WO2021210849A1 - 컨버터 모듈 - Google Patents

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WO2021210849A1
WO2021210849A1 PCT/KR2021/004439 KR2021004439W WO2021210849A1 WO 2021210849 A1 WO2021210849 A1 WO 2021210849A1 KR 2021004439 W KR2021004439 W KR 2021004439W WO 2021210849 A1 WO2021210849 A1 WO 2021210849A1
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WO
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module
heat dissipation
flow path
dissipation member
disposed
Prior art date
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PCT/KR2021/004439
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French (fr)
Inventor
정재후
김근호
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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Priority to CN202180028027.XA priority patent/CN115428599A/zh
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures

Definitions

  • the present invention relates to a converter, and more particularly, to a converter module in which a flow path is inserted and integrally formed.
  • Various electric devices such as lamps, audio, heaters, and air conditioners, installed in automobiles are supplied with power from the battery when the vehicle is stopped and from the generator when driving. capacity is being used.
  • a hybrid electric vehicle regardless of soft or hard type, has a DC-DC converter (Low Voltage DC-DC Converter) installed for supplying an electric load (12V).
  • the DC-DC converter which acts as a generator (alternator) of a general gasoline vehicle, supplies a voltage of 12V for the electric load by reducing the high voltage of the main battery (usually a high voltage battery of 144V or more).
  • a DC-DC converter refers to an electronic circuit device that converts DC power of a certain voltage to DC power of another voltage, and is used in various fields such as TV sets and automotive electronics.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a converter module in which a flow path is inserted and integrally formed.
  • a converter module includes a plate-shaped heat dissipation member having a flow path formed therein; a first module disposed on one surface of the heat dissipation member; and a second module disposed on the other surface of the heat dissipation member, wherein the heat dissipation member is integrally formed by inserting the flow path.
  • the flow path may be formed of a cooling pipe through which the refrigerant flows.
  • the flow path may include an inlet and an outlet for communicating the outside and the inside of the heat dissipation member, and may be formed as a single line from the inlet to the outlet.
  • a refrigerant inlet through which a refrigerant is introduced from the outside is disposed at the inlet
  • a refrigerant outlet for discharging the refrigerant circulating through the flow path to the outside is disposed at the outlet, and the refrigerant inlet and the refrigerant outlet are disposed with the flow path and may be integrally formed.
  • the flow path may be disposed within a predetermined interval from the position of the heating element of the first module or the heating element of the second module.
  • first module and the second module may have no overlapping driving time in which driving overlaps, or a predetermined ratio or a predetermined time or less.
  • first module and the second module, the position of the heating element disposed on each module may not correspond to each other.
  • the heat dissipation member may include a plurality of heat dissipation fins on at least one of the one surface and the other surface.
  • heat dissipation fins may be formed on an outer surface of the first module or the second module.
  • the heat dissipation member may be formed by inserting and injecting a cooling pipe forming the flow path.
  • FIG. 1 shows a converter module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a process of heat dissipation in the converter module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 illustrates a flow path of a converter module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a heat dissipation member integrally formed by inserting a flow path of a converter module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining each configuration of a converter module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a converter module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining each configuration of a converter module according to another embodiment of the present invention.
  • the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as "at least one (or one or more) of A and (and) B, C", it is combined with A, B, C It may include one or more of all possible combinations.
  • a component when it is described that a component is 'connected', 'coupled', or 'connected' to another component, the component is directly 'connected', 'coupled', or 'connected' to the other component. In addition to the case, it may include a case of 'connected', 'coupled', or 'connected' by another element between the element and the other element.
  • FIG. 1 shows a converter module according to an embodiment of the present invention.
  • the converter module 100 includes a heat dissipation member 120 having a flow path 110 , a first module 130 , and a second module 140 .
  • the heat dissipation member 120 has a flow path 110 formed therein, and the flow path is inserted thereinto to be integrally formed.
  • the heat dissipation member 120 is formed in a plate shape that radiates heat generated from the converter module 100 to the outside to radiate heat from the converter module 100 .
  • the heat dissipation member 120 may be a heatsink.
  • a first module 130 and a second module 140 to perform heat dissipation are disposed on both surfaces of the heat dissipation member 120 .
  • the first module 130 and the second module 140 are formed in a plate shape so that they can be disposed on both surfaces.
  • the heat dissipation member 120 radiates heat generated from the first module 130 and the second module 140 disposed on both surfaces to the outside.
  • the heat dissipation member 120 uses a refrigerant for heat dissipation.
  • a flow path 110 through which the refrigerant may flow is formed therein.
