KR20200060549A - 열전-기반 열 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
개시된 실시예들은 전기 디바이스를 가열 및/또는 냉각시키도록 구성된 열전-기반 열 관리 시스템들 및 방법들을 포함한다. 열 관리 시스템은 전기 디바이스의 온도-민감 영역과 전기 및 열 연통하는 적어도 하나의 전기 도체 및 적어도 하나의 전기 도체와 열 연통하는 적어도 하나의 열전 디바이스를 포함할 수 있다. 전기 전력은 동일한 전기 도체 또는 외부 전원 공급 장치에 의해 열전 디바이스로 향해질 수 있어서, 열전 디바이스가 적어도 하나의 전기 도체를 통해 전기 디바이스로 제어된 가열 및/또는 냉각을 제공하게 한다. 열전 관리 시스템은 인쇄 회로 기판상에서 전기 디바이스의 관리 시스템과 함께 통합될 수 있다.
Description
본 개시는 일반적으로 전기 디바이스의 열전(thermoelectric: TE) 냉각 및 가열에 관한 것이다.
전력 전자 장치(power electronics) 및 다른 전기 디바이스, 예컨대 배터리는 과열, 차가운 온도, 극한의 온도, 및 동작 온도 한계에 민감할 수 있다. 이러한 디바이스의 성능은, 디바이스가 추천되는 온도 범위의 밖에서 동작될 때, 때때로 심각하게, 약화될 수도 있다. 반도체 디바이스에서, 집적 회로 다이는 과열되어 오동작할 수 있다. 예를 들면, 전기 자동차의 자동차 애플리케이션을 위해 사용된 배터리를 포함하는 배터리에서, 배터리 셀들 및 그들의 구성요소들은 과열되거나 또는 과냉각될 때 과열 열화(degradation)될 수 있다. 이러한 열화는, 배터리 저장 용량의 감소 및/또는 배터리가 다수의 듀티 사이클에 걸쳐 재충전되기 위한 능력의 감소로, 발현할 수 있다.
전력 전자 장치 및 다른 전기 디바이스의 열적 상태를 관리하는 것이 유익할 수 있다. 열 관리는 과열, 과냉각, 및 전기 디바이스 열화의 발생률을 감소시킬 수 있다. 여기에 설명된 특정한 실시예들은, 상당한 전기 전력을 운반하고 및/또는 높은 전류 및 효율을 필요로 하는 디바이스들(예를 들면, 전력 증폭기들, 트랜지스터들, 변압기들, 전력 인버터들, 절연-게이트 양극성 트랜지스터(insulated-gate bipolar transistor: IGBT)들, 전기 모터들, 고출력 레이저들 및 발광 다이오드들, 배터리들 등)의 열 관리를 제공한다. 대류 공기 및 액체 냉각, 도전성 냉각, 액체 제트들을 가진 분무 냉각, 보드 및 칩 케이스의 열전 냉각, 및 다른 해결책들을 포함하여, 광범위한 해결책들이 이러한 디바이스를 열 관리하기 위해 사용될 수 있다. 여기에 개시된 적어도 몇몇 실시예는 전기 디바이스를 가열 또는 냉각하기 위한 기존의 기술과 비교하여 다음의 이점들 중 적어도 하나를 제공한다: 더 높은 전력 효율, 더 낮거나 또는 제거된 유지보수 비용, 더 큰 신뢰성, 더 긴 수명(service life), 더 적은 구성요소, 더 적거나 또는 제거된 가동부(moving part), 동작의 가열 및 냉각 모드, 다른 이점, 또는 이점들의 조합.
전기 디바이스에 있어서, 디바이스의 통상적으로 전기적 활성 부분 및/또는 온도 민감 영역은, 전기 도체를 통해, 예를 들면 외부 회로 또는 디바이스와 같은 외부 세계에 연결된다. 예를 들면, 배터리 셀의 전극들은 큰 손실(예를 들면, 줄의 법칙(Joule's Law)에 따라, 전류의 제곱에 비례하는 열 손실) 없이 높은 전기 전력을 운반하도록 설계될 수 있다. 이러한 전극을 위해 사용되는 전기 도체의 와이어 게이지(wire gauge)는 통상적으로 이러한 디바이스에서 흐르는 고전류에 비례한다. 배터리의 크기가 클수록, 외부 회로와의 연결을 위한 전극 포스트(post)는 더 커진다.
전극 및 많은 다른 유형의 전기 도체의 높은 전기 도전도는, 이러한 도체가 통상적으로 높은 열 도전율을 갖는다는 것을 또한 의미한다. 높은 열 도전율은 다양한 열 관리 문제를 해결하기 위해 사용될 수 있는데, 여기서 이것은 전극을 가열 및/또는 냉각하는 것에 의해, 디바이스의 열적으로 민감하지 않은 소자를 우회시키는 것에 의해, 원하는 화력(thermal power)(예를 들면, 냉각, 가열 등)을 디바이스의 민감 소자(sensitive element)에 직접적으로 전달할 수 있다. 인체의 중심으로 깊이 열을 전달하기 위해 수혈 동안 열 조절된 혈액을 사용하는 것과 유사하게, 원하는 열적 상태들을 전기 디바이스 안쪽으로 깊이 효율적으로 전달하기 위해 전극을 통한 열 펌핑이 사용될 수 있다. 예로서, 진보된 자동차 배터리들의 전극 냉각은 배터리 열 관리를 위한 가장 유리한 기술들 중 하나인 것으로 판명되었다. 예를 들면, 전극은 고체, 액체, 또는 공기 냉각 기술을 사용하여 냉각될 수 있다. 어떤 의미에서, 전극은 이러한 열 관리 배열에서 손가락형 냉각기(cold finger)처럼 작용한다.
