KR20150081514A - 전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 냉각을 위해 유동되는 냉매의 압력에 견딜 수 있도록 강도 보강부재가 판상의 케이스의 내부에 삽입되는 구조를 가지며, 이와 같은 구조를 통하여 사용 안정성과 내구성을 향상시키고 제조 비용을 절감할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법 { Battery cooling apparatus for electric vehicle and manufacturing method thereof }
본 발명은 전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차에 동력을 제공하기 위해서는 충전가능한 배터리가 제공되며, 상기 배터리에서 공급되는 전류에 의해 상기 전기 자동자가 동작될 수 있게 된다.
이와 같은 배터리는 전기 자동차의 핵심적인 구성으로, 상기 배터리의 사용시 저항에 의한 발열이 발생되거나 충전시에 발열이 일어 날 수 있으며, 이러한 발열로 인한 배터리의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 전기 자동차에 사용되는 상기 배터리를 냉각하기 위한 냉각장치가 다양하게 개발되고 있다.
대표적으로, 대한민국 공개특허 제10-2013-0112117호에는 배터리가 안착되며, 냉매 유로가 형성된 열교환부를 압출에 의해 성형한 후에 상기 열교환부에 포트부와 캡을 결합시키는 구조를 가지는 배터리 냉각장치가 개시되어 있다.
하지만, 이와 같은 구조를 가지는 종래 기술에서는 열교환부와 포트부 그리고 캡이 각각 열교환과 결합되어야 하는 공정을 거치게 되며, 포트부의 구조 또한 별도로 조립되어야 하는 등 실질적인 제조 공정의 단순화와 제조 비용의 절감 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 장기적인 사용시 열교환부 내부의 냉매 유동에 의한 압력의 증가로 열교환부가 파손되거나, 국부적으로 부풀어 오르는 문제점이 있다. 그리고, 냉각장치가 부풀어 오를 경우 안착되는 배터리의 위치가 변경되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
물론, 냉매의 압력에 견딜 수 있도록 상기 열교환부의 두께를 두껍게 할 수도 있으나, 이와 같은 경우 열교환 효율이 저하될 수도 있으며, 무게와 제조비용이 상승되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명의 실시예는 냉각을 위해 유동되는 냉매의 압력에 견딜 수 있도록 강도 보강부재가 판상의 케이스의 내부에 삽입되는 구조를 가지는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 냉각장치는, 상부 외관을 형성하며, 배터리가 안착되는 상부 케이스; 상기 상부 케이스와 결합되며, 하부의 외관을 형성하는 하부 케이스; 상기 상부 케이스와 하부 케이스의 결합시 형성되는 수용 공간; 상기 수용 공간의 내부에 삽입가능하도록 대응하는 형상으로 형성되며, 연장되는 길이 방향으로 다수의 유로를 형성하여 냉매의 유동 통로를 형성하는 강도 보강부재 및; 상기 상부 케이스에 결합되어 냉매의 입구와 출구를 형성하는 한쌍의 포트를 포함하여 구성되며, 상기 수용공간의 높이와 대응하는 두께를 갖도록 형성되어 각각 상기 상부 케이스와 하면과 하부 케이스의 상면에 접합되어 상기 상부 케이스와 하부 케이스를 지지하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 케이스와 하부 케이스는, 알루미늄층과 접착층으로 구성된 클래드 판재에 의해 프레스 가공되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 케이스는 평면 형상으로 형성되며, 상기 상부 케이스의 일단에는 외측으로 돌출되어 상기 한쌍의 포트가 장착되는 포트홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 케이스와 하부 케이스의 둘레에는 결합부재가 관통되어 상기 상부 케이스와 하부 케이스가 장착될 수 있도록 하는 체결구가 천공 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 케이스는, 상기 하부 케이스의 둘레를 따라 연장되며, 상기 상부 케이스의 둘레와 접합되는 둘레부와; 상기 한쌍의 포트의 사이와 대응하는 위치에서 연장되어 상기 수용공간을 2개의 연통된 공간으로 나누는 구획부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 구획부의 상면은 상기 상부 케이스의 하면과 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 수용 공간은, 상기 구획부에 의해 나뉘어지는 좌우 양측의 제 1 공간과 제 2 공간 그리고 상기 포트가 장착되는 위치와 대향되는 위치에서 상기 제 1 공간과 제 2 공간을 연결하는 연결 공간으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수용공간에는 상기 한쌍의 포트부와 대응하는 위치로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되어 냉매의 유동을 안내하는 경사부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 강도 보강부재의 전단에는, 상기 경사부와 대응하는 형상으로 형성되며, 상기 경사부와 이격되어 냉매의 유동을 원할하게 하는 강도 보강부재 경사부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 강도 보강부재에 형성되는 유로의 개구된 단부는 상기 수용공간의 내측단과 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 강도 보강부재는, 압출 성형되며 상기 강도 보강부재가 연장되는 길이 방향으로 다수의 상기 유로가 병렬 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 강도 보강부재는, 서로 이격된 상면 및 하면; 그리고, 상면과 하면의 사이를 연결하며 길이방향으로 연장되어 냉매의 유동 통로를 형성하는 구획판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상면과 하면의 하단은 상기 구획판의 하단보다 더 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 강도 보강부재는 판상으로 형성되며, 상기 강도 보강부재의 전단에서 후단까지 함몰되는 그루브에 의해 상기 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
연속하여 배치되는 상기 그루브는 서로 대향되는 방향으로 함몰되는 것을 특
징으로 한다.
