WO2018174470A1 - 전력 변환 모듈의 방열 장치 및 이를 포함하는 전력 변환 모듈 - Google Patents

전력 변환 모듈의 방열 장치 및 이를 포함하는 전력 변환 모듈 Download PDF

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WO2018174470A1
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송영길
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    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure

Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation device of a power conversion module and a power conversion module including the same.
  • the heat dissipation device has a significant influence on the reliability of the power conversion module, so the heat dissipation design has priority.
  • the circuit structure that minimizes the power loss, the effective attachment structure of the heating element, the heat dissipation fin and case structure and material, heterogeneous parts such as thermal grease, the bonding material of the material, the molding material, etc. are important considerations. to be.
  • the power conversion module according to the prior art is cooled by using a forced air cooling or water cooling method in consideration of the calorific value of the device.
  • Forced air cooling is cheaper than water cooling in terms of cost, but has a problem of poor heat transfer capacity.
  • forced air cooling and water cooling are simultaneously adopted.
  • the charger case is used as a heat radiating mechanism to cool.
  • a heat dissipation device cools the entire system by blowing external air into the heat dissipation case using a fan to the outside for sufficient cooling, and the heat generating elements are designed to minimize heat resistance by joining the heat dissipation case as close as possible. ought.
  • the DC-DC converter minimizes heat concentration of the device by directly blowing fan air to the fins of the case of the heat sink in which the device is mounted by a conventional cooling method.
  • a heat dissipation device of a power conversion module according to the prior art will be described.
  • FIG. 1 is a view showing a heat radiation device of a power conversion module according to the prior art.
  • a heat dissipation device 1 of a power conversion module includes a substrate 2 disposed inside a case (not shown) and a heat generating element including a terminal 4 connected to the substrate 2. (3), a heat sink 6 coupled to the heat generating element 3 and a fixing member 5 for fixing the heat generating element 3 to the heat sink 6.
  • the heat generating element 3 and the heat dissipating plate 6 directly contact each other, whereby heat generated in the heat generating element 3 is transferred to the heat dissipating plate 6.
  • the heat dissipation fins of the heat sink 6 are exposed to the outside of the case, thereby dissipating heat transferred through the heat generating element 3 to the outside.
  • the heat dissipation device has a high temperature of the heat dissipation plate 6 as the heat of the heat generating element 3 is directly transferred to the heat dissipation plate 6, and thus the human body is exposed to the heat dissipation plate 6 exposed to the outside. Risks exist in environments where contact can occur.
  • the heat dissipation device since the heat dissipation device must directly contact the heat generating element 3 with the heat dissipation plate 6, the component arrangement area of the heating element 3 is increased, and as the component arrangement area is increased, the substrate area is increased and There is a problem that the overall size increases.
  • each heat dissipation part must be separately assembled to the board, and a problem about a separation distance occurs when the heat dissipation parts are fastened by fastening members such as screws. do.
  • the embodiment according to the present invention provides a heat dissipation device of a power conversion module that can be assembled to a plurality of heat dissipation parts modular.
  • the heat dissipation device of the power conversion module according to the embodiment, the housing; A substrate disposed in the housing; A heating element disposed in the housing and connected to the substrate; A first heat sink disposed in the housing and coupled to the heat generating element; And a second heat sink disposed below the first heat sink, wherein the heat generating element is coupled to a side surface of the first heat sink, and the first heat sink is disposed between the substrate and the second heat sink.
  • the side surface of the first heat sink to which the heat generating element is coupled is perpendicular to the substrate.
  • the heat generating element is vertically disposed below the substrate and coupled to the side surface of the first heat sink.
  • the heat generating element may include a fastening hole
  • the first heat sink may further include a fastening member including a first fastening groove and inserted into the first fastening groove through the fastening hole.
  • the semiconductor device may further include a spacer disposed between the first heat sink and the substrate.
  • the support member is coupled to the first heat sink and includes a first support region including a through hole, a second support region bent in a first direction from the first region, and a first direction from the second region. And a third support region bent in a second direction opposite to and in contact with the heat generating element.
  • a portion in contact with the heat generating element has a predetermined curvature.
  • the third support region includes a plurality of branches spaced apart from the second support region by a predetermined distance.
  • the heat generating element includes at least one first heat generating element disposed on a first side surface of the first heat sink, and at least one second heat generating element disposed on a second side surface of the first heat sink.
  • the second heat sink includes a base disposed on a lower surface of the first heat sink and a heat dissipation fin that protrudes from the base and partially exposes the outside of the housing.
  • At least one seating portion is formed in a region where the first heat sink is disposed, and is partitioned from another region.
  • the first heat sink includes a first heat dissipation unit coupled to the second heat dissipation plate, a second heat dissipation unit protruding upward from an upper surface of the first heat dissipation unit, and the heat generating element coupled to a side surface thereof.
  • the heat dissipation unit has a width larger than the width of the second heat dissipation unit.
  • the boss may further include at least one boss disposed in an edge region of the base of the second heat sink and supporting the substrate, wherein the substrate has a boss through hole formed in an area in contact with the boss.
  • the main heat transferred to the heat sink can be minimized, thereby solving the safety problems that may occur as the temperature of the main heat sink exposed to the outside increases.
  • the heating element vertically mounted on the substrate, the area occupied by the heating element on the substrate can be reduced, thereby reducing the overall size of the power conversion module. have.
  • FIG. 1 is a view showing a heat radiation device of a power conversion module according to the prior art.
  • FIG. 2 is a view showing a power conversion module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the power conversion module 100 shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view showing the upper case shown in FIG.
  • 5 to 7 are views showing in detail the lower case and the second heat sink shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the circuit breaker module 400 shown in FIG. 3 in detail.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the battery management module unit 500 illustrated in FIG. 3 in detail.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the power conversion module unit 600 shown in FIG. 3 in more detail.
  • FIG. 11 is a view illustrating the heat dissipation module 650 illustrated in FIG. 10 in detail.
  • FIG. 12 illustrates the support member 656 of FIG. 11 in detail.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the heat dissipation module 650 shown in FIG. 11 step by step.
  • FIG. 14 to 18 are views illustrating a method of manufacturing the heat dissipation module 650 according to an embodiment of the present invention in the order of process.
  • 19 is a view for explaining a heat radiation mechanism according to an embodiment of the present invention.
  • Combinations of each block and each step of the flowchart in the accompanying drawings may be performed by computer program instructions.
  • These computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment such that the instructions executed by the processor of the computer or other programmable data processing equipment are executed in each block or flowchart of the figure. It will create means for performing the functions described in the steps.
  • These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory.
  • Instructions stored therein may produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each step of each block or flowchart of the figure.
  • Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for executing the functions described in each block of the figures and in each step of the flowchart.
  • each block or step may represent a portion of a module, segment or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • a specified logical function s.
  • the functions noted in the blocks or steps may occur out of order.
  • the two blocks or steps shown in succession may in fact be executed substantially concurrently or the blocks or steps may sometimes be performed in the reverse order, depending on the functionality involved.
  • FIG. 2 is a view showing a power conversion module according to an embodiment of the present invention.
  • the power conversion module 100 includes a housing 200 having an accommodation space therein, a plurality of power module units 400, 500, and 600 accommodated in the interior accommodation space of the housing 200; At least a portion of the second heat sink 300 is accommodated in the housing 200 and coupled to the plurality of power module units 400, 500, and 600 and the remaining portion is exposed to the outside of the housing 200. do.
  • the housing 200 may have a space in which the power module units 400, 500, and 600 are accommodated. In addition, the housing 200 may have a space in which the second heat sink 300 is accommodated.
  • the housing 200 protects the power module units 400, 500, and 600 accommodated therein.
  • the housing 200 protects the power conversion module 100 from various environmental factors (eg, moisture, wind, temperature, etc.) generated in the use environment of the power conversion module 100.
  • the housing 200 has a plurality of first through holes 221 spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the first through hole 221 has a shape extending in the first direction from the lower surface of the housing 200.
  • the first direction may be a horizontal direction connecting the right end to the left end of the lower surface of the housing 200.
  • a plurality of first through holes 221 may be formed at a predetermined interval from a lower surface of the housing 220 in a second direction.
  • the second direction may be a longitudinal direction connecting the lower end from the upper end of the lower surface of the housing 200. That is, the second direction may be a direction orthogonal to the first direction.
  • the lower surface of the housing 200 has a plurality of first through-holes 221 having a shape extending in the first direction while being spaced apart at a predetermined interval in the second direction of the lower surface of the housing 220. Can be arranged.
  • the first through hole 221 has a shape corresponding to the plurality of heat radiation fins 320 constituting the second heat sink 300 to be described later.
  • At least one second through hole 2111, 2121, and 2131 is formed on an upper surface of the housing 200.
  • the second through holes 2111, 2121, and 2131 are formed to expose at least one of the components accommodated in the accommodation space of the housing 200 to the outside.
  • the circuit module 400 may be included in the power module units 400, 500, and 600 accommodated in the housing 200, and the circuit blocking module unit 400 is disposed on an upper surface of the housing 200.
  • the circuit breaker exposing hole 2121 exposing the circuit breaker 440 to the outside may be formed.
  • circuit blocking module 400 further includes an interface exposure hole 2111 exposing a signal input / output unit (IO) port 431 for communication with an external device (not shown). Can be.
  • IO signal input / output unit
  • the power module unit 400, 500, 600 accommodated in the housing 200 may further include a status notification module 700, and the status notification module 700 may include a light emitting device (not shown). It may include. Accordingly, the housing 200 may further include a lens insertion hole 2131 into which the lens 720 for diffusing light generated from the light emitting device is inserted while exposing the light emitting device to the outside.
  • a portion of the second heat sink 300 accommodated in the housing 200 is exposed to the outside through the first through hole 221 formed on the lower surface of the housing 200.
  • the second heat sink 300 discharges heat generated from the power module units 400, 500, and 600 accommodated in the housing 200 to the outside of the housing 200.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the power conversion module 100 shown in FIG. 2.
  • the power conversion module 100 includes an upper case 210 and a lower case 220 constituting the housing 200, a portion of which is accommodated in the housing 200, and a portion of the housing ( The second heat sink 300 exposed to the outside, the circuit breaker module 400 disposed in the accommodation space of the housing 200, and the battery management module portion disposed in the accommodation space of the housing 200.
  • the second heat sink 300 exposed to the outside, the circuit breaker module 400 disposed in the accommodation space of the housing 200, and the battery management module portion disposed in the accommodation space of the housing 200.
  • a power conversion module 600 disposed in the accommodation space of the housing 200, disposed in the accommodation space of the housing 200, and at least one component is exposed to the outside of the housing 200.
  • the status notification module 700 and an electronic component 800 disposed in the accommodation space of the housing 200 and seated on the second heat sink 300 are included.
  • the housing 200 includes an upper case 210 and a lower case 220.
  • the lower case 220 supports the second heat sink 300 disposed on the lower case 220. That is, the second heat sink 300 is seated on the bottom surface of the lower case 220.
  • a plurality of first through holes 221 described above are formed on the bottom surface of the lower case 220, and the heat dissipation fins constituting the second heat sink 300 are formed through the first through holes 221.
  • the lower case 220 is exposed to the outside.
  • the upper case 210 is disposed on the lower case 220.
  • the upper case 210 is the circuit blocking module 400, the battery management module 500, the power conversion module 600, the status notification module 700 and disposed on the second heat sink 300 and Cover the electronic component 800.
  • an accommodation space in which the power module units are accommodated may be formed in the upper case 210.
  • the upper surface of the upper case 210 may have a layered structure.
  • the upper surface of the upper case 210 may have a step shape corresponding to the height of each power module unit accommodated therein.
  • the second heat sink 300 is mounted on the bottom surface of the lower case 220, and at least a portion thereof is exposed to the outside through the first through hole 221 of the lower case 220.
  • a first heat sink (to be described later) and a mounting portion (to be described later) on which the electronic component 800 may be mounted are provided on the second heat sink 300.
  • the seating part has a predetermined height to protrude from the other areas on the top surface of the second heat sink 300.
  • the seating portion is partitioned from an upper surface of the other area except the seating portion on the second heat sink 300. Accordingly, the first heat sink and the electronic component 800 may be stably seated on the second heat sink 300, and in addition, the first heat sink and the electronic component 800 may not be seated. It can prevent moving to another position.
  • the electronic component 800 is seated on the second heat sink 300.
  • the electronic component 800 is coupled to the second heat sink 300.
  • the electronic component 800 has a predetermined height and may be seated on the second heat sink 300.
  • the electronic component 800 may be a large component having a predetermined height and size, such as a transformer or an inductor.
  • the power module units are disposed on the second heat sink 300.
  • the power module unit includes the circuit blocking module unit 400, the battery management module unit 500, the power conversion module unit 600, and the status notification module unit 700.
  • the power conversion module 600 and the status notification module 700 is disposed in an upper region of the second heat sink 300.
  • one end of the circuit blocking module 400 is coupled to the left end of the lower case 220, and one end of the battery management module unit 500 is coupled to the right end of the lower case 220.
  • the circuit breaker module 400 and the battery management module 500 are not disposed in the upper region of the second heat sink 300, but are spaced apart from the upper region in a left or right direction by a predetermined distance. Is placed in the area.
  • the width of the upper region of the lower case 220 may be smaller than the width of the lower region of the upper case 210.
  • the width of the upper region of the lower case 220 may correspond to the width of the power conversion module 600.
  • the power conversion module 600, the battery management module 500, and the circuit breaker module 400 may be arranged in a horizontal direction in an upper region of the lower case 220.
  • the width of the lower region of the upper case 210 is the width of the power conversion module 600, the width of the battery management module 500 and the width of the circuit breaker module 400. It can correspond to the width of the sum.
  • the circuit breaker module unit 400 includes a circuit breaker 440, thereby enabling the operation of the power conversion module 100 to be turned on and off.
  • the battery management module unit 500 receives the battery power supplied through a battery (not shown), and transfers the received battery power to the power conversion module unit 600.
  • the battery management module 500 controls the battery power supplied through the battery to supply to the power conversion module 600.
  • the power conversion module unit 600 uses the battery power supplied through the battery management module unit 500 as input power, and converts the input power to generate output power.
  • the power conversion module unit 600 may be a DC-DC converter.
  • the state notification module 700 includes at least one light emitting device (not shown), thereby notifying the outside of the overall operating state of the power conversion module through the flashing of the light emitting device.
  • the state notification module 700 may display the on-off state information of the power conversion module or the abnormal state information indicating whether the device is abnormal.
  • FIG. 4 is a view showing the upper case shown in FIG.
  • the upper case 210 is an upper region of the circuit blocking module 400, the battery management module 500, the power conversion module 600, and the status notification module 700 accommodated therein. And a frame covering the side region.
  • the upper case 210 includes upper plate portions 211, 212, 213 and 214, and side plate portions 215 extending substantially vertically from one end of the upper plate portions 211, 212, 213 and 214 in a downward direction.
  • the upper plate portions 211, 212, 213, and 214 have a layered structure.
  • the top plates 211, 212, 213, and 214 may include a first top plate 211, a second top plate 212, a third top plate 213, and a fourth top plate 214.
  • the heights of the first top plate 211, the second top plate 212, the third top plate 213, and the fourth top plate 214 are different from each other, and thus the top plate portions 211, 212, of the upper case 210 are different from each other.
  • 213 and 214 may have a stepped structure.
  • the first top plate 211 has a height corresponding to the signal input / output unit 431 of the circuit blocking module 400 accommodated therein.
