KR20240076293A - 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터 - Google Patents

용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터 Download PDF

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KR20240076293A
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박성태
김종업
박인채
신창용
지덕구
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자화전자(주)
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Abstract

용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터가 개시된다. 본 발명에 따른 브레이크 레지스터는, 내부에 하나 이상의 발열체를 구비하는 하나 이상의 저항 모듈과, 발열체와 전기적으로 연결되는 기판을 포함하는 하나의 제어 모듈, 저항 모듈의 일측 유체 유입구에 연결되는 유입포트 및 저항 모듈의 타측 유체 배출구에 연결되는 배출포트를 포함하며, 저항 모듈은 상면과 하면이 평탄한 박스 형태로 구성되고, 저항 모듈의 상면에 제어 모듈이 적층 방식으로 조립되는 것을 특징으로 하며, 이와 같은 본 발명은 필요에 따라 적층 방식으로 조립되는 저항 모듈의 개수를 조절하여 전체 용량(에너지를 소모하는 용량)을 원하는 대로 바꿀 수 있어 요구 사양을 만족시킬 수 있으며, 사양 변경 요청에 큰 폭의 제작 설비 교체나 변경 없이도 빠르게 대응을 할 수 있다.

Description

용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터{Capacitive variable additive type Brake resistor}
본 발명은 브레이크 레지스터에 관한 것으로, 특히 순수 전기차나 연료전지 수소차와 같은 친환경 차량의 회생 제동 시 전기모터가 생산하는 잉여 에너지(전기에너지)를 열에너지로 변환하여 빠르게 소모하는 레이크 레지스터에 관한 것이다.
하이브리드 차량, 순수 전기 차량, 수소 연료전지 차량 등과 같은 친환경 차량에는 전기모터가 보조 또는 주 동력원으로 탑재된다. 이러한 전기모터는 차량 주행을 위한 동력을 발생시는 것 외에, 감속이나 타력 주행 시 제동 보조를 위한 회생 제동을 수행하면서 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 배터리를 충전시키는 발전기 역할을 한다.
일반적으로 친환경 차량은 배터리에 저장된 전기에너지가 컨버터를 거쳐 전기모터로 공급됨으로써 주행 동력을 발생시키는 에너지원으로 사용되고, 감속이나 타력 주행 상황에서의 회생 제동 시 전기모터가 발생시킨 전기에너지가 인버터를 거쳐 배터리로 충전된다. 여기서 전기모터가 발전기로서 기능할 때 보조 제동력이 발생된다.
회생 제동 상황에서의 보조 제동력은 전기모터가 방전 동작할 때의 최대 토크와 비슷하다. 이러한 회생 제동은 기계식 브레이크를 대신할 만큼 획기적이긴 하지만 기계식 브레이크를 완전히 대체할 수는 없다. 전기모터가 발생시킨 전기에너지를 더 이상 수용할 수 없는 상태, 예컨대 배터리 완충 상태와 같이 회생 제동이 지속될 수 없는 상황이 존재하기 때문이다.
배터리 완충 상태와 같이 전기모터가 생산하는 전기에너지를 더 이상 수용할 수 없는 상태에서는 강제적으로 전기에너지를 소모해야만 회생 제동이 지속될 수 있다. 이처럼 배터리 완충 상태에서 전기모터가 생산하는 잉여에너지를 강제적으로 소모하여 회생 제동의 지속성을 확보하는 기술 중 하나가 브레이크 레지스터(Brake resistor)를 이용하는 방식이다.
브레이크 레지스터는 배터리 완충 상태와 같이 더 이상 전기모터가 생산하는 전기에너지를 배터리가 수용할 수 없는 상황에서, 상기 전기모터가 생산하는 잉여 전기에너지로 열을 발생(전기에너지→열에너지)시켜 에너지를 강제 소모할 수 있도록 한 것인데, 전기모터가 생산하는 잉여 전기에너지를 안정적이면서 빠르게 소모할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 친환경 차량에 적용되는 종래 브레이크 레지스터 대부분은, 제어기 부분과 레지스터 본체 부분이 별도로 구성됨에 따라 실차 장착 시 공간 확보에 어려움이 수반될 수밖에 없으며, 제어기 부분과 레지스터 본체 부분이 별도로 구성됨에 따라 이들을 전기적으로 연결시키는 별도의 전용 케이블이 필요하다는 단점이 있다.
특히, 종래 대부분의 브레이크 레지스터는 요구 사양에 맞춰 제품의 용량을 결정하고 결정된 용량에 맞춰 제품이 설계되고 제작됨에 따라, 제품 라인업을 다양하게 구성하여(제품을 용량별로 구성하는 등) 시장의 요구에 대응을 할 수밖에 없었고, 라인업에 없는 제품 사양에 대한 요구가 있을 경우 제품 설계부터 제작까지 모든 걸 원점부터 다시 시작해야만 했다.
한국공개특허 제10-2021-0138200호(공개일 2021.11.19.)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 공간 활용도를 높일 수 있고, 수요자가 원하는 요구 사양을 만족시킬 수 있으면서, 사양 변경 요청에도 신속하게 대응을 할 수 있는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,
내부에 하나 이상의 발열체를 구비하는 하나 이상의 저항 모듈;
상기 발열체와 전기적으로 연결되는 기판을 포함하는 하나의 제어 모듈;
상기 저항 모듈의 일측 유체 유입구에 연결되는 유입포트; 및
상기 저항 모듈의 타측 유체 배출구에 연결되는 배출포트;를 포함하며,
상기 저항 모듈은 상면과 하면이 평탄한 박스 형태로 구성되고,
상기 저항 모듈의 상면에 상기 제어 모듈이 적층 방식으로 조립되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터를 제공한다.
