KR20150081516A - 전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 냉각을 위해 유동되는 냉매가 유동되는 다수의 유로가 형성되는 복수의 열교환 튜브를 압출 성형하고, 튜브 본체의 개구된 양단에 관 형상의 한쌍의 헤더가 구비되는 구조를 가지며, 이와 같은 구조를 통하여 사용 안정성을 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.

그리고, 접촉 면적이 넓은 배터리의 냉각을 위한 경우 그 크기를 크게 할 경우 포트부에서 유입 및 유출되는 냉매가 고르게 각각의 냉매 유로를 거칠 수 없게 되어 냉각 효율이 저하되는 문제가 있다.

그리고, 배터리의 크기에 따라 그에 맞는 열교환부 및 포트부의 생산이 이루어져야 하므로 제조 비용이 증가되는 문제가 있다.

본 발명의 실시예는 냉각을 위해 유동되는 냉매가 유동되는 다수의 유로가 형성되는 복수의 열교환 튜브를 압출 성형하고, 튜브 본체의 개구된 양단에 관 형상의 한쌍의 헤더가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 냉각장치는, 냉매가 유동되도록 관통되는 다수의 냉매 유로 연속하여 병렬 배치되는 다수의 튜브로 구성되는 열교환 튜브; 상기 다수의 튜브 각각의 전단이 삽입되는 관 형상으로 형성되어 상기 열교환 튜브와 연통되며, 냉매가 유입되는 입구를 형성하는 입력 포트와 냉매가 배출되는 출구를 형성하는 출력포트가 구비되는 프론트 헤더; 상기 다수의 튜브 각각의 후단이 삽입되는 관 형상으로 형성되며, 상기 다수의 튜브 사이의 냉매 유동을 안내하는 리어헤더; 판상으로 형성되어 상기 열교환 튜브의 상면에 접착되며, 냉각을 위한 배터리가 안착되는 평면을 형성하는 어퍼 플레이트; 판상으로 형성되어 상기 열교환 튜브의 하면과 접착되는 로어 플레이트를 포함하여 구성되며, 상기 다수의 튜브는 알루미늄 소재로 압출 성형되며, 그 크기와 형상이 모두 동일하게 형성되며 연속적으로 병렬 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 어퍼 플레이트와 로어 플레이트의 상면과 하면은 상기 프론트 헤더와 히어 헤더의 상단 및 하단과 동일 평면상에 위치되는 것을 특징으로 한다.

상기 어퍼 플레이트와 로어 플레이트의 상면과 하면은 상기 프론트 헤더와 히어 헤더의 상단 및 하단 보다 더 돌출 되는 것을 특징으로 한다.

상기 어퍼 플레이트의 둘레에는 결합부재가 관통되어 상기 배터리 냉각장치가 상기 배터리 또는 배터리가 배치되는 차체에 장착될 수 있도록 하는 체결구가 천공 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 어퍼 플레이트와 로어 플레이트는 외측면을 형성하는 알루미늄층과 상기 튜브와 접합되는 접착층으로 구성된 클래드 판재로 성형되는 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 부재는, 상기 입력 포트와 연통되며, 상기 프론트 헤더에서 상기 리어 헤더로 냉매의 유동을 안내하는 공급 튜브와, 상기 출력 포트와 연통되며, 상기 리어 헤더에서 상기 프론트 헤더로 냉매의 유동을 안내하는 귀환 튜브로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 프론트 헤더에는 상기 공급 튜브가 삽입되는 공간과 귀환 튜브가 삽입되는 공간이 구획되도록 배플이 형성되며, 상기 리어 헤더는 하나의 공간에 상기 공급 튜브와 귀환 튜브가 삽입되는 것을 특징으로 한다.

상기 프론트 헤더와 리어 헤더에는 상기 다수의 튜브가 삽입되는 프론트 튜브 삽입부와 리어 튜브 삽입부가 대응하는 개수만큼 형성되며, 상기 프론트 튜브 삽입부와 리어 튜브 삽입부들은 모두 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 프론트 헤더와 리어 헤더에는, 상기 프론트 튜브 삽입부와 리어 튜브 삽입부들 사이에서 형성되어 상기 프론트 헤더와 리어 헤더 내측을 독립된 공간으로 구획하여 냉매의 유동 경로를 결정하는 다수의 패플이 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉매 유로의 내측면에는 상기 냉매 유로를 따라 내측면으로 돌출되는 복수의 보강 리브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉매 유로는 중공된 상기 튜브의 내부를 일정 간격으로 구획하도록 배치되는 구획판에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법은, 복수의 냉매 유로가 길이 방향으로 형성되도록 알루미늄 소재를 압출하여 동일한 크기와 형상을 가진 다수의 튜브를 성형하는 열교환 튜브 압출 가공 단계; 내부가 중공된 관에 배플에 의해 구획된 공간을 형성하며, 상기 열교환 튜브의 전단과 후단이 삽입되도록 프론트 헤더와 리어 헤더를 성형하는 헤더 성형 단계; 상기 열교환 튜브의 전단과 후단에 각각 프론트 헤더와 리어 헤더를 결합하여 상기 프론트 헤더와 리어 헤더의 사이에 상기 다수의 튜브를 연속하여 병렬 배치하는 열교환 튜브 헤더 조립 단계; 및 상기 열교환 튜브의 상면과 하면에 클래드 판재로 성형된 어퍼 플레이트와 로어 플레이트를 브레이징에 의해 접착하는 플레이트 브레이징 단계를 포함한다.

