KR102020003B1 - 배터리셀 온도제어 시스템 및 배터리팩 - Google Patents

배터리셀 온도제어 시스템 및 배터리팩 Download PDF

Info

Publication number
KR102020003B1
KR102020003B1 KR1020180061218A KR20180061218A KR102020003B1 KR 102020003 B1 KR102020003 B1 KR 102020003B1 KR 1020180061218 A KR1020180061218 A KR 1020180061218A KR 20180061218 A KR20180061218 A KR 20180061218A KR 102020003 B1 KR102020003 B1 KR 102020003B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plate
battery cell
fluid
heat exchange
cooling
Prior art date
Application number
KR1020180061218A
Other languages
English (en)
Inventor
김진섭
이정호
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020180061218A priority Critical patent/KR102020003B1/ko
Priority to PCT/KR2019/001043 priority patent/WO2019231070A1/ko
Priority to US17/058,206 priority patent/US11688902B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102020003B1 publication Critical patent/KR102020003B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

본 발명은 배터리셀의 온도를 선택적으로 높이거나 낮출 수 있도록 하는 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 배터리셀과 접촉되게 배치되는 평판형 열교환유닛; 상기 배터리셀의 일측에 배치되어 상기 평판형 열교환유닛과 열교환되고, 내부에는 냉각유체가 이동되는 냉각유로가 마련된 냉각플레이트; 상기 배터리셀의 타측에 배치되어 상기 평판형 열교환유닛과 열교환되고, 내부에는 가열유체가 이동되는 가열유로가 마련된 가열플레이트; 상기 냉각유로로 냉각된 제1 유체를 공급하기 위하여, 상기 냉각유로와 연결되는 라디에이터; 상기 가열유로로 가열된 제2 유체를 공급하기 위하여, 상기 가열플레이트와 연결되는 히터; 및 상기 배터리셀과 연결되도록 설치된 온도센서에 의해 측정된 상기 배터리셀의 측정온도와 기설정된 배터리셀의 설정온도를 비교하여, 제1 모드와 제2 모드가 선택되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법을 제공한다.

Description

배터리셀 온도제어 시스템 및 배터리팩{SYSTEM FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF BATTERY CELL AND BATTERY PACK}
본 발명은 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리셀의 온도를 선택적으로 높이거나 낮출 수 있도록 하는 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 각광받고 있다.
전기자동차는 전기에너지를 이용하여 전동기를 회전시켜 바퀴를 구동시키는 원리로 주행을 하도록 설계되며, 자동차의 주행을 위해서는 높은 전압의 배터리 에너지가 필수로 되고 있다.
때문에 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리셀을 전기적으로 연결한 배터리모듈 및 이를 단위모듈로 포함하는 중대형 배터리팩이 사용된다.
이러한 배터리모듈 및 배터리팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 밀집도로 적층할 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 배터리모듈의 단위배터리로서 주로 사용되고 있다.
특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 배터리는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 많은 관심을 모으고 있다.
그런데, 배터리모듈을 구성하는 배터리셀들은 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다.
따라서, 적층된 배터리셀들 또는 배터리모듈들 사이에는 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 냉각수와 같은 냉매의 유로가 형성되는 구조로 이루어진다.
이와 같이 기존의 배터리팩은 배터리셀을 사용함에 따라 발생되는 고열을 적절히 방열시켜 그 성능과 수명이 유지되도록 하는 기술이 많이 발전되어 있다.
그러나, 반대로 열을 공급하여 배터리셀을 가열하는 기술은 상대적으로 발전이 덜 되어 있다. 현재 전기자동차에서는 저온 상태일 때 시동을 걸 수 있어야 하는 냉시동 스펙이 점점 올라가고 있다.
따라서, 배터리셀의 냉각뿐만 아니라 배터리셀을 가열하여 냉시동시에도 필요한 출력을 낼 수 있게 도와주는 기술이 요구된다.
한국등록특허공보 제10-1670020호(2016.10.28 등록공고, 발명의 명칭 : 배터리 모듈 냉각 장치)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 냉각플레이트 및 가열플레이트와 각각 열교환되는 평판형 열교환유닛을 구비하여 배터리셀을 냉각 및 가열시킴으로써, 간단한 구조에 의해 배터리셀의 온도를 기설정된 온도로 유지시킬 수 있도록 하는 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템은, 배터리셀과 접촉되게 배치되는 평판형 열교환유닛; 상기 배터리셀의 일측에 배치되어 상기 평판형 열교환유닛과 열교환되고, 내부에는 냉각유체가 이동되는 냉각유로가 마련된 냉각플레이트; 상기 배터리셀의 타측에 배치되어 상기 평판형 열교환유닛과 열교환되고, 내부에는 가열유체가 이동되는 가열유로가 마련된 가열플레이트; 상기 냉각유로로 냉각된 제1 유체를 공급하기 위하여, 상기 냉각유로와 연결되는 라디에이터; 상기 가열유로로 가열된 제2 유체를 공급하기 위하여, 상기 가열플레이트와 연결되는 히터; 및 상기 배터리셀과 연결되도록 설치된 온도센서에 의해 측정된 상기 배터리셀의 측정온도와 기설정된 배터리셀의 설정온도를 비교하여, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 높은 경우 상기 냉각유로로 상기 제1 유체를 공급하는 제1 모드와, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 낮은 경우 상기 가열유로로 상기 제2 유체를 공급하는 제2 모드가 선택되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템에 있어서, 상기 냉각플레이트 및 상기 가열플레이트를 상기 평판형 열교환유닛에 선택적으로 접촉시키기 위하여, 일측은 상기 냉각플레이트와 연결되고 상기 타측은 상기 가열플레이트와 연결되어 상기 냉각플레이트 및 상기 가열플레이트 중 적어도 하나를 이동시키기 위한 이동수단;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템에 있어서, 상기 냉각유로 또는 상기 가열유로에서 열교환된 제3 유체가 배출되는 유로상에 