KR20230027197A - 자동차의 전기 에너지 저장 장치를 위한 열전도 장치 - Google Patents

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KR20230027197A
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안드레아스 슈르츠
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메르세데스-벤츠 그룹 아게
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Abstract

본 발명은 전기 에너지 저장 장치(10)의 적어도 하나 이상의 배터리 셀(18)과 접촉하고 적어도 하나 이상의 배터리 셀(18)에서 열(Wy)을 발산하기 위해 설계된 적어도 하나 이상의 열전도 부재(16)를 포함하고 적어도 하나 이상의 배터리 셀(18)과 적어도 하나 이상의 열전도 부재(16) 사이에서 정의된 스프링력을 가하기 위해 설계된 적어도 하나 이상의 스프링 부재(20)를 포함하는 적어도 부분 전기 구동 차량(12)의 전기 에너지 저장 장치(10)를 위한 열전도 장치(14)에 관한 것으로 이때 열전도 부재(16)는 열전도 장치(14)의 고정 장치(24)에 회전 가능하게 배열되고 스프링 부재(20)는 열전도 부재(16) 및/또는 고정 장치(24)에 열전도 부재(16)의 회전 동작(26)이 완충되는 방식으로 배열된다.

Description

자동차의 전기 에너지 저장 장치를 위한 열전도 장치
본 발명은 특허 청구항 제1항의 전제부에 따른 적어도 부분 전기 구동 차량의 전기 에너지 저장 장치를 위한 열전도 장치에 관한 것이다.
전기 에너지 저장 장치, 예컨대 고압 에너지 저장 장치를 냉각시키기 위해 열전도 페이스트나 열전도 캐스팅 컴파운드를 사용하여 자동차의 전기 에너지 저장 장치의 냉각 시스템을 위한 열 접촉을 얻는 것은 선행 기술에서 공지되어 있다. 특히 열전도 컴파운드는 매우 비싸고 무겁다. 또한, 열전도 컴파운드의 도포 공정은 대량 생산 공정에서 다루기가 어렵고 도포 시 기포가 발생하여 주행 시 문제를 일으킬 위험이 있다. 또한 배터리 블록은 접착 작용으로 인해 다시 해체할 때 상당한 비용이 발생한다. 또한, 열전도 컴파운드 및 열전도 캐스팅 컴파운드는 제한적으로만 재활용할 수 있다.
DE 10 2008 010 839 A1은 배터리의 온도 제어를 위해 배터리 하우징에 배열된 열전도 플레이트를 갖는 배터리에 관한 것으로, 이때 병렬 및/또는 직렬로 전기적으로 상호 연결된 복수의 개별 셀은 열전도 플레이트에 열전도성으로 연결된다. 배터리는 특히 스프링 부재를 특징으로 하며, 이를 통해 개별 셀이 정의된 방식으로 열전도 플레이트에 압착될 수 있다.
DE 10 2008 034 876 A1은 배터리의 온도 조절을 위해 배터리 하우징에 배열된 열전도 플레이트를 갖는 배터리에 관한 것으로, 이때 셀 커넥터 기판을 통해 전기적으로 상호 병렬 및/또는 직렬로 연결된 복수의 개별 셀은 열전도 플레이트에 열전도성으로 연결되며, 적어도 하나 이상의 스프링 부재가 있어서 이를 통해 개별 셀이 정의된 방식으로 열전도 플레이트에 압착될 수 있다. 하나 이상의 프리스트레싱 부재는 스프링 부재를 프리스트레싱 및 고정하기 위해 셀 커넥터 기판 또는 금속판에 배열된다.
DE 10 2011 003 538 A1은 배터리에 냉각기를 고정하기 위한 장치에 관한 것으로, 냉각기는 열 에너지를 흡수 또는 방출하기 위한 하나 이상의 냉각 표면을 갖고, 배터리는 냉각기의 냉각 표면을 생성하기 위한 하나 이상의 접촉 표면을 가진다. 이 장치는 냉각기의 배터리 반대편 표면의 일부 영역에 가압력을 전달하기 위한 적어도 하나 이상의 스프링 탄성 압력 요소가 있는 압력 부품을 가진다. 또한 장치는 배터리에 압력 부품을 걸기 위한 서스펜션 장치를 가지며, 이때 서스펜션 장치는 냉각기가 배터리에 배치되고 서스펜션 장치가 배터리에 걸려 있을 때 가압력에 반대되는 서스펜션 힘을 생성하도록 설계된다.
