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KR20210132999A - 전력 모듈 어셈블리 - Google Patents

전력 모듈 어셈블리 Download PDF

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KR20210132999A
KR20210132999A KR1020200051608A KR20200051608A KR20210132999A KR 20210132999 A KR20210132999 A KR 20210132999A KR 1020200051608 A KR1020200051608 A KR 1020200051608A KR 20200051608 A KR20200051608 A KR 20200051608A KR 20210132999 A KR20210132999 A KR 20210132999A
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KR
South Korea
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cooling
power module
cooling fins
fins
upper cover
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020200051608A
Other languages
English (en)
Inventor
이건
조성무
김광수
최시호
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020200051608A priority Critical patent/KR20210132999A/ko
Priority to US17/039,449 priority patent/US20210337703A1/en
Priority to EP20204393.1A priority patent/EP3905318A1/en
Publication of KR20210132999A publication Critical patent/KR20210132999A/ko
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Abstract

본 발명은 전력 모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 전력 변환을 위한 전력 모듈을 구비하는 모듈 하우징; 상기 전력 모듈을 사이에 두고 상기 모듈 하우징의 상부를 덮도록 장착되는 상부 덮개; 상기 전력 모듈을 사이에 두고 상기 모듈 하우징의 하부를 덮도록 장착되는 하부 덮개; 및 상기 상부 덮개의 내측에서 상기 전력 모듈의 일측면을 향해 돌출되어, 상기 상부 덮개의 내측에 제1냉각유로를 형성하는 복수의 제1냉각핀을 포함한다. 이에 의하면, 복수의 냉각핀은 냉각수가 흐르는 냉각유로를 형성할 수 있고, 전력 모듈의 열교환 면적을 확장시킬 수 있다.

Description

전력 모듈 어셈블리 {POWER MODULE ASSEMBLY}
본 발명은 방열효과를 극대화시킬 수 있는 전력 모듈 어셈블리에 관한 것이다.
수소 또는 전기를 동력으로 하는 친환경 차량은 인버터(inverter)와 같은 전력 변환 장치를 포함한다. 그리고 전력 변환 장치의 핵심 부품 중에는 복수의 전력 모듈로 구성되는 전력 모듈 어셈블리가 있다.
이러한 전력 모듈 어셈블리는 친환경 차량의 개발과 함께 그 성능 향상을 위한 기술 개발이 이루어지고 있다.
전력 모듈 어셈블리에 구비되는 전력 모듈은 동작 시 전자 소자를 중심으로 높은 발열량을 나타내는데, 전력 모듈의 온도 상승은 전력 모듈의 성능과 내구성에 직접적인 영향을 미치게 된다.
이에 따라, 전력 모듈의 주요한 기술 개발 분야 중에는, 전력 모듈의 냉각성능을 보다 향상시키는 것이 포함된다.
US 2014/0327127 A1(이하, 특허문헌 1)에는 냉각 구조를 갖는 전력모듈이 개시되어 있다.
전력 모듈을 냉각하기 위해, 리본 형태로 형성된 알루미늄 재질의 냉각핀은 초음파 접합 공정에 의해 Direct Copper Bonding (DCB) 기판의 구리층에 본딩될 수 있다.
냉각수가 냉각핀을 따라 흘러서 전력 모듈의 구리층에서 발생하는 열을 냉각할 수 있다.
그러나, 특허문헌 1의 전력 모듈은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 냉각핀의 본딩 부분은 냉각수와 접촉으로 인해 부식 현상이 발생하여 냉각핀의 접합력이 약화된다.
또한, 냉각핀과 구리층의 접합 부분에 대한 파괴 피로 누적으로 인해 냉각핀의 접합력이 약화되어, 냉각핀과 구리층 간의 분리 또는 박리 현상이 발생하여 냉각성능이 떨어지는 문제점이 있다.
둘째, 전력모듈에 냉각핀을 본딩하기 위한 본딩 공정과 이의 검사 공정이 추가적으로 진행되어야 한다.
또한, 냉각핀의 본딩 공정 시 DCB의 세라믹층에 크랙을 유발시켜 공정의 불안정하며 부품의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전력 모듈에 냉각핀을 접합하지 않고도 전력 모듈의 냉각성능을 극대화시킬 수 있는 전력 모듈 어셈블리를 제공하는데 첫번째 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전력 모듈에 냉각핀의 본딩 공정을 추가하지 않고도 냉각 구조물의 조립이 가능하여, 공정의 안정성 확보 및 부품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전력 모듈 어셈블리를 제공하는데 두번째 목적이 있다.
상술한 첫번째 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전력 모듈 어셈블리는, 전력 변환을 위한 전력 모듈을 구비하는 모듈 하우징; 상기 전력 모듈을 사이에 두고 상기 모듈 하우징의 상부를 덮도록 장착되는 상부 덮개; 상기 전력 모듈을 사이에 두고 상기 모듈 하우징의 하부를 덮도록 장착되는 하부 덮개; 및 상기 상부 덮개의 내측에서 상기 전력 모듈의 일측면을 향해 돌출되어, 상기 상부 덮개의 내측에 제1냉각유로를 형성하는 복수의 제1냉각핀을 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 하부 덮개의 내측에서 상기 전력 모듈의 타측면을 향해 돌출되어, 상기 하부 덮개의 내측에 제2냉각유로를 형성하는 복수의 제2냉각핀을 더 포함하여, 상기 전력 모듈의 양측면으로부터 양방향으로 열을 방출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각은 상기 전력 모듈에 접촉되어, 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로에 유입되는 냉각수와 상기 전력 모듈 간의 열교환 면적을 확장할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각의 돌출 단부는 평면 형태로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각은 원형의 단면 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각은 상기 상부 덮개와 상기 하부 덮개 각각의 내측면에서 상기 전력 모듈을 향해 갈수록 직경이 점차 감소되게 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 전력 모듈은 동일 평면 상에 복수 개로 병렬로 배치되고, 상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각은 돌출 길이가 서로 동일하게 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 전력 모듈은 상기 모듈 하우징에 길이방향으로 복수 개로 이격되게 배치되고, 상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀은 횡방향과 종방향으로 이격되게 배치되고, 상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀은 상기 전력 모듈과 상하방향으로 중첩되게 그룹을 형성하고, 복수의 제1냉각핀 그룹과 복수의 제2냉각핀 그룹은 상기 제1냉각핀 또는 상기 제2냉각핀 상호 간의 간격보다 넓게 이격되게 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 제1냉각핀 또는 상기 복수의 제2냉각핀은 횡방향과 종방향으로 복수의 열로 