KR20080110733A - 에너지 저장 장치용 열 교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 에너지 저장 셀(2)로 구성된 에너지 저장 장치용 열 교환기(1)에 관한 것으로, 열 교환기(1)는 열을 전도하면서 에너지 저장 장치(3)의 하나 이상의 에너지 저장 셀(2)과 연결되어 있다. 이때 에너지 저장 장치(3)는 하우징(4)으로 둘러싸여 있고 에너지 저장 셀(2)은 주변으로 가스를 배출시키기 위한 하나 이상의 안전 미세구(5)를 구비한다. 열 교환기(1)는 최소한 일부는 하나 이상의 하우징 면을 형성하고 열 교환기(1)는 삽입구(6)를 구비하며 삽입구 위로 에너지 저장 셀(2)의 안전 미세구(5)가 하우징 주변과 연결하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 저장 장치용 열 교환기{HEAT EXCHANGER FOR AN ENERGY STORAGE DEVICE}
본 발명은 차량, 바람직하게 하이브리드 구동 차량에 장착되는 에너지 저장 장치용 열 교환기에 관한 것이다. 하이브리드 차량은 상이한 구동 개념이 복합된 차량으로 대개 내연기관과 전기 기계의 조합을 이룬다.
전기 기계는 일반적으로 시동 모터(스타터)/제너레이터 및/또는 전기 모터 드라이브 시스템이다. 제너레이터로서의 전기 기계는 브레이크 에너지의 변환을 가능하게 한다. 즉, 차량의 운동 에너지가 제너레이터로 인하여 전기 에너지로 변환, 저장된다. 스타터의 기능은 내연기관의 시동을 가능하게 한다. 추가 모터 드라이브로서 전기 기계의 장착은, 예를 들어 차량 가속 또는 차량의 순수 전기 모터 드라이브를 위한 추가적인 토크의 발생을 가능하게 한다. 또한, 하이브리드 차량은 적어도 에너지 흐름 제어 및 에너지 저장을 위한 전자 기기를 제시한다.
에너지 저장 장치는 에너지 저장 셀의 시리즈 서킷과 추가 전자부품으로 구성된다. 에너지 저장 셀은 일반적으로 제어 전자 기기와 병행하여 차량 내의 폐쇄된 하우징에 설치된다. 에너지 저장 셀에서 나오는 가스를 배출시킬 경우를 위해, 일정한 구멍(홀) 또는 누출구가 설치되었다. 전기 기계의 고 전력으로 인하여, 하 이브리드 드라이브에서, 무엇보다도 에너지 저장 장치에서 내보내지는 높은 방산열을 초래한다. 높은 방산열은 에너지 저장 셀 사이에 설치된 열 교환기를 거쳐 외부로 운반 및 환류하는 공기를 통해 배출된다.
그러한 실시의 단점은, 특히 승객공간 외에서 에너지 저장 장치의 장착시 결함이 있을 경우, 에너지 저장 셀에서 나오는 가스의 배출이 어려운 상태로 된다는 것이다. 이는 한편으로는 배터리 셀에 습기나 불순물이 생기지 않도록 하우징의 밀착이 현저하게 요구되기 때문이다.
그리고 다른 한편으로는 하우징이 가스 배출 및 가능한 응축수 배출을 위한 일종의 누출구를 가져야만 하기 때문이다. 밀착이 필요하면서도 원하지 않는 가스 및 액체의 배출을 필요로 하는 모순이 생긴다. 또 다른 단점은, 예를 들어 DE 90 11 893 US1에서 볼 수 있는 바와 같이, 지금까지 일반적으로 열 교환기의 배열은 에너지 저장 셀 사이에서 방산열의 배출을 위한 것이었고, 그러한 배열로 인하여 에너지 저장 장치의 부피가 커지며, 이는 특히 차량에 장착할 경우, 원하지 않는 공간부족의 확대를 초래한다는 점이다. 그러나 에너지 저장 셀에서의 높은 방산열과 이러한 부족한 공기 냉각으로 인해 열 교환기 및 전적으로 환류 공기를 통한 냉각을 포기할 수 없다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 종래기술의 두 가지 단점들을 회피하고 복합적인 에너지 저장 장치를 제공하고자 하는 것이다. 에너지 저장 장치의 하우징은 승객 공간 외의 장치에 필요한 밀착을 형성하면서 동시에 결함이 있는 경우에 나오는 가스 및 액체를 외부로 배출하게 한다.