배치되어 상기 라디에이터 또는 상기 히터로 상기 제3 유체를 이동시키기 위한 제1 방향제어 밸브; 및 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체가 이동되는 유로상에 배치되어 상기 제1 유체를 상기 냉각유로 이동시키거나 상기 제2 유체를 상기 가열유로로 이동시키기 위한 제2 방향제어 밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템에 있어서, 상기 제1 모드가 선택될 경우, 상기 제어부는 상기 제3 유체가 상기 라디에이터로 이동되도록 상기 제1 방향제어 밸브를 제어하는 것과 동시에 상기 제1 유체가 상기 냉각유로로 이동되도록 상기 제2 방향제어 밸브를 제어하면서 상기 히터가 오프되도록 제어하고, 상기 제2 모드가 선택될 경우, 상기 제어부는 상기 제3 유체가 상기 히터로 이동되도록 상기 제1 방향제어 밸브를 제어하는 것과 동시에 상기 제2 유체가 상기 가열유로로 이동되도록 상기 제2 방향제어 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템에 있어서, 상기 제1 모드가 선택될 경우, 상기 제어부는 상기 냉각플레이트가 상기 평판형 열교환유닛에 접촉되도록 하는 것과 동시에 상기 가열플레이트가 상기 평판형 열교환유닛과 분리되도록 상기 이동수단을 제어하고, 상기 제2 모드가 선택될 경우, 상기 제어부는 상기 가열플레이트가 상기 평판형 열교환유닛에 접촉되도록 하는 것과 동시에 상기 냉각플레이트가 상기 평판형 열교환유닛과 분리되도록 상기 이동수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템에 있어서, 상기 평판형 열교환유닛는, 티지피(TGP: Thermal Ground Plane)이고, 상기 티지피의 내부공간에는 작동유체가 수용되고, 상기 내부공간의 일측면에 배치되어 상기 작동유체의 비등을 촉진시키는 다공성 코팅층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템에 있어서, 상기 배테리셀은 복수 개가 구비되고, 상기 평판형 열교환유닛은 상기 복수 개의 배터리셀 사이사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템에 있어서, 상기 평판형 열교환유닛는 상기 배터리셀을 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템의 제어방법은, 상기 온도센서가 상기 배터리셀의 온도를 측정하는 온도 측정단계; 및 상기 제어부가 상기 온도측정단계에서 측정된 상기 배터리셀의 온도와 기설정된 배터리셀의 설정온도를 비교하여, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 높은 경우 상기 냉각유로로 상기 제1 유체를 공급하는 제1 모드를 선택하고, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 낮은 경우 상기 가열유로로 상기 제2 유체를 공급하는 제2 모드를 선택하는 모드 선택단계:를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템의 제어방법은, 상기 모드 선택단계 이후, 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드의 선택에 따라, 상기 제어부가 상기 냉각플레이트 및 상기 가열플레이트 중 적어도 하나를 이동시키기 위한 이동수단을 작동시키는 이동수단 작동단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법은, 냉각플레이트 및 가열플레이트와 각각 열교환되는 평판형 열교환유닛을 구비하여 배터리셀을 냉각 및 가열시킴으로써, 간단한 구조에 의해 배터리셀의 온도를 기설정된 온도로 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법은, 평판형 열교환유닛의 내부공간에 다공성 코팅층이 형성됨에 따라 평판형 열교환유닛의 전체면적에 대해 열교환이 이루어질 수 있어 배터리셀의 전체 면적에 대해 균일한 냉각 및 가열을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법은, 이동수단에 의해 냉각플레이트 및 가열플레이트를 이동시키면서 열교환이 이루어지도록 함에 따라 배터리셀의 온도제어 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도제어 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도제어 시스템의 일부 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 코팅층이 배치된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드상태에서 이송수단이 작동된 상태를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드상태에서 이송수단이 작동된 상태를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 온도제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도제어 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도제어 시스템의 일부 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도제어 시스템은 평판형 열교환유닛(10)과, 냉각플레이트(20)와, 가열플레이트(30)와, 라디에이터(40)와, 히터(50) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 평판형 열교환유닛(10)은 배터리셀(B)과 접촉되게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배터리셀(B)은 복수 개가 구비될 수 있고, 상기 평판형 열교환유닛(10)은 상기 배터리셀(B) 사이사이에 배치될 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 열교환유닛(10)에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 코팅층(12)이 배치된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 평판형 열교환유닛(10)은 티지피(TGP: Thermal Ground Plane)가 사용된 것이 제시된다. 이하에서는 상기 평판형 열교환유닛(10)을 티지피로 대체하여 설명하기로 한다.
상기 티지피(10)의 내부공간(11)에는 작동유체(L)가 수용되고, 상기 내부공간(11)의 일측면에는 상기 작동유체(L)의 비등을 촉진시키는 다공성 코팅층(12)이 마련될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 다공성 코팅층(12)은 상기 배터리셀(도 2의 B)의 일측면에 상기 배터리셀(B)의 길이방향으로 따라 복수 개가 형성된 것이 제시된다.
이때, 상기 작동유체(L)는 상기 내부공간(11)의 하부측에 존재하게 되고, 상기 작동유체(L)는 모세관 현상에 의해 상기 다공성 코팅층(12)으로 이동되어 상기 다공성 코팅층(12)에 작동유체 액막(LM)을 형성하게 된다.
즉, 상기 배터리셀(B)에서 열이 발생하게 되면, 발생한 열은 상기 다공성 코팅층(12)에 접촉하고 있는 작동유체 액막(LM)을 가열하게 된다.
상기 다공성 코팅층(12)에 미세한 구멍들이 형성됨으로 인하여 상기 다공성 코팅층(12)과 상기 작동유체(L)와의 접촉면적이 증가하게 되고, 이로 인하여 상기 작동유체(L)가 열을 받으면 짧은 시간 내에 비등하게 된다.