배치되고, 상기 복수의 열 중 홀수 열과 짝수 열은 서로 엇갈리게 등간격으로 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 전력 모듈은 상기 모듈 하우징의 내측에 수용되고, 상기 전력 모듈의 발열면은 상기 모듈 하우징에 상하방향으로 관통되게 형성된 개구부를 통해 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로로 노출될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 전력 모듈은 상기 모듈 하우징의 내측에 복수 개로 이격되게 수용되고, 상기 모듈 하우징은, 상기 전력 모듈의 발열면을 노출시키도록 상하방향으로 관통되게 형성되고, 상기 전력 모듈의 양측면 각각에 구비된 복수의 단자를 돌출시키도록 측방향으로 관통되게 형성되며, 상기 복수의 전력 모듈 각각을 수용하는 복수의 수용부; 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로를 연통시키도록 상하방향으로 관통되게 형성되는 복수의 연통홀을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 모듈 하우징의 양측면에 서로 대향되게 각각 배치되고, 상기 모듈 하우징의 둘레를 따라 오목하게 형성되는 복수의 리세스부; 상기 리세스부의 양측에 끼움 결합되도록 상기 상부 덮개와 상기 하부 덮개 각각의 내측면에서 돌출되게 형성되고, 상기 복수의 제1냉각핀을 사이에 두고 상기 리세스부의 양측벽을 가로지르는 방향으로 이격되게 배치되는 복수의 체결돌기를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 상부 덮개의 일측에 구비되고, 상기 제1냉각유로에 연통되게 형성되는 냉각수 유입구; 및 상기 상부 덮개의 타측에 구비되고, 상기 제1냉각유로에 연통되게 형성되는 냉각수 유출구를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 상부 덮개의 일측에 구비되고, 상기 제1냉각유로에 연통되게 형성되는 냉각수 유입구; 및 상기 하부 덮개의 타측에 구비되고, 상기 제2냉각유로에 연통되게 형성되는 냉각수 유출구를 포함할 수 있따.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 모듈 하우징의 일측에 구비되고, 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로 각각의 일측에 연통되게 형성되는 복수의 냉각수 유입구; 및 상기 모듈 하우징의 타측에 구비되고, 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로 각각의 타측에 연통되게 형성되는 복수의 냉각수 유출구를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1냉각핀과 상기 제2냉각핀은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하여 형성되고, 상기 상부 덮개와 상기 하부 덮개에 각각 일체형으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전력 모듈 어셈블리의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
첫째, 전력 모듈이 수용된 모듈 하우징의 상부와 하부를 각각 덮는 상부 덮개와 하부 덮개의 내측면에 복수의 냉각핀이 돌출되게 형성된다.
복수의 냉각핀은 상부 덮개와 하부 덮개 각각에 냉각수가 흐르도록 복수의 냉각유로를 형성할 수 있다. 전력 모듈은 냉각유로를 따라 흐르는 냉각수에 접촉되어, 전력 모듈에서 발생한 열이 냉각수로 전달될 수 있다. 전력 모듈은 냉각유로를 따라 흐르는 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.
둘째, 복수의 냉각핀은 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 재질로 형성된다. 복수의 냉각핀은 전력 모듈의 양면에 각각 접촉된다. 냉각핀은 열전도도가 물에 비해 더 높아서, 전력 모듈에서 발생한 열은 냉각수보다 더 빠르게 복수의 냉각핀으로 전도될 수 있다.
복수의 냉각핀은 전력 모듈의 열교환 면적을 확장시킴으로, 전력 모듈의 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 전력 모듈의 냉각 효율을 극대화할 수 있다.
셋째, 복수의 냉각핀은 덮개와 동일한 금속 재질로 제작될 수 있다. 이에 따라, 전력 모듈의 열은 냉각핀을 통해 덮개로 전달되어, 덮개에서 모듈 하우징의 외측으로 직접 방출될 수 있다.
넷째, 복수의 냉각핀은 상부 덮개와 하부 덮개 각각에 일체로 형성됨으로, 별도의 본딩 공정이 불필요하다. 예를 들면, 종래의 알루미늄 냉각핀은 전력 모듈에 본딩되어야 하고, 본딩된 냉각핀이 냉각수와 접촉되어 부식됨으로 인해 냉각핀의 접합력 약화에 따른 냉각핀의 분리/박리 현상이 발생하였다. 하지만, 본 발명에 따른 냉각핀의 일체형 구조는 상술한 종래의 문제점을 해소할 수 있다.
복수의 냉각핀은 전력 모듈 어셈블리의 덮개 제작 시 사전에 덮개에 일체형으로 형성되기 때문에, 전력 모듈 어셈블리의 전체 조립 공정이 간편해진다. 반면에, 종래의 냉각핀 구조는 전력 모듈에 리본 본딩되는 구조이므로, 추가 공정 및 검사 공정이 필요하여 공정수가 늘어나고 제조공정이 복잡해지는 문제가 있었다.
다섯째, 복수의 냉각핀은 전력 모듈과 상하방향으로 중첩되게 배치되고, 덮개의 가로방향 및 세로방향으로 등간격으로 이격 배치됨으로, 전력 모듈의 열이 균등하게 분산될 수 있다.
여섯째, 복수의 냉각핀은 냉각유로에서 가로방향과 세로방향으로 복수의 열로 이격 배치되고, 홀수 열의 냉각핀과 짝수 열의 냉각핀은 서로 엇갈리게 배치됨으로써, 홀수 열의 냉각핀 사이의 유로를 통과한 냉각수가 그 다음 짝수 열의 냉각핀에 충돌하여, 냉각수와 냉각핀 간의 열전달 성능 및 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
일곱째, 복수의 냉각핀은 단면 형상이 원형으로 형성된다. 이에 의하면, 냉각유로를 따라 흐르는 냉각수의 유동이 복수의 냉각핀에 충돌하여도 냉각핀의 저항을 최소화할 수 있다.
여덟째, 복수의 냉각핀은 원뿔 형태로 형성된다. 냉각핀의 일단은 평면 형태로 전력 모듈에 접촉되고, 냉각핀의 타단은 덮개에 일체형으로 연결된다. 냉각핀은 일단에서 타단으로 갈수록 직경이 크게 경사지게 형성된다. 이러한 냉각핀의 경사진 측면 구조는 덮개의 지지력을 높일 수 있다. 또한, 냉각수와 냉각핀의 접촉면적이 냉각핀의 일단에서 타단으로 갈수록 증가함에 따라, 전력 모듈에서 발생한 열이 냉각핀의 일단에서 타단으로 이동하여 더 확장된 면적으로 냉각수와 접촉됨으로써 냉각 효율이 향상된다.
아홉째, 냉각유로를 형성하는 복수의 냉각핀의 구조를 전력 모듈에 집중시키지 않고 상부 덮개 및 하부 덮개에 적용함으로써, 방열 효과를 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 모듈 어셈블리를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에서 전력 모듈 어셈블리의 분해도이다.
도 3은 도 2에서 모듈 하우징과 전력 모듈이 분해된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 4는 도 3에서 전력 모듈의 단면을 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 3에서 냉각핀이 하부 덮개에 돌출 형성되는 전력 모듈에 접촉된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 6은 도 1에서 냉각수의 이동경로를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 유입구와 냉각수 유출구가 서로 다른 위치에 형성된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각수 유입구와 냉각수 유출구가 서로 다른 위치에 형성된 모습을 보여주는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 모듈 어셈블리(100)를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에서 전력 모듈 어셈블리(100)의 분해도이다.
