KR101563405B1 - 열교환 요소들을 자동차의 배터리 모듈들과 접촉시키는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환 요소들(8)을 자동차의 배터리 모듈(6)과 접촉시키는 장치(1, 1', 1", 1'")에 관한 것이다. 본 장치(1, 1', 1", 1'")는 수용 섹션(10, 10'")을 갖는 스프링 요소(9)와 지지 요소(11, 11', 11", 11'")를 포함한다. 본 발명에서, 지지 요소(11, 11', 11", 11'")는 수용 섹션(10, 10'")에 의해 스프링 요소(9)와 연결되어 배치된다. 스프링 요소(9)는 수용 섹션(10, 10'")과 일체로 형성된다.

Description

열교환 요소들을 자동차의 배터리 모듈들과 접촉시키는 장치{APPARATUS FOR CONTACTING HEAT EXCHANGER ELEMENTS WITH BATTERY MODULES OF MOTOR VEHICLE}

본 발명은 열교환 요소들을 자동차, 특히 하이브리드 차량 또는 전기 차량의 배터리 모듈들과 접촉시키는 장치에 관한 것이다.

전기 차량 또는 하이브리드 차량에 사용되는 대용량의 배터리들은 전기 에너지를 저장하는 역할을 한다. 그러한 배터리들에서, 전기 화학 충전지라고도 지칭하는 각각 프리즘 형태를 갖는 다수의 배터리 셀들은 적층되어 배터리 모듈로 합쳐져 클램핑된다. 전기 차량에서는, 에너지가 전류 공급원에의 접속에 의해 배터리에 공급된다. 또한, 하이브리드 차량에서는, 에너지가 차량의 제동 과정 동안 회수될 수 있다.

작동 시에, 즉 충전이나 방전 시에 또는 배터리로부터 저장되어 있는 에너지를 인출할 때에, 배터리 셀들이 가열된다. 열이 방출된다.

배터리는 방전 및 충전 시에 최적의 온도로 작동되어야 한다. 그와 같이 함에 있어서는, 발생하여 방출되는 열을 반출하여야 하는데, 왜냐하면 상승하는 온도가 배터리 셀들의 매우 강렬한 열하중을 일으키기 때문이다. 배터리의 내온도성이 제한되어 있기 때문에, 배터리를 능동적으로 냉각하여야 한다. 배터리를 냉각하는데 적절한 매체는 예컨대 냉각 회로에서 순환하는 냉매 또는 냉각제이다.

열원으로서 볼 수 있는 하는 배터리를 냉각함으로써, 그 내구 수명이 증대된다. 이때, 냉각되는 배터리의 온도는 한정된 범위 내에서만 변하여야 한다. 개개의 배터리 셀들 사이의 온도 편차들이 가능한 한 작아야 한다.

그러나 전기 차량의 배터리가 최적의 작동 온도에서 작동하도록 하기 위해서는, 발생하는 열을 반출하여야 할 뿐만 아니라, 아울러 주위 온도가 매우 낮을 경우, 특히 시동 시에는 차가운 배터리에 열을 공급하기도 하여야 한다.

종래에 전기 차량 또는 하이브리드 차량에 사용되던 리튬 이온 배터리는 작동이 가능한 좁은 온도 범위를 갖고 있다. 배터리 셀들의 저온에서는, 특히 0 ℃까지의 온도에서는, 셀들의 손상을 방지하기 위해 배터리의 전기적 출력을 줄여야 한다. 0 ℃ 미만의 온도 범위에서는, 배터리를 충전하는 것도 가능하지 않다.

작동 온도가 상승함에 따라, 리튬 이온 배터리의 전기 효율이 증가한다. 그러나 40 ℃를 넘는 온도에서는, 배터리 셀들의 노화의 증대가 나타나기 시작하고, 그러한 노화는 50 ℃를 넘는 온도에서는 심지어 배터리 셀들의 손상을 일으킬 수 있다.

배터리의 냉각을 위한 선행 기술로부터, 예컨대 차량 공조 시스템에 의해 냉각된 공기를 사용하는 방안 또는 배터리 냉각 시스템을 차량의 공조 시스템에 연결하는 방안이 공지되어 있다. 한편으로, 배터리를 직접 냉매로 냉각하는 것이 가능하고, 다른 한편으로 공조 시스템의 이차 냉각 회로에 의해 냉각하는 것이 가능하다. 직접 냉각하는 경우에는, 배터리의 내부에서 발생한 열을 흡수하는 열교환기에 냉매가 인가된다. 이차 냉각 회로에 의한 냉각의 경우에는, 배터리의 열교환기에서 흡수한 열을 차량의 공조 시스템에 있는 제2 열교환기로 반출할 수 있다. 순환하는 열전달 매체로서는, 예컨대 물 또는 글리콜이 사용될 수 있다.

즉, DE 10 2006 010 063 A1에는, 배터리용, 특히 자동차의 하이브리드 구동 장치의 배터리용 냉각 장치가 제안되어 있다. 그러한 냉각 장치는 다수의 개별 막대형 배터리 셀들을 직립시켜 유지하고 바닥측에서 액체로 냉각하는 베이스 하우징을 포함한다. 압력이 새지 않고 폭발로부터 보호되게 형성된 베이스 하우징은 냉각액의 입구 및 출구를 갖는 밀폐된 액밀(liquid-tight) 냉각제 공간을 포함한다. 여기서, 획일적인 베이스 하우징은 특히 배터리 셀들에 맞춰진 형태 및 냉각제의 유동 채널들로 인해 제작의 융통성이 없고 제작하기 복잡하며, 높은 제조 비용을 수반한다.