본 발명의 실시 예에서 상기 저항 모듈은 둘 이상 복수 개로 구성될 수 있다. 이때 둘 이상 복수 개의 저항 모듈은 적층 방식으로 조립될 수 있으며, 적층 방식으로 조립되는 복수 개의 저항 모듈 중 최상단 저항 모듈의 상면에 상기 제어 모듈이 적층 방식으로 조립될 수 있다.
하나 또는 둘 이상의 저항 모듈들과 상기 제어 모듈이 적층 조립됨에 있어서는, 연결유닛을 통해 하나의 유닛 형태로 적층 결합될 수 있다.
여기서 상기 연결유닛은 바람직하게, 복수 개의 저항 모듈 중 최하단 저항 모듈의 하면이 접하도록 탑재되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에서 수직으로 연장되어 상기 저항 모듈들과 제어 모듈을 고정시켜주는 하나 이상의 연결 브라켓을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 적용되는 각 저항 모듈의 발열체는 일단과 타단에 전원 전극과 접지 전극을 구비할 수 있다. 이때 각 발열체의 전원 전극은 제1 버스바를 통해 상기 제어 모듈의 양극(+) 단자에 동시에 연결되고, 각 발열체의 접지 전극은 제2 버스바를 통해 상기 제어 모듈의 음극(-) 단자에 동시에 연결됨으로써, 각 발열체의 온도가 동시에 제어되는 구성일 수 있다.
다른 예로서, 각 저항 모듈의 발열체는 일단과 타단에 전원 전극과 접지 전극을 구비하되, 각 발열체의 전원 전극은 단위 버스바를 통해 상기 제어 모듈에 대응되는 개수로 형성되는 양극(+) 단자들에 개별적으로 연결되고, 각 발열체의 접지 전극은 하나의 버스바를 통해 상기 제어 모듈의 음극(-) 단자에 동시에 연결됨으로써, 각 발열체의 온도를 개별적으로 제어하도록 구성할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 저항 모듈 일측의 유입포트는 이웃하는 다른 저항 모듈 일측의 유입포트와 연결되고, 저항 모듈 타측의 배출포트는 이웃하는 다른 저항 모듈 타측의 배출포트와 연결될 수 있다.
이와는 달리, 상기 유입포트는 하나의 메인 유입관에서 둘 이상의 분기 유입관이 분기된 단일 객체 형태로 구성되고, 상기 배출포트는 하나의 메인 배출관에서 둘 이상의 분기 배출관이 분기된 단일 객체 형태로 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 상기 저항 모듈과 이웃하는 다른 저항 모듈 사이 및 저항 모듈과 제어 모듈 사이에는 모듈 간 이음 발생 감소 및 방수를 목적으로 탄성 패드가 개재될 수 있다. 이때 탄성 패드는 실리콘 패드일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 상기 배출포트에는 저항 모듈 내부를 경유하면서 승온된 유체의 온도 검출을 위한 수온센서가 부착될 수 있다. 이 경우 수온센서가 검출한 유체의 온도 정보를 바탕으로 발열체를 피드팩 제어함으로써 잉여 에너지의 소모량을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 적용된 상기 저항 모듈은, 일면이 개방되고 상기 유체 유입구와 유체 배출구가 형성된 쿨런트 박스와, 상기 쿨런트 박스의 개방된 부분에 밀봉적으로 결합되는 밀봉판 및 상기 쿨런트 박스의 내부에 배치되며 상기 밀봉판에 양단이 고정되는 상기 발열체로 구성된 발열체 어셈블리와, 상기 밀봉판 전면에 결합되고 발열체 일단의 전원 전극과 타단의 접지 전극 각각에 연결되는 양극 통합단자와 음극 통합단자를 실장하는 단자 하우징으로 이루어진 구성일 수 있다.
바람직하게는, 저항 모듈 하나에 발열체가 둘 이상 복수 개로 구성될 수 있으며, 발열체 각각은 평면 형상이 둘 이상의 절곡점 또는 변곡점을 갖는 주름진 형상일 수 있고, 발열체끼리는 쿨런트 박스의 높이 방향으로 소정의 간격을 두고 이격 배치되되, 아래위로 서로 이웃하는 두 발열체는 평면에서 봤을 때 서로 겹치거나 중첩되는 부분이 최소화되도록 수평 방향 정렬 위치가 서로 다를 수 있다.
여기서, 저항 모듈 하나에 발열체가 둘 이상 복수 개로 구성된 경우, 하나의 저항 모듈에 포함된 복수 개의 발열체 일단의 전원 전극들은 하나의 양극 통합단자를 통해 전기적으로 통합되고, 하나의 저항 모듈에 포함된 복수 개의 발열체 타단의 접지 전극들은 하나의 음극 통합단자를 통해 전기적으로 통합될 수 있다.