본 발명의 목적은 전기 에너지 저장 장치로부터 냉각 장치로 개선된 열 방출을 구현할 수 있는 열전도 장치를 만드는 데 있다.
이러한 목적은 독립 특허 청구항에 따른 열전도 장치에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에 명시되어 있다.
본 발명의 일 실시 양태는 적어도 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치와 접촉하고 적어도 하나 이상의 배터리 셀에서 열을 방출하기 위해 설계된 적어도 하나 이상의 열전도 부재를 포함하고 적어도 하나 이상의 배터리 셀과 적어도 하나 이상의 열전도 부재 사이에서 정의된 스프링력을 가하기 위해 설계된 적어도 하나 이상의 스프링 부재를 포함하는 적어도 부분 전기 구동 차량의 전기 에너지 저장 장치를 위한 열전도 장치에 관한 것이다.
열전도 부재는 열전도 장치의 고정 장치에 회전 가능하게 배열되고 스프링 부재는 열전도 부재 및/또는 고정 장치에 열전도 부재의 회전 동작이 완충되게 배열되는 것이 제시된다.
이는 적어도 하나 이상의 배터리 셀에서 냉각 장치로 개선된 방열이 구현되는 것을 가능하게 한다. 특히, 열전도 부재뿐만 아니라 고정 장치도 매우 비용 효율적으로 생산할 수 있다. 또한 열전도 플레이트는 차량 및 전기 에너지 저장 장치에서 매우 쉽게 설치 또는 제거할 수 있다. 또한, 매우 단순하고 환원이 용이한 배터리 구조를 구현할 수 있으며, 그 결과 특히 배터리 구조도 비용 효율적이고 재활용성이 우수하다. 또한, 특히 선행 기술에서 공지된 종래의 열전도 페이스트에 비해 경량화가 실현될 수 있다.
특히, 열전도 부재가 하우징, 특히 하우징의 하우징 벽, 전기 에너지 저장 장치의 하우징 벽과 접촉하는 것이 제공될 수 있다. 다시 말해서, 열전도 부재는 한 쪽에서 적어도 하나 이상의 배터리 셀과 접촉하고 다른 쪽에서 방열을 위해 하우징과 접촉할 수 있다. 따라서 열전도 부재를 통해 적어도 하나 이상의 배터리 셀로부터 하우징으로 열전도 경로가 구현될 수 있다. 하우징 측에는 특히 열이 더 방출될 수 있도록 전기 에너지 저장 장치의 냉각 장치가 설계되어 있다. 냉각 장치는 예컨대 유체일 수 있다.
또한, 전기 에너지 저장 장치가 다수의 배터리 셀 및/또는 배터리 모듈을 가지고, 이때 열전도 장치는 복수의 배터리 셀 및/또는 배터리 모듈로부터 열을 방출하도록 설계될 수 있다.
특히, 열전도 장치는 또한 전기 에너지 저장 장치의 밑면, 특히 하부 하우징 벽에 구현된다.
바람직한 실시예에 따르면, 열전도 부재는 알루미늄으로 구현된다. 특히 알루미늄은 열전도율이 좋기 때문에 배터리 셀에서 열을 더 잘 방출할 수 있다. 또한, 알루미늄은 매우 가볍기 때문에 열전도 장치를 경량화할 수 있다.
또한 고정 장치가 플라스틱으로 설계된 경우에도 바람직한 것으로 입증되었다. 특히, 쉽게 제조 가능한 고정 장치가 이에 따라 제공될 수 있다. 또한, 플라스틱은 예컨대 전기 전도성이 아니기 때문에 내구성이 강하고 전기 에너지 저장 장치에 설치하기에 특히 적합하다. 또한 플라스틱은 가볍기 때문에 열전도 장치가 경량화될 수 있다.