DE 10 2010 038 681 A1로부터, 다수의 충전지들로 형성된 에너지 저장 모듈을 포함하는 전압 공급 장치, 특히 자동차의 전압 공급 장치가 알려져 있다. 충전지들은 바닥에서 냉각 유닛과 열적으로 접촉한다. 냉각 유닛은 스프링 어셈블리에 의해 충전지들의 바닥에 눌려지는 납작관(flat tube)들을 구비한다. 여기서, 스프링 어셈블리는 하우징 바닥과 납작관들 사이에 배치되어 하우징 바닥에 지지된다. 하우징 바닥은 에너지 저장 모듈에 대해 고정된다.

이때, 스프링 어셈블리는 다수의 스프링 요소들을 포함하는데, 각각의 스프링 요소는 그에 대응하는 냉각 유닛의 납작관을 충전지들의 바닥에 맞대어 누른다. 플라스틱 또는 금속으로 제작된 스프링 요소들은 길이 방향을 가로지르는 단면에서 하우징 바닥에 지지되고 변형 시에 해당 납작관 또는 충전지들 쪽으로 작용하는 힘을 생성하는 다리들을 갖는다.

열교환 요소들과 자동차의 배터리의 셀들 사이의 열교환을 위한 선행 기술에 속한 시스템들은 셀들의 특수한 형태에 맞춰진 획일적 형상으로 형성되고, 그에 따라 가변적으로 구성되지 못하며, 제작하기 복잡하고, 높은 제조 비용을 수반하거나, 배터리 셀들에 직접 접착되는 또는 강성 구조물들을 매개로 하여 체결 나사들에 의해 셀 모듈에 눌려져 배치되는 열교환 요소들을 구비한다. 배터리 셀들과 접착되는 열교환 요소들은 흔히 분리 불가능하게 연결되고, 그에 따라 유연성이 없다. 특히, 열교환 요소들을 배터리 셀들에 맞대어 누르기 위해 나사 체결되어 형성되는 시스템은 매우 육중하여 큰 중량을 갖는다. 또한, 열교환기와 배터리 셀들은 조립 시에 추가의 방법 단계에서 별개로 나사 체결되어야 한다.

본 발명의 과제는 최소의 구조 공간을 갖고, 배터리의 내부에서 열교환 요소들과 함께 매우 균일한 온도 분포를 보장하는, 자동차에서, 특히 하이브리드 차량 또는 전기 차량에서 충전지들로 이뤄진 배터리의 온도 조절을 위한 열교환 요소들을 접촉시키는 장치를 제공하는 것이다. 이때, 본 장치는 열교환 요소들과 구조 공간의 비교적 큰 허용 오차들을 보상하여야 한다.

부가의 단계들을 생략함으로써, 차량에 설치할 때에 조립 조건에 기인하여 발생하는 비용이 최소로 되어야 한다.

열교환 요소들은 중량 최적화를 위해 열교환 면들이 매우 넓거나 길게 연장되는 경우에도 정교하고 용이하게 변형 가능하도록 형성될 수 있어야 하고, 장치의 조립 상태에서는 안정화되어야 한다. 얇은 벽으로 형성되는 열교환 면들은 열전도 페이스트(heat conducting paste) 또는 열전도 포일과 같은 열교환을 개선하는 부가의 요소들을 생략할 수 있도록 조립 시에 온도 조절하려는 배터리 셀들의 면들의 네거티브 형태(negative form)를 변형에 의해 가져야 한다.

그러한 과제는 본 발명에 따라 열교환 요소들을 자동차의 배터리 모듈과 접촉시키는 장치에 의해 해결된다. 그러한 장치는 수용 섹션을 갖는 적어도 하나의 스프링 요소를 포함한다.

열교환 요소들 및 그 열교환 요소들을 배터리 모듈과 접촉시키는 장치는 전기 화학 에너지 저장 장치들 또는 전기 충전지들의 온도 조절 및 유지를 위한 어셈블리의 구성 요소들이다. 전기 화학 에너지 저장 장치는 특히 Ni/MeH 전지 또는 Li 이온 전지일 수 있다. 이때, 다수의 충전지들이 연결되어 배터리 모듈을 형성하고, 다시 배터리 모듈들이 함께 배터리를 형성한다.

본 발명의 개념에 따르면, 본 발명의 장치는 지지 요소를 포함한다. 여기서, 지지 요소는 수용 섹션에 의해 스프링 요소와 연결되어 배치된다. 스프링 요소는 수용 섹션과 일체로 형성된다.

일체로 형성된다는 것은 수용 섹션을 갖는 스프링 요소로 이뤄진 하나의 재료로 제작된 유닛이라는 것을 의미한다. 일체로 형성된다는 것은 분리 불가능한 유닛을 형성한다는 것도 또한 내포한다.

본 발명에 따른 장치는 배터리의 온도 조절을 위한 어셈블리의 열교환 요소들을 최소의 구조 공간을 소요하면서 면을 통한 균일한 가압력으로 아래쪽으로부터 배터리 또는 하나 이상의 배터리 모듈들의 바닥면에 맞대어 누르는 역할을 한다.

본 발명의 제1 대안적 구성에 따르면, 열교환 요소가 지지 요소와 고정적으로 연결될 수 있고 지지 요소가 수용 섹션 및 스프링 요소와 고정적으로 연결될 수 있도록 수용 섹션을 수용하는 프로파일이 지지 요소의 하면에 형성되고, 열교환 요소를 수용하는 프로파일이 지지 요소의 상면에 형성된다. 이때, 지지 요소는 바람직하게는 클립 연결에 의해 한편으로 열교환 요소와 그리고 다른 한편으로 수용 섹션 및 스프링 요소와 로킹(locking)되거나 클립핑(clipping)된다.