또한, 상기 단자 하우징은 중앙의 분리 격벽에 의해 내부 공간이 양극 통합단자와 음극 통합단자가 각각 실장되는 제1 공간과 제2 공간으로 분리 구획되고, 상기 단자 하우징의 상판과 하판에는 제1 공간과 제2 공간 각각에 대하여 상기 양극 통합단자와 음극 통합단자 각각을 상기 제어 모듈에 전기적으로 연결하는 버스바가 관통하는 버스바 관통홀이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 적용된 저항 모듈의 상기 밀봉판 및 쿨런트 박스 내부에는 상기 밀봉판 결합에 의한 쿨런트 박스 내 유체유동경로를 지그재그 형태로 구획하는 격판이 설치될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 적용된 상기 제어 모듈은, 상부가 개방된 케이스 및 상기 케이스의 상부 개방단을 덮도록 결합되는 덮개를 구비하며, 상기 케이스 내부에 상기 기판이 배치되고, 기판에 실장된 고발열성 제어소자 냉각을 위한 히트싱크가 상기 기판과 적어도 일부가 접하도록 케이스 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 레지스터에 의하면, 적층 조립 방식으로서, 적층 조립되는 저항 모듈의 개수를 필요에 따라 용이하게 조절할 수 있다. 즉 브레이크 레지스터의 전체 용량을 요구 사양에 맞춰 쉽게 가변 가능하다는 장점이 있으며, 사양 변경 요청에도 큰 설비 변경이나 교체 없이도 신속히 대응할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 전체적으로 박스 형태로 구성됨으로써, 불필요하게 많은 공간을 차지하지 않아 실차 장착에 있어 유리하고 공간 활용도도 높일 수 있으며, 저항 모듈들의 온/오프나 온도를 동시 또는 개별적으로 제어할 수 있어, 잉여 에너지 잔량에 맞춰 효율적인 에너지 소모 관리가 이루어질 수 있고, 고장 발생 시 고장이 발생한 부분(모듈)만 교체하면 되므로 유지 보수에 드는 비용도 절약될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터의 부분 분리 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 브레이크 레지스터의 결합 사시도.
도 3 내지 5는 도 2에 도시된 브레이크 레지스터의 정면도, 측면도, 평면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터를 구성하는 저항 모듈의 분해 사시도.
도 7은 도 6에서 하우징 커버와 통합단자가 생략된 저항 모듈의 결합 상태 정면도.
도 8은 도 6에서 하우징 커버만 생략된 저항 모듈의 결합 상태 정면도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터를 구성하는 제어 모듈의 분해 사시도.
도 10은 도 9에 도시된 제어 모듈의 부분 분해 사시도.
도 11은 복수 개의 저항 모듈과 제어 모듈 간 전기적인 연결 관계를 보여주기 위한 도면으로서, 하우징 커버가 생략된 본 발명의 결합 사시도.
도 12는 복수 개의 저항 모듈과 제어 모듈 간 전기적인 다른 연결 관계를 보여주는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터의 정면도.
도 13은 유입포트와 배출포트의 바람직한 일 실시 예를 도시한 도면.
도 14는 유입포트와 배출포트의 바람직한 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 15는 유입포트의 입구(유체가 유입되는 부분)와 배출포트의 출구(온도가 상승된 유체가 배출되는 부분) 위치의 다양한 변형 예를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터의 부분 분리 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 브레이크 레지스터의 결합 사시도이다. 그리고 도 3 내지 5는 도 2에 도시된 브레이크 레지스터의 정면도, 측면도, 평면도를 각각 나타낸다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 레지스터(1)는, 배터리 완충상태로 감속이나 타력 주행을 하는 상황에서도 회생 제동이 지속적으로 이루어질 수 있도록 잉여 전기에너지를 열에너지로 전환하여 강제 소모할 수 있도록 한 것으로 크게, 하나 이상의 저항 모듈(10)과 하나의 제어 모듈(30)로 구성될 수 있다.
도면에는 바람직한 실시 예로서 저항 모듈(10)이 2개인 구성을 예로 들어 도시하였으나, 저항 모듈(10)은 요구 사양에 따라 1개만 설치될 수도 있고, 3개 이상 다수로 구성될 수도 있으므로 2개로 국한되는 것은 아니다. 저항 모듈(10)이 2개인 구성은 어디까지나 본 발명을 설명하기 하나의 바람직한 실시 예임을 밝혀 둔다.
저항 모듈(10)에는 하나 이상의 발열체(142)가 포함될 수 있다. 발열체(142)는 전류가 흐르면 내부 저항에 의해 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 전기 저항성 발열체(142)일 수 있다. 예를 들어, 금속 보호관의 내부에 전열선을 내장하고, 절연 분말, 예컨대 산화마그네슘을 함께 충진하여 상기 전열선과 금속 보호관을 절연한 시즈히터(Sheath heater)일 수 있다.
저항 모듈(10)은 상면과 하면이 평탄한 평면 모양이 사각형인 박스 형태(육면체 형상)일 수 있으며, 제어 모듈(30)은 상기 발열체(142)와 전기적으로 연결되는 기판(35)을 내부에 실장할 수 있다(도 9 참조). 둘 이상 복수 개로 구성되는 저항 모듈(10)은 적층 방식으로 조립될 수 있으며, 제어 모듈(30)은 복수 개의 저항 모듈(10) 중 최상단 저항 모듈(10)의 상면에 적층 방식으로 조립될 수 있다.
