KR20180119165A - 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체, 그리고 이러한 배터리 및 커패시터 조립체를 가열하고 냉각시키기 위한 방법 - Google Patents

차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체, 그리고 이러한 배터리 및 커패시터 조립체를 가열하고 냉각시키기 위한 방법 Download PDF

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KR20180119165A
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마이클 피터 치아치오
브라이언 무어헤드
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젠썸 인코포레이티드
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Abstract

하나의 예에서, 본 개시내용은 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체를 설명하며, 이러한 배터리 및 커패시터 조립체는, 복수의 배터리 셀들, 복수의 커패시터 셀들, 냉각 플레이트, 한 쌍의 단부 브래킷들, 및 하우징을 포함한다. 복수의 커패시터들은 복수의 배터리 셀들과 복수의 커패시터 셀들이 셀 스택을 형성하도록 복수의 배터리 셀들에 인접하여 정렬된다. 한 쌍의 단부 브래킷들은 냉각 플레이트에 부착됨과 아울러 셀 스택의 양쪽 단부들에 배치된다. 한 쌍의 단부 브래킷들은 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들을 압축한다. 하우징은 냉각 플레이트에 부착됨과 아울러 셀 스택 및 한 쌍의 단부 브래킷들을 둘러싼다.

Description

차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체, 그리고 이러한 배터리 및 커패시터 조립체를 가열하고 냉각시키기 위한 방법
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은 2016년 7월 12일자로 출원된 미국 유틸리티 특허 출원 번호 제15/208,143호에 대해 우선권을 주장하며, 아울러 2016년 3월 2일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/302,386호에 대해서도 우선권을 주장한다. 앞서의 출원들 각각의 전체 개시내용은 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 출원은 2016년 3월 2일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/302,372호 및 2016년 7월 12일자로 출원된 미국 유틸리티 출원 번호 제15/208,112호와 관련된다. 앞서의 출원들 각각의 전체 개시내용들은 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 개시내용은 차량 배터리 시스템(vehicle battery system)들에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체들(battery and capacitor assemblies), 그리고 이러한 배터리 및 커패시터 조립체들을 가열하고 냉각시키기 위한 방법들에 관한 것이다.
본 명세서에서 제공되는 배경 기술은 본 개시내용의 맥락을 전반적으로 제시하기 위한 것이다. 본 명세서에서 지칭되는 발명자들의 작업은, 본 배경기술 부분에서 설명되는 한, 뿐만 아니라 그렇지 않은 경우 출원시 종래 기술로서의 자격을 가질 수 없는 설명의 실시형태들은, 본 개시내용에 대비되는 종래 기술로서 명시적으로든 암묵적으로든 인정되지 않는다.
하이브리드 차량(hybrid vehicle)들은 전형적으로 파워트레인 시스템(powertrain system)을 사용하는데, 이러한 파워트레인 시스템은 엔진(engine)과, 시동기(starter)/발전기(generator)를 포함하는 정지-시동(stop-start) 혹은 마일드 하이브리드(mild hybrid) 시스템과, 그리고/또는 차량을 추진시키기 위한 하나 이상의 전기 모터(electric motor)들을 포함한다. 동작 동안, 엔진을 시동시키기 위해서, 차량 전력 버스에 연결된 부하(load)들에 공급하기 위해서, 엔진을 재시동시키기 위해서, 차량이 움직이도록 전기 모터들 혹은 시동기/발전기를 구동시키기 위해서, 그리고/또는 배터리들을 재충전하기 위해서, 전류가 공급될 필요가 있다. 예를 들어, 일부 마일드 하이브리드들에서, 전기 모터들 혹은 시동기/발전기는, 엔진이 크랭크(crank)하고, 시동되어 아이들(idle) 혹은 다른 엔진 속도에 도달함에 따라 엔진 부조(engine hesitation)를 제거하기 위해서 재시동 동안 1-2초와 같은 짧은 기간 동안 차량을 구동시킨다(이것은 이후 이-부스트(e-boost)로 지칭됨). 결과적으로, 증가하는 전류 부하들을 충족시키기 위해서 하이브리드 차량들의 배터리 시스템들을 개선하기 위해 상당한 공학적 노력이 투자되었다.
자동차 산업은 또한 24V, 36V 및 48V와 같은 더 높은 전압 레벨들에서 동작하는 배터리들을 사용하는 것을 제안했고, 그리고/또는 슈퍼커패시터(supercapacitor)들 혹은 울트라커패시터(ultracapacitor)들을 포함하는 시스템들을 사용하는 것을 제안했다. 하지만, 이러한 시스템들은 이들이 여전히 레거시(legacy) 12V 차량 시스템들 및 컴포넌트들로 동작할 필요가 있기 때문에 상당히 복잡하다.
일부 차량 배터리 시스템들은 더 높은 전압 배터리, 슈퍼커패시터, 혹은 울트라커패시터에 추가하여 (100Ah와 같은 큰 용량(capacity)을 갖는) 12V 배터리를 포함한다.
하나의 예에서, 본 개시내용은 하이브리드 차량(hybrid vehicle)을 위한 배터리 및 커패시터 조립체(battery and capacitor assembly)를 설명하며, 이러한 배터리 및 커패시터 조립체는, 복수의 배터리 셀(battery cell)들, 복수의 커패시터 셀(capacitor cell)들, 냉각 플레이트(cooling plate), 한 쌍(pair)의 단부 브래킷(end bracket)들, 및 하우징(housing)을 포함한다. 복수의 커패시터 셀들은 복수의 배터리 셀들과 복수의 커패시터 셀들이 셀 스택(cell stack)을 형성하도록 복수의 배터리 셀들에 인접하여 정렬된다. 한 쌍의 단부 브래킷들은 냉각 플레이트에 부착됨과 아울러 셀 스택의 양쪽 단부들(opposite ends)에 배치된다. 한 쌍의 단부 브래킷들은 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들을 압축(compress)한다. 하우징은 냉각 플레이트에 부착됨과 아울러 셀 스택 및 한 쌍의 단부 브래킷들을 둘러싼다.
일 실시형태에서, 복수의 배터리 셀들 각각 그리고 복수의 커패시터 셀들 각각은 파우치 셀 구성(pouch cell configuration)을 갖는다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 복수의 배터리 셀들 각각은 리튬 이온 셀(lithium ion cell)이고, 커패시터 셀들 각각은 수퍼커패시터 셀(supercapacitor cell) 및/또는 울트라커패시터 셀(ultracapacitor cell)이다.
다른 실시형태들에서, 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 셀 스택의 양쪽 측면(opposite side)들 상에 배치되는 한 쌍의 측면 브래킷(side bracket)들을 포함하고, 한 쌍의 측면 브래킷들은 셀 스택의 양쪽 단부들 사이에서 연장된다. 측면 브래킷들은 단부 브래킷들에 부착되고 단부 브래킷들과 협력(cooperate)하여 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들을 압축하게 된다.
다른 실시형태들에서, 배터리 및 커패시터 조립체는, 셀 스택의 양쪽 단부들에 인접하는 하우징의 바깥쪽 단부 표면(exterior end surface)들 사이에서 연장되는 길이(length); 하우징의 바깥쪽 측면 표면(exterior side surface)들 사이에서 연장되는 폭(width); 그리고 하우징의 바깥쪽 바닥 표면(exterior bottom surface)과 냉각 플레이트의 바깥쪽 상부 표면(exterior top surface) 사이에서 연장되는 높이(height)를 갖는다.
일 실시형태에서, 폭 및/또는 길이는 260 밀리미터(millimeters)보다 작거나 같다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 폭은 200 밀리미터보다 작거나 같고, 높이는 260 밀리미터보다 작거나 같다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 길이는 400 밀리미터보다 작거나 같다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 냉각 플레이트는 냉각 플레이트로부터의 열(heat)을 흡수하는 냉각제(coolant)를 냉각 플레이트를 통해 지나가게 하기 위한 냉각제 채널(coolant channel)을 정의한다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 복수의 열소산 플레이트(heatsink plate)들을 포함하고, 복수의 열소산 플레이트는 복수의 배터리 셀들과 복수의 커패시터 셀들의 인접하는 셀들 사이에 배치되어 전도(conduction)를 통해 열을 냉각 플레이트로 전달함과 아울러 냉각 플레이트로부터의 열을 전달하도록 정렬된다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 냉각 플레이트와 셀 스택 사이에 배치되는 복수의 열전 디바이스(thermoelectric device)들을 포함하고, 복수의 열전 디바이스들은, 복수의 배터리 셀들의 온도를 조정하도록 구성되고, 그리고 복수의 배터리 셀들의 온도를 조정하는 것과는 독립적으로 복수의 배터리 셀들의 온도를 조정하도록 구성된다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나는 냉각 플레이트와 복수의 배터리 셀들 사이에 배치되고, 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나는 냉각 플레이트와 복수의 커패시터 셀들 사이에 배치된다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 복수의 열전 디바이스들과 셀 스택 사이에 배치되는 온도 분산 플레이트(temperature distribution plate)를 포함하고, 온도 분산 플레이트는 냉각 플레이트 및/또는 복수의 열전 디바이스들과 접촉한다. 복수의 열전 디바이스들은 냉각 플레이트와 접촉한다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 복수의 열소산 플레이트들 각각은, 플레이트-형상의 몸체(plate-like body)와, 그리고 플랜지(flange)를 포함한다. 플레이트-형상의 몸체는 복수의 배터리 셀들과 복수의 커패시터 셀들의 인접하는 셀들 사이에 배치된다. 플랜지는, 온도 분산 플레이트와의 직접 접촉, 및/또는 플랜지와 온도 분산 플레이트 사이에 배치되는 충전제 물질(filler material)을 사용하여 전도를 통해 열을 온도 분산 플레이트로 전달함과 아울러 온도 분산 플레이트로부터의 열을 전달한다.
또 하나의 예에서, 본 개시내용은 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체를 설명하며, 이러한 배터리 및 커패시터 조립체는, 복수의 배터리 셀들, 복수의 커패시터 셀들, 냉각 플레이트, 및 복수의 열전 디바이스들을 포함한다. 복수의 커패시터 셀들은 복수의 배터리 셀들과 복수의 커패시터 셀들이 셀 스택을 형성하도록 복수의 배터리 셀들에 인접하여 정렬된다. 복수의 열전 디바이스들은 냉각 플레이트와 셀 스택 사이에 배치된다. 추가적으로, 복수의 열전 디바이스들은, 복수의 배터리 셀들을 가열하고 냉각시키도록 구성되고, 그리고 복수의 배터리 셀들을 가열하고 냉각시키는 것과는 독립적으로 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키도록 구성된다.
일 실시형태에서, 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나는 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키도록 정렬되고, 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나는 복수의 배터리 셀들을 가열하고 냉각시키도록 정렬된다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 복수의 열전 디바이스들 중 단 하나는 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키도록 정렬되고, 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 두 개는 복수의 배터리 셀들을 가열하고 냉각시키도록 정렬된다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 복수의 열전 디바이스들 각각은 열전 디바이스가 가열하고 냉각시키도록 되어 있는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들 중 하나에 맞춰 정렬된다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 복수의 열전 디바이스들과 셀 스택 사이에 배치되는 온도 분산 플레이트를 포함하고, 온도 분산 플레이트는 냉각 플레이트 및/또는 복수의 열전 디바이스들과 접촉한다. 복수의 열전 디바이스들은 냉각 플레이트와 접촉한다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 복수의 열전 디바이스들은 냉각 플레이트 내의 포켓(pocket)들 내에 배치되고, 온도 분산 플레이트는 포켓들 내에 복수의 열전 디바이스들을 가둔다(capture). 또 하나의 다른 실시형태에서, 온도 분산 플레이트는 냉각 플레이트 내에 부분적으로 삽입(inset)된다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 복수의 열소산 플레이트들을 포함하고, 복수의 열소산 플레이트들은 복수의 배터리 셀들과 복수의 커패시터 셀들의 인접하는 셀들 사이에 배치된다. 복수의 열소산 플레이트들은 전도를 통해 열을 온도 분산 플레이트로 전달함과 아울러 온도 분산 플레이트로부터의 열을 전달하도록 정렬된다.
또 하나의 다른 실시형태들에서, 복수의 열소산 플레이트들 각각은, 플레이트-형상의 몸체와, 그리고 플랜지를 포함한다. 플레이트-형상의 몸체는 복수의 배터리 셀들과 복수의 커패시터 셀들의 인접하는 셀들 사이에 배치된다. 플랜지는 온도 분산 플레이트와의 직접 접촉, 및/또는 플랜지와 온도 분산 플레이트 사이에 배치되는 충전제 물질을 사용하여 전도를 통해 열을 온도 분산 플레이트로 전달함과 아울러 온도 분산 플레이트로부터의 열을 전달한다.
또 하나의 다른 예에서, 본 개시내용은 공통 밀봉체(common enclosure) 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템을 설명한다. 이러한 시스템은, 배터리 온도 센서(battery temperature sensor), 커패시터 온도 센서(capacitor temperature sensor), 및 제어 모듈(control module)을 포함한다. 배터리 온도 센서는 복수의 배터리 셀들의 온도를 측정한다. 커패시터 온도 센서는 복수의 커패시터 셀들의 온도를 측정한다. 제어 모듈은 복수의 배터리 셀들을 배터리 셀 온도에 근거하여 가열하고 냉각시키기 위해 복수의 열전 디바이스들에 공급되는 전류, 전압, 및/또는 전력의 양(amount)을 제어한다. 추가적으로, 제어 모듈은 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키는 것과는 독립적으로 복수의 커패시터 셀들을 커패시터 셀 온도에 근거하여 가열하고 냉각시키기 위해, 복수의 열전 디바이스들에 공급되는 전류, 전압, 및/또는 전력의 양을 제어한다.
