WO2016175472A1 - 전지팩 - Google Patents

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WO2016175472A1
WO2016175472A1 PCT/KR2016/003524 KR2016003524W WO2016175472A1 WO 2016175472 A1 WO2016175472 A1 WO 2016175472A1 KR 2016003524 W KR2016003524 W KR 2016003524W WO 2016175472 A1 WO2016175472 A1 WO 2016175472A1
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battery
panel portion
temperature
cooling fin
temperature level
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PCT/KR2016/003524
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멀리만로버트
양희국
켓카르세티쉬
에이치. 라자이에릭
알베이스티븐
Original Assignee
주식회사 엘지회학
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
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    • H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
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    • 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 battery pack.
  • a separate device for removing heat generated during the use of the battery pack is required.
  • a battery pack capable of efficiently cooling the battery module and the battery cells instead of a battery pack including a separate external device.
  • thermoelectric pump a battery pack including a thermoelectric pump.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art and the technical problems that have been requested from the past.
  • the inventors of the present application after continuing in-depth research and various experiments, can reduce the temperature level of the battery cells inside the battery module by placing a thermoelectric pump between the cooling module and the cooling manifold capable of cooling or heating the battery module. It confirmed the point which came and completed this invention.
  • the present invention provides a battery pack.
  • the battery pack includes a battery module including a first battery cell, a housing, and a first solid cooling fin.
  • the housing is configured to fix the first battery cell therein.
  • the first solid cooling fin includes first and second panel portions. The first panel portion of the first solid cooling fin is located directly opposite the first battery cell. An end portion of the first panel portion of the first solid cooling fin extends through the first aperture of the housing. The second panel portion of the first solid cooling fin is connected to the distal end of the first panel portion of the first solid cooling fin while being located on the outer surface of the housing.
  • the battery pack includes a thermoelectric pump including a first side and a second side. The first face is positioned opposite the second panel portion of the first solid cooling fin.
  • the second face is located opposite the cooling manifold.
  • the cooling manifold establishes an interior region for containing the refrigerant.
  • the thermoelectric pump transfers thermal energy from the first solid cooling fins to the cooling manifold in the first direction by the first current flowing through the thermoelectric pump to lower the temperature level of the first battery cell. It is configured to.
  • FIG. 1 is a schematic view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial block diagram of the battery pack of FIG. 1;
  • FIG. 3 is another schematic view of the battery pack of FIG. 1;
  • FIG. 4 is an exploded view of the battery pack of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a battery module, a thermoelectric pump, and a cooling manifold used in the battery pack of FIG. 1;
  • thermoelectric pump and cooling manifold of FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the battery module, thermoelectric pump and cooling manifold of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a thermoelectric pump used in the battery pack of FIG. 1; FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a cooling manifold used in the battery pack of FIG. 1;
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional schematic diagram of the cooling manifold taken along line 9-9 of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional schematic diagram of the cooling manifold along line 10-10 of FIG. 8;
  • 11 and 12 are flowcharts illustrating a method for controlling a temperature level of a battery cell in a battery module included in the battery pack of FIG. 1 according to one embodiment of the present invention.
  • the battery pack 10 for generating an electric force according to one embodiment.
  • the battery pack 10 includes a battery module 20, a thermoelectric pump 22, a cooling manifold 24, an inlet pipe 26, an outlet pipe 28, a port assembly 30, a cover 36, and a first temperature.
  • a sensor 38, a second temperature sensor 40, a drive circuit 42 and a microprocessor 44 are included.
  • An advantage of the battery pack 10 is that the battery pack 10 uses a thermoelectric pump 22 positioned between the cooling manifold 24 and the battery module 20 for cooling or heating the battery cells in the battery module 20. ).
  • the battery module 20 includes a housing 70, battery cells 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, and solid cooling fins ( 110, 112, 114, 116, 118, 120).
  • the housing 70 is configured to fix an area of the battery cells 80-102 and the solid cooling fins 110-120 therein.
  • the housing includes frame members 130, 132, 134, 136, 138, 140 and end plates 150, 152.
  • each of the frame members 130-140 is substantially rectangular ring-shaped and consists of plastic.
  • each of the end plates 150, 152 is substantially rectangular and consists of plastic.
  • the housing 70 has openings 160, 162 extending through the first face 171 of the housing 70 for receiving an area of the respective solid cooling fins 110, 112, 114, 116, 118, 120. , 164, 166, 168, and 170).
  • the first surface 171 sets the outer surface 172.
  • the end plate 150 and the frame member 130 are connected to each other to fix the battery cell 80 therebetween. Furthermore, the frame members 130 and 132 are connected to each other to fix the battery cells 82 and 84 therebetween, and the frame members 132 and 134 are connected to each other while the battery cells 86 and 88 are interposed therebetween. Fix it. Furthermore, the frame members 134 and 136 are connected to each other to fix the battery cells 90 and 92 therebetween, and the frame members 136 and 138 are connected to each other while the battery cells 94 and 96 are interposed therebetween. ). Furthermore, the frame members 138 and 140 are connected to each other to fix the battery cells 98 and 100 therebetween. In addition, the frame member 140 and the end plate 152 are connected to each other to secure the battery cell 102 therebetween.
  • each of the battery cells 80-102 is a substantially rectangular lithium ion battery cell. In yet another embodiment, each of the battery cells 80-102 may be another type of battery cell known in the art. Furthermore, in another embodiment, each of the battery cells 80-102 may have other shapes known in the art.
  • the solid cooling fins 110-120 transfer thermal energy from the battery cells 80-102 to the thermoelectric pump 22 or the battery cells 80-102 from the thermoelectric pump 22. It is configured to transfer thermal energy to).
  • the solid cooling fins 110-120 are made of a thermally conductive material.
  • the solid cooling fins 110-120 are made of aluminum, copper, or graphite.
  • the solid cooling fin 110 includes first and second panel portions 180 and 102.
  • the first panel unit 180 is substantially rectangular and is configured to be positioned between the battery cells while directly facing the rectangular outer surfaces of the battery cells 80 and 82.
  • the first panel unit 180 has a size sufficient to substantially cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 80 and substantially cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 82.
  • the distal end of the first panel portion 180 extends through the opening 160 of the housing 70.
  • the second panel portion 182 extends substantially perpendicular to the first panel portion 180 while being connected to the distal end of the first panel portion 180.
  • the second panel portion 182 is located on the outer surface 172 of the housing 70.
  • the solid cooling fin 112 includes first and second panel portions 186 and 188.
  • the first panel portion 186 is substantially rectangular and is configured to be positioned between the battery cells while directly facing the rectangular outer surfaces of the battery cells 84 and 86.
  • the first panel 186 may completely cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 84 and may have a sufficient size to completely cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 86.
  • the distal end of the first panel portion 186 extends through the opening 162 of the housing 70.
  • the second panel portion 188 extends substantially perpendicular to the first panel portion 186 while being connected to the distal end of the first panel portion 186. Further, the second panel portion 188 is located on the outer surface 172 of the housing 70.
