KR20170070081A - 배터리용 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배티리용, 특히 하이브리드 구동기용 열교환기에 관한 것으로, 이 열교환기는 열교환 매체의 유입 및 유출을 위한 연결부(11, 11a, 11b), 및 양측에서 필름 벽(13)과 연결되어 유동이 지나갈 수 있는 파우치(pouch)(10)를 형성하는 프레임(12)을 가지며, 프레임(12)은 유동 안내 요소를 포함한다. 본 발명의 특징으로서, 프레임(12)은 2개의 평행한 측면(15)을 갖는 분리판(14)을 포함하며, 분리판(14)은 파우치(10)를 제 1 챔버(16a)와 제 2 챔버(16b)로 분할하며, 이들 챔버는 측면(15) 및 각각의 필름 벽(13)에 의해 액밀(fluid-tight)하게 형성되며, 각 측면(15)에는 평행한 유동 채널(25)의 채널 필드(20)가 형성되어 있고, 채널 필드의 유입측은 분배 채널(17)을 통해 그리고 유출측은 집결 채널(18)을 통해 각각의 연결부(11, 11a, 11b)에 유체 연결된다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 열교환기를 갖는 배터리, 이러한 배터리를 갖는 차량, 및 열교환기 제조 제조 방법에 관한 것이다.

Description

배터리용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR A BATTERY}
본 발명은 청구항 1의 도입부에 따른 배터리용 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 열교환기를 갖는 배터리, 그러한 열교환기를 갖는 차량 및 열교환기 제조 방법에 관한 것이다. 위에서 언급한 종류의 열교환기가 예컨대 본 출원인의 EP 2 744 034 A1에 알려져 있다.
EP 2 744 034 A1에 알려져 있는 열교환기는 2개의 가요성 필름 벽을 포함하는 열교환기로 설계되어 있다. 양측에서 가요성 필름 벽은 유동 안내 요소가 배치되어 있는 프레임을 덮는다. 열교환 매체가 열교환기를 관류하고, 이를 위해 열교환 매체의 공급과 배출을 위한 연결부가 제공되어 있다. 알려져 있는 열교환기는 배터리 냉각에 사용되는데, 이 열교환기에서는 증가된 냉각 성능이 요망되는 것으로 나타났다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 냉각 성능이 증가되도록 열교환기를 개량하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한 이러한 열교환기를 갖는 배터리, 이러한 배터리를 갖는 차량, 및 열교환기 제조 방법을 제안하는 것이다.
본 발명에 따르면, 열교환기와 관련하여 상기 목적은 청구항 1의 내용을 통해 달성되고, 배터리와 관련해서는 청구항 9의 내용을 통해 달성되며, 차량과 관련해서는 청구항 11의 내용을 통해 달성되며, 또한 제조 방법과 관련해서는 청구항 12의 내용을 통해 달성된다.
본 발명은, 배티리용, 특히 하이브리드 구동기용 열교환기를 제안하는 아이디어에 기초하며, 이 열교환기는, 열교환 매체의 공급 및 배출을 위한 연결부, 및 양측에서 필름 벽과 연결되어 유동이 지나갈 수 있는 파우치(pouch)를 형성하는 프레임을 갖는다. 프레임은 유동 안내 요소를 갖는다. 본 발명에 따르면, 프레임은 2개의 평행한 측면을 갖는 분리판을 포함하며, 분리판은 상기 파우치를 제 1 챔버와 제 2 챔버로 분할하며, 이들 챔버는 상기 측면 및 각각의 필름 벽에 의해 유밀(fluid-tight)하게 형성되며, 각 측면에는 평행한 유동 채널의 채널 필드가 형성되어 있고, 채널 필드의 유입측은 분배 채널을 통해 그리고 유출측은 집결 채널을 통해 각각의 연결부에 유체 연결되어 있다.
열교환기의 프레임에 있는 분리판 및 이렇게 해서 파우치에 형성된 챔버를 통해, 유체가 관류할 수 있는 파우치에서 열교환 매체의 유체 유동이 최적화되며, 그 결과, 더 양호한 열 흡수가 일어난다. 그러므로, 상기 열교환기는 주변 부품을 냉각하는데 특히 적합하고 그래서 냉각 요소를 형성할 수 있다.
열교환 매체는 열교환 매체의 유입을 위한 연결부를 통해 분배 채널에 도달하고 그리고 이로부터 평행한 유동 채널에 고르게 분배된다. 열교환 매체는 평행한 유동 채널을 관류하여 집결 채널에 도달하고, 이 집결 채널은 개별 유동 채널의 유동을 모아서 열교환 매체의 유출을 위한 연결부에 함께 전달한다. 따라서 열교환기의 구조적 설계에 의해, 유체가 흐를 수 있는 파우치를 통한 일정하고 고른 유동이 가능하게 되어 효율적인 열교환이 가능하게 된다.