본 명세서에 개시된 실시예들은, 전력 구성요소, 전자 장치, 및 다른 전기 디바이스의 전류 운반 전기 도체(current carrying electrical conductor)(예를 들면, 전극)에 직접적 또는 간접적 열전(TE) 냉각 및/또는 가열을 적용함으로써 전기 디바이스를 열적으로 관리할 수 있는 시스템들 및 방법들을 포함한다. 이러한 디바이스는 종종 열 관리로부터 이익을 얻을 수 있다. 몇몇 실시예는, 예를 들면, 배터리와 같은 특정 전기 디바이스를 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 본 명세서에 개시된 적어도 몇몇 실시예는, 예를 들면, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 다른 전기 디바이스, 또는 디바이스들의 조합과 같은 다른 전기 디바이스에 열 관리를 제공할 수 있다. 적어도 몇몇의 이러한 디바이스는 높은 전류 운반 용량을 가질 수 있고 바람직한 온도 범위 밖에서의 동작을 겪을 수 있다. 몇몇 실시예의 동작은 동작의 냉각 모드를 참조하여 설명된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 실시예들 중 몇몇 또는 모두는 또한, 동작의 가열 모드를 가질 수 있다. 몇몇 상황에서, 전기 디바이스의 온도를 임계 온도 위에서 유지하기 위해, 동작의 가열 모드가 이용될 수 있으며, 임계 온도 아래에서 전기 디바이스는 열화될 수 있거나 또는 손상된 동작을 나타낼 수 있다. 시스템 아키텍처에 대한 복잡도를 최소로 하면서 가열 및 냉각 기능 둘 다를 제공하는 데 TE 디바이스가 유일하게 적합하다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 열전 기반 열 관리 시스템들 및 방법들을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 열 관리 시스템은 전기 디바이스의 온도 민감 영역에서의 온도를 관리하도록 구성된다. 열 관리 시스템은, 열전 디바이스로의 전기 전력의 인가 시 메인 표면(main surface) 및 폐기 표면(waste surface) 사이에서 열 에너지를 전달하도록 구성된 열전 디바이스를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 열전 디바이스의 메인 표면은 전기 도체의 열 교환 표면과 실질적으로 열 연통(thermal communication)한다. 전기 도체는, 전기 도체가 전기 디바이스의 온도 민감 영역과 열전 디바이스 사이에서 열 에너지를 도전시키기 위한 도관(conduit)으로서 작용하도록, 전기 디바이스로 또는 그로부터 전기 전력을 전달하도록 구성된다.
특정한 실시예에서, 전기 디바이스를 열 관리하기 위한 방법은, 전기적 도전부 및 전기적 절연부를 포함하는 열 전달 디바이스를 전기 디바이스의 복수의 전기 도체에 연결하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 열 전달 디바이스와 열전 디바이스의 메인 표면 사이에서 실질적인 열 에너지 교환을 지시하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 전기 디바이스를 열 관리하기 위한 방법은, 전기 디바이스와 열 및 전기 통신하는 전기 도체의 열 교환 표면과 열전 디바이스 사이에서 실질적인 열 연통을 수립하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 열전 디바이스 안으로 또는 밖으로 향해진 전류를 조정함으로써 전기 디바이스를 가열하거나 또는 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
특정한 실시예들에서, 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 배터리 관리 제어기를 포함하는 배터리 셀의 온도-민감 영역에서 온도를 관리하도록 구성되는 열전 배터리 열 관리 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 열전 디바이스에 전달된 전기 전력을 제어하도록 구성된 열전 관리 제어기를 포함하며, 여기에서 상기 열전 디바이스는 상기 열전 디바이스로의 전기 전력의 인가 시, 메인 표면 및 폐기 표면 사이에서 열 에너지를 전달하도록 구성된다. 상기 열전 디바이스의 메인 표면은 버스 바(bus bar)에 부착되며, 여기에서 상기 버스 바는 상기 배터리 셀의 전기 도체와 실질적인 열 연통을 한다. 상기 전기 도체는 상기 배터리 셀로 또는 그로부터 전기 전력을 전달하도록 구성되며 상기 전기 도체는 상기 배터리 셀의 온도-민감 영역 및 상기 열전 디바이스 사이에서 열 에너지를 도전시키기 위한 도관으로서 작용한다. 상기 시스템은 상기 배터리 셀을 밀폐시키는 배터리 인클로저(battery enclosure)를 포함한다. 상기 시스템은 배터리 관리 제어기, 열전 관리 제어기, 및 상기 배터리 관리 제어기 및 상기 열전 관리 제어기 사이에서의 데이터 연결을 포함한 인쇄 회로 기판을 포함한다. 상기 인쇄 회로 기판은 상기 배터리 인클로저 내에 위치되며 상기 열전 디바이스에 전기 전력을 공급하기 위한 전력 연결을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 열전 배터리 열 관리 시스템은 상기 열전 관리 제어기와 전기 통신하며 상기 열전 디바이스에 제공된 전기 전류의 극성을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 전기 전류의 제1 극성은 시스템 동작의 냉각 모드에서 제공되며 여기에서 전기 전류의 제1 극성과 반대인 제2 극성은 시스템 동작의 가열 모드에서 제공된다.
몇몇 실시예에서, 상기 배터리 관리 제어기는 상기 배터리 셀에 대한 제어 기능들을 관리하도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 상기 열전 배터리 열 관리 시스템은 상기 배터리 셀과 열 연통하며 상기 열전 관리 제어기와 전기 통신하는 온도 센서를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 열전 디바이스를 수용하도록 구성된 컷아웃 부분을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 버스 바의 표면은 상기 전기 도체의 표면과 직접적인 물리적 접촉을 한다.
