KR20180118730A - 배터리를 냉각하기 위한 장치 및 관련 제조 방법 - Google Patents

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필립 르메르시에
프레데릭 티송
셀린느 고하드
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발레오 시스템므 떼르미끄
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 전기 에너지 저장 요소를 위한 냉각기(1)에 있어서, 냉각기(1)는 열 전달 액체의 순환은 위한 적어도 하나의 덕트(11)를 포함하고, 적어도 하나의 덕트의 단부는 매니폴드(41, 42) 내로 침투하고, 상기 매니폴드(41, 42) 각각은 상기 적어도 하나의 덕트(11)의 관통-개구(210)를 갖는 콜렉터(21, 22), 및 적어도 하나의 덕트(11)가 내부로 개방되는, 열 전달 액체의 순환을 위한 체적부를 한정하는 방식으로 상기 콜렉터(21, 22)를 덮는 커버(31, 32)를 포함하는, 상기 냉각기(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 덕트(11) 및 커버(31, 32)는 콜렉터(21, 22)와 기계적으로 조립되고, 매니폴드(41, 42)는 한편으로는 콜렉터(21, 22)와 적어도 하나의 덕트(11) 사이에, 그리고 다른 한편으로는 콜렉터(21, 22)와 커버(31, 32) 사이에 배열된 적어도 하나의 시일(51)을 더 포함한다.

Description

배터리를 냉각하기 위한 장치 및 관련 제조 방법
본 발명은 배터리, 그리고 더 구체적으로는 전기 및/또는 하이브리드 구동 차량의 배터리를 냉각하기 위한 장치의 분야에 있다.
전기 및/또는 하이브리드 구동 차량은 하나 이상의 배터리에 의해 전기 에너지를 공급받는다.
발생하는 문제점은, 배터리가 작동 중일 때 배터리가 가열되고 따라서 배터리가 손상될 위험이 있다는 것이다.
이에 따라 배터리를 허용가능한 온도로 유지하기 위해 배터리 냉각기를 사용하는 것이 필요하다.
그러한 냉각기는 적어도 2개의 매니폴드를 상호연결하는 관의 번들(bundle)을 포함하며, 관의 대응하는 단부가, 고정된 그리고 유체-밀봉 방식으로 매니폴드 내로 연결된다.
이어서 냉각 유체는 관 및 매니폴드를 통해 순환하여 배터리와 열을 교환할 수 있다.
번들의 관이 내부로 개방되는 매니폴드 각각은 관을 위한 관통-오리피스(through-orifice)를 포함하는 콜렉터 플레이트(collector plate)를 포함한다.
관은 이들 오피리스의 수준에서, 예를 들어 경납땜(brazing)에 의해, 이 플레이트에 고정된다.
일반적으로 "콜렉터"로 지칭되는 이 플레이트는 커버 또는 "유체 박스(fluid box)"에 의해 캡핑(capping)되어, 콜렉터 및 유체 박스가 공통 체적부(common volume)를 한정하며, 이 공통 체적부 내로 관의 대응하는 단부가 개방되고, 이 공통 체적부를 통해 유체가 필요할 경우 들어가고 나간다.
커버에는 유체 유입에 대한 접속부 및 콜렉션 덕트(collection duct)가 제공된다.
그것의 내부 체적은 냉각기 내에 사전결정된 유체 순환 구성을 한정하기 위해 번들의 관의 소정 그룹의 상호연결을 가능하게 하는 복수의 별개의 하위-체적부로 더욱 세분되며, 이때 관의 번들 내에 복수의 유체 귀로가 있다.
이러한 목적에 일상적으로 사용되는 조립 기술 중 하나는 경납땜이며, 여기서 충전재 금속이 다양한 요소(콜렉터, 커버, 관 번들 등)를 함께 고정하는 것과 이들을 밀봉하는 것 둘 모두를 가능하게 하는 경납땜 노(brazing furnace)에 냉각기의 조립된 요소가 들어간다.
그러나, 냉각기의 요소를 경납땜하는 것은 관의 기계적 강도, 그것의 내압성(pressure resistance), 및 내부 및 외부 부식에 대한 그것의 저항성을 저하시키는 경향이 있는 것으로 확인되었다.
이러한 저하된 기계적 강도는 관이 압력하의 유체가 그것을 통과하게 하는 경우 관의 변형으로 이어질 수 있다.
게다가, 관이 원형 단면을 갖는 경우, 경납땜 후에 원통형 관의 모체(generatrix)의 진직도(straightness)에 있어서의 결함이 관찰되었다.
유사하게, 넓은 열교환 표면을 갖기 위해, 관이 배터리를 향해 배향된 평면 표면을 갖는 경우(이는 예를 들어 장방형 단면을 갖는 관의 경우임), 이러한 평면 표면의 평탄도(flatness)에 있어서의 결함이 관찰되었다.
경납땜에 의해 유발되는 관의 이러한 진직도 또는 평탄도 결함 때문에, 배터리와 냉각기 사이의 열 전달이 균질하지 않고, 따라서 냉각기는 배터리의 온도의 최적 조절을 제공하지 않는다.
경납땜 동안의 이러한 결함을 방지하기 위해, 경납땜될 관 아래에 위치된 경납땜 섀시의 지지 개수를 증가시키는 것이 제안되었다.
그러나, 그 해법은 섀시의 비용 및 그 결과 제조 비용을 증가시키는 불리한 점을 갖는다.
