KR20240078494A - 발열체 냉각용 주조품 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 금속재의 몸체; 및 냉각 유체가 흐르는 통로를 제공하고 알루미늄 합금 재질의 냉각 파이프를 포함하며, 상기 몸체는 판상의 판부와, 상기 판부로부터 돌출되고 상기 냉각 파이프를 따라 연장되어서 상기 냉각 파이프의 적어도 일부 구간이 완전히 매립되는 돌출 연장부와, 상기 판부와 일체로 형성되는 냉각핀 구조물을 구비하며, 상기 냉각 파이프는 횡단면 형상에서 제1 방향 상의 제1 파이프 두께가 상기 제1 방향과 직각인 제2 방향 상의 제2 파이프 두께보다 크게 형성되며, 상기 제1 방향은 상기 판부와 평행하고, 상기 제2 방향은 상기 판부의 두께 방향인 발열체 냉각용 주조품이 제공된다.이 제공된다.

Description

발열체 냉각용 주조품 및 이의 제조방법 {CASTING PRODUCT FOR COOLING HEATING ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 발열체의 냉각 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발열체를 냉각시기키 위한 주조품에 관한 것이다.
본 발명의 기술분야인 발열체를 냉각시키기 위한 주조품 및 이의 제조방법과 관련하여, 등록특허 제10-1674068호에는 냉각모듈의 제조방법이 기재되어 있다. 등록특허 제10-1674068호에 기재된 냉각모듈의 제조방법은, 금형을 준비하는 단계, 쿨링 파이프를 제조하는 단계, 금형 내부에 쿨링 파이프를 고정하는 단계, 캐비티에 용탕을 주입하는 단계를 포함한다. 하지만, 이와 같은 종래의 방법에서는 캐비티에서 용탕이 유동하면서 고압으로 쿨링 파이프를 가압하기 때문에, 제조과정에서 쿨링 파이프의 형상이 변형되는 문제가 발생한다. 특히, 알루미늄 합금은 열전도율이 높아서 우수한 냉각 성능을 제공할 수 있음에도 불구하고 강도가 낮기 때문에, 이와 같은 인서트 사출성형 방식으로 제조하기 매우 어렵다.
등록특허공보 등록번호 제10-1674068호 (2016.11.08)
본 발명의 목적은 냉각 효율이 향상된 발열체 냉각용 주조품 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉각 파이프를 이용하여 인서트 사출성형 방식으로 냉각용 주조품을 제조함에 있어서, 냉각 파이프의 변형 및 위치 이탈을 방지하는 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 금속재의 몸체; 및 냉각 유체가 흐르는 통로를 제공하고 알루미늄 합금 재질의 냉각 파이프를 포함하며, 상기 몸체는 판상의 판부와, 상기 판부로부터 돌출되고 상기 냉각 파이프를 따라 연장되어서 상기 냉각 파이프의 적어도 일부 구간이 완전히 매립되는 돌출 연장부와, 상기 판부와 일체로 형성되는 냉각핀 구조물을 구비하며, 상기 냉각 파이프는 횡단면 형상에서 제1 방향 상의 제1 파이프 두께가 상기 제1 방향과 직각인 제2 방향 상의 제2 파이프 두께보다 크게 형성되며, 상기 제1 방향은 상기 판부와 평행하고, 상기 제2 방향은 상기 판부의 두께 방향인 발열체 냉각용 주조품이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 합형되어서 캐비티를 형성하는 제1 금형과 제2 금형을 준비하는 금형 준비 단계; 상기 제1 금형과 상기 제2 금형이 합형되기 전에 상기 캐비티에 대응하는 공간에 알루미늄 합금 재질의 냉각 파이프를 설치하는 파이프 설치 단계; 제1 금형과 상기 제2 금형을 결합하여 상기 캐비티를 형성하고 상기 캐비티에 상기 냉각 파이프가 배치되는 합형 단계; 및 상기 캐비티에 금속재 용탕을 주입하여 상기 용탕이 상기 캐비티에서 유동방향을 따라 이동하는 용탕 주입 단계를 포함하며, 상기 냉각 파이프는 횡단면 형상에서 제1 방향 상의 제1 파이프 두께가 상기 제1 방향과 직각인 제2 방향 상의 제2 파이프 두께보다 크게 형성되며, 상기 파이프 설치 단계에서 상기 냉각 파이프는 상기 제1 방향이 상기 유동방향과 평행하도록 배치되며, 상기 캐비티는 상기 냉각 파이프가 배치되는 트렌치 홈 형태의 파이프 배치 채널과, 상기 파이프 배치 채널과 연결되는 복수 개의 돌출부 냉각핀 성형홈들을 구비하며, 상기 용탕이 상기 돌출부 냉각핀 성형홈들에 채워져서 