  • the first upper plate 211 includes at least one interface exposing hole 2111 exposing a terminal (not shown) of the signal input / output unit 431.
  • the second top plate 212 has a height corresponding to the circuit breaker 440 of the circuit breaker module 400 accommodated therein.
  • the second top plate 212 includes at least one breaker exposing hole 2121 exposing a cutoff switch (not shown) of the circuit breaker 440.
  • the third upper plate 213 has a height corresponding to a first area of the power conversion module 600 accommodated therein.
  • the power conversion module unit 600 includes a first region in which only a power conversion component is disposed, and a second region in which a power control component is further disposed on the power conversion component.
  • the height of the first region and the height of the second region are different from each other. Accordingly, the third upper plate 213 has a height corresponding to the first area of the power conversion module unit 600.
  • the third upper plate 213 may include a lens 720 configured to diffuse light generated through the light emitting device while protecting a light emitting device (not shown) mounted in the state notification module 700 accommodated therein.
  • a lens insertion exposure hole 2131 for insertion is formed.
  • the fourth top plate 214 has a height corresponding to the second region of the power conversion module unit 600 and the battery management module unit 500 accommodated therein.
  • a signal input / output unit 431 constituting the circuit blocking module 400 is disposed under the first upper plate 211 of the upper case 210.
  • circuit breaker 440 constituting the circuit breaker module 400 is disposed below the second upper plate 212 of the upper case 210.
  • a first area of the power conversion module unit 600 and the state notification module unit 700 are disposed below the third upper plate 213 of the upper case 210.
  • a second area of the power conversion module unit 600 and the battery management module unit 500 are disposed below the fourth upper plate 214 of the upper case 210.
  • the left side and the right side of the upper case 210 are open. Accordingly, the left side surface of the upper case 210 may be covered by a frame of the circuit blocking module 400 accommodated therein. In addition, the right side surface of the upper case 210 may be covered by a frame of the battery management module 500 accommodated therein.
  • the side plates 215 of the upper case 210 are disposed on the front and rear surfaces of the top plates 211, 212, 213, and 214 based on the top plates 211, 212, 213, and 214, respectively. Accordingly, the upper case 210 may include a front side plate and a rear side plate extending substantially vertically from the top plates 211, 212, 213, and 214.
  • the front or rear side plate 215 of the upper case 210 is formed to extend substantially vertically from one end of the upper plate 211, 212, 213, 214 in the lower direction. Accordingly, the side plate 215 may gradually increase in height in the longitudinal direction.
  • a case coupling part 2151 for coupling with the lower case 220 is disposed on the side plate 215 of the upper case 21.
  • the lower case 220 is provided with an additional coupling part (not shown) for coupling with the case coupling part 2151, and a coupling member (for example, a screw) is fastened to the case coupling part, thereby providing the lower case.
  • the upper case 210 may be fixed on the 220.
  • the side plate 215 of the upper case 210 has a coupling hole (2152) for coupling with the battery management module 500, the power conversion module 600 and the circuit breaker module 400 accommodated therein. Can be further formed.
  • the upper case 210 may have a good thermal conductivity and may be formed of a metal such as aluminum (Al) for blocking electromagnetic waves generated from the power module unit accommodated therein.
  • Al aluminum
  • 5 to 7 are views showing in detail the lower case and the second heat sink shown in FIG.
  • the lower case 220 is combined with the upper case 210 to form the accommodation space.
  • the lower case 220 provides a seating space in which the second heat sink 300 may be mounted.
  • the lower case 220 includes a lower plate and a protrusion extending in an upward direction from an end of the lower plate. That is, the lower case 220 may be formed of a rectangular plate portion provided at the bottom and four wall portions extending upward from the edge end of the plate portion.
  • the base 310 of the second heat sink 300 is mounted on the lower plate of the lower case 220.
  • the lower plate of the lower case 220 is formed with a plurality of first through holes 221 spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the first through hole 221 has a shape extending in the first direction from one end of the lower plate.
  • the first direction may be a horizontal direction connecting the right end from the left end of the lower plate.
  • a plurality of first through holes 221 may be formed at a predetermined interval from the lower plate in a second direction.
  • the second direction may be a longitudinal direction connecting the lower end from the upper end of the lower plate. That is, the second direction may be a direction orthogonal to the first direction.
  • a plurality of first through holes 221 having a shape extending in the first direction may be disposed on the lower plate while being spaced apart at a predetermined interval in the second direction.
  • the first through hole 221 has a shape corresponding to the plurality of heat dissipation fins 320 constituting the second heat dissipation plate 300.
  • the heat dissipation fin 320 extends vertically from the bottom surface of the base 310, and the first through hole 221 is an insertion hole into which the heat dissipation fin 320 is inserted.
  • the second heat sink 300 is disposed on the lower plate of the lower case 220.
  • the base 310 of the second heat dissipation plate 300 is disposed on the lower plate of the lower case 220, and the heat dissipation fin 320 of the second heat dissipation plate 300 opens the first through hole 221. Through the lower case 220 is exposed to the outside.
  • the base 310 of the second heat dissipation plate 300 has a plate shape, and mounting parts 350 and 360 which are divided into a plurality of areas are provided on an upper surface thereof.
  • the seating parts 350 and 360 include a first seating part 350 on which the first heat sink 651 constituting the heat dissipation module is mounted, and a second seating part 360 on which the electronic component 800 is seated. do.
  • the first seating part 350 is disposed higher than another area of the upper surface of the base 310.
  • the second seating part 360 is disposed lower than another area of the upper surface of the base 310. That is, the large sized electronic component 800 is seated on the second seating portion 360, thereby increasing the volume of the entire module by the height of the electronic component 800. Accordingly, the second mounting part 360 has a recessed shape recessed inwardly compared to other areas, so that the overall height of the module can be reduced by the recessed depth.
  • the first heat sink 651 is disposed on the first seating part 350.
  • the height of the first heat sink 651 may be lower than the height of the electronic component 800, which may cause the substrate constituting the power conversion module unit 600 and the electronic component 800 to contact each other.
  • the first seating portion 350 protrudes from the upper surface of the base 310 to a certain height so that the substrate of the power conversion module unit 600 and the electronic component 800 do not contact each other.
  • a stepped portion protruding in an upward direction is formed in an edge region of the first seated portion 350, and the first heat sink 651 is inserted into the stepped portion so as to be seated on the first seated portion 350. do.
  • a fastening hole into which the fastening member (not shown) for fastening with the first heat sink 651 may be further formed may be formed in the first seating part 350.
  • a boss fastening part 330 is disposed in an edge region of the base 310 of the second heat sink 300 or an edge region of the lower case 220.
  • the boss fastening part 330 may be a fastening hole for fastening the boss 340 for supporting and fixing the power conversion module part 600 disposed on the lower case 220 and the second heat sink 300. .
  • the boss 340 has a predetermined height and protrudes in an upper direction of the lower case 220 and the second heat sink 300.
  • the height of the boss 340 may correspond to the height of the first heat sink 651 configured in the power conversion module 600. That is, the boss 340 supports the substrate constituting the power conversion module unit 600 in addition to the function of supporting and fixing the power conversion module unit 600 mounted on the second heat sink 300.
  • the electronic component 800 and the substrate do not come into contact with each other by being spaced apart from the upper surface of the heat sink 300.
  • a sealing member 230 is disposed in a coupling region of the lower case 220 and the second heat sink 300 to block foreign substances that penetrate between the lower case 220 and the second heat sink 300.
  • the sealing member 230 may be a waterproof ring to prevent moisture from penetrating between the lower case 220 and the second heat sink 300.
  • circuit blocking module 400 will be described in detail.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the circuit breaker module 400 shown in FIG. 3 in detail.
  • the circuit breaker module unit 400 includes a frame 410, a bracket 420, a substrate 430, and a breaker 440.
  • the frame 410 has an "L" shape. That is, the frame 410 includes a lower plate portion 411 and a seat plate portion 412 extending in a vertical direction from one end of the left side of the lower plate portion 411.
  • the lower plate portion 411 of the frame 410 is a mounting portion on which the substrate 430 and the circuit breaker 440 constituting the circuit blocking module 400 are seated.
  • the lower plate part 411 protects the lower area of the substrate 430 and the breaker 440 seated on the frame 410.
  • the frame 410 stably positions the substrate 430, and thus serves as shielding and ground of an electromagnetic magnetic interference (EMI).
  • EMI electromagnetic magnetic interference
  • the seat plate part 412 protects a left side area of the substrate 430 and the breaker 440 seated on the frame 410.
  • the circuit blocking module 400 is not disposed in the upper region of the lower case 220, and the right end of the lower plate portion 411 of the frame 410 is disposed on the left end of the lower case 220. As fastened, the protrusion protrudes to the left area of the lower case 220.
  • the lower region of the circuit breaker module unit 400 is not protected by the lower case 220. Accordingly, the lower plate part 411 is coupled to the left end of the lower case 220 to provide a seating space for mounting the substrate 430 and the breaker 440, and at the same time, the substrate 430 and the Protect the lower region of the breaker 440.
  • the left side of the upper case 210 is open as described above.
  • the seat plate portion 412 of the frame 410 covers the open left side.
  • the front and rear of the substrate 430 and the breaker 440 seated on the frame 410 is covered by the side plate 215 of the upper case 210, the substrate 430 and the breaker ( An upper portion of the 440 is covered by the first top plate 211 of the upper case 210.
  • the seat plate portion 412 is formed with a fastening portion (not shown) bent in the right direction from the top, it may be coupled to the first top plate 211 of the upper case through a separate fastening member.
  • the lower plate portion 411 is formed to extend vertically upward from the front end of the lower plate portion 411, and thus a fastening portion 414 coupled to the first upper plate 211 of the upper case 210. ) May be formed.
  • the lower plate portion 411 may be further formed extending from the right end of the lower plate portion 411 in the vertical downward, and thus a fastening portion 413 to be fitted to the lower case 220 may be further formed.
  • a fixing portion 415 protruding from the upper surface of the lower plate portion 411 and fixing the substrate 430 disposed thereon may be further formed on the upper surface of the lower plate portion 411.
  • the bracket 420 is disposed on the lower plate portion 411, the bracket 420 is a stepped portion protruding vertically upward from the lower plate bracket portion 421, and at least one end of the lower plate bracket portion 421 422.
  • the bracket 420 fixes the breaker 440 disposed on the upper portion.
  • the breaker 440 may be seated on the lower bracket part 421 of the bracket part 420, and thus may be fitted and fixed to the stepped part 422.
  • the substrate 430 is coupled to the lower plate portion 411 of the frame 510.
  • Each circuit component constituting the circuit blocking module 400 is mounted on the substrate 430, and a circuit pattern (not shown) for electrically connecting the circuit components to each other is disposed.
  • the substrate 430 may be rigid or flexible.
  • the substrate 430 may include glass or plastic.
  • the substrate 430 may include chemically strengthened / semi-hardened glass such as soda lime glass or aluminosilicate glass, or may be polyimide (PI) or polyethylene terephthalate (PET). It may include reinforced or soft plastics such as propylene glycol (PPG) polycarbonate (PC) or sapphire.
  • PI polyimide
  • PET polyethylene terephthalate
  • PPG propylene glycol
  • PC propylene glycol
  • the substrate 430 may include a photoisotropic film.
  • the substrate 110 may include a cyclic olefin copolymer (COC), a cyclic olefin polymer (COP), an isotropic polycarbonate (PC) or an isotropic polymethyl methacrylate (PMMA), or the like.
  • COC cyclic olefin copolymer
  • COP cyclic olefin polymer
  • PC isotropic polycarbonate
  • PMMA isotropic polymethyl methacrylate
  • a signal input / output unit 431 is connected to an external device on the substrate 430 to interface with the external device.
  • the signal input / output unit 431 is disposed in an area corresponding to the interface exposure hole 2111 of the upper case 210 disposed above, so that a terminal (not shown) constituting the signal input / output unit 431 is provided. It is exposed to the outside through the interface exposure hole 2111.
  • the substrate 430 includes an opening portion 432 in which an area in which the breaker 440 is disposed is opened among the upper surfaces of the lower plate portion 411 of the frame 410.
  • the circuit breaker module unit 400 includes the frame 410, the bracket 420, the substrate 430, and the circuit breaker 440 as one module, and thus the lower case 220 and the upper part. It is coupled to the case 210.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the battery management module unit 500 illustrated in FIG. 3 in detail.
  • the battery management module unit 500 includes a first frame 510, a first substrate 520, a second frame 530, and a second substrate 540.
  • the first frame 510 includes a lower plate portion 511 and a right plate portion 512 extending in a vertical direction from one right end of the lower plate portion 511.
  • the lower plate 511 of the frame 510 includes a first substrate 520 on which an auxiliary power circuit serving as a branch point of battery power is mounted among the components constituting the battery management module 500. I support it.
  • the first frame 510 is a mounting portion on which the first substrate 520 is seated.
  • the lower plate part 511 protects a lower region of the first substrate 520 seated on the first frame 510.
  • the right plate part 512 protects the right region of the first substrate 520 and the second substrate 540 mounted on the first frame 510 and the second frame 530.
  • the battery management module 500 is not disposed in the upper region of the lower case 220, and the left end of the lower plate 511 of the first frame 510 is the right end of the lower case 220.
  • the protrusion is disposed to the right area of the lower case 220. Accordingly, the lower area of the battery management module unit 500 is not protected by the lower case 220.
  • the lower plate part 512 is coupled to the right end of the lower case 220 to provide a seating space for the first substrate 520 to be seated and to protect the lower region of the first substrate 520. do.
  • the upper case 210 is open at the right side. Therefore, the right plate part 512 of the first frame 510 covers the open right side surface.
  • the front and rear of the first and second substrates 520 and 540 mounted on the first frame 510 are covered by the side plate 215 of the upper case 210, and the first and second substrates.
  • Upper portions of the upper portion 520 and 540 are covered by the fourth upper plate 214 of the upper case 210.
  • the lower plate portion 511 and the right plate portion 512 is formed with at least one bent portion, it can be coupled to the lower case 220 and the upper case 210 by a separate fastening member.
  • the first substrate 520 is coupled to the lower plate portion 511 of the first frame 510.
  • Components constituting the auxiliary power circuit are mounted on the top surface 521 of the first substrate 520.
  • the component includes a branching portion 522 for branching the battery power supply.
  • the second frame 530 and the second substrate 540 are disposed on the first frame 510.
  • the second frame 530 stably positions the second substrate 540 and serves as an EMI shield and ground accordingly.
  • the second frame 530 includes a lower plate portion 531 and a right plate portion 532 extending upwardly bent from the right end of the lower plate portion 531.
  • the lower plate part 531 is a seating part on which the second substrate 540 is seated, and in the lower region of the upper case 210, the power conversion module part disposed on the left side of the battery management module part 500.
  • the partition wall part for blocking signal interference with the 600.
  • the second substrate 540 is coupled to the lower plate portion 531 of the second frame 530.
  • a power source connected to a top surface 521 of the second substrate 540 and connected to a battery (not shown), receiving power supplied from the battery, and transferring the received power to the power conversion module unit 600.
  • the interface unit 542 is disposed.
  • the battery management module unit 500 includes the first frame 510, the second frame 530, the first substrate 520, and the second substrate 540 as one module. It is coupled to the lower case 220 and the upper case 210.
  • FIG. 10 is a detailed view of the power conversion module 600 shown in FIG. 3
  • FIG. 11 is a detailed view of the heat dissipation module 650 shown in FIG. 10
  • FIG. 12 is a support of FIG. 11.