하나의 실시형태에서, 제어 모듈은, 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과 냉각시키는 것 중 하나를 수행하기 위해 복수의 열전 디바이스들 중 제 1 열전 디바이스에 공급되는 전류, 전압, 및/또는 전력의 양을 제어하고, 그리고 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과 냉각시키는 것 중 하나를 수행하기 위해 복수의 열전 디바이스들 중 제 2 열전 디바이스에 공급되는 전류, 전압, 및/또는 전력의 양을 제어한다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 제어 모듈은, 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 복수의 배터리 셀들을 가열하고, 그리고 배터리 셀 온도가 제 2 온도보다 클 때 복수의 배터리 셀들을 냉각시킨다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 제어 모듈은, 커패시터 셀 온도가 제 3 온도보다 작을 때 복수의 커패시터 셀들을 가열하고, 그리고 커패시터 셀 온도가 제 4 온도보다 클 때 복수의 커패시터 셀들을 냉각시킨다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 제 3 온도는 제 1 온도와는 다르고, 제 4 온도는 제 2 온도와는 다르다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 제 3 온도는 제 1 온도보다 작고, 제 4 온도는 제 2 온도보다 작다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 제 1 온도, 제 2 온도, 제 3 온도 및 제 4 온도 각각은 미리결정된다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 제어 모듈은, 복수의 배터리 셀들의 목표 저항(target resistance), 복수의 배터리 셀들에 의해 공급되는 전력의 목표 양(target amount), 및/또는 복수의 배터리 셀들의 목표 용량(target capacity)에 근거하여 제 1 온도를 결정한다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 제어 모듈은, 복수의 커패시터 셀들의 목표 저항, 복수의 커패시터 셀들에 의해 공급되는 전력의 목표 양, 및/또는 복수의 커패시터 셀들의 목표 용량에 근거하여 제 3 온도를 결정한다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 제어 모듈은, 만약 복수의 배터리 셀들이 충전(charging)되고 있다면 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 복수의 배터리 셀들을 가열하고, 그리고 제어 모듈은, 만약 복수의 배터리 셀들이 방전(discharging)되고 있다면 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 복수의 배터리 셀들을 가열하지 않는다.
또 하나의 다른 예에서, 본 개시내용은 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법을 설명한다. 이러한 방법은, 복수의 배터리 셀들의 온도를 측정하는 것; 복수의 커패시터 셀들의 온도를 측정하는 것; 그리고 복수의 배터리 셀들을 배터리 셀 온도에 근거하여 가열하고 냉각시키기 위해, 복수의 열전 디바이스들에 공급되는 전류, 전압, 및/또는 전력의 양을 제어하는 것을 포함한다. 본 방법은 또한, 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키는 것과는 독립적으로 복수의 커패시터 셀들을 커패시터 셀 온도에 근거하여 가열하고 냉각시키기 위해, 복수의 열전 디바이스들에 공급되는 전류, 전압, 및/또는 전력의 양을 제어하는 것을 포함한다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 본 방법은 또한, 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과 냉각시키는 것 중 하나를 수행하기 위해 복수의 열전 디바이스들 중 제 1 열전 디바이스에 공급되는 전류, 전압, 및/또는 전력의 양을 제어하는 것과; 그리고 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과 냉각시키는 것 중 하나를 수행하기 위해 복수의 열전 디바이스들 중 제 2 열전 디바이스에 공급되는 전류, 전압, 및 전력의 양을 제어하는 것을 포함한다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 본 방법은 또한, 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과, 그리고 배터리 셀 온도가 제 2 온도보다 클 때 복수의 배터리 셀들을 냉각시키는 것을 포함한다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 본 방법은 또한, 커패시터 셀 온도가 제 3 온도보다 작을 때 복수의 커패시터 셀들을 가열하는 것과, 그리고 커패시터 셀 온도가 제 4 온도보다 클 때 복수의 커패시터 셀들을 냉각시키는 것을 포함한다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 제 3 온도는 제 1 온도와는 다르고, 제 4 온도는 제 2 온도와는 다르다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 제 3 온도는 제 1 온도보다 작고, 제 4 온도는 제 2 온도보다 작다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 제 1 온도, 제 2 온도, 제 3 온도 및 제 4 온도 각각은 미리결정된다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 본 방법은 또한, 복수의 배터리 셀들의 목표 저항, 복수의 배터리 셀들에 의해 공급되는 전력의 목표 양, 및/또는 복수의 배터리 셀들의 목표 용량에 근거하여 제 1 온도를 결정하는 것을 포함한다. 또 하나의 다른 실시형태에서, 본 방법은 또한, 복수의 커패시터 셀들의 목표 저항, 복수의 커패시터 셀들에 의해 공급되는 전력의 목표 양, 및/또는 복수의 커패시터 셀들의 목표 용량에 근거하여 제 3 온도를 결정하는 것을 포함한다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 본 방법은 또한, 만약 복수의 배터리 셀들이 충전되고 있다면 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과, 그리고 만약 복수의 배터리 셀들이 방전되고 있다면 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 복수의 배터리 셀들을 가열하지 않는 것을 포함한다.
본 개시내용의 응용가능성의 다른 영역들은 상세한 설명, 청구항들, 및 도면들로부터 명백하게 될 것이다. 상세한 설명 및 특정 예들은 오로지 예시의 목적으로 의도된 것이며 본 개시내용의 범위를 한정하도록 의도되지 않았다.
본 개시내용은 상세한 설명 및 첨부되는 도면들로부터 더 완벽하게 이해되게 될 것이고, 도면에서,
도 1a는 본 개시내용에 따른 배터리 및 커패시터로부터 전력을 공급하기 위한 그리고 배터리 및 커패시터의 재충전을 위한 전력 관리 시스템의 예를 나타낸 기능 블록도이고;
도 1b는 도 1a에서의 전력 관리 모듈의 예를 나타낸 더 상세한 기능 블록도이고;
도 1c는 본 개시내용에 따른 가열 및 냉각 능력을 갖는 통합된 배터리 및 커패시터 조립체(integrated battery and capacitor assembly)의 단면도이고;
도 1d는 도 1c에서 도시된 원(1D) 내에 있는 도 1c의 통합된 배터리 및 커패시터 조립체의 일부분의 단면도이고;
도 1e는 도 1c의 통합된 배터리 및 커패시터 조립체의 부분적으로 분해된 사시도이고;
도 1f는 본 개시내용에 따른 배터리 셀 혹은 커패시터 셀의 예의 분해된 정명도이고;
도 2는 본 개시내용에 따른 배터리 및 커패시터의 온도들을 제어하기 위한 방법의 예를 나타낸 흐름도이고;
도 3은 커패시터에 대한 온도의 함수로서 DC 등가 직렬 저항(Equivalent Series Resistance, ESR)을 나타낸 그래프이고; 그리고
도 4는 배터리에 대한 셀 동작 온도의 함수로서 싸이클 수명(cycle life)을 나타낸 그래프이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 요소들을 식별시키기 위해 재사용될 수 있다.
본 개시내용에 따른 하이브리드 차량에서 전력을 공급하기 위한 시스템들 및 방법들의 경우, 시동(starting) 혹은 이-부스트 동안 일어나는 더 높은 전류 부하들은 슈퍼커패시터 혹은 울트라커패시터와 같은 커패시터에 의해 주로(predominantly) 공급된다. 전류는 또한 이러한 이벤트(event)들 동안 제한된 그리고 제어되는 속도(rate)에서 배터리에 의해 공급된다. 결과적으로, 배터리의 용량(capacity) 및 물리적 크기는 배터리의 방전 속도(discharge rate)(또는 C-속도(C-rate))를 적당한 레벨(reasonable level)로 유지시키는 동안 실질적으로 감소될 수 있다.
종래의 배터리 시스템들에서, "키-온(key-on)" 이벤트 이후 크랭킹(cranking)은 오로지 배터리에 의해서만 지원된다. 결과적으로, 배터리는 충분한 용량 및 방전 속도를 가질 필요가 있다. 방전 속도 혹은 C-정격(C-rating)은 전류/용량의 비율(ratio)로서 정의된다. 예를 들어, 제 1 배터리는 850A를 공급할 수 있고, 100Ah의 용량을 갖는다(C-속도는 850A/100Ah = 8.5). 이와는 대조적으로, 제 2 배터리는 850A를 공급할 수 있고, 17Ah의 용량을 갖는다(C-속도는 850A/17Ah = 50). 양쪽 배터리들이 동일한 양의 전류를 공급하지만, 제 2 배터리는 유사한 애플리케이션(application)들에서 제 1 배터리보다 훨씬 더 짧은 배터리 수명(battery life)을 가질 것이다. 달리 말하면, 배터리의 C-속도는 배터리 수명에 직접적으로 영향을 미치고, 더 높은 C-속도들은 더 짧은 배터리 수명에 대응한다.
다른 하이브리드 배터리 토폴로지들(hybrid battery topologies)과는 달리, 본 개시내용에 따른 전력 관리 시스템에서 사용되는 배터리는 키-온 엔진 시동(key-on engine starting)을 독립적으로 지원하지 않는다. 배터리의 주 기능(main function)은 보드넷 부하(boardnet load)들과 같은 차량 부하들을 직접적으로 지원하는 것이다. 배터리는 또한 키-온 엔지 시동들 및 하이브리드 구동 싸이클 이벤트(hybrid drive cycle event)들(예컨대, 엔진 재-시동(engine re-starting) 및/또는 전기 부스트(electric boost)와 같은 것)을 간접적으로 지원하기 위해, 제어되는 그리고 제한된 전류 흐름을 공급한다. 배터리는 또한 크랭킹 이후 커패시터를 재충전하기 위해 사용된다.
재생/엔진 제동(regenerative/engine braking) 동안 공급되는 전력은 배터리가 아닌 커패시터를 재충전하는데 사용된다. 커패시터로부터의 전력은 제한된 그리고 제어되는 속도에서 시간 경과에 따라 배터리에 공급되는데, 이것은 배터리 피크 충전 부하(battery peak charge load)들을 감소시킨다. 본 명세서에서 설명되는 시스템들 및 방법들의 경우, 배터리 요건들은 크랭킹 암페어(cranking amps)에서의 전압 강하(voltage drop)가 아니라 에너지에 의해 결정되고, 이것은 더 작은 용량의 배터리가 사용될 수 있게 한다.
본 개시내용은 또한 AC/DC 변환기 및/또는 시동기 발전기 제어기(starter generator controller)를 통해 커패시터로부터 전류를 선택적으로 공급함으로써, 전기 터보 시스템(electric turbo system)들 혹은 전기 능동 서스펜션 시스템(electric active suspension system)들과 같은 펄스-타입 차량 부하(pulse-type vehicle load)들을 지원하도록 구성될 수 있다. 커패시터가 펄스-타입 차량 부하들에 공급을 행하게 하는 것은 배터리 수명을 향상시키고 배터리의 요건들, 크기 및 비용을 감소시킨다.
배터리의 사양(specification)들은 주어진 애플리케이션에 대해 예상되는 하이브리드 구동 싸이클 및 펄스-타입 보드넷 부하들의 중요도(severity)에 근거하여 변할 수 있다. 일반적으로, 배터리 요건들, 크기 및 비용은 배터리가 하이브리드 구동 싸이클에 직접적으로 혹은 실질적으로 기여하는 하이브리드 토폴로지들보다 더 낮아 지게 될 것이다.
통합된 배터리 및 커패시터 조립체에 배터리를 통합시킴으로써 배터리 및 배선(wiring)의 패키징 비용(packaging cost)이 크게 감소된다. 통합된 배터리 및 커패시터 조립체의 추가적인 패키징의 세부사항들은 2016년 3월 2일자로 출원된 미국 출원 번호 제62/302,372호에서 발견될 수 있고, 이러한 특허문헌은 그 전체가 참조로 통합된다.
이제 도 1a를 참조하면, 배터리(108) 및 커패시터(110)로부터의 전력의 공급을 제어하기 위한 그리고 배터리(108) 및 커패시터(110)의 재충전을 제어하기 위한 전력 관리 시스템(100)이 도시된다. 일부 예들에서, 배터리는 양의 배터리 단자 및 음의 배터리 단자에 직렬로 그리고/또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀(battery cell)들을 포함하는 12 V 배터리를 포함한다. 일부 예들에서, 배터리 셀들은 리튬 철 포스페이트(lithium iron phosphate)(LiFePO4) 화학(chemistry)을 사용하여 만들어진다. 다른 예들에서, 배터리 셀들은 리튬 티타네이트(lithium titanate)(Li4Ti5O12)(LTO) 화학, 다른 리튬 이온 화학(lithium ion chemistry), 혹은 다른 배터리 화학을 사용하여 만들어진다. 일부 예들에서, 배터리(108)는 4sNp 구성으로 정렬되는 파우치 셀들을 포함한다. 일부 예들에서, 배터리(108)는 12.8 V 공칭(nominal) 전압(8.0 V 내지 14.4 V)을 제공하고, 20 Ah/256 Wh의 용량을 갖는다. 다른 예들에서, 배터리는 20 Ah보다 작거나 같은 용량을 가지고, 6보다 작거나 같은 C-속도를 갖는다.