추가로, 2개의 챔버를 갖는 열교환기의 설계로, 예컨대 두 챔버 중의 하나에 실란트 또는 충전재를 넣어 한 챔버를 비활성화시킬 수 있다. 이렇게 해서, 일련의 제조시, 사용 위치에 따라 적합하게 될 수 있는 표준 열교환기가 제조될 수 있다. 예컨대, 열교환기가 배터리의 두 셀 블럭 사이에 배치되면, 열교환 매체는 서로 인접하는 두 셀 블럭을 냉각하기 위해 두 챔버를 관류하는 것이 바람직하다. 한편, 열교환기가 셀 블럭과 냉각되지 않는 구조체, 예컨대 배터리의 하우징 벽 사이에 배치되면, 셀 블럭으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 챔버가 비활성화될 수 있다. 이는 열교환기 또는 열교환기가 결합되는 냉각 시스템의 효율에 기여한다.
본 발명에 따른 열교환기의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 유동 채널은 길이 방향 축선에 대해 횡으로 배치되어 있다. 이러한 실시 형태는, 파우치를 관류하는 유동이 개선된다는 이유로 유리할 뿐만 아니라, 열교환기의 사용 목적에 대해 구조적 이점을 또한 준다. 이렇게 해서, 열교환기는 셀 블럭을 지지하는데도 사용될 수 있다. 이를 위해 프레임은 바람직하게, 배터리 셀, 특히 그의 전극이 프레임, 예컨대 유동 안내 요소에 지지될 수 있도록 안정적으로 설계된다. 이러한 정도로 프레임은 셀 블럭 사이의 스페이서를 형성할 수 있다.
이와 관련하여, 배터리의 셀 블럭은 일반적으로 수개의 배터리 셀로 만들어지며, 본 경우에 배터리 셀은 바람직하게는 둥근 셀로 설계된다. 이 둥근 셀은 서로의 옆에 열을 지어 직립하여 배치되며, 그래서 배터리 셀은 그의 원통형 외부 표면으로 서로 인접하게 된다. 배터리 셀은 접촉 판 또는 접촉 시트로 병렬 또는 직렬로 서로에 연결될 수 있다.
열교환기를 배터리에 더 간단하게 결합하기 위해 또한 열교환기의 열교환 능력을 더 최적화하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라면, 연결부는 상기 파우치의 좁은 측에 제공된다. 유동 채널의 길이는 연결부로부터 멀어짐에 따라 증가될 수 있다. 전반적으로, 채널 필드의 유동 채널은 서로 다른 길이를 가짐을 알 수 있다. 각각의 유동 채널이 연결부로부터 더 멀리 배치됨에 따라 유동 채널의 길이가 증가하는 경우에, 파우치를 관류하는 유동이 특히 양호하게 된다.
유동 채널의 최대 길이는 상기 파우치의 폭과 같을 수 있다. 특히, 연결부로부터 가장 멀리 있는 유동 채널이 파우치의 폭과 같은 길이를 가짐을 알 수 있다. 이러한 종류의 유동 채널은 바람직하게는 길이 방향 단부 각각에서 측면 개구를 갖는데, 이 측면 개구는 분배 채널과 집결 채널 안으로 직접 이어져 있다. 특히, 그러한 측면 개구는 분배 채널 또는 집결 채널의 길이 방향 단부 안으로 이어져 있다.
파우치 내부에서의 고른 유동 분배와 관련하여, 상기 채널 필드는 동일한 채널 길이를 갖는 제 1 영역, 일정하게 증가하는 채널 길이를 갖는 제 2 영역, 제 2 영역에서 보다 채널 길이의 증가가 더 큰 천이 영역, 및 일정하게 증가하는 채널 길이를 갖는 제 3 영역을 포함하는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 상기 영역들은 파우치의 길이 방향 축선을 따라 서로 앞뒤로 배치될 수 있고, 이 경우, 제 1 영역은 연결부에 가장 가까이 배치되고, 제 3 영역이 그 연결부로부터 가장 멀리 배치된다. 개별 영역의 치수는 바람직하게는 유동 계산으로 결정된다. 모든 유동 채널에서 균일한 유동 속도가 있는 것이 특히 유리한 것으로 입증되었다. 이를 달성하기 위해, 개별 유동 채널의 길이는, 연결부로부터 더 멀리 있을 수록 더 긴 유동 채널이 배치되도록 변한다. 전반적으로, 이렇게 해서, 열교환기의 전체 열흡수 표면에 걸쳐, 고른 온도 분포 또는 고른 열흡수 용량이 얻어진다.