도 3은 도 2에서 모듈 하우징(110)과 전력 모듈(120)이 분해된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 4는 도 3에서 전력 모듈(120)의 단면을 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 3에서 냉각핀(133)이 하부 덮개(131)에 돌출 형성되는 전력 모듈(120)에 접촉된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 6은 도 1에서 냉각수의 이동경로를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 전력 모듈 어셈블리(100)는 친환경 전기자동차의 전력 변환 장치를 구성하는 핵심 부품 중의 하나일 수 있다.
본 발명의 전력 모듈 어셈블리(100)는 모듈 하우징(110), 상부 덮개(130) 및 하부 덮개(131)를 포함하여 구성된다.
모듈 하우징(110)은 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131)와 함께 전력 모듈 어셈블리(100)의 외관을 형성한다.
모듈 하우징(110)은 가로 길이보다 세로 길이가 길게 형성된 직사각체 형태로 형성될 수 있다.
모듈 하우징(110)의 높이는 모듈 하우징(110)의 가로 길이와 세로 길이보다 더 짧게 형성될 수 있다.
모듈 하우징(110)의 내부에 하나 또는 복수의 전력 모듈(120)이 구비될 수 있다.
본 실시예에서는 복수의 전력 모듈(120)이 3개로 형성된 모습을 보여준다.
전력 모듈(120)은 전력을 변환시키도록 구성된다. 전력 모듈(120)의 일측과 타측에 각각 복수의 제1단자(125)와 복수의 제2단자(126)가 형성될 수 있다.
전력 모듈(120)은 유전체층(121), 금속층(122,123), 전자 소자(124)를 포함하여 구성될 수 있다.
유전체층(121)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 유전체층(121)은 절연 물질로 세라믹 소재를 포함할 수 있다.
금속층(122,123)은 금속으로 형성되고, 유전체층(121)의 양면 중 적어도 일면 이상에 접합될 수 있다.
본 실시예에서는 금속층은 유전체층(121)의 양면 상에 각각 접합되는 제1금속층(122)과 제2금속층(123)으로 구성될 수 있다.
제1금속층(122)과 제2금속층(123)은 구리 소재로 형성될 수 있다.
전자 소자(124)는 금속층(122,123) 상에 장착될 수 있다. 전자 소자(124)는 전력 모듈(120)의 전력 변환 기능을 구현하도록 이루어진다. 전자 소자(124)는 금속층에 하나 또는 복수 개로 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 전자 소자(124)가 금속층 상에 장착된 모습을 보여준다.
전자 소자(124)와 금속층(122,123) 사이에 땜납(solder)으로 이루어지고, 전자 소자(124)와 금속층을 전기적으로 연결시키는 솔더층(미도시)이 마련될 수 있다.
전자 소자(124)와 금속층(122,123) 간의 전기적 연결은 땜납이 아닌 다른 방식으로 이루어질 수도 있다.
전자 소자(124)는 전력 반도체 소자로 구현될 수 있다.
전력 반도체 소자는 예를 들어, IGBT(Insulated Gate Transistor), 바이폴라, 및 전력 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
전자 소자(124)에서 발생된 열은 금속층을 통해 방출될 수 있다.
금속층(122,123)의 적어도 일부는 모듈 하우징(110)의 내측에 냉각수가 흐르도록 형성되는 냉각유로(134)에 노출될 수 있다.
이에 의하면, 전력 모듈(120)의 일부가 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.
모듈 하우징(110)은 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)으로 구성될 수 있다.
상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)은 서로 결합되어 전력 모듈(120)을 감싸도록 형성된다.
상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)은 전력 모듈(120)을 사이에 두고 인서트 사출(insert molding) 성형에 의해 하나의 바디로 형성될 수 있다.
인서트 사출 성형이라 함은 금형의 내측에 인서트되는 구성, 예를 들어 전력 모듈(120)과 같은 부품을 소정 위치에 배치시킨 상태에서 사출되는 성형 방식을 의미한다.
금형은 상부 하우징(111)에 대응하는 제1금형과 하부 하우징(112)에 대응하는 제2금형으로 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)은 전력 모듈(120)을 감쌈으로 보호할 뿐만 아니라, 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)의 기구적인 조립을 위한 여러가지 체결 부재와 냉각수가 흐르는 냉각유로(134)의 밀폐를 위한 밀봉부재의 사용을 배제할 수 있다.
이에 따라, 모듈 하우징(110)은 체결부재(101)와 밀봉 부재의 사용을 배제함으로써, 전력 모듈 어셈블리(100)의 전체 크기를 소형화할 수 있다.
모듈 하우징(110)의 내부에 복수의 수용부(114)가 구비된다. 복수의 수용부(114)는 복수의 전력 모듈(120)을 각각 수용하도록 이루어진다.
복수의 수용부(114)는 모듈 하우징(110)의 세로방향으로 이격되게 배치된다.
수용부(114)는 전력 모듈(120)의 단자를 관통시키도록 모듈 하우징(110)의 가로방향으로 관통되게 형성된다.
수용부(114)는 전력 모듈(120)의 열을 방출시키도록 모듈 하우징(110)의 상하방향으로 관통되게 형성된다.
상부 덮개(130)는 모듈 하우징(110)의 상부, 즉 복수의 수용부(114) 상측을 덮도록 모듈 하우징(110)의 상부에 장착된다.
하부 덮개(131)는 모듈 하우징(110)의 하부, 즉 복수의 수용부(114) 하측을 덮도록 모듈 하우징(110)의 하부에 장착된다.
상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각은 판(Plate) 형태로 형성될 수 있다.
상부 덮개(130)와 하부 덮개(131)는 모듈 하우징(110)을 사이에 두고 상하방향으로 이격되게 배치된다.
모듈 하우징(110)의 내측에 냉각수가 흐르도록 복수의 냉각유로(134)가 형성될 수 있다.
복수의 냉각유로(134)는 제1냉각유로(1341)와 제2냉각유로(1342)로 구성될 수 있다.
상부 덮개(130)의 내측에 제1냉각유로(1341)가 구비될 수 있다.
제1냉각유로(1341)는 수용부(114)의 상측과 마주하게 형성된다.
하부 덮개(131)의 내측에 제2냉각유로(1342)가 구비될 수 있다.
제2냉각유로(1342)는 수용부(114)의 하측과 마주하게 형성된다.
제1냉각유로(1341)와 제2냉각유로(1342)는 각각 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131)의 세로방향을 따라 길게 연장될 수 있다.
상부 덮개(130)에 냉각수 유입구(136)와 냉각수 유출구(137)가 형성될 수 있다.
냉각수 유입구(136)는 상부 덮개(130)의 일측에 형성될 수 있다. 냉각수 유입구(136)는 원형의 튜브 형태로 상부 덮개(130)에서 상방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.
냉각수 유출구(137)는 상부 덮개(130)의 타측에 형성될 수 있다. 냉각수 유출구(137)는 원형의 튜브 형태로 상부 덮개(130)에서 상방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.
