JP2013539166A - 新規な構造の電池パック - Google Patents

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Abstract

本発明は、複数の充放電が可能な電池セルまたは単位モジュール（「単位セル」）を含む１つまたは２つ以上の電池モジュールと、電池モジュールを冷却または加熱するための流体が電池モジュールを通過することができるように形成された流体チャネルと、流体チャネルに設置され、電池モジュールの温度状態によって流体の浮動方向を変換する浮動変換ユニットと、電池モジュールの温度に関する情報に基づいて浮動変換ユニットの動作を制御するための動作制御ユニットとを備える、温度を調節することができる電池パックに関する。

Description

本発明は、新規な構造を有する電池パックに関し、より詳細には、充放電が可能な複数の電池セルまたは単位モジュール（「単位セル」）を含む少なくとも１つの電池モジュールと、電池モジュールを冷却または加熱するための流体が電池モジュールを通過するように形成された流体チャネルと、電池モジュールの温度状態に基づいて流体の流動方向を変更するために流体チャネルに設置された流動変更ユニットと、電池モジュールの温度に関する情報に基づいて流動変更ユニットの動作を制御するための動作コントローラとを含む、温度が制御可能な電池パックに関する。
近年、充放電が可能な二次電池が、無線携帯機器用のエネルギー源として幅広く使用されている。また、二次電池は、化石燃料を使用する現行のガソリンおよびディーゼル車両によって引き起こされる大気汚染などの問題を解決するために開発された、電気車両（ＥＶ）およびハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）用の電源としてかなりの注目を集めている。
小型の携帯機器は、各機器に対して１つまたはいくつかの電池セルを使用する。一方、車両などの中型または大型の機器は、中型または大型の機器には高出力および大容量が必要であるので、互いに電気的に接続された複数の電池セルを有する中型または大型の電池モジュールを使用する。
中型または大型の電池モジュールは、できるだけ小さなサイズおよび重量を有するように製造されるのが好ましい。この理由で、高集積に積み重ねることができ、容量に対する重量の比が小さな角柱電池または袋状（pouch-shaped）電池が、中型または大型の電池モジュールの電池セルとして通常使用される。具体的には、袋状電池が軽量で、袋状電池の製造コストが低く、袋状電池の形状を修正するのが容易なため、被覆部材としてアルミニウムのラミネートシートを使用する袋状電池に現在多くの関心が集められている。
中型または大型の電池モジュールが所定の装置または機器によって要求される出力および容量を供給するために、中型または大型の電池モジュールは、複数の電池セルが互いに直列に電気的に接続され、電池セルが外力に対して安定な構造を有するように構成される必要がある。
また、そうした中型または大型の電池モジュールを構成する電池セルは、充放電が可能な二次電池である。その結果、電池の充放電中に、大量の熱が高出力、大容量の二次電池から発生する。単位セルの充放電中に単位セルから発生した熱が、電池モジュールから効果的に除去されない場合、熱が電池モジュール内に蓄積し、結果として単位セルの劣化が加速される。状況によっては、電池モジュールは発火し、または爆発する可能性がある。この理由で、電池パックに取り付けられた電池セルを冷却するために、冷却システムが、高出力、大容量の電池である車両用の電池パックにおいて必要とされる。
一方、それぞれが、樹脂層および金属層を含むラミネートシートから形成される電池ケースに取り付けられたカソード／セパレーター／アノード構造の電極集合体を有する平板状電池セルを含む電池モジュールまたは電池パックが、ハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気車両（ＰＨＥＶ）、電気車両（ＥＶ）などの車両用の電池として使用される場合、電池セルの長い寿命を保証することが必要である。この目的のために、電池セルを特定の温度以下に維持する冷却システムが設けられている。また、電池セル間の温度偏差を特定の範囲以下に維持することが必要であり、それによって、電池セル間の劣化偏差を低減し、したがって電池パックの性能における急激な低下を防止する。
空気などのガスを使用する冷却モードでは、冷却チャネルは、長く伸び、したがって、空気の温度が冷却中に上昇し、結果として電池パックの前部に位置する電池セルと電池パックの後部に位置する電池セルとの間の温度差が大きくなる。特に、最近、様々な形状の電池パックが外部機器の取り付け状態に基づいて必要とされている。２つ以上の電池モジュールを積み重ねることによって構成された電池パックに対して、従来の電池パックにおいて使用されている同じ冷却チャネルを使用する場合、電池セル間の温度差が大幅に上昇する。
