 부품은 하우징의 내부 표면, 예를 들어 하우징의 하부 플레이트 또는 상부 플레이트의 내부 표면 상에 배열될 수 있다. 이에 의해, 전자 부품에 의해 하우징 내부에서 발생되는 열의 소산이 신속하고 효율적으로 하우징 외부로 유도될 수 있다. 전자 부품, 특히 MOSFET 또는 IGBT 트랜지스터은 전력 변환기 장치가 배열되는 하우징의 제1 내부 격실의 외부에 배열될 수 있다. 전자 부품, 특히 MOSFET 또는 IGBT 트랜지스터은 전력 변압기 장치에 전기적으로 연결될 수 있고 전력 변압기 장치에 의해 제공되는 AC 전류를 DC 전류로 변환하는 것과 같이 전력 변압기 장치에 의해 제공된 AC 전류를 정류하도록 구성되어, 전력 변환 시스템은 AC-AC 변환기로 작동하는 전력 변압기 장치와 함께 AC-DC 변환기로 작동할 수 있다.

바람직하게는, 전력 변환 시스템은 하우징의 내부 표면 상에 직접 배열된 유전체 요소를 더 포함할 수 있고 전자 부품은 유전체 요소 상에 배열될 수 있다. 유전체 요소는 전자 부품과 하우징의 내부 표면 사이에 개재될 수 있다. 유전체 요소는 유전체 재료의 유전체 시트의 형태일 수 있다. 예를 들어, 유전체 시트는 예를 들어 하우징의 하부 플레이트에 직접 배열될 수 있고, 복수의 전술된 MOSFET 또는 IGBT 트랜지스터는 예를 들어 그에 부착된 유전체 시트 상에 직접 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 부품은 유전체 요소에 의해 하우징의 내부 표면에 부착될 수 있다. 유전체 요소는 엘라스토머, 예를 들어 실리콘 또는 운모를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 요소는 열 전도성 유전체 재료일 수 있다. 따라서, 유전체 요소는 하우징의 외부로부터 전자 부품의 전자기 절연을 제공할 수 있고, 하우징 내의 전자 부품, 특히 유전체 요소 상에 배열된 전자 부품에 의해 생성된 열의 열 소산을 더욱 개선할 수 있다.