냉각수 유입구(136)와 냉각수 유출구(137)는 상부 덮개(130)의 세로방향으로 양쪽 끝에 각각 형성될 수 있다.
냉각수 유입구(136)는 제1냉각유로(1341)의 일측과 연통되게 형성된다. 냉각수 유출구(137)는 제1냉각유로(1341)의 타측과 연통되게 형성된다.
냉각수는 냉각수 유입구(136)를 통해 제1냉각유로(1341)로 유입될 수 있다. 또한, 냉각수는 제1냉각유로(1341)에서 냉각수 유출구(137)를 통해 모듈 하우징(110)의 외측으로 유출될 수 있다.
모듈 하우징(110)의 테두리에는 복수의 체결홀(102)이 모듈 하우징(110)의 높이방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
스크류 등과 같은 복수의 체결부재(101)는 상부 덮개(130) 및 하부 덮개(131)에 각각 형성된 체결홀(102)과 모듈 하우징(110)의 체결홀(102)을 통해 삽입되어 체결됨으로, 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131)가 체결될 수 있다.
모듈 하우징(110)은 리세스부(113)를 구비할 수 있다. 리세스부(113)는 모듈 하우징(110)의 상측과 하측에 구비된다. 리세스부(113)는 모듈 하우징(110)의 테두리를 따라 오목하게 형성될 수 있다.
리세스부(113)는 복수의 체결홀(102)을 우회하도록 모듈 하우징(110)의 내측에 형성된다. 리세스부(113)는 수용부(114)의 외측에 배치된다.
상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각에 돌출부(132)가 구비된다.
돌출부(132)는 상부 덮개(130) 또는 하부 덮개(131)의 두께방향으로 돌출되게 형성된다. 돌출부(132)는 리세스부(113)에 수용되도록 이루어진다.
돌출부(132)는 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각의 외측단으로부터 일정한 간격을 두고 내측에 이격 배치된다.
돌출부(132)는 상부 덮개(130) 및 하부 덮개(131) 각각의 테두리를 따라 형성된다. 돌출부(132)는 폐루프(closed loop) 형태로 형성될 수 있다.
돌출부(132)의 내측에 밀폐홈(1321)이 형성될 수 있다. 밀폐홈(1321)은 그 길이에 비해 폭이 매우 좁게 형성될 수 있다.
밀폐홈(1321; sealed groove)에 밀폐링(1322; sealing ring)이 수용된다. 밀폐링(1322)은 고무 재질로 형성될 수 있다. 밀폐링(1322)은 직경이 밀폐홈(1321)의 폭과 같거나 약간 크게 형성되어, 밀폐홈(1321)에 억지끼움으로 결합되도록 구성될 수 있다.
밀폐링(1322)은 모듈 하우징(110)과 상부 덮개(130) 사이 또는 모듈 하우징(110)과 하부 덮개(131) 사이를 밀폐시킴으로, 냉각수가 이들 사이의 틈새로 누설되는 것을 막을 수 있다.
리세스부(113)와 돌출부(132)는 모듈 하우징(110)의 높이방향 또는 상하방향으로 중첩되게 배치된다. 모듈 하우징(110)의 테두리부는 돌출부(132)의 외측면을 감싸도록 이루어진다.
모듈 하우징(110)의 테두리부의 내측면과 돌출부(132)의 외측면이 서로 면접촉되도록 이루어진다.
이러한 구성에 의하면, 모듈 하우징(110)의 테두리부와 돌출부(132)는 내측방향 또는 외측방향으로 서로 겹치는 구조로 배치됨으로, 모듈 하우징(110)과 상부 덮개(130) 사이 그리고 모듈 하우징(110)과 하부 덮개(131) 사이의 틈새를 효과적으로 밀폐시킬 수 있다.
또한, 모듈 하우징(110)의 테두리부와 돌출부(132)의 겹침 구조는 모듈 하우징(110)과 덮개 간의 틈새를 상하방향으로 굴곡이 있게 형성할 수 있다.
이에 의하면, 모듈 하우징(110)의 내측에 형성되는 냉각유로(134)로부터 모듈 하우징(110)의 외측으로 이동하는 냉각수의 이동거리를 연장시킴으로써, 수밀성을 향상시킬 수 있다.
모듈 하우징(110)의 수용부(114)에 전력 모듈(120)이 하나 또는 복수 개로 구비될 수 있다. 복수의 전력 모듈(120)은 제1전력 모듈(120) 내지 제N전력 모듈(120)로 구성될 수 있다. N은 2이상의 자연수 있다.
모듈 하우징(110)의 내측에 복수의 연통홀이 구비된다. 복수의 연통홀은 제1냉각유로(1341)와 제2냉각유로(1342)를 연통시키도록 이루어진다.
복수의 연통홀은 제1연통홀(115)과 제2연통홀(116)로 구성될 수 있다.
제1연통홀(115)과 제2연통홀(116)은 리세스부(113)와 수용부(114) 사이에 배치될 수 있다.
제1연통홀(115)은 리세스부(113)의 일단부 내측에 인접하게 배치될 수 있다.
제2연통홀(116)은 리세스부(113)의 타단부 내측에 인접하게 배치될 수 있다.
제1연통홀(115)은 제1냉각유로(1341)의 일측과 제2냉각유로(1342)의 일측을 연결하도록 상하방향으로 관통되게 형성될 수 있다. 제1연통홀(115)은 냉각수 유입구(136)와 연통되게 형성될 수 있다.
냉각수는 냉각수 유입구(136)에서 제1냉각유로(1341)의 일측으로 유입되거나 제1연통홀(115)을 통해 제2냉각유로(1342)의 일측으로 유입될 수 있다.
또한, 냉각수는 제1연통홀(115)을 통해 분기되어 제1냉각유로(1341)와 제2냉각유로(1342)로 유입될 수 있다.
제2연통홀(116)은 제2냉각유로(1342)의 타측과 제2냉각유로(1342)의 타측을 연결하도록 상하방향으로 관통되게 형성될 수 있다. 제2연통홀(116)은 냉각수 유출구(137)와 연통되게 형성될 수 있다.
냉각수는 두 갈래로 분기되어 제1냉각유로(1341)와 제2냉각유로(1342)를 따라 일방향으로 이동한 후, 제2냉각유로(1342)의 냉각수는 제2연통홀(116)을 통해 상승하면서 제1냉각유로(1341)의 냉각수와 합류되어, 냉각수 유출구(137)를 통해 유출될 수 있다.
상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각은 복수의 냉각핀(133)을 구비한다.
복수의 냉각핀(133)은 복수의 제1냉각핀(1331)과 복수의 제2냉각핀(1332)을 포함하여 구성될 수 있다.
복수의 제1냉각핀(1331)은 상부 덮개(130)의 내측면에 구비된다. 복수의 제2냉각핀(1332)은 하부 덮개(131)의 내측면에 구비된다.
