KR20240006533A - 액체 냉각식 모듈의 열 관리 - Google Patents

액체 냉각식 모듈의 열 관리 Download PDF

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KR20240006533A
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아레 비에르네클레트
파트리크 룬딘
엘리사베트 쇠델룬드
페테르 닐손
로베르트 토르슬룬드
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에이피알 테크놀로지스 에이비
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Abstract

무엇보다도 특히 액체 냉각식 모듈(1)이 설명된다. 액체 냉각식 모듈은 액체 냉각식 모듈(1)에서 개선된 열 소산 및 개선된 흐름을 제공한다.

Description

액체 냉각식 모듈의 열 관리
본 발명은, 하우징, 하우징 내에 배열된 복수의 열 발생 부품들, 및 열 발생 부품들의 열 관리를 위한 액체를 포함하는, 액체 냉각식 모듈(liquid cooled module)에 관한 것이다.
전자 부품 및 2차 전지와 같은 열 발생 기기의 사용이 늘어나고 있다. 응용분야는, 예를 들어, 에너지 저장, 전기 장비 및 차량에 전력을 공급하기 위한 에너지 변환, 또는 정지형 응용분야(stationary applications)에서의 전력 백업을 포함한다. 작동 동안, 열 발생 부품들은, 부품들의 안전한 기능을 허용하고 이러한 열 발생 부품들이 수용된 모듈의 고장을 방지하기 위해, 효과적으로 소산되어야 하는 열을 발생한다. 열 발생 부품의 성능은 부품을 적합한 온도 범위 내로 유지하기 위해 사용 가능한 열 관리 기술에 의해 크게 제한된다.
예를 들어, 배터리 응용 분야에서는, 최적의 온도 범위 내에서 배터리 셀의 작동 온도를 제어하기 위해 배터리 모듈 내에서 사용되는 열 관리 시스템을 갖는 것으로 알려져 있다.
에너지 저장 용량이 증가하고 충전 시간이 단축됨에 따라, 통상적으로 더 효율적인 열 관리, 및 특히 발생된 열의 소산을 위한 노력이 이루어졌다. 통상적으로 사용되는 열 관리 방법 중 하나는 액침 냉각(immersion cooling)으로 알려져 있으며, 이는 액체 담금 냉각(liquid submersion cooling)이라고도 한다. 이는 배터리 셀과 같은 부품들을 열전도성 액체에 담그는 것이다. 따라서, 열은 열원, 예를 들어, 배터리 셀, 전자 기기, 인쇄 회로 기판으로부터 직접적으로 작동 유체로 전달될 수 있으며, 다른 곳에 배치된 열 교환기를 통해 소산될 수 있다.
저장 용량에 대한 성능 요구 사항이 계속 증가하고, 더 공간 효율적인 시스템을 위해 노력함에 따라, 개선되고 더 효율적인 열 관리 기술이 필요하다.
미국 특허 제 2020266506호는 하우징, 및 하우징 내에 수용된 배터리 스택 내에 배열된 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈을 개시한다. 배터리 셀들은 직사각형 형상이며 두 개의 평행한 주 표면이 있다. 스택 내의 배터리 모듈들은 스택 내의 이웃하는 셀들의 주 표면들이 서로 밀착되도록 배열된다. 배터리 모듈은 하우징과 복수의 배터리 셀들 사이에 배치되는 내부 덮개(inner cover)를 더 포함한다. 내부 덮개는 하우징과 대면하는 상단 표면, 및 복수의 배터리 셀들과 대면하는 바닥 표면을 포함한다. 내부 덮개는 하부 표면 상에 한정되고 내부 덮개의 길이를 따라 연장하는 복수의 유체 채널들을 또한, 포함한다. 복수의 유체 채널들의 각각은, 열 관리 액체와 같은, 유체를 수용하도록 구성된다. 유체 채널은 배터리 셀들의 주 표면들에 수직인 방향으로 배터리 셀의 일 측면으로부터 배터리 셀의 반대 측면으로 유체를 유도함으로써 유체 채널에 의해 배터리 모듈 내 유체의 순환을 향상시킨다. 또한, 내부 덮개에는 배터리 셀들에 의해 발생되는 가스들을 배출하기 위해 배터리 셀들 위에 배치된 개구부들이 제공된다.
미국 특허 제 4522898호는 복수의 배터리 셀뿐만 아니라 냉각 매체를 포함하는 하우징을 갖춘 배터리를 개시한다. 배터리 셀들은 원통형이고 길이방향 축으로 평행하도록 서로 인접하게 배열되어, 배터리 셀들 사이에 냉각 매체를 수용하기 위한 세장형(elongated) 공간이 형성된다. 배터리는 냉각 매체를 배터리 셀들에 공급하고 분배하기 위해 하우징 내부에 제공된 분배기 플레이트를 포함한다. 분배기 플레이트에는, 냉각 매체가 배터리 셀들 사이의 공간들 사이에 공급될 수 있도록 하는 개구부들이 제공된다. 분배기 플레이트는 배터리 셀들의 상부 단부들 위에 또는 배터리 셀의 하단 아래에 배치된다. 냉각 매체는 배터리 셀들 위의 열린 공간으로 유입된다. 냉각 매체는, 분배기 플레이트의 개구부들을 통해, 그리고 배터리 셀들 사이의 세장형 공간들 내에서, 흐른다.
이 배터리는 주로 공기를 매체로 사용하도록 의도되었다.
또한, 미국 특허 제 2014/0162106호에는 배터리 내 셀들의 단자들을 냉각하기 위해 배터리의 커넥터 플레이트에 냉각된 매체가 분사되는 배터리용 냉각 배열체가 설명되어 있다.
액체 냉각식 모듈의 열 관리를 개선하여 모듈 내부에 수용된 열 발생 부품들의 성능을 향상시키려는 끊임없는 요구가 있다. 따라서, 개선된 액체 냉각식 모듈이 필요하다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 적어도 부분적으로 극복하고, 액체 냉각식 모듈의 개선된 열 관리를 제공하는 것이다.
이 목적은 첨부된 청구범위에 따른 액체 냉각식 모듈에 의해 달성된다.
일 양태에 따르면, 이동 유체를 수용하기 위한 공간이 열 발생 부품들 주위에 형성되도록 배열된 복수의 열 발생 부품들을 포함하는 액체 냉각식 모듈이 제공된다. 액체 냉각식 모듈은 열 발생 부품들을 둘러싸는 액체 밀봉 케이싱(liquid sealed casing)을 갖는다. 이동하는 유체의 유로에는 적어도 하나의 제한 부재가 배치된다. 제한 부재는 공간 내에 배치될 수 있다. 유로에 부재/요소를 배치함으로써 배터리 셀들과 같은 열 발생 부품들 주변의 흐름이 개선될 수 있다. 제한 부재는 전형적으로 복수의 공간들 또는 모든 공간에 배치될 수 있다. 다른 구현예들에서, 매니폴드는 이동 유체의 분배를 개선하는 데 도움을 주기 위한 제한 부재로서 사용된다. 다른 유형의 제한 부재들도 또한 사용될 수 있다. 제한 부재를 사용하면 열전달이 향상되고 열 발생 부품들이 더 효율적으로 냉각될 수 있다. 복수의 열 발생 부품들은 효율적인 공간 사용이 가능하도록 유리하게는 원통형일 수 있지만, 프리즘 형상과 같은 다른 형상들도 또한 가능하다.
일부 구현예들에 따르면, 유체를 펌핑하기 위한 펌프는 액체 밀봉 케이싱 내부에 위치한다. 이로 인해, 액체 냉각식 모듈은 독립식(self-contained)이 될 수 있으며, 케이싱 외부의 어떠한 부품도 필요하지 않다. 예를 들어, 액체 냉각식 모듈은, 쉽게 이동될 수 있고 자동차나 가정에서 전원 백업으로 사용될 수 있는, 액체 냉각식(독립형) 배터리 팩으로서 사용될 수 있다. 펌프는, 예를 들어, 전기유체역학(Electrohydrodynamic: EHD) 펌프일 수 있다. 전형적으로, 유체는, 공간 내에 형성된 유체 채널에서 열 발생 부품들의 축방향으로 이동하고, 유체 채널들의 길이는, 열 발생 부품들의 축방향 길이에, 또는 적어도 거의 열 발생 부품들의 길이에, 예를 들어, 열 발생 부품들의 길이의 적어도 80%에, 해당한다.
일부 구현예들에 따르면, 펌프는 원통형 형상이다. 이에 따라, 배터리 셀들과 같은 다른 부품들도 원통형일 때, 액체 냉각식 모듈의 케이싱 내부 공간 활용이 향상될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 제한 부재는 핀 형상이고, 열 발생 부품들 사이의 공간들 내에 위치된다. 이로 인해, 우수한 흐름 제한이 달성될 수 있고, 제한 부재는 열 발생 부품들의 열팽창을 허용하는 것과 같은 부가적인 기능을 갖도록 설계될 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 액체 냉각식 모듈은 케이싱과 열 발생 부품들 사이에 배치된 분배기 플레이트를 포함한다. 분배기 플레이트에는, 열 발생 부품들과 매니폴드 구조체 사이의 공간들에 유체를 분배하기 위한 복수의 개구부들이 제공되며, 여기서 매니폴드 구조체는, 적어도 하나의 유체 입구로부터 분배기 플레이트의 개구부들로 유체를 안내하기 위한, 적어도 하나의 유체 입구와 분배기 플레이트 사이에 배열된 복수의 유체 채널들을 포함한다. 매니폴드는 이동 유체의 분포를 개선하기 위한 제한 부재로서 역할을 할 수 있다. 이로 인해, 모든 열 발생 부품들에 걸쳐 더욱 균일하고 그로 인해 개선된 액체 분포를 얻을 수 있다. 또한, 매니폴드 구조체가 제공되는 경우, 매니폴드 구조체는 케이싱의 일부 부분에 통합(integrated)될 수 있다. 이로 인해 제조 및 조립이 용이해진다.
일부 구현예에 따르면, 유체 채널들 각각은 분배기 플레이트를 대면하는 개방 측면(open side)을 갖고, 분배기 플레이트는 매니폴드 구조체에 단단히(tightly) 부착되고, 그에 따라, 유체 채널들의 개방 측면들은 분배기 플레이트에 의해 부분적으로 밀봉된다. 이로 인해, 냉각 성능이 향상될 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 분배기 플레이트는 전기전도성 재료로 만들어지고 전기 커넥터/커넥터 플레이트로서 역할하도록 구성된다. 이로 인해 분배기 플레이트는 다양한 기능을 갖도록 제작될 수 있으며 별도의 전기 커넥터가 필요하다.
일부 구현예에 따르면, 적어도 하나의 적어도 부분적으로 원통형 형상인 열팽창 보상 구조체(thermal expansion compensating structure)가 제공된다. 이는 별도의 부분일 수도 있거나 제한 부재들에 의해 구성될 수도 있거나, 또는 둘다일 수도 있다. 예를 들어, 제한 부재들은 열팽창을 가능하게 하기 위해 탄성 재료에 의해 형성될 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 제한 부재들은 전기 연결을 허용하기 위해 전기전도성 재료에 의해 형성된다.
