KR101084978B1 - 냉각 매니폴드와 그것의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

냉각 매니폴드와 그 제조방법이 제공된다. 냉각 매니폴드는 상기 냉각 매니폴드를 따라 흐르는 나선형 유로를 포함한 하우징을 가지고 있다. 상기 하우징은 하우징의 제 1면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1그루브들을 가진다. 상기 그루브들은 내부 영역과 연통되지 않는다. 상기 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조를 가지고 있다. 냉각 매니폴드는 하우징의 제 1 단부를 밀봉하기 위해 형성된 상단 캡과 제 2 단부를 밀봉하기 위해 형성된 하단 캡을 포함한다.

Description

냉각 매니폴드와 그것의 제조방법 {Cooling Manifold And Method For Manufacturing The Cooling Manifold}
이 발명은 냉각 매니폴드와 그것의 제조방법에 관한 것이다.
전형적인 공냉식 전지팩에서, 실온환경에서의 주변 공기는 전지팩 내의 전지셀을 가로질러 흐르고, 그 후 전지팩에서 소진된다. 그러나, 전형적인 공냉식 전지팩은 전지팩의 온도를 소망하는 온도범위 내로 유지해야 하는 주된 도전에 직면해 있다.
특히, 전지셀의 최대 작동 온도는 전지를 냉각시키기 위해 이용하는 주변 공기의 온도보다 종종 낮을 수 있다. 이러한 상황에서, 소망하는 온도범위 내의 전지셀을 유지하는 것은 공냉식 배터리에서 불가능하다.
따라서, 본 출원의 발명자들은 상기 언급된 결점을 최소화 및/또는 제거한 개량된 냉각 매니폴드의 필요성을 인식해왔다.
다른 실시예에 따른 냉각 매니폴드가 제공된다. 상기 냉각 매니폴드는 내부영역에 나선형 유로를 포함하는 하우징을 가지고 있다. 하우징은 하우징의 제 1 면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1 그루브들을 포함하고 있다. 상기 그루브들은 내부영역과 연통되지 않는다. 상기 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조로 형성되어 있다. 냉각 매니폴드는 상기 하우징의 제 1 단부를 밀봉하도록 형성된 상단 캡을 더 포함하고 있다. 상기 상단 캡은 상단 캡을 따라 연장되어 있는 제 1 및 제 2 간극을 포함한다. 상기 냉각 매니폴드는 상기 하우징의 제 2 단부를 밀봉하도록 형성되어 있는 하단 캡을 더 포함한다. 상기 냉각 매니폴드는 상기 상단 캡의 제 1 간극과 연통되도록 상단 캡과 결합되어 있는 제 1 유동 포트를 포함한다. 상기 냉각 매니폴드는 상기 상단 캡의 제 2 간극과 연통되도록 상단 캡과 결합되어 있는 제 2 유동 포트도 포함한다.
다른 실시예에 따른 냉각 매니폴드의 제조방법이 제공된다. 상기 방법은 압출 장치를 이용하여 내부 영역을 가지는 하우징을 압출하는 단계를 포함한다. 상기 하우징은 하우징의 제 1 면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1 그루브들을 포함한다. 상기 그루브들은 내부영역과 연통되지 않는다. 상기 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조로 형성되어 있다. 상기 방법은 밀링 장치를 이용하여 상기 하우징의 내부에 나선형 유로를 형성하도록 내부 영역에서 상기 하우징의 단부를 제거하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 브레이징 장치를 이용하여 제 1 단부를 밀봉하기 위해 상단 캡을 하우징의 제 1 단부에 납땜하는 단계를 더 포함한다. 상기 상단 캡은 상단 캡을 따라 연장되어 있는 제 1 및 제 2 간극을 포함한다. 상기 방법은 브레이징 장치를 이용하여 제 2 단부를 밀봉하기 위해 하단 캡을 하우징의 제 2 단부에 납땜하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제 1 유동 포트가 상기 상단 캡의 제 1 간극과 연통되도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여 상기 제 1 유동 포트를 상단 캡에 납땜하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제 2 유동 포트가 상기 상단 캡의 제 2 간극과 연통되도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여, 제 2 유동 포트를 상단 캡에 납땜하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 냉각 매니폴드 및 그 제조방법을 사용하여 냉각 매니폴드에 결합된 열전도성 부재로부터 열 에너지를 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 전지 시스템의 도면이다;
