WO2010126243A2 - 냉각 매니폴드와 그것의 제조방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a cooling manifold and a method of manufacturing the same.
  • the maximum operating temperature of a battery cell may often be lower than the temperature of the ambient air used to cool the battery. In this situation, keeping the battery cells within the desired temperature range is not possible with air cooled batteries.
  • a cooling manifold has a housing including a spiral flow path in an inner region.
  • the housing includes a plurality of first grooves extending from the first side of the housing to the housing. The grooves are not in communication with the interior region.
  • the plurality of first grooves are formed to have a part of the thermally conductive member housed therein so as to transfer thermal energy from the thermally conductive member to the housing.
  • the cooling manifold further includes a top cap configured to seal the first end of the housing.
  • the top cap includes first and second gaps extending along the top cap.
  • the cooling manifold further includes a bottom cap configured to seal the second end of the housing.
  • the cooling manifold includes a first flow port coupled with the top cap to communicate with the first gap of the top cap.
  • the cooling manifold also includes a second flow port coupled with the top cap to communicate with a second gap of the top cap.
  • a method of manufacturing a cooling manifold includes extruding a housing having an interior region using an extrusion device.
  • the housing includes a plurality of first grooves extending from the first side of the housing to the housing. The grooves are not in communication with the interior region.
  • the plurality of first grooves are formed in a structure for accommodating a portion of the thermally conductive member therein to transfer thermal energy from the thermally conductive member to the housing.
  • the method further includes removing an end of the housing in the interior region to form a spiral flow path inside the housing using a milling device.
  • the method further includes soldering the top cap to the first end of the housing to seal the first end using the brazing device.
  • the top cap includes first and second gaps extending along the top cap.
  • the method further includes soldering the bottom cap to the second end of the housing to seal the second end using the brazing device.
  • the method includes soldering the first flow port to the top cap using the brazing device such that the first flow port is in communication with the first gap of the top cap.
  • the method includes soldering a second flow port to the top cap using the brazing device such that the second flow port is in communication with the second gap of the top cap.
  • thermal energy can be effectively removed from the thermally conductive member coupled to the cooling manifold using the cooling manifold of the present invention and its manufacturing method.
  • FIG. 1 is a diagram of a battery system according to an embodiment
  • FIG. 2 is a view of a battery module using the battery system of Figure 1 according to an embodiment
  • FIG. 3 is another view of the battery module of FIG. 2 with first and second top caps removed from the first and second cooling manifolds, respectively;
  • FIG. 4 is another view of the battery module of FIG. 2;
  • FIG. 5 is a view of the graphite sheet and the first and second cooling manifolds used in the battery module of FIG. 2;
  • FIG. 6 is a view of the graphite sheet used in the battery module of Figure 2;
  • FIG. 7 is another view of the graphite sheet of FIG. 6;
  • FIG. 8 is a view of a cooling manifold used in the battery module of FIG. 2 according to another embodiment
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the cooling manifold of FIG. 8.
  • FIG. 10 is another cross-sectional view of the cooling manifold of FIG. 8;
  • FIG. 11 is a partial enlarged view of the cooling manifold of FIG. 8; FIG.
  • FIG. 12 is a view of the top portion of the battery module of FIG. 2 showing a portion of the cooling manifold and graphite sheet of FIG. 11;
  • FIG. 13 is a view of an extrusion device and a brazing device used to manufacture the cooling manifold of FIG. 8; FIG.
  • FIG. 14 is a flowchart of a method of manufacturing the cooling manifold of FIG. 8 according to another embodiment
  • FIG. 15 is a flowchart of a method of cooling a battery module of the battery system of FIG. 1 according to another embodiment
  • 16 is a diagram of a battery system according to another embodiment.
  • 17 and 18 are flowcharts illustrating a method of cooling a battery module of the battery system of FIG. 16 according to another exemplary embodiment.
  • the battery system 10 includes a battery module 20, a compressor 22, a condenser 24, conduits 28, 30, 32, a temperature sensor 36, a fan 38, and a microprocessor 40.
  • An advantage of the battery module 20 is that graphite sheets and a cooling manifold are used to transfer the thermal energy of the battery cells in the battery module 20 to effectively cool the battery cells.
  • fluid means liquid or gas.
  • fluid consists of coolant or coolant. Cooling water of embodiments includes ethylene glycol and propylene glycol. Coolants of the examples include R-11, R-12, R-22, R-134A, R-407C and R-410A.
  • the battery module 20 provides a voltage generated according to another embodiment.
  • the battery module 20 is a battery cell (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93), graphite sheet (102, 104, 106, 108, 110) , 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, and cooling manifolds 140, 142.
  • the battery cells 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93 are provided to generate an operating voltage, respectively.
  • the battery cell 80 includes a main body 143, an outer circumferential surface extension 144, and electrodes 145 and 146.
  • the body portion 143 is generally rectangular in shape and includes an outer circumferential surface extension portion 144 extending the peripheral portion of the body portion 143.
  • the electrodes 145 and 146 extend from the upper end of the battery cell 80, and the operating voltage between the electrodes is generated.
  • each battery cell is a lithium-ion battery cell.
  • the battery cell may be a nickel-cadmium battery cell or a nickel hydrogen battery cell, for example. Of course, other types of battery cells known in the art may also be used.
  • the graphite sheets 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, and 124 are battery cells 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86 , 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93 to provide thermal energy to the cooling manifolds 140, 142 to cool the battery cells.
  • the graphite sheet and the cooling manifold can maintain the battery cell within a desired temperature range, and in particular, can hold the battery cell at a temperature lower than the critical temperature.
  • the preferred temperature range is 15 ° C-35 ° C.
  • the critical temperature is 40 ° C.
  • the graphite sheets 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, and 124 have the same structure. Therefore, only the structure of the graphite sheet 102 will be described in more detail below.
  • the graphite sheet 102 includes a flat panel portion 150 and an extension 151 extending from the flat panel portion 150.
  • the extension 151 includes 152, 153, and 154.
  • the 152 portion extends from the flat panel portion 150 (right side of FIG. 12).
  • the 153 portion extends vertically at the 152 portion (upper part in FIG. 12), and then becomes parallel to the portion of the flat panel 150.
  • the 154 portion extends in the vertical direction from the 153 portion (left side in FIG. 12), and then parallels with the 152 portion.
  • the graphite sheet 102 is coupled with the cooling manifold 140 by inserting portions 153, 154 into the groove 210 of the cooling manifold 140.
  • the U-shape extended from the 151 portion is in contact with the wide surface of the cooling manifold 140 relatively.
  • each of the graphite sheets 102, 104, 106, 108, 112, 114, 118, 120, 124 has an extension portion housed in a corresponding groove of the cooling manifold 140.