  • the heat generated in the first module 130 and the second module 140 is transferred (conducted) to the flow path 110 through the heat dissipation member 120 , and the heat transferred to the flow path 110 is discharged to the outside along the flow path. do.
  • the heat dissipation member 120 is integrally formed with the flow path 110 inserted thereinto.
  • the flow path 110 is formed into a desired shape, and when the heat dissipation member 120 is ejected, the flow path 110 is inserted in the injection state to form the integrated heat dissipation member 120 having the flow path 110 formed therein. can do.
  • the heat dissipation member 120 By forming the heat dissipation member 120 through injection in a state in which the flow path 110 is inserted, the number of parts required when forming the flow path insertion type heat dissipation member in an assembly type can be reduced.
  • the first module 130 is disposed on one surface of the heat dissipation member 120
  • the second module 140 is disposed on the other surface of the heat dissipation member 120 .
  • the first module 130 and the second module 140 are modules included in the converter module 100 .
  • the first module 130 may be a DC-DC converter
  • the second module 140 may be an On Board Charger (OBC).
  • OBC On Board Charger
  • a DC-DC converter is a device that converts a DC signal into a DC signal of different magnitude.
  • a DC-DC converter can convert a high voltage of 144V to a low voltage of 12V.
  • a DC-DC converter consists of a transformer coil, an inductor, a switch, and the like for voltage conversion. In the process of converting voltage, a lot of heat is generated in devices such as switches implemented with FETs.
  • the heat dissipation member 120 dissipates heat generated from the heat generating element to the outside, thereby solving problems of errors or low efficiency that may occur due to a rise in temperature.
  • OBC On Board Charger
  • OBC On Board Charger
  • OBC is a device that boosts AC power and converts it into DC power to charge a battery, and is used to charge a vehicle battery. In particular, it is used as an essential component for charging the battery of an electric vehicle.
  • OBC also requires many parts, such as a coil, an inductor, and a switch, to perform step-up and conversion, and a lot of heat is generated from elements such as a switch.
  • the heat dissipation member 120 radiates heat generated from the heat generating element constituting the OBC to the outside.
  • the first module 130 and the second module 140 may be disposed to be mounted on both surfaces of the heat dissipation member 120 .
  • the heat generated by the first module 130 and the second module 140 may be disposed in close contact with each other so that heat generated from the first module 130 and the second module 140 may be well transferred to the heat dissipation member 120 .
  • heat dissipation is performed for the plurality of modules with one heat dissipation member 120 , thereby increasing the effect of heat dissipation and increasing space utilization.
  • the first module 130 and the second module 140 may have no overlapping driving time in which the driving overlaps, or a predetermined ratio or a predetermined time or less. Since the first module 130 and the second module 140 use one heat dissipation member 120 , for efficient heat dissipation, the first module 130 and the second module 140 overlap the driving operation. You can control it so that there is no time. When the first module 130 and the second module 140 are driven at the same time to generate a lot of heat, the heat dissipation performance of the heat dissipation member 120 alone may not be able to smoothly dissipate heat to the two modules, thereby increasing the temperature. This may occur, and a malfunction or the like may occur.
  • the first module 130 and the second module 140 may be controlled so that there is no overlapping driving time.
  • the driving overlapping time may be limited to a predetermined ratio or less than a predetermined time.
  • the heat dissipation efficiency of the heat dissipation member 120 may be increased.
  • the ratio of the driving overlapping time means the ratio of the driving overlapping time within a unit time. For example, if the threshold limiting the ratio of the driving overlap time is 10%, it may be limited to 6 minutes or less within 1 hour.
  • the time during which the driving overlapping time is continuous may be limited.
  • the threshold of the driving overlap time is 10 minutes
  • the driving overlap time may be limited to 10 minutes or less.
  • the critical ratio or critical time limiting the driving overlap time may be preset by a user, or may vary depending on the heat dissipation performance of the heat dissipation member 120 or the current temperature or external temperature of the module.
  • the first module 130 and the second module 140 may be formed so that the positions of the heating elements disposed on each module do not correspond to each other.
  • Each of the first module 130 and the second module 140 may include one or more heating elements, and when the heating elements of each module are disposed together in a specific region, heat in the corresponding region is greater than in other regions. As a result, the efficiency of heat dissipation may be reduced. Accordingly, the heat dissipation efficiency can be increased by distributing the heating elements by forming the positions of the heating elements of the first module 130 and the positions of the heating elements of the second module 140 at different positions.
  • a module generating a lot of heat may be disposed on the lower surface of the heat dissipation member 120 . Since heat is transferred from the bottom to the top, a module generating a lot of heat may be disposed on the lower surface for efficient heat dissipation through the heat dissipation member 120 .