본 발명의 목적은 배터리를 위한 냉각기의 관의 기계적 강도를 개선하고 그 결과 그것의 냉각을 최적화하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 적어도 하나의 전기 에너지 저장 요소를 위한 냉각기에 있어서, 냉각기는 적어도 하나의 열-전달 액체 순환 덕트를 포함하고, 적어도 하나의 덕트의 단부는 매니폴드 내로 침투하고, 상기 매니폴드 각각은 상기 적어도 하나의 덕트의 관통-오리피스를 갖는 콜렉터(collector), 및 상기 적어도 하나의 덕트가 내부로 개방되는, 열-전달 액체의 순환을 위한 체적부를 한정하는 방식으로 상기 콜렉터를 덮는/캡핑(capping)하는 커버를 포함하는, 냉각기로 구성된다.
본 발명에 따르면, 상기 적어도 하나의 덕트 및 상기 커버는 상기 콜렉터와 기계적으로 조립되고, 상기 매니폴드는 한편으로는 상기 콜렉터와 상기 적어도 하나의 덕트 사이에, 그리고 다른 한편으로는 콜렉터와 상기 커버 사이에 배치된 적어도 하나의 시일(seal)을 추가로 포함한다.
이와 같이 본 발명은 냉각기의 모든 요소가 유체-밀봉 방식으로 함께 기계적으로 고정되는 냉각기를 제안한다.
냉각기의 각각의 콜렉터와 덕트 사이의 기계적 연결 및 밀봉은 이들 2개의 구성요소 사이에서의 시일의 압축에 의해 달성된다.
동일한 시일 또는 다른 시일이 또한 커버와 대응하는 콜렉터 사이의 밀봉을 제공하며, 이에 따라 냉각 액체의 누출 위험을 방지하거나 적어도 최소화한다.
이러한 기계적 조립 덕분에, (경납땜에 의한 조립의 경우에서와는 다르게) 관의 기계적 강도가 저하되지 않으며, 임의의 관 평탄도 결함이 제한된다.
이것은 냉각기의 성능을 크게 향상시킨다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 상기 적어도 하나의 덕트는 그것이 통과하는 상기 시일의 관통-구멍 내에 억지 끼워맞춤되어, 시일이 콜렉터의 상기 관통-오리피스의 내벽과 상기 덕트의 외벽 사이에서 압축된다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 관통-구멍은 상기 콜렉터의 관통-오리피스 내에 배치된 시일의 니플(nipple) 내에서 연장된다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 니플은, 그것의 외부 표면 상에서, 시일을 콜렉터 상에 보유하기 위한 주변 립(peripheral lip)을 갖는다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 시일의 측방향 에지는 콜렉터 내에 형성된 주변 홈과 커버 사이에 개재된다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 상기 적어도 하나의 덕트는 복수의 열-전달 액체 순환 채널을 포함한다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 상기 적어도 하나의 덕트는 콜렉터에 대해 상기 적어도 하나의 덕트의 일 방향으로 보유 릴리프(retaining relief)를 형성하는 단부 플레어(end flare)를 포함한다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 상기 적어도 하나의 덕트는, 각각의 단부에서, 상기 덕트의 종방향으로 단일의 단부 플레어 스테이지(end flare stage)를 포함한다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 단부 플레어는 상기 덕트의 종방향으로 1 mm 내지 10 mm의 높이를 갖는다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 단부 플레어의 폭은 상기 적어도 하나의 덕트의 상기 관통-오리피스의 폭보다 크다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 단부 플레어는 채널 내부에 생성된다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 단부 플레어는 상기 채널의 측방향 칸막이 벽을 형성하는 보강 레그(reinforcing leg)를 변형시키지 않고서 생성된다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 냉각기는 콜렉터에 대해 다른 방향으로 상기 적어도 하나의 덕트를 보유하기 위한 적어도 하나의 덕트 받침부(duct abutment)를 포함한다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 상기 적어도 하나의 받침부는 상기 커버에 고정된다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 전기 에너지 저장 요소를 위한 냉각기를 조립하는 방법으로서, 냉각기는 적어도 하나의 열-전달 액체 순환 덕트를 포함하고, 적어도 하나의 덕트의 단부는 매니폴드 내로 침투하는, 상기 냉각기 조립 방법은,
- 적어도 하나의 시일이, 열-전달 액체 순환 덕트를 위한 적어도 하나의 관통-오리피스 및 주변 홈을 갖는 콜렉터 상에, 시일의 니플이 상기 콜렉터의 관통-오리피스 내에 배치되고 시일의 측방향 에지가 상기 콜렉터의 주변 홈 내에 배치되도록 위치되는 단계,
- 적어도 하나의 열-전달 액체 순환 덕트가, 니플의 관통-구멍 내로, 상기 적어도 하나의 덕트의 일 단부가 시일 및 콜렉터를 통과하도록 압력-끼워맞춤되는(force-fitted) 단계,
- 상기 적어도 하나의 덕트의 단부가 콜렉터에 대해 일 방향으로 상기 덕트를 보유하기 위한 릴리프를 형성하도록 플레어링되는(flared) 단계,
- 상기 적어도 하나의 덕트가 내부로 개방되는 제 1 매니폴드를 형성하도록, 커버가 콜렉터 상에 기계적으로 조립되는 단계로서, 커버는 시일의 측방향 에지와 접촉하여 상기 콜렉터의 주변 홈 내에 사전에 위치되는, 커버가 조립되는 단계, 및
- 상기 적어도 하나의 덕트를 상기 냉각기의 제 2 매니폴드에 고정하기 위해 상기 단계가 반복되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 조립 방법에 있다.
위의 종류의 기계적으로 조립된 냉각기를 제조하는 방법은 이에 따라 경납땜, 즉 요소를 서로 조립하기 위한 충전재(filler material)를 필요로 하지 않는다.
이 방법은 또한 값비싸고 복잡한 설치를 필요로 하지 않는다는 이점을 갖는다.