본 발명의 제2 대안적 구성에 따르면, 지지 요소는 하면에서 수용 섹션과 접착되고 상면에서 열교환 요소와 접착된다. 그럼으로써, 열교환 요소가 지지 요소와 고정적으로 연결되고, 지지 요소가 수용 섹션 및 스프링 요소와 고정적으로 연결된다. 한편으로 지지 요소와 열교환 요소 사이의 그리고 다른 한편으로 지지 요소와 수용 섹션 및 스프링 요소 사이의 접착 연결은 각각 이중 접착 테이프에 의해 이뤄지는 것이 바람직하다.

지지 요소 및 수용 섹션과 일체로 형성된 스프링 요소를 포함하는 본 발명의 장치는 본 발명의 대안적 구성에 따라 2 부분으로 및 2 부품으로 형성된다. 2 부품으로 형성된다는 것은 수용 섹션을 갖는 스프링 요소를 제1 부품으로 하고 지지 요소를 제2 부품으로 하여 이뤄진 분리 가능한 유닛이라는 것을 의미한다. 2 부분으로 형성된다는 것은 수용 섹션을 갖는 스프링 요소 및 지지 요소가 2개의 상이한 재료들로 제작될 수 있다는 것을 의미한다. 대안적으로, 동일한 재료가 사용될 수도 있다.

본 발명의 제3 대안적 구성에 따르면, 지지 요소는 본 발명의 장치가 2 컴포넌트 요소(two-component element)로서, 즉 2 부분으로 및 일체로 형성되도록 수용 섹션 및 스프링 요소와 연결된다.

여기서, 일체로 형성된다는 것은 분리 불가능한 유닛이라는 것을 의미하는 한편, 2 부분으로 형성된다는 것은 수용 섹션을 갖는 스프링 요소 및 지지 요소가 2개의 상이한 재료들로 제작된다는 것을 의미한다. 그와 같이 2 부분이지만 일체로 형성된 장치는 공압출(coextrusion)의 방법에 의해 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성에 따르면, 수용 섹션을 갖는 스프링 요소 및 지지 요소는 일체로, 즉 하나의 재료로 분리 불가능하게 형성된다.

본 발명의 부가의 구성에 따르면, 가열 요소가 열교환 요소와 지지 요소 사이에 위치되도록 지지 요소의 상면에 마련된다.

가열 요소는 지지 요소에 통합되어 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 지지 요소는 가열 요소가 매립되는 몰딩 부분을 구비하는 것이 바람직하다. 그러한 몰딩 부분은 지지 요소의 상면에 동일 평면의 면(flush surface)을 형성하기 위해 가열 요소의 두께 또는 높이와 일치하는 깊이로 형성된다. 그럼으로써, 길이 방향에 대한 횡단면에서 대략 직사각형으로 형성되는 가열 요소가 3 측면들에서 지지 요소에 의해 둘러싸여 열이 오로지 열교환 요소와 접촉하는 면을 통해서만 방출되게 된다. 지지 요소는 단열을 위한 재료, 예컨대 플라스틱으로 형성되는 것이 바람직하다.

가열 요소는 길이 방향으로 본 발명의 장치의 길이를 갖는 것이 유리하다.

본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 스프링 요소 및 수용 섹션은 플라스틱으로 또는 금속으로 형성되는 한편, 지지 요소도 역시 플라스틱으로 또는 금속으로 제작된다.

그 경우, 1 부분으로 및 그에 따라 일체로 형성되는 본 발명의 장치는 금속으로 제조되거나 아니면 플라스틱으로 제조된다. 2 부분으로 및 일체로, 즉 분리 불가능하게 또는 2 부품으로, 즉 분리 가능하게 형성되는 본 발명의 장치는 2개의 상이한 재료들, 예컨대 금속과 플라스틱으로 제조되거나, 2개의 상이한 금속들 또는 2개의 상이한 플라스틱들로 제조될 수 있다.

플라스틱으로 형성되는 지지 요소의 벽 두께는 1.5 ㎜ 내지 6 ㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다.

플라스틱으로 형성되는 스프링 요소의 벽 두께는 0.4 ㎜ 내지 2.0 ㎜의 범위의 값을 갖는 것이 바람직하다.

반면에, 금속으로 형성되는 스프링 요소의 벽 두께는 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 매우 바람직한 구성에 따르면, 스프링 요소, 수용 섹션, 및 지지 요소를 포함하는 본 발명의 장치는 대칭면에 대해 대칭으로 형성되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 스프링 요소, 수용 섹션, 및 지지 요소는 비대칭으로 배치될 수도 있다.

스프링 요소는 그 일 단부가 수용 섹션의 측방 에지에서 수용 섹션과 연결되거나 수용 섹션의 중앙 영역에서, 즉 본 발명의 장치가 대칭으로 형성될 경우에 대칭면의 영역에서 수용 섹션과 연결되는 2개의 탄력 림(resilient limb)들로서 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 탄력 림의 말단측 단부(distal end)는 다른 컴포넌트와의 연결 없는 자유 단부로서 형성된다. 대안적 구성에 따르면, 횡단면에서 스프링 요소가 수용 섹션 또는 지지 요소와 함께 폐쇄된 형태를 갖도록 스프링 요소의 말단측 단부들이 서로 연결된다.

선행 기술과 대비한 본 발명에 따른 장치의 또 다른 이점들은 다음과 같이 요약될 수 있다:

- 매우 작은 구조 공간, 특히 높이에 있어 매우 작은 구조 공간,

- 매우 작은 중량

- 열교환기 또는 열교환 요소들이 배터리 모듈들과 균일하게 접촉,

- 열교환 요소와 구조 공간 사이의 치수 허용 오차가 클 경우에도 열교환 요소들을 배터리 모듈들에 맞대어 일정하게 누르고, 그에 따라 우수한 열교환에 의해 배터리 내부에서의 온도 분포가 매우 균일,

- 제조 조건 및 조립 조건에 기인하는 비용이 최소로 되어 비용이 저렴,

- 열교환 요소에 대한 통합도니 단열, 및

- 가열 요소를 최적으로 통합 가능.