저항 모듈(10)의 일측 유체 유입구(120)에는 유입포트(40)가 연결될 수 있다. 그리고 저항 모듈(10)의 타측 유체 배출구(122)에는 배출포트(50)가 연결될 수 있다. 유입포트(40)를 통해 저항 모듈(10)의 쿨런트 박스(12) 내부로 유체가 유입되고, 쿨런트 박스(12) 내부를 경유한 유체는 배출포트(50)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 과정에서 유체가 쿨런트 박스(12)의 내부에서 발열체(142)를 냉각시켜 에너지를 소모시킨다.
참고로, 발열체(142)가 에너지를 소모할 수 있도록 상기 쿨런트 박스(12) 내부를 경유하면서 상기 발열체(142)를 냉각시키는 유체는 순수 물 또는 물에 부동액이 혼입된 것일 수 있다. 물론, 물이 아닌 흔히 냉각액으로 사용되는 다른 액체일 수도 있다.
하나 또는 둘 이상의 저항 모듈(10)들과 제어 모듈(30)이 적층 조립됨에 있어서는, 연결유닛(70)에 의해 하나의 유닛 형태로 적층 조립될 수 있다. 연결유닛(70)은, 복수 개의 저항 모듈(10) 중 최하단 저항 모듈(10)의 하면이 접하도록 탑재되는 베이스 플레이트(72)와, 베이스 플레이트(72)에서 수직으로 연장되어 저항 모듈(10)들과 제어 모듈(30)을 고정시켜주는 하나 이상의 연결 브라켓(74)을 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(72)의 가장 자리에는 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 레지스터(1) 실차 장착 시 차량의 지정된 위치에 볼트로 고정시킬 수 있도록 각각에 볼트 구멍이 형성된 적어도 한 쌍 이상의 장착 플랜지(부호 생략)가 일체형으로 구비될 수 있으며, 연결 브라켓(74)에는 그 길이 방향(도면상 높이 방향)을 따라 장공(740)이 일정 간격으로 형성될 수 있다.
저항 모듈(10)들과 제어 모듈(30) 각각의 측면부(조립 시 상기 연결 브라켓(74)과 마주하는 부분)에는 피체결부재(25)가 하나씩 부착될 수 있다. 피체결부재(25)에는 볼트 구멍 또는 홈이 형성됨으로써, 연결 브라켓(74)의 외측에서 상기 장공(740)을 관통하여 각 피체결부재(25)에 체결되는 볼트에 의해 저항 모듈(10)들과 제어 모듈(30)들은 적층 구조를 갖는 하나의 유닛 형태로 조립될 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 레지스터의 부분 분리 사시도에서 도면부호 20은 탄성 패드를 가리킨다. 탄성 패드(20)는 모듈 간 이음 발생 감소 및 방수를 목적으로 저항 모듈(10)과 이웃하는 다른 저항 모듈(10) 사이 및 저항 모듈(10)과 제어 모듈(30) 사이에 개재될 수 있다. 이러한 탄성 패드(20)는 실리콘 패드가 바람직하지만 이에 국한되는 것은 아니다.
그리고 도 1 내지 도 3에서 도면부호 19는 후술하게 될 저항 모듈(10)의 단자 하우징(16)의 전면 개방부를 덮도록 결합되는 하우징 커버를 가리킨다.
본 발명의 실시 예에 따른 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터의 주요 구성 요소의 세부 구성에 대해 살펴보기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터를 구성하는 전술한 저항 모듈의 분해 사시도이며, 도 7은 도 6에서 하우징 커버와 통합단자가 생략된 저항 모듈의 결합 상태 정면도이다. 그리고 도 8은 도 6에서 하우징 커버만 생략된 저항 모듈의 결합 상태 정면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 적용된 저항 모듈(10)은, 일면(도면상 전면)이 개방된 쿨런트 박스(12) 및 쿨런트 박스(12) 내에 일부가 위치되도록 상기 개방된 일면을 통해 쿨런트 박스(12)에 결합되는 발열체 어셈블리(14)를 포함한다.
쿨런트 박스(12)에는 일측과 대향부 타측에 유체 유입구(120)와 유체 배출구(122)가 각각 형성될 수 있으며, 발열체 어셈블리(14)는 밀봉판(140)과 발열체(142)가 어셈블리 형태로 조립된 구성일 수 있다.
유체 유입구(120)와 유체 배출구(122)는 쿨런트 박스(12)의 일 측면과 대향부 타측면에 형성될 수 있다. 유체 유입구(120)와 유체 배출구(122)에는 유입포트(40)와 배출포트(50)가 각각 결합됨으로써, 유체는 유입포트(40)를 통해 쿨런트 박스(12) 내부로 유입되고 배출포트(50)를 통해 외부로 배출될 수 있으며, 쿨런트 박스(12)의 개방된 일면을 제외한 모든 측면 또는 일부 측면에 전술한 피체결부재(25)가 하나씩 부착될 수 있다.
발열체 어셈블리(14)의 밀봉판(140)은 상기 쿨런트 박스(12)의 개방된 부분에 용접 등을 통해 밀봉적으로 결합될 수 있다. 그리고 밀봉판(140)을 발열체(142)의 양단의 전극부가 관통하여 밀봉판(140)의 전면부로 노출되도록 고정될 수 있다. 전류 공급 시 실질적으로 열을 발생시키는 발열체(142)의 바디부(부호 생략)는 쿨런트 박스(12) 내에 위치하고, 밀봉판(140)의 전면에는 단자 하우징(16)이 결합될 수 있다.