이에 따라 이러한 종류의 방법은 중립적이고 제한된 분위기에서의 복잡한 가열 단계를 포함하지 않는다.
본 발명의 하나의 특정 태양에 따르면, 상기 적어도 하나의 덕트는 상기 냉각기의 제 1 및 제 2 매니폴드에 동시에 고정된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점이 단지 예시적이고 비제한적인 예로서 제공되는 일 실시예의 하기 설명을 읽고서, 그리고 첨부된 도면으로부터 더 분명하게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각기의 사시도,
도 2는 매니폴드의 수준에서의 본 발명에 따른 냉각기의 단면도,
도 3은 콜렉터 상에의 관의 조립을 보여주는, 본 발명에 따른 냉각기의 매니폴드의 수준에서의 부분 단면도,
도 4는 덕트를 매니폴드의 콜렉터에 대해 일 방향으로 보유하기 위해 매니폴드의 커버 상에 받침부를 사용하는 것을 보여주는, 매니폴드 및 덕트의 부분 상세도,
도 5a는 본 발명에 따른 냉각기에 사용되는 시일의 평면도,
도 5b는 도 5a로부터의 시일의 부분 단면도,
도 6a는 본 발명에 따른 냉각기에 채용되는 콜렉터 플레이트의 평면도,
도 6b는 도 6a로부터의 콜렉터 플레이트의 상세도,
도 7은 본 발명에 따른 냉각기에 채용되는 매니폴드의 커버의 부분 단면도,
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명에 따른 냉각기에 채용되는 관의 플레어 단부의 외관도 및 종단면도,
도 9a 내지 도 9e는 본 발명에 따른 냉각기에 채용되는 매니폴드 상에의 관의 일 단부의 조립을 보여주는 도면,
도 10a 내지 도 10h는 본 발명에 따른 냉각기의 콜렉터 상에 관을 보유하기 위한 플레어의 상이한 타입을 도식적으로 보여주는 도면,
도 11은 본 발명에 따른 냉각기의 2개의 콜렉터 사이의 거리를 유지하기 위한 플랜지의 상세도.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각기(1)의 사시도이다.
냉각기는 자동차를 구동하기 위한 에너지원을 형성하는 하나 이상의 배터리를 냉각하기 위해 하이브리드 또는 전기 타입의 자동차에 장비하도록 의도된다.
냉각기(1)는 글리콜레이트화 물(glycolated water)과 같은 냉각 액체가 순환하도록 의도되는 단일 열(row)을 형성하도록 정렬되고 서로 평행하게 배치된 동일한 길이의 직선 관 또는 덕트(11)의 번들을 포함한다.
이 실시예에서, 관(11)은 실질적으로 장방형의 형상의 단면을 갖는다.
여기서, 이들 관(11)은 압출된 알루미늄이고, 복수의 병렬 배치된 액체 순환 채널(111)(도 9c 및 도 9d에서 볼 수 있음)을 갖는다. 관(11)의 채널(111)은 압력에 저항하기 위한 관의 기계적 강도를 제공하는(즉, 압력하에서의 관(11)의 변형을 최소화하는) 보강 레그에 의해 분리된다.
본 발명의 냉각기의 작동 압력은 예를 들어 1 바아(bar)이지만, 그 값보다 작거나 클 수 있다.
변형 실시예에서, 다중채널 관이 전기-용접되지만, 이 경우에 채널 사이에 보강 레그를 갖지 않는다.
관(11)의 번들은 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 관(11)의 번들의 제 1 단부는 제 1 콜렉터(21)와 조립되도록 의도되고, 관(11)의 번들의 제 2 단부는 제 2 콜렉터(22)와 조립되도록 의도된다.
냉각기(1)는 냉각 액체를 수집하고 분배하도록 의도된 매니폴드(41, 42)를 형성하기 위해 제 1 및 제 2 콜렉터(21, 22) 각각과 연관된 커버(31, 32)를 추가로 포함한다.
각각의 매니폴드(41, 42)는 이에 따라 번들의 관(11)의 단부를 결합하는 "콜렉터"(21, 22)로 일반적으로 지칭되는 금속 플레이트를 포함하며, 이 플레이트는, 그 주변 림(peripheral rim)에 의해 콜렉터(21, 22)에 유체-밀봉 방식으로 연결되고 "유체 박스"로 일반적으로 지칭되는 커버(31, 32)의 형태의 요소와 연관된다.
콜렉터(21, 22) 및 대응하는 커버(31, 32)에 의해 구성되는 조립체는 번들의 관(11)이 그것 내로 개방되는 체적부를 한정한다.
각각의 매니폴드(41, 42)는 이에 따라 관(11)과 유체 연통한다.
이하에서 나타나는 바와 같이, 냉각기(1)의 다양한 요소(콜렉터, 박스 및 관)가 한편으로는 각각의 콜렉터(21, 22)와 관(11) 사이에, 그리고 다른 한편으로는 각각의 콜렉터(21, 22)와 대응하는 커버(31, 32) 사이에 밀봉을 제공하는 시일(51)을 삽입함으로써 유체-밀봉 방식으로 함께 기계적으로 고정된다.
도 2의 단면도에 도시된 바와 같이, 관(11)은 제 1 콜렉터(21)를 통해 개방된다.
이것이 도시되지는 않지만, 동일한 것이 제 2 콜렉터(22)를 통해 그것의 반대편 단부에 적용된다.
이를 위해, 콜렉터(21)는 관(11)의 단면의 윤곽에 대응하는 윤곽을 갖는 관(21)(도 6a 및 도 6b)의 도입 및 통과를 위한 오리피스(210)를 포함한다.
다시 말해서, 여기서 이들 오리피스(210)는 이 실시예에서 장방형이다.
