KR20220118941A - 전기 차량에 장착된 분할 배터리 모듈을 위한 외부 냉각 시스템 및 방법 - Google Patents

전기 차량에 장착된 분할 배터리 모듈을 위한 외부 냉각 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220118941A
KR20220118941A KR1020220021114A KR20220021114A KR20220118941A KR 20220118941 A KR20220118941 A KR 20220118941A KR 1020220021114 A KR1020220021114 A KR 1020220021114A KR 20220021114 A KR20220021114 A KR 20220021114A KR 20220118941 A KR20220118941 A KR 20220118941A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
energy storage
storage device
coolant
charging
scc
Prior art date
Application number
KR1020220021114A
Other languages
English (en)
Inventor
솜포테 아훈나이
위몰마스 웡막코른판
차렛 아카라반테옹자이
자네삭 수드상티엔차이
푼 프라판포즈
카룬 단시리
Original Assignee
마인 모빌리티 리서치 코., 엘티디.
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 마인 모빌리티 리서치 코., 엘티디. filed Critical 마인 모빌리티 리서치 코., 엘티디.
Publication of KR20220118941A publication Critical patent/KR20220118941A/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
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/302—Cooling of charging equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/16—Connectors, e.g. plugs or sockets, specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/305—Communication interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/66—Data transfer between charging stations and vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • 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
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • 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
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • 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
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • 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
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • 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
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • 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
    • H01M10/667—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an electronic component, e.g. a CPU, an inverter or a capacitor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/36—Temperature of vehicle components or parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/05—Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/11—Electric energy storages
    • B60Y2400/112—Batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/302—Temperature sensors
    • 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
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • 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
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

전기 자동차에 내장된 복수의 에너지 저장 장치들(10)의 각각으로의 개별화된 냉각제 흐름을 위한 시스템 또는 방법이 제공된다. 각각의 에너지 저장 장치(10)는 세그먼트된 배터리 모듈(13)과 열 전도성으로 접속된 열교환기(11)을 포함한다. 세그먼트된 배터리 모듈(13)은 배터리 셀들(13B)과 센서들(13C, 13D, 13E)을 포함한다. 열교환기(11)는 HE 유량 제어기(11C)를 포함한다. 각각의 에너지 저장 장치(10)에 대한 개별 센서 정보는 각각의 세그먼트된 배터리 모듈(13)의 BMU(13A)를 통해 수집된다. 충전 SCC(22)는, 이 개별 센서 정보를 사용하여, 에너지 저장 장치(10)의 배터리 셀들(13B)을 냉각하기 위해, 각 에너지 저장 장치(10) 의 열교환기(11)를 통해 펌핑되는 냉각제의 HE 유량을 계산한다. 열교환기들(11) 에 전달된 냉각제는 각 충전 세션 동안 전원(20)의 외부 냉각 유닛(21)에 의해 냉각된다.

Description

전기 차량에 장착된 분할 배터리 모듈들을 위한 외부 냉각 시스템 및 방법{EXTERNAL COOLING SYSTEM AND METHOD FOR SEGMENTED BATTERY MODULES MOUNTED WITHIN AN ELECTRIC VEHICLE}
본 개시는, 전기 차량(electric vehicles)의 배터리 셀(battery cells)을 위한 냉각(cooling) 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 전기 차량에 장착(mounted)된 분할 배터리 모듈들(segmented battery modules)의 개별화된 냉각(individualized cooling)을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
기관차(locomotives)와 같은 대형 전기 차량에 배터리 전력을 사용하는 것은 인프라 비용을 절감할 수 있는 잠재력이 큰 신흥 개발 분야이다. 기관차에 배터리 전력을 사용할 때 가공 전선(overhead electric lines) 또는 제3 레일 전력 시스템(third rail electric power systems)이 필요하지 않다. 예를 들어 디젤 기관차용으로 설계된 기존 열차 레일은 열차 레일을 개조하지 않고 배터리 기관차(battery powered locomotives)에 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 대형 전기 차량에 배터리 전력을 사용하면 배터리 셀들의 충전 및 방전으로 인해 추가적인 문제가 발생한다.
대형 전기 차량들(larger electric vehicles)은 일반적으로 파워 서플라이(power supply)를 포함하는 전력 공급 장치(power source)에서 재충전된다. 전기 버스, 트롤리(trolleys), 및 기관차는 종종 전기 차량 지붕의 팬터그래프(pantograph) 배열을 통해 파워 서플라이(power supply)에 연결된다. 파워 서플라이는 전력 공급 장치(power source)와 전기 차량 사이의 엄빌리컬(umbilical) 케이블을 통해 수신(receive)될 수도 있다.
장비(equipment)의 가동 중지 시간(downtime)을 줄이기 위해 전기 차량의 배터리 셀은 전동 동작(motorized operation) 동안 전기 차량의 방전 전류의 3배인 3c(coulomb) 전류와 같이 더 높은 전류로 짧은 시간에 충전될 수 있다. 줄의 제1 법칙(Joule's first law)을 따르면, 최대 방전 전류의 3배로 충전하는 동안 배터리 셀의 충전 전류(charging current)에서 발생하는 발열은 시스템의 다른 손실을 고려하지 않고 배터리 셀을 통과하는 전류의 제곱에 대략 비례한다. 따라서 배터리 셀에 대한 최대 방전 전류의 3배로 충전하면 충전 중 발열이 약 9배로 더 커질 수 있다.
충전 세션 동안 더 높은 전류 부하는 열을 빠르게 생성하여 충전 배터리 셀의 온도를 원하는 동작 온도 허용 범위를 벗어나게 할 수 있다. 배터리 셀의 선호(preferred) 온도 범위를 유지하지 않으면 배터리 수명이 단축되거나 배터리 충전용량이 감소할 수 있다.
특히 충전 중, 배터리 셀 냉각은 대형 전기 차량들(larger electric vehicles)의 주요한 설계 요구 사항(critical design requirement)이다. 배터리 셀들에 대한 선호 충전 온도 범위(preferred charging temperature range)는 일반적으로 동일한 배터리에 대한 선호 방전 온도 범위(preferred discharging temperature range) 보다 좁다. 예를 들어, 리튬 기반 배터리 셀들의 선호 충전 온도 범위는 약 0°C에서 45°C까지고, 선호 방전 온도 범위는 -20°C에서 60°C의 범위를 가진다. 니켈 기반 배터리 셀들은 유사하게 약 0°C에서 45°C 까지의 선호 충전 온도 범위와 -20°C에서 60°C까지 선호 방전 온도 범위를 가진다.
대형 전기 차량(larger electric vehicle)에서 배터리 셀들의 냉각은 2020년 10월 22일에 발간된 미국 특허출원 제2020/0331504A1호 "Track - Guided Vehicle, Arrangement for Cooling an Energy Storage Device of the Track - Guided Vehicle, and Method for Controlling the Arrangement"에 설명되어 있다. 해당 공보의 개시된 설계에서, 냉각제는 전기 차량의 에너지 저장 장치를 통해 구동되어 배터리 셀들을 냉각한다. 이 설계(design)에는 배터리 셀들의 온도를 모니터링하고 냉각 시스템을 제어하기 위한 에너지 저장 장치 내의 온도 센서가 포함된다.
대형 전기 차량용 배터리 셀들은 종종 배터리 모듈 내에 장착된다. 각 배터리 모듈은 동봉된(enclosed) 배터리 관리 장치(BMU, battery management unit)와 데이터 통신하는 자체 센서 세트를 포함할 수 있다. 배터리 모듈용 센서는 온도 센서, 전류 센서, 및 전압 센서를 포함할 수 있다. 각 배터리 모듈의 BMU로부터의 센서 정보 피드백은 수십 개의 배터리 모듈들이 있는 대형 전기 차량들의 충전 세션(charging session)을 제어하는데 특히 유용하다. 각 배터리 모듈들의 SOC(state of charge), 전압 요구 사항 및/또는 전류 요구 사항은 배터리 모듈의 설계, 수명, 및 동작 이력에 따라 다를 수 있다.
각 배터리 관리 장치(BMU)는 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS, master battery management system)으로 센서 정보를 전달할 수 있다. 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)은 차례로 전기 차량에 내장된 컨트롤러와 데이터 통신을 할 수 있다. 마스터 배터리 관리 시스템은 온도 센서들, 전압 센서들, 및 전류 센서들과 같은 자체 센서들을 가질 수 있다. 각 배터리 관리 장치(BMU)와 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS) 간의 데이터 통신은 물론 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)과 전기 차량의 제어기(controller) 간의 데이터 통신은 다양한 독점적인 통신 프로토콜들(proprietary communication protocols) 또는 표준화된 통신 프로토콜들(standardized communication protocols) 통해 수행될 수 있다. 데이터 통신은 유선 또는 무선 통신으로 수행될 수 있다.
본 기술분야에서 요구되는 것은, 최신 배터리 관리 장치(BMU)에서 수집한 센서 정보를 모두 활용하고 전기 차량 내에 각 배터리 모듈들의 개별 냉각 요구 사항을 해결(addresses)하는 분할된 냉각 아키텍처(segmented cooling architecture)이다. 본 발명의 배경기술은, 온도 차이(및 배터리 모듈들의 기타 측정 가능한 조건들)는 냉각 시스템에서 활용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 배경기술은, 배터리 모듈들 간의 온도 차이(temperature differences)에 관계없이 전기 차량의 각 배터리 모듈에 동일한 냉각제의 흐름이 전달된다.
일반적인 형태로서, 전기 차량(electric vehicle) 내 분할 배터리 모듈들(segmented battery modules)을 위한 내부 냉각 시스템 및 방법(internal cooling system and method)은, 전기 차량에 내장(housed)된 복수의 에너지 저장 장치(energy storage devices)의 각각으로 개별화된 냉각제 흐름(individualized coolant flow)을 제공한다. 각 에너지 저장 장치는, 분할 배터리 모듈과 열전도(thermal conductivity)로 연결(couple)되는 열 교환기(heat exchanger)를 포함한다. 분할 배터리 모듈은 센서(sensors)들 및 배터리 셀(battery cells)을 포함한다. 열 교환기(heat exchanger)는 HE 흐름 제어기(HE flow controller)를 포함한다. 각 에너지 저장 장치의 개별 센서 정보는 각 분할 배터리 모듈의 BMU(battery management unit)를 통해 수집(collect)된다. 내부 SCC(internal SCC)는 상기 개별 센서 정보를 사용하여 에너지 저장 장치의 배터리 셀들을 냉각하기 위해 각 에너지 저장 장치의 열 교환기를 펌핑된 냉각제의 HE 유속(HE flow rate)을 계산한다. 열 교환기로 전달되는 냉각제는 각 충전 세션 동안 내부 냉각 장치에 의해 냉각되며, 전기 차량(electric vehicle)의 전동 동작(motorized operation) 동안 내부 냉각 장치에 의해 냉각될 수 있다.
내부 냉각 발명의 제1 실시예는, 복수의 분할 배터리 모듈을 위한 내부 냉각 시스템이다. 이 시스템은, (a) 복수의 에너지 저장 장치들 - 각 에너지 저장 장치는 분할 배터리 모듈들 중 하나 및 열 교환기를 포함함 -; (b) 전기적 연결(electrical connection), (c) ICT 유입구(ICU inlet) 및 ICU 배출구(ICU outlet)를 구비한 내부 냉각 장치(internal cooling unit), (d) 한 쌍의 냉각제 트렁크(a pair of coolant trunks), 및 (e) 파라미터의 집합(set of parameters)을 포함하는 내부 분할된 냉각 제어기(SCC: segmented cooling controller)를 포함한다. 내부 SCC는 각 에너지 저장 장치의 BMU에서 수집한 센서 정보를 유선 또는 무선으로 에너지 저장 장치의 BMU 커넥터(BMU connector)를 통해 간접적으로 또는 직접적으로 수신하도록 구성되어 있고, 상기 센서 정보는 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서에 의해 측정된 온도 정보를 적어도 포함한다. 파라미터의 집합은 각 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈에 대해 최소한 선호 온도 범위(preferred temperature range)를 포함한다. 내부 SCC는, (1) 각 에너지 저장 장치의 열 교환기의 HE 유속(HE flow rate)에 대한 최적 범위(optimal range)를 주기적으로 계산 또는 재계산하고, (2) 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기(HE flow controller)와 직접적 또는 간접적 데이터 통신(data communication)을 통해 각 에너지 저장 장치의 HE 유속을 유선 또는 무선으로 주기적으로 제어하여 HE 유속을 최적 범위 내로 유지하도록 구성된다. 상기 최적 범위는, (a) 에너지 저장 장치의 BMU를 통해 에너지 저장 장치의 센서로부터 내부 SCC가 수신한 센서 정보; 및 (b) 에너지 저장 장치의 선호 온도 범위(preferred temperature range)에 대한 함수(function)이다.
내부 냉각 발명의 제2 실시예는, 복수의 분할 배터리 모듈을 위한 컴퓨터로 구현된 내부 냉각 방법(computer-implemented internal cooling method)이다. 상기 방법은, (a) 전기 차량에 복수의 에너지 저장 장치들을 유지(maintain)하는 단계 - 각 에너지 저장장치는 분할 배터리 모듈들 중 하나 및 열 교환기를 포함함 -, (b) 전기적 연결(electrical connection)을 유지하는 단계, (c) ICU 유입구(ICU inlet) 및 ICU 배출구(ICU outlet)가 있는 내부 냉각 장치를 유지하는 단계, (d) 한 쌍의 냉각제 트렁크(pair of coolant trunks)를 유지하는 단계, (e) 파라미터의 집합을 포함하는 내부 분할 냉각 제어기(internal segmented cooling controller)를 유지하는 단계, (f) 주기적으로 내부 SCC를 사용하여 각 에너지 저장 장치의 열 교환기의 HE 유속에 대한 최적 범위를 계산 또는 재계산하는 단계, 및 (g) HE 유속을 최적 범위 내로 유지하기 위해, 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기와 직접적 또는 간접적으로 데이터 통신을 통해 각 에너지 저장 장치의 HE 유속을 유선 또는 무선으로 제어하는 단계를 포함한다.
내부 SCC는, 각 에너지 저장 장치의 BMU에서 수집한 센서 정보를 에너지 저장 장치의 BMU 커넥터(BMU connector)를 통해 유선으로 또는 무선으로 직접적 또는 간접적으로 수신하도록 구성된다. 상기 센서 정보는, 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서에 의해 측정된 적어도 온도 정보를 포함한다. 파라미터의 집합은, 각 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈에 대해 최소한 선호 온도 범위(preferred temperature range)를 포함한다. 상기 최적 범위는, (i) 에너지 저장 장치의 BMU를 통해 에너지 저장 장치의 센서들로부터 내부 SCC가 수신한 센서 정보, 및 (ii) 에너지 저장 장치에 대한 선호 온도 범위에 대한 함수(function)이다.
일반적인 형태로서, 전기 차량 내의 분할 배터리 모듈들을 위한 외부 냉각 시스템 및 방법은, 전기 차량에 내장된 에너지 저장 장치 각각에 개별화된 냉각제 흐름(individualized coolant flow)을 제공한다. 각 에너지 저장 장치는 분할 배터리 모듈과 열전도(thermal conductivity)로 연결(couple)된 열 교환기를 포함한다. 분할 배터리 모듈은 센서들 및 배터리 셀들을 포함한다. 상기 열 교환기는 HE 흐름 제어기를 포함한다. 각 에너지 저장 장치용 개별 센서 정보(individual sensor information)는 각 분류된 배터리 모듈의 BMU를 통해 수집된다. 충전 SCC는 상기 개별 센서 정보를 사용하여 에너지 저장 장치의 배터리 셀들을 냉각하기 위해 각 에너지 저장 장치의 열 교환기를 통해 펌핑된(pumped) 냉각제의 HE 유속을 계산한다. 열 교환기에 전달된 냉각제는 각 충전 세션(charging session) 동안 외부 냉각 장치(external cooling unit)에 의해 냉각된다.