상기 헤더 성형 단계에서는 상기 프론트 튜브에 냉매가 출입되는 입력 포트와 출력 포트가 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 헤더 성형 단계에서는 상기 프론트 헤더와 리어 헤더의 내부에 상기 다수의 튜브가 삽입되는 공간을 구획하는 배플이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

상기 플레이트 브레이징 단계에서는, 상기 어퍼 플레이트의 접착층이 상기 열교환 튜브의 상면과 접합되고, 상기 로어 플레이트의 접착층이 상기 열교환 튜브의 하면과 접합되는 것을 특징으로 한다.

상기 플레이트 브레이징 단계에서 상기 어퍼 플레이트와 로어 플레이트는 상기 프론트 헤더의 상단 및 리어 헤더의 하단과 동일한 평면상에 배치되도록 접합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 배터리 냉각장치 및 그 제조 방법에 따르면, 열교환 튜브를 압출 가공을 통해 동일한 형상으로 형성되는 다수의 튜브로 구성하며 전후단에 프론트 헤더와 리어 헤더가 결합되도록 하여 간결한 구성으로 배터리 냉각장치를 구성할 수 있도록 함으로서 생산성이 향상되도록 하는 효과가 있다.

또한, 상기 다수의 튜브의 개수에 따라 상기 프론트 헤더 및 리어 헤더의 길이 조정만으로 다양한 크기의 배터리 냉각 장치를 용이하게 제작 가능한 이점이 있다.

그리고, 상기 열교환 튜브의 내부에는 압출 가공시 보강 리브가 성형될 수 있도록 함으로써 상기 열교환 튜브가 판상의 구조를 취하면서도 보다 강도에 강한 구조를 가질 수 있는 이점이 있다.

그리고, 상기 열교환 튜브의 상면과 하면에 장착되는 어퍼 플레이트와 로어 플레이트가 상기 프론트 헤더 및 로어 헤더의 상하면과 동일한 평면상에 위치되도록 하여 배터리의 안착 또는 상기 배터리 냉각 장치의 장착시 기울어지게 되거나 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되어 설치 및 장착이 용이한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치를 상방에서 바라본 사시도이다.
도 2는 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치를 하방에서 바라본 사시도이다.
도 3은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 열교환 튜브의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 프론트 헤더의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 리어 헤더의 사시도이다.
도 7은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 횡단면도이다.
도 8은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 종단면도이다.
도 9는 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 냉매 유동 상태를 보인 사시도이다.
도 10은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 제조과정을 순차적으로 나타낸 블럭도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 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 냉각장치를 상방에서 바라본 사시도이다. 그리고, 도 2는 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치를 하방에서 바라본 사시도이다. 그리고, 도 3은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 분해 사시도이다.

도면에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치(이하 '배터리 냉각장치'라 함)(1)는 전체적으로 전기 자동차용 배터리가 안착될 수 있는 판상으로 형성되며, 중앙의 열교환 튜브(100)와 상기 열교환 튜브(100) 양단에 각각 구비되는 헤더(200) 그리고, 상기 열교환 튜브(100)의 상면과 하면에 구비되는 어퍼 플레이트(310)와 로어 플레이트(320)로 구성될 수 있다.

상기 열교환 튜브(100)는 알루미늄 소재로 형성되며 압출에 의해 성형되는 튜브 형상으로 형성될 수 있다. 상기 열교환 튜브(100)는 판상과 같이 두께보다 폭과 길이가 더 크게 형성되며, 내부에는 길이방향으로 다수의 냉매 유로(101)가 형성된다.

따라서, 상기 냉매 유로(101)를 통해 냉매가 유동될 수 있으며, 냉매의 유동에 의해 냉각되는 열교환 튜브(100)는 상기 배터리 냉각장치(1)에 장착되는 배터리와 열교환할 수 있게 되어 상기 배터리를 냉각할 수 있게 된다. 이때, 상기 냉매는 일반적으로 사용되는 물을 포함하여 열교환 효율이 우수한 유체들을 포함한다.

상기 열교환 튜브(100)는 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)와 같이 좌우 양측으로 한쌍이 배치될 수 있으며, 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)는 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 동일한 구조를 가지는 튜브를 장착되는 위치만 달리하여 사용 가능하게 된다. 그리고, 이와 같은 상기 열교환 튜브(100)는 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)를 각각 복수개로 구성하는 것으로 그 크기를 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 열교환 튜브의 사시도이다.