시리즈 제조 및 파우치를 관류하는 고른 유동에 유리한 본 발명의 일 실시 태에 따르면, 유동 채널은 균일한 폭을 갖는다. 결과적으로, 유동 채널의 높이는 열교환기의 연결부측 단부로부터 이 연결부 반대쪽의 단부까지 증가할 수 있다. 전체 유동 채널에서 고른 유동 속도를 얻기 위해, 유동 채널과 연결부 사이의 거리에 따라 개별 유동 채널의 유동 단면을 조절하는 것이 편리하다. 유동 채널의 높이는 연결부로부터 멀어짐에 따라 증가하는 것이 특히 유리한 것으로 입증되었다. 그러므로, 유동 채널의 폭은 일정하게 유지될 수 있는데, 이는 고른 열교환 및 프레임이 배터리 셀을 위해 제공할 수 있는 안정화 기능에 유리하다.
본 열교환기는 파우치를 제 1 챔버와 제 2 챔버로 분할하는 분리판을 가지므로, 두 챔버 사이에 열교환 매체의 충분하고 고른 교환이 일어나야 한다. 이를 위해, 바람직한 실시 형태에서, 분리판은 2개의 개구를 가지며, 각 개구는 상기 연결부로부터 시작한다. 각각의 연결부로부터 파우치의 길이 방향 축선을 따라 바람직하게 연장되어 있는 개구가 유입 연결부와 유출 연결부 각각에 할당될 수 있다. 구체적으로, 각 개구는 채널 필드를 따라, 특히 제 1 영역을 따라, 그리고 적어도 부분적으로는 상기 제 2 영역을 따라 상기 파우치의 길이 방향 축선에 평행하게 연장되어 있다.
개구는 천이 영역 전에 끝날 수 있다. 이 때, 개구의 폭은 각 연결부로부터 시작하여 파우치의 길이 방향으로 매번 더 좁게될 수 있다. 이러한 설계가 유리한 것으로 입증되었는데, 이렇게 해서, 제 1 및 2 챔버에 들어가는 유입 연결부를 통해 유입하는 열교환 매체의 고른 분배가 이루어지기 때문이다. 이와 유사하게, 유출 연결부에 할당되어 있는 개구는, 유출 연결부를 통해 열교환 매체를 제거하기 위해 제 1 및 2 챔버에서 온 열교환 매체의 고른 집결을 가능하게 해준다. 각 개구는 분배 채널 및 집결 채널에 배치될 수 있다. 또한, 개구는 그의 윤곽으로 각 분배 채널 또는 집결 채널의 형상을 따름을 알 수 있다.
분배 채널과 관련해서, 바람직한 실시 형태에서, 분배 채널의 단면적은 열교환기의 연결부측 단부로부터 이 연결부의 반대쪽에 있는 열교환기의 단부까지 감소할 수 있다. 다시 말해, 분배 채널은 연결부로부터 열교환기의 반대쪽 단부의 방향으로 좁아져 있다. 이는 유동 채널에서의 유동 속도를 같게 하는 역할을 한다. 유입 연결부로부터의 거리가 멀어질 수록, 공급된 열교환 매체의 일 부분은 각 유동 채널 및 분배 채널에서의 유동에서 분기되므로, 일정한 유동 속도를 유지하기 위해서는 유동 단면의 조절이 필요하다. 본 발명에서 이는 분배 채널을 좁게 하여 이루어진다. 역으로, 집결 채널의 단면적 면에서, 그 집결 채널은 유출 연결부 쪽으로 넓어질 수 있다. 이리하여, 유동 채널로부터 유출 연결부의 방향으로 집결 채널에 연속적으로 도달하는 유체의 양이 증가함에도 불구하고, 균일한 유동 속도가 집결 채널에서 유지된다. 이를 위해, 분배 채널과 집결 채널에서의 유동 속도는 같게 되어, 파우치에서 연속적인, 특히 중립적인 압력 유체 유동이 보장된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 출원에서, 전술한 적어도 하나의 열교환기를 포함하는 배터리가 청구된다. 이 배터리는 템퍼링될 둥근 셀의 적어도 2개의 셀 블럭을 포함할 수 있고, 그 열교환기는 상기 셀 블럭 사이에 배치된다. 작동 중에 열교환기의 제 1 챔버는 두 셀 블럭 중의 하나를 템퍼링하고 열교환기의 제 2 챔버는 두 셀 블럭 중의 다른 하나를 템퍼링할 수 있다. 이와 관련하여, 작동 상태는 열교환기 순환의 개별적인 또는 단독 작동 및 열교환기 순환과 에너지 순환의 결합 작동 모두를 커버한다. 다시 말해, 작동 중에, 적어도 하나의 열교환 매체 순환이 작용되고, 그래서 열교환 매체가 열교환기를 통해 순환한다. 추가적으로, 셀 블럭은 또한 작동 모드에 있을 수 있는데, 이는 셀 블럭에 대한 전기 에너지 공급(충전) 및 셀 블럭으로부터의 에너지 제거(방전) 모두에 해당된다.
