WO2016171402A1 - 전지팩 - Google Patents

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WO2016171402A1
WO2016171402A1 PCT/KR2016/003016 KR2016003016W WO2016171402A1 WO 2016171402 A1 WO2016171402 A1 WO 2016171402A1 KR 2016003016 W KR2016003016 W KR 2016003016W WO 2016171402 A1 WO2016171402 A1 WO 2016171402A1
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battery pack
fan
electric fan
flow
housing
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Application number
PCT/KR2016/003016
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French (fr)
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제프리 스미스알렉산더
아레나안토니
염주일
헨리 진 와 이 인그아담
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a cooling structure of a battery pack.
  • lithium secondary batteries with high energy density, high operating voltage, and excellent storage and life characteristics are used for various mobile devices as well as various electronic products. It is widely used as an energy source.
  • the secondary battery may be used as a removable structure that can be inserted and detached freely depending on the type of external device in which the secondary battery is used, or may be used as a built-in structure that is embedded in an external device.
  • a device such as a notebook can be inserted and removed from a battery according to a user's needs
  • some devices such as a mobile phone may require the use of an internal battery pack due to its structure and capacity.
  • the lithium secondary battery has a variety of combustible materials are built, there is a risk of overheating, explosion, etc. due to overcharge, overcurrent, other physical external shocks, etc., has a big disadvantage in safety. Therefore, in the lithium secondary battery, a PTC (Positive Temperature Coefficient) element, a protection circuit module (PCM), or the like is connected to the battery cell as a safety device capable of effectively controlling abnormal states such as overcharge and overcurrent.
  • PTC Physical Temperature Coefficient
  • PCM protection circuit module
  • a battery pack having a plurality of battery cells and other components therein includes an electric fan for cooling the battery cells and other components.
  • the inventors of the present application have recognized the need for a battery pack having a battery pack having an internal fan assembly, which reduces noise emitted from the battery pack.
  • the battery pack includes a battery pack housing for setting an interior region having a first interior space, a second interior space, and an intermediate space.
  • the intermediate space is located between the first and second internal spaces and in fluid communication with the first and second internal spaces.
  • the battery pack housing further includes an inlet aperture and an outlet aperture extending therethrough.
  • the inlet is located directly adjacent to the first interior space.
  • the outlet is located directly adjacent to the second interior space.
  • the battery pack further includes a battery module located in the first internal space of the battery pack housing adjacent to the inlet.
  • the battery module includes a first battery cell and a heat exchanger positioned to face each other. The heat exchanger establishes a first flow path portion therethrough.
  • the battery pack further includes a fan assembly positioned in an intermediate space of the battery pack housing.
  • the fan assembly has a first electric fan.
  • the battery pack further includes a thermally conductive housing located in a second inner space of the battery pack housing adjacent to the outlet of the battery pack housing.
  • a second flow path part is set between the thermally conductive housing and the battery pack housing.
  • the first electric fan is configured to cool the battery module by allowing air to flow through an inlet port of the battery pack housing, a first flow path part, a part of the first electric fan, a second flow path part, and an outlet.
  • FIG. 1 is a schematic view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional schematic diagram of the battery pack of FIG. 1;
  • FIG. 3 is another schematic view of the battery pack of FIG. 1;
  • FIG. 4 is another schematic view of the top cover of the battery pack of Figure 1 removed;
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a fan assembly and a thermally conductive housing used in the battery pack of FIG. 1;
  • FIG. 6 is another schematic diagram of the fan assembly and thermally conductive housing
  • FIG. 7 is an exploded view of the fan assembly of FIG. 5;
  • FIG. 8 is another exploded schematic of the fan assembly of FIG. 5; FIG.
  • FIG. 9 is another exploded view of the fan assembly of FIG. 5;
  • FIG. 10 is a block diagram of a portion of the battery pack of FIG. 1; FIG.
  • FIG. 11 is an exemplary table used by the microprocessor included in the battery pack of FIG. 1; FIG.
  • 12 to 14 are flowcharts illustrating a method of controlling a fan assembly to cool the battery module and the DC-DC voltage converter of the battery pack of FIG. 1 according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 10 includes a battery pack housing 30, a battery module 32, a fan assembly 34, a thermally conductive housing 36, a DC-DC voltage converter 38, and first and second temperature sensors 40. 42, microprocessor 44, and drive circuits 46, 48.
  • the battery pack 10 has a fan assembly 34 positioned in an intermediate space of the battery pack housing 34, and thus has an effect of cooling the battery module 32 by allowing air to flow through the battery pack housing 34. have. As a result, the sound emitted from the fan assembly 34 to the outside of the battery pack housing 30 is reduced.
  • a battery pack housing 30 is provided to fix components existing inside the battery pack 10.
  • the battery pack housing 30 has a base 80 and a top cover 82 which set an inner region 94 therebetween.
  • the interior region 94 includes a first interior space 100, a second interior space 102, and an intermediate space 104.
  • the base 80 includes a bottom wall 83 (see FIG. 2) and side walls 84, 85, 86, 87.
  • the side walls 84, 85, 86, 87 extend in connection with the bottom wall upwardly substantially perpendicular to the bottom wall 83.
  • the side walls 84, 85 extend substantially parallel to each other.
  • the side walls 86, 87 are substantially parallel to each other and extend perpendicular to the side walls 84, 85.
  • the base 80 includes an inlet 90 extending through the side wall 84.
  • the base 80 further includes an outlet 92 extending through the side wall 85.
  • the inlet port 90 is located directly adjacent to and communicating with the first internal space, and the outlet port 92 is located directly adjacent to and communicating with the second internal space.
  • the base 80 is made of steel or aluminum. In another example, the base 80 is made of plastic.
  • Top cover 82 is connected to side walls 84, 85, 86, 87 so as to be removable and surrounds interior region 94.
  • the top cover 82 is made of steel or aluminum.
  • the top cover 82 is made of plastic.
  • the battery module 32 is located in the first internal space 100 of the battery pack housing 30 adjacent to the inlet 90.
  • the battery module 32 includes frame members 120, 122, 124, battery cells 150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, and an end plate ( 173, 174).
  • the frame members 120, 122, 122 are provided to secure the battery cells 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168 present therebetween.
  • the frame member 120 and the end plate 173 are provided to fix the battery cells 150 and 152 existing therebetween.
  • the frame member 124 and the end plate 174 are provided to fix the battery cells 170 and 172 present between them.
  • the frame member 122 is connected between the frame members 120 and 124.
  • the structure of each of the frame members 120, 122, 124 is identical to each other. Therefore, only the structure of the frame member 120 will be described in detail below.
  • the frame member 120 has a substantially rectangular ring shaped outer plastic frame 180 and a heat exchanger 182.
  • the heat exchanger 182 has first and second thermally conductive plates 190 and 192, and the first and second thermally conductive plates 190 and 192 are connected together and have flow passage portions extending therethrough. (194) is set.
  • the first side of the heat exchanger 182 is in direct contact with the battery cells 150 and 152, and the second side of the heat exchanger 182 is in direct contact with the battery cells 154 and 156.
  • the frame member 122 has the same structure as the frame member 120 as described above.
  • the frame member 122 has a substantially rectangular ring shaped outer plastic frame 196 and a heat exchanger 198.
  • the first side of the heat exchanger 198 is in direct contact with the battery cells 166 and 168, and the second side of the heat exchanger 198 is in direct contact with the battery cells 170 and 172.
  • the frame member 124 has the same structure as the frame member 120 as described above.
  • the frame member 124 has a substantially rectangular ring shaped outer plastic frame 200 and a heat exchanger 202.
  • the first side of the heat exchanger 202 is in direct contact with the battery cells 150 and 152, and the second side of the heat exchanger 202 is in direct contact with the battery cells 154 and 156.
  • the battery cells 150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, and 172 are each configured to generate an operational voltage.
  • the battery cells 150-172 are pouch-type lithium-ion battery cells having a substantially rectangular body portion and a pair of electrode terminals.
  • the battery cells 150-172 are electrically connected to each other.
  • the structures of the battery cells 150-172 are identical to each other.
  • the inlet 90 of the battery pack housing 30, the inner region 94 of the battery pack housing 30, and the outlet 92 of the battery pack housing 30 are shown.
  • a fan assembly 34 is provided to allow air to flow through, thereby cooling the battery module 32 and the DC-DC voltage converter 38.