일부 구현예에 따르면, 액체 밀봉 케이싱은 플랜지 및/또는 적어도 하나의 주름진 구역(corrugated section)을 포함한다. 이로 인해 열 소산이 향상될 수 있으며 케이싱을 통해 열이 방출될 수 있다. 이는, 열이 액체 냉각식 모듈로부터 효율적으로 방출될 수 있다는 점에서, 액체 냉각식 모듈로부터의 액체 입구/출구가 없을 때 특히 유용한다.
일부 구현예들에 따르면, 케이싱의 벽 상에 또는 케이싱의 바닥에 적어도 하나의 부분적으로 원통형인 히트 싱크 부재(heat sink member)가 위치되며, 여기서, 적어도 하나의 부분적으로 원통형인 히트 싱크 부재에는 적어도 하나의 플랜지가 제공된다. 이로 인해 액체 냉각식 케이싱 내부에 사용되지 않는 공간을 활용하여 열 소산을 촉진함으로써 열 소산을 향상시킬 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 제한 부재는 제한 부재들의 압축을 가능하게 하는 중공 구역을 포함한다. 이로 인해 제한 부재들의 압축이 완화된다.
일부 구현예에 따르면, 제한 부재는 전기 절연 재료에 의해 형성된다. 이로 인해 열 발생 부품들 간의 효율적인 분리가 달성될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 액체 냉각식 모듈, 특히 배터리 모듈은, 유체를 수용하기 위한 공간이 배터리 셀들 사이에 형성되도록 배열된 복수의 배터리 셀들, 배터리 셀들을 둘러싸는 케이싱으로서, 적어도 하나의 유체 입구가 제공되는 케이싱, 및 케이싱과 배터리 셀들 사이에 배치되고, 배터리 셀들 사이의 공간으로 유체를 분배하기 위한 복수의 개구부들이 제공되는 분배기 플레이트를 포함한다. 이러한 양태에 따르면, 모듈은 적어도 하나의 유체 입구로부터 분배기 플레이트의 개구부까지 유체를 안내하기 위해 적어도 하나의 유체 입구와 분배기 플레이트 사이에 배열된 복수의 유체 채널들을 포함하는 매니폴드 구조체를 포함한다.
매니폴드 구조체의 채널들과 분배기 플레이트는 적어도 하나의 유체 입구로부터 배터리 셀들 사이의 공간들로 유체를 균일하게 분배하는 것을 가능하게 한다. 유체 채널들은 유체 입구와 개구부들 사이의 유체 흐름을 제어할 수 있게 한다. 따라서, 유체 흐름의 난류를 피할 수 있으며, 배터리 모델의 온도 관리가 향상된다. 배터리 모듈 내의 서로 다른 배터리 셀들 간의 온도 변화를 제어하고 최소화할 수 있다. 또한, 유체가 이동해야 하는 거리가 줄어들어, 유체의 온도가 제어된다. 배터리 모듈의 또 다른 장점은 유체의 압력 강하가 줄어들도록 유체 채널들이 설계될 수 있다는 것이다.
유체 채널들은 유체 채널들을 수용하는 기계적 구조체로서 역할을 하는 매니폴드 구조체 내에 배열된다. 매니폴드 구조체는 채널들을 만드는 것이 용이하도록 한다.
분배기 플레이트의 개구부들은 배터리 셀들 사이의 공간들의 위치에 대응되도록 배치되어, 유체의 흐름이 배터리 셀들 사이의 공간으로 유도되도록 한다. 따라서, 유체의 흐름이 배터리 셀들 사이에 균일하게 분포될 수 있다.
일 양태에 따르면, 배터리 셀들은 세장형이며(elongated), 그것들의 종방향 축들이 평행하도록 배열된다. 따라서, 배터리 셀들 사이의 공간들은 세장형이며, 평행하게 배열된다.
일 양태에 따르면, 배터리 셀들은 원통형이고 그들의 대칭축들이 평행하게 배열된다.
일 양태에 따르면, 유체 채널들은 길며 배터리 셀들의 축들에 수직인 평면으로 연장한다.
일 양태에 따르면, 분배기 플레이트 및 따라서 분배기 플레이트의 복수의 개구부들은 배터리 셀들 사이의 공간들 아래에 또는 위에 배열된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 매니폴드 구조체는 플레이트 형상이고, 평면을 한정한다. 복수의 유체 채널들은 매니폴드 구조체에 의해 한정된 평면에서 연장하도록 배열된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 유체 채널들의 각각은 분배기 플레이트를 대면하는 개방 측면을 갖고, 분배기 플레이트는 매니폴드 구조체에 단단히 부착되어 채널들의 개방 측면들이 분배기 플레이트에 의해 부분적으로 밀봉된다.
일 측면에 있어서, 유체 채널들의 각각은 분배기 플레이트의 개구부들 중 하나 이상 위로 연장하거나, 분배기 플레이트의 개구부들 중 하나에서 끝나므로, 분배기 플레이트의 개구부들은 유체 채널들과 유체연통한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 분배기 플레이트는 전기전도성 재료로 제조되고, 분배기 플레이트는 전기 커넥터로서 추가적인 기능을 갖는다. 분배기 플레이트는 배터리 셀들의 적어도 일부에 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 매니폴드 구조체는 분배기 플레이트를 대면하는 바닥 면을 갖고, 복수의 유체 채널들은 매니폴드 구조체의 바닥 면에 세장형 개구부들을 한정하고, 분배기 플레이트는 매니폴드 구조체에 단단히 부착되어, 매니폴드 구조체의 바닥 면에 있는 세장형 개구부들이 분배기 플레이트에 의해 부분적으로 밀봉된다. 매니폴드 구조체의 세장형 개구부들은 분배기 플레이트의 개구부들을 대면하도록 배열되어, 유체 채널들의 유체가 분배기 플레이트의 개구부들을 통해 유체 채널들을 떠날 수 있다. 매니폴드 구조체의 각각의 세장형 개구부들은 분배기 플레이트의 하나 이상의 개구부들과 대면한다. 따라서, 하나의 유체 채널은 분배기 플레이트의 하나 이상의 개구부들에 유체를 공급할 수 있다. 분배기 플레이트의 개구부들과 대면하지 않는, 세장형 개구부들의 부분들은 분배기 플레이트에 의해 밀봉된다. 따라서, 분배기 플레이트는 유체 채널들의 바닥들을 형성한다. 이러한 양태로 인해 유체 채널들을 쉽게 제작할 수 있게 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 분배기 플레이트는 유연성 재료로 만들어지고 분배기 플레이트는 매니폴드 구조체에 대해 가압된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 케이싱은 배터리 셀들의 일 측면에 배열된 제1 벽을 포함하고, 매니폴드 구조체는 제1 벽에 부착된다. 별도의 매니폴드 구조체를 갖는 것은 매니폴드 구조체 제작이 용이하도록 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 유체 채널들은 제1 벽을 대면하는 상부 측면, 및 분배기 플레이트를 대면하는 하부 측면을 갖는다. 유체 채널들의 상부 측면들은 개방되어 매니폴드 구조체의 상부 표면에 세장형 개구부들을 형성하고, 이 세장형 개구부들은 제1 벽을 대면하고 있다. 유체 채널들의 하부 측면들은 개방되어 매니폴드 구조체의 바닥 표면에 세장형 개구부들을 형성하며, 세장형 개구부들은 분배기 플레이트를 대면하고 있다. 분배기 플레이트는 매니폴드 구조체에 단단히 부착되어, 매니폴드 구조체의 바닥 표면에 있는 세장형 개구부들이 분배기 플레이트에 의해 부분적으로 밀봉된다. 유체 채널들은 제1 벽, 매니폴드 구조체, 및 분배기 플레이트에 의해 한정된다. 매니폴드 구조체의 상부 표면은 제1 벽에 단단히 부착되어, 매니폴드 구조체의 상부 표면에 있는 세장형 개구부들이 제1 벽에 의해 밀봉된다. 따라서, 제1 벽과 분배기 플레이트는 매니폴드 구조체의 유체 채널들을 밀봉한다. 이 양태는 유체 채널들의 제조를 용이하게 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 배터리 셀들은 세장형이고 평행하게 배열되며, 제1 벽은 배터리 셀들의 길이방향 축들에 수직으로 배열된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 적어도 하나의 흐름 입구는 제1 벽에 배열된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 적어도 하나의 흐름 입구는 제1 벽과 매니폴드 구조체 사이에 배열된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 케이싱은 배터리 셀들의 반대 측면 상에 배열된 제2 벽을 포함하고, 제2 벽에는 적어도 하나의 유체 출구가 제공된다. 본 구현예에서, 흐름 입구와 흐름 출구가, 각각, 배터리 셀들의 위쪽과 아래쪽에 배치된다. 따라서, 배터리 셀들 사이에 있는 공간들의 유체 흐름은 배터리 셀들의 축방향에 평행하고, 개별 배터리 셀들의 외피 표면(envelop surface)과 직접 접촉한다. 이는 배터리들을 효율적인 냉각을 제공할 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 매니폴드 구조체는 제1 벽 내에 통합된다. 따라서, 유체 채널들은 케이싱의 벽에 배열된다. 이는 배터리 모듈의 부품의 개수를 줄일 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 적어도 하나의 유체 입구는 제1 벽의 에지들로부터 일정 거리에 배치되고, 제1 벽에는 제1 벽의 한 에지와, 유체 입구에 유체를 공급하기 위한 유체 입구 사이에 배열된 입구 채널이 제공된다. 바람직하게는, 유체 입구는 제1 벽의 중앙 부분에 배열된다. 따라서, 유체 입구로부터, 배터리 셀들 사이의 공간들까지 유체가 이동해야 하는 거리가 줄어들고, 이는 유체의 온도 상승을 제어하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 유체 채널들의 단면적은 유체 입구로부터 멀어질수록 감소한다. 유체 채널들은 유체 입구로부터 멀어질수록 더 좁아진다. 따라서, 유체 채널들의 단면적은 채널들의 단부로 갈수록 감소한다. 이 양태는 채널들에서 압력을 감소시킬 것이다. 또한, 액체 흐름이 더 잘 균형을 이루고 분배될 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 채널들 중 적어도 일부는 분배기 플레이트의 개구부 중 적어도 하나를 통과하는 복수의 더 좁은 채널들 내로 분기된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 채널들은 매끄럽게 구부러진다. 날카로운 구부러짐은 회피된다. 채널들의 형상은 난류를 방지하고 압력을 제어하기 위해 매끄러운 굴곡을 통해 균형을 이루고 있다. 이러한 양태는 흐름 교란(flow disturbance)을 감소시키고 흐름 저항을 최소화한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 케이싱에는 적어도 하나의 유체 출구가 제공되고, 배터리는 케이싱과, 분배기 플레이트에 대해 배터리 셀들의 반대 측면 상에 있는 배터리 셀들 사이에 배치된 집전판(collector plate)을 포함하며, 집전판에는 배터리 셀들 사이의 공간들로부터 유체를 수용하기 위한 복수의 개구부들이 제공되며, 배터리 모듈은 집전판과 적어도 하나의 유체 출구 사이에 배열된 제2 매니폴드 구조체를 포함하고, 제2 매니폴드 구조체는 집전판의 개구부들로부터 적어도 하나의 유체 출구로 유체를 안내하도록 배열된 복수의 제2 유체 채널들을 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 배터리는 배터리 셀들을 고정하고 지지하는 적어도 하나의 셀 홀더를 포함하고, 셀 홀더는 배터리 셀들을 고정하기 위한 복수의 관통 홀들(through hole) 및, 관통 홀들 사이에 배치되어 유체가 셀 홀더를 통해 통과할 수 있도록 하는 복수의 개구부들 포함한다. 일 양태에서, 셀 홀더의 개구부들은 분배기 플레이트의 개구부들과 정렬된다. 셀 홀더는 배터리 셀들 사이의 최단 거리를 보장하고, 셀 홀더의 개구부들은 배터리 셀들의 축 방향으로의 유체 흐름을 가능하게 한다. 이러한 양태를 통해, 유체가 셀 홀더를 통해 통과할 수 있다. 배터리 셀들 사이의 공간에서의 유체의 흐름이 개선되어 배터리 셀들의 냉각이 향상된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 적어도 하나의 셀 홀더는 배터리 셀들의 상부 단부 및/또는 하부 단부에 배열된다. 셀 홀더들의 이러한 위치는, 셀 홀더가 배터리 셀들의 표면들을 따라 흐르는 유체 흐름을 방해하지 않을 것이기 때문에, 유리하다. 따라서, 배터리 셀들 사이의 유체의 층류(laminar flow)가 달성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 배터리 모듈은 복수의 이웃하는 배터리 셀들 사이에 전기적 연결을 제공하도록 적합화된 적어도 하나의 전기 전도체를 포함하고, 전기 전도체는 유체가 전기 전도체를 통해 통과할 수 있도록 분배기 플레이트의 개구부들과 정렬된 복수의 개구부들을 포함한다.