また、電池セルが冷却チャネルに沿って積み重ねられる場合、冷却チャネルの長さが長くなるため、電池セルの表面の冷却中に、電池パックへ導入される空気は徐々に上昇し、結果として電池パックの前部に位置する電池セルと電池パックの後部に位置する電池セルとの間に大きな温度差が生じる。すなわち、電池セル間の内部抵抗偏差および電池セル間の劣化偏差が電池セル間の温度差により引き起こされ、結果として電池パックの全体的な性能が大きく影響されることになる。また、電池パックの全体的な性能は、最も劣化した電池セルの性能に依存する。
韓国特許出願第２００６−４５４４３号 韓国特許出願第２００６−４５４４４号
したがって、必要に応じて流体の均一な流動を実現し、温度偏差を低減することができる冷却システムを使用する特定の構造を有するように構成された電池パックに対する必要性が高い。
そうした温度制御は、熱を除去する冷却システムだけでなく、過冷却を解消するために熱を供給する加熱システムに対しても必要である。
したがって、本発明は、上記の問題およびまだ解決されていない他の技術的問題を解決するためになされた。
電池パックに関する様々な広範囲で集中的な研究および実験の結果、本出願の発明者は、電池モジュールの温度に基づいて流体の流動方向を変更するための流動変更ユニットが、流体チャネルに設置される場合、電池パックの構造を大きく変更せずに、流動変更ユニットのみを使用して電池パックの温度を均一に維持し、それによって、電池パックの性能および寿命を大きく改善することが可能であることを発見した。本発明は、これらの知見に基づいて成し遂げられた。
本発明の一態様によれば、上記および他の目的は、充放電が可能な複数の電池セルまたは単位モジュール（「単位セル」）を含む少なくとも１つの電池モジュールと、電池モジュールを冷却または加熱するための流体が電池モジュールを通過するように形成された流体チャネルと、電池モジュールの温度状態に基づいて流体の流動方向を変更するために流体チャネルに設置された流動変更ユニットと、電池モジュールの温度に関する情報に基づいて流動変更ユニットの動作を制御するための動作コントローラとを含む、温度が制御可能な電池パックを提供することによって達成することができる。
すなわち、本発明による電池パックにおいては、流動変更ユニットが、電池モジュールの温度状態に基づいて流体の流動方向を変更するために流体チャネルに設置され、したがって、電池パックの構造を大きく変更することなく流動変更ユニットのみを使用して、電池パックの温度を均一に維持することが可能である。
具体的には、電池パックにおける冷却流動方向を変更するための電池パック冷却システムは、最終入口ポートおよび最終出口ポートを変更せずに流動変更ユニットを追加することによって構成され、それによって、電池セル間の温度偏差を低減することができる。
また、冷却方向は、電池モジュールの前部に位置する電池セルと電池モジュールの後部に位置する電池セルとの間の温度差に基づいて柔軟に変更され、それによって、電池セル間の望ましい温度偏差を高精度に維持することができる。
さらに、電池パックの設計において電池モジュールを積み重ねる方法は、機械的に安定なシステム構成および信頼性のある冷却システム構成の点において一般に限られている。本発明による電池パックは、電池モジュールが積み重ねられる構造に関係なく信頼性のある冷却システムを構成することができ、それによって、電池パックを設計する際の柔軟性を容易に確実なものとすることができる。
一方、本発明による電池パックを構成する電池モジュールのそれぞれは、高い集積度で複数の単位セルを積み重ねることによって製造される。単位セルは、単位セルの充放電中に発生する熱を除去することができるように、および／または過冷却された電池モジュールを適切に加熱することができるように、所定の間隔で積み重ねられる。例えば、電池セルは、連続して積み重ねられえて、追加の部材を使用せずに所定の間隔で配置されうる。低い機械的強度を示す電池セルに対しては、１つまたは複数の電池セルの組合せが所定の取り付け部材に取り付けられ、複数の取り付け部材が積み重ねられて、電池モジュールを構成する。後者の場合、電池モジュールは、「単位モジュール」と呼ばれる。
複数の単位モジュールが積み重ねられて電池モジュールが構成される場合、流体チャンネルは、積み重ねられた電池セル間に蓄積された熱が効果的に除去されるように、および／または電池モジュールの過冷却状態が解消されるように、電池セル間および／または単位モジュール間に形成される。
好ましい例において、流体チャネルは、外部からの流体が流動変更ユニットに導入される第１のチャネルと、流動変更ユニットからの流体が外部に排出される第２のチャネルと、流動変更ユニットからの流体が電池モジュールに導入される第３のチャネルと、電池モジュールからの流体が流動変更ユニットに排出される第４のチャネルとを含む構造を有するように構成されうる。