즉, 상기 작동유체(L)의 비등으로 인하여 증기가 발생하게 되고, 상기 증기는 상기 다공성 코팅층(12)에서 상기 내부공간(11)의 내측면으로 이동되되 후술하는 냉각플레이트(20)가 설치된 방향으로 이동하게 되며, 상기 증기는 후술하는 제1 유체와 열교환되어 응축될 수 있다.
응축된 작동유체(L)는 중력에 의해 상기 내부공간(11)의 하부측으로 낙하되거나 상기 다공성 코팅층(12)으로 이동되어 상기 다공성 코팅층(12)에 작동유체 액막(LM)을 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 작동유체(L)는 상기 내부공간(11)에서 순환하게 된다.
따라서, 상기 배터리셀(B)에서 발생한 열은 상기 작동유체(L)의 상변화에 의한 열전달을 통하여 외부로 방열될 수 있다.
상기 냉각플레이트(20)는 상기 배터리셀(B)의 일측에 배치되어 상기 티지피(10)와 열교환될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 상기 냉각플레이트(20)는 상기 배터리셀(B)의 상측에 배치될 수 있다.
즉, 상기 냉각플레이트(20)는 상기 배터리셀(B)의 측정온도가 기설정된 배터리셀(B)의 설정온도보다 높을 경우, 상기 배터리셀(B)의 측정온도를 기설정온도로 낮추는 경우에 사용된다.
한편, 상기 배터리셀(B)의 측정온도는 상기 배터리셀(B)과 연결되도록 설치된 온도센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
이때, 상기 냉각플레이트(20)의 내부에는 냉각된 제1 유체가 유동되는 냉각유로(21)가 마련될 수 있으며, 상기 냉각유로(21)는 후술하는 라디에이터(40)와 연결되어 상기 라디에이터(40)를 통해 냉각된 제1 유체가 공급될 수 있다.
즉, 상기 냉각유로(21)로 상기 제1 유체가 공급되면, 상기 냉각유로(21)로 유동되는 제1 유체와 상기 티지피(10)의 내부공간(11)에 수용된 작동유체(L) 간에 열교환되면서 상기 배터리셀(B)에서 발생된 열을 외부로 방열시켜 상기 배터리셀(B)의 온도가 낮아지도록 한다.
상기 가열플레이트(30)는 상기 배터리셀(B)의 타측에 배치되어 상기 티지피(10)과 열교환될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 상기 가열플레이트(30)는 상기 배터리셀(B)의 하측에 배치될 수 있다.
즉, 상기 가열플레이트(30)는 상기 배터리셀(B)의 측정온도가 기설정된 배터리셀(B)의 설정온도보다 낮을 경우 상기 배터리셀(B)의 측정온도를 기설정온도로 높이는 경우에 사용된다.
이때, 상기 가열플레이트(30)의 내부에는 가열된 제2 유체가 유동되는 가열유로(31)가 마련될 수 있으며, 상기 가열유로(31)는 후술하는 히터(50)와 연결되어 상기 히터(50)를 통해 가열된 제2 유체가 공급될 수 있다.
즉, 상기 가열유로(31)로 상기 제2 유체가 공급되면, 상기 가열유로(31)로 유동되는 제2 유체와 상기 티지피(10)의 내부공간(11)에 수용된 작동유체(L) 간에 열교환되고, 상기 제2 유체와 열교환되어 온도가 높아진 작동유체(L)의 열이 상기 배터리셀(B)에 전달되어 상기 배터리셀(B)의 온도가 높아지게 된다.
상기 라디에이터(40)는 상기 냉각유로(21)의 유입구측과 연결되어 상기 냉각유로(21)로 냉각된 제1 유체를 공급할 수 있다.
또한, 상기 라디에이터(40)는 상기 냉각유로(21) 및 상기 가열유로(31)의 배출구측과 각각 연결되어 상기 냉각유로(21) 또는 상기 가열유로(31)에서 열교환된 제3 유체가 통과되면서 제3 유체를 냉각하여 제1 유체로 변경시킬 수 있다.
상기 히터(50)는 상기 가열유로(31)의 유입구측과 연결되어 상기 가열유로(31)로 가열된 제2 유체를 공급할 수 있다.
또한, 상기 히터(50)는 상기 냉각유로(21) 및 상기 가열유로(31)의 배출구측과 각각 연결되어 상기 냉각유로(21) 또는 상기 가열유로(31)에서 열교환된 제3 유체가 통과되면서 상기 제3 유체를 가열하여 제2 유체로 변경시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 온도제어 시스템은 제1 방향제어 밸브(61) 및 제2 방향제어 밸브(62)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 방향제어 밸브(61)는 상기 냉각유로(21) 또는 상기 가열유로(31)에서 열교환된 제3 유체가 배출되는 유로상에 배치되어 상기 제3 유체가 상기 라디에이터(40) 또는 상기 히터(50)로 이동될 수 있도록 상기 제3 유체의 이동방향을 조절할 수 있다.
상기 제2 방향제어 밸브(62)는 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체가 이동되는 유로상에 배치되어 상기 제1 유체는 상기 냉각유로(21) 이동되도록 상기 제1 유체의 이동방향을 조절하고, 상기 제2 유체는 상기 가열유로(31)로 이동되도록 상기 제2 유체의 이동방향을 조절할 수 있다.
지금부터는 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 온도제어 시스템에 구비된 각 유로의 배치구조 및 각 밸브의 배치구조를 설명하기로 한다.
상기 냉각유로(21)의 일측에는 상기 냉각유로(21)의 유입구측과 연결되는 제1 유입유로(71)가 마련될 수 있고, 그 타측에는 상기 냉각유로(21)의 배출구측와 연결되는 제1 배출유로(72)가 마련될 수 있다.
상기 가열유로(31)의 일측에는 상기 가열유로(31)의 유입구측과 연결되는 제2 유입유로(73)가 마련될 수 있고, 그 타측에는 상기 가열유로(31)의 배출구측과 연결되는 제2 배출유로(74)가 마련될 수 있다.