  • the solid cooling fin 114 includes first and second panel portions 192 and 194.
  • the first panel portion 192 is substantially rectangular and is configured to be positioned between the battery cells while directly facing the rectangular outer surfaces of the battery cells 88 and 90.
  • the first panel 192 may completely cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 88 and may have a sufficient size to completely cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 90.
  • the distal end of the first panel portion 192 extends through the opening 164 of the housing 70.
  • the second panel portion 194 extends substantially perpendicular to the first panel portion 192 while being connected to the distal end of the first panel portion 192. Further, the second panel portion 194 is located on the outer surface 172 of the housing 70.
  • the solid cooling fin 116 includes first and second panel portions 198 and 200.
  • the first panel portion 198 is substantially rectangular and is configured to be positioned between the battery cells while directly facing the rectangular outer surfaces of the battery cells 92 and 94.
  • the first panel unit 198 may completely cover all the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 92 and may have a sufficient size to completely cover all the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 94.
  • the distal end of the first panel portion 198 extends through the opening 166 of the housing 70.
  • the second panel portion 200 extends substantially perpendicular to the first panel portion 198 while being connected to the distal end portion of the first panel portion 198. Further, the second panel portion 200 is located on the outer surface 172 of the housing 70.
  • the solid cooling fin 118 includes first and second panel portions 204 and 206.
  • the first panel portion 204 is substantially rectangular and is configured to be positioned between the battery cells while directly facing the rectangular outer surfaces of the battery cells 96 and 98.
  • the first panel portion 204 may completely cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 96, and may have a sufficient size to completely cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 98.
  • the distal end of the first panel portion 204 extends through the opening 168 of the housing 70.
  • the second panel portion 206 extends substantially perpendicular to the first panel portion 204 while being connected to the distal end of the first panel portion 204. Furthermore, the second panel portion 206 is located on the outer surface 172 of the housing 70.
  • the solid cooling fin 120 includes first and second panel portions 210 and 212.
  • the first panel portion 210 is substantially rectangular and is configured to be positioned between the battery cells while directly facing the rectangular outer surfaces of the battery cells 100 and 102.
  • the first panel unit 210 may completely cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 100, and may have a sufficient size to completely cover all of the rectangular outer surfaces of the adjacent battery cells 102.
  • the distal end of the first panel portion 210 extends through the opening 170 of the housing 70.
  • the second panel portion 212 extends substantially perpendicular to the first panel portion 210 while being connected to the distal end of the first panel portion 210. Furthermore, the second panel portion 212 is located on the outer surface 172 of the housing 70.
  • thermoelectric pump 22 heats the heat from the solid cooling fins 110-120 to the cooling manifold 24 in the first direction by a first current flowing through the thermoelectric pump 22. It is formed to transfer the energy to lower the temperature level of the battery cells in the battery module 20. Furthermore, the thermoelectric pump 22 is provided with the solid cooling fins 110-120 from the cooling manifold 24 in the second direction opposite to the first direction by the second current flowing through the thermoelectric pump 22. It is formed to transfer the thermal energy to increase the temperature level of the battery cells in the battery module 20.
  • Thermoelectric pump 22 includes a thermoelectric device 218, thermal conductive layers 220, 222, wires 224, 226, and electrical connector 228. Furthermore, the thermoelectric pump 22 includes a first side 230 and a second side 232. The first face 230 of the thermoelectric pump 22 is positioned opposite the second panel portions of the solid cooling fins 110-120. The second face 232 of the thermoelectric pump 22 is located opposite the cooling manifold 24.
  • the thermoelectric device 218 is positioned between the thermal conductive layers 220 and 222 while being directly connected to the thermal conductive layers 220 and 222. In one embodiment, the thermoelectric device 218 is a Peltier heat pump.
  • the wires 224, 226 are electrically connected to the thermoelectric device 218 and send a first current or a second current to the thermoelectric device 218.
  • the wires 224, 226 are also electrically connected to an electrical connector 228 that is further connected to the drive circuit 42 (see FIG. 2).
  • cooling manifold 24 establishes an interior region 248 for receiving refrigerant flowing through the cooling manifold.
  • the cooling manifold 24 is a closed loop configuration that allows the cooling manifold 24 to return the refrigerant to the refrigerant supply system after receiving the refrigerant from the refrigerant supply system. It is fluidly connected to a refrigerant supply system (not shown) via the discharge pipe 28 and the port assembly 30.
  • the cooling manifold 24 includes a first wall 240, a second wall 242, an inlet 244 and an outlet 246.
  • the first and second walls 240, 242 are connected to each other and establish an interior region 248 therebetween.
  • the first and second walls 240, 242 are made of a thermally conductive material such as, for example, aluminum, steel or stainless steel.
  • the first wall 240 includes substantially flat faces 260, 262 positioned opposite one another.
  • the substantially flat surface 260 is positioned opposite the thermal conductive layer 222 of the thermoelectric pump 22.
  • portions of the substantially flat surface 262 are positioned opposite the second wall 242.
  • the second wall 242 includes outer surfaces 270 and 272 located opposite one another.
  • the second wall 242 further includes protrusions 280, 282, 284, 286 and substantially flat regions 290, 292, 294, 296, 298.
  • the protrusion 280 is positioned between and is connected to the substantially flat areas 290 and 292. Further, the protrusion 282 is positioned between and connected with the substantially flat areas 292 and 294. In addition, the protrusion 284 is located between and connected with the substantially flat areas 294 and 296. In addition, the protrusion 286 is located between and connected with the substantially flat areas 296 and 298. As can be seen, the substantially flat areas 290-298 abut the first wall 240.
  • the inlet 244 is connected to the first wall 240 of the cooling manifold 24.
  • the inflow portion 244 includes a pipe portion 320 and a ledge portion 322 positioned along the outer circumference of the pipe portion 320 at a predetermined distance from the end of the pipe portion 320.
  • the ledge 322 is welded to the wall 240 of the cooling manifold 24.
  • the outlet 246 is connected to the first wall 240 of the cooling manifold 24.
  • the discharge part 246 includes the pipe part 330 and the ledge part 332 located along the outer periphery of the pipe part 330 at a predetermined distance from the edge part of the pipe part 330.
  • the ledge 332 is welded to the wall 240 of the cooling manifold 24.
  • the port assembly 30 is configured to be fluidly connected with the inlet pipe 26 and the outlet pipe 28.
  • the port assembly 30 includes a plate portion 350, an inlet pipe member 352, and an outlet pipe member 354.
  • the inlet pipe member 352 extends through the plate part 350 while being connected to the plate part 350 and is further connected to the inlet pipe 26.
  • the discharge pipe member 354 extends through the plate 350 while being connected to the plate 350, and is further connected to the discharge pipe 28.
  • the cover 36 is configured to be connected to the battery module 20 and sets an internal space configured to fix the driving circuit 42 and the microprocessor 44 therein.
