WO2019198952A1 - 냉매 분배기 - Google Patents

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WO2019198952A1
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refrigerant
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battery module
distributor
module housing
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퓨셔마티아스
마사릭칼-마이클
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삼성에스디아이 주식회사
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a refrigerant distributor for a battery module, a battery module housing including the refrigerant distributor, and a method of manufacturing the refrigerant distributor and the battery module housing.
  • the invention also relates to a battery system housing comprising a plurality of battery module housings according to the invention and a plurality of pipe couplings for interconnecting the plurality of battery module housings.
  • Secondary batteries differ from primary batteries, which can only convert chemical energy into electrical energy in that they can be repeatedly charged and discharged.
  • Low capacity secondary batteries are used to power small electronic devices such as mobile phones, laptops, computers and camcorders, and high capacity secondary batteries are used for power supplies such as hybrid vehicles.
  • the secondary battery includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a case accommodating the electrode assembly, and an electrode terminal electrically connected to the electrode assembly.
  • the electrolyte solution is injected into the case to enable the charging and discharging of the cell through the electrochemical reaction of the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte solution.
  • the shape of a cylindrical or rectangular case depends on the use of the battery.
  • the secondary battery may be used as a battery module including a plurality of unit battery cells connected in series and / or in parallel, for example, to provide a high energy density for driving a motor of a hybrid vehicle. That is, the battery module is configured to connect the electrode terminals of the plurality of unit battery cells according to the amount of power required to implement a high output secondary battery (for example, electric vehicle).
  • a high output secondary battery for example, electric vehicle
  • Mechanical integration of the battery module can be achieved by providing a battery module housing having a bottom plate and placing individual battery cells or submodules on the bottom plate.
  • the battery cell may be further limited by securing the side plate to the side of the carrier plate, and the cover plate may be fixed to the carrier plate and / or side plate to constitute a multi level battery module.
  • the thermal management system In order to provide thermal control of a battery system, a thermal management system is needed for the safe use of at least one battery module by efficiently dissipating, dissipating and / or dissipating heat generated from secondary batteries.
  • the thermal management system generally comprises a closed cooling circuit, means for pumping cooling medium through the cooling circuit, thermal sensors and battery systems, in particular adjusting means for controlling the cooling or heating of the battery module.
  • Cooling circuits may include components such as distributors, connectors, cooling channels, or cooling tubes, which are typically stacked together during the manufacturing process of a cell system.
  • liquid cooling media such as water or alkanols
  • Known technical solutions have the problem of having a large number of interfaces in the cooling circuit. Thus, leakage prevention of known cooling circuits can be important for each interface.
  • a first aspect of the invention relates to a refrigerant distributor for a battery module.
  • the refrigerant distributor includes a hollow profile elongated in the first direction.
  • the hollow profile includes at least one outer wall surrounding the coolant channel and in fluid communication with the coolant inlet and the coolant outlet along the first direction.
  • the hollow profile can have various cross-sectional shapes, such as circular or rectangular cross-sectional shapes.
  • the hollow profile preferably consists of an extruded aluminum profile. This lightweight extrusion profile allows for low cost and cost effective human manufacturing.
  • the refrigerant distributor further includes a plurality of refrigerant junctions extending through the at least one first outer wall portion in the second direction.
  • Each refrigerant junction provides a fluid connection between the refrigerant channel and the refrigerant port. That is, a plurality of fluid links are formed in the refrigerant channel through the first outer wall.
  • Such refrigerant junctions are preferably formed by perforation or milling, after extrusion of the profile, during normal post-treatment of the extruded aluminum profile.
  • each refrigerant port includes a port opening disposed in the first outer wall portion, and a flange portion surrounding the port opening. That is, the plurality of fluid links are formed through the first outer wall portion such that the plurality of divided fluid links are formed on the first outer wall portion.
  • the port openings of the plurality of refrigerant bonding portions are aligned along the first direction. That is, the port opening is arranged on a linear path connecting the refrigerant inlet and the refrigerant outlet. All port openings and all refrigerant junctions are preferably identical and equidistant.
  • the spatial arrangement and dimensions of the refrigerant port may be adapted to the spatial arrangement and dimensions of the refrigerant duct embedded in the bottom plate of the battery module.
  • the second direction encompasses an angle between the first direction and 30 ° to 110 °. That is, when an imaginary line placed along the first direction is placed along L1 and the second direction and the imaginary line passing through L1 is defined as an angle between L2, L1 and L2, ⁇ is 30 ° to 110 °.
  • L1 is disposed along the central axis of the hollow profile and L2 is disposed along the central axis of the refrigerant junction, and ⁇ may be 90 °.
  • the refrigerant distributor is further preferably configured to be installed in the cooling system such that the refrigerant can flow from the refrigerant inlet to the refrigerant outlet of the refrigerant distributor. The coolant can then easily flow from the coolant channel of the coolant distributor to the coolant junction due to the reduced flow resistance.
  • the refrigerant distributor of the present invention provides a cost-effective and easy solution for distributing the refrigerant of the cooling system of the battery system with the refrigerant duct embedded in the bottom plate of the battery module housing.
  • the process required to manufacture the refrigerant distributor is generally used for the manufacture of battery system housing components.
  • the refrigerant distributor of the present invention is weldable to the bottom plate of the battery system housing in which the refrigerant duct is embedded. Thus a very tight and tight connection can be provided between the refrigerant distributor and the bottom plate.
  • the refrigerant distributor of the present invention is reliably robust as it is a fully integrated type.
  • the coolant channel has a tubular profile, ie the coolant channel has at least a basically circular cross section.
  • This extruded hollow profile is advantageous in providing a very uniform flow distribution of the refrigerant flowing therein and having maximum stability and durability.
  • the plurality of port openings are disposed in the first planar outer surface of the first outer wall portion of the extrusion profile.
  • the extrusion profile includes a convex first outer wall portion formed out of the tubular body and integral with the tubular profile of the refrigerant channel.
  • the convex first outer wall portion basically has a rectangular cross section and consists of a tubular profile.
  • the tubular profile of the refrigerant channel and the at least one birolled first outer wall portion are preferably coextruded in the first direction.
  • the planar outer surface makes it possible to use a tubular profile while providing an advantageous connection surface of the refrigerant distributor to, for example, the side wall of the bottom plate of the battery module housing.
  • the flange portion is a section of the first outer surface of the plane.
  • the coolant channel is a tubular profile, and more preferably includes a second outer wall portion having a second planar outer surface disposed parallel or perpendicular to the first planar outer surface.
  • the extrusion profile comprises at least two, ie first and second convex portions of the outer wall integrally formed with the tubular profile of the refrigerant channel.
  • the second convex portion basically has a rectangular cross section and is preferably connected to the tubular profile.
  • the convex second outer wall portion is preferably disposed opposite the convex first outer wall portion with respect to the central axis of the refrigerant channel.
  • the second outer wall portion is preferably displaced with the central axis of the refrigerant channel in a direction perpendicular to the first direction and the second direction.
  • the tubular profile of the refrigerant channel and the first and second ball vents are preferably coextruded.
  • the second planar outer surface is advantageous for providing a support structure and / or support for the refrigerant distributor and the battery module housing.
  • the first outer wall portion for forming the plurality of refrigerant junctions is preferably the first outer wall of four outer walls of rectangular cross section having a wall thickness larger than that of the other outer walls.
  • the second outer wall portion having a second planar outer surface disposed parallel or perpendicular to the first planar outer surface is preferably a second outer wall opposite or perpendicular to the first outer wall portion and having an increased wall thickness.
  • the cross-sectional thickness of the first outer wall portion exceeds the thickness of the remaining portion of the at least one outer wall.
  • the continuous convex portion thickens the cross-sectional thickness of the extrusion profile in the region of the first outer wall portion.
  • the stability of the refrigerant distributor is ensured even after the formation of the refrigerant junction.
  • the cross-sectional thicknesses of the first and second outer wall portions exceed the thicknesses of the remaining portions of the at least one outer wall.
  • the second continuous convex portion also thickens the cross-sectional thickness of the extrusion profile in the region of the second outer wall portion.
  • the refrigerant distributor preferably further comprises an inlet connection having a reduced outer wall thickness and extending from the refrigerant inlet in the first direction along the section of the refrigerant channel.
  • the refrigerant distributor preferably further comprises an outlet connection extending from the refrigerant outlet opposite the first direction along the section of the refrigerant channel and having a reduced outer wall thickness.
  • the inlet and outlet connections are each configured to receive a pipe coupling or any coupling member configured to be slidably inserted into the refrigerant channel of the refrigerant distributor.
  • the step between the inlet / outlet connection and the remaining refrigerant channel serves as a limit stop for insertion of the pipe coupling or coupling member.
  • Another aspect of the invention relates to a method of manufacturing the above-described refrigerant distributor for battery module, in particular a refrigerant distributor.
  • the method includes extruding an aluminum profile comprising at least one outer wall extending longitudinally in the first direction and surrounding the refrigerant channel.
  • the coolant channel fluidly connects the coolant inlet and the coolant outlet along the first direction.
  • the first portion of the at least one outer wall is milled and / or drilled to form a plurality of refrigerant junctions to provide a fluid connection between the refrigerant channel and the refrigerant port.
  • milling and / or drilling is performed such that the port openings of the plurality of refrigerant junctions are aligned along a first direction, ie, along a linear path between the refrigerant inlet and the refrigerant outlet.
  • milling and / or drilling is performed such that the refrigerant junction extends in a second direction surrounding the angle between the first direction and 30 ° to 110 °. That is, when an imaginary line placed along the first direction is placed along L1 and the second direction and the imaginary line passing through L1 is defined as an angle between L2, L1 and L2, ⁇ is 30 ° to 110 °. Can be.
  • each of the refrigerant ports includes a port opening lying within the first outer wall portion. Milling and / or drilling is further performed such that the port openings are separated to distinguish from each other and the flange portion surrounds each port opening.
  • the method further comprises honing at least a portion of the refrigerant inlet and / or the refrigerant outlet to form at least one of an inlet connection and an outlet connection having a reduced outer wall thickness.
  • the aluminum profile surrounding the refrigerant channel having at least essentially a circular cross section is extruded.
  • the connection is preferably configured to receive a coupling member for connecting the two refrigerant distributors of the invention, the coupling member being configured to be slidably inserted into the refrigerant channel of the refrigerant distributor.
  • the step between the inlet / outlet connection and the remaining refrigerant channel serves as a restriction for insertion of a pipe coupling or similar coupling member.
  • a second aspect of the invention relates to a battery module housing comprising a bottom plate having a top surface configured to support a plurality of battery cells.
  • a plurality of refrigerant ducts are embedded in the bottom plate and extend through the bottom plate in the longitudinal direction of the bottom plate.
  • each refrigerant duct fluidly connects the inlet opening of the first side wall of the bottom plate and the outlet opening of the second side wall of the bottom plate.
  • the second sidewall preferably faces and is parallel to the first sidewall.
  • the battery module housing preferably includes a lateral wall extending from the bottom plate, and may be configured to be connected to the third and fourth sidewalls of the bottom plate perpendicular to the first and second sidewalls, respectively.
  • the battery module housing may basically have a U shape.
  • the bottom plate and sidewalls are generally extruded to form an integral component.
  • the refrigerant distributor according to the invention is welded to the first side wall of the bottom plate, preferably laser welded, as described above.
  • the first outer wall portion of the refrigerant distributor preferably the first planar outer surface of the first outer wall portion, is firmly laid on the first side wall of the bottom plate.
  • the first side wall of the bottom play and the outer surface of the first outer wall portion of the refrigerant distributor are complementary, preferably parallel and immediately adjacent to each other.
  • the weld seam extends along the outer surface of the first outer wall portion and the common edge portion of the adjacent first side wall.
  • each of the plurality of port openings of the refrigerant distributor is aligned with one of the plurality of inlet openings of the bottom plate, and furthermore, the plurality of refrigerant ducts are sealed to each other by a flange portion therebetween.
  • the battery module housing of the present invention includes a refrigerant distributor as an integral part. This allows the battery module housing to be directly connected to the cooling system of the battery system without eliminating or reducing the need for additional components.
  • the welded connection between the refrigerant distributor and the bottom plate advantageously provides a completely fluid tight connection.
  • both the bottom plate (eg, the bottom plate with side walls connected) and the refrigerant distributor are extruded profiles. They may be produced at the same manufacturer and / or at the same facility.
  • only the additional process is a welding process, so the required process technique is relatively simple.
  • Another refrigerant distributor (second refrigerant distributor) according to the present invention as described above is preferably welded to the second side wall of the bottom plate.
  • the first outer wall portion of the other refrigerant distributor preferably the first planar outer surface of the first outer wall portion
  • the second side wall of the bottom plate and the outer surface of the first outer wall portion of the other refrigerant distributor are complementary, preferably parallel and immediately adjacent to each other.
  • the weld seam extends along the outer surface of the common edge portion of the adjacent second sidewall and the first outer wall portion of the other refrigerant distributor.
  • each of the plurality of port openings of the other refrigerant distributor is aligned with one of the plurality of outlet openings of the bottom plate, and furthermore the plurality of refrigerant ducts are sealed to each other by flanges of the other refrigerant distributors disposed therebetween.
  • This embodiment advantageously allows connecting the built-in refrigerant duct of a single battery module housing to the refrigerant circuit of a cooling system using only two refrigerant distributors according to the invention, which refrigerants are firmly connected to the bottom plate by a welding connection. Connected.
  • the refrigerant outlet of the first refrigerant distributor and the refrigerant inlet of the second refrigerant distributor are preferably sealed to provide a closed refrigerant circuit through the battery module housing.
  • the bottom plate with continuously continuous sidewalls is an extruded aluminum profile
  • the refrigerant distributor is also an extruded aluminum profile.
  • the same material properties, in particular the same thermal expansion properties, thus ensure the bottom plate and the refrigerant distributor. This minimizes the stress and tension of the weld joint over a wide temperature range and ensures fluid tightness between the refrigerant distributor and the bottom plate.