또한, 일측이 상기 제1 배출유로(72) 및 상기 제2 배출유로(74)와 연결되고 상기 라디에이터(40) 및 상기 히터(50)를 지나 상기 제1 유입유로(71) 및 상기 제2 유로와 연결되는 제1 순환유로(75)가 마련될 수 있다.
한편, 상기 제1 배출유로(72) 및 상기 제2 배출유로(74)와 상기 제1 순환유로(75)가 연결될 부위에는 제1 밸브(63)가 마련될 수 있다.
상기 제1 밸브(63)는 상기 제1 배출유로(72)로 이동되는 상기 제3 유체가 상기 제1 순환유로(75)로 이동되거나, 상기 제2 배출유로(74)로 이동되는 상기 제3 유체가 상기 제1 순환유로(75)로 이동되도록 할 수 있으며, 상기 제1 밸브(63)는 유체를 한 방향으로 이동시킬 수 있는 체크밸브가 사용될 수 있다.
또한, 일측이 상기 제1 밸브(63)와 상기 라디에이터(40) 사이의 상기 제1 순환유로(75)에서 분기되고, 타측이 상기 라디에이터(40)와 상기 히터(50) 사이의 상기 제1 순환유로(75)에 연결되는 제2 순환유로(76)가 마련될 수 있다.
즉, 상기 제2 순환유로(76) 이동되는 상기 제3 유체는 상기 라디에이터(40)를 경유하지 않게 된다.
한편, 상기 제1 순환유로(75)로부터 상기 제2 순환유로(76)가 분기된 부위에는 앞서 상술한 상기 제1 방향제어 밸브(61)가 마련될 수 있고, 상기 제2 순환유로(76)와 상기 제1 순환유로(75)가 연결된 부위에는 제2 밸브(64)가 마련될 수 있다.
즉, 상기 제1 방향제어 밸브(61)는 상기 제1 순환유로(75)로 이동되는 제3 유체가 상기 라디에이터(40)를 경유하도록 하거나, 상기 라디에이터(40)를 경유하지 않도록 상기 제2 순환유로(76)로 이동될 수 있도록 제3 유체의 이동방향을 조절하게 된다.
또한, 상기 제2 밸브(64)는 상기 라디에이터(40)를 통해 냉각된 제1 유체가 제1 순환유로(75)로 이동되도록 하거나, 상기 제2 순환유로(76)로 이동되는 제3 유체가 상기 제1 순환유로(75)로 이동될 수 있도록 하며, 상기 제2 밸브(64)는 상기 제1 밸브(63)와 동일하게 유체를 한 방향으로 이동시킬 수 있는 체크밸브가 사용될 수 있다.
한편, 상기 제1 순환유로(75)와 상기 제1 유입유로(71) 및 상기 제2 유입유로(73)와 연결된 부위에는 앞서 상술한 상기 제2 방향제어 밸브(62)가 마련될 수 있다.
즉, 상기 제2 방향제어 밸브(62)는 상기 제1 순환유로(75)로 이동되는 상기 제1 유체가 상기 제1 유입유로(71)로 이동되도록 제1 유체의 이동방향을 조절하거나, 상기 제1 순환유로(75)로 이동되는 상기 제2 유체가 상기 제2 유입유로(73)로 이동되도록 제2 유체의 이동방향을 조절하게 된다.
한편, 상기 히터(50)는 상기 제1 순환유로(75) 상에 배치되되, 상기 제2 방향제어 밸브(62)의 일측에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 히터(50)의 일측에는 상기 펌프(P)가 구비될 수 있으며, 상기 펌프(P)는 각 유로상에서 각 유체가 순환되도록 펌핑할 수 있다.
상기 제어부는 상기 냉각플레이트(20)로 제1 유체를 공급하는 제1 모드 및 가열플레이트(30)로 제2 유체를 공급하는 제2 모드가 선택되도록 제어할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제어부는 상기 온도센서에 의해 측정된 상기 배터리셀(B)의 측정온도와 기설정된 배터리셀(B)의 설정온도를 비교하여, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 높은 경우 상기 냉각유로(21)로 상기 제1 유체를 공급하는 제1 모드와, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 낮은 경우 상기 가열유로(31)로 상기 제2 유체를 공급하는 제2 모드가 선택되도록 제어할 수 있다.
지금부터는 제1 모드 및 제2 모드에 따른 배터리셀의 온도제어 과정을 간략히 설명하기로 한다.
먼저, 상기 제1 모드는 상기 배터리셀(B)의 측정온도가 기설정된 배터리셀(B)의 설정온도가 높을 경우 수행되는 모드이다.
이때, 상기 제어부는 상기 제3 유체가 상기 라디에이터(40)로 이동되도록 상기 제1 방향제어 밸브(61)를 제어하는 것과 동시에 상기 제1 유체가 상기 냉각유로(21)로 이동되도록 상기 제2 방향제어 밸브(62)를 제어한다.
또한, 상기 제어부는 상기 히터(50)가 오프되도록 제어하여, 상기 제1 유체가 상기 히터(50)를 경유하더라도 가열되지 않도록 한다.
이러면, 상기 냉각유로(21)에서 상기 제1 배출유로(72)로 배출되는 제3 유체는 상기 제1 밸브(63)를 지나 상기 제1 순환유로(75)로 이동되면서 상기 라디에이터(40)를 경유하게 된다.
이때, 상기 제3 유체는 상기 라디에이터(40)를 경유하면서 냉각되어 제1 유체로 변경된다.
상기 제1 유체는 계속해서 상기 제1 순환유로(75)로 이동되고 상기 히터(50)를 경유하게 된다.
이때, 상기 제1 유체가 상기 히터(50)를 경유하더라도 상기 히터(50)가 오프된 상태이어서 상기 제1 유체의 온도는 유지된다.