냉각핀을 형성하는, 발열체 냉각용 주조품의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로, 냉각 파이프를 이용하여 인서트 사출성형 방식으로 냉각용 주조품을 제조함에 있어서, 냉각 파이프는 횡단면 형상에서 제1 반경방향 상의 제1 파이프 두께가 상기 제1 반경방향과 직각인 제2 반경방향 상의 제2 파이프 두께보다 크게 형성되고, 냉각 파이프가 금형의 캐비티에 제1 반경방향이 용탕의 유동방향과 대체로 평하도록 배치되어서 용탕의 유동 압력에 의해 냉각 파이프가 변형되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 상기 냉각 파이프와 연결되는 냉각핀이 형성됨으로써, 냉각 효율이 향상되며, 인서트 사출성형 과정에서 냉각 파이프가 이탈하는 것이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체 냉각용 주조품이 적용된 전기자동차용 배터리팩의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 전기자동차용 배터리팩에서 하우징 본체를 서로 다른 방향에서 본 형상을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 하우징 본체의 저면도이다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 하우징 본체에 구비되는 냉각 파이프를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1에서 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 파이프들의 단면 형상을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체 냉각용 주조품의 제조방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 9는 도 8의 금형 준비 단계와 파이프 설치 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8의 용탕 주입 단계가 수행되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 냉각 파이프를 이용하여 제조된 발열체 냉각용 주조품을 다른 냉각 파이프를 이용하여 제조된 발열체 냉각용 주조품들과 비교하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체 냉각용 주조품이 적용된 전기자동차용 배터리팩의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 전기자동차용 배터리팩(100)은 팩하우징(110)과, 팩하우징(110)의 내부에 설치되는 분할판(170)과, 팩하우징(110)의 내부에 설치되는 복수개의 배터리 모듈(180)들과, 팩하우징(110)의 내부에 설치되는 제어 모듈(190)를 포함한다.
팩하우징(110)은 내부에 분할판(170), 복수개의 배터리 모듈(180)들 및 제어 모듈(190)이 설치되는 설치 공간(111)을 제공한다. 팩하우징(110)은 전체적으로 알루미늄 합금 재질로 이루어지며, 주조에 의해 제조된다. 팩하우징(110)은 하우징 본체(120)와, 하우징 본체(120)에 결합되는 하우징 덮개(160)를 구비한다.
하우징 본체(120)는 내부 공간(121)을 제공하며, 상단은 개방되어서 개구부(123)를 형성한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 하우징 본체(120)는 하우징 몸체(130)와, 하우징 몸체(130)에 일체로 결합되는 냉각 파이프(150)를 구비한다. 하우징 본체(120)는 인서트 사출성형 방식으로 제조되는 것으로서, 본 발명에 따른 발열체 냉각 주조품의 일 실시예이다.
하우징 몸체(130)는 알루미늄 합금 재질로서, 대체로 평평한 판상의 바닥(131)과, 바닥(131)의 가장자리로부터 벽 형태로 세워져서 연장되는 측벽(140)과, 바닥(131)과 측벽(140)으로부터 돌출된 형태로 길게 연장되어서 형성되는 돌출 연장부(135)와, 바닥(131)으로부터 돌출되어서 형성되는 냉각핀 구조물(142)을 구비한다. 하우징 몸체(130)의 돌출 연장부(135)에 냉각 파이프(150)가 매립되어서 하우징 몸체(130)와 냉각 파이프(150)가 일체로 결합된다.