외부 냉각 발명의 제1 실시예는 복수의 분할 배터리 모듈을 위한 외부 냉각(external cooling)이다. 시스템은 전력 공급 장치(power source)와 쌍을 이루는(paired with) 전기 차량으로 구성된다. 이 시스템은, (a) 전기 차량에 내장된 복수의 에너지 저장 장치 - 각 에너지 저장 장치는 분할 배터리 모듈들 중 하나와 열 교환기를 포함함 -, (b) 전기 차량에 내장된 전기 연결(electrical connection), (c) 전기 차량에 내장된 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS, master battery management system), (d) 전력 공급 장치(power source)에 내장된 외부 냉각 장치(external cooling unit) - 상기 외부 냉각 장치는 ECU 유입구(ECU inlet) 및 ECU 배출구(ECU outlet)를 포함함 -, (e) 전기 차량에 내장된 한 쌍의 냉각제 트렁크(coolant trunks), 및 (f) 충전 분할된 냉각 제어기(SCC, charging segmented cooling controller) - 상기 충전 SCC는 파라미터의 집합을 포함함 -을 포함한다.
충전 세션(charging session) 동안, 충전 SCC(charging SCC)는, (1) 각 에너지 저장 장치의 열 교환기의 HE 유속(HE flow rate)에 대한 최적 범위(optimal range)를 주기적으로 계산 또는 재계산하고, (2) 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기(HE flow controller)와 직접적 또는 간접적 데이터 통신(data communication)을 통해 각 에너지 저장 장치의 HE 유속을 유선 또는 무선으로 주기적으로 제어하여 HE 유속을 최적 범위 내로 유지하도록 구성된다. 상기 최적 범위는, (a) 에너지 저장 장치의 BMU를 통해 에너지 저장 장치의 센서로부터 충전 SCC가 수신한 센서 정보, 및 (b) 에너지 저장 장치의 선호 온도 범위에 대한 함수(function)이다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예는, 복수의 분할 배터리 모듈을 위한 컴퓨터로 구현된(computer-implemented) 외부 냉각(external cooling)에 대한 방법이다. 상기 방법은, (a) 전기 차량에 복수의 에너지 저장 장치들을 유지(maintain)하는 단계 - 각 에너지 저장장치는 분할 배터리 모듈들 중 하나 및 열 교환기를 포함함 -, (b) 전기 차량 내에 전기적 연결(electrical connection)을 유지하는 단계, (c) 전기 차량 내에 MBMS(master battery management system)를 유지하는 단계, (d) 전력 공급 장치(power source) 안에 외부 냉각 장치를 유지하는 단계 - 상기 외부 냉각 장치는 ECU 유입구(ECU inlet) 및 ECU 배출구(ECU outlet)를 포함함 -, (e) 전기 차량 내에 한 쌍의 냉각제 트렁크를 유지하는 단계, (f) 충전 분할된 냉각 제어기(SCC, charging segmented cooling controller)를 유지하는 단계 - 상기 충전 SCC는 파라미터의 집합을 포함함 -, (g) 하나 이상의 에너지 저장 장치들의 충전 세션을 시작하는 단계, (h) 충전 세션 동안, 주기적으로 충전 SCC를 사용하여 각 에너지 저장 장치의 열 교환기의 HE 유속에 대한 최적 범위를 계산 또는 재계산하는 단계, 및 (i) 충전 세션 동안, HE 유속을 최적 범위 내로 유지하기 위해, 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기와 직접적 또는 간접적으로 데이터 통신을 통해 각 에너지 저장 장치의 HE 유속을 유선 또는 무선으로 제어하는 단계를 포함한다.
충전 세션을 시작(commence)하는 단계는, (i) 충전 SCC에 MBMS를 연결하는 단계, 및 (ii) 하나 이상의 전기 연결 커넥터(more electrical connection connectors)를 통해 하나 이상의 파워 서플라이(power supplies)에 전기적 연결을 연결하는 단계를 포함한다. 상기 최적 범위는, (i) 에너지 저장 장치의 BMU를 통해 에너지 저장 장치의 센서들로부터 내부 SCC가 수신한 센서 정보, 및 (ii) 에너지 저장 장치에 대한 선호 온도 범위에 대한 함수(function)이다.
내부 냉각 장치를 사용 또는 외부 냉각 장치를 사용하든 본 발명의 분할된 냉각 아키텍처(architecture)는, 전기 차량에 각 BMU들에 의해 수집된 센서 정보를 활용(leverages)하는 것이다. 상기 센서 정보를 통해, SCC(segmented cooling controller)는 분할 배터리 모듈의 개별 냉각 요구 사항의 우선순위를 지정할 수 있다. 본 발명의 주요 이점은 개별 분할 배터리 모듈의 배터리 셀 수명 주기(battery cell life cycle)를 단축 또는 배터리 셀을 손상(damage)시킬 수 있는 부적절한 온도 제어(improper temperature control)의 영향으로부터 보호된다는 것이다.
두 번째 이점은 내부 냉각 장치 또는 외부 냉각 장치는 본 발명을 사용할 때 더 낮은 정격 전력(power rating)에서 동작할 수 있다. 냉각제가 가장 필요한 곳에 특별히 분배되기 때문이다. 상기 목표 접근 방식(targeted approach)은 냉각 장치(cooling unit)에서 사용하는 에너지의 양 및 냉각 장치의 필수 크기(requisite size)를 줄인다. 본 발명은 목표로 하는 냉각제 배분(targeted distribution of coolant)으로 인해 전체 냉각제 생산 필요성이 감소하기 때문에 더 작고 낮은 전력 냉각 장치를 전기 차량 내에 설치할 수 있다.
세 번째 이점은 외부 냉각 장치 설계를 사용할 때 얻을 수 있다. 줄의 제1법칙(Joule's first law)에 따라, 배터리 셀의 충전 전류에서 발생하는 열은 시스템의 다른 손실을 고려하지 않고 배터리 셀을 통과하는 전류의 제곱에 비례한다. 충전 전류는 종종 전기 차량의 전동 동작 중에 사용되는 최대 방전 전류(maximum discharge current)의 2배, 3배, 또는 4배일 수 있다. 따라서, 최대 방전 전류의 3배라고 한다면, 충전 세션 동안 배터리 셀 내에서 발생한 열은, 예를 들어, 배터리 셀 방전 중(예: 전기 차량의 전동 동작 중)에 발생한 열보다 9배 더 클 수 있다. 결과적으로, 예를 들어, 최대 방전 전류의 3배로 충전하는 동안 대략 9배의 발열(heat generation)이 발생하는 충전 위치(예를 들어, 충전 세션 동안 파워 서플라이에 전기 차량을 전기적으로 연결할 때의 전력 공급 장치(power source))에서 대부분 대량의 냉각제가 필요하게 된다.
전기 차량의 전동 동작(motorized operation) 중에는 수냉식보다 저렴하고 전력이 낮은 냉각 수단(예: 주변 공기 냉각, 강제 공기 냉각, 또는 공조 냉각)으로 충분히 냉각할 수 있다. 최대 방전 전류의 3배인 충전 세션을 가정할 때, 전동 동작 중 방전 전류는 충전 전류의 약 1/3에 불과하다, 그러므로 전동 동작 중 열 발생 또한 최대 방전 전류의 3배인 예시 충전 세션(example charging session) 동안 생성된 열의 약 1/9이다. 또한, 전기 차량의 전동 동작 중에, 고온의 단일 분할 배터리 모듈은 전기 차량의 움직임(locomotion)에 영향을 미치지 않고 신속하게 차단될 수 있으며, 과열된 분할 배터리 모듈이 냉각되는 동안 더 낮은 온도의 다른 분할 배터리 모듈을 사용하여 전기 차량에 전력을 공급할 수 있다.
외부 냉각 장치 설계를 사용하여, 견고한(robust) 냉각 시스템을 전력 공급 장치(power source)에 내장할 수 있다. 매일 여러 대의 전기 차량을 충전함으로써, 이 견고한 냉각 시스템의 비용은 보상(amoritize)될 수 있다. 또한, 외부 냉각 장치를 사용함으로써, 전기 차량의 추가적인 중량 부하, 부피 공간, 및 전기 차량 내부 냉각 장치의 설치 비용을 절약할 수 있다. 예를 들어, 대형 내부 냉각 장치 대신에 추가 중량 할당 및 부피 공간을 할당하여 충전 세션 사이에 전기 차량의 이동 거리를 확장하기 위해 전기 차량 내에 추가로 분할 배터리 모듈을 설치할 수 있다.
본 개시의 실시예들은 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에서, 충전 세션 동안 전력 공급 장치(power source)의 파워 서플라이에 전기적으로 연결된 전동 전기 차량(motorized electric vehicle)에 내장된 내부 냉각 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예에서, 충전 세션 동안 전력 공급 장치(power source)의 파워 서플라이에 전기적으로 연결된 전동 전기 차량에 내장된 내부 냉각 시스템의 전기 및 데이터 통신 연결(data communication connections)을 도시한 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에서, 전동 전기 차량에 내장된 내부 냉각 시스템의 분할된 냉각제 경로(segmented coolant pathway)를 따라 구성요소의 유체 연결(fluid connection)을 도시한 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에서, 전력 공급 장치(power source) 및 전동 전기 차량 사이에서 분리(split)된 외부 냉각 시스템(external cooling system)을 도시한 블록도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에서, 전력 공급 장치(power source) 및 전동 전기 차량 사이에서 분리된 외부 냉각 시스템의 전기 및 데이터 통신 연결를 도시한 블록도이다.
도 6a는, 본 발명의 실시예에서, 외부 냉각 장치를 통과하는 분할된 냉각제 경로를 따라 구성요소의 유체 연결을 도시한 블록도이다.
도 6b는, 본 발명의 실시예에서, 외부 냉각 장치에 열전도(thermal conductivity)로 연결된 외부-내부 열 교환기 및 내부 냉각 장치를 통과하는 분할된 냉각제 경로를 따라 구성요소의 유체 연결을 도시한 블록도이다.
도 6c는, 본 발명의 실시예에서, 내부 냉각 장치 및 외부 냉각 장치를 모두 통과하는 분할된 냉각제 경로를 따라 구성요소의 유체 연결을 도시한 블록도이다.
도 7은, 본 발명의 실시예에서, 컴퓨터로 구현한 내부 냉각 방법의 단계를 도시한 흐름도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예에서, 컴퓨터로 구현한 외부 냉각 방법의 단계를 도시한 흐름도이다.
이하의 상세한 설명에서, 본 설명의 일부를 형성하는 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 기술된 예시적인 실시예는 제한하기 위한 것이 아니다. 여기에서 설명된 기술적 사상의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서, 다른 실시예들을 이용하고 다른 변경들을 할 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 여기에서 사용되는 "포함하는(comprising)", "포함하는(comprise)", "포함하는(including)" 및 "포함하는(include)"이라는 용어와 그 문법적 변형은, 기재된 요소를 포함하지만 기재되지 않은 추가적인 요소의 포함을 허용하는, "개방적(open)"이고 "포함적인(inclusive)" 의미로 사용된다. 데이터 통신은 유선 또는 무선 수단을 통해 수행할 수 있다. 데이터 통신은 구성 요소 간에 직접적으로 또는 구성 요소 간에 간접적으로 구현될 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 충전 세션(charging session) 동안 전력 공급 장치(power source)(20)의 파워 서플라이(power supply)(23)에 전기적으로 연결된 전동 전기 차량(motorized electric vehicle)(1-00)에 내장된 내부 냉각 시스템(internal cooling system)을 도시한 블록도이다. 전동 전기 차량(1-00)은 복수의 에너지 저장 장치들(10), 한 쌍의 냉각제 트렁크(coolant trunks)(14C), 내부 냉각 장치(14), MBMS (15), 내부 분할된 냉각 제어기(internal segmented cooling controller)(internal SCC)(16), 전기적 연결(electrical connection)(17), 및 바퀴들(driving wheels)(18B)을 구동(drive) 하기 위한 적어도 하나의 트랙션 모터(traction motor)(18A)를 포함한다. 에너지 저장 장치(10)는 열 교환기(11)와 분할 배터리 모듈(segmented batter module)(13) 사이에 선택적인(optional) 열 인터페이스(thermal interface)(12)를 포함한다. 열 교환기(11)는 HE 유입구(HE inlet)(11A), HE 배출구(HE outlet)(11B), HE 흐름 제어기(HE flow controller)(11C), 및 다수의 HE 통로들(HE passages)(11D)을 포함한다. 도 1에 유량 밸브(flow valve)로 설명되었지만, HE 흐름 제어기(11C)는 유량 밸브(flow valve), 가변 속도 드라이브(VSD: variable speed drive) 냉각제 펌프(coolant pump), 또는 이 둘의 조합일 수 있다. HE 흐름 제어기(11C)는, 필요에 따라, 분할된 냉각제 경로들(segmented coolant pathways)을 통한 냉각제의 흐름(coolant flow)을 증가 또는 감소시키기 위해 유선 또는 무선 통신에 의해 내부 SCC(internal SCC)(22)에 의해 직접 또는 간접적으로 제어된다. HE 흐름 제어기(11)는 내부 SCC(22)와 유선 또는 무선으로 데이터 통신을 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 분할 배터리 모듈(13)은, (i) 전기적 연결 커넥터(electrical connection connector)(17A)에 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀들(13B), 및 (ii) 온도 센서(13C), 전압 센서(13D), 및 전류 센서(13E)와 데이터 통신을 하는 배터리 관리 장치(BMU: battery management unit)(13A)를 포함한다. 내부 SCC(16)는 파라미터의 집합을 포함한다. 도 1에서는 간단하게 설명하기 위해, N개 중 01번인 하나의 에너지 저장 장치(10)와 그 구성요소들이 도시되었다.
도 1은 본 발명의 내부 냉각 시스템 실시예를 위한 분할된 냉각제 경로(segmented coolant pathway)가 도시되어 있다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로는 ICU 배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)로부터 나오고, 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)의 냉 트렁크(14C-1) (도 1 미도시, 도 3 참조)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 배출구(11B)를 지나고, 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)의 온 트렁크(14C-2)(도 1 미도시, 도 3 참조)를 지나고, 다시 ICU 유입구(14B)를 통하여 내부 냉각 장치(14)로 돌아온다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통과한다. 각 분할된 냉각제 경로를 통해 냉각제를 펌핑할 때, 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유속이 있고, HE 흐름 제어기(11C)는 HE 유속을 조절(regulate)할 수 있다. 본 실시예에서는, 전력 공급 장치(power source)(20)와 전동 전기 차량(1-00) 사이에 냉각제의 흐름은 없다.
도 1은 센서(13C, 13D 및 13E)에서 BMU(13A)로, 무선으로 또는 BMU 커넥터(13F)를 통해 유선으로 MBMS(15)로, 내부 SCC(16)로의 데이터 통신 연결들을 도시한다. 내부 SCC(16)는 또한 내부 냉각 장치(14)와 데이터 통신한다.