본 발명에 따른 방안은 열 교환기가 적어도 부분적으로 하나 이상의 하우징 면을 형성하고, 열 교환기가 삽입구를 구비하며 상기 삽입구를 통해 에너지 저장 셀의 안전 미세(微細)구가 하우징(주변)과 연결되어 위치되도록 설계하는 것이다.
본 발명에 따른 방안으로 인하여 열 교환기의 기능은 하우징의 다수 기능통합으로 확대되면서 동시에 구성부품이 감축된다.
열 교환기가 하우징을 받혀주는 부분에 놓여짐으로써 한편으로는 하우징 벽이 생략될 수 있으며, 다른 한편으로는 하우징 내에 배열되는 열 교환기가 생략될 수 있다. 따라서, 에너지 저장 장치 구성부품의 감축과 보다 컴팩트한 조립 방식을 도모하는데, 이는 에너지 저장 셀 사이에 배열된 열 교환기를 생략시킴으로써, 에너지 저장 셀이 밀접하게 배열될 수 있기 때문이다.
열 교환기에 있는 삽입구는 만일 에너지 저장 셀의 안전 미세구에서 가스가 나올 경우 이러한 가스를 주변으로 배출시키게 한다. 에너지 저장 셀의 안전 미세구가 열리면 열 교환기 삽입구를 통하여 나오는 가스는 외부로 배출된다. 이는 저장 장치 내부에서 폭발위험이 있는 무통제적인 과압과 추가설치된 전자 기기의 손상을 막는다.
이러한 이유로 하우징은 완전 밀착될 수 있다. 그럼으로써 하우징 안으로 들어가는 오염 또는 액체로 인하여 생기는 에너지 저장 셀 또는 전자 기기 유닛의 불순 위험은 추가적으로 줄어들게 된다. 기술상 통용되어 정의되는 개구부 또는 누출구는 생략될 수 있다.
우선, 에너지 저장 셀은 열 교환기에 고정되어 있음으로써 열 교환기는 에너지 저장 셀에서 나오는 열 방사를 수용할 뿐만 아니라 에너지 저장 셀에서 열 교환기로의 직접적인 열전달이 실행될 수 있다. 에너지 저장 셀의 고정은, 예를 들면 간접적으로 열 교환기 주변에 고정된 하우징의 삽입을 통해서 또는 무엇보다도 높은 열전도성의 제시 및 절연되는 주조재를 통해서도 고정될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 에너지 저장 셀의 축을 이루는 끝 부분에 안전 미세구가 배열되어 있으며, 에너지 저장 셀은 안전 미세구가 열 교환기에 있는 삽입구에 바로 놓여 열 교환기에 고정되어 있다. 이로써 에너지 저장 셀에서 나오는 가스는, 하우징의 내부에 예를 들어 호스- 및 통로연결을 통하여서만 가스를 외부로 보내지는 것이 아니라 안전 미세구로부터 직접 주변으로 배출된다. 이는 조립 시간 및 결함을 줄인다.
삽입구는 무엇보다도 에너지 저장 셀의 직경보다 작아서 안전 미세구가 있는 에너지 저장 셀의 축을 이루는 끝 부분만이 주변과 연결된다. 에너지 저장 셀의 표면과 열 교환기의 실링은 - 내부 또는 외부를 막론하고 - 주변 공기(대기)가 삽입구를 통하여 하우징 내부로 도달하지 않게 한다.
