KR20200141157A - 배터리 모듈용 냉각블록 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영역별로 선택적인 냉각을 실시하여 영역별로 열전도도 및 강도가 다른 배터리 모듈용 냉각블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 모듈용 냉각블록은 일면으로 배터리 모듈이 접촉되는 제 1 쿨링블록과; 제 1 쿨링블록의 타면에 접합되면서 제 1 쿨링블록의 타면과의 계면에 냉각수가 유동되는 냉각유로를 형성하는 제 2 쿨링블록을 포함하고, 상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록은 동일 계열의 금속소재로 형성되되, 상기 제 1 쿨링블록의 열전도도 및 강도와 제 2 쿨링블록의 열전도도 및 강도가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈용 냉각블록 및 그 제조방법{Cooling block for battery module and manufacturing method thereof}
본 발명은 배터리 모듈용 냉각블록 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영역별로 선택적인 냉각을 실시하여 영역별로 열전도도 및 강도가 다른 배터리 모듈용 냉각블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 하이브리드 자동차(HEV) 및 전기 자동차(EV)에 대한 수요가 많아지면서 동력원으로 전기 에너지를 사용하는 차량의 연비를 증대시키는 개발이 지속적으로 이루어지고 있고, 이를 위하여 배터리의 용량을 늘리는 연구가 지속적으로 진행중이다.
이렇게 배터리의 용량을 늘리는 요구가 배터리의 사용 중 배터리에서 발생되는 열을 방열시키는 기술도 함께 연구되고 있다.
동력원으로 전기 에너지를 사용하는 차량에서 배터리를 냉각시키는 방법은 크게 공냉식과 수냉식으로 구분된다.
한편, 최근에는 연비의 증대를 위해 배터리의 용량이 늘어나면서 공냉식의 냉각수단으로는 방열에 한계가 있기 때문에 상대적으로 냉각 효율이 더 높은 수냉식의 냉각수단으로 변경되고 있는 추세이다.
배터리를 수냉식으로 냉각시키는 냉각수단으로는 냉각수가 유동되는 냉각유로가 형성된 냉각블록이 있으며, 이러한 냉각블록은 냉각수가 유동되는 냉각유로의 형성을 위하여 상판과 하판을 성형한 후 접합하여 제작한다.
도 1은 일반적인 배터리 모듈용 냉각블록을 보여주는 분해 사시도이고, 도 2는 일반적인 배터리 모듈용 냉각블록을 보여주는 단면도로서, 종래의 일반적인 배터리 모듈용 냉각블록은 일면으로 배터리 모듈(1)이 접촉되는 제 1 쿨링블록(10)과; 제 1 쿨링블록(10)의 타면에 접합되면서 제 1 쿨링블록(10)의 타면과의 계면에 냉각수가 유동되는 냉각유로(21)를 형성시키는 제 2 쿨링블록(20)을 포함한다.
한편, 배터리 모듈용 냉각블록은 냉각수의 유동에 따라 배터리 모듈(1)에서 발생되는 열을 원활하게 냉각시킬 수 있어야 하기 때문에 일반적으로 열전도도가 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하여 제작하고 있고, 냉각수가 외부로 누수되지 않도록 하기 위하여 접합의 신뢰도가 높은 브레이징 공법으로 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 접합하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 수냉식의 냉각블록은 냉각수 누수에 대한 우려 때문에 배터리 모듈(1)을 모두 접촉시킬 수 있도록 제 1 쿨링블록(10)을 넓은 평판 형태로 마련하여 그 일면에 배터리 모듈(1)을 모두 안착시키고, 그 타면으로 냉각수가 유동되도록 냉각유로(21)가 형성된 제 2 쿨링블록(20)을 접합시켜 구성하고 있다.
그래서, 배터리의 용량이 늘어나면서 냉각모듈도 역시 대형화되는 추세 속에서 경량화 및 냉각 성능을 향상을 위해 박육화가 요구되고 있다.
한편, 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 접합시키는 브레이징을 위한 용가제로는 통상 Al-Si계의 4xxx계 합금을 사용한다. Al-Si계의 용가제는 모재 대비 융점이 낮고 모재와의 친화력이 높아 가장 대중적으로 사용하고 있다.
