KR20200051833A - 배터리 열 관리용 매니폴드 세그먼트 및 그 어셈블리 - Google Patents

배터리 열 관리용 매니폴드 세그먼트 및 그 어셈블리 Download PDF

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KR20200051833A
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칼 존스
더그 팬슬러
브라이언 티. 이그나작
니콜라스 워드
데이브 피터슨
미카엘 알. 부쳐
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노마 유.에스. 홀딩 엘엘씨
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Abstract

배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트는 전기 자동차(EV) 배터리의 온도 조절을 용이하게 하기 위해 열 관리 유체의 순환 중에 사용된다. 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트는 하나 이상의 튜브(공급 튜브, 리턴 튜브, 또는 둘 다)가 있으며 입구, 출구, 및 그 사이에 걸쳐 이어지는 통로를 갖는다. 튜브(들)는 튜브(들)로부터 연장되는 하나 이상의 분기 튜브를 갖는다. 분기 튜브(들)는 튜브(들)의 통로로부터 연장되는 분기 통로를 갖는다.

Description

배터리 열 관리용 매니폴드 세그먼트 및 그 어셈블리
본 출원은 2017년 10월 6일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/569,012호를 우선권 주장의 기초로 하고 있다.
본 발명은 일반적으로 전기 자동차의 배터리, 보다 구체적으로 전기 자동차 배터리의 열 관리 구조에 관한 것이다.
하이브리드 전기 자동차(HEVs)와 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEVs)와 같은 전기 자동차(EVs)는 배터리를 전원으로 사용한다. 예를 들어, 전기 자동차의 전원으로 리튬-이온 배터리를 사용하는 경우가 증가하고 있다. 배터리는 사용 중에 열을 생성하므로, 일반적으로 배터리의 온도를 조절하기 위해 냉각 구조와 같은 열 관리 구조를 갖추고 있다.
열 관리 구조는 일반적으로 많은 라인들을 포함하고, 라인들 사이나 다른 곳들 간에 다수의 연결들을 포함한다. 그러나, 이러한 라인들과 연결들은 원치 않는 유체 누출을 야기하고, 이들 전반에 걸쳐 원치 않는 압력 강하를 가져올 수 있으며, 결과적으로 효율적인 배터리 성능을 저해할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 열 관리용 매니폴드 세그먼트(manifold segment)는 공급 튜브, 리턴 튜브, 및 횡 부재를 포함할 수 있다. 공급 튜브는 공급 입구, 공급 출구, 및 공급 입구와 공급 출구 사이에 걸쳐 이어지는 공급 통로를 갖는다. 공급 튜브는 복수개의 공급 분기 튜브들을 갖는다. 각각의 공급 분기 튜브는 공급 통로로부터 연장되어 유체 연통되는 공급 분기 통로를 갖는다. 리턴 튜브는 리턴 입구, 리턴 출구, 및 리턴 입구와 리턴 출구 사이에 걸쳐 이어지는 리턴 통로를 갖는다. 리턴 튜브는 복수개의 리턴 분기 튜브들을 갖는다. 각각의 리턴 분기 튜브는 리턴 통로로부터 연장되어 유체 연통되는 리턴 분기 통로를 갖는다. 횡 부재는 공급 튜브와 리턴 튜브 사이에서 연장된다. 공급 튜브, 공급 분기 튜브, 리턴 튜브, 리턴 분기 튜브, 및 횡 부재는 모두 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 일체형 구조를 이룬다.
일 실시예에서, 공급 튜브는 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 단부와의 연결을 확립하기 위해 리테이너를 수용하는 단부 근처에서 내부에 존재하는 하나 이상의 개구를 갖는다.
일 실시예에서, 공급 튜브의 단부는 암형(female) 입구 단부이다. 또한, 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 단부는 수형(male) 출구 단부이다.
일 실시예에서, 공급 튜브는 길이 방향 클라이런스(clearance)을 갖는다. 길이 방향 클라이런스는 제 1 멈춤쇠(detent)와 제 2 멈춤쇠 사이에서 형성된다. 길이 방향 클라이런스는 제 2 배터리 열 관리용 매니폴드 세그먼트와 연결되기 위해 리테이너를 수용한다.
일 실시예에서, 길이 방향 클리어런스는 공급 튜브의 단부 근처에 위치된다. 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결은 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 단부에서 이루어진다.
일 실시예에서, 제 1 멈춤쇠는 제 1 외부 플랜지이다. 그리고 제 2 멈춤쇠는 제 2 외부 플랜지이다.
일 실시예에서, 리테이너가 제 1 길이 방향 위치에서 길이 방향 클리어런스 내에 수용될 때, 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트 사이의 연결이 이루어진다. 또한, 리테이너가 제 1 길이 방향 위치로부터 이격된 제 2 길이 방향 위치에서 길이 방향 클리어런스 내에 수용될 때, 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트 사이의 연결이 이루어진다.
일 실시예에서, 횡 부재는 공급 튜브와 리턴 튜브 사이에서 상대적 이동이 발생할 때 휘어지도록 구성된 하나 이상의 섹션을 갖는다.