상기 그루브는 상하 방향으로 연속하여 함몰 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 그루브의 돌출된 상단과 하단은 각각 상기 상부 케이스의 하면과 하부 케이스의 상면에 접합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 제조 방법은, 알루미늄층과 접착층으로 구성되는 클래드 판재를 프레스 가공하여 상부 케이스와 하부 케이스를 성형하는 케이스 프레스 가공 단계; 상기 상부 케이스와 하부 케이스의 사이에 형성되는 수용 공간에 수용되며, 복수의 유로가 길이 방향으로 형성되도록 알루미늄 소재를 압출 하여 강도 보강부재를 성형하는 하는 강도 보강부재 압출 가공 단계; 성형된 강도 보강부재를 상기 수용 공간에 삽입하고 가열하여 상기 상부 케이스와 하부 케이스 및 상기 강도 보강부재가 서로 접합되도록 하는 케이스 조립 및 브레이징 단계; 및 상기 상부 케이스에 냉매의 입구와 출구를 형성하는 입력 포트와 출력 포트를 조립하는 포트 조립단계;를 포함한다.
상기 케이스 프레스 가공 단계에서는 상기 포트를 장착하기 위한 포트홀과, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스에 형성되는 체결홀이 천공 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 프레스 가공단계에서는 상기 하부 케이스의 둘레를 형성하는 둘레부와 상기 수용 공간 그리고 상기 수용 공간을 구획하는 구획부가 성형되는 것을 특징으로 한다.
상기 케이스 조립 및 브레이징 단계에서는, 상기 상부 케이스와 하부 케이스의 둘레 및 상기 구획부와 대응하는 위치의 상기 접착층이 서로 접합되며, 상기 상부 케이스의 접착층은 상기 강도 보강부재의 상면과 접합되고, 상기 하부 케이스의 접착층은 상기 강도 보강부재의 하면과 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 강도 보강부재 압출 가공 단계 후에는 상기 강도 보강부재의 전단을 상기 수용공간에 경사지게 형성된 경사부와 대응하는 형상으로 가공하여 강도 보강부재 경사부를 성형하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법에 따르면, 배터리 냉각장치의 케이스의 내부에 냉매가 유동되는 강도 보강부재가 수용될 수 있도록 구성된다.
따라서, 상기 케이스의 내부에 수용된 상기 강도 보강부재를 통하여 이동되는 냉매는 상기 강도 보강부재에 형성된 다수의 유로를 통해 분산 유동되어 상기 케이스에 국부적으로 압력이 집중되지 않게 된다.
그리고, 상기 강도 보강부재의 내부를 따라 유동되는 냉매는 상기 강도 보강부재에 의해 일차적으로 압력이 분산된 후, 상기 상부 케이스와 하부 케이스로 압력이 가해지게 되므로 결과적으로 상기 상부 케이스와 하부 케이스에 가해지는 압력이 줄어들게 되므로 장기간의 사용에도 파손되지 않고 안정적인 형상의 유지가 가능하게 사용상의 안정성과 내구성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
그리고, 상기 배터리 냉각장치의 전체적인 구조가 프레스 가공되는 판상의 케이스의 내부에 압출 가공되는 강도 보강부재를 삽입한 후 브레이징에 의해 접합시키는 매우 간소화된 공정에 의해 상기 배터리 냉각 가능하게 되므로써 작업 공수의 절감 및 제조 비용의 절감 효과를 기대할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 사시도이다.
도 2는 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 분해 사시도이다.
도 3은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 강도 보강부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 강도 보강부재의 단면도이다.
도 6은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 냉매 유동 상태를 보인 사시도이다.
도 7은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 제조과정을 순차적으로 나타낸 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 분해 사시도이다.
도 9는 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 강도 보강부재의 사시도이다.
도 11은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 냉매 유동 상태를 보인 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나 본 발명은 본 발명의 사상이 제시되는 실시예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 사상범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 사시도이다. 그리고, 도 2는 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 분해 사시도이다. 그리고, 도 3은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 단면도이다.
도면에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치(이하 '배터리 냉각장치'라 함)(1)는 내부에 소정의 공간을 형성하는 케이스(100)와, 상기 케이스(100)의 내부에 구비되는 강도 보강부재(200) 그리고, 상기 케이스(100)에 장착되는 포트(300)로 구성될 수 있다.
