KR20160068866A

KR20160068866A - 자동차 배터리 모듈의 온도를 제어하기 위한 비용효율적인 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20160068866A
Application number: KR1020167011998A
Authority: KR
Inventors: 질 엘리오; 뱅상 푀이야르; 필립 두세; 알랭 푸르마랭
Original assignee: 발레오 시스템므 떼르미끄
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2016-06-15
Also published as: FR3011986A1; WO2015052141A1; EP3055900A1; JP2016539454A; CN106030897A; US20160268654A1

Abstract

본 발명은, 열교환기(3)와, 자동차의 배터리 및 열교환기(3) 모두에 열 접촉하게 만드는 적어도 하나의 표면을 갖는 전열관(5)들로 이루어진 다발을 포함하는 자동차 배터리 모듈의 온도를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 열교환기는 상기 전열관들의 표면과 접촉하는 적어도 하나의 내벽 및 상기 내벽과 함께 열전달 유체가 흐를 수 있는 공간을 규정하는 적어도 하나의 외벽을 포함한다. 또한, 상기 열교환기는 상기 유체가 통과해서 흐르게 되는 적어도 하나의 유입구 노즐(20) 및 적어도 하나의 유출구 노즐(21)을 포함한다. 상기 온도 제어 장치는, 상기 내벽 및 상기 외벽이 냉간 성형 작업에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 시트로 제조되고 상기 유체 흐름 공간을 형성하도록 크림핑에 의해 서로 조립되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 배터리 모듈의 온도를 제어하기 위한 비용효율적인 장치 및 제조 방법{COST-EFFICIENT DEVICE FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF A MOTOR VEHICLE BATTERY MODULE, AND MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 자동차, 특히 하이브리드 또는 전전기(all-electric) 타입의 전기 자동차의 배터리 또는 배터리들을 냉각 또는 가열하기 위한, 자동차 배터리 모듈용 열 제어 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 제어 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

전기 모터를 구비한 차량의 배터리들, 특히 리튬-이온 타입의 배터리들의 사용의 최적 기능 및 최적 기간을 보장하기 위해, 배터리들의 온도는 대략 15℃ 내지 35℃ 범위 내로, 특히 20℃와 30℃ 사이로 유지되어야 한다.

차량이 주행중일 때 및 정지될 때, 특히 배터리들이 충전되고 있는 동안에는 이러한 온도 유지가 보장되어야 한다. 배터리의 급속 충전은 배터리에서 다량의 열을 발생시킬 수 있다. 그래서, 그 내용 연한을 보존하기 위해서는 배터리를 냉각시킬 필요가 있다. 유사하게, 기후 조건에 따라, 특히 겨울에 또는 추운 지방에서는, 최적 기능을 위한 온도 범위 내에 유지하기 위해 배터리를 가열하는 것이 필요할 수 있다.

차량의 전체 가격에 대비하여 특히 고가인 배터리 때문에, 효과적인 배터리들의 온도 제어를 위한 수단을 제공하는 것이 필수적이다. 또한, 현재로서는, 단순하면서 양호한 가성비를 갖는 상대적으로 소형 및 경량인 배터리들의 온도를 제어하기 위한 수단을 취득하려는 바람이 존재한다.

이를 위해, 도 1을 참조로 보다 상세하게 기술될, 예시되어 있는 장치들이 제안되어 있다. 장치들은 열교환기 및 실질적으로 병렬로 배치된 전열관들로 이루어진 다발을 포함하는 것이 일반적이다. 전열관들은, 그 하나의 표면이 자동차의 배터리와 열 접촉하게 되어 있는 제 1 단부들과, 그 하나의 표면이 열교환기와 열 접촉하고 있는 제 2 단부들을 구비한다. 전열관들은 상변화 유체(phase change fluid)를 에워싸는 복수의 분배 채널을 한정하는 충전 플러그, 차단 플러그 및 중심체를 각각 구비한다. 열교환기의 입장에서는, 유체 유입구, 유체 유출구 및 그 유입구와 그 유출구 사이에서 열전달 유체의 분배를 안내하기 위한 2개의 회로를 규정하는 적어도 2개의 튜브를 포함한다. 각각의 튜브의 축선은 실질적으로 전열관들의 길이방향에 수직하게 배향되고, 그에 따라 전열관들의 제 2 단부들은 각각 튜브들 중 하나와 열 접촉하는 표면을 갖는다.

종래 기술에 있어서, 열교환기의 튜브들은 열교환기를 염가로 제조할 가능성을 제한하는 방법들에 의해, 예컨대 전기식-용접(electro-welding)에 의해 제조된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 위에서 기술한 것과 유사하게 기능하지만 제조하기가 더 간단하고 저렴한 자동차 배터리 모듈용의 개선된 열 제어 장치를 제안하는 것에 있다.