그런데 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 브레이징으로 접합하는 경우에는 용가제의 용해를 위해 모재를 가열하여야 하는데, 이때 모재와 유사한 계열의 용가제를 사용하기 때문에 모재도 융점에 인접한 온도까지 가열된다. 이에 따라 물성 향상을 위하여 열처리를 적용한 모재를 브레이징 접합하는 경우 모재가 가열되는 온도에 의해 물성 향상 효과를 유지하기 어려운 문제가 있다. 그래서, 브레이징된 제품의 경우에는 통상 브레이징 후 접합된 제품에 대해 열처리를 적용하고 있다.
하지만, 배터리 모듈용 냉각블록은 발열체인 배터리 모듈과의 접합 면적은 넓게 형성하는 반면에 냉각 효율을 위해 두께는 얇게 형성하여야 하기 때문에 냉각블록은 대략 넓으면서 얇은 형상이 되는데, 이러한 형상의 냉각블록을 열처리할 경우 제품 내 온도 편차로 인한 변형이 발생하는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
등록특허공보 제10-1960784호 (2019.03.15)
본 발명은 동일 계열의 금속소재로 이루어지지만 국부적인 냉각제어를 통하여 영역별로 열전도도 및 강도가 다른 배터리 모듈용 냉각블록 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 모듈용 냉각블록은 일면으로 배터리 모듈이 접촉되는 제 1 쿨링블록과; 제 1 쿨링블록의 타면에 접합되면서 제 1 쿨링블록의 타면과의 계면에 냉각수가 유동되는 냉각유로를 형성하는 제 2 쿨링블록을 포함하고, 상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록은 동일 계열의 금속소재로 형성되되, 상기 제 1 쿨링블록의 열전도도 및 강도와 제 2 쿨링블록의 열전도도 및 강도가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 쿨링블록의 열전도도가 상기 제 2 쿨링블록의 열전도도보다 상대적으로 더 높은 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 쿨링블록의 강도가 상기 제 1 쿨링블록의 강도보다 상대적으로 더 높은 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록은 알루미늄 계열의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록은 용접된 다음, 국부적으로 제 2 쿨링블록만 ??칭(quenching)시킨 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 모듈용 냉각블록의 제조방법은 동일 재질의 금속소재를 사용하여 일면으로 배터리 모듈이 접촉되는 제 1 쿨링블록과, 제 1 쿨링블록의 타면에 접합되면서 제 1 쿨링블록의 타면과의 계면에 냉각수가 유동되는 냉각유로를 형성시키는 제 2 쿨링블록을 준비하는 준비단계와; 준비된 제 1 쿨링블록의 타면에 제 2 쿨링블록을 배치하고 지그로 고정시키는 고정단계와; 고정된 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록을 가열하고 용접하여 접합시키는 접합단계와; 가열된 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록 중 선택적으로 제 2 쿨링블록만 ??칭(quenching)시키는 냉각단계를 포함한다.
상기 준비단계에서는 상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록을 알루미늄 계열의 합금으로 준비하고, 상기 접합단계에서는 상기 알루미늄 계열의 합금을 용체화 처리하는 온도 이상으로 상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록을 가열한 다음 브레이징(Braizing) 하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각단계 이후에는 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록을 가열하여 열처리하는 후열처리단계를 포함한다.
상기 고정단계에서 사용되는 지그는 제 1 쿨링블록의 외주면 중 제 2 쿨링블록과 대면되는 면의 반대면을 지지하는 제 1 지그와, 제 2 쿨링블록의 외주면 중 제 1 쿨링블록과 대면되는 면의 반대면을 지지하는 제 2 지그로 구분되고, 상기 제 1 지그는 제 1 쿨링블록의 외주면 중 제 2 쿨링블록과 대면되는 면의 반대면에 대응되는 형태로 준비되고, 상기 제 2 지그는 상기 제 2 쿨링블록의 외주면 중 제 1 쿨링블록과 대면되는 면의 반대면 일부 영역을 노출시키면서 덮는 형태로 준비되며, 상기 냉각단계에서는 상기 제 2 지그에 의해 노출되는 제 2 쿨링블록의 노출영역에 냉각수 또는 냉각오일을 접촉시켜 제 2 쿨링블록만 선택적으로 ??칭시키는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각단계에서는 상기 제 2 지그의 주변에 상기 냉각수 또는 냉각오일을 배출시키는 배출수단을 배치하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각단계에서는 상기 제 2 쿨링블록의 노출영역을 덮으면서 상기 노출영역으로 냉각수 또는 냉각오일을 유동시키는 냉각채널이 형성된 제 3 지그를 더 배치한 다음 상기 냉각채널로 냉각수 또는 냉각오일을 유동시켜서 제 2 쿨링블록만 선택적으로 ??칭시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 모듈과 접하는 제 1 쿨링블록과 냉각유로를 형성시키는 제 2 쿨링블록을 브레이징으로 접합한 다음 제 2 쿨링블록만 선택적으로 ??칭함으로써, 상대적으로 제 1 쿨링블록은 열전도도를 높게 유지하고, 제 2 쿨링블록은 강도를 높게 유지하여 원하는 물성 향상을 이룰 수 있는 효과가 있다.