상기 케이스(100)는 상기 배터리 냉각장치(1)의 외형을 형성하는 것으로, 배터리가 안착되는 차체의 일측에 장착되며, 상기 배터리를 하방에서 지지하도록 장착되어 상기 배터리와 접촉을 통해 상기 배터리를 냉각 할 수 있도록 구성된다.
상기 케이스(100)는 다양한 형상으로 형성될 수 있으나 전체적으로 상기 배터리와 접촉면적을 최대로 함과 동시에 상기 배터리를 안정적으로 지지할 수 있는평면 형상으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
한편, 상기 케이스(100)는 전체적으로 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)로 구성되며, 알루미늄소재를 이용하여 판상으로 형성된다. 그리고, 상기 케이스(100)는 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 결합시 내부에 냉매의 유동 및 강도 보강부재(200)가 수용될 수 있는 수용 공간(150)을 형성하게 된다.
상세히, 상기 상부 케이스(110)는 판상으로 형성되며, 전체 면이 평면으로 형성되어 상기 배터리와 접촉되도록 형성될 수 있다. 상기 상부 케이스(110)의 형상은 상기 하부 케이스(120)의 둘레 형상과 대응하도록 형성되어 서로 포개어질 수 있도록 형성되며, 상기 상부 케이스(110)의 둘레에는 체결구(112)가 다수개 형성된다.
상기 체결구(112)는 상기 하부 케이스(120)에 형성되는 체결구(134)와 동일 위치에 형성되며, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 결합 후 체결되는 스크류와 같은 결합부재에 의해 차체의 일측 또는 프레임상에 상기 배터리 냉각장치(1)가 고정될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 상부 케이스(110)는 전체적으로 사각형 형상으로 형성되며, 둘레 네 면 중 전면(도 2에서 볼 때 우측면)이 돌출되는 형상으로 형성되어 포트부(114)를 형성하게 된다. 상기 포트부(114)에는 한쌍의 포트홀(116)이 형성될 수 있으며, 상기 포트홀(116)에 한쌍의 포트(300)가 장착된다.
상기 포트(300)는 냉매의 입구 또는 출구를 형성하는 것으로, 튜브 형상으로 형성된다. 그리고 상기 포트(300)는 상기 포트홀(116)의 내측으로 삽입 고정될 수 있도록 형성되며, 냉매가 유동되는 냉매 배관과 연결될 수 있도록 구성된다. 그리고, 상기 포트(300)는 각각 입력 포트(310)와 출력 포트(320)로 구성되어 상기 입력 포트(310)를 통해서 냉매가 주입되고, 상기 케이스(100)의 내부를 거친 후 상기 출력 포트(320)로 배출될 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 포트(300)를 통해 출입되는 냉매는 배터리와의 열교환을 위한 것으로, 일반적인 냉각수로 사용되는 물 또는 열교환 성능이 우수한 냉각제의 용도로 사용되는 다른 유체들이 사용될 수 있을 것이다.
상기 하부 케이스(120)는 상기 케이스(100)의 하면의 형상을 형성하는 것으로, 둘레를 따라 외측으로 절곡되는 둘레부(130)와, 상기 하부 케이스(120)의 중앙부를 형성하는 구획부(140)와, 상기 구획부(140)를 제외한 나머지 상기 둘레부(130)의 내측 부분은 상기 하방으로 함몰되어 수용 공간(150)을 형성하게 된다.
상기 둘레부(130)는 상부 케이스(110)의 둘레와 접하는 것으로, 상기 하부 케이스(120)의 외측 둘레를 따라서 형성된다. 그리고, 상기 둘레부(130)에는 다수의 체결구(134)가 형성되어 상기 케이스(100)의 장착을 용이하게 된다. 그리고, 상기 둘레부(130) 중 일부는 상기 수용 공간(150)의 내측으로 돌출되는 형상으로 형성된 돌출부(132)가 형성되어 상기 체결구(134)가 형성될 수 있는 공간을 제공하는 한편, 상기 케이스(100)가 장착되는 상대물과 형합되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 구획부(140)는 상기 하부 케이스(120)의 일측단 중앙에서 연장되어 대향되는 상기 하부 케이스(120)의 타측단을 향하여 연장된다. 상기 구획부(140)에 의해 상기 수용 공간(150)은 제 1 공간(152)과 제 2 공간(154) 두개의 공간으로 구회될 수 있으며, 상기 구획부(140)의 연장된 단부는 상기 하부 케이스(120)의 타측단과는 이격되어 냉매가 상기 제 1 공간(152)과 제 2 공간(154) 사이를 유동할 수 있도록 연결 공간(156)을 형성하게 된다. 즉, 상기 수용 공간(150) 중 제 1 공간(152)으로 유입된 냉매는 상기 제 1 공간(152)에서 상기 연결 공간(156)을 지나 제 2 공간(154)으로 유입될 수 있게 된다.