본 발명에 따른 배터리의 일 바람직한 실시 형태에서, 단부측 셀 블럭을 템퍼링하기 위해, 셀 블럭으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 열교환기의 챔버는 상기 유동 채널을 차단하는 충전재로 채워져 있다. 이리하여, 열교환 메체는 템퍼링될 셀 블럭과 접촉하는 챔버만 연속적으로 관류하기만 하면 되므로 시스템의 에너지 효율이 증가된다. 셀 블럭과 접촉하지 않는 다른 챔버는 비활성화된다. 이는 또한 시리즈 제조에 유리한데, 두 셀 블럭 사이에서의 배치 및 예컨대 하우징 벽과 단부 셀 블럭 사이에서 단부 셀 블럭에서의 배치 모두에 표준 열교환기가 사용될 수 있기 때문이다. 에너지 효율을 증가시키기 위해, 당해 열교환기의 챔버 중의 하나는 예컨대 충전재로 차단되기 때문에, 표준 열교환기 중의 일부는 단부 셀 블럭에서 사용되기에 적합하게 되어 있다. 열교환기의 두 필름 벽 중의 하나를 프레임에 가하기 전에 예컨대 밀봉 비드 형태의 충전재가 프레임의 일 측면에 가해지므로, 이는 제조 중에 일어날 수 있다. 그런 다음 필름 벽은 프레임에 가해져 가압된다. 이를 통해 충전재는 유동 채널 안으로 분산되어 유입하여 그 유동 채널을 차단하다. 그런 다음에 필름 벽이 프레임에 용접될 수 있다.
그래서, 본 발명의 제 2 양태에 따르면, 프레임과 필름 벽이 레이저로 함께 용접되는 방법을 사용하여 열교환기를 제조하는 것이 바람직하다.
필름 벽의 가장자리를 용접하는 것은 스캐너 레이저 용접 공정으로 일어날 수 있다. 이와 관련하여, 필름 벽은 서로 일정한 거리로 떨어져 연장되어 있는 2개의 용접 이음부에 의해 연결될 수 있다. 이는 누출에 대한 추가 보호를 형성한다. 특히, 이를 통해, 중복성이 제공되어, 용접 이음부 중의 하나에 구멍이 생기더라도 열교환기의 기밀성이 또한 보장된다.
본 출원의 일 부분으로서, 전술한 배터리를 포함하는 차량, 특히 하이브리드 차량이 또한 개시되고 청구된다. 배터리는 여기서 언급한 열교환기를 포함한다.
이하, 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 일 실시 형태를 가지고 본 발명을 더 상세히 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 프레임의 사시도이다.
도 2는 열교환기의 연결부에 가까이 있는 채널 필드의 제 1 영역에서 도 1에 따른 프레임의 부분 단면도이다.
도 3은 연결부로부터 멀리 떨어져 있는 채널 필드의 제 3 영역에서 도 2에 따른 열교환기의 부분 단면도이다.
도 4는 도 2에 따른 열교환기의 단절된 길이 방향 단면도를 나타내는 것으로, 채녈 필드의 제 1 영역과 제 3 영역이 나타나 있다.
도 5는 청구항 2에 따른 열교환기를 갖는 셀 블럭의 사시도이다.
도 1에 열교환기의 프레임(12)이 나타나 있는데, 이 프레임(12)은 가요성 필름 벽(13)과 함께 열교환기의 파우치(pouch)(10)를 형성할 수 있다. 파우치(10)의 설계는 도 2 내지 4에 상세히 나타나 있다.
프레임(12)은 바람직하게는 플라스틱, 구체적으로 폴리프로필렌으로 만들어지며, 프레임(12)과 일체적으로 된 연결부(11)를 포함한다. 특히, 유입 연결부(11a)와 유출 연결부(11b)가 제공되어 있다. 연결부(11)들은 이들의 기능이 상호 교환적이도록 동일하게 되어 있다. 다시 말해, 열교환 매체의 유입 및 열교환 매체의 유출 모두에 대한 두 연결부(11)는 열교환기가 배터리용 냉각 회로에 어떻게 결합되어 있는가에 따라 사용될 수 있다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 프레임(12)은 유동 채널(25)로 형성되어 있는 채널 영역(20)을 가지고 있으며, 유동 채널은 파우치(10)의 길이 방향 축선에 대해 횡으로 서로 평행하게 있다. 유동 채널(25)은, 유입 연결부(11a)에 할당되어 있는 분배 채널(17) 및 유출 연결부(11b)에 할당되어 있는 집결 채널(18)에 유체 연결되어 있다. 연결부(11)와 유사한 방식으로, 분배 채널(17)과 집결 채널(18)의 경우에, 열교환기가 냉각 회로에 어떻게 결합되어 있는지에 따라 기능적 반전도 가능하다. 그래서 분배 채널(17)과 집결 채널(18)의 설계는 열교환 매체의 유동 방향에 달려 있다.