  • the fan assembly 34 is located in the intermediate space 104 of the battery pack housing 30.
  • Fan assembly 34 includes first and second electric fans 220, 222, inlet funnel member 224, and flow guide assembly 226, bolts 228, 230, 232, 234, and nuts 235, 236, 237, 238).
  • the first and second electric fans 220, 222 are positioned and connected between the inlet funnel member 224 and the flow guide member 226.
  • the first electric fan 220 includes a housing 240 that sets the central opening 242 and the top outlet 244.
  • the first electric fan 220 includes an internal motor and a fan blade that allow air to flow into the central opening 242 and flow out through the inner region of the housing 240 to the top outlet 244. (fan blades).
  • the housing 240 further includes openings 250, 252 extending therethrough, the openings 250, 252 having bolts 228 connecting the first electric fan 220 and the flow induction assembly 226. , 230, respectively.
  • the nuts 235, 236 are threadably connected with the bolts 228, 230, respectively, to secure the first electric fan 220 against the flow guide assembly 226.
  • the drive circuit 46 (see FIG.
  • the first electric fan 220 is electrically connected to the first electric fan 220 and provides a control voltage for controlling the operation of the first electric fan 220.
  • the first electric fan 220 is provided with air inlet 90 of the battery pack housing 30, the battery module 32.
  • the second electric fan 222 includes a housing 270 that sets the central opening 272 and the top outlet 274.
  • the second electric fan 222 includes an internal motor and fan blades that allow air to flow into the central opening 272 and flow out through the interior region of the housing 270 to the top outlet 274.
  • the housing 270 further includes openings 280 and 282 extending therethrough, the openings 280 and 282 having bolts 232 connecting the second electric fan 222 and the flow guide assembly 226. , 234 are respectively housed therein.
  • Nuts 237 and 238 are threadedly connected to bolts 232 and 234, respectively, to secure second electric fan 222 opposite flow guide assembly 226.
  • the drive circuit 48 (see FIG.
  • the second electric fan 222 is electrically connected with the second electric fan 222 and provides a control voltage for controlling the operation of the second electric fan 222.
  • the second electric fan 222 is provided with air in the inlet 90 of the battery pack housing 30, the battery module 32.
  • Inlet funnel member 224 includes a frame member 300 and elastic gaskets 302, 304.
  • the frame member 300 includes openings 310 and 312 extending therethrough.
  • the gasket 302 is connected to one surface of the frame member 300 facing the first electric fan 220, and further includes a center of the opening 310 of the frame member 300 and the first electric fan 220. Located adjacent to the opening 242, air is directed from the opening 310 to the central opening 242.
  • the opening 310 of the frame member 300 is in communication with the central opening 242 of the first electric fan 220 and has a diameter substantially the same as the diameter of the central opening 242.
  • the gasket 304 is connected to one surface of the frame member 300 facing the second electric fan 222, and also has an opening 312 of the frame member 300 and a central opening of the second electric fan 222. Located adjacent 272, air is directed from the opening 312 to the central opening 272.
  • the opening 312 of the frame member 300 is in communication with the central opening 272 of the second electric fan 222 and has a diameter substantially the same as the diameter of the central opening 272.
  • a flow induction assembly 226 is provided to direct air from the first and second electric fans 220, 222 to the second interior space 102.
  • Flow guide assembly 226 includes a bottom wall 320, a rear wall 322, a top wall 324, side walls 326, 328, and first and second flow guide members 340, 342. do.
  • the bottom of the back wall 322 extends in connection with the bottom wall 320 in a first direction substantially perpendicular to the bottom wall 320.
  • Lower ends of the side walls 326, 328 extend in connection with the lower wall 320 in a first direction substantially perpendicular to the lower wall 320.
  • the side walls 326, 328 are connected to the rear wall 322 and extend toward the inlet funnel member 224 in a second direction substantially perpendicular to the rear wall 322.
  • the top wall 324 is connected to the top of the back wall 322 and extends from the back wall 322 toward the inlet funnel member 224 in a second direction.
  • the first flow guide member 340 extends toward the inlet funnel member 224 in the second direction from the top of the rear wall 322.
  • the first flow guide member 340 is further connected to a portion of the top wall 324 and is spaced apart from the bottom wall 320 by a predetermined distance.
  • the back wall 322 has a first flow opening 350 (see FIG. 9) extending therethrough, the first flow opening 350 being positioned adjacent the bottom of the first flow guide member 340.
  • the first electric fan 220 directs air through the top outlet 244 toward the first flow guide member 340 located above the top outlet 244, thereby causing the first electric fan 220 to flow. A portion of the air flowing from) contacts the bottom surface of the first flow guide member 340, flows through the opening 350 into the second interior space 102, and another flowed from the first electric fan 220. Some air flows into the second interior space 102 through the flow region 361 set between the top surface of the first flow guide member 340 and the bottom surface of the top cover 82 of the battery pack housing 30. do.
  • the second flow guide member 342 extends in connection with the inlet funnel member 224 in the second direction from the top of the rear wall 322.
  • the second flow guide member 342 is further connected to a portion of the top wall 324 and is spaced apart from the bottom wall 320 by a predetermined distance.
  • the back wall 322 has a second flow opening 352 (see FIG. 9) extending therethrough, the second flow opening 352 located adjacent the bottom of the second flow guide member 342.
  • the second electric fan 222 directs air through the top discharge 274 toward the second flow guide member 342 located above the top discharge 274, thereby causing the second electric fan 222 to flow. A portion of the air flowing from) contacts the bottom face of the second flow guide member 342, flows through the opening 352 into the second interior space 102, and other flowed from the second electric fan 222. Some air flows into the second interior space 102 through a flow region established between the top surface of the second flow guide member 342 and the bottom surface of the top cover 82 of the battery pack housing 30.
  • a thermally conductive housing 36 is provided for fixing therein a DC-DC voltage converter 38 that is electrically connected to the battery cells of the battery module 32.
  • the thermally conductive housing 36 transfers heat from the DC-DC voltage converter 38 to the air flowing through the thermally conductive housing 36 to the flow path portion 383.
  • the thermally conductive housing 36 is located in the second interior space 102 of the interior region 94 of the battery pack housing 30 between the battery module 32 and the outlet 92 of the battery pack housing 30.
  • the thermally conductive housing 36 sets a flow path portion 383 between the thermally conductive housing 36 and the top cover 82 of the battery pack housing 30, and the flow path portion 383 is a flow path of the battery module 32. It is in fluid communication with the portion 194 and the outlet 92.
  • the thermally conductive housing 36 includes a housing portion 380 and a plurality of cooling fins 382 connected to the top of the housing portion 380. Each of the cooling fins 382 is positioned apart from one another, whereby air flows between the cooling fins 382.
  • the thermally conductive housing 36 is made of aluminum.
  • thermally conductive housing 36 may of course be made of other materials, such as, for example, alloys of steel or other metal.
  • the first temperature sensor 40 may include the first internal space 100 of the inner region 94 of the battery pack housing 30 adjacent to at least one of the battery cells of the battery module 32. ) The first temperature sensor 40 is configured to generate a temperature signal indicative of the temperature level of the battery module 32.
  • the second temperature sensor 42 is located in the second interior space 102 of the interior region 94 of the battery pack housing 30 adjacent the DC-DC voltage converter 38.
  • the second temperature sensor 42 is configured to generate a temperature signal indicative of the temperature level of the DC-DC voltage converter 38.
  • the microprocessor 44 is operably electrically connected to the first temperature sensor 40, the second temperature sensor 42, and the drive circuits 46, 48.
  • the microprocessor 44 is programmed to receive first and second temperature signals from the first and second temperature sensors 40, 42, respectively, as described in more detail below. Programmed to generate first and second voltage signals based on the first and second temperature signals, respectively, and to drive drive circuits 46 and 48, respectively. It is programmed to control the operation of the electric fans 220, 222, respectively.
  • the microprocessor 44 has a memory device 400 that stores software instructions and data for implementing at least some of the methods for controlling the first and second electric fans 220, 222.
  • an exemplary table 500 is stored in the memory device 400, which is illustrated by the battery module 32 and the DC-DC voltage converter 38 by the microprocessor 44. It can be used to control the operating speed of the first and second electric fans 220, 222 for cooling the.
  • Table 500 includes records 502, 504, 506, 508, 510, 512, 514, 516, 518, 520, 522, records. Each record contains the following fields: (i) fan speed ratio value, (ii) battery cell temperature, and (iii) DC-DC voltage converter temperature.
