KR101952150B1 - 배터리를 위한 순응형 유체-냉각된 열교환기 - Google Patents

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Abstract

예에 따르면, 실시예는 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈을 갖는 배터리 유닛을 위한 열교환기이며, 상기 제1배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제2배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈은 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 반대방향으로 서로 떨어져서 위치된 제1배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너와 서로 떨어져 있다. 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위해 각각의 유체 흐름 지역 내에 각각 위치된 다수의 유체 흐름 챔버를 형성하며, 상기 각각의 유체 흐름 지역은 제1배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너 사이에 위치되어 계합하도록 형성되며, 각각의 유체 흐름 지역은 그 사이에 유체 흐름 지역이 위치되는 배터리 셀 컨테이너의 분리에 순응하기 위해 다른 유체 흐름 지역과는 관계 없이 치수적으로 순응한다.

Description

배터리를 위한 순응형 유체-냉각된 열교환기{CONFORMAL FLUID-COOLED HEAT EXCHANGER FOR BATTERY}
본 발명은 발명의 명칭이 "배터리를 위한 순응(conformal)형의 유체-냉각된 열교환기" 이고 2010년 10월 4일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/389,301호의 우선권 및 이점을 청구한다.
상기 특허 출원의 내용은 본 발명의 상세한 설명에 명백히 참조인용되었다.
본 발명은 재충전 가능한(rechargeable) 배터리 및 다른 전기 생산 셀(cell)의 열을 소산(dissipate)시키는데 사용되는 열교환기에 관한 것이다.
많은 리튬-이온 셀로 제조된 배터리와 같은 재충전 가능한 배터리는 예를 들어 전기차("EV") 및 하이브리드 전기차("HEV")를 포함하여 많은 용도로 사용될 수 있다. 이런 배터리는 소산될 필요가 있는 다량의 열을 발생할 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 미국특허공보 US9,780,421 및 미국특허공보 US 6,709,783에 개시되어 있다.
예에 따르면, 실시예는 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너(container)를 포함하는 제1배터리 모듈, 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하는 제2배터리 셀 모듈을 포함하는 배터리이며, 상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈은 서로 떨어져 있다. 열교환기는 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈 사이에 배치되며, 제1측부(side)는 제1배터리 모듈과 접촉하고 제2측부는 제2배터리 모듈과 접촉하며, 상기 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위한 적어도 하나의 내부 유체 흐름 통로를 형성하며, 상기 열교환기의 제1측부 및 제2측부는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 가로질러 상기 제1 및 제2배터리 모듈들 사이의 간격(spacing)의 변화에 따르도록 탄성적으로 압축 가능하다.
예에 따르면, 실시예는 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈을 갖는 배터리 유닛(unit)을 위한 열교환기이며, 상기 제1배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제2배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈은 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 반대방향으로 서로 떨어져서 위치된 제1배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너와 서로 떨어져 있다. 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위해 각각의 유체 흐름 지역 내에 각각 위치된 다수의 유체 흐름 챔버를 형성하며, 상기 각각의 유체 흐름 지역은 제1배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너 사이에 위치되어 계합(engage)하도록 형성되며, 각각의 유체 흐름 지역은 그 사이에 유체 흐름 지역이 위치되는 배터리 셀 컨테이너들의 간격에 따르도록 다른 유체 흐름 지역과는 관계 없이 치수적으로 순응한다. 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하는 제1배터리 모듈과 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하는 제2배터리 모듈을 포함하는 배터리 유닛이 제공되며, 상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈은 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 반대방향으로 서로 떨어져서 위치된 제1배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너로 서로 떨어져 있다. 열교환기는 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈 사이에 배치된다. 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위해 각각의 유체 챔버 지역 내에 각각 위치된 다수의 평행한 유체 흐름 챔버를 형성하며, 각각의 유체 흐름 지역은 제1배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너 사이에 위치되어 계합하며, 각각의 유체 흐름 지역은 그 사이에 유체 흐름 지역이 위치되는 배터리 셀 컨테이너들의 간격에 따르도록 다른 유체 흐름 지역과는 관계 없이 치수적으로 순응한다.
다른 예에 따르면, 실시예는 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈을 갖는 배터리 유닛을 위한 열교환기이며, 상기 제1배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제2배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈은 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 반대방향으로 서로 떨어져서 위치된 제1배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너와 서로 떨어져 있으며, 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위해 각각의 유체 흐름 지역 내에 각각 위치된 다수의 평행한 유체 흐름 챔버를 형성하며, 상기 각각의 유체 흐름 지역은 제1배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너 사이에 위치되어 계합하도록 형성되며, 각각의 유체 흐름 지역은 그 사이에 유체 흐름 지역이 위치되는 배터리 셀 컨테이너들의 간격에 따르도록 다른 유체 흐름 지역과는 관계 없이 치수적으로 순응한다.
예에 따르면, 실시예는 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하는 제1배터리 모듈, 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하는 제2배터리 모듈, 및 상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈 사이에 배치되는 열교환기를 포함하는 배터리 유닛이며, 상기 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈은 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 반대방향으로 서로 떨어져서 위치된 제1배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너로 서로 떨어져 있으며, 상기 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위해 각각의 유체 챔버 지역 내에 각각 위치된 다수의 평행한 유체 흐름 챔버를 형성하며, 상기 각각의 유체 흐름 지역은 제1배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 상기 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너 사이에 위치되어 계합하며, 상기 열교환기는 배터리 셀 컨테이너들의 불균일한 간격에 따르도록 치수적으로 순응한다.
예에 따르면, 실시예는 적어도 2개의 배터리 모듈에 사용하기 위한 열교환기이며, 상기 각각의 배터리 모듈은 단단한 컨테이너 내에 수용되는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하며, 상기 열교환기는 열교환기 유체를 위한 내부 유체 통로를 형성하고 또한 열교환기와 상기 2개의 배터리 모듈 사이의 열접촉을 촉진시키기 위해 압축되도록 형성된 적어도 하나의 순응 지역을 갖는다.
도1은 예시적인 실시예에 따른 배터리 유닛의 개략적인 사시도.
도2는 도1의 배터리 유닛의 배터리 모듈들 중 하나의 3개의 인접한 배터리 셀 컨테이너의 부분을 도시한 확대된 정면도.
도3은 예시적인 실시예에 따른 유체-냉각된 열교환기의 사시도.
도4는 도3의 열교환기의 평면도.
도5는 도4의 선Ⅴ-Ⅴ를 가로질러 취한 열교환기의 단면도.
도6은 도5의 부분(6)의 확대도.
도7은 도6의 흐름 챔버 지역의 전개도.
도8은 도3의 열교환기의 내측 코어 플레이트(plate)의 사시도.
도9는 도3의 열교환기의 외측 코어 플레이트의 사시도.
도10은 도3의 열교환기의 제1폐쇄(closure) 플레이트의 평면도.
도11은 도3의 열교환기의 제2폐쇄 플레이트의 평면도.
도12는 다른 예시적인 실시예에 따른 유체-냉각된 열교환기의 사시도.
도13은 도12의 열교환기의 한 쪽의 평면도.
도14는 도12의 열교환기의 반대쪽의 평면도.
도15는 도14의 선XV-XV를 가로질러 취한 열교환기의 단면도.
도16은 도12의 열교환기의 제1코어 플레이트의 평면도.
도17은 도12의 열교환기의 제2코어 플레이트의 평면도.
도18은 도17의 선XVIII-XVIII을 가로질러 취한 제2코어 플레이트의 단면도.
도19는 도12의 열교환기의 순응 플레이트의 평면도.
도20은 도19의 선XX-XX을 가로질러 취한 순응 플레이트의 단면도.
도21은 도12의 열교환기의 순응 플레이트 구조의 부분의 확대된 단면도.
이제 기술의 실시에 대해 언급이 이루어질 것이다. 각각의 예는 기술의 제한이 아닌, 단지 기술의 설명의 형태로 제공된다. 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명에 다량한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 기술의 1 실시의 부분으로서 서술된 특징은 또 다른 실시를 제공하기 위해 다른 실시에 사용될 수 있다. 따라서, 본 기술은 기술의 범위 내에 속하는 이런 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다.