일 양태에 따르면, 전기 커넥터는 버스바(busbar)이다. 이러한 양태는 전기 전도체를 통과하는 유체가 배터리 셀들의 냉각을 향상하는 것을 가능하게 한다.
일 양태에 따르면, 전기 커넥터는 유체가 전기 전도체를 통과할 수 있도록 분배기 플레이트의 개구부들과 정렬된 복수의 개구부들을 갖는 금속 시트이다.
일 양태에 따르면, 전기 커넥터는 유체가 전기 전도체를 통해 통과할 수 있도록 분배기 플레이트의 개구부들과 정렬된 복수의 개구부들을 갖는 인쇄 회로 기판 또는 인쇄 회로를 갖는 플렉시필름(flexifilm)이다.
일 양태에 따르면, 복수의 개구부들을 갖는 전기 커넥터는 분배기 플레이트로서 다양한 기능을 갖고, 개구부들은 배터리 셀들 사이의 부피들과 정렬된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 제1 벽은 케이싱의 덮개이다. 따라서, 유체 채널들은 케이싱의 덮개의 일부이다.
본 발명은 이제 본 발명의 다양한 구현예들의 설명과 첨부된 도면을 참조하여 더 자세히 설명될 것이다.
도 1은 배터리 모듈의 일 예를 사시도로 보여준다.
도 2a는 배터리 셀들의 스택의 일 예에 대한 사시도를 보여준다.
도 2b는 도 2a의 배터리 셀들의 스택을 위에서 본 모습이다.
도 3은 배터리 모듈 형태의 액체 냉각식 모듈의 일 예를 분해도로 도시한다.
도 4는 분배기 플레이트의 일 예를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는, 아래에서 본, 유체를 분배하기 위한 채널들을 포함하는 매니폴드 구조체의 일 예를 보여준다.
도 6은 도 5a에 도시된 매니폴드 구조체를 포함하는 배터리 모듈의 일 예를 보여준다.
도 7은 도 5b 및 5c에 도시된 매니폴드 구조체 중 어느 하나를 포함하는 배터리 모듈의 또 다른 예를 보여준다.
도 8은, 위에서 본, 도 7의 배터리 모듈을 보여준다.
도 9는 배터리 모듈의 또 다른 예를 분해도로 도시한다.
도 10은 배터리 셀들을 고정하기 위한 셀 홀더의 일 예를 보여준다.
도 11은 배터리 셀들에 연결된 전기 전도체의 일 예를 도시한다.
도 12 및 도 13은 제한 부재를 도시한다.
도 14는 액체 냉각식 모듈의 케이싱의 내부에 있는 펌프를 도시한다.
도 15는 히트 싱크 부재를 도시한다.
도 16은 액체 냉각식 모듈의 상부 단면도이다.
도 17 내지 도 19는 다양한 에어 버블 트랩 배열체를 예시한다.
도 20은 배터리 내에서 냉각 액체의 흐름을 예시하는 도면이다.
도 21은 액체 냉각식 모듈의 케이싱에 있는 채널들을 예시한다.
본 개시의 양태들은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 더욱 완전하게 설명될 것이다. 하기 설명에서, 열 발생 부품들을 갖춘 액체 냉각식 모듈이 설명된다. 열 발생 부품들은, 배터리 셀들인 것으로 제시된 예시적인 구현예들 중 일부에 있다. 그러나, 열 발생 부품들은, 예를 들어, 모터, 전기 부품, 마이크로프로세서, 인쇄 회로 기판, 등과 같은 다른 유형의 열 발생 부품일 수 있다. 또한, 이해되는 바와 같이, 열 관리의 다양한 양태들이 본 명세서에 설명된다. 이해되어야 하는 바와 같이, 다양한 양태들이 하나씩 사용될 수 있지만, 또한, 바람직하게는 당면한 적용을 위한 우수한 열 관리를 달성하기 위해 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 일부 양태들이 조합되어 설명되더라도, 그 양태들은 조합되지 않고 적용될 수 있다. 마찬가지로, 다양한 예들의 양태들이 조합되어 열 관리를 개선할 수 있다. 도면의 동일한 번호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 액체 냉각식 모듈(1)의 일 예를 보여준다. 도 1의 예에서의 액체 냉각식 모듈은 사시도에서 배터리 모듈(1)이다. 배터리는 서로 전기적 및 유체적으로 연결된 하나 이상의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 배터리 모듈은 직렬 또는 병렬로 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 모듈(1)은, 예를 들어, 전기 차량, 산업용 전기 시스템, 및 고정형 에너지 저장 시스템, 등과 같은 임의의 전기 시스템에 전력을 저장하고 공급하는 데 사용될 수 있다. 설명의 목적으로, 단일 배터리 모듈(1)이 하기에 제공된 설명에서 자세히 설명될 것이다.
배터리 모듈은 열 발생 부품들(5)의 스택을 둘러싸는 케이싱(2)을 포함한다. 이 예에서, 모든 열 발생 부품들은 배터리 셀들(5)이다. 그러나, 또한 예상되는 바와 같이, 열 발생 부품들(5)의 일부 또는 전부가 다른 유형의 열 발생 부품들(5)일 수 있다. 또한, 열 발생 부품들의 스택의 모든 부품들은 열 발생일 필요는 없을 뿐 아니라, 다른 유형일 수 있다. 예시된 구현예에서, 케이싱(2)은 실질적으로 중공의, 직사각형 구조(rectangular configuration)를 갖는다. 케이싱(2)은 제1 단부(2a), 및 제1 단부(2a) 반대편에 배치된 제2 단부(2b)를 한정한다. 케이싱(2)은 적용 요건에 따라 다른 구조를 가질 수 있다. 케이싱은 또한, 제1 단부(2a)와 제2 단부(2b) 사이에서 연장하는 길이를 한정한다. 케이싱은, 제1 벽(3a), 제1 벽(3a) 반대편에 배치된 제2 벽(3b), 하우징(2)의 제1 단부(2a)에 배치된 제1 단부 벽(3c), 하우징의 제2 단부(2b)에 배치된 제2 단부 벽(3d), 및 전면 벽(3e), 및 후면 벽(3f)과 같은, 복수의 벽들(3a 내지 3f)을 포함한다. 제1 및 제2 벽들(3a 내지 3b)은 평행하게 배열되고, 단부 벽들(3c 내지 3d) 사이에서 연장한다. 제1 벽(3a)은, 예를 들어, 케이싱의 덮개일 수 있고, 다른 벽들은 케이싱(2)의 상자형의 바닥 부분(box-like bottom part)을 한정한다. 이러한 경우, 제1 벽(3a)은 케이싱의 바닥 부분 또는 케이싱의 단부 벽에 제거가능하게 부착될 수 있다. 케이싱(2)은, 예를 들어, 폴리머, 금속, 예를 들어, 알루미늄, 합금(알루미늄-합금과 같은), 등과 같은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 케이싱(2)은 밀봉되어 케이싱 내부에 유체를 보유한다.
도 1의 예시적인 구현예에서, 케이싱(2)은 적어도 하나의 유체 입구(8)와 적어도 하나의 유체 출구(9)를 포함한다. 유체 입구(8)는, 하우징(2) 내로의 유체 흐름을 수용하도록 적합화된 케이싱의 개구부이다. 유체 입구(8)는 유체를 위한 입구 포트에 연결될 수 있다. 유체 입구는 제1 벽과, 배터리 셀들의 상단 레벨(top level) 사이에 위치한다. 케이싱에는 하나 이상의 유체 입구(8)와 하나 이상의 유체 출구(9)가 제공될 수 있다. 유체 출구(9)는 유체가 케이싱(2)을 떠나는 것을 허용하는 케이싱(2)의 개구부이다. 유체 출구(9)는 유체를 위한 출구 포트에 연결될 수 있다. 유체 출구는 제2 벽과 배터리 셀들의 바닥 레벨(bottom level) 사이에 위치한다. 유체 입구와 출구는 전환될 수 있으며, 그에 따라, 액체는 제2 벽과 배터리 셀들의 바닥 레벨 사이로 들어가고, 제1 벽과 배터리 셀들의 상단 레벨 사이에서 나온다. 유체는, 유전성 액체, 가스, 또는 액체와 가스의 조합과 같은, 임의의 열 관리 유체일 수 있다. 예시된 구현예들에서, 유체 입구(8) 및 유체 출구(9)는 전면 벽(3e)에 배치된다. 그러나, 유체 입구(8) 및 유체 출구(9)는 벽들(3a 내지 3e) 중 어느 하나에, 예를 들어, 각각 제1 벽(3a) 및 제2 벽(3b)에, 또는 각각 제1 및 제2 단부 벽들(3c 내지 3d)에 배열될 수 있다. 유체 출구(9)는 유체 입구(8)로부터 이격되어 배치된다. 대안적인 구현예들에서, 케이싱은 복수의 배터리 셀들이 서로 유체적으로 연결될 수 있도록 하나 이상의 유체 입구(8)와 하나 이상의 유체 출구(9)를 가질 수 있다. 케이싱에는 또한, 배터리 모듈이 외부 회로 및/또는 다른 배터리 모듈들에 전기적으로 연결될 수 있도록, 2개 이상의 전기 포트들(10)이 제공된다.
대안적인 구현예에 따르면, 유체 입구/입구 또는 출구가 제공되지 않는다. 이러한 일 구현예에서, 액체는 케이싱 내부로 펌핑될 수 있고 열은 케이싱(2)을 통해 소산될 수 있다.
일부 구현예에 따르면 배터리 모듈에는 배터리 관리 시스템(BMS)이 제공될 수 있다. BMS는 배터리 모듈의 상이한 배터리 셀들 사이의 에너지 균형을 잡기 위해 제공된다. 전형적으로, BMS의 목적은 각각의 개별 배터리 셀의 용량과 관련하여 각각의 배터리 셀의 에너지가 각각의 배터리 셀에 대해 동일하도록 보장하는 것이다. BMS는, 완전히 충전된 것으로 결정된 배터리 셀들에 대해서 충전이 우회되는 수동형일 수 있거나, 또는 각각의 셀을 개별적으로 충전하기 위해 충전이 능동적으로 분배되는 능동형일 수 있다.