  • the first temperature sensor 38 received by the microprocessor 44, indicates the temperature level of at least one of the battery cells 80-102 and indicates the temperature level of the battery module 20. Also provided for generating a first temperature signal representative. Of course, additional temperature sensors may be used in the battery module 20 to measure the temperature level of one or more battery cells.
  • the second temperature sensor 40 is provided to generate a second temperature signal indicative of the temperature level of the refrigerant entering the cooling manifold 24 received by the microprocessor 44.
  • the microprocessor 44 is configured to regulate the operation of the thermoelectric pump 22 of the battery pack 10. Specifically, the microprocessor 44 is programmed to generate a control signal that directs the drive circuit 42 to regulate the operation of the thermoelectric pump 22.
  • the microprocessor 44 is operatively coupled with the first and second temperature sensors 38, 40 and the control signal 42.
  • the microprocessor 44 receives the first and second temperature signals from the first and second temperature sensors 38, 40, respectively, and the first and second temperature levels in accordance with the respective first and second temperature signals. Measure
  • the microprocessor 44 is further programmed to generate a control signal that directs the drive circuit 42 to supply current to the thermoelectric pump 22 in accordance with the first and second temperature levels, as described in more detail below. Can be.
  • the microprocessor 44 uses a storage device 449 that stores software instructions and associated data for carrying out the method described below.
  • a flow chart of a method for controlling the temperature level of the battery cells included in the battery module 20 of the battery pack 10 according to another embodiment is provided.
  • the method relates to controlling the temperature level of the battery cell 80.
  • the user may select the battery module 20, the thermoelectric pump 22, the cooling manifold 24, the first and second temperature sensors 38 and 40, the driving circuit 42 and the microprocessor ( It provides a battery pack 10 comprising a 44.
  • the battery module 20 includes a battery cell 80, a housing 70, and a solid cooling fin 110.
  • the housing 70 is configured to fix the battery cell 80 therein.
  • the solid cooling fin 110 includes first and second panel portions 180 and 182.
  • the first panel unit 180 of the solid cooling fin 110 is positioned to directly face the battery cell 80.
  • the distal end of the first panel portion 180 of the solid cooling fin 110 extends through the opening 160 of the housing 70.
  • the second panel portion 182 of the solid cooling fin 110 is located on the outer surface of the housing 70 and is connected to the distal end of the first panel portion 180 of the solid cooling fin 110.
  • the thermoelectric pump 22 includes a first side 230 and a second side 232 (see FIG. 6).
  • the first surface 230 is positioned to face the second panel portion 182 of the solid cooling fin 110.
  • the second face 232 is positioned opposite the cooling manifold 24. Cooling manifold 24 establishes an interior region 248 for receiving refrigerant therethrough.
  • step 452 the first temperature sensor 38 generates a first temperature signal indicative of the first temperature level of the battery cell 80. After step 452, the method advances to step 454.
  • step 454 the second temperature sensor 40 generates a second temperature signal indicative of the second temperature level of the refrigerant entering the cooling manifold 24. After step 454, the method advances to step 456.
  • step 456 the microprocessor 44 measures the first and second temperature levels in accordance with the respective first and second temperature signals. After step 456, the method advances to step 458.
  • step 458 the microprocessor 44 determines whether the second temperature level of the refrigerant entering the cooling manifold 24 is greater than the first temperature level (eg, 50 ° C.) of the battery cell 80. Decide If the value of step 458 is equal to "yes", the method proceeds to step 460. Otherwise, the method proceeds to step 462.
  • the first temperature level eg, 50 ° C.
  • step 460 the microprocessor 44 allows the thermoelectric pump 22 to transfer thermal energy from the solid cooling fins 110 to the cooling manifold 24 to lower the temperature level of the battery cell 80, A first control signal is generated which induces a drive circuit 42 for supplying a first current to the thermoelectric pump 22 in the first direction.
  • step 462 the microprocessor 44 measures whether the first temperature level of the battery cell 80 is lower than the second limit temperature level (eg, minus 10 ° C.). If the value of step 462 is equal to "yes”, the method advances to step 464. Otherwise, the method proceeds to step 466.
  • the second limit temperature level eg, minus 10 ° C.
  • step 464 the microprocessor 44 allows the thermoelectric pump 22 to transfer thermal energy from the cooling manifold 24 to the solid cooling fins 110 to increase the temperature level of the battery cell 80.
  • a second control signal is generated which induces a drive circuit 42 for supplying a second current to the thermoelectric pump 22 in the second direction.
  • the second direction is opposite to the first direction.
  • step 465 microprocessor 44 sets the first flag equal to "true.” After step 465, the method advances to step 466.
  • step 466 the microprocessor 44 determines whether the first temperature level of the battery cell 80 is greater than a third limit temperature level (eg, 0 ° C.) and the refrigerant entering the cooling manifold 24. It is measured whether the second temperature level is greater than the third threshold temperature level and whether the first flag is equal to "true”.
  • the third limit temperature level eg 0 ° C.
  • the second limit temperature level eg minus 10 ° C.
  • step 468 the microprocessor 44 stops generating a second control signal that induces a drive circuit 42 to stop the supply of the second current to the thermoelectric pump 22 in the second direction.
  • step 470 the method advances to step 470.
  • step 470 microprocessor 44 sets the first flag to equal "false”. After step 470, the method returns to step 452.
  • the method depicted above may be included at least partially within the shape of one or more storage devices or computer readable media containing computer-executable instructions for executing the method.
  • the storage devices may consist of one or more of the following hard drives, RAM memory, flash memory, and other computer readable media known in the art.
  • Execution instructions are loaded and, when executed by one or more microprocessors or computers, one or more microprocessors or computers become an apparatus programmed to execute the steps associated with the method.
  • the method for cooling the temperature level of the battery pack 10 and the battery cells inside the battery module 20 of the battery pack 10 provides substantial advantages over other battery packs and methods.
  • an advantage of the battery pack 10 is that the battery pack 10 uses a thermoelectric pump positioned between a cooling manifold and a battery module capable of cooling or heating the battery module.
  • the battery pack according to the present invention includes a thermoelectric pump between the battery module and the cooling manifold, and includes solid cooling fins positioned between the battery cells and transferring thermal energy of the battery cell to the cooling manifold through the thermoelectric pump. Provides a battery pack.
  • a microprocessor for receiving the first and second temperature signals generated from the first and second temperature sensors, there is an effect capable of efficient transfer of thermal energy between the solid cooling fins and the cooling manifold.

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Abstract

전지모듈, 열전 펌프 및 냉각 매니폴드를 포함하고 있는 전지팩이 제공된다. 상기 전지모듈은 제 1 전지셀, 하우징 및 제 1 고체 냉각핀을 포함하고 있다. 상기 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부는 제 1 전지셀을 대향하여 위치한다. 제 1 고체 냉각핀의 제 2 패널부는 하우징의 외면 상에 위치하면서 제 1 패널부의 말단부와 연결되어 있다. 열전 펌프의 제 1 면은 제 2 패널부에 대향하여 위치하고, 열전 펌프의 제 2 면은 냉각 매니폴드에 대향하여 위치한다. 열전펌프는, 열전 펌프를 통해 흐르는 제 1 전류에 의해, 제 1 방향으로 제 1 고체 냉각핀으로부터 냉각 매니폴드로 열 에너지를 이송하여 제 1 전지셀의 온도 수준을 낮춘다.