  • the fan speed ratio value corresponds to the ratio of the threshold operating speed or maximum operating speed (eg, 13,000 RPM) associated with each of the first and second electric fans 220, 222.
  • the microprocessor 44 measures the battery cell temperature level and the DC-DC voltage converter temperature level and compares these values with the fan speed ratio values of the corresponding first and second electric fans 220, 222 in the table 500. Used as an index to determine. Next, the microprocessor 44 selects the highest fan speed ratio value among the two values, and then the operating speed at which the first and second electric fans 220 and 222 correspond to the highest fan speed ratio value. Generates a control value that induces it to operate. For example, if the battery cell temperature value is 38 degrees Celsius, the microprocessor 44 accesses the record 504 to obtain a first fan speed ratio value for each of the first and second electric fans 220, 222. It can be selected as 0.1, corresponding to 10% of the critical operating speed.
  • the microprocessor 44 accesses the record 506 to obtain a second fan speed ratio value for each of the first and second electric fans 220, 222, respectively. Can be selected to 0.2, which corresponds to 20% of the critical operating speed. Next, the microprocessor 44 selects the highest fan speed ratio value among 0.1 and 0.2, which corresponds to 0.2 for controlling each of the first and second electric fans 220 and 222.
  • the operator includes the battery pack housing 30, the battery module 32, the fan assembly 34, the thermally conductive housing 36, the DC-DC voltage converter 38, the first and the first.
  • a battery pack 10 having two temperature sensors 40, 42, first and second drive circuits 46, 48, and a microprocessor 44 is provided.
  • the battery pack housing 30 sets the inner region 94.
  • the interior region 94 has a first interior space 100, a second interior space 102, and an intermediate space 104.
  • the intermediate space 104 is located in fluid communication between the first and second internal spaces 100, 102.
  • the battery pack housing 30 further includes an inlet 90 and an outlet 92.
  • the inlet 90 is located directly adjacent to the first interior space 100.
  • the outlet 92 is located directly adjacent to the second interior space 102.
  • the battery module 32 is located in the first internal space 100 of the battery pack housing 30 adjacent to the inlet 90.
  • the battery module 32 has a battery cell 150 and a heat exchanger 182 positioned to face each other.
  • the heat exchanger 182 sets the first flow path portion 194 penetrating it.
  • the fan assembly 34 is located in the intermediate space 104 of the battery pack housing 30.
  • the fan assembly 34 has first and second electric fans 220, 222.
  • the thermally conductive housing 36 is located in the second interior space 102 of the battery pack housing 30 adjacent the outlet 92.
  • the thermally conductive housing 36 sets a second flow path portion 383 between the thermally conductive housing 36 and the battery pack housing 30.
  • the thermally conductive housing 36 fixes the DC-DC voltage converter 38 electrically connected to the battery cell 150 of the battery module 32 therein.
  • the first temperature sensor 40 is located in the first interior space 100, and the second temperature sensor 42 is located in the second interior space 102. After step 600, the process proceeds to step 602.
  • step 602 the first temperature sensor 40 generates a first temperature signal indicative of the first temperature level of the battery module 32. After step 602, step 604 is reached.
  • step 604 the second temperature sensor 42 generates a second temperature signal indicative of the second temperature level of the DC-DC voltage converter 38. After step 604, step 606 is reached.
  • step 606 the microprocessor 44 determines the first fan speed ratio value based on the first temperature level.
  • the first fan speed ratio value corresponds to a first ratio of operating speed thresholds associated with the first and second electric fans 220, 222 of the fan assembly 34.
  • step 608 the microprocessor 44 determines a second fan speed ratio value based on the second temperature level.
  • the second fan speed ratio value corresponds to a second ratio of operating speed thresholds associated with the first and second electric fans 220, 222 of the fan assembly 34.
  • step 610 the microprocessor 44 determines whether the first fan speed ratio value is greater than or equal to the second fan speed ratio value. If the value of step 610 is YES, step 612 is reached. Otherwise go to step 618.
  • step 612 the microprocessor 44 selects a first fan speed ratio value. After step 612, the process proceeds to step 614.
  • step 614 the microprocessor 44 generates first and second control voltages that cause the first and second electric fans 220, 222 to operate at an operating speed corresponding to the first fan speed ratio value, respectively. Generate first and second control signals that direct the first and second drive circuits 46 and 48 to output, respectively. After step 614, the process proceeds to step 616.
  • the first and second electric fans 220 and 222 may include air in the inlet 90 of the battery pack housing 30 and the battery module 32. It flows through the first flow path part 194, a part of the first and second electric fans 220 and 222, the second flow path part 383, and the outlet 92 of the battery pack housing 30. After step 616, the process proceeds to step 618.
  • step 618 the microprocessor 44 determines whether the second fan speed ratio value is greater than the first fan speed ratio value. If the value of step 618 is "yes”, go to step 620. Otherwise, go to Step 602.
  • step 620 the microprocessor 44 selects a second fan speed ratio value. After step 620, step 622 is reached.
  • step 622 the microprocessor 44 generates third and fourth control voltages that cause the first and second electric fans 220, 222 to operate at an operating speed corresponding to the second fan speed ratio value, respectively. Generate third and fourth control signals that direct the first and second drive circuits 46 and 48 to output, respectively. After step 622, step 624 is reached.
  • the first and second electric fans 220 and 222 may cool the battery module 32 so that air is supplied from the inlet 90 of the battery pack housing 30 and the battery module 32. It flows through the first flow path part 194, a part of the first and second electric fans 220 and 222, the second flow path part 383, and the outlet 92 of the battery pack housing 30. After step 624, the process proceeds to step 602.
  • the method may be at least partially embedded in one or more computer readable media containing computer-executable instructions for executing the same.
  • the computer readable media includes one or more hard drives, RAM memory, flash memory, and other computer readable media known to those skilled in the art, wherein the computer executable instructions When is loaded and executed by one or more microprocessors or computers, the one or more microprocessors or computers become tools that are programmed to perform the steps of the method.
  • the method for controlling the battery pack and fan assembly provides substantial benefits over other battery packs and methods.
  • the battery pack uses a fan assembly located in the intermediate space of the battery pack housing between the battery module and the thermally conductive housing, and thus, the fan assembly, in order to cool the battery module and the DC-DC voltage converter, Allow air to flow through the battery pack housing. Sound emitted from the fan assembly to the outside of the battery pack housing is reduced.
  • the battery pack according to the present invention has a fan assembly located in an intermediate space of the battery pack housing, thereby cooling the battery module by allowing air to flow through the battery pack housing. As a result, the sound emitted from the fan assembly to the outside of the battery pack housing is reduced.

Abstract

전지팩은 제 1 및 제 2 내부 공간들 및 중간 공간을 가지고 있는 내부 영역을 설정하는 전지팩 하우징을 포함한다. 상기 전지팩 하우징은 제 1 및 제 2 내부 공간들과 각각 연통하는 유입구 및 배출구를 포함한다. 상기 전지팩은 제 1 내부 공간에 위치하는 전지모듈을 가지고 있고, 상기 전지모듈은 제 1 전지셀 및 열 교환기를 가지고 있다. 상기 열 교환기는 그것을 관통하는 제 1 유로부를 설정한다. 상기 전지팩은 중간 공간에 위치하는 팬 어셈블리를 가지고 있고, 상기 팬 어셈블리는 제 1 전기 팬 및 제 2 내부 공간에 위치하고 제 2 유로부를 설정하는 열 전도성 하우징을 가지고 있다. 상기 제 1 전기 팬은 유입구, 제 1 유로부, 제 1 전기 팬의 일부, 제 2 유로부, 및 배출구를 통해서 공기를 유동하게 한다.

Description

전지팩
본 발명은 전지팩의 냉각 구조에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 삽입과 이탈이 자유로운 탈착식 구조로 사용되기도 하고, 또는 외부기기의 내부에 매립되는 형태의 내장형 구조로 사용되기도 한다. 예를 들어, 노트북과 같은 디바이스는 사용자의 필요에 따라 전지의 삽입과 이탈이 가능한 반면에, 일부 휴대폰 등과 같은 디바이스는 그 구조 및 용량의 문제로 내장형 전지팩의 사용이 요구되기도 한다.
한편, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속되어 있다.
