WO2014084589A1 - 전지 시스템 및 전지셀 어셈블리 냉각 방법 - Google Patents

전지 시스템 및 전지셀 어셈블리 냉각 방법 Download PDF

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battery cell
cooling fins
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케트칼사티쉬
멀리만로버트
니엘손마이클
이사예브이고르
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery system and a method for cooling a battery cell assembly.
  • the battery constituting the battery system causes heat generation during the charging and discharging process. If such heat is not removed and accumulates, the battery deteriorates, resulting in deterioration of performance, and may cause serious problems in terms of safety.
  • the inventors of the present application have recognized the need for an improved battery system and a method for cooling a battery cell assembly using cooling fins located between the battery cells to cool the battery cells and converting the two-phase refrigerant into a gaseous refrigerant.
  • the inventors of the present application have recognized the need for an improved battery system and method for cooling a battery cell assembly.
  • the battery system includes a battery cell assembly having first and second battery cells and a cooling fin positioned between the first and second battery cells.
  • the cooling fin has an inlet port, an outlet port, and an internal flow path located between the inlet port and the outlet port.
  • the cooling fins are configured to receive two-phase refrigerant at the inlet.
  • the cooling fin is configured to receive thermal energy from the first and second battery cells and to convert the thermal energy into a two-phase refrigerant in an internal flow path.
  • the cell system includes a compressor fluidly connected to an outlet and configured to pump a gaseous refrigerant into a condenser.
  • the condenser is fluidly connected to the compressor and is configured to receive gaseous refrigerant from the compressor.
  • the condenser is configured to convert the gaseous refrigerant into a liquid refrigerant by extracting thermal energy from the gaseous refrigerant.
  • the cell system includes an expansion valve fluidly connected between the condenser and the inlet of the cooling fins.
  • the expansion valve is configured to receive the liquid refrigerant from the compressor to reduce the pressure level of the liquid refrigerant to obtain a two-phase refrigerant.
  • the two-phase refrigerant is formed to flow from the expansion valve to the inlet of the cooling fins.
  • a method of cooling a battery cell assembly has cooling fins positioned between the first and second battery cells and the first and second battery cells.
  • the cooling fin has an inlet, an outlet, and an internal flow path located between the inlet and the outlet.
  • the method includes receiving a two-phase refrigerant in the inlet of the cooling fins.
  • the method receives thermal energy at the cooling fins from first and second battery cells located on opposite sides of the cooling fins, and converts the two-phase refrigerant to gaseous refrigerants using the thermal energy in the internal flow path of the cooling fins.
  • the method includes routing gaseous refrigerant from the outlet to the compressor.
  • the method includes pumping gaseous refrigerant from a compressor to a condenser using a compressor.
  • the method includes converting the gaseous refrigerant received by the condenser into a liquid refrigerant by extracting thermal energy from the gaseous refrigerant using a condenser.
  • the method includes pumping the liquid refrigerant from the condenser to the expansion valve and using the expansion valve to reduce the pressure of the liquid refrigerant to obtain a two phase refrigerant.
  • the method includes transferring a two-phase refrigerant from the expansion valve to the inlet of the cooling fins.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a battery system according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a battery cell assembly used in the battery system of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded view of the battery cell assembly of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an exploded view of a portion of the battery cell assembly of FIG. 3;
  • FIG. 5 is an exploded view of the cooling fins used in the battery cell assembly in FIG. 4;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a portion of the cooling fin of FIG. 4;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of another portion of the cooling fin of FIG. 4;
  • FIG. 8 is a flowchart of a method for cooling the battery cell assembly of FIG. 2 in accordance with another embodiment of the present invention.
  • Battery system 10 for producing power in accordance with an embodiment of the present invention.
  • Battery system 10 includes compressor 22, condenser 23, expansion valve 24, battery cell assembly 26, conduits 50, 51, 52, 53, temperature sensor 60, condenser fan ( 70) and microprocessor 80.
  • An advantage of the battery system 10 is that the cooling system 140 converts a two-phase refrigerant into a gaseous refrigerant to cool the battery cells and places cooling fins 140 positioned between adjacent battery cells as described below. ) Is to use.
  • refrigerant corresponds to a material that can reversibly transition between liquid and gas during the thermocycle process.
  • exemplary refrigerants include R-11, R-12, R-22, R-134A, R-407C and R-410A.
  • gaseous refrigerant also corresponds to a refrigerant having a gaseous state.
  • liquid refrigerant also corresponds to a refrigerant which mainly has a liquid state.
  • two-phase refrigerant also corresponds to a refrigerant in which some are in the liquid state and others are in the gaseous state.
  • Compressor 22 consists of pumping and compressing gas refrigerant 91 through conduit 51 to condenser 23 in response to a control signal from microprocessor 80. As shown, the conduit 51 is fluidly connected between the compressor 22 and the condenser 23.