또한, 열처리를 통해 물성이 향상되어 냉각블록의 전체적인 두께를 줄일 수 있어 경량화는 물론 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 브레이징 접합이 이루어지는 브레이징 로를 활용하여 접합 후 바로 ??칭과 같은 열처리를 적용할 수 있기 때문에 원가적인 측면에서 이득을 얻을 수 있고, 형상의 제약 때문에 열처리가 어려웠던 냉각블록을 필요한 영역만 선택적으로 열처리를 적용할 수 있기 때문에 원하는 물성의 향상을 영역별로 달성할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 모듈용 냉각블록을 보여주는 분해 사시도이고,
도 2는 일반적인 배터리 모듈용 냉각블록을 보여주는 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈용 냉각블록을 제조하기 위하여 지그를 체결한 상태를 보여주는 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈용 냉각블록을 제조하기 위하여 지그를 체결한 상태를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 일반적인 배터리 모듈용 냉각블록을 보여주는 분해 사시도이고, 도 2는 일반적인 배터리 모듈용 냉각블록을 보여주는 단면도이다.
본 발명에 따른 배터리 모듈용 냉각블록은 종래의 배터리 모듈용 냉각블록과 마찬가지로 도 1에 도시된 바와 같이, 일면으로 배터리 모듈이 접촉되는 제 1 쿨링블록(10)과; 제 1 쿨링블록(10)의 타면에 접합되면서 제 1 쿨링블록(10)의 타면과의 계면에 냉각수가 유동되는 냉각유로(21)를 형성하는 제 2 쿨링블록(20)을 포함한다.
다만, 본 발명에 따른 배터리 모듈용 냉각블록은 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 동일 계열의 금속소재로 형성되되, 제 1 쿨링블록(10)의 열전도도 및 강도와 제 2 쿨링블록(20)의 열전도도 및 강도가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
제 1 쿨링블록(10)은 일면이 발열체인 배터리 모듈(1)과 접촉하고, 타면이 냉각수와 접촉되어 배터리 모듈(1)에서 발생된 열을 방열시키는 역할을 한다.
한편, 제 1 쿨링블록(10)은 냉각수 누수에 대한 우려 때문에 배터리 모듈(1)을 모두 접촉시킬 수 있도록 넓은 판 형태로 마련하여 그 일면에 배터리 모듈(1)을 모두 안착시킨다. 이때 배터리 모듈(1)의 지지와 충돌성능 등을 위하여 상대적으로 제 2 쿨링블록(20)보다 두꺼운 두께로 형성한다. 이때 제 1 쿨링블록(10)은 형상은 일면으로 배터리 모듈(1)이 모두 접촉되고, 타면으로 제 2 쿨링블록(20)이 접합될 수 있는 형상이라면 특정 형상으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 제 1 쿨링블록(10)은 평판의 형태로 제작될 수 있지만, 배터리 모듈(1)을 안정된 자세로 안착시키면서 배터리 모듈(1)과 제 1 쿨링블록(10) 사이의 접촉 면적을 넓혀서 열전달 효율을 향상시키기 위하여 제 1 쿨링블록(10)의 일면에 배터리 모듈(1)이 안착되는 홈 또는 배터리 모듈(1)이 안착되는 영역을 둘러싸는 돌기를 형성할 수 있다. 또한, 제 1 쿨링블록(10)과 냉각수와의 접촉 면적을 넓혀서 열전달 효율을 향상시키기 위하여 제 1 쿨링블록(10)의 타면에 홈 또는 돌기를 형성할 수 있다. 또한, 제 1 쿨링블록(10)을 전체적으로 넓은 판 형태를 유지하면서 국부적으로 절곡 형상을 형성하여 전술된 홈과 돌기의 기능을 수행할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 제 1 쿨링블록(10)은 배터리 모듈(1)의 열을 방열시키기 위하여 고열전도도가 요구된다. 하지만, 열처리를 적용하는 경우에는 열처리에 의해 열전도도가 저하될 수 있다.