전력 변환 시스템은 기판 베이스(board base), 예를 들어 PCB를 더 포함할 수 있다. 기판 베이스는 충전될 배터리와 같은 외부 장치와 상호 작용할 때 전력 변환 시스템의 기능을 전자적으로 구현하기 위한, 특히 배터리 충전기의 기능, 예를 들어 다른 장치, 특히 충전될 외부 배터리에 대한 연결을 구현하기 위한 회로 요소, 및 전류, 전압 또는 전력과 같은 충전 매개변수를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 기판 베이스는 전자 부품, 예를 들어 MOSFET 상에 배열될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하우징은 제2 내부 격실을 포함할 수 있다. 제2 내부 격실은 제1 내부 격실과 구조가 유사할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 내부 격실은 제1 내부 격실에 인접할 수 있다. 제2 내부 격실은 제1 내부 격실보다 클 수 있다. 전자 부품, 예를 들어 MOSFET은 제2 내부 격실에 배열될 수 있다. 따라서, 전자 부품을 포함하는 하우징 내부의 하위 부피, 즉 제 2 내부 격실의 내부는, 예를 들어 제1 내부 격실 및/또는 제2 내부 격실의 하나 이상의 측방향 격실 벽에 의해, 전력 변환기 장치를 포함하는 하우징 내부의 하위 부피, 즉 제1 내부 격실로부터 분리될 수 있다. 제2 내부 격실의 측방향 격실 벽과 제1 내부 격실의 측방향 격실 벽은 예를 들어 제1 내부 격실과 제2 내부 격실이 서로 인접한 실시예에서 적어도 부분적으로 서로 중첩될 수 있고, 여기서 "중첩"은 본 명세서에서 적어도 상기 측방향 격실 벽의 일부분에 대해 동시에 제1 내부 격실의 측방향 격실 벽 및 제2 내부 격실의 측방향 격실 벽인 측방향 격실 벽을 나타낸다. 전자 부품을 전력 변환기 장치로서 상이에 격실에 배열하는 것은 전자 부품과 전력 변환기 장치 사이에 더 양호한 열적 및/또는 전자기적 격리를 허용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 하우징의 내부 표면의 적어도 일부분은 예를 들어 기계적인 또는 화학적인 연마 공정의 결과로서 연마될 수 있다. 바람직하게는, 전력 변환기 장치 이외의 전자 부품, 예를 들어 MOSFET이 하우징의 내부 표면의 상기 적어도 하나의 연마된 부분 위에 배열될 수 있다. 연마 공정의 결과로서, 하우징 내부 표면의 연마된 부분은 거칠고 연마되지 않은 표면과 비교하여 열 소산에 유리한 규칙적이고 평면적인 내부 프로파일을 갖는다. 따라서, 이러한 구성은 전자 부품에 의해 하우징 내부에서 생성된 열의 더 양호한 열 소산에 기여한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 하우징은 하우징의 대향 표면 상에 각각 배열되는 적어도 2개의 재밀봉 가능한 개구(resealable opening)를 더 포함할 수 있다. 적어도 제1 재밀봉 가능한 개구는 예를 들어 하우징의 상부 플레이트 상에 배열될 수 있는 반면, 적어도 제2 재밀봉 가능한 개구는 하우징의 하부 플레이트 상에 배열될 수 있다. 다른 동등한 구성이 가능하다. 바람직하게는, 적어도 2개의 재밀봉 가능한 개구는 작동 동안 하우징의 배향을 고려할 때 다른 재밀봉 가능한 개구와 마찬가지로 2개의 재밀봉 가능한 개구 중 하나가 지면에, 즉 플로어에 더 가깝게 있도록 배열된다. 재밀봉 가능한 개구는 압력 밸브, 가동 멤브레인 등과 같은 재밀봉 메커니즘을 포함하여 하우징 내부의 압력 구배에 반응하는 것을 허용하고, 이는 열 생성으로 인해 하우징의 내부의 상부 부분에 따뜻한 공기가 집중되고, 개방됨으로써, 하우징 외부로부터 하우징 내부를 통해 공기의 흐름을 가능하게 하는 것에 기인할 수 있다. 적어도 2개의 재밀봉 가능한 개구는 제2 내부 격실에 대응하는 하우징의 표면의 일부분에 배열될 수 있다. 적어도 2개의 재밀봉 가능한 개구는 하우징의 측방향 하우징 벽, 하부 플레이트 및/또는 상부 플레이트의 두께를 통해 연장될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 하우징은 유체, 바람직하게는 기체, 보다 바람직하게는 공기로 채워진 제3 내부 격실을 더 포함할 수 있다. 제3 내부 격실은 제1 및/또는 제2 내부 격실과 구조가 유사할 수 있고 제1 및/또는 제2 내부 격실에 인접할 수 있다. 주어진 열 흡수 능력을 갖는 유체로 채워진 제3 내부 격실은 하우징의 부분들 사이, 특히 제3 내부 격실에 의해 분리된 내부 격실들 사이의 열적 격리를 개선하는 것을 허용할 수 있다.

일부 실시예에서, 전력 변환 시스템은 제4 내부 격실을 포함할 수 있다. 제4 내부 격실은 추가의 전자 부품, 특히 하나 이상의 보조 코일을 포함할 수 있다. 보조 코일은 예를 들어 전력 보정 시스템의 역률 보정 코일로 작동할 수 있다. 전술된 제3 내부 격실은 제4 내부 격실과 제1 내부 격실 사이에 배열되어, 전력 변환기 장치의 코일을 포함할 수 있는 제1 내부 격실과 하나 이상의 보조 코일을 포함하는 제4 내부 격실이 제3 내부 격실에 의해 서로 분리되며, 이에 의해 특히 제1 내부 격실이 제4 내부 격실에 인접하는 상황에 비교될 때, 제1 내부 격실의 내부와 제4 내부 격실의 내부 사이에 향상된 열적 격리가 달성될 수 있다. 제1, 제3 및 제4 내부 격실은 하나 이상의 MOSFET을 포함할 수 있는 제2 내부 격실에 인접할 수 있다. 전력 변환 시스템의 이러한 구성은 제조 및 재료 효율성, 공간 효율성 및 열 소산 효율성 측면에서 시스템의 다양한 부품을 격실로 분배하는 데 특히 효율적인 것으로 발명자들에 의해 발견되었다.