  • the second direction is perpendicular to the first direction and / or the embedded refrigerant duct extends in the second direction.
  • the built-in refrigerant duct extends the refrigerant junction of the refrigerant distributor and vice versa.
  • Another aspect of the invention relates to a battery module, in particular a method for producing a battery module, according to the invention as described above.
  • the method includes extruding an aluminum bottom plate having a top surface configured to support a plurality of battery cells and a plurality of refrigerant ducts embedded in the bottom plate.
  • the plurality of refrigerant ducts extend through the bottom plate in the longitudinal direction of the bottom plate.
  • each refrigerant duct fluidly connects the inlet opening of the first side wall of the bottom plate and the outlet opening of the second side wall of the bottom plate.
  • the second sidewall is a plane parallel to the first sidewall.
  • the side walls are formed by successive bottom plates, the side walls extending from the bottom plate in a common direction.
  • the first sidewall may be continuous with the third sidewall of the bottom plate and the second sidewall may be continuous with the fourth sidewall of the bottom plate.
  • the third and fourth sidewalls are perpendicular to the first and second sidewalls, respectively.
  • the battery module housing may basically have a U shape.
  • the bottom plate and sidewalls are generally extruded to form an integral component.
  • a refrigerant distributor according to the invention and as described above is provided.
  • This refrigerant distributor is preferably coupled to the first side wall of the bottom plate by laser welding. Accordingly, the first outer wall portion of the refrigerant distributor is firmly fixed to the first side wall.
  • the refrigerant distributor and the bottom plate Prior to welding, are aligned such that each of the plurality of port openings is aligned with one of the plurality of inlet openings. After welding, the refrigerant ducts are sealed to each other by flange portions therebetween.
  • the above manufacturing method of the battery module housing advantageously provides a battery module housing which can be integrated into the refrigerant circuit of the cooling system of the battery module. This is because it is a monolithic and fluid tightly integrated refrigerant distributor for distributing the refrigerant in the refrigerant circuit to each internal refrigerant duct of the bottom plate through a single refrigerant inlet.
  • the process of the present invention can be advantageously performed by the manufacturer of the extrusion profile as well as the manufacturer of the battery system.
  • a third aspect of the invention relates to a pipe coupling for interconnecting a first refrigerant distributor of a first battery module housing with a second refrigerant distributor of a second battery module housing.
  • the pipe coupling of the present invention comprises a molded, preferably molded, hollow profile configured to form a joint refrigerant channel with the first refrigerant distributor, the second refrigerant distributor.
  • the hydrodynamic diameters of the first refrigerant distributor, the second refrigerant distributor and the pipe coupling are connected and the formation of channels through which the refrigerant circulates is achieved.
  • the pipe coupling of the present invention further comprises a first protrusion disposed at the first end portion of the molded molded hollow profile.
  • the first protrusions consist of a molded hollow profile and a single body, both of which are injection molded as a single part.
  • the cross-sectional shape of the first convex portion corresponds to the cross-sectional shape of the extruded hollow profile of the first refrigerant distributor, in particular the cross-sectional shape of the refrigerant channel of the first refrigerant distributor.
  • the cross-sectional shape of the first convex portion corresponds to the cross-sectional shape and axial length of the outlet connection of the first refrigerant distributor.
  • the first cylindrical gasket extends continuously along the circumference of the cross section of the first protrusion.
  • the first convex portion is configured to be press-tightly sealed to the refrigerant outlet, preferably the outlet connection, of the first refrigerant distributor.
  • the first cylindrical gasket provides a seal between the outer surface of the first convex portion and the inner surface of the refrigerant outlet, preferably the outlet connection of the first refrigerant distributor.
  • the convex portion may include a depression for installing a gasket.
  • the pipe coupling of the present invention further includes a second protrusion disposed at the second end of the molded hollow profile opposite the first end.
  • the second convex portion consists of a molded hollow profile and a single body, both of which are injection molded as a single part.
  • the cross-sectional shape of the second convex portion corresponds to the cross-sectional shape of the extruded hollow profile of the second refrigerant distributor, in particular the cross-sectional shape of the refrigerant channel of the second refrigerant distributor.
  • the cross-sectional shape of the second convex portion corresponds to the cross-sectional shape and axial length of the inlet connection of the second refrigerant distributor.
  • the second cylindrical gasket extends continuously along the circumference of the cross section of the second projection.
  • the second convex portion is configured to be press-tightly sealed to the refrigerant inlet, preferably the inlet connection, of the second refrigerant distributor.
  • the second cylindrical gasket provides a seal between the outer surface of the second convex portion and the inner surface of the refrigerant inlet, preferably the inlet connection of the second refrigerant distributor.
  • the convex portion may comprise a depression for the columnar gasket.
  • the pipe coupling further includes at least one torsional protective member protruding from the outer surface of the molded molded hollow profile.
  • the torsion protection member is configured to contact the bottom plate of at least one of the first and second battery module housings in at least one rotational state of the pipe coupling and to prevent the pipe coupling from rotating more than the rotational state thereof. That is, the torsion protection member is configured to function as a rotation limit stop of the pipe coupling at least with respect to the bottom plate of the battery module housing to secure the pipe coupling for preventing rotation.
  • the torsion protection member comprises at least one cover member.
  • the cover member is disposed at the distal tip of the torsion protection member and spaced apart from the outer surface of the molded molded hollow profile.
  • the at least one cover member is configured to fit at least one screw head protruding from a bottom surface of the bottom plate of at least one of the first and second battery module housings, wherein the bottom surface is an upper surface of the bottom plate. Opposes.
  • the cover member in at least one rotational state of the pipe coupling, the cover member firmly receives the screw head protruding from the bottom surface of the bottom plate.
  • the cover member is also configured to function as an axial limit stop as a joint with the screw head.
  • the torsion protection member protrudes from the bottom plate of the second battery module housing and the first cover member configured to fit and receive a first screw head protruding from the bottom surface of the bottom plate of the first battery module housing. And a second cover member configured to fitly receive the second screw head.
  • the pipe coupling has the advantage that it can be fixed in the axial direction in a very reliable manner.
  • a fourth aspect of the invention relates to a battery system housing comprising a plurality of battery module housings according to the invention.
  • each battery module housing is configured to include a battery module having a plurality of aligned battery cells disposed on the bottom plate of each battery module housing.
  • each battery module housing comprises at least one refrigerant distributor according to the invention which is welded to a bottom plate provided with a built-in refrigerant duct such that the refrigerant port of the refrigerant distributor is aligned with the inlet / outlet opening of the refrigerant duct.
  • the battery system housing further comprises a plurality of pipe couplings according to the invention as described above, each pipe coupling interconnecting a first refrigerant distributor of the battery module housing with a second refrigerant distributor of the adjacent battery module housing.
  • the battery system housing includes a plurality of second pipe couplings, each second pipe coupling interconnecting another refrigerant distributor in the battery module housing with another refrigerant distributor in the adjacent battery module housing.
  • the refrigerant outlet of the refrigerant distributor and the refrigerant inlet of the other refrigerant distributor are sealed to form a closed refrigerant circuit having only one inlet and one outlet.
  • each pipe coupling includes a molded molded hollow profile configured to form a joint refrigerant channel with the first (other) refrigerant distributor and the second (other) refrigerant distributor.
  • Each pipe coupling includes a first convex portion provided at the first end portion of the molded molded hollow profile.
  • the first convex portion has a cross-sectional shape of the extruded hollow profile, preferably a cross-sectional shape corresponding to the refrigerant channel of the first refrigerant distributor, particularly preferably the outlet connection.
  • the first convex portion also has a first cylindrical gasket and is configured to be press-tightly sealed to the refrigerant outlet of the first refrigerant distributor.
  • Each pipe coupling further comprises a second convex portion provided at the second end of the mold-formed hollow profile.
  • the second convex portion has a cross sectional shape of the extruded hollow profile, preferably a cross sectional shape corresponding to the refrigerant channel of the second refrigerant distributor, particularly preferably the inlet connection.
  • the second convex portion also has a second cylindrical gasket and is configured to be press-tightly sealed to the refrigerant inlet of the second refrigerant distributor.
  • Each pipe coupling protrudes from an outer surface of the molded hollow profile and is configured to contact the bottom surface of the bottom plate of at least one of the first and second battery module housings in at least one rotational state of the pipe coupling. It further includes a torsion protection member.
  • the battery system of the present invention forms the entire refrigerant circuit entirely by the battery module housing and the pipe coupling of the present invention.
  • each battery module housing is constructed with two welded extrusion profiles, each pipe coupling consisting essentially of an injection molded tube and two columnar gaskets.
  • the torsion protection member of each pipe coupling comprises a first cover member configured to fit and receive a first screw head protruding from the bottom surface of the bottom plate of the first battery module housing. And a second cover member configured to fit-fit a second screw head projecting from the bottom surface of the bottom plate of the second battery module housing.
  • the screw head protrudes from the bottom surface of the bottom plate of each battery module housing. The cover member associated with this screw head reliably fixes the pipe coupling in the axial direction (or longitudinal direction) of the pipe coupling.
  • a vehicle comprising a battery system housing as described above. Further aspects of the invention can be seen from the dependent claims or the description below.
  • a coolant distributor consisting of a simple, integral part to the bottom plate of the battery module housing provided with a coolant duct, wherein the battery module housing including the coolant distributor is plurally coupled through a pipe coupling
  • the battery system housing can be configured.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a portion of a battery module housing according to an embodiment or a battery module housing according to the prior art.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the battery module housing of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a refrigerant distributor according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a battery module housing according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the battery module housing of FIG. 4 in a second direction.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of a pipe coupling according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of a pipe coupling according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic side view of a pipe coupling according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of a battery system housing according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a detailed view of the battery system housing of FIG. 9.
  • FIG. 11 shows another detailed view of the battery system housing of FIG. 9.
  • the term “and / or” includes any and all combinations of one or more related listed items.
  • the use of “can” when describing embodiments of the invention means “one or more embodiments of the invention”.
  • the singular forms “a”, “an” and “the” may include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise.
  • first and second are used to describe various elements, it will be understood that these elements should not be limited by these terms. This term is only used to distinguish one element from another. For example, the first element may be named the second element, and likewise, the second element may be named the first element without departing from the scope of the present invention.
  • the terms “substantially”, “approximately,” and similar terms are used in terms of similarity, not in terms of degree, and are intended to take into account inherent deviations in measured or calculated values recognized by one skilled in the art. .
  • the term “substantially” refers to a range of +/- 5% of the value around the value.
  • the battery module housing 50 is shown in the perspective view of FIG. 1 and the cross-sectional view of FIG. 2.
  • the battery module housing 50 is an extruded aluminum profile that includes a bottom plate 51 and a pair of sidewalls 52.
  • the side wall 52 includes a hollow 53 for weight reduction.
  • the bottom plate 51 is provided with a plurality of refrigerant ducts 54, wherein adjacent refrigerant ducts 54 are separated from each other by a plurality of duct separators 55.
  • Refrigerant ducts 54 have corrugated surfaces to increase their heat transfer capability through their surfaces.
  • the tip of the separator 55 is slightly retracted into the refrigerant duct 54 in a recessed state against the side wall without being aligned with the forward facing side wall of the bottom plate 51.
  • a plurality of battery cells (eg, a plurality of squares or rectangles) aligned by stacking a wide flat surface may be disposed on the bottom plate 51 of the battery module housing 50 forming the battery module.
  • the present invention is not limited thereto, and the plurality of battery cells may have a cylindrical shape.
  • the bottom plate 51 of the battery module housing 50 is provided adjacent to the bottom surface of the plurality of battery cells in order to cool the battery cells, and thus the bottom plate 51 is a cooling plate of the plurality of battery cells. It is configured as.
  • the plurality of refrigerant ducts 54 extend in the stacking direction of the plurality of aligned battery cells arranged on the bottom plate 51.
  • the coolant duct 54 may be connected to the cooling system of the battery system such that the coolant may perform heat exchange with the plurality of battery cells aligned through it.
  • Each battery cell may include a battery case configured to receive an electrode assembly and an electrolyte.
  • the battery case may be hermetically sealed by a cap assembly provided with positive polarity terminals, negative electrode terminals, and vents having different polarities.
  • the vent may be a safety means of the battery cell. That is, the vent acts as a passage through which gas generated in the battery cell can be discharged to the outside of the battery cell.
  • the positive electrode, the negative terminal and the two or more cells may be electrically connected through at least one bus bar for electrically connecting the cells as a bundle.
  • FIG 3 shows a perspective view of a refrigerant distributor 10 according to an embodiment of the invention.
  • the refrigerant distributor 10 is an extruded aluminum profile 11 that includes an outer wall 12 surrounding the refrigerant channel 13.
  • the coolant channel 13 connects the coolant inlet 131 with the coolant outlet 132 along the first direction, that is, along the X-axis direction.
  • the refrigerant channel 13 has a tubular profile, ie basically a circular cross section.
  • the cross section of the extruded aluminum profile 11 deviates from the circle.
  • the cross section of the extruded aluminum profile 11 comprises a first outer wall portion 15 which is continuous with the tubular profile of the cooling channel 13 and coextruded with the tubular profile of the refrigerant channel 13.
  • the first outer wall portion 15 has a rectangular cross section basically and is formed as a portion of the tubular profile of the refrigerant channel 15.
  • the cross section of the extruded aluminum profile 11 also includes a second outer wall portion 17 which is continuous with the tubular profile of the cooling channel 13 and coextruded with the tubular profile of the refrigerant channel 13.
  • This second outer wall portion 17 is basically formed in a rectangular cross section and is formed in the tubular profile of the refrigerant channel 13.
  • the second outer wall portion 17 faces the first outer wall portion 15 with respect to the central axis of the refrigerant channel 13 and extends along the refrigerant channel 13 along the X-axis direction, for example.