도 2a는 부품들, 이 예시에서는 배터리 셀들(11)의 스택(5)의 일 예의 사시도를 보여준다. 스택(5)이란 정의된 구성(defined configuration)으로 배열된 복수의 부품들을 의미한다. 예시된 예에서, 부품들(여기서 배터리 셀들)은 육각형 구성으로 배열된다. 이 구성은, 예를 들어, 육각형 배터리 셀들에 사용될 수 있다. 그러나, 부품 배터리 셀들은 정사각형 구성과 같은 다른 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 이 구성은 프리즘형(prismatic) 배터리 셀들을 위해 사용될 수 있다. 도 2b는 도 2a의 배터리 셀들의 스택(5)을 위에서 본 모습이다. 배터리 셀들(11)은, 배터리 셀들(11) 사이에 유체를 수용하는 공간(12)이 형성되도록, 배열된다. 이 공간들(12)은, 유체의 경로에 방해 구조체들(inflicting structures)이 없는 상태에서, 매끄러운 유체 부피들(smooth fluid volumes)을 형성한다. 공간들(12)은 전형적으로 배터리 셀들의 외피 표면들 사이에 형성된다. 그런 다음, 공간들(12)은, 배터리 셀들을 냉각하는 데 사용되는 액체/유체를 위한 경로에 방해 구조체들이 없는 상태에서, 배터리 셀들 사이에 세장형이고 평행한 부피들을 형성한다. 부피들은 배터리 셀들의 한 측면에서 배터리 셀들의 다른 측면으로 축방향으로 이어지는 채널들로 볼 수 있다. 배터리 셀들을 냉각하는데 사용되는 액체/유체는 공간들(12)의 방향과 평행한 방향으로부터 공간들에 공급될 수 있다. 따라서, 냉각 유체/액체가 공간들(12) 내로 공급될 때, 냉각 액체/유체의 공급물은 공간들에 평행한 방향이다. 도 2a에서, 액체/유체는 나중에 더 자세히 설명되는 바와 같이 세장형 공간들(12) 내로 위에서 아래로 공급될 수 있다. 예시된 구현예에서, 배터리 셀들(11)은 원통형이다. 배터리 셀들(11)의 각각은 대칭축, 공간들(12)을 대면하는 외피 측면, 및 상부 단부와 하부 단부를 갖는다. 예시된 구현예에서, 배터리 셀들(11)은 세장형이고, 배터리 셀들의 종축들은 대칭의 축들과 일치한다. 배터리 셀들(11)은 대칭축과 평행하게 배열된다. 공간들(12)은 구조체를 방해하지 않고 배터리 셀들 사이에 세장형이고 평행한 채널들을 형성한다. 대안적인 구현예들에서, 배터리 셀들은 직사각형, 예를 들어, 프리즘형 셀들과 같은 다른 형상들을 가질 수 있다. 배터리 셀들은 서로 가깝게 배치될 수도 있거나, 공간들(12)이 배터리 셀들을 둘러싸도록 서로 이격되어 배치될 수 있다. 공간들(12)은 구조체를 방해하지 않고 배터리 셀들 사이에 세장형이고 평행한 부피들을 형성한다. 일 양태에 있어서, 배터리 셀들(11)은 제1 및 제2 벽들(3a 내지 3b)에 수직으로 배열된다. 또한, 첨부 도면에 도시된 배터리 셀들(11)의 개수는 단지 예시일 뿐이며 적용 요건에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 냉각 액체/유체는, 그 경로에 어떠한 방해 요소도 없는 상태에서, 공간들(12) 내에서 배터리 셀들(11)의 측면들을 따라 자유롭게 흐를 수 있다. 흐름은 또한 반대 방향일 수 있다. 예를 들어, 흐름은 아래에서 위로 이루어질 수 있다. 따라서, 배터리 셀들(12)의 축 방향의 흐름은 흐름이 방해받지 않는 곳에서 달성된다. 또 다른 구현예에서 배터리 셀들은 냉각 액체/유체의 입구/출구 양쪽 측면 상에 위치한다. 예를 들어, 배터리 셀들의 하나 또는 두 층이 냉각 액체/유체의 입구/출구 위에 위치될 수 있고, 배터리 셀들의 하나 또는 두 층이 냉각 액체/유체의 입구/출구 아래에 위치될 수 있다. 다른 구현예들에서, 추가 층들이 배열될 수 있지만, 냉각 효율은, 냉각 액체/유체 자체가 냉각되기 전에 냉각되어야 하는 배터리 셀들이 많아질수록, 감소할 것이다.
또한, 배터리 셀(11)은 배터리 셀들이 서로 전기적으로 연결될 수 있도록 허용하는 하나 이상의 전기 단자들을 포함한다. 예를 들어, 전기 단자들은 배터리 셀들의 상부 단부들에 배치된다. 도시된 예에서는, 배터리 셀들의 매 두 번째 마다 위아래가 바뀌며, 그에 따라, 전기 단자들의 일부는 아래쪽을 향하고 전기 단자들의 일부는 위쪽을 향한다. 이는 배터리 셀들의 전기적 연결을 용이하게 한다. 배터리 셀들(11)은 리튬 이온형 전기화학 셀, 리튬-폴리머형 전기화학 셀, 고체 배터리, 등과 같은 임의의 전기화학 셀일 수 있다. 대안적인 구현예에서, 배터리 모듈은 배터리 셀들의 2개 이상의 층들을 포함할 수 있다.
도 3은 구현예에 따른 배터리 모듈(1)의 일 예를 분해도로 도시한다. 배터리 모듈(1)은, 배터리 셀들 사이에 유체를 수용하는 공간들(12)이 형성되도록 서로 인접하게 배열된 복수의 원통형 배터리 셀들(11)을 포함하는 스택(5)을 포함한다. 배터리 모듈(1)은 배터리 셀들(11) 사이의 공간들(12)로 유체를 분배하기 위해 서로 이격된 복수의 개구부들(15)이 제공된 분배기 플레이트(14), 및 케이싱(2)의 적어도 하나의 유체 입구(8)와 분배기 플레이트의 개구부들(15) 사이에서 유체를 안내하도록 배열된 복수의 유체 채널들(18)을 포함하는 매니폴드 구조체(17)를 더 포함한다. 분배기 플레이트(14)는 액체 냉각식 모듈 내에서 이동하는 유체의 유로를 개선할 수 있다. 또한, 매니폴드 구조체(17)는 액체 냉각식 모듈 내에서 이동하는 유체의 유로를 개선하기 위한 제한 부재로서 역할을 할 수 있다. 분배기 플레이트(14)의 개구부들(15)는 배터리 셀들 사이의 공간들(12)이 배치되는 영역들 위 또는 아래에 개구부들을 위치시키도록 배열된다. 매니폴드 구조체(17)는 케이싱의 적어도 하나의 유체 입구(8)와 분배기 플레이트(14) 사이에 배열된다. 본 발명의 일 양태에 있어서, 매니폴드 구조체(17)는 제1 벽(3a) 내로 통합된다. 다른 양태에서, 매니폴드 구조체(17)는 제1 벽(3a)에 부착된다. 매니폴드 구조체(17)의 유체 채널들(18)의 각각은 케이싱(2)의 하나 이상의 유체 입구(8)와 유체연통한다. 분배기 플레이트의 개구부들(15)은 유체 채널들(18)을 통해 적어도 하나의 유체 입구(8)와 유체연통한다. 유체/액체가 공간들(12)에서 흐를 때, 흐름이 셀들의 한 층만을 냉각하고 다수의 직렬로 배열된 셀들은 냉각하지 않도록, 셀들이 배열될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들(11)의 한 층은 유체/액체의 유입흐름의 위로 배열될 수 있고, 배터리 셀들의 한 층은 유체/액체의 유입흐름의 아래로 배열될 수 있다. 이에 의해, 유체는 냉각되기 전에 배터리 셀들의 축 길이 정도의 거리만 흐를 것이다. 이러한 방식으로 모든 배터리 셀들이 균일하게 냉각된다.
분배기 플레이트(14)는 배터리 셀(11)의 축들에 수직으로 배열된 평면을 한정한다. 분배기 플레이트(14)는 배터리 셀들(11)의 상부 단부들 위에 및/또는 배터리 셀들의 하부 단부들 아래에 배치된다. 따라서, 분배기 플레이트의 개구부들(15)은 배터리 셀들 사이의 공간들 위에 및/또는 아래에 배치되며, 그에 따라, 유체는 배터리 셀들(11)의 축 방향들로 배터리 셀의 외피 표면들(envelop surfaces)과 평행하게 흐르게 된다. 분배기 플레이트(14)의 복수의 개구부들(15)의 위치들은 공간들(12)의 위치들에 상응한다. 분배기 플레이트(14)의 개구부들(15)은 바람직하게는, 유체가 배터리 셀들(11) 사이의 공간들(12)로 들어가 배터리 셀들의 표면들을 따라 흐르도록, 배터리 셀들 사이의 공간들(12)과 정렬된다. 배터리 셀 극들(battery cell poles) 위에 정렬된 개구부들이 있을 수도 있다.
일 양태에서, 매니폴드 구조체(17)는 플레이트 형상 몸체를 포함하고, 유체 채널들(18)은 플레이트 형상 몸체에 형성된다. 그러면, 매니폴드 구조체(17)는 배터리 셀들(11)의 축들에 수직인 평면을 한정하고, 복수의 유체 채널들(18)은 매니폴드 구조체에 의해 한정된 평면에서 연장하도록 배열된다. 매니폴드 구조체(17)는, 폴리머, 금속, 합금, 등과 같은, 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 매니폴드 구조체(17)는 EPDM, 네오프렌, 폴리아미드와 같은 재료로 만들어진다. 매니폴드 구조체(17)는, 사출 성형, 압출, 3D-iExtrusion® 기술, 밀링, 스탬핑, 워터 커팅 또는 레이저 커팅 또는 유사한 제조 공정에 의해 만들어질 수 있다. 매니폴드 구조체(17)는 분배기 플레이트(14)를 대면하는 바닥 표면(19)을 갖는다. 분배기 플레이트(14) 및 매니폴드 구조체(17)는 케이싱의 제1 및 제2 벽들(3a 및 3b)과 실질적으로 평행하게 배열된다. 분배기 플레이트(14) 및 매니폴드 구조체(17)는 배터리 셀들(11)의 상부 단부들 위에 및/또는 배터리 셀들(11)의 하부 단부들 아래에 배열될 수 있다.
분배기 플레이트(14)는 매니폴드 구조체(17)와 배터리 셀들(11)의 스택(5) 사이에 배치된다. 일 양태에서, 분배기 플레이트(14)는 매니폴드 구조체(17)에 부착된다. 다른 양태에 있어서, 분배기 플레이트는 매니폴드 구조체에 통합될 수 있다. 다른 양태에 있어서, 분배기 플레이트는 전기 커넥터와 조합되어 커넥터 플레이트를 형성한다. 일 양태에서, 배터리 셀들의 스택과 분배기 플레이트 사이에 셀 홀더가 배열될 수 있다. 개별 배터리 셀들(11)에 대한 연결이 어떻게 형성되는지에 관계없이, 각각의 셀에 퓨즈가 제공되어, 오작동하는 배터리 셀(11)의 연결해제를 가능하게 할 수 있다. 커넥터 플레이트가 사용되는 경우, 퓨즈들은 커넥터 플레이트에 형성될 수 있다.