냉각기(1)는 적어도 하나의 매니폴드 상에 배열된 냉각 유체 입구 및 냉각 유체 출구를 추가로 포함한다.
도시된 실시예에 따르면, 유체 입구(410) 및 유체 출구(411)는 동일한 매니폴드 상에, 여기서는, 제 1 매니폴드(41)의 커버(31) 상에 있다.
냉각 액체가 도달하고 동일한 제 1 콜렉터(21)의 수준에서 배출된다.
이 경우에, 칸막이 벽(도시되지 않음)이 제 1 매니폴드(41) 내에 제공되어, 냉각기(1)에 들어가는 유체가 냉각기(1)를 떠나는 유체로부터 분리되는 것을 가능하게 한다.
이에 따라, 냉각 액체, 예를 들어 글리콜레이트화 물이 유체 입구(410)를 통해 제 1 매니폴드(41) 내로 도입되고, 이어서 제 1 매니폴드(41)의 제 1 콜렉터(21)에 의해 ("입구 관"으로 지칭되는) 관(11) 중 일부에 분배된다.
유체는 입구 관(11) 내에서 순환하고 입구 관을 제 1 방향으로 통과하고, 이어서 제 2 매니폴드(42) 내로 들어가고 ("출구 관"으로 지칭되는) 다른 관(11) 내에서 다른 방향으로 순환하여 제 1 콜렉터(21)로 복귀하고 제 1 매니폴드(41)의 유체 출구(411)를 통해 배출된다.
"턴어라운드 매니폴드(turnaround manifold)"로 지칭되는 제 2 매니폴드(42)는 입구 관(11)으로부터의 액체를 출구 관(11)으로 분배하도록 구성된다(필요한 경우, 하나 이상의 칸막이 벽이 이 제 2 매니폴드(42) 내에 액체의 통로를 한정한다).
관(11)은 콜렉터(21, 22) 및 커버(31, 32)의 종축에 수직으로 연장된다.
관(11)은 차량의 적어도 하나의 배터리와 기계적으로 접촉하거나 기계적으로 접촉하지 않도록 의도되고, 유리하게는 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 열전도성 재료로 제조된다.
냉각기(1)는 이에 따라 보호 케이싱의 저부에서 배터리 또는 배터리들과 직접 접촉하여 위치되고 냉각 액체가 그것을 통과하게 하거나, 배터리 보호 케이싱 밖에 위치된 냉각기의 경우에 배터리 또는 배터리들과 간접적으로 접촉하여 위치된다.
관(11)의 종축은 냉각될 배터리에 평행하다. 배터리의 냉각을 최적화하기 위해, 장방형 관(11)(도 2)의 2개의 평면 표면 중 하나가 배터리와 접촉하거나, 배터리로부터 소정 거리에 있고 그것과 대면하여, 넓은 열교환 표면을 갖는다.
콜렉터(21, 22)와 커버(31, 32)는 실질적으로 직사각형의 형상을 갖는다.
콜렉터(21, 22)는 알루미늄 또는 강철이다. 콜렉터(21, 22)는 주변 림을 갖는 평면 콜렉터 플레이트(213)를 포함하며, 이 주변 림 내에는 대응하는 커버를 수용하도록 구성된 홈(212)이 형성된다.
홈(212)은 바람직하게는 주변에 있다.
다시 말해서, 홈(212)은 대응하는 콜렉터(21, 22)(도 6a 및 도 6b)의 주위에 연장된다.
관(11)의 도입 및 통과를 위한 오리피스(210)는 콜렉터 플레이트(213)의 중심 구역의 수준에 형성된다.
그것은 콜렉터(21, 22)의 종축에 실질적으로 평행한 방향으로 기다란 형상을 갖는다.
도 9a의 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 이들 오리피스(210)는 각각 플랜지(217)를 형성하는 만곡된 에지에 의해 경계가 정해진다.
플랜지(217)의 높이는 일정하거나 그것의 주변부를 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 단부에서의 그것의 높이는 오리피스(210)의 길이에 걸친 그것의 높이보다 작을 수 있다.
동일한 도면에서, 홈(212)은 관(11)에 실질적으로 평행하게 배향된 측방향 면(lateral face)(214), 측방향 면(214)에 연결되고 그것에 실질적으로 수직으로 배향된 저부(215), 및 측방향 면(214)에 실질적으로 평행하게 배향된 외부 면(216)을 포함하는 것에 유의한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 커버(31)는 반구형(domed)이고, 단면에서 볼 때, 대체로 U자 형상을 갖는다.
커버(31)는 이에 따라 냉각 유체의 순환을 허용하도록 구성된 내부 공동(cavity)(311), 및 커버의 풋(foot)(312)을 형성하는, 내부 공동(311)의 주변부에 위치된 확장된 자유 에지를 특징으로 한다.
커버(32)는 동일한 형상을 갖는다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 시일(51)은 주변 밀봉 비드(bead)(511)를 포함하는 실질적으로 직사각형의 형상의 블랭킷(blanket)(512)의 형태를 취한다.
시일(51)은 관(11)의 통과를 위해 블랭킷(512)의 중심 구역의 수준에 형성된 복수의 장방형 구멍(510)을 특징으로 한다.
이들 구멍(510)은 시일(51)의 종축에 실질적으로 평행한 방향으로 기다란 형상을 갖는다.
구멍(510)은 대응하는 콜렉터를 보유하기 위한 "니플"(513)로 이하에서 지칭되는 플랜지 내로 연장된다.
이들 니플(513)은 블랭킷(512)에 수직으로 연장된다. 구멍(510) 및 니플(513)은 그것을 통과하도록 의도되는 관(11)의 형상에 상호보완적인 형상을 갖는다.