일 실시예에서, 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 일체형 구조는 사출 성형 공정에 의해 수행된다.
일 실시예에서, 횡 부재는 전기 자동차 배터리의 구성 요소와 장착 결합된다.
일 실시예에서, 공급 분기 튜브들 또는 리턴 분기 튜브들 중 하나 이상은 카트리지 퀵 커넥터를 통해 전기 자동차 배터리의 구성 요소와 연결된다
일 실시예에서, 배터리 열 관리 매니폴드 어셈블리는 복수개의 전술한 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트들을 포함한다.
다른 실시예에서, 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트는 튜브를 포함할 수도 있다. 튜브는 입구, 출구, 및 입구와 출구 사이에 걸쳐 이어지는 통로를 갖는다. 튜브는 튜브로부터 연장되는 하나 이상의 분기 튜브를 갖는다. 분기 튜브(들)는 상기 통로로부터 연장되며 연통되는 분기 통로를 갖는다. 상기 튜브는 또한 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 연결되기 위해 해 제 1 멈춤쇠와 제 2 멈춤쇠 사이에 형성되는 길이 방향 클리어런스를 갖는다. 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 분리된 별개의 구성 요소이다. 튜브 및 분기 튜브(들)는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 일체형 구조를 이룬다.
일 실시예에서, 길이 방향 클리어런스는 튜브의 단부 근처에 위치된다.
일 실시예에서, 제 1 멈춤쇠는 제 1 외부 플랜지이다. 또한, 제 2 멈춤쇠는 제 2 외부 플랜지이다.
일 실시예에서, 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결은 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트가 길이 방향 클리어런스의 제 1 길이 방향 위치에 있을 때 이루어진다. 또한, 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결은 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트가 길이 방향 클리어런스의 제 2 길이 방향 위치에 있을 때도 이루어진다. 제 2 길이 방향 위치는 제 1 길이 방향 위치로부터 이격되어 있다.
일 실시예에서, 배터리 열 관리 매니폴드 어셈블리는 전술한 복수개의 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트들을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트는 공급 튜브, 리턴 튜브, 및 횡 부재를 포함할 수 있다. 공급 튜브는 공급 입구, 공급 출구, 및 공급 입구와 공급 출구 사이에 걸쳐 이어지는 공급 통로를 갖는다. 공급 튜브는 공급 튜브로부터 연장되는 하나 이상의 공급 분기 튜브를 갖는다. 공급 튜브(들)는 공급 통로로부터 연장되어 유체 연통되는 공급 분기 통로를 갖는다. 공급 튜브는 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 연결되기 위해 제 1 멈춤쇠와 제 2 멈춤쇠 사이에서 형성되는 제 1 길이 방향 클리어런스를 갖는다. 리턴 튜브는 리턴 입구, 리턴 출구, 및 리턴 입구와 리턴 출구 사이에 걸쳐 이어지는 리턴 통로를 갖는다. 리턴 튜브는 리턴 튜브로부터 연장되는 하나 이상의 리턴 분기 튜브를 갖는다. 리턴 분기 튜브(들)는 리턴 통로로부터 연장되어 유체 연통되는 리턴 분기 통로를 갖는다. 리턴 튜브는 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 연결되기 위해 제 3 멈춤쇠와 제 4 멈춤쇠 사이에서 형성되는 제 2 길이 방향 클리어런스를 갖는다. 횡 부재는 공급 튜브와 리턴 튜브 사이에서 연장된다.
일 실시예에서, 공급 튜브, 공급 분기 튜브(들), 리턴 튜브, 리턴 분기 튜브(들), 및 횡 부재는 모두 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 일체형 구조를 이룬다.
일 실시예에서, 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결은 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트가 제 1 및 제 2 길이 방향 클리어런스의 제 1 길이 방향 위치에 있을 때 이루어진다. 또한, 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결은 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트가 제 3 및 제 4 길이 방향 클리어런스의 제 2 길이 방향 위치에 있을 때도 이루어진다. 제 2 길이 방향 위치는 제 1 길이 방향 위치로부터 이격되어 있다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 실시예의 사시도이다;
도 2는 도 1의 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 다른 사시도이다;
도 3은 도 1의 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 평면도이다;
도 4는 도 1의 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 정면도이다;
도 5는 도 1의 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 배면도이다;
도 6은 도 1의 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 단면도이다;
도 7은 도 1의 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 함께 사용될 수 있는 카트리지 퀵 커넥터의 일 실시예에 대한 사시도이다;
도 8은 도 7의 카트리지 퀵 커넥터의 단면도이다; 그리고
도 9 및 도 10은 각각 도 7의 카트리지 퀵 커넥터의 단면도이다.