도면을 참조하여 상기 열교환 튜브(100)에 관하여 보다 상세하게 살펴보면, 상기 열교환 튜브(100)는 직사각 형상으로 형상으로 형성되며, 전후 방향으로 길게 형성된다. 상기 열교환 튜브(100)는 상면(102)과 하면(103)이 평면 형상으로 형성되며, 상기 좌우 양측면은 라운드지게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 열교환 튜브(100)의 내부에는 다수의 구획판(104)이 일정간격으로 배치된다.

상기 구획판(104)은 상기 열교환 튜브(100)의 전단에서 후단까지 연장되며, 복수의 구획판(104)에 의해 상기 냉매 유로(101)가 형성된다. 상기 냉매 유로(101)는 동일한 크기로 연속하여 병렬 배치되며 그 단면 형상이 사각형 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 냉매 유로(101)의 내측면, 보다 상세하게는 상기 열교환 튜브(100)의 상면(102)과 하면(103)의 내측면에는 내측을 향하여 돌출되는 보강 리브(105)가 더 형성될 수 있다. 상기 보강 리브(105)는 상기 냉매 유로(101)를 통해 유동되는 냉매의 압력 분산 및 상기 열교환 튜브(100)의 강도를 보강하기 위한 것으로, 상기 냉매 유로(101) 내측면의 상면(102)과 하면(103)에서 서로 마주보는 방향으로 돌출 형성된다. 그리고, 상기 보강 리브(105)는 상기 열교환 튜브(100)의 전단에서 후단까지 연장 형성된다. 상기 열교환 튜브(100)는 복수개가 구비될 수 있으며, 상기 헤더(200)와의 결합 위치에 따라서 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)로 정의될 수 있게 된다.

한편, 상기 열교환 튜브(100)의 전단과 후단에는 각각 헤더(200)가 장착된다. 상기 헤더(200)는 상기 열교환 튜브(100)로의 냉매의 유입/유출 및 상기 열교환 튜브(100)를 구성하는 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120) 사이의 이동을 안내하기 위한 것으로 관 형상으로 형성된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 프론트 헤더의 사시도이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 리어 헤더의 사시도이다.

도면을 참조하여 상기 헤더(200)에 관하여 보다 상세하게 살펴보면, 상기 헤더(200)는 상기 열교환 튜브(100)의 전단에 장착되는 프론트 헤더(210)와, 상기 열교환 튜브(100)의 후단에 장착되는 리어 헤더(220)로 구성될 수 있다.

상기 프론트 헤더(210)는 상기 열교환 튜브(100)의 개구된 전단과 결합되는 것으로, 관상으로 형성되며, 상기 프론트 헤더(210)에는 냉매의 유입 및 유출을 위한 입력 포트(410)와 출력 포트(420)가 연결될 수 있다.

상세히, 상기 프론트 헤더(210)는 내부가 중공된 원통 형상의 관 형상으로 형성된다. 그리고, 상기 프론트 헤더(210)의 중앙과 양측면은 배플(Baffle)(211)이 형성되어 상기 프론트 헤더(210)의 내부 공간을 차단하게 된다.

이때, 상기 프론트 헤더(210)의 중앙에 제공되는 배플(211)에 의해 상기 프론트 헤더(210)는 유입측(213)과 유출측(214)으로 구획되며, 상기 유입측(213)에는 입력 포트(410)가 상기 유출측(214)에는 출력 포트(420)가 연결된다.

따라서, 상기 배터리의 냉각을 위한 냉매는 상기 입력 포트(410)를 통해 상기 유입측(213)으로 주입되고, 상기 열교환 튜브(100)를 거친 후 다시 유출측(214)을 통해 상기 출력 포트(420)로 배출될 수 있는 구조를 가지게 된다.

한편, 상기 배플(211)은 상기 프론트 헤더(210)를 측방향에서 관통하는 판상으로 형성될 수 있으며, 상기 배플(211)의 삽입에 의해 상기 프론트 헤더(210)의 내부를 구획할 수 있도록 구성된다. 물론, 상기 배플(211)은 상기 프론트 헤더(210)의 내부를 차단할 수 있는 다양한 구조로 형성되는 것이 가능할 것이다.

한편, 상기 입력 포트(410)와 출력 포트(420)가 형성된 일측과 대향되는 상기 프론트 헤더(210)의 타측에는 프론트 튜브 삽입부(212)가 형성된다. 상기 프론트 튜브 삽입부(212)는 중앙에 위치된 상기 배플(211)을 기준으로 좌우 양측에 각각 구비되며, 상기 열교환 튜브(100)의 단면 형상과 대응하는 형상으로 개구되도록 형성될 수 있다.

따라서, 상기 프론트 튜브 삽입부(212) 중 상기 유입측(213)의 프론트 튜브 삽입부(212)에는 상기 공급 튜브(110)의 전단이 삽입되며, 상기 유출측(214)의 프론트 튜브 삽입부(212)에는 상기 귀환 튜브(120)의 전단이 삽입되어 각각 고정될 수 있게 된다.