바닥(131)은 대체로 평평한 판상의 판부로서, 내부 공간(121)과 접하는 내면(132)에는 복수개의 노출 홈(133)들이 형성된다. 복수개의 노출 홈(133)들을 통해 냉각 파이프(150)의 일부가 노출된다. 복수개의 노출 홈(133)들은 하우징 본체(120)가 인서트 사출성형 방식으로 제조되는 과정에서 냉각 파이프(150)를 고정시키는 구조물에 의해 형성되는 것이다. 복수개의 노출 홈(133)들에 의해 냉각 파이프(150)의 일부가 노출되므로, 냉각 성능이 향상될 수 있다. 바닥(131)에서 내면(132)의 반대면인 외면(134)에는 돌출 연장부(135)의 일부와 냉각핀 구조물(142)이 형성된다.
측벽(140)은 바닥(131)의 가장자리로부터 벽 형태로 세워져서 연장된다. 측벽(140)의 외면(141)에는 냉각 파이프(150)의 두 양단부에 대응하여 돌출 연장부(135)의 일부가 바닥(131)으로부터 높이방향을 따라 연장되어서 형성된다.
돌출 연장부(135)는 바닥(131)의 외면(134)과 측벽(140)의 외면(141)에 돌출된 형태로 냉각 파이프(150)의 연장방향을 따라서 길게 연장되어서 형성된다. 돌출 연장부(135)의 연장방향을 따라서 복수개의 파이프 노출부(136)들이 이격되어서 형성된다. 복수개의 파이프 노출부(136)들은 하우징 본체(120)가 인서트 사출성형 방식을 제조되는 과정에서 냉각 파이프(150)를 고정시키는 구조물에 의해 형성되는 것이다. 복수개의 파이프 노출부(136)에 의해 냉각 파이프(150)의 일부가 노출되므로, 냉각 성능이 향상될 수 있다.
돌출 연장부(135)는 바닥(131)의 외면(134)에 돌출되어서 지그재그 형태로 연장되는 지그재그 돌출 연장부(135a)를 구비한다. 지그재그 돌출 연장부(135a)는 평행하게 배치되는 복수 개의 돌출 주 연장부(135b)들과, 이웃하는 두 돌출 주 연장부(135b)들 사이를 연결하도록 굴곡되어서 연장되는 복수 개의 돌출 굴곡부(135c)들을 구비한다.
냉각핀 구조물(142)은 하우징 몸체(130)에 구비되는 바닥(131)의 외면(134)으로부터 돌출되어서 형성된다. 냉각핀 구조물(142)은 지그재그 돌출 연장부(135a)의 돌출 주 연장부(135b)를 가로지르는 형태로 연장되어서 형성되는 복수 개의 돌출부 냉각핀(143)들과, 돌출 주 연장부(135b)와는 이격되어서 위치하는 복수 개의 바닥 냉각핀(147)들을 구비한다. 냉각핀 구조물(142)에 의해 냉각 효율이 향상되고, 인서트 사출 성형 시 냉각 파이프(150)의 위치 이탈이 방지될 수 있다.
복수 개의 돌출부 냉각핀(143)들은 지그재그 돌출 연장부(135a)의 돌출 주 연장부(135b)에 차례대로 형성된다. 복수 개의 돌출부 냉각핀(143)들 각각은 지그재그 돌출 연장부(135a)의 돌출 주 연장부(135b)를 가로지르는 형태로 연장되어서 형성된다. 돌출부 냉각핀(143)의 연장방향은 돌출 주 연장부(135b)의 연장방향과 직각이 아닌 각도(a)로 경사지게 배치된다. 하나의 돌출 주 연장부(135b)에 배치되는 복수 개의 돌출부 냉각핀(143)들은 모두 동일한 각도로 경사지게 배치되어서, 냉각핀(143)의 길이를 증가시킬 수 있다. 이웃하는 두 돌출 주 연장부(135b)들 각각에 배치되는 돌출부 냉각핀(143)들은 서로 반대방향으로 경사진다.
