KR102323356B1 - 인서트 사출을 통한 냉각 판넬과 플랜지 간의 결합 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 인서트 사출을 통한 냉각 판넬과 플랜지 간의 결합 구조는 상부 판넬, 상기 상부 판넬에 결합되는 하부 판넬, 상기 상부 판넬과 하부 판넬을 가압하여 형성되는 냉각 유로 및 상기 냉각 유로 상에서 이격 배치되는 사출 유로를 포함하고, 판넬 돌기가 형성된 상부 판넬 및 플랜지 결합구가 형성된 튜브 플랜지를 인서트 금형 상에 배치한 상태에서 상부 판넬과 튜브 플랜지 사이에 사출물을 공급하여 판넬 돌기 및 플랜지 결합구 간을 결속하는 방식으로 인서트 구조체를 형성한다.

Description

인서트 사출을 통한 냉각 판넬과 플랜지 간의 결합 구조{Joint structure between cooling panel and flange through insert injection}

본 발명은 배터리를 이루는 전지 셀을 냉각하기 위한 단열 냉각 판넬 상에 결합하는 튜브 플랜지를 상기 냉각 판넬과 플랜지 간의 인서트 사출을 통한 결합 구조에 관한 것이다.

전기차 또는 플러그인 하이브리드 등 배터리를 동력으로 쓰고 있는 자동차에서 배터리의 성능 유지 또는 수명 단축 방지를 위해서는 배터리의 온도 관리가 필요하다.

특히, 배터리의 온도가 관리되지 않아 과열되면 배터리의 수명 저하는 물론 과열에 의한 화재의 원인이 된다.

종래에 배터리를 이루는 연료 전지 셀의 냉각 시트는 냉각용 유체가 흐르는 관에 알루미늄의 열전도 시트가 브레이징 용접 또는 전지의 열에너지를 전달하도록 구성되어 있다. 이는 연료 전지 셀 단위의 냉각 방식으로 많이 사용되고 있다.

연료 전지 셀을 포함하는 단위 모듈 상에서 상기 냉각 모듈을 이루는 냉각핀의 경우도 셀 단위로 전지와 냉각핀을 접촉시켜 냉각하는 것은 동일한 개념이다. 한편, 단위 모듈을 이루는 냉각핀의 형상, 모양 또는 배치의 차이는 있을 수 있다.

본 출원인에 의해 진행된 기존 발명에 따른 배터리의 냉각 판넬을 보면, 인서트 금형 상에 삽입 배치된 상부 판넬과 하부 판넬에 형성된 사출 유로 상에 플라스틱 레진과 같은 사출물을 주입하는 과정을 통해 상부 판넬과 하부 판넬을 결합하는 방식을 통해 상기 냉각 판넬 상에 쿨링 채널을 형성한다.

한편, 냉각 판넬에 형성된 냉각 유로 상에 냉각수의 유동을 가능하게 하도록 상기 냉각 판넬을 이루는 상부 판넬 상에 냉각수 입출구를 형성하는 과정에서 상기 상부 판넬과 소정의 길이를 갖는 튜브 컨넥터를 연결하기 위해 상기 상부 판넬과 튜브 컨넥터 간을 브레이징 또는 용접 공법으로 연결하고 있다. 다만, 이는 원가 상승 및 생산성 저하, 품질 문제 우려 위험이 높다

전지셀을 냉각시키기 위해 전지셀에 배치된 금속 냉각 플레이트와 관련된 기술을 제시하는 종래의 문헌으로는 한국공개특허문헌 제10-2014-0123901호를 참조할 수 있다. 상기 공개특허는 전지셀들에서 발생하는 열에너지를 상기 전지셀들에 밀착 결합된 유연성 열전도 시트(72) 및 냉각핀(40)의 튜브(70)를 통해서 방출하게 하는 내용을 개시한다.