  • heat generated in the first module 130 and the second module 140 is transferred to the heat dissipation member 120 , and a flow path formed inside the heat dissipation member 120 ( 110) is discharged to the outside along with the refrigerant flowing along it, thereby dissipating heat.
  • Both surfaces of the heat dissipation member 120 on which the module is disposed are formed in a plate shape, and a plurality of grooves may be formed for efficient heat transfer.
  • the flow path 110 formed in the heat dissipation member 120 may be formed as a coolant pipe through which a refrigerant flows.
  • the flow path 110 formed of the cooling pipe may include a plurality of straight parts and a plurality of bent parts connecting the straight parts, as shown in FIG. 3 .
  • the flow path 110 may be formed by bending a pipe having a constant diameter according to a designed shape.
  • the flow path 110 may be disposed within a predetermined interval from the position of the heating element of the first module 130 or the heating element of the second module 140 .
  • the flow path 110 may be formed so that the flow path 110 passes within a predetermined interval with the heating element of the module. Although only a zigzag shape is illustrated in FIG. 3 , the flow path 110 may be formed in various shapes depending on the location of the heating element.
  • the flow path 110 includes an inlet 111 and an outlet 112 communicating the outside and the inside of the heat dissipation member, and may be formed in a single line from the inlet 111 to the outlet 112 . As shown in FIG. 3 , the flow path 110 is formed in a single line from the inlet 111 to the discharge port 112 , and the refrigerant introduced into the inlet 111 circulates through the flow path 110 to the discharge port 112 and circulates heat. received and released to the outside.
  • a refrigerant inlet through which the refrigerant flows from the outside is disposed at the inlet 111
  • a refrigerant outlet for discharging the refrigerant circulating through the flow path 110 to the outside is disposed at the outlet 112 , the refrigerant inlet and the refrigerant outlet
  • the part may be integrally formed with the flow path 110 .
  • sealing is required so that the refrigerant does not flow out to the outside.
  • a sealing member is used for sealing, a separate part is required, and accurate sealing may be difficult due to a step difference between products.
  • the material for the cooling pipe forming the flow path 110 and the sealing part are different, the expansion rate according to the temperature is different when the temperature rises due to heat dissipation. .
  • the refrigerant inlet of the inlet 111 may be integrally formed with the flow path 110 .
  • a clasp to which a contact member formed of rubber or the like formed on the external cooling hose can be in close contact. Sealing can be achieved by manufacturing the pipe of the inlet 111 portion to form a clasp for sealing through expansion and reduction processes.
  • the outlet 112 may also be disposed to form a refrigerant outlet through a process for the pipe so as to correspond to the inlet 111 .
  • the heat dissipation member 120 may be formed by inserting and injecting a cooling pipe forming the flow path.
  • the heat dissipation member 120 may be formed through injection, but the integrated heat dissipation member 120 having the flow path 110 formed therein may be formed by injection in a state in which the flow path 110 is inserted.
  • Insert Molding is a process of producing parts by melting raw materials while inserting an insert into the mold and injecting it into the mold. When it is made of metal, it is also called die casting.
  • the integrated heat dissipation member 120 may be formed through injection injection in a state in which the cooling pipe is inserted into the mold. Through this, the heat dissipation member 120 can be integrally formed without a separate assembly process, and manufacturing cost can be reduced.
  • the first module 130 and the second module 140 may be disposed on both surfaces of the heat dissipation member 120 formed as shown in FIG. 4 .
  • the first module 130 may be a DC-DC converter
  • the second module 140 may be an OBC
  • each may be a package module formed by mounting components on a substrate.
  • the first module 130 forming the DC-DC converter is disposed on the heat dissipation member 120
  • the second module 140 forming the OBC is disposed under the heat dissipation member 120 and mounted to form one
  • the converter module 100 may be formed.
  • Each module may be coupled to the heat dissipation member using bolts and nuts.
  • FIG. 6 is a view showing the converter module 100 according to another embodiment of the present invention, the heat dissipation member 120, the first module 130, the second module 140 formed with the flow path 110, together with the heat dissipation fins ( 210) may be included.
  • Detailed descriptions of the flow path 110 , the heat dissipation member 120 , the first module 130 , and the second module 140 shown in FIG. 6 are in each configuration of the converter module 100 of FIGS. 1 to 5 . Corresponding bar, overlapping description will be omitted.
  • the heat dissipation fin 210 may be formed on at least one of one surface or the other surface of the heat dissipation member 120 . Since the module is formed on both sides of the heat dissipation member 120 on which the flow path 110 is formed, heat dissipation efficiency may be lowered compared to the case where the module is formed on only one side. In order to compensate for this, the efficiency of heat dissipation may be increased by using a plurality of heat dissipation fins 210 .