복수 개의 바닥 냉각핀(147)들은 이웃하는 두 돌출 주 연장부(135b)들 사이에 돌출부 냉각핀(143)과 이격되어서 위치한다. 바닥 냉각핀(147)들 각각은 돌출 주 연장부(135b)와 대체로 평행하게 연장된다.
냉각 파이프(150)는 알루미늄 합금 재질로서, 하우징 몸체(130)에 일체로 결합된다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 냉각 파이프(150)는 내부에 냉각 유체가 흐르는 통로(151)를 제공하며, 지그재그 형태로 연장되는 지그재그 파이프 연장부(152)를 구비한다. 지그재그 파이프 연장부(152)는 하우징 몸체(130)의 바닥(131)에 형성되는 지그재그 돌출 연장부(135a)에 매립되어서 하우징 몸체(130)와 일체가 된다. 지그재그 파이프 연장부(152)는 평행하게 배치되는 복수 개의 파이프 주 연장부(153)들과, 이웃하는 두 주 연장부(153)들 사이를 연결하도록 굴곡되어서 연장되는 복수 개의 파이프 굴곡부(159)들을 구비한다. 파이프 주 연장부(153)는 지그재그 돌출 연장부(135a)의 돌출 주 연장부(135b)에 대응하여 매립되고, 파이프 굴곡부(159)는 지그재그 돌출 연장부(135a)의 돌출 굴곡부(135c)에 대응하여 매립된다.
본 실시예에서 지그재그 파이프 연장부(152)가 하우징 몸체(130)의 바닥(131)에 위치하는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 하우징 몸체(130)의 측벽(140)에 추가로 위치하거나, 측벽(140)에만 위치할 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 냉각 파이프(150)는 하우징 몸체(130)에 구비되는 돌출 연장부(135)에 완전히 매립된다. 도 6을 참조하면, 냉각 파이프(150)는 횡단면 형상에서 제1 반경방향(H)(제1 방향) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제1 반경방향(H)과 직각을 이루는 제1 반경방향(V)(제2 방향) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크다. 본 실시예에서 냉각 파이프(150)의 외주(154)는 횡단면 형상에서 타원형이고, 냉각 파이프(150)의 내주(156)는 횡단면 형상에서 외주(154)와 동심으로 배치되는 원형인 것으로 설명한다. 제2 반경방향(V)은 하우징 몸체(130)가 발열체인 배터리 모듈(180)을 대향하는 방향이기도 하다. 냉각 파이프(150)의 횡단면에서 외주(154)와 내주(156) 사이의 형상은 중심에 대해 대칭인 형상을 갖는다. 냉각 파이프(150)는 바닥(131)에 매립된 부분에서 제1 반경방향(H)이 바닥(131)의 연장방향과 평행하도록 배치된다. 냉각 파이프(150)의 이러한 형상 및 배치에 의해 인서트 사출성형에 의한 하우징 본체(120)의 제조과정에서 냉각 파이프(150)의 변형이 방지된다. 본 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같이 냉각 파이프(150)가 타원형의 외주(154)와 원형의 내주(156)를 갖는 형상인 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 횡단면 형상에서 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제1 반경방향 (H)과 직각을 이루는 제1 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 큰 형상이면 모두 가능하다. 예를 들어서 도 7에 도시된 바와 같이 다른 다양한 형태가 가능하다.
도 7에는 (a) 내지 (k)를 통해 다양한 냉각 파이프의 횡단면 형상이 도시되어 있다. 도 7의 (a)를 참조하면, 냉각 파이프(250)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 타원형의 외주(254)와, 외주(254)와 동심으로 배치되는 정사각형의 내주(256)를 갖는다.
도 7의 (b)를 참조하면, 냉각 파이프(350)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 타원형의 외주(354)와, 외주(354)와 동심으로 배치되는 타원형의 내주(356)를 갖는다.
도 7의 (c)를 참조하면, 냉각 파이프(450)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 직사각형의 외주(454)와, 외주(454)와 동심으로 배치되는 정사각형의 내주(456)를 갖는다.