상기 리어 헤더(220)는 상기 프론트 헤더(210)와 동일한 직경을 가지는 관 형상으로 형성되며, 상기 열교환 튜브(100)의 개구된 후단과 결합되도록 구성된다. 상기 리어 헤더(220)의 개구된 좌우 양측면에도 각각 배플(221)이 구비되며, 상기 배플(221)에 의해 상기 리어 헤더(220)의 내부는 폐공간을 형성하게 된다.

그리고, 상기 열교환 튜브(100)가 삽입되는 상기 리어 헤더(220)의 전면에는 리어 튜브 삽입부(222)가 형성된다. 상기 리어 튜브 삽입부(222)는 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)의 후단이 삽입될 수 있도록 각각 대응하는 위치에 대응하는 형상으로 형성될 수 있게 된다.

한편, 상기 열교환 튜브(100)의 상면과 열교환 튜브(100)의 하면에는 각각 어퍼 플레이트(310)와 로어 플레이트(320)가 구비된다.

도 7은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 횡단면도이다. 그리고, 도 8은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 종단면도이다.

도면을 참조하여 상기 어퍼 플레이트(310) 및 로어 플레이트(320)에 관하여 보다 상세하게 살펴보면, 상기 어퍼 플레이트(310)는 상기 배터리 냉각장치(1)의 상면 외관을 형성하는 것으로, 알루미늄층(311)과 접착층(312)으로 이루어지는 클래드(Clad) 판재로 형성된다. 상기 어퍼 플레이트(310)의 상면은 알루미늄층(311)이 형성되고, 하면은 접착층(312)이 형성된다. 따라서, 상기 어퍼 플레이트(310)의 하면은 상기 열교환 튜브(100)의 상면과 접하게 되며, 브레이징에 의해 상기 열교환 튜브(100)와 접착될 수 있게 된다.

상기 어퍼 플레이트(310)는 상기 배터리 냉각장치(1)의 상면을 형성하게 되며, 상기 배터리가 안착될 수 있는 면을 제공하게 된다. 따라서, 상기 어퍼 플레이트(310)는 평면 형상으로 형성된다.

그리고, 상기 어퍼 플레이트(310)는 좌우 양측방으로 상기 열교환 튜브(100)의 좌우 양 측단보다 더 돌출되도록 형성되며, 상기 프론트 헤더(210) 및 리어 헤더(220)의 길이와 대응하는 폭을 가지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 어퍼 플레이트(310)의 좌우 양측단에는 체결홀(313)이 형성된다. 상기 체결홀(313)은 상기 배터리 냉각장치(1)를 고정 장착하기 위한 것으로, 스크류 또는 볼트와 같은 체결부재가 관통되도록 구성된다. 따라서, 상기 배터리 냉각장치(1)는 상기 체결부재에 의해 배터리 또는 배터리가 위치되는 차체의 프레임 등에 고정 장착될 수 있게 된다.

그리고, 상기 어퍼 플레이트(310)는 상기 프론트 헤더(210)와 리어 헤더(220)의 사이 거리와 대응하는 전후 방향 길이를 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 어퍼 플레이트(310)의 장착시 상기 어퍼 플레이트(310)는 상기 열교환 튜브를 완전히 가리게 되고, 상기 프론트 헤더(210)와 리어 헤더(220)에 접하게 된다.

이때, 상기 어퍼 플레이트(310)의 두께는 상기 어퍼 플레이트(310)의 상면이 상기 프론트 헤더(210) 및 리어 헤더(220)의 상단과 동일한 높이 또는 그 이상이 되도록 한다. 따라서, 상기 배터리의 안착시 상기 배터리가 상기 프론트 헤더(210) 또는 리어 헤더(220)와 간섭되거나 수평하지 않은 상태로 장착되는 것을 방지하게 된다.

한편, 상기 로어 플레이트(320)는 상기 배터리 냉각장치(1)의 하면 외관을 형성하는 것으로, 상기 어퍼 플레이트(310)와 마찬가지로 알루미늄층(321)과 접착층(322)으로 이루어지는 클래드(Clad) 판재로 형성된다. 이때, 상기 로어 플레이트(320)의 하면은 알루미늄층(321)으로 형성되고, 상면은 접착층(322)으로 형성된다. 따라서, 상기 로어 플레이트(320)의 상면은 상기 열교환 튜브(100)의 하면과 접하게 되며, 브레이징에 의해 상기 열교환 튜브(100)와 접착될 수 있게 된다.

그리고, 상기 로어 플레이트(320)는 사각형의 판상으로 형성되며, 이때, 상기 열교환 튜브(200)의 가로방향 폭과 대응하는 폭을 가지고, 세로방향 길이는 상기 프론트 헤더(210)와 리어 헤더(220)의 사이 거리와 대응하도록 형성된다. 따라서, 상기 로어 플레이트(320)의 장착시 상기 로어 플레이트(320)는 상기 열교환 튜브(100)를 완전히 가리게 되고, 상기 프론트 헤더(210)와 리어 헤더(220)에 접하게 된다.