  • the heat dissipation fins 210 may be formed on one or both surfaces of one surface or the other surface of the heat dissipation member. When the heat dissipation member is formed on one surface, heat has a characteristic of being transferred from the bottom to the top. can
  • the heat dissipation fins 210 may be formed on the outer surface of the first module 130 or the second module 140 . Surfaces of the first module 130 and the second module 140 that are in contact with the heat dissipation member 120 are heat dissipated through the heat dissipation member 120 , and heat dissipation fins 210 are disposed on the outer surface that is not in contact with the heat dissipation member 120 . ) by forming the heat dissipation fins 210 can be made to dissipate heat in both directions with respect to the formed module.
  • heat is transferred from the bottom to the top, and heat dissipation efficiency with respect to the second module 140 formed on the lower surface than the first module 130 formed on the upper surface of the heat dissipation member 120 .
  • this is high Therefore, the heat dissipation efficiency of the first module 130 with low heat dissipation efficiency can be increased by forming the heat dissipation fin 210 on the upper portion of the first module 130 with low heat dissipation efficiency, and the heat dissipation fin 210 is emitted to the outside. Heat dissipation efficiency can also be increased.
  • the heat dissipation fin 210 may be formed in the form of a cover of the first module 130 as shown in FIG. 7 .
  • the first module 130 is contact-coupled to cover the region where the heating element is disposed to transfer the heat generated from the heating element of the first module 130 to the upper portion of the heat dissipation fin 210 and radiate it to the outside to dissipate heat. can be performed.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 모듈은 내부에 유로가 형성되는 판 형상의 방열 부재, 방열 부재의 일면에 배치되는 제1 모듈, 및 방열 부재의 타면에 배치되는 제2 모듈을 포함하되, 방열 부재는 유로가 삽입되어 일체로 형성된다.

Description

컨버터 모듈
본 발명은 컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유로가 삽입되어 일체로 형성되는 컨버터 모듈에 관한 발명이다.
자동차의 전기장치로는 엔진전기장치(시동장치, 점화장치, 충전장치)와 등화장치가 일반적이나, 최근에는 차량이 보다 전자제어화 됨으로써 샤시 전기장치를 포함한 대부분의 시스템들이 전기전자화 되고 있는 추세이다.
자동차에 설치되는 램프, 오디오, 히터, 에어컨 등의 각종 전장품들은 자동차 정지시에는 배터리로부터 전원을 공급받고, 주행시에는 발전기로부터 전원을 공급받도록 되어 있는데, 이때 통상의 전원 전압으로 14V계 전원 시스템의 발전용량이 사용되고 있다.
최근 들어 정보기술 산업의 발달과 더불어 자동차의 편의성 증대를 목적으로 하는 다양한 신기술(모터식 파워 스티어링, 인터넷 등)들이 차량에 접목되고 있으며, 앞으로도 현 자동차 시스템을 최대한 이용할 수 있는 신기술의 개발이 계속될 전망이다.
소프트 또는 하드 타입의 구분없이 하이브리드 전기 차량(HEV)은 전장부하(12V) 공급을 위한 DC-DC 컨버터(Low Voltage DC-DC Converter)가 설치되어 있다. 또한, 일반 가솔린 차량의 발전기(알터네이터) 역할을 하는 DC-DC 컨버터는 메인 배터리(보통 144V 이상의 고전압 배터리)의 고전압을 다운시켜 전장부하용 전압 12V를 공급하고 있다.
DC-DC 컨버터(DC-DC Converter)라 함은, 어떤 전압의 직류전원에서 다른 전압의 직류전원으로 변환하는 전자회로 장치를 말하며, 텔레비전 수상기, 자동차의 전장품 등 다양한 영역에 사용되고 있다.
기존 DC-DC 컨버터는 방열을 위한 유로를 형성함에 있어서, 히트싱크, 튜브, 가스켓, 커버, 스크류 등 다양한 부품을 조립하여 형성한다. 조립형으로 유로를 형성함으로써 재료비가 상승하고, 패키지 부품 배치 공간 확보에 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 유로가 삽입되어 일체로 형성되는 컨버터 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 모듈은 내부에 유로가 형성되는 판 형상의 방열 부재; 상기 방열 부재의 일면에 배치되는 제1 모듈; 및 상기 방열 부재의 타면에 배치되는 제2 모듈을 포함하되, 상기 방열 부재는 상기 유로가 삽입되어 일체로 형성된다.