  • each of the graphite sheets 104, 110, 116, 122 has an extension portion housed in a corresponding groove of the cooling manifold 142.
  • the graphite sheet is coated with polyethylene to prevent conduction of electricity from the graphite sheet.
  • each of the graphite sheets has a thickness of 0.5 mm to 2.0 mm. Of course, in other embodiments, the graphite sheet may have a thickness greater than 2.0 mm or less than 0.5 mm.
  • a cooling manifold 140 is provided to transfer thermal energy from the graphite sheet to the coolant flowing through the cooling manifold 140.
  • the cooling manifold 140 includes an extruded housing 160, top cap 166, bottom cap 168, and flow ports 170, 172.
  • the housing 160, the top cap 166, the bottom cap 168, and the flow ports 170 and 172 may be made of at least one of aluminum, copper, silver, gold, and alloys thereof.
  • the extruded housing 160 includes an interior region 162 for receiving coolant therein.
  • the housing 160 includes a spiral flow path from the flow port 170 to the flow port 172.
  • the spiral flow path includes flow paths 180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, and 194 that may communicate with each other.
  • the housing 160 includes grooves 209, 210, 212, 214, 216, 217, 218 and 220 in which the corresponding extensions of the graphite sheets therein are accommodated. Since the grooves 210, 212, 214, 216, 217, 218, and 220 have the same shape, only the shape of the groove 210 will be described in more detail.
  • the groove 210 includes a groove portion 221 extending toward the housing 160 perpendicular to the surface 223 of the housing 160.
  • the groove 210 also includes a portion of the groove 222 extending at the end of the portion of the groove 221 and parallel to the surface 223. It should be noted that the groove 210 is not in communication with the interior region 162 or other grooves of the housing 160.
  • the grooves in the housing 160 of the cooling manifold 140 are described above according to the type of member coupled to the cooling manifold 140 and the desired thermal performance to transfer thermal energy away from the member. It should be noted that it may have a different shape or shape than the grooves. Also, in other embodiments, the housing 160 of the cooling manifold 140 may be manufactured without any grooves and may only contact the member or flow port to transfer heat energy away from the member or flow port. .
  • the bottom cap 168 is fixedly coupled with the bottom surface of the housing 160 to seal the first end of the housing 160.
  • Top cap 166 is fixedly coupled to the top surface of housing 160 to seal the second end of housing 160.
  • Flow ports 170 and 172 are respectively located in the top cap 166 above the first and second gaps, respectively, along the top cap 166 such that the flow ports 170 and 172 communicate with the first and second gaps, respectively. Is extended.
  • the top cap 166 extends to communicate with the grooves 209, 210, 212, 214, 216, 217, 218, and 220, and grooves 230, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237).
  • the coolant flows along the flow port 170 and flows toward the interior region 162 of the housing 160, then passes through the spiral flow path therein and exits through the flow port 172.
  • the coolant takes heat energy from the housing 160 to cool the housing 160 and the graphite sheet, and also cools the battery cells in the battery module 20.
  • a cooling manifold 142 is provided to transfer thermal energy from the graphite sheet toward the coolant flowing along the cooling manifold 142.
  • the cooling manifold 142 includes an extruded housing 240, top cap 241, bottom cap 242 and flow ports 243 and 244.
  • the housing 240, the top cap 241, the bottom cap 242, and the flow ports 243 and 244 may be made of at least one of aluminum, copper, silver, gold, and alloys thereof. It should be noted that the structure of the cooling manifold 142 is the same as that of the cooling manifold 140 mentioned above.
  • the housing 240 is made up of grooves 250, 251, 252, 253, 254, 255, 256, and 257 in which the graphite sheet corresponding extensions are accommodated therein.
  • the bottom cap 242 is fixedly coupled to the bottom surface of the extruded housing 240 to seal the first end of the housing 240.
  • Top cap 241 is fixedly coupled to the top surface of housing 240.
  • Flow ports 243 and 244 are located in the top cap 241 above the first and second gaps, respectively, and extend along the top cap 241 such that the flow ports 243 and 244 are in communication with the first and second gaps, respectively. do.
  • Top cap 241 extends grooves 260, 261, 262, 263, 264 that can communicate with grooves 250, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257, respectively, along the housing 240. 265, 266, and 267).
  • the coolant flows along the flow port 243 and flows toward the interior region of the housing 240, then passes through the spiral flow path therein and exits through the flow port 244.
  • the coolant takes heat energy from the housing 160 to cool the housing 160 and the graphite sheet, and also cools the battery cells in the battery module 20.
  • the extrusion device 268 extrudes a housing 160 having an interior region 162.
  • the extruded housing 160 has a plurality of first grooves 210, 212, 214, 216, 218, 220 extending from the first surface of the extruded housing 160 toward the housing 160.
  • the grooves are not in communication with the interior region 162.
  • the plurality of first grooves receive a portion of the thermally conductive member to transfer thermal energy from the thermally conductive member (eg, graphite sheet 80) to the extruded housing 160.
  • the milling apparatus 271 mills the end of the housing 160 in the interior region 162 to form a spiral flow path within the extruded housing 160.
  • the milling apparatus 271 mills a portion of the first end of the extruded housing 160 to form openings 400, 402, 404, 406 in the extruded housing 160.
  • the milling apparatus 271 also mills a portion of the second end of the extruded housing 160 to form openings 408, 410, 412, 414.
  • the spiral flow path in the housing 160 includes openings 400, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414 and flow paths 180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194.
  • top cap 166 is soldered to the first end of the extruded housing 160 using the brazing device 269 to seal the first end.
  • Top cap 166 includes first and second gaps extending from the top cap.
  • step 275 the bottom cap 168 is soldered to the second end of the extruded housing 160 using the brazing device 269 to seal the second end.
  • step 276 the top cap 166 is soldered using the brazing device 269 to communicate the first flow port 170 with the first gap in the top cap 166.
  • a brazing device 269 is soldered to the top cap 166 to communicate the second flow port 172 with the second gap in the top cap 166.
  • conduit 28 is fluidly coupled to compressor 22 and port 170 of battery module 20.
  • Conduit 30 is fluidly coupled to ports 172 and 244 of battery module 20. After exiting the battery module 20, the coolant is pumped back to the condenser 24 along the conduit 30.
  • Condenser 24 is provided to cool the coolant by taking heat energy from the coolant flowing along it.
  • conduit 32 fluidly couples condenser 24 and compressor 22. After exiting the condenser 24, the coolant is pumped back to the compressor 22 along the conduit 32.
  • the temperature sensor 36 is provided to generate a signal indicative of the temperature level of the battery module 20, which is received by the microprocessor 40.
  • a fan 38 is provided to facilitate the air passing through the condenser 24 to cool the condenser 24 in accordance with the signal of the microprocessor 40. As can be seen, fan 38 is located near condenser 24. In another embodiment, condenser 24 is a liquid for cooling the condenser.