이때, 상기 로어 플레이트(320)의 두께는 상기 로어 플레이트(320)의 하면이 상기 프론트 헤더(210) 및 리어 헤더(220)의 하단과 동일한 높이 또는 그 이상이 되도록 한다. 따라서, 상기 배터리 냉각장치(1)가 고정 장착될 때 고정되는 대상물과 간섭되지 않고 안정적으로 장착될 수 있도록 한다.

이하에서는, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 냉각장치의 냉매 유동 상태를 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 9는 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 냉매 유동 상태를 보인 사시도이다.

도면에 도시된 것과 같이, 냉매는 상기 입력 포트(410)를 통해서 상기 프론트 헤더(210)의 유입측(213) 공간으로 유입되며, 상기 유입측(213)의 프론트 튜브 삽입부(212)를 통해 상기 공급 튜브(110)상에 형성된 다수의 상기 냉매 유로(101)로 냉매가 유동될 수 있게 된다.

상기 냉매 유로(101)를 통해 이동되는 냉매는 상기 리어 헤더(220)의 후단 및 상기 리어 튜브 삽입부(222)를 통해서 상기 귀환 튜브(120)의 후단으로 유입되며, 상기 귀환 튜브(120)를 따라 이동된 냉매는 상기 유출측(214)의 프론트 튜브 삽입부(212)를 통해 상기 프론트 헤더(210)의 유출측(214)으로 유입되고, 다시 상기 출력 포트(420)를 통해서 상기 배터리 냉각장치(1)의 외부로 배출된다.

이와 같이 냉매는 상기 열교환 튜브(100)의 내부를 따라 유동되며, 지속적인 냉매의 공급 및 배출을 통해 상기 열교환 튜브(100)를 지속적으로 냉각될 수 있으며, 상기 배터리 냉각장치(1)와 접하는 상기 배터리 또한 지속적으로 냉각될 수 있게 된다.

한편, 상기 열교환 튜브(100)를 통하여 이동되는 냉매는 상기 열교환 튜브(100)에 형성된 다수의 냉매 유로(101)를 통해 분산 유동되어 국부적으로 압력이 집중되지 않고 고르게 분산되도록 하며, 상기 냉매 유로(101) 상에 형성된 보강 리브(105)에 의해 상기 냉매 유로(101)를 따라 유동하는 냉매의 압력을 다시 한 번 분산하는 한편, 상기 열교환 튜브(100) 자체의 강도를 구조적으로 보강하여 상기 열교환 튜브의 변형을 방지하게 된다.

이하에서는, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 냉각장치의 제조 과정을 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 10은 상기 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 제조과정을 순차적으로 나타낸 블럭도이다.

도면에 도시된 것과 같이, 상기 배터리 냉각장치(1)의 성형을 위해서는 우선 상기 열교환 튜브(100)를 압출 가공하게 된다. 상기 열교환 튜브(100)는 구조의 특성상 압출 가공에 의해 전체적인 형상이 성형되며, 상기 냉매 유로(101) 및 보강 리브(105) 또한 압출 가공에 의해 성형될 수 있게 된다. 즉, 상기 압출 가공을 통해서 상기 열교환 튜브(100) 전체의 성형이 가능하게 된다.

그리고, 상기 열교환 튜브(100)는 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)가 각각 형성되며, 이때, 성형되는 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)는 그 구조와 형상이 완전히 동일하며 장착되는 위치에 따라서 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)로 결정된다.

그리고, 상기 배터리 냉각장치(1)의 크기 또는 용량에 따라서 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)는 복수개가 성형될 수 있으며, 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)의 개수에 맞추어 각각을 압출 성형하게 된다. [열교환 튜브 압출 가공 단계(S100)]

그리고, 상기 열교환 튜브(100)가 삽입될 수 있도록 상기 프론트 헤더(210)와 리어 헤더(220)를 가공하게 된다.

상기 프론트 헤더(210)와 리어 헤더(220)는 상기 열교환 튜브(100)의 전체 가로 방향 폭보다는 더 긴 금속관 형상으로 성형되어 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)가 병렬로 배치될 수 있도록 한다. 그리고, 상기 프론트 헤더(210)와 리어 헤더(220)에는 각각 상기 배플(211,221)을 삽입하여 상기 프론트 헤더(210)와 리어 헤더(220)의 내부에 폐공간을 만들게 된다.

이때, 상기 프론트 헤더(210)에는 상기 배플(211)이 좌우 양측단과 중앙에 구비되도록 하여 유입측(213)과 유출측(214)으로 구획된 공간이 형성되도록 한다. 그리고, 상기 유입측(213)에는 상기 입력 포트(410)가 연결되고, 유출측(214)에는 출력 포트(420)가 연결되도록 한다.

그리고, 상기 유입측(213)과 유출측(214)에는 각각 상기 프론트 튜브 삽입부(212)가 각각 형성된다. 상기 프론트 튜브 삽입부(212)는 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)의 전단이 삽입될 수 있도록 개구되도록 가공하게 된다.