제 2 쿨링블록(20)은 제 1 쿨링블록(10)과 접합되어 냉각수가 유동되는 공간을 형성하는 역할을 한다.
그래서 제 2 쿨링블록(20)은 제 1 쿨링블록(10)의 타면에 접하면서 그 계면에 냉각수가 유동되는 공간을 형성하도록 그 표면에 단면이 "U"자 형상을 갖는 냉각유로(21)가 형성된다. 물론 냉각유로(21)의 단면 형태는 "U"자 형상으로 제한되지 않고, 냉각수가 유동되는 공간을 형성할 수 있는 다양한 단면 형태로 변경되어 구현될 수 있을 것이다. 이때, 제 2 쿨링블록(20)은 냉각블록의 전체 레이아웃이 두꺼워지고 소재비의 절감을 위하여 상대적으로 제 1 쿨링블록(10)보다 얇은 두께로 형성한다. 하지만, 제 2 쿨링블록(20)의 경우 냉각유로(21)로 유동되는 냉각수의 수압에 의해 변형이 발생하는 것을 방지하기 위하여 강도가 높을수록 유리하다.
이렇게 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)은 브레이징(Braizing)과 같은 용접을 통한 접합을 위하여 동일 계열의 금속소재로 이루어진다. 예를 들어 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)은 열전도도가 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다.
이렇게, 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)은 동일 계열의 금속소재로 이루어지지만, 그 역할에 따라 열전도도 측면에서는 제 1 쿨링블록(10)의 열전도도가 제 2 쿨링블록(20)의 열전도도보다 상대적으로 더 높은 것이 바람직하고, 강도 측면에서는 제 2 쿨링블록(20)의 강도가 제 1 쿨링블록(10)의 강도보다 상대적으로 더 높은 것이 바람직하다.
한편, 일반적으로 열처리형 알루미늄 합금은 열처리 전후의 물성값이 하기의 표 1과 같다.
알루미늄 합금 조질 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 열전도도
(W/m·K)
Al-Cu계 O 75 185 193
T6 342 423 149
Al-Mg-Si계 O 50 90 218
T6 215 240 200
Al-Zn계 O 102 226 171
T6 505 570 130
상기 표 1과 같이 일반적인 열처리형 알루미늄 합금은 열처리를 실시하지 않은 상태인 조질 O인 경우보다 열처리를 실시한 상태인 조질 T6(인공시효 처리된 상태)인 경우에 항복강도 및 인장강도가 향상되는 반면에, 열전도도는 저하된다. 그 이유는 알루미늄 합금의 열처리는 먼저, 알루미늄 합금을 급냉 처리하여 과포화 고용체를 만들고 시효(후열처리)시 불안정한 강화 입자상을 형성하여 강도를 향상시키게 되는데, 이때 강화 입자상은 강도를 향상시키지면 열전도도를 방해하는 요소로 작용하기 때문입니다.