도 2는 실시예에 따른 도 1의 전지 시스템을 이용한 전지모듈의 도면이다;
도 3은 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드에서 각각 제거된 제 1 및 제 2 상단 캡을 가지고 있는 도 2의 전지모듈의 다른 도면이다;
도 4는 도 2의 전지모듈의 다른 도면이다;
도 5는 도 2의 전지모듈에서 이용된 흑연 시트와 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드의 도면이다;
도 6은 도 2의 전지모듈에서 이용된 흑연 시트의 도면이다;
도 7은 도 6의 흑연 시트의 다른 도면이다;
도 8은 다른 실시예에 따라 도 2의 전지모듈에서 이용된 냉각 매니폴드의 도면이다;
도 9는 도 8의 냉각 매니폴드의 단면도이다;
도 10은 도 8의 냉각 매니폴드의 다른 단면도이다;
도 11은 도 8의 냉각 매니폴드의 부분 확대도이다;
도 12는 도 11의 냉각 매니폴드의 일부와 흑연 시트를 보여주는 도 2의 전지모듈 상단 부분의 도면이다;
도 13은 도 8의 냉각 매니폴드를 제조하는데 이용되는 압출장치와 브레이징 장치의 도면이다;
도 14는 다른 실시예에 따른 도 8의 냉각 매니폴드를 제조하는 방법에 관한 흐름도이다;
도 15는 다른 실시예에 따른 도 1의 전지 시스템의 전지모듈을 냉각하는 방법에 관한 흐름도이다;
도 16은 다른 실시예에 따른 전지 시스템의 도면이다;
도 17 및 도 18은 다른 실시예에 따른 도 16의 전지 시스템의 전지모듈을 냉각하는 방법에 관한 흐름도이다.
도 1을 참조하여, 실시예에 따른 전기를 발생시는 전지 시스템(10)을 설명한다. 전지 시스템(10) 은 전지모듈(20), 압축기(22), 응축기(24), 도관(28, 30, 32), 온도센서(36), 팬(38) 및 마이크로프로세서(40)을 포함한다. 전지모듈(20)의 장점은 전지모듈(20)에 있는 전지셀의 열 에너지를 전달하여 상기 전지셀을 효과적으로 냉각시키기 위하여, 흑연 시트와 냉각 매니폴드를 이용한다는 점이다.
이해를 위하여, "유체(fluid)"이라는 표현은 액체나 기체를 의미한다. 예를 들면, "유체(fluid)"은 냉각수나 냉각제로 이루어진다. 실시예의 냉각수는 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜을 포함한다. 실시예의 냉각제는 R-11, R-12, R-22, R-134A, R-407C 및 R-410A을 포함한다.
도 2-4를 참조하면, 전지모듈(20)은 다른 실시예에 따라 생성된 전압을 제공한다. 전지모듈(20)은 전지셀(80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93), 흑연 시트(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124), 및 냉각 매니폴드(140, 142)을 포함한다.
전지셀(80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93)은 각각 작동 전압을 발생시키기 위해 제공된다. 또한, 각 전지셀은 동일한 구조를 가질 수 있기 때문에, 전지셀(80)의 구조만을 상세하게 설명하기로 한다. 보다시피, 전지셀(80)은 본체부(143), 외주면 연장부(144), 및 전극(145, 146)을 포함한다. 본체부(143)은 일반적으로 사각 모양이고, 본체부(143)의 주변부를 연장한 외주면 연장부(144)를 포함한다. 실시예에 따르면, 전극(145, 146)은 전지셀(80)의 상단부에서 연장이 되고, 상기 전극간 작동전압이 발생한다. 한 실시예에서, 각각의 전지셀은 리튬-이온 전지셀이다. 다른 실시예에서, 전지셀은 예를 들어 니켈-카드뮴 전지셀이나 니켈 수소 전지셀 일 수 있다. 물론, 당업계에 알려진 다른 종류의 전지셀도 이용될 수 있다.