  • the member 656 is shown in detail.
  • the power conversion module unit 600 includes a first substrate 610 on which a power conversion component 620 is mounted, a second substrate 630 on which a control component (not shown) is mounted, and the first substrate 610.
  • the first substrate 610 is a substrate on which various components for performing a power conversion operation are mounted.
  • various components for performing a power conversion operation For example, an inductor, a diode, a transformer, and the like may be mounted on the first substrate 610.
  • the first substrate 610 is a substrate on which various elements for causing an electrical operation including the heating element 654 to be described later are mounted.
  • the boss 640 supporting the second substrate 630 disposed on the first substrate 610 is disposed in an edge region of the first substrate 610. That is, a component having a high height exists in the component disposed on the first substrate 610. For example, a component such as a transformer has a high height, and is thus protruded and disposed on the first substrate 610 at a predetermined height.
  • the Bosch 640 allows the second substrate 630 to be disposed on the high height component. That is, the Bosch 640 supports the second substrate 630 which is formed in plural around the placement area of the second substrate 630 and is disposed on the component having the high height.
  • Control components for controlling the operation of the power module units 400, 500, and 600 are mounted on the second substrate 630.
  • the control component controls the overall operation of the power conversion module 100, and in particular, the switching operation of the switching elements required for the power conversion operation.
  • the heat dissipation module 650 is disposed under the second substrate 620.
  • the heat generating element 654 constituting the heat dissipation module 650 is mounted on the bottom surface of the second substrate 620. That is, among the power conversion components, there is a heat generating element 654 that generates a lot of heat during operation.
  • representative examples of the heat generating element 654 include a transformer and a power transistor which is a power element.
  • the heat generated from the heat generating element 654 should be cooled effectively to prevent the fire of the power conversion module as well as the efficient operation.
  • only one main heat sink (second heat sink 300 in the present invention) exposed to the outside of the case of the power conversion module is used to cool the heat generating element 654. Occurred.
  • direct heat transfer is not performed between the heat generating element 654 and the second heat sink 300.
  • the first heat sink 651 is disposed between the heat generating element 654 and the second heat sink 300, and heat generated from the heat generating element 654 is transferred to the first heat sink 651.
  • the first heat dissipated is transferred to the second heat sink 300.
  • the heating element 654 is horizontally disposed on the bottom surface of the first substrate 610.
  • the heat generating element 654 is disposed perpendicular to the bottom surface of the first substrate 610. That is, when the heat generating element 654 is laid horizontally as in the prior art, the area occupied by the heat generating element 654 on the first substrate 610 becomes large.
  • the heat generating element 654 is vertically disposed on the first substrate 610, and thus the area occupied by the heat generating element 654 on the first substrate 610 is reduced.
  • the number of heat generating elements arranged in the same substrate may be increased or the size of the substrate on which the same heat generating elements is disposed may be reduced. This is because, when the heat generating element 654 is disposed vertically, the area of the surface where the heat generating element 654 and the first substrate 610 face each other is smaller than the area when the heat generating element 654 is disposed horizontally.
  • the heat dissipation module 650 will be described in more detail.
  • FIG. 11 is a detailed view of the heat dissipation module 650 shown in FIG. 10,
  • FIG. 12 is a detailed view of the support member 656 shown in FIG. 11, and
  • FIG. 13 is a heat dissipation module shown in FIG. 11.
  • 14 to 18 are flowcharts illustrating a method of manufacturing the heat dissipation module 650 according to an exemplary embodiment of the present invention in the order of process.
  • the heat dissipation module 650 may include a first heat sink 651, a heat transfer pad 652, a spacer 653, a heat generating element 654, a support member 656, and a first fastening member. 657 and second fastening member 658.
  • the first heat sink 651 is coupled to the heat generating element 654 and the second heat sink 300.
  • the heat dissipation element 654 is coupled to a side surface of the first heat dissipation plate 651, and the second heat dissipation plate 300 is coupled to a bottom surface thereof.
  • the first heat sink 651 is disposed on the first portion 6511 and the first portion 6511 to be coupled to the heat generating element 654. It includes. In this case, for convenience of description, the first heat sink 651 is divided into the first portion 6511 and the second portion 6512, but the first portion 6511 and the second portion 6512 are integrally formed. One configuration is preferred.
  • the first portion 6511 has a rectangular plate shape.
  • the first portion 6511 has a size corresponding to the first seating portion 350 formed on the base 310 of the second heat sink 300. That is, the width of the first portion 6511 corresponds to the width of the first seating portion 350.
  • the first portion 6511 is disposed on the first seating portion 350 of the base 310.
  • the bottom surface of the first portion 6511 is in surface contact with the top surface of the base 310.
  • the second portion 6512 has a rectangular pillar shape on the first portion 6511 and protrudes from an upper surface of the first portion 6511.
  • the second portion 6511 has a width narrower than the width of the first portion 6511.
  • the first portion 6511 has a rectangular plate shape having a first width and a first length.
  • the second portion 6512 has a rectangular pillar shape having a second width narrower than the first width and a second height equal to the first width.
  • the first part 6511 and the second part 6512 have a rectangular shape in the drawing, this is only an example, and the first part 6511 and the second part 6512 are not described above.
  • the rectangular shape it may have any one of a circle shape, a triangular shape, and a polygonal shape.
  • the second portion 6512 is protruded in the central region of the first portion 6511. Accordingly, the central region of the top surface of the first portion 6512 is in contact with the bottom surface of the second portion 6512. The left and right regions, except for the center region of the upper surface of the first portion 6511, are exposed. Therefore, the first heat sink 651 including the first portion 6511 and the second portion 6512 may have a ' ⁇ ' shape.
  • a through hole 6513 penetrating the upper and lower surfaces of the first portion 6511 is formed.
  • the second fastening member 658 is inserted into the through hole 6513.
  • the second fastening member 658 penetrates the through hole 6513 and fits into a fastening groove (not shown) of the first seating part 350, and thus the base of the second heat sink 300.
  • the first heat sink 651 is fixed on the 310.
  • the left and right surfaces of the second portion 6512 are divided into a first region to which the support member 656 is coupled and a second region to which the heat generating element 654 is coupled.
  • one heat generating element 654 may be coupled to a second area of each of the left and right sides of the second portion 6512, and the plurality of heat generating elements 654 may be spaced apart as shown in the drawing. It may also be placed.
  • a first fastening groove 6714 for fastening the spacer 653 is formed on an upper surface of the second portion 6512.
  • a plurality of second fastening grooves 6515 for fastening the support member 656 are formed in the first regions of the left and right surfaces of the second portion 6512, respectively, and the second portion.
  • a plurality of third fastening grooves 6516 are formed in the second regions of the left and right surfaces of the 6512 to fasten the heat generating element 654.
  • the first fastening groove 6714 is formed on the upper surface of the second portion 6512 with a predetermined depth in the thickness direction of the second portion 6512.
  • the second fastening groove 6515 and the third fastening groove 6516 are formed on the left side and the right side of the second portion 6512 with a predetermined depth in the longitudinal direction of the second portion 6512.
  • inner walls of each of the first fastening groove 6614, the second fastening groove 6515, and the third fastening groove 6516 may have a threaded shape.
  • Heat transfer pads 652 are disposed in the second regions on the left and right sides of the second portion 6512. That is, the heat transfer pad 652 is inserted between the second portion 6512 and the heat generating element 654.
  • the heat transfer pad 652 is a heat transfer member for thermally connecting the heat generating element 654, the first heat sink 651, and the second heat sink 300, and thus, in the heat generating element 654. Heat generated is transferred to the first heat sink 651.
  • the heat transfer pad 652 may be formed of a metal material having excellent thermal conductivity, for example, a metal material such as silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), aluminum (Al), or the like. It may include.
  • a through hole 6561 is formed in the heat transfer pad 652 at a position corresponding to the third fastening groove 6616 of the second portion 6512.
  • the third coupling groove 6516 may be fastened through the through hole 6652.
  • the heat generating element 654 includes an element body 6561, a terminal 6654, and a through hole 6553 penetrating the element body 6651 in the longitudinal direction.
  • the device body 6651 is a component that generates heat during operation, and may be, for example, a power transistor.
  • Terminal 6654 protrudes from the element body 6651 and is thus electrically connected to the first substrate 610. In this case, the terminal 6654 may penetrate the first substrate 610, and thus may be fixed and coupled to the first substrate 610 by an adhesive paste such as solder.
  • the terminal 6654 electrically connects the device body 6651 and a circuit pattern (not shown) formed on the first substrate 610.
  • the through hole 6535 passes through the device body 6651.
  • the through hole 6553 penetrates through the left and right surfaces of the device body 6561 in a state in which the device body 6561 is standing vertically. Accordingly, the device body 6651 is coupled to the second portion 6512 of the first heat sink 651 in a vertical position.
  • the element fastening member 6544 penetrates the through hole 653 of the heat generating element 654 and the through hole 6652 of the heat transfer pad 652, and thus performs a third fastening of the second portion 6512. It is inserted into the groove 6516.
  • the spacer 653 is disposed on an upper surface of the second portion 6512.
  • the spacer 653 includes a body 6531 and a fastening protrusion 6532.
  • the fastening protrusion 6532 is inserted into the first fastening groove 6614, so that the body 6531 protrudes above the upper surface of the second portion 6512.
  • the spacer 653 is disposed on the second portion 6512 to prevent the first heat sink 651 and the first substrate 610 from contacting each other. That is, the spacer 653 spaces the upper surface of the second portion 6512 of the first heat sink 651 from the lower surface of the first substrate 610 by a predetermined distance.
  • the spacer 653 may match the flatness between the first heat sink 651 and the first substrate 610, which may occur due to the height difference of the heating element 654 due to the flatness problem. Minimize stress
  • One end of the support member 656 is coupled to the second portion 6512 of the first heat sink 651, and the other end of the support member 656 contacts the element body 6651 of the heat generating element 654.
  • the support member 656 has an elastic force, thereby contacting the element body 6651 of the heat generating element 654 to the heat dissipation pad 652. That is, the support member 656 secures the separation distance between the + pole of the heat generating element 654 and the-pole of the ground and at the same time increases the transferability of heat generated from the heat generating element 654 (the element body ( 6541).
  • the support member 656 may be formed of a metal material such as stainless to secure a certain level of elastic force.
  • Through holes 6652 are formed in the support member 656.
  • the through hole 6652 is formed at a position corresponding to the second fastening groove 6515 formed in the second portion 6512.
  • the first fastening member 657 is inserted into the second fastening groove 6515 through the through hole 6652 formed in the support member 656.
  • the shape of the support member 656 will be described in more detail below.
  • the support member 656 is coupled to the second portion 6512 and has a first region 6651 formed with the through hole 6652 and a second region bent in the first direction from the first region 6651. 6603 and a third region 6604 bent from the second region 6603 in a second direction opposite to the first direction.
  • the through hole 6652 is formed in the first region 6651.
  • the first region 6651 is in contact with the second portion 6512 of the first heat sink 651.
  • the first heat sink 651 is fastened to the first heat sink 651 by the first fastening member 657.
  • the second region 6603 is bent from the first region 6651 in the first direction.
  • the second region 6603 is bent in a direction opposite to the bending direction of the third region 6654 so as to increase the pressure applied to the heat generating element 654 through the third region 6654.
  • the second region 6603 is not in contact with the first heat sink 651.
  • the first direction may be a direction opposite to the direction in which the first heat sink 651 is disposed.
  • the second region 6603 is bent in the right direction instead of the left direction in which the first heat sink 651 is disposed. do.
  • the third region 6604 is bent from the second region 6603 in a second direction opposite to the bending direction of the second region 6603. That is, when the second region 6603 is bent in the right direction as described above, the third region 6656 is bent in the left direction from the end of the second region 6603.
  • the third region 6654 is in contact with the device body 6651, thereby applying a certain level of pressure to the device body 6651. At this time, the portion in contact with the element body 6651 has a certain curvature so that the element body 6651 is not damaged by the applied pressure.
  • the third region 6656 is formed by branching from the second region 6603. That is, the third region 6656 includes a plurality of branches which are separated from each other by a predetermined interval from the second region 6603. For example, when the first and second heat generating elements are coupled to the left side of the second portion 6512, respectively, the third region 6654 branches from the second region 6603 to form the first heat generating element. And a first branch contacting with the second branch, and a second branch spaced apart from the first branch by a predetermined distance and branched from the second region 6603 to contact the second heat generating element.
  • the third region 6654 of the support member 656 so that different pressures may be applied to the respective heat generating elements. Branches into a plurality.
  • a first heat sink 651 including the first portion 6511 and the second portion 6512 as described above is prepared (step 110).
  • the spacer 653 is coupled to an upper surface of the second portion 6512 of the first heat sink 651, and the heat radiation is provided on the left and right surfaces of the second portion 6512.
  • the pad 652 is coupled (step 120).
  • first fastening grooves 6614 are formed on the upper surface of the second portion 6512, and third fastening grooves 6616 are formed on the left and right surfaces thereof. Accordingly, the protrusion 6532 of the spacer 653 is inserted into the first fastening groove 6614, and the spacer 653 is disposed on the upper surface of the second portion 6512. The heat dissipation pad 652 is fixed while the third fastening groove 6616 and the through hole 6652 of the heat dissipation pad 652 are positioned to be aligned with each other.
  • the heat dissipation pad 652 may be coupled to the first heat dissipation plate 651 through the element fastening member 6544 together with the element body 6651 of the heat generating element 654. Accordingly, an adhesive material is formed on one side of the heat dissipation pad 652 so that the heat dissipation pad 652 may be disposed at a designated position until the heat generating element 654 is coupled to the heat dissipation pad 652. Are attached to the left side and the right side of the second portion 6512, respectively.
  • the heat generating element 654 and the thermal sensor 659 are coupled to the second portion 6512 of the first heat sink 651 (step 130). That is, as shown in FIG. 15, in the heat generating element 654, the element fastening member 6614 may include a through hole 6553 of the element body 6561, and a through hole 6652 of the heat radiation pad 652. It may be coupled to the first heat sink 651 as it is inserted into the first fastening groove 6614 through.
  • a thermal sensor 659 may be further coupled to the first heat sink 651.
  • the thermal sensor 659 measures the temperature of the first heat sink 651 to confirm whether the power conversion module unit 600 is in a stable operation, and accordingly measures the measured temperature of the second substrate 630. To the control parts placed in the transmission.
  • the support member 656 is coupled to the first heat sink 651 (step 140). That is, as shown in FIG. 16, a second fastening formed in the through hole 6652 formed in the first region 6651 of the support member 656 and the second portion 6512 of the first heat sink 651.
  • the groove 6515 is aligned, so that the first fastening member 657 penetrates the through hole 6652 and is inserted into the second fastening groove 6515, thereby supporting the first heat sink 651.
  • each branch of the third region 6654 constituting the support member 656 is in contact with the heat generating element 654 and thus at the support member 656 Pressure is applied to the heat generating element 654 by the generated elastic force.
  • step 150 when the heat dissipation module 650 is manufactured as described above, the manufactured heat dissipation module 650 and the first substrate 610 are coupled (step 150). That is, as shown in FIG. 17, the mounting position of the heating element 654 coupled to the heat dissipation module 650 of the lower surface of the first substrate 610 is checked, and the heating element is checked at the checked mounting position.
  • the terminal 6654 of 654 is soldered on the circuit pattern of the first substrate 610.