일부 예들에서, 커패시터(110)는 양의 커패시터 단자 및 음의 커패시터 단자에 직렬로 그리고/또는 병렬로 연결되는 복수의 커패시터 셀(capacitor cell)들을 포함한다. 일부 예들에서, 커패시터(110)는 슈퍼커패시터들 혹은 울트라커패시터들을 포함한다. 일부 예들에서, 커패시터(110)는 12V, 24V, 36V, 또는 48V 공칭 전압(0 - 54 V)을 제공한다. 일부 예들에서, 커패시터 내의 커패시터 셀들에 대해 파우치 셀 포맷(pouch cell format)이 사용된다. 일부 예들에서, 커패시터들은 18sNp 구성으로 연결되고 0.6 Ah(30 Wh)의 용량을 갖는다.
전력 관리 모듈(power management module)(112)은 배터리(108) 및 커패시터(110)로부터의 전력의 공급을 제어하고 그리고 배터리(108) 및 커패시터(110)의 재충전을 제어한다. 전력 관리 모듈(112)은 차량 데이터 버스(vehicle data bus)(114)를 통해 다른 차량 제어기들과 통신할 수 있고, 그리고/또는 전력 관리 시스템(100)의 컴포넌트(component)들과 통신할 수 있다. 전력 관리 모듈(112)은 배터리(108) 및 커패시터(110)에 대한 충전의 상태(State Of Charge, SOC) 및 건강의 상태(State Of Health, SOH)와 같은 데이터를 다른 차량 제어기들에게 전송할 수 있다. 일부 예들에서, 차량 데이터 버스(114)는 CAN 버스를 포함하는데, 하지만 다른 데이터 버스 타입들이 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 전력 관리 모듈(112)은 키-온 이벤트들, 차량 속도, 구동 모드 이벤트들, 엔진 오일 온도, 재생 이벤트(regeneration event)들, 이-부스트 이벤트들, 또는 다른 차량 제어기들로부터의 다른 제어 정보와 같은 그러한 정보를 수신한다. 차량 속도는 장래 재생 이벤트(future regeneration event)를 표시할 수 있다. 엔진 오일 온도는 크랭킹 동안 엔진 부하를 표시할 수 있다. 전력 관리 모듈(112)은 이러한 신호들에 근거하여 전력 관리 시스템(100)의 동작을 조정할 수 있다.
일부 동작 모드들에서, 전력 관리 모듈은 또한 보드넷 부하들과 같은 차량 부하들(104) 및 차량 전력 버스(102)에 전류를 공급하는 것을 제어한다. 전력 관리 모듈(112)은 온도 센서들(130) 및/또는 전압 센서들(132)과 같은 하나 이상의 센서들로부터 배터리 동작 파라미터(battery operating parameter)들을 수신한다. 일부 예들에서, 온도 센서들(130) 및 전압 센서들(132)은 배터리 셀 레벨에서 온도들 및 전압들을 모니터링(monitoring)한다. 전력 관리 모듈(112)은 또한 온도 센서들(136) 및/또는 전압 센서들(138)과 같은 하나 이상의 센서들로부터 커패시터 동작 파라미터들을 수신한다. 일부 예들에서, 온도 센서들(136) 및 전압 센서들(138)은 커패시터 셀 레벨에서 온도들 및 전압들을 모니터링한다.
배터리(108) 및/또는 커패시터(110)의 온도 제어는 열전 디바이스(ThermoElectric Device, TED)(140) 및 열전 디바이스(TED)(142)에 의해 각각 제공될 수 있다. TED 구동기 회로(146)는 TED(140) 및 TED(142)를 제어한다. 전력 관리 모듈(112)은, TED 구동기 회로(146)를 필요에 따라 선택적으로 작동(actuate)시켜 TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양을 조정하게 되고, 그럼으로써 배터리(108) 및 커패시터(110)의 온도를 제어하게 된다. 일부 예들에서, TED(140) 및/또는 TED(142)는 하나 이상의 배터리 셀들 혹은 커패시터 셀들의 개별적 그리고 독립적 온도 제어를 가능하게 하는 하나 이상의 가열/냉각 구역(heating/cooling zone)들을 포함한다.
일부 경우들에서, 배터리(108) 및/또는 커패시터(110)를 냉각시키기 위해 TED(140) 및 TED(142)를 제어하는 경우, TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양을 증가시키는 것은 TED(140) 및 TED(142)에 의해 제공되는 냉각의 양을 증가시킬 수 있다. 하지만, TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양을 증가시키는 것은 또한 TED(140) 및 TED(142)에 의해 제공되는 저항성 열(resistive heat)의 양을 증가시킬 수 있다. 따라서, 일부 경우들에서, TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양을 증가시키는 것은 TED(140) 및 TED(142)의 전체 냉각 효과를 감소시킬 수 있다. 따라서, TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양은, TED(140) 및 TED(142)에 의해 제공되는 냉각의 양과 TED(140) 및 TED(142)에 의해 제공되는 저항성 열의 양 간의 균형(balance)에 근거하여 제어될 수 있다.
전력 관리 모듈(112)은 TED(140) 및 TED(142)에 걸쳐 최대 온도 차이를 달성하기 위해 앞서 언급된 균형에 근거하여 TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양을 제어할 수 있다. TED(140) 및 TED(142) 각각에 걸친 온도 차이는 이들 각각의 전체 냉각 효과들의 표시자(indicator)이다. 일부 예들에서, 전력 관리 모듈(112)은 (1) TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양과 (2) TED(140) 및 TED(142)에 걸친 온도 차이 간의 미리결정된 관계에 근거하여 개방-루프 방식(open-loop manner)으로 TED(140) 및 TED(142)를 제어한다. 일부 상황들에서, 전력 관리 모듈(112)은 배터리(108) 및/또는 커패시터(110)의 연령(age) 및/또는 온도에 근거하여 상기 미리결정된 관계를 조정 혹은 선택한다.
일부 예들에서, 전력 관리 모듈(112)은 TED(140) 및 TED(142)에 걸친 측정된 온도 차이에 근거하여 폐-루프 방식(closed-loop manner)으로 TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양을 제어한다. 예를 들어, 전력 관리 모듈(112)은 TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양을 조정하여 이들의 측정된 온도 차이를 최대화할 수 있고 그럼으로써 이들의 냉각 효과들을 최대화할 수 있다.
이와는 대조적으로, 배터리(108) 및/또는 커패시터(110)를 가열하기 위해 TED(140) 및 TED(142)를 제어하는 경우, 저항성 가열(resistive heating)은 TED(140) 및 TED(142)의 전체 가열 효과를 떨어뜨리는 것이 아니라 TED(140) 및 TED(142)의 전체 가열 효과에 더해진다. 따라서, 일부 예들에서, 전력 관리 모듈(112)은 TED(140) 및 TED(142)에 의해 제공되는 열의 양을 증가시키기 위해 TED(140) 및 TED(142)에 공급되는 전류, 전압 및/또는 전력의 양을 항상 증가시킨다.
전류 검출기 회로(current detector circuit)(150)는 재충전 동안 배터리에 공급되는 전류 또는 배터리에 의해 공급되는 전류를 검출한다. 전류 검출기 회로(150)는 섀시 그라운드(chassis ground)(152)와 배터리(108)의 음의 단자 사이에 정렬될 수 있다. 전류 검출기 회로(156)는 재충전 동안 커패시터(110)에 공급되는 전류 또는 커패시터(110)에 의해 공급되는 전류를 검출한다. 전류 검출기 회로(156)는 섀시 그라운드(152)와 커패시터(110)의 음의 단자 사이에 정렬될 수 있다. 전류 검출기 회로(150) 및 전류 검출기 회로(156)는 감지된 배터리 전류 값 및 커패시터 전류 값을 각각 전력 관리 모듈(112)에 제공한다.
과전압 보호 회로(overvoltage protection circuit)(160)는 차량 전력 버스(vehicle power bus)(102)와 같은 부하들과 배터리(108)의 양의 단자 사이에 정렬될 수 있다. 과전압 보호 회로(160)는 배터리의 전압 출력을 모니터링하고 전압 값을 전력 관리 모듈(112)에 제공한다. 과전압 회로(160)는 하나 이상의 셀들이 배터리 셀의 전압 한계(voltage limit)에 있거나 전압 한계보다 높은 상태에 있는 경우 배터리를 과충전(overcharging)으로부터 보호한다. 과전압 회로(160)의 또 하나의 다른 기능은 배터리를 과도한 전류로부터 보호하는 것이다. 만약 과전압 상태가 검출된다면, 배터리(108)는 분리될 수 있고, 또는 다른 조치들이 취해질 수 있다. 예를 들어, 과도한 전압 혹은 전류는 외부 충전기로 충전하는 동안 일어날 수 있다.
일부 예들에서, 전력 관리 모듈(112)은 측정된 배터리 파라미터들에 근거하는 충전의 상태(SOC) 추정 및/또는 건강의 상태(SOH) 추정, 전류 한계치들의 계산들, 온도 측정, 셀 균형, 셀 전압 측정을 포함하는 배터리 관리를 수행한다. 일부 예들에서, 전력 관리 모듈(112)은 또한 측정된 커패시터 파라미터들에 근거하는 SOC 추정 및/또는 SOH 추정, 전류 한계치들의 계산들, 온도 측정, 셀 균형, 셀 전압 측정을 포함하는 커패시터 관리를 수행한다.
DC/DC 변환기(161)는 배터리(108)와, 커패시터(110)와 그리고/또는 시동기/발전기(174) 간의 전류의 흐름을 제어하기 위해 제공될 수 있다. 일부 예들에서, DC/DC 변환기(161)는 배터리(108)와, 커패시터(110)와 그리고/또는 시동기/발전기(174) 사이에 연결되는 DC/DC 부스트 변환기(boost converter)(162) 및 DC/DC 벅 변환기(buck converter)(164)를 포함한다. 일부 예들에서, DC/DC 부스트 변환기(162)는 8V 내지 16V의 입력 범위를 갖고, 0 - 100 암페어의 전류 입력 범위를 갖는다. 일부 예들에서, DC/DC 부스트 변환기(162)는 24V 내지 54V의 출력 범위를 갖고, 0 - 67 암페어의 전류 출력 범위를 갖는다.
일부 예들에서, DC/DC 벅 변환기(164)는 24V 내지 54V의 입력 범위를 갖고, 0 - 53 암페어의 전류 입력 범위를 갖는다. 일부 예들에서, DC/DC 벅 변환기(164)는 8V 내지 16V의 출력 범위를 갖고, 0 - 80 암페어의 전류 출력 범위를 갖는다. 인식될 수 있는 바와 같이, DC/DC 부스트 변환기(162) 및 DC/DC 벅 변환기(164)의 정격들은 상이한 애플리케이션들에 대해 다양할 것이다.
시동기/발전기 제어기(170)는 DC/DC 부스트 변환기(162), DC/DC 벅 변환기(164) 및 커패시터(110)에 연결된다. 시동기/발전기 제어기(170)는 또한 DC/AC 변환기(172)에 연결되고, DC/AC 변환기(172)는 시동기/발전기(174)에 연결된다. 시동기/발전기(174)는 엔진(미도시)에 연결된다. 일부 예들에서, 휠(wheel)들을 구동시키기 위한 하나 이상의 전기 모터들(175)이 제공될 수 있다.
차량 전력 버스(102)는 또한 배터리(108)의 전압에서 동작하는 전기 터보(180) 및/또는 능동 서스펜션 시스템(182)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 전기 터보(184) 및/또는 능동 서스펜션 시스템(186)이, 만약 이들이 24V, 36V, 48V 등과 같은 더 높은 전압들에서 동작한다면, 시동기/발전기 제어기(170) 및/또는 DC/AC 변환기(172)에 연결될 수 있다.
일부 예들에서, 키-온 시동기(key-on starter)(176)가 시동기/발전기 제어기(170)에 연결될 수 있고, 그리고 더 높은 시동 전류를 요구하는 더 큰 배기량 엔진(displacement engine)들을 시동시키기 위해 제공될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이 키-온 시동기(176)는 커패시터(110)로부터의 전류에 의해 에너지를 공급받을 수 있고, 배터리(108)에 의해 공급되는 전류에 의해 제한된 그리고 제어되는 방식으로 보조를 받을 수 있다.
이제 도 1b를 참조하면, 전력 관리 모듈(112)의 예가 더 상세히 제시된다. 전력 관리 모듈(112)은 배터리 모니터링 모듈(battery monitoring module)(192), 커패시터 모니터링 모듈(capacitor monitoring module)(194) 및 제어 모듈(control module)(196)을 포함한다. 배터리 모니터링 모듈(192)은 도 1a에서 앞서 설명된 바와 같이 셀 전압들, 배터리 전류, 셀 온도들 및/또는 스트링 전압(string voltage)을 수신한다. 배터리 모니터링 모듈(192)은 셀 균형을 수행하고, 배터리(110)에 대한 충전의 상태(SOC) 및/또는 건강의 상태(SOH) 값들을 계산한다. 커패시터 모니터링 모듈(194)은 또한 도 1a에서 앞서 설명된 바와 같이 셀 전압들, 커패시터 전류, 셀 온도들 및/또는 스트링 전압을 수신한다. 커패시터 모니터링 모듈은 셀 균형을 수행하고, 커패시터(110)에 대한 SOC를 계산하고 그리고/또는 SOH를 계산한다.