상기 제1 유체는 상기 제2 방향제어 밸브(62)에 의해 이동방향이 조절되어 상기 제1 유입유로(71)를 통해 상기 냉각유로(21)로 유입된다.
여기서, 상기 배터리셀(B)의 열을 방열시켜 상기 배터리셀(B)의 온도를 낮추기 위하여 상기 냉각플레이트(20)와 상기 티지피(10) 간에 열교환이 이루어지게 된다.
상기 냉각플레이트(20)와 상기 티지피(10)가 열교환되는 과정을 설명하면 이하와 같다.
상기 티지피(10)의 내부공간(11)상에서는 상기 작동유체(L)가 모세관 현상에 의해 상기 다공성 코팅층(12)으로 이동되어 작동유체 액막(LM)이 형성된 상태이다.
이때, 상기 배터리셀(B)에서 발생된 열이 상기 다공성 코팅층(12)에 형성된 작동유체 액막(LM)을 가열하게 된다.
가열된 작동유체 액막(LM)은 증기로 변하게 되고, 상기 증기는 상기 내부공간(11)상에서 상승하면서 상기 냉각플레이트(20)가 설치된 방향의 내측면으로 이동된다.
이때, 상기 내부공간(11)의 내측면으로 이동된 증기는 상기 제1 유체와 열교환 되면서 상기 배터리셀(B)의 열을 외부로 방열시키게 된다.
상기 제1 유체와 열교환된 증기는 응축되어 상기 내부공간(11)의 하부측으로 낙하되거나 상기 다공성 코팅층(12)으로 이동될 수 있다.
이와 같은 과정을 통하여 상기 배터리셀(B)의 열이 방열됨에 따라 상기 배터리셀(B)의 온도가 낮아지게 된다.
다음으로, 상기 제2 모드는 상기 배터리셀(B)의 측정온도가 기설정된 배터리셀(B)의 설정온도가 낮을 경우 수행되는 모드이다.
이때, 상기 제어부는 상기 제3 유체가 상기 라디에이터(40)를 경유하지 않고 상기 히터(50)로 이동되도록 상기 제1 방향제어 밸브(61)를 제어하는 것과 동시에 상기 제3 유체가 상기 가열유로(31)로 이동되도록 상기 제2 방향제어 밸브(62)를 제어한다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1 모드에서 히터(50)가 오프된 상태를 온되도록 제어하여, 상기 제3 유체가 상기 히터(50)를 경유하는 동안 상기 제3 유체가 가열되도록 한다.
이러면, 상기 가열유로(31)에서 상기 제2 배출유로(74)로 배출되는 제3 유체는 상기 제1 밸브(63)를 지나 상기 제1 순환유로(75)로 이동되다가 상기 제1 방향제어 밸브(61)에 의해 상기 제2 순환유로(76)로 이동된다.
상기 제2 순환유로(76)로 이동된 제3 유체는 다시 상기 제1 순환유로(75)로 이동되어 상기 히터(50)를 경유하게 된다.
이때, 상기 제3 유체는 상기 히터(50)를 경유하면서 가열되어 제2 유체로 변경된다.
상기 제2 유체는 상기 제2 방향제어 밸브(62)에 의해 이동방향이 조절되어 상기 제2 유입유로(73)를 통해 상기 가열유로(31)로 유입된다.
여기서, 상기 배터리셀(B)을 가열하여 상기 배터리셀(B)의 온도를 높이기 위하여 상이 가열플레이트(30)와 상기 티지피(10) 간에 열교환이 이루어지게 된다.
상기 가열플레이트(30)와 상기 티지피(10) 간에 열교환되는 과정을 설명하면 이하와 같다.
상기 가열플레이트(30)의 가열유로(31)로 이동된 제2 유체는 상기 작동유체(L)와 열교환이 이루어진다.
상기 제2 유체와 열교환된 상기 작동유체(L)는 증기로 변화되어 상기 내부공간(11)상에서 상측 방향으로 이동되면서 상기 배터리셀(B)과 접하고 있는 상기 다공성 코팅층(12) 사이사이 면으로 이동된다.
상기 다공성 코팅층(12) 사이사이 면으로 이동된 증기의 열이 상기 배터리셀(B)로 전달되어 상기 배터리셀(B)을 가열하게 된다. 이때, 상기 증기의 열이 상기 배터리셀(B)로 전달되면서 응축되어 상기 내부공간(11)의 하부측으로 낙하되거나 상기 다공성 코팅층(12)으로 통해 상기 내부공간(11)의 하부로 이동될 수 있다.
이와 같은 과정을 통하여 상기 배터리셀(B)이 가열됨에 따라 상기 배터리셀(B)의 온도가 높아지게 된다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동수단(80)에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드상태에서 이송수단이 작동된 상태를 나타낸 개략도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드상태에서 이송수단이 작동된 상태를 나타낸 개략도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀(B)의 온도제어 시스템은 상기 냉각플레이트(20) 및 상기 가열플레이트(30)를 상기 평판형 열교환유닛(10)에 선택적으로 접촉시키기 위한 이동수단(80)을 더 포함할 수 있다.
상기 이동수단(80)은 일측이 상기 냉각플레이트(20)와 연결되고 상기 타측이 상기 가열플레이트(30)와 연결되어 상기 냉각플레이트(20) 및 상기 가열플레이트(30) 중 적어도 하나를 이동시킬 수 있다.
즉, 상기 이동수단(80)은 상기 냉각플레이트(20) 및 상기 가열플레이트(30)를 상기 평판형 열교환유닛(10)에 선택적으로 접촉시키기 위하여 상기 냉각플레이트(20)와 상기 가열플레이트(30)를 이동시키게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동수단(80)은 상기 냉각플레이트(20) 및 상기 가열플레이트(30)를 동시에 이동시킬 수 있도록 한 것이 제시된다.