복수의 제1냉각핀(1331)과 복수의 제2냉각핀(1332)은 그 형성 위치만 다를 뿐, 서로 동일한 구성 및 작용을 한다. 이하의 냉각핀(133)에 관한 설명은 제1냉각핀(1331)과 제2냉각핀(1332)을 별도로 구분하지 않는 한 이들 모두에 공통적으로 적용될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각의 내측면에서 전력 모듈(120)을 향해 돌출되게 형성될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각의 내측면에서 돌출부(132)의 돌출 길이보다 상하방향으로 더 높게 돌출될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 돌출부(132)의 폐루프 내측에 서로 이격되게 배치된다. 돌출부(132)는 냉각유로(134)의 최외곽 경계를 형성할 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 냉각유로(134)를 형성하도록 구성된다.
복수의 냉각핀(133)은 냉각수와 접촉하도록 이루어진다. 냉각수는 복수의 냉각핀(133) 사이로 흐를 수 있다.
냉각핀(133)의 일단은 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각의 내측면에 일체로 형성된다. 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131)에 일체로 연결되며 지지된다.
냉각핀(133)의 타단은 전력 모듈(120)과 접촉되도록 이루어진다. 냉각핀(133)의 타단은 평면 형태로 형성된다.
이에 의하면, 전력 모듈(120)에서 발생한 열이 복수의 냉각핀(133)으로 전달될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 열전달 계수가 높은 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 냉각핀(133)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 복수의 냉각핀(133)은 금속 재질로 형성되어, 단순히 냉각수와 전력 모듈(120)의 접촉만으로 전력 모듈(120)을 냉각하는 것보다 더욱 효율적으로 냉각하는 것이 가능하다.
예를 들면, 알루미늄은 물 대비 열전도도가 350배 정도 더 크기 때문에, 전력 모듈(120)의 열이 냉각수보다 냉각핀(133)으로 더 빠르게 전달된다.
전력 모듈(120)의 열은 냉각수와의 접촉에 의한 열전달뿐만 아니라, 냉각핀(133)과의 접촉에 의한 열전달될 수 있다.
냉각핀(133)은 전력 모듈(120)과 냉각수 사이의 열교환 면적을 확장시킬 수 있다.
상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각은 냉각핀(133)과 동일한 재질인 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 냉각핀(133)은 냉각수의 유로를 형성함으로 전력 모듈(120)의 열을 냉각수로 전달할 뿐만 아니라 열교환 면적을 확장시켜 전력 모듈(120)의 열을 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131)로 전달하여 대기 중으로 방출할 수도 있다.
냉각핀(133)은 냉각수의 유동저항을 최소화하기 위해 원형으로 형성될 수 있다.
복수의 냉각핀(133) 각각은 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각의 내측면에서 전력 모듈(120)을 향해 갈수록 직경이 작게 돌출 형성될 수 있다.
냉각핀(133)은 원뿔 형태로 형성될 수 있다. 냉각핀(133)의 외측면은 경사지게 형성될 수 있다. 냉각수는 냉각핀(133)의 외측면에 접촉될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 덮개에 의해 지지되는 냉각핀(133)의 일단의 단면적은 전력 모듈(120)에 접촉되는 냉각핀(133)의 타단의 단면적보다 더 큼으로, 냉각핀(133)에 대한 덮개의 지지력을 높일 수 있다.
또한, 냉각핀(133)의 일단에서 냉각핀(133)의 타단으로 갈수록 냉각수와의 접촉면적과 덮개로의 열전달면적이 증가함에 따라 냉각핀(133)의 열전달 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 냉각핀(133)의 열전달방향이 전달 모듈에서 덮개로 갈수록 열전달면적이 증가한다.
뿐만 아니라, 냉각핀(133)의 단면 형상이 원형임으로, 냉각핀(133)의 열전달 방향이 방사방향으로 열전달 가능하다.
복수의 냉각핀(133)은 전력 모듈(120) 별로 그룹을 형성하며 등간격으로 이격 배치될 수 있다. 예를 들면, 복수의 냉각핀(133)은 자신의 직경의 1배 내지 2배 범위에서 등간격으로 이격될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)의 간격은 전력 모듈(120)의 크기 및 면적에 따라 변경될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 돌출부(132)의 길이가 긴 세로방향의 양측면을 가로지르는 제1방향과 돌출부(132)의 길이가 짧은 가로방향의 양측면을 가로지르는 제2방향으로 이격 배치될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 냉각유로(134)에서 제1방향(가로방향)으로 제1열 내지 제L열로 이격 배치될 수 있다. L은 2이상의 자연수이다.
또는 복수의 냉각핀(133)은 냉각유로(134)에서 제2방향(세로방향)으로 제1열 내지 제M열로 이격 배치될 수 있다. M은 2이상의 자연수이다. 제1방향과 제2방향은 서로 수직하게 교차할 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 L*M열로 이격 배치될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 제1방향 또는 제2방향으로 홀수열과 짝수열이 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.
냉각핀(133)의 상호 엇갈린 배치 구조에 따르면, 홀수열의 냉각핀(133)과 짝수열의 냉각핀(133)은 제1방향 또는 제2방향으로 서로 미중첩되게 배치된다.
또한, 홀수열의 냉각핀(133)과 짝수열의 냉각핀(133)은 직사각형의 대각선 방향으로 중첩되게 이격 배치될 수 있다.
이러한 냉각핀(133)의 배치구조에 의하면, 냉각수가 냉각유로(134)에서 제1방향 또는 제2방향을 따라 흐를 때, 냉각수가 홀수열의 서로 인접한 두 냉각핀(133) 사이를 지난 후 그 다음 짝수열의 냉각핀(133)을 마주하여 충돌함으로, 냉각수와 냉각핀(133) 간의 열교환이 더 빠르고 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 홀수열의 냉각핀(133)과 짝수열의 냉각핀(133)은 서로 엇갈리며 등간격으로 배치됨으로, 복수의 냉각핀(133)은 냉각수를 냉각유로(134)로 균등하게 열을 분산시킬 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 전력 모듈(120)의 수에 대응되게 3개의 그룹을 형성할 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 전력 모듈(120)의 발열 부분인 금속판에 집중적으로 배치될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 전력 모듈(120)과 두께방향 또는 상하방향으로 중첩되게 배치된다.
전력 모듈(120) 사이의 공간에는 열이 상대적으로 덜 발생할 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 전력 모듈(120) 사이의 공간에는 배치되지 않을 수 있다.
제1냉각유로(1341)에 형성된 제1냉각핀(1331)과 제2냉각유로(1342)에 형성된 제2냉각핀(1332)은 전력 모듈(120)을 중심으로 상하 대칭되게 배치될 수 있다.
또한, 복수의 냉각핀(133)은 냉각유로(134)의 세로방향으로 좌우 대칭되게 배치될 수 있다.
복수의 체결돌기(117)가 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각의 내측에 구비될 수 있다.
체결돌기(117)는 모듈 하우징(110)의 상측과 하측에 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131)를 체결하도록 구성된다.
복수의 체결돌기(117)는 폭이 좁고 덮개의 세로방향으로 길게 연장될 수 있다.