제어 모듈(196)은 배터리 모니터링 모듈(192) 및 커패시터 모니터링 모듈(194)과 통신한다. 제어 모듈(196)은 또한 키-온 이벤트들, 차량 속도, 엔진 오일 온도, 구동 모드 이벤트들, 재생 이벤트들, 이-부스트 이벤트들, 또는 차량 데이터 버스(114)를 통한 다른 차량 제어기들로부터의 다른 제어 정보와 같은 그러한 정보를 수신할 수 있다. 제어 모듈(196)은 또한 배터리(108) 및 커패시터(110)에 대한 SOC 및 SOH 값들을 차량 데이터 버스(114)를 통해 다른 차량 제어기들과 공유할 수 있다.
제어 모듈(196)은 DC/DC 변환기(161)를 인에이블(enable)시키고 디스에이블(disable)시킨다. 예를 들어, 제어 모듈은 다양한 구동 혹은 동작 모드들 동안 필요에 따라 DC/DC 벅 변환기(164) 및 DC/DC 부스트 변환기(162)를 인에이블시키고 디스에이블시킨다. 제어 모듈(196)은 또한 과전압 보호 회로(160)의 동작을 모니터링한다. 제어 모듈(196)은 또한 배터리(108) 및 커패시터(110)와 관련된 TED들(140 및 142) 내의 구역들의 가열/냉각을 제어하기 위해 TED 구동기 회로(146)와 통신한다.
이제 도 1c 및 도 1e를 참조하면, 배터리 및 커패시터 조립체(200)의 예가 제시된다. 배터리 및 커패시터 조립체(200)는 배터리(108), 커패시터(110), 및 냉각 플레이트 조립체(cooling plate assembly)(202)를 포함한다. 배터리(108) 및 커패시터(110)는 각각 셀들(204) 및 셀들(206)을 각각 포함하고, 이러한 셀들은 셀 스택(208)을 형성하도록 서로 인접하여 정렬된다. 셀들(204) 및/또는 셀들(206) 각각은 파우치-타입 셀들일 수 있다.
셀들(204) 및 셀들(206)은 셀들(204) 및 셀들(206)로 전류를 전도시키고 셀들(204) 및 셀들(206)로부터의 전류를 전도시키기 위한 단자(terminal)들 혹은 탭(tab)들(209) 및 단자들 혹은 탭들(210)을 각각 갖는다. 탭들(209) 및 탭들(210)은 셀들(204) 및 셀들(206)의 상부 표면들(212) 및 상부 표면들(214)로부터 각각 연장된다. 도 1c 및 도 1e에서, 셀들(204) 및 셀들(206)은 이들의 측면 표면들이 아래를 향하도록 정렬되어 탭들(209) 및 탭들(210)은 도 1e에서 도시된 배터리 및 커패시터 조립체(200)의 측면(216)을 향해 연장되게 된다. 대안적으로, 셀들(204) 및 셀들(206)은 이들의 바닥 표면들이 위를 향하도록 정렬되어 탭들(209) 및 탭들(210)은 도 1c에서 도시된 배터리 및 커패시터 조립체(200)의 바닥 단부(bottom end)(218)를 향해 연장되게 된다.
단부 브래킷들(220)이 셀 스택(208)의 양쪽 단부들(222 및 224)에 위치하는데, 셀들(204 및 206) 중 바깥쪽에 있는 셀들의 바깥쪽을 향하고 있는 표면들을 따라 위치하여 셀들(204 및 206)은 단부 브래킷들(220) 사이에 정렬되게 된다. 일부 예들에서, 단부 브래킷들(220)은 도 1c에서 보여지는 바와 같이 전체적으로 "L"-형상의 단면을 갖는다. 일부 예들에서, 단부 브래킷들(220)은 금속(예컨대, 판금(sheet metal))으로 만들어진다. 도 1e에서 보여지는 바와 같이, 단부 브래킷들(220) 각각은 플레이트-형상의 몸체(226)와, 그리고 플레이트-형상의 몸체(226)의 단부로부터 플레이트-형상의 몸체(226)에 대해 임의의 각도(예컨대, 90도)에서 연장되는 플랜지(228)를 포함할 수 있다. 단부 브래킷들(220)은 냉각 플레이트 조립체(202)에 부착되는데, 예를 들어, 패스너(fastener)를 단부 브래킷들(220)의 플랜지들(228)을 통해 냉각 플레이트 조립체(202) 안으로 삽입함으로써 냉각 플레이트 조립체(202)에 부착된다. 단부 브래킷들(220)은 동작 동안 그 사이에 위치하는 파우치-타입 용량성 및 배터리 셀들 상에 압축성 힘(compressive force)을 제공한다. 추가적으로, 단부 브래킷들(220)은 셀 스택(208)을 냉각 플레이트 조립체(202)에 고정시킨다.
측면 브래킷들(232)이 셀 스택(208)의 양쪽 측면들 상에 위치하며 셀 스택(208)의 단부(222)와 단부(224) 사이에서 연장된다. 일부 예들에서, 2개의 측면 브래킷들이 셀 스택(208)의 각각의 측면 상에 위치할 수 있고, 이것은 총 4개의 측면 브래킷들을 생성한다. 일부 예들에서, 측면 브래킷들(232)은 도 1e에서 보여지는 바와 같이 전체적으로 "C"-형상의 단면을 갖는다. 일부 예들에서, 측면 브래킷들(232) 각각은 0.25 인치(inches) 내지 0.75 인치 범위의 폭(Wb)(도 1c)(예를 들어, 0.5 인치의 폭)을 갖는다. 일부 예들에서, 측면 브래킷들(232)은 금속(예를 들어, 판금)으로 만들어진다. 조립 동안, 단부 브래킷들(220)은 셀 스택(208)의 단부(222) 및 단부(224)에 위치할 수 있고 냉각 플레이트 조립체(202)에 부착될 수 있다. 압축 고정구(compression fixture)를 사용하여 단부 브래킷들(220)은 셀 스택(208)에 압축성 힘을 가하는 위치에서 유지될 수 있다. 그 다음에, 측면 브래킷들(232)이 단부 브래킷들(220) 위에 맞추어져 부착될 수 있고 압축 고정구는 제거될 수 있다. 따라서, 측면 브래킷들(232)은 단부 브래킷들(220)과 협력하여 셀 스택(208) 내의 셀들(204 및 206)을 압축하게 된다.
열소산 플레이트들(234)이 셀들(204 및 206) 사이에 정렬되어 열을 소산(dissipate)시키게 된다. 일부 예들에서, 열소산 플레이트들(234)은 도 1c에서 보여지는 바와 같이 전체적으로 "L"-형상의 단면을 갖는다. 일부 예들에서, 열소산 플레이트들(234)은 금속(예를 들어, 알루미늄)으로 만들어진다. 도 1e에서 보여지는 바와 같이, 열 소산 플레이트들(234) 각각은 플레이트-형상의 몸체(236)와, 그리고 플레이트-형상의 몸체(236)로부터 플레이트-형상의 몸체(236)에 대해 임의의 각도(예컨대, 90도)에서 연장되는 플랜지(238)를 포함할 수 있다.
열소산 플레이트들(234)의 플랜지들(238)은 냉각 플레이트 조립체(202)의 온도 분산 플레이트(248)의 바깥쪽 바닥 표면(230)과 열적으로 접촉하여 전도를 통해 열을 온도 분산 플레이트(248)로 전달함과 아울러 온도 분산 플레이트(248)로부터의 열을 전달하게 된다. 예를 들어, 열소산 플레이트들(234)의 플랜지들(238)은 바닥 표면(230)과 직접적으로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 도 1d를 잠시 참조하면, 열소산 플레이트들(234)의 수직 움직임이 가능하도록 하기 위해 플랜지들(238)과 바닥 표면(230) 사이에는 간극(gap)(240)이 존재할 수 있고, 간극(240)에는 충전제 물질(242)이 배치될 수 있다. 충전제 물질(242)은 전도를 통해 열 소산 플레이트들(234)과 냉각 플레이트 조립체(202) 간에 열을 전달하기 위해 그리스(grease), 에폭시(epoxy), 발포제(foam), 및/또는 또 하나의 다른 적절한 타입의 물질을 포함할 수 있다.
도 1c 및 도 1e를 다시 참조하면, 냉각 플레이트 조립체(202)는 냉각 플레이트(244), TED들(140 및 142), 그리고 온도 분산 플레이트(248)를 포함한다. 일부 예들에서, 냉각 플레이트(244)는 금속(예를 들어, 알루미늄)으로부터 만들어진다(예를 들어, 주조(cast)되거나 기계가공(machine)됨). 일부 예들에서, TED들(140 및 142)은 냉각 플레이트(244) 내에 매립(embed)되고, 온도 분산 플레이트(248)는 냉각 플레이트(244) 내에 TED들(140 및 142)를 가둔다. 일부 예들에서, 냉각 플레이트(244)는 포켓들 혹은 상승된 장착 영역(raised mounting area)들을 정의하고, TED들(140 및 142)은 포켓들 내에 혹은 상승된 장착 영역들 상에 위치하고, 그리고 온도 분산 플레이트(248)는 포켓들 혹은 상승된 장착 영역들 내에 TED들(140 및 142)을 가두도록 냉각 플레이트(244)에 부착된다. 추가적으로, 온도 분산 플레이트(248)는 도 1c에서 보여지는 바와 같이 냉각 플레이트(244) 내에 부분적으로 삽입되고 바닥 표면(252)으로부터 도출될 수 있다. 대안적으로, 온도 분산 플레이트(248)는 냉각 플레이트(244) 상의 상승된 장착 영역 상에서 냉각 플레이트(244)로부터 완전히 돌출될 수 있다.
온도 분산 플레이트(248)는 그 표면들을 따라 고온 지점(hot spot)들 혹은 저온 지점(cold spot)들을 방산(dissipate)시키거나 흩어지게(spread out) 하여 온도 편차(temperature variation)를 균등화(equalize)시키게 된다. 일부 예들에서, 온도 분산 플레이트(248)는 또한, 배터리(108) 및 커패시터(110)가 상이한 온도들에서 유지될 수 있도록 열적으로 분리(separation)되어 있는 여러 구역들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 온도 분산 플레이트(248)는 배터리(108)의 셀들(204)에 인접하여 위치하는 제 1 플레이트, 그리고 커패시터(110)의 셀들(206)에 인접하여 위치하되 제 1 플레이트로부터 열적으로 절연되어 있는 제 2 플레이트를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 온도 분산 플레이트(248)는 금속(예를 들어, 알루미늄)으로부터 만들어진다(예를 들어, 스탬핑(stamping)될 수 있음).
TED들(140 및 142)은 하나 이상의 가열/냉각 구역들 내에 정렬되어 구역들의 온도들을 독립적으로 제어하게 되고 그리고/또는 구역들 내에 배치되는 셀들의 온도들을 독립적으로 제어하게 된다. 구역들은 예를 들어, 구역들 사이에 배치되는 공극(air gap)을 사용하여 서로로부터 열적으로 절연될 수 있다. 제시된 예에서, TED(들)(140)는, 배터리(108)의 구역(108-1) 내에 정렬되는 단일 TED, 그리고 커패시터(110)의 구역(110-1), 구역(110-2), 구역(110-3), 및 구역(110-4) 내에 각각 정렬되는 TED(142-1), TED(142-2), TED(142-3), 및 TED(142-4)를 포함한다. TED(들)(140)는 배터리(108)의 셀들(204)의 온도(들)를 제어하도록 정렬되고, 그리고/또는 셀들(204)이 배치되는 구역(들)의 온도(들)를 제어하도록 정렬된다. 예를 들어, TED(들)(140)는 셀들(204)에 인접하여 셀들(204) 위에 배치될 수 있고, 그리고/또는 도 1c에 도시된 배터리 및 커패시터 조립체(200)의 길이방향 축(longitudinal axis)(254)을 따라 셀들(204)에 맞춰 정렬될 수 있다.
TED들(142-1 내지 142-4)은 커패시터(110)의 셀들(206)의 온도(들)를 제어하도록 정렬되고, 그리고/또는 셀들(204)이 배치되는 구역(들)의 온도(들)를 제어하도록 정렬된다. 예를 들어, TED들(142-1 내지 142-4)은 셀들(206)에 인접하여 셀들(206) 위에 배치될 수 있고, 그리고/또는 길이방향 축(254)을 따라 셀들(206)에 맞춰 정렬될 수 있다. 따라서, TED(140) 및 TED들(142)은 셀들(204) 및 셀들(206)의 온도들을 각각 독립적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 배터리(108)의 셀들(204)의 온도(들)를 제어하기 위해 TED(들)(140) 대신에 복수의 TED들이 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 커패시터(110)의 셀들(206)의 온도(들)를 제어하기 위해 TED들(142-1 내지 142-4) 대신에 단일 TED가 사용될 수 있다.
온도 센서들(130)이 배터리 셀들(204)의 온도를 측정하기 위해 배터리 셀들(204)에 인접하여 정렬된다. 예를 들어, 온도 센서들(130)은 도 1e에서 보여지는 바와 같이 배터리 및 커패시터 조립체(200)의 측면(216)의 안쪽 표면과 배터리 셀들(204)의 상부 표면들(212) 사이에 위치할 수 있다. 다른 예들에서, 온도 센서들(130)은 TED(들)(140) 내에 혹은 상에 위치할 수 있고, 또는 배터리 셀들(204)의 탭들(209)을 서로 연결하는 버스바(busbar)(미도시) 상에 위치할 수 있다. 일부 예들에서, 온도 센서들(130)은 배터리 셀들(204) 각각에 대한 온도 센서를 포함할 수 있다. 일부 예들에서는, 모든 배터리 셀들(204)의 온도를 측정하기 위해 단일 온도 센서가 사용될 수 있다.