본 발명의 그 밖의 명세, 특징들, 및 이점들은 첨부 도면들을 참조로 한 이후의 실시예들의 설명으로부터 명확히 드러날 것이다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 하우징의 내부에 열교환 요소들을 클램핑하는 장치들을 포함하는 배터리 어셈블리를 나타낸 도면,
도 2는 열교환 요소를 배터리 모듈에 맞대어 누르는 장치를 나타낸 도면,
도 3a는 열교환 요소가 얹혀지고 가열 요소가 통합된 장치를 나타낸 도면,
도 3b는 열교환 요소가 얹혀지고 열교환 요소와의 사이에 가열 요소들이 배치된 장치를 나타낸 도면,
도 4는 열교환 요소가 얹혀지고 열교환 요소와의 사이에 이중 접착 테이프가 배치된 장치를 나타낸 도면,
도 5는 도브테일 프로파일(dovetail-profile)로서 형성된 지지 요소를 포함하는 장치를 나타낸 도면,
도 6은 클립 연결들에 의해 형성된 지지 요소를 포함하는 장치를 나타낸 도면,
도 7은 열교환 요소가 얹혀진 장치로서 공압출에 의해 제조된 2 컴포넌트 요소를 나타낸 도면,
도 8은 플라스틱으로 일체로 형성된 장치들을 횡단면도로 나타낸 도면,
도 9는 평행하게 나란히 배치되는 열교환 요소들을 수용하는 장치를 횡단면도로 나타낸 도면,
도 10은 금속으로 이뤄진 장치들을 횡단면도로 나타낸 도면.

도 1에는, 하우징 바닥(4)을 갖는 하우징(3)의 내부에 열교환 요소들(8)을 클램핑하는 장치들(1)을 포함하고 있는 배터리 어셈블리(2)가 도시되어 있다. 그러한 장치들(1)은 클램핑 장치들로도 지칭된다.

역시 하우징(3)의 내부에 배치되는 배터리 모듈(6)은 열교환 요소들(8)과 열적으로 접촉하는데, 열교환 요소들(8)의 열교환 면들이 배터리 모듈(6)의 바닥면(7)에 직접 맞닿는다. 배터리 모듈(6)의 하우징(3)은 물론 열교환 요소들(8)도 열전도성이 매우 좋은 재료, 예컨대 알루미늄으로 형성되기 때문에, 우수한 열전달이 보장된다. 그럼으로써, 배터리 모듈(6)의 외면에서의 온도, 특히 바닥면(7)에서의 온도가 아주 잘 균일화된다. 배터리 모듈(6)의 내부에서의 과정들에 의해 경우에 따라 발생하는 온도 편차들이 보상되게 된다.

열전달 매체, 예컨대 냉매가 통해 흐르는 열교환기의 열교환 요소들(8)은 배터리 모듈(6)의 작동 중에, 즉 충전 또는 방전 중에 발생하는 열을 반출하고, 그럼으로써 내구 수명을 연장하기 위해 배터리가 일정한 고온을 넘지 않도록 하는 작용을 제공한다.

이때, 배터리로부터 열을 반출하는 열전달 매체는 배터리 모듈(6)의 바닥면(7)에 배치된, 예컨대 배터리 모듈(6) 쪽으로 위로 향한 평탄한 열교환 면들(12)을 갖는 납작관들로서 형성된 열교환 요소들(8)을 통해 흐른다.

여기서, 납작관이란 유체, 예컨대 냉매 또는 냉각제를 통과시켜 안내하는 대개 직사각형 횡단면을 갖는 파이프를 의미한다. 그러한 납작관에서, 횡단면은 2개의 상이한 길이의 측면들을 갖고, 측면들의 경계선들에서 예컨대 직각으로, 둥글게, 또는 비스듬하게 형성될 수 있다. 납작관은 납작관의 길이 방향으로 연장되는 다수의 개별 단관(single pipe)들을 포함하는 것이 바람직한데, 개별 단관들은 브리지들에 의해 서로 분리된다.

열교환 요소들(8)은 대안적으로 얇은 플레이트의 형태의 납작하게 수평으로 배치된 열교환기로서 또는 배터리 모듈(6) 쪽으로 위로 향한 적어도 하나씩의 평탄한 열교환 면(12)을 갖는 다수의 원형이 아닌 납작한 관들의 어셈블리로 이뤄진 조합체로서 형성될 수도 있다.

배터리 모듈(6)은 하우징 바닥(4)을 갖는 하우징(3)에 대해 이동 불가능하게 고정적으로 배치된다. 하우징 바닥(4)에 맞대어 지지되는 장치들(1)은 배터리 모듈(6)을 하우징(3)의 내부에 조립할 때에 하우징 바닥(4)에 대고 눌려지고, 그럼으로써 클램핑된다.

배터리 어셈블리(2)의 조립 시에, 배터리 모듈(6)은 블록 상에서 하우징(3)에 나사 고정된다. 이때, 배터리 모듈(6)의 아래에 높이가 한정된 구조 공간(5)이 형성되는데, 그 구조 공간(5)에는 장치들(1)이 변형되어 클램핑된 상태로 열교환 요소들(8)이 배치된다. 열교환 요소들(8)은 또 다른 방법 단계들 없이 배터리 어셈블리(2)의 조립과 동시에 가압 눌려짐에 의해 조립된다. 하우징 바닥(4)과 그 위에 지지된 스프링 요소(9) 사이의 및 배터리 모듈(6)의 바닥면(7)과 열교환 요소들(8)의 열교환 면들(12) 사이의 마찰, 특히 정지 마찰에 의해, 열교환 요소들(8)이 미끄러짐에 대해 고정된다.