(특허문헌 1) KR10-2014-0123901 A

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 배터리를 이루는 전지 셀을 냉각하기 위한 냉각 판넬을 이루는 상부 판넬과 상기 상부 판넬에 결합되는 튜브 플랜지 간의 접합 강도를 높이기 위하여 상기 상부 판넬과 튜브 플랜지 간을 인서트 사출 공법을 통해 결합하는 구조를 갖는 결합 구조를 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인서트 사출을 통한 냉각 판넬과 플랜지 간의 결합 구조는 상부 판넬, 상기 상부 판넬에 결합되는 하부 판넬, 상기 상부 판넬과 하부 판넬을 가압하여 형성되는 냉각 유로 및 상기 냉각 유로 상에서 이격 배치되는 사출 유로를 포함하고, 판넬 돌기가 형성된 상부 판넬 및 플랜지 결합구가 형성된 튜브 플랜지를 인서트 금형 상에 배치한 상태에서 상기 상부 판넬과 튜브 플랜지 사이에 사출물을 공급하여 상기 판넬 돌기 및 플랜지 결합구 간을 결속하는 방식으로 인서트 구조체를 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 인서트 구조체는 상기 판넬 돌기를 덮는 방식으로 형성되는 플레이트 형상의 인서트 플레이트 및 상기 인서트 플레이트에서 상부 방향으로 형성되는 인서트 몸체를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 인서트 몸체 상에 형성된 결합 리브는 상기 플랜지 결합구 내에 형성된 플랜지 결합홈 상에 대응하는 것이 바람직할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리의 단열 냉각 판넬은 배터리를 이루는 전지 셀을 냉각하기 위한 냉각 판넬을 이루는 상부 판넬과 상기 상부 판넬에 결합되는 튜브 플랜지 간의 접합 강도를 높이기 위하여 상기 상부 판넬과 튜브 플랜지 간을 인서트 사출 공법을 통해 결합하는 구조를 갖는 결합 구조를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 상부 판넬과 튜브 컨넥터 간을 인서트 사출 방식으로 결합한 상태를 보인다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 상부 판넬과 튜브 컨넥터 간을 인서트 사출 방식으로 결합한 상태를 보인다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따라 상부 판넬과 튜브 컨넥터 간을 인서트 사출 방식으로 결합한 상태를 보인다.
도 4는 사출 게이트를 통하여 인서트 구조체를 구조체를 형성하는 것을 보인다.
도 5는 본 발명이 적용되는 단열 냉각 판넬에 대한 전체적인 결합 상태를 보이는 사시도이다.
도 6은 도 5에 대한 후방 사시도를 보인다.
도 7은 배터리의 냉각 판넬을 구성하는 상부 판넬 구조를 보인다.
도 8은 배터리의 냉각 판넬을 구성하는 하부 판넬 구조를 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 배터리를 이루는 전지 셀을 냉각하기 위한 냉각 판넬을 이루는 상부 판넬과 상기 상부 판넬에 결합되는 튜브 플랜지 간의 접합 강도를 높이기 위하여 상기 상부 판넬과 튜브 플랜지 간을 인서트 사출 공법을 통해 결합하는 구조를 통해 접착 강도를 높인다는 것을 핵심적인 특징으로 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 인서트 사출을 통한 냉각 판넬과 플랜지 간의 결합 구조를 설명한다.

본 발명은 냉각 판넬(100)에 형성된 냉각 유로 상에 냉각수의 유동을 가능하게 하도록 상기 냉각 판넬(100)을 이루는 상부 판넬 상에 냉각수 입출구를 형성하는 과정에서 상기 상부 판넬과 소정의 길이를 갖는 튜브 컨넥터(200)를 연결하기 위해 상기 상부 판넬과 튜브 컨넥터 간을 인서트 사출 방식으로 연결한다.

즉, 상단에 판넬 돌기(130)가 형성된 상부 판넬 및 중공 형상의 플랜지 결합구(220)가 형성된 튜브 플랜지(200)를 인서트 금형 상에 배치한 상태에서, 상기 상부 판넬(100)과 튜브 플랜지(200) 사이에 사출물을 공급하여 상기 판넬 돌기 및 플랜지 결합구 간을 결속하는 방식으로 인서트 구조체(300)를 형성한다.

한편, 도 4를 참조하면 상부 판넬(100)과 튜브 플랜지(200)가 인서트 금형 상에 배치되었다고 가정한 상태에서, 상기 상부 판넬(100)과 튜브 플랜지(200) 간의 인접 부위 사이로 용융 수지의 유입이 가능하도록 사출 게이트(10)를 인서트 금형 상에 배치하게 한다. 즉, 상부 판넬(100)과 튜브 플랜지(200)의 측면을 용유 수지의 유입이 가능하도록 함으로써 인서트 구조체(300)를 상부 판넬(100)과 튜브 플랜지(200)의 내부 상에 형성하게 한다.