복수의 체결돌기(117)는 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각의 내측면에서 전력 모듈(120)을 향해 상하방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.
체결돌기(117)는 돌출부(132)의 돌출길이보다 더 높고 냉각핀(133)의 돌출길이보다 더 낮게 돌출될 수 있다.
복수의 체결돌기(117)는 돌출부(132)의 내측에 가로방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
복수의 체결돌기(117)는 1개의 냉각핀(133) 그룹을 사이에 두고 냉각핀(133) 그룹의 가로방향으로 양측에 이격되게 배치될 수 있다.
복수의 체결돌기(117)는 냉각핀(133) 그룹 별로 한 쌍씩 나란하게 형성될 수 있다.
복수의 체결돌기(117) 각각은 한 개의 냉각핀(133) 그룹의 세로방향 길이와 대응되게 연장될 수 있다.
복수의 체결돌기(117)는 복수의 냉각핀(133) 그룹 사이의 공간에는 형성되지 않을 수 있다.
복수의 체결돌기(117)는 수용부(114)에 삽입되어 결합됨으로, 상부 덮개(130) 또는 하부 덮개(131)가 모듈 하우징(110)의 상측과 하측에 각각 체결될 수 있다.
제1냉각유로(1341)와 제2냉각유로(1342) 각각은 입구영역(1351), 복수의 주열전달영역(1352), 복수의 중간헤더영역(1353) 및 출구영역(1354)으로 구성될 수 있다.
냉각수의 흐름방향을 기준으로, 냉각유로(134) 내에서 입구영역(1351), 주열전달영역(1352), 중간헤더영역(1353), 주열전달영역(1352), 중간헤더영역(1353), 주열전달영역(1352) 및 출구영역(1354) 순서로 형성될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 주열전달영역(1352)에만 형성될 수 있다.
입구영역(1351)은 냉각수 유입구(136)와 인접하게 배치되는 영역이다.
주열전달영역(1352)은 냉각핀(133)이 형성된다. 주열전달영역(1352)에서는 전력 모듈(120)의 열이 복수의 냉각핀(133)을 통해 집중적으로 방출될 수 있다.
중간헤더영역(1353)은 복수의 주열전달영역(1352) 사이에 배치된다. 냉각핀(133)이 중간헤더영역(1353)에 형성되지 않지만, 주열전달영역(1352)에서 빠져나온 냉각수가 중간헤더영역(1353)에서 합류함으로써, 전력 모듈(120)의 영역별로 서로 다른 열교환량으로 인해 온도가 서로 다른 냉각수를 균일하게 혼합할 수 있다.
또한, 중간헤더영역(1353)은 균일하게 혼합된 냉각수를 주열전달영역(1352)의 냉각핀(133) 사이의 유로로 균등하게 분배할 수 있다.
출구영역(1354)은 냉각수 유출구(137)와 인접하게 배치되는 영역이다.
냉각수 유입구(136)와 냉각수 유출구(137)는 냉각수 순환라인(140)에 의해 자동차의 라디에이터(142)와 연결될 수 있다.
냉각수 순환라인(140)에 냉각수 순환펌프(141)가 설치될 수 있다.
냉각수 순환펌프(141)는 냉각수에 동력을 제공하여, 냉각수를 순환시킬 수 있다.
라디에이터(142)는 전력 모듈 어셈블리(100)로부터 전달받은 냉각수와 외기를 열교환시킴으로, 고온의 냉각수를 냉각시킨 후 다시 전력 모듈 어셈블리(100)로 전달할 수 있다.
냉각수의 순환 경로를 살펴보면, 냉각수는 전력 모듈 어셈블리(100)의 내부에서는 냉각수 유입구(136)→제1냉각유로(1341)/제2냉각유로(1342)(전력 모듈(120) 냉각)→냉각수 유출구(137)로 흐르고, 전력 모듈 어셈블리(100)의 외부에서는 순환라인(140)→라디에이터(142)(냉각수 냉각)→순환라인(140)으로 흐르고, 다시 전력 모듈 어셈블리(100)로 순환한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 유입구(236)와 냉각수 유출구(137)가 서로 다른 위치에 형성된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 7의 (a)에 보인 실시예에서는 냉각수 유입구(236)와 냉각수 유출구(237)가 하부 덮개(131)의 양단부에 각각 구비된다는 점에서 도 1 내지 도 6의 실시예와 다르다.
냉각수 유입구(236)를 통해 유입된 냉각수의 일부는 제2냉각유로(1342)의 입구영역(1351)으로 유입되고, 상기 냉각수의 다른 일부는 제1연통홀(115)을 통해 분기되어 제1냉각유로(1341)의 입구영역(1351)으로 흐른다.
냉각수는 제1냉각유로(1341)와 제2냉각유로(1342)를 따라 각각 흘러 직렬로 배치된 복수의 전력 모듈(120)의 양면으로부터 열을 흡수한다.
이 후 제1냉각유로(1341)의 출구영역(1354)으로부터 흘러나온 냉각수는 제2연통홀(116)을 통해 제2냉각유로(1342)의 출구영역(1354)에서 흘러나온 냉각수와 합류한다.
계속해서, 합류한 냉각수는 냉각수 유출구(237)를 통해 유출되며, 라디에이터(142)로 이동하여 냉각된 후 다시 냉각수 유입구(236)로 유입된다.
기타 구성 요소는 상술한 도 1 내지 도 6의 실시예와 동일 내지 유사하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 7(b)에 보인 실시예에서는 냉각수 유입구(236)는 하부 덮개(131)의 일측에 형성되고, 냉각수 유출구(237)는 상부 덮개(130)의 타측에 형성된다는 점에서 도 1 내지 도 6의 실시예 혹은 도 7(a)의 실시예와 다르다.
기타 구성 요소는 상술한 도 1 내지 도 6의 실시예 혹은 도 7(a)의 실시예와 동일 내지 유사하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각수 유입구(336)와 냉각수 유출구(337)가 서로 다른 위치에 형성된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 8의 (a)에 도시된 실시예에서는 냉각수 유입구(336)와 냉각수 유출구(337)가 모듈 하우징(110)에 구비된다는 점에서 상술한 도 1 내지 도 6의 실시예와 다르다.
한 개의 냉각수 유입구(336)는 모듈 하우징(110)의 일측에 형성될 수 있다.
한 개의 냉각수 유출구(337)는 모듈 하우징(110)의 타측에 형성될 수 있다.
냉각수 유입구(336)와 냉각수 유출구(337)는 모듈 하우징(110)의 서로 반대방향으로 향하는 측면에 각각 형성될 수 있다.
냉각수 유입구(336)는 모듈 하우징(110)의 세로방향으로 전단면에 형성될 수 있다. 냉각수 유입구(336)는 제1연통홀(115)에 연통되게 형성될 수 있다.
제1연통홀(115)은 냉각수 유입구(336)에서 상하방향으로 분기되게 형성되고, 제1냉각유로(1341)의 일측과 제2냉각유로(1342)의 일측을 연결하도록 구성된다.