여기서, 배터리 어셈블리(2)는 평행하게 서로 간격을 두고 배치된 2개의 열교환 요소들(8)을 포함하는데, 그 2개의 열교환 요소들(8)은 장치들(1)에 의해 평탄한 열교환 면들(12)로써 배터리 모듈(6)의 바닥면(7)에 맞대어 눌려진다.

열교환 요소들(8)의 길이 방향으로 연장되는 장치들(1)은 한편으로 열교환 요소들(8)에 접하고, 다른 한편으로 하우징 바닥(4) 상에 세워진다. 이때, 장치들(1)은 관 모양의 열교환 요소들(8)의 길이 방향으로 열을 지어 연달아 배치되는 짧은 섹션들로서 형성되거나 아니면 연속된 레일로서 형성될 수 있다. 그럼으로써, 열교환 요소들(8)을 그 열교환 요소들(8)을 배터리 모듈(6)에 맞대어 누르는 장치들(1)과 함께 임의로 배치하는 것이 보장된다. 따라서 장치들(1)에 의해 열교환 요소들이 임의의 길이에 걸쳐 배터리 모듈(6)의 바닥면(7)에 맞대어 눌려질 수 있다.

열교환 요소들(8)과 함께 클램핑되는 장치들(1)은 서로 나란히, 즉 서로 병렬로 연결된다. 하우징 바닥(4)은 구조 공간(5)의 경계로서 클램핑된 장치들(1)의 하중을 받으면서 휘어지고, 그에 따라 장치들(1)에 대해 직렬로 배치된 스프링으로서 작용한다. 이때, 하우징 바닥(4)의 휨은 장치들(1)에 의해, 특히 장치들(1)의 스프링 요소들(9)에 의해 보상된다.

스프링 요소들(9), 수용 섹션(10), 및 지지 요소(11)로 각각 형성되는, 열교환 요소들(8)을 배터리 모듈(6)에 맞대어 누르는 장치들(1)이 도 2에 확대되어 도시되어 있다.

지지 요소(11)는 수용 섹션(10)을 매개로 하여 스프링 요소(9)와 연결된다. 수용 섹션(10)과 지지 요소(11) 사이의 연결 영역은 평탄한 면으로서 형성된다. 따라서 수용 섹션(10)과 지지 요소(11) 사이의 및 지지 요소(11)와 열교환 요소들(8) 사이의 평탄한 면들에 의해 열교환 요소들(12)의 열교환 면들(12)이 배터리 모듈(6)의 바닥면(7)과 평면으로 접촉하는 것이 보장된다. 장치(1)의 클램핑에 의해 작용하는 힘이 균일하게 열교환 요소들(8)에 전달된다.

배터리 어셈블리(2)의 조립 상태에서 하우징 바닥(4)의 휨을 장치들(1)에 의해, 특히 장치들(1)의 스프링 요소들(9)에 의해 보상하기 위해, 스프링 요소(9)와 하우징(3), 특히 하우징 바닥(4)을 서로에 맞추는 것이 유리하다. 예컨대, 열교환 요소(8)와 배터리 모듈(6)의 바닥면(7) 사이의 요구되는 면압(surface pressure)과 같은 열교환 과정에 필요한 특성들은 스프링요소(9)와 지지 요소(11)의 재료 및 기하 형상과 같은 여러 파라미터들을 통해 자유롭게 설정될 수 있다.

장치(1)에 의해, 열교환 요소(8)의 열교환 면(12)과 배터리 모듈(6)의 바닥면(7) 사이에 20 kPa보다 큰 값을 갖는 면압이 생성된다.

수용 섹션(10)과 연결된 스프링 요소들(9)은 대칭으로 배치된 탄력 림들로서 형성되어 하우징 바닥(4) 상에 세워진다. 이때, 탄력 림들은 장치들(1) 또는 열교환 요소들(8)의 길이 방향에 대해 수직 방향(프로파일 방향으로도 지칭됨)으로 정렬된다. 여기서, 프로파일 방향이란 배터리 어셈블리(2)의 조립 상태에서 하우징 바닥(4)으로부터 배터리 모듈(4)로 배열되는 방향을 의미한다.

도 2에 따르면, 전체의 장치(1)는 스프링 요소(9), 수용 섹션(10), 및 지지 요소(11)로써 프로파일 방향으로 배치되는 도시를 생략한 대칭면에 대해 대칭으로 형성된다.

대안적 구성에 따르면, 스프링 요소(9), 수용 섹션(10), 및 지지 요소(11)는 대칭으로가 아니라, 비대칭으로 배치된다. 그럼으로써, 구조 공간(5) 내에 장애물이 생기는 경우에도 장치가 손쉽게 설치될 수 있는 이점이 있다. 장치(1)가 관 모양의 열교환 요소들(8)의 길이 방향으로 열을 지어 연달아 배치되는 짧은 섹션들로서 형성되는 것과 조합된 비대칭 구성에 의해, 열교환 요소들(8)을 배터리 모듈(6)에 맞대어 누르는데 장치들(1)을 사용함에 있어서의 융통성이 더욱 증진된다.

장치(1)를 하우징 바닥(4)과 열교환 요소(8) 사이에 클램핑할 때에 구조 공간(5)의 높이에 의존하여서도 발생하는, 탄력 림으로서 형성된 스프링 요소(9)의 변형으로 인해, 프로파일 방향으로 작용하는 힘이 생성되어 수용 섹션(10) 및 지지 요소(11)를 통해 균일하게 열교환 요소(8)에 전달된다.

이때, 장치들(1)에 의해, 생성된 힘의 증대 하에 열교환 요소들(8)과 배터리 모듈(6)의 바닥면(7)의 충분한 평면 접촉이 확보되면서 배터리 모듈(6)의 작동 시에 있을 수 있는 팽창들이 보상될 수 있게 된다.