본 발명은 알루미늄 합금의 열처리 실시 전후에 물성값이 변하는 성질을 이용한 발명으로서, 본 발명에서는 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)의 열전도도 및 강도를 서로 다르게 구현하기 위하여 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 가열한 상태에서 용접하여 접합된 다음, 국부적으로 제 2 쿨링블록(20)만 ??칭(quenching)시켜서 달성한다. 이때 용접은 브레이징(Braizing)을 적용하는 것이 바람직하다. 물론 용접 방법은 브레이징(Braizing)만으로 제한되지는 것이 아니라 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)의 형태 및 소재의 종류에 따라 서로를 가열하면서 접합시킬 수 있는 다양한 방식의 용접 방법이 적용될 수 있을 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈용 냉각블록을 제조하는 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈용 냉각블록을 제조하기 위하여 지그를 체결한 상태를 보여주는 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈용 냉각블록을 제조하기 위하여 지그를 체결한 상태를 보여주는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈용 냉각블록을 제조하는 방법은 동일 계열의 금속소재를 사용하여 일면으로 배터리 모듈(1)이 접촉되는 제 1 쿨링블록(10)과, 제 1 쿨링블록(10)의 타면에 접합되면서 제 1 쿨링블록(10)의 타면과의 계면에 냉각수가 유동되는 냉각유로(21)를 형성시키는 제 2 쿨링블록(20)을 준비하는 준비단계와; 준비된 제 1 쿨링블록(10)의 타면에 제 2 쿨링블록(20)을 배치하고 지그로 고정시키는 고정단계와; 고정된 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 가열하고 용접하여 접합시키는 접합단계와; 가열된 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20) 중 선택적으로 제 2 쿨링블록(20)만 ??칭(quenching)시키는 냉각단계를 포함한다.
그리고, 냉각단계 이후에는 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 가열하여 열처리하는 후열처리단계를 포함한다.
준비단계는 냉각블록을 구성하는 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 준비하는 단계로서, 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)은 동일한 알루미늄 합금으로 준비한다. 이때 바람직하게는 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)은 열처리에 의해 항복강도 및 인장강도가 향상되는 유형의 열처리형 합금을 사용하여 준비하는 것이 바람직하다. 예를 들어 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)은 표 1에 제시된 Al-Cu계, Al-Mg-Si계 및 Al-Zn계 알루미늄 합금을 사용하여 제작할 수 있다. 이때 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 제시된 Al-Cu계, Al-Mg-Si계 및 Al-Zn계 알루미늄 합금 중 선택되는 어느 하나의 알루미늄 합금으로 동일한 소재를 사용하여 제작할 수도 있고, Al-Cu계, Al-Mg-Si계 및 Al-Zn계 알루미늄 합금 중 선택되는 알루미늄 합금을 서로 다르게 사용하여 제작할 수도 있을 것이다.
고정단계는 준비된 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 브레이징으로 접합하기 위하여 제 1 쿨링블록(10)의 타면에 제 2 쿨링블록(20)을 배치하여 고정시키는 단계로서, 지그를 이용하여 고정시킨다.
이때 사용되는 지그는 제 1 쿨링블록(10)의 외주면 중 제 2 쿨링블록(20)과 대면되는 면의 반대면을 지지하는 제 1 지그(100)와, 제 2 쿨링블록(20)의 외주면 중 제 1 쿨링블록(10)과 대면되는 면의 반대면을 지지하는 제 2 지그(200)로 구분된다.
제 1 지그(100)는 브레이징 시 제 1 쿨링블록(10)의 뒤틀림 변형을 방지하기 위하여 판 형태로 준비되어 제 1 쿨링블록(10)의 일면 전체를 덮을 수 있도록 마련되어 제 1 쿨링블록(10)을 지지한다.
제 2 지그(200)는 제 2 쿨링블록(20)의 외주면 중 제 1 쿨링블록(10)과 대면되는 면의 반대면 일부 영역을 노출시키면서 덮는 형태로 준비된다. 이때 제 2 지그(200)는 제 2 쿨링블록(20)의 외주면 중 노출되는 영역(20a)(이하, '노출영역'이라 지칭함)을 형성하기 위하여 다수 개로 분할하여 구성될 수 있다. 제 2 지그(200)에 의해 형성되는 노출영역(20a)은 이후에 냉각단계에서 냉각매체인 냉각수 또는 냉각오일이 직접 접촉되는 영역이다.
그래서 제 1 지그(100)는 제 1 쿨링블록(10) 및 제 2 쿨링블록(20)의 변형을 방지하는 역할을 하고, 제 2 지그(200)는 노출영역(20a)을 형성하면서 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 고정시키는 역할을 한다.
접합단계는 고정된 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 가열하여 브레이징(Braizing)으로 접합시키는 단계로서, 제 1 지그(100) 및 제 2 지그(200)에 의해 고정된 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 브레이징 로에 장입하여 가열시킨다. 이때 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 형성하는 알루미늄 합금을 용체화 처리하는 온도 이상으로 가열시킨다. 예를 들어 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 600℃ ± 20℃ 수준으로 가열시킨다.