또한, 상기 유로는, 냉매가 유동하는 냉각 파이프로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유로는, 상기 방열 부재의 외부와 내부를 연통시키는 유입구 및 토출구를 포함하고, 상기 유입구로부터 상기 토출구까지 단일 라인으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구에는 외부로부터 냉매가 유입되는 냉매 유입부가 배치되고, 상기 토출구에는 상기 유로를 순환한 냉매가 외부로 배출되기 위한 냉매 유출부가 배치되며, 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 유출부는 상기 유로와 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유로는, 상기 제1 모듈의 발열소자 또는 상기 제2 모듈의 발열소자의 위치로부터 소정의 간격 이내로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 모듈 및 상기 제2 모듈은, 구동이 겹치는 구동중복시간이 없거나, 소정의 비율 또는 소정의 시간 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 모듈 및 상기 제2 모듈은, 각 모듈상에 배치되는 발열소자의 위치가 서로 대응되지 않을 수 있다.
또한, 상기 방열 부재는, 상기 일면 또는 타면 중 적어도 하나의 면에 복수개의 방열핀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열핀은, 상기 제1 모듈 또는 상기 제2 모듈 외면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 방열 부재는, 상기 유로를 형성하는 냉각 파이프를 삽입 사출하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 방열부재를 제조하기 위한 비용을 줄일 수 있다. 또한, 방열부재 양면에 패키지 모듈을 배치하여, 공간활용을 효율적으로 할 수 있다.
발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 모듈을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터 모듈에서 방열이 이루어지는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컨버터 모듈의 유로를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터 모듈의 유로가 삽입되어 일체로 형성되는 방열 부재를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터 모듈의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터 모듈을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터 모듈의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 모듈을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 모듈(100)은 유로(110)가 형성된 방열 부재(120), 제1 모듈(130), 제2 모듈(140)을 포함한다.
방열 부재(120)는 내부에 유로(110)가 형성되고, 유로가 삽입되어 일체형으로 형성된다.
보다 구체적으로, 방열 부재(120)는 컨버터 모듈(100)에서 발생하는 열을 외부로 방출하여 컨버터 모듈(100)을 방열하는 판 형상으로 형성된다. 방열 부재(120)는 히트싱크(heatsink)일 수 있다. 방열 부재(120)의 양면에는 방열을 수행할 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)이 배치된다. 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)이 양면에 배치될 수 있도록 판 형상으로 형성된다. 방열 부재(120)는 양면에 배치되는 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)에서 발생하는 열을 외부로 방출한다.
방열 부재(120)는 방열을 위한 냉매를 이용한다. 냉매를 이용하여 방열을 수행하기 위하여, 냉매가 흐를 수 있는 유로(110)가 내부에 형성된다. 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)에서 발생한 열은 방열 부재(120)를 통해 유로(110)로 전달(전도)되고, 유로(110)로 전달된 열은 유로를 따라 외부로 방출된다.
방열 부재(120)는 유로(110)가 삽입되어 일체형을 형성된다. 유로(110)를 형성하고자 하는 형상으로 형성하고, 방열 부재(120)를 사출시, 유로(110)를 삽입한 상태에서 사출하여, 유로(110)가 내부에 형성된 일체형 방열 부재(120)를 형성할 수 있다. 유로(110)를 삽입한 상태에서 사출을 통해 방열 부재(120)를 형성함으로써, 조립형으로 유로 삽입형 방열 부재를 형성하는 경우 필요한 부품들의 수를 줄일 수 있다.
제1 모듈(130)은 방열 부재(120)의 일면에 배치되고, 제2 모듈(140)은 방열 부재(120)의 타면에 배치된다.
보다 구체적으로, 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)은 컨버터 모듈(100)에 포함되는 모듈이다. 예를 들어, 제1 모듈(130)은 DC-DC 컨버터일 수 있고, 제2 모듈(140)은 OBC(On Board Charger)일 수 있다.
DC-DC 컨버터는 직류 신호를 크기가 다른 직류 신호로 변환하는 장치로, 차량에 이용되는 DC-DC 컨버터는 배터리의 고전압을 다운시켜, 부하용 전압으로 공급하는 역할을 한다. 예를 들어, DC-DC 컨버터는 144V의 고전압을 12V의 저전압으로 변환할 수 있다. DC-DC 컨버터는 전압 변환을 위하여, 변압기(transformer) 코일, 인덕터, 스위치 등으로 구성된다. 전압을 변환하는 과정에서 FET 등으로 구현되는 스위치 등의 소자에서 많은 열이 발생한다. 방열 부재(120)는 발열 소자에서 발생하는 열을 외부로 방출시켜, 온도 상승으로 인해 발생할 수 있는 오류나 저효율의 문제점을 해결한다.