본 발명의 추가적인 양태는 전술된 실시예 중 어느 하나에 따른 전력 변환 시스템을 포함하는 전력 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전기에 관한 것이다. 전력 변환 시스템은 특히 AC-DC 변환기로서 동작할 수 있다. 배터리 충전기는 예를 들어 전기 자동차의 전원 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전기일 수 있다. 본 발명에 따라 전력 변환기 장치가 작동할 수 있는 더 높은 주파수 범위 및 전력 변환 시스템의 개선된 열 소산 덕분에, 배터리 충전기는 내부 부품에서 발생하는 열을 소산하는 배터리 충전기의 성능을 손상시키지 않으면서, 환풍기와 같은 강제 냉각을 위한 수단을 생략하는 것을 허용한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 시스템을 개략적으로 예시하고, 여기서 도 1a, 도 1b 및 도 1c는 상이한 뷰(view)를 예시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 시스템을 개략적으로 예시하고, 여기서 도 2a 및 도 2b는 상이한 뷰를 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 하우징을 개략적으로 예시하고, 여기서 도 3a 내지 도 3d는 상이한 뷰를 예시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 시스템을 개략적으로 예시하고, 여기서 도 4a 내지 도 4c는 상이한 뷰를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전기를 개략적으로 예시한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템(10)을 예시한다. 도 1a는 전력 변환 시스템(10)의 평면도를 예시하고, 도 1b는 전력 변환 시스템(10)의 측단면도를 예시한다. 전력 변환 시스템(10)은 도시된 실시예에서 450 kHz의 주파수에서 작동하도록 구성된 AC-AC 전력 변환기인 전력 변환기 장치(12)를 포함한다.

전력 변환기 장치(12)는 폴리우레탄 수지로 만들어진 열 전도성 충전재(16)에 의해 포위되어 있다. 도시된 실시예에서, 열 전도성 충전재(16)는, 도 1a에 도시된 평면에서 전력 변환기 장치(12)를 완전히 포위하고 그리고 도 1b에 도시된 바와 같이, 열 전도성 충전재(16)에 의해 노출되어 유지되고 예를 들어 유선 전기 연결부에 의해 추가적인 장치에 전력 변환기 장치(12)를 결합 또는 연결하기 위해 사용될 수 있는 전력 변환기 장치(12)의 상부 측면을 제외하고, 이 실시예에서 직사각형 직육면체 형태를 갖는 전력 변환기 장치(12)의 모든 측면을 둘러싼다.

전력 변환기 장치(12)는 열 전도성 충전재(16)에 의해 지지되고 열 전도성 충전재(16)에 의해 하우징(15)의 내부 표면에 부착되어, 전력 변환기 장치(12)의 위치는 열 전도성 충전재(16)에 의해 고정된다.

전력 변환 시스템(10)은 전력 변환기 장치(12) 및 열 전도성 충전재(16)를 둘러싸는 알루미늄 하우징(14)을 더 포함하여, 전력 변환기 장치(12) 및 열 전도성 충전재(16)가 하우징(14)의 내부에 수용된다. 도시된 실시예에서, 하우징(14)은 상자와 같은 직사각형 직육면체 형상을 갖는다.

도 1c는 전력 변환 시스템(10)의 외부로부터의 하우징(14)의 사시도를 예시한다. 하우징(14)은 직사각형 상부 플레이트(14a), 직사각형 하부 플레이트(14b) 및 하부 플레이트(14b)로부터 상부 플레이트(14a)로부터 연장되는 4개의 측방향 하우징 벽(14c 내지 14f)을 포함한다. 상부 플레이트(14a)는, 이를테면 하우징(14)을 폐쇄 및 개방하기 위해, 4개의 하우징 벽(14c 내지 14f)에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 하우징(14)은 알루미늄이므로, 하우징이 제거 가능한 상부 플레이트(14a)에 의해 폐쇄될 때, 하우징(14)은 전력 변환기 장치(12) 및 열 전도성 충전재(16)를 둘러싸는 패러데이 케이지를 형성한다. 도시된 실시예에서, 상부 플레이트(14a)는 나사(15)에 의해 하우징 벽(14c 내지 14f)에 제거 가능하게 부착된다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 열 전도성 충전재는 전력 변환기 장치(12)와 하부 플레이트(14b)의 내부 표면의 일부분 사이의 공간을 부분적으로 채운다. 열 전도성 충전재(16)는 전력 변환기 장치(12) 및 하부 플레이트(14b)의 내부 표면의 상기 부분과 직접 접촉한다.

도 2는 도 1에 예시된 실시예에 대해 설명되고 동일한 참조 번호가 사용된 모든 부품을 포함하는 본 발명의 관련 실시예에 따른 전력 변환 시스템(10)을 예시한다. 이들 부품에 대한 새로운 상세한 설명은 간결함을 위해 생략된다.