또한, 내부에 다수의 전지셀들 및 다른 구성 요소들을 가지고 있는 전지팩은 전지셀들 및 다른 구성 요소들을 냉각시키기 위한 전기 팬을 포함한다.
다만, 이러한 전기 팬은 작동 시에 전지팩 외부로 많은 소음을 방출하는 문제가 있다.
본 출원의 발명자들은 내부 팬 어셈블리를 가지고 있는 전지팩으로서, 전지팩으로부터 방출되는 소음을 감소시키는 전지팩에 대한 필요성을 인식하였다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 제공한다. 상기 전지팩은 제 1 내부 공간(interior space), 제 2 내부 공간, 및 중간 공간(intermediate space)을 가지고 있는 내부 영역(interior region)을 설정하는 전지팩 하우징(battery pack housing)을 포함한다. 상기 중간 공간은 제 1 및 제 2 내부 공간들 사이에서 위치하고 제 1 및 제 2 내부 공간들과 유동적으로(fluidly) 연통한다. 상기 전지팩 하우징은 그것을 관통 연장하고 있는 유입구(inlet aperture) 및 배출구(outlet aperture)를 더 포함한다. 상기 유입구는 제 1 내부 공간에 직접 인접하여 위치한다. 상기 배출구는 제 2 내부 공간에 직접 인접하여 위치한다. 상기 전지팩은 유입구에 인접한 전지팩 하우징의 제 1 내부 공간에 위치하고 있는 전지모듈(battery module)을 더 포함한다. 상기 전지모듈은 서로 대향하여 위치하는 제 1 전지셀 및 열 교환기(heat exchanger)를 포함한다. 상기 열 교환기는 그것을 관통하는 제 1 유로부(flow path portion)를 설정한다. 상기 전지팩은 전지팩 하우징의 중간 공간에 위치하고 있는 팬 어셈블리(fan assembly)를 더 포함한다. 상기 팬 어셈블리는 제 1 전기 팬(electric fan)을 가지고 있다. 상기 전지팩은 전지팩 하우징의 배출구에 인접한 전지팩 하우징의 제 2 내부 공간에 위치하고 있는 열 전도성 하우징(thermally conductive housing)을 더 포함한다. 상기 열 전도성 하우징 및 전지팩 하우징의 사이에 제 2 유로부를 설정한다. 상기 제 1 전기 팬은, 공기가 전지팩 하우징의 유입구, 제 1 유로부, 제 1 전기 팬의 일부, 제 2 유로부, 및 배출구를 통해 유동하게 하여, 전지모듈을 냉각하도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 2는 도 1의 전지팩의 횡단면(cross-sectional) 모식도이다;
도 3은 도 1의 전지팩의 또 다른 모식도이다;
도 4는 도 1의 전지팩의 상단 커버가 제거된 또 다른 모식도이다;
도 5는 도 1의 전지팩에 이용된 팬 어셈블리 및 열 전도성 하우징의 모식도이다;
도 6은 팬 어셈블리 및 열 전도성 하우징의 또 다른 모식도이다;
도 7은 도 5의 팬 어셈블리의 분해도이다;
도 8은 도 5의 팬 어셈블리의 또 다른 분해도(exploded schematic)이다;
도 9는 도 5의 팬 어셈블리의 또 다른 분해도이다;
도 10 은 도 1의 전지팩의 일부의 블록 선도(block diagram)이다;
도 11은 도 1의 전지팩에 포함된 마이크로 프로세서에 의해 이용되는 예시 표(exemplary table)이다;
도 12 내지 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 도 1의 전지팩의 전지모듈 및 DC-DC 전압 변환기를 냉각하기 위해서 팬 어셈블리를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1, 도 2, 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩(10)이 제공된다. 전지팩(10)은 전지팩 하우징(30), 전지모듈(32), 팬 어셈블리(34), 열 전도성 하우징(36), DC-DC 전압 변환기(38), 제 1 및 제 2 온도 센서(40, 42), 마이크로 프로세서(44), 및 구동 회로(46, 48)를 포함한다. 전지팩(10)은 전지팩 하우징(34)의 중간 공간에 위치하는 팬 어셈블리(34)를 가지고 있어, 전지팩 하우징(34)을 통해 공기를 유동하게 하여 전지모듈(32)을 냉각하는 효과가 있다. 그 결과, 팬 어셈블리(34)로부터 전지팩 하우징(30)의 외부로 방출되는 소리가 감소된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 전지팩(10)의 내부에 존재하는 구성 요소들을 고정하는 전지팩 하우징(30)이 제공된다. 전지팩 하우징(30)은 그들 사이에 내부 영역(94)을 설정하는 기저부(80) 및 상단 커버(82)를 가지고 있다. 내부 영역(94)은 제 1 내부 공간(100), 제 2 내부 공간(102), 및 중간 공간(104)을 포함한다.
기저부(80)는 하단 벽(83, 도 2 참조) 및 측면 벽들(84, 85, 86, 87)을 포함한다. 측면 벽들(84, 85, 86, 87)은 하단 벽(83)에 실질적으로 수직인 위쪽으로 하단 벽에 연결되어 연장되어 있다. 측면 벽들(84, 85)은 서로 실질적으로 평행하게 연장되어 있다. 또한, 측면 벽들(86, 87)은 서로 실질적으로 평행하고, 측면 벽들(84, 85)에 수직으로 연장되어 있다. 기저부(80)는 측면 벽(84)을 통해 연장되어 있는 유입구(90)를 포함한다. 기저부(80)는 측면 벽(85)을 통해 연장되어 있는 배출구(92)를 더 포함한다. 유입구(90)는 제 1 내부 공간에 직접 인접하여 위치하여 연통하고 있으며, 배출구(92)는 제 2 내부 공간에 직접 인접하여 위치하여 연통하고 있다. 하나의 구체적인 예에서, 기저부(80)는 강철 또는 알루미늄으로 이루어진다. 또 다른 예에서, 기저부(80)는 플라스틱으로 이루어진다.
상단 커버(82)는 제거 가능하도록 측면 벽들(84, 85, 86, 87)에 연결되어, 내부 영역(94)을 둘러싸고 있다. 하나의 구체적인 예에서, 상단 커버(82)는 강철 또는 알루미늄으로 이루어진다. 또 다른 예에서, 상단 커버(82)는 플라스틱으로 이루어진다.
도 2를 참조하면, 전지모듈(32)은 유입구(90)에 인접한 전지팩 하우징(30)의 제 1 내부 공간(100)에 위치한다. 전지모듈(32)은 프레임 부재들(120, 122, 124), 전지셀들(150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172), 및 엔드 플레이트(173, 174)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 프래임 부재들(120, 122, 122)은 그들 사이에 존재하는 전지셀들(154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168)을 고정하도록 제공된다. 또한, 프래임 부재(120) 및 엔드 플레이트(173)는 그들 사이에 존재하는 전지셀들(150, 152)을 고정하도록 제공된다. 더욱이, 프래임 부재(124) 및 엔드 플레이트(174)는 그들 사이에 존재하는 전지셀들(170, 172)을 고정하도록 제공된다. 프래임 부재(122)는 프래임 부재들(120, 124)의 사이에 연결되어 있다. 프래임 부재들(120, 122, 124) 각각의 구조는 서로 동일하다. 따라서, 프래임 부재(120)의 구조만을 이하에서 자세히 설명한다.
프래임 부재(120)는 실질적으로 직사각형 링 형상의 외곽 플라스틱 프래임(180) 및 열 교환기(182)를 가지고 있다. 열 교환기(182)는 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트들(190, 192)을 가지고 있으며, 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트들(190, 192)은 함께 연결되어 있고, 관통 연장되어 있는 유로부(194)를 설정하고 있다. 열 교환기(182)의 제 1 면은 전지셀들(150, 152)과 직접적으로 접촉하고 있으며, 열 교환기(182)의 제 2 면은 전지셀들(154, 156)과 직접적으로 접촉하고 있다.
프래임 부재(122)는 상기 설명한 것과 같이 프래임 부재(120)와 동일한 구조를 가지고 있다. 프래임 부재(122)는 실질적으로 직사각형 링 형상의 외곽 플라스틱 프래임(196) 및 열 교환기(198)를 가지고 있다. 열 교환기(198)의 제 1 면은 전지셀들(166, 168)과 직접적으로 접촉하고 있고, 열 교환기(198)의 제 2 면은 전지셀들(170, 172)과 직접적으로 접촉하고 있다.