도 2 및 5를 참조하면, 흑연 시트(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118,120, 122, 124)는 전지셀(80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93)에서 냉각 매니폴드(140, 142)로 열 에너지를 전달하여 전지셀을 냉각시키기 위해 제공된다. 특히, 흑연 시트와 냉각 매니폴드는 전지셀을 소망하는 온도범위 내로 유지할 수 있고, 특별히 임계온도보다 낮은 온도로 전지셀을 유지할 수 있다. 한 실시예에서 바람직한 온도범위는 15℃-35℃ 이다. 다른 실시예에서 임계온도는 40℃ 이다.
도 5-7 및 12를 참조하면, 흑연 시트(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124)는 동일한 구조를 가지고 있다. 따라서, 흑연 시트(102)의 구조만을 아래에서 좀더 상세히 설명하기로 한다. 보다시피, 흑연 시트(102)는 평판 패널부(150), 평판 패널부(150)에서 연장된 연장부(151)을 포함한다. 상기 연장부(151)은 152, 153, 154를 포함한다. 상기 152 부분은 평판 패널부(150)에서 연장된다(도 12의 오른쪽). 또한, 상기 153 부분은 152 부분에서 수직으로 연장되고(도 12의 위쪽), 그 후 평판 패널 (150) 부분과 평행이 된다. 상기 154 부분은 153 부분에서 수직 방향으로 연장이 되고(도 12의 왼쪽), 그 후 152 부분과 평행이 된다. 보다시피, 흑연 시트(102)는 냉각 매니폴드(140)의 그루브(210) 안에 153, 154 부분을 삽입함으로써 냉각 매니폴드(140)과 결합된다. 또한, 전지셀(80)에서 냉각 매니폴드(140)까지 열 에너지를 효과적으로 전달하기 위해, 151 부분에서 연장된 U자 형태는 상대적으로 냉각 매니폴드(140)의 넓은 면과 접촉해 있다. 특히, 흑연 시트(102, 104, 106, 108, 112, 114, 118, 120, 124) 각각은 냉각 매니폴드(140)의 대응 그루브에 수납된 연장부위를 가지고 있다. 또한, 흑연 시트(104, 110, 116, 122) 각각은 냉각 매니폴드(142)의 대응 그루브에 수납된 연장부분을 가지고 있다. 한 실시예에서, 흑연시트는 흑연시트로부터 전기가 전도되는 것을 방지하기 위해 폴리에틸렌 코팅이 되어있다. 또한, 한 실시예에서 흑연 시트 각각은 0.5 mm~2.0 mm의 두께를 가진다. 물론, 다른 실시예에서, 흑연 시트는 2.0 mm보다 크거나 0.5 mm보다 작은 두께를 가질 수도 있다.
도 8-12을 참조하면, 냉각 매니폴드(140)은 흑연 시트에서 냉각 매니폴드(140)을 통하여 흐르는 냉각제로 열 에너지를 전달하기 위해 제공된다. 상기 냉각 매니폴드(140)은 압출된 하우징(160), 상단 캡(166), 하단 캡(168) 및 유동 포트(170, 172)을 포함한다. 하우징(160), 상단 캡(166), 하단 캡(168), 및 유동 포트(170, 172)는 알루미늄, 구리, 은, 금 및 그것들의 합금 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 압출된 하우징(160)은 그 안에 냉각제를 수납하기 위한 내부 영역(162)를 포함한다. 상기 하우징(160)은 유동 포트(170)에서 유동 포트(172)까지 나선형 유로를 포함한다. 상기 나선형 유로는 서로 연통될 수 있는 유로(180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194)을 포함한다. 또한, 상기 하우징(160)은 그 안의 흑연 시트 대응 연장부위가 수납된 그루브(209, 210, 212, 214, 216, 217, 218, 220)를 포함한다. 상기 그루브(210, 212, 214, 216, 217, 218, 220)이 동일한 모양을 가졌기 때문에, 그루브(210)만의 모양을 좀더 상세하게 설명하기로 한다. 특히, 상기 그루브(210)은 하우징(160)의 표면(223)에 대해 수직으로 하우징(160)쪽으로 연장되어 있는 그루브 부분(221)을 포함한다. 또한, 상기 그루브(210)은 그루브(221) 부분의 끝에서 연장되어 표면(223)에 대해 평행한 그루브(222) 부분을 포함한다. 상기 그루브(210)은 내부 영역(162)나 하우징(160)의 다른 그루브들과 연통되지 않는다는 것을 주의할 필요가 있다.