바람직하게는 8 ㎜ 내지 30 ㎜의 범위의 구조 높이를 갖는 장치(1)는 일체로 또는 2 부분으로 또는 2 컴포넌트 요소로서 형성될 수 있다. 장치(1)가 일체로 형성되는 경우에는, 수용 섹션(10)을 갖는 스프링 요소(9)와 지지 요소(11)가 바람직하게는 플라스틱으로 제작된다. 장치(1)가 2 부분으로 형성되는 경우에는, 수용 섹션(10)을 갖는 스프링 요소(9)가 바람직하게는 금속으로 제작되고, 지지 요소(11)가 바람직하게는 플라스틱으로 제작된다.

지지 요소(11)는 열교환 요소들(8)의 기능성을 갖지 않는 면들에 접하여 바람직하게는 금속으로 형성된 스프링 요소(9)에 대한 단열재로서의 역할을 하고, 그에 따라 하우징(3) 또는 주위에 대한 단열재로서의 역할도 한다. 단열을 위해 플라스틱으로 이뤄진 지지 요소(11)의 두께 또는 벽 두께는 1.5 ㎜ 내지 6 ㎜의 범위에 있다.

대안적 실시 형태에 따르면, 장치(1)에는 가열 요소가 형성된다. 이때, 지지 요소(11)는 상부 영역에 가열 요소(13), 예컨대 전기 저항 가열 장치의 수용을 위한 몰딩 부분을 구비하거나 아니면 상면 상에 배치된 가열 요소(13)로 종결된다.

도 3a는 지지 요소(11)의 상부 영역에 가열 요소(13)가 통합된 장치(1)를 도시하고 있다. 도 3b로부터는, 지지 요소(11)의 상면 상에 가열 요소(13)가 배치된 장치(11)를 볼 수 있다. 지지 요소(11) 또는 가열 요소(13) 상에는 각각 최종적으로 열교환 요소(8)가 배치되고, 그에 따라 가열 요소(13)가 그에 접한 열교환 요소(8)와 지지 요소(11) 사이에 정렬된다.

이때, 가열 요소(13)는 각각 도 3a에 따른 바와 같이 일체로 형성되거나, 다중 부분으로, 예컨대 도 3b에 따른 바와 같이 2 부분으로 형성될 수 있다.

그에 의해, 열교환 요소들(8)의 열전도 경로를 이용할 수 있고, 가열 요소(13)를 배터리 모듈(6)의 바닥면(7)에 접촉시키는 기타의 수단을 생략할 수 있기 때문에, 배터리 모듈(6)을 가열함에 있어 비용, 중량, 및 품질과 관련된 이점들이 주어진다.

필요 시에 가열 요소(13)로부터 방출되는 열은 열교환 요소들(8)의 하면에서 흡수되고, 납작관의 측벽들 또는 단관들을 서로 분리하는 브리지들을 통해 상면에 전도되며, 열교환 요소들(8)의 상면으로부터 배터리 모듈(6)의 바닥면(7)에 전달된다.

도 4는 열교환 요소(8)가 접하고 그 사이에 이중 접착 테이프(15)가 배치된 장치(1)를 도시하고 있다.

지지 요소(11)의 하면과 수용 섹션(11) 사이에 있는 이중 접착 테이프(15)에 의해, 수용 섹션(10)과 스프링 요소(9)가 지지 요소(11)와 고정적으로 연결된다. 지지 요소(11)의 상면과 열교환 요소(8) 사이에 있는 이중 접착 테이프에 의해, 열교환 요소(8)가 장치(1)에 고정된다.

도 5에는, 도브테일의 형태로 형성된 프로파일(14)을 갖는 지지 요소(11')를 포함하는 장치(1')가 도시되어 있다. 여기서는, 도 1 내지 도 3에 도시된 직사각형 횡단면을 갖는 지지 요소(11)의 측면들에서 지지 요소(11)에 프로파일(14)이 부가된다. 이때, 프로파일(14)은 장치(1')의 전체의 길이에 걸쳐서가 아니라, 단지 부분적으로만 형성되는 것이 바람직하다. 프로파일(14)의 배치는 배터리 모듈(6)의 기하 형상, 특히 그 바닥면(7)의 기하 형상에 맞춰 조정될 수 있다.

도브테일 프로파일(14)은 지지 요소(11')의 하면에서는 수용 섹션(10)을 수용하여 로킹하는 역할을 한다. 그럼으로써, 수용 섹션(10)과 스프링 요소(9)가 지지 요소(11')와 고정적으로 연결된다.

지지 요소(11')의 도브테일 프로파일(14)은 상면에서는 열교환 요소(8)를 수용하여 로킹하는 역할을 한다. 그럼으로써, 열교환 요소(8)가 지지 요소(11')와 고정적으로 연결된다.

지지 요소(11')는 도 3a 또는 도 3b에 따른 부가의 가열 요소(13)를 구비할 수 있다.

도 6은 지지 요소(11")가 프로파일(16a, 16b)로서 형성되는 장치(1")를 도시하고 있다. 여기서는, 도 1 내지 도 3에 도시된 직사각형 횡단면을 갖는 지지 요소(11)에 클립 연결부들(16a, 16b)의 형태의 프로파일이 부가된다. 클립 연결부들(16a, 16b)은 장치(11")의 전체의 길이에 걸쳐서가 아니라, 단지 부분적으로만 형성되는 것이 바람직하다. 클립 연결부들(16am 16b)의 배치는 배터리 모듈(6)의 기하 형상, 특히 바닥면(7)의 기하 형상에 맞춰 조정될 수 있다.