프래임 부재(124)는 상기 설명한 것과 같이 프래임 부재(120)와 동일한 구조를 가지고 있다. 프래임 부재(124)는 실질적으로 직사각형 링 형상의 외곽 플라스틱 프래임(200) 및 열 교환기(202)를 가지고 있다. 열 교환기(202)의 제 1 면은 전지셀들(150, 152)과 직접적으로 접촉하고 있고, 열 교환기(202)의 제 2 면은 전지셀들(154, 156)과 직접적으로 접촉하고 있다.
전지셀들(150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172)은 각각 사용 전압(operational voltage)을 발생시키도록 구성된다. 하나의 구체적인 예에서, 전지셀들(150-172)은 실질적으로 직사각형의 본체부 및 한 쌍의 전극 단자를 가지는 파우치형 리튬-이온 전지셀이다. 하나의 구체적인 예에서, 전지셀들(150-172)는 전기적으로 서로 연결되어 있다. 하나의 구체적인 예에서, 전지셀들(150-172)의 구조는 서로 동일하다.
도 2 및 도 4 내지 도 9를 참조하면, 전지팩 하우징(30)의 유입구(90), 전지팩 하우징(30)의 내부 영역(94), 및 전지팩 하우징(30)의 배출구(92)를 통해 공기가 유동하게 하여, 전지모듈(32) 및 DC-DC 전압 변환기(38)를 냉각하는 팬 어셈블리(34)가 제공된다.
팬 어셈블리(34)는 전지팩 하우징(30)의 중간 공간(104)에 위치한다. 팬 어셈블리(34)는 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222), 유입 깔때기 부재(224), 및 유동 유도 어셈블리(226), 볼트(228, 230, 232, 234), 및 너트(235, 236, 237, 238)를 포함한다. 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)은 유입 깔때기 부재(224) 및 유동 유도 부재(226)의 사이에 위치하여 연결된다.
도 2 및 도 6 내지 도 8을 참조하면, 제 1 전기 팬(220)은 중앙 개구(242) 및 상단 배출부(244)를 설정하는 하우징(240)을 포함한다. 제 1 전기 팬(220)은, 공기가 중앙 개구(242)로 유입되고, 하우징(240)의 내부 영역을 통해 상단 배출부(244)로 배출되도록 유동하게 하는 내부 모터(internal motor) 및 팬 블레이드(fan blades)를 포함한다. 하우징(240)은 관통 연장되어 있는 개구들(250, 252)을 더 포함하고, 개구들(250, 252)은 제 1 전기 팬(220)과 유동 유도 어셈블리(226)를 연결하는 볼트들(228, 230)을 각각 내부로 수용한다. 너트들(235, 236)은 유동 유도 어셈블리(226)에 대향하여 제 1 전기 팬(220)을 고정하기 위해, 볼트들(228, 230)과 각각 나사 식(threadably)으로 연결되어 있다. 구동 회로(46, 도 10 참조)는 제 1 전기 팬(220)과 전기적으로 연결되어 있고, 제 1 전기 팬(220)의 작동을 제어하는 제어 전압을 제공한다. 작동 중에, 전지모듈(32) 및 DC-DC 전압 변환기(38)를 냉각하기 위해서, 제 1 전기 팬(220)은, 공기가 전지팩 하우징(30)의 유입구(90), 전지모듈 (32)의 열 교환기들(182, 198, 202)의 유로부들, 제 1 전기 팬(220)의 일부, 전지팩 하우징(30)의 열 전도성 하우징(36) 및 상단 커버(82) 사이의 제 2 유로부(383), 및 전지팩 하우징(30)의 배출구(92)를 통해 유동하게 한다.
제 2 전기 팬(222)은 중앙 개구(272) 및 상단 배출부(274)를 설정하는 하우징(270)을 포함한다. 제 2 전기 팬(222)은 공기가 중앙 개구(272)로 유입되고, 하우징(270)의 내부 영역을 통해 상단 배출부(274)로 배출되도록 유동하게 하는 내부 모터 및 팬 블레이드를 포함한다. 하우징(270)은 관통 연장되어 있는 개구들(280, 282)을 더 포함하고, 개구들(280, 282)은 제 2 전기 팬(222)과 유동 유도 어셈블리(226)를 연결하는 볼트들(232, 234)을 각각 내부로 수용한다. 너트들(237, 238)은 유동 유도 어셈블리(226)에 대향하여 제 2 전기 팬(222)을 고정하기 위해, 볼트들(232, 234)과 각각 나사 식으로 연결되어 있다. 구동 회로(48, 도 10 참조)는 제 2 전기 팬(222)과 전기적으로 연결되어 있고, 제 2 전기 팬(222)의 작동을 제어하는 제어 전압을 제공한다. 작동 중에, 전지모듈(32) 및 DC-DC 전압 변환기(38)를 냉각하기 위해서, 제 2 전기 팬(222)은, 공기가 전지팩 하우징(30)의 유입구(90), 전지모듈 (32)의 열 교환기들(182, 198, 202)의 유로부들, 제 2 전기 팬(222)의 일부, 전지팩 하우징(30)의 열 전도성 하우징(36) 및 상단 커버(82) 사이의 제 2 유로부(383), 및 전지팩 하우징(30)의 배출구(92)를 통해 유동하게 한다.
도 2, 도 6 및 도 9를 참조하면, 전지모듈(32)의 열 교환기들(182, 198, 202)로부터 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)의 내부로 유입되는 공기의 경로를 설정하기 위한 유입 깔때기 부재(224)가 제공된다. 유입 깔때기 부재(224)는 프래임 부재(300) 및 탄성 가스켓들(302, 304)을 포함한다. 프래임 부재(300)는 관통 연장되는 개구들(310, 312)을 포함한다.
가스켓(302)은, 제 1 전기 팬(220)에 대면하는 프래임 부재(300)의 일면에 연결되어 있고, 또한, 프래임 부재(300)의 개구(310) 및 제 1 전기 팬(220)의 중앙 개구(242)에 인접하여 위치하여, 개구(310)로부터 중앙 개구(242)로 공기를 유도한다. 프래임 부재(300)의 개구(310)는 제 1 전기 팬 (220)의 중앙 개구(242)와 연통되어 있고, 중앙 개구(242)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가진다.
가스켓(304)은 제 2 전기 팬(222)에 대면하는 프래임 부재(300)의 일면에 연결되어 있고, 또한, 프래임 부재(300)의 개구(312) 및 제 2 전기 팬(222)의 중앙 개구(272)에 인접하여 위치하여, 개구(312)로부터 중앙 개구(272)로 공기를 유도한다. 프래임 부재(300)의 개구(312)는 제 2 전기 팬 (222)의 중앙 개구(272)와 연통되어 있고, 중앙 개구(272)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가진다.
도 2, 도 7, 및 도 9를 참조하면, 유동 유도 어셈블리(226)는 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)로부터 제 2 내부 공간(102)으로 공기를 유도하기 위해 제공된다. 유동 유도 어셈블리(226)는 하단 벽(320), 후면 벽(322), 상단 벽(324), 측면 벽들(326, 328), 및 제 1 및 제 2 유동 유도 부재들(340, 342)을 포함한다.
후면 벽(322)의 하단은 하단 벽(320)에 실질적으로 수직인 제 1 방향으로, 하단 벽(320)에 연결되어 연장되어 있다. 측면 벽들(326, 328)의 하단들은 하단 벽(320)에 실질적으로 수직인 제 1 방향으로, 하단 벽(320)에 연결되어 연장되어 있다. 또한, 측면 벽들(326, 328)은 후면 벽(322)에 연결되어 있고, 실질적으로 후면 벽(322)에 수직인 제 2 방향으로 유입 깔때기 부재(224)를 향해 연장되어 있다. 상단 벽(324)은 후면 벽(322)의 상단에 연결되어 있고, 후면 벽(322)에서 제 2 방향으로 유입 깔때기 부재(224)를 향해 연장되어 있다.
제 1 유동 유도 부재(340)는 후면 벽(322)의 상단에서 제 2 방향으로 유입 깔때기 부재(224)를 향해 연장되어 있다. 제 1 유동 유도 부재(340)는 상단 벽(324)의 일부에 더 연결되어 있고, 하단 벽(320)으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 있다. 후면 벽(322)은 관통 연장되어 있는 제 1 유동 개구(350, 도 9 참조)를 가지고 있으며, 제 1 유동 개구(350)는 제 1 유동 유도 부재(340)의 아래에 인접하여 위치한다.