OBC(On Board Charger)는 교류전원을 승압하고 직류전원으로 변환하여 배터리를 충전하는 장치로, 차량용 배터리를 충전하는데 이용된다. 특히 전기차의 배터리를 충전하는데 필수적인 구성으로 이용되고 있다. OBC 역시, 승압과 변환을 수행하기 위하여, 코일, 인덕터, 스위치 등 많은 부품이 필요하고, 스위치 등의 소자에서 많은 열이 발생한다. 방열 부재(120)는 OBC를 구성하는 발열 소자에서 발생하는 열을 외부로 방출시킨다.
DC-DC 컨버터 또는 OBC 이외에도 컨버터 모듈(100)에 적용하고자 하는 다양한 모듈을 포함할 수 있음은 당연하다.
제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)은 방열 부재(120)의 양면에 실장되어 배치될 수 있다. 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)에서 발생하는 열이 방열 부재(120)로 잘 전달될 수 있도록 밀착되어 배치될 수 있다. 복수의 모듈을 방열 부재(120)의 양면에 배치함으로써 하나의 방열 부재(120)로 복수의 모듈에 대한 방열을 수행함으로써 방열의 효과를 높일 수 있고, 공간 활용도를 높일 수 있다.
제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)은 구동이 겹치는 구동중복시간이 없거나, 소정의 비율 또는 소정의 시간 이하일 수 있다. 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)이 하나의 방열 부재(120)를 이용하기 때문에, 효율적인 방열을 위하여, 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)은 구동이 겹치는 구동중복시간이 없도록 제어할 수 있다. 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)이 동시에 구동하여 열이 많이 발생하는 경우, 방열 부재(120)의 방열 성능만으로 두 모듈에 방열이 원활하게 이루어지지 않을 수 있고, 이로 인해 온도상승이 발생할 수 있어, 오작동 등이 발생할 수도 있다. 따라서, 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)을 구동함에 있어서, 구동이 겹치는 구동중복시간이 없도록 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)을 제어할 수 있다. 또는 구동이 겹치는 시간이 있더라도, 구동중복시간이 소정의 비율 또는 소정의 시간 이하로 제한할 수 있다. 구동중복시간을 제한함으로써 방열 부재(120)의 방열 효율을 높일 수 있다.
여기서, 구동중복시간의 비율이란, 단위시간내 구동중복시간의 비율을 의미한다. 예를 들어, 구동중복시간의 비율을 제한하는 임계치가 10%인 경우, 1시간 이내에 6분 이하로 제한할 수 있다.
또는, 구동중복시간이 연속되는 시간을 제한할 수 있다. 예를 들어, 구동중복시간의 임계치가 10분인 경우, 구동중복시간을 10분 이하로 제한할 수 있다.
구동중복시간을 제한하는 임계비율 내지 임계시간은 사용자에 의해 미리 설정되거나, 방열 부재(120)의 방열 성능 또는 현재 모듈의 온도 내지 외부 온도 등에 따라 달라질 수 있다.
제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)은 각 모듈상에 배치되는 발열소자의 위치가 서로 대응되지 않도록 형성될 수 있다. 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)은 각각 하나 이상의 발열소자를 포함할 수 있고, 각 모듈의 발열 소자가 특정 영역에 함께 배치되는 경우, 해당 영역에서의 발열이 다른 영역에 비해 많이 발생하게 되어, 방열의 효율이 떨어질 수 있다. 따라서, 제1 모듈(130)의 발열소자의 위치와 제2 모듈(140)의 발열소자의 위치를 서로 다른 위치로 형성하여 발열 소자를 분산 배치함으로써 방열의 효율을 높일 수 있다.
제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)을 방열 부재(120)에 배치함에 있어서, 열이 많이 발생하는 모듈을 방열 부재(120)의 하부면에 배치할 수 있다. 열은 아래에서 위로 전달되는 특성을 가지고 있는바, 방열 부재(120)를 통한 효율적인 방열을 위하여, 열이 많이 발생하는 모듈을 하부면에 배치할 수 있다.
도 2와 같이 형성되는 컨버터 모듈(100)은 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)에서 발생되는 열이 방열 부재(120)로 전달되고, 방열 부재(120) 내부에 형성되는 유로(110)를 따라 유동하는 냉매를 따라 외부로 방출되어 방열이 이루어진다. 모듈이 배치되는 방열 부재(120)의 양 면은 판 형상으로 형성되되, 효율적인 열전달을 위하여, 복수의 홈이 형성될 수 있다.