시일(51)은 유리하게는 탄성중합체 재료로 제조된다. 그것은 이에 따라 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 단량체)으로 제조될 수 있다.
콜렉터(21, 22)는 각각 관(11)의 도입 및 통과를 위한 오리피스(210)의 수준에서 압축가능한 시일(51)을 수용한다.
이를 위해, 시일(51)의 니플(513)은 조립 동안 플랜지(217)를 통해 가압된다.
또한, 콜렉터(21, 22)의 홈(212)은 시일(51)의 주변 밀봉 비드(511)를 받아들이도록 구성된다.
관(11)이 매니폴드(41, 42) 상에 조립된 상태에서, 시일(51)은 한편으로는 관(11)의 외벽과 콜렉터(21)의 오리피스(210)의 플랜지(217) 사이의 공간 내에서 압축된다.
플랜지(217)에서의 시일(51)의 니플(513)의 반경 방향 압축은 바람직하게는 5% 내지 60%, 예를 들어 15% 내지 40%, 그리고 특히 25% 내지 30%이다.
이러한 비율은 조립 전의 니플(513)의 벽의 두께로 나눈, 조립 전과 조립 후의 니플(513)의 벽의 두께 간의 차이와 동일하다.
시일(51)은 이에 따라 유체의 누출을 방지하기 위해 관(11) 각각과 콜렉터(21) 사이의 접속을 밀봉한다.
또한, 시일(51)의 주변 밀봉 비드(511)는 커버(31)와 콜렉터(21) 사이의 밀봉을 제공하기 위해 커버(31)의 풋(312)과 콜렉터(21) 사이에 배열되도록 의도된다.
콜렉터(21, 22)의 홈(212)은 이에 따라 비드(511)를 수용하도록 구성되어, 비드가 홈(212)의 저부와 커버(31)의 풋(312) 사이에 개재되고 압축된다.
콜렉터(21, 22)는 또한 홈(212) 내의 커버(31)의 풋(312)의 크림핑(crimping)을 허용하도록 구성된다.
이를 위해, 홈(212)의 외부 면(216)은, 콜렉터(21)의 2개의 서로 반대편에 있는 에지에서, 커버(31)의 풋(312)의 상부면 위에, 도 2에 도시된 바와 같이, 규칙적으로 이격되고 구부러지도록 의도된 일련의 러그(lug), 치형부(tooth) 또는 텅부(tongue)(211)를 포함한다.
각각의 콜렉터(21, 22)는 이에 따라 콜렉터(21, 22)의 치형부(211)를 대응하는 커버(31, 32) 상에 크림핑한 후에, 대응하는 커버(31, 32)를 시일(51) 및 콜렉터(21, 22) 상의 위치에 보유한다.
그것은 또한 시일(51)을 압축하여 커버/콜렉터 접속의 수준에서 매니폴드(41, 42)의 밀봉을 보장한다.
이러한 종류의 냉각기(1)의 기계적 조립은 비교적 용이하고, 유체가 그 안에서 순환하는 매니폴드(41, 42) 내부에서 양호한 밀봉이 달성되는 것을 가능하게 한다.
이에 따라 본 발명의 냉각기의 기계적 내압성 및 유체-밀봉성을 제공하기 위해 경납땜을 채용하는 것이 필요하지 않으며, 이는 관(11)의 평면 표면의 평탄도를 보장한다.
그 결과, 냉각기의 관과 배터리 사이의 열교환 및 이에 따라 배터리의 냉각이 최적화된다.
각각의 관(11)은 콜렉터(21)의 플랜지(217)의 영역에서 시일(51) 상에 프리스트레스되어(prestressed) 장착된다(도 3).
다시 말해서, 각각의 관(11)은 시일(51)의 대응하는 구멍(510) 내에 억지 끼워맞춤된다.
이에 따라 이러한 밀봉 구역에서 관(11)의 밀봉 플레어를 제공하는 것이 필요하지 않다.
시일, 콜렉터 및 커버에 의해 구성되는 조립체가 관 상에서 활주하는 것을 유발하는 냉각 액체의 가압을 방지하기 위해, 2가지의 해법이 이하에 기술된다.
제 1 해법은 한편으로는 콜렉터에 대해 일 방향으로 다중-채널 관(11)을 보유하기 위한 플레어를 제공(도 3에서 화살표(F1))하고, 다른 한편으로는 콜렉터에 대해 다른 방향으로 관(11)을 보유하기 위해 관을 보유하기 위한 받침부를 제공(도 3에서 화살표(F2))하는 것으로 구성된다.
관(11)을 보유하기 위한 플레어를 제조하기 위해, 관(11)의 단부는 관(11)이 시일/콜렉터 조립체 내로 삽입된 후에 변형된다.
이하에 기술되는 모든 상황에서, 관(11)의 플레어의 폭은 콜렉터(21)의 플랜지(217)의 폭(Pc)보다 크다(이러한 폭(Pc)이 도 6b에 도시됨).
채널(111)의 하나 이상의 벽이 변형될 수 있다. 이들 변형된 벽은 대면하거나(또는 도 10a에 도시된 바와 같이 "동상(in phase)"이거나) 반대 방향으로 향할 수 있다(또는 도 10b에 도시된 바와 같이 "동상 반대(in phase opposition)"일 수 있다).
관(11)의 채널(111)(도 10c) 또는 채널들(111)(도 10d)이 변형될 수 있다.
"n"개의 채널 중에서, 내압성 및 조작에 대한 저항성을 제공하기 위해 바람직하게는 "m"개의 채널이 변형되며, 이때 1/8 ≤ m/n ≤ 1이다.
관(11)의 2개의 단부 채널(111)은 변형되거나 변형되지 않을 수 있다.