  • the first outer wall portion 15 provides a first outer surface 151 facing the outside and the second outer wall portion 17 provides a second outer surface 171 of the plane.
  • the second outer surface 171 is opposite to and opposite to the first outer surface 151 of the plane.
  • each refrigerant junction 14 provides an additional channel connecting the refrigerant channel 13 with the corresponding refrigerant port opening 162.
  • each of the port openings 162 and each refrigerant junction 14 has a rectangular cross section, but it is possible to have a cross section of a different shape, without being limited thereto.
  • the cross-sectional shape and dimensions of the coolant junction 14 and the coolant port 16 are adapted to the cross-sectional shape and dimensions of the coolant duct of the battery module housing, as described below.
  • the refrigerant port 16 is further aligned along the first direction (X-direction). That is, the refrigerant port 16 is disposed on a linear path from the refrigerant inlet 131 to the refrigerant outlet 132.
  • each refrigerant port 16 separates the port opening 162 of one (first) refrigerant junction 14 and the port opening 162 of at least one neighboring refrigerant junction 14.
  • a junction separator 152 is provided between adjacent port openings 162, which project from the first outer surface 151 in a second direction (Y-direction).
  • junction separator 152 forms an extension of a wall that separates adjacent refrigerant junctions 14.
  • L1 the imaginary line lying along the first direction X
  • L2 the imaginary line lying along the second direction Y and passes through L1
  • ⁇ the angle between L1 and L2
  • ⁇ satisfies the range of 30 ° to 110 °.
  • ⁇ satisfies the range of 30 ° to 90 ° to facilitate the flow of the coolant from the hollow profile 11 to the coolant junction 14.
  • L1 may be disposed along the central axis of the profile 11
  • L2 may be disposed along the central axis of the refrigerant junction 14, and ⁇ is 90 °.
  • the refrigerant distributor 10 of FIG. 3 further includes an inlet connection 181 formed at a portion of the refrigerant inlet 131 of the refrigerant distributor 10.
  • the inlet connection 181 may be formed by honing a portion of the refrigerant channel 13 extending along the first direction (X-direction) from the end of the profile 11 of the refrigerant inlet 131.
  • the inlet connection 181 forms one section of the refrigerant channel 13, the outer wall thickness of which section has a reduced wall thickness compared to the thickness of the outer wall portion of the other part.
  • a step 182 is provided between the inlet connection 181 and the remaining cooling channel 13.
  • the refrigerant distributor 10 further includes an outlet connection portion disposed on the refrigerant outlet 132 side of the refrigerant distributor 10.
  • the outlet connection may be formed by honing a portion of the refrigerant channel 13 extending along the first direction (X-direction) from the end of the profile 11 of the refrigerant outlet 132.
  • the outlet connection thus also forms one section of the refrigerant channel 13, the outer wall thickness of which section has a reduced wall thickness compared to the thickness of the outer wall portions of other sections.
  • the battery module housing 20 includes an upper surface 211 and includes a bottom plate 21 configured to support a plurality of battery cells (not shown).
  • the two side walls 28 extend upward from the side walls of the bottom plate 21 and continuously connect with the bottom plate 21.
  • the bottom plate 21 and the side wall 28 may be constituted by an extruded U-shaped aluminum profile.
  • a hollow 26 is disposed on the side wall 28 to provide a lightweight battery module housing 20.
  • Another feature of the battery module housing 20 can be described as for FIGS. 1 and 2 since the extruded U-shaped aluminum profiles of FIGS. 4 and 5 are the same as the battery module housing 50 of FIGS. 1 and 2.
  • the battery module housing 20 includes a plurality of refrigerant ducts 22 identical to the refrigerant duct 54 of the battery module housings of FIGS. 1 and 2.
  • the refrigerant duct 22 of the battery module housing 20 is separated by a duct separator 29 similar to the duct separator 55 of the battery module housing of FIGS. 1 and 2.
  • Each refrigerant duct 22 embedded in the bottom plate 21 has an inlet opening 23 of the first sidewall 24 of the bottom plate 21 exiting a second sidewall (not shown) facing the first sidewall. In fluid communication with the opening (not shown).
  • the battery module housing 20 further includes a refrigerant distributor 10 as shown in FIG. 3.
  • the coolant distributor 10 has a bottom plate such that the first sidewall 24 of the bottom plate 21 and the first outer surface 151 (see FIG. 3), which is the plane of the coolant distributor 10, can be immediately adjacent to each other. Weld to 21. A weld seam is formed along the common peripheral region of the first sidewall 24 of the bottom plate 21 and the first outer surface 151 of the plane of the refrigerant distributor 10. In the state where the bottom plate 21 and the coolant distributor 10 are welded as shown in FIG. 4, each coolant port 16 of the coolant distributor 10 is aligned with the buried coolant port 22 of the bottom plate 21.
  • the port opening 162 is aligned with the inlet opening 23 and the flange portion 161 is aligned with the duct separator 29 which restricts each inlet opening 23. Accordingly, a continuous fluid connection is formed between each refrigerant junction 14 between the refrigerant inlet 131 of the refrigerant distributor 10 and each buried refrigerant duct 22 of the bottom plate 21.
  • FIG. 5 shows a cross section of the battery module housing of FIG. 4 along a second direction (Y-direction).
  • This cross section shows the fluid connection between the refrigerant junction 14 formed in the first outer wall 15 and the refrigerant duct 22 embedded in the bottom plate 21.
  • This cross section also shows that the tubular profile 11 of the refrigerant channel 13 is connected with the first outer wall 15 and the second outer wall 17.
  • 5 also shows that between the refrigerant ducts 22 of the bottom plate 21, the duct separator 29 is positioned slightly behind the first sidewall 24 of the bottom plate 21 so that the refrigerant distributor 10 is located. It is shown coupled with the junction separator 152 protruding from the first outer surface 151 of the plane. In this embodiment, the contact surface between the duct separator 29 and the junction separator 152 is in a second direction Y with respect to the weld connection 27 between the first side wall 24 and the first outer surface 151 of the plane.
  • Direction the contact surface between the duct separator 29 and the junction
  • the pipe coupling 30 includes a molded hollow profile 31 surrounding the connecting channel 38.
  • the connecting channel 38 is configured to form a joint refrigerant channel with the refrigerant channel 13 of the two refrigerant distributors 10 according to the invention.
  • the molded hollow profile 31 is injection molded from a plastic resin, and the first convex portion 321 disposed at the first end portion 331 and the second convex portion 322 disposed at the second end portion 332 are formed. Include.
  • the first convex portion 321 and the second convex portion 322 have a circumference larger than the remaining portion of the mold-formed hollow profile 31, and the diameter of the connecting channel 38 is a mold-formed hollow profile 31. Can be constant over the entire length of the
  • the first cylindrical gasket 341 is disposed in the first convex portion 321 and surrounds the hollow profile 31 molded in the first convex portion 321 in the circumferential direction.
  • the first convex portion 321 may include a depression having the same circumference as the remaining portion of the mold-formed hollow profile 31.
  • the first cylindrical gasket 341 may be disposed in this depression.
  • the first convex portion 321 is configured to be slidably inserted into the refrigerant channel 13 of the refrigerant distributor.
  • the second cylindrical gasket 342 is disposed in the second convex portion 322 and surrounds the hollow profile 31 molded in the second convex portion 322 in the circumferential direction.
  • the second convex portion 322 may include a depression having the same circumference as the remaining portion of the mold-formed hollow profile 31.
  • the second cylindrical gasket 342 may be disposed in this depression.
  • the second convex portion 322 is configured to be slidably inserted into the refrigerant channel 13 of the refrigerant distributor.
  • the pipe coupling 30 further includes a torsional protective member 35 protruding from the outer surface 36 of the mold-formed hollow profile 31.
  • the torsion protection member 35 is a flat, two-dimensional projecting between the center of the outer surface 36 of the hollow profile 31, for example both convex portions 321, 322 and coextruded with the hollow profile 31. Absence. An intersecting line extends in the first direction (X-direction) between the torsion protection member 35 and the outer surface 36.
  • the torsional protection member 35 shown first protrudes vertically from the outer surface 36 and bends at about 90 ° in the third direction and at about 90 ° in the fourth direction different from the third direction.
  • the first portion 351 of the torsion protection member 35 shown is substantially perpendicular to the outer surface 36
  • the second portion 352 extends substantially perpendicular to the first portion 351
  • the third portion 353 of the member 35 is substantially parallel to the first portion 351.
  • the cross-sectional shape of the torsion protection member 35 is S-shaped, as shown in FIG.
  • the pipe coupling 30 is inserted into the refrigerant channel 13 of the at least one refrigerant distributor 10, and in at least one rotational state of the pipe coupling 30, the torsion protection member 35 is formed of the battery module housing ( And a bottom surface 212 (see FIG. 9) of the bottom plate 21 of 20. That is, when the torsion protection member 35 engages with any surface, the torsion protection member 35 is configured as a lever having a sufficient length and strength to prevent any rotational movement of the pipe coupling 30.
  • the torsional protection member 35 shown further comprises at least one cover member 37.
  • the torsion protection member 35 includes a first cover member 371 disposed at a first corner of two corners of the outermost edge of the flat and two-dimensional torsion protection member 35, and the torsion protection member. And a second cover member 372 disposed at the second corner of the two corners of the outermost edge of 35.
  • Each cover member 371 and 372 has a basic shape in a cup shape, and is continuously connected to the remaining torsion protection member 35.
  • the diameters and depths of the cover members 371, 372 on the cup are matched to the diameters and heights of the screw heads protruding from the bottom surface of the bottom plate of the battery module housing to which the pipe coupling 30 is to be coupled.
  • the cover members 371, 372 are configured to fit each one of the screw heads in a state of rotation of at least one of the pipe couplings 30.
  • FIGS. 10 and 11 are detailed views of the battery system housing 40.
  • the battery system housing 40 of the present invention includes a battery module housing 20 according to the present invention.
  • the pair of refrigerant distributors 10 welded to the bottom plate 21 of the battery module housing 20 are interconnected through a pipe coupling 30 according to the present invention.
  • the first pipe coupling 30a is inserted into the first refrigerant distributor 10a between the first battery module housing 20a and the second battery module housing 20b and the second refrigerant distributor. It is configured to be coupled to the refrigerant inlet 131 of (10b).
  • the second pipe coupling 30b is inserted into the third refrigerant distributor 10c between the second battery module housing 20b and the third battery module housing 20c and the refrigerant outlet of the second refrigerant distributor 10b. And configured to be coupled to 132.
  • the axially extending portions of the convex portions 321, 322 of the pipe coupling 30 exceed the axially extending portions of the inlet connecting portion 181 and the outlet connecting portion of the refrigerant distributor 10. Accordingly, the pipe coupling 30 may be moved in the axial direction so that the pipe coupling 30 may be moved and inserted into the refrigerant distributor 10 of the neighboring battery module housing 20 to connect the battery module housing 20.
  • FIG. 10 shows that the outer circumference of the convex portion 322 of the refrigerant distributor 10 is fitted to the inner diameter of the refrigerant channel 13 of the refrigerant distributor 10.
  • the cylindrical gasket 342 may exceed the inner diameter of the refrigerant channel 13, this cylindrical gasket 342 may be inserted into the refrigerant channel 13 to provide a pressure-tight seal.
  • each of the cover members 371 and 372 is one of the screw heads 25. Accept one to fit. Furthermore, the rotational state is ensured by the friction between the torsion protection member 35 and the cylindrical gaskets 341 and 342 and the refrigerant channel 13 of the refrigerant distributor 10, so that the pipe coupling 30 ) May have a corresponding force for any further axial displacement.
  • 171 plane is the second outer surface

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Abstract

본 발명은 냉매 채널을 둘러싸는 중공 프로파일과, 중공 프로파일의 제1 외벽부를 통과하도록 연장되고 냉매 채널과 냉매 포트 사이의 유체 연결을 제공하는 복수의 냉매 접합부를 갖는 전지 모듈 하우징용 냉매 분배기(coolant distributor)에 관한 것이다. 더욱이 본 발명은, 복수의 내장 냉매 덕트와 본 발명의 냉매 분배기를 포함하며 바닥 플레이트를 갖는 전지 모듈 하우징에 관한 것이다. 냉매 분배기는 바닥 플레이트에 용접된다. 복수의 냉매 포트 각각은 냉매 덕트의 복수의 입구 개구부 하나와 정렬된다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 복수의 전지 모듈 하우징과 이웃하는 전지 모듈 하우징과 상호 연결하기 위한 복수의 파이프 커플링을 포함하는 전지 시스템 하우징 및 파이프 커플링에 관한 것이다.

Description

냉매 분배기
본 발명은 전지 모듈용 냉매 분배기, 이 냉매 분배기를 포함하는 전지 모듈 하우징 및 이 냉매 분배기와 전지 모듈 하우징을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 발명에 따른 복수의 전지 모듈 하우징 및 이 복수의 전지 모듈 하우징을 상호 연결하기 위한 복수의 파이프 커플링을 포함하는 전지 시스템 하우징에 관한 것이다.
이차 전지는 반복적으로 충전되고 방전될 수 있다는 점에서 화학 에너지를 전기 에너지로만 전환할 수 있는 일차 전지와 다르다. 저용량 이차 전지는 휴대 전화, 노트북, 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자 기기의 전원 공급용으로 사용되며, 고용량 이차 전지는 하이브리드(hybrid) 차량 등과 같은 전원 공급용으로 사용된다.
일반적으로, 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해질 용액의 전기 화학적 반응을 통해 전지의 충전 및 방전을 가능하게 하기 위해 전해질 용액을 상기 케이스에 주입한다. 예를 들어, 원통형 또는 직사각형인 케이스의 형상은 전지의 용도에 따라 다르다
이차 전지는 가령 하이브리드 자동차의 모터 구동용으로서 고 에너지 밀도를 제공하기 위해, 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 단위 전지 셀을 포함한 전지 모듈로서 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 고출력 이차 전지(예: 전기 자동차용)를 구현하기 위하여 필요한 전력량에 따라 복수의 단위 전지 셀의 전극 단자를 연결하는 것으로 구성된다.