에너지 저장 셀의 에너지 흐름을 제어하기 위한 전기 모듈은, 에너지 저장 셀과 같은 주변 조건을 필요로 하기 때문에, 즉 가능한 한 적은 오염과 가능한 한 높은 열의 배출을 필요로 하기 때문에, 전자 기기 모듈 또한 하우징의 내부에 자리잡아 열 교환기와 연결을 제공하고 있다.
아울러 에너지 저장 셀을 완전히 주조재에 주입할 수 있게 하였다. 이의 장점은 에너지 저장 셀에서 가장 차가운 부위가 열 교환기와 연결된 셀 기저라는 것이다. 응축수가 항시 가장 차가운 부위에 형성되기 때문에 이로 인하여 바람직하게는 삽입구를 통해 주변과 연결된 영역에서 융해점, 즉 공기가 응축되어 셀의 기저에 놓여 지는 온도범주가 된다. 이 영역은 민감한 전자 기기와 멀리 떨어져 있기 때문에 전자 기기가 응축수로부터 보호된다.
열 교환기의 냉각제는 열 교환기 관류 냉각액이다. 하지만 높은 방사열에 비해 낮은 열 수용으로 인하여 적합도가 낮은 공기 또한 냉각제로서 사용될 수 있다. 이미 기술상 투입되는 팽창 가스 또는 액체를 이용한 냉각 또한 본 발명에 따른 열 교환기에도 가능하다. 하지만 이의 구체적 실시는 순수 액체 냉각보다 기술적으로 어렵기 때문에 바로 이것이 액체 냉각을 선호한 이유이다.
이하, 첨부 도면에 따라 본 발명의 추가 구성요소, 장점 및 형상을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 열 교환기 상의 에너지 저장 셀의 배열을 나타낸 도면이고,
도 2는 열 교환기에 있는 삽입구가 도시된 도 1에 따른 배열을 나타낸 도면이며,
도 3은 전기 모듈을 병행한 구비한 장치를 나타낸 도면이며,
도 4는 밀폐된 에너지 저장 장치를 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 열 교환기(1) 위의 에너지 저장 셀(2)의 배열을 제시한다. 에너지 저장 셀(2)은 열 교환기(1) 위에 고정되어 열을 전도하는 열 교환기와 연결된다. 안전 미세구(5)(도 2)를 구비하는 전극(8) 반대쪽에서 고정된다. 고정을 위해, 열 교환기(1)에는 에너지 저장 셀(2)이 삽입될 수 있는 오목한 부분(9)이 마련되어 있다. 그러므로 에너지 저장 셀(2)이 더 이상 들어가지 않을 때까지 도 2에 표시된 삽입구 안으로 최소한 부분적으로 삽입될 수 있다. 에너지 저장 셀(2)은 아주 밀접하게 잇닿아 배열되어 있는데 이러한 이유는 저장 셀 사이에 놓여지는 열 교환기가 생략될 수 있기 때문이다. 열 교환기(1)는 에너지 저장 셀(2)에서 열 교환기(1)로 전달되는 열을 배출시키는 냉각제의 유입 및 배출을 위한 유입구(10) 및 배출구(11)를 구비한다.
도 2는, 도 1에 도시된 배열을 하단 측에서 나타냄으로써 열 교환기(1)에 있는 삽입구(6)를 보여주기 위한 것이다. 여기에서 잘 볼 수 있듯이 에너지 저장 셀(2)의 안전 미세구(5)는 바로 삽입구(6) 위에 있으며 이로써 안전 미세구(5)가 주변과 직접적인 접촉을 할 수 있다. 에너지 저장 셀(2)에서 가스가 배출될 경우, 이의 안전 미세구(5)가 열려져, 하우징(4)의 내부에 극단적인 경우 폭발될 수 있는 과압을 형성하지 않고 가스는 대기로 직접 배출된다. 따라서 삽입구(6)를 통하여 어떠한 대기도 하우징(4)의 내부(도 4 참조)로 들어가지 않으며, 에너지 저장 셀(2)의 직경은 삽입구(6)보다 크고 에너지 저장 셀(2)의 삽입구(6)를 덮도록 자리잡고 있다. 완전 밀착을 위해서 외부 또는 내부에 실링재 또는 시일이 에너지 저장요소의 주변에 부착될 수 있다. 실링재는 동시에 열 교환기(1) 위에서 에너지 저장 셀(2)이 고정되게 하는 주조재도 될 수 있다.