제 1 전기 팬(220)은 상단 배출부(244)를 통해 상단 배출부(244)의 위쪽에 위치하는 제 1 유동 유도 부재(340) 쪽으로 공기를 유도함으로써, 이로 인해, 제 1 전기 팬(220)으로부터 흘러온 상기 공기의 일부는 제 1 유동 유도 부재(340)의 하단 면에 접촉하고, 개구(350)를 통해 제 2 내부 공간(102)으로 유동하고, 제 1 전기 팬(220)으로부터 흘러온 다른 일부의 공기는 제 1 유동 유도 부재(340)의 상단 면과 전지팩 하우징(30)의 상단 커버(82)의 하단 면 사이에 설정된 유동 영역(361)을 통해 제 2 내부 공간(102)으로 유동한다.
제 2 유동 유도 부재(342)는 후면 벽(322)의 상단에서 제 2 방향으로 유입 깔때기 부재(224)를 향해 연결되어 연장되어 있다. 제 2 유동 유도 부재(342)는 상단 벽(324)의 일부에 더 연결되어 있고, 하단 벽(320)으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 있다. 후면 벽(322)은 관통 연장되어 있는 제 2 유동 개구(352, 도 9 참조)를 가지고 있으며, 제 2 유동 개구(352)는 제 2 유동 유도 부재(342)의 아래에 인접하여 위치한다.
제 2 전기 팬(222)은 상단 배출부(274)를 통해 상단 배출부(274)의 위쪽에 위치하는 제 2 유동 유도 부재(342) 쪽으로 공기를 유도함으로써, 이로 인해, 제 2 전기 팬(222)으로부터 흘러온 상기 공기의 일부는 제 2 유동 유도 부재(342)의 하단 면에 접촉하고, 개구(352)를 통해 제 2 내부 공간(102)으로 유동하고, 제 2 전기 팬(222)으로부터 흘러온 다른 일부의 공기는 제 2 유동 유도 부재(342)의 상단 면과 전지팩 하우징(30)의 상단 커버(82)의 하단 면 사이에 설정된 유동 영역을 통해 제 2 내부 공간(102)으로 유동한다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 열 전도성 하우징(36)은 전지모듈(32)의 전지셀들과 전기적으로 연결되어 있는 DC-DC 전압 변환기(38)를 내부에 고정하기 위해 제공된다. 열 전도성 하우징(36)은, DC-DC 전압 변환기(38)로부터 열을, 열 전도성 하우징(36)을 지나 유로부(383)로 흐르는 공기로 전달한다. 열 전도성 하우징(36)은 전지모듈(32) 및 전지팩 하우징(30)의 배출구(92) 사이의 전지팩 하우징(30)의 내부 영역(94)의 제 2 내부 공간(102)에 위치한다. 열 전도성 하우징(36)은 열 전도성 하우징(36) 및 전지팩 하우징(30)의 상단 커버(82) 사이에 유로부(383)를 설정하고, 유로부(383)는 전지모듈(32)의 유로부(194) 및 배출구(92)와 유동적으로 연통한다.
열 전도성 하우징(36)은 하우징부(380) 및 하우징부(380)의 상단에 연결되어 있는 복수의 냉각 핀들(382)을 포함한다. 각각의 냉각 핀들(382)은 서로 이격되어 위치하고 있고, 이로 인해, 공기가 냉각 핀들(382) 사이를 유동한다. 하나의 구체적인 예에서, 열 전도성 하우징(36)은 알루미늄으로 이루어진다. 또 다른 예에서, 열 전도성 하우징(36)은, 예를 들어, 강철 또는 다른 금속의 합금들과 같은 다른 물질들로 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 2 및 도 10을 참조하면, 제 1 온도 센서(40)는 전지모듈(32)의 전지셀들 중 적어도 하나에 인접한 전지팩 하우징(30)의 내부 영역(94)의 제 1 내부 공간(100)에 위치한다. 제 1 온도 센서(40)는 전지모듈(32)의 온도 수준을 나타내는 온도 신호를 발생시키도록 구성된다.
제 2 온도 센서(42)는 DC-DC 전압 변환기(38)에 인접한 전지팩 하우징(30)의 내부 영역(94)의 제 2 내부 공간(102)에 위치한다. 제 2 온도 센서(42) DC-DC 전압 변환기(38)의 온도 수준을 나타내는 온도 신호를 발생시키도록 구성된다.
마이크로 프로세서(44)는 제 1 온도 센서(40), 제 2 온도 센서(42), 및 구동 회로들(46, 48)에 작동가능하게 전기적으로 연결되어 있다. 하나의 구체적인 예에서, 마이크로 프로세서(44)는, 하기에 더욱 자세히 설명되어 있는 것과 같이, 제 1 및 제 2 온도 센서들(40, 42)로부터 각각 제 1 및 제 2 온도 신호들을 수신하도록 프로그램 되어 있고, 제 1 및 제 2 온도 신호들 에 기반하여 제 1 및 제 2 전압 신호들을 각각 발생시키도록 프로그램 되어 있으며, 구동 회로들(46, 48)을 각각 유도하도록 프로그램 되어 있고, 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)의 작동을 각각 제어하도록 프로그램 되어 있다. 마이크로 프로세서(44)는 소프트웨어 명령어 및 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)을 제어하기 위한 방법의 적어도 일부를 시행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리 장치(400)를 가지고 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 메모리 장치(400)에 저장되어 있는 예시 표(500)가 도시되어 있으며, 이는 마이크로 프로세서(44)에 의해 전지모듈(32) 및 DC-DC 전압 변환기(38)를 냉각하기 위한 제 1 및 제 2 전기 팬(220, 222)의 작동 속도를 제어하기 위해 이용될 수 있다. 표(500)은 기록들(502, 504, 506, 508, 510, 512, 514, 516, 518, 520, 522, records)을 포함한다. 각각의 기록은 다음의 필드를 포함한다: (i) 팬 속도 비율값, (ii) 전지셀 온도, 및 (iii) DC-DC 전압 변환기 온도. 팬 속도 비율값은 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222) 각각에 관련된 임계 작동 속도 또는 최대 작동 속도(예를 들어, 13,000 RPM)의 비율에 대응한다. 마이크로 프로세서(44) 전지셀 온도 수준 및 DC-DC 전압 변환기 온도 수준을 측정하고, 이러한 값들을 표(500)에서, 대응하는 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)의 팬 속도 비율값들을 결정하기 위한 인덱스로 이용한다. 다음으로, 마이크로 프로세서(44)는 두 값들 중에서 가장 높은 팬 속도 비율값을 선택하고, 그 다음으로, 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)이 가장 높은 팬 속도 비율값에 대응하는 작동 속도로 작동하도록 유도하는 제어값을 발생시킨다. 예를 들어, 전지셀 온도값이 섭씨 38 도인 경우, 마이크로 프로세서(44)는 기록(504)를 액세스해서, 제 1 팬 속도 비율값을, 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222) 각각의 임계 작동 속도의 10%에 대응하는 0.1로 선택할 수 있다. 또한, DC-DC 전압 변환기 온도값이 섭씨 90 도인 경우, 마이크로 프로세서(44)는 기록(506)에 액세스해서, 제 2 팬 속도 비율값을, 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222) 각각의 임계 작동 속도의 20%에 대응하는 0.2로 선택할 수 있다. 그 다음으로, 마이크로 프로세서(44)는 0.1 및 0.2 중에서 가장 높은 팬 속도 비율값을 선택하고, 이는 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222) 각각을 제어 하기 위한 0.2에 대응한다.
도 2, 도 10, 도 12 내지 도 14를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 전지모듈(32) 및 DC-DC 전압 변환기(38)를 냉각하기 위해 팬 어셈블리(34)를 제어하는 방법의 순서도가 제공된다.