  • a separate guide jig (not shown) may be used to confirm the mounting position of the heating element 654 and to fix the heat dissipation module 650 at the mounting position.
  • the power conversion module 600 manufactured as described above is coupled to the first seating portion 350 of the base 610 of the second heat sink 300 (step 160). That is, as shown in FIG. 18, after the first portion 6511 of the first heat sink 651 is positioned on the first seating portion 350, the first heat sink 651 through a separate fastening member. And the second heat sink 300 are coupled to each other. In this case, in order to increase thermal conductivity between the first heat sink 651 and the second heat sink 300, a thermal grease 900 is coated on the first seating portion 350, and the applied thermal grease 900 is applied. The first heat sink 651 may be combined thereon.
  • 19 is a view for explaining a heat radiation mechanism according to an embodiment of the present invention.
  • an embodiment of the present invention includes a heat dissipation module 650 having the above structure. Accordingly, the heat dissipation mechanism can be largely divided into three stages.
  • heat conduction occurs between the heat generating element 654 and the first heat dissipation plate 651 where heat is generated in the heat generating element 654.
  • the heat dissipation pad 652 may be disposed between the first heat dissipation plate 651 and the heat dissipation element 654 so as to increase thermal conduction efficiency between the first heat dissipation plate 651 and the heat dissipation element 654. To maximize heat dissipation area.
  • heat conducted from the heat generating element 654 to the first heat sink 651 is primarily radiated from the first heat sink 651.
  • the first heat dissipated is transferred to the second heat sink 300 through the thermal grease 900.
  • the thermal grease 900 as described above is applied to the upper surface of the first seating part 350.
  • the first heat sink 651 and the second heat sink 300 may use an aluminum alloy having high thermal conductivity and low specific gravity, which is somewhat lower than that of pure aluminum, which is inherently a die casting alloy.
  • the thermal grease 900 is applied in the present invention, which has a high thermal conductivity and maximizes a thermal conductive area, rather than the heat radiation pad 652.
  • the heat transferred to the second heat sink 300 is transferred to the heat dissipation fin 320 through the base 310 of the second heat sink 300, and finally to the outside of the housing.
  • the heat dissipation fin 320 extend in a longitudinal direction and are spaced at a predetermined interval. It has a fin structure.
  • the heat dissipation fin 320 is exposed to the outside of the housing to prevent corrosion or erosion, and to apply a powder coating to solve the problem of low thermal emissivity (phenomena due to heat reflection) on the surface of the metal properties desirable.
  • the main heat transferred to the heat sink can be minimized, thereby solving the safety problems that may occur as the temperature of the main heat sink exposed to the outside increases.
  • the heating element vertically mounted on the substrate, the area occupied by the heating element on the substrate can be reduced, thereby reducing the overall size of the power conversion module. have.

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Abstract

실시 예에 따른 전력 변환 모듈의 방열 장치는, 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 기판; 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 기판과 연결되는 발열 소자; 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 발열 소자와 결합하는 제 1 방열판; 및 상기 제 1 방열판 하부에 배치되는 제 2 방열판을 포함하며, 상기 발열 소자는, 상기 제 1 방열판의 측면에 결합되며, 상기 제 1 방열판은, 상기 기판과 상기 제 2 방열판 사이에 배치된다.

Description

전력 변환 모듈의 방열 장치 및 이를 포함하는 전력 변환 모듈
본 발명은 전력 변환 모듈의 방열 장치 및 이를 포함하는 전력 변환 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 전력변환모듈에 있어 방열장치는 전력변환모듈의 신뢰성에 중요한 영향을 미침에 따라 방열설계가 우선시 된다. 그리고 방열효과를 향상시키기 위해서는 파워손실을 최소화시키는 회로구조, 발열 소자의 효과적인 부착 구조, 방열 핀 및 케이스 구조 및 재료, 써멀 그리스와 같은 이종 부품, 재료의 접합 재료, 몰딩 재료 등이 중요하게 고려해야 사항이다. 상기의 고려사항을 최적화함으로써, 전력변환모듈의 고효율 방열 성능을 확보할 수 있다.
보다 구체적으로, 종래기술에 따른 전력변환 모듈은 소자의 발열량을 고려하여 강제 공냉이나 수냉 방식을 이용하여 냉각한다. 강제 공냉 방식은 비용면에서 수냉방식에 비하여 저렴하나 열전달능력이 떨어지는 문제점을 지니고 있다. 그리고 일 예로 3.3KW 출력용량의 탑재형 충전기의 경우에는 강제 공냉과 수냉 방식을 동시에 채택하고 있다.
또한, 강제 공냉의 경우 단순히 히트 싱크를 이용하여 고 발열 소자를 냉각하기 보다는 충전기 케이스를 방열기구로 사용하여 냉각하는 방식을 이용하고 있다. 이와 같은 방열장치는 충분한 냉각을 위해 외부에 팬을 이용하여 외부공기를 방열용 케이스에 불어줌으로써 전체 시스템을 냉각하고, 이때 발열 소자는 최대한 방열 케이스에 근접하도록 접합함으로써 열 저항을 최소화하는 설계가 이루어지고 있다.
또한, DC-DC 컨버터의 경우 기존의 냉각 방식으로 소자가 실장 되어있는 히트 싱크의 케이스의 핀에 팬의 공기를 직접 불어주어 소자의 열 집중을 최소화한다. 이하 종래기술에 따른 전력변환모듈의 방열장치에 대하여 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력변환모듈의 방열장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력변환 모듈의 방열 장치(1)는, 케이스(도시하지 않음)의 내부에 배치되는 기판(2), 상기 기판(2)에 연결되는 단자(4)를 포함하는 발열 소자(3), 상기 발열 소자(3)와 결합되는 방열판(6) 및 상기 방열판(6)에 상기 발열 소자(3)를 고정하는 고정 부재(5)를 포함한다.
상기와 같은 방열 장치(1)는 상기 발열 소자(3)와 상기 방열판(6)이 상호 직접적으로 접촉하며, 그에 따라 상기 발열 소자(3)에서 발생한 열이 상기 방열판(6)으로 전달된다. 또한, 상기 방열판(6)의 방열핀은 상기 케이스의 외부로 노출되며, 그에 따라 상기 발열 소자(3)를 통해 전달되는 열을 상기 외부로 방출한다.
그러나, 상기 방열 장치는, 상기 발열 소자(3)의 열이 바로 상기 방열판(6)으로 전달됨에 따라 상기 방열판(6)의 자체 온도가 높으며, 이로 인해 외부로 노출된 상기 방열판(6)에 인체 접촉이 일어날수 있는 환경에서 위험성이 존재한다.
또한, 상기 방열 장치는 상기 발열 소자(3)를 상기 방열판(6)과 직접 접촉시켜야 하기 때문에 상기 발열 소자(3)의 부품 배치 면적이 넓어지며, 상기 부품 배치 면적이 넓어짐에 따라 기판 면적 증가 및 전체 사이즈가 증가하는 문제점이 있다.
또한, 상기 방열 장치는 다수의 방열부품을 적용하는 경우, 각각의 방열 부품을 개별적으로 기판에 조립해야 하며, 상기 방열 부품을 스크류와 같은 체결 부재로 체결하는 경우에 이격 거리에 대한 문제가 발생하게 된다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 별도의 서브 방열판을 적용하여 발열 소자로부터 전달되는 열을 상기 서브 방열판에서 1차적으로 방열시켜준 후에 메인 방열판으로 전달할 수 있는 전력 변환 모듈의 방열 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 다수의 방열 부품을 모듈식으로 조립할 수 있는 전력 변환 모듈의 방열 장치를 제공한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예에 따른 전력 변환 모듈의 방열 장치는, 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 기판; 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 기판과 연결되는 발열 소자; 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 발열 소자와 결합하는 제 1 방열판; 및 상기 제 1 방열판 하부에 배치되는 제 2 방열판을 포함하며, 상기 발열 소자는, 상기 제 1 방열판의 측면에 결합되며, 상기 제 1 방열판은, 상기 기판과 상기 제 2 방열판 사이에 배치된다.
상기 발열 소자가 결합되는 상기 제 1 방열판의 상기 측면은, 상기 기판과 수직이다.
상기 발열 소자는, 상기 기판의 하부에 수직으로 세워져 배치되어 상기 제 1 방열판의 상기 측면에 결합한다.
상기 발열 소자는, 체결 홀을 포함하고, 상기 제 1 방열판은, 제 1 체결 홈을 포함하며, 상기 체결 홀을 관통하여 상기 제 1 체결 홈에 삽입되는 체결 부재를 더 포함한다.
상기 제 1 방열판과 상기 기판 사이에 배치되는 스페이서를 더 포함한다.
상기 제 1 방열판과 결합하여 상기 발열 소자를 지지하는 지지 부재를 더 포함한다.
상기 지지부재는, 상기 제 1 방열판에 결합되며, 관통 홀을 포함하는 제 1 지지 영역과, 상기 제 1 영역으로부터 제 1 방향으로 절곡되는 제 2 지지 영역과, 상기 제 2 영역으로부터 상기 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 절곡되고, 상기 발열 소자와 접촉하는 제 3 지지 영역을 포함한다.
상기 지지부재의 상기 제 3 영역은, 상기 발열 소자와 접촉하는 부분이 일정 곡률을 가진다.
상기 제 3 지지 영역은, 상기 제 2 지지 영역으로부터 일정 간격 이격되는 복수의 분기부를 포함한다.
상기 발열 소자는, 상기 제 1 방열판의 제 1 측면에 배치되는 적어도 하나의 제 1 발열 소자와, 상기 제 1 방열판의 제 2 측면에 배치되는 적어도 하나의 제 2 발열 소자를 포함한다.
상기 제 2 방열판은, 상기 제 1 방열판의 하면에 배치되는 베이스와, 상기 베이스에서 돌출되어 일부가 상기 하우징의 외부로 노출되는 방열핀을 포함한다.
상기 베이스의 상면에는, 상기 제 1 방열판이 배치되는 영역에 형성되어, 다른 영역과 구획되는 적어도 하나의 안착부가 형성된다.
상기 제 1 방열판은, 상기 제 2 방열판과 결합하는 제 1 방열부와, 상기 제 1 방열부의 상면으로부터 상부 방향으로 돌출되며, 측면에 상기 발열 소자가 결합되는 제 2 방열부를 포함하고, 상기 제 1 방열부는, 상기 제 2 방열부의 폭보다 큰 폭을 가진다.
상기 제 2 방열판의 상기 베이스의 가장자리 영역에 배치되며, 상기 기판을 지지하는 적어도 하나의 보스를 더 포함하며, 상기 기판은, 상기 보스와 접촉하는 영역에 보스 관통 홀이 형성된다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 별도의 서브 방열판을 이용하여 발열 소자를 통해 전달되는 열을 1차적으로 방열시키고, 상기 1차적으로 방열된 열을 메인 방열판으로 전달하여 외부로 방출시킴으로써, 상기 메인 방열판으로 전달되는 열을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 외부로 노출된 메인 방열판의 온도가 올라감에 따라 발생할 수 있는 안전상의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 기판 위에 상기 발열 소자를 수직으로 세워서 장착함으로써, 상기 기판상에서 상기 발열 소자가 차지하는 면적을 감소시킬 수 있으며, 이에 따른 전력 변환 모듈의 전체 사이즈를 슬림화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 다수의 방열 부품을 모듈식으로 제작하여 조립함으로써, 상기 다수의 방열 부품의 조립 공정을 단순화할 수 있으며, 이에 따른 상기 방열 부품의 배치 공간을 최적화할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력변환모듈의 방열장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 모듈을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 전력 변환 모듈(100)의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 상부 케이스를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 도 3에 도시된 하부 케이스 및 제 2 방열판을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 회로 차단 모듈부(400)를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3에 도시된 배터리 관리 모듈부(500)를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 도 3에 도시된 전력 변환 모듈부(600)를 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 방열 모듈(650)을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 지지 부재(656)를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 13는 도 11에 도시된 방열 모듈(650)의 제조 방법을 단계별로 나타낸 흐름도이다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 방열 모듈(650)의 제조 방법을 공정순으로 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 방열 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 전력 변환 모듈(100)은 내부에 수용 공간을 가지는 하우징(200)과, 상기 하우징(200)의 내부 수용 공간 내에 수용된 복수의 전력 모듈부(400, 500, 600)과, 적어도 일부가 상기 하우징(200) 내부에 수용되어 상기 복수의 전력 모듈부(400, 500, 600)와 결합되고 나머지 일부가 상기 하우징(200)의 외부로 노출되어 있는 제 2 방열판(300)을 포함한다.
하우징(200)은 내부에 전력 모듈부(400, 500, 600)가 수용되는 공간이 형성될 수 있다. 또한, 상기 하우징(200)은 내부에 상기 제 2 방열판(300)이 수용되는 공간이 형성될 수 있다.
상기 하우징(200)은 내부에 수용되는 상기 전력 모듈부(400, 500, 600)를 보호한다. 바람직하게, 상기 하우징(200)는 상기 전력 변환 모듈(100)의 사용 환경에서 발생하는 다양한 환경 요인(예를 들어, 수분, 바람, 온도 등)으로부터 상기 전력 변환 모듈(100)을 보호한다.
또한, 상기 하우징(200)은 하부에 상호 일정 간격 이격되는 복수의 제 1 관통 홀(221)이 형성되어 있다.
상기 제 1 관통 홀(221)은 상기 하우징(200)의 하면에서 제 1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는다. 여기에서, 상기 제 1 방향은 상기 하우징(200)의 하면의 좌측단에서 우측단을 연결하는 가로 방향일 수 있다. 또한, 상기 제 1 관통 홀(221)은 상기 하우징(220)의 하면에서 제 2 방향으로 일정 간격 이격되어 복수 개 형성될 수 있다. 상기 제 2 방향은, 상기 하우징(200)의 하면의 상측단에서 하측단을 연결하는 세로 방향일 수 있다. 즉, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 직교하는 방향일 수 있다.
즉, 상기 하우징(200)의 하면에는, 상기 하우징(220)의 하면의 상기 제 2 방향으로 일정 간격 이격되면서, 상기 제 1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는 제 1 관통 홀(221)이 복수 개 배치될 수 있다. 상기 제 1 관통 홀(221)은 추후 설명할 제 2 방열판(300)을 구성하는 복수의 방열핀(320)에 대응하는 형상을 갖는다.
또한, 상기 하우징(200)의 상면에는 적어도 하나의 제 2 관통 홀(2111, 2121, 2131)이 형성된다. 상기 제 2 관통 홀(2111, 2121, 2131)은 상기 하우징(200)의 상기 수용 공간 내에 수용된 구성 중 적어도 하나의 구성을 외부로 노출하기 위해 형성된다.
즉, 상기 하우징(200) 내에 수용된 전력 모듈부(400, 500, 600)에는 회로 차단 모듈부(400)를 포함할 수 있으며, 상기 하우징(200)의 상면에는 상기 회로 차단 모듈부(400)를 구성하는 회로 차단기(440)를 외부로 노출하는 차단기 노출 홀(2121)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 회로 차단 모듈부(400)에는 외부 장치(도시하지 않음)와의 통신을 위한 신호 입출력부(IO(Input Output) Port)(431)를 외부로 노출하는 인터페이스 노출 홀(2111)이 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징(200) 내에 수용된 전력 모듈부(400, 500, 600)에는 상태 알림 모듈부(700)를 더 포함할 수 있으며, 상기 상태 알림 모듈부(700)는 발광 소자(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 하우징(200)은 상기 발광 소자를 외부로 노출하면서, 상기 발광소자로부터 발생한 빛을 확산하는 렌즈(720)가 삽입되는 렌즈 삽입 홀(2131)을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징(200)의 하면에 형성된 제 1 관통 홀(221)을 통해 상기 하우징(200) 내부에 수용된 제 2 방열판(300)의 일부가 외부로 노출된다. 상기 제 2 방열판(300)은 상기 하우징(200)의 내부에 수용되어 있는 전력 모듈부(400, 500, 600)로부터 발생한 열을 상기 하우징(200)의 외부로 방출한다.