  • the condenser 23 receives the gas refrigerant 91 from the compressor 22 via the conduit 51 and extracts thermal energy from the gas refrigerant 91 to convert the gas refrigerant 91 into the liquid refrigerant 92.
  • the conduit 52 is fluidly connected between the condenser 23 and the expansion valve 24. After the liquid refrigerant 92 exits the condenser 24, it is further pumped through the conduit 52 to the expansion valve 24.
  • Expansion valve 24 is fluidly connected between condenser 23 and battery cell assembly 26 via conduits 52, 53.
  • the expansion valve 24 is configured to receive the liquid refrigerant 92 from the condenser 23 and to lower the pressure level of the liquid refrigerant 92 to obtain the two-phase refrigerant 93.
  • the two-phase refrigerant 93 flows from the expansion valve 24 to the conduit 182 of the battery cell assembly 26 via the conduit 53.
  • the battery cell assembly 26 is rectangular ring-shaped frame members 120 and 122. Battery cells 130 and 132 and cooling fins 140 are included.
  • An advantage of the battery cell assembly 26 is to convert the liquid refrigerant 92 into a gaseous refrigerant 93 between the battery cells to cool the battery cells 130, 132, as described in more detail below.
  • the battery cell assembly 26 uses the adjacent cooling fins 140.
  • the rectangular annular frame members 120, 122 are configured to be connected together to fix the battery cells 130, 132 and the cooling fins 140 therebetween.
  • the rectangular annular frame members 120, 122 are made of plastic.
  • the rectangular annular frame members 120, 122 may be made of other materials known to those skilled in the art.
  • the battery cells 130 and 132 are configured to generate an operational voltage, respectively.
  • each of the battery cells 130, 132 is a pouch-type lithium-ion battery cells.
  • the battery cells 130 and 132 are connected in series with each other.
  • the battery cell 130 includes a rectangular annular pouch 150 and electrodes 152 and 154 extending from the pouch 150.
  • the battery cell 130 is positioned between the rectangular annular frame member 120 and the cooling fin 140.
  • the battery cell 132 includes a rectangular annular pouch 160, an electrode 160, and another electrode (not shown).
  • the battery cell 132 is positioned between the rectangular annular frame member 122 and the cooling fin 140.
  • cooling fin 140 transfers thermal energy from the battery cells 130 and 132 to the two-phase refrigerant 93 flowing through the cooling fin 140 and the cooling fin 140.
  • the two-phase refrigerant 93 is converted into a gaseous refrigerant 91 in the () to provide a cooling for the battery cells (130, 132).
  • Cooling fins 140 generally include a rectangular aluminum plate 180 and a tube 112.
  • the rectangular aluminum plate 180 has a first side 190 and a second side 192.
  • Plate 180 has arcuate-shaped first, second, third and fourth outer edge portions 200, 202, 204, 206, respectively, for securing a portion of tube 182 (FIG. 5). It is shown in).
  • the first, second, third and fourth outer edge portions 200, 202, 204, 206 set an arcuate groove 209 (shown in FIG. 6) which is formed to set the tube 182. do.
  • the first side portion 190 has a size covering substantially the entire side of the rectangular side of the battery cell 130.
  • the second side portion 192 has a size covering substantially the entirety of the rectangular side surface of the battery cell 132.
  • the tube 182 is connected to the first side 190 of the rectangular aluminum plate 180, and includes first, second, third and fourth outer edge portions 200, 202, 204, of the plate 180. 206 and extends on first, second, third and fourth outer edge portions 200, 202, 204, 206 of plate 180.
  • the tube 182 is made of aluminum.
  • tube 182 may be made of other materials known to those skilled in the art.
  • the tube 182 includes an inlet 220, tube portions 222, 224, 226, 228, 230, and an outlet 232.
  • Inlet 220 is connected to tube portion 222 and is further connected to conduit 23.
  • the tube portion 222 is connected between the inlet 220 and the tube portion 224.
  • the tube portion 226 is connected between the tube portion 224 and the tube portion 228.
  • the tube portion 230 is connected between the tube portion 228 and the outlet 232.
  • the outlet 232 is connected to the conduit 50.
  • the tube portion 222 is connected to the fourth edge portion 206, and the tube portion 224 is connected to the first edge portion 200.
  • the tube portion 226 is connected to the second edge portion 202 and the tube portion 228 is connected to the third edge portion 204.
  • the tube portion 230 is connected to the fourth edge portion 206 by soldering.
  • two-phase refrigerant 93 enters inlet 220 from conduit 53.
  • the two-phase refrigerant 93 is transferred to the gaseous refrigerant 91 and exits the outlet 232.
  • the outlet is connected to conduit 50.