제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)이 충분히 가열된 상태에서 브레이징(Braizing)으로 접합시킨다.
냉각단계는 접합단계에서 가열된 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20) 중 선택적으로 제 2 쿨링블록(20)만 ??칭(quenching)시킨다. 바람직하게는 제 2 지그(200)에 의해 형성되는 제 2 쿨링블록(20)의 노출영역(20a)에 냉각수 또는 냉각오일을 접촉시켜 제 2 쿨링블록(20)만 선택적으로 ??칭시킨다.
이때 냉각단계는 접합단계가 이루어지는 브레이징 로 내부에서 이루어질 수도 있고, 브레이징 로의 외부에서 이루어질 수 있다. 냉각단계가 수행되는 위치는 냉각단계와 접합단계과 브레이징 로와 같은 단일 챔버에서 수행되는지, 아니면 연속로에서 수행되는지와 같은 공정 형태에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
또한, 제 2 쿨링블록(20)만 선택적으로 ??칭시키는 방법은 다양하게 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 4와 같이 제 2 지그(200)의 주변에 냉각수 또는 냉각오일을 배출시키는 배출수단(300)을 배치할 수 있다.
이렇게 제 2 지그(200)의 주변에 배출수단(300)을 배치함에 따라 제 2 쿨링블록(20)의 노출영역(20a)으로 공급된 냉각수 또는 냉각오일이 제 1 쿨링블록(10) 및 제 1 지그(100)에 직접적으로 접촉되지 않은 상태로 배출시킬 수 있다.
이를 위하여 제 2 지그(200)의 표면 및 배출수단(300)의 표면에는 냉각수 또는 냉각오일이 특정방향으로 유동될 수 있도록 유동홈(미도시)을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 도 5와 같이 제 2 쿨링블록(20)의 노출영역(20a)을 덮으면서 노출영역(20a)으로 냉각수 또는 냉각오일을 유동시키는 냉각채널(311)이 형성된 제 3 지그(310)를 더 배치할 수 있다.
그래서, 제 3 지그(310)에 형성되는 냉각채널(311)을 통하여 냉각수 또는 냉각오일을 유동시켜 제 2 쿨링블록(20)의 노출영역(20a)만을 냉각시키고, 냉각수 또는 냉각오일이 제 1 쿨링블록(10) 및 제 1 지그(100)에 직접적으로 접촉되지 않은 상태로 유동시킬 수 있다.
또한, 제 2 쿨링블록(20)만 선택적으로 ??칭시키기 위하여 도 4의 제 1 쿨링블록(10) 및 제 2 쿨링블록(20)의 위치와는 반대로 제 1 쿨링블록(10)을 상부에 위치시키고, 제 2 쿨링블록(20)을 하부에 위치시킨 다음 하부에서 냉각수 또는 냉각오일을 제 2 쿨링블록(20)의 노출영역(20a)에 분사함으로써 별도의 냉각수 또는 냉각오일을 배출시키는 수단을 마련하지 않고 냉각수 또는 냉각오일이 자중만으로도 제 1 쿨링블록(10)과 접촉하지 않으면서 하부로 흘러내리도록 할 수 있다.
후열처리단계는 제 1 쿨링블록(10) 및 제 2 쿨링블록(20)의 물성 향상을 위하여 실시되는 T6 열처리(인공시효 열처리)로서, 제 2 쿨링블록(20)만 선택적으로 강제로 냉각된 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 T6 열처리 온도(인공시효 열처리 온도)로 가열한 다음 공냉시킨다. 이때 T6 열처리 온도는 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)을 형성하는 소재에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 예를 들어 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)은 열전도도가 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지기 때문에 소재의 성분에 따라 160 ~ 220℃ 범위로 가열한 다음 공냉시킨다.
이렇게 후열처리단계를 실시함으로써 제 1 쿨링블록(10)과 제 2 쿨링블록(20)이 용접시 고온에 노출됨에 따라 발생된 잔류응력이 제거되면서, ??칭이 적용된 제 2 쿨링블록(20)은 인공시효 처리된다.