  • the microprocessor 40 is provided to regulate the operation of the battery system 10.
  • the microprocessor 40 generates a signal for controlling the operation of the compressor 22 and the fan 38 in accordance with the signal of the temperature sensor 36, as shown below.
  • FIG. 15 a flowchart of a method for cooling a battery module according to another embodiment will be described.
  • the method will be described using a single battery cell and a pair of graphite sheets in the battery module.
  • other battery cells and graphite sheets may be used.
  • the temperature sensor 36 generates a first signal regarding the temperature of the battery module 20, which is received by the microprocessor 40.
  • the battery module 20 includes a battery cell 80, graphite sheets 102 and 104, and cooling manifolds 140 and 142.
  • the graphite sheets 102 and 104 are located on the first and second surfaces of the battery cell 80, respectively.
  • Cooling manifolds 140 and 142 are coupled with graphite sheets 102 and 104, respectively.
  • step 282 the microprocessor 40 causes the compressor 22 to cool the coolant to the cooling manifolds 140 and 142 of the battery module 20 when a first signal is generated in which the temperature of the battery module 20 is greater than the threshold temperature. Generate a second signal for pumping.
  • step 284 the microprocessor 40 causes the fan 38 to flow air to the condenser 24 to cool the condenser 24 when a first signal is generated in which the temperature of the battery module 20 is greater than the threshold temperature. Generate a third signal to send.
  • step 286 the graphite sheets 102 and 104 transfer thermal energy from the battery cells 80 toward the graphite sheets 102 and 104 to cool the battery cells 20.
  • step 288 the cooling manifolds 140, 142 transfer thermal energy from the graphite sheets 102, 104 toward the cooling manifolds 140, 142 and toward the coolant flowing along the manifolds 140, 142. do.
  • step 290 the condenser 24 receives coolant from the cooling manifolds 140 and 142 of the battery module 20 and deprives the thermal energy of the coolant.
  • step 292 coolant flows from condenser 24 back to compressor 22.
  • the battery system 310 includes a battery module 320, a pump 322, a heat exchanger 324, a cold plate 325, a reservoir 326, a fan 337, conduits 328, 330, 331, 332, 334 ), A temperature sensor 336, a cooling system 338 and a microprocessor 340.
  • the biggest difference between the battery system 310 and the battery system 10 is that the battery system 310 uses coolant instead of a coolant to cool the battery module 320.
  • the battery module 320 has the same structure as the battery module 20 mentioned above.
  • the pump 322 pumps the coolant toward the battery module 320 through the conduit 328 according to the signal of the microprocessor 340.
  • the conduit 328 fluidly couples the pump 322 and the battery module 320
  • the conduit 330 fluidly couples the battery module 320 and the heat exchanger 324. After the coolant is discharged from the battery module 320, it is pumped toward the heat exchanger 324 through the conduit 330.
  • the heat exchanger 324 is provided for cooling the cooling water by taking heat energy from the cooling water flowing therethrough.
  • conduit 331 fluidly couples heat exchanger 324 and cold plate 325. After exiting the heat exchanger 324, the coolant is pumped through the conduit 331 to the cold plate 325.
  • the fan 337 is provided to promote air passing through the heat exchanger 324 to cool the heat exchanger 324 in response to a signal from the microprocessor 340. As can be seen, fan 337 is located proximate to heat exchanger 324.
  • the cooling plate 325 is provided to further cool the cooling water by taking heat energy from the cooling water flowing there.
  • conduit 332 is fluidly coupled with cold plate 325 and reservoir 326. After exiting the cold plate 325, the coolant is pumped toward the reservoir 326 through the conduit 332.
  • the reservoir 326 is provided for storing at least a portion of the coolant.
  • conduit 334 fluidly couples reservoir 326 and pump 322.
  • the temperature sensor 336 is provided to generate a temperature level signal of the battery module 320, which is received by the microprocessor 340.
  • the cooling system 338 is provided to cool the heat exchanger 324 in accordance with the signal of the microprocessor 340. As can be seen, the cooling system 338 is operatively coupled with the cooling plate 325.
  • the microprocessor 340 is provided to regulate the operation of the battery system 310.
  • the microprocessor 340 generates a control signal for adjusting the operation of the pump 322, the fan 337 and the cooling system 338 in accordance with the signal of the temperature sensor 336, as described below. Shall be.
  • a flowchart of a cooling method of a battery module 320 is provided.
  • the method will be described using a single battery cell and a pair of graphite sheets in the battery module.
  • other battery cells and graphite sheets may be used.
  • the temperature sensor 336 generates a first signal regarding the temperature of the battery module 320, which is received by the microprocessor 340.
  • the battery module 320 includes a battery cell, first and second graphite sheets, and first and second cooling manifolds.
  • the first and second graphite sheets are located on the first and second surfaces of the battery cell, respectively.
  • the first and second cooling manifolds are coupled with the first and second graphite sheets, respectively.
  • the microprocessor 340 causes the pump 322 to cool the first and second cooling of the battery module 320 in the reservoir 326. Generate a second signal to pump the coolant towards the manifold.
  • the microprocessor 340 When a first signal is generated in step 363 in which the temperature of the battery module 320 is greater than the threshold temperature, the microprocessor 340 causes the fan 337 to draw air from the heat exchanger 324 to cool the heat exchanger 324. Generate a third signal to flow through.
  • the heat exchanger 324 is fluidly connected to the first and second cooling manifolds of the battery module 320.
  • step 364 when a first signal is generated in which the temperature of the battery module 320 is greater than the threshold temperature, the microprocessor 340 causes the cooling system 338 to open the cooling plate 325 through a portion of the cooling plate 325. A fourth signal is generated to pump the coolant to cool.
  • the cooling plate 325 is fluidly connected with the heat exchanger 324.
  • step 366 the first and second graphite sheets transfer thermal energy from the battery cells to the first and second graphite sheets, respectively, to cool the battery cells.
  • the first and second cooling manifolds transfer thermal energy from the first and second graphite sheets to the first and second cooling manifolds, respectively, and to the coolant flowing along the first and cooling manifolds. It may also convey.
  • the heat exchanger 324 receives the cooling water of the first and second cooling manifolds of the battery module 320 and deprives heat energy of the cooling water flowing therethrough.
  • step 371 the cold plate 325 receives coolant from the heat exchanger 324 and deprives heat energy from the coolant flowing along the cold plate.
  • reservoir 326 receives coolant from cold plate 325, and the coolant is pumped back into reservoir 326.
  • Cooling manifolds and their manufacturing methods offer significant advantages over other devices or methods.
  • the cooling manifold utilizes an extruded housing having a spiral flow path to effectively remove thermal energy from the thermally conductive member coupled to the cooling manifold.