도 3은 도 2에 도시된 전력 변환 모듈(100)의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 전력 변환 모듈(100)은 하우징(200)을 구성하는 상부 케이스(210) 및 하부 케이스(220)와, 상기 하우징(200) 내에 일부가 수용되고 나머지 일부가 상기 하우징(200) 외부로 노출되는 제 2 방열판(300)과, 상기 하우징(200)의 수용 공간 내에 배치되는 회로 차단 모듈부(400)와, 상기 하우징(200)의 수용 공간 내에 배치되는 배터리 관리 모듈부(500)와, 상기 하우징(200)의 수용 공간 내에 배치되는 전력 변환 모듈부(600), 상기 하우징(200)의 수용 공간 내에 배치되고, 적어도 하나의 부품이 상기 하우징(200)의 외부로 노출되는 상태 알림 모듈부(700)와, 상기 하우징(200)의 수용 공간 내에 배치되고 상기 제 2 방열판(300) 위에 안착되는 전자 부품(800)을 포함한다.
상기 하우징(200)은 상부 케이스(210) 및 하부 케이스(220)를 포함한다.
상기 하부 케이스(220)는 상기 하부 케이스(220) 위에 배치되는 제 2 방열판(300)을 지지한다. 즉, 상기 하부 케이스(220)의 바닥면에 상기 제 2 방열판(300)이 안착된다. 또한, 상기 하부 케이스(220)의 바닥면에는 상기 설명한 복수의 제 1 관통 홀(221)이 형성되며, 상기 제 2 방열판(300)을 구성하는 방열핀은 상기 제 1 관통 홀(221)을 통해 상기 하부 케이스(220)의 외부로 노출된다.
상기 하부 케이스(220) 위에는 상부 케이스(210)가 배치된다.
상기 상부 케이스(210)는 상기 제 2 방열판(300) 위에 배치되는 상기 회로 차단 모듈부(400), 배터리 관리 모듈부(500), 전력 변환 모듈부(600), 상태 알림 모듈부(700) 및 전자 부품(800)을 덮는다. 바람직하게, 상기 전력 모듈부들이 수용되는 수용 공간은 상기 상부 케이스(210)에 형성될 수 있다.
상기 상부 케이스(210)의 상면은 층상 구조를 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 상부 케이스(210)의 상면은 내부에 수용되는 각각의 전력 모듈부의 높이에 대응하여 계단 형상을 가질 수 있다.
상기 제 2 방열판(300)은 상기 하부 케이스(220)의 바닥면 위에 안착되며, 적어도 일부가 상기 하부 케이스(220)의 제 1 관통 홀(221)을 통해 외부로 노출된다.
상기 제 2 방열판(300) 위에는 제 1 방열판(추후 설명) 및 상기 전자 부품(800)이 안착될 수 있는 안착부(추후 설명)가 마련된다. 상기 안착부는 상기 제 2 방열판(300)의 상면에서 다른 영역들과 구분되도록 일정 높이를 가지며 돌출 형성된다. 또한, 상기 안착부는 상기 제 2 방열판(300) 상에서, 상기 안착부를 제외한 다른 영역의 상면과 구획된다. 이에 따라, 상기 제 2 방열판(300) 위에 상기 제 1 방열판 및 상기 전자 부품(800)이 안정적으로 안착될 수 있도록 하며, 이에 더하여 상기 제 1 방열판 및 상기 전자 부품(800)이 안착된 위치가 아닌 다른 위치로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 2 방열판(300) 위에는 전자 부품(800)이 안착된다. 상기 전자 부품(800)은 상기 제 2 방열판(300)과 결합된다. 이때, 상기 전자 부품(800)은 일정 높이를 가지며, 상기 제 2 방열판(300) 위에 안착될 수 있다. 바람직하게, 상기 전자 부품(800)은 트랜스포머 또는 인덕터와 같은 일정 높이 및 크기를 가지는 대형의 부품일 수 있다.
상기 제 2 방열판(300) 위에는 상기 전력 모듈부들이 배치된다.
상기 전력 모듈부는, 상기 회로 차단 모듈부(400), 배터리 관리 모듈부(500), 전력 변환 모듈부(600) 및 상태 알림 모듈부(700)를 포함한다.
이때, 상기 전력 변환 모듈부(600) 및 상태 알림 모듈부(700)는 상기 제 2 방열판(300)의 상부 영역에 배치된다. 그리고, 상기 회로 차단 모듈부(400)는 일단이 상기 하부 케이스(220)의 좌측단에 결합되고, 상기 배터리 관리 모듈부(500)는 일단이 상기 하부 케이스(220)의 우측단에 결합된다.
이에 따라, 상기 회로 차단 모듈부(400) 및 상기 배터리 관리 모듈부(500)는 상기 제 2 방열판(300)의 상부 영역에 배치되지 않고, 상기 상부 영역으로부터 좌측 방향 또는 우측 방향으로 일정 거리 이격된 영역에 배치된다.
따라서, 상기 하부 케이스(220)의 상부 영역의 폭은, 상기 상부 케이스(210)의 하부 영역의 폭보다 작을 수 있다. 바람직하게, 상기 하부 케이스(220)의 상부 영역의 폭은 상기 전력 변환 모듈부(600)의 폭에 대응될 수 있다.
그리고, 상기 전력 변환 모듈부(600)와, 상기 배터리 관리 모듈부(500)와 상기 회로 차단 모듈부(400)는 상기 하부 케이스(220)의 상부 영역에 가로 방향으로 일렬로 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 상부 케이스(210)의 하부 영역의 폭은, 상기 전력 변환 모듈부(600)의 폭과, 상기 배터리 관리 모듈부(500)의 폭과, 상기 회로 차단 모듈부(400)의 폭을 모두 합한 폭에 대응될 수 있다.
상기 회로 차단 모듈부(400)는 회로 차단기(440)를 포함하며, 그에 따라 상기 전력 변환 모듈(100)의 동작을 온-오프할 수 있도록 한다.
상기 배터리 관리 모듈부(500)는 배터리(도시하지 않음)를 통해 공급되는 배터리 전원을 수신하고, 상기 수신된 배터리 전원을 상기 전력 변환 모듈부(600)에 전달한다. 바람직하게, 상기 배터리 관리 모듈부(500)는 상기 배터리를 통해 들어오는 배터리 전원을 제어하여 상기 전력 변환 모듈부(600)에 공급한다.
상기 전력 변환 모듈부(600)는 상기 배터리 관리 모듈부(500)를 통해 공급되는 배터리 전원을 입력 전원으로 하고, 상기 입력 전원을 변환하여 출력 전원을 생성한다. 상기 전력 변환 모듈부(600)는 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)일 수 있다.
상기 상태 알림 모듈부(700)는 적어도 하나의 발광 소자(도시하지 않음)를 포함하며, 그에 따라 상기 발광 소자의 점멸을 통해 상기 전력 변환 모듈의 전반적인 동작 상태를 외부에 알린다. 바람직하게, 상기 상태 알림 모듈부(700)는 상기 전력 변환 모듈의 온-오프 상태 정보나, 기기 이상 여부를 알리는 이상 상태 정보를 표시할 수 있다.
이하에서는, 상기 전력 변환 모듈(100)을 구성하는 각 구성에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 도 3에 도시된 상부 케이스를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 상부 케이스(210)는 내부에 수용된 상기 회로 차단 모듈부(400), 배터리 관리 모듈부(500), 전력 변환 모듈부(600) 및 상태 알림 모듈부(700)의 상부 영역 및 측부 영역을 덮는 프레임이다.
상기 상부 케이스(210)는 상판부(211, 212, 213, 214)와, 상기 상판부(211, 212, 213, 214)의 일단으로부터 하부 방향으로 대략 수직 연장되는 측판부(215)를 포함한다.
상기 상판부(211, 212, 213, 214)는 층상 구조를 가진다. 다시 말해서, 상기 상판부(211, 212, 213, 214)은, 제 1 상판(211), 제 2 상판(212), 제 3 상판(213) 및 제 4 상판(214)을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 상판(211), 제 2 상판(212), 제 3 상판(213) 및 제 4 상판(214)의 높이는 서로 다르며, 이에 따라 상기 상부 케이스(210)의 상판부(211, 212, 213, 214)는 계단 구조를 가질 수 있다.
상기 제 1 상판(211)은 내부에 수용된 상기 회로 차단 모듈부(400)의 신호 입출력부(431)에 대응하는 높이를 갖는다. 그리고, 상기 제 1 상판(211)에는 상기 신호 입출력부(431)의 단자(도시하지 않음)를 노출하는 적어도 하나의 인터페이스 노출 홀(2111)을 포함한다.
상기 제 2 상판(212)은 내부에 수용된 상기 회로 차단 모듈부(400)의 회로 차단기(440)에 대응하는 높이를 갖는다. 그리고, 상기 제 2 상판(212)에는 상기 회로 차단기(440)의 차단 스위치(도시하지 않음)를 노출하는 적어도 하나의 차단기 노출 홀(2121)을 포함한다.
상기 제 3 상판(213)은 내부에 수용된 상기 전력 변환 모듈부(600)의 제 1 영역에 대응하는 높이를 갖는다. 상기 전력 변환 모듈부(600)는 전력 변환 부품만이 배치되는 제 1 영역과, 상기 전력 변환 부품 위에 전원 제어 부품이 추가로 배치되는 제 2 영역을 포함한다. 그리고 상기 제 1 영역의 높이와 상기 제 2 영역의 높이는 서로 다르다. 이에 따라, 상기 제 3 상판(213)은 상기 전력 변환 모듈부(600)의 상기 제 1 영역에 대응하는 높이를 갖는다.
그리고, 상기 제 3 상판(213)에는 내부에 수용된 상태 알림 모듈부(700)에 장착된 발광 소자(도시하지 않음)를 보호하면서, 상기 발광 소자를 통해 발생된 빛을 확산시키는 렌즈(720)의 삽입을 위한 렌즈 삽입 노출 홀(2131)이 형성된다.
상기 제 4 상판(214)은 내부에 수용된 상기 전력 변환 모듈부(600)의 제 2 영역 및 상기 배터리 관리 모듈부(500)에 대응하는 높이를 갖는다.
따라서, 상기 상부 케이스(210)의 제 1 상판(211)의 하부에는 상기 회로 차단 모듈부(400)를 구성하는 신호 입출력부(431)가 배치된다.
그리고, 상기 상부 케이스(210)의 제 2 상판(212)의 하부에는 상기 회로 차단 모듈부(400)를 구성하는 회로 차단기(440)가 배치된다.
그리고, 상기 상부 케이스(210)의 제 3 상판(213)의 하부에는 상기 전력 변환 모듈부(600)의 제 1 영역 및 상기 상태 알림 모듈부(700)가 배치된다.
그리고, 상기 상부 케이스(210)의 제 4 상판(214)의 하부에는, 상기 전력 변환 모듈부(600)의 제 2 영역 및 상기 배터리 관리 모듈부(500)가 배치된다.
상기 상부 케이스(210)의 좌측면 및 우측면은 개방되어 있다. 이에 따라, 상기 상부 케이스(210)의 좌측면은 내부에 수용되는 상기 회로 차단 모듈부(400)의 프레임에 의해 덮일 수 있다. 또한, 상기 상부 케이스(210)의 우측면은 내부에 수용되는 상기 배터리 관리 모듈부(500)의 프레임에 의해 덮일 수 있다.
상기 상부 케이스(210)의 측판(215)은 상기 상판(211, 212, 213, 214)을 기준으로 상기 상판(211, 212, 213, 214)의 전면 및 배면에 각각 배치된다. 이에 따라 상기 상부 케이스(210)는 상기 상판(211, 212, 213, 214)으로부터 대략 수직으로 연장되는 전면 측판 및 배면 측판을 포함할 수 있다.
즉, 상기 상부 케이스(210)의 전면 또는 배면 측판(215)은 상기 상판(211, 212, 213, 214)의 일단으로부터 하부 방향으로 대략 수직으로 연장되어 형성된다. 이에 따라, 상기 측판(215)은 길이 방향으로 갈수록 높이가 점차 증가할 수 있다.
그리고, 상기 상부 케이스(21)의 측판(215)에는 상기 하부 케이스(220)와의 결합을 위한 케이스 결합부(2151)가 배치된다. 상기 하부 케이스(220)에는 상기 케이스 결합부(2151)와 결합하는 추가적인 결합부(도시하지 않음)가 형성되며, 상기 케이스 결합부에 결합 부재(예를 들어, 스크류)가 체결되어, 상기 하부 케이스(220) 상에 상기 상부 케이스(210)를 고정시킬 수 있다.
또한, 상기 상부 케이스(210)의 측판(215)에는 내부에 수용된 배터리 관리 모듈부(500), 전력 변환 모듈부(600) 및 회로 차단 모듈부(400)와의 결합을 위한 결합 홀(2152)이 더 형성될 수 있다.
상기와 같은 상부 케이스(210)는 열 전도율이 좋으면서, 내부에 수용된 전력 모듈부로부터 발생하는 전자파를 차단하기 위한 알루미늄(Al)과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 도 3에 도시된 하부 케이스 및 제 2 방열판을 구체적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 상기 하부 케이스(220) 및 상기 제 2 방열판(300)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
하부 케이스(220)는 상기 상부 케이스(210)와 결합하여 상기 수용 공간을 형성한다. 상기 하부 케이스(220)는 상기 제 2 방열판(300)이 안착될 수 있는 안착공간을 제공한다. 이를 위해, 상기 하부 케이스(220)는 하판 및 상기 하판의 끝단에서 상부 방향으로 연장되는 돌출부를 포함한다. 즉, 상기 하부 케이스(220)는 하부에 마련된 직사각형의 판부와, 상기 판부의 가장자리 끝부분으로부터 상방으로 연장된 4개의 벽부들로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 하부 케이스(220)의 상기 하판 위에는 상기 제 2 방열판(300)의 베이스(310)가 안착된다.
이때, 상기 하부 케이스(220)의 하판에는 상호 일정 간격 이격되는 복수의 제 1 관통 홀(221)이 형성되어 있다. 상기 제 1 관통 홀(221)은 상기 하판의 일단에서 제 1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는다. 여기에서, 상기 제 1 방향은 상기 하판의 좌측단에서 우측단을 연결하는 가로 방향일 수 있다. 또한, 상기 제 1 관통 홀(221)은 상기 하판에서 제 2 방향으로 일정 간격 이격되어 복수 개 형성될 수 있다. 상기 제 2 방향은, 상기 하판의 상측단에서 하측단을 연결하는 세로 방향일 수 있다. 즉, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 직교하는 방향일 수 있다.
상기 하판에는, 상기 제 2 방향으로 일정 간격 이격되면서, 상기 제 1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는 제 1 관통 홀(221)이 복수 개 배치될 수 있다. 상기 제 1 관통 홀(221)은 상기 제 2 방열판(300)을 구성하는 복수의 방열핀(320)에 대응하는 형상을 갖는다. 다시 말해서, 상기 방열핀(320)은 상기 베이스(310)의 하면에서 수직 방향으로 길게 연장되며, 상기 제 1 관통 홀(221)은 상기 방열핀(320)이 삽입되는 삽입 홀이다.