또한, 상기 구획부(140)는 소정의 폭을 가지며, 상기 구획부(140)의 상면은 상기 상부 케이스(110)의 하면과 접착되어 상기 제 1 공간(152)과 제 2 공간(154)이 상기 연결 공간(156)에 의해 연결된 폐공간을 형성할 수 있도록 한다.
상기 하부 케이스(120) 중 상기 구획부(140)가 형성되는 일측단은 상기 포트부(114)와 대응하는 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 구획부(140)를 기준으로 대향되는 양측이 경사지게 형성된 경사부(158)를 형성할 수 있게 된다.
그리고, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 결합시 상기 경사부(158)의 상방에 상기 포트부(114)의 입력 포트(310)와 출력 포트(320)가 각각 위치하게 된다. 따라서, 상기 입력 포트(310)를 통해 유입되는 냉매는 상기 수용 공간(150) 중 제 1 공간(152)으로 유입되며, 상기 연결 공간(156)을 상기 수용 공간(150) 중 제 2 공간(154)으로 유입된 후 상기 출력 포트(320)를 통해서 배출될 수 있게 된다. 이렇게 유입되는 냉매는 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)를 냉각하게 되며, 상기 상부 케이스(110)와 접하고 있는 상기 배터리와 열교환될 수 있게 된다.
한편, 상기 수용 공간(150)의 내부에는 한쌍의 강도 보강부재(200)가 수용된다. 상기 강도 보강부재(200)는 상기 수용 공간(150)의 내부에 수용되어 냉매가 유동되는 통로를 형성하는 것으로, 알루미늄 소재로 형성되며, 내부에 복수의 유로가 형성된다.
상기 강도 보강부재(200)는 상기 제 1 공간(152) 및 제 2 공간(154)과 대응하는 형상으로 형성된 제 1 강도 보강부재(201)와 제 2 강도 보강부재(202)로 구성될 수 있으며, 길이방향으로 다수개의 유로(201)가 형성되되 각각의 유로(201)는 연속하여 병렬 배치되도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 강도 보강부재(200)의 전단과 후단은 개구되도록 형성되며, 상기 유로(201)의 개구된 일측으로 유입되는 냉매는 상기 유로(201)를 통하여 이동된 후 상기 유로의 개구된 타측을 통해 배출될 수 있도록 형성된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 강도 보강부재의 사시도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 강도 보강부재의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 의한 한쌍의 상기 강도 보강부재는 서로 동일항 형상으로 형성되며 대칭되는 구조로 형성되므로, 양측의 강도 보강재 중 일측의 강도 보강재 만을 상세하게 살펴보기로 한다.
도면을 참조로 하여 상기 강도 보강부재(200)에 관하여 보다 상세하게 살펴보면, 상기 강도 보강부재(200)는 상면(230)과 하면(240)이 형성되며, 상기 상면(230)과 하면(240)을 연결하는 구획판(250)이 일정 간격으로 다수개가 형성된다.
상기 구획판(250)은 길이방향으로 연장되어 다수의 유로(201)를 형성하게 된다. 따라서, 상기 강도 보강부재(200)의 양단에는 격자형의 유로 입구와 출구가 형성되며, 상기 유로 입구와 출구를 통해서 냉매가 출입될 수 있게 된다.
한편, 상기 강도 보강부재(200)의 전단(도 4 에서 볼 때 우측단)은 상기 경사부(158)의 내측 형상과 대응하는 형상으로 경사 또는 라운드지게 형성된 강도 보강부재 경사부(210)가 형성될 수 있으며, 상기 경사부(158)의 내측단과 상기 강도 보강부재 경사부(210)는 서로 이격되도록 형성된다.
따라서, 상기 입력 포트(310)를 통해 유입되는 냉매는 상기 강도 보강부재(200)에 다수개 형성된 유로의 입구에 고르게 유입될 수 있으며, 상기 강도 보강부재(200)에 다수개 형성된 유로의 출구를 통해 배출되는 냉매는 상기 출력 포트(320)를 통해 외부로 배출될 수 있게 된다.
그리고, 상기 강도 보강부재(200)의 후단(도 4 에서 볼 때 좌측단)은 상기 상면(230) 하면(240)의 길이가 상기 구획판(250)의 길이보다 더 길게 연장되도록 형성되어 연통부(220)를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 유로(201)를 따라 유동되는 냉매는 상기 상면(230)과 하면(240)의 단부 사이에 형성되는 공간을 통해서 상기 연결 공간(156)으로 유입되거나, 상기 연결 공간(156)에서 유입된 냉매가 상기 연통부(220)를 통해서 각각의 유로(201)로 분배될 수 있게 된다.
상기 강도 보강부재(200)의 두께는 상기 수용 공간(150)의 상하 높이와 대응하는 두께로 형성된다. 따라서, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 결합시 상기 상부 케이스(110)의 하면과 상기 강도 보강부재(200)의 상면이 서로 접하게 되며, 상기 하부 케이스(120)의 상면과 상기 강도 보강부재(200)의 하면이 서로 접하게 된다. 따라서, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 결합시 상기 케이스(100)의 내부로 유입되는 냉매는 모두 상기 강도 보강부재(200)에 형성된 유로(201)를 통해서 유동할 수 있게 된다.