도 7의 (d)를 참조하면, 파이프(550)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 직사각형의 외주(554)와, 외주(554)와 동심으로 배치되는 타원형의 내주(556)를 갖는다.
도 7의 (e)를 참조하면, 냉각 파이프(650)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 직사각형의 외주(654)와, 외주(654)와 동심으로 배치되는 원형의 내주(656)를 갖는다.
도 7의 (f)를 참조하면, 냉각 파이프(750)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 팔각형의 외주(754)와, 외주(754)와 동심으로 배치되는 정사각형의 내주(756)를 갖는다.
도 7의 (g)를 참조하면, 냉각 파이프(850)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 팔각형의 외주(854)와, 외주(854)와 동심으로 배치되는 타원형의 내주(856)를 갖는다.
도 7의 (h)를 참조하면, 냉각 파이프(950)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 팔각형의 외주(954)와, 외주(954)와 동심으로 배치되는 원형의 내주(956)를 갖는다.
도 7의 (i)를 참조하면, 냉각 파이프(1050)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 대체로 육각형의 외주(1054)와, 외주(1054)와 동심으로 배치되는 정사각형의 내주(1056)를 갖는다.
도 7의 (j)를 참조하면, 냉각 파이프(1150)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 대체로 육각형의 외주(1154)와, 외주(1154)와 동심으로 배치되는 대체로 타원형의 내주(1156)를 갖는다.
도 7의 (k)를 참조하면, 냉각 파이프(1250)는 제1 반경방향(H) 상의 두께인 제1 파이프 두께(t1)가 제2 반경방향(V) 상의 두께인 제2 파이프 두께(t2)보다 크도록, 대체로 육각형의 외주(1254)와, 외주(1254)와 동심으로 배치되는 대체로 원형의 내주(1256)를 갖는다.
도 1을 참조하면, 하우징 덮개(160)는 하우징 본체(120)에 형성되는 개구부(123)를 폐쇄하도록 하우징 본체(120)의 상단에 분리 가능하게 결합된다. 본 실시예에서 하우징 덮개(160)는 알루미늄 합금 재질인 것으로 설명한다. 도시되지는 않았으나, 하우징 덮개(160)에도 하우징 본체(120)에 구비되는 냉각 파이프(150)의 구조가 설치될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
분할판(170)은 하우징 본체(120)의 내부 공간(121)에 설치되어서 팩하우징(110)의 설치 공간(111)을 하부 설치 공간(115)와 상부 설치 공간(117)으로 분할한다. 하부 설치 공간(115)에는 복수개의 배터리 모듈(180)들이 위치하고, 상부 설치 공간(117)에는 제어 모듈(190)이 위치한다. 본 실시예에서는 분할판(170)에 제어 모듈(190)이 결합되어서 설치되는 것으로 설명한다. 본 실시예에서 분할판(170)은 알루미늄 합금 재질인 것으로 설명한다. 도시되지는 않았으나, 하우징 덮개(160)에도 하우징 본체(120)에 구비되는 냉각 파이프(150)의 구조가 설치될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 그에 따라 분할판(170)은 발열체인 제어 모듈(190)을 냉각하는 냉각판으로 기능할 수 있다.
복수개의 배터리 모듈(180)들은 팩하우징(110) 내부의 하부 설치 공간(115)에 배치되어서 설치된다. 배터리 모듈(180)은 복수개의 배터리 셀(181)들과, 복수개의 배터리 셀(181)들을 내부에 수용하여 보호하는 모듈 케이스(183)를 구비한다. 본 실시예에서 모듈 케이스(183)는 알루미늄 합금 재질인 것으로 설명한다. 도시되지는 않았으나, 모듈 케이스(183)의 적어도 일부분에도 하우징 본체(120)에 구비되는 냉각 파이프(150)의 구조가 설치될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 그에 따라 모듈 케이스(183)은 발열체인 배터리 모듈(180)을 냉각하는 냉각 수단으로 기능할 수 있다.