본 실시예에서는 상기 이동수단(80)으로는 랙(81)과 피니언(82) 구조가 적용된 것을 제시하고 있지만, 상기 냉각플레이트(20) 및 상기 가열플레이트(30)를 동시에 이동시킬 수 있는 구조라면 어느 구조라도 적용 가능할 것이다.
상기 랙(81)의 일측은 상기 냉각플레이트(20)의 일측에 연결되고, 그 타측은 상기 가열플레이트(30)의 일측에 연결될 수 있으며, 상기 피니언(82)은 상기 랙(81)에 기어 결합되게 설치될 수 있다.
상기 이동수단(80)은 상기 피니언(82)에 연결되어 상기 피니언(82)을 회전시키기 위한 모터(83)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 모터(83)의 작동에 의해 상기 피니언(82)이 회전되면 상기 랙(81)이 직선 이동되면서 상기 냉각플레이트(20) 및 상기 가열플레이트(30)를 이동시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 제어부는 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드에 적합하게 상기 제1 이동수단(80)을 제어할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제1 모드가 선택될 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제어부는 상기 냉각플레이트(20)가 상기 평판형 열교환유닛(10)에 접촉되도록 하는 것과 동시에 상기 가열플레이트(30)가 상기 평판형 열교환유닛(10)과 분리되도록 상기 이동수단(80)을 제어한다.
즉, 상기 제1 모두에서 상기 가열플레이트(30)가 상기 평판형 열교환유닛(10)과 분리되도록 함에 따라, 상기 냉각플레이트(20)와 상기 평판형 열교환유닛(10) 간에 열교환이 집중되어 상기 배터리셀(B)의 냉각을 위한 온도제어 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 제2 모두가 선택될 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제어부는 상기 가열플레이트(30)가 상기 평판형 열교환유닛(10)에 접촉되도록 하는 것과 동시에 상기 냉각플레이트(20)가 상기 평판형 열교환유닛(10)과 분리되도록 상기 이동수단(80)을 제어한다.
즉, 상기 제2 모두에서 상기 냉각플레이트(20)가 상기 평판형 열교환유닛(10)과 분리되도록 함에 따라, 상기 가열플레이트(30)와 상기 평판형 열교환유닛(10) 간에 열교환이 집중되어 상기 배터리셀(B)의 가열을 위한 온도제어 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이하에는 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리셀(B) 온도제어 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 온도제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 온도제어 시스템은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도제어 시스템의 구조와 동일하나 평판형 열교환유닛이 배치된 구조가 본 발명의 일 실시예와 다르다.
도 6을 참조하면, 상기 평판형 열교환유닛(10)은 상기 배터리셀(B)을 감싸도록 배치될 수 있다.
이때, 상기 다공성 코팅층(12)은 상기 배터리셀(B)의 외측면 둘레를 따라 복수 개가 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 따른 제1 모드 및 제2 모드의 과정은 상술한 상기 본 발명의 일 실시예에서의 제1 모드 및 제2 모드의 작동과정과 동일하여 상세한 설명은 생략한다.
지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 온도제어 시스템의 제어방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 온도제어 시스템의 제어방법은 온도 측정단계와, 상기 모드 선택단계 및 이동수단 작동단계를 포함할 수 있다.
상기 온도 측정단계에서는 상기 온도센서가 상기 배터리셀(B)의 온도를 측정한다.
상기 모드 선택단계에서는 상기 제어부가 상기 온도측정단계에서 측정된 상기 배터리셀(B)의 온도와 기설정된 배터리셀(B)의 설정온도를 비교하여, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 높은 경우 상기 냉각유로(21)로 상기 제1 유체를 공급하는 제1 모드를 선택하고, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 낮은 경우 상기 가열유로(31)로 상기 제2 유체를 공급하는 제2 모드를 선택한다.
상기 이동수단(80) 작동단계에서는 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드의 선택에 따라, 상기 제어부가 상기 냉각플레이트(20) 및 상기 가열플레이트(30) 중 적어도 하나를 이동시키기 위해 상기 이동수단(80)을 작동시킨다.
이때, 본 실시예에서는 상기 제1 모드가 선택되면, 상기 이동수단(80)에 의해 상기 냉각플레이트(20)는 상기 평판형 열교환유닛(10)과 접촉되고, 상기 가열플레이트(30)는 상기 평판형 열교환유닛(10)과 분리된다.