몇몇 실시예에서, 상기 열전 배터리 열 관리 시스템은 상기 인쇄 회로 기판에 부착되며 상기 열전 디바이스의 폐기 표면에 걸쳐 공기를 밀어넣거나 또는 빨아들이도록 구성된 블로어(blower) 및 덕트를 포함한다. 상기 블로어 및 덕트 조립체는, 블로어로부터의 기류가 배터리 셀의 냉각 또는 가열 요건들과 일치하도록 증가되거나 또는 감소되도록 배터리 관리 제어기 및 열전 관리 제어기 중 적어도 하나가 시스템 효율을 최적화하도록 구성되기 위해 상기 배터리 관리 제어기 및 열전 관리 제어기 중 적어도 하나와 전기적 통신하는 제어기를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 버스 바는 상기 인쇄 회로 기판 및 전기 도체에 상기 버스 바를 장착하기 위한 하나 이상의 장착 홀을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 배터리 셀은 인클로저 내에서 밀봉되며, 상기 인클로저는 윈도우의 바깥쪽에 위치된 폐열 제거 시스템의 일 부분 및 상기 열전 디바이스의 폐기 표면 사이에서의 실질적인 열 연통을 위한 액세스를 제공하도록 구성된 열전 디바이스에 인접한 높은 열 도전율 재료의 윈도우를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 열전 디바이스들은 상기 버스 바의 상부 및 하부 표면 양쪽 모두에 부착된다.
특정한 실시예들에서, 배터리 셀을 열 관리하기 위한 방법은 인쇄 회로 기판에 부착된 배터리 관리 제어기를 사용하여 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 인쇄 회로 기판에 부착된 열전 관리 제어기를 사용하여 열전 디바이스로 전달된 전기 전력을 제어하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 인쇄 회로 기판에 부착된 전력 연결로부터 상기 열전 디바이스에 전기 전력을 공급하는 단계를 포함한다. 상기 열전 디바이스는 상기 열전 디바이스로의 전기 전력의 인가 시, 메인 표면 및 폐기 표면 사이에서 열 에너지를 전달하도록 구성된다. 상기 열전 디바이스의 메인 표면은 버스 바와 물리적으로 접촉한다. 상기 버스 바는 상기 배터리 셀의 전극과 열 및 전기 통신을 한다. 상기 전극은 상기 배터리 셀로 또는 그로부터 전기 전력을 전달하도록 및 상기 배터리 셀의 온도-민감 영역 및 상기 열전 디바이스 사이에서 열 에너지를 도전시키기 위한 도관으로서 작용하도록 구성된다. 상기 배터리 셀은 상기 열전 디바이스로 전달된 전기 전류의 극성을 조정함으로써 가열되거나 또는 냉각될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 열전 관리 제어기는 상기 열전 디바이스에 제공된 전기 전류의 극성을 제어하도록 구성되며, 여기에서 전기 전류의 제1 극성은 시스템 동작의 냉각 모드에서 제공되며, 여기에서 전기 전류의 제1 극성의 반대인 제2 극성은 시스템 동작의 가열 모드에서 제공된다.
몇몇 실시예에서, 상기 배터리 관리 제어기는 상기 배터리 셀의 충전 및 방전을 관리하도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 상기 배터리 셀와 열 연통하며 상기 열전 관리 제어기와 전기 통신하는 온도 센서가 제공된다.
몇몇 실시예에서, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 열전 디바이스를 수용하도록 구성된 컷아웃 부분을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 버스 바의 표면은 상기 전기 도체의 표면과 직접적인 물리적 접촉을 한다.
몇몇 실시예에서, 블로어 및 덕트 조립체는 상기 인쇄 회로 기판에 부착되며 열전 디바이스의 폐기 표면에 걸쳐 공기를 밀어넣거나 또는 빨아들이도록 구성된다. 상기 블로어 및 덕트 조립체는 상기 블로어로부터의 기류가 상기 배터리 셀의 냉각 또는 가열 요건들과 일치하도록 증가되거나 또는 감소되도록 배터리 관리 제어기 및 열전 관리 제어기 중 적어도 하나가 시스템 효율을 최적화하도록 구성되기 위해 상기 배터리 관리 제어기 및 상기 열전 관리 제어기 중 적어도 하나와 전기 통신하는 제어기를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 버스 바는 상기 인쇄 회로 기판 및 전기 도체에 상기 버스 바를 장착하기 위한 하나 이상의 장착 홀을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 배터리 셀은 인클로저 내에서 밀봉되며, 상기 인클로저는 윈도우 바깥쪽에 위치된 폐기 열 제거 시스템의 일 부분 및 상기 열전 디바이스의 폐기 표면 사이에서 실질적인 열 연통을 위한 액세스를 제공하도록 구성된 상기 열전 디바이스에 인접한 윈도우를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 열전 디바이스들은 상기 버스 바의 상부 및 하부 표면 양쪽 모두에 부착된다.