제어 모듈(190)은 팩하우징(110) 내부의 상부 설치 공간(115)에 위치한다. 제어 모듈(190)은 BMS(Battery Management System)을 구비하는 발열체로서, 냉각판으로 기능하는 분할판(170)에 설치되어서, 냉각될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체 냉각용 주조품의 제조방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체 냉각용 주조품의 제조방법은, 금형을 준비하는 금형 준비 단계(S10)와, 금형 준비 단계(S10)에서 준비된 금형에 냉각 파이프를 설치하는 파이프 설치 단계(S20)와, 파이프 설치 단계(S20)를 통해 금형에 냉각 파이프가 설치된 상태에서 금형에 대한 합형을 수행하여 금형 내에 캐비티를 형성하는 합형 단계(S30)와, 합형 단계(S30)가 수행되어서 형성된 캐비티에 용탕을 주입하는 용탕 주입 단계(S40)를 포포함한다.
금형 준비 단계(S10)에서는 알루미늄 합금 재질의 발열체 냉각용 주조품을 인서트 사출성형법으로 제조하기 위한 금형이 이형된 상태로 준비된다. 도 9를 참조하면, 금형(10)은 아래에 위치하는 제1 금형(11)과, 위에 위치하는 제2 금형(12)을 구비한다. 제1 금형(11)에는 제2 금형(12)과 대향하여 성형 홈(13)이 형성된다. 성형 홈(13)의 바닥에는 냉각 파이프(150)가 배치되는 트렌치 홈 형태의 파이프 배치 채널(14)과 복수 개의 핀 성형 홈(15a, 15b)들이 형성된다. 파이프 배치 채널(14)은 냉각 파이프(150)의 지그재그 파이프 연장부(152)에 대응한다. 복수 개의 핀 성형 홈(15a, 15b)들은 돌출부 냉각핀(143)에 대응하여 형성되는 돌출부 냉각핀 성형홈(15a)과 바닥 냉각핀(147)에 대응하여 형성되는 바닥 냉각핀 성형홈(15b)를 구비한다. 제1 금형(11)에는 용탕 주입구(16)가 형성된다. 제2 금형(12)은 제1 금형(11)과 대향하며 성형 홈(13)에 삽입될 수 있는 성형 돌출부(15)를 구비한다. 도시되지는 않았으나, 금형(10)은 냉각 파이프(150)를 파이프 배치 채널(14)에 정위치시켜서 고정시키기 위한 지그 구조물들을 더 구비한다. 지그 구조물들 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 지그재그 형태로 굴곡되어서 연장되는 냉각 파이프(150)를 정위치시켜서 고정시킬 수 있다. 지그 구조물은 냉각 파이프(150)를 양측에서 지지하여 냉각 파이프(150)의 움직임을 방지한다. 그에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징 몸체(130)의 바닥(131) 외면(134)에는 돌출부(135)를 사이에 두고 양측으로 고정 구조물에 의해 돌출된 돌출부(138)들이 형성된다. 고정 구조물들은 냉각 파이프(150)의 연장 방향을 따라서 연속적으로 배치되며, 특히 냉각 파이프(150)의 굴곡부(159)에 대응하는 지점들을 포함하여 위치한다.
파이프 설치 단계(S20)에서는 금형 준비 단계(S10)를 통해 이형된 금형(10)이 준비된 상태에서 냉각 파이프(150)가 도 9에 도시된 바와 같이 제1 금형(11)에 형성된 파이프 배치 채널(14)에 정위치하도록 설치된다. 도시되지는 않았으나, 파이프 설치 단계(S20)에서 냉각 파이프(150)는 고정 구조물에 의해 고정되어서 파이프 배치 채널(14)의 표면과 이격된 상태로 정위치를 유지한다. 파이프 설치 단계(S20)에서 냉각 파이프(150)는 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 파이프 두께(t1)보다 더 두꺼운 제1 파이프 두께(t2)를 갖는 제1 반경방향(H)이 용탕(C)의 유동방향과 대체로 평행하도록 설치된다. 파이프 설치 단계(S20)를 통해 냉각 파이프(150)가 금형(10)의 내부에 정위치된 후에는 합형 단계(S30)가 수행된다.