도 1은, (i) 각 에너지 저장 장치(10)의 배터리 셀들(13B) 및 에너지 저장 장치(10)의 배터리 커넥터(13G)를 통한 전기적 연결(electrical connection)(17), (ii) 휠들(18B)을 구동하는 적어도 하나의 트랙션 모터(18A) 및 전기적 연결(17), 및 (iii) 전력 공급 장치(power source)(20)의 파워 서플라이(23) 및 전기적 연결 커넥터(17A)를 통한 전기적 연결(17)의 (i), (ii), (iii) 사이의 전력 연결(electric power connections)을 도시한다.
도 1에는 도시되지 않았지만, 본 발명은 또한 전력 차(power car)로 구현될 수 있다. 전력 차들은 트랙션 모터들(18A)을 구비하지 않지만, 휠들(wheels)(18B)을 구비한다. 전력 차들은 기관차(locomotive)와 같은 전동 전기 차량(1-00)의 전력 유입구(power inlet)와 연결될 수 있는 전력 배출구(power outlet)를 포함한다.
도 2는, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 충전 세션 동안 전력 공급 장치(power source)(20)의 파워 서플라이(power supply)(23)에 전기적으로 연결된 전동 전기 차량(1-00)에 내장된 내부 냉각 시스템의 전기(electrical) 및 데이터 통신 연결을 도시한 블록도이다. 도 2는 각각 자신의 BMU(13A) (BMU 01 , BMU 02 . . . BMU N )와 함께 3개의 에너지 저장 장치(10) (01, 02 . . . N)를 도시한다. 각 에너지 저장 장치(10)의 배터리 셀들(13B)은 전기적 연결(electrical connection)(17)에 전기적으로 연결된다. 각 에너지 저장 장치(10)의 BMU들(13A)은 MBMS(15)와 데이터 통신한다. MBMS(15)는 내부 SCC(16)와 데이터 통신한다. 내부 SCC(16)는 내부 냉각 장치(14)와 데이터 통신한다. 전기적 연결(17)은 전동 전기 차량(1-00)의 휠들(18B)을 구동하는 적어도 하나의 트랙션 모터(18A)와 전기적으로 연결된다. 전기적 연결(17)은 충전 세션 동안과 같이 전기적 연결 커넥터(17A)를 통한 전력 공급 장치(power source)(20)의 파워 서플라이(23)와 전기적으로 연결된다. 도면의 간단화(simplicity)를 위해 각각의 HE 흐름 제어기들(11C) 및 내부 SCC(16) 사이의 유선 또는 무선 데이터 통신 경로(pathways)는 도시되어 있지 않다.
도 3은, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 전동 전기 차량(1-00)에 내장된 내부 냉각 시스템의 분할된 냉각제 경로를 따른 구성 요소들의 유체 연결(fluid connection)을 도시한 블록도이다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로는, ICU 배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)로부터 나오고(exit), 한 쌍의 냉각제 트렁크들(14C)의 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)을 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, 다시 ICU 유입구(14B)를 통하여 내부 냉각 장치(14)로 돌아온다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통과한다. 냉각제가 각각의 분할된 냉각제 경로를 통해 펌핑될 때, 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유속이 있고, HE 흐름 제어기(11C)는 상기 HE유속을 조절(regulate)할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 전동 전기 차량(1-00) 및 전력 공급 장치(power source)(20) 사이에는 냉각제의 흐름은 없다. 도 3은 또한 전력 차에 내장된 내부 냉각 시스템의 분할된 냉각제 경로의 블록도이다. 도 3에서는 유량 밸브(flow valve)로 도시되었지만, HE 흐름 제어기(11C)는 유량 밸브(flow valve), 가변 속도 드라이브(vsd) 냉각제 펌프, 또는 이 둘의 조합일 수 있다. HE 흐름 제어기(11C)는 필요에 따라 분할된 냉각제 경로들(segmented coolant pathways)을 통한 냉각제의 흐름(coolant flow)을 증가 또는 감소시키기 위해 유선 또는 무선 통신에 의해 내부 SCC(22)에 의해 직접 또는 간접적으로 제어된다.
도 4는, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 전력 공급 장치(power source)(20) 및 전동 전기 차량(1-00) 사이에서 분리된 외부 냉각 시스템을 도시한 블록도이다. 전동 전기 차량(1-00)은 복수의 에너지 저장 장치들(10), 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C), 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)(15), 전기적 연결(17), 휠들(18B)을 구동하기 위한 적어도 하나의 트랙션 모터(18A)를 포함한다. 전력 공급 장치(power source)(20)는 외부 냉각 장치(21), 충전 분할된 냉각 제어기(SCC)(22), 및 파워 서플라이(23)를 포함한다. 에너지 저장 장치(10)는 분할 배터리 모듈(13) 및 열 교환기(11) 사이에 선택적인 열 인터페이스(12)를 포함하며, 주로 수냉식(water cooling)으로 사용된다. 열 교환기(11)는 HE 유입구(11A), HE 배출구(11B), HE 흐름 제어기(11C), 및 복수의 HE 통로들(11D)을 포함한다. 도 4에서는 유량 밸브(flow valve)로 도시되었지만, HE 흐름 제어기(11C)는 유량 밸브(flow valve), 가변 속도 드라이브(vsd) 냉각제 펌프, 또는 이 둘의 조합일 수 있다. HE 흐름 제어기(11C)는 필요에 따라 분할된 냉각제 경로들(segmented coolant pathways)을 통한 냉각제의 흐름(coolant flow)을 증가 또는 감소시키기 위해 충전 SCC(22)에 의해 직접 또는 간접적으로 제어된다.
도 4에 도시된 바와 같이, HE 흐름 제어기(11C)는 HE 흐름 커넥터(HE flow connector)(11E)를 통해 충전 SCC(22)와 유선 또는 무선으로 데이터 통신한다. 도 6B 및 도 6C에 도시된 대안적 실시예들에서, HE 흐름 제어기(11C)의 제어는 전력 공급 장치(power source)(20)에 장착(mounted)된 충전 SCC(22), 전기 차량 내부에 장착된 내부 SCC(16), 또는 상기 둘의 조합에 의해 지시(dictate)될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 분할 배터리 모듈(13)은, (i) 전기적 연결 커넥터(17A)에 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀들(13B), 및 (ii) 온도 센서(13C), 전압 센서(13D), 및 전류 센서(13E)와 데이터 통신을 하는 배터리 관리 장치(BMU)(13A)를 포함한다. 충전 SCC(22)는 파라미터의 집합을 포함하는 충전 분할된 냉각 제어기(SCC)(22)를 포함한다. 도 4에서는 간단하게 설명하기 위해, N개 중 01번인 하나의 에너지 저장 장치(10), 및 그 구성요소들이 도시되었다.
도 4는, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 외부 냉각 시스템을 위한 분할된 냉각제 경로를 도시한다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로는, ECU 배출구(21A)를 통해 전력 공급 장치(power source)(20)의 외부 냉각 장치(21)로부터 나오고, 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)의 냉 트렁크(14C-1)(도 4 미도시, 도 6A 참조)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 배출구(11B)를 지나고, 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)의 온 트렁크(14C-2)(도 4 미도시, 도 6A 참조)를 지나고, 다시 ECU 유입구(21B)를 통해 전력 공급 장치(power source)(20)의 외부 냉각 장치(21)로 돌아온다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통과한다. 각 분할된 냉각제 경로를 통해 냉각제를 펌핑할 때, 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유속이 있고, HE 흐름 제어기(11C)는 HE 유속을 조절(regulate)할 수 있다. 본 실시예에서는, 전력 공급 장치(power source)(20)와 전동 전기 차량(1-00) 사이에 냉각제의 흐름이 존재한다.
도 4는 센서(13C, 13D, 및 13E)에서 BMU(13A)로, 무선으로 또는 BMU 커넥터(13F)를 통해 유선으로 MBMS(15)로, MBMS 커넥터(15A)를 통해 충전 SCC(22)로의 데이터 통신 연결들을 도시한다. 충전 SCC(22)는 또한 외부 냉각 장치(21)와 데이터 통신한다.
도 4는 (i) 각 에너지 저장 장치(10)의 배터리 셀들(13B) 및 에너지 저장 장치(10)의 배터리 커넥터(13G)를 통한 전기적 연결(17), (ii) 휠들(18B)을 구동하는 적어도 하나의 트랙션 모터(18A) 및 전기적 연결(17), 및 (iii) 전력 공급 장치(power source)(20)의 파워 서플라이(23) 및 전기적 연결 커넥터(17A)를 통한 전기적 연결(17)의 (i), (ii), (iii) 사이의 전력 연결(electrical power connections)을 도시한다.
도 5는, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 전력 공급 장치(power source)(20) 및 전동 전기 차량(1-00) 사이에서 분리된 외부 냉각 시스템의 전기 및 데이터 통신 연결을 도시하는 블록도이다. 도 5는 각각 자신의 BMU(13A) (BMU 01 , BMU 02 . . . BMU N )와 함께 3개의 에너지 저장 장치(10) (01, 02 . . . N)를 도시한다. 각 에너지 저장 장치(10)의 배터리 셀들(13B)은 전기적 연결(17)에 전기적으로 연결(connect)된다. 각 에너지 저장 장치(10)의 BMU들(13A)은 MBMS(15)와 데이터 통신한다. MBMS(15)는 충전 SCC(22)와 데이터 통신한다. 충전 SCC(22)는 외부 냉각 장치(21)와 데이터 통신한다. 전기적 연결(17)은 전동 전기 차량(1-00)의 휠들(wheels)(18B)을 구동하는 적어도 하나의 트랙션 모터(18A)와 전기적으로 연결된다. 전기적 연결(17)은 충전 세션 동안과 같이 전기적 연결 커넥터(17A)를 통한 전력 공급 장치(power source)(20)의 파워 서플라이(23)와 전기적으로 연결된다. 도면의 간단화(simplicity)를 위해 각각의 HE 흐름 제어기들(11C) 및 충전 SCC(22) 사이의 유선 또는 무선 데이터 통신 경로(pathways)는 도시되어 있지 않다.
도 6a는, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 외부 냉각 장치(21)를 통과하는 외부 냉각 시스템의 분할된 냉각제 경로를 따른 구성요소들의 유체 연결을 도시한 블록도이다. 분할된 냉각제 경로는 ECU 배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)로부터 나오고(exit), 한 쌍의 냉각제 트렁크들(14C)의 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)을 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, 다시 ECU 유입구(21B)를 통하여 전력 공급 장치(power source)(20)의 외부 냉각 장치(21)로 돌아온다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통과한다. 냉각제가 각각의 분할된 냉각제 경로를 통해 펌핑될 때, 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유속이 있고, HE 흐름 제어기(11C)는 상기 HE유속을 조절(regulate)할 수 있다. 본 실시예에서는, 전력 공급 장치(power source)(20) 및 전동 전기 차량(1-00) 사이에 냉각제의 흐름이 존재한다. 도 6a는 또한 전력 차에 내장된 외부 냉각 시스템의 분할된 냉각제 경로의 블록도이다.
도 6a의 실시예는 내부 냉각 장치(14)를 포함하지 않는다. 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 전기 차량의 전동 동작 동안 및/또는 충전 세션 동안 분할 배터리 모듈들(13)을 냉각하기 위한 내부 냉각 장치(14)를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 6b는, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 외부 냉각 장치(21)에 열전도로 연결된 외부-내부 열 교환기(14D) 및 내부 냉각 장치(14)를 통과하는 외부 냉각 시스템의 분할된 냉각제 경로를 따라 구성요소의 유체 연결을 도시한 블록도이다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로는, ICU 배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)로부터 나오고, 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)의 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, ICU 유입구(14B)를 통하여 내부 냉각 장치(14)로 다시 돌아온다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통과한다. 각 분할된 냉각제 경로를 통해 냉각제를 펌핑할 때, 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유속이 있고, HE 흐름 제어기(11C)는 HE 유속을 조절(regulate)할 수 있다. 본 실시예에서는, 전력 공급 장치(power source)(20) 및 전동 전기 차량(motorized electric vehicle)(1-00) 사이에 냉각제의 흐름은 존재한다. 도 6b의 블록도는 또한 전력 차에 내장된 외부 냉각 시스템의 분할된 냉각제 경로를 도시한다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 분할된 냉각제 경로에 냉각제는 외부-내부 열 교환기(14D)에서 추가적으로 냉각된다. 외부-내부 열 교환기(14D)는 전력 공급 장치(power source)(20)의 외부 냉각 장치(21)로부터 제2 냉각제 경로(second coolant pathway)를 수신(receive)한다. 제2 냉각제 경로는, ECU 배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)를 나오고, 외부-내부 열 교환기(14D)를 지나고, 다시 ECU 유입구(21B)를 통해 외부 냉각 장치(21)로 돌아온다. 분할된 냉각제 경로의 냉각제는 제2 냉각제 경로의 냉각제와 혼합되지 않는다. 냉각제의 분할을 통해 전력 공급 장치(power source)(20)의 외부 냉각 장치(21) 및 전기 차량의 내부 냉각 장치(14) 사이에서 서로 다른 냉각제의 사용이 가능하다. 이러한 분할은 또한 여과되지 않은(unfiltered) 냉각제, 부식성(corrosive) 냉각제, 또는 오염된(corrosive) 냉각제의 사용으로 인해 발생하는 문제를 방지한다.
도 6c는, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 외부 냉각 장치(21) 및 내부 냉각 장치(14) 모두를 통과하는 외부 냉각 시스템의 분할된 냉각제 경로를 따라 구성요소들의 유체 연결을 도시한 블록도이다. 분할된 냉각제 경로는, ECU 배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)로부터 나오고, 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)의 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, ICU 유입구(14B)를 통하여 내부 냉각 장치(21)로 들어가고, ICU 배출구(14A)를 통하여 내부 냉각 장치(21)를 나가고, 다시 ECU 유입구(21B)를 통하여 전력 공급 장치(power source)(20)의 외부 냉각 장치(21)로 들어간다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통과한다. 각 분할된 냉각제 경로를 통해 냉각제를 펌핑할 때, 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유속이 있고, HE 흐름 제어기(11C)는 HE 유속을 조절할 수 있다. 도 6c의 블록도는 또한 전력 차(power car)에 내장된 외부 냉각 시스템의 분할된 냉각제 경로를 도시한다.
도 6a, 6b, 및 6c에 유량 밸브(flow valve)가 설명되었지만, HE 흐름 제어기(11C)는 유량 밸브(flow valve), 가변 속도 드라이브(VSD) 냉각제 펌프(coolant pump), 또는 이 둘의 조합일 수 있다. 이러한 도면에서 도시된 바와 같이, HE 흐름 제어기(11C)는, 필요에 따라, 분할된 냉각제 경로들(segmented coolant pathways)을 통한 냉각제의 흐름(coolant flow)을 증가 또는 감소시키기 위해 충전 세션 동안 충전 SCC(22)에 의해 직접 또는 간접적으로 제어된다. HE 흐름 제어기(11)는 충전 SCC(22)와 유선 또는 무선으로 데이터 통신을 한다. 특히, 충전 SCC(22)(전기 차량에 내장되어 있다면)는 HE 흐름 제어기(11C) 및 내부 냉각 장치(14)를 제어하여 전기 차량의 전동 동작 동안 분할 배터리 모듈들(13)을 냉각하기 위해 사용할 수 있다. 대안적으로, 내부 SCC(16)는 전기 차량에 추가되어 HE 흐름 제어기(11C) 및 내부 냉각 장치(14)를 제어하여 전기 차량의 전동 동작 동안 분할 배터리 모듈들(13)을 냉각할 수 있다.
도 7은, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 컴퓨터로 구현된 내부 냉각 방법에서 택한 단계들의 순서도(7-00)이다. 단계들(7-01 내지 7-04)은 아래와 같다.