케이싱(2)은 배터리 셀들(11)의 스택(5) 및 분배기 플레이트(14)를 둘러싼다. 매니폴드 구조체(17)는 케이싱(2)의 제1 및 제2 벽들(3a 및 3b) 중 하나에 통합될 수 있다. 매니폴드 구조체(17)는 케이싱의 덮개(lid)에 통합될 수 있다. 덮개는, 예를 들어, 제1 벽(3a)일 수 있다. 대안적으로, 매니폴드 구조체(17)는 제1 및 제2 벽들(3a 및 3b) 중 하나와 분배기 플레이트(14) 사이에 배치될 수 있다. 그러한 경우, 매니폴드 구조체(17)는 케이싱의 벽(3a 및 3b)을 대면하는 상부 표면을 갖고, 매니폴드 구조체(17)는 제1 및 제2 벽들(3a 및 3b) 중 하나에 부착될 수 있다.
도 4는 복수의 개구부들(15)을 포함하는 분배기 플레이트(14)의 예를 보여준다. 분배기 플레이트의 개구부들(15)은, 유체의 흐름이 배터리 셀들 사이의 공간들(12)을 향해 안내되도록, 공간들(12)의 위 및 아래에 배열된다. 따라서, 개구부들의 위치는 배터리 셀들의 구성에 따라 달라진다. 바람직하게는, 개구부들(15)은 분배기 플레이트 위에 실질적으로 균일하게 펼쳐진다. 따라서, 배터리 셀들 사이에 유체가 고르게 분산될 수 있다. 개구부들(15)의 개수는 배터리 모듈의 배터리 셀들(11)의 개수에 따라 달라질 수 있다. 개구부들(15)의 위치는 배터리 셀들의 형상 및 위치, 및 배터리 셀들 사이의 공간에 따라 달라진다. 개구부들(15)의 크기 및 형상은 배터리 셀들 사이의 공간들(12)의 크기 및 형상에 따라 달라질 수 있다. 도시된 구현예에서, 개구부들은 원형이다. 그러나, 개구부들(15)은, 직사각형, 삼각형, 또는 Y자형과 같은, 다른 형상을 가질 수 있다. 분배기 플레이트(14)는 유연성, 강성, 또는 반강성(semirigid)일 수 있다. 다른 양태에 있어서, 적어도 2개의 분배기 플레이트들의 조합이 사용될 수 있는데, 여기서 하나의 분배기 플레이트는 강성 재료로 만들어지고 다른 것(들)은 유연성 또는 반강성 재료로 만들어진다. 분배기 플레이트(14)는, 폴리머, 금속, 합금, 등과 같은, 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 분배기 플레이트는, EPDM, 네오프렌, 폴리아미드와 같은, 유연성 재료로 만들어진다. 일 양태에서, 분배기 플레이트는, 금속 또는 금속 합금, 플렉시필름(flexifilm) 또는 PCB와 같은, 전기전도성 재료로 만들어질 수 있으며, 전기 커넥터로서의 추가 기능을 갖는다.
유체 채널들(18)을 포함하는 매니폴드 구조체(17)는 다양한 방식으로 설계될 수 있다. 도 5a 내지 도 5c는 다양한 매니폴드 구조체들(17a 내지 17c)의 세 가지 예를 보여준다. 도 5a 내지 도 5c는 매니폴드 구조체들(17a 내지 17c)의 바닥 표면들(19)을 보여준다.
도 5a는 매니폴드 구조체(17a)의 제1 예를 아래로부터 본 모습으로 보여준다. 매니폴드 구조체(17a)는, 케이싱(2)의 제1 단부(2a)로부터 제2 단부(2b)까지 연장하는 복수의 직선형 유체 채널들(18a)을 포함한다. 유체 채널들(18a) 각각은 분배기 플레이트(14)를 대면하는 개방 측면(open side)을 갖는다. 유체 채널들(18a)의 개방 측면들은 매니폴드 구조체(17a)의 바닥 표면(19a)에 세장형 개구부들(elongated openings)(20a)을 한정한다. 세장형 개구부들(20a)은, 분배기 플레이트(14), 및 분배기 플레이트의 개구부들(15)을 대면한다. 세장형 개구부들(20a)은 케이싱(2)의 제1 단부(2a)로부터 제2 단부(2b)까지 분배기 플레이트의 개구부들(15) 위로 연장하여, 분배기 플레이트의 개구부들(15)이 채널들(18a)과 유체연통하도록 한다. 분배기 플레이트(14)는, 분배기 플레이트의 개구부들(15)과 대면하지 않는 세장형 개구부들(2a)의 부분들이 분배기 플레이트(14)에 의해 밀봉되도록, 매니폴드 구조(17a)에 단단히 부착될 수 있다. 분배기 플레이트(14)는 유체 채널들(18a)의 바닥을 형성한다. 매니폴드 구조체(18a)의 세장형 개구부들(20a)은, 유체 채널들(18a) 내의 유체가 분배기 플레이트의 개구부들(15)을 통해 채널들을 떠날 수 있도록, 분배기 플레이트의 개구부들(15)을 대면하도록 배열된다. 이 예에서, 매니폴드 구조체의 세장형 개구부들(20a) 각각은 분배기 플레이트의 개구부들(15) 중 하나 초과와 대면한다. 따라서, 하나의 유체 채널(18a)은 분배기 플레이트의 복수의 개구부들(15)에 유체를 공급한다. 유체 채널들(18a)의 상부 측면들(upper sides)은 폐쇄 또는 개방될 수 있다. 유체 채널들(18a)의 상부 측면들이 폐쇄된 경우, 매니폴드 구조체(17a)는 제1 및 제2 벽들(3a 및 3b) 중 하나에 통합될 수 있다. 매니폴드 구조체(17a)는, 유체 채널들(18a)에 수직으로 배열되고 유체 채널들에 유체를 공급하기 위해 유체 채널(18a)과 유체연통하는 입구 채널(21)을 포함한다. 입구 채널(21)은, 유체를 수용하기 위해 케이싱의 유체 입구(8)와 유체연통하도록 배열된 입구 개구부를 갖는다. 대안적으로, 매니폴드 구조체가 케이싱의 벽들 중 하나에 통합되는 경우, 입구 채널(21)의 입구 개구부는 유체 입구(8)이다.
도 5b는 매니폴드 구조체(17b)의 제2 예를 아래로부터 본 모습으로 보여준다. 매니폴드 구조체(17b)는 복수의 유체 채널들(18b)을 포함한다. 이 예에서, 유체 채널들(18b)은 복수의 더 좁은 유체 채널들(18b')로 분기된다. 유체 채널들(18b)은 유체 채널들의 단부들에 가까워질수록 더 좁아지게 된다. 유체 채널들(18b)의 단면적은 유체 입구로부터 멀어질수록 감소한다. 유체 채널들(18a) 각각은 분배기 플레이트(14)를 대면하는 개방 측면(open side)을 갖는다. 유체 채널들(18b)의 개방 측면들은 매니폴드 구조체(17b)의 바닥 표면(19b)에 세장형 개구부들(20b)을 한정한다. 유체 채널들(18b)의 세장형 개구부들(20b)은, 분배기 플레이트의 개구부들(15)이 채널들(18b)과 유체연통하도록, 분배기 플레이트의 개구부들(15)과 대면한다. 분배기 플레이트(14)는, 매니폴드 구조의 바닥 표면(19)에 있는 세장형 개구부들(20b)이 분배기 플레이트에 의해 부분적으로 밀봉되도록, 매니폴드 구조체(17b)에 부착된다. 매니폴드 구조체의 세장형 개구부들(20b) 각각은 분배기 플레이트의 개구부들(15) 중 하나 이상과 대면한다. 유체 채널들(18b)의 상부 측면들은 폐쇄 또는 개방될 수 있다. 유체 채널들(18b)의 상부 측면들이 폐쇄된 경우, 매니폴드 구조체(17b)는 제1 및 제2 벽들(3a 및 3b) 중 하나에 통합될 수 있다. 유체 채널들(18b)의 상부 측면들이 개방된 경우, 매니폴드 구조체(17b)는 제1 및 제2 벽들(3a 및 3b) 중 어느 하나에 부착되어, 유체 채널들(18b)의 상부 측면들이 케이싱의 벽에 의해 밀봉되도록 할 수 있다. 이 예에서, 매니폴드 구조체(17b)의 중앙 부분에 있는 유체 채널(18b)에 유체가 공급된다.
도 5c는 매니폴드 구조체(17c)의 제3 예를 아래로부터 본 모습으로 보여준다. 매니폴드 구조체(17c)는 복수의 유체 채널들(18c)을 포함한다. 이 예에서, 유체 채널들(18c)은 복수의 더 좁은 유체 채널들(18c')로 분기된다. 유체 채널들(18b)은 채널들의 단부로 갈수록 더 얇아지게 된다. 유체 채널들(18c)의 단면적은 유체 입구로부터 멀어질수록 감소한다. 유체 채널들(18c)은 도 5c에 도시된 바와 같이 매끄럽게 구부러진다. 채널들(18c)의 형상은 매끄러운 굴곡들(smooth bends)을 통해 균형을 이루어, 난류를 방지하고 압력을 제어한다. 채널들(18c)의 날카로운 굴곡들(sharp bents)이 회피된다. 유체 채널들(18c)은, 분배기 플레이트의 개구부들(15)이 채널들(18c)과 유체연통하도록, 분배기 플레이트의 개구부들(15) 중 하나 이상 위로 연장할 수 있다. 일 양태에서, 유체 채널들(18c)의 분기들(branches)의 각각은 분배기 플레이트의 개구부들(15) 중 하나에서 끝난다.
각각의 유체 채널들(18c)은, 제1 벽(3a)을 대면하는 상부 측면, 및 분배기 플레이트(14)를 대면하는 하부 측면을 갖는다. 이 예에서, 유체 채널들(18c)의 상부 측면들뿐만 아니라 하부 측면들도 개방된다. 따라서, 유체 채널들(18c)은 매니폴드 구조체에서 세장형 개구부들(20c)을 한정한다. 채널들(18c)의 상부 측면들은 매니폴드 구조체의 상단 표면(top surface)에서 세장형 개구부들을 형성한다. 채널들(18c)의 하부 측면들은 개방되어, 매니폴드 구조체(17c)의 바닥 표면(19c)에 세장형 개구부들(20c)을 형성한다.
일 예에서, 매니폴드 구조체(17c)는 분배기 플레이트(14)와 제1 벽(3a) 사이에 배열된다. 분배기 플레이트(14)는 매니폴드 구조체(17c)의 바닥 표면(19)에 단단히 부착되며, 그에 따라, 매니폴드 구조체의 바닥 표면에 있는 세장형 개구부들(20c)은 분배기 플레이트(14)에 의해 부분적으로 밀봉된다. 매니폴드 구조체(17c)의 상부 표면은 제1 벽(3a)에 단단히 부착되며, 그에 따라, 매니폴드 구조체의 상단 표면에 있는 세장형 개구부들은 제1 벽(3a)에 의해 밀봉된다. 따라서, 제1 벽(3a) 및 분배기 플레이트(14)는 매니폴드 구조체의 유체 채널들(18c)을 밀봉한다. 따라서, 유체 채널들(18c)은 제1 벽(3a), 매니폴드 구조체, 및 분배기 플레이트(14)에 의해 한정된다. 이러한 양태는 유체 채널들의 제조를 용이하게 한다.