또 다른 바람직한 일 실시예에서, 고정 장치는 플라스틱 사출 성형 부품이다. 이를 통해 고정 장치를 간단한 방식으로 사출 성형할 수 있다. 따라서 고정 장치는 적은 제조 비용으로 사출 성형 공구로 생산할 수 있다.
열전도 부재의 단면에서 볼 때 열전도 부재가 S자형인 경우에도 바람직하다. 특히, 예컨대, S자형의 상부 웨브는 하나의 배터리 셀에 결합될 수 있다. 특히, S자형의 다른 웨브, 특히 S자형의 하부 웨브는 하우징에 결합될 수 있다. S자형을 통해 적어도 하나 이상의 배터리 셀과 하우징 사이에 최대한 간단한 방식으로 열 결합을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, S자형은 회전점을 중심으로 쉽게 회전할 수 있어 회전을 쉽게 수행할 수 있다.
또한 열전도 장치가 각각 회전 가능하게 장착된 다수의 열전도 부재를 갖는 경우에도 바람직한 것으로 입증되었다. 특히, 이를 통해 다수의 장착된 열전도 부재에 기초하여 열전도 장치의 우수한 열전도율을 구현하는 것이 가능하게 된다. 따라서 적어도 하나 이상의 배터리 셀의 열이 개선된 방식으로 방출될 수 있다.
각각 회전 가능하게 장착된 복수의 열전도 부재가 층으로 배열되는 경우에도 바람직한 것으로 입증되었다. 특히, 열전도 부재는 S자 형태로 설계될 수 있다. S자 형태로 간단한 적층이 가능하다. 이는 특히 열전도 부재가 층으로 배열될 수 있다는 장점을 가지며, 그 결과 열 전달 부재, 특히 열전도 부재의 수가 상당히 증가할 수 있다. 따라서, 전기 배터리 셀의 개선된 방열이 구현될 수 있다. 특히, 열전도 부재는 각각 적어도 부분적으로 중첩된다.
스프링 부재가 플라스틱으로 설계된 경우에도 바람직한 것으로 입증되었다. 특히, 스프링 부재의 단순하고 경량화된 버전이 제공될 수 있다. 특히, 매우 쉽게 제조 및 조립할 수 있다.
스프링 부재가 리프 스프링으로 설계된 경우에도 바람직하다. 특히, 스프링 부재는 열전도 부재와 적어도 부분적으로 접촉한다. 리프 스프링으로 간단한 스프링 효과를 얻을 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 2개의 스프링 부재가 각각 열전도 부재에 배열된다. 예컨대, 열전도 부재의 S자형 실시예의 경우, 스프링 부재는 상부 웨브에 놓일 수 있고 제2 스프링 부재는 S자형의 하부 부재에 놓일 수 있다. 특히, 스프링 작용이 구현될 수 있도록 스프링 부재가 고정 장치에서 지지될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 양태는 전술한 실시 양태에 따른 열전도 장치가 있는 전기 에너지 저장 장치에 관한 것이다. 전기 에너지 저장 장치는 특히 고압 배터리로 설계되었다. 특히, 전기 에너지 저장 장치는 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 냉각하기 위한 냉각 장치를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시 양태는 선행 양태에 따른 전기 에너지 저장 장치가 있는 자동차에 관한 것이다. 자동차는 특히 적어도 부분 전기식, 특히 완전 전기식으로 설계된다.
본 발명의 자세한 장점과 특징 및 상세 사항은 도면을 기초로 한 바람직한 예시적인 실시예의 다음 설명에서 나온다. 본 명세서에서 언급된 특징과 특징 조합 및 다음 그림 설명에서 언급되거나/되고 그림에서 단독으로 제시된 특징과 특징 조합들은 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 각각 제시된 조합에서뿐만 아니라 다른 조합에서 또는 단독으로 사용할 수 있다.
이때 각 그림은 다음과 같다.