도 3에서는 에너지 저장 장치(3) 외에도 열 교환기(1) 위에 전자 기기 모듈(7)을 장착하였다. 이로써 에너지 저장 장치(3)의 에너지 흐름을 제어하는 전자 기기 모듈과 에너지 저장 장치(3) 간의 연결이 단축됨으로써 보다 전자(電磁) 적합적이라는 데에 의미를 두고 있다.
도 4에서는 차량에 장착된 것과 같은 전체 에너지 저장 장치 모듈을 제시하였다. 하우징(4)은 전자 기기 모듈(7) 및 에너지 저장 장치(3)를 둘러싸고 있으며 열 교환기(1) 주위에 일반적인 연결 방법을 이용하여, 예를 들면 나사로 조여주거나 코킹, 용접 또는 접착을 이용하여 고정시킬 수 있다. 여기에서 잘 알 수 있는 것은 열 교환기(1)가 하우징(4)의 한 면을 형성하면서 하우징으로서도 형성되어 있어 실용적이라는 것이다. 전기장에 대해 민감한 전자 기기를 보호하기 위하여 삽입구(6) 상에, 열 교환기(1) 외측에 세밀한 구멍이 있는 스틸 플레이트(12)를 장착하였으며 이 스틸 플레이트는 또한 열 보호용으로도 사용할 수 있다.
참조 부호 목록
1: 열 교환기 2: 에너지 저장 셀
3: 에너지 저장 장치 4: 하우징
5: 안전 미세구 6: 삽입구
7: 전자 기기 모듈 8: 전극
9: 오목한 부분 10: 유입구
11: 배출구 12: 스틸 플레이트

Claims (9)

  1. 열을 전도하면서 에너지 저장 장치(3)의 하나 이상의 에너지 저장 셀(2)과 연결되어 있는 하나 이상의 에너지 저장 셀(2)로 구성된 에너지 저장 장치(3)용 열 교환기(1)로서, 상기 에너지 저장 장치(3)가 하우징(4)으로 둘러싸여 있고 상기 에너지 저장 셀(2)이 주변으로 가스를 배출시키기 위한 하나 이상의 안전 미세구(5)를 구비하는, 열 교환기(1)에 있어서,
    상기 열 교환기(1)가 적어도 부분적으로 하나 이상의 하우징 면을 형성하고, 상기 열 교환기(1)가 삽입구(6)를 구비하며, 상기 삽입구를 통해 상기 에너지 저장 셀(2)의 안전 미세구(5)가 상기 하우징 주변과 연결되어 위치되는 것을 특징으로 하는
    열 교환기.
  2. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 셀(2)이 상기 열 교환기(1) 주변에 고정되는 것을 특징으로 하는
    열 교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    열전도가 좋은 주조재를 사용하여 에너지 저장 셀(2)을 고정시키는 것을 특징으로 하는
    열 교환기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    절연 주조재를 사용하여 에너지 저장 셀(2)을 고정시키는 것을 특징으로 하는
    열 교환기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기(1)에 있는 삽입구(6)에 안전 미세구(5)가 있는 것을 특징으로 하는
    열 교환기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(4)의 내부 공간이 상기 열 교환기(1)에 있는 삽입구(6) 범주에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는
    열 교환기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열을 전도하면서 최소한 하나의 전자 기기 모듈(7)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는
    열 교환기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하우징(4) 내부에 있는 전자 기기 모듈(7)이 열 교환기(1) 주변에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는
    열 교환기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각제로서 공기, 팽창가스, 액체, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는
    열 교환기.
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