도 2에 예시된 전력 변환 시스템(10)에서, 하우징(14)은 제1 측방향 격실 벽(20a) 및 제2 측방향 격실 벽(20b)에 의해 하우징(14)의 내부의 나머지 부분(remaining part)으로부터 분리된 제1 내부 격실(20)을 포함한다. 도 2a는 전력 변환 시스템(10)의 평면도를 예시하며, 여기서 상부 플레이트(14a)는 예시를 위해 생략되어 있다. 제1 및 제2 측방향 격실 벽(20a, 20b)은 서로 수직이다. 제1 측방향 격실 벽(20a)은 그에 평행하고 제1 측방향 하우징 벽(14c)에 수직인 제2 및 제4 측방향 하우징 벽(14d, 14f) 사이에 배열된다. 제1 측방향 격실 벽(20a)은 제2 및 제4 측방향 하우징 벽(14d, 14f)의 길이보다 작은 길이로 제1 측방향 하우징 벽(14c)으로부터 연장된다. 마찬가지로, 제2 측방향 격실 벽(20b)은 제1 측방향 하우징 벽(14c)과 제3 측방향 하우징 벽(14b) 사이에 배열되고 제2 측방향 하우징 벽(14d)으로부터 그에 수직하고 제1 및 제3 측방향 하우징 벽(14c, 14e)에 평행하게 제1 및 제3 측방향 하우징 벽(14c, 14c)의 길이보다 작은 길이로 연장한다.

도 2b는 도 2a에 점선으로 표시된 절단 평면 A-A'에 대응하는 도 2a에 예시된 전력 변환 시스템(10)의 측단면도를 예시한다. 제1 내부 격실(20)은 제1 및 제2 측방향 격실 벽(20a, 20b), 제1 측방향 격실 벽(20a)과 제2 측방향 하우징 벽(14d) 사이에서 연장되는 제1 측방향 하우징 벽(14c)의 부분(14c'), 및 제1 측방향 하우징 벽(14c)과 제2 측방향 격실 벽(20b) 사이에서 연장되는 제2 측방향 하우징 벽(14d)의 부분(14d')에 의해 획정된다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내부 격실(20)은 제1 및 제2 측방향 격실 벽(20a, 20b)에 의해 그리고 제1 및 제2 측방향 하우징 벽(14c, 14d)의 전술된 부분(14c', 14d')의 내부 표면에 대응하는 하우징(14)의 내부 표면의 일부분에 의해 제한된다.

도 2에 도시된 실시예에서, 전력 변환기 장치(12)는 제1 내부 격실(20) 내에 수용되고 열 전도성 충전재(16)는 전력 변환기 장치(12)의 모든 측면에서 전력 변환기 장치(12)를 완전히 둘러싸고, 전력 변환기 장치(12)와 제1 내부 격실(20)의 내부 표면 사이의 공간을 완전히 충전한다.

제1 내부 격실(20)의 내부 표면은 제1 및 제2 측방향 격실 벽(20a, 20b)의 내부 표면과 제1 및 제2 측방향 하우징 벽(14c, 14d)의 전술된 부분(14c', 14d')의 내부 표면에 의해 형성된다. 제1 및 제2 측방향 하우징 벽(14c, 14d)의 전술된 부분(14c', 14d')은 제1 내부 격실(20)의 내부 표면의 부분을 형성하고 또한 하우징(14)의 내부 표면의 부분을 형성한다. 따라서, 전술한 부분(14c', 14d')에서, 제1 내부 격실(20)의 내부 표면은 하우징(14)의 내부 표면과 일치한다.

동일한 것이, 도 2b에 예시된 바와 같이, 제1 측방향 하우징 벽(14c)과 제2 측방향 격실 벽(20b) 사이에서 연장되는 하우징의 상부 플레이트(14a)의 부분(14a') 및 하부 플레이트(14b)의 대응하는 부분(14b')에 적용된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제2 측방향 격실 벽(20b)은 하부 플레이트(14b)에서 상부 플레이트(14a)로 연장된다. 동일한 것이 제1 측방향 격실 벽(20a)에 적용된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 시스템(10)의 하우징(14)을 도시하며, 여기서 하우징(14)만이 예시 목적으로 도시되어 있는 반면, 전력 변환 시스템(10)의 나머지 부품, 특히 전력 변환기 장치(12) 및 열 전도성 충전재(16)는 도 3에 도시되어 있지 않다.