도 6은 도 5a에 도시된 매니폴드 구조체(17a)를 포함하는 배터리 모듈(1a)의 일 예를 보여준다. 이 예에서, 매니폴드 구조체(17a)는 케이싱의 제1 벽들(3a)에 통합된다. 이 예에서, 유체 입구(8)는 케이싱(2)의 제1 단부(2a) 근처에서 케이싱의 전면 벽(3e)에 배치된다. 분배기 플레이트(14)는 매니폴드 구조체(17a)에 부착된다. 유체는 유체 입구(8)를 통해 케이싱(2)으로 들어가고, 유체 채널들(18a)에 의해 분배기 플레이트(14)의 개구부들(15)로 안내된다. 유체는 배터리 셀들(11) 사이의 공간들(12)로 들어가서, 배터리 셀들의 외피 표면을 따라 배터리 셀들의 축과 평행하게 흐른다. 유체는 배터리 셀들의 스택(5)의 반대편에 있는 유체 출구(9)를 통해 케이싱을 빠져나온다. 이 예에서, 유체 출구(9)는 케이싱의 제2 단부(2b) 근처에서 케이싱의 전면 벽(3e)에 배치된다.
도 7은 도 5b 및 도 5c에 도시된 매니폴드 구조체(17b 및 17c) 중 어느 하나를 포함하는 배터리 모듈(1b)의 또 다른 예를 보여준다.
도 8은 도 7의 배터리 모듈(1b)을 위로부터 보여준다. 이 예에서, 매니폴드 구조체(17b 및 17c)는 분배기 플레이트(14)와 제1 벽(3a) 사이에 배열된다. 분배기 플레이트(14)는 매니폴드 구조체(17b 및 17c)에 부착되고, 매니폴드 구조체(17b 및 17c)는 제1 벽(3a)에 부착된다. 이 예에서, 유체 입구(8')는 제1 벽(3a)의 에지들(4)로부터 거리를 두고 제1 벽(3a)의 중앙 부분에 배열되며, 제1 벽(3a)에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 유체를 유체 입구(8')에 공급하기 위해 제1 벽(3a)의 하나의 에지(4a)와 유체 입구(8') 사이에 배열된 입구 채널(22)이 제공된다. 입구 포트(23)는 유체 입구(8')에 연결된다. 케이싱의 제2 벽(3b)에는 유체를 위한 유체 출구(9')가 제공된다. 제2 유체 출구(9')는 제2 벽(3b)의 에지들로부터 거리를 두고 제2 벽(3b)의 중앙 부분에 배열된다. 유체는 유체 입구(8')를 통해 케이싱(2)으로 들어가고, 유체 채널들(18b 및 18c)에 의해 분배기 플레이트(14)의 개구부들(15)로 안내된다. 유체는 배터리 셀들 사이의 공간들(12)로 들어가며, 배터리 셀들의 외피 표면들을 따라 배터리 셀들(11)의 축과 평행하게 흐른다. 유체는, 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 셀들(11)의 스택(5)의 반대쪽에 있는 유체 출구(9')를 통해 케이싱(2)을 빠져나온다.
도 9는 배터리 모듈(1c)의 또 다른 예를 보여준다. 배터리 모듈(1c)은, 배터리가 분배기 플레이트(14)에 대해 배터리 셀들의 스택(5)의 반대쪽에 있는 배터리 셀들의 스택(5)과 제2 벽(3b) 사이에 배치된 집전판(24)을 포함한다는 점에서, 도 3 및 도 7에 개시된 배터리 모듈(1b)과 다르다. 집전판(24)에는 배터리 셀들(11) 사이의 공간들(12)로부터 유체를 수용하기 위한 복수의 개구부들(15')이 제공된다. 집전판(24)의 개구부들(15')은 바람직하게는 분배기 플레이트(14)의 개구부들(15)과 정렬된다. 바람직하게는, 집전판(24)은 분배기 플레이트(14)와 동일한 방식으로 설계된다. 배터리 모듈(1c)은 집전판(24)과 유체 출구(9) 사이에 배열된 제2 매니폴드 구조체(17')를 더 포함한다. 제2 매니폴드 구조체(17')는 집전판(24)의 개구부들(15')로부터 제2 벽(3b)의 유체 출구(9)까지 유체를 안내하기 위해 배열된 복수의 제2 유체 채널들(12')을 포함한다. 제2 매니폴드 구조체(17')는, 예를 들어, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 매니폴드 구조체들(17a 내지 17c) 중 어느 하나이다.
배터리 모듈은 또한, 배터리 셀들(11)을 서로에 대해 상대적인 그것들의 위치에 유지하기 위한 하나 이상의 셀 홀더들을 포함할 수 있다. 셀 홀더는, 배터리 셀들(11)의 외피 표면을 따라 배터리 셀들의 대칭축과 평행한 방향으로 유체가 흐르는 것을 가능하게 하는 배터리 셀들 사이의 최소 거리를 보장한다. 홀더는 또한, 단락을 방지하기 위한 최소 거리를 보장한다.
도 10은 셀 홀더(26)의 일 예를 보여준다. 셀 홀더(26)는, 배터리 셀들(11)을 수용하기 위한 복수의 관통홀들(28), 및 관통홀들(28) 사이에 배치되어 유체가 셀 홀더(26)를 통과할 수 있도록 하는 복수의 개구부들(30)을 포함한다. 바람직하게는, 복수의 개구부들(30)은 분배기 플레이트(14)의 개구부들(15)과 정렬된다. 적합하게는, 개구부들(30)은 분배기 플레이트의 개구부들(15)에 상응하고, 동일한 형상 및 위치를 갖는다. 셀 홀더(26)는 케이싱(2) 내에 배치되고, 케이싱 내의 스택(5)에 있는 배터리 셀들(11)을 수용하고 지지하도록 적합화된다. 일 구현예에서, 배터리 모듈은 2개의 셀 홀더들(26)을 포함한다. 셀 홀더들(26) 중 하나는 배터리 셀들의 스택의 상단에 배치되고, 다른 셀 홀더는 배터리 셀들의 스택(5)의 바닥에 배치된다. 셀 홀더들의 이러한 위치는, 셀 홀더들이 배터리 셀들의 표면들을 따른 유체 흐름을 방해하지 않을 것이기 때문에, 유리하다. 이에 따라, 배터리 셀들 사이의 유체의 층류 흐름이 달성된다. 셀 홀더들(26)은, 폴리머, 금속, 합금, 등과 같은, 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 또한, 일부 구현예들에서, 셀 홀더들(26)은 분배기 플레이트(14)에 의해 형성될 수 있다.
스택(5) 내의 배터리 셀들(11)은 서로 전기적으로 연결된다. 일 구현예에서, 각각의 배터리 셀들은 직렬 구성으로 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 각각의 배터리 셀들은, 적용 요건에 기초하여, 병렬 구성으로 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 모듈은, 인접한 배터리 셀들 사이에 전기 연결을 제공하도록 적합화된, 버스바(busbars)와 같은, 하나 이상의 전기 전도체들을 포함한다. 각각의 배터리 셀들에는 전기 전도체에 연결하기 위한 극(poles)이 제공된다.
도 11은, 배터리 셀들에 연결된 전기 전도체(32)에 의해 서로 전기적으로 연결된 배터리 셀들(11)의 일 예를 보여준다. 예시된 예에서, 전기 전도체(32)는 버스바이다. 전기 전도체(32)는 복수의 이웃하는 배터리 셀들 사이에 전기적 연결을 제공하도록 적합화된다. 전기 전도체(32)는 복수의 이웃하는 배터리 셀들(11)의 극들과 전기적으로 접촉된다. 전기 전도체(32)는, 유체가 전기 전도체를 통과하는 것을 가능하게 하는 복수의 개구부들(43)을 포함한다. 바람직하게는, 전기 커넥터(32)의 개구부들(43)은 분배기 플레이트의 개구부들(15)과 정렬된다. 배터리 모듈은 하나 이상의 전기 전도체들(32)을 포함할 수 있다. 전기 전도체(32)는 배터리 셀들(11)의 위 및/또는 아래에 배열될 수 있다. 전기 전도체(32)는, 금속, 합금, 등과 같은, 임의의 전기전도성 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 전기 전도체(32)는 금속 포일이거나, 또는 폴리머와 전기 배선의 적층체이다. 전기 전도체(32)는 또한, 하나 이상의 전기 포트들(10)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 분배기 플레이트(14)는 전기전도성 재료로 만들어지고, 전기 전도체(32)로서 사용될 수 있다. 일 양태에서, 전기 전도체(32)는 분배기 플레이트(14)이다.
액체 냉각을 개선하기 위해, 액체 냉각식 모듈(1; 1a; 1b; 1c) 내부의 액체 흐름은 열 발생 부품들(11) 사이에 형성된 공간들(12)에서 제한 부재들(restricting members)을 포함할 수 있다. 이를 도 12에 나타내었다.
도 12에는, 원통형 열 발생 부품들(11) 사이에 형성된 공간들(12)에 위치된 세장형 요소들(elongated elements)(160) 형태의 제한 부재들이 도시되어 있다. 공간들(12)에 있는 제한 부재들은 다수의 목적들을 가질 수 있다. 예를 들어, 원통형 열 발생 부품들(11) 사이에 제한 부재(160)를 위치시킴으로써, 원통형 열 발생 부품들 주위의 액체 흐름이 개선될 수 있는데, 이는, 액체가 열 발생 부품(11)에 더 가까운 그것의 주된 흐름을 갖고 그에 따라 열 발생 부품으로부터의 열 소산을 향상시킨다는 점에서 그러하다. 제한 부재들(160)은 공간들(12)에 위치되지만, 배터리 셀들(12)의 측면들을 따른 축 방향 흐름을 방해하지 않는다. 대신에, 제한 부재는 열 발생 부품들(12) 주위의 흐름을 재분산시킬 것이다. 즉, 제한 부재(160)는, 공간들(12)에 형성된 흐름 채널들이 다른 형상을 갖게 되도록, 공간들(12)의 형상을 재구성할 것이다. 열 발생 부품들(12)를 냉각하는 데 사용되는 냉각 액체/유체의 자유 흐름을 지원하기 위해 방해받지 않는 축 경로가 여전히 있을 것이다. 따라서, 공간들(12) 내의 흐름 채널들의 형상은 이러한 방식으로 변화될 수 있다. 그 다음, 유체는 공간들(12)에 형성된 유체 채널들에서 축방향으로 이동한다. 그러면, 유체 채널들의 길이는 열 발생 부품들의 축 길이에 해당한다. 다른 구현예들에서, 유체 채널들은, 열 발생 부품들의 길이의 적어도 80%와 같은, 거의 열 발생 부품들의 길이만큼, 연장한다.