도1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 재충전 가능한 배터리 유닛(100)의 예시적인 예를 도시하고 있다. 배터리 유닛(100)은 하나 이상의 배터리 셀(106)을 각각 수용하는 배터리 셀 컨테이너(104)로 제조되는 배터리 스택(stack) 또는 모듈[102(1), 102(2)][일반적으로 여기에서는 102(i)로 지칭된다]로 제조된다. 도시된 실시예는 2개의 직사각형의 박스형(box-like) 모듈[102(i)]을 포함하며, 그 각각은 수평으로 배치된 6개의 셀 컨테이너(104)로 제조되며, 각각의 셀 컨테이너(104)는 하나 이상의 배터리 셀(106)을 수용한다. 배터리 유닛(100)의 모듈[102(i)]의 개수, 각각의 모듈(102)의 셀 컨테이너(104)의 개수, 및 각각의 배터리 셀 컨테이너(104)의 배터리 셀(106)의 개수는 변할 수 있으며, 또한 이들 부품들의 방향 및 형상은 적용할 때마다(application to application) 변할 수 있으며 따라서 본 발명에서 양(quantity) 및 방향은 단지 예시적인 실시예의 예로서만 제공된다.
적어도 일부 예시적인 실시예에 있어서, 배터리 셀(106)은 리튬-이온 배터리 셀이지만, 그러나 다른 재충전 가능한 배터리 셀이 사용될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 배터리 셀(106)은 각기둥형(prismatic) 리튬-이온 배터리 셀이다. 다른 예시적인 실시예에 있어서, 배터리 셀(106)은 원통형 또는 다른 형상을 갖는다. 도시된 실시예에 있어서, 각각의 배터리 셀 컨테이너(104)는 하나 이상의 배터리 셀(106)을 수용하는 직사각형, 실질적으로는 단단한 박스형 케이스 하우징을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 모듈[102(i)] 내의 모든 셀 컨테이너(104)는 실질적으로 동일하며, 배터리 유닛(100)을 형성하는 모듈[102(i)]은 실질적으로 동일하다. 예시적인 실시예에 있어서, 배터리 모듈[102(i)]은 지지 프레임 또는 랙(rack)(108)에서 나란히 또는 하나 위에 다른 하나가 장착될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 배터리 셀 컨테이너(104)는 단단하지 않을 수도 있다.
예시적인 실시예에 따라, 열교환기(110)는 인접한 배터리 모듈[102(1), 102(2)]의 마주보는 표면들(112, 113) 사이에 위치된다. 각각의 모듈[102(1), 102(2)]과 중간 열교환기(110) 사이의 접촉 표면(112, 113)은 완전히 평탄한 표면이 아니며, 또한 가열 및 냉각 중 팽창과 수축으로 인한 왜곡(distortion)을 받을 수 있다. 예를 들어, 도2는 상부 모듈[102(1)]의 3개의 인접한 배터리 셀 컨테이너(104)의 열교환기 접촉측부(114)에 의해 한정된 접촉 표면(112)을 도시하고 있다. 모듈 조립 공차 뿐만 아니라 셀 컨테이너(104)의 제조 공차의 결과로서, 셀 컨테이너(104)는 완전히 동일하거나 또는 완전히 정렬되지 않는다. 그 결과, 열교환기 접촉측부(114)가 정렬되지 않아서, 평탄하지 않은 열교환기 접촉 표면(112)으로 나타나지만, 그러나 인접한 셀 컨테이너(104) 사이의 경계(boundary)에서 작은 높이 전이(transition)를 포함한다. 도2에 도시된 바와 같이, "T" 는 모듈(102)에서 셀 컨테이너(104)의 열교환기 접촉측부들(114) 사이의 최대 변위(displacement) 공차를 나타낸다. 비제한적인 예로서, 공차(T)는 예를 들어 0.5 mm 내지 1mm 의 범위에 속하지만, 그러나 일부 적용에서는 이 범위를 벗어난 공차도 존재할 수 있다.
따라서, 일부 적용에서는 온도의 범위에 걸쳐 인접한 모듈들[102(i)] 사이의 셀 컨테이너(104)의 형태와의 일정한 접촉과 접촉 표면 공차를 유지할 수 있으며 또한 바람직한 열전도율을 제공하는 열교환기(110)가 바람직하다. 이에 관해, 예시적인 실시예는 배터리 셀 컨테이너가 평탄한 열교환기 접촉 표면을 형성하지 않더라도, 배터리 유닛(100)을 가로질러 배터리 셀 컨테이너(104)와의 접촉을 유지하기 위해 치수적으로 순응하는 열교환기 구조에 관한 것이다. 일부 예에 있어서, 열교환기 구조가 정상적인 배터리 작동 온도의 범위 내내 배터리 셀 컨테이너(104)와의 열접촉을 유지하도록, 치수적으로 순응하는 열교환기(110)는 제1 및 제2배터리 모듈의 팽창 하에 압축되며 또한 제1 및 제2배터리 모듈의 그 후의 수축 하에 팽창한다.
도3 및 4에 있어서, 예시적인 1 실시예에 있어서, 열교환기(110)는 입구 고정물(fixture)(120)과 유체 연통(communicate)하는 제1단부와 출구 고정물(122)과 유체 연통하는 제2단부를 갖는 내부의 구불구불한(serpentine) 열교환기 유체 흐름 통로(118)를 한정하는 멀티패스(multi-pass) 플레이트 타입 열교환기이다. 도시된 예에 있어서, 구불구불한 유체 흐름 통로(118)는 연속적으로 연결된 다수의 평행한 유체 챔버[116(1)-116(6)][일반적으로, 여기에서는 도면부호 116(i)를 사용하여 지칭되며 도3에 점선으로 도시된다]를 포함하며, 각각의 유체 챔버는 실질적으로 U 형인 각각의 흐름 통로(126)에 의해 연속적인 유체 챔버에 접합된다. 작동 시, 유체가 최종 유체 챔버[116(6)]를 통해 흘러서 출구 고정물(122)로부터 배출될 때까지, 냉각 액체와 같은 열교환기 유체는 유체 입구 고정물(120)에 들어가서, 유체 챔버[116(1)] 및 제1의 U 턴(U-turn) 통로(126)를 통해 유체 챔버[116(2)] 내로 흐른 후, 제2 U 턴 통로(126)를 통해 유체 챔버[116(3)] 등으로 흐른다. 내부 흐름 통로(118)를 통해 이동하는 열교환기 유체는 배터리 셀 컨테이너(104)로부터 열을 인입(drawing)하기 위해 예를 들어 물 또는 다른 액체 또는 기체형 유체 냉매와 같은 냉각 액체일 수 있다. 일부 예시적인 실시예에 있어서, 내부 흐름 통로(118)를 통해 이동하는 열교환기 유체는 배터리 셀 컨테이너(104)를 가열하기 위한 가열 액체일 수 있다.