상기 하부 케이스(220)의 하판 위에는 상기 제 2 방열판(300)이 배치된다. 바람직하게, 상기 하부 케이스(220)의 하판 위에는 상기 제 2 방열판(300)의 베이스(310)가 배치되며, 상기 제 2 방열판(300)의 방열핀(320)은 상기 제 1 관통 홀(221)을 통해 상기 하부 케이스(220)의 외부로 노출된다.
상기 제 2 방열판(300)의 베이스(310)는 판 형상을 가지며, 상면에 복수의 영역으로 구획되는 안착부(350, 360)가 마련된다. 상기 안착부(350, 360)는 방열 모듈을 구성하는 제 1 방열판(651)이 안착되는 제 1 안착부(350)와, 상기 전자 부품(800)이 안착되는 제 2 안착부(360)를 포함한다.
이때, 상기 제 1 안착부(350)는 상기 베이스(310)의 상면의 다른 영역보다 높게 배치된다. 그리고, 상기 제 2 안착부(360)는 상기 베이스(310)의 상면의 다른 영역보다 낮게 배치된다. 즉, 상기 제 2 안착부(360)에는 대형의 상기 전자 부품(800)이 안착되며, 그에 따라 상기 전자 부품(800)의 높이에 의해 전체적인 모듈의 부피가 증가하게 된다. 따라서, 상기 제 2 안착부(360)가 다른 영역에 비해 내부로 함몰된 함몰 형상을 가지도록 하여, 상기 함몰된 깊이만큼 모듈의 전체 높이가 감소할 수 있도록 한다. 또한, 상기 제 1 안착부(350)에는 상기 제 1 방열판(651)이 배치된다. 이때, 상기 제 1 방열판(651)의 높이가 상기 전자 부품(800)의 높이보다 낮을 수 있으며, 이로 인해 상기 전력 변환 모듈부(600)를 구성하는 기판과 상기 전자 부품(800)이 상호 접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 변환 모듈부(600)의 기판과 상기 전자 부품(800)이 상호 접촉하지 않도록, 상기 제 1 안착부(350)가 상기 베이스(310)의 상면에서 일정 높이 돌출되도록 한다.
그리고, 상기 제 1 안착부(350)의 가장자리 영역에는 상부 방향으로 돌출되는 단턱부가 형성되며, 상기 제 1 방열판(651)이 상기 단턱부 안으로 끼워져 상기 제 1 안착부(350) 위에 안착될 수 있도록 한다. 또한, 상기 제 1 안착부(350)에는 상기 제 1 방열판(651)과의 체결을 위한 체결 부재(도시하지 않음)가 삽입되는 체결 홀이 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 방열판(300)의 베이스(310)의 가장자리 영역, 또는 상기 하부 케이스(220)의 가장자리 영역에는 보스 체결부(330)가 배치된다. 상기 보스 체결부(330)는 상기 하부 케이스(220) 및 상기 제 2 방열판(300) 위에 배치되는 전력 변환 모듈부(600)를 지지 및 고정하기 위한 보스(340)를 체결하기 위한 체결 홀일 수 있다.
상기 보스(340)는 일정 높이를 가지며 상기 하부 케이스(220) 및 상기 제 2 방열판(300)의 상부 방향으로 돌출된다. 이때, 상기 보스(340)의 높이는 상기 전력 변환 모듈부(600)에 구성된 제 1 방열판(651)의 높이에 대응될 수 있다. 즉, 상기 보스(340)는 상기 제 2 방열판(300) 위에 안착되는 상기 전력 변환 모듈부(600)를 지지 및 고정하는 기능 이외에도, 상기 전력 변환 모듈부(600)를 구성하는 기판을 상기 제 2 방열판(300)의 상면으로부터 일정 간격 이격시켜 상기 전자 부품(800)과 상기 기판이 상호 접촉하지 않도록 한다.
또한, 상기 하부 케이스(220)와 상기 제 2 방열판(300)의 결합 영역에는, 상기 하부 케이스(220)와 상기 제 2 방열판(300) 사이로 침투하는 이물질을 차단하는 실링 부재(230)가 배치된다. 바람직하게, 상기 실링 부재(230)는 상기 하부 케이스(220)와 상기 제 2 방열판(300) 사이로 수분이 침투하지 못하도록 하는 방수 링(waterproof ring)일 수 있다.
이하에서는, 상기 회로 차단 모듈부(400)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8은 도 3에 도시된 회로 차단 모듈부(400)를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 회로 차단 모듈부(400)는 프레임(410), 브라켓(420), 기판(430) 및 차단기(440)를 포함한다.
프레임(410)은 "L"자 형상을 갖는다. 즉, 상기 프레임(410)은 하판부(411) 및 상기 하판부(411)의 좌측 일단에서 수직 방향으로 연장된 좌판부(412)를 포함한다. 상기 프레임(410)의 하판부(411)는 상기 회로 차단 모듈부(400)를 구성하는 기판(430) 및 차단기(440)가 안착되는 안착부이다. 또한, 상기 하판부(411)는 상기 프레임(410) 위에 안착되는 상기 기판(430) 및 상기 차단기(440)의 하부 영역을 보호한다.
상기 프레임(410)은 상기 기판(430)을 안정적으로 위치시키고, 그에 따른 EMI(Electro Magnetic Interference) 차폐 및 그라운드 역할을 한다.
상기 좌판부(412)는 상기 프레임(410) 위에 안착되는 상기 기판(430) 및 상기 차단기(440)의 좌측 영역을 보호한다.
즉, 상기 회로 차단 모듈부(400)는 상기 하부 케이스(220)의 상부 영역에 배치되지 않고, 상기 프레임(410)의 하판부(411)의 우측 끝단이 상기 하부 케이스(220)의 좌측 끝단에 체결됨에 따라, 상기 하부 케이스(220)의 좌측 영역으로 돌출되어 배치된다.
이에 따라, 상기 회로 차단 모듈부(400)의 하부 영역은 상기 하부 케이스(220)에 의해 보호되지 않는다. 따라서, 상기 하판부(411)는 상기 하부 케이스(220)의 좌측단에 결합되어 상기 기판(430) 및 상기 차단기(440)가 안착될 수 있도록 안착 공간을 제공함과 동시에 상기 기판(430) 및 상기 차단기(440)의 하부 영역을 보호한다.
또한, 상기 상부 케이스(210)는 상기 설명한 바와 같이, 좌측면이 개방되어 있다. 따라서, 상기 프레임(410)의 좌판부(412)는 상기 개방된 좌측면을 커버한다. 그리고, 상기 프레임(410) 위에 안착된 상기 기판(430) 및 차단기(440)의 전방 및 후방은 상기 상부 케이스(210)의 측판(215)에 의해 커버되고, 상기 기판(430) 및 상기 차단기(440)의 상부는 상기 상부 케이스(210)의 제 1 상판(211)에 의해 커버된다.
한편, 상기 좌판부(412)에는 상단에서 우측 방향으로 절곡되는 체결부(도시하지 않음)가 형성되며, 별도의 체결 부재를 통해 상기 상부 케이스의 상기 제 1 상판(211)와 결합될 수 있다.
또한, 상기 하판부(411)에는, 상기 하판부(411)의 앞측단으로부터 수직 상방으로 연장 형성되고, 그에 따라 상기 상부 케이스(210)의 상기 제 1 상판(211)과 결합되는 체결부(414)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 하판부(411)에는 상기 하판부(411)의 우측단으로부터 수직 하방으로 연장 형성되고, 그에 따라 상기 하부 케이스(220)에 끼움 결합되는 체결부(413)가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 하판부(411)의 상면에는, 상기 하판부(411)의 상면으로부터 돌출되며, 상부에 배치되는 기판(430)을 고정시키는 고정부(415)가 더 형성될 수 있다.
한편, 상기 하판부(411) 위에는 브라켓(420)이 배치된다, 상기 브라켓(420)은 하판 브라켓부(421)와, 상기 하판 브라켓부(421)의 적어도 일단부에서 수직 상방으로 돌출되는 단턱부(422)를 포함한다. 상기 브라켓(420)은 상부에 배치되는 차단기(440)를 고정시킨다. 상기 차단기(440)는 상기 브라켓부(420)의 하판 브라켓부(421) 위에 안착되며, 그에 따라 상기 단턱부(422)에 끼움 결합되어 고정될 수 있다.
상기 프레임(510)의 하판부(411) 위에는 기판(430)이 결합된다. 상기 기판(430)에는 상기 회로 차단 모듈부(400)를 구성하는 각각의 회로 부품들이 실장되며, 상기 회로 부품들을 상호 전기적으로 연결하는 회로 패턴(도시하지 않음)이 배치된다.
상기 기판(430)은 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(430)은 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 기판(430)은 소다라임유리(soda lime glass) 또는 알루미노실리케이트유리 등의 화학 강화/반강화유리를 포함하거나, 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 프로필렌 글리콜(propylene glycol, PPG) 폴리 카보네이트(PC) 등의 강화 혹은 연성 플라스틱을 포함하거나 사파이어를 포함할 수 있다.
또한, 기판(430)은 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 기판(110)은 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크 릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 기판(430) 위에는 외부 장치와 연결되어 상기 외부 장치와의 인터페이스를 위한 신호 입출력부(431)가 배치된다. 상기 신호 입출력부(431)는 상부에 배치되는 상부 케이스(210)의 인터페이스 노출 홀(2111)에 대응하는 영역에 배치되며, 그에 따라 신호 입출력부(431)를 구성하는 단자(도시하지 않음)가 상기 인터페이스 노출 홀(2111)을 통해 외부로 노출된다.
이때, 상기 기판(430)은 상기 프레임(410)의 하판부(411)의 상면 중 상기 차단기(440)가 배치되는 영역이 개방된 개방부(432)를 포함한다.
상기와 같은, 회로 차단 모듈부(400)는 상기 프레임(410), 브라켓(420), 기판(430) 및 차단기(440)가 하나의 모듈로 구성되고, 그에 따라 상기 하부 케이스(220) 및 상부 케이스(210)에 결합된다.
이하에서는, 상기 배터리 관리 모듈부(500)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9는 도 3에 도시된 배터리 관리 모듈부(500)를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 배터리 관리 모듈부(500)는 제 1 프레임(510), 제 1 기판(520), 제 2 프레임(530) 및 제 2 기판(540)을 포함한다.
제 1 프레임(510)은 하판부(511) 및 상기 하판부(511)의 우측 일단에서 수직 방향으로 연장된 우판부(512)를 포함한다. 상기 프레임(510)의 하판부(511)는 배터리 관리 모듈부(500)를 구성하는 구성부 중 배터리 전원의 분기점 역할을 하는 보조 전원 회로(Auxiliary power circuit)가 장착된 제 1 기판(520)을 지지한다.
즉, 제 1 프레임(510)은 상기 제 1 기판(520)이 안착되는 안착부이다. 또한, 상기 하판부(511)는 상기 제 1 프레임(510) 위에 안착되는 상기 제 1 기판(520)의 하부 영역을 보호한다.
그리고, 상기 우판부(512)는 상기 제 1 프레임(510) 위에 안착되는 상기 제 1 기판(520) 및 상기 제 2 프레임(530) 위에 안착되는 제 2 기판(540)의 우측 영역을 보호한다.
즉, 배터리 관리 모듈부(500)는 상기 하부 케이스(220)의 상부 영역에 배치되지 않고, 상기 제 1 프레임(510)의 하판부(511)의 좌측 끝단이 상기 하부 케이스(220)의 우측 끝단에 체결됨에 따라, 상기 하부 케이스(220)의 우측 영역으로 돌출되어 배치된다. 이에 따라, 상기 배터리 관리 모듈부(500)의 하부 영역은 상기 하부 케이스(220)에 의해 보호되지 않는다. 따라서, 상기 하판부(512)는 상기 하부 케이스(220)의 우측단에 결합되어 상기 제 1 기판(520)이 안착될 수 있도록 안착 공간을 제공함과 동시에 상기 제 1 기판(520의 하부 영역을 보호한다.
또한, 상기 상부 케이스(210)는 상기 설명한 바와 같이, 우측면이 개방되어 있다. 따라서, 상기 제 1 프레임(510)의 우판부(512)는 상기 개방된 우측면을 커버한다. 그리고, 상기 제 1 프레임(510) 위에 안착된 상기 제 1 및 2 기판(520, 540)의 전방 및 후방은 상기 상부 케이스(210)의 측판(215)에 의해 커버되고, 상기 제 1 및 2 기판(520, 540)의 상부는 상기 상부 케이스(210)의 제 4 상판(214)에 의해 커버된다.
한편, 상기 하판부(511) 및 우판부(512)에는 적어도 하나의 절곡부가 형성되며, 그에 따라 별도의 체결 부재에 의해 상기 하부 케이스(220) 및 상부 케이스(210)와 결합될 수 있다.
상기 제 1 프레임(510)의 하판부(511) 위에는 제 1 기판(520)이 결합된다. 상기 제 1 기판(520)의 상면(521)에는 상기 보조 전원 회로를 구성하는 부품이 실장된다. 상기 부품에는, 상기 배터리 전원을 분기하는 분기부(522)를 포함한다.
상기 제 1 프레임(510) 위에는 제 2 프레임(530) 및 제 2 기판(540)이 배치된다. 상기 제 2 프레임(530)은 상기 제 2 기판(540)을 안정적으로 위치시키고, 그에 따른 EMI(Electro Magnetic Interference) 차폐 및 그라운드 역할을 한다.
상기 제 2 프레임(530)은 하판부(531) 및 상기 하판부(531)의 우측 끝단에서 상방으로 절곡 연장되는 우판부(532)를 포함한다.
상기 하판부(531)는 상기 제 2 기판(540)이 안착되는 안착부이며, 상기 상부 케이스(210)의 하부 영역에서, 상기 배터리 관리 모듈부(500)의 좌측에 배치된 상기 전력 변환 모듈부(600)와의 신호 간섭을 차단하기 위한 격벽부이다.
상기 제 2 프레임(530)의 하판부(531) 위에는 제 2 기판(540)이 결합된다. 상기 제 2 기판(540)의 상면(521)에는 배터리(도시하지 않음)와 연결되고, 상기 배터리로부터 공급되는 전원을 수신하고, 상기 수신된 전원을 상기 전력 변환 모듈부(600)로 전달하는 전원 인터페이스부(542)가 배치된다.
상기와 같은, 배터리 관리 모듈부(500)는 상기 제 1 프레임(510), 제 2 프레임(530), 제 1 기판(520) 및 제 2 기판(540)이 하나의 모듈로 구성되고, 그에 따라 상기 하부 케이스(220) 및 상부 케이스(210)에 결합된다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 모듈부(600)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 10은 도 3에 도시된 전력 변환 모듈부(600)를 보다 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10에 도시된 방열 모듈(650)을 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 12는 도 11의 지지 부재(656)를 구체적으로 나타낸 도면이다.
전력 변환 모듈부(600)는 전력 변환 부품(620)이 실장된 제 1 기판(610)과, 제어 부품(도시하지 않음)이 실장된 제 2 기판(630)과, 상기 제 1 기판(610) 위에 배치되어 상기 제 2 기판(630)을 지지하는 보스(640)와, 상기 제 1 기판(610)의 하부에 배치되어 상기 제 1 기판(610)에 실장된 발열 소자(654)를 방열하는 방열 모듈(650)을 포함한다.