합형 단계(S30)에서는 파이프 설치 단계(S20)를 통해 금형(10)에 냉각 파이프(150)가 설치된 상태에서 금형(10)의 제1 금형(11)과 제2 금형(12)이 합형되어서 도 10에 도시된 바와 같이 금형(10)에 캐비티(18)가 형성된다. 합형 단계(S30)를 통해 금형(10)에 캐비티(18)가 형성된 후에는 용탕 주입 단계(S40)가 수행된다.
용탕 주입 단계(S40)에서는 도 10에 도시된 바와 같이 냉각 파이프(150)가 삽입되어서 설치된 캐비티(18)로 용탕 주입구(16)를 통해 알루미늄 금속재 용탕(C)이 주입된다. 용탕(C)은 캐비티(18) 내에서 화살표로 표시된 유동방향을 따라서 고온·고압의 상태로 유동한다. 냉각 파이프(150)는 제2 파이프 두께(t1)보다 더 두꺼운 제1 파이프 두께(t2)를 갖는 제1 반경방향(H)이 용탕(C)의 유동방향과 대체로 평행하도록 배치되므로, 용탕(C)에 의해 냉각 파이프(150)가 변형되는 것이 방지된다. 또한, 용탕(C)이 돌출부 냉각핀 성형홈(15a)에 채워짐으로써 냉각 파이프(150)의 이탈이 방지된다.
도 11의 (a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 냉각 파이프를 이용하여 제조된 발열체 냉각용 주조품을 다른 냉각 파이프를 이용하여 제조된 발열체 냉각용 주조품들과 비교하는 도면이다. 도 11의 (a) 내지 (e) 각각에서 좌측 도면은 용탕 주입 과정에서 냉각용 파이프에 압력이 낮게 가해지는 부분에 대한 것이고, 우측 도면은 냉각용 파이프에 압력이 높게 가해지는 부분에 대한 것이다.
도 11의 (a)는 본 발명에 따른 냉각 파이프를 이용하여 제조된 발열체 냉각용 주조품(전기자동차용 배터리팩의 팩하우징)에 대한 도면으로서, 두꺼운 제1 방향의 외경이 9mm이고 두께가 2.5mm인 타원형 냉각 파이프를 사용한 경우이다. 도 11의 (a)로부터 고압이 가해지는 부분에서도 냉각용 파이프가 변형되지 않고 형상을 그대로 유지하는 것이 확인된다.
도 11의 (b) 내지 (e)는 본 발명과는 다른 구성의 냉각 파이프를 이용하여 제조된 발열체 냉각용 주조품(전기자동차용 배터리팩의 팩하우징)들에 대한 도면이다. 도 11의 (b)는 통상적인 구리 재질의 원형 파이프를 사용하는 경우이고, 도 11의 (c)는 알루미늄 합금 재질의 외경 15mm, 두께 3mm인 원형 파이프를 사용하는 경우이며, 도 11의 (d)는 알루미늄 합금 재질의 외경 9mm, 두께 3mm인 원형 파이프를 사용하는 경우이고, 도 11의 (e)는 알루미늄 합급 재질의 외경 9mm, 두께 2mm인 원형 파이프를 사용하는 경우이다. 도 11의 (b) 내지 (e)로부터 저압의 부분에서는 냉각용 파이프의 원형이 유지될 수 있지만, 고압이 가해지는 부분에서 냉각용 파이프가 용탕의 유동방향 상류측에서 압력에 의해 변형되어서 냉각 유로가 막히는 것이 확인된다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100: 배터리팩 110: 팩하우징
120: 하우징 본체 130: 하우징 몸체
136: 파이프 노줄부 142: 냉각핀 구조물
143: 돌출부 냉각핀 147: 바닥 냉각핀
136: 파이프 노출부 150: 냉각 파이프
160: 하우징 덮개 170: 분할판
180: 배터리 모듈 183: 모듈 케이스
190: 제어 모듈

Claims (10)

  1. 금속재의 몸체; 및
    냉각 유체가 흐르는 통로를 제공하고 알루미늄 합금 재질의 냉각 파이프를 포함하며,
    상기 몸체는 판상의 판부와, 상기 판부로부터 돌출되고 상기 냉각 파이프를 따라 연장되어서 상기 냉각 파이프의 적어도 일부 구간이 완전히 매립되는 돌출 연장부와, 상기 판부와 일체로 형성되는 냉각핀 구조물을 구비하며,