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Abstract

냉각 매니폴드와 그 제조방법이 제공된다. 냉각 매니폴드는 상기 냉각 매니폴드를 따라 흐르는 나선형 유로를 포함한 하우징을 가지고 있다. 상기 하우징은 하우징의 제 1면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1그루브들을 가진다. 상기 그루브들은 내부 영역과 연통되지 않는다. 상기 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조를 가지고 있다. 냉각 매니폴드는 하우징의 제 1 단부를 밀봉하기 위해 형성된 상단 캡과 제 2 단부를 밀봉하기 위해 형성된 하단 캡을 포함한다.

Description

냉각 매니폴드와 그것의 제조방법
이 발명은 냉각 매니폴드와 그것의 제조방법에 관한 것이다.
전형적인 공냉식 전지팩에서, 실온환경에서의 주변 공기는 전지팩 내의 전지셀을 가로질러 흐르고, 그 후 전지팩에서 소진된다. 그러나, 전형적인 공냉식 전지팩은 전지팩의 온도를 소망하는 온도범위 내로 유지해야 하는 주된 도전에 직면해 있다.
특히, 전지셀의 최대 작동 온도는 전지를 냉각시키기 위해 이용하는 주변 공기의 온도보다 종종 낮을 수 있다. 이러한 상황에서, 소망하는 온도범위 내의 전지셀을 유지하는 것은 공냉식 배터리에서 불가능하다.
따라서, 본 출원의 발명자들은 상기 언급된 결점을 최소화 및/또는 제거한 개량된 냉각 매니폴드의 필요성을 인식해왔다.
다른 실시예에 따른 냉각 매니폴드가 제공된다. 상기 냉각 매니폴드는 내부영역에 나선형 유로를 포함하는 하우징을 가지고 있다. 하우징은 하우징의 제 1 면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1 그루브들을 포함하고 있다. 상기 그루브들은 내부영역과 연통되지 않는다. 상기 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조로 형성되어 있다. 냉각 매니폴드는 상기 하우징의 제 1 단부를 밀봉하도록 형성된 상단 캡을 더 포함하고 있다. 상기 상단 캡은 상단 캡을 따라 연장되어 있는 제 1 및 제 2 간극을 포함한다. 상기 냉각 매니폴드는 상기 하우징의 제 2 단부를 밀봉하도록 형성되어 있는 하단 캡을 더 포함한다. 상기 냉각 매니폴드는 상기 상단 캡의 제 1 간극과 연통되도록 상단 캡과 결합되어 있는 제 1 유동 포트를 포함한다. 상기 냉각 매니폴드는 상기 상단 캡의 제 2 간극과 연통되도록 상단 캡과 결합되어 있는 제 2 유동 포트도 포함한다.
다른 실시예에 따른 냉각 매니폴드의 제조방법이 제공된다. 상기 방법은 압출 장치를 이용하여 내부 영역을 가지는 하우징을 압출하는 단계를 포함한다. 상기 하우징은 하우징의 제 1 면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1 그루브들을 포함한다. 상기 그루브들은 내부영역과 연통되지 않는다. 상기 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조로 형성되어 있다. 상기 방법은 밀링 장치를 이용하여 상기 하우징의 내부에 나선형 유로를 형성하도록 내부 영역에서 상기 하우징의 단부를 제거하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 브레이징 장치를 이용하여 제 1 단부를 밀봉하기 위해 상단 캡을 하우징의 제 1 단부에 납땜하는 단계를 더 포함한다. 상기 상단 캡은 상단 캡을 따라 연장되어 있는 제 1 및 제 2 간극을 포함한다. 상기 방법은 브레이징 장치를 이용하여 제 2 단부를 밀봉하기 위해 하단 캡을 하우징의 제 2 단부에 납땜하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제 1 유동 포트가 상기 상단 캡의 제 1 간극과 연통되도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여 상기 제 1 유동 포트를 상단 캡에 납땜하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제 2 유동 포트가 상기 상단 캡의 제 2 간극과 연통되도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여, 제 2 유동 포트를 상단 캡에 납땜하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 냉각 매니폴드 및 그 제조방법을 사용하여 냉각 매니폴드에 결합된 열전도성 부재로부터 열 에너지를 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 전지 시스템의 도면이다;
도 2는 실시예에 따른 도 1의 전지 시스템을 이용한 전지모듈의 도면이다;
도 3은 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드에서 각각 제거된 제 1 및 제 2 상단 캡을 가지고 있는 도 2의 전지모듈의 다른 도면이다;
도 4는 도 2의 전지모듈의 다른 도면이다;
도 5는 도 2의 전지모듈에서 이용된 흑연 시트와 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드의 도면이다;
도 6은 도 2의 전지모듈에서 이용된 흑연 시트의 도면이다;
도 7은 도 6의 흑연 시트의 다른 도면이다;
도 8은 다른 실시예에 따라 도 2의 전지모듈에서 이용된 냉각 매니폴드의 도면이다;
도 9는 도 8의 냉각 매니폴드의 단면도이다;
도 10은 도 8의 냉각 매니폴드의 다른 단면도이다;
도 11은 도 8의 냉각 매니폴드의 부분 확대도이다;
도 12는 도 11의 냉각 매니폴드의 일부와 흑연 시트를 보여주는 도 2의 전지모듈 상단 부분의 도면이다;
도 13은 도 8의 냉각 매니폴드를 제조하는데 이용되는 압출장치와 브레이징 장치의 도면이다;
도 14는 다른 실시예에 따른 도 8의 냉각 매니폴드를 제조하는 방법에 관한 흐름도이다;
도 15는 다른 실시예에 따른 도 1의 전지 시스템의 전지모듈을 냉각하는 방법에 관한 흐름도이다;
도 16은 다른 실시예에 따른 전지 시스템의 도면이다;
도 17 및 도 18은 다른 실시예에 따른 도 16의 전지 시스템의 전지모듈을 냉각하는 방법에 관한 흐름도이다.
도 1을 참조하여, 실시예에 따른 전기를 발생시는 전지 시스템(10)을 설명한다. 전지 시스템(10) 은 전지모듈(20), 압축기(22), 응축기(24), 도관(28, 30, 32), 온도센서(36), 팬(38) 및 마이크로프로세서(40)을 포함한다. 전지모듈(20)의 장점은 전지모듈(20)에 있는 전지셀의 열 에너지를 전달하여 상기 전지셀을 효과적으로 냉각시키기 위하여, 흑연 시트와 냉각 매니폴드를 이용한다는 점이다.
이해를 위하여, "유체(fluid)"이라는 표현은 액체나 기체를 의미한다. 예를 들면, "유체(fluid)"은 냉각수나 냉각제로 이루어진다. 실시예의 냉각수는 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜을 포함한다. 실시예의 냉각제는 R-11, R-12, R-22, R-134A, R-407C 및 R-410A을 포함한다.