특정한 실시예들에서, 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 배터리 관리 시스템에 및 열전 디바이스로 전달된 전기 전력을 제어하도록 구성된 열전 관리 시스템에 인쇄 회로 기판을 연결하는 단계를 포함하는 열전 배터리 열 관리 시스템을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 열전 디바이스는 상기 열전 디바이스로의 전기 전력의 인가 시, 메인 표면 및 폐기 표면 사이에서 열 에너지를 전달하도록 구성된다. 상기 방법은 버스 바에 상기 열전 디바이스의 메인 표면을 부착하는 단계 및 상기 배터리 셀와 열 및 전기 통신하는 전기 도체에 상기 버스 바를 연결하는 단계를 포함한다. 상기 전기 도체는 상기 전기 도체가 상기 배터리 셀의 온도-민감 영역 및 상기 열전 디바이스 사이에서 열 에너지를 도전시키기 위한 도관으로서 작용하도록 상기 배터리 셀로 또는 그로부터 전기 전력을 전달하도록 구성된다. 상기 방법은 상기 열전 디바이스에 전기 전력을 공급하기 위해 상기 열전 디바이스에, 상기 인쇄 회로 기판상에 위치된 전력 연결을 연결하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 열전 관리 시스템과 제어기를 연결하는 단계를 포함하며, 상기 제어기는 상기 열전 디바이스에 제공된 전기 전류의 극성을 제어하도록 구성된다. 전기 전류의 제1 극성은 시스템 동작의 냉각 모드에서 제공되며 상기 전기 전류의 제1 극성에 반대인 제2 극성은 시스템 동작의 가열 모드에서 제공된다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 배터리 셀에 대한 제어 기능들을 관리하도록 구성된 상기 배터리 관리 시스템과 제어기를 연결하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 배터리 셀와 열 연통하며 상기 열전 관리 제어기와 전기 통신하는 온도 센서를 연결하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 열전 디바이스를 수용하도록 구성된 컷아웃을 상기 인쇄 회로에 형성하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 버스 바의 표면이 상기 전기 도체의 표면과 직접적인 물리적 접촉을 하도록 상기 전기 도체에 상기 버스 바를 연결하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 인쇄 회로 기판에 블로어 및 덕트 조립체를 부착하는 단계를 포함하며, 상기 블로어 및 덕트 조립체는 상기 열전 디바이스의 폐기 표면에 걸쳐 공기를 밀어넣거나 또는 빨아들이도록 구성된다. 상기 블로어 및 덕트 조립체는, 상기 블로어로부터의 기류가 상기 배터리 셀의 냉각 또는 가열 요건들과 일치하도록 증가되거나 또는 감소되도록 상기 배터리 관리 시스템 및 열전 관리 시스템 중 적어도 하나가 시스템 효율을 최적화하도록 구성되기 위해 상기 배터리 관리 시스템 및 열전 관리 시스템 중 적어도 하나와 전기 통신하는 제어기를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 인쇄 회로 기판 및 전기 도체에 상기 버스 바를 장착하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 인클로저 내에서 상기 배터리 셀을 밀봉하는 단계를 포함하며, 상기 인클로저는 윈도우의 바깥쪽에 위치된 폐열 제거 시스템의 일 부분 및 상기 열전 디바이스의 폐기 표면 사이에서 실질적인 열 연통을 위한 액세스를 제공하도록 구성된 상기 열전 디바이스에 인접한 윈도우를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 버스 바의 상부 및 하부 표면 양쪽 모두에 열전 디바이스들을 부착하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예는 예시적인 목적을 위해 첨부 도면에서 묘사되며, 결코 본원에서 설명되는 열전 조립체들 또는 시스템들의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 상이하게 개시된 실시예들의 다양한 특징은 본 개시의 일부인, 부가적인 실시예들을 형성하기 위해 서로 조합될 수 있다. 임의의 특징 또는 구조는 제거되고, 변경되거나, 또는 생략될 수 있다. 도면들 전체에 걸쳐, 참조 번호들은 참조 요소들 사이의 대응성을 나타내기 위해 재사용될 수도 있다.
도 1은 예시적인 열전 배터리 열 관리 시스템의 투시도를 개략적으로 예시한 도면;
도 2는 열전 배터리 열 관리 시스템의 예시적인 버스 바의 투시도를 예시한 도면;
도 3은 도 2의 버스 바에 부착된 열전 디바이스를 가진 예시적인 열전 모듈의 투시도를 예시한 도면;
도 4는 예시적인 인쇄 회로 기판의 투시도를 예시한 도면;
도 5는 예시적인 맞물림 피처의 투시도를 예시한 도면;
도 6은 도 4의 인쇄 회로 기판에 부착된 도 3의 하나 이상의 열전 모듈의 예시적인 조립체의 투시도를 예시한 도면;
도 7은 예시적인 공기 덕트 및 블로어 시스템의 투시도를 예시한 도면;
도 8은 도 6의 조립체에 부착된 도 7의 예시적인 공기 덕트 및 블로어 시스템의 투시도를 예시한 도면;
도 9는 하나 이상의 맞물림 피처를 통해 인쇄 회로 보드 기판에 부착된 예시적인 공기 덕트 및 블로어 시스템을 가진 도 8의 예시적인 조립체의 하부 투시도를 예시한 도면;
도 10은 도 9의 예시적인 조립체의 상부 투시도를 예시한 도면;
도 11은 배터리 모듈에 부착된 도 10의 예시적인 조립체의 부분도를 예시한 도면;
도 12는 또 다른 예시적인 열전 배터리 열 관리 시스템의 투시도를 예시한 도면;
도 13은 도 12의 예시적인 시스템의 상면도를 예시한 도면;
도 14는 도 12의 예시적인 시스템의 구성요소들의 부분도를 예시한 도면;
도 15는 예시적인 열전 배터리 열 관리 시스템을 예시한 도면.
도 1은 예시적인 열전 배터리 열 관리 시스템의 투시도를 개략적으로 예시한 도면;
도 2는 열전 배터리 열 관리 시스템의 예시적인 버스 바의 투시도를 예시한 도면;
도 3은 도 2의 버스 바에 부착된 열전 디바이스를 가진 예시적인 열전 모듈의 투시도를 예시한 도면;
도 4는 예시적인 인쇄 회로 기판의 투시도를 예시한 도면;
도 5는 예시적인 맞물림 피처의 투시도를 예시한 도면;
도 6은 도 4의 인쇄 회로 기판에 부착된 도 3의 하나 이상의 열전 모듈의 예시적인 조립체의 투시도를 예시한 도면;
도 7은 예시적인 공기 덕트 및 블로어 시스템의 투시도를 예시한 도면;
도 8은 도 6의 조립체에 부착된 도 7의 예시적인 공기 덕트 및 블로어 시스템의 투시도를 예시한 도면;
도 9는 하나 이상의 맞물림 피처를 통해 인쇄 회로 보드 기판에 부착된 예시적인 공기 덕트 및 블로어 시스템을 가진 도 8의 예시적인 조립체의 하부 투시도를 예시한 도면;
도 10은 도 9의 예시적인 조립체의 상부 투시도를 예시한 도면;
도 11은 배터리 모듈에 부착된 도 10의 예시적인 조립체의 부분도를 예시한 도면;
도 12는 또 다른 예시적인 열전 배터리 열 관리 시스템의 투시도를 예시한 도면;
도 13은 도 12의 예시적인 시스템의 상면도를 예시한 도면;
도 14는 도 12의 예시적인 시스템의 구성요소들의 부분도를 예시한 도면;
도 15는 예시적인 열전 배터리 열 관리 시스템을 예시한 도면.