단계(600)에서, 조작자(operator)는 전지팩 하우징(30), 전지모듈(32), 팬 어셈블리(34), 열 전도성 하우징(36), DC-DC 전압 변환기(38), 제 1 및 제 2 온도 센서들(40, 42), 제1 및 제 2 구동 회로들(46, 48), 및 마이크로 프로세서(44)를 가지고 있는 전지팩(10)을 제공한다. 전지팩 하우징(30)은 내부 영역(94)을 설정한다. 내부 영역(94)은 제 1 내부 공간(100), 제 2 내부 공간(102), 및 중간 공간(104)을 가지고 있다. 중간 공간(104)은 제 1 및 제 2 내부 공간들(100, 102)의 사이에 유동적으로 연통되어 위치한다. 전지팩 하우징(30)은 유입구(90) 및 배출구(92)를 더 포함한다. 유입구(90)는 제 1 내부 공간(100)에 직접적으로 인접하여 위치한다. 배출구(92)는 제 2 내부 공간(102)에 직접적으로 인접하여 위치한다. 전지모듈(32)은 유입구(90)에 인접한 전지팩 하우징(30)의 제 1 내부 공간(100)에 위치한다. 전지모듈(32)은 서로 대향하여 위치하는 전지셀(150) 및 열 교환기(182)를 가지고 있다. 열 교환기(182)는 그것을 관통하는 제 1 유로부(194)를 설정한다. 팬 어셈블리(34)는 전지팩 하우징(30)의 중간 공간(104)에 위치한다. 팬 어셈블리(34)는 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)을 가지고 있다. 열 전도성 하우징(36)은 배출구(92)에 인접한 전지팩 하우징(30)의 제 2 내부 공간(102)에 위치한다. 열 전도성 하우징(36)은 열 전도성 하우징(36) 및 전지팩 하우징(30)의 사이에 제 2 유로부(383)를 설정한다. 열 전도성 하우징(36)은 전지모듈(32)의 전지셀(150)에 전기적으로 연결되어 있는 DC-DC 전압 변환기(38)를 그 내부에 고정한다. 제 1 온도 센서(40)는 제 1 내부 공간(100)에 위치하고, 제 2 온도 센서(42)는 제 2 내부 공간(102)에 위치한다. 단계(600) 이후에, 단계(602)로 넘어간다.
단계(602)에서, 제 1 온도 센서(40)는 전지모듈(32)의 제 1 온도 수준을 나타내는 제 1 온도 신호를 발생시킨다. 단계(602) 이후에, 단계(604)로 넘어간다.
단계(604)에서, 제 2 온도 센서(42)는 DC-DC 전압 변환기(38)의 제 2 온도 수준을 나타내는 제 2 온도 신호를 발생시킨다. 단계(604) 이후에, 단계(606)으로 넘어간다.
단계(606)에서, 마이크로 프로세서(44)는 제 1 온도 수준에 기반하여 제 1 팬 속도 비율값을 결정한다. 제 1 팬 속도 비율값은, 팬 어셈블리(34)의 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)과 관련된 작동 속도 임계값의 제 1 비율에 대응한다. 단계(606) 이후에, 단계(608)로 넘어간다.
단계(608)에서, 마이크로 프로세서(44)는 제 2 온도 수준에 기반하여 제 2 팬 속도 비율값을 결정한다. 제 2 팬 속도 비율값은, 팬 어셈블리(34)의 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)과 관련된 작동 속도 임계값의 제 2 비율에 대응한다. 단계(608) 이후에, 단계(610)으로 넘어간다.
단계(610)에서, 마이크로 프로세서(44)는 제 1 팬 속도 비율값이 제 2 팬 속도 비율값 보다 크거나 같은지 결정한다. 단계(610)의 값이 "예"인 경우, 단계(612)로 넘어간다. 그렇지 않은 경우 단계(618)로 넘어간다.
단계(612)에서, 마이크로 프로세서(44)는 제 1 팬 속도 비율값을 선택한다. 단계(612) 이후에, 단계(614)로 넘어간다.
단계(614)에서, 마이크로 프로세서(44)는 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)이 각각 제 1 팬 속도 비율값에 대응하는 작동 속도로 작동하도록 유도하는 제 1 및 제 2 제어 전압들을 제 1 및 제 2 구동 회로들(46, 48)이 각각 출력하도록 유도하는 제 1 및 제 2 제어 신호들을 발생시킨다. 단계(614) 이후에, 단계(616)으로 넘어간다.
단계(616)에서, 전지모듈(32)를 냉각하기 위해서, 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)은, 공기가 전지팩 하우징(30)의 유입구(90), 전지모듈(32)의 제 1 유로부(194), 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)의 일부, 제 2 유로부(383), 및 전지팩 하우징(30)의 배출구(92)를 통해 유동하게 한다. 단계(616) 이후에, 단계(618)로 넘어간다.
단계(618)에서, 마이크로 프로세서(44)는 제 2 팬 속도 비율값이 제 1 팬 속도 비율값보다 더 큰지 결정한다. 단계(618)의 값이 "예"인 경우, 단계(620)으로 넘어간다. 그렇지 않은 경우, 단계(602)로 넘어간다.
단계(620)에서, 마이크로 프로세서(44)는 제 2 팬 속도 비율값을 선택한다. 단계(620) 이후에, 단계(622)로 넘어간다.
단계(622)에서, 마이크로 프로세서(44)는 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)이 각각 제 2 팬 속도 비율값에 대응하는 작동 속도로 작동하도록 유도하는 제 3 및 제 4 제어 전압들을 제 1 및 제 2 구동 회로들(46, 48)이 각각 출력하도록 유도하는 제 3 및 제 4 제어 신호들을 발생시킨다. 단계(622) 이후에, 단계(624)로 넘어간다.
단계(624)에서, 전지모듈(32)을 냉각하기 위해서, 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)은, 공기가 전지팩 하우징(30)의 유입구(90), 전지모듈(32)의 제 1 유로부(194), 제 1 및 제 2 전기 팬들(220, 222)의 일부, 제 2 유로부(383), 및 전지팩 하우징(30)의 배출구(92)를 통해 유동하게 한다. 단계(624) 이후에, 단계(602)로 넘어간다.
상기 방법은, 이를 실행하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령어(computer-executable instruction)를 포함하는 하나 이상의 컴퓨터 인식가능 미디어(computer readable media)에, 적어도 부분적으로 내장될 수 있다. 상기 컴퓨터 인식가능 미디어는, 하나 이상의 하드 드라이브(hard drive), RAM 메모리, 플래시 메모리(flash memory), 및 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 기타 컴퓨터 인식가능 미디어를 포함하며, 상기 컴퓨터 실행가능 명령어가 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 컴퓨터에 의해 로딩되고 실행될 때, 상기 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 컴퓨터는 관련된 상기 방법의 단계들을 실행하기 위해 프로그램 되어 있는 도구가 된다.
상기 전지팩 및 팬 어셈블리를 제어하기 위한 방법은 다른 전지팩들 및 방법들에 대해 실질적인 이익을 제공한다. 특히, 상기 전지팩은 전지모듈 및 열 전도성 하우징 사이의 전지팩 하우징의 중간 공간에 위치하는 팬 어셈블리를 이용하고, 이로 인해, 상기 팬 어셈블리는, 전지모듈 및 DC-DC 전압 변환기를 냉각하기 위해서, 전지팩 하우징을 통해서 공기를 유동하게 한다. 상기 팬 어셈블리로부터 전지팩 하우징의 외부로 방출되는 소리가 감소한다.
이상에서 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 상기 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 게다가, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이것은 본 발명이 상기 실시예들을 포함할 수 있다는 측면에서 이해되어야 할 것이다. 따라서, 본 발명은 상기 기재에 한정되는 것으로 볼 수 없다.
본 발명에 따른 전지팩은 전지팩 하우징의 중간 공간에 위치하는 팬 어셈블리를 가지고 있어, 전지팩 하우징을 통해 공기를 유동하게 하여 전지모듈을 냉각하는 효과가 있다. 그 결과, 팬 어셈블리로부터 전지팩 하우징의 외부로 방출되는 소리가 감소된다.