도 1 열전도 장치의 실시예를 갖는 전기 에너지 저장 장치 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 2 열전도 장치 실시예의 개략적인 사시도이다.
동일하거나 기능적으로 동일한 요소는 그림에서 동일한 참조 기호로 표시된다.
도 1은 순수하게 개략적으로 도시된, 적어도 일부 전기 구동 차량(12)를 위한 전기 에너지 저장 장치(10) 실시예의 개략적인 측면도를 도시한다. 특히, 자동차(12)는 완전 전기 구동일 수도 있다.
또한, 도 1은 전기 에너지 저장 장치(10)를 위한 열전도 장치(14)를 도시한다. 열전도 장치(14)는 적어도 하나 이상의 열전도 부재(16), 이 경우 특히 3개의 열전도 부재(16)를 갖는다. 열전도 부재(16)는 전기 에너지 저장 장치(10)의 적어도 하나 이상의 배터리 셀(18)과 접촉하고 배터리 셀(18)로부터 열(Wy)을 방출하도록 설계된다. 특히, 전기 에너지 저장 장치(10)가 복수의 배터리 셀(18)을 갖는 것이 제시될 수 있다. 배터리 셀(18)은 예컨대 각형 배터리 셀(18)로 설계될 수 있다. 따라서, 전기 에너지 저장 장치(10)는 특히 고압 배터리로 설계될 수 있다.
또한, 열전도 장치(14)는 적어도 하나 이상의 스프링 부재(20), 이 경우에는 복수의 스프링 부재(20)를 갖는다. 또한, 자동차(12)에서의 각각의 설치 방향은 각각 x, y 및 z 축으로 표시된다. z 축은 특히 차량 수직 방향이고, y 축은 차량 횡방향, x 축은 차량 종방향이다. 전기 에너지 저장 장치(10)는 또한 적어도 하나 이상의 열전도 부재(16)가 접촉되는 하우징 벽(22)을 갖는다. 특히, 하우징 벽(22)은 차례로 전기 에너지 저장 장치(12)의 냉각 장치와 접촉할 수 있으며, 그 결과 발생된 열(Wy)이 열전도 부재(16)를 통해 배터리 셀(18)로부터 하우징 벽(22)과 냉각 장치로 방출될 수 있다. 하우징 벽(22)은 특히 하우징의 하부 하우징 벽(22)이다.
특히, 열전도 부재(16)는 열전도 장치(14)의 고정 장치(24)에 회전 가능하게 배열되고 스프링 부재(20)는 열전도 부재(16)에 열전도 부재(16)의 회전 동작(26)이 완충되게 배열하는 것이 제시된다. 특히, 열전도 부재(16)는 회전점(28)을 중심으로 회전 가능하게 장착될 수 있다.
특히, 열전도 부재(16)의 단면에서 열전도 부재(16)가 S자형으로 설계된 것을 볼 수 있다. 또한, 도 1은 열전도 장치(14)가 각각 회전 가능하게 장착된 복수의 열전도 부재(16)를 갖는 것을 도시한다.
또한, 도 1은 스프링 부재(20)가 특히 리프 스프링으로 설계된 것을 도시하고, 이때 또한 2개의 스프링 부재(20)가 각각 열전도 부재(16)에 배열되는 것을 도시한다.
도 2는 열전도 장치(14)의 다른 실시예를 개략적인 사시도로 도시한다. 본 경우에, 각각 회전 가능하게 장착된 복수의 열전도 부재(16)가 층으로 배열되는 것이 특히 도시되어 있다. 특히, 열전도 부재(16)는 각각 적어도 부분적으로 중첩된다.
특히, 열전도 부재(20)가 알루미늄으로 설계되는 것이 제공될 수 있다. 고정 장치(24)는 특히 플라스틱으로 설계될 수 있고, 특히 고정 장치(24)는 플라스틱 사출 성형 부품일 수 있다. 스프링 부재(20)는 특히 플라스틱으로 설계될 수도 있다.