관의 레그는 일직선이거나(도 10e) 변형될 수 있다(도 10f). 이들 경우 둘 모두에서, 플레어의 폭(Pj)은 콜렉터(21)의 플랜지(217)의 폭(Pc)보다 크다.
관(11)의 장방형 섹션의 원호는 변형되거나(도 10h), 변형되지 않는다(도 10g). A-A 선을 따라 취해진 도 10h의 단면도가 도시하는 바와 같이, 그것은 사전결정된 높이에 걸쳐 변형된 장방형 섹션의 반원 단부이다.
보강 레그는 이에 따라 도 10a 내지 도 10e 및 도 10g의 구성에서 측방향으로 변형되지 않고 인열(tearing) 없이 신장되는 것에 유의한다.
다시 말해서, 플레어의 폭은 보강 레그의 파열을 회피하기에 충분히 작다.
이들 다양한 구성은 서로 조합될 수 있다.
단부 플레어는 관(11)의 종방향으로 1 mm 내지 10 mm의 높이를 갖는다.
도 2의 실시예에서 다중-채널 관(11)의 중심 채널(111)이 그것의 서로 반대편에 있는 에지에서 플레어링되며, 플레어는 110으로 참조 표시됨에 유의한다.
관(11)의 단부에 형성된 플레어(110)는 또한 도 8a, 도 8b, 도 9d 및 도 9e에서 볼 수 있다.
각각의 관(11)은 (관의 종방향으로) 단일의 단부 플레어(110), 즉 오직 하나의 플레어 스테이지를 포함하고, 보유 플레어(110)의 폭은 플레어(110)의 수준에서의 관(11)의 폭(Pj)이 콜렉터(21)의 플랜지(217)의 폭(Pc)보다 더 크도록 하는 것에 유의한다.
또한, 플레어(110)는 시일의 압축에 참여하지 않는 것에 유의한다.
냉각기(1)는 콜렉터(21, 22) 각각에 대해 다른 방향으로 관(11)을 보유하기 위해 관을 보유하기 위한 하나 이상의 받침부를 더 포함한다.
다시 말해서, 이들 받침부는 관(11)이 도 3에 화살표(F2)에 의해 지시된 방향으로 상승하고 매니폴드(41, 42)에 들어가는 것을 방지하며, 이는 콜렉터(21, 22) 사이의 거리를 유지하는 것을 가능하게 한다.
도 4, 도 7 및 도 9d에 도시된 실시예에서, 리브(rib)의 형태를 취하는 2개의 받침부(313)가 커버(313)의 내벽 상에 생성된다.
이들 2개의 받침부(313)는 각각 냉각기(1)의 관(11)의 번들의 관(11)의 일 단부와 접촉하도록 의도된다.
관(11)을 보유하기 위한 플레어(110) 및 받침부(313)는 이에 따라 커버/콜렉터/시일 조립체의 상대 위치가 고정되는 것을 가능하게 하여, 이러한 매니폴드/콜렉터/시일 조립체가 냉각 액체의 가압 때문에 매끄러운 관(11)을 따라 활주하는 것을 방지한다(이들 요소는 이에 따라 냉각기(1)의 기계적 내압성을 제공한다).
제 2 해법은 한편으로는 전술된 접근법 중 하나에 따라 관을 보유하기 위한 플레어를 제공하고, 다른 한편으로는 각각의 커버/콜렉터 조립체의 양쪽에 배치되는 플랜지를 제공하는 것으로 구성된다.
이들 플랜지는 매니폴드 및/또는 콜렉터에 크림핑되고, 제 1 콜렉터(21)와 제 2 콜렉터(22) 사이의 거리를 유지하는 것을 가능하게 한다.
도 11은 커버(31)가 그것 상에 장착되는 콜렉터(21)를 보유하기 위한 만곡된 립(610)을 특징으로 하는 플랜지(61) 중 하나의 부분을 도시한다.
관(11)을 보유하기 위한 플레어(110) 및 플랜지(61)는 이에 따라 커버/콜렉터/시일 조립체의 상대 위치를 고정하는 것을 가능하게 하여, 이러한 매니폴드/콜렉터/시일 조립체가 매끄러운 관(11)을 따라 활주하는 것을 방지한다.
냉각기를 제조하는 방법
다음에는, 본 발명에 따른 냉각기를 제조하는 방법이 도 2 및 도 9a 내지 도 9e를 참조하여 기술된다.
제 1 단계(S1) 동안, 시일(51)이 도 9a에 별도로 도시된 콜렉터(21) 상에 위치되고, 시일(51)의 니플(513)을 콜렉터(21)의 대응하는 오리피스(210) 내로 도입하기 위해 가압된다(도 9b).
시일(51)의 주변 비드(511)가 또한 콜렉터(21)의 주변 홈(212) 내에 위치된다.
각각의 니플(513) 상에 형성된 립(514)이 시일(51)을 콜렉터(21) 상에 보유하고 이에 따라 시일(51)이 콜렉터(21)로부터 떨어지는 것을 방지한다.
제 2 단계(S2) 동안, 콜렉터(21) 및 시일(51)을 포함하는 조립체가 피팅 헤드(fitting head) 내에 배치되며, 여기서 펀치(punch)가 시일(51)을 콜렉터(21)에 대해 압축한다.
제 3 단계(S3)에서, 관(11)이 도 9c에서 화살표(F3)에 의해 지시된 방향으로 니플(513)의 구멍(510) 내에 삽입된다.
관(11)은 콜렉터(21) 및 시일(51)을 포함하는 조립체에 관을 압력-끼워맞춤(force-fitting)함으로써 그것에 고정된다. 관(11)의 단부는 콜렉터(21)의 콜렉터 플레이트(213) 내에 수용되고, 압축가능한 시일(51)에 의해 콜렉터에 기계적으로 조립된다.