특정한 실시예들 및 예들이 본 명세서에 개시되지만, 주제는, 구체적으로 개시된 실시예에서의 예를 넘어, 다른 대안적인 실시예 및/또는 사용들로, 및 그것의 변경들 및 등가물들로 확장된다. 따라서, 본원에 첨부된 청구항들의 범위는 이하에 설명된 특정 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않는다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 임의의 방법 또는 프로세스에서, 방법 또는 프로세스의 행위들 또는 동작들은 임의의 적절한 시퀀스로 수행될 수 있으며 반드시 임의의 특정하게 개시된 시퀀스에 한정되는 것은 아니다. 특정한 실시예를 이해하는데 도움을 줄 수 있는 방식으로, 다양한 동작이 다수의 별개의 동작으로서 차례대로 설명될 수 있지만; 그러나, 설명의 순서는 이들 동작이 순서 의존적이라는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 부가적으로, 본원에 설명된 구조, 시스템 및/또는 디바이스는 통합된 구성요소로서 또는 별개의 구성요소로서 구체화될 수 있다. 다양한 실시예를 비교할 목적으로, 이들 실시예의 특정한 양상 및 이점이 설명된다. 모든 이러한 양상 또는 이점이 반드시 임의의 특정한 실시예에 의해 달성되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들면, 다양한 실시예는, 본원에 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같이 다른 양상들 또는 이점들을 반드시 달성할 필요 없이, 본원에 교시된 바와 같이 하나의 이점 또는 이점들의 그룹을 달성하거나 또는 최적화하는 방식으로 실행될 수 있다.
전자 장치들 및 전기 디바이스들의 열적 상태들을 관리하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 열 관리는 과열, 과냉각, 및 전기 디바이스 열화의 발생률을 감소시킬 수 있다. 본원에서 설명된 특정한 실시예들은, 상당한 전기 전력을 운반하고 및/또는 높은 전류 및 효율을 필요로 하는 디바이스(예를 들면, 전력 증폭기들, 트랜지스터들, 변압기들, 전력 인버터들, 절연 게이트 양극성 트랜지스터들, 전기 모터들, 고출력 레이저 및 발광 다이오드들, 배터리들, 및 기타 등)의 열 관리를 제공한다. 대류 공기 및 액체 냉각, 도전성 냉각, 액체 제트들을 가진 분무 냉각, 보드들 및 칩 케이스들의 열전 냉각, 및 다른 해결책들을 포함하여, 광범위한 해결책들이 이러한 디바이스들을 열 관리하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 적어도 몇몇 실시예는 전기 디바이스들을 가열 또는 냉각하기 위한 기존의 기술들과 비교하여 다음의 이점들 중 적어도 하나를 제공한다: 더 높은 전력 효율성, 더 낮은 또는 제거된 유지보수 비용, 더 큰 신뢰성, 더 긴 수명, 더 적은 구성요소, 더 적은 또는 제거된 가동부, 동작의 가열 및 냉각 모드, 다른 이점, 또는 이점들의 조합.
전기 디바이스들에 있어서, 디바이스의 통상적으로 전기적 활성 부분들 및/또는 온도 민감 영역들은, 전기 도체들을 통해, 예를 들면 외부 회로들 또는 디바이스들과 같은 외부 세계에 연결된다. 예를 들면, 배터리 셀의 전극들은 큰 손실(예를 들면, 줄의 법칙에 따라 전류의 제곱에 비례하는 열 손실) 없이 높은 전기 전력을 운반하도록 설계될 수 있다. 이러한 전극들을 위해 사용되는 전기 도체의 와이어 게이지는 이러한 디바이스들에서 통상적으로 흐르는 높은 전류에 비례한다. 배터리의 크기가 클수록, 외부 회로들과의 연결을 위한 전극 포스트들은 더 커진다.
전극 및 많은 다른 유형의 전기 도체의 높은 전기 도전도는, 이러한 도체가 통상적으로 높은 열 도전율을 갖는다는 것을 또한 의미한다. 높은 열 도전율은 다양한 열 관리 문제를 해결하는 데 사용될 수 있는데, 여기서 그것은 전극들을 가열 및/또는 냉각함으로써, 디바이스의 열적으로 민감하지 않은 소자들을 우회시키는 것에 의해, 원하는 화력(예를 들면, 냉각, 가열 등)을 디바이스의 민감 소자들에 직접적으로 전달할 수 있다. 인체의 중심으로 깊이 열을 전달하기 위해 수혈 동안 열 조절된 혈액을 사용하는 것과 유사하게, 원하는 열적 상태를 전기 디바이스 안쪽 깊이 효율적으로 전달하기 위해 전극들을 통한 열 펌핑이 사용될 수 있다. 예로서, 진보된 자동차 배터리들의 전극 냉각은 배터리 열 관리를 위한 가장 유리한 기술들 중 하나인 것으로 판명되었다. 예를 들면, 전극은 고체, 액체, 또는 공기 냉각 기술을 사용하여 냉각될 수 있다. 어떤 의미에서, 전극은 이러한 열 관리 배열에서 손가락형 냉각기처럼 작용한다.
본 명세서에 개시되는 실시예들은, 전력 구성요소, 전자 장치, 및 다른 전기 디바이스의 전류 운반 전기 도체(예를 들면, 전극)에 직접적인 또는 간접적인 열전(TE) 냉각 및/또는 가열을 적용함으로써 전기 디바이스를 열적으로 관리할 수 있는 시스템들 및 방법들을 포함한다. 이러한 디바이스는 종종 열 관리로부터 이익을 얻을 수 있다. 몇몇 실시예는, 예를 들면, 배터리, 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀과 같은 특정 전기 디바이스를 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 본 명세서에 개시된 적어도 몇몇 실시예는, 예를 들면, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 다른 전기 디바이스, 또는 디바이스들의 조합과 같은 다른 전기 디바이스에 대한 열 관리를 제공할 수 있다. 적어도 몇몇 이러한 디바이스는 높은 전류 운반 용량을 가질 수 있으며 바람직한 온도 범위 밖에서의 동작을 겪을 수 있다. 몇몇 실시예의 동작은 동작의 냉각 모드를 참조하여 설명된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 실시예의 몇몇 또는 모두는 또한 동작의 가열 모드를 가질 수 있다. 몇몇 상황에서, 전기 디바이스의 온도를 임계 온도 위에서 유지하기 위해, 동작의 가열 모드가 이용될 수 있으며, 임계 온도 아래에서 전기 디바이스는 열화될 수 있거나 또는 손상된 동작을 나타낼 수 있다. 시스템 아키텍처에 대한 복잡도를 최소로 하면서 가열 및 냉각 기능 둘 다를 제공하는 데 TE 디바이스가 유일하게 적합하다.