도 3a는 하우징(14)의 직사각형 상부 플레이트(14a)의 사시도를 도시한다. 도 3b는 4개의 측방향 하우징 벽(14c 내지 14f) 및 하부 플레이트(14b)를 포함하는 하우징의 나머지 부분의 대응하는 사시도를 도시한다. 도시된 실시예에서, 상부 플레이트(14a)는 4개의 측방향 하우징 벽(14c 내지 14f)의 상부 에지에 의해 정의된 외부 둘레에 끼워지도록 치수가 정해진다. 따라서 상부 플레이트(14a)는 4개의 측방향 하우징 벽(14c 내지 14f)과 결합될 수 있고, 이에 의해 상부 플레이트(14a)와 측방향 하우징 벽(14c 내지 14f) 사이에 압력 스냅 연결을 형성한다. 따라서 상부 플레이트(14a)는 하우징(14)의 제거 가능한 커버로서 작용한다. 상부 플레이트(14a)는 도시된 실시예에서 내부 표면 상에서, 즉 상부 플레이트(14a)가 하우징(14)의 나머지 부분에 부착될 때 하우징(14)의 내부를 향한 표면 상에서 상부 플레이트(14a)의 외부 둘레 주위로 연장되는 밀봉 고무 밴드인 밀봉 요소(11)를 포함한다. 따라서 상부 플레이트(14a)가 하우징(14)의 나머지부에 부착될 때, 하우징의 내부는 밀봉되어 있다.

도 3b는 하우징(14)의 나머지 부분, 즉 상부 플레이트(14a)로부터 떨어져 있는 하우징의 부분의 사시도를 예시한다. 도 3c 및 도 3d는 각각 도 3a의 하우징(14)의 평면도(상부 플레이트(14a)가 예시를 위해 생략됨) 및 저면도를 도시한다.

도 3에 도시된 실시예에서, 하우징은 도 2에 예시된 실시예에 대해 이전에 설명된 제1 내부 격실을 포함하고 제2 내부 격실(30), 제3 내부 격실(40) 및 제4 내부 격실(50)을 더 포함한다. 제1 내부 격실(20), 제3 내부 격실(40) 및 제4 내부 격실(50)은 모두 제2 측방향 하우징 벽(14d)에 인접하게 및 제2 내부 격실(30)에 인접하게 배열된다. 제1 측방향 격실 벽(20a), 제3 내부 격실(40)의 제1 측방향 격실 벽(40a) 및 제4 내부 격실(50)의 제1 측방향 격실 벽(50a)에 의해 형성된 내부 벽은 제2 내부 격실(30)을 제1 내부 격실(20), 제3 내부 격실(40) 및 제4 내부 격실(50)의 각각으로부터 분리시킨다.

이에 따라 하우징(14)의 내부는 제1 내지 제4 내부 격실(20, 30, 40, 50)로 분할된다. 제3 내부 격실(40)은 제1 내부 격실(20)과 제4 내부 격실(50) 사이에 배열되어, 제1 및 제4 내부 격실(20, 50)은 제3 내부 격실(40)에 의해 서로 분리된다. 제2 내부 격실(30)은 제1 측방향 하우징 벽(14f)에 인접하여 배열되고 제4 측방향 하우징 벽(14f)에 의해서, 제1 측방향 하우징 벽(14c)으로부터 제3 측방향 하우징 벽(14e)까지 연장되는 제1, 제3 및 제4 내부 격실(20, 40, 50)의 제1 측방향 격실 벽(20a, 40a, 50a)에 의해서 형성된 내부 측방향 벽에 의해서, 그리고 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제3 측방향 하우징 벽(14c, 14e)의 대응하는 부분에 의해서 제한된다. 제1 내부 격실(20)은 제1 내부 격실(20)의 제2 측방향 격실 벽(20b)에 의해 제1 내부 격실(40)로부터 분리된다. 제4 내부 격실(50)은 제4 내부 격실(50)의 제2 측방향 격실 벽(50b)에 의해 제3 내부 격실(40)로부터 분리된다. 모든 측방향 격실 벽은 도 2에 예시된 실시예에 대해 위에서 설명된 제1 및 제2 격실 벽(20a, 20b)과 구성이 유사할 수 있다.

도 3b 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 하우징(14)은 도시된 실시예에서 하우징(14)의 하부 플레이트(14b)의 외부 표면에 배열된 복수의 열 소산 핀(18)을 더 포함한다. 비록 3개의 열 소산 핀(18)이 도 3에 예시되어 있지만, 전력 변환 시스템은 더 많은 수의 열 소산 핀(18)을 포함할 수 있다.