방열 부재(120)에 형성되는 유로(110)는 냉매가 유동하는 냉각 파이프(coolant pipe)로 형성될 수 있다. 냉각 파이프로 형성되는 유로(110)는 도 3과 같이, 복수의 직선부 및 직선부를 연결하는 복수의 절곡부로 구성될 수 있다. 일정한 직경을 가지는 파이프를 설계한 형상에 따라 절곡하여 유로(110)를 형성할 수 있다.
유로(110)는 제1 모듈(130)의 발열소자 또는 제2 모듈(140)의 발열소자의 위치로부터 소정의 간격 이내로 배치될 수 있다. 유로(110)를 형성함에 있어서, 효율적인 방열을 위하여, 유로(110)가 모듈의 발열소자와 소정의 간격 이내로 지나가도록 유로(110)를 형성할 수 있다. 도 3에서 유로(110)는 지그재그로 형성되는 형태만 도시하였으나, 발열소자의 위치에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
유로(110)는 상기 방열 부재의 외부와 내부를 연통시키는 유입구(111) 및 토출구(112)를 포함하고, 유입구(111)로부터 토출구(112)까지 단일 라인으로 형성될 수 있다. 도 3과 같이, 유로(110)는 유입구(111)로부터 토출구(112)까지 단일 라인으로 형성되고, 유입구(111)로 유입된 냉매는 토출구(112)까지 유로(110)를 관통하여 순환하며 열을 전달받아 외부로 방출된다.
유입구(111)에는 외부로부터 냉매가 유입되는 냉매 유입부가 배치되고, 토출구(112)에는 유로(110)를 순환한 냉매가 외부로 배출되기 위한 냉매 유출부가 배치되며, 상기 냉매 유입부와 상기 냉매 유출부는 유로(110)와 일체로 형성될 수 있다. 외부로부터 냉매가 유입구(111)로 유입될 때, 냉매가 외부로 유출되지 않도록 실링(sealing)이 필요하다. 이때, 실링을 위해 실링부재를 이용하는 경우, 별도의 부품이 필요하며, 제품간 단차에 의해 정확한 실링이 어려울 수 있다. 또한, 유로(110)를 형성하는 냉각 파이프와 실링을 위한 부품의 재질이 다른 경우, 방열에 따른 온도 상승시 온도에 따른 팽창율이 달라 이물이 발생하거나 유격이 발생하여 실링이 안되는 문제가 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 유입구(111)의 냉매 유입부를 유로(110)와 일체로 형성할 수 있다. 실링을 위해선 외부 냉각 호스에 형성되는 고무 등으로 형성되는 밀착 부재가 밀착될 수 있는 걸림턱이 필요하다. 유입구(111) 부분의 파이프를 확장 및 축소 공정을 통해 실링을 위한 걸림턱이 형성되도록 제조함으로써 실링이 이루어지도록 할 수 있다. 토출구(112)에도 유입구(111)에 대응되도록 파이프에 대한 공정을 통해 냉매 유출부를 형성하여 배치할 수 있다. 하나의 파이프를 이용하여 냉매 유입부 및 냉맹 유출부를 형성함으로써 부품수 감소에 따른 비용 절감이 가능하고, 동일 재질을 이용함으로써 온도 차이에 따라 이물이 발생하는 문제도 방지할 수 있다.
방열 부재(120)는 상기 유로를 형성하는 냉각 파이프를 삽입 사출하여 형성할 수 있다. 방열 부재(120)를 사출을 통해 형성하되, 유로(110)를 삽입한 상태에서 사출하여 내부에 유로(110)가 형성된 일체형 방열 부재(120)를 형성할 수 있다. 삽입 사출Insert Molding)은 삽입물을 금형에 삽입한 상태에서 원재료를 녹여서 금형에 주입하여 부품을 생산하는 공정으로 금속으로 하는 경우, 다이캐스팅이라고도 한다. 냉각 파이프로 유로(110)를 형성한 이후, 냉각 파이프를 금형에 삽입한 상태에서 삽입 사출을 통해 도 4와 같이, 일체형 방열 부재(120)를 형성할 수 있다. 이를 통해, 별도의 조립과정없이 일체형으로 방열 부재(120)를 형성할 수 있고, 제조비용을 불일 수 있다.