도1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 예시적인 1 실시예에 있어서, 각각의 유체 챔버[116(i)]는 하나의 모듈[102(1)]에 위치된 셀 컨테이너(104)와 인접한 모듈[102(2)]에 위치된 마주보는 셀 컨테이너(104) 사이에 위치된다. 도시된 예에 있어서, 열교환기는 6개의 평행한 유체 챔버[116(1)-116(3)]를 포함하며, 각각의 유체 챔버[116(i)]는 배터리 유닛(100)의 각각의 마주보는 한쌍의 배터리 셀 컨테이너(104) 사이에 위치되지만, 그러나 유체 챔버의 개수는 특정한 적용에 따라 6개 보다 적거나 많을 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, U 턴 통로(126)가 배터리 셀 컨테이너들(104) 사이에 위치되지 않도록, U 턴 통로(126)를 한정하는 U 형 지역이 노출되어, 배터리 모듈[102(1)]의 측부를 지나 외향으로 신장한다. 일부 예시적인 실시예에 있어서, U 형 지역은 노출되지 않으며, 배터리 모듈들[102(1), 102(2)] 사이에 위치된다. 유체 챔버[116(1)-116(6)]는 열교환기(110)의 각각의 유체 챔버 지역[124(1)-124(6)][일반적으로, 여기에서는 도면부호 124(i) 를 사용하여 지칭되는] 내에 각각 형성된다. 아래에 더욱 상세히 서술되는 바와 같이, 예시적인 실시예에 있어서, 인접한 모듈들[102(1), 102(2)] 사이의 마주보는 표면(112, 113)의 셀 사이의(inter-cell) 컨테이너의 불일치(variance)가 열교환기(110)에 의해 수용될 수 있도록, 각각의 유체 챔버 지역[124(i)]은 열교환기(110)의 다른 유체 챔버 지역[124(i)]과는 관계 없이 개별적으로 순응할 수 있다.
도5-7에 도시된 열교환기(110)의 단면도에 있어서, 열교환기(110)의 예시적인 1 실시예에 있어서 열교환기(110)의 본체는 함께 적층(laminate)되는 6개의 플레이트, 즉 제1 및 제2외측 커버 플레이트(128, 130), 제1 및 제2외측 코어 플레이트(132, 134), 제1 및 제2내측 코어 플레이트(136, 138)로부터 형성된다. 예시적인 실시예에 있어서, 플레이트는 롤(roll) 성형된 또는 스탬핑된 알루미늄이나 알루미늄 합금으로부터 각각 형성되며 또한 열교환기(110)의 본체를 형성하기 위해 함께 납땜된다. 그러나, 열교환기는 플라스틱을 포함하여 다른 탄성 금속 또는 재료 및 다른 프로세스로부터 택일적으로 형성될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 제1 및 제2내측 코어 플레이트(136, 138)는 실질적으로 동일하며, 이에 관해 도8은 내측 코어 플레이트(136, 138)의 1 예의 사시도를 도시하고 있다. 내측 코어 플레이트(136, 138)는 그 위에 형성되는 융기된 구불구불한 보스(boss)(142)를 갖는 직사각형의 평탄한 플레이트 부분(140)을 포함한다. 구불구불한 보스(142)는 내부 흐름 통로(118)의 형상과 일치하며, 각각의 흐름 챔버 지역[124(1)-124(6)]에 대응하는 평행한 내측 코어 플레이트 지역[143(1)-143(6)][일반적으로 도면부호 143(i)로 지칭되는]을 포함한다. 구불구불한 보스(142)의 길이를 따라 구불구불한 슬롯(144)이 제공된다. 슬롯(144)은 그 반대쪽 단부에서 확대된 입구 및 출구 개구(146, 148)에서 종료된다.
예시적인 실시예에 있어서, 제1 및 제2외측 코어 플레이트(132, 134)도 실질적으로 동일하며, 이에 관해 도9는 외측 코어 플레이트(132, 134)의 1 예의 사시도를 도시하고 있다. 외측 코어 플레이트(132, 134)는 내부 흐름 통로(118)의 형상과 일치하는 구불구불한 부재이다. 외측 코어 플레이트(132, 134)는 각각의 흐름 챔버 지역[124(1)-124(6)]에 대응하는 연속적으로 연결된 평행한 코어 플레이트 지역[154(1)-154(6)][일반적으로 도면부호 154(i)에 의해 지칭되는]을 포함한다. 인접한 코어 플레이트 지역[154(i)]은 외측 플레이트(132, 134)의 교호하는(alternating) 단부에서 실질적으로 U 형의 부분(156)에 의해 접합된다. 각각의 코어 플레이트 지역[154(i)]이 다른 코어 플레이트 지역(154(i)]과는 관계 없이 탄성적으로 압축될 수 있도록, 외측 코어 플레이트(132, 134)의 구성은 각각의 코어 플레이트 지역들[154(i)] 사이의 물리적 분리도(a degree of isolation)를 허용한다. 구불구불한 슬롯(149)은 외측 코어 플레이트(132, 134)를 따라 제공되며, 그 반대쪽 단부에서 확대된 입구 및 출구 개구(150, 152)에서 종료된다.
도10은 실질적으로 평탄한 제1커버 플레이트(128)의 예의 평면도이다. 제1커버 플레이트(128)도 내부 흐름 통로(118)의 형상과 일치하는 구불구불한 부재이다. 커버 플레이트(128)는 각각의 흐름 챔버 지역[124(1)-124(6)]에 대응하는 연속적으로 연결된 평행한 제1커버 플레이트 지역[158(1)-158(6)][일반적으로 도면부호 158(i) 를 사용하여 지칭되는]을 포함한다. 인접한 제1커버 플레이트 지역[158(i)]은 판(128)의 교호하는 단부에서 실질적으로 U 형의 단부(160)에 의해 접합된다. 각각의 커버 플레이트 지역[158(i)]이 다른 커버 플레이트 지역[158(i)]과는 관계 없이 열교환기 본체의 중심을 향해 변위될 수 있도록, 제1커버 플레이트(128)의 구성은 각각의 제1커버 플레이트 지역들[158(i)] 사이의 물리적 분리도를 허용한다. 확대된 입구 및 출구 개구(162, 164)는 구불구불한 커버 플레이트(128)의 각각의 반대쪽 단부에 제공된다.
도11은 실질적으로 평탄한 제2커버 플레이트(130)의 예의 평면도이다. 제2커버 플레이트(130)는 제1커버 플레이트(128)와 실질적으로 동일한 구불구불한 부재이지만, 그러나 제2커버 플레이트는 입구 및 출구 개구(162, 164)를 포함하지 않는다. 커버 플레이트(128, 130)의 유사한 요소들에 대해 도면에서는 동일한 도면부호가 사용된다.
플레이트(128, 130, 132, 134, 136, 138) 및 그 조립체의 특징이 도6 및 7의 단면도를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 열교환기(110)에 있어서, 내측 코어 플레이트(136, 138)는 서로 접촉하고 있는 그 각각의 평탄한 플레이트 부분(140)과 열교환기 본체의 중심선(C)으로부터 멀리 신장하는 그 각각의 융기된 보스 부분(142)과 면 대 면(face to face)으로 접합된다. 설명을 위해, 여기에 사용되는 바와 같이 "내측" 이라는 용어는 중심선(C)을 향한 방향을 나타내며, "외측" 이라는 용어는 내용 상 다른 것을 제안하지 않는 한 중심선(C)으로부터 멀어지는 방향을 나타낸다. 내부의 구불구불한 흐름 통로(118)를 부분적으로 형성하기 위해, 제1내측 코어 플레이트(136) 및 제2내측 코어 플레이트(138)의 융기된 보스 부분(142)은 함께 정렬된다. 도7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2내측 코어 플레이트(136, 138)의 각각의 융기된 보스 부분(142)은 평탄한 플레이트 부분(140)으로부터 신장하며 또한 상기 구불구불한 슬롯(144)을 형성하는 평탄한 플랜지(168)에서 각각 종료되는 마주보는 측벽들(166)에 의해 형성된다. 상기 평탄한 플랜지(168)는 평탄한 플레이트 부분(140)과 실질적으로 평행하다. 예시적인 실시예에 있어서, 각각의 측벽(166)은 중심선(C)에 대해 외향하여 구부러진 궁형(arcuate)의 제1벽부분(170)과 중심선(C)에 대해 내향하여 구부러진 궁형의 제2벽부분(172)을 가지며, 따라서 일반적으로 "S" 형상과 비슷한 프로필을 갖는 측벽(166)을 제공한다. 일부 예시적인 구성에 있어서, 보스(142)가 압력 하에 중심선(C)을 향해 변형된 후 압력이 제거되었을 때 통상적인 형상으로 스프링백(spring back)될 수 있도록, 이런 측벽 프로필은 융기된 보스(142)에 탄성 순응도(a degree of conformability)를 제공한다. 일반적으로 S 형 측벽 프로필은 일부 예시적인 실시예에서는 피로(fatigue)를 감소시키기 위해 응력(stress)을 분배할 수 있지만, 그러나 피로를 감소시키기 위해 다른 측벽 구성이 택일적으로 사용될 수도 있다.