온도 센서들(136)이 커패시터 셀들(206)의 온도를 측정하기 위해 커패시터 셀들(206)에 인접하여 정렬된다. 예를 들어, 온도 센서들(136)은 도 1e에서 보여지는 바와 같이 배터리 및 커패시터 조립체(200)의 측면(216)의 안쪽 표면과 커패시터 셀들(206)의 상부 표면들(214) 사이에 위치할 수 있다. 다른 예들에서, 온도 센서들(130)은 TED들(142-1 내지 142-4) 중 하나의 TED 혹은 그 이상의 TED들(예를 들어, 모든 TED들) 내에 혹은 상에 위치할 수 있고, 또는 커패시터 셀들(206)의 탭들(210)을 서로 연결하는 버스바(미도시) 상에 위치할 수 있다. 일부 예들에서, 온도 센서들(130)은 커패시터 셀들(206) 각각에 대한 온도 센서를 포함할 수 있다. 일부 예들에서는, 모든 커패시터 셀들(206)의 온도를 측정하기 위해 단일 온도 센서가 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 온도 센서들(130)은 배터리 셀들(204)이 배치되는 하나 이상의 구역들의 온도(들)를 측정하기 위해 배터리 셀들(204)이 배치되는 하나 이상의 구역들 내에 정렬된다. 제시된 예에서, 온도 센서들(130)은 배터리(108)의 구역(108-1) 내에 위치한다. 일부 예들에서, 온도 센서들(136)은 커패시터 셀들(206)이 배치되는 하나 이상의 구역들의 온도(들)를 측정하기 위해 커패시터 셀들(206)이 배치되는 하나 이상의 구역들 내에 정렬된다. 제시된 예에서, 온도 센서들(136)은 커패시터(110)의 구역(110-1), 구역(110-2), 구역(110-3), 및 구역(110-4) 내에 각각 정렬되는 온도 센서(136-1), 온도 센서(136-2), 온도 센서(136-3), 및 온도 센서(136-4)를 포함한다. 추가적으로, 복수의(예를 들어, 5개의) 커패시터 셀들(206)이 구역들(110-1 내지 110-4) 각각 내에 배치된다.
일부 예들에서, 냉각 플레이트(244)는 냉각제가 흐르는 하나 이상의 냉각제 채널들(256)을 정의한다. 냉각제 채널들(256)을 통해 흐르는 냉각제는 냉각 플레이트(244)로부터 열을 흡수한다. 도 1c에서 보여지는 바와 같이, 냉각제 채널들(256)은 입구(inlet)(256-1) 및 출구(outlet)(256-2)를 갖는다. 냉각제는 입구(256-1)를 통해 냉각제 채널들(256)에 들어가고 출구(256-2)를 통해 냉각제 채널들(256)을 나온다.
제시된 예에서, 입구(256-1) 및 출구(256-2)는 냉각 플레이트(244)의 양쪽 단부들에 배치된다. 대안적으로, 입구(256-1) 및 출구(256-2)는 냉각 플레이트(244)의 동일한 측면 상에 배치될 수 있다. 추가적으로, 냉각제 채널들(256)은 입구(256-1)로부터 출구(256-2)까지 연장되는 전체적으로 "U"-형상의 채널을 집합적으로 형성할 수 있고, "U"-형상의 채널 내에는 냉각 핀(cooling fin)들(미도시)이 배치될 수 있다. 냉각 핀들은 냉각제 채널들(256)을 통해 흐르는 냉각제와 냉각 플레이트(244) 간의 열 전달의 양을 증가시키고, 냉각제가 그 사이에서 흐를 수 있게 하면서 냉각제 채널들(256)을 분리할 수 있다.
일부 예들에서, DC/DC 부스트 변환기(162) 및 DC/DC 벅 변환기(164)가 냉각 플레이트 조립체(202)의 바깥쪽 상부 표면(258)과 열적으로 접촉한다(혹은 열을 교환하는 관계를 가짐). 마찬가지로, DC/AC 변환기(172)가 또한 냉각 플레이트 조립체(202)의 바깥쪽 표면(258)과 열적으로 접촉한다(혹은 열을 교환하는 관계를 가짐).
하우징(260)이 냉각 플레이트(244)와 협력하여 셀 스택(208)을 완전히 둘러싸게 된다. 도 1e에서 보여지는 바와 같이, 하우징(260)은 폐쇄된 바닥(262), 개방된 상부(264), 그리고 측면들(266, 268, 270, 및 272)로 이루어진 박스(box) 형상을 갖는다. 하우징(260)은 냉각 플레이트 조립체(202)에 부착될 수 있는데, 이것은 예를 들어, 패스너들을 하우징(260)의 측면들(266 및 270)을 통해 냉각 플레이트(244) 안으로 삽입함으로써, 또는 패스너들을 측면들(266, 268, 270, 및 272)의 상부에 위치하는 플랜지(미도시)로부터 냉각 플레이트(244) 안으로 삽입함으로써 이루어질 수 있다. 일부 예들에서, 하우징(260)은 금속 및/또는 플라스틱으로부터 만들어진다. 일부 예들에서는, 전력 관리 모듈(112)이 또한 하우징(260) 내에 배치된다.
배터리(108)와 커패시터(110)를 단일 하우징 내에 통합하는 것은 종래의 하이브리드 배터리의 물리적 크기와 비교해 배터리(108)의 물리적 크기를 더 작게 함으로써 가능하게 된다. 예를 들어, 종래의 하이브리드 배터리는 100 Ah의 용량과 관련된 물리적 크기를 가질 수 있는 반면, 배터리(108)는 17 Ah의 용량과 관련된 물리적 크기를 가질 수 있다. 배터리(108)의 물리적 크기를 더 작게 하는 것은, 시동 혹은 이-부스트 이벤트들 동안 일어나는 더 높은 전류 부하들을 지원하기 위해 커패시터(110)를 주로 사용하고 배터리(108)는 단지 간접적으로만 사용함으로써, 그리고 배터리(108)의 방전 속도(혹은 C-속도)를 제한함으로써 가능하게 된다. 추가적인 전력 관리 세부사항들은 2016년 3월 2일에 출원된 미국 출원 번호 제62/302,372호에서 찾을 수 있다.
도 1e를 계속 참조하면, 배터리 및 커패시터 조립체(200)는 길이(Length, L), 폭(Width, W), 및 높이(Height, H)를 갖는다. 길이(L)는 하우징(260)의 측면(266)의 바깥쪽 표면으로부터 하우징(260)의 측면(270)의 바깥쪽 표면까지 연장된다. 폭(W)은 하우징(260)의 측면(268)의 바깥쪽 표면으로부터 하우징(260)의 측면(272)의 바깥쪽 표면까지 연장된다. 높이(H)는 하우징(260)의 바닥(262)의 바깥쪽 표면으로부터 하우징(260)의 개방된 상부(264) 둘레에서 연장되는 하우징(260)의 상부 표면(274)까지 연장된다.
배터리 및 커패시터 조립체(200)의 치수들은 종래의 납 산 배터리(lead acid battery)의 치수들에 맞먹을 수 있다. 예를 들어, 폭(W)은 200 밀리미터(mm)보다 작거나 같을 수 있고, 높이(H)는 260 mm보다 작거나 같을 수 있고, 길이(L)는 400 mm보다 작거나 같을 수 있다. 일부 예들에서, 폭(W)은 170 mm 내지 200 mm의 범위 내에 있을 수 있고, 높이(H)는 200 mm 내지 260 mm의 범위 내에 있을 수 있고, 길이(L)는 300 mm 내지 400 mm의 범위 내에 있다.
앞서 언급된 치수들은 도 1c 및 도 1e에서 보여지는 바와 같이 셀들(204 및 206)의 측면 표면들이 아래를 향하도록 정렬될 때 적용될 수 있다. 따라서, 만약 셀들(204 및 206)의 바닥 표면들이 아래를 향하도록 정렬된다면, 폭(W) 및 높이(H)에 대한 수치적 범위들은 뒤바뀔 수 있다. 예를 들어, 폭(W)이 200 mm 내지 260 mm의 범위 내에 있을 수 있고, 높이(H)가 170 mm 내지 200 mm의 범위 내에 있을 수 있다.
배터리 및 커패시터 조립체(200)의 치수들은 배터리(108) 및 커패시터(110)의 셀들(204) 및 셀들(206)의 치수들과 각각 비교하여 정량화(quantify)될 수 있다. 예를 들어, 셀들(204 및 206) 각각은 배터리 및 커패시터 조립체(200)의 폭(W), 높이(H), 및 길이(L)에 맞춰 정렬되는 치수 D1, 치수 D2, 및 치수 D3을 각각 가질 수 있다. 치수 D1은 120 mm 내지 140 mm의 범위 내에 있을 수 있고(예를 들어, 130 mm), 치수 D2는 145 mm 내지 165 mm의 범위 내에 있을 수 있고(예를 들어, 140 mm), 그리고 모든 셀들(204 및 206)에 대한 치수 D3의 합(sum)은 240 mm 내지 260 mm의 범위 내에 있을 수 있다(예를 들어, 250 mm).
배터리 및 커패시터 조립체(200)의 폭(W)은 셀들(204 및 206) 각각의 치수 D1보다 50 퍼센트 내지 60 퍼센트 범위 내에 있는 양(예를 들어, 54 퍼센트의 양)만큼 더 클 수 있다. 폭(W)이 치수 D1보다 더 큰 이러한 양은 하우징(260)의 두께(Thickness, T)에 대해 여유공간(clearance)을 제공할 수 있고, 아울러 셀들(204 및 206)의 탭들(209 및 210)에 대해 각각 여유공간을 제공할 수 있다. 추가적으로, 전력 관리 모듈(112)은 (1) 탭들(209 및 210)과 (2) 하우징(260) 사이에 위치할 수 있고, 폭(W)이 치수 D1보다 더 큰 이러한 양은 전력 관리 모듈(112)에 대해 여유공간을 제공할 수 있다.
배터리 및 커패시터 조립체(200)의 높이(H)는 셀들(204 및 206) 각각의 치수 D2보다 10 퍼센트 내지 20 퍼센트 범위 내에 있는 양(예를 들어, 12 퍼센트의 양)만큼 더 클 수 있다. 높이(H)가 치수 D2보다 더 큰 이러한 양은 하우징(260)의 두께(T)에 대해 여유공간을 제공할 수 있다. 배터리 및 커패시터 조립체(200)의 길이(L)는 모든 셀들(204 및 206)에 대한 치수 D3의 합보다 15 퍼센트 내지 25 퍼센트 범위 내에 있는 양(예를 들어, 20 퍼센트의 양)만큼 더 클 수 있다. 길이(L)가 치수 D3보다 더 큰 이러한 양은 하우징(260)의 두께(T)에 대해 여유공간을 제공할 수 있고, 아울러 단부 브래킷들(220)에 대해 여유공간을 제공할 수 있으며, 아울러 셀들(204 및 206)의 공차 누적(tolerance stack-up)에 대해 여유공간을 제공할 수 있다.
도 1c 및 도 1e에서 보여지는 바와 같이, 셀들(204 및 206)의 측면 표면들이 아래를 향하도록 셀들(204 및 206)이 정렬되는 경우, 셀들(204 및 206)의 치수 D1은 폭(W)에 맞춰 정렬될 수 있고, 치수 D2는 높이(H)에 맞춰 정렬될 수 있다. 이와는 대조적으로, 만약 셀들(204 및 206)의 바닥 표면들이 아래를 향하도록 셀들(204 및 206)이 정렬된다면, 셀들(204 및 206)의 치수 D1은 높이(H)에 맞춰 정렬될 수 있고, 치수 D2는 폭(W)에 맞춰 정렬될 수 있다. 이러한 경우에, 치수 D1은 145 mm 내지 165 mm의 범위 내에 있을 수 있고(예를 들어, 140 mm), 치수 D2는 120 mm 내지 140 mm의 범위 내에 있을 수 있다(예를 들어, 130 mm). 추가적으로, 폭(W)은 셀들(204 및 206) 각각의 치수 D2보다 10 퍼센트 내지 20 퍼센트 범위 내에 있는 양(예를 들어, 12 퍼센트의 양)만큼 더 클 수 있다. 추가적으로, 높이(H)는 셀들(204 및 206) 각각의 치수 D1보다 50 퍼센트 내지 60 퍼센트 범위 내에 있는 양(예를 들어, 54 퍼센트의 양)만큼 더 클 수 있다.
이제 도 1f를 참조하면, 파우치 구성을 갖는 셀(300)의 예가 도시된다. 셀(300)은 배터리(108)의 셀들(204) 중 하나 그리고/또는 커패시터(110)의 셀들(206) 중 하나를 나타낼 수 있다. 셀(300)은 하우징(302), 제 1 전극들(예컨대, 캐소드(cathode)들)(304), 제 2 전극들(예컨대, 애노드(anode)들)(306), 그리고 제 1 전극들(304)과 제 2 전극들(306)에 인접하여 배치되는 분리기(separator)들(308)을 포함한다.