제 4 단계(S4)(도 9d)에서, 관(11)의 단부는 원뿔 형상의 펀치에 의해 그리고 대칭 방식으로 플레어링되어, 콜렉터(21)에 대해 일 방향으로 각각의 관(11)을 보유하기 위한 릴리프를 형성한다.
도 9d 및 도 9e에 도시된 상황에서, 관(11)의 2개의 채널(110)의 단부가 플레어링된다.
제 5 단계(S5)에서, 커버(31)는 이것을 크림핑함으로써 콜렉터(21)에 조립되어 매니폴드(41)를 형성한다(도 9e).
이를 위해, 커버(31)의 풋(312)은 시일(51)의 주변 비드(511)와 접촉하여 콜렉터(21)의 홈(212) 내에 삽입되고, 그 후에 콜렉터(21)의 러그(211)는 커버(31)의 에지 위로 구부러진다(도 2).
커버(31)는 이에 따라 콜렉터 플레이트(213)와 대면하여 콜렉터(21) 내부에 수용되고 콜렉터 플레이트를 덮는다.
동일한 단계가 관(11)의 다른 단부를 제 2 매니폴드(42)에 조립하는 데 채용된다.
이들 단계는 바람직하게는 관(11)의 양쪽 단부에서 동시에 실행된다.
다른 태양 및 변형
관의 기계적 특성을 저하시키지 않는 것 및 배터리와 접촉하는(또는 배터리와 대면하는) 그것의 관 표면의 평탄도를 개선하는 것을 가능하게 한다는 사실 외에도, 본 발명의 냉각기의 기계적 조립은 경납땜에 의해 조립되는 종래 기술의 냉각기에 비해 다른 이점을 갖는다.
본 발명의 접근법은 이에 따라 냉각 액체와 반응하여 그것의 내식성 및 부동 특성을 저하시키는 잔류 경납땜 플럭스(flux)에 의한 내부 오염 - 이는 관의 채널의 차단에 의해 냉각기의 열 성능의 손실로 이어질 수 있음 - 을 회피하는 것을 가능하게 한다.
기계적 조립은 또한 (압출된, 프레싱된 또는 롤링된 알루미늄 커버에 금속 관 및 고정 러그를 추가하는 것을 필요로 하는 경납땜된 냉각기와는 대조적으로) 냉각 루프에 대한 커버의 용이한 연결 및 그것의 고정을 가능하게 하는, 플라스틱의 성형에 의해 제조되는 복잡한 형상의 커버의 사용을 가능하게 한다.
커버 또는 워터 박스(water box)는 (예를 들어, 타입 3003의) 알루미늄 또는 (예를 들어, 타입 PA66GF30의) 플라스틱으로 제조될 수 있다. 알루미늄은 작은 두께의 부품을 설계하는 것을 가능하게 한다.
플라스틱 재료는 복잡한 형상을 용이하게 생성하는 것을 가능하게 하여서, 배터리 케이싱에 대한 냉각기의 고정 및 관의 연결을 용이하게 한다.
커버는 관 사이의 균질한 온도 및 배터리의 균형 잡힌 냉각을 보장하기 위해 적절한 회로가 한정되는 것을 가능하게 하는 관 및 내부 칸막이 벽을 포함한다.
이들 커버는 냉각기를 배터리 케이싱에 고정하기 위한, 중심설정 핀, 스크류 구멍, 클립 등과 같은, 고정 요소를 추가로 포함한다.
이들은 또한 조작 동안 발생하는 힘에 의한 케이싱 내로의 관의 상대적 내향 이동을 방지하기 위해 대면하여 배치된 적어도 2개의 내부 리브(받침부)를 갖는다.
기계적 조립은 또한 관의 재료의 두께를 감소시키는 것 및 관 채널 내의 칸막이 벽의 개수를 감소시키는 것을 가능하게 한다.
그것의 조립을 위해 경납땜 노가 필요하지 않기 때문에, 본 발명의 냉각기의 크기는 제한되지 않으며, 출구 커넥터의 배치가 용이하게 된다.
본 발명의 냉각기는 배터리의 온도를 조절하기 위해 상황 및 요구에 따라 하나 이상의 배터리를 가열하거나 냉각하는 데 사용될 수 있다는 것에 유의한다.
냉각기를 통해 유동하는 열 전달 유체가 이 경우에 배터리를 냉각하기 위해, 또는, 요구에 따라, 배터리 또는 배터리들의 온도가 그것이 올바르게 작동하기에 불충분한 경우 그것에 열을 공급하기 위해, 배터리 또는 배터리들에 의해 방출되는 열을 흡수할 수 있다.
바람직하게는 압출된 알루미늄인 관은 요구되는 길이로 절단될 수 있다.
이에 따라 상이한 배터리 크기에 맞춰진 다양한 냉각기를 설계하는 것이 가능하다.
관은 예를 들어 원형 또는 타원형 형상과 같은 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
액체 입구 및 출구 관은 (전술된 실시예에서와 같이) 동일한 매니폴드 상에 또는 2개의 매니폴드 각각 상에 배치될 수 있다.
매니폴드의 내부 칸막이 벽은 냉각 액체 회로의 타입을 한정한다.