제1외측 코어 플레이트(132) 및 제2외측 코어 플레이트(134)는 제1내측 코어 플레이트(136) 및 제2내측 코어 플레이트(138)에 대해 중심선(C)의 반대측상에 각각 고정된다. 구불구불한 각각의 외측 코어 플레이트(132, 134)는 중심선(C)에 대해 외향하여 개방되고 상기 구불구불한 내부 흐름 통로(118)의 일부를 형성하는 구불구불한 채널(174)을 형성한다. 특히, 채널(174)은 마주보는 한 쌍의 측벽(176)에 의해 형성된다. 측벽들(176)은 외측의 평탄한 주변 플랜지(178)로부터 내측의 평탄한 플랜지(180)로 각각 신장하며, 외측 플렌지(178) 및 내측 플랜지(180)는 실질적으로 평행한 반대방향으로 마주보는 표면을 갖는다. 도시된 실시예에 있어서, 각각의 측벽(176)은 중심선(C)에 대해 외향하여 구부러진 궁형의 제1벽부분(182)과 상기 중심선(C)에 대해 내향하여 구부러진 궁형의 제2벽부분(184)을 가지며, 따라서 일반적으로 "S" 형상과 비슷한 프로필을 갖는 측벽(176)을 제공한다. 1 예에 있어서, 내측 플랜지(186)는 내향하여 신장하는 립(lip)(186)에서 각각 종료되며, 하나의 플랜지(180)상의 립(186)은 구불구불한 슬롯(149)을 형성하기 위해 다른 플랜지(180)상의 립(186)과 마주본다.
제1외측 코어 플레이트(132)의 내측 플랜지(180)는 제1외측 코어 플레이트(132)를 제1내측 코어 플레이트(136)에 고정하기 위해 제1내측 코어 플레이트(136)의 각각의 평탄한 부분(168)과 교합(mate)한다. 도6 및 7에 도시된 바와 같이, 구불구불한 외측 코어 플레이트 슬롯(149)은 구불구불한 내측 코어 플레이트 슬롯(144)과 정렬되며, 외측 코어 플레이트의 마주보는 립(186)은 구불구불한 내측 코어 플레이트 슬롯(144) 내로 신장한다. 내측 코어 플레이트 슬롯(144) 내에서의 외측 코어 플레이트 립(186)의 자리잡음(positioning)은 그 사이의 연결을 강화시키는, 내측 및 외측 코어 플레이드 사이의 기계적 맞춤림(interlock)을 제공하며, 또한 플레이트 사이의 누설에 대한 밀봉의 제공에도 도움을 주며, 또한 열교환기의 조립 중 판들의 정렬에도 도움을 준다. 일부 구성에 있어서, 내측 코어 플레이트 슬롯(144) 내의 외측 코어 플레이트 립(186)의 자리잡음은 흐름 챔버 지역[124(i)]이 변형될 수 있는 정도에 대한 제한으로서 작용할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에 있어서, 이런 지역의 변형을 제한하기 위해 열교환기의 본체의 다양한 지역에 다른 변형 제한 특징이 제공될 수 있다. 제2외측 코어 플레이트(134)는 제1외측 코어 플레이트(132)가 제1내측 코어 플레이트(136)에 고정되는 유사한 방식으로 제2내측 코어 플레이트(138)에 고정된다. 일부 예시적인 실시예에 있어서, 내측 및 외측 코어 플레이트들 사이의 맞물림은 외측 코어 플레이트가 아닌 내측 코어 플레이트상에 제공된 립(186)으로 역전되어 외측 코어 플레이트상의 슬롯(149) 내로 삽입될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에 있어서, 외측 코어 플레이트가 중심선(C)을 향해 압력 하에 변형된 후 압력이 제거되었을 때 통상적인 형상으로 스프링백될 수 있도록, 외측 코어 플레이트(132, 134)의 측벽들(176)의 대체적으로 S 형의 프로필은 외측 코어 플레이트(132, 134)에 탄성 순응도를 제공한다. 대체적으로 S 형의 측벽 프로필은 일부 실시예에서는 피로를 감소시키기 위해 응력을 분배할 수 있지만, 그러나 피로를 감소시키기 위해 다른 측벽 구성이 택일적으로 사용될 수도 있다.
도시된 실시예에 있어서, 구불구불한 제1외측 커버 플레이트(128)는 제1외측 코어 플레이트 채널(174)을 고정하기 위해 구불구불한 제1외측 코어 플레이트(132)의 외측에 고정된다. 각각의 커버 플레이트 지역[158(i)] 및 U 형 부분은 그 반대방향 주변 엣지를 따라 내향하는 플랜지(190)를 갖는 평탄한 중심 지역(188)을 포함한다. 평탄한 중심 지역(188)의 주변 부분은 제1외측 코어 플레이트(132)의 평탄한 외측 플랜지(178)와 교합되며, 외측 코어 플레이트의 평탄한 외측 플랜지(178)는 제1외측 커버 플레이트(128)의 내향하는 플랜지(190) 내에 놓인다. 구불구불한 제2외측 커버 플레이트(130)는 제2외측 코어 플레이트 채널(174)을 고정하기 위해 구불구불한 제2외측 코어 플레이트(134)의 외측에 유사한 방식으로 고정된다. 내향하는 플랜지(190)는 일부 실시예에서는 조립 중 커버 플레이트의 자리잡음을 도와주며, 또한 흐름 챔버 지역상의 편향(deflection) 또는 변형 제한 효과도 가질 수 있다. 열교환기(110)의 도시된 실시예에 있어서, 내측 코어 플레이트(136, 138)의 입구 개구(146), 외측 코어 플레이트(132, 134)의 입구 개구(150) 및 외측 커버 플레이트(128)의 입구 개구는 열교환기 내부 흐름 통로(118)에 유체 입구를 형성하도록 정렬되며, 입구 고정물(120)은 외측 커버 플레이트(128)에 고정된다. 유사하게, 내측 코어 플레이트(136, 138)의 출구 개구, 외측 코어 플레이트(132, 134)의 출구 개구(152) 및 외측 커버 플레이트(128)의 출구 개구는 열교환기 내부 흐름 통로(118)에 유체 출구를 형성하도록 정렬되며, 출구 고정물(122)은 외측 커버 플레이트(128)에 고정된다. 제2커버 플레이트(130)는 입구 및 출구 고정물(120, 122)이 위치되는 측과 반대방향인 열교환기의 측상의 열교환기 유체 입구 및 유체 출구를 밀봉한다. 도6에 있어서, 현재 서술된 예시적인 실시예에 있어서, 각각의 유체 지역[124(i)]의 각각의 유체 챔버[116(i)]는 3개의 연통 흐름 영역, 즉 제1커버 플레이트(128) 및 제1외측 코어 플레이트(132)에 의해 형성된 채널(174), 제2커버 플레이트(130) 및 제2외측 코어 플레이트(134)에 의해 형성된 채널(174), 및 내측 코어 플레이트들(136, 138) 사이에 형성된 중심 채널(192)을 포함한다. 슬롯(144)에 의해, 상기 채널(174, 192)은 구불구불한 흐름 통로(118)의 전체 길이를 따라 유체 연통된다.