전지 모듈의 기계적 통합은, 바닥 플레이트를 갖는 전지 모듈 하우징을 제공하고 바닥 플레이트 위에 개별 전지 셀 또는 서브 모듈을 위치시키는 것에 의해 이루어질 수 있다. 전지 셀은 측면 플레이트를 캐리어 플레이트의 측면에 고정하는 것으로 더욱 국한될 수 있으며, 커버 플레이트는 멀티 레벨 전지 모듈을 구성하기 위해 캐리어 플레이트 및/또는 측면 플레이트에 고정될 수 있다.
전지 시스템의 열 제어를 제공하기 위해, 이차 전지로부터 발생된 열을 효율적으로 방출, 방출 및/또는 방산시킴으로써 적어도 하나의 전지 모듈을 안전하게 사용하기 위한 열 관리 시스템이 요구된다. 일반적으로 열 관리 시스템은 폐쇄 냉각 회로, 이 냉각 회로를 통해 냉각 매체를 펌핑하기 위한 수단, 열 센서 및 전지시스템, 특히 전지 모듈의 냉각 또는 가열을 제어하는 조정 수단을 포함한다. 냉각 회로는 분배기, 커넥터, 냉각 채널 또는 냉각 튜브와 같은 구성 요소를 포함할 수 있으며, 이들은 통상 전지 시스템의 제조 공정 중에 함께 적층된다.
그러나 물 또는 알카놀과 같은 액체 냉각 매체는, 전지 모듈 하우징 내부에 있는 전지 셀과 접촉하는 경우, 전기를 전도하거나 부식 과정을 시작할 수도 있고 전지 셀의 반응할 수 있는데, 이러한 결과가 초래되면 누액이 발생할 위험이 높다. 공지된 기술 해결책은 냉각 회로에 많은 수의 인터페이스를 갖도록 하는 문제가 있다. 따라서, 알려진 냉각 회로의 누액 방지는 각 인터페이스에 중요할 수 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들 중 적어도 일부를 극복하거나 감소시키고, 개선된 전지 모듈 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
종래 기술의 단점들 중 하나 이상은 본 발명의 수단에 의해, 특히 첨부된 독립 청구항들의 주제에 의해 회피되거나 적어도 감소된다.
본 발명의 제 1 측면은 전지 모듈용 냉매 분배기에 관한 것이다. 냉매 분배기는 제1 방향으로 길게 연장된 중공 프로파일을 포함한다. 중공 프로파일은 냉매 채널을 둘러싸며 제1 방향을 따라 냉매 입구와 냉매 출구와 유체 연결하는 적어도 하나의 외벽을 포함한다. 중공 프로파일은 원형 또는 직사각형의 단면 형상과 같은 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 중공 프로파일은 압출 성형된 알루미늄 프로파일로 이루어지는 것이 좋다. 이러한 경량의 압출 프로파일은 저가이면서 비용 효율인적 제조를 가능하게 한다.
냉매 분배기는 제 2 방향으로 적어도 하나의 제1 외벽부를 통과하여 연장된 복수의 냉매 접합부를 더욱 포함한다. 각 냉매 접합부는 냉매 채널과 냉매 포트 사이에 유체 연결을 제공한다. 즉, 제 1 외벽부를 관통하여 냉매 채널로 복수의 유체 링크가 형성된다. 이러한 냉매 접합부는 프로파일의 압출 후, 압출된 알루미늄 프로파일의 통상적인 후처리 동안 천공 또는 밀링 등에 의해 형성되는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 각 냉매 포트는 제 1 외벽부에 배치되는 포트 개구와, 포트 개구를 둘러싸는 플랜지부를 포함한다. 즉, 복수의 구분된 유체 링크가 제1 외벽부에 형성되도록 복수의 유체 링크가 제1 외벽부를 관통하여 형성된다. 또한, 복수의 냉매 접합부의 포트 개구가 제1 방향을 따라 정렬된다. 즉, 포트 개구는 냉매 입구와 냉매 출구를 연결하는 선형 경로 상에 배열된다. 모든 포트 개구와 모든 냉매 접합부는 동일하고 등거리에 있는 것이 좋다. 또한, 냉매 포트의 공간적 배치와 치수는 전지 모듈의 바닥 플레이트에 내장된 냉매 덕트의 공간적 배치와 치수에 맞추어지는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 제 2 방향은 제 1 방향과 30 ° 내지 110 ° 사이의 각도를 둘러싼다. 즉, 제1 방향을 따라 놓이는 가상의 선을 L1, 제2 방향을 따라 놓이며 L1을 지나는 가상의 선을 L2, L1와 L2 사이의 각을 α라 할 때, α가 30° 내지 110° 일 수 있다. L1은 중공 프로파일의 중심축을 따라 배치되고 L2는 냉매 접합부의 중심축을 따라 배치되며, α는 90° 일 수 있다. 냉매 분배기는 냉매가 냉매 분배기의 냉매 입구로부터 냉매 출구로 유동할 수 있게 냉각 시스템에 설치되도록 구성되는 것이 더욱 좋다. 그렇게 되면, 냉매는 감소된 유동 저항으로 인해 냉매 분배기의 냉매 채널로부터 냉매 접합부로 용이하게 흐를 수 있다.
본 발명의 냉매 분배기는 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트에 내장된 냉매 덕트로 전지 시스템의 냉각 장치의 냉매를 분배하기 위한 비용 효율적이고 용이 한 해결책을 제공한다. 냉매 분배기를 제조하기 위해 요구되는 공정은, 일반적으로 전지 시스템 하우징 부품의 제조에 사용된다. 또한, 본 발명의 냉매 분배기는 냉매 덕트가 내장된 전지 시스템 하우징의 바닥 플레이트에 용접 가능하다. 따라서 냉매 분배기와 상기한 바닥 플레이트 사이에 매우 견고하고 밀착된 연결이 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 냉매 분배기는 완전한 일체 형임에 따라 확실하게 견고하다.
상당히 바람직한 실시예에 따르면, 냉매 채널은 관형 프로파일, 즉 냉매 채널은 적어도 기본적으로 원형인 단면을 갖는다. 이러한 압출 성형된 중공 프로파일은 그 내부로 유동하는 냉매의 매우 균일한 유동 분포를 제공하고 최대의 안정성 및 내구성을 갖는데 유리하다. 또한, 복수의 포트 개구는 압출 프로파일의 제 1 외벽 부분의 제 1 평면 외면에 배치된다. 이러한 평면 외면을 제공하기 위해, 압출 프로파일은 관형으로부터 벗어나 냉매 채널의 관형 프로파일과 일체형으로 형성된 볼록진 제 1 외벽부를 포함한다. 볼록진 제 1 외벽부는 기본적으로 직사각형 단면을 가지며 관형 프로파일과 이어져 구성된다.
냉매 채널의 관형 프로파일 및 적어도 하나의 복롤진 제 1 외벽부는 제 1 방향으로 공유 압출되는 것이 좋다. 이 실시예에 따르면, 평면 외면은 관형의 프로파일을 사용할 수 있도록 하면서 가령, 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트의 측벽에 대한 냉매 분배기의 유리한 접속면을 제공하는데 유리하다. 이 실시 예에서 플랜지부는 평면의 제 1 외면의 섹션이다.
냉매 채널은 관형 프로파일이고, 제 1 평면 외면에 평행하게 또는 수직으로 배치된 제 2 평면 외면을 갖는 제 2 외벽부를 포함하는 것이 더욱 좋다. 이러한 제 2 평면 외면을 제공하기 위해, 압출 프로파일은 적어도 2 개, 즉 냉매 채널의 관형 프로파일과 일체식으로 구성된 외벽의 제1 및 제2의 볼록부를 포함한다. 또한, 제2 볼록부는 기본적으로 직사각형 단면을 가지며 관형 프로파일과 이어져 형성된 것이 좋다.
제1 평면 외면에 평행한 제2 평면 외면을 제공하기 위해, 볼록진 제2 외벽부는 냉매 채널의 중심축에 대해 볼록진 제1 외벽부에 대향 배치되는 것이 좋다. 제1 평면 외면에 수직한 제2 평면 외면을 제공하기 위해, 제2 외벽부는 제1 방향과 제2 방향에 대해 수직한 방향으로 냉매 채널의 중심축으로 변위되는 것이 좋다. 냉매 채널의 관형 프로파일과 제1,2 볼복부는 공유 압출되는 것이 좋다. 제2 평면 외면은 냉매 분배기와 전지 모듈 하우징을 위한 지지 구조체 및/또는 지지대를 제공하는데 유리하다.
직사각형 단면을 갖는 압출 프로파일이 냉매 분배기용으로 사용되면 전술한 볼록부는 생략될 수 있다. 여기에서, 복수의 냉매 접합부를 형성하기 위한 제 1 외벽부는 바람직하게 다른 외벽보다 큰 벽 두께를 갖는 직사각형 단면의 4 개의 외벽 중 첫 번째 외벽이다. 또한, 제 1 평면 외면에 평행 또는 수직으로 배치된 제 2 평면 외면을 갖는 제 2 외벽부는 바람직하게 제 1 외벽부에 대향 또는 수직하고 증가된 벽 두께를 갖는 제 2 외벽이다.
요약하면, 제 1 외벽부의 단면 두께는 적어도 하나의 외벽의 나머지 부분의 두께를 초과한다. 예시적으로, 연속적인 볼록부는 제 1 외벽부의 영역에서 압출 프로파일의 단면 두께를 두껍게 한다. 따라서, 냉매 접합부의 형성 후에도 냉매 분배기의 안정성이 보장된다. 더욱 바람직하게는, 제 1 및 제 2 외벽부의 단면 두께는 적어도 하나의 외벽의 나머지 부분의 두께를 초과하는 것이 더욱 좋다. 예시적으로, 제 2 연속적인 볼록부 또한, 제 2 외벽부의 영역에서 압출 프로파일의 단면 두께를 두껍게 한다.
냉매 분배기는 냉매 채널의 섹션을 따라 제 1 방향으로 냉매 입구로부터 연장되고 감소된 외벽 두께를 갖는 입구 연결부를 포함하는 것이 더욱 좋다. 냉매 분배기는 냉매 채널의 섹션을 따라 제 1 방향에 대향하는 냉매 출구로부터 연장되고 감소된 외벽 두께를 갖는 출구 연결부를 더욱 포함하는 것이 좋다. 입구 및 출구 연결부는 각각, 냉매 분배기의 냉매 채널 내로 슬라이딩 가능하게 삽입되도록 구성된 파이프 커플링 또는 임의의 커플링 부재를 수용하도록 구성된다. 입구/출구 연결부와 나머지 냉매 채널 사이에 있는 단차는 파이프 커플링 또는 커플링 부재의 삽입을 위한 제한 정지부로서 기능한다.
본 발명의 다른 측면은 전술한 전지 모듈용 냉매 분배기, 특히 냉매 분배기의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은 제 1 방향으로 길이 방향으로 연장하고 냉매 채널을 둘러싸는 적어도 하나 이상의 외벽을 포함하는 알루미늄 프로파일을 압출하는 단계를 포함한다. 여기서, 냉매 채널은 제 1 방향을 따라 냉매 입구와 냉매 출구를 유체적으로 연결한다. 알루미늄 프로파일을 압출한 후에, 냉매 채널과 냉매 포트 사이의 유체 연결을 제공하기 위하여 적어도 하나의 외벽의 제 1 부분을 밀링 및/또는 천공하여 복수의 냉매 접합부를 형성한다. 여기서, 밀링 및/또는 천공은 복수의 냉매 접합부의 포트 개구가 제 1 방향, 즉 냉매 입구와 냉매 출구 사이의 선형 경로를 따라 정렬되도록 수행된다. 또한, 밀링 및/또는 천공은 제 1 방향과 30 ° 내지 110 ° 사이의 각도를 둘러싸는 제 2 방향으로 냉매 접합부가 연장되도록 수행된다. 즉, 제1 방향을 따라 놓이는 가상의 선을 L1, 제2 방향을 따라 놓이며 L1을 지나는 가상의 선을 L2, L1와 L2 사이의 각을 α라 할 때, α가 30° 내지 110° 일 수 있다. L1은 중공 프로파일의 중심축을 따라 배치되고 L2는 냉매 접합부의 중심축을 따라 배치되며, α는 90° 일 수 있다. 이에 따라, 냉매 포트 각각은 제1 외벽부 내에 놓이는 포트 개구를 포함한다. 밀링 및/또는 천공은 포트 개구가 분리되어 서로 구별되고 플랜지부가 각각의 포트 개구를 둘러싸도록 더욱 수행된다.
바람직한 실시예에서, 본 방법은 감소된 외벽 두께를 갖는 입구 연결부 및 출구 연결부 중 적어도 하나를 형성하기 위해, 냉매 입구 및/또는 냉매 출구의 적어도 일부를 호우닝하는 단계를 더욱 포함한다. 이 실시예에서 적어도 기본적으로 원형 단면을 갖는 냉매 채널을 둘러싸는 알루미늄 프로파일이 압출 성형되는 것이 더욱 좋다. 따라서 원통형 호우닝이 수행된다. 연결부는 바람직하게는 본 발명의 2 개의 냉매 분배기를 연결하기 위한 커플링 부재를 수용하도록 구성되고, 커플링 부재는 냉매 분배기의 냉매 채널 내로 슬라이딩 가능하게 삽입되도록 구성되는 것이 좋다. 또한, 입구/출구 연결부와 나머지 냉매 채널 사이에 있는 단차는 파이프 커플링 또는 유사한 커플링 부재 삽입을 위한 제한부로서 기능한다.