도면들을 참조하면, 전기 자동차의 배터리(EV)에서 온도 조절을 용이하게 하도록 열 관리 유체의 순환 중에 사용되는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트(이하 "배터리 매니폴드 세그먼트")의 일 실시예가 도시되어 있다. 적용 예들에서, 열 관리 유체는 냉각제이고, 배터리는 EV의 전원으로서 사용되는 리튬-이온 배터리이다. "전기 차량"이라는 어구와, 그 약어와, 문법적 변형들은, 본 명세서에서 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그인 전기 자동차(PHEV), 및 자동차, 트럭과 같은 자동차 응용 분야에서뿐만 아니라, 버스, 오토바이, 보트와 같은 비 자동차 응용 분야에서의 다른 유형의 전기 자동차 역시 포함하기 위해 본원에서 광범위하게 사용된다. 배터리 매니폴드 세그먼트는 모듈식 구성 요소로 설계 및 구성되어서, 다수의 세그먼트들이 직렬 및 탠덤(tandem) 배열로 연결되어 배터리 열 관리 매니폴드 어셈블리를 이룰 수 있고, 이러한 관점에서 단일 배터리 매니폴드 세그먼트는 적용 예에서 유닛들의 더 큰 어셈블리의 유닛을 구성한다. 그 외 발전들 중에서, 배터리 매니폴드 세그먼트는 최소 개수의 개별 라인들 및 연결들을 가짐으로써, EV배터리에 장착된 기존의 열 관리 구조에 비해 유체 누출 가능성을 줄이게 된다. 유사한 방식으로, 배터리 매니폴드 세그먼트는 유체 흐름 성능을 최적화하고, 그에 따라 종래에 공지된 구조들과 비교하여 압력 강하를 감소시키게 된다. 또한, 달리 명시되지 않는 한, 방사 방향, 축 방향, 및 원주 방향으로라는 용어와 그 문법적 변형들은, 배터리 매니폴드 세그먼트의 튜브의 대체로 원통 형상에 대한 방향들을 지칭한다.
도 1 내지 도 6은 배터리 매니폴드 세그먼트(10)의 실시예를 도시한다. 적용 예에서, 냉각제가 온도 순환을 목적으로 EV 리튬-이온 배터리의 다양한 위치들로 이동함에 따라, 냉각제는 배터리 매니폴드 세그먼트(10)를 통과한다. 배터리 매니폴드 세그먼트(10) 자체는 EV 리튬-이온 배터리의 다양한 위치에 설치될 수 있고, 특정 적용 예에 따르면 다양한 구성 요소에 장착될 수 있다. 도면의 예에서는, 배터리 매니폴드 세그먼트(10)가 배터리 트레이(12)에 장착되어 있다. 특정한 적용 예의 배터리 매니폴드 세그먼트의 정확한 수량과, 그에 따른 배터리 열 관리 어셈블리를 이루기 위해 함께 결합되는 개수는, 배터리 셀의 수량 및 치수와 같은 관련 배터리의 구성 및 부재들에 따라 결정될 수 있다. 적용 예에서는, 배터리 열 관리 어셈블리 내에 총 4개의 배터리 매니폴드 세그먼트가 존재할 수 있다.
배터리 매니폴드 세그먼트(10)는, 상이한 실시예에서 서로 다른 설계, 구조, 및 부재들을 가질 수 있으며, 일부 경우에서는 관련 배터리 및 특정 적용 예에서의 구성 및 부재들에 의해 좌우된다. 도 1 내지 6의 실시예에서, 배터리 매니폴드 세그먼트(10)는 한 쌍의 튜브들(14, 16)과 튜브들(14, 16) 사이에서 연장되는 횡 부재(18)를 갖는다. 한 쌍의 튜브들은 공급 튜브(14)와 리턴 튜브(16)이다. 냉각제는 EV 리튬-이온 배터리로 전달될 때 공급 튜브(14)를 통해 이동한다. 공급 튜브(14)는 공급 입구 단부(22)와 공급 출구 단부(24) 사이에서 연장되는 본체(20)를 갖는다. 본체(20)는 공급 입구(28)와 공급 출구(30) 사이에서 회전 없이 축 방향으로 연장되는 공급 통로(26)를 형성한다. 특히, 도 6을 참조하면, 냉각제는 공급 통로(26)를 통해 A 방향을 따라 이동한다.