하우징(302)은 제 1 측면(310) 및 제 2 측면(312)을 포함한다. 조립 동안, 전극들(304 및 306)과 분리기들(308)은 제 1 측면(310)과 제 2 측면(302) 사이에 위치할 수 있고, 제 1 측면(310)과 제 2 측면(312)은 접합선(seam)들(314)을 따라 함께 연결(join)될 수 있다. 이에 따라, 전극들(304 및 306)과 분리기들(308)이 하우징(302) 내에 밀봉(seal)될 수 있다. 일부 예들에서, 하우징(302)은 플라스틱으로부터 만들어지고, 제 1 측면(310)과 제 2 측면(312)은 접착제(adhesive) 및/또는 가열 밀봉(heat sealing)을 사용하여 접합선들(314)을 따라 함께 연결된다.
전극들(304) 각각은 플레이트-형상의 몸체(316)와, 그리고 플레이트-형상의 몸체(316)의 하나의 단부로부터 연장되는 탭(318)을 포함한다. 유사하게, 전극들(306) 각각은 플레이트-형상의 몸체(320)와, 그리고 플레이트-형상의 몸체(320)의 하나의 단부로부터 연장되는 탭(322)을 포함한다. 전극들(304)의 탭들(318)은 셀들(204 또는 206)의 탭들(209 또는 210) 중 하나를 형성하도록 협력할 수 있고, 전극들(306)의 탭들(322)은 셀들(204 또는 206) 중 동일한 셀 상에서 탭들(209 또는 210) 중 다른 하나를 형성하도록 협력할 수 있다.
만약 셀(300)이 리튬 이온 배터리 셀이라면, 전극들(304 및 306)은 리튬 철 포스페이트(LiFePO4), 리튬 티타네이트(Li4Ti5O12)(LTO), 및/또는 다른 리튬 이온 화학 혹은 배터리 화학으로 코팅(coating)될 수 있다. 추가적으로, 셀(300)은 에너지를 전기화학적으로 저장할 수 있다. 만약 셀(300)이 슈퍼커패시터(혹은 울트라커패시터) 셀이라면, 전극들(304 및 306)은 활성탄(Activated Carbon, AC), 탄소 섬유-직물(Carbon Fiber-Cloth. AFC), 탄화물-유도 탄소(Carbide-Derived Carbon, CDC), 탄소 에어로젤(carbon aerogel), 그래파이트(graphite), 그래핀(graphene), 그래판(graphane), 탄소 나노튜브(Carbon NanoTube, CNT)들 그리고/또는 다른 슈퍼커패시터 화학으로부터 만들어질 수 있거나 이들로 코팅될 수 있다. 추가적으로, 셀(300)은 전극들(304 및 306)의 표면들 상에 에너지를 정전기적으로(electrostatically) 저장할 수 있고, 셀(300)의 에너지 저장은 화학 반응(chemical reaction)들을 수반하지 않을 수 있다.
셀(300)이 방전될 때, 에너지-함유 이온(energy-containing ion)들은 전극들 중 하나의 전극(304 또는 306)으로부터 분리기들(308) 중 하나를 통해 전극들 중 다른 하나의 전극(304 또는 306)으로 이동(travel)한다. 이온들의 움직임은 에너지를 방출(release)하고, 이러한 에너지는 외부 회로로 추출될 수 있다. 셀(300)이 충전될 때, 에너지는 리튬 이온들의 이동의 출발점이었던 전극들 중 하나의 전극(304 또는 306)으로 다시 이온들을 이동시키기 위해 사용된다. 분리기들(308)은 전기적으로 절연성인 물질로부터 형성되고, 이에 따라 분리기들(308)은 전극들(304 및 306)을 서로 전기적으로 절연시키게 된다.
이제 도 2를 참조하면, 동작 동안 배터리(108) 및 커패시터(110)의 온도를 제어하기 위한 방법(350)이 도시된다. 방법(350)은 도 1b에서 제시된 전력 관리 모듈(112)의 예시적 구현예에 포함된 모듈들의 맥락에서 설명된다. 하지만, 이러한 방법의 단계들을 수행하는 특정 모듈들은 아래에서 언급되는 모듈들과는 다를 수 있고, 그리고/또는 이러한 방법은 도 1b의 모듈들과는 별도로 구현될 수 있다.
단계(360)에서, 제어 모듈(196)은 키(key)가 온(on) 상태인지 여부를 결정한다. 단계(360)가 참(true)일 때, 제어 모듈(196)은 배터리 셀들(204)의 온도를 개별적으로 모니터링하고, 또는 배터리 셀들(204)이 배치된 하나 이상의 구역들의 온도를 모니터링한다. 일부 예들에서, 제어 모듈(196)은 배터리 셀 혹은 구역 온도를 온도 센서들(130)을 사용하여 모니터링한다. 단계(368)에서, 제어 모듈(196)은 배터리 셀 혹은 구역 온도가 제 1 온도(T1)보다 작은지 여부를 결정한다. 만약 단계(368)가 참이라면, 제어 모듈(196)은 대응하는 배터리 셀 혹은 구역을 TED(들)(140)를 사용하여 가열한다. 예를 들어, 제어 모듈(196)은 온도 센서들(130)에 의해 측정된 온도(들)가 제 1 온도(T1)보다 작은 경우 구역(108-1) 내에 배치된 배터리 셀들(204)을 가열할 수 있다.
만약 단계(368)가 거짓(false)이라면, 제어 모듈(196)은 단계(376)에서 계속되고 배터리 셀 혹은 구역 온도가 제 2 온도(T2)보다 더 큰지 여부를 결정한다. 만약 단계(376)가 참이라면, 제어 모듈(196)은 대응하는 배터리 셀 혹은 구역을 TED(들)(140)를 사용하여 냉각시킨다. 예를 들어, 제어 모듈(196)은 온도 센서들(130)에 의해 측정된 온도(들)가 제 2 온도(T2)보다 큰 경우 구역(108-1) 내에 배치된 배터리 셀들(204)을 냉각시킬 수 있다.
제어 모듈(196)은 단계(372), 단계(376), 또는 단계(378)로부터 계속되며, 커패시터 셀들(206)의 온도를 개별적으로 모니터링하거나, 또는 커패시터 셀들(206)이 배치된 하나 이상의 구역들의 온도를 모니터링한다. 일부 예들에서, 제어 모듈(196)은 커패시터 셀 혹은 구역 온도를 온도 센서들(136)을 사용하여 모니터링한다. 단계(384)에서, 제어 모듈(196)은 커패시터 셀 혹은 구역 온도가 제 3 온도(T3)보다 작은지 여부를 결정한다. 만약 단계(384)가 참이라면, 제어 모듈(196)은 단계(338)에서 계속되며, 대응하는 커패시터 셀 혹은 구역을 TED(들)(142)를 사용하여 가열한다. 예를 들어, 제어 모듈(196)은 온도 센서(136-1)에 의해 측정된 온도가 제 3 온도(T3)보다 작은 경우 구역(110-1) 내에 배치된 커패시터 셀들(206)을 가열할 수 있다. 유사하게, 제어 모듈(196)은 온도 센서들(136-1, 136-3, 혹은 136-4)에 의해 측정된 온도가 각각 제 3 온도(T3)보다 작은 경우 구역들(110-2, 110-3, 혹은 110-4) 내에 배치된 커패시터 셀들(206)을 가열할 수 있다.
만약 단계(384)가 거짓이라면, 제어 모듈(196)은 단계(390)에서 계속되고 커패시터 셀 혹은 구역 온도가 제 4 온도(T4)보다 더 큰지 여부를 결정한다. 만약 단계(390)가 참이라면, 제어 모듈(196)은 단계(396)에서 계속되며, 대응하는 배터리 셀 혹은 구역을 TED(들)(142)를 사용하여 냉각시킨다. 예를 들어, 제어 모듈(196)은 온도 센서(136-1)에 의해 측정된 온도가 제 4 온도(T4)보다 큰 경우 구역(110-1) 내에 배치된 커패시터 셀들(206)을 냉각시킬 수 있다. 유사하게, 제어 모듈(196)은 온도 센서들(136-1, 136-3, 혹은 136-4)에 의해 측정된 온도가 각각 제 4 온도(T4)보다 큰 경우 구역들(110-2, 110-3, 혹은 110-4) 내에 배치된 커패시터 셀들(206)을 가열할 수 있다.
일부 예들에서, 만약 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작다면, 제어 모듈(196)은 배터리(108)가 충전 중인지 아니면 방전 중인지에 근거하여 대응하는 배터리 셀 혹은 구역을 가열할지 여부를 결정한다. 만약 배터리(108)가 충전 중일 때 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작다면, 제어 모듈(196)은 대응하는 배터리 셀 혹은 구역을 가열한다. 만약 배터리(108)가 방전 중일 때 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작다면, 제어 모듈(196)은 대응하는 배터리 셀 혹은 구역을 가열하지 않는다.
이제 도 3을 참조하면, 커패시터(110)에 대한 온도의 함수로서 DC 등가 직렬 저항(Equivalent Series Resistance, ESR)이 도면번호 450에서 제시되고, 커패시턴스(capacitance)가 도면번호 454에서 제시된다. (도면번호 456에서의) 제 3 온도(T3)보다 더 높게 커패시터(110)를 가열하는 것은 낮은 온도들에서 ESR를 감소시켜 높은 전력 및 높은 용량을 보장하기 위해 수행된다. 이것은 저온 시동 및 이-부스트와 같은 높은 전력 부하들에 대해 중요할 수 있다. (도면번호 458에서의) 제 4 온도(T4)보다 더 낮게 커패시터(110)를 냉각시키는 것은 커패시터 셀 수명을 향상시키기 위해 수행된다.
이제 도 4를 참조하면, 배터리(108)에 대한 셀 동작 온도의 함수로서 싸이클 수명(cycle life)이 도면번호 460에서 도시된다. 배터리 내의 셀들을 (도면번호 466에서의) 제 1 온도(T1)보다 더 높게 가열하는 것은 낮은 저항, 높은 전력, 최대 용량, 및 긴 수명을 보장하기 위해 수행된다. 이것은 저온 시동과 같은 높은 전력 부하들에 대해 중요할 수 있다. (도면번호 468에서의) 제 2 온도(T2)보다 더 낮게 배터리 셀들을 냉각시키는 것은 배터리 셀 수명을 향상시키기 위해 수행된다.
일부 예들에서, 배터리 셀들에 대한 제 1 온도(T1)는 커패시터 셀들에 대한 제 3 온도(T3)와는 다르고, 그리고/또는 배터리 셀들에 대한 제 2 온도(T2)는 커패시터 셀들에 대한 제 4 온도(T3)와는 다르다. TED들이 여러 구역들 내에 정렬되기 때문에, 비록 앞서 설명된 공통 조립체 내에 배터리 셀들과 커패시터 셀들이 정렬될지라도, 배터리 셀들을 가열하고 냉각시키기 위해 커패시터 셀들과 비교해 상이한 온도 범위들이 사용될 수 있다. 다른 예들에서, 배터리 셀들에 대한 제 1 온도(T1)는 커패시터 셀들에 대한 제 3 온도(T3)와 동일하고, 그리고/또는 배터리 셀들에 대한 제 2 온도(T2)는 커패시터 셀들에 대한 제 4 온도(T4)와 동일하다.
예를 들어, 제 1 온도(T1)는 5 ℃ 내지 15 ℃의 범위 내에 있을 수 있고, 제 2 온도(T2)는 45 ℃ 내지 55 ℃의 범위 내에 있을 수 있고, 제 3 온도(T3)는 -5 ℃ 내지 5 ℃의 범위 내에 있을 수 있고, 그리고 제 4 온도(T4)는 35 ℃ 내지 45 ℃의 범위 내에 있을 수 있는데, 하지만 다른 온도들이 사용될 수 있다. 또 하나의 다른 예에서, 제 1 온도(T1)는 10 ℃일 수 있고, 제 2 온도(T2)는 50 ℃일 수 있고, 제 3 온도(T3)는 0 ℃일 수 있고, 그리고 제 4 온도(T4)는 40 ℃일 수 있다.
일부 예들에서, 제 1 온도(T1), 제 2 온도(T2), 제 3 온도(T3), 및/또는 제 4 온도(T4)는 미리결정된다. 일부 예들에서, 제어 모듈(196)은 배터리 셀들(204)의 목표 저항, 배터리 셀들(204)에 의해 공급되는 전력의 목표 양, 배터리 셀들(204)의 목표 용량, 그리고/또는 배터리 셀들(204)의 목표 수명에 근거하여 제 1 온도(T1) 및/또는 제 2 온도(T2)를 결정한다. 일부 예들에서, 제어 모듈(196)은 커패시터 셀들(206)의 목표 저항, 커패시터 셀들(206)에 의해 공급되는 전력의 목표 양, 커패시터 셀들(206)의 목표 용량, 그리고/또는 커패시터 셀들(206)의 목표 수명에 근거하여 제 3 온도(T1) 및/또는 제 4 온도(T4)를 결정한다.
하나의 예에서, 배터리 셀들(204)의 용량은 20 ℃보다 낮은 온도들에서 감소할 수 있고, 그리고 배터리 셀들(204)이 -20 ℃보다 낮은 온도들에서 충전될 때 배터리 셀들(204)은 돌이킬 수 없는 손상을 일으킬 수 있다. 따라서, 제어 모듈(196)은 최대 배터리 용량이 요구될 때 온도(T1)를 20 ℃로 설정할 수 있다. 그렇지 않으면, 제어 모듈(196)은 온도(T1)를 -20 ℃로 설정할 수 있다.
