KR20120083375A - 전기화학 셀을 위한 가열 싱크 및 가열 싱크를 접속시키기 위한 방법 - Google Patents

전기화학 셀을 위한 가열 싱크 및 가열 싱크를 접속시키기 위한 방법 Download PDF

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토마스 헥켄베르거
한스-게오르크 헤르만
토비아스 이저마이어
로만 로렌츠
미하엘 모저
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베헤르 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은 전기화학 셀(120)을 위한 가열 싱크(110)에 관한 것이다. 가열 싱크(110)는 전기화학 셀(120)에 커플링되도록 설계된 셀 영역(112), 냉각판(130)에 기계적으로 및 열적으로 접속되도록 설계된 접속 영역(116), 및 셀 영역(112)과 접속 영역(116) 사이에 배열되고 가열 싱크(110)의 유연한 폴드를 포함하는 폴드 영역(114)을 포함한다.

Description

전기화학 셀을 위한 가열 싱크 및 가열 싱크를 접속시키기 위한 방법{HEAT SINK FOR AN ELECTROCHEMICAL CELL AND METHOD FOR CONNECTING A HEAT SINK}
본 발명은 전기화학 셀을 위한 냉각 시트, 전기화학 셀을 위한 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법, 및 셀 디바이스에 관한 것이다.
리튬 이온 셀들을 특히 포함하는 셀 스택을 집적된 냉각 소자를 이용하여 가열 싱크에 접속시키기 위해 다양한 옵션들이 존재한다.
독일 특허공개공보 제 DE 10 2007 063 176 A1은, 상이한 설계들에서 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 가능성들을 설명한다.
독일 특허공개공보 제 DE 10 2007 066944.4는, 특히 냉각 시트를 열 경로로서 갖는 판형상(flat) 배터리 셀들의 냉각을 설명한다. 시트들이 냉각판과 열접촉하며, 이러한 접촉이 캐스팅(cast)에 의해 생성된다고 함에 유의한다.
독일 특허공개공보 제 DE 102 23 782 B4는, 장축 방향에서 셀들에 측면으로 접하는 냉각 소자들 및 기본판을 포함하는, 원형(round) 셀들을 위한 냉각 디바이스를 설명한다. 셀들은 강제-맞춤(force-fitting) 방식으로 냉각 디바이스에 접속되며, 접하는 냉각 소자들은 갭 포메이션 및 열 전달의 문제점을 개선시키기 위한 연장 조인트들을 갖는다.
냉각판 상에서 냉각 시트들의 접착 또는 캐스팅(casting)의 기술은 원하는 영속성 및 프로세스 능력을 갖지 않으며, 부분들은 다시 분리될 수 없다. 즉, 결함있는 셀들이 대체될 수 없다.
대안적으로, 셀들 또는 모듈들은 강제-맞춤 방식으로 가열 싱크에 접속될 수 있다. 열 전달은, 셀 몸체(body) 또는 셀 캐스팅으로부터 직접 가열 싱크로 또는 냉각 소자들을 통해 간접적으로 가열 싱크로 발생한다. 큰 접촉 표면 및 그에 의한 양호한 열 전달을 달성하기 위해, 상당한 비용을 초래하는 작은 제조 공차들 또는 매우 유연한 소자들이 필요하다.
최적의 열 전달은 재료 접착 접속을 통해 발생한다. 그러나, 현재의 재료 접착 접속들은, 제조 프로세스로부터 초래하는 높은 온도 입력 때문에 셀의 품질에 해롭다. 이와 대조적으로, 낮은 온도 입력을 갖는 재료 접착 접속들은 동적 응력들 때문에 열화하거나 느슨해질 수 있거나, 더 이상 결함있는 셀들을 대체하도록 디어셈블리되지 못할 수 있다.
전기화학 셀을 위한 개선된 냉각 시트, 냉각 시트를 접속시키기 위한 개선된 방법, 및 개선된 셀 디바이스를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이러한 목적은, 청구항 제 1 항에 기재된 전기화학 셀을 위한 냉각 시트, 청구항 제 3 항에 기재된 전기화학 셀을 위한 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법, 및 청구항 제 8 항에 기재된 셀 디바이스에 의해 달성된다.