도 2-4를 참조하면, 전지모듈(20)은 다른 실시예에 따라 생성된 전압을 제공한다. 전지모듈(20)은 전지셀(80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93), 흑연 시트(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124), 및 냉각 매니폴드(140, 142)을 포함한다.
전지셀(80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93)은 각각 작동 전압을 발생시키기 위해 제공된다. 또한, 각 전지셀은 동일한 구조를 가질 수 있기 때문에, 전지셀(80)의 구조만을 상세하게 설명하기로 한다. 보다시피, 전지셀(80)은 본체부(143), 외주면 연장부(144), 및 전극(145, 146)을 포함한다. 본체부(143)은 일반적으로 사각 모양이고, 본체부(143)의 주변부를 연장한 외주면 연장부(144)를 포함한다. 실시예에 따르면, 전극(145, 146)은 전지셀(80)의 상단부에서 연장이 되고, 상기 전극간 작동전압이 발생한다. 한 실시예에서, 각각의 전지셀은 리튬-이온 전지셀이다. 다른 실시예에서, 전지셀은 예를 들어 니켈-카드뮴 전지셀이나 니켈 수소 전지셀 일 수 있다. 물론, 당업계에 알려진 다른 종류의 전지셀도 이용될 수 있다.
도 2 및 5를 참조하면, 흑연 시트(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118,120, 122, 124)는 전지셀(80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93)에서 냉각 매니폴드(140, 142)로 열 에너지를 전달하여 전지셀을 냉각시키기 위해 제공된다. 특히, 흑연 시트와 냉각 매니폴드는 전지셀을 소망하는 온도범위 내로 유지할 수 있고, 특별히 임계온도보다 낮은 온도로 전지셀을 유지할 수 있다. 한 실시예에서 바람직한 온도범위는 15℃-35℃ 이다. 다른 실시예에서 임계온도는 40℃ 이다.
도 5-7 및 12를 참조하면, 흑연 시트(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124)는 동일한 구조를 가지고 있다. 따라서, 흑연 시트(102)의 구조만을 아래에서 좀더 상세히 설명하기로 한다. 보다시피, 흑연 시트(102)는 평판 패널부(150), 평판 패널부(150)에서 연장된 연장부(151)을 포함한다. 상기 연장부(151)은 152, 153, 154를 포함한다. 상기 152 부분은 평판 패널부(150)에서 연장된다(도 12의 오른쪽). 또한, 상기 153 부분은 152 부분에서 수직으로 연장되고(도 12의 위쪽), 그 후 평판 패널 (150) 부분과 평행이 된다. 상기 154 부분은 153 부분에서 수직 방향으로 연장이 되고(도 12의 왼쪽), 그 후 152 부분과 평행이 된다. 보다시피, 흑연 시트(102)는 냉각 매니폴드(140)의 그루브(210) 안에 153, 154 부분을 삽입함으로써 냉각 매니폴드(140)과 결합된다. 또한, 전지셀(80)에서 냉각 매니폴드(140)까지 열 에너지를 효과적으로 전달하기 위해, 151 부분에서 연장된 U자 형태는 상대적으로 냉각 매니폴드(140)의 넓은 면과 접촉해 있다. 특히, 흑연 시트(102, 104, 106, 108, 112, 114, 118, 120, 124) 각각은 냉각 매니폴드(140)의 대응 그루브에 수납된 연장부위를 가지고 있다. 또한, 흑연 시트(104, 110, 116, 122) 각각은 냉각 매니폴드(142)의 대응 그루브에 수납된 연장부분을 가지고 있다. 한 실시예에서, 흑연시트는 흑연시트로부터 전기가 전도되는 것을 방지하기 위해 폴리에틸렌 코팅이 되어있다. 또한, 한 실시예에서 흑연 시트 각각은 0.5 mm~2.0 mm의 두께를 가진다. 물론, 다른 실시예에서, 흑연 시트는 2.0 mm보다 크거나 0.5 mm보다 작은 두께를 가질 수도 있다.
도 8-12을 참조하면, 냉각 매니폴드(140)은 흑연 시트에서 냉각 매니폴드(140)을 통하여 흐르는 냉각제로 열 에너지를 전달하기 위해 제공된다. 상기 냉각 매니폴드(140)은 압출된 하우징(160), 상단 캡(166), 하단 캡(168) 및 유동 포트(170, 172)을 포함한다. 하우징(160), 상단 캡(166), 하단 캡(168), 및 유동 포트(170, 172)는 알루미늄, 구리, 은, 금 및 그것들의 합금 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 압출된 하우징(160)은 그 안에 냉각제를 수납하기 위한 내부 영역(162)를 포함한다. 상기 하우징(160)은 유동 포트(170)에서 유동 포트(172)까지 나선형 유로를 포함한다. 상기 나선형 유로는 서로 연통될 수 있는 유로(180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194)을 포함한다. 또한, 상기 하우징(160)은 그 안의 흑연 시트 대응 연장부위가 수납된 그루브(209, 210, 212, 214, 216, 217, 218, 220)를 포함한다. 상기 그루브(210, 212, 214, 216, 217, 218, 220)이 동일한 모양을 가졌기 때문에, 그루브(210)만의 모양을 좀더 상세하게 설명하기로 한다. 특히, 상기 그루브(210)은 하우징(160)의 표면(223)에 대해 수직으로 하우징(160)쪽으로 연장되어 있는 그루브 부분(221)을 포함한다. 또한, 상기 그루브(210)은 그루브(221) 부분의 끝에서 연장되어 표면(223)에 대해 평행한 그루브(222) 부분을 포함한다. 상기 그루브(210)은 내부 영역(162)나 하우징(160)의 다른 그루브들과 연통되지 않는다는 것을 주의할 필요가 있다.
다른 실시예에서, 냉각 매니폴드(140)의 하우징(160)에 있는 그루브들은 냉각 매니폴드(140)에 결합된 부재의 종류와 부재로부터 열 에너지를 멀리 전달 하기 위해 원하는 열적인 수행에 따라 상기 설명된 그루브들과 다른 형태나 모양을 가질 수 있음을 주의해야 한다. 또한, 다른 실시예에서, 냉각 매니폴드(140)의 하우징(160)은 어떤 그루브 없이도 제조될 수 있고, 부재나 유동 포트에서 열 에너지를 멀리 전달 하기 위해 단지 부재 또는 유동포트와만 접촉할 수 있다.
하단 캡(168)은 하우징(160)의 제 1 단부를 밀봉하기 위해 하우징(160)의 하단 표면과 고정적으로 결합되어 있다.