상기 리어 헤더(220)는 상기 프론트 헤더(210)와 동일한 소재를 이용하여 동일한 길이로 성형된다. 그리고, 상기 배플(221)은 상기 리어 헤더(220)의 양단을 차폐하도록 삽입되어 하나의 폐공간을 형성하게 된다.

그리고, 상기 리어 헤더(220)에는 각각 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)의 후단이 삽입될 수 있는 리어 튜브 삽입부(222)가 개구되도록 가공된다. 상기 리어 튜브 삽입부(222)는 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)의 후단과 대응하는 형상으로 형성될 수 있으며, 좌우 양측에 나란하게 배치될 수 있게 된다. [헤더 성형 단계(S200)]

성형된 열교환 튜브(100)와 헤더(200)는 서로 조립된다. 상세히, 상기 프론트 헤더(210)에 형성된 상기 프론트 튜브 삽입부(212)에 각각 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)의 전단을 대응하는 위치에 삽입하여 고정하게 된다. 그리고, 상기 리어 헤더(220)의 리어 튜브 삽입부(222)에 상기 공급 튜브(110)와 귀환 튜브(120)의 후단을 각가 삽입하게 된다.

상기 열교환 튜브(100)와 헤더(200)의 삽입 후에는 이들 각각이 접하는 부분을 접착제로 접착하거나 용접을 통해 서로 접합될 수 있도록 한다. 이때, 상기 열교환 튜브(100)와 헤더(200)는 서로간의 결합을 통해 유동되는 냉매가 누설되는 것을 방지하도록 하며, 상기 열교환 튜브(100)와 헤더(200) 사이에 견고한 결합이 이루어질 수 있도록 한다. [열교환 튜브 헤더 조립 단계(S300)]

상기 열교환 튜브(100)와 헤더(200)가 조립된 상태에서 상기 어퍼 플레이트(310)와 로어 플레이트(320)를 크기에 맞게 재단하고 상기 체결홀(313)을 상기 어퍼 플레이트(310)에 가공하여 성형하게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 어퍼 플레이트(310)와 로어 플레이트(320)를 각각 상기 열교환 튜브(100)의 상면(102)과 하면(103)에 안착시킨 상태에서 고온으로 가열하게 된다. 고온 가열에 의해 상기 어퍼 플레이트(310) 하면의 접착층(312)이 용융되면서 상기 열교환 튜브(100)의 상면(102)과 접합될 수 있게 되며, 동시에 상기 로어 플레이트(320) 상면의 접착층(322)이 용융되면서 상기 열교환 튜브(100)의 하면(103)과 접합된다.

이와 같은 브레이징 공법에 의해 상기 어퍼 플레이트(310)와 로어 플레이트(320)는 상기 열교환 튜브(100)에 밀착된 상태로 고정될 수 있게 된다. 그리고, 상기 어퍼 플레이트(310)와 로어 플레이트(320)는 상기 프론트 헤더(210)와 로어 헤더(200)까지 연장되며, 이때 프론트 헤더(210)와 로어 헤더(200)의 상단 및 하단은 각각 상기 어퍼 플레이트(310)와 로어 플레이트(320)의 상면 및 하면과 동일한 평면을 형성할 수 있도록 하여 상기 배터리 냉각장치(1)가 보다 안정적으로 장착될 수 있도록 하며, 상기 배터리 또한 상기 어퍼 플레이트(310)에 수평한 상태로 안정적으로 고정될 수 있도록 한다. [플레이트 브레이징 단계(S400)]

한편, 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치는 전술한 실시예 외에도 다양한 실시예가 가능할 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 열교환 튜브를 구성하는 튜브가 복수개로 구성되어 상기 배터리 냉각장치의 크기를 더 크게 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예의 구성은 상기 열교환 튜브의 개수 및 상기 열교환 튜브와 결합되는 프론트 헤더와 리어 헤더의 튜브의 구조 일부만 차이가 있을 뿐 나머지 구성들은 전술한 실시예와 동일하며, 이하에서는 동일한 구성들에 대해서는 동일한 명칭을 사용하고 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리 냉각장치의 냉매 유동 상태를 보인 사시도이다.

도면에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 냉각장치(2)는, 복수의 튜브들로 구성되는 열교환 튜브(500)와 상기 열교환 튜브(500)와 결합되는 프론트 헤더(610) 및 리어 헤더(620) 그리고, 상기 열교환 튜브(500)의 상면과 하면에 접합되는 어퍼 플레이트(710) 및 로어 플레이트(미도시)로 구성될 수 있다.

이때, 상기 열교환 튜브(500)는 복수의 튜브들 즉, 제 1 튜브(510)와 제 2 튜브(520), 제 3 튜브(530) 및 제 4 튜브(540)로 구성된다. 이때 상기 열교환 튜브(500)는 그 개수에서만 차이가 있을 뿐 각각의 상기 튜브들은 전술한 실시예에서와 같이 서로 동일한 구조를 갖는다. 즉, 도 11에서와 같이 4개의 동일한 구조를 갖는 열교환 튜브(500)가 병렬로 배치되도록 한다.