내측 및 외측 커버 플레이트(128, 130)의 평탄한 중심 지역(188)은 배터리 유닛(100)의 배터리 셀 컨테이너(104)와의 물리적 인터페이스(interface)를 제공한다. 따라서, 예시적인 실시예에 있어서, 열교환기(110)의 각각의 유체 챔버 지역[124(i)]은 제1배터리 모듈[102(1)]의 각각의 배터리 셀 컨테이너(104)와 계합하는 가늘고 긴(elongate) 제1커버 플레이트 지역[158(i)]과 상기 열교환기의 반대측상에서 두번째의 제1배터리 모듈[102(1)]의 각각의 배터리 셀 컨테이너(104)와 계합하는 가늘고 긴 제2커버 플레이트 지역[158(i)]을 갖는다. 이에 관해, 열교환기(110)의 각각의 유체 챔버 지역[124(i)]은 마주보는 한쌍의 배터리 셀 컨테이너(104)를 갖는 열교환 표면들 사이에 고정 및 제공된다. 위에 서술한 바로부터 명백한 바와 같이, 외측 코어 플레이트(132, 134)의 측벽(176)과 내측 코어 플레이트(136, 138)의 측벽(166)은 평행한 각각의 유체 챔버 지역[124(i)]에 탄성 압축률을 제공하도록 형성된다. 또한, 외측 코어 플레이트(132, 134)의 평행한 지역들[154(i)] 사이의 가늘고 긴 슬롯(194)(예를 들어, 도5 참조)에 의한 물리적 분리는, 유체 챔버 지역[124(i)]으로 하여금 유체 챔버 지역[124(i)]이 그 사이에 위치되는 2개의 배터리 셀 컨테이너들(104) 사이의 물리적 분리에 각각 개별적으로 순응하게 한다. 흐름 챔버[116(i)] 내의 열교환기 유체의 압력은 일부 예시적인 실시예에서는 유체 흐름 지역[124(i)]의 압축률에 영향을 끼칠 수 있다.
비 제한적인 예로서, 일부 적용에 있어서, 열교환기(110)를 형성하는데 사용된 플레이트는 H3534 알루미늄 땜납 시트(sheet) 및/또는 3003 알루미늄으로부터 형성될 수 있다. 유사한 결과를 달성하기 위해 택일적인 플레이트 구성이 사용될 수 있으며, 예를 들어 개별적으로 순응하는 흐름 지역을 갖는 열교환기를 형성하기 위해 6개 보다 적은 플레이트가 사용될 수 있다.
도12-15는 일부 적용에 있어서 열교환기(110)의 대안으로서 사용될 수 있는 열교환기(210)의 다른 예를 도시하고 있다. 열교환기(210)는 도면 및 하기의 서술로부터 명백한 차이점들을 제외하고는, 열교환기(110)와 기능 및 구성 상 유사하다. 예시적인 실시예에 있어서, 열교환기(210)는 실질적으로 평탄한 제1 및 제2순응 플레이트 구조물들(230) 사이에 협지(sandwich)되는 실질적으로 단단한 코어 플레이트 구조물(228)을 포함한다. 예시적인 실시예에 있어서, 열교환기(210)가 제1배터리 모듈[102(1)]과 제2배터리 모듈[102(2)] 사이의 공간에 치수적으로 순응하도록, 순응 플레이트 구조물(230)은 탄성적으로 변형 가능하도록 각각 형성된다. 열교환기(210)의 코어 플레이트 구조물(228)은 입구 구조물(220)과 유체 연통되는 제1단부 및 출구 구조물(222)과 유체 연통되는 제2단부를 갖는 구불구불한 내부 열교환기 유체 흐름 통로(218)를 형성한다. 도시된 예에 있어서, 구불구불한 유체 흐름 통로(218)는 연속적으로 연결된 복수의 평행한 유체 챔버[216(1)-216(6)][일반적으로, 여기에서는 도면부호 216(i) 로 지칭된다. 도15 참조]를 포함하며, 각각의 유체 챔버는 실질적으로 U 형인 각각의 흐름 통로(226)에 의해 연속한 유체 챔버에 접합된다. 작동 시, 냉각 액체와 같은 열교환 유체는 유체가 최종 유체 챔버[216(6)]를 통해 흘러 출구 고정물(222)로부터 배출될 때까지, 유체 입구 고정물(220)에 들어가서, 유체 챔버[216(1)] 및 제1 U 턴 통로(226)를 통해 유체 챔버[216(2)] 내로 흐른 후, 제2 U 턴통로(226)를 통해 유체 챔버[216(3)] 등으로 흐른다.
열교환기(110)와 마찬가지로, 예시적인 1 실시예에 있어서, 열교환기(210)의 각각의 유체 챔버[216(i)]는 하나의 모듈[102(1)]에 위치된 셀 컨테이너(104)와 인접한 모듈[102(2)]에 위치된 마주보는 셀 컨테이너(104) 사이에 위치된다.
유체 챔버[216(1)-216(6)]는 열교환기(210)의 코어 플레이트 구조물(228)의 각각의 유체 챔버 지역[224(1)-224(6)] 내에 각각 형성된다[일반적으로, 여기에서는 도면부호 224(i) 를 사용하여 지칭된다].
도15에 도시된 열교환기의 단면도에 있어서, 열교환기 코어 플레이트 구조물(228)은 마주보는 제1 및 제2코어 플레이트(232, 234)로부터 형성되며, 제1 및 제2순응 플레이트 구조물(230)은 마주보는 순응 플레이트(236)로부터 각각 형성된다. 예시적인 실시예에 있어서, 플레이트는 롤 성형된 또는 스탬핑된 알루미늄이나 알루미늄 합금으로부터 각각 형성되며 또한 열교환기(210)의 본체를 형성하기 위해 함께 납땜된다. 그러나, 열교환기는 플라스틱을 포함하여 다른 탄성 금속 또는 재료 및 다른 프로세스로부터 택일적으로 형성될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 제1 및 제2코어 플레이트(232, 234)는 실질적으로 동일하며, 이에 관해 도16 및 17은 코어 플레이트(234, 232)의 예들의 평면도를 도시하고 있다. 코어 플레이트(234, 232)는 그 위에 형성되는 융기된 구불구불한 보스(242)를 갖는 직사각형의 평탄한 플레이트 부분(240)을 포함한다. 구불구불한 보스(242)는 내부 흐름 통로(218)의 형상과 일치하며, 각각의 흐름 챔버 지역[224(1)-224(6)]에 대응하는 평행한 코어 플레이트 지역[243(1)-243(6)][일반적으로 도면부호 243(i)로 지칭되는]을 포함한다. 제1코어 플레이트(232)와 제2코어 플레이트(234) 사이의 차이는 입구 및 출구 개구(246, 248)가 제1코어 플레이트(232)의 융기된 보스(242)의 반대쪽 단부에 형성된다는 점이다.
예시적인 실시예에 있어서, 순응 플레이트 구조물(230)을 형성하는 제1 및 제2순응 플레이트(236)는 실질적으로 동일하며, 이에 관해 도19 및 20은 순응 플레이트(236)의 예를 도시하고 있다. 도시된 예에 있어서, 순응 플레이트(236)는 플레이트를 통해 신장하는 슬롯(252)에 의해 분리되는 가늘고 긴 다수의 융기된 평행한 보스(250)를 포함하는 직사각형 플레이트이다. 도21은 순응 플레이트 구조물(230)을 형성하기 위해 마주보며 교합되는 2개의 순응 플레이트(236)를 도시하는 확대된 부분단면도이다. 도21에 도시된 바와 같이, 각각의 가늘고 긴 보스(250)는 평탄한 주변 플랜지(258)에서 각각 종료되는 측벽(256)에 의해 경계지워지는 평탄한 중심벽을 포함한다. 순응 플레이트 구조물(230)을 형성하기 위해, 하나의 순응 플레이트(236)로부터의 플랜지(258)는 마주보는 순응 플레이트(236)로부터의 플랜지(258)와 교합된다. 도21에 도시된 바와 같이, 상기 교합된 순응 플레이트(236)가 가늘고 긴 다수의 순응 챔버 지역[262(1)-262(12)][일반적으로, 여기에서는 262(i) 로 지칭되는]을 형성하도록, 상기 교합된 순응 플레이트로부터의 마주보는 보스(250)는 내부 챔버(260)를 형성한다. 예시적인 1 실시예에 있어서, 챔버(260)는 유체 또는 공기와 같은 가스로 충전(fill)되거나 또는 유체가 아닌 열 가스켓으로 충전되는 밀봉된 챔버이다. 다른 예시적인 실시예에 있어서, 챔버(260)는 통기될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 순응 플레이트 구조물(230)은 가늘고 긴 12개의 순응 지역[262(i)]을 포함하며, 코어 플레이트 구조물(228)의 6개의 흐름 챔버 지역[224(i)]의 각각에 대해 2개씩을 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 각각의 순응 지역[262(i)]이 외부 압력 하에서 임계량까지 개별적으로 압축된 후 압력이 제거되었을 때 그 본래의 형상으로 복귀할 수 있도록, 순응 플레이트 구조물(230)의 순응 지역[262(i)]은 각각 개별적으로 변형될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에 있어서, 순응 플레이트(236)는 코어 플레이트(232, 234) 보다 얇은 재료로 형성되며, 그 결과 코어 플레이트 구조물(228)은 그 사이에 협지된 순응 플레이트 구조물(230)에 비해 상대적으로 단단하다. 비제한적인 실시예에 의해, 순응 플레이트(236)는 0.2 mm 의 두께를 갖는 알루미늄으로부터 형성될 수 있으며, 코어 플레이트(232, 234)는 0.6 mm 의 두께를 갖는 알루미늄으로부터 형성될 수 있지만, 그러나 다른 많은 두께가 사용될 수도 있다.