본 발명의 제 2 측면은 복수의 전지 셀을 지지하도록 구성된 상부면을 구비한 바닥 플레이트를 포함하는 전지 모듈 하우징에 관한 것이다. 복수의 냉매 덕트가 바닥 플레이트에 내장되어 바닥 플레이트의 길이 방향으로 바닥 플레이트를 관통하여 연장된다. 여기서, 각각의 냉매 덕트는 바닥 플레이트의 제 1 측벽의 입구 개구와 바닥 플레이트의 제 2 측벽의 출구 개구를 유체적으로 연결한다. 제 2 측벽은 제 1 측벽에 대향하고 평면으로 평행한 것이 좋다. 전지 모듈 하우징은 바닥 플레이트로부터 연장되는 측 방향 벽을 포함하는 것이 좋으며, 제 1 및 제 2 측벽에 수직한 바닥 플레이트의 제 3 측벽 및 제 4 측벽과 각각 이어져 구성될 수 있다. 이로써 전지 모듈 하우징은 기본적으로 U 자 모양을 가질 수 있다. 바닥 플레이트와 측벽은 일반적으로 압출 성형되어 일체 구성물을 형성한다.
본 발명의 전지 모듈 하우징에서, 본 발명에 따른 냉매 분배기는 상술한 바와 같이 바닥 플레이트의 제 1 측벽에 용접, 바람직하게는 레이저 용접된다. 여기서, 냉매 분배기의 제 1 외벽부, 바람직하게는 제1 외벽부의 제 1 평면 외면이 바닥 플레이트의 제 1 측벽 상에 견고하게 놓인다. 환언하면, 바닥 플레이의 제 1 측벽과 냉매 분배기의 제 1 외벽부의 외부면은 상보적이며, 바람직하게는 평행하고 서로 바로 인접한다. 용접 이음매는 인접한 제 1 측벽의 공통 에지 부분 및 제 1 외벽부의 외면을 따라 연장된다. 본 발명에 따르면, 냉매 분배기의 복수의 포트 개구 각각은, 바닥 플레이트의 복수의 입구 개구 중 하나와 정렬되고, 더욱이 복수의 냉매 덕트는 그 사이의 플랜지부에 의해 서로에 대해 밀봉된다.
본 발명의 전지 모듈 하우징은 일체형 부품으로서의 냉매 분배기를 포함한다. 이로써 추가 부품에 대한 필요성을 없애거나 감소시킬 필요 없이 전지 모듈 하우징은 전지 시스템의 냉각 시스템에 바로 연결될 수 있다. 여기서, 냉매 분배기와 바닥 플레이트 사이의 용접 연결은 유리하게 완전히 유체 기밀 연결을 제공한다. 또한, 하부 플레이트(예: 측벽이 이어져 구비된 하부 플레이트) 및 냉매 분배기 모두는 압출 성형된 프로파일이다. 이들은 동일한 제조사 및/또는 동일한 설비에서 생산될 수 있다. 또한, 단지 추가적인 공정은 용접 공정이므로 필요한 공정 기술은 비교적 간단하다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 다른 냉매 분배기(제 2 냉매 분배기)는 바닥 플레이트의 제 2 측벽에 용접되는 것이 좋다. 여기서, 다른 냉매 분배기의 제 1 외벽부, 바람직하게는 이 제1 외벽부의 제 1 평면 외면은 바닥 플레이트의 제 2 측벽 상에 견고하게 놓인다. 즉, 바닥 플레이트의 제 2 측벽과 다른 냉매 분배기의 제 1 외벽부의 외면은 상보적이며, 바람직하게는 평행하고 서로 바로 인접한다. 용접 이음매는 인접한 제 2 측벽의 공통 에지 부분 및 다른 냉매 분배기의 제 1 외벽부의 외면을 따라 연장된다.
본 발명에 따르면, 다른 냉매 분배기의 복수의 포트 개구 각각은 바닥 플레이트의 복수의 출구 개구 중 하나와 정렬되고, 더욱이 복수의 냉매 덕트는 그들 사이에 배치되는 다른 냉매 분배기의 플랜지부에 의해 서로 밀봉된다. 이 실시예는 단일 배터리 모듈 하우징의 내장형 냉매 덕트를 본 발명에 따른 2 개의 냉매 분배기만을 사용하는 냉각 시스템의 냉매 회로에 연결하는 것을 유리하게 허용하며, 이들 냉매 분배기는 용접 연결에 의해 바닥 플레이트에 견고히 연결된다. 단일 전지 모듈 하우징을 냉매 회로에 연결하기 위해, 제 1 냉매 분배기의 냉매 출구와 제 2 냉매 분배기의 냉매 입구는 전지 모듈 하우징을 통해 폐쇄 냉매 회로를 제공하기 위해 밀봉되는 것이 좋다.
전지 모듈 하우징의 바람직한 실시예에 따르면, 가령, 연속적으로 이어진 측벽을 갖는 바닥 플레이트는 압출 성형된 알루미늄 프로파일이고, 냉매 분배기 또한 압출 성형된 알루미늄 프로파일이다. 따라서 동일한 재료 특성, 특히 동일한 열팽창 특성은 바닥 플레이트 및 냉매 분배기를 보장한다. 따라서 넓은 온도 범위에서 용접 연결부의 응력과 장력이 최소화되고 냉매 분배기와 바닥 플레이트 사이의 유체 기밀성이 확실히 보장된다.
전지 모듈 하우징의 또 다른 바람직한 실시예에서, 제 2 방향은 제 1 방향에 수직하고 그리고/또는 내장된 냉매 덕트는 제 2 방향으로 연장된다. 즉, 내장된 냉매 덕트는 냉매 분배기의 냉매 접합부를 연장시키고 그 반대도 마찬가지다. 따라서, 냉매 흐름은 냉매 분배기에서 바닥 플레이트로 전이하거나 반대로 흐를 때 방해 받지 않으며 유동 저항은 최소화된다. 또한, 제 2 방향에 수직인 제 1 방향을 제공함으로써, 냉매 접합부의 길이가 최소화되고 나아가 냉매 분배기의 제조 공정은 단순화된다.
본 발명의 다른 측면은 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 전지 모듈, 특히 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 복수의 전지 셀을 지지하도록 구성되는 상면과 상기 바닥 플레이트에 내장된 복수의 냉매 덕트를 갖는 알루미늄 바닥 플레이트를 압출하는 단계를 포함한다. 복수의 냉매 덕트는 바닥 플레이트의 길이 방향으로 바닥 플레이트를 관통하여 연장된다. 여기서, 각각의 냉매 덕트는 바닥 플레이트의 제 1 측벽의 입구 개구와 바닥 플레이트의 제 2 측벽의 출구 개구를 유체적으로 연결한다. 또한 여기서, 제 2 측벽은 제 1 측벽과 대향하여 평행한 평면이다.
바람직한 실시예에서, 측벽은 바닥 플레이트는 연속적으로 이어져 형성되며, 측벽은 공통 방향으로 바닥 플레이트로부터 연장된다. 제 1 측벽은 바닥 플레이트의 제 3 측벽과 연속으로 이어질 수 있고 제 2 측벽은 바닥 플레이트의 제 4 측벽과 연속으로 이어질 수 있다. 여기서, 제 3 및 제 4 측벽은 제 1 및 제 2 측벽에 각각 수직이다. 이에 따라 배터리 모듈 하우징은 기본적으로 U 자 모양을 가질 수 있다. 바닥 플레이트 및 측벽은 일반적으로 압출 성형되어 일체의 구성물로 이루어지는 것이 좋다.
본 발명의 방법의 다음 단계에 있어, 본 발명에 따르고 상술한 바와 같은 냉매 분배기가 제공된다. 이 냉매 분배기는 바람직하게 레이저 용접으로 바닥 플레이트의 제 1 측벽에 결합된다. 이에 냉매 분배기의 제 1 외벽부는 제 1 측벽에 견고히 고정된다. 용접 전에, 냉매 분배기 및 바닥 플레이트는, 복수의 포트 개구 각각이 복수의 입구 개구 중 하나와 정렬되도록 정렬된다. 용접 후에, 냉매 덕트는 그 사이의 플랜지부에 의해 서로에 대해 밀봉된다.
이상의 전지 모듈 하우징의 제조 방법은 유리하게 전지 모듈의 냉각 시스템의 냉매 회로에 일체화될 수 있는 전지 모듈 하우징을 제공한다. 이는 냉매 회로의 냉매를 단일 냉매 입구를 통해 바닥 플레이트의 각 내장 냉매 덕트에 분배하기 위한 단일체이며 유체 기밀식 통합의 냉매 분배기를 포함하기 때문이다. 또한, 본 발명의 방법은 압출 프로파일의 제조자 뿐만 아니라 전지 시스템의 제조자에 의해 유리하게 수행 될 수 있다.
본 발명의 제 3 측면은 제 1 전지 모듈 하우징의 제 1 냉매 분배기를 제 2 전지 모듈 하우징의 제 2 냉매 분배기와 상호 연결하기 위한 파이프 커플링에 관한 것이다. 본 발명의 파이프 커플링은 제 1 냉매 분배기, 제 2 냉매 분배기와 조인트 냉매 채널을 형성하도록 구성된 몰드된, 바람직하게는 몰드 성형된 중공 프로파일을 포함한다. 환언하면, 제 1 냉매 분배기, 제 2 냉매 분배기 및 파이프 커플링의 유체 역학적 직경이 연결되고 냉매가 순환하는 채널의 형성이 이루어진다.
본 발명의 파이프 커플링은 몰드 성형된 중공 프로파일의 제 1 말단부에 배치된 제 1 돌출부를 더욱 포함한다. 제 1돌출부는 몰드 성형된 중공 프로파일과 단일체로 이루어지는 것이 좋고, 둘 모두가 단일 부품으로서 사출 성형되는 것이 더욱 좋다. 제 1 볼록부의 단면 형태는 제 1 냉매 분배기의 압출 성형된 중공 프로파일의 단면 형태, 특히 제 1 냉매 분배기의 냉매 채널의 단면 형태에 대응한다. 특히 바람직하게는, 제 1 볼록부의 단면 형태는 제 1 냉매 분배기의 출구 연결부의 단면 형태 및 축 방향 길이에 대응한다. 제 1 원주형 개스킷은 제 1 돌출부의 단면의 둘레를 따라 연속적으로 연장된다. 제 1 볼록부는 제 1 냉매 분배기의 냉매 출구, 바람직하게는 출구 연결부에 가압-밀착 밀봉되도록 구성된다. 제 1 원주형 개스킷은 제 1 볼록부의 외면과 제 1 냉매 분배기의 냉매 출구, 바람직하게는 출구 연결부의 내면 사이의 밀봉을 제공한다. 상기 볼록부는 개스킷의 설치를 위한 함몰부를 포함할 수 있다.
본 발명의 파이프 커플링은 제 1 말단부에 대향하는 몰드 성형된 중공 프로파일의 제 2 말단부에 배치된 제 2 돌출부를 더욱 포함한다. 제 2 볼록부는 몰드 성형된 중공 프로파일과 단일체로 이루어지는 것이 좋고, 둘 모두가 단일 부품으로서 사출 성형되는 것이 더욱 좋다. 제 2 볼록부의 단면 형태는 제 2 냉매 분배기의 압출 성형된 중공 프로파일의 단면 형태, 특히 제 2 냉매 분배기의 냉매 채널의 단면 형태에 대응한다. 특히 바람직하게는, 제 2 볼록부의 단면 형태는 제 2 냉매 분배기의 입구 연결부의 단면 형태 및 축 방향 길이에 대응한다. 제 2 원주형 개스킷은 제 2 돌출부의 단면의 둘레를 따라 연속적으로 연장된다. 제 2 볼록부는 제 2 냉매 분배기의 냉매 입구, 바람직하게는 입구 연결부에 가압-밀착 밀봉되도록 구성된다. 여기서, 제 2 원주형 개스킷은 제 2 볼록부의 외면과 제 2 냉매 분배기의 냉매 입구, 바람직하게는 입구 연결부의 내면 사이의 밀봉을 제공한다. 상기 볼록부는 원주형 개스킷을 위한 함몰부를 포함할 수 있다.
파이프 커플링은 몰드 성형된 중공 프로파일의 외면으로부터 돌출하는 적어도 하나의 비틀림 보호 부재를 더욱 포함한다. 비틀림 보호 부재는 파이프 커플링의 적어도 하나의 회전 상태에서 제 1 및 제 2 전지 모듈 하우징 중 적어도 하나의 바닥 플레이트와 접촉하고 그 회전 상태보다 파이프 커플링이 더 이상 회전하지 않도록 구성된다. 즉, 비틀림 보호 부재는 적어도 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트와 관련하여 파이프 커플링의 회전 제한 멈춤부로서 기능하여 회전 방지용 파이프 커플링을 확보하도록 구성된다.
파이프 커플링의 바람직한 실시예에서, 비틀림 보호 부재는 적어도 하나의 커버 부재를 포함한다. 바람직하게, 커버 부재는 비틀림 보호 부재의 말단 팁에 배치되고 몰드 성형된 중공 프로파일의 외면으로부터 이격되어 배치된다. 상기 적어도 하나의 커버 부재는 상기 제 1 및 제 2 전지 모듈 하우징 중 적어도 하나의 바닥 플레이트의 하부면으로부터 돌출한 적어도 하나의 스크류 헤드를 끼워 맞춤 가능하게 구성되며, 상기 하부면은 바닥 플레이트의 상부면에 대향한다. 또한, 파이프 커플링의 적어도 하나의 회전 상태에서, 커버 부재는 바닥 플레이트의 하부면에서 돌출한 스크류 헤드를 견고하게 수용한다. 커버 부재 또한 스크류 헤드와 함께 접합부로서 축 방향 제한 멈춤부로서 기능할 수 있도록 구성된다.