  • the thermal energy generated by the battery cell 130 is conducted to the tube 182 through the rectangular aluminum plate 180.
  • the thermal energy generated by the battery cell 132 is conducted to the tube 182 through the rectangular aluminum plate 180.
  • the thermal energy in the tube 182 is conducted to the two-phase refrigerant 93 flowing through the inner flow path of the tube 182, converts the two-phase refrigerant 93 into a gas-phase refrigerant 91 to the battery cells ( Lower the temperature at 130, 132).
  • a temperature sensor 60 is provided to generate a signal indicative of the temperature level of the battery cells 130, 132 received by the microprocessor 80.
  • the condenser fan 70 is provided for blowing air through the condenser 23 to cool the condenser 23 in response to a control signal from the microprocessor 80. As shown, the condenser fan 70 is located close to the condenser 23.
  • Microprocessor 80 is provided to control the operation of battery system 10.
  • the microprocessor 80 is configured to generate a control signal for controlling the operation of the condenser fan 70 and the compressor 22 in response to the signal of the temperature sensor 60.
  • the microprocessor 80 is configured to generate a control signal for activating the compressor 22 and the condenser fan 70 when the temperature of the battery cells 130, 132 is higher than the threshold temperature.
  • the microprocessor 80 uses a storage device 81 that stores software instructions and associated data for controlling the compressor 22 and the condenser fan 70.
  • the microprocessor 80 is programmed to control the compressor 22 and the condenser fan 70 as described herein.
  • a user has a battery cell assembly having cooling fins 140 positioned between the first and second battery cells 130, 132 and the first and second battery cells 130, 132.
  • the cooling fin 140 has an inlet 220, an outlet 232, and an internal flow path located between the inlet 220 and the outlet 232.
  • the user provides a compressor 22, a condenser 23, and an expansion valve 24.
  • inlet 220 of cooling fin 140 receives two-phase refrigerant 93 from expansion valve 24.
  • the cooling fin 140 receives thermal energy from the first and second battery cells 130, 132 located on the opposite side of the cooling fin 140, and the interior of the cooling fin 140.
  • the two-phase refrigerant 93 is converted into the gaseous refrigerant 91 by using heat energy in the flow path.
  • compressor 22 receives gaseous refrigerant 91 from outlet 232 of cooling fin 140 and pumps gaseous refrigerant 91 from compressor 22 to condenser 23.
  • step 310 the condenser 23 receives the gaseous refrigerant 91 from the compressor 22 and extracts thermal energy from the gaseous refrigerant 91, thereby converting the gaseous refrigerant 91 into a liquid refrigerant 92. do.
  • expansion valve 24 receives liquid refrigerant 92 from condenser 23 and reduces the pressure of liquid refrigerant 92 to convert liquid refrigerant 92 into two-phase refrigerant 03. do.
  • inlet 220 of cooling fin 140 receives two-phase refrigerant 93 from expansion valve 24.
  • the battery cell assembly 26 and battery cell cooling method provide significant advantages over other battery systems and methods.
  • the battery cell assembly 26 and method provide the technical effect of using a cooling fin 140 located adjacent between the battery cells and converting the two-phase refrigerant to gaseous refrigerant to cool the battery cells.
  • the battery cell assembly and method of cooling the battery cell of the present invention provide significant advantages over other battery systems and methods.
  • the battery cell assembly and method converts a two-phase refrigerant into a gaseous refrigerant to cool the battery cells and uses cooling fins located adjacent between the battery cells.

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Abstract

제 1 및 제 2 전지셀들과 상기 제 1 및 제 2 전지셀들 사이에 위치하는 냉각 핀을 가지고 있는 전지 시스템을 제공한다. 냉각 핀은 제 1 및 제 2 전지셀들로부터 열 에너지를 수령하여, 내부 유로에서 2 상 냉매로 변환한다. 압축기는 가스상 냉매를 응축기로 펌핑한다. 응축기는 가스상 냉매로부터 열 에너지를 추출함으로써 가스상 냉매를 액체 냉매로 변환한다.

Description

전지 시스템 및 전지셀 어셈블리 냉각 방법
본 발명은 전지 시스템 및 전지셀 어셈블리의 냉각 방법에 관한 것이다.
전지 시스템을 구성하는 전지는 충방전 과정에서 발열을 초래하는 바, 이러한 열이 제거되지 못하고 축적되는 경우에는 전지가 열화되어 성능 저하가 일어나며, 안전성 측면에서도 심각한 문제를 유발할 수 있다.
이로 인해, 전지 시스템에는 필수적으로 냉각이 요구되지만, 종래의 전지 시스템은 소망하는 수준으로 냉각을 이루지 못하고 있다.
