KR20100047101A - 정박형 나사들을 가진 냉각 매니폴드를 포함하고 있는 전지모듈, 및 상기 전지모듈을 냉각시키기 위한 방법 - Google Patents

정박형 나사들을 가진 냉각 매니폴드를 포함하고 있는 전지모듈, 및 상기 전지모듈을 냉각시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

냉각 매니폴드를 포함하는 전지모듈을 제공한다. 전지모듈은 다수의 열 교환기들을 가지고 있는 다수의 전지셀 어셈블리들을 포함하고 있다. 전지모듈은 연장된 제 1 유입구와 연장된 다수의 제 1 배출구들을 가지고 있는 제 1 냉각 매니폴드를 더 포함하고 있다. 전지모듈은 상기 다수의 제 1 배출구들을 통해 배치되어 있고, 다수의 열 교환기들에 제 1 냉각 매니폴드를 유동적이고 물리적으로 연결하도록 형성되어 있는 다수의 제 1 포트 나사들을 더 포함하고 있다.

Description

정박형 나사들을 가진 냉각 매니폴드를 포함하고 있는 전지모듈, 및 상기 전지모듈을 냉각시키기 위한 방법 {BATTERY MODULE HAVING COOLING MANIFOLD WITH PORTED SCREWS AND METHOD FOR COOLING THE BATTERY MODULE}
본 출원은 정박형 나사들(ported screws)을 가진 냉각 매니폴드를 포함하고 있는 전지모듈, 및 상기 전지모듈을 냉각시키기 위한 방법에 관한 것이다.
전지팩은 사용기간 동안 열을 발생시킨다. 전지팩의 열화를 방지하기 위해서는 전지팩을 냉각시켜야 한다. 그러나, 종래의 냉각 시스템은 전지팩 내의 전지셀들을 균일하게 냉각시킬 수 없다. 따라서, 본 출원의 발명자들은, 전지팩 내의 전지셀들이 균일하게 냉각되지 않는다면, 바람직하게 못하게, 전지셀들이 서로 다른 출력 전압 등과 같은 서로 다른 작동 특성들을 가질 수 있음을 인식하게 되었다.
따라서, 본 출원의 발명자들은 상기에 언급된 단점을 줄이거나 및/또는 제거하는 냉각 매니폴드를 포함하는 전지모듈에 대한 필요성을 인식하게 되었다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈을 제공한다. 전지모듈은 다수의 열 교환기를 가지고 있는 다수의 전지셀 어셈블리를 포함하고 있다. 전지모듈은 또한, 연장된 제 1 유입구와 연장된 다수의 제 1 배출구들을 가지고 있는 제 1 냉각 매니폴드를 포함하고 있다. 전지모듈은 또한, 상기 다수의 제 1 배출구들을 통해 배치되어 있고, 다수의 열 교환기들을 제 1 냉각 매니폴드에 유체적 및 물리적으로 연결하도록 형성되어 있는 다수의 제 1 정박형 나사들(ported screws)을 포함하고 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라 전지모듈을 냉각시키 위한 방법을 제공한다. 전지모듈은 다수의 전지셀 어셈블리들과 제 1 냉각 매니폴드를 가지고 있다. 다수의 전지셀 어셈블리들은 다수의 열 교환기들을 가지고 있다. 상기 방법은 제 1 냉각 매니폴드의 제 1 유입구를 통해 상기 제 1 냉각 매니폴드로 유체를 전달하는 과정을 포함하고 있다. 제 1 냉각 매니폴드는 또한, 연장된 다수의 제 1 배출구들을 더 포함하고 있다. 상기 방법은 또한, 상기 다수의 전지셀 어셈블리들을 냉각시키기 위하여, 상기 다수의 제 1 배출구들을 통해 배치된 다수의 제 1 정박형 나사들을 통해 상기 전지셀 어셈블리들의 다수의 열 교환기들로 유체를 전달하는 과정을 더 포함하고 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 전지모듈(16)을 냉각하기 위한 시스템(10)이 도시되어 있다. 시스템(10)은 저장소(12), 펌프(14) 및 배관들(17, 18, 19)을 포함하고 있다. 저장소(12)는 유체를 내부에 보유하고 있다. 펌프(14)는 배관(17)을 경유해 저장소(12)로부터 유체를 펌핑한다. 그런 다음, 펌프(14)는 배관(18)을 경유해 전지모듈(16) 쪽으로 유체를 펌핑한다. 전지모듈(16)은, 하기에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 냉각 매니폴드(40), 열 교환기들, 및 냉각 매니폴드(42)를 포함하고 있다. 냉각 매니폴드(40)는, 내부의 전지셀들로부터 실질적으로 균일한 양의 열 에너지를 제거할 수 있게, 전지모듈(16)의 열 교환기들 각각에 유체적으로 결합된 각각의 정박형 나사들을 통해 실질적으로 균일한 유량의 유체를 제공하도록 형성되어 있다. 따라서, 전지모듈(16)의 모든 전지셀들은, 출력 전압을 포함한 균일한 작동 특성들을 가지는 전지셀들을 초래하는 실질적으로 유사한 온도로 유지된다. 냉각 매니폴드(42)는 열 교환기들에 유체적으로 연결된 정박형 나사들을 통해 전지모듈(16)의 열 교환기로부터 가열된 유체를 수령하고, 유체를 배관(19)을 통해 저장소(12)로 되돌아 흐르게 한다. 전지셀 어셈블리는 내부에 전지셀을 포함하고 있는 하우징으로 정의된다. 전지모듈은 물리적 또는 전기적으로 함께 연결되어 있는 적 어도 2개의 전지셀 어셈블리들로 정의된다.