이를 위해, 본 발명의 요지는, 열교환기와, 자동차 및 열교환기 모두에 열 접촉하게 되어 있는 적어도 하나의 표면을 갖는 전열관 다발을 포함하는 자동차 배터리 모듈용 열 제어 장치로서, 상기 열교환기는 전열관들의 상기 표면과 접촉하는 적어도 하나의 내벽 및 상기 내벽과 함께 유체의 순환 공간을 한정하는 적어도 하나의 외벽을 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 내벽 및 외벽은 각각 플레이트를 포함한다. 내벽 및 외벽을 제조하기 위해 별도의 플레이트들을 사용하면, 열교환기를 개선할 가능성이 높아진다.

제 1 예에 따르면, 상기 내벽은 그 2개의 면이 필러 금속(filler metal)으로 덮이고, 상기 외벽은 그 면들 중 상기 순환 공간에 대면하여 위치하는 하나의 면만이 상기 필러 금속으로 덮인다. 이렇게 해서, 열교환기가 제조되고 있는 동안에는, 열교환기를 그 경납땜 지지부에 대하여 경납땜하는 것을 회피할 수 있다.

다른 예에 따르면, 상기 플레이트들은, 예컨대 냉간 성형 작업에 의해, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 금속 시트로 제조된다. 상기와 같은 방법은 극히 간단해서, 열 제어 장치를 염가로 제조할 수 있게 한다. 상기 플레이트들은 상기 순환 공간을 형성하도록 크림핑(crimping)에 의해 함께 사전조립될 수 있다.

열교환기에서 순환하는 상기 유체는, 예컨대 열전달 유체이다. 상기 유체는 특히, 냉매 유체일 수도 있다.

또한, 상기 열교환기는 상기 유체의 순환을 위한 적어도 하나의 유입구 노즐 및 적어도 하나의 유출구 노즐을 포함할 수 있다.

유리하게는, 상기 열교환기는, 내벽 및 외벽을 각각 포함하고 상기 전열관들의 2개의 면과 열 접촉하도록 되어 있는 2개의 요소를 포함할 수 있고, 상기 요소들은 기하학적으로 동일하다. 그에 따라, 제조해야 할 구성품의 수를 줄이는 한편, 이들 요소를 제조하기 위한 계통의 길이를 배가함으로써, 비용이 상당히 절감된다.

하나의 특정 실시예에 있어서, 2개의 요소는 그들의 내벽들의 적어도 일부분에 걸쳐 서로 접촉하고 있으며 서로에 대하여 180° 회전하여 위치된다.

바람직하게는, 2개의 요소의 순환 공간들은 서로 연통하게 되고, 열교환기만이 단일의 유입구 노즐 및 단일의 유출구 노즐을 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 하나의 노즐을 둘로 제조하는 것을 배제하여, 비용이 더 절감될 수 있다.

상기 플레이트들의 길이방향 단부들은 2개의 요소간의 접촉을 실현하는 프레싱부(pressing)들을 포함할 수 있다. 상기 요소들의 내벽을 형성하는 플레이트의 프레싱부들은 다른 요소의 길이방향 단부를 수용하기 위한 함입부(depression)를 생성하도록 상응하는 플레이트의 각 측부상에서 반대 배향을 갖는 것이 바람직하다.

상기 함입부들에 끼워맞춰지는 상기 요소들의 길이방향 단부들은 상기 유입구 노즐 및/또는 유출구 노즐의 진입을 위한 개구들을 포함한다.

전열관들은 열교환기가 놓이는 그들의 단부가 충전 플러그에 의해 폐쇄되는 것이 바람직하다. 상기 플러그는 냉간 성형 작업에 의해, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 금속 시트로 제조되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 열교환기의 요소들에 의해 얻어지는 것과 동일한 비용 절감이 충전 플러그에도 적용된다.

충전 플러그의 적어도 하나의 벽은 상기 열교환기의 벽들 중 적어도 하나와 일체로 제조되는 것이 더 바람직하다.

유리하게는, 충전 플러그가 상기 열교환기의 2개의 요소의 벽 연장부들에 의해 형성되고, 상기 벽 연장부들은 함께 조립된다. 이러한 제조 방법에 의하면, 제조해야 할 구성품의 수가 더 줄어든다.

상기 연장부들의 결합 라인은, 그 길이를 따라, 유체를 충전하기 위해 전열관들의 내부 캐비티들에의 액세스 지점들을 형성할 수 있는 개구들을 포함하는 것이 바람직하다. 이 방법은, 나중에 장치의 다른 요소들에 결합되어야 하는 펌핑 튜브들을 제조하는 것을 회피할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 적어도 하나의 배터리를 포함하는 자동차 배터리 모듈에 관한 것으로서, 상기 자동차 배터리 모듈은 상술한 바와 같은 적어도 하나의 열 제어 장치를 포함하는 것이 특징이다.