본 출원의 발명자들은, 향상된 전지 시스템, 및 전지셀들을 냉각하기 위하여 전지셀들 사이에 위치하고 2상 냉매를 가스상 냉매로 변환하는 냉각 핀을 사용하는 전지셀 어셈블리 냉각 방법에 대한 필요성을 인식하였다.
따라서, 본 출원의 발명자들은 향상된 전지 시스템 및 전지셀 어셈블리의 냉각 방법에 대한 필요성을 인식하였다.
하나의 예시적인 실시예에 따른 전지 시스템을 제공한다. 상기 전지 시스템은 제 1 및 제 2 전지셀들과 상기 제 1 및 제 2 전지셀들 사이에 위치하는 냉각 핀(cooling fin)을 가지고 있는 전지셀 어셈블리(battery cell assembly)를 포함하고 있다. 상기 냉각 핀은 유입구(inlet port), 배출구(outlet port), 및 상기 유입구 및 배출구 사이에 위치한 내부 유로(internal flow path)를 가지고 있다. 상기 냉각 핀은 유입구에서 2상 냉매(two-phase refrigerant)를 수령하도록 구성되어 있다. 상기 냉각 핀은 제 1 및 제 2 전지셀들로부터의 열 에너지를 수령하여, 내부 유로에서 상기 열 에너지를 사용하여 2상 냉매로 변환(transition) 하도록 구성되어 있다. 상기 전지 시스템은 배출구에 유체적으로(fluidly) 연결되어 있고, 가스상 냉매(gaseous refrigerant)를 응축기(condenser) 내로 펌핑(pump) 하도록 구성되어 있는 압축기(compressor)를 포함하고 있다. 상기 응축기는 압축기에 유체적으로 연결되어 있고, 압축기로부터 가스상 냉매를 수령하도록 구성되어 있다. 상기 응축기는 가스상 냉매로부터 열 에너지를 추출함으로써 가스상 냉매를 액체 냉매로 변환하도록 구성되어 있다. 상기 전지 시스템은 응축기 및 냉각 핀의 유입구 사이에 유체적으로 연결되어 있는 팽창 밸브(expansion valve)를 포함하고 있다. 상기 팽창 밸브는 압축기로부터의 액체 냉매를 수령하여 액체 냉매의 압력 수준을 줄여 2상 냉매를 얻도록 구성되어 있다. 상기 2상 냉매는 팽창 밸브에서 냉각 핀의 유입구로 흐르도록 형성되어 있다.
또 다른 예시적인 실시예에 따른 전지셀 어셈블리의 냉각 방법을 제공한다. 상기 전지셀 어셈블리는 제 1 및 제 2 전지셀들과 상기 제 1 및 제 2 전지셀들 사이에 위치하는 냉각 핀을 가지고 있다. 상기 냉각 핀은 유입구, 배출구, 및 상기 유입구과 배출구 사이에 위치한 내부 유로를 가지고 있다. 상기 방법은 냉각 핀의 유입구 내에서 2상 냉매를 수령하는 과정을 포함한다. 상기 방법은 냉각 핀의 대향측에 위치하는 제 1 및 제 2 전지셀들로부터 냉각 핀에서 열 에너지를 수령하여, 냉각 핀의 내부 유로에서 상기 열 에너지를 사용하여 2상 냉매를 가스상 냉매로 변환하는 과정을 포함한다. 상기 방법은 배출구로부터 압축기로 가스상 냉매를 전달(routing)하는 과정을 포함한다. 상기 방법은 압축기를 사용하여 압축기로부터 응축기로 가스상 냉매를 펌핑하는 과정을 포함한다. 상기 방법은 응축기를 사용하여 가스상 냉매로부터 열 에너지를 추출함으로써, 응축기에 의해 수령된 가스상 냉매를 액체 냉매로 변환하는 과정을 포함한다. 상기 방법은 액체 냉매를 응축기로부터 팽창 밸브로 펌핑하고, 팽창 밸브를 사용하여 액체 냉매의 압력이 감소시켜 2상 냉매를 얻는 과정을 포함한다. 상기 방법은 2상 냉매를 팽창 밸브로부터 냉각 핀의 유입구로 전달하는 과정을 포함한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 시스템의 모식도이다;
도 2는 도 1의 전지 시스템에 사용되는 전지셀 어셈블리의 모식도 이다.
도 3은 도 2의 전지셀 어셈블리의 분해도이다.
도 4는 도 3의 전지셀 어셈블리 일부의 분해도이다;
도 5는 도 4에서 전지셀 어셈블리에 사용되는 냉각 핀의 분해도이다;
도 6은 도 4의 냉각 핀 일부의 단면도이다;
도 7은 도 4의 냉각 핀의 또 다른 일부의 단면도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 2의 전지셀 어셈블리를 냉각히기 위한 방법의 흐름도이다.