상기와 같은 단계를 통하여 제 2 쿨링블록(20)만 선택적으로 ??칭시킴으로써 제 1 쿨링블록(10)은 표 1에서 열처리를 실시하지 않은 상태인 조질 O인 경우와 같이 열전도도가 우수한 상태를 유지할 수 있고, 제 2 쿨링블록(20)은 열처리를 실시한 상태인 조질 T6인 경우와 같이 항복강도 및 인장강도가 우수한 상태를 유지할 수 있게 된다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
1: 배터리 모듈 10: 제 1 쿨링블록
20: 제 2 쿨링블록 20a: 노출영역
21: 냉각유로 100: 제 1 지그
200: 제 2 지그 300: 배출수단
310: 제 3 지그 311: 냉각채널

Claims (11)

  1. 일면으로 배터리 모듈이 접촉되는 제 1 쿨링블록과;
    제 1 쿨링블록의 타면에 접합되면서 제 1 쿨링블록의 타면과의 계면에 냉각수가 유동되는 냉각유로를 형성하는 제 2 쿨링블록을 포함하고,
    상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록은 동일 계열의 금속소재로 형성되되, 상기 제 1 쿨링블록의 열전도도 및 강도와 제 2 쿨링블록의 열전도도 및 강도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 냉각블록.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 쿨링블록의 열전도도가 상기 제 2 쿨링블록의 열전도도보다 상대적으로 더 높은 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 냉각블록.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 쿨링블록의 강도가 상기 제 1 쿨링블록의 강도보다 상대적으로 더 높은 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 냉각블록.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록은 알루미늄 계열의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 냉각블록.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록은 용접된 다음, 국부적으로 제 2 쿨링블록만 ??칭(quenching)시킨 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 냉각블록.
  6. 동일 계열의 금속소재를 사용하여 일면으로 배터리 모듈이 접촉되는 제 1 쿨링블록과, 제 1 쿨링블록의 타면에 접합되면서 제 1 쿨링블록의 타면과의 계면에 냉각수가 유동되는 냉각유로를 형성시키는 제 2 쿨링블록을 준비하는 준비단계와;
    준비된 제 1 쿨링블록의 타면에 제 2 쿨링블록을 배치하고 지그로 고정시키는 고정단계와;
    고정된 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록을 가열하고 용접하여 접합시키는 접합단계와;
    가열된 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록 중 선택적으로 제 2 쿨링블록만 ??칭(quenching)시키는 냉각단계를 포함하는 배터리 모듈용 냉각블록의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 준비단계에서는 상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록을 알루미늄 계열의 합금으로 준비하고,
    상기 접합단계에서는 상기 알루미늄 계열의 합금을 용체화 처리하는 온도 이상으로 상기 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록을 가열한 다음 브레이징(Braizing) 하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 냉각블록의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉각단계 이후에는 제 1 쿨링블록과 제 2 쿨링블록을 가열하여 열처리하는 후열처리단계를 포함하는 배터리 모듈용 냉각블록의 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 고정단계에서 사용되는 지그는 제 1 쿨링블록의 외주면 중 제 2 쿨링블록과 대면되는 면의 반대면을 지지하는 제 1 지그와, 제 2 쿨링블록의 외주면 중 제 1 쿨링블록과 대면되는 면의 반대면을 지지하는 제 2 지그로 구분되고,
    상기 제 1 지그는 제 1 쿨링블록의 외주면 중 제 2 쿨링블록과 대면되는 면의 반대면에 대응되는 형태로 준비되고, 상기 제 2 지그는 상기 제 2 쿨링블록의 외주면 중 제 1 쿨링블록과 대면되는 면의 반대면 일부 영역을 노출시키면서 덮는 형태로 준비되며,
    상기 냉각단계에서는 상기 제 2 지그에 의해 노출되는 제 2 쿨링블록의 노출영역에 냉각수 또는 냉각오일을 접촉시켜 제 2 쿨링블록만 선택적으로 ??칭시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 냉각블록의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 냉각단계에서는 상기 제 2 지그의 주변에 상기 냉각수 또는 냉각오일을 배출시키는 배출수단을 배치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 냉각블록의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 냉각단계에서는 상기 제 2 쿨링블록의 노출영역을 덮으면서 상기 노출영역으로 냉각수 또는 냉각오일을 유동시키는 냉각채널이 형성된 제 3 지그를 더 배치한 다음 상기 냉각채널로 냉각수 또는 냉각오일을 유동시켜서 제 2 쿨링블록만 선택적으로 ??칭시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 냉각블록의 제조방법.
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