Description

전지팩
본 출원은 2015년 4월 28일자 미국 특허 출원 제 14/698,376 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 미국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지팩에 대한 것이다.
복수의 전지모듈들을 결합하여 전지팩을 제조하는 경우, 전지팩의 사용과정에서 발생하는 열을 제거하기 위한 별도의 장치가 필요하게 된다. 그러나, 전지모듈들 및 전지모듈에 포함되는 전지셀의 온도를 제어하기 위해, 별도의 외부 장치를 포함하는 전지팩 대신 효율적으로 전지모듈 및 전지셀들의 냉각이 가능한 전지팩에 대한 요구가 있다.
따라서, 본 출원의 발명자들은 열전 펌프를 포함하는 전지팩에 대한 필요성을 인식하였다.
본 발명은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 계속한 끝에, 전지모듈을 냉각하거나 가열할 수 있는 냉각 매니폴드와 전지모듈 사이에 열전 펌프를 배치함으로써 전지모듈 내부의 전지셀들의 온도 수준을 낮출 수 있는 점을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 전지팩을 제공한다. 전지팩은 제 1 전지셀, 하우징 및 제 1 고체 냉각핀(solid cooling fin)으로 구성된 전지모듈을 포함하고 있다. 상기 하우징은 내부에 제 1 전지셀을 고정하도록 구성되어 있다. 상기 제 1 고체 냉각핀은 제 1 및 제 2 패널부들(panel portions)을 포함하고 있다. 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부는 제 1 전지셀에 직접 대향하여 위치한다. 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부의 말단부(end portion)는 하우징의 제 1 개구(aperture)를 관통하여 연장되어 있다. 제 1 고체 냉각핀의 제 2 패널부는 하우징의 외면 상에 위치하면서 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부의 말단부와 연결되어 있다. 전지팩은 제 1 면 및 제 2 면을 포함하는 열전 펌프(thermoelectric heat pump)를 포함하고 있다. 상기 제 1 면은 제 1 고체 냉각핀의 제 2 패널부에 대향하여 위치한다. 상기 제 2 면은 냉각 매니폴드(manifold)에 대향하여 위치한다. 상기 냉각 매니폴드는 냉매를 수용하기 위한 내부 영역(interior region)을 설정한다. 열전 펌프는 열전펌프를 통해 흐르는 제 1 전류에 의해, 제 1 방향(first direction)으로 제 1 고체 냉각핀으로부터 냉각 매니폴드로 열 에너지를 이송하여 제 1 전지셀의 온도 수준(temperature level)을 낮추도록 구성되어 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 2는 도 1의 전지팩의 부분 블록 다이어그램이다;
도 3은 도 1의 전지팩의 다른 하나의 모식도이다;
도 4는 도 1의 전지팩의 분해도이다;
도 5는 도 1의 전지팩에 이용되는 전지모듈, 열전 펌프 및 냉각 매니폴드의 단면 모식도이다;
도 6은 도 5의 전지 모듈, 열전 펌프 및 냉각 매니폴드의 부분 단면도이다;
도 7은 도 1의 전지팩에 이용되는 열전 펌프의 모식도이다;
도 8은 도 1의 전지팩에 이용되는 냉각 매니폴드의 모식도이다;
도 9는 도 8의 선 9-9에 따른 냉각 매니폴드의 부분 단면 모식도이다;
도 10은 도 8의 선 10-10에 따른 냉각 매니폴드의 부분 단면 모식도이다; 및
도 11 및 도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 1의 전지팩에 포함되는 전지모듈 내의 전지셀의 온도 수준을 제어하기 위한 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 하나의 실시예에 따른 전기력을 발생시키는 전지팩(10)이 도시되어 있다. 전지팩(10)은 전지모듈(20), 열전 펌프(22), 냉각 매니폴드(24), 유입관(26), 배출관(28), 포트 어셈블리(30), 덮개(36), 제 1 온도 센서(38), 제 2 온도 센서(40), 구동회로(42) 및 마이크로프로세서(44)를 포함하고 있다. 전지팩(10)의 장점은, 전지모듈(20)안의 전지셀들을 냉각 또는 가열하기 위한 냉각 매니폴드(24)와 전지모듈(20) 사이에 위치한 열전 펌프(22)를 사용하는 전지팩(10)이라는 점이다.
도 5를 참조하면, 전지모듈(20)은 하우징(70), 전지셀들(80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102) 및 고체 냉각핀들(110, 112, 114, 116, 118, 120)을 포함하고 있다.
하우징(70)은 내부에서 전지셀들(80-102) 및 고체 냉각핀들(110-120)의 영역을 고정하도록 구성되어 있다. 하우징은 프레임 부재들(130, 132, 134, 136, 138, 140) 및 말단 플레이트들(150, 152)을 포함하고 있다. 하나의 실시예에서, 각각의 프레임 부재들(130-140)은 실질적으로 직사각형 링-형상이고, 플라스틱으로 이루어져 있다. 더 나아가, 하나의 실시예에서, 각각의 말단 플레이트들(150, 152)은 실질적으로 직사각형이고, 플라스틱으로 이루어져 있다. 하우징(70)은 각각의 고체 냉각핀들(110, 112, 114, 116, 118, 120)의 영역을 수용하기 위한 하우징(70)의 제 1 면(171)을 통해 연장된 개구들(160, 162, 164, 166, 168, 170)을 더 포함하고 있다. 더 나아가, 제 1 면(171)은 외면(172)을 설정하고 있다.
말단 플레이트(150) 및 프레임 부재(130)는 서로 연결되면서 사이에 전지셀(80)을 고정한다. 나아가, 프레임 부재들(130, 132)은 서로 연결되면서 사이에 전지셀들(82, 84)을 고정하고, 프레임 부재들(132, 134)은 서로 연결되면서 사이에 전지셀들(86, 88)을 고정한다. 더 나아가, 프레임 부재들(134, 136)은 서로 연결되면서 사이에 전지셀들(90, 92)을 고정하고, 프레임 부재들(136, 138)은 서로 연결되면서 사이에 전지셀들(94, 96)을 고정한다. 나아가, 프레임 부재들(138, 140)은 서로 연결되면서 사이에 전지셀들(98, 100)을 고정한다. 또한, 프레임 부재(140) 및 말단 플레이트(152)는 서로 연결되면서 사이에 전지셀(102)을 고정한다.