개별 배터리 매니폴드 세그먼트들 사이의 연결을 탠덤 배열로 이루기 위해, 공급 입구 및 출구 단부(22, 24)에는 즉각적인 연결 및 분리를 위한 빠른 연결 기능을 가지며 함께 결합하는 상보적인 부재들이 구비된다. 퀵커넥트(quick-connect) 기능은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서, 퀵커넥트 기능은 후술하는 바와 같이 암, 수 단부와 리테이너를 포함하는 신축자재에 의한(telescopically) 오버래핑 방식으로 수행된다. 더 나아가, 탠덤 배열에서 개별 배터리 매니폴드 세그먼트들 사이의 제조상 공차(tolerance) 및 변형들을 수용하기 위해, 공급 입구 및 출구 단부(22, 24)는 배터리 매니폴드 세그먼트들이 상대적으로 다른 길이방향 위치와, 상대적으로 다른 암, 수 단부 사이의 오버래핑 범위를 나타낼 때, 연결을 이루기 위한 방법 및 수단을 구비한다. 제조상 공차 및 변형은 인접한 배터리 매니폴드 세그먼트의 수에 따라 누적된다. 위와 같은 방법 및 수단은 또한 개별 배터리 매니폴드 세그먼트 사이의 길이 방향 변위를 탠덤 배열 내에 수용할 수 있다. 이와 같은 수용은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 도면의 실시예에서, 이러한 수용은, 이하에서 설명되는 바와 같이 텔레스코픽부재에 의한 오버래핑 방식을 통해 수행되고, 또한 길이 방향 클리어런스 리테이너를 수용함으로써 수행된다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 공급 입구 단부(22)는 암형 단부 형태로 설계 및 구성되고, 공급 출구 단부(24)는 수형 단부 형태로 설계 및 구성되지만, 다른 실시예에서 반대의 형태일 있다. 배터리 매니폴드 세그먼트가 함께 배열되는데, 특히 도 6에 도시된 바와 같이, 수형 공급 출구 단부(24)는 별개의 제 2 배터리 매니폴드 세그먼트(110)의 제 2 암형 입구 단부(122)에 삽입되어 수용된다. 공급 입구 단부(22)는 수형 공급 출구 단부의 수용을 위해 공급 통로(26)에 비해 직경 방향으로 증가된 단면을 갖는다. 본 실시예에서, 한 쌍의 O-링(32) 및 부싱(34)은 공급 입구 단부(22) 내에 안착된다. 제 1 및 제 2 개구부(36)(도 6에는 하나의 개구부만 도시됨)는 공급 입구 단부(22)의 본체(20) 내에 위치되며, 공급 입구 단부(22)의 본체(20)를 통해 형성된다. 제 1 및 제 2 개구부(36)는 각각 리테이너(38)의 레그들(40, 42)을 수용한다. 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 레그들(40, 42)는, 후술되는 바와 같이 수형 공급 출구 단부의 상보적인 퀵커넥트 부재와 상호 작용하기 위한 공급 통로(26)의 제 1 및 제 2 개구부(36)를 관통한다. 본 실시예에서, 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 리테이너(38)는 서로를 향해 내측을 향해 바이어스된 레그들(40, 42) 및, 레그들(40, 42) 사이로 연장되는 브릿지(44)를 갖는 일체형 스테인리스 강의 와이어 스프링이다. 레그들(40, 42)은 그 크기 및 형상이 실질적으로 유사하다. 조립과 사용 시, 리테이너(38)는, 레그들(40, 42)의 일부가 공급 통로(26) 내에 현수되는 제 1 및 제 2 개구들(36)을 통해 수용되는 레그들(40, 42)을 갖는 공급 입구 단부(22)에 의해 운반된다. 제 1 돌출부(46)는 제 2 돌출부(48)보다 반경 방향 외측을 향해 돌출되어 있어 부주의로 인한 브릿지(44)의 이탈 및 그에 따른 리테이너(38)의 이탈을 방지하는 데 도움이 되며, 제 2 돌출부(48)는 사용자에 의한 브릿지(44)에 대한 외부 접근을 허용한다.
공급 출구 단부(24)는 별개의 제 2 배터리 매니폴드 세그먼트(110)의 제 2 암형 입구(122)에 삽입하기 위한 스피것(spigot)으로 형성된다. 도 2, 3 및 6을 다시 참조하면, 길이 방향 클라이언스(50)는, 리테이너(38)의 레그들(40, 42)과의 상호작용을 위해 제 1 멈춤쇠(52)와 제 2 멈춤쇠(52) 사이에서 형성된다. 길이 방향 클라이언스(50)는 제 1 및 제 2 멈춤쇠(52, 54) 사이에서 측정되는 축 방향 길이를 갖는 원통형의 공간이다. 길이 방향 클리어런스(50)의 정밀한 축 방향 길이는, 특정 배터리 열 관리 어셈블리에서 예상되거나 요구되는 양의 길이 방향 수용 공간에 기초하여 선택될 수 있다. 일 예에서, 길이 방향 클리어런스(50)의 축 방향 길이는 대략 12밀리미터(12mm)일 수 있으나, 다른 예에서 다른 치수도 가능하다. 탠덤 배열의 배터리 매니폴드 세그먼트들 사이의 연결은 리테이너(38)의 레그들(40, 42)이 제 1 및 제 2 개구 들(36)을 통과하고 길이 방향 클라이언스(50) 내에 수용될 때 이루어진다. 길이 방향 클라이언스(50)는 다른 실시예에서 본체(20)의 벽에 존재하는 삽입 홈 내에서 형성되는 것과 같은 다른 형태들을 취할 수 있다. 제 1 멈춤쇠(52) 및 제 2 멈춤쇠(54)는 도면에 도시된 실시예에서 제 1 플랜지(52) 및 제 2 플랜지(54)의 형태이다. 제 1 및 제 2 플랜지(52, 54)는 본체(20)로부터 반경 방향 외측으로 돌출하는 링 형태의 구조들이다. 제 1 플랜지(52)는 공급 출구 단부(24)의 말단으로부터 축 방향 거리로 이루어지며, 제 2 플랜지(54)는 제 1 플랜지(52)로부터 공급 출구 단부(24)의 말단에서 더 멀리 축 방향으로 이격되어 있다. 제 1 플랜지(52)는 그 전방 단부에 경사면(56)을 가지므로, 공급 출구 단부(24)가 제 2 암형 입구 단부(122) 내로 진입할 때, 레그들(40, 42)이 제 1 플랜지(52)를 넘어 길이 방향 클리어런스(50) 내로 타고 올라갈 수 있다. 일단 길이 방향 클리어런스(50) 내에서, 제 1 및 제 2 플랜지(52, 54)는 레그들(40, 42)이 플랜지들(52, 54)을 통과하여 클리어런스(50)를 벗어난 레그들(40, 42)의 움직임을 단속하는 역할을 한다. 더 나아가, 제 1 및 제 2 플랜지(52, 54)가 제 2 암형 입구 단부(122)에 삽입된 상태에서, 플랜지들(52, 54)과 제 2 암형 입구 단부(122)의 내부 표면(121) 사이의 강제(interfering) 체결 및 접촉은, 측면 하중을 받을 때 배터리 매니폴드 세그먼트(10)와 제 2 배터리 매니폴드 세그먼트 사이의 축 외 이동을 방지한다.