도 1 내지 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력을 생산하기 위한 전지 시스템(10)이 도시되어 있다. 전지 시스템(10)은 압축기(22), 응축기(23), 팽창 밸브(24), 전지셀 어셈블리(26), 도관들(50, 51, 52, 53), 온도센서(60), 응축기 팬(70) 및 마이크로프로세서(80)를 포함하고 있다. 전지 시스템(10)의 장점은, 하기에 더욱 자세히 설명하는 바와 같이, 전지셀들을 냉각하기 위하여 2상 냉매를 가스상 냉매로 변환하며 인접 전지셀들 사이에 위치하는 냉각 핀(140)을 시스템(10)이 사용한다는 것이다.
이해의 목적에서, 용어 "냉매(refrigerant)"는 열순환 과정에서 액체 및 가스 간에 가역적으로 전이할 수 있는 물질에 대응한다. 예시적인 냉매들은 R-11, R-12, R-22, R-134A, R-407C 및 R-410A를 포함한다. 또한, 용어 "가스상 냉매(gaseous refrigerant)"는 주로 기체 상태를 가지는 냉매에 대응한다. 또한, 용어 "액체 냉매(liquid refrigerant)"는 주로 액체 상태를 가지는 냉매에 대응한다. 또한, 용어 "2상 냉매(two-phase refrigerant)는 일부가 액체 상태이고 나머지가 기체 상태인 냉매에 대응한다.
압축기(22)는 마이크로프로세서(80)의 제어 신호에 대응하여 가스 냉매(91)을 도관(51)을 통해 응축기(23)으로 펌핑하고 압축하는 것으로 구성되어 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 도관(51)은 압축기(22) 및 응축기(23) 사이에 유동적으로 연결되어 있다.
응축기(23)는, 도관(51)을 경유하여 압축기(22)로부터 가스 냉매(91)을 수령하여, 가스 냉매(91)로부터 열 에너지를 추출함으로써 가스 냉매(91)를 액체 냉매(92)로 전이시키기 위해 제공된다. 도시되어 있는 바와 같이, 도관(52)은 응축기(23)와 팽창 밸브(24) 사이에 유동적으로 연결되어 있다. 액체 냉매(92)는 응축기(24)를 빠져나간 후, 도관(52)을 통해 팽창 밸브(24)로 더 펌핑된다.
팽창 밸브(24)는 도관들(52, 53)을 경유하여 응축기(23)와 전지셀 어셈블리(26) 사이에 유동적으로 연결되어 있다. 팽창 밸브(24)는 응축기(23)로부터 액체 냉매(92)를 수령하고 액체 냉매(92)의 압력 수준을 낮추어 2상 냉매(93)를 얻도록 구성되어 있다. 2상 냉매(93)은 도관(53)을 경유하여 팽창 밸브(24)로부터 전지셀 어셈블리(26)의 도관(182)으로 흐르게 된다.
도 2 내지 7을 참조하면, 하나의 예시적인 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(26)를 제공한다. 전지셀 어셈블리(26)는 장방형의 환형 프레임 부재들(rectangular ring-shaped frame members: 120, 122). 전지셀들(130, 132) 및 냉각 핀(140)을 포함한다. 전지셀 어셈블리(26)의 장점은, 하기에서 더욱 자세히 설명하는 바와 같이, 전지셀들(130, 132)을 냉각하기 위하여 액체 냉매(92)를 가스상 냉매(93)로 변환하며 전지셀들 사이에 인접하게 위치하는 냉각 핀(140)을 전지셀 어셈블리(26)가 사용하는 점이다.
장방형의 환형 프레임 부재들(120, 122)은 전지셀들(130, 132) 및 냉각 핀(140)을 그들 사이에 고정하기 위하여 함께 연결되도록 구성되어 있다. 하나의 실시예에서, 장방형의 환형 프레임 부재들(120, 122)은 플라스틱(plastic)으로 이루어져 있다. 그러나, 대체 실시예들에서, 장방형의 환형 프레임 부재들(120, 122)은 당업자에게 공지된 다른 소재로 이루어질 수도 있다.
전지셀들(130, 132)은 각각 작동 전압(operational voltage)을 발생시키도록 구성되어 있다. 하나의 실시예에서, 각각의 전지셀들(130, 132)은 파우치형 리튬-이온 전지(pouch-type lithium-ion battery cells)이다. 물론, 당업자에게 공지된 다른 형태의 전지셀을 사용할 수도 있다. 또한, 하나의 실시예에서, 전지셀들(130, 132)은 서로 직렬로 연결되어 있다.
전지셀(130)은 장방형의 환형 파우치(150) 및 파우치(150)로부터 연장되어 있는 전극들(152, 154)을 포함한다. 전지셀(130)은 장방형의 환형 프레임 부재(120)와 냉각 핀(140) 사이에 위치한다.