바람직하게는, 상기 배터리 모듈은 열 제어 장치를 2개의 연속하는 배터리들 사이에 배치하는 상태로 하나의 배터리가 다른 배터리의 위에 적층되는 적어도 2개의 배터리를 포함하는 것이 특징이다.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 자동차 배터리 모듈용의 열 제어 장치를 제조하는 방법에 관한 것으로,

- 전열관들과, 열교환기를 형성하도록 되어 있는 요소(들)의 내벽 및 외벽이 별도로 제조되고, 상기 벽들은 냉간 성형에 의해 제조되며,

- 상기 요소(들)는, 필요에 따라, 열전달 유체용의 순환 공간을 형성하기 위해 열교환기의 내측에 미리 하나 이상의 교란기(disruptor)를 위치시킴으로써 폐쇄되고,

- 조립체가 동시에 경납땜되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 다음과 같이 구현될 수 있다:

- 제 1 단계에 있어서, 전열관들과, 상기 전열관들을 충전 및 비우기 위한 플러그들과, 열교환기를 형성하도록 되어 있고 냉간 성형에 의해 제조되는 요소(들)의 내벽 및 외벽과, 상기 열교환기의 유입구 노즐 및 유출구 노즐과, 선택적으로 하나 이상의 교란기는 별도로 제조되고,

- 상기 냉간 성형이 수행되기 전에 또는 후에, 열교환기의 요소들의 내벽들의 2개의 면과, 상기 열교환기의 외벽들의 하나의 면과, 상기 플러그들의 내부 벽들은 경납땜용 필러 금속으로 이루어진 층으로 덮이고,

- 경납땜되지 않는 상기 요소(들)의 단부들은, 필요에 따라, 열전달 유체용의 순환 공간을 형성하도록 열교환기 내측에 미리 상기 교란기(들)를 위치시킴으로써 크림핑에 의해 폐쇄되고,

- 이후, 상기 요소들은 유지 도구에서 조립되고,

- 조립체는, 오븐에서, 필러 금속을 용융시킴으로써 동시에 경납땜된다.

바람직하게는, 충전 플러그는 냉간 성형 작업에 의해 제조된 2개의 벽에 의해 형성되고, 상기 벽들은 유지 도구 내의 결합 라인에서 만나고 최종 조립 단계 도중에 이 라인을 따르는 경납땜을 위해 상기 결합 라인이 필러 금속으로 덮인다.

충전 플러그의 상기 벽들은, 동일한 냉간 성형 작업 도중에, 상기 열교환기의 요소들의 내벽 또는 외벽에 연속하여 제조되는 것이 유리하다.

충전 플러그의 상기 벽들을 형성하는 작업은, 2개의 벽의 결합 라인을 따라 개구들을 형성하도록, 상기 벽들의 에지들 중 하나에 오목부들을 만드는 것에 의해 수행되는 것이 바람직하다.

하나의 특정 실시예에 있어서, 유지 도구에는 상기 결합 라인에 펌핑 튜브들이 위치되고, 상기 펌핑 튜브들은 다른 요소들의 동시 경납땜 도중에 충전 플러그에 대하여 경납땜된다.

본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 예시적이며 비제한적인 예로서 주어지는 하기의 상세한 설명의 숙지 및 첨부된 도면들을 통해 더욱 분명해질 것이다:
도 1은 종래 기술에 따른 자동차 배터리 모듈용의 열 제어 장치의 정면도,
도 2는 도 1의 장치의 전열관의 개략적인 측면 사시도,
도 3은 2개의 배터리와 도 1의 열 제어 장치를 포함하는 배터리 모듈의 일례의 개략적인 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 열 제어 장치의 일 실시예의 부분 정단면도,
도 5는 도 4의 장치의 일 실시예의 상면도,
도 6은 동일한 열 제어 장치의 상단면도.

도 1은, 특히 하이브리드 또는 전전기 타입의 전기 차량의 자동차 배터리 모듈용의, 종래 기술에 따른 열 제어 장치(1)를 도시한다.

열 제어 장치(1)는 통상적으로 열교환기(3)와 전열관 다발을 포함한다. 그에 따라, 도 1에 나타내진 장치(1)는 8개의 전열관(5)을 포함하는 다발(4)을 포함한다.

그 자체로 공지된 방식에 있어서, 전열관(5)은 임의의 다른 가스가 없어서 그 기체상(gaseous phase) 및 그 액체상(liquid phase)이 균형을 이루고 있는 유체를 포함하는 밀폐 용기 형태로 된다. 그에 따라, 상기 유체는 2상성 유체이다. 유기 유체, 즉 탄소, 수소, 및 산소 분자들을 포함하는 유체가 비제한적인 예로서 언급될 수 있다.

전열관(5)은 길이방향 축선(L)을 따라 세장형의 전체 형상을 갖는다(도 1 및 도 2 참조). 도 2에 개략적으로 도시된 예에 따르면, 전열관은 충전 플러그(6), 차단 플러그(7) 및 충전 플러그(6)와 차단 플러그(7) 사이에서 분배식으로 연장되는 복수의 덕트(도 2에서는 하나만이 도시됨)를 규정하는 중심체(8)를 포함한다.

덕트(9)들은, 예컨대 동일하며 중심체(8) 내측에서 서로 평행하다. 덕트들의 내벽들은 전열관(5)의 일단부로부터 타단부까지 모세관 작용에 의해 액체를 안내하도록 구성되는 프로파일들을 갖는다.