특히 바람직하게, 비틀림 보호 부재는 제 1 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트의 하부면으로부터 돌출하는 제 1 스크류 헤드를 끼워 맞춤식으로 수용하도록 구성된 제 1 커버 부재와, 제 2 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트로부터 돌출하는 제 2 스크류 헤드를 끼워 맞춤식으로 수용하도록 구성된 제2 커버 부재를 포함한다. 이 실시예에서 파이프 커플링은 매우 신뢰성이 있는 방식으로 축 방향으로 고정될 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 제 4 측면은 본 발명에 따른 복수의 전지 모듈 하우징을 포함하는 전지 시스템 하우징에 관한 것이다. 여기서, 각각의 전지 모듈 하우징은 각각의 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트 상에 배치된 복수의 정렬된 전지 셀을 갖는 전지 모듈을 포함하도록 구성된다. 따라서, 각 전지 모듈 하우징은 냉매 분배기의 냉매 포트가 냉매 덕트의 입구/출구 개구와 정렬되도록, 내장 냉매 덕트가 제공된 바닥 플레이트에 용접되는 본 발명에 따른 적어도 하나의 냉매 분배기를 포함한다.
전지 시스템 하우징은 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 복수의 파이프 커플링을 더욱 포함하며, 각각의 파이프 커플링은 전지 모듈 하우징의 제 1 냉매 분배기를 인접한 전지 모듈 하우징의 제 2 냉매 분배기와 상호 연결시킨다. 바람직하게는, 전지 시스템 하우징은 복수의 제 2 파이프 커플링을 포함하며, 각각의 제 2 파이프 커플링은 전지 모듈 하우징의 다른 냉매 분배기를 인접한 전지 모듈 하우징의 다른 냉매 분배기와 상호 연결시킨다. 이러한 전지 시스템의 하나의 최 외측 전지 모듈 하우징에서, 냉매 분배기의 냉매 출구와 다른 냉매 분배기의 냉매 입구는 하나의 입구 및 하나의 출구만을 갖는 폐쇄된 냉매 회로를 형성하기 위해 밀봉된다.
전지 시스템 하우징에서, 각각의 파이프 커플링은 제 1 (다른) 냉매 분배기 및 제 2 (다른) 냉매 분배기와 조인트 냉매 채널을 형성하도록 구성된 몰드 성형된 중공 프로파일을 포함한다. 각각의 파이프 커플링은 몰드 성형된 중공 프로파일의 제 1 말단부에 마련된 제 1 볼록부를 포함한다. 여기서, 제 1 볼록부는 압출 중공 프로파일의 단면 형태, 바람직하게는 제 1 냉매 분배기의 냉매 채널, 특히 바람직하게는 출구 연결부에 대응하는 단면 형태를 갖는다. 또한, 제 1 볼록부는 제 1 원주형 개스킷을 가지며, 제 1 냉매 분배기의 냉매 유출구에 가압-밀착 밀봉되도록 구성된다. 각각의 파이프 커플링은 몰드 성형된 중공 프로파일의 제 2 말단부에 마련된 제 2 볼록부를 더욱 포함한다. 여기서, 제 2 볼록부는 압출된 중공 프로파일의 단면 형태, 바람직하게는 제 2 냉매 분배기의 냉매 채널, 특히 바람직하게는 입구 연결부에 대응하는 단면 형태를 갖는다. 또한, 제 2 볼록부는 제 2 원주형 개스킷을 가지며, 제 2 냉매 분배기의 냉매 유입구에 가압-밀착 밀봉되도록 구성된다. 각각의 파이프 커플링은 몰딩된 중공 프로파일의 외면으로부터 돌출하고, 파이프 커플링의 적어도 하나의 회전 상태에서 제 1 및 제 2 배터리 모듈 하우징 중 적어도 하나의 바닥 플레이트의 하부면과 접촉하도록 구성되는 적어도 하나의 비틀림 보호 부재를 더욱 포함한다.
본 발명의 전지 시스템은, 전적으로 발명에 따른 전지 모듈 하우징과 본 발명의 파이프 커플링으로 전체 냉매 회로를 형성한다. 여기서, 각각의 전지 모듈 하우징은 용접된 2 개의 압출 프로파일과 함께 구성되며, 각각의 파이프 커플 링은 기본적으로 사출 성형 튜브 및 2 개의 원주형 개스킷으로 구성된다. 따라서, 복수의 전지 셀과의 열교환을 위한 완전하고 신뢰성 있는 유체 기밀 냉매 회로가 최소량의 구성 요소로 형성된다. 따라서 전지 시스템 하우징은 저가이면 비용 효율적인 제조를 가능하게 한다.
본 발명의 전지 시스템의 바람직한 실시예에서, 각 파이프 커플링의 비틀림 보호 부재는 제 1 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트의 하부면으로부터 돌출하는 제 1 스크류 헤드를 끼워 맞춤식으로 수용하도록 구성된 제 1 커버 부재와, 제 2 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트의 하부면으로부터 돌출하는 제 2 스크류 헤드를 끼워 맞춤식으로 수용하도록 구성된 제 2 커버 부재를 더욱 포함한다. 바람직하게, 각각의 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트의 하부면으로부터 스크류 헤드가 돌출되어 있다. 이러한 스크류 헤드와 결합된 커버 부재는 파이프 커플링의 축 방향(또는 길이 방향)으로 파이프 커플링을 신뢰성 있게 고정시킨다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 전지 시스템 하우징을 포함하는 차량이 제공된다. 본 발명의 추가적인 측면은 종속 청구항 또는 하기의 설명으로부터 알 수 있다.
본 기재에 따르면 간단하면서도 일체형의 부품으로 구성된 냉매 분배기를 냉매 덕트가 제공된 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트에 용이하게 결합할 수 있으며, 이러한 냉매 분배기를 포함한 전지 모듈 하우징은 파이프 커플링을 통해 복수로 결합되어 전지 시스템 하우징을 구성할 수 있다.
본 기재의 특징들은 첨부 된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
도 1은 실시예에 따른 전지 모듈 하우징의 부분 또는 종래 기술에 따른 전지 모듈 하우징을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈 하우징의 정 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 냉매 분배기의 개략적인 사시도이다.
도 4는 실시예에 따른 전지 모듈 하우징의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈 하우징의 제2 방향에 따른 단면도이다.
도 6은 실시예에 따른 파이프 커플링의 개략적인 사시도이다.
도 7은 실시예에 따른 파이프 커플링의 개략적인 평면도이다.
도 8은 실시예에 따른 파이프 커플링의 개략적인 측면도이다.
도 9는 실시예에 따른 전지 시스템 하우징의 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 9의 전지 시스템 하우징의 상세도이다.
도 11은 도 9의 전지 시스템 하우징의 다른 상세도를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타내고, 중복되는 설명은 생략된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련 열거된 항목의 임의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예를 기술할 때 "할 수 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다. 본 발명의 실시예에 대한 이하의 설명에 있어, 단수 형태의 용어는 문맥이 다르다는 것을 명백히 표현하지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다. "제 1" 및 "제 2"라는 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 사용되지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되어서는 안됨을 이해할 것이다. 이 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제 1 요소는 제 2 요소로 명명될 수 있고, 마찬가지로, 제 2 요소는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 제 1 요소로 명명될 수 있다.
용어 "포함하다" 또는 "포함하는"은 특성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 요소, 구성 요소 및 이들의 조합을 특정하지만, 다른 특성, 영역, 고정 숫자, 단계, 프로세스, 요소, 구성 요소 및 이들의 조합을 배제하지 않는다. 일 구성요소 또는 층이 다른 일 구성요소 또는 층의 "위에", "연결되어" 또는 "결합한" 것으로 표현할 경우, 이는 다른 일 구성요소 또는 층에 직접 연결될 수 있거나, 구성요소 사이에 하나 이상의 개재된 또 다른 구성요소 또는 층이 존재할 수 있다. 또한, 일 구성요소 또는 층이 2개의 다른 구성요소 또는 층 "사이에" 있는 것으로 언급될 때, 2개의 구성 요소 또는 층 사이에 단지 구성요소 또는 층이 있거나, 적어도 하나 이상의 중간 구성요소 또는 층이 존재하는 것으로 이해될 수 있다.
이하에서, 용어 "실질적으로", "대략", 및 유사한 용어는 유사의 용어로 사용되고, 정도의 용어로 사용되지 않으며, 당업자에 의하여 인식되는 측정되거나 계산된 값에서 고유의 편차를 고려한 것으로 의도된다. 또한, 용어 "실질적으로" 는 수치 값을 사용하여 표현될 수 있는 특징과 조합하여 사용되면, 용어"실질적으로" 는 값을 중심으로 값의 +/- 5%의 범위를 가리킨다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어와 같은, 용어는 관련 기술 및/또는 본 명세서의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 되는 것으로 이해될 것이다.
종래 기술에 따른 전지 모듈 하우징(50)이 도 1의 사시도 및 도 2의 단면도에 도시되어 있다. 전지 모듈 하우징(50)은 압출 성형된 알루미늄 프로파일로서 바닥 플레이트(51) 및 한 쌍의 측벽(52)을 포함한다. 측벽(52)은 경량화를 위한 중공(53)을 포함한다. 바닥 플레이트(51)에는 복수의 냉매 덕트(54)가 제공되는데, 인접한 냉매 덕트(54)는 복수의 덕트 분리기(55)에 의해 서로 분리된다. 냉매 덕트(54)는 이들의 표면을 통해 열 전달 능력을 증가시키기 위하여 주름진 표면을 갖는다. 분리기(55)의 선단부는 바닥 플레이트(51)의 전방을 향한 측벽에 맞추어 정렬되지 않고 이 측벽에 대해 우묵한 상태로 냉매 덕트(54) 내로 약간 후퇴된다.
넓은 평탄한 면을 상호 적층하여 정렬된 복수의 전지 셀(예: 복수의 각형 또는 직사각형)이 전지 모듈을 형성하는 전지 모듈 하우징(50)의 바닥 플레이트(51) 상에 배치 될 수 있다. 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 전지 셀은 원통형의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 전지 모듈 하우징(50)의 바닥 플레이트(51)는, 전지 셀을 냉각시키기 위해 복수의 전지 셀의 바닥면에 인접하게 구비되는 바, 이에 바닥 플레이트(51)는 복수의 전지 셀의 냉각 플레이트로서 구성된다. 통상 복수의 냉매 덕트(54)는 바닥 플레이트(51) 상에 배치된 정렬된 복수의 전지 셀의 적층 방향으로 연장된다. 냉매 덕트(54)는 냉매가 그 내부를 통과하여 정렬된 복수의 전지 셀과 열 교환을 수행할 수 있도록, 전지 시스템의 냉각 시스템에 연결될 수 있다.
각각의 전지 셀은 전극 조립체 및 전해질을 수용하도록 구성된 전지 케이스를 포함할 수 있다. 전지 케이스는 극성이 다른 양극 단자, 음극 단자 및 벤트가 제공된 캡 조립체에 의해 기밀식으로 밀봉될 수 있다. 벤트는 전지 셀의 안전 수단 일 수 있다. 즉, 벤트는 전지 셀에서 발생된 가스가 전지 셀의 외부로 배출될 수 있는 통로로서 작용한다. 양극, 음극 단자 및 2 개 이상의 셀은 하나의 묶음으로서 셀을 전기적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 버스 바를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉매 분배기(10)의 사시도를 도시한다. 냉매 분배기(10)는 냉매 채널(13)을 둘러싸는 외벽(12)을 포함한 압출 성형된 알루미늄 프로파일(11)이다. 냉매 채널(13)은 제1 방향, 즉 X-축 방향을 따라 냉매 입구(131)를 냉매 출구(132)와 연결한다.
냉매 채널(13)은 관형 프로파일, 즉 기본적으로 원형의 단면을 갖는다. 반면, 압출 알루미늄 프로파일(11)의 단면은 원형으로부터 벗어난다. 도 3의 실시예에 있어, 압출 알루미늄 프로파일(11)의 단면은 냉각 채널(13)의 관형 프로파일과 연속하고 냉매 채널(13)의 관형 프로파일과 공유 압출된 제1 외벽부(15)를 포함한다. 제1 외벽부(15)는 기본적으로 직사각형 단면을 가지고 냉매 채널(15)의 관형 프로파일에서 불거진 부분으로 형성된다. 또한, 압출 알루미늄 프로파일(11)의 단면은 냉각 채널(13)의 관형 프로파일과 연속하고 냉매 채널(13)의 관형 프로파일과 공유 압출된 제2 외벽부(17)를 포함한다. 이 제2 외벽부(17)는 기본적으로 직사각형의 단면을 가지고 냉매 채널(13)의 관형 프로파일에서 불거진 부분으로 형성된다. 제2 외벽부(17)는 냉매 채널(13)의 중심축에 대해 제1 외벽부(15)와 대향하며, 가령 X-축 방향을 따라 냉매 채널(13)을 따라 연장된다. 제1 외벽부(15)는 외측과 마주한 제1 외면(151)을 제공하고 제2 외벽부(17)는 평면의 제2 외면(171)에 제공한다. 제2 외면(171)은 평면의 제1 외면(151)과 평행한 면인 반면 이와 대향한다.
냉매 분배기(10)의 외부와 냉매 채널(13)을 유체 연결하기 위해, 복수의 냉매 접합부(14)가 제2 방향, 즉 Y-방향으로 제 1 외벽부(15)를 관통하도록 천공 및/또는 밀링된다. 냉매 접합부(14)를 형성하는 것으로, 복수의 냉매 포트(16)가 평면의 제 1 외면(151) 상에 형성되고, 각각의 냉매 포트(16)는 포트 개구(162) 및 포트 개구(162)를 완전히 둘러싸는 플랜지부(161)를 포함한다. 다시 말해, 각 냉매 접합부(14)는 냉매 채널(13)과 대응하는 냉매 포트 개구(162)를 연결하는 추가 채널을 제공한다.