TE 디바이스들이 전기 도체 냉각 및/또는 가열 작업을 위해 사용될 수 있는 다양한 방식이 존재한다. 여기에 설명되는 바와 같이, TE 디바이스는 하나 이상의 TE 소자, TE 재료, TE 조립체 및/또는 TE 모듈을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, TE 시스템은, 제1 측면 및 제1 측면과는 반대인 제2 측면을 포함하는 TE 디바이스를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 측면 및 제2 측면은 각각 메인 표면과 폐기 표면 또는 가열/냉각 표면 및 폐기 표면일 수 있다. TE 디바이스는 전원(power source)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 전원은 TE 디바이스에 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 전압이 일 방향으로 인가될 때, 일 측면(예를 들면, 제1 측면)은 열을 생성하고 동시에 다른 측면(예를 들면, 제2 측면)은 열을 흡수한다. 회로의 극성을 스위칭하는 것은 반대 효과를 생성한다. 통상적인 배열에서, TE 디바이스는 이종 재료(dissimilar material)를 포함하는 폐쇄 회로를 포함한다. DC 전압이 폐쇄 회로에 인가될 때, 이종 재료의 접합에서 온도차가 생성된다. 전기 전류/압력의 방향(예로서, 극성)에 의존하여, 열은 특정 접합에서 방출되거나 또는 흡수된다. 몇몇 실시예에서, TE 디바이스는, 직렬 및/또는 병렬 전기적 통신으로 연결된 여러 개의 고체 상태의 P-형 및 N-형의 반도체 소자를 포함한다. 특정한 실시예들에서, 접합부는, TE 디바이스의 저온 측(cold side) 및 고온 측(hot side)을 형성할 수 있는 2개의 전기 절연 부재(electrical isolation member)(예를 들면, 세라믹 판) 사이에 끼워 넣어진다. 저온 측은 냉각될 대상체(예를 들면, 전기 도체, 열 관리 하의 전기 디바이스 등)에 열적으로 결합될 수 있으며 고온 측은 열을 주위환경으로 소산시키는 열 싱크에 열적으로 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고온 측은 가열될 오브젝트(예를 들면, 전기 도체, 열 관리 하의 전기 디바이스 등)에 결합될 수 있다. 특정한 비제한적인 실시예들이 이하에 설명된다.
용어("실질적인 열 연통")는 그것의 광범위하며 일반적인 의미로 여기에서 사용되며 예를 들면, 열 연통 인터페이스에서의 표면들 사이에서의 스너그(snug) 접촉; 열 연통하는 표면들 사이에서의 하나 이상의 열 전달 재료 또는 디바이스; 열 도전성 재료 시스템을 사용한 고체 표면들 사이에서의 연결, 여기에서 이러한 시스템은 패드들, 열 전도성 그리스(thermal grease), 페이스트, 하나 이상의 작동 유체, 또는 표면 사이에서 높은 열 도전율을 가진 다른 구조들을 포함할 수 있다; 다른 적절한 구조들; 또는 구조들의 조합을 포함한다. 실질적인 열 연통은 직접 연결되거나 또는 하나 이상의 인터페이스 재료를 통해 간접적으로 연결되는 표면들 사이에서 발생할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전기 디바이스의 효율적인 동작을 촉진시키기 위해 전기 디바이스에 열 관리(가열 및/또는 냉각)를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 전기 도체들(예로서, 배터리 또는 전지 전극들)을 통해 전기 디바이스(예로서, 배터리, 배터리 팩, 배터리 모듈(들), 배터리 팩 또는 모듈의 셀들 등)를 가열하며 냉각시키는 것은 이러한 열 관리를 수행하기 위한 효율적인 방식일 수 있다. 배터리 팩에서의 셀들에 분산되고 빠른 열 관리를 제공하기 위한 하나의 옵션은 여기에서의 특정한 실시예들에 설명된 바와 같이 열전 디바이스들을 하나 이상의 배터리 전극과 실질적인 열 연통을 하게 함으로써 배터리에서 및 그 밖으로 열의 흐름을 제어하는 것이다.
많은 유형의 현재의 재충전 가능한 배터리(예로서, 하이브리드 자동차 배터리, 리튬-이온 배터리, 스마트 배터리)는 온도, 충전 상태, 및 다른 상태들에 의존하여 가변적인 또는 상이한 레이트로 충전 및 방전하도록 구성된다. 이들 유형의 배터리는 충전 및/또는 방전 동안 배터리에 부가되거나 또는 그로부터 인출된 전기 전류 또는 전압을 변경하는 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 배터리의 상태에 기초하여 전기적 충전 및/또는 방전을 조절할 수 있다. 동일한 제어기 또는 상이한 제어기는 셀 밸런싱, 환경 제어, 안전한 동작 영역 보호, 데이터 수집, 산출 및 보고 등과 같은, 배터리의 다른 양상을 관리할 수 있다. 배터리의 동작의 이들 양상을 관리하는 하나 이상의 제어기를 포함하는 시스템은 배터리 관리 시스템(BMS)으로 지칭될 수 있다. BMS는 배터리 성능을 저하시키는 손상, 극한 온도, 및/또는 조건들로부터 배터리를 보호하기 위해 배터리 및 환경 조건의 상태를 모니터링할 수 있다. BMS는 온도, 전압, 충전 또는 방전의 상태, 건강 상태, 배터리 또는 배터리 셀들의 에너지 용량 및/또는 전류 및 다른 환경 조건들을 모니터링하기 위해 하나 이상의 제어기, 센서(예로서, 서미스터, 열전대), 프로세서, 집적 회로, 외부 통신 데이터 버스, 전압 변환기, 조절기 회로, 전압 탭, 인쇄 회로 기판(예로서, 인쇄 회로 보드들 또는 가요성 인쇄 회로들)(PCS)을 포함할 수 있다.