길이 방향 클리어런스(50)는 제조 상 공차 및 변형과 길이 방향 이동을 수용하는 방법이나 수단 중 일부이다. 길이 방향 클리어런스(50)는 탠덤 배열된 배터리 매니폴드 세그먼트들 간에 효과적인 연결이 이루어지도록 하면서도, 길이 방향 클리어런스(50)를 가로질러 상이한 길이 방향 위치에서 레그들(40, 42)이 수용되도록 하는 축 방향 길이를 갖는다. 예를 들어, 연결은 레그들(40, 42)이 길이 방향 클라이언스(50)의 축 방향 중간 지점일 수 있는 제 1 길이 방향 위치에서 길이 방향 클라이언스(50) 내에 수용될 때 이루어진다. 또한, 연결은 레그들(40, 42)이 위치는 축 방향 중간 지점의 어느 한 편에 대해 축 방향 거리만큼 이격된 것일 수 있는 제 2 길이 방향 위치에서 또 다시 이루어진다. 이와 같은 방식으로, 리테이너(38)와 길이 방향 클리어런스(50) 사이의 이러한 상호 작용들은 탠덤 배열된 배터리 매니폴드 세그먼트들 사이의 연결에서 축 방향 조정성의 정도를 부여하고, 이는 누적된 제조 상 공차 및 변동들과 배터리 열 관리 어셈블리에 발생되는 길이 방향 이동을 처리한다. 따라서, 배터리 매니폴드 세그먼트의 수형 및 암형 단부 사이에 효과적인 연결을 이루기 위해, 이 단부들 사이에 반드시 완전하고 전체적으로 균일하게 오버래핑될 필요는 없으며, 대신 연결을 위해 다양한 정도로 오버래핑될 수 있다.
또한, 공급 튜브(14)는 분산된 양의 냉각제를 EV 리튬-이온 배터리에 전달하기 위해 본체(20)로부터 연장되는 다수의 공급 분기 튜브를 갖는다. 도 2, 도 3 및 도 6에 도시된 실시예에 의하면, 공급 튜브(14)는 3개의 공급 분기 튜브로서, 제 1 공급 분기 튜브(58), 제 2 공급 분기 튜브(60), 및 제 3 공급 분기 튜브(62)를 갖는다. 공급 분기 튜브들은 3개 이하와 같이 다른 개수일 수도 있다. 공급 분기 튜브들(58, 60, 62)는 공급 튜브(14)로부터 하향으로 구부러지고 서로 길이 방향으로 이격되어 있는 공급 튜브(14)의 부속물들이다. 각각의 공급 분기 튜브들(58, 60, 62)은 공급 통로(26)에 걸쳐 이어지는 공급 분기 통로들, 즉 제 1 공급 분기 통로(64), 제 2 공급 분기 통로(66), 및 제 3 공급 분기 통로(68)를 형성한다. 공급 분기 통로들(64, 66, 68)은 냉각제가 공급 분기 통로들(64, 66, 68)을 통해 경로 B, C, 및 D를 따라 이동하도록 공급 통로(26)와 유체 소통한다.
