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KR20220012188A - 자동차의 트랙션 배터리의 배터리 모듈을 위한 배터리 하우징 - Google Patents

자동차의 트랙션 배터리의 배터리 모듈을 위한 배터리 하우징 Download PDF

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KR20220012188A
KR20220012188A KR1020210093981A KR20210093981A KR20220012188A KR 20220012188 A KR20220012188 A KR 20220012188A KR 1020210093981 A KR1020210093981 A KR 1020210093981A KR 20210093981 A KR20210093981 A KR 20210093981A KR 20220012188 A KR20220012188 A KR 20220012188A
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South Korea
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cooling
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cooling groove
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Inventor
필립 켈너
크리스토퍼 폴크머
사샤 모스토피
임마누엘 포겔
디터 쉬벨
토마스 노이하우저
Original Assignee
독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Publication date
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Abstract

본 발명은 자동차의 트랙션 배터리의 배터리 모듈을 위한 배터리 하우징(10)에 관한 것으로, 상기 배터리 하우징은 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러싸기 위한 하우징(12)과; 이 하우징(12)의 적어도 하나의 하우징 벽(16)에 형성되고 배터리 셀로부터 먼 쪽으로 개방되어 냉각 유체를 전도하기 위한 적어도 하나의 냉각 홈(18)과; 평판으로 구성되고 하우징 벽(16)에 연결되며 적어도 하나의 냉각 홈(18)을 폐쇄하기 위한 커버(20);를 구비한다. 하우징 벽(16)에 형성된 냉각 홈(18)으로 인해, 커버(20)는 저렴한 평판으로 형성될 수 있고, 그에 따라 적은 제조 비용으로 배터리 모듈의 냉각이 가능해진다.

Description

자동차의 트랙션 배터리의 배터리 모듈을 위한 배터리 하우징{BATTERY HOUSING FOR BATTERY MODULE OF A TRACTION BATTERY OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은, 자동차의 트랙션 배터리의 배터리 모듈을 수용하며 배터리 모듈의 온도 제어를 가능하게 하는 배터리 하우징에 관한 것이다.
DE 10 2017 104 710 A1호로부터 공지된, 자동차 트랙션 배터리의 배터리 모듈을 위한 배터리 하우징에서는, 배터리 하우징이 프로파일링된 추가 부품이 삽입되는 요홈부를 구비하여 상기 추가 부품과 요홈부의 편평한 기저부 사이에 냉각 채널이 형성된다.
배터리 모듈의 냉각을 위한 제조 비용을 감소시키는 것에 대한 지속적인 요구가 있다.
본 발명의 과제는 적은 제조 비용으로 배터리 모듈을 냉각시킬 수 있는 조치를 제시하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징들을 갖는 배터리 하우징에 의해 해결된다. 각각 단독으로 또는 서로 조합되어 본 발명의 양태를 구현할 수 있는 본 발명의 바람직한 구성들은 하기 설명 및 종속항에 명시된다.
본 발명의 일 양태는, 자동차의 트랙션 배터리의 배터리 모듈을 위한 배터리 하우징으로서, 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러싸기 위한 하우징; 상기 하우징의 적어도 하나의 하우징 벽에 형성되고 배터리 셀로부터 먼 쪽으로 개방되어 냉각 유체를 전도하기 위한 적어도 하나의 냉각 홈; 및 평판으로 구성되고 하우징 벽에 연결되며 적어도 하나의 냉각 홈을 폐쇄하기 위한 커버;를 구비한 배터리 하우징에 관한 것이다.
배터리 모듈을 위한 하우징은, 배터리 셀들이 삽입될 수 있고 이어서 단부측이 폐쇄되는 직사각형 관에 기반할 수 있다. 하우징을 형성하는 재료에 이미 적어도 하나의 냉각 홈이 형성되어 있기 때문에, 냉각 홈들 내의 냉각 유체와 배터리 셀들 사이의 열전도 저항이 특히 낮게 유지될 수 있다. 어떠한 경우든, 냉각 유체가 흐를 수 있는 냉각 채널을 구비한 냉각 시스템의 외부 냉각판과 하우징의 재료 사이의 열전도 저항이 감소할 수 있다. 그 대신, 냉각 홈을 통해 흐르는 냉각 유체는 하우징의 재료와 직접 접촉하게 된다. 그에 따라 냉각력이 개선될 수 있다.