한편, 알루미늄 소재로 형성되는 상기 케이스(100)와 강도 보강부재(200)는 브레이징 방법에 의해 결합된다. 이를 위해, 상기 케이스(100)을 형성하는 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 알루미늄층(110a,120a)과 접착층(110b,120b)이 압연된 클래드(Clad) 판재로 형성될 수 있다.
즉, 상기 상부 케이스(110)는 상면이 열교환을 위한 알루미늄층(110a)이 형성되고, 상기 알루미늄층(110a)의 하면에는 접착층(110b)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 하부 케이스(120)는 하면이 알루미늄층(120a)이 형성되고, 상기 알루미늄층(120a)의 상면에는 접착층(120b)이 형성될 수 있다.
따라서, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120) 사이의 상기 수용 공간(150)에 상기 강도 보강부재(200)가 수용된 상태로 고온으로 가열하게 될 경우 상기 접착층(110b,120b)에 의해 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 물론 상기 강도 보강부재(200)는 상기 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120)와 각각 접합될 수 있게 된다.
이하에서는, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 냉각장치의 냉매 유동 상태를 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 6은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 냉매 유동 상태를 보인 사시도이다.
도면에 도시된 것과 같이, 냉매는 상기 입력 포트(310)를 통해서 상기 케이스 내부의 수용 공간(150) 중 제 1 공간(152)으로 유입된다. 그리고 상기 제 1 공간(152)으로 유입된 냉매는 상기 제 1 공간(152)에 수용된 제 1 강도 보강부재(200)의 다수의 유로를 따라서 유동하게 된다. 상기 제 1 공간(152)에 수용된 제 1 강도 보강부재(200) 전단의 입구로 유입된 냉매는 유로를 따라 이동하여 제 1 강도 보강부재(200) 후단의 출구로 배출되며, 상기 연결 공간(156)을 통해 상기 제 2 공간(154)으로 유입된다.
상기 제 2 공간(154)으로 유입된 냉매는 상기 제 2 공간(154)에 수용된 제 2 강도 보강부재(200)에 형성된 다수의 유로를 따라서 유동하게 된다. 이때, 상기 제 2 강도 보강부재(200) 후단의 입구로 유입된 냉매는 유로를 따라 이동하여 상기 제 2 강도 보강부재(200)의 전단의 출구를 통해 배출된다. 그리고, 상기 제 2 강도 보강부재(200)를 통해 배출되는 냉매는 상기 출력 포트(320)를 통해서 상기 케이스(100)의 외측으로 배출될 수 있게 된다.
이와 같이 상기 케이스(100)의 내부에 수용된 상기 강도 보강부재(200)를 통하여 이동되는 냉매는 상기 강도 보강부재(200)에 형성된 다수의 유로(201)를 통해 분산 유동되어 상기 케이스(100)에 국부적으로 압력이 집중되지 않게 된다.
그리고, 상기 강도 보강부재(200)의 내부를 따라 유동되는 냉매는 상기 강도 보강부재(200)에 의해 일차적으로 압력이 분산된 후, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)로 압력이 가해지게 되므로 결과적으로 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)에 가해지는 압력이 줄어들게 되므로 장기간의 사용에도 파손되지 않고 안정적인 형상의 유지가 가능하게 된다.
한편, 상기 케이스(100)의 내부를 따라 유동되는 냉매에 의해 상기 케이스(100)는 지속적으로 냉각될 수 있으며, 상기 케이스(100)와 접하는 상기 배터리 또한 지속적으로 냉각될 수 있게 된다.
이하에서는, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 냉각장치의 제조 과정을 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 7은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 제조과정을 순차적으로 나타낸 블럭도이다.
도면에 도시된 것과 같이, 상기 배터리 냉각장치(1)의 성형을 위해서는 우선, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)를 프레스 가공하게 된다. 이때, 가공되는 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 소재는 알루미늄 층(110a,120a)과 접착층(110b,120b)이 형성되는 클래드(Clad) 판재가 사용될 수 있다.