공급 분기 튜브들(58, 60, 62)은 다양한 방식으로 배터리 트레이(12)와 연결될 수 있다. 일 예에서, 공급 분기 튜브들(58, 60, 62)의 원위 단부들은 배터리 트레이(12)에 상보적인 형태로 삽입되고 성형되는 스피곳들로 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 도 7 내지 도 10을 참조하면, 공급 분기 튜브들(58, 60, 62)과 배터리 트레이(12) 사이의 연결은 카트리지 퀵 커넥터(70)를 통해 이루어질 수 있다. 도 7 내지 도 10에 의해 제시된 실시예에서, 카트리지 퀵 커넥터(70)는 본체(72), 한 쌍의 클립들(74, 76), 슬리브(78), 리테이너(80), 및 한 쌍의 O-링들(82, 84)을 갖는다. 설치 시, 배터리 트레이(12)는 다양한 직경 치수들을 갖는 중공 형성부(86) 및 클립들(74, 76)을 수용하기 위한 리세스(88)를 가질 수 있다. 한편, 공급 분기 튜브들(58, 60, 62)의 원위 단부들은 도 10에 도시된 바와 같이, 완전히 삽입될 때 카트리지 퀵 커넥터(70)와 협동하는 하나 이상의 플랜지(92)를 구비하는 스피곳(90)들로서 형성될 수 있다. 도 8을 참조하면, 제 1 설치 상태에서, 카트리지 퀵 커넥터(70)는 중공 형성부(86)와 일직선인 상태가 된다. 도 9를 참조하면, 제 2 설치 상태에서, 카트리지 퀵 커넥터(70)는 중공 형성부(86) 내에 부분적으로 삽입된다. 한 쌍의 O-링들(82, 84)이 중공 형성부(86)의 내부로 전방으로 진입하여 중공 형성부(86)의 벽과 결합함에 따라, 슬리브(78)는 후방으로 슬라이딩된다. 동시에, 클립들(74, 76)은 중공 형성부(86)의 벽과의 결합에 항복함에 따라 안쪽으로 구부러진다. 도 10을 참조하면, 최종적인 제 3 설치 상태에서, 카트리지 퀵 커넥터(70)가 중공 형성부(86) 내로 완전히 삽입된다. 슬리브(78)는 후방으로 더 슬라이딩되고, 한 쌍의 O-링들(82, 84)은 전방으로 더 진입한다. 클립들(74, 76)은 리세스(88)로 수용되기 위해 외측으로 돌출부를 갖는다. 스피곳(90)은 카트리지 퀵 커넥터(70)를 통해 중공 형성부(86) 내에 삽입된다. 리테이너(80)는 플랜지(92)들 중 하나와의 강제 접촉 방식에 의해 스피곳(90)을 내부에 유지한다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 리턴 튜브(16)는 공급 튜브(14)와 유사한 설계 및 구성을 가지며, 그에 따라 본원에서 리턴 튜브(16)에 대한 설명은 다소 축약된 형태로 제공된다. 리턴 튜브(16)는 리턴 입구(96)와 리턴 출구(98) 사이에 걸쳐 있는 리턴 통로(94)를 갖는다. 냉각제는 리턴 통로(94)를 통해 E 방향을 따라 이동한다. 리턴 입구 및 출구 단부(102, 104)는 유사하게 퀵 커넥트 기능을 구비하고, 앞서 설명한 바와 같이 제조 상 공차 및 변형들과, 길이 방향 이동을 위한 수용 공간을 유사하게 구비한다. 리턴 튜브(16)는 공급 튜브(14)와 같이 길이 방향 클리어런스(51)를 갖는다. 리턴 튜브(16)는 제 1 리턴 분기 튜브(106), 제 2 리턴 분기 튜브(108), 및 제 3 리턴 분기 튜브(112)를 갖는다. 분기 튜브들(106, 108, 112) 리턴 통로(94)에 걸쳐 이어지는 리턴 분기 통로들을 형성한다. 그리고 이전과 같이, 리턴 분기 튜브들(106, 108, 112)은 카트리지 퀵 커넥터(70) 또는 다른 방식을 통해 배터리 트레이(12)와 연결될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 실시예에서 횡 부재(18)는 공급 튜브(14)와 리턴 튜브(16) 사이를 단일하게 연장 및 부착하는 기능을 한다. 횡 부재(18)는 다른 실시예들에서 다른 형태를 가질 수 있다. 도면의 실시예에서, 횡 부재(18)는 공급 및 리턴 튜브(14, 16) 사이에서 횡 방향으로 연장되는 단일체 및 평면인 중간 벽의 형태이다. 예시적인 사출 성형 제조 공정에서, 횡 부재(18)는 배터리 매니폴드 세그먼트(10)를 전체로서, 그리고 단일체로 성형하는 것을 용이하게 한다. 또한, 횡 부재(18)는 배터리 트레이(12)에 대한 배터리 매니폴드 세그먼트(10)의 배치를 위해 사용될 수 있고, 그에 따라 횡 부재(18)는 배터리 트레이(12)에 장착 결합될 수 있다. 이러한 장착 결합은 상이한 실시예에서 다양한 방식으로 수행될 수 있는데, 예를 들어, 장착 결합은 횡 부재(18)에 걸쳐 이어지고 배치 중에 배터리 트레이(12)의 상보적인 구조 부재 또는 다른 부재와 결합하게 되는 구조적인 연장부를 포함할 수 있다. 또한, 횡 부재(18)의 일 섹션 또는 그 이상은 힌지되거나, 천공되거나, 또는 다른 기능적으로 유사한 구조를 가질 수 있고, 그에 따라 횡 부재를 구부리고 휘게 함으로써, 횡 부재(18)의 원치 않는 파손 없이, 공급 튜브(14)와 리턴 튜브(16) 사이에 상대적인 이동을 야기할 수 있게 되며, 이에 관하여 횡 부재(18)는 그러한 외력 및 상대적인 이동에 대한 수용 공간을 제공할 수 있다. 횡 부재(18)의 일 섹션 또는 그 이상은 힌지되거나, 천공되거나, 또는 다른 기능적으로 유사한 구조를 가질 수 있고, 일반적으로 도 3에 파선(114)으로 도시되어 있다.