이 경우, 적어도 하나의 냉각 홈은 배터리 셀들로부터 또는 배터리 셀들을 수용하도록 하우징에 의해 획정된 내부 공간으로부터 먼 쪽으로 외부를 향해 개방되도록 형성된다. 이를 통해, 각각의 하우징 벽에 연결될 커버가 외부로부터 하우징 벽 상에 용이하게 배치되며, 예를 들어 접착 또는 마찰 교반 용접에 의해 부착될 수 있다. 따라서, 조립 공정이 간단하게 유지된다. 추가로, 커버가 평판으로 형성됨에 따라, 돌출부, 리브 등이 생략된다. 그에 따라, 커버는 적합한 스탬핑 공구를 사용한 스탬핑에 의해서만 반제품 형태로 존재하는 금속판 또는 플라스틱판으로부터 용이하게 생성될 수 있다. 그러므로, 제조 비용이 매우 낮아진다. 이 경우, 하우징이 이미 사용 목적에 맞게 조정된 복잡한 구조를 가지고, 경우에 따라 재가공되며, 재가공 시 특히 용이하게 적어도 하나의 냉각 홈이 비용 효율적으로 생성될 수 있는 반면, 커버 제조를 위해서는 추가 가공 단계가 불필요하다는 지식을 이용한다. 따라서, 특히 한편으로는 하우징이, 다른 한편으로는 적어도 하나의 커버가 분산된 위치에서 제조되는 경우, 제조 시 비용 절감을 실현할 수 있다. 하우징 벽에 형성된 냉각 홈으로 인해 커버가 저렴한 평판으로 형성될 수 있고, 그에 따라 적은 제조 비용으로 배터리 모듈의 냉각이 가능해진다.
특히, 커버는, 냉각 홈과 연통하며 냉각 유체를 공급하기 위한 유입구 및/또는 냉각 홈과 연통하며 냉각 유체를 배출하기 위한 배출구를 구비한다. 그에 따라, 냉각 유체는 커버를 통해 공급되고 그리고/또는 배출될 수 있다. 대응하는 유입구 및/또는 배출구는 특히 스탬핑에 의해 커버의 형성 시 동시에 용이하게 형성될 수 있고, 그에 따라 제조 비용이 낮게 유지된다.
바람직하게, 하우징 벽의 에지에, 냉각 홈 및 커버에 의해 획정되고 냉각 유체를 공급하기 위한 유입구 및/또는 냉각 홈 및 커버에 의해 획정되고 냉각 유체를 배출하기 위한 배출구가 형성된다. 그에 따라, 냉각 유체는 하우징의 에지, 특히 단부측에, 또는 하우징의 종방향 연장부에 대해 횡방향으로 공급되고 그리고/또는 배출될 수 있다. 이를 통해, 동일하게 형성된 다수의 배터리 하우징이 직렬 연결되고, 상이한 배터리 하우징들 내의 배터리 셀들의 온도 제어를 위해 설치 공간 절약 방식으로 동일한 냉각 유체가 사용되는 것이 용이하게 가능해진다. 하나의 배터리 하우징의 배출구는 설치 공간 절약적인, 특히 밀봉부로서만 형성된 연결 부품에 의해, 대향하여 놓인, 또 다른 배터리 하우징의 유입구와 유체학적으로 연결될 수 있다.