도15-18에 있어서, 열교환기(210)에 있어서, 제1 및 제2코어 플레이트(232, 234)는 서로 접촉하고 있는 그 각각의 평탄한 플레이트 부분(240)과 내측의 구불구불한 멀티패스 형의 유체 흐름 통로(218)를 형성하기 위해 서로 멀어지도록 신장하는 그 각각의 융기된 보스 부분(242)과 면 대 면으로 접합된다. 제1배터리 모듈[102(1)] 및 제2배터리 모듈[102(2)]과의 인터페이스를 각각 제공하기 위해, 순응 플레이트 구조물(230)이 코어 플레이트 구조물(228)의 반대쪽 표면상에 제공된다. 도시된 실시예에 있어서, 코어 플레이트 구조물(228)의 각각의 측부 중 하나, 가늘고 긴 한쌍의 평행한 순응 챔버[262(i)], [262(i+1)]는 각각의 유체 챔버 지역[224(i)]의 길이로 신장한다. 각각의 유체 챔버 지역[224(i)]의 반대측에 위치되는 순응 챔버[262(i), 262(i+1)]는 유체 챔버 지역[124(i)]가 그 사이에 위치되는 2개의 배터리 셀 컨테이너들(104) 사이의 물리적 분리에 각각의 유체 챔버 지역이 개별적으로 순응하게 한다.
따라서, 도1 내지 21의 실시예에 있어서, 열교환기(110, 210)는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 각각 포함하는 2개의 배터리 셀 모듈[102(1), 102(2)] 사이에 위치된다. 일부 적용에 있어서, 열교환기(110, 210)의 반대측들과 접촉하는 배터리 모듈[102(1), 102(2)]의 표면들은 배터리 모듈[102(1), 102(2)]을 형성하는 배터리 셀 컨테이너의 완벽한 정렬의 결여(lack)로 인해 완벽하게 평탄하지 않을 수도 있다. 따라서, 적어도 일부의 예시적인 실시예에 있어서, 배터리 모듈 표면들과 열교환기(110, 210)의 반대측들 사이의 접촉을 유지하는 것을 돕기 위하여, 열교환기(110, 210)는 각각의 순응 가능한 지역이 각각의 한쌍의 마주보는 셀 컨테이너와 일치하고 또한 상기 지역에 적용된 압축력 하에 적응하여 구부러질 수 있도록 스프링 효과를 각각 갖는 독립적으로 순응 가능한 지역을 포함한다. 따라서, 적어도 일부의 실시예에 있어서, 배터리 모듈[102(1), 102(2)] 및 열교환기(110, 210)를 포함하는 배터리 유닛을 조립할 때, 압축 동작 또는 단계가 발생하며 그 동안에 배터리 모듈[102(1), 102(2)]과 열교환기(110, 210) 사이의 바람직한 열접촉을 촉진시키기 위하여 열교환기(110)의 지역이 압축도(degree of compression)를 받는다.
일부 예시적인 실시예에 있어서, 위에 서술한 순응형 열교환기 구성은 배터리 셀 모듈의 제 위치의 연료 셀 모듈 사이에 사용될 수 있다. 따라서, 여기에 서술한 열교환기 구조물은 배터리 셀 또는 연료 셀과 같은 다수의 전력 생산 셀을 포함하는 제1모듈과 배터리 셀 또는 연료 셀과 같은 다수의 전력 생산 셀을 포함하는 제2모듈을 포함하는 전력 생산 유닛에 사용될 수 있으며, 상기 열교환기 구조물은 제1스택과 제2스택의 마주보는 표면들 사이에 배치되고 또한 하나 또는 다수의 유체 흐름 통로를 형성하며, 상기 열교환기 구조물은 배터리 유닛 내의 마주보는 셀들 사이의 상이한 분리 거리를 수용하도록 치수적으로 순응하며, 일부 예시적인 실시예에 있어서 제1 및 제2스택의 팽창 하에 압축되고 제1 및 제2스택의 후속의 수축 하에 팽창하도록 치수적으로 순응한다. 일부 예시적인 실시예에 있어서, 열전도를 강화하고 개별적인 배터리 셀 컨테이너의 표면 프로필의 불규칙성을 보상하기 위해 외측 커버 플레이트와 배터리 셀 컨테이너(104) 사이에 중간 재료 또는 구조물이 위치될 수 있다. 위에 제시된 다양한 실시예들은 단순한 예이며 본 발명의 범위를 결코 제한하지 않는다. 여기에 서술된 획신의 변화는 본 기술분야의 숙련자에게 명백할 것이며, 이런 변화는 본 발명의 의도한 범위 내에 있다. 특히, 위에 명백하게 서술되지 않은 특징들의 서브조합(sub-combination)으로 구성된 택일적인 실시예를 형성하기 위해, 위에 서술한 실시예의 하나 이상으로부터의 특징이 선택될 수 있다. 또한, 위에 명백하게 서술되지 않은 특징들의 조합으로 구성된 택일적인 실시예를 형성하기 위해, 위에 서술한 실시예의 하나 이상으로부터의 특징이 선택 및 조합될 수 있다. 이런 조합 및 서브조합에 적절한 특징은 본 발명을 전체적으로 검토함에 따라 본 기술분야의 숙련자에게 쉽게 명백해질 것이다. 여기와 청구범위에 서술된 주제는 기술의 모든 적절한 변화를 커버 및 포용할 것이 의도된다.