단자 하우징(16)에는 양극 통합단자(17a)와 음극 통합단자(17b)가 실장될 수 있다. 양극 통합단자(17a)에는 상기 밀봉판(140)을 관통하여 이러한 밀봉판(140) 전면으로 돌출되는 발열체(142) 일단의 전원 전극(142a)이 전기적으로 연결될 수 있으며, 음극 통합단자(17b)에는 상기 밀봉판(140) 관통하여 밀봉판(140) 전면으로 돌출되는 발열체(142) 타단의 접지 전극(142b)이 전기적으로 연결될 수 있다.
하나의 저항 모듈(10)에는 발열체(142)가 둘 이상 복수 개로 설치될 수 있다. 발열체(142) 각각은 평면 형상이 둘 이상의 절곡점 또는 변곡점을 갖는 주름진 형상, 즉 지그재그 형태로 2회 이상 절곡된 형상일 수 있으며, 발열체(142)끼리는 일정한 간격을 두고 쿨런트 박스(12)의 높이 방향으로 이격 배치될 수 있다. 도면에는 저항 모듈(10) 하나에 발열체(142)가 6개인 구성을 예시 하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
쿨런트 박스(12)의 높이 방향으로 복수 개의 발열체(142)가 이격 배치됨에 있어서는, 아래위로 서로 이웃하는 두 발열체(142)의 수평 방향 정렬 위치를 서로 다르게(서로 엇갈리게) 함으로써, 평면에서 봤을 때 이웃하는 두 발열체(142) 간 서로 중첩되는 부분이 최소화되도록 함이 바람직하다(도 7 및 도 8 참조). 이 경우 이웃하는 두 발열체(142) 사이의 유체 통과 면적이 늘어 충분한 유량이 확보됨으로써 냉각 효율이 향상될 수 있다.
하나의 저항 모듈(10)에 포함되는 둘 이상 복수 개의 발열체(142, 도면 상 6개의 발열체) 각각의 전원 전극(142a)들은 전술한 하나의 양극 통합단자(17a)에 연결되어 전기적으로 통합될 수 있다. 그리고 하나의 저항 모듈(10)에 포함된 둘 이상 복수 개의 발열체(142) 각각의 접지 전극(142b)들은 전술한 하나의 음극 통합단자(17b)에 연결되어 전기적으로 통합될 수 있다.
단자 하우징(16)은 중앙의 분리 격벽(160)에 의해 내부 공간이 양극 통합단자(17a)와 음극 통합단자(17b)가 각각 실장되는 제1 공간(162a)과 제2 공간(162b)으로 분리 구획될 수 있다. 그리고 단자 하우징(16)의 상판과 하판에는 상기 제1 공간(162a)과 제2 공간(162b) 각각에 대하여 상기 양극 통합단자(17a)와 음극 통합단자(17b) 각각을 상기 제어 모듈(30)에 전기적으로 연결하는 버스바(80a, 80b)가 관통하는 버스바 관통홀(164a, 164b)이 형성될 수 있다.
각 버스바 관통홀(164a, 164b)의 둘레에는 오목부(166)가 형성될 수 있다. 그리고 상기 버스바 관통홀(164a, 164b)에 대응되는 탄성 패드(20)의 버스바 관통홀(264a, 264b)의 둘레에는 돌출부(266)가 형성될 수 있다(도 1 참조). 이 경우 둘 이상 복수 개의 저항 모듈(10)을 적층 방식으로 조립 시 그 사이에 개재되는 탄성 패드(20)의 돌출부(266)가 상기 오목부(166)에 맞물리게 결합됨으로써, 위아래 이웃하는 저항 모듈(10) 간 수평 방향 유격 및 오조립이 방지될 수 있다.
도 6에서 도면부호 146은 쿨런트 박스(12) 내 제한된 공간에서 유체가 유동하는 경로, 즉 유체유동경로를 최대한 길게 확보하기 위해 설치되는 격판을 가리킨다. 격판(146)은 밀봉판(140) 및 쿨런트 박스(12) 내부에 교대로 설치될 수 있으며, 이에 따라 상기 밀봉판(140) 결합에 의한 쿨런트 박스(12) 내 유체유동경로가 지그재그 형태로 구획될 수 있다.
예를 들어, 도면의 예시와 같이 발열체(142)가 3회 절곡된 구성일 경우, 쿨런트 박스(12) 중앙에 격판(146-1)이 하나 설치되고, 조립 시 상기 클런트 박스 측 격판(146-1)을 사이에 두고 대향되도록 밀봉판(140)에 두 개의 격판(146-2, 146-3)이 설치될 수 있다. 이에 따르면, 긴 유체유동경로로 인해 발열체(142)로부터 유체가 열을 빼앗는 시간이 충분히 확보될 수 있다. 결과적으로, 발열체(142)의 냉각 효율이 크게 향상될 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터에 적용되는 제어 모듈에 관한 도면으로서, 도 9는 제어 모듈의 분해 사시도이며, 도 10은 제어 모듈의 부분 분해 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 제어 모듈(30)은, 상부가 개방된 케이스(32) 및 상기 케이스(32)의 상부 개방단을 덮도록 결합되는 덮개(34)를 포함한다. 케이스(32)의 내부에 저항 모듈(10)의 온/오프 및 온도 제어를 위한 복수의 제어소자가 탑재된 기판(35)이 배치되고, 기판(35)의 하부에는 기판(35)에 실장되는 고발열성 제어소자 냉각을 위한 히트싱크(36)가 상기 기판(35)과 적어도 일부가 접하도록 배치될 수 있다.