하나의 실시예에서, 각각의 전지셀들(80-102)은 실질적으로 직사각형의 리튬 이온 전지셀이다. 또 다른 실시예에서, 각각의 전지셀들(80-102)은 당업계에 공지된 다른 타입의 전지셀일 수 있다. 더 나아가, 또 다른 실시예에서, 각각의 전지셀들(80-102)은 당업계에 공지된 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 4 및 5를 참조하면, 고체 냉각핀들(110-120)은 전지셀들(80-102)로부터 열전 펌프(22)로 열 에너지를 이송하거나 열전 펌프(22)로부터 전지셀들(80-102)로 열 에너지를 이송하도록 구성되어 있다. 고체 냉각핀들(110-120)은 열 전도성 물질로 이루어져 있다. 예를 들어, 고체 냉각핀들(110-120)은 알루미늄, 구리 또는 흑연으로 이루어져 있다.
고체 냉각핀(110)은 제 1 및 제 2 패널부들(180, 102)을 포함하고 있다. 제 1 패널부(180)는 실질적으로 직사각형이며 전지셀들(80, 82)의 직사각형 외면들에 직접 대향하면서 전지셀들 사이에 위치하도록 구성되어 있다. 제 1 패널부(180)는, 인접한 전지셀(80)의 직사각형 외면 전부를 실질적으로 덮고 인접한 전지셀(82)의 직사각형 외면 전부를 실질적으로 덮기에 충분한 크기를 갖는다. 제 1 패널부(180)의 말단부는 하우징(70)의 개구(160)를 통해 연장되어 있다. 제 2 패널부(182)는 제 1 패널부(180)의 말단부와 연결되면서 제 1 패널부(180)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있다. 또한, 제 2 패널부(182)는 하우징(70)의 외면(172) 상에 위치한다.
고체 냉각핀(112)은 제 1 및 제 2 패널부들(186, 188)을 포함하고 있다. 제 1 패널부(186)는 실질적으로 직사각형이며 전지셀들(84, 86)의 직사각형 외면들에 직접 대향하면서 전지셀들 사이에 위치하도록 구성되어 있다. 제 1 패널부(186)는 인접한 전지셀(84)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있으며, 인접한 전지셀(86)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있도록 충분한 크기를 갖는다. 제 1 패널부(186)의 말단부는 하우징(70)의 개구(162)를 관통하여 연장된다. 제 2 패널부(188)는 제 1 패널부(186)의 말단부와 연결되면서 제 1 패널부(186)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있다. 더 나아가, 제 2 패널부(188)는 하우징(70)의 외면(172) 상에 위치한다.
고체 냉각핀(114)은 제 1 및 제 2 패널부들(192, 194)을 포함하고 있다. 제 1 패널부(192)는 실질적으로 직사각형이며 전지셀들(88, 90)의 직사각형 외면들에 직접 대향하면서 전지셀들 사이에 위치하도록 구성되어 있다. 제 1 패널부(192)는 인접한 전지셀(88)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있으며, 인접한 전지셀(90)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있도록 충분한 크기를 갖는다. 제 1 패널부(192)의 말단부는 하우징(70)의 개구(164)를 관통하여 연장된다. 제 2 패널부(194)는 제 1 패널부(192)의 말단부와 연결되면서 제 1 패널부(192)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있다. 더 나아가, 제 2 패널부(194)는 하우징(70)의 외면(172) 상에 위치한다.
고체 냉각핀(116)은 제 1 및 제 2 패널부들(198, 200)을 포함하고 있다. 제 1 패널부(198)는 실질적으로 직사각형이며 전지셀들(92, 94)의 직사각형 외면들에 직접 대향하면서 전지셀들 사이에 위치하도록 구성되어 있다. 제 1 패널부(198)는 인접한 전지셀(92)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있으며, 인접한 전지셀(94)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있도록 충분한 크기를 갖는다. 제 1 패널부(198)의 말단부는 하우징(70)의 개구(166)를 관통하여 연장된다. 제 2 패널부(200)는 제 1 패널부(198)의 말단부와 연결되면서 제 1 패널부(198)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있다. 더 나아가, 제 2 패널부(200)는 하우징(70)의 외면(172) 상에 위치한다.
고체 냉각핀(118)은 제 1 및 제 2 패널부들(204, 206)을 포함하고 있다. 제 1 패널부(204)는 실질적으로 직사각형이며 전지셀들(96, 98)의 직사각형 외면들에 직접 대향하면서 전지셀들 사이에 위치하도록 구성되어 있다. 제 1 패널부(204)는 인접한 전지셀(96)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있으며, 인접한 전지셀(98)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있도록 충분한 크기를 갖는다. 제 1 패널부(204)의 말단부는 하우징(70)의 개구(168)를 관통하여 연장된다. 제 2 패널부(206)는 제 1 패널부(204)의 말단부와 연결되면서 제 1 패널부(204)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있다. 더 나아가, 제 2 패널부(206)는 하우징(70)의 외면(172) 상에 위치한다.
고체 냉각핀(120)은 제 1 및 제 2 패널부들(210, 212)을 포함하고 있다. 제 1 패널부(210)는 실질적으로 직사각형이며 전지셀들(100, 102)의 직사각형 외면들에 직접 대향하면서 전지셀들 사이에 위치하도록 구성되어 있다. 제 1 패널부(210)는 인접한 전지셀(100)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있으며, 인접한 전지셀(102)의 직사각형 외면 전부를 완전히 덮을 수 있도록 충분한 크기를 갖는다. 제 1 패널부(210)의 말단부는 하우징(70)의 개구(170)를 관통하여 연장된다. 제 2 패널부(212)는 제 1 패널부(210)의 말단부와 연결되면서 제 1 패널부(210)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있다. 더 나아가, 제 2 패널부(212)는 하우징(70)의 외면(172) 상에 위치한다.
도 4 내지 7을 참조하면, 열전 펌프(22)는, 열전 펌프(22)를 통해 흐르는 제 1 전류에 의해, 제 1 방향으로 고체 냉각핀들(110-120)로부터 냉각 매니폴드(24)로 열 에너지를 이송하여 전지 모듈(20) 안의 전지셀들의 온도 수준을 낮추도록 형성되어 있다. 더 나아가, 열전 펌프(22)는, 열전 펌프(22)를 통해 흐르는 제 2 전류에 의해, 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 냉각 매니폴드(24)로부터 고체 냉각핀들(110-120)로 열 에너지를 이송하여 전지 모듈(20) 안의 전지셀들의 온도 수준을 증가하도록 형성되어 있다.
열전 펌프(22)는 열전 장치(218), 열전도층들(220, 222), 전선들(224, 226) 및 전기 커넥터(228)를 포함하고 있다. 더 나아가, 열전 펌프(22)는 제 1 면(230) 및 제 2 면(232)을 포함하고 있다. 열전 펌프(22)의 제 1 면(230)은 고체 냉각핀들(110-120)의 제 2 패널부들에 대향하여 위치한다. 열전 펌프(22)의 제 2 면(232)은 냉각 매니폴드(24)에 대향하여 위치한다. 열전 장치(218)는 열전도층들(220, 222)과 직접 연결되면서 열전도층들(220, 222) 사이에 위치한다. 하나의 실시예에서, 열전 장치(218)는 펠티어 열 펌프이다. 전선들(224, 226)은 열전 장치(218)와 전기적으로 연결되고, 제 1 전류 또는 제 2 전류를 열전 장치(218)에 보낸다. 전선들(224, 226)은 구동 회로(42; 도 2 참조)에 전기적으로 더 연결된 전기 커넥터(228)에 또한 전기적으로 연결되어 있다.