본 발명은, 전기화학 셀들, 특히, 리튬 이온 셀들이, 강제-맞춤으로, 재료 접착에 의해, 또는 강제-맞춤 및 재료 접착에 의해, 가열 싱크, 예를 들어, 유체가 흐르는 냉각판에 접속될 수 있는 냉각 시트에 부착될 수 있다는 사실에 기초한다. 이러한 경우에서, 냉각 시트를 위한 본 발명의 설계는, 냉각 시트의 냉각판으로의 기계적 접속 사이의 디커플링 및 냉각 시트와 냉각판 사이의 열 접촉이 폴드 영역(fold region)에 의해 실현될 수 있다는 것을 고려한다.
유리하게, 이러한 접근법에 따르면, 강제-맞춤 접속 및 열 접촉의 디커플링에 의해 냉각 시트와 냉각판 사이의 열적으로 더 양호한 접촉이 달성될 수 있다. 부가적으로, 설계는 열 접촉에 대한 기계적 응력을 회피하는 것을 가능하게 한다. 또한, 접속의 제거가능성 및 그에 의한 셀들의 대체가 셀들에 해로운 열 영향없이 가능하다. 이것은 특히 강제-맞춤 접속의 경우에 적용된다.
재료 접착 접속이 실현되면, 셀에 대한 부정적인 열 영향이 존재하지 않으면서 재료 접착 접속을 통한 최적의 열 전달이 그에 따라 존재한다. 본 발명에 따르면, 디커플링 때문에 재료 접착 접속에 대한 기계적 응력이 존재하지 않는다. 또한 재료 접착 접속의 경우에서도, 강제-맞춤 접속이 부가적으로 실현될 수 있다.
본 발명은 다음의 특성들, 즉, 전기화학 셀에 커플링되도록 설계된 셀 영역; 냉각판에 기계적으로 및 열적으로 접속되도록 설계된 접속 영역; 및 셀 영역과 접속 영역 사이에 배열되고 냉각 시트의 유연한 폴드를 포함하는 폴드 영역을 갖는 전기화학 셀을 위한 냉각 시트를 제공한다.
냉각 시트는 양호한 열-전도 속성들을 갖는 금속 스트립 또는 금속판일 수 있어서, 냉각 시트는 전기화학 셀로부터 떨어져서 열을 잘 전도할 수 있다. 또한, 냉각 시트의 재료 속성들은, 냉각 시트가 한편으로는 전기화학 셀에 대한 지지부로서 기능하도록 필요한 안정성 및 강도를 갖도록 설계될 수 있다. 다른 한편으로는, 냉각 시트는, 냉각판에서 대응하여 형상화된 리세스 또는 스루(through) 개구를 매칭하도록 에지들이 제공되고 그에 따라 냉각판에 부착되도록, 힘의 적용으로 재형상화될 수 있다. 냉각 시트는 그의 전체 길이 또는 부분 영역들에 걸쳐 2개의 부분들로서 제조될 수 있다. 이것은, 냉각 시트가 예를 들어 2개의 평행한 금속 시트들로 구성된다는 것을 의미한다. 2개의 금속 시트들은 예를 들어, 셀 영역에서 서로 고정적으로 접속될 수 있다. 이와 대조적으로, 폴드 영역 및 접속 영역에서, 2개의 금속 시트들은 이격될 수 있다.
냉각 시트의 셀 영역은, 전기화학 셀이 부착될 수 있는 냉각 시트의 직선 섹션인 것으로 이해될 수 있다. 전기화학 셀은 셀 영역에 의해 지지되고 냉각될 수 있다. 예를 들어, 전기화학 셀은 냉각 시트의 셀 영역 상에 접착될 수 있다. 그러나, 냉각 시트의 셀 영역은 또한 전기화학 셀로 통합될 수 있다. 추가적으로, 셀 영역은 2개 이상의 전기화학 셀들을 차지하도록 설계될 수 있다.