여기서, 히트싱크(36)는 내부를 따라 순환하는 냉각 유체와 냉각 대상(기판(35)) 사이의 열교환 작용으로 냉각이 구현되는 방식, 즉 냉각 유체가 히트싱크(36) 내부를 순환하면서 상기 냉각 대상으로부터 열을 빼앗아 과열을 방지하는 수냉식 또는 유냉식 히트싱크(36)일 수 있다. 물론 언급된 수냉식 또는 유냉식에 국한되는 것은 아니며, 공지된 모든 유형의 히트싱크(36)도 적용이 가능하다.
도 9 및 도 10에서 도면부호 38은 외부 고전압 전원, 예컨대 고전압 배터리와 상기 제어 모듈(30) 간 전기적 연결을 위한 고전압 케이블이 접속되는 고전압 커넥터를 가리키며, 도면부호 33은 덮개(34) 결합 시 덮개(34)와 케이스(32)의 사이에 개재되는 덮개 씰(Seal)을 가리킨다.
도 11은 복수 개의 저항 모듈과 제어 모듈 간 전기적인 연결 관계를 보여주기 위한 도면으로서, 하우징 커버가 생략된 본 발명의 결합 사시도이다.
도 11을 참조하면, 저항 모듈(10) 하나에 포함된 복수 개의 발열체(142) 각각은 일단과 타단에 전원 전극(142a)과 접지 전극(142b)을 형성하고 있으며, 이들 발열체(142)에 형성되는 전극 중 전원 전극들(142a)은 앞서도 언급한 바와 같이 하나의 양극 통합단자(17a)에 연결되어 전기적으로 통합되고, 접지 전극(142b)들은 하나의 음극 통합단자(17b)에 연결되어 전기적으로 통합될 수 있다.
도면의 예시와 같이 2개의 저항 모듈(10)이 적층식으로 조립된 구성에서는 양극 통합단자(17a)와 음극 통합단자(17b)가 2개씩 구성될 수 있다(각 저항 모듈마다 양극 통합단자와 음극 통합단자가 하나씩 설치되기 때문).
각 저항 모듈(10)의 양극 통합단자(17a), 예컨대 도면의 예시와 같이 저항 모듈(10)이 2개인 경우 2개의 양극 통합단자(17a)는 하나의 제1 버스바(80a)를 통해 제어 모듈(30)의 양극(+) 단자(부호 생략)에 동시에 연결되고, 각 저항 모듈(10)의 음극 통합단자(17b), 예컨대 도면의 예시와 같이 저항 모듈(10)이 2개인 경우 2개의 음극 통합단자(17b)는 하나의 제2 버스바(80b)를 통해 제어 모듈(30)의 음극(-) 단자(부호 생략)에 동시에 연결될 수 있다.
이처럼 각 저항 모듈(10)의 양극 통합단자(17a)가 하나의 제1 버스바(80a)를 통해 제어 모듈(30)의 양극(+) 단자에 연결되고, 각 저항 모듈(10)의 음극 통합단자(17b)가 하나의 제2 버스바(80b)를 통해 제어 모듈(30)의 음극(-) 단자에 동시에 연결되면, 즉 복수 개의 저항 모듈(10)이 하나의 제어 모듈(30)에 전기적으로 병렬로 연결되면, 각 저항 모듈(10)의 발열체(142)들에 대한 제어(온/오프 제어나 온도 제어 등)가 동시에 이루어질 수 있다.
본 실시 예에서 각 저항 모듈(10)의 양극 통합단자(17a)를 하나로 연결하는 제1 버스바(80a)와 각 저항 모듈(10)의 음극 통합단자(17b)를 하나로 연결하는 제2 버스바(80b)는 각각에 대응하여 저항 모듈(10) 각각의 단자 하우징(16)에 형성되는 전술한 버스바 관통홀(164a, 164b)을 통과하여 저항 모듈(10)에서 제어 모듈(30) 방향으로 연장되거나, 반대로 제어 모듈(30)에서 저항 모듈(10) 방향으로 연장될 수 있다.
도 12는 복수 개의 저항 모듈과 제어 모듈 간 전기적인 다른 연결 관계를 보여주는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예로서, 각 저항 모듈(10)의 양극 통합단자(17a), 예컨대 도면의 예시와 같이 저항 모듈(10)이 2개인 경우 2개의 양극 통합단자(17a)는 각각에 대응되는 2개의 단위 버스바(82a ~ 82b)를 통해 제어 모듈(30)에 대응되는 개수로 형성되는 양극(+) 단자들에 개별적으로 연결되도록 구성할 수도 있다.
여기서, 각 저항 모듈(10)의 음극 통합단자(17b)는 버스바(80b) 하나로 제어 모듈(30)의 음극(-) 단자에 동시에 연결될 수 있다.