제 1 기판(610)은 전력 변환 동작을 수행하는 다양한 부품들이 실장되는 기판이다. 예를 들어, 상기 제 1 기판(610)에는, 인덕터, 다이오드 및 트랜스 등이 실장될 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 기판(610)에는 상기 배터리로부터 공급되는 전원을 수신하고, 이를 각 구성에서 필요로 하는 직류 전원으로 변환하는 직류-직류 변환부(DC-DC converter)를 구성하는 각 부품이 실장된다. 즉, 상기 제 1 기판(610)에는 후술할 발열 소자(654)를 포함하는 전기적인 동작을 일으키는 다양한 소자들이 실장되는 기판이다.
상기 제 1 기판(610)의 가장자리 영역에는 상기 제 1 기판(610) 위에 배치되는 제 2 기판(630)을 지지하는 보스(640)가 배치된다. 즉, 상기 제 1 기판(610) 위에 배치되는 부품에는 높은 높이의 부품도 존재한다. 예를 들어, 트랜스와 같은 부품은 높은 높이를 가지며, 그에 따라 상기 제 1 기판(610) 위에 일정 높이를 가지고 돌출되어 배치된다. 따라서, 상기 보쉬(640)는 상기 높은 높이의 부품 위에 상기 제 2 기판(630)이 배치될 수 있도록 한다. 즉, 상기 보쉬(640)는 상기 제 2 기판(630)의 배치 영역을 중심으로 복수 개 형성되어 상기 높은 높이의 부품 위에 배치되는 상기 제 2 기판(630)을 지지한다.
상기 제 2 기판(630)에는 상기 전력 모듈부(400, 500, 600)의 동작을 제어하는 제어 부품들이 실장된다. 상기 제어 부품은 전력 변환 모듈(100)의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 전력 변환 동작에 필요한 스위칭 소자들의 스위칭 동작을 제어한다.
상기 제 2 기판(620) 아래에는 방열 모듈(650)이 배치된다.
바람직하게, 상기 방열 모듈(650)을 구성하는 발열 소자(654)는 상기 제 2 기판(620)의 하면에 실장된다. 즉, 상기 전력 변환 부품 중에는 동작 시에 많은 열을 발생시키는 발열 소자(654)가 존재한다. 여기에서, 상기 발열 소자(654) 중 대표적인 것으로는 변압기(transformer)와 전력 소자인 파워 트랜지스터(power transistor)가 있다.
이때, 상기 발열 소자(654)에서 발생하는 열은 상기 전력 변환 모듈의 효율적인 동작은 물론 화재의 발생을 방지하기 위해 효과적으로 냉각되어 져야 한다. 이때, 종래에는 상기 발열 소자(654)를 냉각하기 위해 상기 전력 변환 모듈의 케이스 외부로 노출된 하나의 메인 히트 싱크(본 발명에서의 제 2 방열판(300))만을 사용하였으며, 이에 따른 많은 문제점이 발생하였다.
따라서, 본 발명에서는 상기 발열 소자(654)와 상기 제 2 방열판(300) 사이에서 직접적인 열 전달이 이루어지지 않도록 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 상기 발열 소자(654)와 상기 제 2 방열판(300) 사이에 상기 제 1 방열판(651)을 배치하고, 상기 발열 소자(654)에서 발생한 열이 상기 제 1 방열판(651)에서 1차적으로 방열이 이루어지도록 하고, 상기 1차적으로 방열된 열이 상기 제 2 방열판(300)으로 전달되도록 한다.
이때, 도 1에서와 같이 종래에는 상기 발열 소자(654)가 상기 제 1 기판(610)의 하면에 수평으로 눕혀져서 배치되었다. 그러나, 본 발명에서는 상기 발열 소자(654)가 상기 제 1 기판(610)의 하면에 수직으로 세워져서 배치되도록 한다. 즉, 상기 발열 소자(654)가 종래와 같이 수평으로 눕혀져서 배치되는 경우, 상기 제 1 기판(610) 상에서 상기 발열 소자(654)가 차지하는 면적이 커지게 된다. 그러나, 본 발명에서는 상기 제 1 기판(610) 상에서 상기 발열 소자(654)가 수직으로 세워져 배치되며, 이에 따라 종래 대비 상기 제 1 기판(610) 상에서 상기 발열 소자(654)가 차지하는 면적이 작아지며, 이에 따라 동일 기판 내에 배치되는 발열 소자의 수를 증가시키거나 동일 발열 소자가 배치될 기판의 사이즈를 감소시킬 수 있다. 이는, 상기 발열 소자(654)를 수직으로 배치했을 경우에 상기 발열 소자(654)와 상기 제 1 기판(610)이 서로 마주보는 면의 면적이 상기 수평으로 배치했을 경우의 면적보다 작기 때문이다.
이하에서는 상기 방열 모듈(650)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 11은 도 10에 도시된 방열 모듈(650)을 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 지지 부재(656)를 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 13는 도 11에 도시된 방열 모듈(650)의 제조 방법을 단계별로 나타낸 흐름도이며, 도 14 내지 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 방열 모듈(650)의 제조 방법을 공정순으로 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 18을 참조하면, 방열 모듈(650)은 제 1 방열판(651), 열 전달 패드(652), 스페이서(653), 발열 소자(654), 지지 부재(656), 제 1 체결 부재(657) 및 제 2 체결 부재(658)를 포함한다.
제 1 방열판(651)은 상기 발열 소자(654) 및 상기 제 2 방열판(300)과 결합한다. 바람직하게, 상기 제 1 방열판(651)은 측면에 상기 발열 소자(654)가 결합되고, 하면에 상기 제 2 방열판(300)이 결합된다.
이에 따라, 상기 제 1 방열판(651)은 상기 제 2 방열판(300)과 결합하는 제 1 부분과 상기 제 1 부분(6511) 위에 배치되어 상기 발열 소자(654)와 결합하는 제 2 부분(6512)을 포함한다. 이때, 설명의 편의상 상기 제 1 방열판(651)이 상기 제 1 부분(6511)과 제 2 부분(6512)으로 구분된다고 하였지만, 상기 제 1 부분(6511)과 제 2 부분(6512)은 일체로 형성된 하나의 구성임이 바람직하다.
상기 제 1 부분(6511)은 사각의 판 형상을 갖는다. 상기 제 1 부분(6511)은 상기 제 2 방열판(300)의 베이스(310) 위에 형성된 제 1 안착부(350)에 대응되는 사이즈를 갖는다. 즉, 상기 제 1 부분(6511)의 폭은 상기 제 1 안착부(350)의 폭에 대응된다. 상기 제 1 부분(6511)은 상기 베이스(310)의 상기 제 1 안착부(350) 위에 배치된다. 상기 제 1 부분(6511)의 하면은 상기 베이스(310)의 상면과 면 접촉한다.
상기 제 2 부분(6512)은 상기 제 1 부분(6511) 위에 사각 기둥 형상을 가지며 상기 제 1 부분(6511)의 상면으로부터 돌출된다. 상기 제 2 부분(6511)은 상기 상기 제 1 부분(6511)의 폭보다 좁은 폭을 갖는다.
다시 말해서, 상기 제 1 부분(6511)은 제 1 가로폭과 제 1 세로폭을 갖는 사각의 판 형상이다. 그리고, 상기 제 2 부분(6512)은 상기 제 1 가로폭보다 좁은 제 2 가로폭과, 상기 제 1 세로폭과 동일한 제 2 세로폭을 갖는 사각 기둥 형상이다. 이때, 도면 상에서는 상기 제 1 부분(6511) 및 제 2 부분(6512)이 사각 형상을 갖는다고 하였지만, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 제 1 부분(6511) 및 제 2 부분(6512)은 상기 사각 형상 이외에도 원 형상, 삼각 형상 및 다각 형상 중 어느 하나의 형상을 가질 수도 있을 것이다.
상기 제 2 부분(6512)은 상기 제 1 부분(6511)의 중앙 영역에서 돌출 형상된다. 이에 따라, 상기 제 1 부분(6512)의 상면의 중앙 영역은 상기 제 2 부분(6512)의 하면과 접촉한다. 그리고, 상기 제 1 부분(6511)의 상면의 중앙 영역을 제외한 나머지 좌측 및 우측 영역은 노출되어 있다. 따라서, 상기 제 1 부분(6511) 및 상기 제 2 부분(6512)을 포함하는 제 1 방열판(651)은 '⊥' 형상을 가질 수 있다.
상기 노출된 제 1 부분(6511)의 좌측 영역 및 우측 영역에는, 상기 제 1 부분(6511)의 상면 및 하면을 관통하는 관통 홀(6513)이 형성된다. 상기 관통 홀(6513)에는 제 2 체결 부재(658)가 삽입된다. 상기 제 2 체결 부재(658)는 상기 관통 홀(6513)을 관통하여 상기 제 1 안착부(350)의 체결 홈(도시하지 않음)에 끼워지며, 그에 따라 상기 제 2 방열판(300)의 상기 베이스(310) 위에 상기 제 1 방열판(651)을 고정시킨다.
상기 제 2 부분(6512)의 좌측면 및 우측면은 상기 지지 부재(656)가 결합하는 제 1 영역과, 상기 발열 소자(654)가 결합하는 제 2 영역으로 구분된다. 이때, 상기 제 2 부분(6512)의 좌측면 및 우측면 각각의 제 2 영역에는 하나의 발열 소자(654)가 결합할 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 복수의 발열 소자(654)가 일정 간격을 두고 배치될 수도 있다.
그리고, 상기 제 2 부분(6512)의 상면에는 상기 스페이서(653)의 체결을 위한 제 1 체결 홈(6514)이 형성된다. 그리고, 상기 제 2 부분(6512)의 좌측면 및 우측면 각각의 제 1 영역에는, 상기 지지 부재(656)의 체결을 위한 복수의 제 2 체결 홈(6515)이 형성된다, 그리고, 상기 제 2 부분(6512)의 좌측면 및 우측면 각각의 제2 영역에는 상기 발열 소자(654)의 체결을 위한 복수의 제 3 체결 홈(6516)이 형성된다.
상기 제 1 체결 홈(6514)은 상기 제 2 부분(6512)의 상면에 상기 제 2 부분(6512)의 두께 방향으로 일정 깊이를 가지며 형성된다. 또한, 상기 제 2 체결 홈(6515) 및 제 3 체결 홈(6516)은 상기 제 2 부분(6512)의 좌측면 및 우측면에 상기 제 2 부분(6512)의 길이 방향으로 일정 깊이를 가지며 형성된다. 한편, 상기 제 1 체결 홈(6514), 상기 제 2 체결 홈(6515) 및 상기 제 3 체결 홈(6516) 각각의 내벽은 나사선 형상을 가질 수 있다.
상기 제 2 부분(6512)의 좌측면 및 우측면의 상기 제 2 영역에는 열 전달 패드(652)가 배치된다. 즉, 상기 제 2 부분(6512)과 상기 발열 소자(654) 사이에는 상기 열 전달 패드(652)가 삽입된다. 상기 열 전달 패드(652)는 상기 발열 소자(654)와 상기 제 1 방열판(651)과 상기 제 2 방열판(300)을 열적으로 연결시켜주는 열 전달 부재이며, 이에 따라 상기 발열 소자(654)에서 발생하는 열을 상기 제 1 방열판(651)으로 전열시켜 준다. 이를 위해, 상기 열 전달 패드(652)는 열 전도성이 우수한 금속 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질을 포함할 수 있다.
이때, 상기 열 전달 패드(652)에는, 상기 제 2 부분(6512)의 상기 제 3 체결 홈(6516)에 대응하는 위치에 관통 홀(6521)이 형성되며, 그에 따라 소자 체결 부재(6544)는 상기 관통 홀(6521)을 관통하여 상기 제 3 체결 홈(6516)에 체결된다.
발열 소자(654)는 소자 몸체(6541), 단자(6542) 및 상기 소자 몸체(6541)를 길이 방향으로 관통하는 관통 홀(6543)을 포함한다.
소자 몸체(6541)는 동작 시에 열이 발생하는 부품이며, 예를 들어, 파워 트랜지스터일 수 있다. 단자(6542)는 상기 소자 몸체(6541)로부터 돌출되고, 그에 따라 상기 제 1 기판(610)에 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 단자(6542)는 상기 제 1 기판(610)을 관통할 수 있으며, 이에 따라 솔더와 같은 접착 페이스트에 의해 상기 제 1 기판(610)에 고정 및 결합될 수 있다.
상기 단자(6542)는 상기 소자 몸체(6541)와 상기 제 1 기판(610) 상에 형성된 회로 패턴(도시하지 않음)을 전기적으로 연결한다. 상기 관통 홀(6543)은 상기 소자 몸체(6541)를 관통한다. 바람직하게, 상기 관통 홀(6553)은 상기 소자 몸체(6541)가 수직으로 세워진 상태에서 상기 소자 몸체(6541)의 좌측면과 우측면을 관통한다. 이에 따라, 상기 소자 몸체(6541)는 수직으로 세워진 상태에서 상기 제 1 방열판(651)의 상기 제 2 부분(6512)에 결합된다.
그리고, 소자 체결 부재(6544)는 상기 발열 소자(654)의 관통 홀(6553), 상기 열 전달 패드(652)의 관통 홀(6521)을 관통하여, 상기 제 2 부분(6512)의 제 3 체결 홈(6516)에 삽입된다.
상기 제 2 부분(6512)의 상면에는 스페이서(653)가 배치된다. 스페이서(653)는 몸체(6531) 및 체결 돌기(6532)를 포함한다. 상기 체결 돌기(6532)는 상기 제 1 체결 홈(6514)에 삽입되며, 그에 따라 상기 몸체(6531)는 상기 제 2 부분(6512)의 상면 위로 돌출된다.
상기 스페이서(653)는 상기 제 2 부분(6512) 위에 배치되어, 상기 제 1 방열판(651)과 상기 제 1 기판(610)이 상호 접촉하지 않도록 한다. 즉, 상기 스페이서(653)는 상기 제 1 방열판(651)의 상기 제 2 부분(6512)의 상면과 상기 제 1 기판(610)의 하면을 일정 간격 이격시킨다.
또한, 스페이서(653)는 상기 제 1 방열판(651)과 상기 제 1 기판(610) 사이의 평탄도를 맞추어 주며, 그에 따라 상기 평탄도 문제로 상기 발열 소자(654)의 높이 차로 인해 발생할 수 있는 스트레스를 최소화한다.
지지 부재(656)는 일단이 상기 제 1 방열판(651)의 상기 제 2 부분(6512)에 결합되고, 타단이 상기 발열 소자(654)의 소자 몸체(6541)에 접촉한다. 상기 지지 부재(656)는 탄성력을 가지며, 그에 따라 상기 방열 패드(652)에 상기 발열 소자(654)의 소자 몸체(6541)를 밀착시킨다. 즉, 상기 지지 부재(656)는 발열 소자(654)의 + 극과, 그라운드의 -극 사이의 이격 거리를 확보하는 동시에 상기 발열 소자(654)에서 발생하는 열의 전달성을 높이기 위해 상기 소자 몸체(6541)에 압력을 가한다.
이를 위해, 상기 지지 부재(656)는 일정 수준의 탄성력을 확보하기 위해 스테인레스와 같은 금속 물질로 형성될 수 있다.