배터리 매니폴드 세그먼트(10)는 다양한 제조 공정들에 의해 제조될 수 있다. 일 예에서, 배터리 매니폴드 세그먼트(10)는 플라스틱 재료로 이루어지고, 가스 보조 또는 수 보조(water-assisted) 사출 성형 공정과 같은 사출 성형 작업의 방식에 의해 제조된다. 이러한 사출 성형 공정은 단일한 구조로 배터리 매니폴드 세그먼트(10)를 생성하는데, 여기서 모든 주요 부재들, 즉 공급 튜브(14), 리턴 튜브(16), 및 횡 부재(18)는 단일체로서 형성된다. 이들은 일체형으로 형성되기 때문에, 이전에 알려진 열 관리 구조에 비해 개별 라인 및 연결의 수가 최소화되므로, 유체 누출의 경우가 실질적으로 줄어든다. 예를 들어, 공급 튜브(14)와 그 공급 분기 통로들(64, 66, 68) 사이에 개별 연결이 없고, 리턴 튜브(16)와 그 리턴 분기 튜브들(106, 108, 112) 사이에 개별 연결이 없다. 또한, 유체 흐름 성능이 최적화되고, 공급 튜브(14)와 그 공급 분기 통로들(64, 66, 68) 및 리턴 튜브(16)와 리턴 분기 튜브들(106, 108, 112) 간의 압력 강하가 심하지 않다.
도면에 도시되지 않은 다른 실시예에서, 배터리 매니폴드 세그먼트는 상이한 설계 및 구성 및 부재들을 가질 수 있다. 일 예에서, 배터리 매니폴드 세그먼트는 횡 부재를 가질 필요가 없고, 대신에 하나 이상의 분기 튜브를 갖는, 단일 공급 튜브 또는 단일 리턴 튜브와 같은 단일 튜브로 구성될 수 있지만, 일 실시예에서는 횡 부재가 없을 수 있다. 또 다른 예에서, 튜브의 단부들에서의 퀵 커넥트 기능의 제공을 필요로하지 않은다. 또 다른 예에서, 제조 상 공차 및 변형들과 길이 방향 이동을 위한 편의가 수용 공간이 제공될 필요가 없다.
전술한 설명은 본 발명에 관한 정의가 아니라, 본 발명의 하나 이상의 바람직한 예시적인 실시예에 관한 설명인 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 여기에 개시된 특정 실시예(들)에 한정되지 않고, 단지 아래의 청구 범위에 의해서만 정의된다. 또한, 전술한 설명에 포함된 진술은 특정 실시예에 관한 것이어서, 용어 또는 문구가 위에서 명시적으로 정의된 경우를 제외하고, 본 발명의 범위 또는 청구 범위에 사용된 용어의 정의에 대한 제한으로 해석되어서는 안된다. 개시된 실시예(들)에 대한 다양한 다른 실시예 및 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 모든 다른 실시예, 변경, 및 수정은 첨부된 청구 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
본 명세서 및 청구 범위에 사용된 바와 같이, 용어 "예를 들어"와 동사 "포함하는", "갖는", 및 이들의 다른 동사 형태들은 하나 이상의 구성요소들이나 다른 항목들의 나열과 함께 사용되는 경우 각각 개방형으로 해석되어, 상기 나열이 다른 추가적인 구성요소들이나 항목들을 제외하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 다른 용어들은 다른 해석이 필요한 상황에서 사용되지 않는 한 가장 광범위하고 합리적인 의미로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 공급 입구, 공급 출구, 및 상기 공급 입구와 상기 공급 출구 사이에 결쳐 이어지는 공급 통로를 갖는 공급 튜브;
    리턴 입구, 리턴 출구, 및 상기 리턴 입구와 상기 리턴 출구 사이에 걸쳐 이어지는 리턴 통로를 갖는 리턴 튜브; 및
    상기 공급 튜브와 상기 리턴 튜브 사이에서 연장되는 횡 부재를 포함하며,
    상기 공급 튜브는 공급 튜브로부터 연장되는 복수개의 공급 분기 튜브들을 가지고, 상기 복수개의 공급 분기 튜브 각각은 상기 공급 통로로부터 연장되며 유체적으로 연통되는 공급 분기 통로를 가지며,
    상기 리턴 튜브는 리턴 튜브로부터 연장되는 복수개의 리턴 분기 튜브들을 가지고, 상기 복수개의 리턴 분기 튜브 각각은 상기 리턴 통로로부터 연장되며 유체적으로 연통되는 리턴 분기 통로를 가지며,
    상기 공급 튜브, 상기 복수개의 공급 분기 튜브들, 상기 리턴 튜브, 상기 복수개의 리턴 분기 튜브들, 및 상기 횡 부재는 모두 일체형 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 튜브는, 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 단부와 연결을 이루기 위해 리테이너를 수용하는 단부에 인접하여 그 내부에 존재하는 하나 이상의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 튜브의 상기 단부는 암형 입구 단부이고, 상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 단부는 수형 출구 단부인 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 튜브는, 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 연결되기 위해 리테이너를 수용하는, 제 1 멈춤쇠와 제 2 멈춤쇠 사이에 형성되는 길이 방향 클리어런스를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 길이 방향 클리어런스는 상기 공급 튜브의 단부에 인접하여 위치되고, 상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 상기 연결은 상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트의 단부에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 멈춤쇠는 제 1 외부 플랜지이고, 상기 제 2 멈춤쇠는 제 2 외부 플랜지인 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결은 상기 리테이너가 제 1 길이 방향 위치에서 상기 길이 방향 클리어런스 내에 수용될 때 이루어지며,