특히 바람직하게는, 하우징이 압출 직사각형 프로파일, 특히 직사각형 관으로 형성되고, 적어도 하나의 냉각 홈은 압축 성형 및/또는 절삭 가공에 의해 형성된다. 그에 따라, 4개의 다른 면으로부터 배터리 셀들을 덮을 수 있는 하우징이 저렴하게 제조될 수 있다. 적어도 하나의 냉각 홈이 형성되도록 의도된 하우징 벽들에는, 냉각 홈이 없는 하우징 벽보다 두꺼운 재료 두께를 용이하게 제공할 수 있다. 이를 위해 제공되는 하우징 벽의 재료의 비절삭 가공 또는 절삭 가공에 의해, 압출 공정 후에 용이하게 적어도 하나의 냉각 홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 압출 단계 직후 및 냉각 단계 직전에는 하우징이 여전히 온기가 있고 용이하게 성형될 수 있으며, 그에 따라 냉각 단계에서 하우징의 응고 전에 비절삭 방식으로 적어도 하나의 냉각 홈이 용이하게 하우징 벽에 음각될 수 있다. 또는 하우징의 응고 후에 예를 들어 밀링에 의해 절삭 방식으로 냉각 홈을 형성할 수도 있다.
특히, 적어도 하나의 하우징 벽은 기계 하중을 분산시키도록 형성되고, 적어도 하나의 냉각 홈을 획정하는 하우징 벽의 재료가 하우징 벽의 보강에 기여한다. 하우징 벽은 배터리 셀들의 기계적 손상을 방지하기 위해 수용된 배터리 셀들의 고유 중량 및 무게 중력뿐만 아니라, 예를 들어 사고("충돌") 시 발생하는 충격력을 분산시키도록 치수 설계될 수 있다. 특히, 하우징은 압출 방향을 따라 하중을 지지하고, 적어도 하나의 냉각 홈은 하우징의 하나 이상의 하중 경로에 제공된다. 적어도 하나의 냉각 홈의 구성에 의해 하중 분산 시 하우징의 기계적 거동에 영향이 미칠 수 있다. 예를 들어, 변형 작업의 흡수를 통해 충격 에너지를 분산시켜 하우징 내에 수용된 배터리 셀들을 보호하기 위해, 냉각 홈의 도움으로 충돌 이벤트의 설정 파괴점이 제공될 수 있다.
바람직하게, 냉각 홈은 직선 프로파일에서 벗어난 형상을 가지며, 특히 냉각 홈은 각진 형태 및/또는 지그재그 형태 및/또는 구불구불한 형태로 진행된다. 냉각 홈의 기하구조 및/또는 진행은 원칙적으로 자유롭게 선택될 수 있다. 이를 통해, 냉각 유체와 온도 제어될 하우징 재료의 접촉면이 상당히 확대될 수 있다. 그에 따라 냉각력이 상승할 수 있다. 또한, 냉각 유체는 더 높은 온도로 배출될 수 있고, 이는 예를 들어 자동차의 프론트 엔드 라디에이터에서의 냉각 유체의 수동 냉각(passive cooling)을 더 용이하게 더 효율적으로 만든다. 이로써 냉각 효율이 개선될 수 있다.
커버가 하우징 벽의 중앙 바디 상에 장착될 수 있는 중앙 개구를 구비하는 것이 특히 바람직하다. 중앙 개구는 예를 들어 중앙 바디 상에 장착되거나 압형될 수 있다. 이를 통해, 냉각 홈을 구비하고 커버링될 하우징 벽에 대한 커버의 상대 위치가 정확하게 설정될 수 있고, 이를 위해 커버가 돌출 러그 또는 탭(tab)을 구비할 필요가 없다. 그에 따라, 커버의 복잡한 3차원 성형 없이도 커버의 센터링 및 위치 설정이 달성될 수 있다.
특히, 하우징은 적어도 하나의 냉각 홈, 바람직하게는 다수의 냉각 홈이 장착된 적어도 2개의, 바람직하게는 적어도 4개의 하우징 벽을 구비한다. 배터리 셀들의 냉각을 위해 제공되며 냉각 유체가 흐르는 하부판과 달리, 하우징 및 그 안에 수용된 배터리 셀들은 하나 이상의 면으로부터 냉각될 수 있다. 따라서, 냉각력 및/또는 냉각 효율이 개선될 수 있다.