도 2를 참조하면, 전지모듈(16)은 전지셀 어셈블리들(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36)과 냉각 매니폴드들(40, 42)을 포함하고 있다. 전지셀 어셈블리들(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36)은 실질적으로 유사한 형태를 가지고 있으므로, 오직 전지셀 어셈블리(20) 만을 하기에서 보다 상세하게 설명한다. 도 3을 참조하면, 전지셀 어셈블리(20)는 프레임 부재(60), 전지셀(62), 고정용 부재(64), 전지셀(66), 프레임 부재(68), 고정용 부재(70), 열 교환기(72), 전지셀(74), 및 프레임 부재(76)를 포함하고 있다. 프레임 부재들(60, 68)은 그 사이에 전지셀(62), 고정용 부재(64), 및 전지셀(66)을 지지하기 위해 제공된다. 프레임 부재들(68, 76)은 그 사이에 고정용 부재(70), 열 교환기(72), 및 전지셀(74)을 지지하기 위해 제공된다. 하나의 실시예에서, 전지셀들(62, 66, 74)은 리튬-이온 전지셀들이다. 작동하는 동안, 냉각 매니폴드는 열 교환기(72)를 통해 예정된 유체의 유량을 제공하며, 이는 전지셀들(62, 66, 74)이 실질적으로 유사한 온도로 유지되도록 열 에너지가 열 교환기(72)와 열적으로 연결된 전지셀(62, 66, 74)로부터 제거되기 위함이다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 냉각 매니폴드(40)의 구조를 설명한다. 냉각 매니폴드(40)는 매니폴드 부위(80), 정박형 나사(ported screw) 등과 같은 다수의 나사들(82, 84), 커버 플레이트(86), 가스켓(88), 및 다수의 오-링들(89)을 포함하고 있다.
매니폴드 부위(80)는 외주면 벽(90), 외주면 벽(90)과 연결된 배면 벽(92), 및 외주면 벽(92)과 연결된 흐름 전환기(flow diverter: 94)를 포함하고 있다. 하나의 실시예에서, 매니폴드 부위(80)는 플라스틱으로 구성되어 있다. 물론, 또 다른 실시예들에서, 매니폴드 부위(80)는 예를 들어, 강철, 세라믹스 또는 금속 합금과 같은 다른 물질들로 구성될 수 있다. 외주면 벽(90)은 전단부(110)과 후단부(112)를 포함하고 있다. 더욱이, 외주면 벽(90)은 개구(114)가 연장되어 있는 상단부를 가지고 있다. 개구(114)는 펌프(도 1: 14)로부터 유체를 수령한다. 또한, 외주면 벽(90)은, 매니폴드 부위(80)에 커버 플레이트(86)를 결합시킬 수 있도록 내부에 나사들을 수령하기 위해, 외주면 벽(90)의 전단부(100)로 연장되어 있는 다수의 나사산 제 1 관통구들(150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164)을 포함하고 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 배면 벽(92)은 정박형 나사들을 수령하도록 형성되어 있는 배출구들(180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196)을 포함하고 있다. 상기 정박형 나사들은 유체를 냉각 매니폴드(40)의 내부 영역으로부터 전지셀 어셈블리들(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36) 각각으로 유도한다. 오직 정방형 나사들(82, 84) 만이 개시되어 있을지라도, 각각의 배출구들(180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196)은 그것을 통해 연장된 대응 정박형 나사들을 가지고 있음을 주목하여야 한다. 도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 배출구들(180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196)을 통해 연장된 나사들은 전지셀 어셈블리(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36) 각각의 구멍들(280, 282, 284, 286, 288, 290, 292, 294, 296)에서 수령된다. 구멍들(280, 282, 284, 286, 288, 290, 292, 294, 296)은 전지모듈(16)에서 열 교환기들과 유체적으로 서로 통한다. 정박형 나사들은 실질적으로 유사한 구조를 가지고 있으므로, 오직 나사(82)의 구조 만을 설명한다. 특히, 도 5를 참조하면, 정박형 나사(82)는 상단 부위(230), 나사산 부위(232), 및 상단 부위(230) 및 나사산 부위(232)를 통해 연장되어 있는 개구(234)를 포함하고 있다. 따라서, 정박형 나사들은 전지모듈(16)에서 냉각 매니폴드(40)의 내부영역과 열 교환기들 사이에서 유체 통과를 허여한다. 하나의 실시예에서, 정박형 나사들은 강철로 구성되어 있다. 물론 나사들을 구성하기 위한 다른 물질들도 고려될 수 있다.