도 3에 도시된 실시예에서, 각각의 포트 개구들(162) 및 각각의 냉매 접합부(14)는 직사각형 단면을 가지나, 이로써 한정되는 것은 아니고 다른 형상의 단면을 가지는 것이 가능하다. 냉매 접합부(14) 및 냉매 포트(16)의 단면 형상 및 치수는 후술되는 바와 같이, 전지 모듈 하우징의 냉매 덕트의 단면 형상 및 치수에 맞추어진다. 냉매 포트(16)는 제 1 방향 (X-방향)을 따라 더 정렬된다. 즉 냉매 포트(16)는 냉매 입구(131)에서 냉매 출구(132)까지 선형의 경로 상에 배치된다. 각 냉매 포트(16)의 플랜지부(161)는 하나의(제1) 냉매 접합부(14)의 포트 개구(162)와 적어도 하나의 이웃한 냉매 접합부(14)의 포트 개구(162)를 분리한다. 특히, 인접한 포트 개구(162) 사이에는 접합 분리기(152)가 마련되는 바, 이 접합 분리기(152)는 제 1 외면(151)으로부터 제 2 방향(Y-방향)으로 돌출된다. 따라서, 접합 분리기(152)는 인접한 냉매 접합부(14)를 분리하는 벽의 연장부를 이룬다.
또한, 제1 방향(X)을 따라 놓이는 가상의 선을 L1이라 하고, 제2 방향(Y)을 따라 놓이며 L1을 지나는 가상의 선을 L2라 하며, L1과 L2 사이의 각을 α라 할 때, α는 30° 내지 110° 의 범위를 만족한다. α는 중공 프로파일(11)에서 냉매 접합부(14)로 냉매의 흐름이 용이하게 이루어질 수 있도록 30° 내지 90° 범위를 만족하는 것이 좋다. 도 3에 도시된 실시예에서, L1은 프로파일(11)의 중심축을 따라 배치되고, L2는 냉매 접합부(14)의 중심축을 따라 배치될 수 있으며, α는 90° 로 이루어진다.
도 3의 냉매 분배기(10)는 냉매 분배기(10)의 냉매 입구(131) 부위에 형성된 입구 연결부(181)를 더 포함한다. 입구 연결부(181)는 냉매 입구(131)의 프로파일(11) 말단으로부터 제1 방향(X-방향)을 따라 연장한 냉매 채널(13)의 부분을 호우닝(honing)하는 것으로 형성될 수 있다. 따라서, 입구 연결부(181)는 냉매 채널(13)의 일 섹션을 이루게 되는데, 이 섹션의 외벽부 두께는 다른 부위의 외벽부의 두께 비해 감소된 벽 두께를 갖는다. 따라서, 입구 연결부(181)와 잔여 냉각 채널(13) 사이에 단차(182)가 마련된다. 냉매 분배기(10)는 냉매 분배기(10)의 냉매 출구(132) 측에 배치된 출구 연결부를 더욱 포함한다. 출구 연결부는 냉매 출구(132)의 프로파일(11) 말단으로부터 제1 방향(X-방향)을 따라 연장한 냉매 채널(13)의 부분을 호우닝(honing)하는 것으로 형성될 수 있다. 이에 출구 연결부도 냉매 채널(13)의 일 섹션을 이루게 되는데, 이 섹션의 외벽부 두께는 다른 부위의 외벽부의 두께 비해 감소된 벽 두께를 갖는다.
도 4는 일 실시예에 따른 전지 모듈 하우징(20)의 개략적인 사시도를 도시한다. 전지 모듈 하우징(20)은 상부면(211)을 포함하며, 복수의 전지 셀(도시하지 않음)을 지지하도록 구성된 바닥 플레이트(21)을 포함한다. 두 개의 측벽(28)은 바닥 플레이트(21)의 측벽으로부터 상방으로 연장되어 바닥 플레이트(21)와 연속적으로 이어진다. 본 실시예에 있어, 바닥 플레이트(21)와 측벽(28)은 압출 성형된 U자형 알루미늄 프로파일에 의해 구성될 수 있다. 중공(26)이 경량 전지 모듈 하우징(20)을 제공하기 위해 측벽(28)에 배치된다. 전지 모듈 하우징(20)의 다른 특징은, 도 4 및 5의 압출 U자형 알루미늄 프로파일이 도 1 및 2의 전지 모듈 하우징(50)과 동일하므로, 도 1 및 2에 대한 것으로 설명될 수 있다.
실시예에 따른 전지 모듈 하우징(20)은 도 1 및 도 2의 전지 모듈 하우징의 냉매 덕트(54)와 동일한 복수의 냉매 덕트(22)를 포함한다. 전지 모듈 하우징(20)의 냉매 덕트(22)는 도 1 및 도 2의 전지 모듈 하우징의 덕트 분리기(55)와 유사한 덕트 분리기(29)에 의해 분리되어 있다. 바닥 플레이트(21)에 내장된 각 냉매 덕트(22)는 바닥 플레이트(21)의 제 1 측벽(24)의 입구 개구(23)를 제 1 측벽과 대향 배치된 제2 측벽(미도시)의 출구 개구(미도시)와 유체 연통한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전지 모듈 하우징(20)은 도 3에 도시된 것과 같은 냉매 분배기(10)를 더욱 포함한다. 냉매 분배기(10)는 바닥 플레이트(21)의 제1 측벽(24)과 냉매 분배기(10)의 평면인 제1 외면(151)(도 3 참조)이 서로 마주하여 바로 이웃할 수 있도록, 바닥 플레이트(21)에 용접된다. 용접 이음매(seam)가 바닥 플레이트(21)의 제1 측벽(24)과 냉매 분배기(10)의 평면의 제1 외면(151)의 공통 주변 영역을 따라 형성된다. 도 4와 같이 바닥 플레이트(21)와 냉매 분배기(10)가 용접된 상태에서, 냉매 분배기(10)의 각 냉매 포트(16)는 바닥 플레이트(21)의 매설 냉매 포트(22)와 정렬된다. 여기서, 포트 개구(162)는 입구 개구(23)와 정렬되고 플랜지부(161)는 각 입구 개구(23)를 제한하는 덕트 분리기(29)와 정렬된다. 이에 따라, 각 냉매 접합부(14)를 통해 냉매 분배기(10)의 냉매 입구(131)와 바닥 플레이트(21)의 각 매설 냉매 덕트(22) 사이에 연속적인 유체 연결이 형성된다.
도 5는 제 2 방향 (Y-방향)을 따른 도 4의 전지 모듈 하우징의 단면을 도시한다. 이 단면은 제 1 외벽(15)에 형성된 냉매 접합부(14)와 바닥 플레이트(21)에 내장된 냉매 덕트(22) 사이의 유체 연결을 도시한다. 또한, 이 단면은 냉매 채널(13)의 튜브형 프로파일(11)이 제 1 외벽(15) 및 제 2 외벽(17)과 이어진 것을 도시한다. 또한, 도 5의 단면은 바닥 플레이트(21)의 냉매 덕트(22) 사이에 덕트 분리기(29)가 바닥 플레이트(21)의 제1 측벽(24)에 대해 약간 뒤로 자리하여 냉매 분배기(10)의 평면의 제1 외면(151)로부터 돌출한 접합 분리기(152)와 상호 결합된 것을 도시한다. 본 실시예에서, 덕트 분리기(29)과 접합 분리기(152) 사이의 접촉면은, 제1 측벽(24)과 평면의 제1 외면(151) 사이의 용접 연결(27)에 대해 제2 방향(Y-방향)을 따라 쉬프트된다.
도 6 내지 도 8은 실시예에 따른 파이프 커플링(30)을 도시한 도면들이다. 파이프 커플링(30)은 연결 채널(38)을 둘러싸는 몰드 성형된 중공 프로파일(31)을 포함한다. 연결 채널(38)은 본 발명에 따른 두 개의 냉매 분배기(10)의 냉매 채널(13)과 조인트 냉매 채널을 형성하도록 구성된다. 몰드 성형된 중공 프로파일(31)은 플라스틱 수지로 사출 성형되고, 제 1 말단부(331)에 배치된 제 1 볼록부(321) 및 제 2 말단부(332)에 배치된 제 2 볼록부(322)를 포함한다. 여기서, 제 1 볼록부(321) 및 제 2 볼록부(322)는 몰드 성형된 중공 프로파일(31)의 나머지 부위보다 큰 원주를 가지며, 연결 채널(38)의 직경은 몰드 성형된 중공 프로파일(31)의 전체 길이에 걸쳐 일정 할 수 있다.
제 1 원주형 개스킷(341)은 제 1 볼록부(321)에 배치되어 제 1 볼록부(321) 내에서 몰드 성형된 중공 프로파일(31)를 원주 방향으로 둘러싼다. 제1 볼록부(321)는 몰드 성형된 중공 프로파일(31)의 나머지 부위와 동일한 원주를 갖는 함몰부를 포함할 수 있다. 제1 원주형 개스킷(341)은 이 함몰부에 배치될 수 있다. 제1 볼록부(321)는 냉매 분배기의 냉매 채널(13) 내로 슬라이딩되어 삽입될 수 있도록 구성된다.
제 2 원주형 개스킷(342)은 제 2 볼록부(322)에 배치되어 제 2 볼록부(322) 내에서 몰드 성형된 중공 프로파일(31)를 원주 방향으로 둘러싼다. 제2 볼록부(322)는 몰드 성형된 중공 프로파일(31)의 나머지 부위와 동일한 원주를 갖는 함몰부를 포함할 수 있다. 제2 원주형 개스킷(342)은 이 함몰부에 배치될 수 있다. 제2 볼록부(322)는 냉매 분배기의 냉매 채널(13) 내로 슬라이딩되어 삽입될 수 있도록 구성된다.
파이프 커플링(30)은 몰드 성형된 중공 프로파일(31)의 외면(36)으로부터 돌출된 비틀림 보호 부재(35)를 더욱 포함한다. 도시된 실시예에 따르면, 비틀림 보호 부재(35)는 중공 프로파일(31)의 외면(36) 중심부, 가령 양 볼록부(321,322) 사이에서 돌출되고 중공 프로파일(31)과 공유 압출된 평탄하고 2차원적인 부재이다. 비틀림 보호 부재(35)와 외면(36) 사이에는 교차선이 제1 방향(X-방향)으로 연장한다.
도시된 비틀림 보호 부재(35)는 우선 외면(36)으로부터 수직으로 돌출하고, 제 3 방향으로 약 90 °로 굽어지며 제 3 방향과는 다른 제 4 방향으로 약 90 °로 굽어진다. 따라서, 도시된 비틀림 보호 부재(35)의 제 1 부분(351)은 외면(36)에 거의 수직하고, 제 2 부분(352)은 제 1 부분(351)에 대해 거의 수직으로 연장하며, 비틀림 보호 부재(35)의 제 3 부분(353)은 제 1 부분(351)과 거의 평행하다. 비틀림 보호 부재(35)의 단면 형상은 도 8에 도시된 바와 같이, S 자형이다.
파이프 커플링(30)이 적어도 하나의 냉매 분배기(10)의 냉매 채널(13)에 삽입되고, 파이프 커플링(30)의 적어도 하나의 회전 상태에서, 비틀림 보호 부재(35)는 전지 모듈 하우징(20)의 바닥 플레이트(21)의 하부면(212)(도 9 참조)과 결합될 수 있도록 구성된다. 즉, 비틀림 보호 부재(35)가 어느 표면과 결합하면, 비틀림 보호 부재(35)는 파이프 커플링(30)의 임의 회전 운동을 막기 위해 충분한 길이와 강도를 가진 레버로서 구성된다.
도시된 비틀림 보호 부재(35)는 적어도 하나의 커버 부재(37)를 더욱 포함한다. 본 실시예에서, 비틀림 보호 부재(35)는 평탄하고 2차원적인 비틀림 보호 부재(35)의 최외측 가장자리의 2개 코너 중 제1 코너에 배치된 제1 커버 부재(371)와, 비틀림 보호 부재(35)의 최외측 가장자리의 2개 코너 중 제 2코너에 배치된 제2 커버 부재(372)를 포함한다. 각 커버 부재(371, 372)는 기본 형상을 컵 모양으로 하며, 나머지 비틀림 보호 부재(35)에 연속적으로 이어진다. 여기서, 컵 상의 커버 부재(371, 372)의 직경과 깊이는 파이프 커플링(30)이 결합될 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트의 하부면으로부터 돌출된 나사 헤드의 직경과 높이에 맞추어진다. 커버 부재(371, 372)는 파이프 커플링(30)의 적어도 하나의 회전 상태에서, 나사 헤드들 중 각각 하나를 끼워 맞춤으로 수용할 수 있도록 구성된다.
도 9는 일 실시예에 따른 전지 시스템 하우징(40)을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 10 및 도 11은 전지 시스템 하우징(40)의 상세도이다. 기본적으로 본 발명의 전지 시스템 하우징(40)은 본 발명에 따른 전지 모듈 하우징(20)을 포함한다. 여기서, 전지 모듈 하우징(20)의 바닥 플레이트(21)에 용접된 한 쌍의 냉매 분배기(10)는 본 발명에 따른 파이프 커플링(30)을 통해 상호 연결된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 파이프 커플링(30a)은 제 1 전지 모듈 하우징(20a)과 제 2 전지 모듈 하우징(20b) 사이에서 제 1 냉매 분배기(10a)에 삽입되고 제 2 냉매 분배기(10b)의 냉매 입구(131)에 결합될 수 있도록 구성된다. 또한, 제 2 파이프 커플링(30b)은 제 2 전지 모듈 하우징(20b)과 제 3 전지 모듈 하우징(20c) 사이에서 제 3 냉매 분배기(10c)에 삽입되고 제 2 냉매 분배기(10b)의 냉매 출구(132)에 결합될 수 있도록 구성된다. 여기서, 파이프 커플링(30)의 볼록부(321, 322)의 축 방향 연장 부분은, 냉매 분배기(10)의 입구 연결부(181)와 출구 연결부의 축 방향 연장 부분을 초과한다. 이에 따라, 파이프 커플링(30)은 전지 모듈 하우징(20)의 연결을 위해 이웃한 전지 모듈 하우징(20)의 냉매 분배기(10)로 이동 및 삽입할 수 있도록 축 방향으로 옮겨질 수 있다.