4개의 측방향 하우징 벽(14c 내지 14f), 하부 플레이트(14b) 및 측방향 격실 벽(20a, 20b, 40a, 50a 및 50b)을 포함하는 도 3b 내지 3d에 도시된 하우징(14)의 모든 부분과 열 소산 핀(18)은 예를 들어 몰딩 공정에서 동일한 금형을 사용함으로써 단일 제조 단계에서 형성될 수 있는 하우징의 모놀리식 부분을 형성한다.

또한 상부 플레이트(14a)에 형성된 제1 재밀봉 가능한 개구(19a)(도 3a 참조) 및 하부 플레이트(14b)에 형성된 제2 재밀봉 가능한 개구(19b)(도 3c 참조)가 도 3에 도시된다.

도 4는 도 3에 예시된 실시예와 관련하여 설명된 하우징을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 시스템(10)을 예시하며, 다양한 부분이 동일한 참조 번호로 표시되며 간결함을 위해 다시 상세하게 설명되지 않을 것이다. 도 4에 예시된 전력 변환 시스템은 도 1 및 도 2에 예시된 실시예에 대해 이전에 설명된 전력 변환 시스템의 부품을 더 포함한다. 도 4a는 예시를 위해 상부 플레이트(14a)가 생략된 전력 변환 시스템(10)의 개략적인 평면도이다. 도 4에 도시된 실시예에서, 전력 변환기 장치(12)는 제1 내부 격실(20) 내에 수용된다. 열 전도성 충전재(16)는 전력 변환기 장치(12)를 완전히 둘러싸고 전력 변환기 장치(12)와 제1 내부 격실(20)의 내부 표면 사이의 공간의 대부분, 즉 제1 내부 격실(20)의 대부분의 내부 부피를 채운다. 열 전도성 충전재는 전력 변환기 장치(12)의 모든 측면 및 제1 내부 격실(20)의 내부 표면의 모든 측면과 접촉한다.

제2 내부 격실(30) 내에 포함된 하부 플레이트(14b)의 내부 표면의 일부분(17)이 연마된다. 연마된 부분(17)은 기계적인 연마 공정의 결과로서 연마될 수 있다. 도 4에 예시된 실시예의 전력 변환 시스템(10)은 하부 플레이트(14b)의 내부 표면의 연마된 부분(17) 상에 배열된 운모의 유전체 시트(64)를 더 포함한다. 복수의 MOSFET는 제2 내부 격실(30) 내에서 유전체 시트(64) 상에 직접 배열된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, MOSFET(60)는 유전체 시트(64)를 통해 하부 플레이트(14b)의 내부 표면의 연마된 부분(17)에 부착된다. PCB(66)는 MOSFET(60) 상에 배열된다. PCB(66)는 전류, 전압 및 전력과 같은 충전 매개변수를 포함하는 충전 프로그램 또는 다른 장치에 대한 연결과 같은 전력 변환 시스템(10)의 작동에 필요한 주요 기능을 제어하기 위한 전자 회로를 포함한다.

전력 변환 시스템(10)은 제4 내부 격실(50)에 포함된 보조 코일(62)을 더 포함한다. 보조 코일(62)은 하부 플레이트(14b) 상에 배열된다. 도시된 실시예에서, 보조 코일(62)은 역률 보정 코일로서 동작한다. 도 4b는 도 4a에 점선으로 표시된 절단 평면 B-B'에 대응하는 도 4a의 전력 변환 시스템(10)의 측단면도를 예시한다. 도 4c는 제2 절단 평면 C-C'에 대응하는 추가의 측단면도를 예시한다.