도 6을 참조하면, 흐름 전환기(94)는 배면 벽(92)에 연결되어 있고, 배면 벽(92)으로부터 외주면 벽(90)의 전단부(110)를 향해 연장되어 있다. 흐름 전환기(94)는 유입구(114) 하부에 위치하고 있다. 흐름 전환기(94)는 유입구(114)로부터 유체를 수령하고, 전지셀 어셈블리를 균일하게 냉각하기 위해, 전지셀 어셈블리들(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36)의 각각의 열 교환기들에서 배출구들(180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196)을 통해 실질적으로 유체의 균일한 유량이 획득되도록, 유체를 변환하는 구조로 이루어져 있다. 하나의 실시예에서, 흐름 전환기(94)는 서로 이격되어 있는 그루브들(212, 214, 216)이 상면에 형성되어 있는 플레이트(210)로 구성되어 있다. 상기 그루브들(212, 214, 216)은 배면 벽(92)에 근접한 플레이트(210)의 단부로부터 커버 플레이트(86) 쪽으로 연장되어 있다. 또한, 하나의 실시예에서, 흐름 전환기(94)는 각각의 배출구를 통해 얻어진 유체의 유속이 제 1 유량의 ±5% 내외가 되도록 형성되어 있다.
도 5를 참조하면, 커버 플레이트(86)는 외주면 벽(90)의 전단부(110)와 결합되어 있다. 하나의 실시예에서, 커버 플레이트(86)는 플라스틱으로 구성되어 있다. 물론, 또 다른 실시예들에서, 커버 플레이트(86)는 예를 들어, 강철, 세라믹스 또는 금속 합금과 같은 다른 물질들로 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 커버 플레이트(86)은 연장된 제 2 관통구들(250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264)을 포함하고 있다. 볼트들(300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314)은, 매니폴드 부위(80)를 커버 플레이트(88)에 결합시키기 위해, 커버 플레이트(88)의 각각의 제 2 관통구들(250, 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264)과 매니폴드 부위(80)의 제 1 관통구들(150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164) 각각을 통해 연장되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 냉각 매니폴드(42)는 실질적으로 냉각 매니폴드(40)와 유사한 구조를 가지고 있다. 냉각 매니폴드(42)는 전지모듈(16)의 전지셀 어셈블리들에서 열 교환기들로부터 가열된 유체를 수령하여 배관(19)를 경유해 저장소(12)로 가열된 유체를 보낸다.
전지모듈(10)과 전지모듈을 냉각하는 방법은 다른 전지모듈과 방법보다 실질적인 장점을 제공한다. 특히, 본 발명에 따른 전지모듈과 방법은, 전지모듈을 냉각하도록 열 교환기들로 유체를 보내기 위해, 전지모듈의 열교환기들에 냉각 매니폴드를 유체적 및 물리적으로 연결하기 위하여 정박형 나사를 사용하는 기술적 효 과를 제공한다.
예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 기술하였지만, 당업자들은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 구성요소들에 대해 다양한 변형이 행해질 수 있고 균등 치환이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 교시에 특별한 상황 또는 물질을 적용하기 위해 많은 수정이 행해질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 개시되어 있는 특정 실시예들로 한정되지 않고, 첨부된 청구항들의 범주에 속하는 모든 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다. 게다가, 용어 제 1, 제 2, 등의 사용은 하나의 구성요소를 다른 것과 구별하기 위해 사용되었다. 더욱이, 일부 용어들 하나의 등은 양의 한정을 내포하기 보다는 인용된 항목들 중 적어도 하나가 존재함을 내포한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈을 냉각시키기 위한 시스템의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 모식도이다;
도 3은 도 2의 전지모듈에 사용되는 전지셀 어셈블리의 분해 모식도이다;
도 4는 도 2의 전지모듈의 단면 모식도이다;
도 5는 도 2의 전지모듈에 사용되는 냉각 매니폴드의 분해 모식도이다;
도 6은 도 5의 냉각 매니폴드의 매니폴드 부위의 모식도이다;
도 7은 도 5의 냉각 매니폴드의 매니폴드 부위의 또 다른 모식도이다.