제한 부재들(160)은 또한, 전기 절연체로서의 역할을 할 수 있고 절연 재료로 만들어질 수 있다. 제한 부재는 또한, 열 발생 부품들을 목적하는 위치에 두기 위한 거리 부재(distance member)로서의 역할을 할 수 있다. 따라서, 제한 부재(들)를 사용하여, 배터리 셀들과 같은 열 발생 부품들을 서로에 대해 고정할 수 있다. 이로써, 열 발생 부품들이 제한 부재들에 의해 고정될 수 있으므로, 다른 고정 구조체들이 감소되거나 생략될 수 있다. 이는, 열 발생 부품들이, 전형적으로는 배터리 셀들이, 예를 들어, 배터리 모듈의 하우징 내에 위치될 수 있는 고정 구조체에 장착될 필요가 없기 때문에, 조립을 용이하게 할 것이다.
또한, 제한 부재들(160)은 열 발생 부품들(11)의 열팽창을 가능하게 하는 보상 부재의 역할을 할 수 있다. 도 13에는 예시적인 제한 부재(160)가 도시되어 있다. 도 13의 제한 부재(160)는 대략적으로 원통형 형상이며, 핀 형상(pin shaped)이라고 할 수도 있다. 제한 부재(160) 내부에 중공 구역을 제공함으로써, 제한 부재(160)가 열 발생 부품들 사이의 공간들(12)에 위치할 때, 열 발생 부품들(11)의 열팽창을 보상하기 위해 제한 부재(160)는 적어도 부분적으로 찌부러지도록(collapse) 만들어질 수 있다. 도 13은 그러한 찌부러진 제한 부재(161)를 보여준다. 또한, 본 명세서에 기재된 바와 같은 제한 부재를 제공함으로써, 열 발생 부품들(12)을 냉각하는 데 사용되는 액체/유체가 차지하는 전체 부피가 감소될 수 있다. 이로써, 필요한 액체/유체의 양이 줄어들기 때문에 전체 모듈의 무게를 줄일 수 있다.
앞에서 설명된 바와 같이, 제한 부재(들)는 플라스틱 재료와 같은 탄성 재료에 의해 유리하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 나일론이 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서 탄성 재료는 적합한 방식으로 강화될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유를 사용하여 탄성 재료를 강화할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제한 부재들(160)은 대략적으로 원통형 형상일 수 있다. 이는, 제한 부재가 원통형 열 발생 부품들 사이의 공간들에 위치할 때, 특히 유리할 수 있다. 그러나, 제한 부재들(160)의 다른 형상들도 사용될 수 있다. 예를 들어, 제한 부재들(160)의 반원통형 형상(semi-cylindrical shapes)이 사용될 수 있거나, 또는 프리즘형 형상의 제한 부재들(prismatic shaped restricting members)이 사용될 수 있다. 다른 구현예들에서, 반원통형 이외에, 쿼터 원통(quarter cylinders) 또는 다른 유형의 잘려진 원통(cut cylinders)과 같은 부분적 원통(partial cylinders), 또는 프리즘이 사용될 수 있다. 제한 부재들은 유리하게는 열 발생 부품들(11)과 동일한 축 길이를 가질 수 있다.
제한 부재(160)의 목적에 따라, 재료가 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에 따르면, 제한 부재들은 탄성 재료에 의해 형성된다. 이는, 제한 부재가 열팽창 보상기의 역할을 해야 하는 경우에 유용할 수 있다. 제한 부재들은 또한, 전기 전도를 돕기 위해 전기전도성 재료에 의해 형성될 수 있거나, 또는 제한 부재들은 절연성 부재를 형성하기 위해 전기절연성 재료에 의해 형성될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 액체 냉각식 모듈 내부에 흐름을 발생시키기 위한 펌프는 액체 냉각식 모듈 내부에 위치될 수 있다. 특히, 유체를 펌핑하기 위한 펌프는 액체 밀봉 케이싱 내부에 위치된다. 펌프는 유리하게는 전기유체역학(Electrohydrodynamic: EHD) 펌프일 수 있다. 그러나, 기계식 펌프, 자기유체역학 펌프, 원심 펌프, 삼투압 펌프, 음파 펌프, 다이어프램 펌프, 압전 펌프, 연동 펌프, 노즐-확산기 펌프, 테슬라 펌프, 모세관 펌프 또는 이와 유사한 것과 같은 다른 유형의 펌프들이 고려된다. 펌프는 원통형 형상일 수 있다.
도 14에는 액체 밀봉 케이싱(2) 내부에 위치된 펌프(111)가 도시되어 있다. 펌프는 액체를, 열 흡수 구조체를 향하도록 또는 그것으로부터 멀어지도록, 펌핑할 수 있다. 열 흡수 구조체는 수냉식 모듈의 벽일 수 있다. 특히, 열 흡수 구조체는, 도 14에 도시된 바와 같이, 액체 밀봉 케이싱(2)의 측벽일 수 있다. 측벽은 핀(fins) 또는 플랜지를 구비할 수 있거나, 또는 열전달을 향상시키기 위한 다른 불규칙한 형상 또는 돌출부를 가질 수 있다. 예를 들어, 측벽은, 도 14에 도시된 바와 같이, 심지를 갖는 또는 주름진 구조체(wicked or corrugated structure)를 가질 수 있다. 도 14에서, 펌프(111)는 케이싱(2) 내부의 액체(112) 내에 위치된다. 액체(112)는 케이싱(2) 내부에 배치된 열 발생 부품들(11)로부터 열을 전달한다. 일부 구현예들에서, 펌프(111)는 열 발생 부품들의 내부에 위치될 수 있고, 일부 구현예들에서, 펌프는 여기에서와 같이 그러한 열 발생 부품들(11) 사이의 공간(12)에 위치된다.
또한, 액체 밀봉 케이싱(2) 내부에는 다수의 펌프들(111)이 제공될 수 있다. 펌프들(111)은 케이싱(2) 내부의 냉각 액체의 흐름을 지원하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 이벤트에 응답하여 흐름이 조절될 수 있다. 미리 결정된 이벤트는, 예를 들어, 열적 비정상/원치 않는 상황(thermal abnormal/undesired situation)일 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 냉각 액체의 흐름은 액체 냉각식 모듈의 전체 또는 일부 부분에서의 결정된 열 활동에 응답하여 중단되거나 감소될 수 있다. 예를 들어, 액체 냉각식 모듈 내부에서의 또는 액체 냉각식 모듈 내부의 일부 부분에서의 온도를 측정하기 위해 온도 센서가 제공될 수 있다. 온도가 상승하고 미리 결정된 문턱치를 충족하는 것으로 결정되면, 펌프(들)(111)에 의한 펌핑을 조절함으로써 흐름이 제어될 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 문턱치는 절대 온도 또는 미리 결정된 온도 증가율일 수 있다. 그러한 이벤트에 대한 응답으로 흐름이 조절된다. 조절은 결정된 이벤트에 따라 달라질 수 있으며, 결정된 이벤트에 따라 흐름이 증가, 감소 또는 심지어 중단될 수도 있다. 다수의 펌프들(111)이 제공되는 경우, 복수의 펌프들(111)의 개별적 조절에 의해 액체 냉각식 모듈의 다양한 부분들에서 다양하게 흐름이 조절될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 적어도 하나의 부분적 원통형, 특히 반원통형, 히트 싱크 부재(118)가 케이싱(2)의 측벽 상에 또는 케이싱(2)의 바닥에 위치되도록 제공된다. 그러한 적어도 하나의 부분적 원통형 히트 싱크 부재(118)에는 플랜지 또는 플랜지들 또는 일부 다른 유형의 돌출 부재가 제공될 수 있다. 예시적인 히트 싱크 부재(118)가 도 15의 단면도에 도시되어 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 액체 냉각식 모듈의 작동을 개선하기 위한 다른 변형들도 이루어질 수 있다. 예를 들어, 액체 냉각식 모듈은 적어도 하나의 히터 요소를 포함할 수 있다. 히터 요소는, 예를 들어, 시작 단계 동안 열을 발생하도록 만들어질 수 있다. 히터 요소는 원통형 또는 반원통형일 수 있다.
도 16에는 앞에서 설명된 액체 냉각식 모듈(1a)의 상부 단면도가 도시되어 있다. 열 발생 부품들(11)은, 배터리 셀, 모터, 펌프 열 발생기를 포함하지만 이에 국한되지 않는 다양한 종류의 부품들을 수용할 수 있다. 열 발생 부품들 사이의 공간들에는 흐름 제한 부재들(160)이 위치될 수 있다. 열 발생 부품들(11)은 도 16에 도시된 바와 같이 원통형일 수 있지만, 프리즘형 형상과 같은 다른 형상을 가질 수도 있다. 원통형 또는 프리즘형 형상을 갖지 않는 부품들도 있을 수 있다. 일부 구현예들에서, 잘려진 원통 또는 프리즘과 같은 잘려진 요소들(cut elements)이 액체 냉각식 모듈(1) 내부에 위치된다. 예를 들어, 잘려진 요소는 반원통, 쿼터 원통 또는 프리즘일 수 있다. 잘려진 요소는 모터 또는 히터와 같은 다양한 부품들을 수용할 수 있지만, 히트 싱크 부재 또는 열 보상 구조체일 수도 있다. 도 16에서, 잘려진 요소들은 히트 싱크 부재들(118)로 예시되지만, 앞에서 설명된 바와 같이 다른 유형의 요소들을 형성할 수도 있다. 잘려진 요소들(118)은 전형적으로, 케이싱(2) 내부의 공간을 더 잘 활용하기 위해, 액체 냉각 케이싱(2)의 가장자리(rim)에 위치될 수 있다. 잘려진 요소들(118)은 일부 구현예들에서 케이싱에 부착될 수 있다. 일부 다른 구현예들에서, 잘려진 요소들은 케이싱(2)에 연결되지 않는다.
또한, 잘려진 요소들(118)은 케이싱(2) 내부의 흐름을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 이때, 잘려진 요소들은 케이싱의 일부분이 될 수 있으며, 케이싱(2) 내부의 액체 흐름을 개선하도록 형상화될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이 액체 냉각식 모듈(1)의 효율을 더욱 향상시키기 위해, 액체 냉각식 모듈 내부에서 흐르는 액체로부터 공기를 제거하기 위해 버블 트랩 배열체(bubble trap arrangement)가 추가될 수 있다. 도 17에는, 입구/출구가 없는 액체 냉각식 모듈(1)을 위한 버블 트랩 배열체(170)가 도시되어 있다. 버블 트랩 배열체는, 도 18에 도시된 바와 같이, 액체 냉각식 모듈(1)에 액체 입구 및 액체 출구가 제공되는 경우에도, 사용될 수 있다.
버블 트랩 배열체(170)는 다양한 유형일 수 있다. 도 19에는, 다른 종류의 버블 트랩 배열체(180)가 도시되어 있다. 따라서, 도 17 및 도 18의 구현예들에서, 하나 이상의 에어 버블 트랩 구조체가 에어 버블 트랩 배열체의 상단 구역에 제공된다. 도 17 및 도 18의 구현예에서, 에어 버블 트랩 구조체(171)는 잘려진 원뿔 또는 피라미드 형상이다. 도 19의 구현예에서, 적어도 하나의 에어 버블 트랩 구조체(181)는 반구형 형상이다.