지지 요소(11")의 하면에 있는 클립 연결부(16a)는 수용 섹션(10)을 수용하여 로킹하는 역할을 한다. 그럼으로써, 수용 섹션(10)과 스프링 요소(9)가 지지 요소(11")와 고정적으로 연결된다. 지지 요소(11")는 하면으로부터 돌출한 몰딩 부분들을 구비하고, 그 몰딩 부분들의 바깥쪽 에지들에 클립 연결부(16a)가 배치된다. 클립 연결부(16a)는 대략 평탄한 면으로서 형성된 수용 섹션(10)이 정해진 방향으로 클립 연결부(16a)에 밀어 넣어져 로킹될 수 있도록 형성된다. 로킹 후에는, 로킹을 위한 지정된 이동과 반대 방향으로의 상대 이동이 저지된다.

지지 요소(11")의 상면에 있는 클립 연결부(16b)는 열교환 요소(8)를 수용하여 로킹하는 역할을 한다. 그럼으로써, 열교환 요소(8)가 지지 요소(11")와 고정적으로 연결된다. 지지 요소(11")는 측면들로부터 상면 쪽으로 돌출한 몰딩 부분들을 구비하고, 그 몰딩 부분들의 바깥쪽 에지들에 클립 연결부(16b)가 배치된다. 이때, 클립 연결부(16b)도 역시 열교환 요소(8)가 정해진 방향으로 클립 연결부(16a)에 밀어 넣어져 로킹될 수 있도록 형성된다. 로킹 후에는, 로킹을 위한 지정된 이동과 반대 방향으로의 상대 이동이 저지된다.

배터리 어셈블리(2)의 최종적인 조립 전에, 지지 요소(11', 11")에 의해 열교환 요소들(8)을 장치들(1', 1")에 고정적으로 연결하여 하우징(3)의 내부에서의 최종적인 조립을 용이하게 한다.

도 5 또는 도 6에 따른 지지 요소(11', 11")는 도 3a 또는 도 3b에 따른 가열 요소(13)를 구비할 수 있다.

도 7로부터, 열교환 요소(8)가 얹혀진 장치(1'")로서 공압출에 의해 제조된 수용 섹션(10'")을 갖는 2 컴포넌트 요소를 볼 수 있다.

장치들(1', 1")과는 다르게, 공압출에 의해 제조된 장치(1'")에서는, 스프링 요소(9) 또는 공압출의 연결 영역(10'")으로도 지칭되는 수용 섹션(10'")과 지지 요소(11'")가 제조 시에 이미 2개의 재료들로 이뤄진 2 부분으로 된 그러나 일체형의 요소로서 연결 영역(10'")에서 서로 고정적으로 분리 불가능하게 커플링된다. 여기서, 연결 영역(10'")은 노출되는 스프링 요소(9)에 연결되어 지지 요소(11'")의 내부에 통합되는 섹션으로서, 스프링 요소(9)와 동일한 재료로 형성된 섹션의 영역에 해당한다.

압출 또는 연속 압출 시에, 고체 내지 진한 액체의 경화 가능한 덩어리들이 노즐, 프로파일 노즐, 또는 다이로도 지칭되는 성형 개구부로부터 압력 하에 연속적으로 짜내어진다. 이때, 개구부의 횡단면을 갖는 프로파일이 임의의 길이로 생성된다.

공압출이란 프로파일 노즐을 떠나기 전에 동종 또는 이종의 재료들을 합치는 것을 의미한다.

따라서 공통의 방법 단계에서 장치(1'")의 스프링 요소(9)와 지지 요소(11'")가 2개의 상이한 재료들로부터 제작되어 상이한 재료 특성들을 가질 수 있게 된다.

이때, 스프링 요소(9)는 바람직하게는 금속의 기계적 특성들을 갖게 되고, 지지 요소(11'")는 중량과 열전도성에 있어 플라스틱의 특성들을 갖게 된다.

도 8a 내지 도 8h 및 도 9에는, 플라스틱으로 일체로 형성된 장치들(1)의 횡단면도들이 도시되어 있는데, 그러한 장치들(1)에서 스프링 요소들(9), 수용 섹션(10), 및 지지 요소(11)는 동일한 플라스틱으로 형성되거나, 예컨대 공압출에 의한 방법에서 상이한 플라스틱들로 형성된다.

지지 요소들(11)은 도 8a 내지 도 8g 및 도 8i 내지 도 8k에 따른 바와 같이 1개의 열교환 요소(8)를 또는 도 8h 및 도 9에 따른 바와 같이 나란히 배치된 다수의 열교환 요소들(8)을 로킹하는 클립 연결부(16b)를 측면들에 각각 구비한다. 지지 요소들(11)의 상면, 즉 열교환 요소 쪽을 향한 면에는, 가열 요소를 수용하는 몰딩 부분들이 형성될 수 있다. 몰딩 부분들은 대안적으로 주위에 대한 단열재로서의 역할을 할 수도 있다.

스프링 요소들(9)은 도 8b, 도 8c, 도 8e 내지 도 8g, 및 도 8k에 따른 바와 같이 중앙 영역, 즉 대칭면의 영역에서 또는 도 8a 및 도 8h 내지 도 8j에 따른 바와 같이 측면 에지들에서 수용 섹션(10) 또는 지지 요소(11)와 연결되는 2개의 탄력 림들로서 형성된다. 대안적으로, 스프링 요소(9)는 도 8d로부터 볼 수 있는 바와 같이 탄력 림들이 그 단부들에서 서로 연결되어 횡단면에서 폐쇄된 형태를 이루도록 형성될 수도 있다.

또한, 탄력 림들로서 형성된 스프링 요소들(9)은 예컨대 아치형 형태, 아치 섹션에 의해 연결된 2개의 직선 섹션들로 이뤄진 형태, 서로 상하로 연결된 아치 섹션들로 이뤄진 형태, 또는 지그재그형으로 연결된 직선 섹션들로 이뤄진 형태와 같은 다양한 형태들을 가질 수 있다.

플라스틱으로 형성되는 스프링 요소(9)는 0.4 ㎜ 내지 2.0 ㎜의 범위의 재료 두께를 갖고, 바람직하게는 압출에 의해 제조된다. 장치(1, 1', 1". 1'")의 짧은 구조 형태를 위해서는, 사출 성형 방법도 제조에 적합하다.