그리고, 상기 프론트 헤더(610)에는 각각 입력 포트(810)와 출력 포트(820)가 구비되고, 좌우 양측단과 그 사이에 2개 모두 4개의 배플(611)이 구비된다. 상기 4개의 배플(611)에 의해 상기 프론트 헤더(610)의 내부 공간은 3개의 공간으로 구획될 수 있다.

그리고, 상기 프론트 헤더(610)에는 프론트 튜브 삽입부 4 개가 개구되어 형성된다. 상기 프론트 튜브 삽입부는 하나의 튜브 전단의 크기와 대응하도록 개구되어 4개의 열교환 튜브(500)가 독립적으로 삽입될 수 있도록 구성된다. 이때, 상기 각각의 프론트 튜브 삽입부 사이의 간격은 동일하게 배치될 수 있다.

이때, 배플(611)에 의해 구획되는 공간 중 상기 입력 포트(810)와 연결되는 공간 및 출력 포트(820)와 연결되는 공간은 각각 하나씩의 튜브 즉, 제 1 튜브(510)와 제 4 튜브(540)가 장착되며, 제 2 튜브(520)와 제 3 튜브(530)는 그 사이의 공간에 서로 연통되도록 상기 프론트 튜브 삽입부의 내측으로 삽입된다.

한편, 상기 리어 헤더(620)는 좌우 양측단에 배플(621)이 구비되어 리어 헤더(620)의 개구된 양측면을 차폐하고, 상기 리어 헤더(620)의 중앙부에 배플(621)이 더 구비되어 상기 배플(621)을 2개의 공간으로 나누게 된다.

그리고, 상기 리어 헤더(620)에는 상기 제 1 튜브(510), 제 2 튜브(520), 제 3 튜브(530) 및 제 4 튜브(540)의 후단과 대응하는 리어 튜브 삽입부가 개구되고, 상기 리어 튜브 삽입부에 상기 열교환 튜브(500) 각각이 삽입될 수 있게 된다.

이때, 상기 제 1 튜브(510)와 제 2 튜브(520)가 삽입되는 상기 리어 헤더(620)의 내부는 서로 연통되고, 상기 제 3 튜브(530)와 제 4 튜브(540)는 상기 배플(621)에 의해 구획된 상기 리어 헤더(620)의 다른 공간에 각각 연통되도록 삽입된다.

따라서, 상기 입력 포트(810)로 냉매가 주입되면, 상기 프론트 헤더(610)로 유입된 냉매가 상기 제 1 튜브(510)의 전단에서 분배되어 각각의 냉매 유로를 통해 이동하게 되고, 상기 제 1 튜브(510)의 단부를 통해 배출된 후 상기 리어 헤더(620)를 통해서 상기 제 2 튜브(520)의 후단으로 유입된다. 그리고, 상기 제 2 튜브(520)의 후단으로 유입된 냉매는 다수의 냉매 유로를 통해서 상기 제 2 튜브(520)의 전단으로 배출되며, 상기 프론트 헤더(610)의 공간을 통해 상기 제 3 튜브(530)의 전단으로 유입된다. 그리고, 다시 상기 제 3 튜브(530)의 전단으로 유입된 냉매는 다수의 상기 냉매 유로를 통해서 상기 제 3 튜브(530)를 따라서 이동하게 되며, 상기 제 3 튜브(530)의 후단으로 배출된다. 상기 제 3 튜브(530)의 후단으로 배출된 냉매는 상기 리어 헤더(620)의 공간을 통해서 상기 제 4 튜브(540)의 후단으로 유입되며, 상기 제 4 튜브(540)의 후단으로 유입된 냉매는 상기 다수의 냉매 유로를 통해 상기 제 4 튜브(540)의 전단으로 이동된 후 상기 프론트 헤더(610)를 거쳐서 상기 출력 포트(820)를 통해 배출된다.

이와 같이 지속적으로 상기 입력 포트(810)로 냉매가 주입되고, 상기 열교환 튜브(500)를 따라 유동하는 냉매는 접촉되는 배터리를 냉각시킬 수 있으며, 열교환된 냉매는 다시 상기 출력 포트(820)로 배출되어 순환될 수 있게 된다.

한편, 도 11에서는 4개의 튜브의 조합으로 상기 열교환 튜브(500)가 형성되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 상기 열교환 튜브(500)는 4개 이상 더 많은 개수로 병렬 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 프론트 헤더(610)와 리어 헤더(620)의 배플(611,612)의 위치에만 차이가 있을뿐 전체적인 구조는 동일하게 형성될 수 있다.