다른 실시예에서, 냉각 매니폴드(140)의 하우징(160)에 있는 그루브들은 냉각 매니폴드(140)에 결합된 부재의 종류와 부재로부터 열 에너지를 멀리 전달 하기 위해 원하는 열적인 수행에 따라 상기 설명된 그루브들과 다른 형태나 모양을 가질 수 있음을 주의해야 한다. 또한, 다른 실시예에서, 냉각 매니폴드(140)의 하우징(160)은 어떤 그루브 없이도 제조될 수 있고, 부재나 유동 포트에서 열 에너지를 멀리 전달 하기 위해 단지 부재 또는 유동포트와만 접촉할 수 있다.
하단 캡(168)은 하우징(160)의 제 1 단부를 밀봉하기 위해 하우징(160)의 하단 표면과 고정적으로 결합되어 있다.
상단 캡(166)은 하우징(160)의 제 2 단부를 밀봉하기 위해 하우징(160)의 상단 표면에 고정적으로 결합되어 있다. 유동 포트(170, 172)는 제 1 및 제 2 간극 위의 상단 캡(166)에 각각 위치하고, 유동 포트(170, 172)가 제 1 및 2 간극과 각각 연통되도록 상단 캡(166)을 따라 각각 연장된다. 상기 상단 캡(166)는 그루브(209, 210, 212, 214, 216, 217, 218, 220)들과 연통되도록 연장되고, 대응 흑연시트를 각각 수납한 하우징(160)의 그루브(230, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237)를 더 포함한다.
작동하는 동안, 냉각제는 유동 포트(170)을 따라 흐르고 하우징(160)의 내부영역(162) 쪽으로 흐른 후, 그 안의 나선형 유로를 통과하고, 유동 포트(172)를 통해 나간다. 냉각제는 하우징(160)과 흑연 시트를 냉각시키기 위해 하우징(160)에서 열 에너지를 빼앗고, 전지모듈(20)에 있는 전지셀도 냉각시킨다.
도 2, 3 및 4를 참조하면, 냉각 매니폴드(142)는 흑연시트에서 냉각 매니폴드(142)를 따라 흐르는 냉각제 쪽으로 열 에너지를 전달하기 위해 제공된다. 상기 냉각 매니폴드(142)는 압출된 하우징(240), 상단 캡(241), 하단 캡(242) 및 유동 포트(243, 244)를 포함한다. 상기 하우징(240), 상단 캡(241), 하단 캡(242) 및 유동 포트(243, 244)는 알루미늄, 구리, 은, 금 및 그것들의 합금 중 적어도 하나로 이루어 질 수 있다. 냉각 매니폴드(142)의 구조는 상기 언급된 냉각 매니폴드(140)의 구조와 동일하다는 것에 주의해야 한다. 하우징(240)은 흑연 시트 대응 연장부위가 그 안에 수납되어 연장된 그루브(250, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257)로 이루어진다.
하단 캡(242)은 하우징(240)의 제 1 단부를 밀봉하기 위해 압출된 하우징(240)의 하단 표면에 고정적으로 결합되어 있다.
상단 캡(241)은 하우징(240)의 상단 표면에 고정적으로 결합되어 있다. 유동 포트(243, 244)는 제 1 및 제 2 간극 위의 상단 캡(241)에 각각 위치하고, 유동 포트(243, 244)이 제 1 및 2 간극과 각각 연통되도록 상단 캡(241)을 따라 연장된다. 상단 캡(241)은 하우징(240)에서 그것을 따라 그루브(250, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257)과 각각 연통할 수 있는 연장된 그루브(260, 261, 262, 263, 264, 265, 266, 267)을 더 포함한다.
작동하는 동안, 냉각제는 유동 포트(243)을 따라 흐르고 하우징(240)의 내부영역 쪽으로 흐른 후, 그 안의 나선형 유로를 통과하고, 유동포트 (244)를 통해 나간다. 냉각제는 하우징(160)과 흑연시트를 냉각시키기 위해 하우징(160)에서 열 에너지를 빼앗고, 전지모듈(20)에 있는 전지셀도 냉각시킨다.