단계(7-01): 각 에너지 저장 장치(10)의 센서들로부터 센서 정보를 수집한다. 상기 센서 정보는, 각 센서로부터 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)로, 에너지 저장 장치(10)의 BMU 커넥터(13F)를 통하여 무선 또는 유선으로 MBMS으로, 그리고 내부 SCC(16)로 전송된다.
단계(7-02): 내부 SCC(16)에 저장된 파라미터의 집합으로부터 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 파라미터들에 접근(access)한다.
단계(7-03): 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)을 선호 온도 범위(preferred temperature range) 내에서 분할 배터리 모듈을 유지하기 위하여, 제어 루프(control loop) 및/또는 에너지 저장 장치(10)를 위한 열 모델(thermal model)을 사용하는 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유속(HE flow rate)에 대한 최적 범위를 계산하거나 또는 재계산하기 위해 내부 SCC(16)를 사용(employ)한다.
단계(7-04): HE 흐름 제어기(11C)를 통해 HE 유속을 최적 범위 내로 조정하고, 센서 정보를 수집하고, 계산을 반복한다.
도 8은, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 컴퓨터로 구현된 외부 냉각 방법에서 택한 단계들의 순서도이다. 단계들(8-01 내지 8-09)은 아래와 같다.
단계(8-01): 전력 공급 장치(power source)(20)에 전기 차량을 주차(park)하고, (1) ECU 유입구(21B) 및 ECU 배출구(21A)를 냉각제 트렁크(14C)에 연결(connect)하고, (2) 충전 SCC(22)를 MBMS 커넥터(15A)를 통해 MBMS에 연결하고, (3) 파워 서플라이(23)를 전기적 연결 커넥터(17A)를 통해 전기적 연결(17)에 연결(connect)한다.
단계(8-02): 센서들로부터 센서 정보를 수집하고, 센서 정보를 BMU 커넥터(13F)를 통해 유선으로 또는 무선으로 MBMS로 전송하고, MBMS 커넥터(15A)를 통해 충전 SCC(22)에서 센서 정보를 수신한다.
단계(8-03): 충전 SCC(22)에 저장된 파라미터의 집합으로부터 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 파라미터에 접근한다.
단계(8-04): 각 에너지 저장 장치(10)의 배터리 셀들(13B)을 충전하기 위한 충전 세션 시작(commence)한다.
단계(8-05): 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)을 선호 온도 범위(preferred temperature range) 내에서 분할 배터리 모듈을 유지하기 위하여, 제어 루프(control loop) 또는 열 모델(thermal model)을 사용(employ)하여 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유속(HE flow rate)에 대한 최적 범위를 계산하거나 또는 재계산한다.
단계(8-06): HE 흐름 제어기(11C)를 통해 HE 유속을 최적 범위 내로 조정(adjust)하고, 센서 정보를 수집, 및 충전 세션이 완료될 때까지 계산을 반복한다.
단계(8-07): 충전 세션이 종료된다.
단계(8-08): 냉각제 트렁크(14C)로부터 ECU 배출구(21A) 및 ECU 유입구(21B)를 연결 해제(disconnect)하고, MBMS 커넥터(15A)로부터 충전 SCC(22)를 연결 해제하고, 전기적 연결 커넥터(17A)로부터 파워 서플라이(23)를 연결 해제한다.
단계(8-09): 전기 차량을 전력 공급 장치(power source)(20)로부터 이동하고, 선택적(optionally)으로, 내부 SCC(16)에 의해 제어되는 내부 냉각 장치(14)를 사용하여, 전기 차량의 전동 동작 동안, 분할 배터리 모듈들(13)을 냉각(cool)시킨다.
일반적인 형태로서, 전기 차량(electric vehicle) 내 분할 배터리 모듈들(13)(segmented battery modules)을 위한 내부 냉각 시스템 및 방법(internal cooling system and method)은, 전기 차량에 내장(housed)된 복수의 에너지 저장 장치(10)(energy storage devices)의 각각으로 개별화된 냉각제 흐름(individualized coolant flow)을 제공한다. 각 에너지 저장 장치(10)는, 분할 배터리 모듈(13)과 열전도(thermal conductivity)로 연결(couple)되는 열 교환기(heat exchanger)(11)를 포함한다. 분할 배터리 모듈(13)은 센서들(13C, 13D, 및 13E) 및 배터리 셀들(13B)(battery cells)을 포함한다. 열 교환기(11)(heat exchanger)는 HE 흐름 제어기(11C)를 포함한다. 각 에너지 저장 장치(10)의 개별 센서 정보는 각 분할 배터리 모듈(13)의 BMU(battery management unit) (13A를 통해 수집된다. 내부 SCC(16)(internal SCC)는 상기 개별 센서 정보를 사용하여 에너지 저장 장치(10)의 배터리 셀들(13B)을 냉각하기 위해 각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)를 통해 펌핑된 냉각제의 HE 유속(HE flow rate)을 계산한다. 열 교환기(11)로 전달되는 냉각제는 각 충전 세션 동안 내부 냉각 장치(14)에 의해 냉각되며, 전기 차량(electric vehicle)의 전동 동작(motorized operation) 동안 내부 냉각 장치(14)에 의해 냉각될 수 있다.
내부 냉각 발명의 제1 실시예는, 복수의 분할 배터리 모듈(13)을 위한 내부 냉각 시스템이다. 이 시스템은, (a) 복수의 에너지 저장 장치들(10) - 각 에너지 저장 장치(10)는 분할 배터리 모듈들(13) 중 하나 및 열 교환기(11)를 포함함 -; (b) 전기적 연결(electrical connection)(17), (c) ICT 유입구(14B)(ICU inlet) 및 ICU 배출구(14A)(ICU outlet)를 구비한 내부 냉각 장치(14)(internal cooling unit), (d) 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)(a pari of coolant trunks), 및 (e) 파라미터의 집합(set of parameters)을 포함하는 내부 분할된 냉각 제어기(16)(SCC: segmented cooling controller)를 포함한다.
각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)는, (1) 열 교환기(11)를 통해 냉각제의 흐름을 제어하기 위한 HE 흐름 제어기, (2) 열 교환기(11) 내 복수의 HE통로(11D)로 냉각제를 수신하기 위한 HE유입구(11A); 및 (3) 열 교환기(11)의 HE통로(11D)로부터 냉각제를 배출하기 위한 HE배출구(11B)를 포함한다. 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)은, (1) 전기적 연결 커넥터(17A)와 전기적으로 연결하는 복수의 배터리 셀들(13B), (2) 복수의 센서들과 데이터 통신을 하는 BMU(13A) - 상기 센서들은, 분할 배터리 모듈(13) 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서(13C)를 포함하고, BMU(13A)는, 센서들로부터 센서 정보를 수집하도록 구성됨 -, 및 (3) BMU(13A)와 데이터 통신하는 BMU 커넥터(13F)를 포함한다. 전기적 연결(17)은 각각의 에너지 저장 장치(10)의 배터리 커넥터(13G)에 전기적으로 연결되어 있다. 하나 이상의 전기 연결 커넥터(17A)의 각각은 에너지 저장 장치(10) 중 하나 이상에 대한 충전 세션 동안 전력 공급 장치(power source)(20)의 하나 이상의 파워 서플라이(23) 중 하나에 연결 가능하다.
냉각제 트렁크(14C)의 쌍은, (1) ICU 배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)로부터 받은(receive) 냉각된 냉각제(cooled coolant)를 갖는 냉 트렁크(14C-1), 및 (2) ICU 유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치(14)로 향하는 더워진 냉각제(warmed coolant)가 있는 온 트렁크(14C-2)를 포함한다. 냉 트렁크(14C-1)는 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A)의 각각과 유체 연결되어 있다. 온 트렁크(14C-2)는 에너지 저장 장치(10)의 HE 배출구(11B)의 각각과 유체 연결되어 있다.
내부 냉각 장치(14)와 각 열 교환기(11) 사이의 냉각제 경로는 각 에너지 저장 장치(10)에 대해 제공(establish)되며, 분할된 냉각제 경로는, ICU배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)에서 나오고, 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, 다시 ICU 유입구(14B)를 통하여 내부 냉각 장치(14)로 돌아간다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통과한다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유량을 갖는다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대해 제공된 분할된 냉각제 경로는 HE 흐름 제어기(11C)에 의해 조절된 HE 유속을 가진다.
내부 SCC(16)는, (1) 내부 냉각 장치(14), (2) 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C), 및 (3) 에너지 저장 장치(10)의 BMU 커넥터(13F)를 통해 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)과 직접 또는 간접적으로 데이터 통신한다. 내부 SCC(16)는 각 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)에서 수집한 센서 정보를 유선 또는 무선으로 에너지 저장 장치(10)의 BMU 커넥터(13F)(BMU connector)를 통해 간접적으로 또는 직접적으로 수신하도록 구성되어 있고, 상기 센서 정보는 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서(13C)에 의해 측정된 온도 정보를 적어도 포함한다. 파라미터의 집합은 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)에 대해 선호 온도 범위(preferred temperature range)를 적어도 포함한다.
내부 SCC(16)는, (1) 각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)의 HE 유속(HE flow rate)에 대한 최적 범위(optimal range)를 주기적으로 계산 또는 재계산하고, (2) 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)(HE flow controller)와 직접적 또는 간접적 데이터 통신(data communication)을 통해 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 유속을 유선 또는 무선으로 주기적으로 제어하여 HE 유속을 최적 범위 내로 유지하도록 구성된다. 상기 최적 범위는, (a) 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)를 통해 에너지 저장 장치(10)의 센서로부터 내부 SCC(16)가 수신한 센서 정보, 및 (b) 에너지 저장 장치(10)의 선호 온도 범위에 대한 함수(function)이다.
내부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, 내부 SCC(16)는, (a) 내부 냉각 장치(14)에 전달되는 정격 전력 조정하고, (b) 각각의 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 온도 센서(13C)로부터의 온도 정보에 따라, 에너지 저장 장치(10) 중 적어도 하나에 냉각제 전달의 우선순위를 부여하고(prioritize), (c) 하나 이상의 HE 흐름 제어기(11C)를 통해 냉각제의 HE 유속을 조정하기 위해, 제어 루프(control loop)를 사용한다.
내부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, 각각의 에너지 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 복수의 센서는 분할 배터리 모듈(13)의 배터리 셀(13B)의 전류 정보를 측정하고, 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)를 통해 내부 SCC(16)로 전송하도록 구성된 전류 센서(13E)를 더 포함한다. 또한, 파라미터의 집합은, 각 에너지 저장 장치를 위한 열 모델(thermal model)을 포함한다. 또한, 내부 SCC(16)는, 각 에너지 장치(10)에 대해, (i) 에너지 저장 장치(10)에 대한 선호 온도 범위(preferred temperature range), 에너지 저장 장치(10)에 대한 전류 정보(current information), 및 에너지 저장 장치(10)의 열 모델로부터의 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 발생 추정치(heat generation estimate), 및 (ii) 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 발생 추정치를 상쇄(counteract) 하기 위한 에너지 저장 장치(10)의 HE 유속에 대한 최적 범위(optimal range)를 계산 또는 재계산하도록 더 구성된다.
내부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, 냉각제는 유체(fluid), 물, 기체(gas) 또는 공기이다.
내부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 이 시스템은 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)(15)를 더 포함하고, (b) 내부 SCC(16) 및 각 에너지 저장 장치(10)의 BMU 커넥터(13F) 사이의 유선 또는 무선 데이터 통신은 MBMS(15)를 통해 라우팅(routed)된다.
내부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 및 열 교환기(11)는 열 인터페이스(12)를 통해 열전도로 연결(couple)되고, (b) 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 교환기(11)는 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 적어도 하나의 외부 표면 영역(outer surface area)을 따르는(conform) 방열판(heat sink)을 포함하고, (c) 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 및 방열판 사이의 열 인터페이스는 압축성 열 전도성 재료(compressible thermally conductive material) 또는 열 전도성 페이스트(thermally conductive paste)이다. 각 에너지 저장 장치(10)의 방열판은 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(HE passages)(11D)을 둘러싸는(enclose) 알루미늄 쉘(aluminium shell)을 포함한다.
배터리 셀(13B)로부터 분할 배터리 모듈(13)의 외부 표면 영역으로의 열전도는 분할 배터리 모듈(13) 내의 열전도 프레임 구성요소(heat conducting frame components)를 사용함으로써 증가될 수 있다. 분할 배터리 모듈(13)의 상부 표면 상의 첫 번째 방열판 및 분할 배터리 모듈(13)의 하부 표면 상의 두 번째 방열판과 같은 다중 방열판의 사용은 유용하다. 압축성 열 전도성 재료(material) 또는 열 전도성 페이스트의 사용은 분할 배터리 모듈(13) 및 방열판 사이의 공극이 단열층(heat insulation layer) 역할을 하기 때문에 유용하다. 분할 배터리 모듈(13)의 더 넓은 표면적을 냉각시키기 위해 방열 판 내에 많은 HE통로(11D)를 가지는 것이 유용하다.
내부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, 상기 시스템은 전기 차량에 내장된다. 전기 차량은 전동 전기 차량(1-00) 또는 전력 차(power car)가 될 수 있다. 전동 전기 차량(1-00)인 경우, 상기 전동 전기 차량(1-00)은 전기 연결(17)과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 트랙션 모터(18A) 및 차량 제어 시스템(vehicle control system)을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 트랙션 모터(18A)의 동작은 차량 제어 시스템에 의해 제어되고 내부 SCC(16)는 차량 제어 시스템과 데이터 통신을 한다. 전동 차량에서, 내부 SCC(16)는, (i) 속도 지도(speed map), 경사도 지도(incline grade map), 이동 거리(travel distance), 및 이동 시간(travel time) 중 적어도 하나를 나타내는(detail) 여정 지도(itinerary map), 및 (ii) 전동 전기 차량(1-00)의 현재 경사도(present incline), 전동 전기 차량(1-00)의 적어도 하나의 트랙션 모터(traction motor)(18A)의 현재 전류 부하(present electrical current load), 및 전동 전기 차량(1-00)의 현재 속도(present speed) 중 적어도 하나를 나타내는(detailing) 차량 대시보드(vehicle dashboard)의 (i), (ii) 중 적어도 하나를 다운로드하거나 연결(link)할 수 있다. 만약 전기 차량이 전력 차인 경우에는, (a) 전력 차는, 시스템의 전기적 연결(17)에 전기적으로 연결된 하나 이상의 전력 배출구(power outlets)를 포함하고, (b) 이 하나 이상의 전력 배출구는 전동 전기 차량(1-00)의 하나 이상의 전력 유입구(power inlets)에 연결될 수 있다.
내부 냉각 발명의 제2 실시예는 복수의 분할 배터리 모듈(13)에 대한 컴퓨터로 구현된 내부 냉각 방법이다. 상기 방법은, (a) 전기 차량(10)에 복수의 에너지 저장 장치들을 유지하는 단계 - 각 에너지 저장 장치(10)는, 열 교환기(11) 및 분할 배터리 모듈들(13) 중 하나를 포함함 -, (b) 전기적 연결(17)을 유지하는 단계, (c) ICU 유입구(14B) 및 ICU 배출구(14A)를 가지는 내부 냉각 장치를 유지하는 단계, (d) 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)를 유지하는 단계, (e) 파라미터의 집합을 포함하는 내부 분할 냉각 제어기(internal SCC)를 유지하는 단계, (f) 주기적으로 SCC(16)를 사용하여, 각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)의 HE 유속에 대한 최적 범위를 계산 또는 재계산하는 단계, 및 (g) HE 유속을 최적 범위 내로 유지하기 위해, 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)와의 직접적 또는 간접적인 데이터 통신을 통해, 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 유속을 유선 또는 무선으로 제어하는 단계를 포함한다.