전지셀(132)은 장방형의 환형 파우치(160), 전극(160) 및 또 다른 전극(도시하지 않음)을 포함한다. 전지셀(132)은 장방형의 환형 프레임 부재(122)와 냉각 핀(140) 사이에 위치한다.
도 2 내지 7을 참조하면, 냉각 핀(140)은, 전지셀들(130, 132)로부터의 열 에너지를 냉각 핀(140)을 통해 유동하는 2상 냉매(93)로 전달하고 냉각 핀(140) 내에서 2상 냉매(93)를 가스상 냉매(91)로 변환시켜 전지셀들(130, 132)을 냉각하기 위하여 제공된다. 냉각 핀(140)은 전반적으로 장방형의 알루미늄 플레이트(180) 및 튜브(112)를 포함한다.
장방형의 알루미늄 플레이트(180)은 제 1 측부(190) 및 제 2 측부(192)를 가지고 있다. 플레이트(180)는, 튜브(182)의 일부를 고정하기 위하여 각각 아치형(arcuate-shaped)인 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 외곽 엣지부들(200, 202, 204, 206) (도 5에 도시되어 있음)을 가지고 있다. 다시 말해서, 제 1, 2 , 3 및 제 4 외각 엣지부들(200, 202, 204, 206)은 튜브(182)를 설정하도록 형성되어 있는 아치형 그루브(209) (도 6에 도시되어 있음)를 설정한다. 제 1 측부(190)는 전지셀(130)의 장방형의 측면의 실질적으로 전체를 덮는 크기이다. 제 2 측부(192)는 전지셀(132)의 장방형의 측면의 실질적으로 전체를 덮는 크기이다.
튜브(182)는 장방형의 알루미늄 플레이트(180)의 제 1 측면(190)에 연결되어 있으며, 플레이트(180)의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 외곽 엣지부들(200, 202, 204, 206)에 연결되어 있고, 플레이트(180)의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 외곽 엣지부들(200, 202, 204, 206) 상에 연장되어 있다. 하나의 실시예에 따르면, 상기 튜브(182)는 알루미늄으로 이루어져 있다. 그러나, 튜브(182)는 당업자에게 공지된 다른 소재로 이루어질 수도 있다. 도 5를 참조하면, 튜브(182)는 유입구(220), 튜브부들(tube portions: 222, 224, 226, 228, 230), 및 배출구(232)를 포함하고 있다. 유입구(220)는 튜브부(222)에 연결되어 있고, 도관(23)에 더 연결되어 있다. 튜브부(222)는 유입구(220) 및 튜브부(224) 사이에 연결되어 있다. 튜브부(226)는 튜브부(224) 및 튜브부(228) 사이에 연결되어 있다. 튜브부(230)는 튜브부(228) 및 배출구(232) 사이에 연결되어 있다. 배출구(232)는 도관(50)에 연결되어 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 납땜(brazing)을 통해, 튜브부(222)는 제 4 엣지부(206)에 연결되어 있고, 튜브부(224)는 제 1 엣지부(200)에 연결되어 있다. 납땜을 통해, 튜브부(226)는 제 2 엣지부(202)에 연결되어 있고, 튜브부(228)는 제 3 엣지부(204)에 연결되어 있다. 또한, 튜브부(230)는 제 4 엣지부(206)에 납땜을 통해 연결되어 있다.
도 3 내지 5를 참조하면, 작동 동안에, 2상 냉매(93)는 도관(53)으로부터 유입구(220)로 유입된다. 튜브부들(212, 224, 226, 228, 213) 중의 적어도 유동하는 동안, 2상 냉매(93)는 가스상 냉매(91)로 전이되고 배출구(232)를 빠져 나간다. 배출구는 도관(50)에 연결되어 있다. 특히, 전지셀(130)에 의해 발생된 열 에너지는 장방형의 알루미늄 플레이트(180)를 통해 튜브(182)로 전도된다. 또한, 전지셀(132)에 의해 발생된 열 에너지는 장방형의 알루미늄 플레이트(180)를 통해 튜브(182)로 전도된다. 또한, 튜브(182) 내의 열 에너지는 튜브(182)의 내부 유로를 통해 유동하는 2상 냉매(93)로 전도되고, 2상 냉매(93)를 가스상 냉매(91)로 변환시켜 전지셀들(130, 132)의 온도를 낮춘다.
도 1을 참조하면, 온도 센서(60)는 마이크로프로세서(80)에 의해 수령되는 전지셀들(130, 132)의 온도 레벨을 나타내는 신호를 발생시키기 위해 제공된다.