    상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결은 상기 리테이너가 상기 제 1 길이 방향 위치로부터 이격되어 있는 제 2 길이 방향 위치에서 상기 길이 방향 클리어런스 내에 수용될 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 횡 부재는 상기 공급 튜브와 상기 리턴 튜브 사이에서 상대적 이동이 발생할 때 휘어지도록 구성된 적어도 하나의 섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 일체형 구조는 사출 성형 공정을 통해 만들어지는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 횡 부재는 전기 자동차 배터리의 구성 요소와 장착 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 공급 분기 튜브들 또는 상기 복수개의 리턴 분기 튜브들 중 적어도 하나는, 카트리지 퀵 커넥터를 통해 전기 자동차 배터리의 구성 요소와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  12. 제 1 항에 따른 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트를 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 어셈블리.
  13. 입구, 출구, 및 상기 입구와 상기 출구 사이에 걸쳐 이어지는 통로를 가지는 튜브를 포함하며,
    상기 튜브는 튜브로부터 연장되는 적어도 하나의 분기 튜브를 가지고,
    상기 적어도 하나의 분기 튜브는 상기 통로로부터 연장되며 연통되는 분기 통로를 가지며,
    상기 튜브는 개별적인 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 연결되기 위해 제 1 멈춤쇠와 제 2 멈춤쇠 사이에 형성되는 길이 방향 클라이언스를 더 구비하고,
    상기 튜브 및 상기 적어도 하나의 분기 튜브는 일체형 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 길이 방향 클리어런스는 상기 튜브의 단부에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 멈춤쇠는 제 1 외부 플랜지이고 상기 제 2 멈춤쇠는 제 2 외부 플랜지인 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결은,
    상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트가 상기 길이 방향 클리어런스의 제 1 길이 방향 위치에 있을 때 이루어지고, 상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트가 상기 길이 방향 클리어런스의 제 2 길이 방향 위치에 있을 때도 이루어지며,
    상기 제 2 길이 방향 위치는 상기 제 1 길이 방향 위치로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  17. 제 13 항에 기재된 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트를 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 어셈블리.
  18. 공급 입구, 공급 출구, 및 상기 공급 입구와 상기 공급 출구 사이에 결쳐 이어지는 공급 통로를 갖는 공급 튜브,
    리턴 입구, 리턴 출구, 및 상기 리턴 입구와 상기 리턴 출구 사이에 걸쳐 이어지는 리턴 통로를 갖는 리턴 튜브, 및
    상기 공급 튜브와 상기 리턴 튜브 사이에서 연장되는 횡 부재를 포함하며,
    상기 공급 튜브는 공급 튜브로부터 연장되는 적어도 하나의 공급 분기 튜브를 가지고, 상기 적어도 하나의 공급 분기 튜브 각각은 상기 공급 통로로부터 연장되며 유체적으로 연통되는 공급 분기 통로를 가지고, 상기 공급 튜브는 개별적인 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와 연결되기 위해 제 1 멈춤쇠와 제 2 멈춤쇠 사이에 형성되는 길이 방향 클리어런스를 가지며,
    상기 리턴 튜브는 리턴 튜브로부터 연장되는 적어도 하나의 리턴 분기 튜브를 가지고, 상기 적어도 하나의 리턴 분기 튜브 각각은 상기 리턴 통로로부터 연장되며 유체적으로 연통되는 리턴 분기 통로를 가지며, 상기 리턴 튜브는 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결되기 위해 제 3 멈춤쇠와 제 4 멈춤쇠 사이에 형성되는 제 2 길이 방향 클리어런스를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 공급 튜브, 상기 적어도 하나의 공급 분기 튜브, 상기 리턴 튜브, 상기 적어도 하나의 리턴 분기 튜브, 및 상기 횡 부재는 모두 일체형 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트와의 연결은,
    상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트가 상기 제 1 및 제 2 길이 방향 클리어런스의 제 1 길이 방향 위치에 있을 때 이루어지고, 상기 제 2 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트가 상기 제 1 및 제 2 길이 방향 클리어런스의 제 2 길이 방향 위치에 있을 때도 이루어지며,
    상기 제 2 길이 방향 위치는 상기 제 1 길이 방향 위치로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 열 관리 매니폴드 세그먼트.
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