Claims (8)

  1. 다수의 열 교환기들을 가지고 있는 다수의 전지셀 어셈블리들;
    연장된 제 1 유입구와 연장된 다수의 제 1 배출구들을 가지고 있는 제 1 냉각 매니폴드; 및
    상기 다수의 제 1 배출구들을 통해 배치되어 있고, 다수의 열 교환기들을 제 1 냉각 매니폴드에 유체적 및 물리적으로 연결하도록 형성되어 있는 다수의 제 1 정박형 나사들(ported screws);
    을 포함하는 것으로 구성되어 있는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    연장된 다수의 제 1 유입구들과 연장된 제 1 배출구들을 가지고 있는 제 2 냉각 매니폴드; 및
    상기 다수의 제 1 유입구들을 통해 배치되어 있고, 다수의 열 교환기들을 제 2 냉각 매니폴드에 유체적 및 물리적으로 연결하도록 형성되어 있는 다수의 제 2 정박형 나사들;을 더 포함하는 있는 것으로 구성되어 있는 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 제 1 정박형 나사들의 각각의 나사는 나사산 부위에 연결되어 있는 상단 부위와, 상기 상단 부위 및 나사산 부위를 통해 연장되어 있는 개구를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 제 1 정박형 나사들의 각각의 나사는 강철로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각 매니폴드는 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 각각의 전지셀 어셈블리는 전지셀을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 전지모듈을 냉각시키기 위한 방법으로서, 상기 전지모듈은 다수의 열 교환기들을 가지고 있는 다수의 전지셀 어셈블리들과 제 1 냉각 매니폴드를 포함하고 있으며,
    연장된 다수의 제 1 배출구들을 더 가지고 있는 제 1 냉각 매니폴드의 제 1 유입구를 통해 상기 제 1 냉각 매니폴드로 유체를 전달하는 과정; 및
    상기 다수의 전지셀 어셈블리들을 냉각시키기 위하여, 상기 다수의 제 1 배출구들을 통해 배치된 다수의 제 1 정박형 나사들을 통해 상기 전지셀 어셈블리들의 다수의 열 교환기들로 유체를 전달하는 과정;
    을 포함하는 것으로 구성되어 있는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 유체를 상기 다수의 열 교환기들로부터, 제 2 냉각 매니폴드의 다수의 제 1 유입구를 통해 배치되어 있는 다수의 제 2 정박형 나사들을 거쳐, 상기 제 2 냉각 매니폴드로 전달하는 과정; 및 상기 제 2 냉각 매니폴드의 제 1 배출구를 통해 유체를 전달하는 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020080130011A 2008-10-27 2008-12-19 정박형 나사들을 가진 냉각 매니폴드를 포함하고 있는 전지모듈, 및 상기 전지모듈을 냉각시키기 위한 방법 KR101025511B1 (ko)

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