상단 캡(166)은 하우징(160)의 제 2 단부를 밀봉하기 위해 하우징(160)의 상단 표면에 고정적으로 결합되어 있다. 유동 포트(170, 172)는 제 1 및 제 2 간극 위의 상단 캡(166)에 각각 위치하고, 유동 포트(170, 172)가 제 1 및 2 간극과 각각 연통되도록 상단 캡(166)을 따라 각각 연장된다. 상기 상단 캡(166)는 그루브(209, 210, 212, 214, 216, 217, 218, 220)들과 연통되도록 연장되고, 대응 흑연시트를 각각 수납한 하우징(160)의 그루브(230, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237)를 더 포함한다.
작동하는 동안, 냉각제는 유동 포트(170)을 따라 흐르고 하우징(160)의 내부영역(162) 쪽으로 흐른 후, 그 안의 나선형 유로를 통과하고, 유동 포트(172)를 통해 나간다. 냉각제는 하우징(160)과 흑연 시트를 냉각시키기 위해 하우징(160)에서 열 에너지를 빼앗고, 전지모듈(20)에 있는 전지셀도 냉각시킨다.
도 2, 3 및 4를 참조하면, 냉각 매니폴드(142)는 흑연시트에서 냉각 매니폴드(142)를 따라 흐르는 냉각제 쪽으로 열 에너지를 전달하기 위해 제공된다. 상기 냉각 매니폴드(142)는 압출된 하우징(240), 상단 캡(241), 하단 캡(242) 및 유동 포트(243, 244)를 포함한다. 상기 하우징(240), 상단 캡(241), 하단 캡(242) 및 유동 포트(243, 244)는 알루미늄, 구리, 은, 금 및 그것들의 합금 중 적어도 하나로 이루어 질 수 있다. 냉각 매니폴드(142)의 구조는 상기 언급된 냉각 매니폴드(140)의 구조와 동일하다는 것에 주의해야 한다. 하우징(240)은 흑연 시트 대응 연장부위가 그 안에 수납되어 연장된 그루브(250, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257)로 이루어진다.
하단 캡(242)은 하우징(240)의 제 1 단부를 밀봉하기 위해 압출된 하우징(240)의 하단 표면에 고정적으로 결합되어 있다.
상단 캡(241)은 하우징(240)의 상단 표면에 고정적으로 결합되어 있다. 유동 포트(243, 244)는 제 1 및 제 2 간극 위의 상단 캡(241)에 각각 위치하고, 유동 포트(243, 244)이 제 1 및 2 간극과 각각 연통되도록 상단 캡(241)을 따라 연장된다. 상단 캡(241)은 하우징(240)에서 그것을 따라 그루브(250, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257)과 각각 연통할 수 있는 연장된 그루브(260, 261, 262, 263, 264, 265, 266, 267)을 더 포함한다.
작동하는 동안, 냉각제는 유동 포트(243)을 따라 흐르고 하우징(240)의 내부영역 쪽으로 흐른 후, 그 안의 나선형 유로를 통과하고, 유동포트 (244)를 통해 나간다. 냉각제는 하우징(160)과 흑연시트를 냉각시키기 위해 하우징(160)에서 열 에너지를 빼앗고, 전지모듈(20)에 있는 전지셀도 냉각시킨다.
도 9, 13 및 14를 참조하여, 다른 실시예에 따른 냉각 매니폴드 제조방법의 흐름도를 설명하기로 한다.
단계 272에서, 압출 장치(268)은 내부 영역(162)를 가지고 있는 하우징(160)을 압출한다. 압출된 하우징(160)은 압출된 하우징(160)의 제 1 표면에서부터 상기 하우징(160)쪽으로 연장된 다수의 제 1 그루브(210, 212, 214, 216, 218, 220)을 가지고 있다. 상기 그루브들은 내부 영역(162)와 연통하지 않는다. 또한, 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재(예를 들면, 흑연 시트 80)에서 압출된 하우징(160)까지 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 수납한다.
단계 273에서, 밀링 장치(271)은 압출된 하우징(160)내부에 나선형 유로를 형성하도록 내부영역(162)내의 상기 하우징(160)의 단부를 밀링을 한다. 예를 들면, 밀링 장치(271)은 압출된 하우징(160)안에 개구부(400, 402, 404, 406)를 형성하기 위해 압출된 하우징(160)의 제 1 단부의 일부를 밀링한다. 또한, 밀링 장치(271)은 개구부(408, 410, 412, 414)를 형성하기 위해 압출된 하우징(160)의 제 2 단부의 일부를 밀링한다. 상기 하우징(160)안의 나선형 유로는 개구부(400, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414)와 유로(180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194)을 포함한다.
단계 274에서, 제 1 단부를 밀봉하기 위해 브레이징 장치(269)를 이용해 압출된 하우징(160)의 제 1 단부에 상단 캡(166)을 납땜을 한다. 상단 캡(166)는 상기 상단 캡으로부터 연장된 제 1 및 제 2 간극을 포함하고 있다.
단계 275에서, 제 2 단부를 밀봉하기 위해 브레이징 장치(269)를 이용해 압출된 하우징(160)의 제 2 단부에 하단 캡(168)을 납땜을 한다.
단계 276에서, 제 1 유동 포트(170)을 상단 캡(166)에 있는 제 1 간극과 연통시키기 위해 브레이징 장치(269)를 이용해 상단 캡(166)에 납땜을 한다.
단계 277에서, 제 2 유동 포트(172)을 상단 캡(166)에 있는 제 2 간극과 연통시키기 위해 브레이징 장치(269)를 이용해 상단 캡(166)에 납땜을 한다.
다시 도 1을 참조하면, 압축기(22)는 마이크로프로세스 40의 신호에 의해 도관 28을 따라 전지모듈(20)으로 냉각제를 펌프를 한다. 보다시피, 도관 28은 전지모듈(20)의 압축기(22) 및 포트(170)과 유동적으로 결합된다. 도관 30은 전지모듈(20)의 포트(172, 244)와 유동적으로 결합된다. 전지모듈(20)에서 배출된 후, 냉각제는 도관(30)을 따라 응축기(24)로 다시 펌프가 된다.
응축기(24)는 그 곳을 따라 흐르는 냉각제로부터 열 에너지를 빼앗어 냉각제를 냉각시키기 위해 제공된다. 보다시피, 도관(32)는 응축기(24)와 압축기(22)를 유동적으로 결합된다. 응축기(24)에서 배출된 후, 냉각제는 도관(32)를 따라 압축기(22)로 다시 펌프 된다.
온도센서(36)은, 전지모듈(20)의 온도 레벨을 나타내는 신호를 발생시키기 위해 제공되는데, 그 신호는 마이크로프로세서(40)이 받는다.