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 전기 에너지 저장 요소를 위한 냉각기(1)로서,
    상기 냉각기(1)는 적어도 하나의 열-전달 액체 순환 덕트(11)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 덕트의 단부는 매니폴드(41, 42) 내로 침투하고, 상기 매니폴드(41, 42) 각각은 상기 적어도 하나의 덕트(11)의 관통-개구(210)를 갖는 콜렉터(collector)(21, 22), 및 상기 적어도 하나의 덕트(11)가 내부로 개방되는, 열-전달 액체의 순환을 위한 체적부를 한정하는 방식으로 상기 콜렉터(21, 22)를 덮는 커버(31, 32)를 포함하는, 상기 냉각기(1)에 있어서,
    상기 적어도 하나의 덕트(11) 및 상기 커버(31, 32)는 상기 콜렉터(21, 22)와 기계적으로 조립되고, 상기 매니폴드(41, 42)는 한편으로는 상기 콜렉터(21, 22)와 상기 적어도 하나의 덕트(11) 사이에, 그리고 다른 한편으로는 상기 콜렉터(21, 22)와 상기 커버(31, 32) 사이에 배치된 적어도 하나의 시일(seal)(51)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 덕트(11)는 상기 적어도 하나의 덕트가 통과하는 상기 시일(51)의 관통-구멍(510) 내에 억지 끼워맞춤되어, 상기 시일(51)이 상기 콜렉터(21, 22)의 상기 관통-오리피스(210)의 내벽과 상기 덕트(11)의 외벽 사이에서 압축되는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 관통-구멍(510)은 상기 콜렉터(21, 22)의 관통-오리피스(210) 내에 배치된 상기 시일(51)의 니플(nipple)(513) 내에서 연장되는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 니플(513)은, 상기 니플의 외부 표면 상에, 상기 시일(51)을 상기 콜렉터(21, 22) 상에 보유하기 위한 주변 립(peripheral lip)(514)을 갖는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일(51)의 측방향 에지는 상기 콜렉터(21, 22) 내에 형성된 주변 홈(212)과 상기 커버(31, 32) 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 덕트(11)는 복수의 열-전달 액체 순환 채널(111)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 덕트(11)는 상기 콜렉터(21, 22)에 대해 상기 적어도 하나의 덕트(11)의 일 방향으로 보유 릴리프(retaining relief)를 형성하는 단부 플레어(end flare)(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 덕트(11)는 각각의 단부에서, 상기 덕트(11)의 종방향으로 단일의 단부 플레어 스테이지(end flare stage)(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 단부 플레어(110)는 상기 덕트(11)의 종방향으로 1 mm 내지 10 mm의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  10. 제 10 항에 있어서,
    상기 단부 플레어(110)의 폭은 상기 적어도 하나의 덕트(11)의 상기 관통-오리피스(210)의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  11. 제 6 항을 인용하는 경우의 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단부 플레어(110)는 채널(111) 내부에 생성되는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단부 플레어(110)는 상기 채널(111)의 측방향 칸막이 벽을 형성하는 보강 레그(reinforcing leg)를 변형시키지 않고서 생성되는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각기는 상기 콜렉터(21, 22)에 대해 다른 방향으로 상기 적어도 하나의 덕트(11)를 보유하기 위한 적어도 하나의 덕트 받침부(duct abutment)(313)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 받침부(313)는 상기 커버(31, 32)에 고정되는 것을 특징으로 하는
    냉각기.
  15. 적어도 하나의 전기 에너지 저장 요소를 위한 냉각기(1)를 조립하는 방법으로서, 상기 냉각기(1)는 적어도 하나의 열-전달 액체 순환 덕트(11)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 덕트의 단부는 매니폴드(41, 42) 내로 침투하고, 각각의 매니폴드(41, 42)는 콜렉터(21, 22), 및 상기 적어도 하나의 덕트(11)가 내부로 개방되는, 열-전달 액체를 위한 순환 체적부를 한정하는 방식으로 상기 콜렉터(21, 22)를 덮는 커버(31, 32)를 포함하는, 냉각기 조립 방법에 있어서,
    - 적어도 하나의 시일(51)이, 열-전달 액체 순환 덕트(11)를 위한 적어도 하나의 관통-오리피스(210) 및 주변 홈(212)을 갖는 콜렉터(21, 22) 상에, 상기 시일(51)의 니플(513)이 상기 콜렉터(21, 22)의 관통-오리피스(210) 내에 배치되고 상기 시일(51)의 측방향 에지가 상기 콜렉터(21, 22)의 주변 홈(212) 내에 배치되도록 위치되는 단계,
    - 적어도 하나의 열-전달 액체 순환 덕트(11)가, 상기 니플(513)의 관통-구멍(510) 내로, 상기 적어도 하나의 덕트(11)의 일 단부가 상기 시일(51) 및 상기 콜렉터(21, 22)를 통과하도록 압력-끼워맞춤되는(force-fitted) 단계,
    - 상기 적어도 하나의 덕트(11)의 단부가 상기 콜렉터(21, 22)에 대해 일 방향으로 상기 덕트(11)를 보유하기 위한 릴리프를 형성하도록 플레어링되는(flared) 단계,
    - 상기 적어도 하나의 덕트(11)가 내부로 개방되는 제 1 매니폴드(41, 42)를 형성하도록, 커버(31, 32)가 상기 콜렉터(21, 22) 상에 기계적으로 조립되는 단계로서, 상기 커버(31, 32)는 상기 시일(51)의 측방향 에지와 접촉하여 상기 콜렉터(21, 22)의 주변 홈(212) 내에 사전에 위치되는, 상기 커버(31, 32)가 조립되는 단계, 및
    - 상기 적어도 하나의 덕트(11)를 상기 냉각기(1)의 제 2 매니폴드(41, 42)에 고정하기 위해 상기 단계들이 반복되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각기 조립 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 덕트(11)는 상기 냉각기(1)의 제 1 및 제 2 매니폴드(41, 42)에 동시에 고정되는 것을 특징으로 하는
    냉각기 조립 방법.
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