또 다른 양태는, 적어도 하나의 배터리 셀과; 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러싸기 위한, 전술한 바와 같이 형성되고 개선될 수 있는 배터리 하우징;을 구비한 자동차의 트랙션 배터리를 위한 배터리 모듈로서, 상기 배터리 셀은 적어도 하나의 냉각 홈이 장착된 하우징 벽에 직접 또는 열전도층을 통해서만 놓이는, 배터리 모듈에 관한 것이다. 이로써, 하우징 벽에 의해 매체 기밀 방식으로 분리된 냉각 유체와 냉각될 배터리 셀 사이의 열전달 저항이 최소화될 수 있다. 하우징 벽에 형성된 냉각 홈으로 인해, 커버는 저렴한 평판으로 형성될 수 있고, 그에 따라 적은 제조 비용으로 배터리 모듈의 냉각이 가능해진다.
바람직하게, 적어도 하나의 배터리 셀의 유일한 능동 온도 제어는 적어도 하나의 배터리 셀과 적어도 하나의 냉각 홈에서 흐를 수 있는 냉각 유체의 열교환을 통해서만 제공된다. 추가적인 저부 냉각체가 생략될 수 있고, 그리고/또는 적어도 하나의 하우징 벽에 형성된 적어도 하나의 냉각 홈의 냉각력으로 대체될 수 있다. 따라서, 배터리 셀들의 냉각을 위한 구조적 비용이 비용 효율적으로 낮게 유지될 수 있다.
이하에서, 본 발명은 바람직한 실시예에 기반한 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 설명되며, 하기에 제시되는 특징들은 각각 단독으로 또는 서로 조합해서도 본 발명의 양태를 구현할 수 있다.
도 1은 조립 공정 전의 배터리 하우징의 개략적 사시도이다.
도 2는 조립 공정 후의 도 1의 배터리 하우징의 개략적 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 하우징의 개략적 단면도이다.
도 4는 도 2의 배터리 하우징의 대안적 실시예의 개략적 정면도이다.
도 1에 도시된 배터리 하우징(10)은 자동차의 전기 구동부의 트랙션 배터리를 위한 배터리 모듈을 형성하기 위해 배터리 셀들을 수용하는 데 사용될 수 있다. 배터리 하우징(10)은 플라스틱 재료로 제조된 압출 하우징(12)을 구비하고, 상기 하우징(12)은 직사각형 프로파일로 형성되며, 이 하우징 내에는 예를 들어 압출 방향에 상응하게 하우징(12)의 종방향으로 연장되며 하우징(12)을 다수의 서브 챔버로 분할하기 위한 격벽(14)이 삽입되어 있다. 예를 들어, 하우징(12)의 상부 하우징 벽(16)에는, 특히 구불구불한 형태로 진행되는 다수의 냉각 홈(18)이 형성되고, 이를 통해 냉각 유체가 하우징(12) 및 하우징(12) 내에 수용된 배터리 셀들의 온도를 제어하기 위해, 특히 냉각 및/또는 예열하기 위해 흐를 수 있다. 평판으로 형성된 커버(20)에 의해 냉각 홈들(18)이 폐쇄될 수 있고, 그에 따라 하우징 벽(16)의 냉각 홈(18) 및 커버(20)의 바닥면에 의해 획정되는 냉각 채널이 형성된다. 추가로 또는 대안적으로, 배터리 셀들의 냉각을 위한 냉각력을 상응하게 높이기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(12)의 다른 벽들에도 또 다른 커버에 의해 폐쇄되는 적어도 하나의 냉각 홈이 제공될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 커버(20)가 커버(20)의 재료 평면으로부터 돌출되는 융기부를 필요로 하지 않는 조건에서, 하우징 벽(16)에 대한 커버(20)의 정의된 상대 위치를 설정하기 위해 하우징 벽(16)에 형성된 중앙 바디(24) 상에 장착될 수 있는 중앙 개구(22)를 구비할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 커버(20)는 상이한 냉각 채널들을 위해 각각 1개의 유입구(26) 및 1개의 배출구(28)를 구비하고, 상기 유입구 및 배출구를 통해, 냉각 유체가 하우징(12)의 압출 방향에 대해 직각으로 유입 및 배출될 수 있다. 가열된 냉각 유체를 원하는 작동 온도까지 다시, 바람직하게는 수동적으로, 냉각하기 위해, 유입구(26) 및 배출구(28)를 통해 각각의 냉각 채널이 특히 외부 열교환기를 구비한, 특히 자동차의 상대풍(relative wind)에 의해 공냉되는 프론트 엔드 라디에이터를 구비한 냉각 회로에 연결될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 추가로 또는 대안적으로 적어도 하나의 유입구(26) 및 적어도 하나의 배출구(28)가 하우징(12)의 단부측에 제공될 수 있다. 이를 위해, 관련 냉각 홈(18)이 하우징(12)의 단부측을 향해 개방되도록 형성될 수 있고, 그에 따라 냉각 홈(18)과 커버(20) 사이의 하우징의 단부측에 유입구(26) 또는 배출구(28)가 형성된다.