100: 배터리 유닛 104: 컨테이너
106: 셀 110: 열교환기
120: 입구 구정물 122: 출구 고정물
126: U 턴 통로

Claims (25)

  1. 배터리 유닛으로서:
    적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하는 제1배터리 모듈;
    적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하는 제2배터리 모듈; 및
    상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈 사이에 배치되며 상기 제1배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너와 접촉하는 제1측부와 상기 제2배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너와 접촉하는 제2측부를 갖는 열교환기를 포함하며,
    상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈은 마주보며 서로 떨어져 배치되어 있으며, 상기 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위해 적어도 하나의 내측 유체 흐름 통로를 한정하며, 상기 열교환기의 제1측부 및 제2측부는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 가로질러 상기 제1 및 제2배터리 모듈들 사이의 간격의 변화에 따르도록 탄성적으로 압축 가능하고,
    상기 열교환기가 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈 사이에 위치되어 계합되는 독립적으로 압축 가능한 다수의 지역을 포함하고,
    상기 열교환기는 함께 적층되는 다수의 플레이트로부터 형성되며, 제1외측 플레이트는 제1배터리 모듈과 접촉하는 열교환기의 제1측부를 형성하고, 제2외측 플레이트는 제2배터리 모듈과 접촉하는 열교환기의 제2측부를 형성하며, 상기 제1 및 제2외측 플레이트는 열교환기의 각각의 독립적으로 압축 가능한 지역과 각각 연관된 물리적으로 분리된 지역을 각각 포함하고,
    상기 열교환기는, 상기 열교환기는 마주보는 교합된 제1 및 제2내측 코어 플레이트, 상기 제1내측 코어 플레이트에 고정되는 제1외측 코어 플레이트, 상기 제2내측 코어 플레이트에 고정되는 제2외측 코어 플레이트를 포함하며, 상기 제1외측 플레이트는 제1외측 코어 플레이트에 고정되고 상기 제2외측 플레이트는 제2외측 코어 플레이트에 고정되며, 상기 플레이트들은 상기 적어도 하나의 내측 유체 흐름 통로를 함께 한정하여, 상기 열교환기의 독립적으로 압축 가능한 각각의 지역이 내부 흐를 챔버를 포함하고,
    상기 내부 흐름 챔버는 각각 상기 제1외측 플레이트 및 제2외측 플레이트에 의해 부분적으로 한정되어 상기 열효관기를 통해 흐를 때 열교환기 유체가 제1외측 플레이트의 내측면과 제2외측 플레이트의 내측면에 접촉하는
    배터리 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1배터리 모듈의 배터리 셀 컨테이너는 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 반대쪽으로 서로 떨어져서 위치되어, 상기 독립적으로 압축 가능한 각각의 지역은 제1배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너 사이에 위치되어 계합되며, 상기 독립적으로 압축 가능한 각각의 지역은 배터리 셀 컨테이너들 사이에 위치하며 그 간격에 따르는
    배터리 유닛.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 흐름 챔버는 적어도 하나의 유체 흐름 통로를 형성하기 위해 연속적으로 연결되며, 상기 적어도 하나의 유체 흐름 통로는 구불구불한 통로인
    배터리 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2외측 플레이트는 서로 평행하며 U 형 지역에 의해 함께 접합된 물리적으로 분리된 인접한 지역을 갖는 구불구불한 플레이트인
    배터리 유닛.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코어 플레이트는 열교환기의 독립적으로 압축 가능한 각각의 지역과 각각 연관된 탄성적으로 압축 가능한 물리적으로 분리된 코어 플레이트 지역을 포함하는
    배터리 유닛.
  8. 배터리 유닛으로서:
    적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하는 제1배터리 모듈;
    적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하는 제2배터리 모듈; 및
    상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈 사이에 배치되며 상기 제1배터리 모듈과 접촉하는 제1측부와 상기 제2배터리 모듈과 접촉하는 제2측부를 갖는 열교환기를 포함하며,
    상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈은 서로 떨어져 있으며, 상기 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위해 적어도 하나의 내측 유체 흐름 통로를 한정하며, 상기 열교환기의 제1측부 및 제2측부는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 가로질러 상기 제1 및 제2배터리 모듈들 사이의 간격의 변화에 따르도록 탄성적으로 압축 가능하고,
    상기 열교환기는,
    그 사이에 적어도 하나의 유체 흐름 통로를 한정하는 마주보는 제1 및 제2코어 플레이트; 상기 제1코어 플레이트의 외측면과 제1배터리 모듈 사이에 위치하여, 상기 제1 배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너와 접촉하는 실질적으로 평탄한 제1순응 플레이트 구조물; 및 상기 제2코어 플레이트의 외측면과 제2배터리 모듈 사이에 위치하여, 상기 제2 배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너와 접촉하는 실질적으로 평탄한 제2순응 플레이트 구조물을 포함하는
    배터리 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2순응 플레이트 구조물은 마주보는 교합된 플레이트를 각각 포함하며, 각각의 교합 플레이트는 독립적으로 압축 가능한 다수의 플레이트 지역을 갖는
    배터리 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마주보는 교합 플레이트는 제1 및 제2코어 플레이트 보다 얇은 재료로 형성되는
    배터리 유닛.
  11. 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈을 갖는 배터리 유닛을 위한 열교환기로서:
    상기 제1배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제2배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈은 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 반대쪽으로 서로 떨어져서 위치된 제1배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너로 서로 떨어져 있으며, 상기 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위해 각각의 유체 흐름 지역 내에 각각 위치되는 다수의 유체 흐름 챔버를 형성하며, 상기 각각의 유체 흐름 지역은 제1배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너 사이에 위치되어 계합되도록 형성되며, 상기 각각의 유체 흐름 지역은 유체 흐름 지역이 그 사이에 위치되는 배터리 셀 컨테이너들의 간격에 따르도록 다른 유체 흐름 지역과는 관계 없이 치수적으로 순응하며,
    상기 열교환기는 함께 적층되는 다수의 플레이트로부터 형성되며, 제1외측 플레이트는 제1배터리 모듈과 접촉하고 제2외측 플레이트는 제2배터리 모듈과 접촉하며, 상기 제1 및 제2외측 플레이트는 각각의 유체 흐름 지역과 각각 연관된 물리적으로 분리된 지역을 각각 포함하고,
    상기 열교환기는 마주보는 교합된 제1 및 제2내측 코어 플레이트, 상기 제1내측 코어 플레이트에 고정되는 제1외측 코어 플레이트, 상기 제2내측 코어 플레이트에 고정되는 제2외측 코어 플레이트를 더 포함하며, 상기 유체 흐름 챔버는 각각 상기 제1외측 플레이트 및 제2외측 플레이트에 의해 부분적으로 각각 한정되어 상기 열교환기를 통해 흐를 때 열교환기 유체가 제1외측 플레이트의 내측면과 제2외측 플레이트의 내측면에 접촉하는
    열교환기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유체 흐름 챔버는 열교환기를 통해 구불구불한 흐름 통로를 한정하도록 흐름 연통되는
    열교환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2외측 플레이트는 서로 평행하며 U 형 지역에 의해 접합된 물리적으로 분리된 인접한 지역을 갖는 구불구불한 플레이트인
    열교환기.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 코어 플레이트는 열교환기의 각각의 유체 흐름 지역과 각각 연관된 탄성적으로 압축 가능한 물리적으로 분리된 코어 플레이트 지역을 포함하는
    열교환기.
  16. 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈을 갖는 배터리 유닛을 위한 열교환기로서:
    상기 제1배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제2배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 제1배터리 모듈과 제2배터리 모듈은 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 반대쪽으로 서로 떨어져서 위치된 제1배터리 모듈의 다수의 배터리 셀 컨테이너로 서로 떨어져 있으며, 상기 열교환기는 열교환기 유체를 전달하기 위해 각각의 유체 흐름 지역 내에 각각 위치되는 다수의 유체 흐름 챔버를 형성하며, 상기 각각의 유체 흐름 지역은 제1배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너와 제2배터리 모듈의 각각의 배터리 셀 컨테이너 사이에 위치되어 계합되도록 형성되며, 상기 각각의 유체 흐름 지역은 유체 흐름 지역이 그 사이에 위치되는 배터리 셀 컨테이너들의 간격에 따르도록 다른 유체 흐름 지역과는 관계 없이 치수적으로 순응하며,
    그 사이에 유체 흐름 챔버를 한정하는 마주보는 제1 및 제2코어 플레이트, 상기 제1코어 플레이트의 외측면과 제1배터리 모듈 사이에 위치된 실질적으로 평탄한 제1순응 플레이트 구조물, 및 상기 제2코어 플레이트의 외측면과 제2배터리 모듈 사이에 위치된 실질적으로 평탄한 제2순응 플레이트 구조물을 포함하는
    열교환기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 및 제2순응 플레이트 구조물은 마주보는 교합된 플레이트를 각각 포함하며, 각각의 교합 플레이트는 독립적으로 압축 가능한 다수의 플레이트 지역을 갖는
    열교환기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 마주보는 교합 플레이트는 제1 및 제2코어 플레이트 보다 얇은 재료로 형성되는
    열교환기.