프레스 가공을 통해서 상기 상부 케이스(110)는 평판 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 체결구(112)와 튜브 홀(116) 등이 천공 형성될 수 있게 된다. 그리고,상기 하부 케이스(120)는 프레스 가공을 통해서 전체적인 형상이 형성되며 동시에 상기 수용 공간(150)이 함몰되는 형상으로 형성된다. 이때, 상기 수용 공간(150)의 함몰 형성됨에 의해 상기 둘레부(130)와 구획부(140)는 자연스럽게 형성될 수 있게 된다. 그리고, 상기 둘레부(130)에도 상기 상부 케이스(110)에 형성된 체결구(112)와 대응하는 상기 체결구(134)가 천공 형성된다. [케이스 프레스 가공 단계(S100)]
그리고, 상기 강도 보강부재(200)는 알루미늄 소재로 형성되며 압출 가공에 의해 형성된다. 상기 강도 보강부재(200)는 전체적으로 압출이 용이하도록 다수의 유로가 형성된 튜브 형상으로 형성된다. 상기 강도 보강부재(200)는 2개가 한쌍으로 형성되며, 서로 대칭되는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 강도 보강부재(200)의 전단은 상기 수용 공간(150)의 내부의 경사부(158)와 대응하는 강도 보강부재 경사부(210)가 형성될 수 있도록 가공되며, 상기 강도 보강부재(200)의 후단은 다수의 상기 유로(201)를 통해 배출되는 냉매가 함께 상기 연결 공간(156)으로 유동되거나 연결 공간(156)으로 부터 유입될 수 있도록 연통부(220)가 형성되도록 가공된다.
상기 강도 보강부재 경사부(210) 및 연통부(220)는 압출 가공된 직사각형 형상의 반제품을 전단과 후단을 각각 절삭 등의 가공을 통해서 형성될 수 있다. [강
도 보강부재 압출 가공 단계(S200)]
한편, 상기 프레스 가공된 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 결합 전에 상기 압출된 상기 강도 보강부재(200)를 상기 수용 공간에 수용되도록 한 후 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)를 결합시키게 된다.
이때, 상기 상부 케이스(110)의 둘레와 상기 하부 케이스(120)의 둘레부는 서로 접하는 상태가 되며, 상기 강도 보강부재(200)의 상면과 하면 또한 각각 상기 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120)와 접하는 상태가 된다.
이와 같은 상태에서 고온 가열하게 되면, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)의 접착층이 용융되면서 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120) 및 상기 강도 보강부재(200)와 상부 케이스(110), 하부 케이스(120)는 서로 융착되어 접합될 수 있게 된다. [케이스 조립 및 브레이징 단계(S300)]
상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120) 및 강도 보강부재(200)의 접합이 완료된 후에는 상기 입력 포트(310)와 출력 포트(320)를 각각 포트홀(116)에 삽입 장착하여 상기 배터리 냉각장치(1)의 제조를 완료하게 된다. [포트 조립 단계(S400)]
한편, 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치는 전술한 실시예 외에도 다양한 실시예가 가능할 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 상기 강도 보강부재가 판상으로 형성되며, 다수의 그루브가 형성되도록 구성되어 케이스 내부의 수용 공간의 내부에 복수의 유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예의 구성은 상기 보강부재를 제외한 나머지 구성들은 전술한 실시예와 동일하며, 이하에서는 동일한 구성들에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 분해 사시도이다. 그리고, 도 9는 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 단면도이다. 그리고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 강도 보강부재의 사시도이다.
그리고, 도 11은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 냉매 유동 상태를 보인 사시도이다.
도면에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 냉각장치(1)는, 전체적인 외형이 케이스(100)에 의해 형성되며, 상기 케이스(100)의 내부에는 한쌍의 강도 보강부재(400)가 구비되도록 구성된다.
상기 케이스(100)는 평면 형상의 상부 케이스(110)와, 상기 수용 공간(150)을 형성하는 하부 케이스(120)로 구성될 수 있다.
상부 케이스(110)에는 다수의 체결구(112)와 포트홀(116)이 형성되며, 상기 포트홀(116)에는 입력 포트(310)와 출력 포트(320)로 구성되는 포트(300)가 장착된다. 상기 포트홀(116)은 상기 상부 케이스(110)의 전단에서 돌출되는 포트부(114)의 양측에 형성될 수 있다.
하부 케이스(120)에는 둘레부(130)와 구획부(140)를 제외한 나머지 부분이 수용 공간(150)을 형성하며, 상기 구획부(140)를 기준으로 좌우 양측에 제 1 공간(152)과 제 2 공간(154)이 형성된다. 그리고, 상기 제 1 공간(152)과 제 2 공간(154)은 연결 공간(156)에 의해 서로 연결되어 제 1 공간(152)과 제 2 공간(154) 사이의 냉매 유동이 가능하도록 한다. 그리고, 상기 수용 공간(150)의 전단에는 상기 포트부(114)와 대응하는 형상의 경사부(158)가 형성되어 유입되는 냉매가 효과적으로 분배되어 복수의 유로(460)로 분배되어 유동될 수 있도록 한다. 그리고, 상기 둘레부(130)에는 다수의 체결구(134)가 형성된다.