내부 격실(40)은 제1 내부 격실(20)과 제4 내부 격실(50) 사이에 배열되어, 제1 내부 격실은 제3 내부 격실(40)에 의해 제4 내부 격실(50)로부터 분리된다. 제3 내부 격실(40)은 공기로 채워지고, 따라서 제4 내부 격실로부터 제1 내부 격실을 열적으로 격리시키는 공기 챔버를 형성한다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 제거 가능한 상부 플레이트(14a) 및 하부 플레이트(14b)는 각각 제1 재밀봉 가능한 개구(19a) 및 제2 재밀봉 가능한 개구(19b)를 포함한다. 제1 및 제2 재밀봉 가능한 개구들(19a, 19b)은 하우징(14)의 내부의 압력 구배에 반응할 수 있는 기계적인 압력 밸브 또는 가동 멤브레인과 같은 압력 감지 가동 폐쇄 요소를 포함한다. 열이 하우징(14)의 내부의 상부 부분에 집중될 때, 하우징의 상부 부분 ―상부 플레이트(14a)에 근접함―과 하부 부분 ―하부 플레이트(14b)에 근접함― 사이의 압력 구배는 재밀봉 가능한 개구들(19a, 19b)의 가동 폐쇄 요소가 개방되게 하여, 하우징(14)의 외부로부터의 공기가 하우징(14)의 내부 내로 유동할 수 있고, 예를 들어 제2 개구(19b)를 통해 유입되고, 그리고 다시 하우징(14)의 외부로, 예를 들어 제2 개구(19a)를 통해 유동할 수 있고, 그에 의해 하우징(14)의 내부를 냉각시킨다. 재밀봉 가능한 개구들(19a, 19b)은 전술된 압력 구배가 미리 정해진 압력 구배 임계값에 도달하거나 초과할 때 개방하도록 구성될 수 있다. 이 압력 구배 임계값에 도달되거나 초과되지 않는 한, 재밀봉 가능한 개구들(19a, 19b)은 폐쇄 상태를 유지하여, 하우징(14)의 내부가 밀봉된다.

도 5는 전력 변환 시스템(10) 및 보호 케이스(110)를 포함하는 배터리 충전기(100)를 개략적으로 도시한다. 이전에 논의된 실시예 중 임의의 것에 따른 전력 변환 시스템일 수 있는 전력 변환 시스템(10)은, 예를 들어 건물 벽 또는 충전 기둥과 같은 안정적인 요소의 벽일 수 있는 벽에 부착되고, 보호 케이스(110)에 의해 둘러싸여 있다. 도 5의 배터리 충전기는 하우징의 하부 플레이트 또는 상부 플레이트에 의해 수직 벽에 부착된다. 도 5에서 배터리 충전기의 외부 표면은 하나 이상의 열 소산 핀을 포함할 수 있고, 이는 하우징의 내부 격실 배열과 함께 강제 환기에 대한 필요 없이 적절한 냉각 용량을 제공한다. 배터리 충전기가 수직 벽에 부착된 경우, 이 효과는 열 소산 핀이 더 큰 외부 표면에 걸쳐서, 즉 하부 플레이트 및/또는 상부 플레이트에 걸쳐서 수직으로 분포되는 경우 특히 향상된다. 전력 변환 시스템(10)은 AC-DC 변환기로서 동작한다. 배터리 충전기(100)는 예를 들어 전기 자동차의 배터리에 대응할 수 있는 전력 배터리(200)를 충전하도록 구성된다. 배터리 충전기(100)는 충전기 케이블(120)에 의해 배터리(200)와 전기적으로 연결된다.

10 전력 변환 시스템
12 전력 변환기 장치
14 하우징
14a 상부 플레이트
14b 하부 플레이트
14c 내지 14f 측방향 하우징 벽
15 부착 수단
16 열 전도성 충전재
17 하우징 표면의 연마된 부분
18 열 소산 핀
19a, 19b 재밀봉 가능한 개구
20 제1 내부 격실
20a, 20b 내부 격실 벽
30 제2 내부 격실
40 제3 내부 격실
40a 내부 격실 벽
50 제4 내부 격실
50a 내부 격실 벽
60, 62 전자 부품
64 유전체 시트
66 PCB
100 배터리 충전기
110 보호 케이스
200 배터리