도 4와 같이 형성된 방열 부재(120)의 양면에 도 5와 같이, 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)을 배치할 수 있다. 제1 모듈(130)은 DC-DC 컨버터일 수 있고, 제2 모듈(140)은 OBC 일 수 있고, 각각 기판상에 부품이 실장되어 형성되는 패키지 모듈일 수 있다. DC-DC 컨버터를 형성하는 제1 모듈(130)은 방열 부재(120)의 상부에 배치하고, OBC를 형성하는 제2 모듈(140)은 방열 부재(120)의 하부에 배치하여 실장함으로써 하나의 컨버터 모듈(100)을 형성할 수 있다. 각 모듈은 방열 부재와 볼트와 너트를 이용하여 결합될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터 모듈(100)을 도시한 것으로, 유로(110)가 형성된 방열 부재(120), 제1 모듈(130), 제2 모듈(140)과 함께 방열핀(210)을 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 유로(110), 방열 부재(120), 제1 모듈(130), 및 제2 모듈(140)에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 5의 컨버터 모듈(100)의 각 구성에 대응되는바, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
방열핀(210)은 방열 부재(120)의 일면 또는 타면 중 적어도 하나의 면에 형성될 수 있다. 유로(110)가 형성되는 방열 부재(120)에는 양면에 모듈이 형성되는바, 한면에만 모듈을 형성하는 경우에 비해 방열 효율이 떨어질 수 있다. 이를 보완하기 위하여, 복수의 방열핀(210)을 이용하여 방열의 효율을 높일 수 있다. 방열핀(210)은 방열 부재의 일면 또는 타면 중 하나의 면에 형성되거나 두 면 모두에 형성될 수 있다. 하나의 면에 방열 부재를 형성하는 경우, 열은 아래에서 위로 전달되는 특성을 가지는바, 방열 부재(120)의 상부면에 형성하여, 방열핀(210)을 통해 위로 전달되는 열을 외부로 방출할 수 있다.
이때, 방열핀(210)은 제1 모듈(130) 또는 제2 모듈(140) 외면에 형성될 수 있다. 방열 부재(120)와 접촉되는 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)의 면은 방열 부재(120)를 통해 방열이 이루어지고, 방열 부재(120)와 접촉되지 않는 외면에 방열핀(210)을 형성함으로써 방열핀(210)이 형성되는 모듈에 대해 양방향으로 방열이 이루어지도록 할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 열은 아래에서 위로 전달되는 특성을 가지고 있고, 방열 부재(120)의 상부면에 형성되는 제1 모듈(130)보다 하부면에 형성되는 제2 모듈(140)에 대한 방열 효율이 높다. 따라서, 방열 효율이 낮은 제1 모듈(130)의 상부에 방열핀(210)을 형성함으로써 방열 효율이 낮은 제1 모듈(130)의 방열 효율을 높일 수 있고, 방열핀(210)을 통해 외부로 방출되는 방열 효율 또한 높일 수 있다.
방열핀(210)은 도 7과 같이, 제1 모듈(130)의 커버형태로 형성될 수 있다. 제1 모듈(130)에서 발열 소자가 배치된 영역을 커버하는 형태로 접촉결합되어 제1 모듈(130)의 발열 소자에서 발생하는 열을 방열핀(210)의 상부로 전달하고, 외부로 방출하여 방열을 수행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 위치 측정부 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 내부에 유로가 형성되는 판 형상의 방열 부재;
    상기 방열 부재의 일면에 배치되는 제1 모듈; 및
    상기 방열 부재의 타면에 배치되는 제2 모듈을 포함하되,
    상기 방열 부재는 상기 유로가 삽입되어 일체로 형성되는 컨버터 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로는 냉매가 유동하는 냉각 파이프로 형성되는 컨버터 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유로는,
    상기 방열 부재의 외부와 내부를 연통시키는 유입구 및 토출구를 포함하고,
    상기 유입구로부터 상기 토출구까지 단일 라인으로 형성되는 컨버터 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유입구에는 외부로부터 냉매가 유입되는 냉매 유입부가 배치되고,
    상기 토출구에는 상기 유로를 순환한 냉매가 외부로 배출되기 위한 냉매 유출부가 배치되며,
    상기 냉매 유입부와 상기 냉매 유출부는 상기 유로와 일체로 형성되는 컨버터 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유로는,
    상기 제1 모듈의 발열소자 또는 상기 제2 모듈의 발열소자의 위치로부터 소정의 간격 이내로 배치되는 컨버터 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모듈 및 상기 제2 모듈은,
    구동이 겹치는 구동중복시간이 없거나, 소정의 비율 또는 소정의 시간 이하인 컨버터 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모듈 및 상기 제2 모듈은,
    각 모듈상에 배치되는 발열소자의 위치가 서로 대응되지 않는 컨버터 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재는,
    상기 일면 또는 타면 중 적어도 하나의 면에 복수개의 방열핀을 포함하는 컨버터 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방열핀은,
    상기 제1 모듈 또는 상기 제2 모듈 외면에 형성되는 컨버터 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재는,
    상기 유로를 형성하는 냉각 파이프를 삽입 사출하여 형성되는 컨버터 모듈.
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