上記の構造において、第３のチャネルおよび第４のチャネルは、電池モジュールに関して互いに反対側にある。その結果、第３のチャネルを通って導入された流体が、電池モジュールを通過する間に電池モジュールを冷却または加熱し、次いで、第４のチャネルを通って排出されうる。あるいは、第４のチャネルを通って導入された流体が、電池モジュールを通過する間に電池モジュールを冷却または加熱し、次いで、第３のチャネルを通って排出されうる。
流動変更ユニットは、第１のチャネルと第３のチャネル間の接続および第２のチャネルと第４のチャネル間の接続に対する接続モード（ａ）、または第１のチャネルと第４のチャネル間の接続および第２のチャネルと第３のチャネル間の接続に対する接続モード（ｂ）を選択して、流体の流動方向を決定することができる。
具体的な例において、流動変更ユニットは、流体が電池モジュールの前部へ導入され電池モジュールの後部へ流動するような通常状態において、接続モード（ａ）を維持することができ、電池モジュールの後部に位置する電池セルの温度が、電池モジュールの前部に位置する電池セルの温度から所定値を超えて逸脱する場合に、流動変更ユニットは、接続モード（ｂ）を選択して、流体が電池モジュールの後部へ導入され電池モジュールの前部へ流動するように流体の流動方向を変更することができる。
好ましい例において、流動変更ユニットは、第１のチャネルに接続された外部入口ポートと、第２のチャネルに接続された外部出口ポートと、第３のチャネルに接続された内部入口ポートと、第４のチャネルに接続された内部出口ポートとを含む静止部分、ならびに静止部分に回転可能に取り付けられる回転部分であって、静止部分の外部入口ポートおよび内部入口ポートと通じることができる第１の連通ポートと、静止部分の外部出口ポートおよび内部出口ポートと通じることができる第２の連通ポートと、静止部分の外部入口ポートおよび内部出口ポートと通じることができる第３の連通ポートと、静止部分の外部出口ポートおよび内部入口ポートと通じることができる第４の連通ポートとを含み、接続モード（ａ）において第１の連通ポートおよび第２の連通ポートのみが入口ポートおよび出口ポートと通じ、接続モード（ｂ）において第３の連通ポートおよび第４の連通ポートのみが入口ポートおよび出口ポートと通じる構造を有するように構成される回転部分を含むことができる。
回転部分は、円筒状の構造を有するように構成されえて、静止部分の上方から垂直に静止部分に挿入されうる。具体的な例において、第１の連通ポートおよび第２の連通ポートは、回転部分を貫いて水平に延在する貫通孔の形状に形成されえて、第３の連通ポートおよび第４の連通ポートは、回転部分と静止部分との間のインターフェース部において回転部分の外周に沿って溝の形状に形成されうる。
例えば、外部入口ポートおよび外部出口ポートは、静止部分の一方の側に形成されえて、内部入口ポートおよび内部出口ポートは、静止部分のもう一方の側に形成されえて、接続モード（ａ）から接続モード（ｂ）への変更が、回転部分を９０度回転させたときに行なわれうる。
第３のチャネルに隣接する単位セルと第４のチャネルに隣接する単位セルとの間の温度差が、所定値以上の場合、動作コントローラは、流動変更ユニットを制御することができる。
例えば、第３のチャネルに隣接する単位セルと第４のチャネルに隣接する単位セルとの間の温度差が、３〜７℃またはそれより大きい場合、電池パックの冷却または加熱システムは、動作コントローラが流動変更ユニットを制御して第３のチャネルおよび第４のチャネルにおける流体の流動方向を変更するように構成されうる。
上記の具体的な例において、流体が流動することを可能にする駆動力は、様々な方法で提供されうる。例えば、駆動力は、ポンプによって提供されえて、ポンプは、任意のチャネルに選択的に設置されうる。
上記の具体例の構造は、電池モジュールに関する流体の導入および排出方向が、電池パックに関する流体の導入および排出方向が変更されない状態で、流動変更ユニットの動作によってのみ変更されるように構成される。その結果、電池パックの構造は、変更されず、したがって、上記の具体例の構造は、従来の電池パックに柔軟に適用されうる。
別の好ましい例において、流動変更ユニットは、流体の流動方向を変更するための可変ポンプを含む構造を有するように構成されてよい。具体的には、第１のチャネルおよび第３のチャネルが互いに通じることができ、第２のチャネルおよび第４のチャネルが互いに通じることができ、流体が流動することを可能にする駆動力を提供する可変ポンプが、流体が第１のチャネルから第３のチャネルへおよび第４のチャネルから第２のチャネルへ流動する動作モード（ｃ）、または流体が第２のチャネルから第４のチャネルへおよび第３のチャネルから第１のチャネルへ流動する動作モード（ｄ）を選択して、流体の流動方向を決定することができる。
第１のチャネルと第３のチャネル間または第２のチャネルと第４のチャネル間の流体の流動が設定された場合、第２のチャネルと第４のチャネル間または第１のチャネルと第３のチャネル間の流体の流動は、自動的に設定される。その結果、可変ポンプは、第１のチャネルと第３のチャネル間または第２のチャネルと第４のチャネル間に据え付けられうる。状況によっては、可変ポンプは、第１のチャネルと第３のチャネル間および第２のチャネルと第４のチャネル間にそれぞれ据え付けられうる。
可変ポンプを含む流動変更ユニットにおける流体の流動方向を決定する条件は、例えば、前に説明したように、第３のチャネルに隣接する単位セルと第４のチャネルに隣接する単位セルとの間の温度差が所定値以上である場合を含みうる。
本発明において、流体は、流体が冷却または加熱のために熱を伝達することができる材料である限り、特に限定されない。代表的な流体の例には、空気および水が含まれうる。
好ましい例において、単位セルは、モジュールケースに取り付けられうる。
単位セルは、横方向に積み重ねられえて、モジュールケースは、その上部および下部に流体入口ポートおよび流体出口ポートをそれぞれ備えることができ、これらのポートを介して、流体が単位セルの積み重ねられた方向と垂直な方向に流動する。
横方向に積み重ねられた単位セルを有する電池モジュールに対しては、積み重ねられる長さが長くなるにつれて、電池モジュールの後部に位置する単位セルの温度は、電池モジュールの前部に位置する単位セルよりも高くなりうる。
一方、本発明による電池パックは、必要に応じて電池モジュールへ導入され電池モジュールから排出される流体の流動方向を変更することが可能な流動変更ユニットを含み、したがって前述の従来の構造を有する電池パックにおいて引き起こされる問題を容易に解決することが可能である。
上記の構造の好ましい例において、モジュールケースは、流体入口ポートから単位セルのスタックに延在する流動空間（「流体導入部分」）および単位セルのスタックから流体出口ポートに延在する流動空間（「流体排出部分」）を有する構造を有するように構成されうる。
流体導入部分および流体排出部分は、電池セルの充放電中に電池セルから発生した熱を効果的に除去または印加するための流体が導入および排出される流動空間である。流体導入部分および流体排出部分は、反対向きに、モジュールケースの上部および下部にそれぞれ形成される。状況によっては、流体導入部分および流体排出部分は、モジュールケースの下部および上部にそれぞれ形成されてもよい。
電池セルのそれぞれは、ニッケル金属水素二次電池またはリチウム二次電池などの二次電池であってよい。リチウム二次電池が、高いエネルギー密度および放電電圧を有するので、リチウム二次電池は、特に好んで使用される。その形状に基づき、角柱電池または袋状電池は、電池モジュールを構成する充放電が可能な単位セルとして好んで使用される。
参考のために、明細書において包括的に使用される用語「電池モジュール」は、２つ以上の充放電が可能な電池セルまたは単位モジュールが互いに機械的に結合され、同時に、電気的に接続されて、高出力および大容量を提供する構造を有するように構成された電池システムの構造を意味する。したがって、電池モジュールは、それ自体で単一の装置または大型の装置の一部を構成することができる。例えば、多数の小型の電池モジュールが互いに接続されて大型の電池モジュールを構成することができる。あるいは、少数の電池セルが互いに接続されて単位モジュールを構成し、複数の単位モジュールが互いに接続されてもよい。
一方、単位モジュールのそれぞれは、様々な構造を有することができる。単位モジュールの好ましい例を以下に記載する。
単位モジュールのそれぞれは、電極端子が上端部および下端部にそれぞれ形成される、または電極端子の両方が一方の端部に形成される平板状電池セルが、互いに直列に接続された構造を有するように構成されうる。具体的には、単位モジュールのそれぞれは、２つ以上の電池セルと、積み重ねられた構造を形成するために曲げられた電極端子間の接続部分と、電極端子を除く電池セルの外部表面を囲む互いに結合された高強度のセルカバーとを含むことができる。
平板状電池セルのそれぞれは、各電池セルが電池モジュールを構成するために積み重ねられるときに、電池モジュールの全体のサイズを最小化するような、薄い厚さならびに比較的大きな幅および長さを有する電池セルである。好ましい例において、電池セルのそれぞれは、電極集合体が樹脂層および金属層を含むラミネートシートから形成される電池ケースに取り付けられ、電極端子が電池ケースの上端部および下端部から突出する構造を有するように構成される二次電池であってよい。具体的には、電極集合体は、アルミニウムのラミネートシートから形成される袋状ケースに取り付けられてよい。上記の構造を有する二次電池も袋状電池セルと呼ぶことができる。
２つ以上の電池セルが、合成樹脂または金属材料からなる高強度のセルカバーによってカバーされて、単位モジュールを構成することができる。高強度のセルカバーは、低い機械的強度を示す電池セルを保護し、電池セルの充放電中の反復的な膨張および収縮変動を抑えて、電池セルの密封部分間の分離を防ぐ。その結果、より高い安全性を示す中型または大型の電池モジュールを製造することが可能である。
電池セルは、単位モジュールのそれぞれにおいて、または隣接する単位モジュール間で、互いに直列および／または並列に接続されうる。好ましい例において、電池セルは、電池セルの各電極端子が互いに連続して隣接し、電池セルの隣接する電極端子が互いに結合し、２つ以上の電池セルが互いに重ね合わされ、所定の数の重ね合わされた電池セルがセルカバーによってカバーされて、複数の単位モジュールを製造するように、長手方向に直列に配置されうる。
電極端子間の結合は、溶接、はんだ付け、機械的な固着などの様々な方法を使用して実現されうる。電極端子間の結合は、溶接によって実現されるのが好ましい。
各電極端子が互いに接続された状態で高集積に積み重ねられた複数の電池セルまたは単位モジュールは、互いに結合されて、好ましくは組立型の結合構造で構成される分離可能な上部ケースおよび下部ケースに垂直に取り付けられて、電池モジュールを構成することができる。
単位モジュールおよび複数の単位モジュールを用いて製造される電池モジュールの詳細は、韓国特許出願第２００６−４５４４３号および同第２００６−４５４４４号に開示され、これらは、参照により本明細書に組み込まれる本出願および本開示の出願人の名において出願されている。
本発明による電池パックは、安全性が、電池セルの充放電中に、高出力と大容量を提供するために組み合わされた複数の電池セルから発生する極端な熱によって著しく劣化する可能性があり、電池パックの過冷却状態における動作効率を改善するために加熱が必要とされる可能性がある、電気車両、ハイブリッド電気車両またはプラグインハイブリッド電気車両用の電源として使用されるのが好ましい。
上記および他の目的、本発明の特徴および他の利点は、添付図面と共に得られる以下の詳細な説明からより明確に理解されるであろう。
本発明の実施形態による電池パックを示す典型的な図である。 本発明の別の実施形態による電池パックを示す典型的な図である。 図１の流動変更ユニットの実施形態を示す斜視図である。 図１の流動変更ユニットの実施形態を示す斜視図である。 図２の流動変更ユニットの実施形態を示す斜視図である。 図２の流動変更ユニットの実施形態を示す斜視図である。 本発明の電池パックにおける別の実施形態による流動変更ユニットを示す典型的な図である。 本発明の別の実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。
次に、本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明の範囲が例示される実施形態によって限定されていないことに留意されたい。
図１は、本発明の実施形態による電池パックを示す典型的な図である。
図１を参照すると、電池パックの温度が制御可能であるように構成された電池パックである電池パック２００は、電池モジュール１００、流体チャネル２７０、流動変更ユニット２５０および動作コントローラ２６０を含む。
電池モジュール１００は、充放電が可能な複数の単位モジュールを含む。流体チャネル２７０は、電池モジュール１００を冷却または加熱するための流体が電池モジュール１００を通過するように形成される。
流動変更ユニット２５０は、電池モジュール１００の温度に基づいて流体の流動方向を変更するために、流体チャネル２７０に設置される。動作コントローラ２６０は、電池モジュール１００の温度に関する情報に基づいて流動変更ユニット２５０の動作を制御するために、流動変更ユニット２５０に接続される。
また、流体チャネル２７０は、外部からの流体が流動変更ユニット２５０へ導入される第１のチャネル２１０と、流動変更ユニット２５０からの流体が外部へ排出される第２のチャネル２２０と、流動変更ユニット２５０からの流体が電池モジュール１００へ導入される第３のチャネル２３０と、電池モジュール１００からの流体が流動変更ユニット２５０に排出される第４のチャネル２４０とを含む。第３のチャネル２３０および第４のチャネル２４０は、電池モジュール１００に関して互いに反対側にある。
また、流動変更ユニット２５０は、第１のチャネル２１０および第３のチャネル２３０を介して導入される流体が、電池モジュール１００を冷却または加熱して、次いで、第４のチャネル２４０および第２のチャネル２２０を介して外部へ排出されるように、第１のチャネル２１０と第３のチャネル２３０間の接続および第２のチャネル２２０と第４のチャネル２４０間の接続に対する接続モード（ａ）を選択する。
図２は、本発明の別の実施形態による電池パックを示す典型的な図である。
図２を参照すると、流動変更ユニット２５０ａは、第１のチャネル２１０および第４のチャネル２４０を介して導入される流体が、電池モジュール１００を冷却または加熱して、次いで、第３のチャネル２３０および第２のチャネル２２０を介して外部へ排出されるように、第１のチャネル２１０と第４のチャネル２４０間の接続および第２のチャネル２２０と第３のチャネル２３０間の接続に対する接続モード（ｂ）を選択する。
また、第４のチャネル２４０に隣接する電池モジュール１００の温度が第３のチャネル２３０に隣接する電池モジュール１００の温度より約５℃高い場合に、動作コントローラ２６０は、図１の流動変更ユニット２５０と同じ方法で流動変更ユニット２５０ａを制御して、流体の流動方向を変更する。
図３および４は、図１の流動変更ユニットを典型的に示す斜視図である。具体的には、図３は、流動変更ユニット２５０の回転部分２５２が流動変更ユニット２５０の静止部分２５４に挿入される前の流動変更ユニット２５０の状態を示し、図４は、流動変更ユニット２５０の回転部分２５２が流動変更ユニット２５０の静止部分２５４に挿入された後の流動変更ユニット２５０の状態を示す。
図１と共にこれらの図面を参照すると、流動変更ユニット２５０は、静止部分２５４および回転部分２５２を含む。静止部分２５４は、第１のチャネル２１０に接続された外部入口ポート２５４２と、第２のチャネル２２０に接続された外部出口ポート２５４４と、第３のチャネル２３０に接続された内部入口ポート２５４６と、第４のチャネル２４０に接続された内部出口ポート２５４８とを含む。
回転部分２５２は、静止部分２５４に回転可能に取り付けられる。回転部分２５２は、静止部分２５４の外部入口ポート２５４２および内部入口ポート２５４６と通じる第１の連通ポート２５２２、ならびに静止部分２５４の外部出口ポート２５４４および内部出口ポート２５４８と通じる第２の連通ポート２５２４を含む。
また、回転部分２５２は、円筒状の構造を有するように構成され、静止部分２５４の上方から垂直に静止部分２５４に挿入される。接続モード（ａ）においては、第１の連通ポート２５２２および第２の連通ポート２５２４のみが、入口ポート２５４２および２５４６、ならびに出口ポート２５４４および２５４８と通じる。
第１の連通ポート２５２２および第２の連通ポート２５２４は、回転部分２５２を貫いて水平に延在する貫通孔の形状に形成される。第３の連通ポート２５２６および第４の連通ポート２５２８は、回転部分２５２と静止部分２５４との間のインターフェース部において回転部分２５２の外周に沿って溝の形状に形成される。
図５および６は、図２の流動変更ユニットを示す斜視図である。具体的には、図５は、流動変更ユニット２５０ａの回転部分２５２が流動変更ユニット２５０ａの静止部分２５４に挿入される前の流動変更ユニット２５０ａの状態を示し、図６は、流動変更ユニット２５０ａの回転部分２５２が流動変更ユニット２５０ａの静止部分２５４に挿入された後の流動変更ユニット２５０ａの状態を示す。
図２と共にこれらの図面を参すると、回転部分２５２は、静止部分２５４の外部入口ポート２５４２および内部出口ポート２５４８と通じる第３の連通ポート２５２６、ならびに静止部分２５４の外部出口ポート２５４４および内部入口ポート２５４６と通じる第４の連通ポート２５２８を含む。
また、図５および６の流動変更ユニット２５０ａは、接続モード（ｂ）において、回転部分２５２の第３の連通ポート２５２６および第４の連通ポート２５２８のみが、入口ポート２５４２および２５４６、ならびに出口ポート２５４４および２５４８と通じるように、図３の流動変更ユニット２５０が右矢印によって示される方向に９０度回転される構造を有するように構成される。
具体的には、外部入口ポート２５４２および外部出口ポート２５４４は、静止部分２５４の一方の側に形成され、内部入口ポート２５４６および内部出口ポート２５４８は、静止部分２５４のもう一方の側に形成される。回転部分２５２を９０度回転させるとき、接続モード（ａ）から接続モード（ｂ）への変更が行なわれる。
図７は、本発明の電池パックにおける別の実施形態による流動変更ユニットを示す典型的な図である。
図７を参照すると、流動変更ユニット２５０'は、流体の流動方向を変更するための可変ポンプ２５５を含む。具体的には、第１のチャネル２１０および第３のチャネル２３０が互いに通じ、第２のチャネル２２０および第４のチャネル２４０が互いに通じる。可変ポンプ２５５は、流体が流動することを可能にする駆動力を提供する。
動作コントローラ２６０は、流体が第１のチャネル２１０から第３のチャネル２３０へと、さらに第４のチャネル２４０から第２のチャネル２２０へと流動する動作モード（実線によって示される）、または流体が第２のチャネル２２０から第４のチャネル２４０へと、さらに第３のチャネル２３０から第１のチャネル２１０へと流動する別の動作モード（一点鎖線によって示される）を選択して、流体の流動方向を決定する。
流体の流動方向を決定する条件は、図１〜６を参照して説明したものと同一であってよい。
図８は、本発明の別の実施形態による電池モジュールを典型的に示す斜視図である。部分Ａは、矢印Ｂによって示される方向から見たときの単位モジュールが積み重ねられた状態を典型的に示し、電池モジュール内の単位モジュールの積み重ねられた状態を例示する。
図１と共に図８を参照すると、電池モジュール１００ａは、複数の単位モジュール３０が互いに電気的に接続されて、横方向に積み重ねられている単位モジュールのスタック３２と、単位モジュールのスタック３２が取り付けられているモジュールケース７０と、外部からの流体が電池モジュール１００ａへ導入される流体入口ポート１０と、および流体が単位モジュールのスタック３２から排出される流体出口ポート（図示せず）とを含む。
流体入口ポート１０を介して導入される流体は、単位モジュール３０間に形成されたチャネル５０を通過して、単位モジュール３０を冷却または加熱し、次いで、流体出口ポートおよび流動変更ユニット２５０を介して電池モジュールから排出される。
図面において、２つの電池モジュール１００ａが、幅方向Ｗおよび高さ方向Ｈに積み重ねられている。しかし、積み重ねられる電池モジュールの数は、必要に応じて増加されうる。
上記の説明から明らかなように、本発明による電池パックは、電池モジュールの温度に基づいて流体の流動方向を変更する流体チャネルに設置された流動変更ユニットを含む。その結果、電池パックの構造を大きく変更することなく流動変更ユニットのみを使用して、電池パックの温度を均一に維持することが可能であり、それによって、電池パックの性能および寿命を大きく改善する。
本発明の好ましい実施形態は、例示的な目的のために開示されたが、当業者は、様々な変更、追加および置換が、添付の特許請求の範囲に開示される本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。
１０ 流体入口ポート
３０ 単位モジュール
３２ 単位モジュールのスタック
５０ チャネル
７０ モジュールケース
１００ 電池モジュール
１００ａ 電池モジュール
２１０ 第１のチャネル
２２０ 第２のチャネル
２３０ 第３のチャネル
２４０ 第４のチャネル
２５０ 流動変更ユニット
２５０’ 流動変更ユニット
２５０ａ 流動変更ユニット
２５２ 回転部分
２５４ 静止部分
２５５ 可変ポンプ
２６０ 動作コントローラ
２７０ 流体チャネル
２５２２ 第１の連通ポート
２５２４ 第２の連通ポート
２５２６ 第３の連通ポート
２５２８ 第４の連通ポート
２５４２ 外部入口ポート
２５４４ 外部出口ポート
２５４６ 内部入口ポート
２５４８ 内部出口ポート

Claims (17)

  1. 充放電が可能な複数の電池セルまたは単位モジュール（「単位セル」）を備える少なくとも１つの電池モジュールと、
    前記電池モジュールを冷却または加熱するための流体が前記電池モジュールを通過するように形成された流体チャネルと、
    前記電池モジュールの温度状態に基づいて前記流体の流動方向を変更するために前記流体チャネルに設置された流動変更ユニットと、
    前記電池モジュールの温度に関する情報に基づいて前記流動変更ユニットの動作を制御するための動作コントローラと、
    を備えることを特徴とする温度が制御可能な電池パック。
  2. 前記流体チャネルが、外部からの流体が前記流動変更ユニットに導入される第１のチャネルと、前記流動変更ユニットからの前記流体が前記外部に排出される第２のチャネルと、前記流動変更ユニットからの前記流体が前記電池モジュールに導入される第３のチャネルと、前記電池モジュールからの前記流体が前記流動変更ユニットに排出される第４のチャネルとを備えることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記第３のチャネルおよび前記第４のチャネルが前記電池モジュールに関して互いに反対側にある請求項２に記載の電池パック。
  4. 前記流動変更ユニットが、前記第１のチャネルと前記第３のチャネル間の接続および前記第２のチャネルと前記第４のチャネル間の接続に対する接続モード（ａ）、または前記第１のチャネルと前記第４のチャネル間の接続および前記第２のチャネルと前記第３のチャネル間の接続に対する接続モード（ｂ）を選択して、前記流体の前記流動方向を決定することを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
  5. 前記流動変更ユニットが、
    前記第１のチャネルに接続される外部入口ポートと、前記第２のチャネルに接続される外部出口ポートと、前記第３のチャネルに接続される内部入口ポートと、前記第４のチャネルに接続される内部出口ポートと、を備える静止部分、ならびに、
    前記静止部分に回転可能に取り付けられる回転部分であって、前記静止部分の前記外部入口ポートおよび前記内部入口ポートと通じることができる第１の連通ポートと、前記静止部分の前記外部出口ポートおよび前記内部出口ポートと通じることができる第２の連通ポートと、前記静止部分の前記外部入口ポートおよび前記内部出口ポートと通じることができる第３の連通ポートと、前記静止部分の前記外部出口ポートおよび前記内部入口ポートと通じることができる第４の連通ポートとを備え、前記接続モード（ａ）において前記第１の連通ポートおよび前記第２の連通ポートのみが前記入口ポートおよび前記出口ポートと通じ、前記接続モード（ｂ）において前記第３の連通ポートおよび前記第４の連通ポートのみが前記入口ポートおよび前記出口ポートと通じる構造を有するように構成される回転部分、
    を備えることを特徴とする請求項４に記載の電池パック。
  6. 前記回転部分が円筒状の構造を有するように構成され、前記静止部分の上方から垂直に前記静止部分に挿入されることを特徴とする請求項５に記載の電池パック。
  7. 前記第１の連通ポートおよび前記第２の連通ポートが、前記回転部分を貫いて水平に延在する貫通孔の形状に形成され、前記第３の連通ポートおよび前記第４の連通ポートが、前記回転部分と前記静止部分との間のインターフェース部において前記回転部分の外周に沿って溝の形状に形成されることを特徴とする請求項６に記載の電池パック。
  8. 前記外部入口ポートおよび前記外部出口ポートが、前記静止部分の一方の側に形成され、前記内部入口ポートおよび前記内部出口ポートが、前記静止部分のもう一方の側に形成され、前記接続モード（ａ）から前記接続モード（ｂ）への変更が、前記回転部分を９０度回転させたときに行なわれることを特徴とする請求項７に記載の電池パック。
  9. 前記第３のチャネルに隣接する前記単位セルと前記第４のチャネルに隣接する前記単位セルとの間の温度差が、所定値以上の場合に、前記動作コントローラが前記流動変更ユニットを制御することを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
  10. 前記第１のチャネルおよび前記第３のチャネルが互いに通じ、前記第２のチャネルおよび前記第４のチャネルが互いに通じ、前記流動変更ユニットが、前記流体が流動することを可能にする駆動力を提供するための可変ポンプを備え、前記可変ポンプが、前記流体が前記第１のチャネルから前記第３のチャネルへおよび前記第４のチャネルから前記第２のチャネルへ流動する動作モード（ｃ）、または前記流体が前記第２のチャネルから前記第４のチャネルへおよび前記第３のチャネルから前記第１のチャネルへ流動する動作モード（ｄ）を選択して、前記流体の前記流動方向を決定することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  11. 前記単位セルがモジュールケース内に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  12. 前記単位セルが横方向に積み重ねられ、前記モジュールケースがその上部および下部に流体入口ポートおよび流体出口ポートをそれぞれ備え、これらのポートを介して前記流体が前記単位セルの前記積み重ねられた方向と垂直な方向に流動することを特徴とする請求項１１に記載の電池パック。
  13. 前記モジュールケースが、前記流体入口ポートから前記単位セルのスタックに延在する流動空間（「流体導入部分」）、および前記単位セルのスタックから前記流体出口ポートに延在する流動空間（「流体排出部分」）を有することを特徴とする請求項１２に記載の電池パック。
  14. 前記電池セルのそれぞれがリチウム二次電池であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  15. 前記単位モジュールのそれぞれが、電極端子が互いに直列に接続された２つ以上の電池セル、および前記電極端子を除く前記電池セルの外側表面を囲む互いに結合された１対のセルカバーを備えることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  16. 前記単位モジュールのそれぞれが、２つの電池セルが金属材料からなる前記セルカバーに取り付けられた構造を有するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載の電池パック。
  17. 前記電池パックが、電気車両、ハイブリッド電気車両、またはプラグインハイブリッド電気車両用の電源として使用されることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
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