프레임(12)은 분리판(14)을 포함하거나 형성한다. 프레임(90) 또는 분리판(14)의 좁은 측에는, 연결부(11)를 지지하는 2개의 돌출부(29)가 있다. 프레임(12)은 균일한 재료로 일체적으로 형성되어 있다. 특히, 프레임(12)은 사출 성형 부품으로 설계될 수 있다.
개구(19)가 분리판(14)에 배치되어 있고, 하나의 연결부(11)가 한 개구(19)에 할당되어 있다. 특히, 연결부(11)에서 시작하여 개구(19)는 파우치(10) 또는 프레임(12)의 길이 방향 축선에 평행하게 연장되어 있다. 개구는(19)는, 분리판(14)에 의해 분리되어 있는 파우치(10)의 두 챔버(16a, 16b) 사이의 유체 연결을 가능하게 해준다. 개구(19)는 특히 분배 채널(17)과 집결 채널(18)을 따라 연장되어 있고, 분배 채널(17)과 집결 채널(18)의 치수(특히, 폭)에 맞게 되어 있다.
수개의 유동 채널(25)로 형성되는 상기 채널 영역(20)은 프레임(12) 또는 분리판(14)과 일체적으로 제조된다. 구체적으로, 분리판(14)은 그의 양 측면(15)에서 수개의 웨브(28)를 가지고 있는데, 이들 웨브는 개별 유동 채널(25)들을 서로 분리시킨다. 웨브(28)는 모든 유동 채널(25)이 균일한 폭을 갖도록 바람직하게 일정하게 서로 이격되어 있다. 그러나, 웨브(18) 또는 유동 채널(25)의 길이는 채널 영역(20)을 따라 변한다.
전체적으로 채널 필드(20)는 수개의 영역(21, 22, 23, 24)으로 분할될 수 있다. 구체적으로, 연결부측 단부(16)에서 채널 영역(20)은 제 1 영역(21)을 가지고 있다. 프레임(12)의 길이 방향으로 제 1 영역(21)에는 제 2 영역(22)이 인접해 있다. 그 다음에는 천이 영역(23)이 있다. 상기 연결부(11)의 반대쪽에 있는 파우치(10)의 단부(27)에서 채널 필드(20)는 제 3 영역(24)으로 끝나 있다.
개벌적인 영역(21, 22, 23, 24)은 특히 그 안에 포함되어 있는 유동 채널(25)의 길이에 있어 다르다. 추가로, 유동 채널(25)의 높이도 다른데, 이에 대해서는 도 4와 관련하여 아래에서 더 상세히 설명할 것이다.
구체적으로, 제 1 영역(21) 내의 유동 채널(25)은 본질적으로 일정한 길이를 가지고 있다. 제 1 영역(21)에 인접하는 제 2 영역(22)에서 유동 채널(25)은, 연결부측 단부(26)로부터 멀어질 수 록 연속적으로 증가하는 길이 또는 채널 길이를 가지고 있다. 이러한 정도로 제 2 영역(22)은 사다리꼴 형상을 이루는데, 서로를 향해 수렴하는 사다리꼴의 측면은 유동 채널(25)의 유입부 및 유출부로 형성된다. 도 1에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 프레임(12)은 본질적으로 직사각형인 기본 형상을 갖는다. 따라서, 분배 채널(17)과 집결 채널(18)은 제 2 영역(22)에서 연속적으로 좁아져 있다. 이는 분배 채널(17) 및/또는 집결 채널(18)의 윤곽을 따르는 개구(19)의 경우에도 마찬가지다.
제 2 영역(22)과 제 3 영역(24) 사이에 있는 천이 영역(23)에서, 유동 채널(25)의 채널 길이가 제 2 영역(22)에서 보다 상당히 더 크게 증가되어 있다. 이는 도 1에서 쉽게 알 수 있다. 다시 말해, 채널 필드(20)의 천이 영역(23)은 제 2 영역(22)에서 보다 밖으로 더 넓게 되어 있다. 천이 영역(23)에서의 채널 길이 증가는 제 3 영역(24)에서 보다도 크다. 제 3 영역(24)은 천이 영역(23)에 인접해 있고 유동 채널(25)의 채널 길이의 연속적인 증가를 보이고 있다. 이렇게 해서, 프레임(12)의 연결부측 단부(26)로부터 멀어질 수 록 채널 길이가 최대까지 증가한다. 최대에서 유동 채널(25), 특히 연결부측 단부(26)에서 가장 멀리 있거나 반대쪽 단부(27)에 가장 가까이 있는 유동 채널(25)은, 프레임(12) 또는 파우치(10)의 폭에 거의 일치하는 채널 길이를 가지고 있다. 가장 긴 유동 채널(25)은 그의 길이방향 단부에서 측면 경사 개구를 가지고 있는데, 이 개구는 분배 채널(17) 및 집결 채널(18)에 각각 유체 연결되어 있다.