상기 지지 부재(656)에는 관통 홀(6562)이 형성된다. 상기 관통 홀(6562)은 상기 제 2 부분(6512)에 형성된 제 2 체결 홈(6515)에 상응하는 위치에 형성된다. 제 1 체결 부재(657)는 상기 지지 부재(656)에 형성된 관통 홀(6562)을 관통하여 상기 제 2 체결 홈(6515)에 삽입된다.
상기 지지 부재(656)의 형상에 대해 보다 구체적으로 설명하면 이하와 같다.
상기 지지 부재(656)는 상기 제 2 부분(6512)에 결합되며 상기 관통 홀(6562)이 형성된 제 1 영역(6561)과, 상기 제 1 영역(6561)으로부터 제 1 방향으로 절곡되는 제 2 영역(6563)과, 상기 제 2 영역(6563)으로부터 상기 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 절곡되는 제 3 영역(6564)을 포함한다.
상기 제 1 영역(6561)에는 상기 관통 홀(6562)이 형성된다. 상기 제 1 영역(6561)은 상기 제 1 방열판(651)의 상기 제 2 부분(6512)과 접촉한다. 그리고, 상기 제 1 체결 부재(657)에 의해 상기 제 1 방열판(651)에 체결된다.
상기 제 2 영역(6563)은 상기 제 1 영역(6561)으로부터 제 1 방향으로 절곡된다. 상기 제 2 영역(6563)은 상기 제 3 영역(6564)을 통해 상기 발열 소자(654)에 가해지는 압력을 높이도록 상기 제 3 영역(6564)의 절곡 방향과 반대되는 방향으로 절곡된다. 그리고, 상기 제 2 영역(6563)은 상기 제 1 방열판(651)과 비접촉한다. 여기에서, 상기 제 1 방향은 상기 제 1 방열판(651)이 배치된 방향과 반대되는 방향일 수 있다. 다시 말해서, 상기 지지 부재(656)가 상기 제 2 부분(6513)의 우측면에 배치되는 경우, 상기 제 2 영역(6563)은 상기 제 1 방열판(651)이 배치된 좌측 방향이 아닌 우측 방향으로 절곡된다.
상기 제 3 영역(6564)은 상기 제 2 영역(6563)으로부터 상기 제 2 영역(6563)의 절곡 방향과 반대되는 제 2 방향으로 절곡된다. 즉, 상기 제 2 영역(6563)이 상기와 같이 우측 방향으로 절곡되는 경우, 상기 제 3 영역(6564)은 상기 제 2 영역(6563)의 끝단으로부터 좌측 방향으로 절곡된다.
상기 제 3 영역(6564)은 상기 소자 몸체(6541)와 접촉하며, 그에 따라 상기 소자 몸체(6541)에 일정 수준의 압력을 가한다. 이때, 상기 가해지는 압력에 의해 상기 소자 몸체(6541)가 손상되지 않도록 상기 소자 몸체(6541)와 접촉하는 부분이 일정 곡률을 가진다.
한편, 상기 제 3 영역(6564)은 상기 제 2 영역(6563)으로부터 복수 개로 분기되어 형성된다. 즉, 상기 제 3 영역(6564)은 상기 제 2 영역(6563)으로부터 상호 일정 간격 이격되어 분기되는 복수의 분기부를 포함한다. 예를 들어, 상기 제 2 부분(6512)의 좌측면에 제 1 및 2 발열 소자가 각각 결합된 경우, 상기 제 3 영역(6564)은 상기 제 2 영역(6563)으로부터 분기되어 상기 제 1 발열 소자와 접촉하는 제 1 분기부와, 상기 제 1 분기부로부터 일정 간격 이격되고 상기 제 2 영역(6563)으로부터 분기되어 상기 제 2 발열 소자와 접촉하는 제 2 분기부를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 상기와 같이 제 2 부분의 한 측면에 복수의 발열 소자가 배치되는 경우, 상기 각각의 발열 소자에 서로 다른 압력이 가해질 수 있도록 상기 지지 부재(656)의 제 3 영역(6564)을 복수 개로 분기시킨다.
이하에서는, 상기와 같은 방열 모듈(650)의 제조 방법(조립 방법)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 13을 참조하면, 먼저 상기와 같은 제 1 부분(6511) 및 제 2 부분(6512)을 포함하는 제 1 방열판(651)을 준비한다(110단계).
상기 제 1 방열판(651)이 준비되면, 상기 제 1 방열판(651)의 제 2 부분(6512)의 상면에 스페이서(653)를 결합하고, 상기 제 2 부분(6512)의 좌측면 및 우측면에 방열 패드(652)를 결합한다(120단계).
즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 부분(6512)의 상면에는 제 1 체결 홈(6514)이 형성되고, 좌측면 및 우측면에는 제 3 체결 홈(6516)이 형성된다. 이에 따라 상기 제 1 체결 홈(6514)에 상기 스페이서(653)의 돌기(6532)를 삽입하여, 상기 제 2 부분(6512)의 상면에 상기 스페이서(653)를 배치한다. 그리고, 상기 제 3 체결 홈(6516)과 상기 방열 패드(652)의 관통 홀(6521)이 서로 정렬되도록 위치한 상태에서 상기 방열 패드(652)를 고정한다. 이때, 상기 방열 패드(652)는 추후 발열 소자(654)의 소자 몸체(6541)와 함께 소자 체결 부재(6544)를 통해 상기 제 1 방열판(651)에 결합된다. 이에 따라, 상기 발열 소자(654)가 결합되기 전까지 상기 방열 패드(652)가 지정된 위치에 배치될 수 있도록, 상기 방열 패드(652)의 일측면에 접착 물질을 형성하여, 상기 방열 패드(652)를 상기 제 2 부분(6512)의 좌측면 및 우측면에 각각 부착시킨다.
이후, 상기 제 1 방열판(651)의 제 2 부분(6512)에 발열 소자(654) 및 열 센서(659)를 결합한다(130단계). 즉, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 발열 소자(654)는 상기 소자 체결 부재(6514)가 상기 소자 몸체(6541)의 관통 홀(6543), 상기 방열 패드(652)의 관통 홀(6521)을 관통하여 상기 제 1 체결 홈(6514)에 삽입됨에 따라 상기 제 1 방열판(651)에 결합될 수 있다.
또한, 상기 제 1 방열판(651)에는 열 센서(659)가 더 결합될 수 있다. 상기 열 센서(659)는 상기 전력 변환 모듈부(600)의 안정적인 동작 여부의 확인을 위해 상기 제 1 방열판(651)의 온도를 측정하고, 그에 따라 상기 측정된 온도를 상기 제 2 기판(630)에 배치된 제어 부품에 전달한다.
이후, 상기 제 1 방열판(651)에 상기 지지 부재(656)를 결합한다(140단계). 즉, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 지지 부재(656)의 제 1 영역(6561)에 형성된 관통 홀(6562)과 상기 제 1 방열판(651)의 제 2 부분(6512)에 형성된 제 2 체결 홈(6515)을 정렬시키고, 그에 따라 제 1 체결 부재(657)가 상기 관통 홀(6562)을 관통하여 상기 제 2 체결 홈(6515)에 삽입되도록 하여, 상기 제 1 방열판(651)에 상기 지지 부재(656)를 결합시킨다. 상기 지지 부재(656)가 결합됨에 따라, 상기 지지 부재(656)를 구성하는 제 3 영역(6564)의 각각의 분기부는 상기 발열 소자(654)와 접촉하고, 그에 따라 상기 지지 부재(656)에서 발생하는 탄성력에 의해 상기 발열 소자(654)에 압력을 가한다.
다음으로, 상기와 같은 방열 모듈(650)이 제조되면, 상기 제조된 방열 모듈(650)과 제 1 기판(610)을 결합시킨다(150단계). 즉, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 기판(610)의 하면 중 상기 방열 모듈(650)에 결합된 발열 소자(654)의 실장 위치를 확인하고, 상기 확인된 실장 위치에서 상기 발열 소자(654)의 단자(6542)를 상기 제 1 기판(610)의 회로 패턴 상에 솔더링한다.
이때, 상기 발열 소자(654)의 실장 위치 확인 및 실장 위치에서의 상기 방열 모듈(650)의 고정을 위해 별도의 가이드 지그(도시하지 않음)를 사용할 수도 있다.
다음으로, 상기와 같이 제조된 전력 변환 모듈부(600)를 상기 제 2 방열판(300)의 베이스(610)의 제 1 안착부(350) 위에 결합한다(160단계). 즉, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 안착부(350) 위에 상기 제 1 방열판(651)의 제 1 부분(6511)을 위치시킨 후에 별도의 체결 부재를 통해 상기 제 1 방열판(651)과 제 2 방열판(300)을 상호 결합시킨다. 이때, 상기 제 1 방열판(651)과 제 2 방열판(300) 사이의 열 전도율을 높이기 위해, 상기 제 1 안착부(350) 위에 써멀 그리스(900)를 도포하고, 상기 도포된 써멀 그리스(900) 위에 상기 제 1 방열판(651)을 결합할 수도 있을 것이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 방열 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같은 구조를 가지는 방열 모듈(650)을 포함한다. 이에 따라, 방열 메커니즘은 크게 3단계로 구분될 수 있다.
1단계는, 상기 발열 소자(654)에서 열이 발생하는 상기 발열 소자(654)와 상기 제 1 방열판(651) 사이에서 열 전도가 일어난다. 이때, 상기 제 1 방열판(651)과 상기 발열 소자(654) 사이에서의 열 전도 효율을 높이도록 상기와 같은 방열 패드(652)를 상기 제 1 방열판(651)과 상기 발열 소자(654) 사이에 배치하여 방열 면적을 최대화한다.
2단계는, 상기 발열 소자(654)에서 상기 제 1 방열판(651)으로 전도된 열은 상기 제 1 방열판(651)에서 1차적으로 방열된다. 그리고, 상기 1차적으로 방열된 열은 상기 써멀 그리스(900)를 통해 상기 제 2 방열판(300)으로 전달된다. 이때, 상기 제 1 방열판(651)과 제 2 방열판(300) 사이의 열 저항을 최소화하기 위해 상기와 같은 써멀 그리스(900)가 상기 제 1 안착부(350)의 상면에 도포된다.
이때, 상기 제 1 방열판(651)과 제 2 방열판(300)은 열 전도율이 높고 비중이 낮은 알루미늄 합금을 사용할 수 있는데, 이는 다이케스팅용 합금이기 때문에 본래 가지고 있는 순수 알루미늄의 열 전도율보다 다소 떨어진다. 이를 보상하기 위해, 본 발명에서는 방열 패드(652)보다는 열 전도율이 높고 열 전도 면적을 최대화시켜줄 수 있는 써멀 그리스(900)를 적용한다.
3단계는, 상기 제 2 방열판(300)으로 전달된 열은 상기 제 2 방열판(300)의 베이스(310)를 통해 상기 방열핀(320)으로 전달되며, 최종적으로 하우징 외부로 전달된다. 이때, 상기 베이스(310)의 상부에는 하나의 방열 모듈만이 배치되는 것이 아니라, 복수의 안착부 위에 복수의 방열 모듈이 배치되기 때문에, 상기 방열핀(320)은 길이 방향으로 길게 연장되면서 일정 간격 이격되어 있는 핀 구조를 가진다. 이때, 상기 방열핀(320)은 하우징 외부로 노출되어 있기 때문에 부식이나 침식을 막고, 금속의 특성인 표면에서의 열 방사율(열 반사에 의한 현상)이 낮은 문제점을 해결하기 위해 분체 도장을 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 별도의 서브 방열판을 이용하여 발열 소자를 통해 전달되는 열을 1차적으로 방열시키고, 상기 1차적으로 방열된 열을 메인 방열판으로 전달하여 외부로 방출시킴으로써, 상기 메인 방열판으로 전달되는 열을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 외부로 노출된 메인 방열판의 온도가 올라감에 따라 발생할 수 있는 안전상의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 기판 위에 상기 발열 소자를 수직으로 세워서 장착함으로써, 상기 기판상에서 상기 발열 소자가 차지하는 면적을 감소시킬 수 있으며, 이에 따른 전력 변환 모듈의 전체 사이즈를 슬림화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 다수의 방열 부품을 모듈식으로 제작하여 조립함으로써, 상기 다수의 방열 부품의 조립 공정을 단순화할 수 있으며, 이에 따른 상기 방열 부품의 배치 공간을 최적화할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 기판;
    상기 하우징 내에 배치되며, 상기 기판과 연결되는 발열 소자;
    상기 하우징 내에 배치되며, 상기 발열 소자와 결합하는 제 1 방열판; 및
    상기 제 1 방열판 하부에 배치되는 제 2 방열판을 포함하며,
    상기 발열 소자는,
    상기 제 1 방열판의 측면에 결합되며,
    상기 제 1 방열판은,
    상기 기판과 상기 제 2 방열판 사이에 배치되는
    전력 변환 모듈의 방열 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발열 소자가 결합되는 상기 제 1 방열판의 상기 측면은,
    상기 기판과 수직인
    전력 변환 모듈의 방열 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발열 소자는,
    상기 기판의 하부에 수직으로 세워져 배치되어 상기 제 1 방열판의 상기 측면에 결합하는
    전력 변환 모듈의 방열 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발열 소자는, 체결 홀을 포함하고,
    상기 제 1 방열판은, 제 1 체결 홈을 포함하며,
    상기 체결 홀을 관통하여 상기 제 1 체결 홈에 삽입되는 체결 부재를 더 포함하는
    전력 변환 모듈의 방열 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 방열판과 상기 기판 사이에 배치되는 스페이서를 더 포함하는
    전력 변환 모듈의 방열 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 방열판과 결합하여 상기 발열 소자를 지지하는 지지 부재를 더 포함하는
    전력 변환 모듈의 방열 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 제 1 방열판에 결합되며, 관통 홀을 포함하는 제 1 지지 영역과,
    상기 제 1 영역으로부터 제 1 방향으로 절곡되는 제 2 지지 영역과,
    상기 제 2 영역으로부터 상기 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 절곡되고, 상기 발열 소자와 접촉하는 제 3 지지 영역을 포함하는
    전력 변환 모듈의 방열 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 지지부재의 상기 제 3 영역은,
    상기 발열 소자와 접촉하는 부분이 일정 곡률을 가지는
    전력 변환 모듈의 방열 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제 3 지지 영역은,
    상기 제 2 지지 영역으로부터 일정 간격 이격되는 복수의 분기부를 포함하는
    전력 변환 모듈의 방열 장치.
  10. 내부에 수용 공간을 가지며, 하부에 상호 일정 간격 이격된 복수의 관통 홀을 포함하는 하우징;
    상기 하우징의 상기 수용 공간 내에 수용되며, 제 1 방열판을 포함하는 전력 모듈부; 및
    상기 전력 모듈부와 결합되고, 적어도 일부가 상기 하우징의 상기 복수의 관통 홀을 통해 외부로 노출되는 제 2 방열판을 포함하며,
    상기 전력 모듈부는,
    상기 하우징 내에 배치되는 기판;
    상기 하우징 내에 배치되며, 상기 기판과 연결되는 발열 소자; 및
    상기 하우징 내에 배치되며, 상기 발열 소자와 결합하는 상기 제 1 방열판을 포함하며,
    상기 발열 소자는,
    상기 제 1 방열판의 측면에 결합되며,
    상기 제 1 방열판은,
    상기 기판과 상기 제 2 방열판 사이에 배치되며,
    상기 전력 모듈부는,
    회로 차단 모듈부, 배터리 관리 모듈부, 전력 변환 모듈부, 상태 알림 모듈부, 및 전자 부품 중 적어도 하나를 포함하는
    전력 변환 모듈.
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