냉각 시트의 접속 영역은, 예를 들어 냉각판의 스루 개구에 배치될 수 있는 냉각 시트의 섹션일 수 있다. 접속 영역은, 접속 영역이 냉각판에 대하여 스루 개구 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 놓여지는 방식으로 삽입 동안 또는 그 후에 재형상화될 수 있다. 냉각 시트와 냉각판 사이의 기계적 및 열 접속은 대응하는 접촉 영역들에 의해 형성될 수 있다. 열 접속은 개구 표면에 대한 접속 영역의 놓여짐으로부터 발생한다. 열은 열 접속을 통해 냉각 시트로부터 냉각판으로 소산될 수 있다. 기계적 접속은 강제-맞춤으로 및/또는 재료 접착에 의해 행해질 수 있다. 강제-맞춤 접속은, 스루 개구에 삽입되고 가압력을 접속 영역에 가하는 쐐기(wedge)에 의해 달성될 수 있다. 특히, 접속 영역은 가압력에 의해 재형상화되고, 그에 의해, 스루 개구의 표면 윤곽에 적응될 수 있다. 재료 접착 접속은, 예를 들어, 냉각판의 개구 표면으로의 접속 영역의 땜납에 의해 달성될 수 있다. 열 전달은 냉각 시트 및 냉각판의 재료 접착 접속에 의해 추가적으로 개선될 수 있다. 부가적으로, 열 전달은 폴드 영역이 냉각판의 표면에 접하게 함으로써 개선될 수 있다.
폴드 영역은 하나 이상의 폴드들, 벤드(bend)들, 또는 금속 스트립의 버클링(buckling)에 의해 형성될 수 있다. 폴드의 유연성 때문에, 길이 방향의 공차들의 보상이 가능하다. 이것은, 냉각 시트의 길이가 폴드의 분리에 의해 증가될 수 있고 폴드의 압축에 의해 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 유리하게, 그에 의해, 냉각 시트의 길이는 냉각판과 대향 지지부 사이의 미리 정의된 거리로 조정될 수 있다. 폴드 영역은 스프링으로서 작용할 수 있다.
본 발명의 냉각 시트의 일 실시형태에 따르면, 적어도, 접속 영역 및 폴드 영역 각각은 2개의 이격되고 대칭적으로 배열된 섹션들을 가질 수 있다. 상기 실시형태에 따르면, 그 후, 그에 의한 냉각 시트의 금속 스트립들이 셀 영역에서 2개의 스트랜드(strand)들로 분할될 수 있다. 분할은, 디커플링 영역이, 외부로 그리고 다시 내부로 미러 이미지로 폴딩되는 2개의 레그(leg)들을 특징으로 하는 형태일 수 있으며, 힘의 적용으로 각각의 경우에서 함께 가압 및 분리될 수 있다. 따라서, 디커플링 영역은 스프링으로서 또한 기능할 수 있고 대응하는 복원력들을 제공할 수 있다. 유리하게, 냉각 시트 스트립의 폴딩의 이러한 타입은 실현하기에 기술적으로 간단하다. 한편으로, 폴드는 셀의 하부측에 대한 보호를 제공할 수 있고, 다른 한편으로는 셀 영역과 접속 영역 사이의 냉각 시트의 노출된 영역에서 보상 영역을 생성할 수 있다. 접속 영역의 섹션에서, 냉각 시트의 2개의 부분들은 냉각판의 스루 개구에 삽입될 수 있다. 2개의 부분들은 스루 개구의 대향 벽 영역들에 접할 수 있다. 대안적으로, 전체 냉각 시트는 또한 2개의 부분들로 구성될 수 있으며, 그에 의해, 그들은 셀 영역 섹션에 인접하고 서로 접속될 수 있다.
본 발명은 전기화학 셀을 위한 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법을 추가적으로 제공하며, 그에 의해, 그 방법은 다음의 단계들, 즉, 본 발명의 냉각 시트를 제공하는 단계; 냉각판을 제공하는 단계 － 냉각판은 냉각 시트의 접속 영역을 수용하기 위한 스루 개구를 가짐 －; 냉각 시트의 폴드 영역이 냉각판 상에 놓여질 때까지, 냉각판의 스루 개구로 냉각 시트의 접속 영역을 삽입하는 단계; 냉각판의 스루 개구에 냉각 시트를 고정시키기 위해, 냉각 시트 상에서 냉각판의 방향으로 작용하는 가압력을 제공하는 단계; 및 냉각 시트의 접속 영역을 강제-맞춤으로 냉각판에 접속시키기 위해, 폴드 영역에 대향하는 냉각판 측의 스루 개구로 조임(fastening) 소자를 끼워넣는 단계를 포함한다.