응축기 팬(70)은 마이크로프로세서(80)로부터의 제어 신호에 응답하여, 응축기(23)을 냉각하기 위해 응축기(23)를 지나는 공기를 송풍하기 위해 제공된다. 도시되어 있는 바와 같이, 응축기 팬(70)은 응축기(23)에 가까이 위치해 있다.
마이크로프로세서(80)가 전지 시스템(10)의 작동을 제어하기 위해 제공된다. 특히, 마이크로프로세서(80)는 온도센서(60)의 신호에 응답하여 응축기 팬(70) 및 압축기(22)의 작동을 제어하기 위한 제어 신호를 발생시키도록 구성되어 있다. 특히, 마이크로프로세서(80)는, 전지셀들(130, 132)의 온도가 임계 온도보다 높을 경우, 압축기(22) 및 응축기 팬(70)을 활성화시키기 위한 제어 신호를 발생시키도록 형성되어 있다. 마이크로프로세서(80)는 소프트웨어 명령들 및 압축기(22) 및 응축기 팬(70)을 제어하기 위한 관련 데이터를 저장하는 기억장치(81)를 사용한다. 따라서, 마이크로프로세서(80)는 여기에 기재되어 있는 것처럼 압축기(22) 및 응축기 팬(70)을 제어하도록 프로그램 되어 있다.
도 1, 3, 5 및 8을 참조하여, 본 발명의 또 다른 예에 따른 전지셀 어셈블리(26)를 냉각하기 위한 방법의 흐름도를 설명할 것이다.
과정(300)에서, 사용자는 제 1 및 제 2 전지셀들(130, 132)과 제 1 및 제 2 전지셀들(130, 132) 사이에 위치하는 냉각 핀(140)을 가지고 있는 전지셀 어셈블리(26)을 제공한다. 냉각 핀(140)은 유입구(220), 배출구(232) 및 유입구(220) 및 배출구(232) 사이에 위치하는 내부 유로를 가지고 있다.
과정(302)에서, 사용자는 압축기(22), 응축기(23) 및 팽창 밸브(24)를 제공한다.
과정(304)에서, 냉각 핀(140)의 유입구(220)는 팽창 밸브(24)로부터 2상 냉매(93)를 수령한다.
과정(306)에서, 냉각 핀(140)는 냉각 핀(140)의 대향 측에 위치하는 제 1 및 제 2 전지셀들(130, 132)로부터 열 에너지를 수령하고, 냉각 핀(140)의 내부 유로에서 열 에너지를 사용하여 2상 냉매(93)를 가스상 냉매(91)로 변환한다.
과정(308)에서, 압축기(22)는 냉각 핀(140)의 배출구(232)로부터 가스상 냉매(91)를 수령하고, 압축기(22)로부터 응축기(23)로 가스상 냉매(91)를 펌핑한다.
과정(310)에서, 응축기(23)는 압축기(22)로부터 가스상 냉매(91)를 수령하고, 가스상 냉매(91)로부터 열 에너지를 추출함으로써, 가스상 냉매(91)를 액체 냉매(92)로 변환한다.
과정(312)에서, 팽창 밸브(24)는 응축기(23)로부터 액체 냉매(92)를 수령하고, 액체 냉매(92)의 압력을 감소시켜 액체 냉매(92)를 2상 냉매(03)로 변환한다.
과정(314)에서, 냉각 핀(140)의 유입구(220)는 팽창 밸브(24)로부터 2상 냉매(93)를 수령한다.
전지셀 어셈블리(26) 및 전지셀 냉각시키는 방법은 다른 전지 시스템들 및 방법들에 비해 상당한 이점을 제공한다. 특히, 전지셀 어셈블리(26) 및 방법은, 전지셀들을 냉각하기 위하여 2상 냉매를 가스상 냉매로 변환하며 전지셀들 사이에 인접하게 위치하는 냉각 핀(140)을 사용하는 기술적 효과를 제공한다.
비록 본 발명은 단지 제한된 수의 예시에만 관련하여 구체적으로 기술되었지만, 본 발명이 상기에 표현된 예시에만 한정되는 것은 아니라는 점을 인식해야 한다. 더 정확하게는, 본 발명은 변형, 변경, 교체 또는 여기에 표현된 것 뿐만 아니라 본 발명의 의도와 범주에 적합하도록 상응하는 조합으로 얼마든지 부합하도록 수정될 수 있다. 더욱이, 비록 본 발명의 다양한 예시들이 표현되었지만, 본 발명의 양상은 단지 표현된 예시의 일부만을 포함할 수 있다는 점을 인식해야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 표현에 의해 한정되는 것은 아니다.
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전지셀 어셈블리 및 전지셀을 냉각시키는 방법은 다른 전지 시스템들 및 방법들에 비해 상당한 이점을 제공한다. 특히, 전지셀 어셈블리 및 방법은 전지셀들을 냉각하기 위하여 2상 냉매를 가스상 냉매로 변환하며, 전지셀들 사이에 인접하게 위치하는 냉각 핀을 사용한다.