또한 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 서로 다른 영역(21, 22, 23, 24)은, 프레임(12)의 길이 방향에서 볼 때 서로 다른 길이를 가지고 있다. 다시 말해, 유동 채널(25)의 갯수는 영역 마다 다르다. 천이 영역(23)이 가장 적은 수의 유동 채널(25)을 갖는다. 제 2 영역(22)이 가장 많은 수의 유동 채널(25)을 갖는다. 제 3 영역(24)은, 제 2 영역(22) 보다 적고 제 1 영역(21) 보다는 많은 수의 유동 채널(25)을 가지고 있다.
여기서 설명한 채널 필드(20)의 설계에 의해, 전체 유동 채널(25)에 걸쳐 열교환 매체의 본질적으로 균일한 유동 속도가 얻어진다. 이는 효율적인 열교환에 특히 유리하다. 따라서, 분리판(14)의 양측에, 즉 분리판(14)의 양 측면(15)에 동일한 채널 필드(20)가 배치된다.
열교환기의 파우치(10)는, 액밀(fluid-tight)하게 프레임(12)에 단단히 연결되는 가요성 필름 벽(13)이 프레임(12)의 양 측면(15)에 제공되어 형성된다. 구체적으로, 필름 벽(13)은 프레임(12)에 용접될 수 있다. 이는 예컨대 레이저 용접 공정으로 이루어질 수 있다. 이때 필름 벽(13)은 웨브(28) 및 프레임의 외부 가장자리(33)에 특히 단단히 연결된다. 외부 가장자리(33)는 분리판(14)의 측면(15)을 넘어 돌출되어 있고, 균일한 두께를 가지고 있다. 그리하여 외부 가장자리(33)의 표면은 웨브(28)의 표면이 또한 있는 공통적인 연결면을 형성한다. 이렇게 해서 필름 벽(13)은 프레임(12)에 납작하게 배치될 수 있고 웨브(28)의 외부 표면과 외부 가장자리(33)에 타이트하게 도포될 수 있다.
도 2에는, 열교환기의 파우치(10)의 단면 구조가 나타나 있는데, 이 단면 구조는 파우지(10)의 연결부측 단부(26)에서 본 것이다. 도 2에는 분리판(14)이 나타나 있고, 이 분리판의 코어 영역은 프레임(12)의 연결부측 단부(26)에서 비교적 큰 벽 두께를 가지고 있다. 따라서, 단면으로 나타나 있는 유동 채널(25)은 비교적 낮은 높이를 가지고 있다. 유동 채널(25)의 높이 조절을 통해 그 유동 채널(25)에서의 유동 속도가 설정될 수 있다. 파우치(10)의 연결부측 단부(26)로부터 멀어짐에 따라 개별 유동 채널(25)에의 공급에 이용가능한 유체량이 감소하기 때문에, 연결부측 단부(26)로부터 멀어짐에 따라 유동 채널(25)의 높이가 증가함을 알 수 있다. 이렇게 해서 유동 채널(25)의 유동 단면은 연결부측 단부(26)로부터 반대쪽 단부(27)로 가면서 연속적으로 증가하며(특히, 반드시 선형적일 필요는 없음), 그래서 유체 유동이 있을 때 채널 필드(20)에서 균일한 유동 속도가 얻어지게 된다.
도 2에 따른 단면도에서, 파우치(10)의 제 1 챔버(16a)와 제 2 챔버(16b)를 서로 연결하는 개구(19)를 또한 볼 수 있다. 제 1 챔버(16a)와 제 2 챔버(16b)는 분리판(14)에 의해 서로 분리되어 있다. 파우치(10)의 외측에서 개구(19)는 프레임(12)의 외부 가장자리(33)에 의해 형성된다. 추가로, 도 2에 유체 연결부(11)의 배면도가 나타나 있다. 유체 연결부(11)는 본질적으로 지붕형 단면 윤곽을 가짐을 알 수 있다. 이러한 형상은, 압력 감소를 가능한 한 최소로 하면서 열교환 매체의 유체 유동을 연결부(11)의 둥근 단면으로부터 평평한 분배 채널(17) 및/또는 집결 채널(18) 안으로 전달하는데 유리하다.
둥근 유입 연결부(11a)를 통해 열교환 매체가 평평한 분배 채널(17)에 들어가고, 여기서 개구(19)를 통해 유체 유동이 제 1 챔버(16a)와 제 2 챔버(16b)에 고르게 분배된다. 분배 채널(17)은 유체 유동을 채널 필드(20)의 모든 유동 채널(25)에 분배한다. 따라서, 분배 채널(17)은 파우치(10) 또는 채널 필드(20)의 전체 길이에 걸쳐 연장되어 있다. 열교환 매체는 개별 유동 채널(25)을 관류한 후에 집결 챔버(18)에 도달하고, 분리판(14)의 양측에서 집결 채널(18)에서 나오는 유체 유동은 개구(19)를 통해 결합된다. 양 개구(19)는 파우치(10)의 길이의 일 부분, 즉 파우치(10)의 길이의 대략 절반에 걸쳐서만 연장되어 있다. 모든 경우에 개구(10)는 채널 필드(20)의 천이 영역(23) 전에 끝나 있다. 집결 채널(18)에서 흐르는 열교환 매체는 배출 연결부(11b)를 통해 파우치(10)에서 나간다.