도 1 내지 도 4에 나타내진 하나의 특정한 실시예에 따르면, 각각의 전열관(5)은 그 2상성 유체를 충전하거나 또는 비우기 위해 전열관의 밀폐 용기의 내측과 연통할 수 있게 하는 펌핑 튜브(15)를 또한 포함할 수 있다. 그에 따라, 펌핑 튜브(15)는 충전 플러그(6)에 누설밀봉식으로 삽입되어 고정된다. 대안으로서, 전열관(5)들은 전열관(5)을 충전하기 위해 밀폐 용기의 내측과 직접적으로 연통하는 충전 플러그(6)에 형성되는 폐쇄 가능한 구멍을 구비할 수 있다. 그에 따라, 전열관의 내부 캐비티에의 액세스는 이 폐쇄 가능한 구멍 내로의 주사기의 진입에 의해 또는 임의의 다른 유사한 장치에 의해 펌핑 튜브 없이 일어난다.

다시 말해, 이 경우에, 덕트(9)들은 충전 플러그(6)에 의해 제 1 단부가 폐쇄되고 차단 플러그(7)에 의해 제 2 단부가 폐쇄된다. 충전 플러그(6)는 하나의 동일한 전열관의 덕트(9)들이 서로 유체 연통되게 하는 전열관들의 길이방향(L)을 가로지르는 홈을 중심체(8)의 제 1 단부에 포함한다. 같은 방식으로, 차단 플러그(7)는 덕트(9)들을 서로 연통시키기 위한 제 2 수단을 중심체(8)의 제 2 단부에 포함한다. 이들 연통 수단은 연통 홈들 및 덕트(9)들에 의해 규정되는 밀폐 용기를 통해 2상성 유체를 균등하게 분배하도록 전열관(5)의 상이한 덕트(9)들 모두의 사이에서 압력 균형을 유지할 수 있게 한다. 그에 따라 충전 플러그(6) 및 차단 플러그(7)는 전열관(5)의 덕트(9)들 사이의 연통을 허용하고, 외부로부터 덕트(9)들을 폐쇄하고, 또한 선택적으로 전열관(5)을 비우기/충전하기 위해 펌핑 튜브(15)들을 끼워맞추는 기능들을 갖는다.

그들의 기술적 제조가 관련되는 한, 전열관(5)들(중심체(8)들, 충전 플러그(6)들, 차단 플러그(7)들 및 선택적인 펌핑 튜브(15)들)은, 공지되어 있는 대로, 예컨대 전적으로 열전도성이 우수한 알루미늄으로 이루어진 금속 재료로 구성된다. 다중덕트 중심체(8)들은, 예컨대 압출에 의해 제조되고 나서, 원하는 길이로 절단된다. 펌핑 튜브(15)들의 입장에서는, 충전 플러그(6)에 경납땜됨으로써, 조립체가 누설밀봉되는 것을 보장하게 된다.

열교환기(3)가 관련되는 한, 열교환기는, 종래의 방식으로, 유체 유입구(20)와 유체 유출구(21)(도 1 또는 도 6의 화살표 참조) 사이에서 분배식으로 물 또는 글리콜 물과 같은 유체의 순환을 안내하기 위한 2개의 회로를 규정하는 2개의 튜브(22, 23)를 포함한다. 튜브들(22, 23)의 축선들은 실질적으로 전열관(5)들의 길이방향(L)에 수직하게 배향된다. 다발(4)의 전열관(5)들의 제 2 단부(5b)들은 그들을 사이에 끼우는 2개의 튜브(22, 23) 사이에 개재되고, 그에 따라 2개의 단부(5b) 각각은 튜브들 중 하나(22 또는 23)와 열 접촉하는 표면을 갖는다.

"냉각(cooling)" 작업에서, "저온(cold)" 유체는 유체 유입구(20)를 통해 유입하고, 튜브들(22, 23)의 안내 회로를 통과하고, 유체 유출구(21)를 통해 유출한다. 튜브들(22, 23)을 통과함에 따라, 유체는 전열관(5)들의 에너지를 수집해서 유체 유출구(21)에 연결된 유체 시스템에 배출한다. 유체 시스템은, 예컨대 차량의 전방에 있는 외부 라디에이터를 통해 열 잉여분을 배출한다. 대안으로서, 저온 유체는 차량의 공기 조화 루프의 냉매 유체에 의해 냉각된다. 그에 따라, 튜브들(22, 23)은 축적된 열을 전열관(5)들의 제 2 단부(5b)들을 통해 소산시킬 수 있게 한다. 그에 반해, "가열(heating)" 작업에서는, 유체는 튜브들(22, 23)의 안내 회로들을 통과하고 에너지를 전열관(5)들에 전달하는 "고온(hot)" 유체이다. 그에 따라, 튜브들(22, 23)을 통한 유체의 순환은 배터리 모듈(10)의 부피를 증가시키지 않고도 전열관(5)들에 열을 제공하거나 또는 소산시키는데 사용된다.

튜브들(22, 23)을 통과하는 유체에 대한 열전달을 향상시키기 위해서는, 튜브들(22, 23)에 대하여 안내 회로(도 6에 도시됨)에 수용되는 난류발생기(24)를 포함해야 한다는 제안이 이루어진다. 난류발생기(24)는 안내 회로를 따라 연장되며, 예컨대 튜브들(22, 23)을 가로지르는 방향으로 실질적으로 파동 형상을 갖는다. 그에 따라, 난류발생기(24)의 파형부들은 열교환 핀(fin)들을 형성함으로써, 튜브들(22, 23)을 통과하는 유체와 튜브들(22, 23) 사이의 열교환을 촉진한다.