냉각수는 냉각수 유입구(336)로 유입되고, 제1연통홀(115)에서 양방향으로 분기되어 제1냉각유로(1341)와 제2냉각유로(1342)로 각각 유입될 수 있다.
냉각수 유출구(337)는 모듈 하우징(110)의 세로방향으로 후단면에 형성될 수 있다. 냉각수 유출구(337)는 제2연통홀(116)에 연통되게 형성될 수 있다.
제2연통홀(116)은 제1 및 제2냉각유로(1342)의 출구영역(1354)에서 상하방향으로 합류되게 형성되고, 제1냉각유로(1341)의 타측과 제2냉각유로(1342)의 타측을 연결하도록 구성된다.
냉각수는 제1냉각유로(1341)의 출구영역(1354)과 제2냉각유로(1342)의 출구영역(1354) 각각에서 흘러나와 제2연통홀(116)에서 합류되며, 냉각수 유출구(337)를 통해 모듈 하우징(110)의 외부로 유출될 수 있다.
도 8의 (b)에 도시된 실시예에서는 복수의 냉각수 유입구(336)와 복수의 냉각수 유출구(337)가 모듈 하우징(110)의 전단면과 후단면에 복수의 열(a plurality of rows)로 각각 형성될 수 있다.
복수의 냉각수 유입구(336)와 복수의 냉각수 유출구(337)는 모듈 하우징(110)의 상하방향으로 이격되게 형성될 수 있다.
복수의 냉각수 유입구(336)는 제1냉각수 유입구(336)와 제2냉각수 유입구(336)로 구성될 수 있다.
제1냉각수 유입구(336)는 제1냉각유로(1341)의 일측과 연통되게 형성될 수 있다.
제2냉각수 유입구(336)는 제2냉각유로(1342)의 일측과 연통되게 형성될 수 있다.
복수의 냉각수 유출구(337)는 제1냉각수 유출구(337)와 제2냉각수 유출구(337)로 구성될 수 있다.
제1냉각수 유출구(337)는 제1냉각유로(1341)의 일측과 연통되게 형성될 수 있다.
제2냉각수 유출구(337)는 제2냉각유로(1342)의 타측과 연통되게 형성될 수 있다.
복수의 냉각수 유입구(336)와 복수의 냉각수 유출구(337) 각각은 복수의 냉각유로(134)에 일대일로 대응되며 병렬로 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 복수의 냉각수 유입구(336)와 복수의 냉각유로(134)의 입구영역(1351) 사이를 각각 연결하는 냉각수의 이동경로가 최단거리로 형성됨으로써, 냉각핀(133)이 없는 구간에서 유체의 유동저항을 최소화할 수 있다.
또한, 복수의 냉각유로(134)의 출구영역(1354)과 복수의 냉각수 유출구(337) 사이를 각각 연결하는 냉각수의 이동경로가 최단거리로 형성됨으로써, 냉각핀(133)이 없는 구간에서 유체의 유동저항을 최소화할 수 있다.
기타 구성요소는 상술한 도 1 내지 도 6의 실시예와 동일 내지 유사하므로, 중복된 설명을 생략하기로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 전력 모듈(120)이 수용된 모듈 하우징(110)의 상부와 하부를 각각 덮는 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131)의 내측면에 복수의 냉각핀(133)이 돌출되게 형성된다.
복수의 냉각핀(133)은 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각에 냉각수가 흐르도록 복수의 냉각유로(134)를 형성할 수 있다. 전력 모듈(120)은 냉각유로(134)를 따라 흐르는 냉각수에 접촉되어, 전력 모듈(120)에서 발생한 열이 냉각수로 전달될 수 있다. 전력 모듈(120)은 냉각유로(134)를 따라 흐르는 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 재질로 형성된다. 복수의 냉각핀(133)은 전력 모듈(120)의 양면에 각각 접촉된다. 냉각핀(133)은 열전도도가 물에 비해 더 높아서, 전력 모듈(120)에서 발생한 열은 냉각수보다 더 빠르게 복수의 냉각핀(133)으로 전도될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 전력 모듈(120)의 열교환 면적을 확장시킴으로, 전력 모듈(120)의 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 전력 모듈(120)의 냉각 효율을 극대화할 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 덮개와 동일한 금속 재질로 제작될 수 있다. 이에 따라, 전력 모듈(120)의 열은 냉각핀(133)을 통해 덮개로 전달되어, 덮개에서 모듈 하우징(110)의 외측으로 직접 방출될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 상부 덮개(130)와 하부 덮개(131) 각각에 일체로 형성됨으로, 별도의 본딩 공정이 불필요하다. 예를 들면, 종래의 알루미늄 냉각핀(133)은 전력 모듈(120)에 본딩되어야 하고, 본딩된 냉각핀(133)이 냉각수와 접촉되어 부식됨으로 인해 냉각핀(133)의 접합력 약화에 따른 냉각핀(133)의 분리/박리 현상이 발생하였다. 하지만, 본 발명에 따른 냉각핀(133)의 일체형 구조는 상술한 종래의 문제점을 해소할 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 전력 모듈 어셈블리(100)의 덮개 제작 시 사전에 덮개에 일체형으로 형성되기 때문에, 전력 모듈 어셈블리(100)의 전체 조립 공정이 간편해진다. 반면에, 종래의 냉각핀(133) 구조는 전력 모듈(120)에 리본 본딩되는 구조이므로, 추가 공정 및 검사 공정이 필요하여 공정수가 늘어나고 제조공정이 복잡해지는 문제가 있었다.
복수의 냉각핀(133)은 전력 모듈(120)과 상하방향으로 중첩되게 배치되고, 덮개의 가로방향 및 세로방향으로 등간격으로 이격 배치됨으로, 전력 모듈(120)의 열이 균등하게 분산될 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 냉각유로(134)에서 가로방향과 세로방향으로 복수의 열로 이격 배치되고, 홀수 열의 냉각핀(133)과 짝수 열의 냉각핀(133)은 서로 엇갈리게 배치됨으로써, 홀수 열의 냉각핀(133) 사이의 유로를 통과한 냉각수가 그 다음 짝수 열의 냉각핀(133)에 충돌하여, 냉각수와 냉각핀(133) 간의 열전달 성능 및 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 단면 형상이 원형으로 형성된다. 이에 의하면, 냉각유로(134)를 따라 흐르는 냉각수의 유동이 복수의 냉각핀(133)에 충돌하여도 냉각핀(133)의 저항을 최소화할 수 있다.
복수의 냉각핀(133)은 원뿔 형태로 형성된다. 냉각핀(133)의 일단은 평면 형태로 전력 모듈(120)에 접촉되고, 냉각핀(133)의 타단은 덮개에 일체형으로 연결된다. 냉각핀(133)은 일단에서 타단으로 갈수록 직경이 크게 경사지게 형성된다. 이러한 냉각핀(133)의 경사진 측면 구조는 덮개의 지지력을 높일 수 있다. 또한, 냉각수와 냉각핀(133)의 접촉면적이 냉각핀(133)의 일단에서 타단으로 갈수록 증가함에 따라, 전력 모듈(120)에서 발생한 열이 냉각핀(133)의 일단에서 타단으로 이동하여 더 확장된 면적으로 냉각수와 접촉됨으로써 냉각 효율이 향상된다.