냉각 시트의 접속 영역을 스루 개구에 삽입하는 단계에서, 냉각 시트의 폴드 영역은 어셈블리 프로세스에서 발생하는 힘들에 의해 함께 가압되고 복원 스톱(resilient stop)을 형성할 수 있어서, 한편으로는 냉각 시트가 삽입 동안 느려지고, 다른 한편으로는 스루 개구에 추가적으로 삽입되지 않는다. 따라서, 삽입 동안의 가능한 충격들이 흡수될 수 있고 냉각판의 표면에 대한 전기화학 셀의 타격이 방지된다는 점에서 전기화학 셀이 손상으로부터 보호될 수 있다. 추가적으로, 폴드 영역은 냉각 시트의 어셈블리 동안 유지될 더 큰 공차 범위를 허용하는데, 그 이유는 그 어셈블리 이후의 냉각 시트의 길이가 유연한 폴드 영역으로 인해 변경될 수 있기 때문이다, . 유리하게, 조임 소자는 쐐기 형상을 가질 수 있다. 접속 영역 내의 냉각 시트가 2개의 냉각 시트 스트립들을 갖는다면, 그에 따라 조임 소자는, 냉각 시트 스트립들과 냉각판 사이에서 강제 맞춤을 생성하기 위해, 2개의 냉각 시트 스트립들 사이에 용이하게 끼워넣어질 수 있다.
또한, 접속 영역의 재형상화는 조임 소자를 끼워넣는 단계에서 발생할 수 있다. 재형상화 이전에, 접속 영역은 2개의 평행한 냉각 시트 섹션들을 가질 수 있다. 재형상화는 그 접속 영역을 초래할 수 있으며, 따라서 예를 들어 2개의 평행한 냉각 시트 섹션들은 스루 개구의 내부벽에 접한다. 예를 들어, 스루 개구 및 조임 소자 양자가 서로 대응하는 형상들 예를 들어, 에지들을 갖는다는 점에서 재형상화가 달성될 수 있다. 따라서, 소임 소자를 끼워넣는 동안의 냉각 시트의 접속 영역은, 접속 영역이 형성-맞춤으로 냉각판에 접속되는 방식으로 유리하게 재형상화될 수 있다. 이러한 방식으로, 강제-맞춤 접속에 부가하여, 형성-맞춤 접속이 생성될 수 있으며, 이는 냉각 시트의 냉각판으로의 훨씬 더 안전하고 더 강건한 커플링을 가능하게 한다.
조임 소자를 제거하는 단계는 조임 소자를 끼워넣는 단계 이후에 발생할 수 있다. 강제-맞춤 또는 형상-맞춤 접속만이 존재하면, 조임 소자의 제거 이후 냉각 시트는 냉각판으로부터 용이하게 빠질 수 있다. 이것은, 인접한 셀들에 손상을 주지 않으면서, 결함있는 셀을 갖는 냉각 시트를 간단한 방식으로 스루 개구로부터 제거하는데 유리하다.
또한, 접속 영역 및/또는 폴드 영역의 냉각판으로의 재료 접착 접속의 단계는, 조임 소자를 제거하는 단계 이후에 발생할 수 있다. 재료 접착 접속의 단계는 예를 들어, 쐐기 또는 땜납 프로세스를 통해 발생할 수 있다. 유리하게, 재료 접착 접속에 의해, 냉각 시트로부터 냉각판으로의 열 전달은 강제-맞춤 접속과 비교하여 더 추가적으로 개선될 수 있다. 특히 이러한 경우 또한, 냉각판 상에 놓여있는 폴드 섹션 영역의 재료 접착 접속은 부가적인 유리한 열 전달 표면을 생성한다.
일 실시형태에 따르면, 재료 접착 접속의 단계에서, 접속은 낮은 에너지 입력을 갖는 열 프로세스에 의해 행해질 수 있다. 이러한 방식으로, 전기화학 셀에 대한 부정적인 열 효과가 회피될 수 있다. 예를 들어, 냉각 시트는 레이저 땜납 또는 소프트 땜납에 의해 냉각판에 접속될 수 있다. 그러한 접속 방법들은, 그들이 접속될 재료들의 구조 상에서의 더 적은 응력 및 에너지의 절약으로 수행될 수 있는 효과로 유리하다.