Claims (8)

  1. 제 1 및 제 2 전지셀들과 상기 제 1 및 제 2 전지셀들 사이에 위치하는 냉각 핀(cooling fin)을 가지고 있는 전지셀 어셈블리(battery cell assembly)로서, 상기 냉각 핀은 유입구(inlet port), 배출구(outlet port), 및 상기 유입구 및 배출구 사이에 위치한 내부 유로(internal flow path)를 가지고 있고, 제 1 및 제 2 전지셀들로부터의 열 에너지를 수령하여, 내부 유로에서 상기 열 에너지를 사용하여 2상 냉매(two-phase refrigerant)로 변환(transition) 하도록 구성되어 있는 전지셀 어셈블리;
    상기 배출구에 유체적으로(fluidly) 연결되어 있고, 가스상 냉매(gaseous refrigerant)를 응축기(condenser) 내로 펌핑(pump) 하도록 구성되어 있는 압축기(compressor);
    상기 압축기에 유체적으로 연결되어 있고, 압축기로부터 가스상 냉매를 수령하도록 구성되어 있으며, 가스상 냉매로부터 열 에너지를 추출함으로써 가스상 냉매를 액체 냉매로 변환하도록 구성되어 있는 응축기; 및
    응축기 및 냉각 핀의 유입구 사이에 유체적으로 연결되어 있는 팽창 밸브(expansion valve)로서, 상기 팽창 밸브는 압축기로부터의 액체 냉매를 수령하여 액체 냉매의 압력 수준을 줄여 2상 냉매를 얻도록 구성되어 있고, 상기 2상 냉매는 팽창 밸브에서 냉각 핀의 유입구로 흐르도록 형성되어 있는 팽창 밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 핀은 전반적으로 사각형 형상의 플레이트(rectangular-shaped plate) 및 튜브(tube)를 가지고 있으며, 상기 사각형 형상의 플레이트는 제 1 측부(side) 및 제 2 측부를 가지고 있고, 상기 튜브는 사각형 형상의 플레이트의 제 1 측면에 연결되어 있고 사각형 형상의 플레이트의 적어도 제 1, 2 및 제 3 외곽 엣지부들(peripheral edge portions) 상에 연장되어 있으며 그 안에 내부 유로를 설정하고 있는 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 사각형 형상의 플레이트는 알루미늄으로 이루어져 있고, 상기 튜브는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 사각형 형상의 플레이트는 제 1 전지셀의 사각형 형상의 측면(side surface)의 실질적으로 전체를 덮는 크기인 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 장방형의 알루미늄 플레이트의 제 1, 2 및 제 3 외곽 엣지부들은 튜브를 수령하도록 형성되어 있는 아치 형상의 그루브(arcuate-shaped groove)를 설정하는 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브는 열 에너지의 적어도 일부를 튜브 내로 유동하는 2상 냉매로 전달하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리는 제 1 및 제 2 장방형의 환형 프레임 부재(rectangular ring-shaped frame members)들을 더 포함하고 있고, 상기 냉각 핀과 제 1 및 제 2 전지셀들이 제 1 및 제 2 장방형의 환형 플레임 부재들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
  8. 전지셀 어셈블리의 냉각 방법으로서, 상기 전지셀 어셈블리는 제 1 및 제 2 전지셀들과 상기 제 1 및 제 2 전지셀들 사이에 위치하는 냉각 핀을 가지고 있고, 상기 냉각 핀은 유입구, 배출구, 및 상기 유입구과 배출구 사이에 위치한 내부 유로를 가지고 있으며,
    냉각 핀의 유입구 내에서 2상 냉매를 수령하는 과정;
    냉각 핀의 대향측에 위치하는 제 1 및 제 2 전지셀들로부터 냉각 핀에서 열 에너지를 수령하여, 냉각 핀의 내부 유로에서 상기 열 에너지를 사용하여 2상 냉매를 가스상 냉매로 변환하는 과정;
    배출구로부터 압축기로 가스상 냉매를 전달(routing)하는 과정;
    압축기를 사용하여 압축기로부터 응축기로 가스상 냉매를 펌핑하는 과정;
    응축기를 사용하여 가스상 냉매로부터 열 에너지를 추출함으로써, 응축기에 의해 수령된 가스상 냉매를 액체 냉매로 변환하는 과정;
    액체 냉매를 응축기로부터 팽창 밸브로 펌핑하고, 팽창 밸브를 사용하여 액체 냉매의 압력이 감소시켜 2상 냉매를 얻는 과정; 및
    2상 냉매를 팽창 밸브로부터 냉각 핀의 유입구로 전달하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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