냉각유로(134)를 형성하는 복수의 냉각핀(133)의 구조를 전력 모듈(120)에 집중시키지 않고 상부 덮개(130) 및 하부 덮개(131)에 적용함으로써, 방열 효과를 극대화할 수 있다.
제1실시예
100 : 전력 모듈 어셈블리 101 : 체결부재
102 : 체결홀 110 : 모듈 하우징
111 : 상부 하우징 112 : 하부 하우징
113 : 리세스부 114 : 수용부
115 : 제1연통홀 116 : 제2연통홀
117 : 체결돌기 120 : 전력 모듈
121 : 유전체층 122 : 제1금속층
123 : 제2금속층 124 : 전자 소자
125 : 제1단자 126 : 제2단자
130 : 상부 덮개 131 : 하부 덮개
132 : 돌출부 1321 : 밀폐홈
1322 : 밀폐링 133 : 냉각핀
1331 : 제1냉각핀 1332 : 제2냉각핀
134 : 냉각유로 1341 : 제1냉각유로
1342 : 제2냉각유로 1351 : 입구영역
1352 : 주열전달영역 1353 : 중간헤더영역
1354 : 출구영역 136 : 냉각수 유입구
137 : 냉각수 유출구 140 : 냉각수 순환라인
141 : 순환펌프 142 : 라디에이터
제2실시예
200 : 전력 모듈 어셈블리 236 : 냉각수 유입구
237 : 냉각수 유출구
제3실시예
300 : 전력 모듈 어셈블리 336 : 냉각수 유입구
337 : 냉각수 유출구

Claims (16)

  1. 전력 변환을 위한 전력 모듈을 구비하는 모듈 하우징;
    상기 전력 모듈을 사이에 두고 상기 모듈 하우징의 상부를 덮도록 장착되는 상부 덮개;
    상기 전력 모듈을 사이에 두고 상기 모듈 하우징의 하부를 덮도록 장착되는 하부 덮개; 및
    상기 상부 덮개의 내측에서 상기 전력 모듈의 일측면을 향해 돌출되어, 상기 상부 덮개의 내측에 제1냉각유로를 형성하는 복수의 제1냉각핀을 포함하는 전력 모듈 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 덮개의 내측에서 상기 전력 모듈의 타측면을 향해 돌출되어, 상기 하부 덮개의 내측에 제2냉각유로를 형성하는 복수의 제2냉각핀을 더 포함하여, 상기 전력 모듈의 양측면으로부터 양방향으로 방열하는 전력 모듈 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각은 상기 전력 모듈에 접촉되어, 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로에 유입되는 냉각수와 상기 전력 모듈 간의 열교환 면적을 확장하는 전력 모듈 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각의 돌출 단부는 평면 형태로 형성되는 전력 모듈 어셈블리.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각은 원형의 단면 형상으로 형성되는 전력 모듈 어셈블리.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각은 상기 상부 덮개와 상기 하부 덮개 각각의 내측면에서 상기 전력 모듈을 향해 갈수록 직경이 점차 감소되게 형성되는 전력 모듈 어셈블리.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전력 모듈은 동일 평면 상에 복수 개로 병렬로 배치되고,
    상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀 각각은 돌출 길이가 서로 동일한 전력 모듈 어셈블리.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전력 모듈은 상기 모듈 하우징에 길이방향으로 복수 개로 이격되게 배치되고,
    상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀은 횡방향과 종방향으로 이격되게 배치되고,
    상기 복수의 제1냉각핀과 상기 복수의 제2냉각핀은 상기 전력 모듈과 상하방향으로 중첩되게 그룹을 형성하고, 복수의 제1냉각핀 그룹과 복수의 제2냉각핀 그룹은 상기 제1냉각핀 또는 상기 제2냉각핀 상호 간의 간격보다 넓게 이격되게 배치되는 전력 모듈 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제1냉각핀 또는 상기 복수의 제2냉각핀은 횡방향과 종방향으로 복수의 열로 배치되고, 상기 복수의 열 중 홀수 열과 짝수 열은 서로 엇갈리게 등간격으로 배치되는 전력 모듈 어셈블리.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 전력 모듈은 상기 모듈 하우징의 내측에 수용되고,
    상기 전력 모듈의 발열면은 상기 모듈 하우징에 상하방향으로 관통되게 형성된 개구부를 통해 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로로 노출되는 전력 모듈 어셈블리.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 전력 모듈은 상기 모듈 하우징의 내측에 복수 개로 이격되게 수용되고,
    상기 모듈 하우징은,
    상기 전력 모듈의 발열면을 노출시키도록 상하방향으로 관통되게 형성되고, 상기 전력 모듈의 양측면 각각에 구비된 복수의 단자를 돌출시키도록 측방향으로 관통되게 형성되며, 상기 복수의 전력 모듈 각각을 수용하는 복수의 수용부;
    상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로를 연통시키도록 상하방향으로 관통되게 형성되는 복수의 연통홀을 포함하는 전력 모듈 어셈블리.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 하우징의 양측면에 서로 대향되게 각각 배치되고, 상기 모듈 하우징의 둘레를 따라 오목하게 형성되는 복수의 리세스부;
    상기 리세스부의 양측에 끼움 결합되도록 상기 상부 덮개와 상기 하부 덮개 각각의 내측면에서 돌출되게 형성되고, 상기 복수의 제1냉각핀을 사이에 두고 상기 리세스부의 양측벽을 가로지르는 방향으로 이격되게 배치되는 복수의 체결돌기를 포함하는 전력 모듈 어셈블리.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 상부 덮개의 일측에 구비되고, 상기 제1냉각유로에 연통되게 형성되는 냉각수 유입구; 및
    상기 상부 덮개의 타측에 구비되고, 상기 제1냉각유로에 연통되게 형성되는 냉각수 유출구를 포함하는 전력 모듈 어셈블리.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 상부 덮개의 일측에 구비되고, 상기 제1냉각유로에 연통되게 형성되는 냉각수 유입구; 및
    상기 하부 덮개의 타측에 구비되고, 상기 제2냉각유로에 연통되게 형성되는 냉각수 유출구를 포함하는 전력 모듈 어셈블리.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 하우징의 일측에 구비되고, 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로 각각의 일측에 연통되게 형성되는 복수의 냉각수 유입구; 및
    상기 모듈 하우징의 타측에 구비되고, 상기 제1냉각유로와 상기 제2냉각유로 각각의 타측에 연통되게 형성되는 복수의 냉각수 유출구를 포함하는 전력 모듈 어셈블리.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 제1냉각핀과 상기 제2냉각핀은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하여 형성되고, 상기 상부 덮개와 상기 하부 덮개에 각각 일체형으로 형성되는 전력 모듈 어셈블리.
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