그리고, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 알루미늄층(110a,120a)과 접착층(110b,120b)이 압연되어 구성되는 클래드 판재로 형성될 수 있으며, 클래드 판재를 프레스 가공하여 성형하게 된다. 그리고, 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 브레이징에 의해 둘레가 서로 접합됨은 물론 상기 강도 보강부재(400)의 돌출된 상단(420)과 하단(430)에 각각 접합될 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 수용 공간(150)의 내부에는 강도 보강부재(400)가 수용된다. 상기 강도 보강부재(400)는 알루미늄 소재로 형성되며, 상기 수용 공간(150)의 내부형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 강도 보강부재(400)는 한쌍이 구비되며, 상기 구획부(140)를 기준으로 제 1 공간(152)에 구비되는 제 1 강도 보강부재(401)와 제 2 공간(154)에 구비되는 제 2 강도 보강부재(402)로 구성될 수 있다.
상기 강도 보강부재(400)의 형상을 보다 상세하게 살펴보면, 상기 강도 보강부재(400)는 다수의 그루브(410)를 가지는 형상으로 압출 성형된다. 따라서, 전방에서 볼 때 오목한 부분과 볼록한 부분이 연속적으로 반복되는 요철 형상으로 형성될 수 있다. 상기 강도 보강부재(400)에 형성되는 다수의 그루브(410)는 일정 간격으로 연속 배치되며, 개구되는 방향 즉 함몰되는 방향이 서로 대향되는 방향으로 연속하여 배치된다. 그리고, 상기 그루브(410)는 상기 강도 보강부재(400)의 전단에서 후단까지 연장된다.
그리고, 상기 강도 보강부재(400)의 상하 높이는 상기 수용 공간(150)의 높이와 대응하도록 구성되어 상기 강도 보강부재(400)의 상방 및 하방으로 돌출된 상단(420)과 하단(430)은 각각 상기 상부 케이스(110)의 하면 및 하부 케이스(120)의 상면과 접하게 된다.
이때, 상기 그루브(410)의 형상에 의해 상기 유로(460)는 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)와 교대로 접하게 되며, 따라서 냉매 유동시 가해지는 압력 또한 일정 간격을 두고 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)에 분산되어 가해질 수 있게 된다.
한편, 상기 강도 보강부재(400)의 전단에는 상기 경사부(158)와 대응하는 경사면을 가지는 강도 보강부재 경사부(450)가 형성되며, 상기 강도 보강부재 경사부(450)는 상기 경사부(158)와 이격되어 상기 경사부(158) 내측으로 유입되는 냉매가 상기 강도 보강부재 경사부(450)를 통해 복수의 상기 유로로 고르게 분배될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 강도 보강부재(400)의 좌우측단 중 일측단에는 대응하는 상기 하부 케이스(120) 상에 형성된 돌출부(132)와 대응하는 함몰부(440)가 더 형성될 수 있다. 상기 함몰부(440)에 의해 상기 강도 보강부재(400)는 가조립시 정확한 위치에 고정될 수 있게 된다.
그리고, 상기 강도 보강부재(400)의 후단은 상기 연결 공간(156)의 위치까지 연장되고 상기 수용 공간(150)의 후단과는 이격되어, 복수의 상기 유로(460)를 통해 출입되는 냉매가 상기 연결 공간(156)을 통과하여 원할하게 유동될 수 있도록 한다.
따라서, 상기 입력 포트(310)를 통해 입력되는 냉매는 상기 제 1 공간(152)의 내측으로 유입되며, 상기 경사부(158)에서 고르게 분배되어 상기 제 1 강도 보강부재(401)에 형성된 복수의 유로(460)를 따라서 유동하게 된다. 그리고, 상기 제 1 공간(152)의 단부에서 연결 공간(156)을 통해 상기 제 2 공간(154)의 후단으로 유동되며, 상기 제 2 공간(154)의 후단에서 분배된 냉매는 상기 제 2 강도 보강부재(402)에 형성된 복수의 유로를 따라서 유동된 후 상기 경사부(158)를 지나 상기 출력 포트(320)로 배출되어 상기 케이스(100)의 외부로 배출될 수 있게 된다.
이때, 상기 강도 보강부재(400)에 형성된 유로(460)를 지나는 냉매의 압력은 상기 강도 보강부재(400) 및 상기 그루브(410)와 접하는 면과 대향되는 위치의 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)로 가해지게 된다. 그리고, 상기 그루브(410)의 상단(420)과 하단(430)은 교대로 상기 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120)와 접합되므로 냉매의 압력은 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)로 고르게 분산될 수 있으며, 그 중의 일부는 상기 강도 보강부재(400)로 가해지게 되어 상기 케이스(100)에 가해지는 압력을 줄일 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 냉각장치(1)는 제조방법에 있어서 상기 강도 보강부재(400)가 압출되는 형상에 있어서만 차이가 있을 뿐 전술한 실시예와 동일한 방법을 통해 제작될 수 있다.