본 발명은 다음의 특성들, 즉, 본 발명의 적어도 하나의 냉각 시트; 적어도 하나의 냉각 시트의 셀 영역에 커플링된 적어도 하나의 전기화학 셀; 및 적어도 하나의 냉각 시트의 접속 영역을 수용하기 위한 적어도 하나의 스루 개구를 갖는 냉각판 － 적어도 하나의 스루 개구의 영역 내의 냉각판은 적어도 하나의 냉각 시트의 접속 영역에 기계적으로 및 열적으로 접속됨 － 을 갖는 셀 디바이스를 추가적으로 제공한다. 전기화학 셀은, 종종 복수의 셀들을 갖는 셀 스택으로, 높은 전력 요건을 갖는 디바이스들 예를 들어, 전기 및 하이브리드 차량들에 대한 전원을 위해 사용될 수 있는, 예를 들어 리튬 이온 셀로서 제조될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 폴드 영역에 대면하는 냉각판 측 상의 스루 개구는, 폴드 영역으로부터 이격하여 대면하는 냉각판보다 더 작은 단면을 가질 수 있다. 따라서, 유리하게 쐐기-형상 조임 소자는 예를 들어, 용이하게 스루 개구로 삽입될 수 있고 제거될 수 있다. 부가적으로, 상이한 단면때문에, 냉각판 내의 형상-맞춤 접속이 가능하다.
또한, 셀 디바이스는 조임 소자를 가질 수 있다. 조임 소자의 형상은 스루 개구의 음의 형상(negative shape)에 대응할 수 있다. 이와 관련하여, 조임 소자는, 냉각 시트의 접속 영역이 냉각판의 스루 개구의 영역에 강제-맞춤으로 접속되는 방식으로 스루 개구에 배열될 수 있다.
조임 소자는 플라스틱을 포함할 수도 있거나 전체가 플라스틱으로 구성될 수 있다. 플라스틱들은, 그들이 비용-효율적이고, 작은 중량을 가지며, 냉각 시트와 냉각판 사이의 강제-맞춤 접속을 생생하는데 적합하다는 이점을 갖는다.
본 발명의 유리한 예시적인 실시형태들은 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 후술된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태들에 따른 셀 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 셀 디바이스의 또 다른 단면도를 도시한다.
도 3은 도 2의 셀 디바이스의 예시적인 실시형태의 확대된 부분도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 전기화학 셀을 위한 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법을 도시한다.
본 발명의 선호되는 예시적인 실시형태들의 다음의 설명에서, 동일한 또는 유사한 참조 부호들은 유사한 액션을 갖고 상이한 도면들에 도시된 소자들에 대해 사용되며, 그에 의해, 이들 소자들의 반복된 설명이 생략된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 셀 디바이스(100)를 단면도로 도시한다. 셀 디바이스(100)는 셀 영역(112), 폴드 영역(114), 및 접속 영역(116)을 갖는 2-부분 냉각 시트(110)를 포함한다. 추가적으로, 셀 디바이스(100)는 전기화학 셀(120), 냉각판 또는 가열 싱크(130), 및 조임 소자(140)를 포함한다. 양방향 화살표(150)는 압력 소자(118)와 폴드 영역(114) 사이의 강제-맞춤 접속을 표시한다. 압력 영역(118)은 셀 영역(112)의 자유단에 의해 형성될 수 있으며, 상기 자유단은 냉각판(130)에 대향한다. 냉각판(130)의 방향으로 냉각 시트(110) 상에 압력을 가하는 힘 F는 압력 영역(118) 상에서 작용할 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 실시형태에서, 냉각 시트(110)는 셀 영역(112)에서 직선으로 형성되고 전기화학 셀(120)에 커플링된다. 따라서, 셀 영역(112)은 셀(120)에 대한 지지부 및 열 소산기로서 기능한다. 