상기 판넬 돌기(130)는 냉각 유로에 연통하도록 상부 판넬 상에 결합 형성된다. 구체적으로는 중공 원통 형상을 갖는 짧은 튜브 형태를 갖는다.

상기 인서트 구조체(300)는 판넬 돌기를 덮는 방식으로 형성되는 플레이트 형상의 인서트 플레이트(310) 및 상기 인서트 플레이트에서 상부 방향으로 형성되는 인서트 몸체(320)를 포함한다. 구체적으로는, 넓은 판재 형상을 갖는 인서트 플레이트의 중앙부 상에 상부 방향을 따라 형성된 중공 원통 형상을 갖도록 인서트 몸체가 형성되는 것일 수 있다.

한편, 상기 인서트 몸체 상에 형성된 결합 리브(322)는 상기 플랜지 결합구(220) 내에 형성된 플랜지 결합홈 상에 대응하도록 형성된다.

상기 결합 리브(322)는 인서트 몸체의 외주면을 따라 원주 방향으로 형성되는 동시에 다단으로 형성된다. 한편, 상기 결합 리브는 인서트 몸체의 외주면 상에서 상하 방향을 따라 길게 형성되는 동시에 원주 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 형성된다.

다음으로, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 인서트 사출을 통한 냉각 판넬과 플랜지 간의 결합 구조가 적용되는 배터리의 냉각 판넬에 대한 기본적인 구성을 설명한다.

본 발명에 따른 배터리의 냉각 판넬은 인서트 금형 상에 삽입 배치된 상부 판넬(110)과 하부 판넬(120)에 형성된 사출 유로(150) 상에 플라스틱 레진과 같은 사출물을 주입하는 과정을 통해 상부 판넬(110)과 하부 판넬(120)을 결합하는 것과 동시에 냉각 유로(140)의 양측 상에 결합되는 입출구를 일체적으로 형성한 구조체를 형성한다.

냉각 판넬을 이루는 상부 판넬(110)은 인서트 금형을 구성하는 상부 금형에 인서트되는 것으로서, 상부 판넬(110)을 이루는 상부 양끝단에 배치된 입출구를 통해 연통 가능하게 형성되는 상부 냉각 유로(111), 상부 냉각 유로(111)와 이격 형성되는 상부 사출 유로(113) 및 상부 냉각 유로(111)와 상부 사출 유로(113) 사이에 배치된 상태에서 상기 유로(111,113) 간의 물질 이동을 방지하는 기능을 담당하는 상부 습합부(115)를 포함한다. 상기 상부 냉각 유로(111), 상부 사출 유로(113) 및 상부 습합부(115)는 인서트 금형 삽입 전에 상부 판넬(110)에 대한 냉간 스템핑을 통해 사전 가압 프레싱 공정을 통해 형성된다. 한편, 상부 판넬(110)의 일측 상에는 상부 냉각 유로(111) 에서의 냉각수 유입 및 유출을 가능하게 하는 냉각수 입구(118) 및 냉각수 출구(119)가 형성된다. 상기 냉각수 입구(118) 및 냉각수 출구(119) 상에는 각각 조인트 플랜지가 인서트 성형 방식으로 결합되는 것일 수 있다. 즉, 냉각수 입출구(118,119)에 결합되는 중공 형상의 튜브 플랜지(200)와 상부 판넬(110) 과의 사이에 사출물을 공급하여 결속하는 방식으로 상기 튜브 플랜지와 상부 판넬(110) 내부의 공간 상에 경화된 사출물을 통해 인서트 구조체(300)를 형성함으로써 결합을 가능하게 한다.