  19. 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈을 갖는 배터리 유닛을 위한 열교환기로서,
    상기 제1배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 각각의 배터리 셀 컨테이너는 한쌍의 사이드 패널, 한쌍의 단부 패널, 상부 패널 및 바닥 패널을 형성하고, 각각의 상기 사이드 패널은 제1방향을 따라서 연장하고 상기 상부 패널, 바닥 패널 및 단부 패널의 표면적보다 큰 표면적을 구비하고, 상기 다수의 배터리 셀 컨테이너는 서로 인접하여 배치되어 하나의 배터리 셀 컨테이너의 사이드 패널이 상기 제1배터리 모듈에 있는 상기 인접한 배터리 셀 컨테이너의 상기 사이드 패널과 면대면(surface-to-surface)으로 접촉하고;
    상기 제2배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 각각 수용하는 다수의 배터리 셀 컨테이너를 포함하며, 상기 각각의 배터리 셀 컨테이너는 한쌍의 사이드 패널, 한쌍의 단부 패널, 상부 패널 및 바닥 패널을 형성하고, 각각의 상기 사이드 패널은 상기 제1방향을 따라서 연장하고 상기 상부 패널, 바닥 패널 및 단부 패널의 표면적보다 큰 표면적을 구비하고, 상기 다수의 배터리 셀 컨테이너는 서로 인접하여 배치되어 하나의 배터리 셀 컨테이너의 사이드 패널이 상기 제2배터리 모듈에 있는 상기 인접한 배터리 셀 컨테이너의 상기 사이드 패널과 면대면으로 접촉하고;
    상기 제1배터리 모듈 및 제2배터리 모듈은 상기 제2배터리 모듈의 상기 다수의 각각의 배터리 셀 컨테이너의 상기 상부 패널과 반대쪽으로 서로 떨어져서 위치된 상기 제1배터리 모듈의 상기 다수의 배터리 셀 컨테이너의 상기 바닥 패널과 떨어져 있으며, 상기 열교환기는 상기 제1배터리 모듈의 상기 바닥 패널과 상기 제2배터리 모듈의 상기 상부 패널 사이에 배치되며,
    상기 열교환기는 상기 제1배터리 모듈에 있는 상기 다수의 상기 배터리 셀 컨테이너의 상기 다수의 바닥 패널을 가로질러 연장하며 이에 접촉하는 폐쇄된 제1측부와 상기 제2배터리 모듈의 상기 다수의 배터리 셀 컨테이너의 상기 다수의 상부 패널에 걸쳐서 연장하며 이에 접촉하는 폐쇄된 제2측부를 구비하며,
    상기 열교환기는, 상기 열교환기의 상기 폐쇄된 제1 및 제2 측부 사이에 둘러싸인 적어도 하나의 내측 유체 흐름 통로를 포함하고, 상기 적어도 하나의 내측 유체 흐름 통로는 상기 열교환기를 통해 열교환기 유체를 전달하기 위한 입구 단부 및 출구 단부를 구비하고, 상기 적어도 하나의 내측 유체 흐름 통로는 다수의 평행한 유체 흐름 챔버를 구비하며, 각각의 상기 유체 흐름 챔버는 상기 제1방향으로 연장하고 상기 내측 유체 흐름 통로의 각각의 유체 흐름 지역 내에 위치하며, 각각의 상기 유체 흐름 지역은 상기 제1방향으로 연장하고 상기 제1배터리 모듈을 형성하는 상기 다수의 배터리 셀 컨테이너의 어느 하나의 각각의 바닥 패널과 상기 제2배터리 모듈을 형성하는 상기 다수의 배터리 셀 컨테이너의 어느 하나의 각각의 상부 패널 사이에 전체적으로 위치하여 계합하고;
    각각의 유체 흐름 지역은 다른 유체 흐름 지역과는 독립적으로 치수적으로 순응하여 상기 유체 흐름 지역이 그 사이에 위치하는 상기 제1 및 제2배터리 모듈의 상기 배터리 셀 컨테이너의 상기 상부 및 바닥 패널 사이의 간격의 변화에 따르고;
    상기 다수의 평행한 유체 흐름 챔버는 연속적으로 상호 연결되어 각각의 유체 흐름 챔버가 그 일단부에서 상기 연속한 유체 흐름 챔버의 인접한 단부에 접합되고 이로써 각각의 유체 흐름 챔버는 연속한 유체 흐름 챔버와 유체 연통하여 상기 입구 단부와 상기 출구 단부 사이에서 연장하며 상기 열교환기의 상기 폐쇄된 제1 및 제2 측부 사이에서 전체적으로 둘러싸인 구불구불한 흐름 통로를 형성하고; 및
    상기 열교환기는 함께 적층되는 다수의 플레이트로부터 형성되고, 제1 외측 플레이트는 상기 열교환기의 상기 폐쇄된 제1측부를 형성하고 상기 제1배터리 모듈의 상기 다수의 배터리 셀 컨테이너의 상기 다수의 바닥 패널과 접촉하고, 제2 외측 플레이트는 상기 열교환기의 상기 폐쇄된 제2측부를 형성하고 상기 제2배터리 모듈의 상기 다수의 배터리 셀 컨테이너의 상기 다수의 상부 패널과 접촉하며, 상기 제1 및 제2 외측 플레이트는 상기 유체 흐름 지역을 형성하고, 각각의 상기 유체 흐름 지역은 상기 제1 및 제2 외측 플레이트에 형성된 긴 슬롯에 의해 상기 제1방향을 따라 각각의 상기 인접한 유체 흐름 지역으로부터 물리적으로 분리된,
    열교환기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 외측 플레이트는 상기 제1 방향을 따라 연장하며 U 형 부분에 의해 함께 연속적으로 접합된 다수의 평행한 커버 플레이트 지역을 포함하는 구불구불한 플레이트이고, 인접한 평행한 커버 플레이트 지역은 상기 긴 슬롯에 의해 서로 물리적으로 분리되어 떨어져 있고;
    상기 제1 외측 플레이트의 각각의 상기 커버 플레이트 지역은 상기 제1배터리 모듈에 있는 상기 배터리 셀 컨테이너의 각각의 어느 하나에 계합하고; 상기 제2 외측 플레이트의 각각의 상기 커버 플레이트 지역은 상기 제2배터리 모듈에 있는 상기 배터리 셀 컨테이너의 각각의 어느 하나에 계합하는
    열교환기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 열교환기는 마주보는 교합된 제1 및 제2내측 코어 플레이트, 상기 제1내측 코어 플레이트에 고정되는 제1외측 코어 플레이트, 상기 제2내측 코어 플레이트에 고정되는 제2외측 코어 플레이트를 포함하며, 상기 유체 흐름 챔버는 각각 상기 제1외측 플레이트 및 제2외측 플레이트에 의해 부분적으로 각각 한정되어 배터리 모듈들 사이로 흐를 때 열교환기 유체가 제1외측 플레이트 및 제2외측 플레이트에 접촉하는
    열교환기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 코어 플레이트는 상기 열교환기의 각각의 유체 흐름 지역과 각각 연관된 탄성적으로 압축 가능하며 물리적으로 분리된 코어 플레이트 지역을 포함하는
    열교환기.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 열교환기는, 상기 유체 흐름 챔버를 그 사이에 형성하는 마주보는 제1 및 제2 코어 플레이트, 상기 제1 코어 플레이트의 외측면과 상기 제1배터리 모듈 사이에 위치한 평탄한 제1 순응 플레이트 구조물 및 상기 제2 코어 플레이트의 외측면과 상기 제2배터리 모듈 사이에 위치한 평탄한 제2 순응 플레이트 구조물을 포함하는
    열교환기.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 및 제2순응 플레이트 구조물은 마주보는 교합된 플레이트를 각각 포함하며, 각각의 교합 플레이트는 독립적으로 압축 가능한 다수의 플레이트 지역을 갖는
    열교환기.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 마주보는 교합 플레이트는 제1 및 제2코어 플레이트 보다 얇은 재료로 형성되는
    열교환기.
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