스프링 요소(9)용 플라스틱 재료로서는, 0 내지 30 %의 범위의 유리 섬유 비율을 갖는 폴리아미드(PA), 폴리옥시메틸렌(POM), 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및 탄성 중합체들이 사용되는 것이 바람직하다.

지지 요소(11)용으로 바람직한 플라스틱 재료는 경질 또는 연질 타입의 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 탄성 중합체들, 0 내지 30 %의 유리 섬유 비율을 각각 갖는 폴리아미드(PA), 폴리옥시메틸렌(POM), 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)이다.

도 10a 내지 도 10f에는, 도 10a 내지 도 10e에 따른 바와 같이 1 부품으로 형성된 금속제 장치들(1) 및 도 10f에 따른 바와 같이 2 부품으로 형성된 금속제 장치(1)의 횡단면도들이 도시되어 있는데, 그러한 장치들(1)에서 1 부품 실시 형태의 경우에는 스프링 요소들(9), 수용 섹션(10), 및 지지 요소(11)가 일체로 형성된다.

스프링 요소들(10)은 중앙 영역에서, 즉 대칭면의 영역에서 수용 섹션(10) 또는 지지 요소(11)와 연결되는 2개의 탄력 림들로서 각각 형성된다.

탄력 림들로서 형성되는 스프링 요소들(9)은 아치 섹션에 의해 연결된 2개의 직선 섹션들로 이뤄진 형태 또는 직접 서로 연결된 2개의 직선 섹션들로 이뤄진 형태를 갖는다. 수용 섹션(10) 또는 지지 요소(11)는 각각 직선 섹션으로서 형성된다.

금속으로 형성되는 스프링 요소들(9)은 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜의 범위의 재료 두께를 갖고, 바람직하게는 롤 성형에 의해 제조된다. 단순한 윤곽을 갖는 장치들(1, 1', 1". 1'")을 위해서는, 챔퍼링(chamfering)도 제조에 적합하다.

스프링 요소(9)용 금속으로는, 스프링강 및 고합금 스프링강이 사용되는 것이 바람직하다.

지지 요소(11)는 장치(1, 1', 1")의 2 부품 실시 형태에서는 도브테일 프로파일(14), 이중 접착 테이프(15), 공압출 및 클립 연결부들(16a)의 연결 영역(10'")과 같은, 스프링 요소(9)를 유지하는 수단을 구비하고, 장치(1, 1', 1", 1'")의 1 부품 실시 형태에서는 도브테일 프로파일(14), 이중 접착 테이프(15), 및 클립 연결부들(16b)과 같은, 열교환 요소들(8)을 유지하고 안정화하는 수단을 구비한다.

1, 1', 1", 1'": 장치 2: 배터리 어셈블리
3: 하우징 4: 하우징 바닥
5: 구조 공간 6: 배터리 모듈
7: 바닥면 8: 열교환 요소
9: 스프링 요소 10: 수용 섹션
10'": 수용 섹션, 공압출의 연결 영역
11, 11', 11", 11'": 지지 요소 12: 열교환 요소(8)의 열교환 면
13: 가열 요소 14: 프로파일, 도브테일 프로파일
15: 이중 접착 테이프 16a, 16b: 프로파일, 클립 연결부

Claims (10)

1. 수용 섹션(10, 10'")을 갖는 적어도 하나의 스프링 요소(9)를 포함하는, 열교환 요소들(8)을 자동차의 배터리 모듈(6)과 접촉시키는 장치에 있어서,
   지지 요소(11, 11', 11", 11'")가 형성되되,
   - 지지 요소(11, 11', 11", 11'")는 수용 섹션(10, 10'")에 의해 스프링 요소(9)와 연결되어 배치되고,
   - 스프링 요소(9)는 수용 섹션(10, 10'")과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 열교환 요소(8)가 지지 요소(11', 11")와 고정적으로 연결될 수 있고 지지 요소(11', 11")가 수용 섹션(10) 및 스프링 요소(9)와 고정적으로 연결될 수 있도록 수용 섹션(10)을 수용하는 프로파일(14, 16a)이 지지 요소(11', 11")의 하면에 형성되고, 열교환 요소(8)를 수용하는 프로파일(14, 16b)이 지지 요소(11', 11")의 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 열교환 요소(8)가 지지 요소(11)와 고정적으로 연결되고 지지 요소(11)가 수용 섹션(10) 및 스프링 요소(9)와 고정적으로 연결되도록 지지 요소(11)가 하면에서 수용 섹션(10)과 접착되고 상면에서 열교환 요소(8)와 접착되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 장치가 2 컴포넌트 요소이자 1 부품 유닛으로서 형성되도록 지지 요소(11'")가 수용 섹션(10'") 및 스프링 요소(9)와 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 스프링 요소(9)는 수용 섹션(10) 및 지지 요소(11)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 지지 요소(11, 11', 11", 11'")의 상면에 가열 요소(13)가 마련되되, 가열 요소(13)는 열교환 요소(8)와 지지 요소(11, 11', 11", 11'") 사이에 배치되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   - 스프링 요소(9) 및 수용 섹션(10, 10'")이 플라스틱으로 또는 금속으로 형성되고,
   - 지지 요소(11, 11', 11", 11'")가 플라스틱으로 또는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 플라스틱으로 형성되는 지지 요소(11, 11', 11", 11'")의 벽 두께는 1.5 ㎜ 내지 6 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 7 항에 있어서, 플라스틱으로 형성되는 스프링 요소(9)의 벽 두께는 0.4 ㎜ 내지 2.0 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 8 항에 있어서, 금속으로 형성되는 스프링 요소(9)의 벽 두께는 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 장치.

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