도 1, 6 및 8-10을 참조하면, 냉각 매니폴드(24)는 냉각 매니폴드를 흐르는 냉매를 수용하기 위한 내부 영역(248)을 설정한다. 냉각 매니폴드(24)는, 냉각 매니폴드(24)가 냉매 공급 시스템으로부터 냉매를 수령한 후에 냉매 공급 시스템으로 냉매를 되돌릴 수 있도록 하는 폐쇄 루프 구조(closed loop configuration)로, 유입관(26), 배출관(28) 및 포트 어셈블리(30)를 경유하여 냉매 공급 시스템(도시하지 않음)에 유동적으로 연결되어 있다. 냉각 매니폴드(24)는 제 1 벽(240), 제 2 벽(242), 유입부(244) 및 배출부(246)를 포함하고 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 및 제 2 벽들(240, 242)은 서로 연결되어 있고 그들 사이에 내부 영역(248)을 설정한다. 제 1 및 제 2 벽들(240, 242)은 예를 들어, 알루미늄, 강철 또는 스테인리스 스틸과 같은 열전도성 물질로 이루어져 있다. 보이는 바와 같이, 제 1 벽(240)은 서로에 대향하여 위치하는 실질적으로 평평한 면들(260, 262)을 포함하고 있다. 실질적으로 평평한 면(260)은 열전 펌프(22)의 열전도층(222)에 대향하여 위치한다. 또한, 실질적으로 평평한 면(262)의 일부분들은 제 2 벽(242)에 대향하여 위치한다. 제 2 벽(242)은 서로 반대면에 위치하는 외면들(270, 272)을 포함하고 있다. 제 2 벽(242)은 돌출부들(280, 282, 284, 286) 및 실질적으로 평평한 영역들(290, 292, 294, 296, 298)을 더 포함하고 있다. 돌출부(280)는 실질적으로 평평한 영역들(290, 292)과 연결되면서 그 사이에 위치한다. 더 나아가, 돌출부(282)는 실질적으로 평평한 영역들(292, 294)과 연결되면서 그 사이에 위치한다. 또한, 돌출부(284)는 실질적으로 평평한 영역들(294, 296)과 연결되면서 그 사이에 위치한다. 또한, 돌출부(286)는 실질적으로 평평한 영역들(296, 298)과 연결되면서 그 사이에 위치한다. 보이는 바와 같이, 실질적으로 평평한 영역들(290-298)은 제 1 벽(240)과 접한다.
도 6, 8 및 9를 참조하면, 유입부(244)는 냉각 매니폴드(24)의 제 1 벽(240)에 연결되어 있다. 유입부(244)는, 관부(320), 및 관부(320)의 단부로부터 소정 거리에서 관부(320)의 외주를 따라 위치하는 렛지부(ledge portion: 322)를 포함하고 있다. 렛지부(322)는 냉각 매니폴드(24)의 벽(240)에 용접되어 있다.
도 6, 8 및 10을 참조하면, 배출부(246)는 냉각 매니폴드(24)의 제 1 벽(240)에 연결되어 있다. 배출부(246)는, 관부(330), 및 관부(330)의 단부로부터 소정 거리에서 관부(330)의 외주를 따라 위치하는 렛지부(332)를 포함하고 있다. 렛지부(332)는 냉각 매니폴드(24)의 벽(240)에 용접되어 있다.
도 1 및 3을 참조하면, 포트 어셈블리(30)는 유입관(26) 및 배출관(28)과 유동적으로 연결되도록 구성된다. 포트 어셈블리(30)는 플레이트부(350), 유입관 부재(352), 배출관 부재(354)를 포함하고 있다. 유입관 부재(352)는 플레이트부(350)와 연결되면서 플레이트부(350)를 관통하여 연장되고, 유입관(26)과 더 연결되어 있다. 배출관 부재(354)는 플레이트부(350)와 연결되면서 플레이트부(350)를 통해 연장되어 있고, 배출관(28)에 더 연결되어 있다.
도 1 내지 3을 참조하면, 덮개(36)는 전지모듈(20)과 연결되도록 구성되고 내부에 구동 회로(42) 및 마이크로프로세서(44)를 내부에 고정하도록 구성되는 내부 공간을 설정한다.
도 2를 참조하면, 제 1 온도 센서(38)는, 마이크로프로세서(44)에 의해 수신되며, 전지셀들(80-102) 중의 적어도 하나의 온도 수준을 나타내고 전지모듈(20)의 온도 수준을 또한 나타내는 제 1 온도 신호를 발생시키기 위해 제공된다. 물론, 하나 이상의 전지셀의 온도 수준을 측정하기 위해 추가적인 온도 센서들이 전지모듈(20)에 사용될 수 있다.
제 2 온도 센서(40)는, 마이크로프로세서(44)에 의해 수신되는 냉각 매니폴드(24)로 들어가는 냉매의 온도 수준을 나타내는 제 2 온도 신호를 발생시키기 위하여 제공된다.
마이크로프로세서(44)는 전지팩(10)의 열전 펌프(22)의 작동을 조절하도록 형성되어 있다. 구체적으로, 마이크로프로세서(44)는 열전 펌프(22)의 작동을 조절하기 위해 구동 회로(42)를 유도하는 제어 신호를 발생하도록 프로그래밍되어 있다. 마이크로프로세서(44)는 제 1 및 제 2 온도 센서들(38, 40) 및 제어 신호(42)와 실시할 수 있도록 결합되어 있다. 마이크로프로세서(44)는 각각의 제 1 및 제 2 온도 센서들(38, 40)로부터 제 1 및 제 2 온도 신호를 받고, 각각의 제 1 및 제 2 온도 신호에 따라 제 1 및 제 2 온도 수준을 측정한다. 마이크로프로세서(44)는 제 1 및 제 2 온도 수준에 따라 열전 펌프(22)로 전류를 공급하는 구동 회로(42)를 유도하는 제어 신호를 발생하도록 더 프로그래밍되어 있는 바, 하기에서 더욱 구체적으로 설명될 수 있다. 마이크로프로세서(44)는 하기에 설명된 방법을 실행하기 위한 소프트웨어 명령들 및 관련 데이터를 저장하는 기억 장치(449)를 사용하고 있다.
도 2, 5 및 11 내지 12를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 전지팩(10)의 전지모듈(20)에 포함되는 전지셀들의 온도 수준을 제어하는 방법에 대한 플로우 차트가 제공된다. 간략화를 위한 목적에서, 상기 방법은 전지셀(80)의 온도 수준을 제어하는 것에 관한 것이다.