각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)는, (1) 열 교환기(11)를 통해 냉각제의 흐름을 제어하기 위한 HE 흐름 제어기(11C), (2) 열 교환기(11) 내에 복수의 HE 통로들(11D)로 냉각제를 수용하기 위한 HE유입구(11A), 및 (3) 열 교환기(11)의 HE 통로들(11D)로부터 냉각제를 배출하기 위한 HE배출구(11B)를 포함한다. 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)은, (1) 전기적 연결 커넥터(17A)와 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀들(13B), (2) 복수의 센서들과 데이터 통신을 하는 BMU(13A) - 상기 센서는, 분할 배터리 모듈(13) 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서(13C)를 포함하고, BMU(13A)는 센서들로부터 센서 정보를 수집하도록 구성됨, 및 (3) 상기 BMU(13A)와 데이터 통신을 하는 BMU 커넥터(13F)를 포함한다. 전기적 연결(electrical connection)(17)은 각 에너지 저장 장치(10)의 배터리 커넥터(13G)에 전기적으로 연결된다. 전기적 연결(17)은 하나 이상의 전기적 연결 커넥터(17A)와 전기적으로 연결된다. 하나 이상의 에너지 저장 장치(10)의 충전 세션 동안, 하나 이상의 전기적 연결 커넥터(17A) 각각은 에너지 저장 장치(10)의 하나 이상의 전력 공급 장치(power source)(20)의 파워 서플라이(23)와 연결 가능하다.
한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)는, (1) ICU배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)로부터 받은 냉각된 냉각제가 있는 냉 트렁크(14C-1), 및 (2) ICU유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치로 향하는 더워진 냉각제(warmed coolant)가 있는 온 트렁크(14C-2)를 포함한다. 냉 트렁크(14C-1)는 에너지 저장 장치(10)의 각각의 HE 유입구(11A)와 유체 연결되어 있다. 온 트렁크(14C-2)는 에너지 저장 장치(10)의 각각의 HE 배출구(11B)와 유체 연결되어 있다. 내부 냉각 장치(14) 및 각 열 교환기(11) 사이의 분할된 냉각제 경로가 각 에너지 저장 장치(10)에 대해 제공된다. 상기 분할된 냉각제 경로는 ICU배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)로부터 나오고, 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)을 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, 그리고 ICU유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치로 다시 들어간다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통해 통과한다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통한 HE 유속을 가진다.
내부 SCC(16)는, (1) 내부 냉각 장치(14), (2) 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C), 및 (3) 에너지 저장 장치(10)의 BMU 커넥터(13F)를 통해 각각의 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 BMU(13A)와 직접 또는 간접적으로 데이터 통신을 한다. 내부 SCC(16)는 각 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)에 의해 수집된 센서 정보를 무선 또는 에너지 저장 장치(10)의 BMU 커넥터(13F)를 통한 유선으로 직접적으로 또는 간접적으로 수신하도록 구성된다. 상기 센서 정보는 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서(13C)에 의해 측정된 온도 정보를 적어도 포함한다. 파라미터의 집합은, 각각의 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈(13)에 대한 선호 온도 범위를 적어도 포함한다. 상기 선호 범위는, (a) 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)를 통해 에너지 저장 장치(10)의 센서로부터 내부 SCC(16)가 수신한 센서 정보, 및 (b) 에너지 저장 장치(10)의 선호 온도 범위에 대한 함수(function)이다.
내부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 내부 SCC(16)는, (a) 내부 냉각 장치(14)에 전달되는 정격 전력 조정하고, (b) 각각의 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 온도 센서(13C)로부터의 온도 정보에 따라, 에너지 저장 장치(10) 중 적어도 하나에 냉각제 전달의 우선순위를 부여(prioritize)하고, (c) 하나 이상의 HE 흐름 제어기(11C)를 통해 냉각제의 HE 유속을 조정하기 위해, 제어 루프(control loop)를 사용한다.
내부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 각각의 에너지 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 복수의 센서는, 분할 배터리 모듈(13)의 배터리 셀(13B)의 전류 정보를 측정하고 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)를 통해 내부 SCC(16)로 전송하도록 구성된 전류 센서(13E)를 더 포함한다. 또한, 내부 SCC(16)는, 각 에너지 장치(10)에 대해, (i) 에너지 저장 장치(10)에 대한 선호 온도 범위(preferred temperature range), 에너지 저장 장치(10)에 대한 전류 정보(current information), 및 에너지 저장 장치(10)의 열 모델로부터의 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 발생 추정치(heat generation estimate), 및 (ii) 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 발생 추정치를 상쇄(counteract) 하기 위한 에너지 저장 장치(10)의 HE 유속에 대한 최적 범위(optimal range)를 계산 또는 재계산하도록 더 구성된다.
내부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 냉각제(coolant)는 유체(fluid), 물, 기체(gas) 또는 공기이다.
내부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 시스템은 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)(15)를 더 포함하고, (b) 내부 SCC(16) 및 각 에너지 저장 장치(10)의 BMU 커넥터(13F) 사이의 유선 또는 무선 데이터 통신은 MBMS(15)를 통해 라우팅(routed)된다.
내부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 교환기(11)는 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 적어도 하나의 외부 표면 영역(outer surface area)을 따르는(conform) 방열판(heat sink)을 포함하고, (b) 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 및 방열판 사이의 열 인터페이스는 압축성 열 전도성 재료 또는 열 전도성 페이스트이다. 각 에너지 저장 장치(10)의 방열판은 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)을 둘러싸는 알루미늄 쉘을 포함한다.
내부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 상기 방법은 전기 차량에 의해 구현된다. 전기 차량은 전동 전기 차량(1-00) 또는 전력 차(power car)가 될 수 있다. 전동 전기 차량(1-00)인 경우, (a) 상기 전기 전동 차량(1-00)은 전기 연결(17)과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 트랙션 모터(18A) 및 차량 제어 시스템(vehicle control system)을 포함하고, (b) 적어도 하나의 트랙션 모터(18A)의 동작은 차량 제어 시스템에 의해 제어되고, (c) 내부 SCC(16)는 차량 제어 시스템과 데이터 통신을 한다. 내부 SCC(16)는, (i) 속도 지도(speed map), 경사도 지도(incline grade map), 이동 거리(travel distance), 및 이동 시간(travel time) 중 적어도 하나를 나타내는(detail) 여정 지도(itinerary map), 및 (ii) 전동 전기 차량(1-00)의 현재 경사도(a present incline), 전동 전기 차량(1-00)의 적어도 하나의 트랙션 모터(traction motor)(18A)의 현재 전류 부하(present electrical current load), 및 전동 전기 차량(1-00)의 현재 속도(present speed) 중 적어도 하나를 나타내는 차량 대시보드(vehicle dashboard)의 (i), (ii) 중 적어도 하나를 다운로드하거나 연결(link)할 수 있다.
내부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 전력 차는 시스템의 전기적 연결(17)에 전기적으로 연결된 하나 이상의 전력 배출구(power outlets)를 포함하고, (b) 이 하나 이상의 전력 배출구는 전동 전기 차량(1-00)의 하나 이상의 전력 유입구(power inlets)에 연결 가능하다.
일반적인 형태로서, 전기 차량(electric vehicle) 내 분할 배터리 모듈들(13)(segmented battery modules)을 위한 외부 냉각 시스템 및 방법(internal cooling system and method)은, 전기 차량에 내장(housed)된 복수의 에너지 저장 장치(10)(energy storage devices)의 각각으로 개별화된 냉각제 흐름(individualized coolant flow)을 제공한다. 각 에너지 저장 장치(10)는, 분할 배터리 모듈(13)과 열전도(thermal conductivity)로 연결(couple)되는 열 교환기(11)(heat exchanger)를 포함한다. 분할 배터리 모듈(13)은 센서들(13C, 13D, 및 13E) 및 배터리 셀들(13B)(battery cells)을 포함한다. 열 교환기(11)(heat exchanger)는 HE 흐름 제어기(11C)를 포함한다. 각 에너지 저장 장치(10)의 개별 센서 정보는 각 분할 배터리 모듈(13)의 BMU(13A)를 통해 수집된다. 충전 SCC (charging SCC)(22)는 상기 개별 센서 정보를 사용하여 에너지 저장 장치(10)의 배터리 셀들(13B)을 냉각하기 위해 각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)를 통해 펌핑된 냉각제의 HE 유속(HE flow rate)을 계산한다. 열 교환기(11)로 전달되는 냉각제는 각 충전 세션 동안 전력 공급 장치(power source)(20)의 외부 냉각 장치(21)에 의해 냉각된다.
전기 차량에 탑재된 분할 배터리 모듈(13)을 위한 외부 냉각 시스템 및 방법은 전기 차량에 내장된 복수의 에너지 저장 장치 각각으로 개별화된 냉각제 흐름을 가능하게 하는 시스템 및 방법이다. 각 에너지 저장 장치(10)는, 분할 배터리 모듈(13)과 열전도(thermal conductivity)로 연결(couple)되는 열 교환기(11)(heat exchanger)를 포함한다. 분할 배터리 모듈(13)은 센서들(13C, 13D, 및 13E) 및 배터리 셀들(13B)(battery cells)을 포함한다. 열 교환기(11)(heat exchanger)는 HE 흐름 제어기(11C)를 포함한다. 각 에너지 저장 장치(10)의 개별 센서 정보는 각 분할 배터리 모듈(13)의 BMU(13A)(BMU, Battery management unit)를 통해 수집된다. 충전 SCC (charging SCC)(22)는 상기 개별 센서 정보를 사용하여 에너지 저장 장치(10)의 배터리 셀들(13B)을 냉각하기 위해 각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)를 통해 펌핑된 냉각제의 HE 유속(HE flow rate)을 계산한다. 열 교환기(11)로 전달되는 냉각제는 각 충전 세션 동안 전력 공급 장치(power source)(20)의 외부 냉각 장치(21)에 의해 냉각된다.
외부 냉각 발명의 제1 실시예는, 복수의 분할 배터리 모듈(13)을 위한 외부 냉각 시스템이다. 이 시스템은 전력 공급 장치(power source)(20)와 연결(couple)된 전기 차량을 포함한다. 이 시스템은, (a) 전기 차량에 내장된 복수의 에너지 저장 장치들(10) - 각 에너지 저장 장치(10)는 분할 배터리 모듈들(13) 중 하나 및 열 교환기(11)를 포함함 -, (b) 전기 차량에 내장된 전기적 연결(17)(electrical connection), (c) 전기 차량에 내장된 MBMS(master battery management system), (d) 전력 공급 장치(power source)(20)에 내장된 외부 냉각 장치(21) - 상기 외부 냉각 장치(21)는 ECU배출구(21A) 및 ECU유입구(21B)를 포함함 -, (e) 전기 차량에 내장된 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C), 및 (f) 파라미터의 집합을 포함하는 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC: charging segmented cooling controller)(22)를 포함한다.
각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)는, (1) 열 교환기(11)를 통해 냉각제의 흐름을 제어하기 위한 HE 흐름 제어기, (2) 열 교환기(11) 내 복수의 HE통로(11D)로 냉각제를 받기 위한 HE유입구(11A), 및 (3) 열 교환기(11)의 HE통로(11D)로부터 냉각제를 배출하기 위한 HE배출구(11B)를 포함한다. 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)은, (1) 전기적 연결 커넥터(17A)와 전기적으로 연결하는 복수의 배터리 셀들(13B), (2) 복수의 센서들과 데이터 통신을 하는 BMU(13A) - 상기 센서는 분할 배터리 모듈(13) 내에 위치하는 적어도 하나의 온도 센서를 포함하고, 상기 BMU(13A)는 센서들로부터 센서 정보를 수집하도록 구성됨 -, 및 (3) BMU(13A)와 데이터 통신하는 BMU 커넥터(13F)를 포함한다. 전기적 연결(17)은 각각의 에너지 저장 장치(10)의 배터리 커넥터(13G)에 전기적으로 연결되어 있다. 하나 이상의 전기 연결 커넥터(17A)의 각각은 에너지 저장 장치(10) 중 하나 이상에 대한 충전 세션 동안 전력 공급 장치(power source)(20)의 하나 이상의 파워 서플라이(23) 중 하나에 연결 가능하다. MBMS(15)는 각각의 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)와 에너지 저장 장치(10)의 BMU커넥터(13F)를 통해 유선으로 또는 무선으로 데이터 통신한다.
냉각제 트렁크(14C)의 쌍은, (1) 냉각된 냉각제를 받기 위한 냉 트렁크(14C-1), 및 (2) 더워진 냉각제(warmed coolant)를 배출하기 위한 온 트렁크(14C-2)를 포함한다. 냉 트렁크(14C-1)는 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A) 각각과 유체 연결되어 있다. 온 트렁크(14C-2)는 에너지 저장 장치(10)의 HE 배출구(11B) 각각과 유체 연결되어 있다. 외부 냉각 장치(21)와 각 열 교환기(11) 사이의 분할된 냉각제 경로가 각 에너지 저장 장치(10)에 대해 제공된다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통해 통과한다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통해 HE 유속을 가진다. 각 에너지 저장 장치(10)에 제공된 분할된 냉각제 경로는 HE 흐름 제어기(11C)에 의해 조절되는 HE 유속을 가진다.
각 충전 세션 동안 충전 SCC(22)는, (1) 외부 냉각 장치(21), (2) 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C), (3) MBMS(15), 및 (4) 에너지 저장 장치(10)의 BMU커넥터(13F) 및 MBMS(15)를 통해 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 BMU(13A)와 무선 또는 유선으로 간접적 또는 직접적 데이터 통신을 한다. 각 충전 세션 동안 충전 SCC(22)는 에너지 저장 장치(10)의 BMU커넥터(13F)를 통해 유선 또는 무선으로 각 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)에 의해 수집된 센서 정보를 직접적으로 또는 간접적으로 수신하기 위해 구성된다, 상기 센서 정보는 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서(13C)에 의해 측정된 온도 정보를 포함한다. 파라미터의 집합은 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)에 대해 선호 온도 범위(preferred temperature range)를 적어도 포함한다. 각 충전 세션 동안 충전 SCC(22)는, (1) 각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)의 HE 유속(HE flow rate)에 대한 최적 범위(optimal range)를 주기적으로 계산 또는 재계산하고, (2) 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)(HE flow controller)와의 직접적 또는 간접적 데이터 통신(data communication)을 통해 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 유속을 유선 또는 무선으로 주기적으로 제어하여 HE 유속을 최적 범위 내로 유지하도록 구성된다. 상기 최적 범위는, (a) 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)를 통해 에너지 저장 장치(10)의 센서로부터 내부 SCC(16)가 수신한 센서 정보, 및 (b) 에너지 저장 장치(10)의 선호 온도 범위에 대한 함수(function)이다.
외부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, 충전 SCC(22)는 전기 차량에, 또는 대안적으로, 전력 공급 장치(power source)(20)에 내장된다.
외부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 냉 트렁크(14C-1)는, ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)로부터 냉각된 냉각제(cooled coolant)를 받고, (b) 온 트렁크(14C-2)는, ECU유입구(21B)를 통해 외부 냉각 장치(21)로 더워진 냉각제(warmed coolant)를 배출하고, (c) 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로는 ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)에서 나가고, 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE통로들(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, 그리고 다시 ECU유입구(21B)를 통해 외부 냉각 장치로 돌아온다.