상부 냉각 유로(111)는 전체적으로는 상부 판넬(110) 상에서 상하로 각각 배치된 냉각수 입출구를 연결하는 방향을 따라서 상부 판넬(110)의 길이 방향을 따라 연속적으로 형성되는데, 구체적으로는 상하부 양끝단에 비해 상부 판넬(110) 상에서 상대적으로 길이가 양측단을 향하여 형성하되, 상기 상부 판넬(110)을 상하부로 반분한 상태에서 상부 판넬(110)의 일측에 배치된 냉각수 입구로 유입된 냉각수가 타측에서 유턴하여 다시 일측에 배치된 냉각수 출구로 배출되는 구조를 갖는다. 즉, 상부 냉각 유로(111)는 상부 일측단에서 시작되어 상부 타측단으로 향하는 방향으로 형성된 후에 U턴하여 다시 하부 타측단에서 하부 일측단을 향하여 형성되는 과정을 반복하여 형성되어 냉각 면적을 증가시킴으로서 유입된 냉각유체를 통한 냉각 효율을 증대시킨다. 상기에서, 상부 냉각 유로(111)는 좌측 상에 냉각수 입출구가 놓은 상태로서, 전체적으로는 ⊃ 형태의 유로를 중첩적으로 형성한 것일 수 있다.

냉각 판넬을 이루는 하부 판넬(120)은 인서트 금형을 구성하는 하부 금형에 인서트되는 것으로서, 하부 판넬(120)의 양측에 배치된 입출구를 통해 연통 가능하게 형성되는 하부 냉각 유로(121), 하부 냉각 유로(121)와 이격 형성되는 하부 사출 유로(123) 및 하부 냉각 유로(121)와 하부 사출 유로(123) 사이에 배치된 상태에서 상기 유로(121,123) 간의 물질 이동을 방지하는 기능을 담당하는 하부 습합부(125)를 포함한다. 상기 하부 냉각 유로(121), 하부 사출 유로(123) 및 하부 습합부(125)는 인서트 금형 삽입 전에 하부 판넬(120)에 대한 냉간 스템핑을 통해 사전 가압 프레싱 공정을 통해 형성된다.

하부 냉각 유로(121)는 전체적으로는 하부 판넬(120) 상에서 상하로 각각 배치된 입출구를 연결하는 방향을 따라서 하부 판넬(120)의 길이 방향을 따라 연속적으로 형성되는데, 구체적으로는 상하부 양끝단에 비해 하부 판넬(120) 상에서 상대적으로 길이가 양측단을 향하여 형성하되, 상기 하부 판넬(120)을 상하부로 반분한 상태에서 하부 판넬(120)의 일측에 배치된 냉각수 입구로 유입된 냉각수가 타측에서 유턴하여 다시 일측에 배치된 냉각수 출구로 배출되는 구조를 갖는다. 즉, 하부 냉각 유로(121)는 상부 일측단에서 시작되어 상부 타측단으로 가로질러 형성된 후에 U턴하여 다시 하부 타측단에서 하부 일측단을 향하여 가로질러 형성되는 과정을 반복하여 형성되어 냉각 면적을 증가시킴으로서 유입된 냉각유체를 통한 냉각 효율을 증대시킨다. 상기에서, 하부 냉각 유로(121)는 좌측 상에 냉각수 입출구가 놓은 상태로서, 전체적으로는 ⊃ 형태의 유로를 중첩적으로 형성한 것일 수 있다.

상부 판넬(110) 및 하부 판넬(120)은 인서트 금형 상에 안착된 상태에서, 상기 인서트 금형이 형폐되고 습합될 때 상부 습합부(115)와 하부 습합부(125)를 통해 이루어지는 습합 부분은 인서트 금형으로 공급된 사출물이 유동하지 않도록 압축을 받는다.

상부 금형 상에 상부 판넬(110)을 인서트하고, 하부 금형 상에 하부 판넬(120)을 인서트한 상태에서 상하부 금형을 형폐하는 과정을 통해 상부 판넬(110)과 하부 판넬(120)을 가압하여 냉각 유로(140) 및 사출 유로(150)를 형성한다. 상기 과정에서, 상부 습합부(115) 및 하부 습합부(125)는 서로 밀착된 상태로 면가압이 이루어짐으로써 냉각 유로(140)와 사출 유로(150) 사이에 확실한 밀폐를 이루게 한다. 즉, 상하부 습합부(115,116)를 통해서 사출 유로(150)에 유입된 플라스틱 레진(R)의 냉각 유로(140)로의 누설을 사전에 방지한다.