도 3은 연결부(11)의 반대쪽에 있는 파우치(24)의 단부(27)에서, 즉 채널 필드(20)의 제 3 영역(24)에서 본 파우치(10)의 부분 단면도를 나타낸다. 유동 채널(25)은 도 2에 나타나 있는 연결부측 단부(26)에 있는 유동 채널(25) 보다 큰 길이를 가짐을 쉽게 알 수 있다. 또한, 분리판(14)은 파우치(10)의 전체 폭에 걸쳐 연장되어 있음을 알 수 있다. 여기에 나타나 있는 채널 필드(20)의 제 3 영역(24)에는 개구(19)가 배치되어 있다. 대신에, 챔버(16a, 16b)는 명확히 서로 분리되어 있고, 각 챔버(16a, 16b)는 집결 챔버(18)를 가지고 있다. 또한, 반대쪽 단부(27)에 있는 유동 채널(25)의 높이는 연결부측 단부(26)(도 2)에서 보다 더 크게 되어 있음을 알 수 있다.
다른 높이의 유동 채널(25)이 또한 파우치(10)의 단면도를 나타내는 도 4에 나타나 있다. 명료성을 위해, 단면도는 중간에서 단절되어 있고, 그래서 연결부(11)의 반대쪽에 있는 파우치(10)의 단부(27), 특히 채널 필드(20)의 제 3 영역(24)이 도면의 좌측 절반부에 나타나 있다. 도면의 우측 절반부에는 백(10)의 연결부측 단부(26), 특히 채널 필드(20)의 제 1 영역(21)이 나타나 있다. 제 1 영역(21)에 있는 유동 채널(25)은 제 3 영역(24)에 있는 유동 채널(25) 보다 상당히 작은 높이를 가지고 있다. 높이의 변화는 분리판(14)의 코어 영역의 벽 두께의 감소를 통해 일어나며, 그래서 웨브(28)의 표면은 공통 면에 배치되거나 서로 정렬된다. 이와 관련하여, 파우치(10)의 연결부측 단부(26)로부터 반대쪽 단부(27)까지 유동 채널(25)의 높이는 연속적으로 증가할 수 있다. 그러나, 유동 채널(25)의 높이는 파우치(10) 또는 프레임(12)의 연결부측 단부(26)로부터 반대쪽 단부(27)까지 부분적으로 변하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제 1 영역(21), 제 2 영역(22), 제 3 영역(23) 및 제 4 영역(25) 내에서 각 유동 채널(25)은 균일한 높이를 가질 수 있다.
여기서 설명하는 열교환기는 바람직하게 배터리 냉각에 사용된다. 이러한 배터리의 내부 구조가 도 5에 따른 분해도에 예시적으로 나타나 있다. 하이브리드 구동기를 위해 또는 하이브리드 차량용 에너지 저장부로서 바람직하게 사용되는 배터리는 적어도 2개의 셀 블럭(30)을 포함하며, 이들 셀 블럭 각각은, 개별적으로 전기적으로 또한 기계적으로 서로 연결되어 있는 배터리 셀(31)로 구성되어 있다. 배터리 셀(31)은 바람직하게는 직렬로 직립해서 배치되는 둥근 셀로 설계되어 있다. 배터리 셀(31)들은 접촉판(32)을 통해 전기적으로 또한 기계적으로 연결되고, 그 접촉판(32) 각각은 인접하는 배터리 셀(31)의 단부측 전극을 서로 연결한다. 파우치(10)는 셀 블럭 사이에 배치되며, 그래서, 접촉판(32)을 통해 셀 블럭(30)으로부터 포켓(10)으로의 열교한이 이루어지게 된다. 도 5에 있는 배터리의 내부 구조는 바람직하게 하우징 안에 결합되고, 이 하우징은, 연속적이고 양호한 열전도성 접촉을 이루기 위해 셀 블럭(30)과 파우치(10)를 클램핑시키는 수단을 가지고 있다.
이러한 배터러의 경우, 각 셀 블럭(30)은 2개의 열교환기 또는 파우치(10) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 그래서 파우치(10)는 2개의 셀 블럭(30) 사이에서 연장되어 있을 뿐만 아니라, 단부측 셀 블럭(30)도 덮게 된다. 이 경우, 두 챔버(16a, 16b) 중의 하나만 셀 블럭(30)에서 열을 제거한다. 셀 블럭으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 파우치(10)의 제 2 챔버는 셀 블럭(30)의 냉각에 기여하지 않는다. 그래서, 셀 블럭(30)으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 챔버(16a, 16b)는, 단부측 셀 블럭(30)으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 챔버(16a, 16b)에서 유체가 흐르는 것을 방지하는 충전재로 채워져 있는 것이 바람직하다. 다시 말해, 두 챔버(16a, 16b) 중의 하나만 비활성화될 수 있다. 이렇게 해서 열교환기 시스템의 효율이 증가된다.