하나의 예에서, 제어 모듈(196)은 배터리 셀들(204)에 의해 공급되는 전력의 목표 양과 배터리 셀들(204)의 목표 수명 간의 균형에 근거하여 제 2 온도(T2)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 특정 온도(예를 들어, 50 ℃)보다 큰 온도에서 배터리 셀들(204)의 수명이 급격하게 감소하게 될 때, 그 특정 온도(예를 들어, 50 ℃)가 통상적으로 제 1 온도(T1)가 될 수 있다. 하지만, 만약 최대 배터리 전력이 요구된다면, 제어 모듈(196)은 제 1 온도(T1)를 일시적으로 더 높은 온도(예를 들어, 60 ℃)로 조정할 수 있다.
앞서의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며 본 개시내용과 그 응용 혹은 용도를 제한할 의도를 전혀 갖고 있지 않다. 본 개시내용의 광범위한 가르침들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시내용이 특정 예들을 포함하고 있지만, 도면, 명세서 및 다음의 청구항들을 연구함으로써 다른 수정들이 가능함이 명백해지기 때문에, 본 개시내용의 진정한 범위가 이러한 예들로만 한정돼서는 안 된다. 본 발명의 방법 내에서의 하나 이상의 단계들은 본 개시내용의 원리들을 변경시킴 없이 상이한 순서로(혹은 동시에) 실행될 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이 본 발명의 실시예들 각각이 앞에서 특정 특징들을 갖는 것으로 설명되고 있지만, 본 개시내용의 임의의 실시예에 관하여 설명된 이러한 특징들 중 임의의 하나 혹은 그 이상의 특징들은 다른 실시예들 중 임의의 실시예의 특징들과 결합될 수 있고 그리고 다른 실시예들 중 임의의 실시예 내에서 구현될 수 있는데, 비록 그러한 결합이 명시적으로 설명되어 있지 않더라도 그러하다. 달리 말하면, 본 명세서에서 설명되는 실시예들은 상호 배타적이지 않으며, 하나 이상의 실시예들을 서로 치환(permutations)하는 것은 본 개시내용의 범위 내에 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 문구 "A, B 및 C 중 적어도 하나"의 의미는, 비-배타적 논리 연산자인 OR를 사용하는 논리연산 (A OR B OR C)를 의미하는 것으로 해석돼야 하며, "A 중 적어도 하나, B 중 적어도 하나, 그리고 C 중 적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석돼서는 안 된다. 요소들 간의 공간적 및 기능적 관계들(예를 들어, 모듈들, 회로 요소들, 반도체 층들, 등 간의 공간적 및 기능적 관계들)은 다양한 용어들을 사용하여 설명되는데, 예컨대, "연결된(connected)", "인접하는(adjacent)", "다음(next to)", "의 상부 상에(on top of)", "안쪽(inner)", "바깥쪽(outer)", "밑(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "윗쪽(upper)", "바닥(bottom)", "상부(top)", "측면(side)" 그리고 "배치된(disposed)"과 같은 용어들을 사용하여 설명된다. "직접적인(direct)" 것으로서 명시적으로 설명되지 않는다면, 본 명세서의 앞서의 개시내용에서 제 1 요소와 제 2 요소 간의 관계가 설명되는 경우, 이러한 관계는 제 1 요소와 제 2 요소 간에 다른 어떠한 중간 개입 요소들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수도 있지만 또한 제 1 요소와 제 2 요소 간에 하나 이상의 중간 개입 요소들이 (공간적으로 혹은 기능적으로) 존재하는 간접적인 관계일 수도 있다.
추가적으로, 도면들에서 예시되는 바와 같은 하나의 요소 혹은 특징이 또 하나의 다른 요소(들) 혹은 특징(들)에 대해 갖는 관계를 설명하기 위한 설명의 용이함을 위해 본 명세서에서는 공간적으로 상대적인 용어들이 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에서 묘사된 배향에 추가하여 사용 중 혹은 동작 중 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하도록 의도될 수 있다. 예를 들어, 만약 도면들 내의 디바이스가 뒤집힌다면, 다른 요소들 혹은 특징들 "아래에" 혹은 "밑에" 있는 것으로서 설명되었던 요소들은 그 다른 요소들 혹은 특징들 "위에" 배향되게 될 것이다. 따라서, 예시적 용어 "아래에"는 "위에"와 "아래에"를 모두 나타내는 배향을 포괄할 수 있다. 디바이스는 이와는 달리 배향될 수 있고(90도 회전될 수 있거나 혹은 다른 배향들에 있을 수 있고), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
아래의 정의들을 포함하는 본 명세서에서, 용어 "모듈" 혹은 용어 "제어기"는 용어 "회로"로 대체될 수 있다. 용어 "모듈"은, 예컨대 시스템-온-칩(system-on-chip)에서와 같은, 애플리케이션 특정 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC); 디지털, 아날로그, 혹은 아날로그/디지털 혼합형 이산 회로; 디지털, 아날로그, 혹은 아날로그/디지털 혼합형 집적 회로; 조합형 로직 회로; 현장 프로그래밍가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA); 코드를 실행하는 (공유된 혹은 전용의 혹은 그룹) 프로세서 회로; 프로세서 회로에 의해 실행되는 코드를 저장하는 (공유된 혹은 전용의 혹은 그룹) 메모리 회로; 설명된 기능을 제공하는 다른 적절한 하드웨어 컴포넌트들; 또는 앞서의 것들의 일부 혹은 모두의 임의의 조합을 지칭할 수 있거나, 이들의 일부일 수 있거나, 혹은 이들을 포함할 수 있다.
모듈은 하나 이상의 인터페이스 회로들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 인터페이스 회로들은 로컬 영역 네트위크(Local Area Network, LAN), 인터넷, 와이드 영역 네트위크(Wide Area Network, WAN), 혹은 이들의 조합들에 연결되는 유선 또는 무선 인터페이스들을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 임의의 주어진 모듈의 기능은 인터페이스 회로들을 통해 연결되는 복수의 모듈들 간에 분산될 수 있다. 예를 들어, 복수의 모듈들은 부하 균형(load balancing)을 허용할 수 있다. 다른 예에서, 서버(이것은 또한 원격(remote) 혹은 클라우드(cloud)로서 알려져 있음) 모듈은 클라이언트 모듈을 위한 일부 기능을 달성할 수 있다.
앞에서 사용된 바와 같은 용어 "코드"는 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 마이크로코드(microcode)를 포함할 수 있고, 프로그램들, 루틴들(routines), 함수들(functions), 클래스들(classes), 데이터 구조들 및/또는 오브젝트들(objects)을 지칭할 수 있다. 용어 "공유된 프로세스 회로"는 복수의 모듈들로부터의 일부 혹은 모든 코드를 실행하는 단일 프로세서 회로를 포괄한다. 용어 "그룹 프로세서 회로"는 하나 이상의 모듈들로부터의 일부 혹은 모든 코드를 추가적인 프로세서 회로들과 함께 실행하는 프로세서 회로를 포괄한다. 복수의 프로세서 회로들로 지칭되는 것은, 개별 다이들(dies) 상의 복수의 프로세서 회로들, 단일 다이 상의 복수의 프로세서 회로들, 단일 프로세서 회로의 복수의 코어들(cores), 단일 프로세서 회로의 복수의 쓰레드들(threads), 혹은 앞서의 것들의 임의의 조합을 포괄한다. 용어 "공유된 메모리 회로"는 복수의 모듈들로부터의 일부 혹은 모든 코드를 저장하는 단일 메모리 회로를 포괄한다. 용어 "그룹 메모리 회로"는 하나 이상의 모듈들로부터의 일부 혹은 모든 코드를 추가적인 메모리들과 함께 저장하는 메모리 회로를 포괄한다.
용어 "메모리 회로"는 용어 "컴퓨터-판독가능 매체"의 서브세트(subset)이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "컴퓨터-판독가능 매체"는 임의의 매체를 통해서 (예컨대, 반송파(carrier wave)를 통해) 전파되는 일시적인 전기적 혹은 전자기적 신호들을 포괄하지 않으며, 따라서, 용어 "컴퓨터-판독가능 매체"는 형태가 있는 유형의 일시적이지 않은 것으로 고려될 수 있다. 비-일시적인 유형의 컴퓨터-판독가능 매체의 비-한정적 예들은, 비휘발성 메모리 회로들(예컨대, 플래시 메모리 회로, 소거가능하고 프로그래밍가능한 판독-전용 메모리 회로, 혹은 마스크 판독-전용 메모리 회로), 휘발성 메모리 회로들(예컨대, 정적 랜덤 액세스 메모리 회로 혹은 동적 랜덤 액세스 메모리 회로), 자기적 저장 매체들(예컨대, 아날로그 혹은 디지털 자기 테이프 또는 하드 디스크 드라이브), 그리고 광학적 저장 매체들(예컨대, CD, DVD, 혹은 블루-레이 디스크(Blu-ray Disc))이다.
본 명세서에서 설명되는 장치들 및 방법들은, 컴퓨터 프로그램들로 구현되는 하나 이상의 특정 기능들을 실행하도록 범용 컴퓨터를 구성함으로써 생성되는 특수 목적 컴퓨터에 의해 부분적으로 혹은 전체적으로 구현될 수 있다. 앞서 설명된 기능적 블록들 및 흐름도 컴포넌트들, 및 다른 요소들은 소프트웨어 사양들로서의 역할을 하며, 이것은 숙련된 기술자 혹은 프로그래머의 일상적 작업에 의해 컴퓨터 프로그램들로 변환될 수 있다.
컴퓨터 프로그램들은 적어도 하나의 비-일시적인 유형의 컴퓨터-판독가능 매체 상에 저장되는 프로세서-실행가능 명령들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램들은 또한 저장된 데이터를 포함할 수 있거나 저장된 데이터에 의존할 수 있다. 컴퓨터 프로그램들은, 특수 목적 컴퓨터의 하드웨어와 상호작용하는 기본 입력/출력 시스템(Basic Input/Output System, BIOS), 특수 목적 컴퓨터의 특정 디바이스들과 상호작용하는 디바이스 구동기들, 하나 이상의 오퍼레이팅 시스템들, 사용자 애플리케이션들, 백그라운드 서비스들, 백그라운드 애플리케이션들, 등을 포괄할 수 있다.
컴퓨터 프로그램들은, (ⅰ) HTML(HyperText Markup Language) 혹은 XML(eXtensible Markup Language)과 같은 파싱(parsing)될 서술적 텍스트(descriptive text), (ⅱ) 어셈블리 코드(assembly code), (ⅲ) 컴파일러에 의해 소스 코드로부터 발생되는 오브젝트 코드, (ⅳ) 인터프리터(interpreter)에 의한 실행을 위한 소스 코드, (ⅴ) 적시 컴파일러(just-in-time compiler)에 의한 컴파일링 및 실행을 위한 소스 코드 등을 포함할 수 있다. 단지 예시적인 것으로서, 소스 코드는, C, C++, C#, 오브젝티브 C(Objective C), 하스켈(Haskell), 고(Go), SQL, R, 리습(Lisp), 자바(Java®), 포트란(Fortran), 펄(Perl), 파스칼(Pascal), 컬(Curl), 오캐멀(OCaml), 자바스크립트(Javascript®), HTML5, 에이다(Ada), ASP(Active Server Pages), PHP, 스칼라(Scala), 에펠(Eiffel), 스몰토크(Smalltalk), 얼랭(Erlang), 루비(Ruby), 플래시(Flash®), 비주얼 베이직(Visual Basic®), 루아(Lua), 및 파이씬(Python®)을 포함하는 언어들로부터의 신택스(syntax)를 사용하여 기입될 수 있다.
청구항들에 기재되는 요소들 그 어떤 것도, 만약 임의의 요소가 어구 "~ 기능을 위한 수단"을 사용하여 명시적으로 기재되지 않는다면 또는 방법 청구항의 경우에는 어구들 "~ 기능을 위한 동작" 혹은 "~ 기능을 위한 단계"를 사용하여 명시적으로 기재되지 않는다면, 35 U.S.C. §112(f)의 의미 내에서 기능적 요소(means-plus-function element)가 되도록 의도된 것이 아니다.