단계(450)에서, 사용자는 전지모듈(20), 열전 펌프(22), 냉각 매니폴드(24), 제 1 및 제 2 온도 센서들(38, 40), 구동 회로(42) 및 마이크로프로세서(44)를 포함하는 전지팩(10)을 제공한다. 전지모듈(20)은 전지셀(80), 하우징(70) 및 고체 냉각핀(110)을 포함하고 있다. 하우징(70)은 내부에 전지셀(80)을 고정하도록 구성된다. 고체 냉각핀(110)은 제 1 및 제 2 패널부들(180, 182)을 포함하고 있다. 고체 냉각핀(110)의 제 1 패널부(180)는 전지셀(80)에 직접 대향하여 위치한다. 고체 냉각핀(110)의 제 1 패널부(180)의 말단부는 하우징(70)의 개구(160)를 관통하여 연장된다. 고체 냉각핀(110)의 제 2 패널부(182)는 하우징(70)의 외면 상에 위치하면서 고체 냉각핀(110)의 제 1 패널부(180)의 말단부에 연결되어 있다. 열전 펌프(22)는 제 1 면(230) 및 제 2 면(232; 도 6 참조)을 포함하고 있다. 제 1 면(230)은 고체 냉각핀(110)의 제 2 패널부(182)에 대향하여 위치한다. 제 2 면(232)은 냉각 패니폴드(24)에 대향하여 위치한다. 냉각 매니폴드(24)는 그것을 통하여 냉매를 수용하기 위한 내부 영역(248)을 설정한다.
단계(452)에서, 제 1 온도 센서(38)는 전지셀(80)의 제 1 온도 수준을 나타내는 제 1 온도 신호를 발생한다. 단계(452) 이후에, 방법은 단계(454)로 넘어간다.
단계(454)에서, 제 2 온도 센서(40)는 냉각 매니폴드(24)에 들어가는 냉매의 제 2 온도 수준을 나타내는 제 2 온도 신호를 발생한다. 단계(454) 이후에, 방법은 단계(456)로 넘어간다.
단계(456)에서, 마이크로프로세서(44)는 각각의 제 1 및 제 2 온도 신호에 따라 제 1 및 제 2 온도 수준을 측정한다. 단계(456) 이후에, 방법은 단계(458)로 넘어간다.
단계(458)에서, 마이크로프로세서(44)는 냉각 매니폴드(24)로 들어가는 냉매의 제 2 온도 수준이 전지셀(80)의 제 1 온도 수준 (예를 들어, 50℃) 보다 큰지 여부에 대해 결정한다. 만약 단계(458)의 값이 "예"와 동일할 경우, 방법은 단계(460)로 넘어간다. 그렇지 않다면, 방법은 단계(462)로 넘어간다.
단계(460)에서, 마이크로프로세서(44)는, 열전 펌프(22)가 고체 냉각핀(110)으로부터 냉각 매니폴드(24)로 열 에너지를 이송하여 전지셀(80)의 온도 수준을 낮추도록, 제 1 방향으로 제 1 전류를 열전 펌프(22)로 공급하기 위한 구동 회로(42)를 유도하는 제 1 제어 신호를 발생한다.
단계(462)에서, 마이크로프로세서(44)는 전지셀(80)의 제 1 온도 수준이 제 2 한계 온도 수준 (예를 들어, 영하 10℃)보다 낮은지 여부를 측정한다. 만약 단계(462)의 값이 "예"와 동일할 경우, 방법은 단계(464)로 넘어간다. 그렇지 않다면, 방법은 단계(466)로 넘어간다.
단계(464)에서, 마이크로프로세서(44)는, 열전 펌프(22)가 냉각 매니폴드(24)로부터 고체 냉각핀(110)으로 열 에너지를 이송하여 전지셀(80)의 온도 수준을 증가하도록, 제 2 방향으로 제 2 전류를 열전 펌프(22)로 공급하기 위한 구동 회로(42)를 유도하는 제 2 제어 신호를 발생한다. 제 2 방향은 제 1 방향과 반대 방향이다. 단계(464) 이후에, 방법은 단계(465)로 넘어간다.
단계(465)에서, 마이크로프로세서(44)는 제 1 플래그(flag)를 "참(true)"과 동일하게 설정한다. 단계(465) 이후에, 방법은 단계(466)로 넘어간다.
단계(466)에서, 마이크로프로세서(44)는 전지셀(80)의 제 1 온도 수준이 제 3 한계 온도 수준 (예를 들어, 0℃) 보다 큰지 여부 및 냉각 매니폴드(24)로 들어가는 냉매의 제 2 온도 수준이 제 3 한계 온도 수준보다 큰지 여부, 및 제 1 플래그가 "참"과 동일한지 여부를 측정한다. 제 3 한계 온도 수준 (예를 들어, 0℃)은 제 2 한계 온도 수준 (예를 들어, 영하 10℃) 보다 크다. 만약 단계(466)의 값이 "예"와 동일할 경우, 방법은 단계(468)로 넘어간다. 그렇지 않다면, 방법은 단계(452)로 되돌아 간다.
단계(468)에서, 마이크로프로세서(44)는 제 2 방향인 열전 펌프(22)로 제 2 전류의 공급을 중단하기 위한 구동 회로(42)를 유도하는 제 2 제어 신호의 발생을 중단한다. 단계(468) 이후에, 방법은 단계(470)로 넘어간다.
단계(470)에서, 마이크로프로세서(44)는 제 1 플래그는 "거짓"과 동일하도록 설정한다. 단계(470) 이후에, 방법은 단계(452)로 되돌아 간다.
앞서 묘사된 방법은 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터-실행 명령들을 포함하고 있는 하나 또는 그 이상의 기억 장치들 또는 컴퓨터 판독 매체(computer readable media) 형상 내에 적어도 부분적으로 포함될 수 있다. 상기 기억 장치들은 하기 하드 드라이브(hard drives), 램 메모리(RAM memory), 플래시 메모리(flash memory), 및 기타 당업계에 공지된 컴퓨터 판독 매체의 하나 또는 그 이상으로 구성될 수 있고, 상기 컴퓨터-실행 명령들은 로드 되고, 하나 또는 그 이상의 마이크로프로세서 또는 컴퓨터들에 의해 실행될 때, 하나 또는 그 이상의 마이크로프로세서 또는 컴퓨터들은 방법과 관련된 단계들을 실행하기 위해 프로그래밍된 장치(apparatus)가 된다.
전지팩(10) 및 전지팩(10)의 전지모듈(20) 내부의 전지셀들의 온도 수준을 냉각하기 위한 방법은 다른 전지팩들 및 방법들에 비해 실질적인 이점을 제공한다. 구체적으로, 전지팩(10)의 이점은, 전지팩(10)은 전지모듈을 냉각하거나 가열할 수 있는 냉각 매니폴드 및 전지모듈 사이에 위치하는 열전 펌프를 이용한다는 점이다.
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 것뿐만 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.