난류발생기(24)의 핀들은, 예컨대 알루미늄 재료로 이루어지는 바와 같은 금속성이고, 예컨대 그 파형부들의 마루부(crest)들이 열교환기(3)의 안내 회로들에서 튜브들(22, 23)의 내부 벽들에 경납땜된다.

제어 장치(1)는 적어도 하나의 배터리(11)를 또한 포함하는 자동차 배터리 모듈(10)에 결합된다. 도 3은 2개의 배터리(11) 및 제어 장치(1)를 포함하는 배터리 모듈(10)의 예를 나타낸다. 배터리(11)들은, 예컨대 전기화학적 배터리, 특히 리튬-이온 타입의 배터리이다. 상기와 같은 배터리들은 양호한 중량/마력비(weight/power radio)를 갖는다는 장점이 있고: 즉 배터리들은 그들의 콤팩트함에 비하여 힘이 좋다.

나타내진 예에 있어서, 배터리(11)는 2개의 평평한 나란한 큰 면을 가진 실질적으로 평행육면체 형상을 갖는다. 예로서, 평평한 큰 표면들의 표면적은 A4 포맷 정도(300*216㎜)이다.

열 제어 장치(1)는, 전열관(5)들의 제 1 단부(5a)들이 배터리 또는 배터리들(11)과 열 접촉하고 전열관(5)들의 제 2 단부(5b)들이 열교환기(3)와 열 접촉하도록 배터리들에 결합된다(도 1 및 도 3 참조). "열 접촉(thermal contact)"이라는 표현은, 전열관(5)들의 제 1 단부(5a)들의 표면들(12, 13)이 중재물 없이 직접 접촉으로 배터리(11)에 대하여 눌려서 고정되거나, 또는 이들 표면이 배터리(11)와 전열관(5) 사이의 열교환을 촉진하는 열전도성 인터페이스를 개재하여 배터리(11)에 대하여 눌려서 고정된다는 의미로서 이해된다.

그에 따라, 배터리 모듈(10)은 복수의 배터리(11) 및 복수의 열 제어 장치(1)를 포함할 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 열 제어 장치(1)가 2개의 연속하는 배터리(11) 사이에 개재되는 상태로, 배터리(11)들은 하나의 배터리가 다른 배터리의 위에 큰 면끼리 적층된다.

전열관(5)들과 배터리(11)들 사이의 열교환 면적을 최대화하기 위해서는, 하나의 동일한 다발(4) 내에서, 전열관(5)들이 병렬로 배치되고, 즉 전열관들이 서로 평행하고 길이방향 축선(L)에 대하여 평행하고, 전열관(5)들의 제 1 단부(5a)의 표면들(12, 13)이 배터리(11)의 큰 면의 표면 전체를 덮어야 한다는 제안이 이루어진다. 그에 따라, 열 제어 장치(1)는, 큰 열교환 면적, 사실상 배터리(11)의 전체 표면적이, 간단하게 감소된 부피로, 그 사이에 직접적으로 개재되는 상태에서, 배터리(11)들의 온도를 거기에 가깝게 제어할 수 있게 한다.

이제, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 열 제어 장치를 기술한다.

종래 기술에서는, 열교환기(3)가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 직사각형 금속 스트립을 접어서 경납땜 또는 전기-용접하여 제조되었지만, 본 발명은, 예컨대 크림핑에 의해 접혀서 냉간 성형되고 나서 크림핑에 의해 함께 결합되어 열교환기를 통과하는 유체의 순환을 위한 공간을 규정하는 2매의 알루미늄 시트로부터 각각 얻어지는 2개의 플레이트 또는 2개의 하프-쉘(half-shell) 형태로 튜브들(22 및 23)을 제조하는 것을 제안한다. 플레이트들 중 첫번째 플레이트는 전열관들과 접촉하는 내벽을 형성하고, 플레이트들 중 두번째 플레이트는 맞은편의 외벽을 형성한다. 열교환기의 단부들 각각에 바람직하게는 경납땜에 의해 고정되는 것은, 상기 유체의 순환 공간과 연통하게 되도록 위치되는 냉각 유체용의 유입구 노즐(20) 및 유출구 노즐(21)이다.

그에 따라, 각각의 튜브(22 또는 23)는 길이방향(L)을 가로질러 연장되는 실질적으로 평행육면체 형상을 갖고, 2개의 알루미늄 플레이트는 서로에 대하여 병렬로 되고 전열관(5)들의 다발에 평행한 전체 면에 걸쳐 일정한 길이만큼 서로 이격된다. 그럼에도 불구하고, 이들 튜브는 그들의 횡단 단부들 중 하나에, 상응하는 유입구 노즐(20) 또는 유출구 노즐(21)을 끼워맞추고 이 노즐을 통해 유입 또는 유출하는 유체의 흐름에 맞게 그 직경을 조정할 수 있도록, 보다 큰 두께를 가진 팽창부(bulge)(26)를 갖는다. 상기 팽창부들은, 예컨대 상기 플레이트들의 눌린 부분들의 형태로 이루어진다. 2매의 알루미늄 시트는 그들의 횡단 단부들에서 만나거나, 또는 튜브 내측의 유압 누설밀봉성을 보장하는 크림프(crimp)(27)에 의해 서로에 대하여 고정된다.