또한, 상기 제2 모드가 선택되면, 상기 이동수단(80)에 의해 상기 가열플레이트(30)는 상기 평판형 열교환유닛(10)과 접촉되고, 상기 냉각플레이트(202)는 상기 평판형 열교환유닛(10)과 분리된다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
10: 평판형 열교환유닛 11: 내부공간
12: 다공성 코팅층 20: 냉각플레이트
21: 냉각유로 30: 가열플레이트
31: 가열유로 40: 라디에이터
50: 히터 61: 제1 방향제어 밸브
62: 제2 방향제어 밸브 63: 제1 밸브
64: 제2 밸브 71: 제1 유입유로
72: 제1 배출유로 73: 제2 유입유로
74: 제1 배출유로 75: 제1 순환유로
76: 제2 순환유로 80: 이동수단
81: 랙 82: 피니언
83: 모터
L: 작동유체 LM: 작동유체 액막

Claims (11)

  1. 배터리셀과 접촉되게 배치되는 평판형 열교환유닛;
    상기 배터리셀의 일측에 배치되어 상기 평판형 열교환유닛과 열교환되고, 내부에는 냉각유체가 이동되는 냉각유로가 마련된 냉각플레이트;
    상기 배터리셀의 타측에 배치되어 상기 평판형 열교환유닛과 열교환되고, 내부에는 가열유체가 이동되는 가열유로가 마련된 가열플레이트;
    상기 냉각유로로 냉각된 제1 유체를 공급하기 위하여, 상기 냉각유로와 연결되는 라디에이터;
    상기 가열유로로 가열된 제2 유체를 공급하기 위하여, 상기 가열플레이트와 연결되는 히터; 및
    상기 배터리셀과 연결되도록 설치된 온도센서에 의해 측정된 상기 배터리셀의 측정온도와 기설정된 배터리셀의 설정온도를 비교하여, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 높은 경우 상기 냉각유로로 상기 제1 유체를 공급하는 제1 모드와, 상기 측정온도가 상기 설정온도보다 낮은 경우 상기 가열유로로 상기 제2 유체를 공급하는 제2 모드가 선택되도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 배터리셀은 복수 개가 구비되고, 상기 평판형 열교환유닛은 상기 복수 개의 배터리셀 사이사이에 배치되고,
    상기 평판형 열교환유닛은 상변화에 의한 열전달을 수행하는 작동 유체가 수용된 내부 공간을 가지며, 상기 배터리셀의 길이방향으로 연장되어 상기 냉각플레이트 및 상기 가열플레이트 중 적어도 하나에 연결되며,
    상기 평판형 열교환유닛은 상기 작동 유체와 상기 냉각플레이트 사이의 열교환에 의해 상기 배터리셀의 열을 상기 냉각플레이트로 전달하거나 상기 작동 유체와 상기 가열플레이트 사이의 열교환에 의해 상기 가열플레이트의 열을 상기 배터리셀로 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 온도제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각플레이트 및 상기 가열플레이트를 상기 평판형 열교환유닛에 선택적으로 접촉시키기 위하여, 일측은 상기 냉각플레이트와 연결되고 상기 타측은 상기 가열플레이트와 연결되어 상기 냉각플레이트 및 상기 가열플레이트 중 적어도 하나를 이동시키기 위한 이동수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 온도제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유로 또는 상기 가열유로에서 열교환된 제3 유체가 배출되는 유로상에 배치되어 상기 라디에이터 또는 상기 히터로 상기 제3 유체를 이동시키기 위한 제1 방향제어 밸브; 및
    상기 제1 유체 및 상기 제2 유체가 이동되는 유로상에 배치되어 상기 제1 유체를 상기 냉각유로 이동시키거나 상기 제2 유체를 상기 가열유로로 이동시키기 위한 제2 방향제어 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 온도제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 모드가 선택될 경우,
    상기 제어부는 상기 제3 유체가 상기 라디에이터로 이동되도록 상기 제1 방향제어 밸브를 제어하는 것과 동시에 상기 제1 유체가 상기 냉각유로로 이동되도록 상기 제2 방향제어 밸브를 제어하면서 상기 히터가 오프되도록 제어하고,
    상기 제2 모드가 선택될 경우,
    상기 제어부는 상기 제3 유체가 상기 히터로 이동되도록 상기 제1 방향제어 밸브를 제어하는 것과 동시에 상기 제2 유체가 상기 가열유로로 이동되도록 상기 제2 방향제어 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 온도제어 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 모드가 선택될 경우,
    상기 제어부는 상기 냉각플레이트가 상기 평판형 열교환유닛에 접촉되도록 하는 것과 동시에 상기 가열플레이트가 상기 평판형 열교환유닛과 분리되도록 상기 이동수단을 제어하고,
    상기 제2 모드가 선택될 경우,
    상기 제어부는 상기 가열플레이트가 상기 평판형 열교환유닛에 접촉되도록 하는 것과 동시에 상기 냉각플레이트가 상기 평판형 열교환유닛과 분리되도록 상기 이동수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 온도제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 평판형 열교환유닛는, 티지피(TGP: Thermal Ground Plane)이고,
    상기 내부공간의 일측면에 배치되어 상기 작동유체의 비등을 촉진시키는 다공성 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 온도제어 시스템.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 평판형 열교환유닛는 상기 배터리셀을 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리셀 온도제어 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 인접하여 배열된 복수의 배터리셀을 포함하는 배터리팩으로,
    상기 복수의 배터리셀 사이 사이에 배치되며 인접하는 배터리셀 중 적어도 하나와 접촉하는 복수의 평판형 열교환유닛;
    상기 배터리셀의 일측에 배치되어 상기 평판형 열교환유닛과 열교환되고, 내부에는 냉각유체가 이동되는 냉각유로가 마련된 냉각플레이트; 및
    상기 배터리셀의 타측에 배치되어 상기 평판형 열교환유닛과 열교환되고, 내부에는 가열유체가 이동되는 가열유로가 마련된 가열플레이트를 포함하며,
    상기 평판형 열교환유닛은 상변화에 의한 열전달을 수행하는 작동 유체가 수용된 내부공간을 가지며, 상기 배터리셀의 길이방향으로 연장되어 상기 냉각플레이트 및 상기 가열플레이트 중 적어도 하나에 연결되며,
    상기 평판형 열교환유닛은 상기 작동 유체와 상기 냉각플레이트 사이의 열교환에 의해 상기 배터리셀의 열을 상기 냉각플레이트로 전달하거나 상기 작동 유체와 상기 가열플레이트 사이의 열교환에 의해 상기 가열플레이트의 열을 상기 배터리셀로 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
KR1020180061218A 2018-05-29 2018-05-29 배터리셀 온도제어 시스템 및 배터리팩 KR102020003B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180061218A KR102020003B1 (ko) 2018-05-29 2018-05-29 배터리셀 온도제어 시스템 및 배터리팩
PCT/KR2019/001043 WO2019231070A1 (ko) 2018-05-29 2019-01-24 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법
US17/058,206 US11688902B2 (en) 2018-05-29 2019-01-24 System for controlling battery cell temperature and method for controlling same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180061218A KR102020003B1 (ko) 2018-05-29 2018-05-29 배터리셀 온도제어 시스템 및 배터리팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102020003B1 true KR102020003B1 (ko) 2019-09-10