외부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, 상기 시스템은 내부 냉각 장치(14D) 및 외부-내부 열 교환기(14D)를 더 포함한다. 내부 냉각 장치(14)는 ICU유입구(14B) 및 ICU배출구(14A)를 포함한다. 냉각제가 외부-내부 열 교환기(14D)를 통해 통과한 후, 냉 트렁크(14C-1)는 ICU배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)로부터 냉각된 냉각제를 받는다. 온 트렁크(14C-2)는 ICU유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치(14)로 더워진 냉각제(warmed coolant)를 배출한다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로는 ICU배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)에서 나가고, 외부-내부 열 교환기(14D)를 지나고, 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)의 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE통로(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, ICU유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치로 돌아온다. 제2 냉각제 경로(second coolant pathway)는 ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)로부터 나가고, 외부-내부 열 교환기(14D)를 통해 통과하고, ECU 유입구(21B)를 통해 외부 냉각 장치(21)로 돌아간다.
상기 실시예는 선택적으로 다음과 같이 구성될 수 있다: (a) 충전 SCC(22)는 전기 차량에 내장(house)되고, (b) 내부 냉각 장치(14)는 충전 SCC(22)와 데이터 통신을 하고, 및 (c) 충전 SCC(22)는 전기 차량의 전동 동작 동안 각 에너지 저장 장치(10)를 통한 냉각제 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 실시예는 선택적으로 대안적으로 다음과 같이 구성될 수 있다: (a) 시스템은 전기 차량에 내장된 내부 SCC(16)를 더 포함하고, (b) 충전 SCC(22)는 전력 공급 장치(power source)(20)에 내장되고, (c) 내부 냉각 장치(14)는 내부 SCC(16)와 데이터 통신을 하고, (d) 내부 SCC(16)는, 전기 차량의 전동 동작 동안, 각 에너지 저장 장치를 통한 냉각제의 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다.
외부 냉각 발명의 첫번째 실시예의 대안적 실시예들에서, 상기 시스템은 내부 냉각 장치(14)를 더 포함한다. 냉 트렁크(14C-1)는 ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)로부터 냉각된 냉각제를 수신한다. 온 트렁크(14C-2)는 ICU유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치(14)로 더워진 냉각제(warmed coolant)를 배출한다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로는 ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)로 나가고, 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE통로들(11D)을 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, ICU유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치(14)로 들어가고, ICU배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14) 밖으로 나오고, ECU유입구(21B)를 통해 외부 냉각 장치(21)로 다시 돌아온다.
상기 실시예는 선택적으로 다음과 같이 구성될 수 있다: (a) 충전 SCC(22)는 전기 차량에 내장되고, (b) 내부 냉각 장치(14)는 충전 SCC(22)와 데이터 통신을 하고, (c) 충전 SCC(22)는, 전기 차량의 전동 동작 동안, 각 에너지 저장 장치(10)를 통한 냉각제 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 실시예는 선택적으로 대안적으로 다음과 같이 구성될 수 있다: (a) 시스템은 전기 차량에 내장된 내부 SCC를 더 포함하고, (b) 충전 SCC(22)는 전력 공급 장치(power source)(20)에 내장되고, (c) 내부 냉각 장치(14)는 내부 SCC(16)와 데이터 통신을 하고, (d) 내부 SCC(16)는, 전기 차량의 전동 동작 동안, 각 에너지 저장 장치(10)를 통한 냉각제 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다.
외부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, 충전 SCC는, (a) 외부 냉각 장치(21)에 전달되는 정격 전력 조정하고, (b) 각각의 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 온도 센서(13C)로부터의 온도 정보에 따라, 에너지 저장 장치(10) 중 적어도 하나에 냉각제 전달의 우선순위를 부여하고, (c) 하나 이상의 HE 흐름 제어기(11C)를 통해 냉각제의 HE 유속을 조정하기 위해, 제어 루프(control loop)를 사용한다.
외부 냉각 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예들에서, 각각의 에너지 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 복수의 센서는 분할 배터리 모듈(13)의 배터리 셀(13B)의 전류 정보를 측정하고 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)를 통해 충전 SCC로 전송하도록 구성된 전류 센서(13E)를 더 포함한다. 파라미터의 집합은 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 모델을 포함한다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 최적 범위의 충전 SCC에 의한 계산 또는 재계산은, (i) 에너지 저장 장치(10)에 대한 선호 온도 범위(preferred temperature range), 에너지 저장 장치(10)에 대한 전류 정보(current information), 및 에너지 저장 장치(10)의 열 모델로부터의 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 발생 추정치(heat generation estimate), 및 (ii) 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 발생 추정치를 상쇄(counteract) 하기 위한 에너지 저장 장치(10)의 HE 유속에 대한 최적 범위(optimal range)의 (i), (ii)의 계산 또는 재계산을 포함한다:
외부 냉각 발명의 첫번째 실시예의 대안적 실시예들에서, 냉각제는 유체(fluid), 물, 기체(gas) 또는 공기이다.
외부 냉각 발명의 첫번째 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 및 열 교환기(11)는 열 인터페이스(12)를 통해 열전도로 연결(couple)되고, (b) 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 교환기(11)는, 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 적어도 하나의 외부 표면 영역(outer surface area)을 따르는(conform) 방열판(heat sink)을 포함하고, (c) 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 및 방열판 사이의 열 인터페이스(12)는 압축성 열 전도성 재료 또는 열 전도성 페이스트이다. 각 에너지 저장 장치(10)의 방열판은 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)을 둘러싸는 알루미늄 쉘을 포함한다.
외부 냉각 발명의 첫번째 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 전기 차량은 전동 전기 차량(1-00)이고, 전동 전기 차량(1-00)은, 전기 연결(17)과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 트랙션 모터(18A) 및 차량 제어 시스템(vehicle control system)을 포함하고, (b) 적어도 하나의 트랙션 모터(18A)의 동작은 차량 제어 시스템에 의해 제어된다.
외부 냉각 발명의 첫번째 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 전기 차량(electric vehicle)은, 전기적 연결(17)에 전기적으로 연결된 하나 이상의 전력 배출구(power outlets)를 포함하는 전력 차(power car)이고, (b) 하나 이상의 전력 배출구는 전동 전기 차량(1-00)의 하나 이상의 전력 유입구(power inlets)에 연결 가능하다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예는 복수의 분할 배터리 모듈(13)을 위한 컴퓨터로 구현된 외부 냉각 방법이다. 상기 방법은, (a) 전기 차량에 복수의 에너지 저장 장치(10)들을 유지(maintain)하는 단계 - 각 에너지 저장장치(10)는 분할 배터리 모듈들(13) 중 하나 및 열 교환기(11)를 포함함 -, (b) 전기 차량에 전기적 연결(electrical connection)을 유지하는 단계, (c) 전기 차량에 MBMS(15)를 유지하는 단계, (d) 전력 공급 장치(power source)(20)의 외부 냉각 장치(21)를 유지하는 단계 - 외부 냉각 장치(21)는 ECU유입구(21B) 및 ECU배출구(21A)를 포함함 -, (e) 전기 차량에 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)를 유지하는 단계, (f) 충전 SCC(22)를 유지하는 단계 - 충전 SCC(22)는 파라미터의 집합을 포함함 -, (g) 하나 이상의 에너지 저장 장치(10)에 대한 충전 세션을 시작하는 단계, (h) 충전 세션 동안, 충전 SCC(22)를 주기적으로 사용하여, 각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)의 HE유속에 대한 최적 범위를 계산 또는 재계산하는 단계, 및 (i) 충전 세션 동안, HE 유속을 최적 범위 내로 유지하기 위하여, 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)와 직접적 또는 간접적 데이터 통신을 통해, 각 에너지 저장 장치(10)의 HE유속을 유선 또는 무선에 의해 제어하는 단계를 포함한다
각 에너지 저장 장치(10)의 열 교환기(11)는, (1) 열 교환기(11)를 통해 냉각제의 흐름을 제어하기 위한 HE 흐름 제어기(11C), (2) 열 교환기(11) 내에 복수의 HE 통로들(11D)로 냉각제를 수용하기 위한 HE유입구(11A), 및 (3) 열 교환기(11)의 HE 통로들(11D)로부터 냉각제를 배출하기 위한 HE배출구(11B)를 포함한다. 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)은, (1) 전기적 연결 커넥터(17A)와 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀들(13B), (2) 복수의 센서들과 데이터 통신을 하는 BMU(13A) - 상기 센서는 분할 배터리 모듈(13) 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서(13C)를 포함하고, BMU(13A)는 센서들로부터 센서 정보를 수집하도록 구성됨 -, 및 (3) 상기 BMU(13A)와 데이터 통신을 하는 BMU 커넥터(13F)를 포함한다. 전기적 연결(17)은 각 에너지 저장 장치(10)의 배터리 커넥터(13G)에 전기적으로 연결된다. 전기적 연결(17)은 하나 이상의 전기적 연결 커넥터(17A)와 전기적으로 연결된다. 하나 이상의 에너지 저장 장치(10)의 충전 세션 동안, 하나 이상의 전기적 연결 커넥터(17A) 각각은 에너지 저장 장치(10)의 하나 이상의 전력 공급 장치(power source)(20)의 파워 서플라이(23)와 연결 가능하다. MBMS(15)는 에너지 저장 장치(10)의 BMU커넥터(13F)를 통해 유선으로 또는 무선으로 각 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)와 데이터 통신을 한다.
냉각제 트렁크(14C)의 쌍은, (1) 냉각된 냉각제를 받기 위한 냉 트렁크(14C-1); 및 (2) 더워진 냉각제(warmed coolant)를 배출하기 위한 온 트렁크(14C-2)를 포함한다. 냉 트렁크(14C-1)는 에너지 저장 장치(10)의 HE 유입구(11A)의 각각과 유체 연결되어 있다. 온 트렁크(14C-2)는 에너지 저장 장치(10)의 HE 배출구(11B)의 각각과 유체 연결되어 있다. 외부 냉각 장치(21)와 각 열 교환기(11) 사이의 분할된 냉각제 경로가 각 에너지 저장 장치(10)에 대해 제공(establish)된다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통해 통과한다. 분할된 냉각제 경로는 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C)를 통해 HE 유속을 가진다. 각 에너지 저장 장치(10)에 제공된 분할된 냉각제 경로는 HE 흐름 제어기(11C)에 의해 조절되는 HE 유속을 가진다.
각 충전 세션 동안, 충전 SCC(22)는, (1) 외부 냉각 장치(21), (2) 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 흐름 제어기(11C), (3) MBMS(15), 및 (4) 에너지 저장 장치(10)의 BMU커넥터(13F) 및 MBMS(15)를 통해 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 BMU(13A)와 무선으로 또는 유선으로 간접적 또는 직접적 데이터 통신을 한다: 각 충전 세션 동안 충전 SCC(22)는 에너지 저장 장치(10)의 BMU커넥터(13F)를 통해 유선 또는 무선으로 각 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)에 의해 수집된 센서 정보를 직접적으로 또는 간접적으로 수신하도록 구성된다. 상기 센서 정보는 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서(13C)에 의해 측정된 온도 정보를 포함한다. 파라미터의 집합은 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)에 대해 적어도 선호 온도 범위(preferred temperature range)를 포함한다. 충전 세션을 시작(commence)하는 단계는, (i) 충전 SCC(22)에 MBMS(15)를 연결하는 단계, 및 (ii) 하나 이상의 전기적 연결 커넥터를 통해 하나 이상의 파워 서플라이(23)에 전기적 연결(17)을 연결하는 단계를 포함한다. 상기 최적 범위는, (i) 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)를 통해 에너지 저장 장치(10)의 센서들로부터 충전 SCC(22)에 의해 수신된 센서 정보, 및 (ii) 에너지 저장 장치(10)에 대한 선호 온도 범위의 함수이다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 충전 SCC(22)는 전기 차량 또는, 대안적으로, 전력 공급 장치(power source)(20)에 유지된다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 냉 트렁크(14C-1)는, ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)로부터 냉각된 냉각제를 수신(receive)하고, (b) 온 트렁크(14C-2)는, ECU유입구(21B)를 통해 외부 냉각 장치(21)로 더워진 냉각제(warmed coolant)를 배출하고, (c) 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로가 ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)에서 나가고, 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE통로들(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, 그리고 다시 ECU유입구(21B)를 통해 외부 냉각 장치로 돌아온다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 상기 방법은 내부 냉각 장치(14D) 및 외부-내부 열 교환기(14D)를 유지하는 단계를 더 포함한다. 내부 냉각 장치(14)는 ICU유입구(14B) 및 ICU배출구(14A)를 포함한다. 냉각제가 외부-내부 열 교환기(14D)를 통해 통과한 후, 냉 트렁크(14C-1)는 ICU배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)로부터 냉각된 냉각제를 수신한다. 온 트렁크(14C-2)는 ICU유입구(14B)를 통해 더워진 냉각제(warmed coolant)를 내부 냉각 장치(14)로 배출한다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로는 ICU배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)에서 나가고, 외부-내부 열 교환기(14D)를 지나고, 한 쌍의 냉각제 트렁크(14C)의 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE통로(11D)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, ICU유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치로 돌아온다. 제2 냉각제 경로(second coolant pathway)는 ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)로부터 나가고, 외부-내부 열 교환기(14D)를 통해 통과하고, ECU 유입구(21B)를 통해 외부 냉각 장치(21)로 돌아간다.
상기 실시예는 선택적으로 다음과 같이 구성될 수 있다: (a) 전기 차량에 충전 SCC(22)가 유지되고, (b) 내부 냉각 장치(14)는 충전 SCC(22)와 데이터 통신하고, (c) 충전 SCC(22)는, 전기 차량의 전동 동작 동안 각 에너지 저장 장치(10)를 통한 냉각제의 흐름을 제어하도록 구성된다.
대안적으로, 상기 실시예는 선택적으로 내부 SCC를 유지할 수 있다. 이 경우, (a) 충전 SCC(22)는 전력 공급 장치(power source)(20)에 유지되고, (b) 내부 냉각 장치(14)는 내부 SCC(16)와 데이터 통신을 하고, (c) 내부 SCC(16)는, 전기 차량의 전동 동작 동안 각 에너지 저장 장치(10)를 통한 냉각제의 흐름을 제어하도록 구성된다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 상기 방법은 내부 냉각 장치(14)를 유지하는 것을 더 포함한다. 냉 트렁크(14C-1)는 ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)로부터 냉각된 냉각제를 수신한다. 온 트렁크(14C-2)는 ICU유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치(14)로 더워진 냉각제(warmed coolant)를 배출한다. 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 분할된 냉각제 경로는 ECU배출구(21A)를 통해 외부 냉각 장치(21)를 나가고, 냉 트렁크(14C-1)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE유입구(11A)를 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE통로들(11D)을 지나고, 에너지 저장 장치(10)의 HE배출구(11B)를 지나고, 온 트렁크(14C-2)를 지나고, ICU유입구(14B)를 통해 내부 냉각 장치(14)로 들어가고, ICU배출구(14A)를 통해 내부 냉각 장치(14)를 나가고, ECU유입구(21B)를 통해 외부 냉각 장치(21)로 다시 돌아온다.