10 파우치
11 연결부
11a 유입 연결부
11b 유출 연결부
12 프레임
13 필름 벽
14 분리판
15 측면
16a 제 1 챔버
16b 제 2 챔버
17 분배 채널
18 집결 채널
19 개구
20 채널 필드
21 제 1 영역
22 제 2 영역
23 천이 영역
24 제 3 영역
25 유동 채널
26 연결부측 단부
27 반대쪽 단부
28 웨브
29 돌출부
30 셀 블럭
31 배터리 셀
32 접촉판
33 외부 가장자리

Claims (13)

  1. 배티리용, 특히 하이브리드 구동기용 열교환기로서, 열교환 매체의 유입 및유출을 위한 연결부(11, 11a, 11b), 및 양측에서 필름 벽(13)과 연결되어 유동이 지나갈 수 있는 파우치(pouch)(10)를 형성하는 프레임(12)을 가지며, 프레임(12)은 유동 안내 요소를 포함하며,
    상기 프레임(12)은 2개의 평행한 측면(15)을 갖는 분리판(14)을 포함하며, 분리판(14)은 상기 파우치(10)를 제 1 챔버(16a)와 제 2 챔버(16b)로 분할하며, 상기 제 1 챔버와 제 2 챔버는 상기 측면(15) 및 각각의 필름 벽(13)에 의해 액밀(fluid-tight)하게 형성되며, 각 측면(15)에는 평행한 유동 채널(25)의 채널 필드(20)가 형성되어 있고, 채널 필드의 유입측은 분배 채널(17)을 통해 그리고 유출측은 집결 채널(18)을 통해 각각의 연결부(11, 11a, 11b)에 유체 연결되어 있는, 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 채널(25)은 파우치(10)의 길이 방향 축선에 대해 횡으로 배치되어 있는, 열교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연결부(11, 11a, 11b)는 상기 파우치(10)의 좁은 측에 제공되어 있고, 유동 채널(25)의 길이는 연결부(11, 11a, 11b)로부터 멀어짐에 따라 증가하는, 열교환기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 채널(25)의 최대 길이는 상기 파우치(10)의 폭과 같은, 열교환기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널 필드(20)는 동일한 채널 길이를 갖는 제 1 영역(21), 일정하게 증가하는 채널 길이를 갖는 제 2 영역(22), 제 2 영역(22)에서 보다 채널 길이의 증가가 더 큰 천이 영역(23), 및 일정하게 증가하는 채널 길이를 갖는 제 3 영역(24)을 포함하는, 열교환기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 채널(25)은 균일한 폭을 가지며, 유동 채널(25)의 높이는 연결부측 단부(26)로부터 연결부(11, 11a, 11b)의 반대쪽에 있는 열교환기의 단부(27)까지 증가하는, 열교환기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리판(14)은 2개의 개구(19)를 가지며, 각 개구는 상기 연결부(11, 11a, 11b)로부터 시작하여 채널 필드(20)를 따라, 특히 제 1 영역(21)을 따라, 그리고 적어도 부분적으로는 상기 제 2 영역(22)을 따라 상기 파우치(10)의 길이 방향 축선에 평행하게 연장되어 있는, 열교환기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배 채널(17)의 단면적은 연결부측 단부(26)로부터 상기 연결부(11, 11a, 11b)의 반대쪽에 있는 열교환기의 단부(27)까지 감소하는, 열교환기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 열교환기를 갖는 배터리로서, 템퍼링될 둥근 셀의 적어도 2개의 셀 블럭(30)을 가지며, 상기 열교환기는 상기 셀 블럭(30) 사이에 배치되고, 제 1 챔버(16a)의 작동 중에 상기 두 셀 블럭(30) 중의 하나를 템퍼링하고 열교환기의 제 2 챔버(16b)는 두 셀 블럭(30) 중의 다른 하나를 템퍼링하는, 배터리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    단부측 셀 블럭(30)을 템퍼링하기 위해, 셀 블럭(30)으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 열교환기의 챔버(16a, 16b)는 상기 유동 채널(25)을 차단하는 충전재로 채워져 있는, 배터리.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 배터리를 갖는 차량, 특히 하이브리드 차량.
  12. 제 1 항에 따른 열교환기를 제조하는 방법으로서, 프레임(12)과 필름 벽(13)이 레이저로 함께 용접되는, 열교환기 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 필름 벽(13)은 서로 일정한 거리로 떨어져 연장되어 있는 2개의 용접 이음부에 의해 연결되어 있는, 열교환기 제조 방법.
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