이들 유형의 배터리 또는 배터리 모듈이 열전 디바이스를 사용하여 냉각되거나 또는 가열될 때, 그것들은 열전-기반 열 관리 시스템(TMS)에 동작적으로 연결될 수 있다. 이러한 배터리들의 BMS 및 TMS는 별개의 또는 이산 시스템(예로서, BMS 및 TMS 제어기들은 상이한 PCS 상에 위치될 수 있음)일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 배터리 또는 배터리 모듈은 통합 BMS 및 TMS를 포함한다(예로서, BMS 및 TMS 제어기들은 배터리 인클로저 내에 및/또는 동일한 PCS 상에 위치될 수 있다).
도 1은 여기에 논의된 실시예들, 특징들, 구조들, 및 동작 모드들 중 임의의 것의, 특징들 및 양상들을 전체적으로 또는 부분적으로 포함하거나 또는 통합할 수 있는 전기 디바이스들을 냉각하고 및/또는 가열하기 위해 구성된 예시적인 열전 배터리 열 관리 시스템(TBTMS)(1)의 개략도를 예시한다. 몇몇 실시예에서, TBTMS(1)는 통합 배터리 관리 시스템(2)(BMS), 통합 열전 관리 시스템(4)(TMS), 하나 이상의 통합 버스 바(6), 및 하나 이상의 전기 도체(14)(예로서, 전극들)를 통해 배터리 모듈(12)에(전체적으로 및/또는 원하는 대로 개개의 셀들 또는 모듈의 특정 부분들에) 가열 및/또는 냉각을 제공하도록 구성된 통합 공기 덕트(8) 및 블로어(10) 시스템을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 공기 덕트(8)는 그것을 통한 공기(예로서, 액체, 가스 등) 흐름이 아닌 유체들을 갖도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, TBTMS(1)는 이하에 추가로 설명되는 바와 같이 하나 이상의 통합 버스 바(6)를 통해 배터리 모듈(12)의 적어도 하나의 전기 도체(14)(예로서, 전류 운반 커넥터, 전극, 셀의 부분, 단자 와이어들, 전극들 또는 셀들의 부분들 사이에서의 배선, 리드들, 양의 및/또는 음의 단자들 등)의 열 교환 표면과 실질적인 열 연통mf 하는 적어도 하나의 TE 디바이스(16)를 포함할 수 있다. TBTMS(1)의 구성요소들 중 하나 이상은 배터리 모듈(12)의 다양한 조건을 제어하며 모니터링하기 위해 및/또는 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 배터리 모듈(12)에 의해 전력(예로서, 전압, 전류 등)을 공급받도록 인쇄 회로 기판(PCS)(30)과 통합될 수 있다.
몇몇 실시예에서, TE 디바이스(16)는 TE 디바이스(16)로의 전기 전력(예로서, 전압 및/또는 전류)의 인가 시 열전 디바이스의 메인 표면 또는 측면 및 폐기 표면 또는 측면 사이에서 열 에너지를 전달하도록 구성된다. 어느 쪽이든, 열전 디바이스(16)의 메인 또는 폐기 표면은 하나 이상의 전기 도체(14)와의 실질적인 열 연통을 하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 전기 도체(14)는 배터리 모듈(12)의 셀들로 또는 그로부터 전기 전력을 전달하도록 구성된다. 전기 도체(14)는 열전 디바이스(16) 및 배터리 모듈(12)의 셀들의 온도-민감 영역 사이에서 열 에너지를 도전시키기 위한 도관으로서 작용하도록 동작 가능하다.
이러한 인스턴스에서, 하나 이상의 전기 도체들(14)은 하나 이상의 외부 디바이스와 배터리 모듈(12)의 온도-민감 영역 사이에서 전기 에너지 및 열 에너지 양쪽 모두를 도전시킬 수 있다. 냉각 모드에서 동작될 때, 열(Q)은 하나 이상의 전기 도체(14)로부터 펌핑되며, 공기, 액체, 또 다른 고체 구성요소, 또는 구성요소들의 조합일 수 있는, 외부 환경으로 소산된다. 가열 모드에서 동작될 때, 열 전력은 역 방향으로 펌핑될 것이며, 하나 이상의 전기 도체(14)를 통해 배터리 모듈(12)로 열을 전달한다.