셀 영역(112) 내의 냉각 시트(110)는 단일 부분일 수 있거나 2개의 접하는 평행한 부분들로 구성될 수 있다. 폴드 영역(114)은 셀 영역(112)에 부착한다. 폴드 영역(114)은, 하나의 단부에서는 셀 영역(112)에 접속되고 대향하는 단부에서는 접속 영역의 섹션에 접속되는 2개의 이격된 섹션들을 가지며, 접속 영역은 이러한 예시적인 실시형태에서는 2개의 부분들로 구성된다. 폴드 영역(114)은 각각의 경우에서 외부 방향으로 이격된 섹션들의 폴딩을 특징으로 한다. 따라서, 2개의 섹션들은 외부로 그리고 다시 내부로 미러 이미지로 폴딩되는 2개의 레그들을 형성한다. 따라서, 각각의 섹션은, 셀 영역(112)과의 접속으로부터 시작하여 냉각판(130)의 방향으로 비스듬이 걸쳐 있다가, 그 후에, 폴드를 가지며, 접속 영역의 대응하는 섹션과의 접속 포인트로 냉각판(130)의 방향으로 비스듬이 다시 걸쳐진다. 폴드는 열 접촉 상에 기계적 응력의 디커플링을 제공한다. 냉각 시트(110)의 부분은 접속 영역(116)에 의해 형성되며, 상기 부분은 냉각판(130)의 측면들 상에서 종료한다. 여기서, 냉각판(130)의 스루 개구의 영역 내의 냉각 시트(110)는 조임 소자(140)에 의해 강제-맞춤으로 및/또는 재료 접착에 의해 냉각판(130)에 접속된다. 이러한 예시적인 실시형태에 따른 냉각판(130)은 2개의 계층들을 갖는다. 스루 개구는 양자의 계층들을 통과한다. 셀(120)에 대면하는 계층에서, 스루 개구는 셀(120)로부터 이격하여 대면하는 계층에서보다 더 작은 직경을 갖는다. 냉각 시트의 양자의 섹션들은, 접속 영역(116)의 스루 개구로의 삽입 동안 평행할 수 있다. 조임 소자(140)를 끼워넣음으로써, 스루 개구의 가변 직경 때문에, 2개의 섹션들은 그들이 스루 개구의 대향 벽 영역에 접하도록 형상화될 수 있다.
물론, 셀 디바이스(100)는 복수의 전기화학 셀들(120)을 또한 가질 수도 있다. 개별 셀들(120)은 냉각 시트들(110)에 접착된다. 냉각 시트(110)는 셀의 기계적 서스펜션(suspension) 및 열 접촉을 책임지는데, 즉, 냉각은 이미 언급된 바와 같이 2개의 부분들로 이루어질 수 있다. 셀 디바이스(100)가 복수의 냉각 시트들(110)을 가지면, 냉각판(130)은 각각의 냉각 시트(110)에 대한 스루 개구를 가질 수 있다.
따라서, 도 1은 열 접촉 상의 기계적 응력의 동시 디커플링을 이용한 강제-맞춤 접속을 위한 냉각 시트(110)의 구조 설계를 도시한다. 냉각 시트(110)는 냉각판(130)에 힘 F를 가압함으로써 위로부터 위치 및 고정되며, 힘 F는 냉각 시트(110)의 폴딩된 영역(114)에 의해 아래에서 흡수된다. 냉각 시트(110)는 냉각판(130)을 관통하며, 냉각판(130)에 대해 배치된 조임 소자(140)의 도움으로 아래로부터 재형상화되어 열적으로 접촉된다.
강제-맞춤 접속은 냉각 시트(110)와 냉각판(130) 사이의 열 접속의 기계적 응력을 디커플링시킨다. 이는, 냉각 시트(110)와 냉각판(130) 사이에 열적으로 더 양호한 접촉 및 제거가능한 접속을 초래한다. 부가적으로, 냉각 시트(100)와 냉각판(130) 사이의 열 전달은 기계적 응력으로 인해 열화하지 않을 수 있다. 접속은, 손상없는 셀들(120)이 열적으로 악영향을 받지 않으면서, 결점있는 셀들(120)의 대체를 위해 다시 제거될 수 있다.
도 2는 도 1의 셀 디바이스(100)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 2에서, 셀 디바이스(100)는 냉각판(130)의 스루 개구의 영역에서 부가적인 재료 접착 접속(210, 220)을 갖는다. 재료 접착 접속은, 냉각판(130)과 한편으로는 접속 영역(116) 및/또는 다른 한편으로는 냉각 시트(110)의 폴드 영역(114) 사이에 존재할 수 있다. 재료 접착 접속의 이러한 영역은 인터럽트된 원에 의해 도 2에 표시되고, 도 3에 확장되어 도시된다.