이처럼 각 저항 모듈(10)의 양극 통합단자(17a), 예컨대 도면의 예시와 같이 저항 모듈(10)이 2개인 경우 2개의 양극 통합단자(17a)가 각각에 대응되는 2개의 단위 버스바(82a ~ 82b)를 통해 제어 모듈(30)에 대응되는 개수로 형성되는 양극(+) 단자들에 개별적으로 연결되도록 구성하면, 저항 모듈(10)별 개별 제어가 가능해 잉여 에너지 잔량에 맞춰 효율적인 에너지 소모 관리가 이루어질 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터에 적용되는 유입포트와 배출포트의 바람직한 일 실시 예를 보여주는 도면으로서, 유입포트(40)와 배출포트(50)는 각 저항 모듈(10) 일측과 대향부 타측에 개별적으로 하나씩 구성되어 각 저항 모듈(10) 일측의 유입포트(40)는 유입포트(40)끼리 대향부 타측의 배출포트(50)는 배출포트(50)끼리 상호 연결될 수 있다.
이 경우, 이웃하는 두 유입포트(40) 간 연결부 및 이웃하는 두 배출포트(50) 간 연결부에는 도 13의 요부 확대도와 같이, 조립 공차로 인해 발생될 수 있는 이음부 틈새를 통한 유체의 누설 방지를 위해 씰링부재, 예컨대 오링(O)이 적어도 하나 이상씩 개재될 수 있으며, 도면상 최상단 또는 최하단의 유입포트(40)와 배출포트(50)는 한 쪽 끝이 막힌 구성일 수 있다.
이와는 달리, 유입포트와 배출포트의 바람직한 다른 실시 예를 도시한 도 14와 같이, 유입포트(40)와 배출포트(50)는 하나의 단일 객체 형태로 구성될 수도 있다. 이 경우, 유입포트(40)는 하나의 메인 유입관(42)에서 둘 이상의 분기 유입관(44)이 분기된 구성일 수 있으며, 배출포트(50)는 하나의 메인 배출관(52)에서 둘 이상의 분기 배출관(54)이 분기된 구성일 수 있다.
도 14의 다른 실시 예와 같이 하나의 단일 객체 형태로 유입포트(40)와 배출포트(50)를 구성하면, 리크(Leak) 관리 및 조립성 측면에서 도 13의 조립식 구조에 비해 유리하다는 장점이 있다.
도 13 및 도 14에서 도면부호 60은 저항 모듈(10) 내부를 경유하면서 승온된 유체의 온도를 검출하는 수온센서를 가리킨다. 수온센서(60)는 배출포트(50)의 최종 배출단 측(출구 측)에 부착될 수 있고, 제어 모듈(30)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 수온 센서(60)의 검출 정보를 바탕으로 제어 모듈(30)이 저항 모듈(10)을 피드팩 제어함으로써 잉여 에너지의 소모량이 조절될 수 있다.
도 15는 유입포트(40)의 입구(유체가 유입되는 부분)와 배출포트(50)의 출구(온도가 상승된 유체가 배출되는 부분) 위치의 다양한 변형 예를 도시한 도면으로서, 유체가 유입되는 유입포트(40)의 입구와 저항 모듈(10) 내부를 경유한 유체가 배출되는 배출포트(50)의 출구는 실차 장착 시 장착부 주변의 다른 부품과의 간섭이나 펌프의 위치에 따라 도 15의 (a) 내지 (d)와 같이 다양하게 변경될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 레지스터에 의하면, 적층 조립 방식으로서, 적층 조립되는 저항 모듈의 개수를 필요에 따라 용이하게 조절할 수 있다. 즉 브레이크 레지스터의 전체 용량을 요구 사양에 맞춰 쉽게 가변 가능하다는 장점이 있으며, 사양 변경 요청에도 큰 설비 변경이나 교체 없이도 신속히 대응할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 전체적으로 박스 형태로 구성됨으로써, 불필요하게 많은 공간을 차지하지 않아 실차 장착에 있어 유리하고 공간 활용도도 높일 수 있으며, 저항 모듈들의 온/오프나 온도를 동시 또는 개별적으로 제어할 수 있어, 잉여 에너지 잔량에 맞춰 효율적인 에너지 소모 관리가 이루어질 수 있고, 고장 발생 시 고장이 발생한 부분(모듈)만 교체하면 되므로 유지 보수에 드는 비용도 절약될 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 브레이크 레지스터 10 : 저항 모듈
12 : 쿨런트 박스 14 : 발열체 어셈블리
16 : 단자 하우징 19 : 하우징 커버
17a : 양극 통합단자 17b : 음극 통합단자
20 : 탄성 패드 30 : 제어 모듈
32 : 케이스 33 : 덮개 씰
34 : 덮개 35 : 기판
36 : 히트싱크 38 : 커넥터
40 : 유입포트 50 : 배출포트
60 : 수온센서 70 : 연결유닛
72 : 베이스 플레이트 74 : 연결 브라켓
80a : 제1 버스바 80b : 제2 버스바
82a ~ 82b : 단위 버스바 120 : 유체 유입구
122 : 유체 배출구 140 : 밀봉판
142 : 발열체 142a : 발열체의 전원 전극
142b : 발열체의 접지 전극 146 : 격판
160 : 분리 격벽 162a : 제1 공간
162b : 제2 공간 164a, 164b, 264a, 264b: 버스바 관통홀

Claims (16)

  1. 내부에 하나 이상의 발열체를 구비하는 하나 이상의 저항 모듈;
    상기 발열체와 전기적으로 연결되는 기판을 포함하는 하나의 제어 모듈;
    상기 저항 모듈의 일측 유체 유입구에 연결되는 유입포트; 및
    상기 저항 모듈의 타측 유체 배출구에 연결되는 배출포트;를 포함하며,
    상기 저항 모듈은 상면과 하면이 평탄한 박스 형태로 구성되고,
    상기 저항 모듈의 상면에 상기 제어 모듈이 적층 방식으로 조립되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 모듈은 둘 이상 복수 개로 구성되며,
    둘 이상 복수 개의 저항 모듈은 적층 방식으로 조립되고,