팬(38)은 상기 마이크로프로세서(40)의 신호에 따라 응축기(24)를 냉각시키기 위한 응축기(24)를 지나는 공기를 촉진시키기 위해 제공된다. 보다시피, 팬(38)은 응축기(24) 근처에 위치한다. 다른 실시예에서, 응축기(24)는 응축기를 냉각 시키기 위한 액체이다.
상기 마이크로프로세서(40)은 전지 시스템(10)의 작동을 조절하기 위해 제공된다. 특히, 상기 마이크로프로세서(40)은 하기에서 보는 바와 같이, 온도센서(36)의 신호에 따라 압축기(22)와 팬(38)의 작동을 제어하는 신호를 발생한다.
도 15를 참조하여, 다른 실시예에 따른 전지모듈을 냉각 시키기 위한 방법에 관한 흐름도를 설명하기로 한다. 간단하게, 전지모듈에서 단일 전지셀과 한 쌍의 흑연 시트를 이용하여 상기 방법을 설명하기로 한다. 물론, 다른 전지셀과 흑연 시트가 이용될 수 있다.
단계 280에서, 온도센서(36)은 전지모듈(20)의 온도에 관한 제 1 신호를 발생하는데 그 신호는 마이크로프로세서(40)이 받는다. 전지모듈(20)은 전지셀(80), 흑연 시트(102, 104) 및 냉각 매니폴드(140, 142)을 포함한다. 흑연 시트(102, 104)는 전지셀(80)의 제 1 및 제 2 면에 각각 위치해 있다. 냉각 매니폴드(140) 및 (142)는 흑연 시트(102, 104)와 각각 결합되어 있다.
단계 282에서, 마이크로프로세서(40)은 전지모듈(20)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때 압축기(22)가 전지모듈(20)의 냉각 매니폴드(140, 142)로 냉각제를 펌프 하기 위한 제 2 신호를 발생한다.
단계 284에서, 마이크로프로세서(40)은 전지모듈(20)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때, 응축기(24)를 냉각시키기 위해 팬(38)이 응축기(24)로 공기를 흘러 보내는 제 3 신호를 발생한다.
단계 286에서, 흑연 시트(102, 104)는 전지셀 20을 냉각 시키기 위해, 전지셀(80)에서 흑연 시트(102, 104)쪽으로 열 에너지를 전달한다.
단계 288에서, 냉각 매니폴드(140, 142)는 열 에너지를 흑연 시트(102, 104)에서 냉각 매니폴드(140, 142) 쪽으로 전달하고 상기 매니폴드(140, 142)를 따라 흐르는 냉각제 쪽으로 전달 하기도 한다.
단계 290에서, 응축기(24)는 전지모듈(20)의 냉각 매니폴드(140, 142)에서 냉각제를 받고 냉각제에서 열 에너지를 빼앗는다.
단계 292에서, 냉각제는 응축기(24)에서 다시 압축기(22)으로 흐른다.
도 16을 참조하면, 다른 실시예에 따라 전기를 발생시키기 위한 전지 시스템(310)이 설명된다. 전지 시스템(310)은 전지모듈(320), 펌프(322), 열 교환기(324), 냉각판(325), 저장소(326), 팬(337), 도관(328, 330, 331, 332, 334), 온도센서(336), 냉각 시스템(338) 및 마이크로프로세서(340)을 포함한다. 전지 시스템(310)과 전지 시스템(10)의 가장 큰 차이점은 전지 시스템(310)은 전지모듈(320)을 냉각 시키기 위해 냉각제 대신 냉각수를 이용하는 것이다.
상기 전지모듈(320)은 상기에서 언급된 전지모듈(20)과 동일한 구조를 가지고 있다.
상기 펌프(322)는 마이크로프로세서(340)의 신호에 따라, 도관(328)을 통해 냉각수를 전지모듈(320)쪽으로 펌프 한다. 보다시피, 도관(328)은 펌프(322)와 전지모듈(320)을 유동적으로 결합하고, 도관(330)은 전지모듈(320)과 열 교환기(324)를 유동적으로 결합한다. 냉각수는 전지모듈(320)에서 배출 된 후, 도관(330)을 통하여 열 교환기(324)쪽으로 펌프 된다.
상기 열 교환기(324)는 그곳을 따라 흐르는 냉각수로부터 열 에너지를 빼앗어 냉각수를 냉각시키기 위해 제공된다. 보다시피, 도관(331)은 열 교환기(324)와 냉각판(325)을 유동적으로 결합한다. 열 교환기(324)에서 배출된 후, 냉각수는 도관(331)을 통하여 냉각판(325)쪽으로 펌프 된다.
상기 팬(337)은 마이크로프로세서(340)의 신호에 따라 열 교환기(324)를 냉각시키기 위해 열 교환기(324)을 지나는 공기를 촉진시키기 위해 제공된다. 보다시피, 팬(337)은 열 교환기(324)에 근접하게 위치해 있다.
상기 냉각판(325)는 그 곳을 따라 흐르는 냉각수로부터 열 에너지를 빼앗아서 냉각수를 좀더 냉각시키기 위해 제공된다. 보다시피, 도관(332)는 냉각판(325)와 저장소(326)과 유동적으로 결합이 된다. 냉각판(325)에서 배출된 후, 냉각수는 도관(332)을 통하여 저장소(326) 쪽으로 펌프 된다.
상기 저장소(326)은 냉각수의 적어도 일부를 저장하기 위해 제공된다. 보다시피, 도관(334)는 저장소(326)과 펌프(322)를 유동적으로 결합을 한다.
상기 온도센서(336)은 전지모듈(320)의 온도 레벨 신호를 발생시키기 위해 제공되는데 그 신호는 마이크로프로세서(340)이 받는다.
상기 냉각 시스템(338)은 마이크로프로세서(340)의 신호에 따라 열 교환기(324)를 냉각시키기 위해 제공된다. 보다시피, 냉각 시스템(338)은 냉각판(325)와 작동 가능하게 결합이 된다.
상기 마이크로프로세서(340)은 전지 시스템(310)의 작동을 조절하기 위해 제공된다. 특히, 마이크로프로세서(340)은 온도센서(336)의 신호에 따라, 펌프(322), 팬(337) 및 냉각 시스템(338)의 작동을 조절하기 위한 제어 신호를 발생시키는바, 하기에서 설명하기로 한다.
도 17-18을 참조하면, 다른 실시예에 따른 전지모듈(320)의 냉각방법에 관한 흐름도가 제공된다. 간단하게, 전지모듈에서 단일 전지셀과 한 쌍의 흑연 시트를 이용하여 상기 방법을 설명하기로 한다. 물론, 다른 전지셀과 흑연 시트가 이용될 수 있다.