Claims

전력 변환 시스템(10)으로서,
전력 변환기 장치(power converter device)(12),
열 전도성 충전재(thermally conductive filler)(16), 및
상기 전력 변환기 장치(12) 및 상기 열 전도성 충전재(16)를 둘러싸는 하우징(14)
을 포함하고, 상기 열 전도성 충전재(16)는, 상기 전력 변환기 장치(12)를 포위하고 상기 전력 변환기 장치(12)와 상기 하우징(14)의 내부 표면의 적어도 일부분 사이의 공간을 적어도 부분적으로 채우는,
전력 변환 시스템.
제1항에 있어서,
상기 충전재(16)는 상기 전력 변환기 장치(12)를 완전히 둘러싸는,
전력 변환 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 충전재(16)는 상기 전력 변환기 장치(12) 및/또는 상기 하우징(14)의 내부 표면의 적어도 일부분과 직접 접촉하는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 전도성 충전재(16)는 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 열경화성 플라스틱, 실리콘 고무 겔(silicone rubber gel) 또는 이들의 조합을 포함하는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(14)은 제1 내부 격실(internal compartment)(20)을 포함하고, 상기 전력 변환기 장치(12)는 상기 제1 내부 격실(20) 내에 수용되고, 상기 충전재(16)는 상기 전력 변환기 장치(12)와 상기 제1 내부 격실(20)의 내부 표면의 적어도 일부분 사이의 공간을 적어도 부분적으로 추가로 채우는,
전력 변환 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1 내부 격실(20)은 상기 하우징(14)의 내부 표면의 일부분 및 하나 이상의 측방향 격실 벽(20a, 20b)에 의해 제한되는,
전력 변환 시스템.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제1 내부 격실(20)의 내부 표면의 일부분은 상기 하우징(14)의 내부 표면의 일부분과 일치하는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(14)은 상부 플레이트(14a), 하부 플레이트(14b) 및 상기 하부 플레이트(14b)와 상기 상부 플레이트(14a) 사이에서 연장되는 적어도 측방향 하우징 벽(14c 내지 14f)을 포함하는,
전력 변환 시스템.
제8항에 있어서,
상기 하부 플레이트(14b) 및/또는 상기 상부 플레이트(14a)는 상기 하우징(14)의 나머지부(rest)에 제거 가능하게 부착될 수 있는,
전력 변환 시스템.
제6항 또는 제7항 및 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 측방향 격실 벽(20a, 20b)은 상기 상부 플레이트(14a)로부터 상기 하부 플레이트(14b)로 연장되는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(14)은 모놀리식(monolithic)이거나, 또는 상기 하우징(14)은, 적어도 하부 플레이트(14b) 또는 상부 플레이트(14a)를 포함하고 그리고 하나 이상의 측방향 벽(14c 내지 14e)을 더 포함하는, 상기 하우징(14)의 모놀리식 부분을 포함하는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(14)의 외부 표면에 배열된 하나 이상의 열 소산 핀(heat dissipation fin)(18)을 더 포함하는,
전력 변환 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 하우징(14)의 모놀리식 부분은 하나 이상의 열 소산 핀(18)을 더 포함하는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(14)은 열 전도성 재료, 바람직하게는 금속 또는 합금, 더 바람직하게는 알루미늄 또는 이들의 합금으로 형성되거나 이를 포함하는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 변환기 장치(12)는 고주파수 범위, 바람직하게는 100 kHz 내지 2 MHz 범위, 더욱 바람직하게는 250 kHz 내지 500 kHz 또는 250 kHz 내지 750 kHz 범위에서 동작하도록 구성되는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(14)의 내부 표면 상에 배열된 전자 부품(60, 62), 바람직하게는 MOSFET를 더 포함하는,
전력 변환 시스템.
제16항에 있어서,
상기 하우징(14)의 내부 표면 상에 직접 배열된 유전체 시트(64)를 더 포함하고, 상기 전자 부품(60)은 상기 유전체 시트(64) 상에 배열되는,
전력 변환 시스템.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 하우징(14)은 제2 내부 격실(30)을 포함하고, 상기 전자 부품(60)은 상기 제2 내부 격실(30)에 배열되는,
전력 변환 시스템.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(14)의 내부 표면의 적어도 일부분(17)이 연마되고, 상기 전자 부품(60)은 바람직하게는 상기 적어도 일부분(17) 위에 배열되는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 변환기 장치(12)는 AC-AC 전력 변환기 장치인,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(14)은 상기 하우징(14)의 대향 표면 상에 각각 배열된 적어도 2개의 재밀봉 가능한 개구(resealable opening)(19a, 19b)를 더 포함하는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
유체, 바람직하게는 기체, 보다 바람직하게는 공기로 채워진 제3 내부 격실(40)을 더 포함하는,
전력 변환 시스템.
제5항 내지 제7항 또는 제10항 또는 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
제3 내부 격실(40)은 상기 제1 내부 격실(20) 및/또는 제2 내부 격실(30)에 인접하는,
전력 변환 시스템.
제23항에 있어서,
상기 제2 내부 격실(30) 및 상기 제3 내부 격실(40)에 인접한 제4 내부 격실(50)을 더 포함하고, 상기 제3 내부 격실(40)은 바람직하게는 상기 제1 내부 격실(20)과 상기 제4 내부 격실(50) 사이에 배열되는,
전력 변환 시스템.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 전력 변환 시스템(10)을 포함하는 전력 배터리를 충전하기 위한,
배터리 충전기(100).