파이프 커플링(30)의 축 방향 변위가 도 10에 보다 상세히 도시되어 있다. 도 10은 냉매 분배기(10)의 볼록부(322)의 외주가 냉매 분배기(10)의 냉매 채널(13)의 내부 직경에 맞추어진 것을 도시한다. 원주형 개스킷(342)이 냉매 채널(13)의 내부 직경을 초과할 수 있으나, 이 원주형 개스킷(342)은 냉매 채널(13)에 삽입되어 가압-밀착 밀봉을 제공할 수 있다.
도 9 및 도 11은 전지 모듈 하우징(20)의 하부 플레이트(21)의 하부면 (212)으로부터 돌출된 2 개의 스크류 헤드(25)를 더욱 도시한다. 파이프 커플링(30)의 축 방향 슬라이딩에 의해, 양 원주형 개스킷(341,342)이 냉매 분배기(10)의 냉매 채널(13) 내로 삽입됨으로써 이웃한 냉매 분배기(10)는 유체 연통될 수 있다. 이러한 축 방향 위치에서, 파이프 커플링(30)은 비틀림 보호 부재(35)가 이웃한 전지 모듈 하우징(20)의 바닥 플레이트(21)의 하부면(212)에 결합될 때까지 그 중심축을 중심을 회전할 수 있다. 비틀림 보호 부재(35)의 디자인 및 치수, 특히 커버 부재(371, 372)의 위치 및 치수는 바닥 플레이트(21)의 하부면으로부터 돌출된 스크류 헤드(25)의 위치 및 치수에 맞추어질 수 있다. 따라서, 비틀림 보호 부재(35)가 전지 모듈 하우징(20)의 바닥 플레이트(21)와 결합되는 상태로 비틀림 보호 부재(35)가 회전되었을 때, 커버 부재(371,372) 각각은 스크류 헤드(25) 중 하나를 꼭 맞게 수용한다. 나아가, 상기한 회전 상태는 비틀림 보호 부재(35) 및, 원주형 개스킷(341, 342)과 냉매 분배기(10)의 냉매 채널(13) 사이의 마찰에 의해 안정성이 보장되므로, 파이프 커플링(30)은 임의의 추가 축 방향 변위에 대해 대응력을 가질 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
-부호의 설명-
10 냉매 분배기
11 중공
12 외벽l
13 냉매 채널
131 냉매 입구
132 냉매 출구
14 냉매 접합부
15 제1 외벽부
151 평면인 제1 외면
152 접합 분리기
16 냉매 포트
161 플랜지부
162 포트 개구
17 제2 외벽
171 평면이 제2 외면
181 입구 연결부
182 단차
20 전지 모듈 하우징
21 바닥 플레이트
211 바닥플레이트의 상부면
212 바닥 플레이트의 하부면
22 냉매 덕트
23 입구 개구
24 제1 측벽
25 스크류 헤드
26, 53 중공
27 용점 연결
28 측벽
29 덕트 분리기
30 파이프 커플링
31 몰드 성형된 중공 프로파일
32 볼록부
33 말단부
35 비틀림 보호 부재
36 몰드 성형된 중공 프로파일의 외면
37 커버 부재
38 연결 채널
40 전지 시스템 하우징
50 전지 모듈 하우징
51 바닥 플레이트
52 측벽
54 냉매 덕트
55 덕트 분리기

Claims (17)

  1. 제1 방향으로 길게 연장되고, 냉매 채널을 둘러싸며 상기 제1 방향을 따라 냉매 입구와 냉매 출구와 유체 연결하는 적어도 하나의 외벽을 포함하는 중공 프로파일; 및
    제2 방향으로 상기 적어도 하나의 외벽의 제1 외벽부를 통과하여 연장되며, 상기 냉매 채널과 냉매 포트 사이에 유체 연결을 제공하는 복수의 냉매 접합부
    를 포함하며,
    상기 냉매 포트는 상기 제1 외벽부에 배치되는 포트 개구와 상기 포트 개구를 둘러싸는 플랜지부를 포함하고,
    상기 복수의 냉매 접합부의 포트 개구는 제1 방향으로 정렬되며,
    상기 제1 방향을 따라 놓이는 가상의 선을 L1, 상기 제2 방향을 따라 놓이며 상기 L1을 지나는 가상의 선을 L2, 상기 L1와 L2 사이의 각을 α라 할 때, α가 30° 내지 110° 인, 전지 모듈 하우징용 냉매 분배기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 채널은 관형 프로파일이고, 상기 복수의 포트 개구는 상기 중공 프로파일의 제1 외벽부의 평면 제1 외면에 배치되는, 전지 모듈 하우징용 냉매 분배기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 평면의 제1 외면에 평행 또는 수직하게 배치된 평면의 제2 외면을 갖는 제2 외벽부를 더욱 포함하는, 전지 모듈 하우징용 냉매 분배기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 외벽부 및 상기 제2 외벽부의 단면 두께가 상기 중공 프로파일의 나머지 부분의 단면 두께를 초과하는, 전지 모듈 하우징용 냉매 분배기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 α가 90° 인, 전지 모듈 하우징용 냉매 분배기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 L1이 상기 중공 프로파일을 중심축을 따라 배치되고, 상기 L2는 상기 냉매 접합부의 중심축을 따라 배치되는, 전지 모듈 하우징용 냉매 분배기.
  7. 제1 방향으로 길게 연장되고, 냉매 채널을 둘러싸며 상기 제1 방향을 따라 냉매 입구와 냉매 출구와 유체 연결하는 적어도 하나의 외벽을 포함하는 알루미늄 프로파일을 압출 성형하고, 그리고,
    상기 냉매 채널과 냉매 포트 사이에 유체 연결을 제공하기 위해, 제2 방향으로 상기 적어도 하나의 외벽의 제1 외벽부를 통과하도록 밀링 및/또는 천공에 의해 복수의 냉매 접합부를 형성하는
    단계를 포함하며,
    상기 냉매 포트는 상기 제1 외벽부에 배치되는 포트 개구와 상기 포트 개구를 둘러싸는 플랜지부를 포함하고, 상기 복수의 냉매 접합부의 포트 개구는 제1 방향으로 정렬되며, 상기 제1 방향을 따라 놓이는 가상의 선을 L1, 상기 제2 방향을 따라 놓이며 상기 L1을 지나는 가상의 선을 L2, 상기 L1와 L2 사이의 각을 α라 할 때, α가 30° 내지 110° 인, 전지 모듈 하우징용 냉매 분배기의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    감소된 외벽의 두께를 갖는 적어도 하나의 입구 연결부 또는 출구 연결부를 형성하기 위해 상기 냉매 입구 및/또는 상기 냉매 출구의 적어도 일부분을 호우닝하는 단계를 더욱 포함하는, 전지 모듈 하우징용 냉매 분배기의 제조방법.
  9. 복수의 전지 셀을 지지하도록 구성된 상부면을 갖는 바닥 플레이트; 및
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 냉매 분배기
    를 포함하고,
    상기 바닥 플레이트는 상기 바닥 플레이트의 길이 방향으로 상기 바닥 플레이트를 통과하도록 연장된 복수의 내장 냉매 덕트를 포함하고,
    상기 복수의 냉매 덕트 각각은 상기 바닥 플레이트의 제1 측벽 내의 입구 개구와 상기 바닥 플레이트의 제2 측벽 내의 출구 개구를 유체 연결하며,
    상기 냉매 분배기는 상기 바닥 플레이트의 상기 제1 측벽에 용접되고,
    상기 제1 외벽부는 상기 제1 측벽에 견고히 결합되고, 상기 복수의 포트 개구 각각은 상기 복수의 입구 개구 중 하나와 정렬되고, 상기 복수의 냉매 덕트는 상기 플랜지부에 의해 서로 밀봉되는, 전지 모듈 하우징.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 바닥 플레이트는 압출 성형된 알루미늄 프로파일이고, 상기 냉매 분배기는 압출 성형된 알루미늄 프로파일인, 전지 모듈 하우징.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 수직하고 상기 내장 냉매 덕트가 상기 제2 방향으로 연장된, 전지 모듈 하우징.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 다른 냉매 분배기를 더욱 포함하고,
    상기 다른 냉매 분배기는 상기 바닥 플레이트의 제2 측벽에 용접되고,
    상기 제1 외벽부는 상기 제2 측벽에 견고히 결합되고, 상기 복수의 포트 개구 각각은 상기 복수의 출구 개구 중 하나와 정렬되고, 상기 복수의 냉매 덕트는 상기 플랜지부에 의해 서로 밀봉되는, 전지 모듈 하우징.
  13. 복수의 전지 셀을 지지하도록 구성된 상부면을 가지는 알루미늄 바닥 플레이트를 압출 성형하고,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 냉매 분배기를 제공하고, 그리고,
    상기 제1 외벽부가 상기 제1 측벽에 견고히 결합되고, 상기 복수의 포트 개구 각각은 상기 복수의 입구 개구 중 하나와 정렬되고, 상기 복수의 냉매 덕트는 상기 플랜지부에 의해 서로 밀봉되도록 상기 바닥 플레이트의 상기 제1 측벽에 상기 냉매 분배기를 용접하는
    단계를 포함하며,
    상기 바닥 플레이트는 상기 바닥 플레이트의 길이 방향으로 상기 바닥 플레이트를 통과하도록 연장된 복수의 내장 냉매 덕트를 포함하고,
    상기 복수의 냉매 덕트 각각은 상기 바닥 플레이트의 제1 측벽 내의 입구 개구와 상기 바닥 플레이트의 제2 측벽 내의 출구 개구를 유체 연결하는,
    전지 모듈 하우징의 제조방법.
  14. 제1 전지 모듈 하우징의 제1 냉매 분배기와 제2 전지 모듈 하우징의 제2 냉매 분배기를 상호 연결하기 위한 파이프 커플링로서,
    상기 제1 냉매 분배기 및 상기 제2 냉배 분배기와의 조인트 냉매 채널을 형성하도록 구성된 모들 성형된 중공 프로파일;
    상기 제1 냉매 분배기의 중공 프로파일의 단면 형태에 대응하는 단면 형태를 가진 상기 몰드 성형된 중공 프로파일의 제1 말단부에 제공된 제1 볼록부;
    제1 볼록부에 설치된 제1 원주형 개스킷;
    상기 제2 냉매 분배기의 중공 프로파일의 단면 형태에 대응하는 단면 형태를 가진 상기 몰드 성형된 중공 프로파일의 제2 말단부에 제공된 제2 볼록부;
    상기 제2 볼록부에 설치된 제2 원주형 개스킷; 및
    상기 몰드 성형된 중공 프로파일의 외면으로부터 돌출되고, 상기 파이프 커플링의 적어도 하나의 회전 상태에서 상기 제1 전지 모듈 하우징과 상기 제2 전지 모듈 하우징의 적어도 하나의 바닥 플레이트에 접촉하도록 구성된 적어도 하나의 비틀림 보호 부재
    를 포함하며,
    상기 제1 볼록부는 상기 제1 냉매 분배기의 상기 냉매 출구에 가압-밀착 밀봉되고, 상기 제2 볼록부는 상기 제2 냉매 분배기의 상기 냉매 입구에 가압-밀착 밀봉된, 파이프 커플링.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 비틀림 보호 부재는, 상기 제1 전지 모듈 하우징과 상기 제2 전지 모듈 하우징 중 적어도 하나의 바닥 플레이트의 하부면으로부터 돌출된 적어도 하나의 스크류 헤드를 꼭 맞게 수용하도록 구성된 적어도 하나의 커버 부재를 포함하는 파이프 커플링.
  16. 제9항에 따른 복수의 전지 모듈 하우징; 및
    제14항에 따른 복수의 파이프 커플링
    을 포함하며,
    상기 복수의 전지 모듈 하우징 각각은, 상기 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트에 배치된 복수의 정렬된 전지 셀을 갖는 전지 모듈을 포함하고,
    상기 파이프 커플링은,
    상기 제1 냉매 분배기 및 상기 제2 냉배 분배기와의 조인트 냉매 채널을 형성하도록 구성된 모들 성형된 중공 프로파일;
    상기 제1 냉매 분배기의 중공 프로파일의 단면 형태에 대응하는 단면 형태를 가진 상기 몰드 성형된 중공 프로파일의 제1 말단부에 제공된 제1 볼록부;
    제1 볼록부에 설치된 제1 원주형 개스킷;
    상기 제2 냉매 분배기의 중공 프로파일의 단면 형태에 대응하는 단면 형태를 가진 상기 몰드 성형된 중공 프로파일의 제2 말단부에 제공된 제2 볼록부;
    상기 제2 볼록부에 설치된 제2 원주형 개스킷; 및
    상기 몰드 성형된 중공 프로파일의 외면으로부터 돌출되고, 상기 파이프 커플링의 적어도 하나의 회전 상태에서 상기 제1 전지 모듈 하우징과 상기 제2 전지 모듈 하우징의 적어도 하나의 바닥 플레이트에 접촉하도록 구성된 적어도 하나의 비틀림 보호 부재
    를 포함하며,
    상기 제1 볼록부는 상기 제1 냉매 분배기의 상기 냉매 출구에 가압-밀착 밀봉되고, 상기 제2 볼록부는 상기 제2 냉매 분배기의 상기 냉매 입구에 가압-밀착 밀봉된, 전지 시스템 하우징.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 각 파이프 커플링의 비틀림 보호 부재는, 상기 제1 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트의 하부면으로부터 돌출된 제1 스크류 헤드를 꼭 맞게 수용하도록 구성된 제1 커버 부재와 상기 제2 전지 모듈 하우징의 바닥 플레이트의 하부면으로부터 돌출된 제2 스크류 헤드를 꼭 맞게 수용하도록 구성된 제2 커버 부재를 포함하는 전지 시스템 하우징.
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