제조 비용을 더욱 절감하기 위해서, 본 발명은, 2개의 튜브(22 및 23)에 장치의 중심 평면에 대하여 서로 대칭인 형상을 부여하기보다는, 튜브들에 동일한 형상을 부여하고 나서 튜브들을 서로에 대하여 머리-꼬리식(head-to-tail)으로 위치시키는 것, 즉 길이방향(L)으로 배향된 중심 축선에 대하여 서로 대칭이 되는 위치관계를 제안한다. 이를 위해, 팽창부(26)를 가진 단부와는 떨어져 있는 튜브들(22 및 23)의 횡단 단부(28)는, 다른 튜브의 팽창부(26)와 연관된 돌기의 일부를 내부에 수용하기 위한 공간을 남겨서, 2개의 튜브로 형성된 조립체에 이 중심 평면에 대하여 실질적으로 대칭인 외형을 부여하도록 장치의 중심 평면으로부터 멀리 연장된다. 다시 말해, 상기 요소들의 내벽을 형성하는 플레이트의 프레싱부들은 다른 요소의 길이방향 단부를 수용하기 위한 함입부를 생성하기 위해 상응하는 플레이트의 각 길이방향 단부에서 반대 배향을 갖는 것이 바람직하다.

열교환기(3) 내측의 냉각 유체의 순환은 단일의 유입구 노즐(20) 및 단일의 유출구 노즐(21)에 의해 실현되는 것이 바람직하고, 흐름은 2개의 튜브 사이에 분포되게 하기 위해 유입구 노즐에서 분기하고 나서 유출구 노즐에서 합류한다. 이를 위해, 각각의 튜브의 벽들은 하나의 튜브의 팽창부(26)와 다른 튜브의 횡단 단부(28) 사이의 접점에서 2개의 개체를 연통시키고 유체용 통로를 형성하는 천공된 구멍(29)들(도 4 참조)에 의해 천공되고, 그에 따라 일부 유체는 유입구 노즐(20)을 지지하는 튜브(22)로부터 유출구 노즐(21)을 지지하는 튜브(23)로 통과할 수 있다. 열교환기(3)의 다른 횡단 단부에서, 동일한 통로(29)는 튜브(22)를 통해 이동한 일부 유체가 튜브(23)를 통과하고 나서 유출구 노즐을 통과하는 것을 허용한다.

이제, 도 4 및 도 5를 더 상세히 참조하면, 전열관(5)을 충전하는 수단과 관련하여 열 제어 장치(1)의 2가지 실시예를 확인할 수 있다.

도 4는 충전 플러그(6)와는 독립적으로 제조되는 열교환기(3)를 도시한다. 이러한 경우에, 충전 플러그는, 전열관(5)들의 단부들 중 하나를 에워싸게 되어 있으며 이들 전열관을 2상성 유체로 충전하기 위한 펌핑 튜브(15)들이 지나는 복수의 구멍이 천공되는 단일편으로 제조된다. 이 부분은 두께가 작은 플러그들을 얻기 위해 종래대로 블랭크(blank)를 스탬핑 또는 냉간 프레싱함으로써 제조된다.

그에 반해, 도 5에서, 충전 플러그는 장치의 중심 평면을 따라 그들의 상부가 함께 냉간 프레싱 및 경납땜되는 2매의 알루미늄 시트 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 시트들의 결합에 의해 제조된다. 시트들을 프레싱하면, 조립 이후에 2매의 시트 사이에서 결합 라인(30)을 따라 개구(31)들이 존재하도록, 다른 시트의 에지에 결합되게 되어 있는 시트의 에지를 따라 규치적으로 배치되는 오목부들이 남는다. 이들 개구는, 전열관(5)들의 내부 캐비티들에 대면하여 놓이게, 또한 상기 내부 캐비티들을 냉각 유체로 충전하도록 기능시킬 수 있게 결합 라인을 따라 길이방향으로 위치된다. 따라서, 이를 위해 위치되는 주사기들을 통해, 전열관들의 내측에 대한 액세스 기능이 보장되고, 이는 펌핑 튜브(15)들에 의해 사전에 제공되고 있다. 전열관들이 충전된 후에, 개구(31)들은, 전열관들의 내부가 외부에 대하여 누설밀봉되게 하기 위해, 크림핑에 의해 폐쇄되고 나서 그들 사이의 접합부가 경납땜된다.