Claims (10)

  1. 자동차의 트랙션 배터리의 배터리 모듈을 위한 배터리 하우징으로서,
    상기 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러싸기 위한 하우징(12)과,
    상기 하우징(12)의 적어도 하나의 하우징 벽(16)에 형성되고 배터리 셀로부터 먼 쪽으로 개방되어 냉각 유체를 전도하기 위한 적어도 하나의 냉각 홈(18)과,
    평판으로 구성되고 하우징 벽(16)에 연결되며 적어도 하나의 냉각 홈(18)을 폐쇄하기 위한 커버(20)를 구비한, 배터리 하우징.
  2. 제1항에 있어서, 커버(20)는, 냉각 홈(18)과 연통하며 냉각 유체를 공급하기 위한 유입구(26) 및/또는 냉각 홈(18)과 연통하며 냉각 유체를 배출하기 위한 배출구(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 배터리 하우징.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징 벽(16)의 에지에, 냉각 홈(18) 및 커버(20)에 의해 획정되고 냉각 유체를 공급하기 위한 유입구(26) 및/또는 냉각 홈(18) 및 커버(20)에 의해 획정되고 냉각 유체를 배출하기 위한 배출구(28)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 하우징.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(12)은 압출 직사각형 프로파일, 특히 직사각형 관으로 형성되고, 적어도 하나의 냉각 홈(18)은 압축 성형 및/또는 절삭 가공에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 하우징.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 하우징 벽(16)은 기계 하중을 분산시키도록 형성되고, 적어도 하나의 냉각 홈(18)을 획정하는 하우징 벽(16)의 재료가 하우징 벽(16)의 보강에 기여하는 것을 특징으로 하는, 배터리 하우징.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 홈(18)은 직선 프로파일에서 벗어난 형상을 가지며, 특히 냉각 홈(18)은 각진 형태 및/또는 지그재그 형태 및/또는 구불구불한 형태로 진행되는 것을 특징으로 하는, 배터리 하우징.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 커버(20)는 하우징 벽(16)의 중앙 바디(24) 상에 장착될 수 있는 중앙 개구(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 배터리 하우징.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(12)은 적어도 하나의 냉각 홈(18), 바람직하게는 다수의 냉각 홈(18)이 장착된 적어도 2개의, 바람직하게는 적어도 4개의 하우징 벽(16)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 배터리 하우징.
  9. 적어도 하나의 배터리 셀과, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러싸기 위한, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 하우징(10)을 구비한 자동차의 트랙션 배터리를 위한 배터리 모듈로서,
    상기 배터리 셀은 적어도 하나의 냉각 홈(18)이 장착된 하우징 벽(16)에 직접 또는 열전도층을 통해서만 놓이는, 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 유일한 능동 온도 제어는 상기 적어도 하나의 배터리 셀과 상기 적어도 하나의 냉각 홈(18)에서 흐를 수 있는 냉각 유체의 열교환을 통해서만 제공되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
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