도 20에는, 배터리(200)를 형성하기 위해 적층된 복수의 배터리 모듈들(1)의 예시적 구현예가 단순화된 도면으로 도시되어 있다. 복수의 배터리 모듈들(1)은 냉각 액체의 공통 공급이 제공되도록 유체연결된다. 공통 공급물은 공통 액체 입구(201)를 통해 공급된다. 냉각 액체는 병렬 구성으로 복수의 배터리 모듈들에 걸쳐 분배된다. 이로써, 냉각된 액체는 본질적으로 동일하게 냉각되어 서로 다른 배터리 모듈들(1)로 들어갈 수 있다. 냉각 액체가 각각의 배터리 모듈들(1)을 빠져나갈 때, 냉각 액체는 공통 출구(202)로 공급될 수 있다. 이로써, 공간 효율적인 냉각 회로를 얻을 수 있다. 배터리(200)는, 예를 들어, 차량의 HVAC 시스템 또는 다른 전기 설비에 사용될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 각각의 배터리 모듈들 내의 냉각 액체는, 케이싱(2)의 상단 구역 및/또는 바닥에 냉각 액체를 분배하기 위한 채널들을 형성함으로써, 분배될 수 있다. 도 21에는, 배터리 모듈(1)의 부품들을 도시하는 분해도가 도시되어 있다. 도 21에서, 배터리 셀들은 케이싱 바닥(204)과 함께 도시되어 있다. 케이싱 바닥(204)은 수밀 케이싱(water tight casing)의 일부분이고, 케이싱 바닥(204)은 그 내부 상에 형성된 채널들(205)을 갖는다. 채널들은 스택(5)을 형성할 수 있는 복수의 배터리 셀들(11)에 걸쳐서 냉각 액체를 분배한다. 일부 구현예들에서, 채널들(205)은, 도 20에 도시된 바와 같이, 공통 입구(201) 및 공통 출구(202)에 연결된다. 또한, 채널들은 구불구불한 형상(meandering shape)을 가질 수 있으며, 그에 따라, 냉각 유체가 일련의 배터리 셀들(11)에 걸쳐 분배될 때, 냉각 유체는 배터리 스택(5) 내의 상기 일련의 배터리 셀들을 따라 구불구불한 패턴으로 흐르게 된다. 도 21에서, 채널들(205)은 케이싱 바닥(204)에 형성된다. 그러나, 또한 착안되는 바에 따르면, 상응하는 방식으로 케이싱 상단에 채널들이 형성될 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 모듈은 전형적으로 액체 냉각식이지만, 또한 착안되는 바에 따르면, 본 모듈 내에서 열을 전달하기 위해 액체 대신 기체가 사용될 수도 있다. 유체가 액체 대신 기체인 그러한 구현예에서, 유체는 기체 형태이고, 적어도 하나의 조용한 이온풍 기반 펌프(silent ion-wind-based pump)에 의해 이동된다. 이때, 모듈은 외부 케이싱 벽들 상에 적어도 하나의 조용한 이온풍 강화 플랜지부착 히트 싱크 구조체(silent ion-wind enhanced flanged heat sink structure)를 포함할 수 있다.
본 발명은 개시된 구현예들에 제한되지 않으며, 다음의 청구항들의 범위 내에서 변화 및 변형될 수 있다. 예를 들어, 흐름 채널들은 다양한 방식으로 설계될 수 있다. 액체 냉각식 모듈은 다양한 유형의 열 발생 부품을 냉각하는 데 유리하다. 또한, 액체 냉각식 모듈의 냉각 용량을 향상시키기 위해, 또는 액체 냉각식 모듈을 더 가볍거나 더 작게 만드는 것과 같은 다른 요구 사항들을 충족시키기 위해, 다양한 구현예들이 조합될 수 있다. 예를 들어, 액체 냉각식 모듈은 서로의 위에 배열된 2개 이상의 분배기 플레이트들을 포함할 수 있다. 개시된 구현예들의 다양한 양태들이 서로 조합될 수 있다. 예를 들어, 매니폴드 구조체에 분배기 플레이트를 통합시킴으로써, 매니폴드 구조체와 분배기 플레이트는 일체형으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 전기 전도체는 분배기 플레이트의 역할을 할 수 있다. 또한, 분배기 플레이트는, 냉각을 증가시키거나 액체의 분배를 향상시키기 위한 플랜지 또는 깔때기를 가질 수 있다.
1, 1a, 1b, 1c ----- 배터리 모듈
2 ----- 케이싱
2a ----- 케이싱의 제1 단부
2b ----- 케이싱의 제2 단부
3a 내지 3f ----- 케이싱 벽들
4, 4a ----- 제1 벽의 에지
5 ----- 배터리 셀들의 스택
8, 8' ----- 유체 입구
9, 9' ----- 유체 출구
10 ----- 전기 포트들
11 ----- 배터리 셀/열 발생 부품
12 ----- 셀들 사이의 공간들
14 ----- 제한 부재/분배기 플레이트
15 ----- 분배기 플레이트의 개구부들
15' ----- 집전판의 개구부들
17, 17a 내지 17c ----- 제한 부재/매니폴드 구조체
17' ----- 제2 매니폴드 구조체
18, 18a 내지 18c, 18b', 18c' ----- 유체 채널들
19, 19a 내지 19c ----- 매니폴드 구조체의 바닥 표면
20a 내지 20c ----- 매니폴드 구조체의 세장형 개구부들
21 ----- 매니폴드 구조체의 입구 채널
22 ----- 제1 벽의 입구 채널
23 ----- 입구 포트
24 ----- 집전판
25 ----- 제2 유체 채널들
26 ----- 셀 홀더
28 ----- 관통 개구부들
30 ----- 셀 홀더의 개구부들
32 ----- 전기 커넥터
43 ----- 전기 커넥터의 개구부들
111 ----- 펌프
112 ----- 액체/유체
118 ----- 잘려진 요소/히트 싱크 부재
160, 161 ----- 제한 부재/핀(pin)
170, 180 ----- 버블 트랩 배열체
171, 181 ----- 에어 버블 트랩 구조체
200 ----- 다수의 배터리 모듈들을 갖는 배터리
201 ----- 공통 유체 입구
202 ----- 공통 유체 출구
204 ----- 케이싱 바닥
205 ----- 채널

Claims (19)

  1. 다음을 포함하는 액체 냉각식 모듈(liquid cooled module)(1; 1a; 1b; 1c)로서, 상기 액체 냉각식 모듈은:
    - 복수의 열 발생 부품들(11)로서, 이동 유체를 수용하기 위한 공간들(12)이 상기 열 발생 부품들(11) 주위에 형성되도록 배열된, 복수의 열 발생 부품들(11); 및
    - 상기 열 발생 부품들(11)을 둘러싸는 액체 밀봉 케이싱(liquid sealed casing)(2);을 포함하고,
    적어도 하나의 제한 부재(14, 17, 160)가, 이동 유체를 수용하기 위한 상기 공간들(12) 내에 위치된,
    액체 냉각식 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유체는 상기 공간들(12) 내에 형성된 유체 채널들에서 축방향으로 이동하고, 상기 유체의 축방향 흐름의 경로에 놓인 방해 구조체(inflicting structures)가 없는, 액체 냉각식 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유체를 펌핑하기 위한 펌프가 상기 액체 밀봉 케이싱 내부에 위치된, 액체 냉각식 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 펌프는 전기유체역학(Electrohydrodynamic: EHD) 펌프인, 액체 냉각식 모듈.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 펌프는 원통형 형상인, 액체 냉각식 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제한 부재는 핀(pin) 형상인, 액체 냉각식 모듈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 냉각식 모듈은 상기 액체 밀봉 케이싱(2)과 상기 열 발생 부품들(11) 사이에 배치된 분배기 플레이트(distributor plate)(14)를 더 포함하고, 상기 분배기 플레이트에는 상기 열 발생 부품들과 매니폴드 구조체(17; 17a; 17b; 17c) 사이의 상기 공간들(12)에 상기 유체를 분배하기 위한 복수의 개구부들(15)이 구비되고, 상기 매니폴드 구조체는 적어도 하나의 유체 입구(8; 8')와 상기 분배기 플레이트(14) 사이에 배열되어 상기 적어도 하나의 유체 입구(8,8')로부터 상기 분배기 플레이트의 상기 개구부들(15)로 상기 유체를 안내하는 복수의 유체 채널들(18; 18a; 18b; 18c)을 포함하는, 액체 냉각식 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 유체 채널들(18; 18a; 18b; 18c) 각각은 상기 분배기 플레이트(14)를 대면하는 개방 측면(open side)을 갖고, 상기 분배기 플레이트는 상기 매니폴드 구조체(17; 17a; 17b; 17c)에 단단히(tightly) 부착되고, 그에 따라, 상기 유체 채널들의 상기 개방 측면들은 상기 분배기 플레이트에 의해 부분적으로 밀봉되는, 액체 냉각식 모듈.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 분배기 플레이트는 전기전도성 재료로 만들어지고, 전기 커넥터의 역할을 하도록 구성된, 액체 냉각식 모듈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 원통형 형상인 열팽창 보상 구조체(thermal expansion compensating structure)를 적어도 하나 더 포함하는, 액체 냉각식 모듈.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제한 부재들은 탄성 재료에 의해 형성된, 액체 냉각식 모듈.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제한 부재는 전기전도성 재료에 의해 형성된, 액체 냉각식 모듈.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 밀봉 케이싱은 플랜지 및/또는 적어도 하나의 주름진 구역(corrugated section)을 포함하는, 액체 냉각식 모듈.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 냉각식 모듈은 상기 액체 밀봉 케이싱의 벽 상에 또는 상기 액체 밀봉 케이싱의 바닥에 위치된 적어도 하나의 부분적으로 원통형인 히트 싱크 부재(heat sink member)를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 부분적으로 원통형인 히트 싱크 부재에는 적어도 하나의 플랜지가 구비된, 액체 냉각식 모듈.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제한 부재는 상기 제한 부재들의 압축을 가능하게 하는 중공 구역을 포함하는, 액체 냉각식 모듈.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제한 부재는 전기 절연 재료에 의해 형성된, 액체 냉각식 모듈.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 열 발생 부품들(11)은 원통형 형상인, 액체 냉각식 모듈.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 매니폴드 구조체(17; 17a; 17b; 17c)가 구비된 경우, 상기 매니폴드 구조체(17; 17a; 17b; 17c)는 상기 액체 밀봉 케이싱(2)의 통합된 부분(integrated part)인, 액체 냉각식 모듈.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 상기 공간들(12) 내에 형성된 유체 채널들에서 축방향으로 이동하고, 상기 유체 채널들의 길이는 상기 열 발생 부품들의 축 방향 길이에 해당하는, 액체 냉각식 모듈.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3247969A1 (de) 1982-12-24 1984-06-28 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Hochtemperaturspeicherbatterie
JP2708495B2 (ja) * 1988-09-19 1998-02-04 株式会社日立製作所 半導体冷却装置
JPH05136305A (ja) * 1991-11-08 1993-06-01 Hitachi Ltd 発熱体の冷却装置
DE102012111970A1 (de) * 2012-12-07 2014-06-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieanordnung und Verfahren zum Kühlen einer Batterie
DE102016109277A1 (de) * 2016-05-20 2017-11-23 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriemodul
FR3077430B1 (fr) * 2018-01-29 2020-02-14 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Module d'accumulateurs electriques et batterie comprenant plusieurs modules
FR3077431B1 (fr) * 2018-01-29 2020-07-31 Commissariat Energie Atomique Module d'accumulateurs electriques et batterie comprenant plusieurs modules
EP3696876A1 (en) * 2019-02-18 2020-08-19 3M Innovative Properties Company Battery module
US20200266506A1 (en) 2019-02-18 2020-08-20 3M Innovative Properties Company Battery module and system

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