Claims (14)

  1. 제 1 내부 공간(interior space), 제 2 내부 공간, 및 중간 공간(intermediate space)을 가지고 있는 내부 영역(interior region)을 설정하는 전지팩 하우징(battery pack housing)으로서, 상기 중간 공간은 제 1 및 제 2 내부 공간들 사이에서 위치하고 제 1 및 제 2 내부 공간들과 유동적으로(fluidly) 연통하고 있으며; 유동적으로 상기 제 1 내부 공간에 직접 인접하여 위치하는 유입구(inlet aperture) 및 상기 제 2 내부 공간에 직접 인접하여 위치하는 배출구(outlet aperture)를 더 가지고 있는 구조의 전지팩 하우징;
    상기 유입구에 인접한 전지팩 하우징의 제 1 내부 공간에 위치하고 있는 전지모듈(battery module)로서, 서로 대향하여 위치하는 제 1 전지셀 및 열 교환기(heat exchanger)를 가지고 있으며; 상기 열 교환기가 그것을 관통하는 제 1 유로부(flow path portion)를 설정하는 구조의 전지모듈;
    상기 전지팩 하우징의 중간 공간에 위치하고 있고 제 1 전기 팬(electric fan)를 가지고 있는 팬 어셈블리(fan assembly); 및
    상기 전지팩 하우징의 배출구에 인접한 전지팩 하우징의 제 2 내부 공간에 위치하고 있는 열 전도성 하우징(thermally conductive housing)으로서, 상기 열 전도성 하우징 및 전지팩 하우징의 사이에 제 2 유로부를 설정하는 구조의 열 전도성 하우징;
    을 포함하고 있으며,
    상기 제 1 전기 팬은, 공기가 전지팩 하우징의 유입구, 제 1 유로부, 제 1 전기 팬의 일부, 제 2 유로부, 및 배출구를 통해 유동하게 하여, 전지모듈을 냉각하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 팬 어셈블리는 유입 깔때기 부재(inlet funnel member) 및 유동 유도 어셈블리(flow guide assembly)를 더 포함하고 있으며; 상기 제 1 전기 팬은 유입 깔때기 부재 및 유동 유도 어셈블리 사이에 위치하여 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유입 깔때기 부재는 관통 연장되어 있는 제 1 개구(aperture)를 가지고 있으며, 상기 제 1 개구는 제 1 전기 팬의 중앙 개구(central aperture)와 유동적으로 연통하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전지팩 하우징은 기저부(base portion) 및 상단 커버(top cover)를 포함하고, 상기 상단 커버는 기저부에 연결되어 있고; 상기 기저부는 관통 연장되어 있는 유입구 및 배출구를 포함하며;
    상기 팬 어셈블리의 유동 유도 어셈블리는 하단 벽(bottom wall), 후면 벽(rear wall), 및 제 1 유동 유도 부재(flow guide member)를 가지고 있으며; 상기 후면 벽은 하단 벽에 실질적으로 수직인 제 1 방향(first direction)으로 하단 벽에 연결되어 연장되어 있고; 상기 제 1 유동 유도 부재는 유입 깔때기 부재 쪽으로 후면 벽에 연결되어 연장되어 있으며, 상기 제 1 유동 유도 부재는 하단 벽으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 있고, 상기 후면 벽은 관통 연장되어 있는 제 1 유동 개구(flow aperture)를 가지고 있고, 상기 제 1 유동 개구는 제 1 유동 유도 부재에 인접하여 위치하고 있으며;
    상기 팬 어셈블리의 제 1 전기 팬은 제 1 상단 배출부(top outlet portion)를 가지고 있고, 상기 제 1 상단 배출부는 그 내부를 관통하여 제 1 상단 배출부 위쪽에 위치하는 제 1 유동 유도 부재 쪽으로 공기를 유도함으로써, 이로 인해, 제 1 전기 팬으로부터 흘러온 상기 공기의 일부는 제 1 유동 유도 부재의 하단 면에 접촉하고, 제 1 유동 개구를 통해 제 2 내부 공간으로 유동하고, 제 1 전기 팬으로부터 흘러온 다른 일부의 공기는 제 1 유동 유도 부재의 상단 면과 전지팩 하우징의 상단 커버의 하단 면 사이에 설정된 제 1 유동 영역(flow region)을 통해 제 2 내부 공간으로 유동하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 팬 어셈블리는 제 2 전기 팬을 더 포함하고;
    상기 팬 어셈블리의 유동 유도 어셈블리는, 유입 깔때기 부재 쪽으로 후면 벽에 연결되어 연장되어 있는 제 2 유동 유도 부재를 더 포함하며, 상기 제 2 유동 유도 부재는 하단 벽으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 있고, 상기 후면 벽은 관통 연장되어 있는 제 2 유동 개구를 가지고 있고, 상기 제 2 유동 개구는 제 2 유동 유도 부재에 인접하여 위치하고 있으며;
    상기 팬 어셈블리의 제 2 전기 팬은 제 2 상단 배출부를 가지고 있고, 상기 제 2 상단 배출부는 그 내부를 관통하여 제 2 상단 배출부 위쪽에 위치하는 제 2 유동 유도 부재 쪽으로 공기를 유도함으로써, 이로 인해, 제 2 전기 팬으로부터 흘러온 상기 공기의 일부는 제 2 유동 유도 부재의 하단 면에 접촉하고, 제 2 유동 개구를 통해 제 2 내부 공간으로 유동하고, 제 2 전기 팬으로부터 흘러온 다른 일부의 공기는 제 2 유동 유도 부재의 상단 면과 전지팩 하우징의 상단 커버의 하단 면 사이에 설정된 제 2 유동 영역을 통해 제 2 내부 공간으로 유동하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 열 전도성 하우징은 전지모듈의 제 1 전지셀에 전기적으로 연결되어 있는 DC-DC 전압 변환기(voltage converter)를 고정하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전지팩은,
    상기 제 1 내부 공간에 위치하고 있는 제 1 온도 센서(temperature sensor)로서, 상기 전지모듈의 제 1 온도 수준(temperature level)을 나타내는 제 1 온도 신호(temperature signal)를 발생시키도록 구성된 제 1 온도 센서;
    상기 제 2 내부 공간에 위치하고 있는 제 2 온도 센서로서, 상기 DC-DC 전압 변환기의 제 2 온도 수준을 나타내는 제 2 온도 신호를 발생시키도록 구성된 제 2 온도 센서; 및
    상기 제 1 및 제 2 온도 신호들을 각각 수신하도록 제 1 및 제 2 온도 센서들에 작동가능하게(operably) 연결되어 있고, 상기 제 1 전기 팬에 작동가능하게 연결되어 있는 구동 회로(driver circuit)에 추가적으로 작동가능하게 연결되어 있는 마이크로 프로세서;
    를 더 포함하고 있으며,
    상기 마이크로 프로세서는, 제 1 온도 수준에 기반하여 제 1 전기 팬의 제 1 팬 속도 비율값(fan speed percentage value)을 결정하도록 프로그램 되어 있고, 상기 제 1 팬 속도 비율값은 제 1 전기 팬과 관련된 작동 속도 임계값(threshold operational speed value)의 제 1 비율(first percentage)에 대응하며,
    상기 마이크로 프로세서는, 제 2 온도 수준에 기반하여 제 1 전기 팬의 제 2 팬 속도 비율값을 결정하도록 더 프로그램 되어 있고, 상기 제 2 팬 속도 비율값은 제 1 전기 팬과 관련된 작동 속도 임계 값의 제 2 비율에 대응하며,
    상기 마이크로 프로세서는, 제 1 팬 속도 비율값이 제 2 팬 속도 비율값보다 더 큰 경우, 제 1 팬 속도 비율값을 선택하도록 더 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는, 제 1 팬 속도 비율이 선택되는 경우, 제 1 전기 팬이 제 1 팬 속도 비율값에 대응하는 제 1 작동 속도(operational speed)로 작동하도록 유도하는 제 1 제어 전압(control voltage)을 구동 회로가 출력하도록 유도하는 제 1 제어 신호(control signal)를 발생시킬 수 있게 더 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 제 2 팬 속도 비율값이 제 1 팬 속도 비율값보다 더 큰 경우, 제 2 팬 속도 비율값을 선택하도록 더 프로그램 되어 있고,
    상기 마이크로 프로세서는, 제 2 팬 속도 비율이 선택되는 경우, 제 1 전기 팬이 제 2 팬 속도 비율값에 대응하는 제 2 작동 속도로 작동하도록 유도하는 제 2 제어 전압을 구동 회로가 출력하도록 유도하는 제 2 제어 신호를 발생시킬 수 있게 더 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 열 전도성 하우징은 복수의 냉각 핀들(cooling fins)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 열 전도성 하우징은 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전지셀은 열 교환기의 제 1 면에 대향하여 위치하고, 상기 전지모듈은 열 교환기의 제 1 면에 대향하여 위치하는 제 2 전지셀을 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 열 교환기는 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트들(thermally conductive plates)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트들은 함께 연결되어 있고 관통 연장되어 있는 제 1 유로부를 설정하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트들은 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
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