사출 유로(150) 상에 플라스틱 레진(R)을 공급하는 과정에서, 상부 사출 유로(113)와 하부 사출 유로(123)는 유입된 사출물과 반응하여 금속 및 플라스틱 접합(MPA,Metal-Plastics Adhesion)을 이루게 된다.

상하부 판넬(110,120)을 이루는 금속은 기본적으로 알루미늄, 서스, 철, 구리, 마그네슘, 티타늄을 포함한 금속 그룹 중 어느 하나의 금속일 수 있다.

사출물로 적용 가능한 수지는 금속 종류에 따라 접합 강도는 다르지만 PC, PP, PPA, PPS, PA6, PBT 등을 포함한 물질 중 어느 하나를 채용할 수 있다.

상부 사출 유로(113)와 하부 사출 유로(123)의 내부면 상의 금속 표면을 에칭 등을 통해 약품처리하여 복수의 미세한 홈을 만든 후 홈 속에 플라스틱 수지를 인서트 사출방식으로 주입하게 한 후 상기 홈 속에서 플라스틱이 굳어져 접합되는 방식으로 진행한다.

상기와 같이, 상부 사출 유로(113)와 하부 사출 유로(123) 사이에 플라스틱 수지를 주입하여 금속들 사이에 배치된 수지를 통해 접합함으로써 기존의 본딩 접착 보다 접합 성능이 뛰어나 제품 품질 향상을 가능하게 한다. 즉, 금속 재질인 사출 유로(150)의 내부면 상에 표면처리 만으로 인서트 사출 및 융착을 통해 접합을실시하여 기존 공정들에 비해 적은 공정수를 가능하게 하여 단가 하락에 기여한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배터리의 단열 냉각 판넬은 배터리를 이루는 전지 셀을 냉각하기 위한 냉각 판넬을 이루는 상부 판넬과 상기 상부 판넬에 결합되는 튜브 플랜지 간의 접합 강도를 높이기 위하여 상기 상부 판넬과 튜브 플랜지 간을 인서트 사출 공법을 통해 결합한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 냉각 판넬
200 : 튜브 컨넥터
300 : 인서트 구조체
110 : 상부 판넬
111 : 상부 냉각 유로
113 : 상부 사출 유로
115 : 상부 습합부
120 : 하부 판넬
121 : 하부 냉각 유로
123 : 하부 사출 유로
125 : 상부 습합부
130 : 판넬 프레임
140 : 냉각 유로

Claims (3)

1. 인서트 사출을 통한 냉각 판넬과 튜브 플랜지 간의 결합 구조에 있어서,
   상기 냉각 판넬은 상부 판넬, 상기 상부 판넬에 결합되는 하부 판넬, 상기 상부 판넬과 하부 판넬을 가압하여 형성되는 냉각 유로 및 상기 냉각 유로 상에서 이격 배치되는 사출 유로를 포함하고,
   상단에 판넬 돌기가 형성된 상기 상부 판넬;
   중공 형상의 플랜지 결합구가 형성된 튜브 플랜지; 및
   인서트 금형에 배치된 상기 상부 판넬과 튜브 플랜지 사이에 사출물을 공급하여 상기 판넬 돌기 및 플랜지 결합구 간을 결속하는 방식으로 형성된 인서트 구조체를 포함하고,
   상기 인서트 구조체는 상기 판넬 돌기를 덮는 방식으로 형성되는 플레이트 형상의 인서트 플레이트 및 상기 인서트 플레이트에서 상부 방향으로 형성되는 중공 원통 형상을 갖는 인서트 몸체를 포함하고,
   상기 인서트 몸체 상에 형성된 결합 리브는 인서트 몸체의 외주면을 따라 원주 방향으로 형성되는 동시에 다단으로 형성되는 한편, 상기 인서트 몸체의 외주면 상에서 상하 방향을 따라 길게 형성되는 동시에 원주 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 인서트 사출을 통한 냉각 판넬과 플랜지 간의 결합 구조.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 인서트 몸체 상에 형성된 결합 리브는 상기 플랜지 결합구 내에 형성된 플랜지 결합홈 상에 대응하는, 인서트 사출을 통한 냉각 판넬과 플랜지 간의 결합 구조.

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