따라서, 도 2는 강제 맞춤 및 재료 접합의 동시 디커플링을 이용하는, 도 1의 도시에 따른 강제-맞춤 접속을 위한 냉각 시트(110)의 구조 설계를 도시한다. 이러한 설계는 낮은 에너지 입력을 이용한 열 방법에 의한 냉각 시트(110)와 가열 싱크(130) 사이의 재료 접합을 통한 최적의 열 전달을 가능하게 한다. 이러한 종류의 열 방법은, 예를 들어, 레이저 땜납 또는 소프트 땜납일 수 있다. 에너지 입력은 어셈블리 동안 가열 싱크(130)를 통해 소산될 수 있다. 부가적으로, 도 1의 예시에 따른 기계적 응력으로부터 재료 접합 접속을 디커플링시키기 위한 강제-맞춤 접속이 존재한다.
따라서, 도 2의 예시에 따르면, 냉각 시트(110)와 가열 싱크(130) 사이의 재료 접합 접속은 열 전달을 추가적으로 개선시킬 수 있다. 구조 때문에, 재료 접합 동안의 셀(120)에 대한 부정적인 열 효과가 방지된다. 부가적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 접속은 강제 접합 및 재료 접착을 디커플링시키므로, 기계적 응력이 재료 접합 접속에 작용하지 않을 수 있고 결과로서 열 전도를 불량하게 하지 않을 수 있다.
도 3은, 인터럽트된 원에 의해 도 2에서 강조되고, 냉각 시트(110)와 냉각판(130) 사이에 재료 접합 접속이 존재하는 셀 디바이스(100)의 영역의 확대된 섹션을 도시한다. 냉각 시트(110)의 접속 영역(116)의 2개의 섹션들은, 냉각판(130)의 스루 개구의 각각의 대향 표면들에 대하여 조임 소자(140)에 의해 가압된다. 조임 소자(140)의 제거 이후(도 3에는 도시되지 않음), 접속 영역(116) 및 스루 개구의 인접 표면들은, 예를 들어, 2개의 화살표들(210 및 220)에 의해 표시된 바와 같이 레이저 땜납에 의한 재료 접합에 의해 함께 접속될 수 있다. 특히, 폴드 영역(114)의 섹션, 즉, 힘 F를 가압함으로써 냉각판 상에 놓이는 섹션은, 또한, 재료 접합에 의한 이용된 열 방법에 의해 냉각판(130)에 접속될 수 있다. 이것은 열 전달을 추가적으로 개선시킬 수 있다. 이러한 경우, 폴드 영역(114)의 레그, 즉, 냉각판(130)에 대향하는 레그는 냉각판(130)의 표면에 평행하게 배향될 수 있다. 이러한 경우, 냉각 시트(110)의 길이방향 보상은 폴드 영역(114)의 다른 레그를 통해 발생할 수 있다.
최종적으로, 도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 전기화학 셀을 위한 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법(400)을 도시한다. 이와 관련하여, 이것은 셀 영역, 폴드 영역, 및 접속 영역을 갖는 이전 도면들에 도시된 냉각 시트에 관한 것일 수 있다. 방법(400)은, 냉각 시트를 제공하는 단계(410), 냉각판을 제공하는 또 다른 단계(420), 냉각판으로 냉각 시트의 접속 영역을 삽입하는 또 다른 단계(430), 냉각 시트에 가압력을 제공하는 또 다른 단계(440), 및 최종적으로 조임 소자를 냉각판에 끼우는 단계(450)를 포함한다.
냉각판은 냉각 시트의 접속 영역을 수용하기 위한 스루 개구를 가질 수 있다. 단계(430)에서, 냉각 시트의 접속 영역은, 냉각 시트의 폴드 영역이 냉각판 상에 놓여지게 하도록 하는 방식으로 냉각판의 스루 개구에 삽입된다. 그것을 행하는 동안에 또는 그 이후에, 단계(440)에서, 냉각 시트 상에서 냉각판의 방향으로 작용하는 가압력은 냉각판의 스루 개구에 냉각 시트를 고정시키도록 제공된다. 최종적으로 단계(450)에서, 조임 소자는, 냉각 시트의 접속 영역을 강제-맞춤으로 냉각판에 접속시키기 위해, 스루 개구에 폴드 영역에 대향하는 냉각판 측으로부터 끼워진다.