Claims (16)

1. 냉매가 유동되도록 관통되는 다수의 냉매 유로 연속하여 병렬 배치되는 다수의 튜브로 구성되는 열교환 튜브;
   상기 다수의 튜브 각각의 전단이 삽입되는 관 형상으로 형성되어 상기 열교환 튜브와 연통되며, 냉매가 유입되는 입구를 형성하는 입력 포트와 냉매가 배출되는 출구를 형성하는 출력포트가 구비되는 프론트 헤더;
   상기 다수의 튜브 각각의 후단이 삽입되는 관 형상으로 형성되며, 상기 다수의 튜브 사이의 냉매 유동을 안내하는 리어헤더;
   판상으로 형성되어 상기 열교환 튜브의 상면에 접착되며, 냉각을 위한 배터리가 안착되는 평면을 형성하는 어퍼 플레이트;
   판상으로 형성되어 상기 열교환 튜브의 하면과 접착되는 로어 플레이트를 포함하여 구성되며,
   상기 다수의 튜브는 알루미늄 소재로 압출 성형되며, 그 크기와 형상이 모두 동일하게 형성되며 연속적으로 병렬 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 어퍼 플레이트와 로어 플레이트의 상면과 하면은 상기 프론트 헤더와 히어 헤더의 상단 및 하단과 동일 평면상에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 어퍼 플레이트와 로어 플레이트의 상면과 하면은 상기 프론트 헤더와 히어 헤더의 상단 및 하단 보다 더 돌출 되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 어퍼 플레이트의 둘레에는 결합부재가 관통되어 상기 배터리 냉각장치가 상기 배터리 또는 배터리가 배치되는 차체에 장착될 수 있도록 하는 체결구가 천공 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 어퍼 플레이트와 로어 플레이트는 외측면을 형성하는 알루미늄층과 상기 튜브와 접합되는 접착층으로 구성된 클래드 판재로 성형되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환 부재는,
   상기 입력 포트와 연통되며, 상기 프론트 헤더에서 상기 리어 헤더로 냉매의 유동을 안내하는 공급 튜브와,
   상기 출력 포트와 연통되며, 상기 리어 헤더에서 상기 프론트 헤더로 냉매의 유동을 안내하는 귀환 튜브로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 프론트 헤더에는 상기 공급 튜브가 삽입되는 공간과 귀환 튜브가 삽입되는 공간이 구획되도록 배플이 형성되며,
   상기 리어 헤더는 하나의 공간에 상기 공급 튜브와 귀환 튜브가 삽입되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 프론트 헤더와 리어 헤더에는 상기 다수의 튜브가 삽입되는 프론트 튜브 삽입부와 리어 튜브 삽입부가 대응하는 개수만큼 형성되며,
   상기 프론트 튜브 삽입부와 리어 튜브 삽입부들은 모두 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 프론트 헤더와 리어 헤더에는,
   상기 프론트 튜브 삽입부와 리어 튜브 삽입부들 사이에서 형성되어 상기 프론트 헤더와 리어 헤더 내측을 독립된 공간으로 구획하여 냉매의 유동 경로를 결정하는 다수의 패플이 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로의 내측면에는 상기 냉매 유로를 따라 내측면으로 돌출되는 복수의 보강 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로는 중공된 상기 튜브의 내부를 일정 간격으로 구획하도록 배치되는 구획판에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치.
    
12. 복수의 냉매 유로가 길이 방향으로 형성되도록 알루미늄 소재를 압출하여 동일한 크기와 형상을 가진 다수의 튜브를 성형하는 열교환 튜브 압출 가공 단계;
    내부가 중공된 관에 배플에 의해 구획된 공간을 형성하며, 상기 열교환 튜브의 전단과 후단이 삽입되도록 프론트 헤더와 리어 헤더를 성형하는 헤더 성형 단계;
    상기 열교환 튜브의 전단과 후단에 각각 프론트 헤더와 리어 헤더를 결합하여 상기 프론트 헤더와 리어 헤더의 사이에 상기 다수의 튜브를 연속하여 병렬 배치하는 열교환 튜브 헤더 조립 단계; 및
    상기 열교환 튜브의 상면과 하면에 클래드 판재로 성형된 어퍼 플레이트와 로어 플레이트를 브레이징에 의해 접착하는 플레이트 브레이징 단계를 포함하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 헤더 성형 단계에서는 상기 프론트 튜브에 냉매가 출입되는 입력 포트와 출력 포트가 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
    
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 헤더 성형 단계에서는 상기 프론트 헤더와 리어 헤더의 내부에 상기 다수의 튜브가 삽입되는 공간을 구획하는 배플이 삽입되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
    
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 플레이트 브레이징 단계에서는,
    상기 어퍼 플레이트의 접착층이 상기 열교환 튜브의 상면과 접합되고,
    상기 로어 플레이트의 접착층이 상기 열교환 튜브의 하면과 접합되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
    
16. 제 12 항에 있어서,
    상기 플레이트 브레이징 단계에서 상기 어퍼 플레이트와 로어 플레이트는 상기 프론트 헤더의 상단 및 리어 헤더의 하단과 동일한 평면상에 배치되도록 접합되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리 냉각장치 제조 방법.
    

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