대안적으로, 상기 실시예는 선택적으로 분할된 냉각 제어기(SCC)를 추가로 유지할 수 있다. 이 경우, (a) 충전 SCC(22)는 전력 공급 장치(power source)(20)에 유지되고, (b) 내부 냉각 장치(14)는 내부 SCC(16)와 데이터 통신을 하고, (c) 내부 SCC(16)는, 전기 차량의 전동 동작 동안 각 에너지 저장 장치(10)를 통한 냉각제 흐름을 제어하도록 구성된다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 충전 SCC는, (a) 외부 냉각 장치(21)에 전달되는 정격 전력 조정하고, (b) 각각의 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 온도 센서(13C)로 부터의 온도 정보에 따라, 에너지 저장 장치(10) 중 적어도 하나에 냉각제 전달(delivery of coolant)의 우선순위를 부여(prioritize)하고, (c) 하나 이상의 HE 흐름 제어기(11C)를 통해 냉각제의 HE 유속을 조정하기 위해, 제어 루프(control loop)를 사용한다:
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 각각의 에너지 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 복수의 센서는 분할 배터리 모듈(13)의 배터리 셀(13B)의 전류 정보를 측정하고 에너지 저장 장치(10)의 BMU(13A)를 통해 충전 SCC로 전송하도록 구성된 전류 센서(13E)를 더 포함한다. 파라미터의 집합은 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 모델을 포함한다. 또한, 주기적으로 충전 SCC를 사용하여 최적 범위를 계산 또는 재계산하는 단계는, 각 에너지 저장 장치(10)에 대해, (i) 에너지 저장 장치(10)에 대한 선호 온도 범위(preferred temperature range), 에너지 저장 장치(10)에 대한 전류 정보(current information), 및 에너지 저장 장치(10)의 열 모델로부터의 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 발생 추정치(heat generation estimate), 및 (ii) 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 발생 추정치를 상쇄(counteract) 하기 위한 에너지 저장 장치(10)의 HE 유속에 대한 최적 범위(optimal range)를 계산 또는 재계산하는 것을 포함한다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, 냉각제는 유체(fluid), 물, 기체(gas) 또는 공기이다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 및 열 교환기(11)는 열 인터페이스(12)를 통해 열전도로 연결(couple)되고, (b) 각 에너지 저장 장치(10)에 대한 열 교환기(11)는, 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13)의 적어도 하나의 외부 표면 영역(outer surface area)을 따르는(conform) 방열판(heat sink)을 포함하고, (c) 각 에너지 저장 장치(10)의 분할 배터리 모듈(13) 및 방열판 사이의 열 인터페이스(12)는 압축성 열 전도성 재료 또는 열 전도성 페이스트이다. 각 에너지 저장 장치(10)의 방열판은 각 에너지 저장 장치(10)의 HE 통로들(11D)을 둘러싸는 알루미늄 쉘을 포함한다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 전기 차량은, 전기 연결(17)과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 트랙션 모터(18A) 및 차량 제어 시스템(vehicle control system)을 포함하는 전동 전기 차량(1-00)이고, (b) 적어도 하나의 트랙션 모터(18A)의 동작은 차량 제어 시스템에 의해 제어된다.
외부 냉각 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예들에서, (a) 전기 차량은, 전기적 연결(17)에 전기적으로 연결된 하나 이상의 전력 배출구(power outlets)를 포함하는 전력 차(power car)이고, 및 (b) 하나 이상의 전력 배출구는 전동 전기 차량(1-00)의 하나 이상의 전력 유입구(power inlets)에 연결 가능하다.
다양한 측면(aspects) 및 실시예가 본 명세서에 개시되었으나, 본 발명의 다양한 다른 수정들 및 변형이 본 발명의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않고 전술한(foregoing) 개시를 읽은 후 당업자에게 명백할 것임은 명백할 것이고, 이러한 모든 수정들 및 변형은 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함된다. 본 명세서에 개시된 다양한 측면 및 실시예는 예시를 위한 것이며 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 진정한 범위(scope) 및 기술적 사상은 첨부된 청구범위에 의해 기술된다.

Claims (21)

  1. 복수의 분할 배터리 모듈들을 위한 외부 냉각 시스템에 있어서,
    전력 공급 장치와 쌍을 이루는 전기 차량
    을 포함하고,
    (a) 상기 전기 차량에 내장된 복수의 에너지 저장 장치들,
    (b) 상기 전기 차량에 내장된 전기적 연결,
    (c) 상기 전기 차량에 내장된 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS),
    (d) 상기 전력 공급 장치에 내장된 외부 냉각 장치,
    (e) 상기 전기 차량에 내장된 한 쌍의 냉각제 트렁크, 및
    (f) 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)
    를 포함하고,
    각 에너지 저장 장치는,
    열 교환기, 및
    상기 분할 배터리 모듈들 중 하나
    를 포함하고,
    각 에너지 저장 장치의 열 교환기는,
    상기 열 교환기를 통하여 냉각제의 흐름을 제어하기 위한 HE 흐름 제어기,
    상기 열 교환기 내에서 복수의 HE 통로들로 상기 냉각제를 수신하기 위한 HE 유입구, 및
    상기 열 교환기의 상기 HE 통로들로부터 냉각제를 배출하기 위한 HE 배출구
    를 포함하고,
    각 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈은,
    전기적 연결 커넥터와 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀들,
    복수의 센서들과 데이터 통신하는 배터리 관리 모듈(BMU: battery management module), 및
    상기 배터리 관리 모듈과 유선 또는 무선 데이터 통신하는 BMU 커넥터
    를 포함하고,
    상기 센서들은,
    상기 분할 배터리 모듈 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서
    를 포함하고,
    상기 배터리 관리 모듈(BMU)은,
    상기 센서들로부터 센서 정보를 수집하도록 구성되고,
    상기 전기적 연결은,
    상기 에너지 저장 장치들의 각각의 배터리 커넥터로 전기적으로 연결되고,
    상기 전기적 연결은,
    하나 이상의 전기적 연결 커넥터와 전기적으로 연결되고,
    상기 하나 이상의 전기적 연결 커넥터의 각각은,
    각 충전 세션 동안 상기 에너지 저장 장치들 중 하나 이상을 위한 복수의 충전 세션들의 각각 동안 상기 전력 공급 장치의 하나 이상의 파워 서플라이 중 하나에 연결 가능하고,
    상기 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)은,
    상기 에너지 저장 장치의 BMU 커넥터를 통하여 각 에너지 저장 장치의 BMU와 유선 또는 무선 데이터 통신하고,
    상기 외부 냉각 장치는,
    ECU 유입구, 및
    ECU 배출구
    를 포함하고,
    상기 한 쌍의 냉각제 트렁크는,
    냉각된 냉각제를 수신하기 위한 냉 트렁크, 및
    더워진 냉각제를 배출하기 위한 온 트렁크
    를 포함하고,
    상기 냉 트렁크는,
    상기 에너지 저장 장치들의 HE 유입구들의 각각과 유체 연결되고,
    상기 온 트렁크는,
    상기 에너지 저장 장치들의 HE 배출구들의 각각과 유체 연결되고,
    각 에너지 저장 장치에 대하여, 상기 외부 냉각 장치와 각 열 교환기의 사이에 분할된 냉각제 경로가 제공되고,
    상기 분할된 냉각제 경로는 상기 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기를 통하여 통과하고,
    상기 분할된 냉각제 경로는 상기 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기를 통하여 HE 유속(HE flow rate)을 가지고,
    각 에너지 저장 장치에 대하여 제공된 상기 분할된 냉각제 경로는,
    상기 HE 흐름 제어기에 의하여 조절되는 HE 유속을 가지고,
    상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    파라미터의 집합을 포함하고,
    각 충전 세션 동안, 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    (1) 상기 외부 냉각 장치,
    (2) 각 에너지 저장 장치의 상기 HE 흐름 제어기,
    (3) 상기 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS), 및
    (4) 상기 에너지 저장 장치의 상기 BMU 커넥터 및 상기 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)을 통하여 각 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈의 배터리 관리 모듈(BMU)
    와 유선 또는 무선으로 직접 또는 간접으로 데이터 통신하고,
    각 충전 세션 동안, 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    상기 에너지 저장 장치의 BMU 커넥터를 통하여 무선 또는 유선으로 각 에너지 저장 장치의 배터리 관리 모듈(BMU)에 의하여 수집된 상기 센서 정보를 직접 또는 간접으로 수신하도록 구성되고,
    상기 센서 정보는,
    상기 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈 내에 위치한 상기 적어도 하나의 온도 센서에 의하여 측정된 온도 정보를 적어도 포함하고,
    상기 파라미터의 집합은,
    각 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈에 대하여 선호 온도 범위를 적어도 포함하고,
    각 충전 세션 동안, 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는, 주기적으로,
    (1) 각 에너지 저장 장치의 열 교환기의 HE 유속에 대한 최적 범위를 계산하거나 재계산하고,
    (2) 상기 HE 유속을 상기 최적 범위 내로 유지하기 위하여, 상기 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기와 직접 또는 간접 데이터 통신하여, 각 에너지 저장 장치의 HE 유속을 유선 또는 무선으로 제어하고,
    상기 최적 범위는,
    (a) 상기 에너지 저장 장치의 배터리 관리 모듈(BMU)을 통하여 상기 에너지 저장 장치의 상기 센서들로부터 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)에 의하여 수신된 상기 센서 정보, 및
    (b) 상기 에너지 저장 장치에 대한 상기 선호 온도 범위
    의 함수이고,
    상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    상기 전력 공급 장치에 내장되고,
    각 에너지 저장 장치에 대하여, 상기 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기 및
    상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC) 사이의 데이터 통신은,
    상기 전동 전기 차량(motorized electric vehicle)의 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS), 또는
    상기 에너지 저장 장치의 배터리 관리 모듈(BMU)
    중 어느 것도 통과하지 않는,
    시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉 트렁크는,
    상기 ECU 배출구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로부터 냉각된 냉각제를 수신하고,
    상기 온 트렁크는,
    상기 ECU 유입구을 통하여 상기 외부 냉각 장치로 더워진 냉각제를 배출하고,
    각 에너지 저장 장치에 대한 상기 분할된 냉각제 경로는,
    상기 ECU 배출구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로부터 나오고, 상기 냉 트렁크를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 유입구를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 통로들을 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 배출구를 지나고, 상기 온 트렁크를 지나고, 상기 ECU 유입구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로 돌아오는,
    시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    외부-내부 열 교환기, 및
    내부 냉각 장치
    를 더 포함하고,
    상기 내부 냉각 장치는,
    ICU 유입구 및 ICU 배출구를 포함하고,
    상기 냉 트렁크는,
    상기 냉각제가 상기 외부-내부 열 교환기를 통과한 후, 상기 ICU 배출구를 통해 상기 내부 냉각 장치로부터 냉각된 냉각제를 수신하고,
    상기 온 트렁크는,
    상기 ICU 유입구를 통하여 상기 내부 냉각 장치로 더워진 냉각제를 배출하고,
    각 에너지 저장 장치에 대한 상기 분할된 냉각제 경로는,
    상기 ICU 배출구를 통하여 상기 내부 냉각 장치로부터 나오고, 외부-내부 열 교환기를 지나고, 상기 한 쌍의 냉각제 트렁크의 냉 트렁크를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 유입구를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 통로들을 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 배출구를 지나고, 상기 온 트렁크를 지나고, 상기 ICU 유입구를 통하여 상기 내부 냉각 장치로 돌아오고,
    상기 ECU 배출구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로부터 나오는 제2 냉각제 경로는,
    상기 외부-내부 열 교환기를 지나고, 상기 ECU 유입구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로 돌아오는,
    시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    내부 냉각 장치
    을 더 포함하고,
    상기 냉 트렁크는,
    상기 ECU 배출구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로부터 냉각된 냉각제를 수신하고,
    상기 온 트렁크는,
    상기 ICU 유입구를 통하여 상기 내부 냉각 장치로 더워진 냉각제를 배출하고,
    각 에너지 저장 장치에 대한 상기 분할된 냉각제 경로는,
    상기 ECU 배출구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로부터 나오고, 상기 냉 트렁크를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 유입구를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 통로들을 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 배출구를 지나고, 상기 온 트렁크를 지나고, 상기 ICU 유입구를 통해 상기 내부 냉각 장치로 들어가고, 상기 ICU 배출구를 통해 상기 내부 냉각 장치로부터 나오고, 상기 ECU 유입구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로 돌아오는,
    시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    상기 외부 냉각 장치로 전달되는 정격 전력을 조정하고,
    상기 에너지 저장 장치들의 각각의 분할 배터리 모듈의 온도 센서로부터의 온도 정보에 기초하여, 상기 에너지 저장 장치들 중 적어도 하나에게 냉각제 전달의 우선순위를 부여하고,
    상기 HE 흐름 제어기 중 하나 이상을 통하여 냉각제의 HE 유속을 조정하는
    제어 루프를 채용하는,
    시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    각 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈 내 상기 복수의 센서들은,
    상기 분할 배터리 모듈의 배터리 셀들의 전류를 측정하고, 상기 에너지 저장 장치의 배터리 관리 모듈(BMU)을 통하여, 상기 분할 배터리 모듈의 배터리 셀들의 전류 정보를 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)로 전송하도록 구성된 전류 센서
    를 더 포함하고,
    상기 파라미터의 집합은,
    각 에너지 저장 장치에 대한 열 모델
    을 포함하고,
    상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)에 의하여 각 에너지 저장 장치에 대한 최적 범위를 계산하거나 재계산하는 것은,
    (i) 상기 에너지 저장 장치에 대한 상기 선호 온도 범위, 상기 에너지 저장 장치에 대한 상기 전류 정보, 및 상기 에너지 저장 장치의 상기 열 모델에 기초한 상기 에너지 저장 장치에 대한 열 발생 추정치, 및
    (ii) 상기 에너지 저장 장치에 대한 열 발생 추정치를 상쇄하기 위한 상기 에너지 저장 장치의 HE 유속에 대한 최적 범위를 계산하거나 재계산하는 것을 포함하는,
    시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각제는,
    유체, 물, 기체 또는 공기인,
    시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    각 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈 및 상기 열 교환기는,
    열 인터페이스를 통하여 열전도로 쌍을 이루고,
    각 에너지 저장 장치에 대한 상기 열 교환기는,
    상기 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈의 적어도 하나의 외부 표면 영역을 따르는 방열판을 포함하고,
    각 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈 및 상기 방열판 간의 상기 열 인터페이스는,
    압축성 열 전도성 재료 또는 열 전도성 페이스트인,
    시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    각 에너지 저장 장치의 상기 방열판은,
    상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 통로들을 둘러싸는 알루미늄 쉘
    을 포함하는 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기 차량은,
    상기 전기적 연결과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 트랙션 모터 및 차량 제어 시스템을 포함하는 전동 전기 차량이고,
    상기 적어도 하나의 트랙션 모터의 동작은,
    상기 차량 제어 시스템에 의하여 제어되는,
    시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전기 차량은,
    상기 전기적 연결에 전기적으로 연결된 하나 이상의 전력 배출구를 포함하는 전력 차(power car)이고,
    상기 하나 이상의 전력 배출구는,
    전동 전기 차량의 하나 이상의 전력 유입구에 연결 가능한,
    시스템.