    상기 냉각 파이프는 횡단면 형상에서 제1 방향 상의 제1 파이프 두께가 상기 제1 방향과 직각인 제2 방향 상의 제2 파이프 두께보다 크게 형성되며,
    상기 제1 방향은 상기 판부와 평행하고, 상기 제2 방향은 상기 판부의 두께 방향인,
    발열체 냉각용 주조품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각핀 구조물은 상기 돌출 연장부와 연결되는 복수 개의 돌출부 냉각핀들을 구비하는,
    발열체 냉각용 주조품.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수 개의 돌출부 냉각핀들은 상기 돌출 연장부의 연장방향을 따라서 차례대로 이격되어서 배치되며,
    상기 복수 개의 돌출부 냉각핀들 각각은 상기 돌출 연장부를 가로지르도록 연장되는,
    발열체 냉각용 주조품.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부 냉각핀들 각각의 연장방향은 상기 돌출 연장부의 연장방향과 직각이 아닌 각도로 경사지는,
    발열체 냉각용 주조품.
  5. 청구항 4에 있어서,
    돌출 연장부는 지그재그 형태로 연장되는 지그재그 돌출 연장부를 구비하며,
    상기 지그재그 돌출 연장부는 평행하게 배치되는 복수 개의 돌출 주 연장부들을 구비하며,
    상기 복수 개의 돌출 부 냉각핀들은 상기 복수 개의 돌출 주 연장부들 각각에 위치하는,
    발열체 냉각용 주조품.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수 개의 돌출 주 연장부들 중 하나의 돌출 주 연장부에 위치하는 상기 복수 개의 돌출부 냉각핀들은 평행하게 배치되는,
    발열체 냉각용 주조품.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각 파이프의 횡단면은 중심에 대해 대칭인 형상을 갖는,
    발열체 냉각용 주조품.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체는 알루미늄 합금 재질인,
    발열체 냉각용 주조품.
  9. 합형되어서 캐비티를 형성하는 제1 금형과 제2 금형을 준비하는 금형 준비 단계;
    상기 제1 금형과 상기 제2 금형이 합형되기 전에 상기 캐비티에 대응하는 공간에 알루미늄 합금 재질의 냉각 파이프를 설치하는 파이프 설치 단계;
    제1 금형과 상기 제2 금형을 결합하여 상기 캐비티를 형성하고 상기 캐비티에 상기 냉각 파이프가 배치되는 합형 단계; 및
    상기 캐비티에 금속재 용탕을 주입하여 상기 용탕이 상기 캐비티에서 유동방향을 따라 이동하는 용탕 주입 단계를 포함하며,
    상기 냉각 파이프는 횡단면 형상에서 제1 방향 상의 제1 파이프 두께가 상기 제1 방향과 직각인 제2 방향 상의 제2 파이프 두께보다 크게 형성되며,
    상기 파이프 설치 단계에서 상기 냉각 파이프는 상기 제1 방향이 상기 유동방향과 평행하도록 배치되며,
    상기 캐비티는 상기 냉각 파이프가 배치되는 트렌치 홈 형태의 파이프 배치 채널과, 상기 파이프 배치 채널과 연결되는 복수 개의 돌출부 냉각핀 성형홈들을 구비하며,
    상기 용탕이 상기 돌출부 냉각핀 성형홈들에 채워져서 냉각핀을 형성하는,
    발열체 냉각용 주조품의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 돌출부 냉각핀 성형홈은 상기 파이프 배치 채널을 가로지르도록 연장되는,
    발열체 냉각용 주조품의 제조방법.
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