Family

ID=67950906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180061218A KR102020003B1 (ko) 2018-05-29 2018-05-29 배터리셀 온도제어 시스템 및 배터리팩

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11688902B2 (ko)
KR (1) KR102020003B1 (ko)
WO (1) WO2019231070A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102172449B1 (ko) * 2020-06-05 2020-10-30 김광섭 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템
WO2022060044A1 (ko) * 2020-09-21 2022-03-24 주식회사 엘지에너지솔루션 전력 저장 장치
KR102504667B1 (ko) * 2022-04-27 2023-03-02 (주)씨엔티솔루션 배터리의 냉각 및 히팅을 동시에 만족할 수 있는 열전달 유닛과 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 열전달 시스템
KR20230038000A (ko) * 2021-09-10 2023-03-17 주식회사 아이윈 지게차 웨이트를 리튬계열 배터리 열관리용 에너지 댐퍼로 활용한 지게차용 리튬계열 배터리 시스템

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114256535B (zh) * 2021-12-31 2022-10-21 宁波诺丁汉大学 基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110130277A (ko) * 2010-05-27 2011-12-05 주식회사 코캄 전기 자동차용 배터리 팩과, 조립체 및, 이를 이용한 온도제어 시스템
KR20150130696A (ko) * 2014-05-14 2015-11-24 주식회사 피앤이솔루션 배터리셀 온도제어시스템 및 그 제어방법
KR20160074230A (ko) * 2014-12-18 2016-06-28 한화테크윈 주식회사 베터리 온도조절 시스템
KR101670020B1 (ko) 2015-07-06 2016-10-28 서울산업기술주식회사 배터리 모듈 냉각 장치
KR20170092982A (ko) * 2016-02-04 2017-08-14 삼성전자주식회사 배터리 열관리 장치 및 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3451142B2 (ja) * 1994-11-18 2003-09-29 本田技研工業株式会社 温度制御機構を備えたバッテリ組立体
KR101589996B1 (ko) * 2013-06-07 2016-01-29 주식회사 엘지화학 액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩
US9673492B2 (en) * 2014-09-17 2017-06-06 GM Global Technology Operations LLC Actively-switched direct refrigerant battery cooling
KR101734357B1 (ko) * 2015-11-02 2017-05-15 한국에너지기술연구원 배터리 팩킹모듈
CN106992275A (zh) * 2017-05-23 2017-07-28 成都飞航沛腾科技有限公司 一种锂电池组连接用的紧固装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110130277A (ko) * 2010-05-27 2011-12-05 주식회사 코캄 전기 자동차용 배터리 팩과, 조립체 및, 이를 이용한 온도제어 시스템
KR20150130696A (ko) * 2014-05-14 2015-11-24 주식회사 피앤이솔루션 배터리셀 온도제어시스템 및 그 제어방법
KR20160074230A (ko) * 2014-12-18 2016-06-28 한화테크윈 주식회사 베터리 온도조절 시스템
KR101670020B1 (ko) 2015-07-06 2016-10-28 서울산업기술주식회사 배터리 모듈 냉각 장치
KR20170092982A (ko) * 2016-02-04 2017-08-14 삼성전자주식회사 배터리 열관리 장치 및 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102172449B1 (ko) * 2020-06-05 2020-10-30 김광섭 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템
WO2022060044A1 (ko) * 2020-09-21 2022-03-24 주식회사 엘지에너지솔루션 전력 저장 장치
KR20230038000A (ko) * 2021-09-10 2023-03-17 주식회사 아이윈 지게차 웨이트를 리튬계열 배터리 열관리용 에너지 댐퍼로 활용한 지게차용 리튬계열 배터리 시스템
KR102625880B1 (ko) * 2021-09-10 2024-01-16 주식회사 아이윈 지게차 웨이트를 리튬계열 배터리 열관리용 에너지 댐퍼로 활용한 지게차용 리튬계열 배터리 시스템
KR102504667B1 (ko) * 2022-04-27 2023-03-02 (주)씨엔티솔루션 배터리의 냉각 및 히팅을 동시에 만족할 수 있는 열전달 유닛과 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 열전달 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
US20210159558A1 (en) 2021-05-27
WO2019231070A1 (ko) 2019-12-05
US11688902B2 (en) 2023-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102020003B1 (ko) 배터리셀 온도제어 시스템 및 배터리팩
JP6604442B2 (ja) 機器温調装置
JP7122664B2 (ja) 車両、熱交換プレート、及び電池パック
US8377581B2 (en) Battery pack for a vehicle
US11482740B2 (en) Power battery pack having heat superconducting heat exchanger and power battery pack system
KR101526389B1 (ko) 전기차용 배터리의 열관리 장치
JP6693480B2 (ja) 端子冷却装置
KR20110089317A (ko) 배터리 모듈
JP2010532066A (ja) 熱電半導体素子を用いた電気自動車のバッテリー温度調節装置
WO2019039188A1 (ja) 電池温調装置および外部熱源供給装置
KR101751673B1 (ko) 예열기능을 구비한 수냉식 배터리팩 냉각시스템
JP2013119259A (ja) 車載用バッテリ温度調整装置
CN111312954B (zh) 一种电动汽车电池热管理装置及热管理方法
KR20120133872A (ko) 차량용 배터리 냉각시스템
WO2019150705A1 (ja) 電源装置及び電源装置を備える電動車両
CN103959508A (zh) 具有包含调温通道和旁路的调温体的电池系统以及包含电池系统的机动车
JP2017105290A (ja) 駆動用バッテリの温度調整装置
US20150200426A1 (en) Expanded battery cooling fin
CN107394072A (zh) 一种动力电池的热管理系统以及混合动力汽车
CN105655669B (zh) 用于电池温度调节的控制器
JP7062683B2 (ja) バッテリーパックの温度を管理するための装置
KR102480994B1 (ko) 전기자동차용 배터리 온도조절 시스템 및 그 방법
KR102389162B1 (ko) 전기차용 배터리 냉각시스템
JP2012084483A (ja) 伝熱板の構造
KR20080053556A (ko) 하이브리드 전기자동차의 인버터 및 ｌｄｃ용 냉각장치

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant