KR20210065614A - 전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리 - Google Patents

전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차 충전시 전기차 충전용 커넥터를 효과적으로 냉각하기 위하여 전기차 충전용 커넥터에 히트싱크를 구비하고 전기차 케이블과 커넥터 접속유닛을 구성하는 도체의 접속부위에서 발생되는 열이 상기 히트싱크로 신속하게 흡열되도록 하고, 전기차 충전용 케이블 냉각을 위한 냉각 유체가 상기 히트싱크 내부를 경유하며 히트싱크를 냉각한 후 전기차 충전기로 회수되도록 하는 전기차 충전용 커넥터 및 전기차 충전용 어셈블리에 관한 것이다.

Description

전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리{Electric Vehicle Charging Connector and Electric Vehicle Charging Assembly}
본 발명은 전기차 충전용 커넥터 및 이를 구비하는 전기차 충전용 어셈블리에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 전기차 충전시 전기차 충전용 커넥터를 효과적으로 냉각하기 위하여 전기차 충전용 커넥터에 히트싱크를 구비하고 전기차 케이블과 커넥터 접속유닛을 구성하는 도체의 접속부위에서 발생되는 열이 상기 히트싱크로 신속하게 흡열되도록 하고, 전기차 충전용 케이블 냉각을 위한 냉각 유체가 상기 히트싱크 내부를 경유하며 히트싱크를 냉각한 후 전기차 충전기로 회수되도록 하는 전기차 충전용 커넥터 및 전기차 충전용 어셈블리에 관한 것이다.
전기차의 보급과 함께 전기차 충전기의 설치가 확대되고 있다. 그리고 단시간 내의 충전이 가능하도록 급속 충전이 가능한 급속 전기차 충전기가 보급되고 있다. 완속 충전과 달리 급속 충전을 위한 급속 전기차 충전기의 출력 전압은 직류 50V 내지 450V 범위이고, 충전 전류는 100A을 초과하며, 상기 급속 전기차 충전기를 통해 전기차를 일정한 수준, 예를 들면 완충 충전량의 80% 정도까지 충전 소요 시간은 30 - 40분에 불과하다. 전기차의 배터리 용량 증가 및 충전기술 발달에 따라 급속 전기차 충전기의 충전 전류는 계속 증가될 것으로 예상된다.
이러한 급속 전기차 충전기는 충전기 본체에 전기차 충전용 케이블이 연결되고, 충전용 케이블 단부에 충전기 커넥터가 장착되며, 충전기의 커넥터를 전기차에 구비된 커넥터 접속유닛에 장착하여 전기차 충전기로부터 전기차로 전력을 공급하게 된다.
이와 같은 급속 전기차 충전기는 충전 전류가 100A 이상이므로 이를 전기차로 전달하는 전기차 충전용 케이블 및 상기 케이블 단부에 접속된 충전용 커넥터의 발열이 문제될 수 있다.
먼저, 전기차 충전용 케이블에서 발생되는 열을 최소화하기 위해서는 충전용 케이블의 도체의 직경을 증가시키는 등의 방법이 있으나 발열을 충분히 감소시키기 어렵고, 충전용 케이블의 무게를 증가시키는 문제가 있다.
이와 같은 전기차 충전용 케이블의 발열로 인해 전기차 충전을 위하여 충전용 커넥터를 커넥터 접속유닛에 장착하거나 커넥터 접속유닛으로부터 충전용 커넥터를 분리하여 충전기에 거치하는 과정에서 충전용 케이블은 신체 접촉될 수 있고, 사용자의 부상, 불쾌감 또는 불안감을 유발할 수 있으므로 바람직하지 않다.
전기차 충전용 케이블에 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 케이블 내부에 냉각 유체를 유동시키는 방법이 소개되고 있다. 이는, 전기차 충전용 케이블의 도체를 냉각유체를 이용하여 냉각시키는 방법이다.
한편, 전기차의 충전시에 전기차 충전용 케이블의 도체와 전기적으로 접속되는 전기차 충전용 커넥터의 전력단자의 접속 부위의 저항 증가로 인해 전기차 충전용 케이블 못지않은 발열이 발생되나, 전기차 충전용 커넥터를 간소화된 구성으로 효율적으로 냉각하는 방법도 필요성이 크다.
본 발명은 전기차 충전시 전기차 충전용 커넥터를 효과적으로 냉각하기 위하여 전기차 충전용 커넥터에 히트싱크를 구비하고 전기차 케이블과 커넥터 접속유닛을 구성하는 도체의 접속부위에서 발생되는 열이 상기 히트싱크로 신속하게 흡열되도록 하고, 전기차 충전용 케이블 냉각을 위한 냉각 유체가 상기 히트싱크 내부를 경유하며 히트싱크를 냉각한 후 전기차 충전기로 회수되도록 하는 전기차 충전용 커넥터 및 전기차 충전용 어셈블리를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하나의 접지유닛; 적어도 하나의 통신유닛; 도체 및 상기 도체를 감싸는 절연층이 구비된 한 쌍의 전력유닛; 상기 전력유닛을 구성하는 도체 내부에 각각 구비되고, 냉각튜브 및 상기 냉각튜브 내측에 냉각유체가 유동하는 냉각유로를 포함하여 상기 도체를 냉각하기 위한 냉각유닛; 상기 냉각유닛을 통해 공급된 냉각유체를 수집하여 회수하기 위한 리턴유로가 내측에 구비된 회수튜브를 포함하여 구성된 회수유닛; 을 포함하는 전기차 충전용 케이블; 및 전기차에 구비된 커넥터 접속유닛에 접속되는 커넥팅부 및 상기 전기차 충전용 케이블의 도체가 삽입되어 접속되는 도체 접속부를 구비하는 한 쌍의 전력 단자; 상기 전력 단자의 도체 접속부에서 발생된 열을 흡열하며, 상기 냉각유닛을 경유한 냉각유체를 수집하여 상기 회수유닛으로 공급하는 리턴유로가 내부에 구비되는 히트싱크;를 포함하는 전기차 충전용 커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한, 상기 히트싱크는 상기 전력 단자의 도체 접속부에서 열전도 방식으로 열을 흡열하기 위한 흡열부를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 흡열부의 형상은 상기 전력 단자의 도체 접속부의 외주면의 형상과 대응되는 형상으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 도체 접속부의 외주면과 상기 히트싱크의 흡열부 사이에 유연한 재질의 써멀패드(Thermal Pad)가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 회수유닛은 한 쌍의 냉각유닛을 통해 공급된 냉매를 회수하기 위하여 한 개가 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 전기차 충전용 커넥터는 상기 전기차 충전용 케이블의 냉각유닛 내의 냉각유로와 상기 히트싱크의 리턴유로를 연결하는 한 쌍의 연결관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회수유닛은 상기 히트싱크의 리턴유로에 연결되도록 상기 히트싱크에 연결될 수 있다.
그리고, 상기 히트싱크는 상기 접지유닛 및 한 쌍의 상기 전력유닛의 배치 위치가 이격 및 분리되도록 V자 형상으로 구성될 수 있다.
여기서, 한 쌍의 상기 연결관은 상기 히트싱크의 양쪽 상단으로 연결되고, 상기 회수유닛은 상기 히트싱크의 하단에 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 전기차 충전용 케이블에서 전력 단자와 전기적으로 연결되는 상기 도체는 복수 개의 소선이 일정한 집합 피치로 집합된 복수 개의 집합 도체가 다시 일정한 복합피치로 복합된 집복합 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 전기차 충전용 케이블에서 전력 단자 부근에 온도측정을 위한 온도센서가 더 구비될 수 있다.
그리고, 상기 전기차 충전용 커넥터에 인터록 단자가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전기차 충전용 케이블에 장착되어, 전기차의 커넥터 접속유닛에 착탈 가능하게 장착되어 전기차 충전을 위한 전력을 공급하는 전기차 충전용 커넥터에 있어서,
커넥터 접속유닛 접속유닛에 접속되는 커넥팅부 및 전기차 충전용 케이블의 도체가 삽입되어 접속되는 도체 접속부를 구비하는 한 쌍의 전력 단자; 및
상기 전력 단자의 도체 접속부에서 발생된 열을 흡열하고, 전기차 충전용 케이블의 전력유닛을 구성하는 도체 내부에 구비된 냉각유닛에서 공급된 냉각유체가 유입되며 상기 전기차 충전용 케이블에 구비된 냉각유체 회수를 위한 회수유닛과 연결된 리턴유로가 내부에 구비되는 히트싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 커넥터를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 히트싱크는 상기 전력 단자의 도체 접속부에서 열전도 방식으로 열을 흡열하기 위한 흡열부를 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 흡열부의 형상은 상기 전력 단자의 도체 접속부의 외주면의 형상과 대응되는 형상으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 도체 접속부의 외주면과 상기 히트싱크의 흡열부 사이에 유연한 재질의 써멀패드(Thermal pad)가 더 구비될 수 있다.
그리고, 상기 전기차 충전용 케이블의 냉각유닛 내의 냉각유로와 상기 히트싱크의 리턴유로를 연결하는 한 쌍의 연결관을 더 포함하고, 상기 연결관은 상기 히트싱크의 양쪽 상단으로 연결되고 상기 회수유닛은 상기 히트싱크의 하단에 연결되며, 상기 히트싱크는 상기 접지유닛 및 한 쌍의 상기 전력유닛의 배치 위치가 이격 및 분리되도록 V자 형상으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리에 의하면, 전기차 충전시 전기차 충전용 커넥터를 효과적으로 냉각하기 위하여 전기차 충전용 커넥터에 히트싱크를 구비하고 전기차 케이블과 커넥터 접속유닛을 구성하는 도체의 접속부위에서 발생되는 열이 상기 히트싱크로 신속하게 흡열되도록 하고, 전기차 충전용 케이블 냉각을 위한 냉각 유체가 상기 히트싱크 내부를 경유하며 히트싱크를 냉각한 후 전기차 충전기로 회수되도록 하여 전기차 충전용 케이블과 전기차 충전용 커넥터를 함께 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터 및 이를 포함하는 전기차 충전용 어셈블리에 의하면, 냉각 유체를 이용하여 전기차 충전용 어셈블리 전체를 효율적으로 냉각하여 제품 손상을 방지하고, 과열된 커넥터 접속유닛 또는 전기차 케이블로 인한 안전사고를 예방하고, 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 전기차 충전기, 전기차 충전용 어셈블리 및 전기차(ev)로 구성되는 전기차 충전 시스템을 도시한다.
도 2는 전기차에 구비되는 전기차 충전용 케이블 및 이에 연결되는 전기차 충전용 커넥터로 구성되는 전기차 충전용 어셈블리의 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리를 구성하는 전기차 충전용 케이블의 단면도를 도시한다.
도 4는 전기차 충전용 어셈블리의 하우징이 제거된 후방 사시도를 도시한다.
도 5는 도 4의 전기차 충전용 어셈블리에서 냉각구조의 핵심 구성을 도시한다.
도 6은 도 5에 도시된 전기차 충전용 어셈블리의 후방에서 바라본 정면도를 도시한다.
도 7은 도 5에 도시된 전기차 충전용 어셈블리의 측방 단면도를 도시한다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리에서 냉각유체의 유로가 도시된 사시도 및 후방에서 바라본 정면도를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한, 이하의 설명에서 전기차(ev, electric car)란 차량에 구비된 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 전기 모터를 구동하고, 모터의 구동력을 차량의 동력으로 사용하는 차량을 의미하며, 구체적으로는 플러그인 방식의 전기차(PEV, Plug-in Electric Vehicle)를 의미한다.
그러나, 위 전기차(ev)는 통상적인 도로용 승용 자동차로 제한 해석되어서는 안되며, 도로용 승용 자동차 이외에도 카트, 작업용 차량 또는 이륜차 등을 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.
도 1은 전기차 충전기, 전기차 충전용 어셈블리 및 전기차(ev)로 구성되는 전기차 충전 시스템을 도시한다.
전기차 충전기(300)는 전기차로 전력 공급을 위하여 전기차 충전용 커넥터(200)와 전기차 충전용 케이블(100)로 연결되며, 전기차 충전용 케이블(100)의 단부에는 전기차 충전용 커넥터(200)가 구비된다.
전기차 충전용 커넥터(200)는 전기차(ev)에 구비된 커넥터 접속유닛(400)에 장착되어 전력을 공급할 수 있고, 급속 전기차 충전기의 경우 짧은 시간 내에 전기차(ev)의 충전을 완료할 수 있다.
한편, 전기차의 급속 충전시에 큰 전류용량으로 인하여 전기차 충전용 케이블(100)의 도체 및 상기 도체가 접속되는 전기차 충전용 커넥터(200)의 전력단자에 큰 발열이 발생될 수 있다.
종래, 전기차 충전용 케이블(100)에 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 케이블 내부에 냉각유체를 유입시키는 방법이 있었으나, 이는 전기차 충전용 커넥터(200)의 전력단자까지 충분하게 냉각할 수 없다는 한계가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리(1000)는 전기차 충전용 커넥터(200)까지 효율적으로 냉각시키기 위하여 커넥터 내부에 히트싱크를 구비함과 동시에 전기차 충전용 케이블(100)의 한 쌍의 전력유닛 중심부에 냉각유닛을 각각 구비함으로써 전기차 충전용 커넥터(200)의 전력단자 및 전기차 충전용 케이블(100)의 도체를 함께 냉각할 수 있도록 하였다.
도 2는 전기차에 구비되는 전기차 충전용 케이블 및 이에 연결되는 전기차 충전용 커넥터로 구성되는 전기차 충전용 어셈블리의 사시도를 도시한다.
상기 전기차 충전용 커넥터(200)는 향후 단일화 표준으로 결정된 미국ㆍ유럽형 '콤보(TYPE1)' 방식 이외에도 일본 '차데모(ChAdeMO)' 방식, 또는 르노 '교류 3상' 방식의 경우에도 적용이 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)의 단부에는 전기차 충전용 커넥터(200)가 장착되고, 상기 전기차 충전용 커넥터(200)는 전기차(ev)에 구비되는 커넥터 접속유닛(400)에 착탈 가능하게 장착될 수 있는 구조를 갖는다.
'콤보(TYPE1)' 방식의 커넥터는 교류 도는 직류 방식의 커넥터가 일체화되어 각각의 커넥터에는 완속 충전부(201)와 고속 충전부(203)가 각각 구비되어 완속 충전과 고속 충전 모두를 지원할 수 있다.
이와 같은 전기차 충전용 케이블(100)은 특히, 급속 충전시 큰 전류량에 의하여 도체에 발열, 구체적으로 전기차 충전용 케이블의 도체와 전기적으로 접속되는 전력단자의 발열이 과도하여 부품의 손상 또는 사용자의 화상 등의 안전 사고 등의 위험을 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명은 냉각 유체를 이용하여 효율적으로 전기차 충전용 케이블과 전기차 충전용 커넥터를 함께 냉각하는 구조를 적용하였다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리를 구성하는 전기차 충전용 케이블의 단면도를 도시한다.
이하, 전기차 충전용 케이블(100)의 구조에 대하여 자세하게 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전기차 충전용 케이블(100)은 하나의 접지유닛(110); 적어도 하나의 통신유닛(120); 도체(131a, 131b) 및 상기 도체를 감싸는 절연층(133a, 133b)이 구비된 한 쌍의 전력유닛(130a, 130b); 상기 전력유닛을 구성하는 도체 내부에 각각 구비되고, 냉각튜브(143a, 143b) 및 상기 냉각튜브 내측에 냉각유체가 유동하는 냉각유로(141a, 141b)를 포함하여 상기 도체(131a, 131b)를 냉각하기 위한 냉각유닛(140a, 140b); 상기 냉각유닛을 통해 공급된 냉각유체를 수집하여 회수하기 위한 회수유로(151)가 내측에 구비된 회수튜브(153)를 포함하여 구성된 회수유닛(150);을 포함하여 구성된다.
전기차 충전시 전기차 충전용 케이블(100)에서 주로 발열이 극심하게 일어나는 부분은 전력을 공급하기 위한 전력유닛(130a, 130b)으로, 본 발명에 따른 전기차 충전용 케이블(100)은 한 쌍의 전력유닛(130a, 130b) 내부에 각각 한 쌍의 냉각유닛(140a, 140b)를 구비하고 상기 냉각유닛의 냉각유로(141a, 141b) 내로 냉각유체를 유입해줌으로써 상기 전력단자(130a, 130b)를 어느 정도 냉각해주는 효과를 갖도록 한다.
상기 한 쌍의 전력유닛(130a, 130b) 내부 각각에 구비되는 냉각유닛(140a, 140b)은 도 1의 전기차 충전기(300)에서 각각의 냉각튜브(143a, 143b)를 통해 공급된 냉각유체에 의하여 한 쌍의 전력유닛 내부의 도체(131a, 131b)를 냉각한 이후 회수유닛(150)으로 흐르도록 유로가 변경되며 전기차 충전기(300)로 다시 회수되어 냉각 후 재공급되는 방법이 사용될 수 있다.
따라서, 상기 냉각 유체를 재냉각하기 위한 냉각장치와 냉각유체를 유동시키는 펌핑장치는 전기차 충전기(300)에 구비될 수도 있고, 상기 전기차 충전기(300) 외부에 구비될 수도 있다.
각각의 냉각튜브(143a, 143b)를 흐르는 냉각유체는 냉각장치 및 펌핑장치에서 절연층이 구비된 도체만 충전기 전력 공급부(미도시)로 인출되도록 하고, 냉각유체는 재냉각 및 펌핑되어 순환유로를 형성하게 할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 전기차 충전용 케이블(100)의 구성은 하나의 실시예로써 한 쌍의 전력유닛(130a, 130b)과 접지유닛(110)의 중심을 연결하는 삼각형 및 한 쌍의 통신유닛(120a, 120b)과 회수유닛(150)의 중심을 연결하는 삼각형이 정삼각형이 되도록 구성요소들의 위치를 조절함으로써 케이블의 전체 외경을 축소시킬 수 있으나, 상기 구조에 한정하는 것은 아니다.
이하, 전기차 충전용 어셈블리(1000)를 구성하는 전기차 충전용 커넥터와 전기차 충전용 케이블의 연결 구조에 대하여 자세하게 서술한다.
도 4는 전기차 충전용 어셈블리의 하우징이 제거된 후방 사시도를 도시하며, 도 5는 도 4의 전기차 충전용 어셈블리에서 냉각구조의 핵심 구성을 도시하며, 도 6은 도 5에 도시된 전기차 충전용 어셈블리의 후방에서 바라본 정면도를 도시한다.
상기 전기차 충전용 어셈블리(1000)는 전기차 충전용 커넥터(200)의 후방에 전기차 충전용 케이블(100)이 연결되며, 상기 전기차 충전용 커넥터(200)의 전방 충전부는 커넥터 접속유닛(400, 도 1 참조)가 착탈 가능하게 장착되어 전기차(ev)로의 전력 공급과 제어신호의 송수신이 가능하다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터(200)는 전기차의 커넥터 접속유닛에 접속되었을 때 로킹을 위한 로킹유닛(L)이 구비될 수 있으며, 상기 상기 로킹유닛은 선택적 로킹을 가능하게 하는 로킹 수단, 로킹 상태를 선택적으로 해제하기 위한 물리 스위치 또는 충전 동작을 제어하기 위한 제어 스위치 등이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 전기차 충전용 커넥터(200)는 전기차(ev)에 구비된 커넥터 접속유닛(400)에 접속되는 커넥팅부(232) 및 상기 전기차 충전용 케이블(100)의 도체(131)가 삽입되어 접속되는 도체 접속부(231)를 구비하는 한 쌍의 전력 단자(230); 상기 전력 단자(230)의 도체 접속부(231)에서 발생된 열을 흡열하며, 상기 냉각유닛(140)을 경유한 냉각유체를 수집하여 상기 회수유닛(150)으로 공급하는 리턴유로가 내부에 구비되는 히트싱크(270);를 포함하여 구성될 수 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 전기차 충전용 커넥터(200)에는 인터록 단자와 통신유닛(120)을 포함하여 구성되는 인터록 시스템이 탑재되어 커넥터 장착과 분리시 발생될 수 있는 스파크 등을 방지할 수 있다.
상기 커넥터 하우징(240)은 플라스틱 등의 절연성 수지 재질로 구성될 수 있고 전기차 충전용 커넥터(200)의 내부 구성요소들을 보호하는 동시에 외관을 형성하는 역할을 수행한다. 여기서, 상기 커넥터 하우징(240)의 기능, 형상 및 접속 규격은 커넥터 접속유닛(400)의 특정 설계 규격, 예를 들면 IEC 62196-3 규격을 만족하도록 형상화됨이 바람직하다.
그리고, 커넥팅 하우징(240) 후방 내측으로 장착 플레이트(260)가 구비될 수 있고, 상기 장착 플레이트(260)는 플라스틱 재질로 구성되어 내부에 전기차 충전용 케이블의 전지유닛(110) 및 통신유닛(120)과 각각 접속 가능한 단자, 히트싱크(270) 등의 내부 구성 요소들이 장착되는 장착장소 역할을 수행할 수 있다.
전기차 충전용 커넥터의 전력단자(230, 도 6 참조)는 커넥터 접속유닛(400)에 접속되는 커넥팅부(232)와 상기 커넥팅부(232)와 반대 방향으로 전기차 충전용 케이블의 한 쌍의 전력유닛(130a, 130b)에 구비된 도체(131a, 131b)가 삽입되어 전기적으로 접속 가능하도록 하는 한 쌍의 도체 접속부(231a, 231b)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 도체 접속부(231a, 231b)에 전기적으로 연결되는 도체(131a, 131b)는 전기 전도성이 우수한 금속, 예를 들어, 주석, 구리, 알루미늄, 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 연동선(annealed copper wire)로 이루어질 수 있으며, 상기 도체(131a, 131b)는 복수 개의 소선이 일정한 집합 피치로 집합된 후 이러한 집합 도체가 수개가 다시 일정한 피치로 복합된 집복합 구조를 가질 수 있다.
상기 도체(131a, 131b)는 이러한 집복합 구조를 통해 집합 또는 복합을 유지하기 위해 복수 개의 소선을 감싸는 테이프가 불필요하므로, 의한 전기차 충전용 케이블(100) 및 도체 접속부(231a, 231b)의 외경 증가 또는 유연성 저하 등의 문제를 해결할 수 있다.
상기 도체 접속부(231a, 231b)는 도체(131a, 131b)가 길이방향으로 접속되는 부분으로 상기 도체(131a, 131b)와 마찬가지로 전기 전도성이 우수한 구리, 알루미늄 또는 그 합금 재질의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 도체와의 전기적 접촉 면적을 증가시키기 위해 도체 접속부(231a, 231b)는 상기 도체(131a, 131b)가 바 형상으로 구성되는 경우 도체 외주면을 감싸는 원통형의 파이프 구조로 구성될 수 있다.
한편, 전기차 충전시 상기 전기차 충전용 커넥터 내에서 전기차 충전용 케이블(100)의 도체(131a, 131b)와 도체 접속부(231a, 231b)가 접속되는 영역에서 발열이 가장 심할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터(200)는 상기 전력 단자(230)의 도체 접속부(231)에서 발생된 열을 후술하는 히트싱크로 흡열하고, 상기 전기차 충전용 케이블의 냉각유닛(140)을 경유한 냉각유체로 상기 히트싱크를 냉각하는 냉각구조를 채용하여 전기차 충전기에서 공급되는 냉각 유체를 이용하여 전기차 충전용 케이블과 함께 전기차 충전용 커넥터를 함께 냉각하는 구조를 적용하였다.
일반적으로, 히트싱크(Heat sink)는 전자 제품 내부에 발생하는 열을 열전도 방식으로 흡열하여 방열 면적을 증대시킨 상태에서, 자연 냉각, 송풍 냉각, 냉각 액체를 이용하여 신속하게 방열 냉각을 수행하는 구성이다.
본 발명에 따른 전기차 충전용 커넥터(200)에 채용된 히트싱크(270)는 전기차 충전시 상기 전력단자(230)의 도체 접속부(231)에서 발생되는 열을 열전도 방식으로 흡열하고, 전기차 충전용 케이블(100)에서 냉각에 사용된 냉각 유체(냉각 액체)를 순환시켜 수냉식(액냉식)으로 히트싱크(270)을 냉각한다.
상기 냉각 유체는 열전도성 등이 큰 수용액 등일 수 있으나 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 절연성 액체가 사용될 수도 있다.
여기서, 흡열부(271)가 히트싱크(270) 하단에 구비되어 상기 도체 접속부(231)에서 발생하는 열을 열전도 방식으로 흡열할 수 있다. 열전도 방식의 흡열이란 서로 다른 고체 상태의 물질 사이의 온도 차이를 이용하여 열이 상대적으로 저온의 물질로 전도되도록 하는 방법을 의미한다.
따라서, 상기 흡열부(271)는 도체(131) 및 도체 접속부(231)의 열이 상대적으로 저온의 히트싱크(270) 내로 전달될 수 있다.
또한, 상기 흡열부(271)의 형상은 상기 전력단자(230)의 도체 접속부(231)의 외주면의 형상과 대응되는 형상으로 구성됨으로써 상기 흡열부(271)와 상기 도체 접속부(231)와의 접촉면적을 확대할 수 있다.
그러나, 히트싱크(270) 하단에 구비죈 흡열부(271)가 도체 접속부(231)의 외주면과 대응되도록 구성된다고 할지라도 상기 흡열부(271)와 상기 도체 접속부의 외주면 사이에 틈과 같은 유격이 존재할 수 있다. 열전도에 의한 흡열량은 도체 접속부(231)와 흡열부(271) 사이의 접촉된 단면적에 비례하여 증가하므로, 흡열량을 상승시키기 위해서는 상기 접촉 면적을 더욱 극대화할 필요성이 있다.
따라서, 써멀 패드(Thermal pad)가 상기 히트싱크의 흡열부(271)와 도체 접속부(231) 사이에 개재될 수 있다.
상기 써멀 패드(272)는 양면에 접착면이 형성되어 있는 유연한 시트형 부재로서, 아크릴계 또는 실리콘 계의 열전도성 물질로 구성될 수 있어 도체 접속부(231)에서 방출되는 열을 히트싱크(270) 내로 직접으로 전달되게 하여 히트싱크(270)의 열전도 성능을 향상시키는 역할을 수행한다.
상기 써멀 패드는 높은 열전도성을 가지며, 필요에 따라 절연성 재질로 구성될 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전력 단자(230a, 230b)가 원통형의 파이프 구조로 형성되는 경우, 히트싱크(270)의 하단 양측에 구비된 흡열부(271a, 271b)는 상기 한 쌍의 전력단자(230a, 230b)의 원형의 외주면 중 일부와 대응되도록 곡면으로 구성될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 온도센서(280)가 상기 한 쌍의 도체 접속부(231a, 231b)의 근방에 구비되고, 이는 회수되는 도체 접속부의 온도에 따라 전력 공급량, 공급되는 냉각유체의 온도 또는 유량의 조절이 가능하도록 제어될 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 전기차 충전용 어셈블리의 측방 단면도를 도시하며, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리에서 냉각유체의 유로가 도시된 사시도 및 후방에서 바라본 정면도를 도시한다.
전술한 바와 같이, 상기 도체 접속부(231)의 열은 순차적으로 유연한 재질의 써멀패드(237), 흡열부(271) 및 히트싱크(270) 내로 전도되어 도체 접속부(231)가 냉각될 수 있다.
또한, 상기 전기차 충전용 케이블의 냉각유닛(140)을 통하여 전기차 충전용 커넥터로 유입되는 냉각유체가 히트싱크(270) 내부로 유입되고 히트싱크 내부를 냉각 및 유동하도록 리턴유로를 히트싱크 내에 구비하고, 히트싱크의 리턴유로와 전기차 충전용 케이블을 구성하는 회수유닛(150)을 연결하여 리턴유로를 냉각한 냉각유체가 상기 회수유닛을 통해 전기차 충전기로 회수되도록 하여 지속적인 히트싱크의 냉각을 가능하게 구성할 수 있다.
이와 같은 구조로, 상기 히트싱크(270)를 냉각시켜 도체 접속부로부터의 흡열 성능을 지속적이고 유지시킬 수 있고, 도체(131) 및 도체 접속부(231)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
이하, 전기차 충전용 어셈블리(1000) 내에서 냉각유체의 유로 흐름에 관하여 자세하게 설명한다.
한 쌍의 냉각유닛(140)의 냉각튜브(143)를 통해 공급된 냉각유체는 유동 과정에서 도체(131) 및 도체 접속부(231)를 냉각시키고, 회수유닛(150)을 통해 상기 전기차 충전기(300)로 회수될 수 있다. 여기서, 상기 회수유닛(150)은 히트싱크(270)의 리턴유로에 연결될 수 있으며, 상기 회수유닛은 냉각유체를 회수하기 위한 구성이므로 한 개만 구비될 수도 있다.
여기서, 리턴유로는 히트싱크(270) 내부에 형성된 유로로 전기차 충전기의 펌핑장치에서 제공된 압력에 의하여 유동 과정에서 히트싱크를 냉각하게 된다.
반복적인 실험을 통해, 상기 히트싱크 내로 공급되는 냉각유체는 전기차 충전용 케이블의 전력유닛의 냉각에 사용된 상태여도, 도체 접속부에서 흡열한 히트싱크를 냉각하기 충분한 냉각 여력이 있음을 확인할 수 있었다.
상기 전기차 충전용 케이블의 냉각유로(141a, 141b)와 히트싱크의 리턴유로를 연결하기 위하여 상기 커넥터 내부에 연결관(142a, 142b)이 구비될 수 있다.
도 4 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 연결관(142a, 142b)은 상기 전기차 충전용 케이블의 냉각유로(141a, 141b)의 어느 한 지점에서 연결되어 상기 히트싱크 상부에 연결될 수 있다.
상기 연결관은 상기 냉각유닛의 냉각튜브를 도체 사이로 인출하는 방법으로도 구성될 수 있다.
따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각유체는 한 쌍의 냉각유닛(140a, 140b)의 냉각유로(141a, 141b)의 길이방향을 따라 도체를 충분히 냉각시킨 뒤, 상기 냉각유로(141a, 141b)의 어느 한 지점으로부터 연결되는 연결관(141a, 141b)을 따라 상부방향으로 유로 흐름이 전환되고, 히트싱크(270) 내의 리턴유로를 따라 유동하여 히트싱크를 냉각한 후 다시 회수유닛(150)으로 회수될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 전기차 충전용 어셈블리(1000)에서 냉각유체의 유로 흐름이 표시되고 후방 내측에서 바라본 단면도를 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 히트싱크(270)는 전기차 충전용 커넥터(200) 내부에서 접지유닛(110) 및 한 쌍의 전력유닛(130a, 130b)의 배치 위치가 적절하게 이격 및 분리되도록 V자 형상으로 구성됨이 바람직하다. 상기 히트싱크(270)의 중앙 내측으로 접지유닛(110)이 수용되면서 V자 모양으로 설계될 수 있다.
전술한 바와 같이, 한 쌍의 냉각튜브(143)를 통해 유입되어 도체(131)의 냉각을 수행하는 냉각유체는 순차적으로 냉각유로(141) 및 연결관(142)을 경유하여 히트싱크(270) 내로 공급되어 열전도에 의해 가열된 상기 히트싱크를 냉각한 이후 V자로 형성되는 리턴유로를 따라 하단에 연결되는 회수유닛(150)을 통해 회수될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 전력유닛(130) 하단 부근에 각각 구비되는 온도센서(280)가 도체 접속부의 온도를 감지하여 공급 전력의 크기, 상기 냉각유닛을 통해 공급되는 냉각유체의 온도 또는 유량 등을 제어 및 조절할 수 있도록 하여 냉각 부하에 따라 최적의 냉각 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
1000 : 전기차 충전용 어셈블리
100 : 전기차 충전용 케이블
200 : 전기차 충전용 커넥터

Claims (17)

  1. 하나의 접지유닛; 적어도 하나의 통신유닛; 도체 및 상기 도체를 감싸는 절연층이 구비된 한 쌍의 전력유닛; 상기 전력유닛을 구성하는 도체 내부에 각각 구비되고, 냉각튜브 및 상기 냉각튜브 내측에 냉각유체가 유동하는 냉각유로를 포함하여 상기 도체를 냉각하기 위한 냉각유닛; 상기 냉각유닛을 통해 공급된 냉각유체를 수집하여 회수하기 위한 리턴유로가 내측에 구비된 회수튜브를 포함하여 구성된 회수유닛; 을 포함하는 전기차 충전용 케이블; 및
    전기차에 구비된 커넥터 접속유닛에 접속되는 커넥팅부 및 상기 전기차 충전용 케이블의 도체가 삽입되어 접속되는 도체 접속부를 구비하는 한 쌍의 전력 단자; 상기 전력 단자의 도체 접속부에서 발생된 열을 흡열하며, 상기 냉각유닛을 경유한 냉각유체를 수집하여 상기 회수유닛으로 공급하는 리턴유로가 내부에 구비되는 히트싱크;를 포함하는 전기차 충전용 커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크는 상기 전력 단자의 도체 접속부에서 열전도 방식으로 열을 흡열하기 위한 흡열부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡열부의 형상은 상기 전력 단자의 도체 접속부의 외주면의 형상과 대응되는 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도체 접속부의 외주면과 상기 히트싱크의 흡열부 사이에 유연한 재질의 써멀패드(Thermal Pad)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회수유닛은 한 쌍의 냉각유닛을 통해 공급된 냉매를 회수하기 위하여 한 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기차 충전용 커넥터는 상기 전기차 충전용 케이블의 냉각유닛 내의 냉각유로와 상기 히트싱크의 리턴유로를 연결하는 한 쌍의 연결관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회수유닛은 상기 히트싱크의 리턴유로에 연결되도록 상기 히트싱크에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크는 상기 접지유닛 및 한 쌍의 상기 전력유닛의 배치 위치가 이격 및 분리되도록 V자 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  9. 제7항에 있어서,
    한 쌍의 상기 연결관은 상기 히트싱크의 양쪽 상단으로 연결되고, 상기 회수유닛은 상기 히트싱크의 하단에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기차 충전용 케이블에서 전력 단자와 전기적으로 연결되는 상기 도체는 복수 개의 소선이 일정한 집합 피치로 집합된 복수 개의 집합 도체가 다시 일정한 복합피치로 복합된 집복합 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기차 충전용 케이블에서 전력 단자 부근에 온도측정을 위한 온도센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기차 충전용 커넥터에 인터록 단자가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 어셈블리.
  13. 전기차 충전용 케이블에 장착되어, 전기차의 커넥터 접속유닛에 착탈 가능하게 장착되어 전기차 충전을 위한 전력을 공급하는 전기차 충전용 커넥터에 있어서,
    커넥터 접속유닛에 접속되는 커넥팅부 및 전기차 충전용 케이블의 도체가 삽입되어 접속되는 도체 접속부를 구비하는 한 쌍의 전력 단자; 및
    상기 전력 단자의 도체 접속부에서 발생된 열을 흡열하고, 전기차 충전용 케이블의 전력유닛을 구성하는 도체 내부에 구비된 냉각유닛에서 공급된 냉각유체가 유입되며 상기 전기차 충전용 케이블에 구비된 냉각유체 회수를 위한 회수유닛과 연결된 리턴유로가 내부에 구비되는 히트싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 커넥터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 히트싱크는 상기 전력 단자의 도체 접속부에서 열전도 방식으로 열을 흡열하기 위한 흡열부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 커넥터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 흡열부의 형상은 상기 전력 단자의 도체 접속부의 외주면의 형상과 대응되는 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 커넥터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 도체 접속부의 외주면과 상기 히트싱크의 흡열부 사이에 유연한 재질의 써멀패드(Thermal pad)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 커넥터.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 전기차 충전용 케이블의 냉각유닛 내의 냉각유로와 상기 히트싱크의 리턴유로를 연결하는 한 쌍의 연결관을 더 포함하고, 상기 연결관은 상기 히트싱크의 양쪽 상단으로 연결되고 상기 회수유닛은 상기 히트싱크의 하단에 연결되며, 상기 히트싱크는 상기 접지유닛 및 한 쌍의 상기 전력유닛의 배치 위치가 이격 및 분리되도록 V자 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 커넥터.
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