본 발명에 따른 전지팩은 전지모듈과 냉각 매니폴드 사이에 열전 펌프가 존재하며, 전지셀들 사이에 위치하면서 열전 펌프를 통해 전지셀의 열 에너지를 냉각 매니폴드로 이송하는 고체 냉각핀들을 포함하는 전지팩을 제공한다. 또한, 제 1 및 제 2 온도 센서들로부터 발생한 제 1 및 제 2 온도 신호를 수령하는 마이크로프로세서를 더 포함함으로써 고체 냉각핀과 냉각 매니폴드 간의 효율적인 열 에너지의 이송이 가능한 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 제 1 전지셀, 하우징 및 제 1 고체 냉각핀(solid cooling fin)을 가지고 있는 전지모듈로서, 상기 하우징은 내부에 제 1 전지셀을 고정하도록 구성되어 있고; 상기 제 1 고체 냉각핀은 제 1 및 제 2 패널부들(panel portions)을 포함하며, 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부는 제 1 전지셀에 직접 대향하여 위치하고, 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부의 말단부(end portion)는 하우징의 제 1 개구(aperture)를 관통하여 연장되어 있으며, 제 1 고체 냉각핀의 제 2 패널부는 하우징의 외면 상에 위치하면서 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부의 말단부와 연결되는 구조의 전지모듈; 및
    제 1 면(side) 및 제 2 면을 포함하고 있는 열전 펌프(thermoelectric heat pump)로서, 상기 제 1 면은 제 1 고체 냉각핀의 제 2 패널부에 대향하여 위치하고; 상기 제 2 면은 냉각 매니폴드(manifold)에 대향하여 위치하는 구조의 열전 펌프;
    를 포함하고 있으며,
    상기 냉각 매니폴드는 냉매를 수용하기 위한 내부 영역(interior region)을 설정하고 있고;
    상기 열전 펌프는, 열전 펌프를 통해 흐르는 제 1 전류에 의해, 제 1 방향(first direction)으로 제 1 고체 냉각핀으로부터 냉각 매니폴드로 열 에너지를 이송하여 제 1 전지셀의 온도 수준(temperature level)을 낮추도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 매니폴드는 열전 펌프로부터 받은 열 에너지를 냉각 매니폴드를 통해 흐르는 냉매로 이송하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은, 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부가 제 1 및 제 2 전지셀들 사이에 위치하도록, 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부에 대향하여 위치하는 제 2 전지셀을 더 포함하고 있고, 상기 하우징은 내부에 제 2 전지셀을 고정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 고체 냉각핀의 제 1 패널부는 제 1 고체 냉각핀의 제 2 패널부에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 전지모듈은 제 3 및 제 4 전지셀들, 및 제 2 고체 냉각핀을 더 포함하고 있고;
    상기 제 2 고체 냉각핀은 제 1 및 제 2 패널부들을 포함하며, 상기 제 2 고체 냉각핀의 제 1 패널부는 제 3 및 제 4 전지셀들 사이에서 제 3 및 제 4 전지셀들을 직접 대향하도록 위치하고, 제 2 고체 냉각핀의 제 1 패널부의 말단부는 하우징의 제 2 개구를 관통하여 연장되어 있으며, 상기 제 2 고체 냉각핀의 제 2 패널부는 하우징의 외면 상에 위치하면서 제 2 고체 냉각핀의 제 1 패널부의 말단부에 연결되어 있고;
    상기 열전 펌프의 제 1 면은 제 2 고체 냉각핀의 제 2 패널부에 대향하여 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 열전 펌프는 펠티어 열 펌프(Peltier heat pump)인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 매니폴드는 열전 펌프의 제 2 면에 접촉하는 실질적으로 평평한 면(substantially flat surface)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 매니폴드는 제 1 및 제 2 벽들(walls), 유입구(inlet port) 및 배출구(outlet port)를 포함하고 있으며; 상기 제 1 및 제 2 벽들은 서로 연결되어 있고 그들 사이에 내부 영역을 설정하고 있으며, 상기 유입구 및 배출구는 제 1 벽과 연결되고 상기 내부 영역과 유동적으로 연통하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전지셀의 제 1 온도 수준을 나타내는 제 1 온도 신호(temperature signal)를 발생시키도록 구성되어 있는 제 1 온도 센서;
    상기 냉각 매니폴드로 들어가는 냉매의 제 2 온도 수준을 나타내는 제 2 온도 신호를 발생시키도록 구성되어 있는 제 2 온도 센서; 및
    상기 제 1 및 제 2 온도 센서들에 작동 가능하게 연결되어 있고 제 1 및 제 2 온도 신호를 수령하는 마이크로프로세서로서, 각각 제 1 및 제 2 온도 신호에 기반하여 제 1 및 제 2 온도 수준들을 결정하도록 프로그램 되어 있는 마이크로프로세서;
    를 더 포함하고 있고,
    상기 마이크로프로세서는, 제 2 온도 수준이 제 1 온도 수준 보다 클 경우, 제 1 방향으로 제 1 전류를 열전 펌프에 공급하도록 구동 회로를 유도하는 제 1 제어 신호(control signal)를 발생하도록 더 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 열전 펌프는, 제 1 방향의 반대인 제 2 방향으로 열전 펌프를 통해 흐르는 제 2 전류에 의해 냉각 매니폴드로부터 제 1 고체 냉각핀으로 열 에너지를 이송시켜, 제 1 전지셀의 온도 수준을 증가시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 전지셀의 제 1 온도 수준을 나타내는 제 1 온도 신호를 발생시키도록 구성되어 있는 제 1 온도 센서;
    상기 냉각 매니폴드로 들어가는 냉매의 제 2 온도 수준을 나타내는 제 2 온도 신호를 발생시키도록 구성되어 있는 제 2 온도 센서; 및
    상기 제 1 및 제 2 온도 센서들에 작동가능하게 연결되어 있고 제 1 및 제 2 온도 신호를 수령하는 마이크로프로세서로서, 각각 제 1 및 제 2 온도 신호에 기반하여 제 1 및 제 2 온도 수준들을 결정하도록 프로그램 되어 있는 마이크로프로세서;
    를 더 포함하고 있고,
    상기 마이크로프로세서는 제 1 전지셀의 제 1 온도 수준이 제 1 한계 온도 수준 보다 낮을 경우, 제 2 방향으로 제 2 전류를 열전 펌프에 공급하도록 구동 회로를 유도하는 제 1 제어 신호를 발생하도록 더 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 제 1 전지셀의 제 1 온도 수준이 제 2 한계 온도 수준 보다 클 경우 및 냉각 매니폴드로 들어가는 냉매의 제 2 온도 수준이 제 2 한계 온도 수준 보다 클 경우, 제 2 방향으로 제 2 전류를 열전 펌프에 공급하는 것을 중단하도록 구동 회로를 유도하는 제 1 제어 신호의 발생을 중단하도록 더 프로그램 되어 있으며; 상기 제 2 한계 온도 수준은 제 1 한계 온도 수준보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전지팩.
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