또한, 방법(400)의 단계들은 설명된 시퀀스 이외의 다른 시퀀스로 수행될 수 있다. 부가적으로, 설명된 예시적인 실시형태들은 예로서만 선택되며, 서로 결합될 수 있다.

Claims (11)

  1. 전기화학 셀(120)을 위한 냉각 시트(110)로서,
    상기 전기화학 셀에 커플링되도록 설계된 셀 영역(112);
    기계적으로 및 열적으로 냉각판(130)에 접속되도록 설계된 접속 영역(116); 및
    상기 셀 영역과 상기 접속 영역 사이에 배열되고 상기 냉각 시트의 유연한 폴드(fold)를 포함하는 폴드 영역(114)을 갖는, 냉각 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 접속 영역(116) 및 상기 폴드 영역(114)은 2개의 이격된 대칭적으로 배열된 섹션들을 갖는, 냉각 시트.
  3. 전기화학 셀(120)을 위한 냉각 시트(110)를 냉각판(130)에 접속시키기 위한 방법(400)으로서,
    청구항 제 1 항에 기재된 냉각 시트를 제공하는 단계(410);
    냉각판을 제공하는 단계(420) － 그에 의해, 상기 냉각판은 상기 냉각 시트의 접속 영역(116)을 수용하기 위한 스루(through) 개구를 가짐 －;
    상기 냉각 시트의 폴드 영역(114)이 상기 냉각판 상에 놓여질 때까지 상기 냉각판의 스루 개구에 상기 냉각 시트의 접속 영역을 삽입하는 단계(430);
    상기 냉각판의 스루 개구에 상기 냉각 시트를 고정시키기 위해 상기 냉각 시트 상에서 상기 냉각판의 방향으로 작용하는 가압력(F)을 제공하는 단계(440); 및
    상기 냉각 시트의 접속 영역을 상기 냉각판에 강제-맞춤으로(force-fittingly) 접속시키기 위해, 폴드 영역에 대향하는 냉각판 측면의 스루 개구로 조임(fastening) 소자(140)를 끼우는 단계(450)를 갖는, 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 조임 소자(140)를 끼우는 단계(450)에서, 상기 접속 영역(116)의 재형상화가 상기 접속 영역이 상기 스루 개구의 내부벽에 접하는 방식으로 발생하는, 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 조임 소자(140)를 끼우는 단계(450) 이후에, 상기 조임 소자를 제거하는 단계가 발생하는, 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조임 소자(140)를 제거하는 단계 이후에, 접속 영역(116) 및/또는 폴드 영역(114)의 냉각판(130)으로의 재료 접착 접속의 단계가 발생하는, 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 재료 접착 접속의 단계에서, 상기 접속은, 상기 전기화학 셀(120)에 대한 부정적인 열 효과를 회피하기 위해 낮은 에너지 입력을 이용한 열 프로세스에 의해 행해지는, 냉각 시트를 냉각판에 접속시키기 위한 방법.
  8. 셀 디바이스(100)로서,
    청구항 제 1 항에 기재된 적어도 하나의 냉각 시트(110);
    상기 적어도 하나의 냉각 시트의 셀 영역(112)에 커플링된 적어도 하나의 전기화학 셀(120); 및
    상기 적어도 하나의 냉각 시트의 접속 영역(116)을 수용하기 위한 적어도 하나의 스루 개구를 갖는 냉각판(130) － 그에 의해, 상기 적어도 하나의 스루 개구의 영역 내의 상기 냉각판은 기계적으로 및 열적으로 상기 적어도 하나의 냉각 시트의 접속 영역에 접속됨 － 을 포함하는, 셀 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 냉각판(130)의 측면 상의 스루 개구 － 상기 측면은 상기 폴드 영역(114)에 대면함 － 는 상기 냉각판의 측면 －상기 측면은 상기 폴드 영역으로부터 이격하여 대면함 － 보다 더 작은 단면을 갖는, 셀 디바이스.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 스루 개구의 음의(negative) 형상에 대응하는 형상을 갖는 조임 소자(140)를 가지며,
    그에 의해, 상기 조임 소자는, 상기 냉각 시트(110)의 접속 영역(116)이 상기 냉각판(130)의 스루 개구의 영역과 강제-맞춤으로 접속되는 방식으로 상기 스루 개구에서 배열되는, 셀 디바이스.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조임 소자(140)는 플라스틱을 포함하는, 셀 디바이스.
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