Claims (22)

  1. 상부 외관을 형성하며, 배터리가 안착되는 상부 케이스;
    상기 상부 케이스와 결합되며, 하부의 외관을 형성하는 하부 케이스;
    상기 상부 케이스와 하부 케이스의 결합시 형성되는 수용 공간;
    상기 수용 공간의 내부에 삽입가능하도록 대응하는 형상으로 형성되며, 연장되는 길이 방향으로 다수의 유로를 형성하여 냉매의 유동 통로를 형성하는 강도 보강부재 및;
    상기 상부 케이스에 결합되어 냉매의 입구와 출구를 형성하는 한쌍의 포트를 포함하여 구성되며,
    상기 수용공간의 높이와 대응하는 두께를 갖도록 형성되어 각각 상기 상부 케이스와 하면과 하부 케이스의 상면에 접합되어 상기 상부 케이스와 하부 케이스를 지지하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 케이스와 하부 케이스는,
    알루미늄층과 접착층으로 구성된 클래드 판재에 의해 프레스 가공되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 케이스는 평면 형상으로 형성되며,
    상기 상부 케이스의 일단에는 외측으로 돌출되어 상기 한쌍의 포트가 장착되는 포트홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 케이스와 하부 케이스의 둘레에는 결합부재가 관통되어 상기 상부 케이스와 하부 케이스가 장착될 수 있도록 하는 체결구가 천공 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 케이스는,
    상기 하부 케이스의 둘레를 따라 연장되며, 상기 상부 케이스의 둘레와 접합되는 둘레부와;
    상기 한쌍의 포트의 사이와 대응하는 위치에서 연장되어 상기 수용공간을 2개의 연통된 공간으로 나누는 구획부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구획부의 상면은 상기 상부 케이스의 하면과 접합되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 수용 공간은,
    상기 구획부에 의해 나뉘어지는 좌우 양측의 제 1 공간과 제 2 공간 그리고 상기 포트가 장착되는 위치와 대향되는 위치에서 상기 제 1 공간과 제 2 공간을 연결하는 연결 공간으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 수용공간에는 상기 한쌍의 포트부와 대응하는 위치로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되어 냉매의 유동을 안내하는 경사부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 강도 보강부재의 전단에는,
    상기 경사부와 대응하는 형상으로 형성되며, 상기 경사부와 이격되어 냉매의 유동을 원할하게 하는 강도 보강부재 경사부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 강도 보강부재에 형성되는 유로의 개구된 단부는 상기 수용공간의 내측단과 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 강도 보강부재는,
    압출 성형되며 상기 강도 보강부재가 연장되는 길이 방향으로 다수의 상기 유로가 병렬 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 강도 보강부재는,
    서로 이격된 상면 및 하면;
    그리고, 상면과 하면의 사이를 연결하며 길이방향으로 연장되어 냉매의 유동 통로를 형성하는 구획판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 상면과 하면의 하단은 상기 구획판의 하단보다 더 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 강도 보강부재는 판상으로 형성되며, 상기 강도 보강부재의 전단에서 후단까지 함몰되는 그루브에 의해 상기 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치
  15. 제 14 항에 있어서,
    연속하여 배치되는 상기 그루브는 서로 대향되는 방향으로 함몰되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 그루브는 상하 방향으로 연속하여 함몰 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 그루브의 돌출된 상단과 하단은 각각 상기 상부 케이스의 하면과 하부 케이스의 상면에 접합되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
  18. 알루미늄층과 접착층으로 구성되는 클래드 판재를 프레스 가공하여 상부 케이스와 하부 케이스를 성형하는 케이스 프레스 가공 단계;
    상기 상부 케이스와 하부 케이스의 사이에 형성되는 수용 공간에 수용되며, 복수의 유로가 길이 방향으로 형성되도록 알루미늄 소재를 압출 하여 강도 보강부재를 성형하는 하는 강도 보강부재 압출 가공 단계;
    성형된 강도 보강부재를 상기 수용 공간에 삽입하고 가열하여 상기 상부 케이스와 하부 케이스 및 상기 강도 보강부재가 서로 접합되도록 하는 케이스 조립 및 브레이징 단계; 및
    상기 상부 케이스에 냉매의 입구와 출구를 형성하는 입력 포트와 출력 포트를 조립하는 포트 조립단계;를 포함하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 케이스 프레스 가공 단계에서는 상기 포트를 장착하기 위한 포트홀과, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스에 형성되는 체결홀이 천공 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 프레스 가공단계에서는 상기 하부 케이스의 둘레를 형성하는 둘레부와 상기 수용 공간 그리고 상기 수용 공간을 구획하는 구획부가 성형되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 케이스 조립 및 브레이징 단계에서는,
    상기 상부 케이스와 하부 케이스의 둘레 및 상기 구획부와 대응하는 위치의 상기 접착층이 서로 접합되며,
    상기 상부 케이스의 접착층은 상기 강도 보강부재의 상면과 접합되고, 상기 하부 케이스의 접착층은 상기 강도 보강부재의 하면과 접합되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 강도 보강부재 압출 가공 단계 후에는 상기 강도 보강부재의 전단을 상기 수용공간에 경사지게 형성된 경사부와 대응하는 형상으로 가공하여 강도 보강부재 경사부를 성형하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
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