본 발명의 하나의 특정 실시예에 있어서, 열교환기(3) 및 충전 플러그(6)는 사용되는 부품들의 수를 줄이고 이들 부품을 제조하는 작업들을 용이하게 할 목적으로 하나의 동일한 부품의 형태로 제조된다. 이를 위해, 충전 플러그(6)의 하나의 면을 형성하는 각각의 알루미늄 시트는 튜브(22 또는 23)의 면을 형성하는 알루미늄 시트들 중 하나의 연장부로 구성되고; 바람직하게는, 이는 튜브의 내부 시트 또는 내벽의 연장부, 즉 전열관(5)들의 표면(12 또는 13)과 접촉하게 되어 있는 것에 의해 형성된다. 그에 따라, 충전 플러그(6)의 각각의 절반부는 열교환기를 구성하는 튜브들 중 하나의 내부면을 가압하도록 기능하는 냉간 프레싱 작업 동안에 형성된다.

이제, 본 발명에 따른 열 제어 장치의 제조를 기술한다. 열 제어 장치(1)의 모든 구성요소는 선험적인 저융점의 알루미늄 재료 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 모든 구성요소, 특히 전열관 다발(4), 충전 플러그(6) 및 배출 플러그(7), 열교환기(3) 및 그 난류발생기(24), 유입구 노즐(20) 및 유출구 노즐(21)이 한번에 함께 경납땜되게 하기 위해서는, 몇몇 구성요소에 대하여, 그 코어가 알루미늄 3300과 같은 알루미늄 시트로 구성되고, 코어 알루미늄 재료보다 융점이 낮은 알루미늄 4040, 4045 또는 4343과 같은 박형의 재료층으로 덮여야 한다는 제안이 이루어진다. 이 필러 금속층의 구성 및 알루미늄 시트들에 대한 그 고정은 냉간 프레싱 작업 동안 상기 필러 금속이 상기 시트에 대한 부착 상태를 유지하도록 규정된다. 필러 금속으로서 작용함으로써, 단지 수십분의 1 밀리미터의 두께를 갖는 이 박형의 알루미늄 재료층(또는 "클래드(clad)")은 경납땜용 오븐에서(약 600℃의 온도에서) 융합(fusion) 및 마이그레이션(migration)에 의해 구성요소들을 함께 고정할 수 있게 한다.

이 필러 금속층에 대한 해당 부분들은:

- 전열관(5)들의 외부면(12 또는 13)의 단부들이 고정되는 플러그들(6 및 7)의 내부면들,

- 열교환기(3)의 튜브들(22 및 23)의 내부 시트들 또는 내벽들의 2개의 면, 즉 한쪽에 대해서는, 전열관(5)들과 접촉하도록 되어 있는 것들, 그리고, 다른쪽에 대해서는, 난류발생기(24)들의 파형부들의 마루부들로 이루어진 제 1 세트,

- 마지막으로, 교란기(24)들의 파형부들의 마루부들로 이루어진 제 2 세트가 고정되는 동일한 튜브들의 외부 시트들 또는 외벽들의 내부면. 동일한 외부 시트들의 외부면은 경납땜 도중에 임의의 조립체의 유지 도구에 고착되는 것을 방지하도록, 그것이 제조되는 동안에는 필러 금속으로 덮이지 않음.

필러 금속은, 열교환기(3)의 유입구 노즐(20)과 유출구 노즐(21)이 고정되는 장소에서, 튜브들(22 및 23)의 팽창부(26)들의 상부 단부들에도 존재한다. 마지막으로, 열교환기(3)와 충전 플러그(6)가 하나의 동일한 부품으로 결합되어 있는 도 5에 나타내진 경우에 있어서, 내부 시트의 내부면에 위치된 필러 금속은, 플러그의 그 상부 단부에서의 폐쇄(개구(31)들에 대한 폐쇄)를 보장하기 위해 다른 절반-플러그의 내부면에 고착될 수 있게 절반-플러그(6)의 내부면에 걸쳐 연장된다.

그에 따라, 사전형성되는 열 제어 장치(1)를 구성하는 부품들은 하기의 방식으로 조립된다.

제 1 단계에 있어서, 열교환기(3)의 각각의 튜브(22, 23)의 안내 회로들에 난류발생기(24)들이 삽입된다. 전열관(5)들의 중심체(8)들의 상부 단부들은 충전 및 차단 플러그(6, 7)에 배치되고, 도 4에 나타내진 실시예의 특정 경우에는, 전열관(5)들의 충전 플러그(6)들에 펌핑 튜브(15)들이 끼워맞춰진다.

전열관(5)들 및 열교환기(3)의 튜브들(22, 23)은, 필러 금속의 양호한 마이그레이션을 허용할 목적으로, 각각의 구성요소 사이에 약 1/10㎜ 정도의 약간의 여유를 두고 제어 장치(1)의 구성요소들을 모두 함께 일시적으로 유지하기 위한 도구에 함께 설치된다. 또한, 유입구 노즐(20)과 유출구 노즐(21)은 2개의 튜브의 팽창부(26)들상의 열전달 유체의 유입구 및 유출구 오리피스 다음에 위치된다.

이어서, 제 2 단계에 있어서, 얻어진 조립체는 다중덕트 중심체(8)들을 전열관(5)들의 충전 플러그(6) 및 차단 플러그(7)에, 난류발생기(24)들을 열교환기(3)의 튜브들(22, 23)의 내벽들에, 튜브들(22, 23)을 다발(4)의 전열관(5)들의 제 1 단부(5a)들에, 또한 다발(4)의 전열관(5)들을 함께 고정하기 위해, 또한 유입구 및 유출구 노즐들을 열교환기(3)의 튜브들에 고정하기 위해 경납땜된다. 필요에 따라, 펌핑 튜브(15)들이 충전 플러그(6)에 고정될 수 있다.

따라서, 도구에 사전조립된 모든 구성요소들은 한번의 작업으로 구성요소들 사이에 이상적인 알루미늄/알루미늄 접점에 의해, 즉 열전도성을 떨어뜨릴 위험 없이, 구체적으로는 전적으로 누설밀봉식으로 경납땜된다.

따라서, 그렇게 얻어진 제어 장치(1)는 제조가 용이하며, 부피가 작고 염가인 구성요소들의 채용을 필요로 할 뿐이다. 이는, 온도가 정밀하고 효과적으로, 통상적으로는 15℃와 35℃ 사이로, 특히 20℃와 30℃ 사이로 유지되게 한다.

Claims

열교환기(3)와, 자동차의 배터리(11) 및 열교환기(3) 모두에 열 접촉하도록 되어 있는 적어도 하나의 표면(12, 13)을 갖는 전열관(5)들의 다발(4)을 포함하는 자동차 배터리 모듈용 열 제어 장치로서, 상기 열교환기가 상기 전열관들의 표면과 접촉하는 적어도 하나의 내벽 및 상기 내벽과 함께 유체용 순환 공간을 한정하는 적어도 하나의 외벽을 포함하는, 상기 열 제어 장치에 있어서,
상기 내벽 및 상기 외벽은 각각 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 플레이트들은 상기 순환 공간을 형성하도록 냉간 성형 작업에 의해 금속 시트로 제조되고, 및/또는 크림핑에 의해 함께 사전조립되는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 내벽은 2개의 면이 필러 금속으로 덮이고, 상기 외벽은 면들 중에서 상기 순환 공간에 대면하여 위치된 하나의 면만이 상기 필러 금속으로 덮이는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기는, 내벽 및 외벽을 각각 포함하며 상기 전열관들의 2개의 면(12, 13)과 열 접촉하도록 되어 있는 2개의 요소(22, 23)를 포함하는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 2개의 요소는 그들의 내벽들의 적어도 일부분을 통해 서로 접촉하고 있으며 서로에 대하여 180° 회전하여 위치되는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 2개의 요소(22, 23)의 순환 공간들은 서로 연통하게 되고, 상기 열교환기는 단일의 유입구 노즐(20) 및 단일의 유출구 노즐(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플레이트들의 길이방향 단부들은 2개의 요소(22, 23)간의 접촉을 실현하는 프레싱부들을 포함하고, 상기 요소들(22, 23)의 내벽을 형성하는 플레이트의 프레싱부들은 다른 요소(22, 23)의 길이방향 단부를 수용하기 위한 함입부를 생성하도록 상응하는 플레이트의 각 측부상에서 반대 배향을 갖는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 함입부들에 끼워맞춰지는 상기 요소들의 길이방향 단부들은 상기 유입구 노즐 및/또는 상기 유출구 노즐의 진입을 위한 개구들을 포함하는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전열관들은 열교환기(3)에 위치되는 단부가 충전 플러그(6)에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 충전 플러그의 적어도 하나의 벽은 상기 열교환기의 벽들 중 적어도 하나의 벽과 일체로 제조되는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전열관들은 상기 열교환기(3)에 위치되는 단부가 충전 플러그(6)에 의해 폐쇄되고, 상기 충전 플러그(6)는 상기 열교환기의 2개의 요소(22, 23)의 벽 연장부들에 의해 형성되고, 상기 벽 연장부들은 함께 조립되는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 연장부들의 결합 라인은, 그 길이를 따라, 유체를 충전하기 위해 상기 전열관들의 내부 캐비티들에의 액세스 지점들을 형성할 수 있는 개구(31)들을 포함하는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치.
적어도 하나의 배터리를 포함하는 자동차 배터리 모듈에 있어서,
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 열 제어 장치(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는
자동차 배터리 모듈.
제 13 항에 있어서,
상기 자동차 배터리 모듈은 열 제어 장치(1)를 2개의 연속하는 배터리(11)들 사이에 배치하는 상태로 하나의 배터리가 다른 배터리의 위에 적층되는 적어도 2개의 배터리(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는
자동차 배터리 모듈.
제 13 항 또는 제 14 항에 기재된 자동차 배터리 모듈용의 열 제어 장치를 제조하는 방법에 있어서,
전열관(5)들과, 열교환기(3)를 형성하도록 되어 있는 요소(들)(22, 23)의 내벽 및 외벽은 별도로 제조되고,
상기 요소(들)(22, 23)는, 필요에 따라, 열전달 유체용의 순환 공간을 형성하도록 상기 열교환기의 내측에 미리 하나 이상의 교란기(24)를 위치시킴으로써 폐쇄되고,
조립체가 동시에 경납땜되는 것을 특징으로 하는
열 제어 장치의 제조 방법.