  12. 복수의 분할 배터리 모듈들을 위한 컴퓨터로 구현된 외부 냉각 방법에 있어서,
    (a) 전기 차량에 복수의 에너지 저장 장치들을 유지하는 단계,
    (b) 상기 전기 차량에 전기적 연결을 유지하는 단계,
    (c) 상기 전기 차량에 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS: master battery management system)을 유지하는 단계,
    (d) 전력 공급 장치에 외부 냉각 장치를 유지하는 단계,
    (e) 상기 전기 차량에 한 쌍의 냉각제 트렁크를 유지하는 단계,
    (f) 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC: charging segmented cooling controller)를 유지하는 단계,
    (g) 하나 이상의 에너지 저장 장치에 대하여 충전 세션을 시작(commence)하는 단계,
    (h) 상기 충전 세션 동안, 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)가, 주기적으로, 각 에너지 저장 장치의 열 교환기의 HE 유속을 위한 최적 범위를 계산 또는 재계산하도록 채용하는 단계, 및
    (i) 상기 충전 세션 동안, 상기 HE 유속을 상기 최적 범위 내로 유지하기 위하여, 상기 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기와 직접 또는 간접 데이터 통신하여, 각 에너지 저장 장치의 HE 유속을 유선 또는 무선으로 제어하는 단계
    를 포함하고,
    각 에너지 저장 장치는,
    열 교환기, 및
    상기 분할 배터리 모듈들 중 하나
    를 포함하고,
    각 에너지 저장 장치의 열 교환기는,
    상기 열 교환기를 통하여 냉각제의 흐름을 제어하기 위한 HE 흐름 제어기,
    상기 열 교환기 내에서 복수의 HE 통로들로 상기 냉각제를 수신하기 위한 HE 유입구, 및
    상기 열 교환기의 상기 HE 통로들로부터 냉각제를 배출하기 위한 HE 배출구
    를 포함하고,
    각 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈은,
    전기적 연결 커넥터와 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀들,
    복수의 센서들과 데이터 통신하는 배터리 관리 모듈(BMU: battery management module), 및
    상기 배터리 관리 모듈(BMU)과 유선 또는 무선 데이터 통신하는 BMU 커넥터
    를 포함하고,
    상기 센서들은,
    상기 분할 배터리 모듈 내에 위치한 적어도 하나의 온도 센서
    를 포함하고,
    상기 배터리 관리 모듈(BMU)은,
    상기 센서들로부터 센서 정보를 수집하도록 구성되고,
    상기 전기적 연결은,
    상기 에너지 저장 장치들의 각각의 배터리 커넥터로 전기적으로 연결되고,
    상기 전기적 연결은,
    하나 이상의 전기적 연결 커넥터와 전기적으로 연결되고,
    상기 하나 이상의 전기적 연결 커넥터의 각각은,
    각 충전 세션 동안 상기 에너지 저장 장치들 중 하나 이상을 위한 복수의 충전 세션들의 각각 동안 상기 전력 공급 장치의 하나 이상의 파워 서플라이 중 하나에 연결 가능하고,
    상기 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)은,
    상기 에너지 저장 장치의 BMU 커넥터를 통하여 각 에너지 저장 장치의 BMU와 유선 또는 무선 데이터 통신하고,
    상기 외부 냉각 장치는,
    ECU 유입구, 및
    ECU 배출구
    를 포함하고,
    상기 한 쌍의 냉각제 트렁크는,
    냉각된 냉각제를 수신하기 위한 냉 트렁크, 및
    더워진 냉각제를 배출하기 위한 온 트렁크
    를 포함하고,
    상기 냉 트렁크는,
    상기 에너지 저장 장치들의 HE 유입구들의 각각과 유체 연결되고,
    상기 온 트렁크는,
    상기 에너지 저장 장치들의 HE 배출구들의 각각과 유체 연결되고,
    각 에너지 저장 장치에 대하여, 상기 외부 냉각 장치와 각 열 교환기의 사이에 분할된 냉각제 경로가 제공되고,
    상기 분할된 냉각제 경로는 상기 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기를 통하여 통과하고,
    상기 분할된 냉각제 경로는 상기 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기를 통하여 HE 유속을 가지고,
    각 에너지 저장 장치에 대하여 제공된 상기 분할된 냉각제 경로는,
    상기 HE 흐름 제어기에 의하여 조절되는 HE 유속을 가지고,
    상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    파라미터의 집합을 포함하고,
    각 충전 세션 동안, 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    (1) 상기 외부 냉각 장치,
    (2) 각 에너지 저장 장치의 상기 HE 흐름 제어기,
    (3) 상기 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS), 및
    (4) 상기 에너지 저장 장치의 상기 BMU 커넥터 및 상기 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)을 통하여 각 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈의 배터리 관리 모듈(BMU)
    와 유선 또는 무선으로 직접 또는 간접으로 데이터 통신하고,
    각 충전 세션 동안, 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    상기 에너지 저장 장치의 BMU 커넥터를 통하여 무선 또는 유선으로 각 에너지 저장 장치의 배터리 관리 모듈(BMU)에 의하여 수집된 상기 센서 정보를 직접 또는 간접으로 수신하도록 구성되고,
    상기 센서 정보는,
    상기 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈 내에 위치한 상기 적어도 하나의 온도 센서에 의하여 측정된 온도 정보를 적어도 포함하고,
    상기 파라미터의 집합은,
    각 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈에 대하여 선호 온도 범위를 적어도 포함하고,
    상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    상기 전력 공급 장치에 유지되고,
    각 에너지 저장 장치에 대하여, 상기 에너지 저장 장치의 HE 흐름 제어기 및 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC) 사이의 데이터 통신은,
    상기 전동 전기 차량의 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS), 또는
    상기 에너지 저장 장치의 배터리 관리 모듈(BMU)
    중 어느 것도 통과하지 않고,
    상기 충전 세션을 시작하는 단계는,
    상기 마스터 배터리 관리 시스템(MBMS)을 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)에 연결하는 단계, 및
    하나 이상의 전기적 연결 커넥터를 통하여 상기 전기적 연결을 하나 이상의 파워 서플라이에 연결하는 단계
    를 포함하고,
    상기 최적 범위는,
    (a) 상기 에너지 저장 장치의 배터리 관리 모듈(BMU)을 통하여 상기 에너지 저장 장치의 상기 센서들로부터 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)에 의하여 수신된 상기 센서 정보, 및
    (b) 상기 에너지 저장 장치에 대한 상기 선호 온도 범위
    의 함수인,
    방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉 트렁크는,
    상기 ECU 배출구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로부터 냉각된 냉각제를 수신하고,
    상기 온 트렁크는,
    상기 ECU 유입구을 통하여 상기 외부 냉각 장치로 더워진 냉각제를 배출하고,
    각 에너지 저장 장치에 대한 상기 분할된 냉각제 경로는,
    상기 ECU 배출구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로부터 나오고, 상기 냉 트렁크를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 유입구를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 통로들을 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 배출구를 지나고, 상기 온 트렁크를 지나고, 상기 ECU 유입구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로 돌아오는,
    방법.
  14. 제12항에 있어서,
    외부-내부 열 교환기 및 내부 냉각 장치를 유지하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 내부 냉각 장치는,
    ICU 유입구 및 ICU 배출구를 포함하고,
    상기 냉 트렁크는,
    상기 냉각제가 상기 외부-내부 열 교환기를 통과한 후, 상기 ICU 배출구를 통해 상기 내부 냉각 장치로부터 냉각된 냉각제를 수신하고,
    상기 온 트렁크는,
    상기 ICU 유입구를 통하여 상기 내부 냉각 장치로 더워진 냉각제를 배출하고,
    각 에너지 저장 장치에 대한 상기 분할된 냉각제 경로는,
    상기 ICU 배출구를 통하여 상기 내부 냉각 장치로부터 나오고, 외부-내부 열 교환기를 지나고, 상기 한 쌍의 냉각제 트렁크의 냉 트렁크를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 유입구를 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 통로들을 지나고, 상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 배출구를 지나고, 상기 온 트렁크를 지나고, 상기 ICU 유입구를 통하여 상기 내부 냉각 장치로 돌아오고,
    상기 ECU 배출구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로부터 나오는 제2 냉각제 경로는,
    상기 외부-내부 열 교환기를 지나고, 상기 ECU 유입구를 통하여 상기 외부 냉각 장치로 돌아오는,
    방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)는,
    상기 외부 냉각 장치로 전달되는 정격 전력을 조정하고,
    상기 에너지 저장 장치들의 각각의 분할 배터리 모듈의 온도 센서로부터의 온도 정보에 기초하여, 상기 에너지 저장 장치들 중 적어도 하나에게 냉각제 전달의 우선순위를 부여하고,
    상기 HE 흐름 제어기 중 하나 이상을 통하여 냉각제의 HE 유속을 조정하는
    제어 루프를 채용하는,
    방법.
  16. 제12항에 있어서,
    각 에너지 저장 장치의 분할 배터리 모듈 내 상기 복수의 센서들은,
    상기 분할 배터리 모듈의 배터리 셀들의 전류를 측정하고, 상기 에너지 저장 장치의 배터리 관리 모듈(BMU)을 통하여, 상기 분할 배터리 모듈의 배터리 셀들의 전류 정보를 상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)로 전송하도록 구성된 전류 센서
    를 더 포함하고,
    상기 파라미터의 집합은,
    각 에너지 저장 장치에 대한 열 모델
    을 포함하고,
    상기 충전 분할된 냉각 제어기(charging SCC)가, 주기적으로, 각 에너지 저장 장치의 열 교환기의 HE 유속을 위한 최적 범위를 계산 또는 재계산하도록 채용하는 단계는,
    (i) 상기 에너지 저장 장치에 대한 상기 선호 온도 범위, 상기 에너지 저장 장치에 대한 상기 전류 정보, 및 에너지 저장 장치의 상기 열 모델에 기초한 상기 에너지 저장 장치에 대한 열 발생 추정치, 및
    (ii) 상기 에너지 저장 장치에 대한 열 발생 추정치를 상쇄하기 위한 상기 에너지 저장 장치의 HE 유속에 대한 최적 범위
    를 계산하거나 재계산하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 냉각제는,
    유체, 물, 기체 또는 공기인,
    방법.
  18. 제12항에 있어서,
    각 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈 및 상기 열 교환기는,
    열 인터페이스를 통하여 열전도로 쌍을 이루고,
    각 에너지 저장 장치에 대한 상기 열 교환기는,
    상기 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈의 적어도 하나의 외부 표면 영역을 따르는 방열판을 포함하고,
    각 에너지 저장 장치의 상기 분할 배터리 모듈 및 상기 방열판 간의 상기 열 인터페이스는,
    압축성 열 전도성 재료 또는 열 전도성 페이스트인,
    방법.
  19. 제18항에 있어서,
    각 에너지 저장 장치의 상기 방열판은,
    상기 에너지 저장 장치의 상기 HE 통로들을 둘러싸는 알루미늄 쉘
    을 포함하는 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 전기 차량은,
    상기 전기적 연결과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 트랙션 모터 및 차량 제어 시스템을 포함하는 전동 전기 차량이고,
    상기 적어도 하나의 트랙션 모터의 동작은,
    상기 차량 제어 시스템에 의하여 제어되는,
    방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 전기 차량은,
    상기 전기적 연결에 전기적으로 연결된 하나 이상의 전력 배출구를 포함하는 전력 차고,
    상기 하나 이상의 전력 배출구는,
    전동 전기 차량의 하나 이상의 전력 유입구에 연결 가능한,
    방법.
KR1020220021114A 2021-02-18 2022-02-17 전기 차량에 장착된 분할 배터리 모듈을 위한 외부 냉각 시스템 및 방법 KR20220118941A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SG10202101656Q 2021-02-18
SG10202101656Q 2021-02-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220118941A true KR20220118941A (ko) 2022-08-26

Family

ID=80682744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220021114A KR20220118941A (ko) 2021-02-18 2022-02-17 전기 차량에 장착된 분할 배터리 모듈을 위한 외부 냉각 시스템 및 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220263148A1 (ko)
EP (1) EP4046858A1 (ko)
JP (1) JP7416841B2 (ko)
KR (1) KR20220118941A (ko)
CN (1) CN114976341A (ko)
NZ (1) NZ784998A (ko)
TW (1) TW202235300A (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230382250A1 (en) * 2022-05-24 2023-11-30 Beta Air, Llc Electric charging station for an electric vehicle and a method for its use
US20240051676A1 (en) * 2022-08-09 2024-02-15 Beta Air, Llc Cooling system and methods for regulating a temperature of an electric aircraft power supply during charging
WO2024107698A1 (en) * 2022-11-14 2024-05-23 Archer Aviation Inc. Heat exchanger assemblies and cooling systems for evtol aircraft
CN116526016A (zh) * 2023-07-04 2023-08-01 宁德时代新能源科技股份有限公司 冷却系统及其储能电站和冷却控制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3008175A1 (fr) * 2013-07-04 2015-01-09 Valeo Systemes Thermiques Dispositif de regulation de la circulation d'un liquide de refroidissement pour un echangeur de chaleur, en particulier refroidisseur d'air de suralimentation de moteur de vehicule automobile
JP2017105290A (ja) * 2015-12-09 2017-06-15 三菱自動車工業株式会社 駆動用バッテリの温度調整装置
DE102017223214A1 (de) 2017-12-19 2019-06-19 Siemens Aktiengesellschaft Spurgebundenes Fahrzeug, Anordnung zur Kühlung einer Energiespeichereinrichtung des spurgebundenen Fahrzeugs sowie Verfahren zur Steuerung der Anordnung
JP2021524226A (ja) * 2018-05-07 2021-09-09 チャージポイント インコーポレイテッド 電気車両充電システム
CN112311039A (zh) * 2019-08-02 2021-02-02 迈恩移动研究有限公司 用于为电池充电的设备、系统和方法
US11964535B2 (en) * 2019-11-18 2024-04-23 Bollinger Motors, Inc. Electric automotive vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
TW202235300A (zh) 2022-09-16
CN114976341A (zh) 2022-08-30
JP2022130327A (ja) 2022-09-06
JP7416841B2 (ja) 2024-01-17
NZ784998A (en) 2024-02-23
US20220263148A1 (en) 2022-08-18
EP4046858A1 (en) 2022-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220118941A (ko) 전기 차량에 장착된 분할 배터리 모듈을 위한 외부 냉각 시스템 및 방법
US9452683B2 (en) Traction battery thermal plate with longitudinal channel configuration
US9368845B2 (en) Traction battery thermal plate with multi pass channel configuration
US20170232865A1 (en) Thermal Management System for Fast Charge Battery Electric Vehicle
US11180044B2 (en) Electric vehicle cooling system
US10483603B2 (en) Peristaltic pump for traction battery thermal management system
CN101010215B (zh) 用于混合机车和非公路车辆的高温电力储存电池系统
CN102470758B (zh) 电动车辆的冷却系统
US20150263397A1 (en) Side mounted traction battery thermal plate
US9819062B2 (en) Traction battery assembly with thermal device
US20160118700A1 (en) Traction battery thermal management
US20090260905A1 (en) In-Vehicle Device Cooling Apparatus
US20120247713A1 (en) Method and system for battery temperature control in a hybrid or electric vehicle
CN103828176A (zh) 用于对电动车辆电池进行再充电的系统和方法
US10396411B2 (en) Traction battery thermal plate with transverse channel configuration
CN104953059A (zh) 用于牵引电池组件中的电池单元的支撑结构
US9579988B2 (en) Work vehicle
CN111740047B (zh) 用于可再充电能量存储系统的冷却板
BR102018012649B1 (pt) Método de projetar máquina
US9413047B2 (en) Assembly to manage contact between battery cell array and thermal interface component of thermal plate
US20160064708A1 (en) Angled Battery Cell Configuration for a Traction Battery Assembly
US9768478B2 (en) Traction battery assembly
US9666844B2 (en) Support structure for angled battery cell configuration for a traction battery assembly
KR20130131297A (ko) 자동차의 구동 모터에 전원을 공급하기 위한 배터리의 충전기
KR20180118873A (ko) 챔버형 전기버스 충전시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application