Claims (40)

  1. 하이브리드 차량(hybrid vehicle)을 위한 배터리 및 커패시터 조립체(battery and capacitor assembly)로서, 상기 배터리 및 커패시터 조립체는,
    복수의 배터리 셀(battery cell)들과;
    복수의 커패시터 셀(capacitor cell)들과, 상기 복수의 커패시터 셀들은 상기 복수의 배터리 셀들과 상기 복수의 커패시터 셀들이 셀 스택(cell stack)을 형성하도록 상기 복수의 배터리 셀들에 인접하여 정렬되고;
    냉각 플레이트(cooling plate)와;
    상기 냉각 플레이트에 부착됨과 아울러 상기 셀 스택의 양쪽 단부들(opposite ends)에 배치되는 한 쌍(pair)의 단부 브래킷(end bracket)들과, 상기 한 쌍의 단부 브래킷들은 상기 복수의 배터리 셀들 및 상기 복수의 커패시터 셀들을 압축(compressing)하며; 그리고
    상기 냉각 플레이트에 부착됨과 아울러 상기 셀 스택 및 상기 한 쌍의 단부 브래킷들을 둘러싸는 하우징(housing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 각각 그리고 상기 복수의 커패시터 셀들 각각은 파우치 셀 구성(pouch cell configuration)을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 각각은 리튬 이온 셀(lithium ion cell)이고,
    상기 커패시터 셀들 각각은 수퍼커패시터 셀(supercapacitor cell)과 울트라커패시터 셀(ultracapacitor cell) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 상기 셀 스택의 양쪽 측면(opposite side)들 상에 배치되는 한 쌍의 측면 브래킷(side bracket)들을 포함하고,
    상기 한 쌍의 측면 브래킷들은 상기 셀 스택의 상기 양쪽 단부들 사이에서 연장되고,
    상기 한 쌍의 측면 브래킷들은 상기 단부 브래킷들에 부착되고 상기 단부 브래킷들과 협력(cooperate)하여 상기 복수의 배터리 셀들 및 상기 복수의 커패시터 셀들을 압축하게 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 및 커패시터 조립체는,
    상기 셀 스택의 상기 양쪽 단부들에 인접하는 상기 하우징의 바깥쪽 단부 표면(exterior end surface)들 사이에서 연장되는 길이(length)와,
    상기 하우징의 바깥쪽 측면 표면(exterior side surface)들 사이에서 연장되는 폭(width)과, 그리고
    상기 하우징의 바깥쪽 바닥 표면(exterior bottom surface)과 상기 냉각 플레이트의 바깥쪽 상부 표면(exterior top surface) 사이에서 연장되는 높이(height)를 가지며,
    상기 폭과 상기 길이 중 적어도 하나는 260 밀리미터(millimeters)보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폭은 200 밀리미터보다 작거나 같고,
    상기 높이는 260 밀리미터보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 길이는 400 밀리미터보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 상기 냉각 플레이트로부터의 열(heat)을 흡수하는 냉각제(coolant)를 상기 냉각 플레이트를 통해 지나가게 하기 위한 냉각제 채널(coolant channel)을 정의하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 복수의 열소산 플레이트(heatsink plate)들을 포함하고,
    상기 복수의 열소산 플레이트들은 상기 복수의 배터리 셀들과 상기 복수의 커패시터 셀들의 인접하는 셀들 사이에 배치되어 전도(conduction)를 통해 열을 상기 냉각 플레이트로 전달함과 아울러 상기 냉각 플레이트로부터의 열을 전달하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 상기 냉각 플레이트와 상기 셀 스택 사이에 배치되는 복수의 열전 디바이스(thermoelectric device)들을 포함하고,
    상기 복수의 열전 디바이스들은,
    상기 복수의 배터리 셀들의 온도를 조정하도록 되어 있고, 그리고
    상기 복수의 배터리 셀들의 온도를 조정하는 것과는 독립적으로 상기 복수의 배터리 셀들의 온도를 조정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나는 상기 냉각 플레이트와 상기 복수의 배터리 셀들 사이에 배치되고,
    상기 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나는 상기 냉각 플레이트와 상기 복수의 커패시터 셀들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 상기 복수의 열전 디바이스들과 상기 셀 스택 사이에 배치되는 온도 분산 플레이트(temperature distribution plate)를 포함하고,
    상기 온도 분산 플레이트는 상기 냉각 플레이트와 상기 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나와 접촉하며, 상기 복수의 열전 디바이스들은 상기 냉각 플레이트와 접촉하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 열소산 플레이트들 각각은,
    플레이트-형상의 몸체(plate-like body)와, 그리고
    플랜지(flange)를 포함하고,
    상기 플레이트-형상의 몸체는 상기 복수의 배터리 셀들과 상기 복수의 커패시터 셀들의 인접하는 셀들 사이에 배치되고,
    상기 플랜지는
    상기 온도 분산 플레이트와의 직접 접촉, 그리고
    상기 플랜지와 상기 온도 분산 플레이트 사이에 배치되는 충전제 물질(filler material)
    중 적어도 하나를 사용하여 전도를 통해 열을 상기 온도 분산 플레이트로 전달함과 아울러 상기 온도 분산 플레이트로부터의 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  14. 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체로서, 상기 배터리 및 커패시터 조립체는,
    복수의 배터리 셀들과;
    복수의 커패시터 셀들과, 상기 복수의 커패시터 셀들은 상기 복수의 배터리 셀들과 상기 복수의 커패시터 셀들이 셀 스택을 형성하도록 상기 복수의 배터리 셀들에 인접하여 정렬되고;
    냉각 플레이트와; 그리고
    상기 냉각 플레이트와 상기 셀 스택 사이에 배치되는 복수의 열전 디바이스들을 포함하고,
    상기 복수의 열전 디바이스들은
    상기 복수의 배터리 셀들을 가열하고 냉각시키도록 되어 있고, 그리고
    상기 복수의 배터리 셀들을 가열하고 냉각시키는 것과는 독립적으로 상기 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나는 상기 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키도록 되어 있고,
    상기 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나는 상기 복수의 배터리 셀들을 가열하고 냉각시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 열전 디바이스들 중 단 하나는 상기 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키도록 되어 있고,
    상기 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 두 개는 상기 복수의 배터리 셀들을 가열하고 냉각시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 열전 디바이스들 각각은 상기 열전 디바이스가 가열하고 냉각시키도록 되어 있는 상기 복수의 배터리 셀들 및 상기 복수의 커패시터 셀들 중 하나에 맞춰 정렬되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 상기 복수의 열전 디바이스들과 상기 셀 스택 사이에 배치되는 온도 분산 플레이트를 포함하고,
    상기 온도 분산 플레이트는 상기 냉각 플레이트와 상기 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나와 접촉하며, 상기 복수의 열전 디바이스들은 상기 냉각 플레이트와 접촉하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 열전 디바이스들은 상기 냉각 플레이트 내의 포켓(pocket)들 내에 배치되고,
    상기 온도 분산 플레이트는 상기 포켓들 내에 상기 복수의 열전 디바이스들을 가두는(capture) 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 온도 분산 플레이트는 상기 냉각 플레이트 내에 부분적으로 삽입(inset)되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 배터리 및 커패시터 조립체는 또한, 복수의 열소산 플레이트들을 포함하고,
    상기 복수의 열소산 플레이트들은 상기 복수의 배터리 셀들과 상기 복수의 커패시터 셀들의 인접하는 셀들 사이에 배치되어 전도를 통해 열을 상기 온도 분산 플레이트로 전달함과 아울러 상기 온도 분산 플레이트로부터의 열을 전달하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 열소산 플레이트들 각각은,
    플레이트-형상의 몸체와, 그리고
    플랜지를 포함하고,
    상기 플레이트-형상의 몸체는 상기 복수의 배터리 셀들과 상기 복수의 커패시터 셀들의 인접하는 셀들 사이에 배치되고,
    상기 플랜지는
    상기 온도 분산 플레이트와의 직접 접촉, 그리고
    상기 플랜지와 상기 온도 분산 플레이트 사이에 배치되는 충전제 물질
    중 적어도 하나를 사용하여 전도를 통해 열을 상기 온도 분산 플레이트로 전달함과 아울러 상기 온도 분산 플레이트로부터의 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량을 위한 배터리 및 커패시터 조립체.
  23. 공통 밀봉체(common enclosure) 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
    상기 복수의 배터리 셀들의 온도를 측정하는 배터리 온도 센서(battery temperature sensor)와;
    상기 복수의 커패시터 셀들의 온도를 측정하는 커패시터 온도 센서(capacitor temperature sensor)와; 그리고
    상기 복수의 배터리 셀들을 배터리 셀 온도에 근거하여 가열하고 냉각시키기 위해, 그리고 상기 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키는 것과는 독립적으로 상기 복수의 커패시터 셀들을 커패시터 셀 온도에 근거하여 가열하고 냉각시키기 위해, 복수의 열전 디바이스들에 공급되는 전류의 양(amount), 전압의 양 및 전력의 양 중 적어도 하나의 양을 제어하는 제어 모듈(control module)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과 냉각시키는 것 중 하나를 수행하기 위해 상기 복수의 열전 디바이스들 중 제 1 열전 디바이스에 공급되는 전류의 양, 전압의 양, 및 전력의 양 중 적어도 하나의 양을 제어하고,
    상기 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과 냉각시키는 것 중 하나를 수행하기 위해 상기 복수의 열전 디바이스들 중 제 2 열전 디바이스에 공급되는 전류의 양, 전압의 양, 및 전력의 양 중 적어도 하나의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 상기 복수의 배터리 셀들을 가열하고,
    상기 배터리 셀 온도가 제 2 온도보다 클 때 상기 복수의 배터리 셀들을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 커패시터 셀 온도가 제 3 온도보다 작을 때 상기 복수의 커패시터 셀들을 가열하고,
    상기 커패시터 셀 온도가 제 4 온도보다 클 때 상기 복수의 커패시터 셀들을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제 3 온도는 상기 제 1 온도와는 다른 것과,
    상기 제 4 온도는 상기 제 2 온도와는 다른 것
    중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제 3 온도는 상기 제 1 온도보다 작고,
    상기 제 4 온도는 상기 제 2 온도보다 작은 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제 1 온도, 상기 제 2 온도, 상기 제 3 온도 및 상기 제 4 온도 각각은 미리결정되는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 복수의 배터리 셀들의 목표 저항(target resistance), 상기 복수의 배터리 셀들에 의해 공급되는 전력의 목표 양(target amount), 및 상기 복수의 배터리 셀들의 목표 용량(target capacity) 중 적어도 하나에 근거하여 상기 제 1 온도를 결정하고,
    상기 복수의 커패시터 셀들의 목표 저항, 상기 복수의 커패시터 셀들에 의해 공급되는 전력의 목표 양, 및 상기 복수의 커패시터 셀들의 목표 용량 중 적어도 하나에 근거하여 상기 제 3 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템.
  31. 제24항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    만약 상기 복수의 배터리 셀들이 충전(charging)되고 있다면 상기 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 상기 복수의 배터리 셀들을 가열하고,
    만약 상기 복수의 배터리 셀들이 방전(discharging)되고 있다면 상기 배터리 셀 온도가 상기 제 1 온도보다 작을 때 상기 복수의 배터리 셀들을 가열하지 않는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 시스템.
  32. 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 복수의 배터리 셀들의 온도를 측정하는 단계와;
    상기 복수의 커패시터 셀들의 온도를 측정하는 단계와; 그리고
    상기 복수의 배터리 셀들을 배터리 셀 온도에 근거하여 가열하고 냉각시키기 위해, 그리고 상기 복수의 커패시터 셀들을 가열하고 냉각시키는 것과는 독립적으로 상기 복수의 커패시터 셀들을 커패시터 셀 온도에 근거하여 가열하고 냉각시키기 위해, 복수의 열전 디바이스들에 공급되는 전류의 양, 전압의 양 및 전력의 양 중 적어도 하나의 양을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 방법은 또한,
    상기 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과 냉각시키는 것 중 하나를 수행하기 위해 상기 복수의 열전 디바이스들 중 제 1 열전 디바이스에 공급되는 전류의 양, 전압의 양, 및 전력의 양 중 적어도 하나의 양을 제어하는 것과; 그리고
    상기 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과 냉각시키는 것 중 하나를 수행하기 위해 상기 복수의 열전 디바이스들 중 제 2 열전 디바이스에 공급되는 전류의 양, 전압의 양, 및 전력의 양 중 적어도 하나의 양을 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 방법은 또한,
    상기 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 상기 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과, 그리고
    상기 배터리 셀 온도가 제 2 온도보다 클 때 상기 복수의 배터리 셀들을 냉각시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 방법은 또한,
    상기 커패시터 셀 온도가 제 3 온도보다 작을 때 상기 복수의 커패시터 셀들을 가열하는 것과, 그리고
    상기 커패시터 셀 온도가 제 4 온도보다 클 때 상기 복수의 커패시터 셀들을 냉각시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제 3 온도는 상기 제 1 온도와는 다른 것과,
    상기 제 4 온도는 상기 제 2 온도와는 다른 것
    중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 제 3 온도는 상기 제 1 온도보다 작고,
    상기 제 4 온도는 상기 제 2 온도보다 작은 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 제 1 온도, 상기 제 2 온도, 상기 제 3 온도 및 상기 제 4 온도 각각은 미리결정되는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 방법은 또한,
    상기 복수의 배터리 셀들의 목표 저항, 상기 복수의 배터리 셀들에 의해 공급되는 전력의 목표 양, 및 상기 복수의 배터리 셀들의 목표 용량 중 적어도 하나에 근거하여 상기 제 1 온도를 결정하는 것과, 그리고
    상기 복수의 커패시터 셀들의 목표 저항, 상기 복수의 커패시터 셀들에 의해 공급되는 전력의 목표 양, 및 상기 복수의 커패시터 셀들의 목표 용량 중 적어도 하나에 근거하여 상기 제 3 온도를 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법.
  40. 제33항에 있어서,
    상기 방법은 또한,
    만약 상기 복수의 배터리 셀들이 충전되고 있다면 상기 배터리 셀 온도가 제 1 온도보다 작을 때 상기 복수의 배터리 셀들을 가열하는 것과, 그리고
    만약 상기 복수의 배터리 셀들이 방전되고 있다면 상기 배터리 셀 온도가 상기 제 1 온도보다 작을 때 상기 복수의 배터리 셀들을 가열하지 않는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 밀봉체 내에 배치되는 복수의 배터리 셀들 및 복수의 커패시터 셀들의 온도들을 제어하기 위한 방법.
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