도 9, 13 및 14를 참조하여, 다른 실시예에 따른 냉각 매니폴드 제조방법의 흐름도를 설명하기로 한다.
단계 272에서, 압출 장치(268)은 내부 영역(162)를 가지고 있는 하우징(160)을 압출한다. 압출된 하우징(160)은 압출된 하우징(160)의 제 1 표면에서부터 상기 하우징(160)쪽으로 연장된 다수의 제 1 그루브(210, 212, 214, 216, 218, 220)을 가지고 있다. 상기 그루브들은 내부 영역(162)와 연통하지 않는다. 또한, 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재(예를 들면, 흑연 시트 80)에서 압출된 하우징(160)까지 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 수납한다.
단계 273에서, 밀링 장치(271)은 압출된 하우징(160)내부에 나선형 유로를 형성하도록 내부영역(162)내의 상기 하우징(160)의 단부를 밀링을 한다. 예를 들면, 밀링 장치(271)은 압출된 하우징(160)안에 개구부(400, 402, 404, 406)를 형성하기 위해 압출된 하우징(160)의 제 1 단부의 일부를 밀링한다. 또한, 밀링 장치(271)은 개구부(408, 410, 412, 414)를 형성하기 위해 압출된 하우징(160)의 제 2 단부의 일부를 밀링한다. 상기 하우징(160)안의 나선형 유로는 개구부(400, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414)와 유로(180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194)을 포함한다.
단계 274에서, 제 1 단부를 밀봉하기 위해 브레이징 장치(269)를 이용해 압출된 하우징(160)의 제 1 단부에 상단 캡(166)을 납땜을 한다. 상단 캡(166)는 상기 상단 캡으로부터 연장된 제 1 및 제 2 간극을 포함하고 있다.
단계 275에서, 제 2 단부를 밀봉하기 위해 브레이징 장치(269)를 이용해 압출된 하우징(160)의 제 2 단부에 하단 캡(168)을 납땜을 한다.
단계 276에서, 제 1 유동 포트(170)을 상단 캡(166)에 있는 제 1 간극과 연통시키기 위해 브레이징 장치(269)를 이용해 상단 캡(166)에 납땜을 한다.
단계 277에서, 제 2 유동 포트(172)을 상단 캡(166)에 있는 제 2 간극과 연통시키기 위해 브레이징 장치(269)를 이용해 상단 캡(166)에 납땜을 한다.
다시 도 1을 참조하면, 압축기(22)는 마이크로프로세스 40의 신호에 의해 도관 28을 따라 전지모듈(20)으로 냉각제를 펌프를 한다. 보다시피, 도관 28은 전지모듈(20)의 압축기(22) 및 포트(170)과 유동적으로 결합된다. 도관 30은 전지모듈(20)의 포트(172, 244)와 유동적으로 결합된다. 전지모듈(20)에서 배출된 후, 냉각제는 도관(30)을 따라 응축기(24)로 다시 펌프가 된다.
응축기(24)는 그 곳을 따라 흐르는 냉각제로부터 열 에너지를 빼앗어 냉각제를 냉각시키기 위해 제공된다. 보다시피, 도관(32)는 응축기(24)와 압축기(22)를 유동적으로 결합된다. 응축기(24)에서 배출된 후, 냉각제는 도관(32)를 따라 압축기(22)로 다시 펌프 된다.
온도센서(36)은, 전지모듈(20)의 온도 레벨을 나타내는 신호를 발생시키기 위해 제공되는데, 그 신호는 마이크로프로세서(40)이 받는다.
팬(38)은 상기 마이크로프로세서(40)의 신호에 따라 응축기(24)를 냉각시키기 위한 응축기(24)를 지나는 공기를 촉진시키기 위해 제공된다. 보다시피, 팬(38)은 응축기(24) 근처에 위치한다. 다른 실시예에서, 응축기(24)는 응축기를 냉각 시키기 위한 액체이다.
상기 마이크로프로세서(40)은 전지 시스템(10)의 작동을 조절하기 위해 제공된다. 특히, 상기 마이크로프로세서(40)은 하기에서 보는 바와 같이, 온도센서(36)의 신호에 따라 압축기(22)와 팬(38)의 작동을 제어하는 신호를 발생한다.
도 15를 참조하여, 다른 실시예에 따른 전지모듈을 냉각 시키기 위한 방법에 관한 흐름도를 설명하기로 한다. 간단하게, 전지모듈에서 단일 전지셀과 한 쌍의 흑연 시트를 이용하여 상기 방법을 설명하기로 한다. 물론, 다른 전지셀과 흑연 시트가 이용될 수 있다.
단계 280에서, 온도센서(36)은 전지모듈(20)의 온도에 관한 제 1 신호를 발생하는데 그 신호는 마이크로프로세서(40)이 받는다. 전지모듈(20)은 전지셀(80), 흑연 시트(102, 104) 및 냉각 매니폴드(140, 142)을 포함한다. 흑연 시트(102, 104)는 전지셀(80)의 제 1 및 제 2 면에 각각 위치해 있다. 냉각 매니폴드(140) 및 (142)는 흑연 시트(102, 104)와 각각 결합되어 있다.
단계 282에서, 마이크로프로세서(40)은 전지모듈(20)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때 압축기(22)가 전지모듈(20)의 냉각 매니폴드(140, 142)로 냉각제를 펌프 하기 위한 제 2 신호를 발생한다.
단계 284에서, 마이크로프로세서(40)은 전지모듈(20)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때, 응축기(24)를 냉각시키기 위해 팬(38)이 응축기(24)로 공기를 흘러 보내는 제 3 신호를 발생한다.
단계 286에서, 흑연 시트(102, 104)는 전지셀 20을 냉각 시키기 위해, 전지셀(80)에서 흑연 시트(102, 104)쪽으로 열 에너지를 전달한다.
단계 288에서, 냉각 매니폴드(140, 142)는 열 에너지를 흑연 시트(102, 104)에서 냉각 매니폴드(140, 142) 쪽으로 전달하고 상기 매니폴드(140, 142)를 따라 흐르는 냉각제 쪽으로 전달 하기도 한다.
단계 290에서, 응축기(24)는 전지모듈(20)의 냉각 매니폴드(140, 142)에서 냉각제를 받고 냉각제에서 열 에너지를 빼앗는다.
단계 292에서, 냉각제는 응축기(24)에서 다시 압축기(22)으로 흐른다.
도 16을 참조하면, 다른 실시예에 따라 전기를 발생시키기 위한 전지 시스템(310)이 설명된다. 전지 시스템(310)은 전지모듈(320), 펌프(322), 열 교환기(324), 냉각판(325), 저장소(326), 팬(337), 도관(328, 330, 331, 332, 334), 온도센서(336), 냉각 시스템(338) 및 마이크로프로세서(340)을 포함한다. 전지 시스템(310)과 전지 시스템(10)의 가장 큰 차이점은 전지 시스템(310)은 전지모듈(320)을 냉각 시키기 위해 냉각제 대신 냉각수를 이용하는 것이다.
상기 전지모듈(320)은 상기에서 언급된 전지모듈(20)과 동일한 구조를 가지고 있다.
상기 펌프(322)는 마이크로프로세서(340)의 신호에 따라, 도관(328)을 통해 냉각수를 전지모듈(320)쪽으로 펌프 한다. 보다시피, 도관(328)은 펌프(322)와 전지모듈(320)을 유동적으로 결합하고, 도관(330)은 전지모듈(320)과 열 교환기(324)를 유동적으로 결합한다. 냉각수는 전지모듈(320)에서 배출 된 후, 도관(330)을 통하여 열 교환기(324)쪽으로 펌프 된다.
상기 열 교환기(324)는 그곳을 따라 흐르는 냉각수로부터 열 에너지를 빼앗어 냉각수를 냉각시키기 위해 제공된다. 보다시피, 도관(331)은 열 교환기(324)와 냉각판(325)을 유동적으로 결합한다. 열 교환기(324)에서 배출된 후, 냉각수는 도관(331)을 통하여 냉각판(325)쪽으로 펌프 된다.
상기 팬(337)은 마이크로프로세서(340)의 신호에 따라 열 교환기(324)를 냉각시키기 위해 열 교환기(324)을 지나는 공기를 촉진시키기 위해 제공된다. 보다시피, 팬(337)은 열 교환기(324)에 근접하게 위치해 있다.
상기 냉각판(325)는 그 곳을 따라 흐르는 냉각수로부터 열 에너지를 빼앗아서 냉각수를 좀더 냉각시키기 위해 제공된다. 보다시피, 도관(332)는 냉각판(325)와 저장소(326)과 유동적으로 결합이 된다. 냉각판(325)에서 배출된 후, 냉각수는 도관(332)을 통하여 저장소(326) 쪽으로 펌프 된다.
상기 저장소(326)은 냉각수의 적어도 일부를 저장하기 위해 제공된다. 보다시피, 도관(334)는 저장소(326)과 펌프(322)를 유동적으로 결합을 한다.
상기 온도센서(336)은 전지모듈(320)의 온도 레벨 신호를 발생시키기 위해 제공되는데 그 신호는 마이크로프로세서(340)이 받는다.
상기 냉각 시스템(338)은 마이크로프로세서(340)의 신호에 따라 열 교환기(324)를 냉각시키기 위해 제공된다. 보다시피, 냉각 시스템(338)은 냉각판(325)와 작동 가능하게 결합이 된다.
상기 마이크로프로세서(340)은 전지 시스템(310)의 작동을 조절하기 위해 제공된다. 특히, 마이크로프로세서(340)은 온도센서(336)의 신호에 따라, 펌프(322), 팬(337) 및 냉각 시스템(338)의 작동을 조절하기 위한 제어 신호를 발생시키는바, 하기에서 설명하기로 한다.
도 17-18을 참조하면, 다른 실시예에 따른 전지모듈(320)의 냉각방법에 관한 흐름도가 제공된다. 간단하게, 전지모듈에서 단일 전지셀과 한 쌍의 흑연 시트를 이용하여 상기 방법을 설명하기로 한다. 물론, 다른 전지셀과 흑연 시트가 이용될 수 있다.
단계 360에서, 온도센서(336)은 전지모듈(320)의 온도에 관한 제 1 신호를 발생하는데 그 신호는 마이크로프로세서(340)이 받는다. 전지모듈(320)은 전지셀, 제 1 및 제 2 흑연 시트, 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드를 포함한다. 제 1 및 제 2 흑연시트는 전지셀의 제 1 및 제 2 면에 각각 위치해 있다. 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드는 제 1 및 제 2 흑연 시트와 각각 결합되어 있다.
단계 362에서 전지모듈(320)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때, 마이크로프로세서(340)은 펌프(322)가 저장소(326)에서 전지모듈(320)의 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드 쪽으로 냉각수를 펌프하기 위한 제 2 신호를 발생한다.
단계 363에서 전지모듈(320)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때, 마이크로프로세서(340)은 열 교환기(324)를 냉각시키기 위해 팬(337)이 열 교환기(324)에서 공기를 흘러 보내는 제 3 신호를 발생한다. 열 교환기(324)는 전지모듈(320)의 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드와 유동적으로 연결된다.
단계 364에서, 전지모듈(320)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때, 마이크로프로세서(340)은 냉각 시스템(338)이 냉각판(325)의 일부를 통하여 냉각판(325)를 냉각시키기 위해 냉각제를 펌프 하기 위한 제 4 신호를 발생한다. 냉각판(325)는 열 교환기(324)와 유동적으로 연결된다.
단계 366에서, 제 1 및 제 2 흑연 시트는 전지셀을 냉각 시키기 위해, 열에너지를 전지셀에서 제 1 및 제 2 흑연 시트로 각각 전달한다.
단계 368에서, 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드는 열 에너지를 제 1 및 제 2 흑연 시트에서 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드로 각각 전달하고, 제 1 및 냉각 매니폴드를 따라 흐르는 냉각수에 열 에너지를 전달하기도 한다.
단계 370에서, 열 교환기(324)는 전지모듈(320)의 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드의 냉각수를 받고 그 곳을 따라 흐르는 냉각수로부터 열 에너지를 빼앗는다.
단계 371에서, 냉각판(325)는 열 교환기(324)에서 냉각수를 받고 상기 냉각판을 따라 흐르는 냉각수로부터 열 에너지를 빼앗는다.
단계 372에서, 저장소(326)는 냉각판(325)로부터 냉각수를 받고, 냉각수는 저장소(326)에서 다시 펌프 되어 흐른다.
냉각 매니폴드와 그 제조방법은 다른 장치나 방법에 대해 상당한 장점을 제공한다. 특히, 냉각 매니폴드는 냉각 매니폴드에 결합된 열 전도성 부재로부터 열 에너지를 효과적으로 제거하기 위해 나선형 유로를 가지고 있는 압출된 하우징을 이용한다.
본 발명을 예시적인 실시예들을 참조하여 기술하였지만, 당업자라면 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변화들을 가하고 구성요소들을 균등물로 치환될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 더불어, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않으면서 특정한 상황 또는 소재를 본 발명의 교시에 적용시키기 위해 많은 변형들이 가해질 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 개시되어 있는 특정한 실시예들로 한정되기 않고 본 발명이 하기 청구범위의 범주내에 속하는 모든 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다. 더욱이, 용어 제 1, 제 2 등의 사용은 구성요소들을 서로 구별시키기 위해 사용되었다. 또한, 용어 a, an 등의 사용은 양적인 한정을 내포하는 것이 아니라, 지시된 항목들의 적어도 하나의 존재를 의미한다.

Claims (6)

  1. 나선형 유로(serpentine flow path)를 내부영역에 포함하고 있는 하우징으로서, 하우징의 제 1 면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1 그루브들을 포함하고 있고, 상기 그루브들은 내부영역과 연통되지 않으며, 상기 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조로 형성되어 있는 하우징;
    상기 하우징의 제 1 단부를 밀봉하도록 형성되어 있고, 상단 캡을 따라 연장되어 있는 제 1 및 제 2 간극(aperture)을 포함하는 상단 캡;
    상기 하우징의 제 2 단부를 밀봉하도록 형성되어 있는 하단 캡;
    상기 상단 캡의 제 1 간극과 연통되도록 상단 캡과 결합되어 있는 제 1 유동 포트(first fluid port); 및
    상기 상단 캡의 제 2 간극과 연통되도록, 상기 상단 캡과 결합되어 있는 제 2 유동 포트(second fluid port);
    를 포함하는 것으로 구성되어 있는 냉각 매니폴드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 제 1 그루브들 중 적어도 제 1 그루브는, 제 1 표면에 대해 수직으로 상기 하우징 쪽으로 연장되어 있는 제 1 그루브 부위(first groove portion)와, 제 1 표면에 대해 평행하게 제 1 그루브 부위의 단부로부터 연장되어 있는 제 2 그루브 부위(second groove portion)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 냉각 매니폴드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 알루미늄, 구리, 은 및 금 중 적어도 하나로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 냉각 매니폴드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 캡은 그것을 따라 연장되어 있는 다수의 제 2 그루브들을 포함하고 있고, 상기 제 2 그루브들의 각각의 그루브는 하우징에 있는 다수의 제 1 그루브들의 대응 그루브와 연통되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 매니폴드.
  5. 냉각 매니폴드를 제조하는 방법으로서,
    하우징의 제 1 면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1 그루브들을 포함하고 있고, 상기 그루브들은 내부영역과 연통되지 않으며, 상기 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조로 형성되어 있는 하우징을, 압출 장치를 이용하여 압출하는 단계;
    밀링 장치를 이용하여 상기 하우징의 내부에 나선형 유로를 형성하도록 내부 영역에서 상기 하우징의 단부들을 제거하는 단계;
    하우징의 제 1 단부를 밀봉하도록, 브레이징 장치를 이용하여, 제 1 및 제 2 간극을 포함하고 있는 상단 캡을 상기 제 1 단부에 납땜하는 단계;
    하우징의 제 2 단부를 밀봉하도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여 하단 캡을 상기 제 2 단부에 납땜하는 단계;
    제 1 유동 포트가 상기 상단 캡의 제 1 간극과 연통되도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여, 상기 제 1 유동 포트를 상단 캡에 납땜하는 단계; 및
    제 2 유동 포트가 상기 상단 캡의 제 2 간극과 연통되도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여, 제 2 유동 포트를 상단 캡에 납땜하는 단계;
    를 포함하는 것으로 구성된 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 하우징은 알루미늄, 구리, 은 및 금 중 적어도 하나로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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