단계 360에서, 온도센서(336)은 전지모듈(320)의 온도에 관한 제 1 신호를 발생하는데 그 신호는 마이크로프로세서(340)이 받는다. 전지모듈(320)은 전지셀, 제 1 및 제 2 흑연 시트, 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드를 포함한다. 제 1 및 제 2 흑연시트는 전지셀의 제 1 및 제 2 면에 각각 위치해 있다. 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드는 제 1 및 제 2 흑연 시트와 각각 결합되어 있다.
단계 362에서 전지모듈(320)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때, 마이크로프로세서(340)은 펌프(322)가 저장소(326)에서 전지모듈(320)의 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드 쪽으로 냉각수를 펌프하기 위한 제 2 신호를 발생한다.
단계 363에서 전지모듈(320)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때, 마이크로프로세서(340)은 열 교환기(324)를 냉각시키기 위해 팬(337)이 열 교환기(324)에서 공기를 흘러 보내는 제 3 신호를 발생한다. 열 교환기(324)는 전지모듈(320)의 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드와 유동적으로 연결된다.
단계 364에서, 전지모듈(320)의 온도가 임계온도보다 커지는 제 1 신호가 나타날 때, 마이크로프로세서(340)은 냉각 시스템(338)이 냉각판(325)의 일부를 통하여 냉각판(325)를 냉각시키기 위해 냉각제를 펌프 하기 위한 제 4 신호를 발생한다. 냉각판(325)는 열 교환기(324)와 유동적으로 연결된다.
단계 366에서, 제 1 및 제 2 흑연 시트는 전지셀을 냉각 시키기 위해, 열에너지를 전지셀에서 제 1 및 제 2 흑연 시트로 각각 전달한다.
단계 368에서, 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드는 열 에너지를 제 1 및 제 2 흑연 시트에서 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드로 각각 전달하고, 제 1 및 냉각 매니폴드를 따라 흐르는 냉각수에 열 에너지를 전달하기도 한다.
단계 370에서, 열 교환기(324)는 전지모듈(320)의 제 1 및 제 2 냉각 매니폴드의 냉각수를 받고 그 곳을 따라 흐르는 냉각수로부터 열 에너지를 빼앗는다.
단계 371에서, 냉각판(325)는 열 교환기(324)에서 냉각수를 받고 상기 냉각판을 따라 흐르는 냉각수로부터 열 에너지를 빼앗는다.
단계 372에서, 저장소(326)는 냉각판(325)로부터 냉각수를 받고, 냉각수는 저장소(326)에서 다시 펌프 되어 흐른다.
냉각 매니폴드와 그 제조방법은 다른 장치나 방법에 대해 상당한 장점을 제공한다. 특히, 냉각 매니폴드는 냉각 매니폴드에 결합된 열 전도성 부재로부터 열 에너지를 효과적으로 제거하기 위해 나선형 유로를 가지고 있는 압출된 하우징을 이용한다.
본 발명을 예시적인 실시예들을 참조하여 기술하였지만, 당업자라면 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변화들을 가하고 구성요소들을 균등물로 치환될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 더불어, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않으면서 특정한 상황 또는 소재를 본 발명의 교시에 적용시키기 위해 많은 변형들이 가해질 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 개시되어 있는 특정한 실시예들로 한정되기 않고 본 발명이 하기 청구범위의 범주내에 속하는 모든 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다. 더욱이, 용어 제 1, 제 2 등의 사용은 구성요소들을 서로 구별시키기 위해 사용되었다. 또한, 용어 a, an 등의 사용은 양적인 한정을 내포하는 것이 아니라, 지시된 항목들의 적어도 하나의 존재를 의미한다.

Claims (6)

  1. 나선형 유로(serpentine flow path)를 내부영역에 포함하고 있는 하우징으로서, 하우징의 제 1 면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1 그루브들을 포함하고 있고, 상기 그루브들은 내부영역과 연통되지 않으며, 상기 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조로 형성되어 있는 하우징;
    상기 하우징의 제 1 단부를 밀봉하도록 형성되어 있고, 상단 캡을 따라 연장되어 있는 제 1 및 제 2 간극(aperture)을 포함하는 상단 캡;
    상기 하우징의 제 2 단부를 밀봉하도록 형성되어 있는 하단 캡;
    상기 상단 캡의 제 1 간극과 연통되도록 상단 캡과 결합되어 있는 제 1 유동 포트(first fluid port); 및
    상기 상단 캡의 제 2 간극과 연통되도록, 상기 상단 캡과 결합되어 있는 제 2 유동 포트(second fluid port);
    를 포함하는 것으로 구성되어 있는 냉각 매니폴드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 제 1 그루브들 중 적어도 제 1 그루브는, 제 1 표면에 대해 수직으로 상기 하우징 쪽으로 연장되어 있는 제 1 그루브 부위(first groove portion)와, 제 1 표면에 대해 평행하게 제 1 그루브 부위의 단부로부터 연장되어 있는 제 2 그루브 부위(second groove portion)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 냉각 매니폴드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 알루미늄, 구리, 은 및 금 중 적어도 하나로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 냉각 매니폴드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 캡은 그것을 따라 연장되어 있는 다수의 제 2 그루브들을 포함하고 있고, 상기 제 2 그루브들의 각각의 그루브는 하우징에 있는 다수의 제 1 그루브들의 대응 그루브와 연통되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 매니폴드.
  5. 냉각 매니폴드를 제조하는 방법으로서,
    하우징의 제 1 면으로부터 상기 하우징으로 연장되어 있는 다수의 제 1 그루브들을 포함하고 있고, 상기 그루브들은 내부영역과 연통되지 않으며, 상기 다수의 제 1 그루브들은 열전도성 부재로부터 하우징으로 열 에너지를 전달하도록 상기 열전도성 부재의 일부를 내부에 수납하는 구조로 형성되어 있는 하우징을, 압출 장치를 이용하여 압출하는 단계;
    밀링 장치를 이용하여 상기 하우징의 내부에 나선형 유로를 형성하도록 내부 영역에서 상기 하우징의 단부들을 제거하는 단계;
    하우징의 제 1 단부를 밀봉하도록, 브레이징 장치를 이용하여, 제 1 및 제 2 간극을 포함하고 있는 상단 캡을 상기 제 1 단부에 납땜하는 단계;
    하우징의 제 2 단부를 밀봉하도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여 하단 캡을 상기 제 2 단부에 납땜하는 단계;
    제 1 유동 포트가 상기 상단 캡의 제 1 간극과 연통되도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여, 상기 제 1 유동 포트를 상단 캡에 납땜하는 단계; 및
    제 2 유동 포트가 상기 상단 캡의 제 2 간극과 연통되도록, 상기 브레이징 장치를 이용하여, 제 2 유동 포트를 상단 캡에 납땜하는 단계;
    를 포함하는 것으로 구성된 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 하우징은 알루미늄, 구리, 은 및 금 중 적어도 하나로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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