특히, 도2에서는 방열에 사용되며 예컨대 알루미늄과 같은 열전도성 재료로 설계될 수 있는 개별 리프, 특히 열 전달 부재로 열전도 부재(20)가 설계된 것이 도시되어 있다. 이러한 열전도 부재(16)는 예컨대 플라스틱으로도 설계될 수 있고 동시에 탄성적으로 회전 가능한 방식으로 장착되는 고정 장치(24)에 고정된다.
이것은 열 전달 요소가 층으로 배열될 수 있고, 따라서 열 전달 요소의 수가 상당히 더 많이 선택될 수 있어서 선행 기술에 공지된 판금 플레이트에 비해 장점을 가진다. 또한, 플라스틱 스프링, 즉, 스프링 부재(20)는 고정 장치(24)에서 비교적 자유롭게 구성될 수 있으며, 그 결과 낮은 스프링율도 가능하다.
특히, 이는 열전도 장치(14) 및 전기 에너지 저장 장치(10)의 구성요소를 매우 비용 효율적으로 생산하는 것을 가능하게 한다. 열전도 플레이트는 자동차(12) 및 전기 에너지 저장 장치(10)에서 조립 및 분해하기가 매우 쉽다. 또한, 매우 단순하고 환원이 용이한 배터리 구조를 구현할 수 있어 비용 효율적이고 쉽게 재활용할 수 있다. 또한, 특히 열전도 부재(20)가 예컨대 열전도 페이스트보다 더 낮은 중량을 갖기 때문에 구조적 중량이 절감될 수 있다.
전체적으로 그림은 고압 배터리용 열전도 플레이트를 도시한다.
10 전기 에너지 저장 장치
12 자동차
14 열전도 장치
16 열전도 부재
18 배터리 셀
20 스프링 부재
22 하우징 벽
24 고정 장치
26 회전 동작
28 회전점
x x 축
y y 축
z z 축
Wy 열

Claims (10)

  1. 전기 에너지 저장 장치(10)의 적어도 하나 이상의 배터리 셀(18)과 접촉하고 적어도 하나 이상의 배터리 셀(18)에서 열(Wy)을 발산하기 위해 설계된 적어도 하나 이상의 열전도 부재(16)를 포함하고 적어도 하나 이상의 배터리 셀(18)과 적어도 하나 이상의 열전도 부재(16) 사이에서 정의된 스프링력을 가하기 위해 설계된 적어도 하나 이상의 스프링 부재(20)를 포함하는 적어도 부분 전기 구동 차량(12)의 전기 에너지 저장 장치(10)를 위한 열전도 장치로서
    열전도 부재(16)는 열전도 장치(14)의 고정 장치(24)에 회전 가능하게 배열되고 스프링 부재(20)는 열전도 부재(16) 및/또는 고정 장치(24)에 열전도 부재(16)의 회전 동작(26)이 완충되는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 열전도 장치(14).
  2. 제1항에 있어서,
    열전도 부재(16)가 알루미늄으로 설계된 것을 특징으로 하는
    열전도 장치(14).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    고정 장치(24)가 플라스틱으로 설계된 것을 특징으로 하는
    열전도 장치(14).
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정 장치(24)는 플라스틱 사출 성형 부품인 것을 특징으로 하는
    열전도 장치(14).
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열전도 부재(16)의 단면에서 볼 때 열전도 부재(16)가 S자형으로 설계된 것을 특징으로 하는
    열전도 장치(14).
  6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열전도 장치(14)가 회전 가능하게 장착된 복수의 열전도 부재(16)를 가지는 것을 특징으로 하는
    열전도 장치(14).
  7. 제6항에 있어서,
    각각 회전 가능하게 장착된 복수의 열전도 부재(16)가 층으로 배열된 것을 특징으로 하는
    열전도 장치(14).
  8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스프링 부재(20)가 플라스틱으로 설계되는 것을 특징으로 하는
    열전도 장치(14).
  9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스프링 부재(20)가 리프 스프링으로 설계되는 것을 특징으로 하는
    열전도 장치(14).
  10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각 두 스프링 부재(20)가 열전도 부재(16) 및/또는 고정 장치(24)에 배열되는 것을 특징으로 하는
    스프링 부재(14).
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