    적층 방식으로 조립되는 복수 개의 저항 모듈 중 최상단 저항 모듈의 상면에 상기 제어 모듈이 적층 방식으로 조립되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    저항 모듈들과 상기 제어 모듈은 연결유닛을 통해 하나의 유닛 형태로 적층 결합되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결유닛은,
    복수 개의 저항 모듈 중 최하단 저항 모듈의 하면이 접하도록 탑재되는 베이스 플레이트와,
    상기 베이스 플레이트에서 수직으로 연장되어 상기 저항 모듈들과 제어 모듈을 고정시켜주는 하나 이상의 연결 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  5. 제 2 항에 있어서,
    각 저항 모듈의 발열체는 일단과 타단에 전원 전극과 접지 전극을 갖고,
    각 발열체의 전원 전극은 제1 버스바를 통해 상기 제어 모듈의 양극(+) 단자에 동시에 연결되고,
    각 발열체의 접지 전극은 제2 버스바를 통해 상기 제어 모듈의 음극(-) 단자에 동시에 연결되어,
    각 발열체의 온도가 동시에 제어되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  6. 제 2 항에 있어서,
    각 저항 모듈의 발열체는 일단과 타단에 전원 전극과 접지 전극을 갖고,
    각 발열체의 전원 전극은 단위 버스바를 통해 상기 제어 모듈에 대응되는 개수로 형성되는 양극(+) 단자들에 개별적으로 연결되고,
    각 발열체의 접지 전극은 하나의 버스바를 통해 상기 제어 모듈의 음극(-) 단자에 동시에 연결되어,
    각 발열체의 온도가 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  7. 제 2 항에 있어서,
    저항 모듈 일측의 유입포트는 이웃하는 다른 저항 모듈 일측의 유입포트와 연결되고,
    저항 모듈 타측의 배출포트는 이웃하는 다른 저항 모듈 타측의 배출포트와 연결되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 유입포트는 하나의 메인 유입관에서 둘 이상의 분기 유입관이 분기된 단일 객체 형태로 구성되고,
    상기 배출포트는 하나의 메인 배출관에서 둘 이상의 분기 배출관이 분기된 단일 객체 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  9. 제 2 항에 있어서,
    저항 모듈과 이웃하는 다른 저항 모듈 사이 및 저항 모듈과 제어 모듈 사이에 탄성 패드가 개재되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배출포트에는 저항 모듈 내부를 경유하면서 승온된 유체의 온도 검출을 위한 수온센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 모듈은,
    일면이 개방되고 상기 유체 유입구와 유체 배출구가 형성된 쿨런트 박스와,
    상기 쿨런트 박스의 개방된 부분에 밀봉적으로 결합되는 밀봉판 및 상기 쿨런트 박스의 내부에 배치되며 상기 밀봉판에 양단이 고정되는 상기 발열체로 구성된 발열체 어셈블리와,
    상기 밀봉판 전면에 결합되고 발열체 일단의 전원 전극과 타단의 접지 전극 각각에 연결되는 양극 통합단자와 음극 통합단자를 실장하는 단자 하우징으로 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    저항 모듈 하나에 발열체가 둘 이상 복수 개로 구성되고,
    발열체 각각은 평면 형상이 둘 이상의 절곡점 또는 변곡점을 갖는 주름진 형상이며,
    발열체끼리는 쿨런트 박스의 높이 방향으로 소정의 간격을 두고 이격 배치되되,
    아래위로 서로 이웃하는 두 발열체는 수평 방향 정렬 위치가 서로 다른 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    하나의 저항 모듈에 포함된 복수 개의 발열체 일단의 전원 전극들은 하나의 상기 양극 통합단자를 통해 전기적으로 통합되고,
    하나의 저항 모듈에 포함된 복수 개의 발열체 타단의 접지 전극들은 하나의 상기 음극 통합단자를 통해 전기적으로 통합되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 단자 하우징은 중앙의 분리 격벽에 의해 내부 공간이 양극 통합단자와 음극 통합단자가 각각 실장되는 제1 공간과 제2 공간으로 분리 구획되고,
    상기 단자 하우징의 상판과 하판에는 제1 공간과 제2 공간 각각에 대하여 상기 양극 통합단자와 음극 통합단자 각각을 상기 제어 모듈에 전기적으로 연결하는 버스바가 관통하는 버스바 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 밀봉판 및 쿨런트 박스 내부에는 상기 밀봉판 결합에 의한 쿨런트 박스 내 유체유동경로를 지그재그 형태로 구획하는 격판이 설치되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상부가 개방된 케이스 및 상기 케이스의 상부 개방단을 덮도록 결합되는 덮개를 구비하며,
    상기 케이스 내부에 상기 기판이 배치되고,
    기판에 실장된 고발열성 제어소자 냉각을 위한 히트싱크가 상기 기판과 적어도 일부가 접하도록 케이스 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 적층식 브레이크 레지스터.


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