도 1을 참조하면, 몇몇 실시예에서, TBTMS(1)의 배터리 모듈(12)은 단일 기능 배터리 모듈(12)을 제공하기 위해 서로 전기적으로 연결된 다수의 셀(20)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 다수의 배터리 모듈(12)(예로서, 둘 이상)은 직렬 및/또는 병렬로 전기 통신하도록 함께 조립될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 배터리 모듈(12)은 서로 인접하여 및/또는 그것의 최상부 상에 위치되거나 또는 적층될 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 배터리 모듈(12)은 전기적으로 직렬로 연결된 개개의 셀들(20)을 포함한다(10). 몇몇 실시예에서, 배터리 모듈(12)의 개개의 셀들(20)은 전기적 도전성 버스 바들(6) 또는 다른 커넥터들 또는 도체들을 통해 직렬로 및/또는 병렬로 함께 전기적으로 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 열 관리 시스템(4)은 하나 이상의 버스 바(6)를 통해 배터리 모듈(12)의 하나 이상의 셀(20)의 하나 이상의 전기 도체(14)와 통합되거나 또는 그것에 연결된(예로서, 그것과 실질적으로 열 연통하는) 하나 이상의 열전 디바이스(16)를 포함할 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 일 실시예에서, 직렬로 연결된 셀들(20)은 배터리 모듈(12)의 상부 표면을 따라 연장되는 전기 도체들(14)의 두 개의 병렬 로우를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 열전 디바이스(16)는 세라믹 기판(24) 또는 임의의 다른 적절한 구성 또는 재료의 상부 및 하부 표면들 상에서 층을 이룬 구리 기판들 또는 포일들(22)을 갖도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 열전 디바이스(16)의 일 측면 또는 부분은 적어도 하나의 통합 버스 바(6)에서 연결되고, 부착되거나, 또는 통합될 수 있다(예로서, 땜납되고, 클리핑되고, 접착되고, 접합되고, 클램핑되거나 또는 그 외 부착되는). 도 1에 예시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 제1 열전 디바이스(16)의 제1 측면은 버스 바(6)의 상부 표면에 연결되거나 또는 그것과 통합될 수 있으며 제2 열전 디바이스(16)의 제1 측면은 버스 바(6)의 하부 표면에 연결되거나 또는 그것과 통합될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 적어도 하나의 통합 버스 바(6)는 열전 디바이스(16)가 하나 이상의 전기 도체와 실질적인 열 연통을 하도록 둘 이상의 셀(20)(예로서, 직렬로 연결되는 두 개의 인접한 셀들)의 하나 이상의 전기 도체(14)에 결합된다. 몇몇 실시예에서, 적어도 하나의 전기 도체(14)는 적어도 하나의 TE 디바이스(16)와 실질적인 열 연통을 하거나 또는 그것에 연결되지 않는다. 각각의 열전 디바이스(16)의 제2 측면 또는 부분은 적어도 하나의 열 전달 디바이스(26)에 연결되고, 땜납되고, 클리핑되고, 접착되고, 접합되고, 클램핑되거나, 또는 그 외 부착될 수 있다. 상기 적어도 하나의 열 전달 디바이스(26)(예로서, 열 교환기)는 핀들(28)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하나의 열 전달 디바이스(26)는 각각의 열전 디바이스(16)에 부착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다수의 열 전달 디바이스(26)는 각각의 열전 디바이스(16)에 부착되거나 또는 그것과 실질적인 열 연통을 할 수 있다. 열 전달 디바이스(26)는 이하에 설명된 바와 같이 임의의 폐기물 제거 시스템(예로서, 액체 루프 또는 도관, 덕트 및 블로어)과 열 연통할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전기 디바이스(예로서, 전기 자동차 배터리 또는 배터리 모듈(12))의 기존의 구성 부분, 셀들, 및/또는 회로 및 전기 디바이스(예로서, BMS(2) 및/또는 TMS(4))의 방전/충전 레이트, 온도, 또는 다른 조건들을 모니터링하는 전기 디바이스의 제어 또는 관리 시스템과 통합되도록 구성되는 TBTMS(1)가 제공된다. 이러한 통합 TBTMS(1)는 조립 또는 설치 이슈들을 용이하게 하고, 이러한 시스템들과 함께 수반된 구성요소들 또는 문제들을 최소화할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 구성요소는 조립 및/또는 설치를 용이하게 하기 위해, 전기 디바이스로의 단일 구성요소의 부착 이전에 단일의 기존의 또는 요구된 구성요소(예로서, PCS(30))와 통합될 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 배터리 모듈(12)의 TBTMS(1)는 배터리 모듈(12)의 TMS(4) 및 BMS(2) 양쪽 모두, 하나 이상의 버스 바(6), 하나 이상의 열전 디바이스(16), 하나 이상의 열 전달 디바이스(26), 및 하나 이상의 구성요소, 예를 들면 PCS(30)에 통합되도록 구성된 공기 덕트(8) 및 블로어 시스템(10)을 포함할 수 있다. 일단 하나 이상의 구성요소가 PCS(30)로 설치되며 그것과 통합된다면(예로서, 연결되거나 또는 전기 통신하여), PCS는 그 후 배터리 모듈(12)에 결합될 수 있다. 이러한 인스턴스들에서, TBTMS(1)는 그 후 단지 이들 구성요소에 전력을 제공하기 위해 다양한 시스템 또는 구성요소(예로서, BMS(2), TMS(4), TE 디바이스들(16) 등)로의 전기적 연결(예로서, 배터리 모듈(12) 자체 또는 외부 전원)만을 요구할 것이다. 이들 유형의 시스템들 또는 조립체들은 이러한 시스템들의 제조, 설치, 및/또는 조립과 연관된 복잡도들, 구성요소들, 어려움들, 단계들, 및/또는 비용들을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, TBTMS(1)는 PCS(30) 상에 통합된 BMS(2) 및 TMS(4)를 포함한다(예로서, PCS(30)는 BMS(2)를 TMS(4)에 연결하거나 또는 BMS(2) 및 TMS(4)는 PCS 및/또는 통합 회로들을 공유한다). BMS(2)는 배터리 모듈(12)의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된다. TMS(4)는 하나 이상의 TE 디바이스(16)로 전달된 전력(예로서, 전류, 전압)을 제어하도록 구성된 제어기(예로서, ECU)를 포함할 수 있다. TE 디바이스들(16)은 메인 측면 및 폐기 측면을 포함할 수 있다. 메인 측면은 온도가 제어되는 TE 디바이스(16)의 측면일 수 있다. 폐기 측면은 TMS(4)에 대한 열 소스 또는 열 싱크로서 작용하는 TE 디바이스(16)의 측면일 수 있다. 몇몇 실시예에서, TMS(4)는 TE 디바이스(16)의 폐기 측면에 연결된 열 소스 또는 열 싱크의 온도를 제어하지 않는다. TE 디바이스들(16)의 메인 측면들은 버스 바(6)와 실질적인 열 연통(예로서, 직접 또는 간접 물리적 접촉 또는 부착)을 할 수 있다. 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 각각의 버스 바(6)는 배터리 셀, 팩 또는 모듈(12)의 하나 이상의 전기 도체(14)(예로서, 전류 운반 커넥터, 전극, 셀의 부분, 단자 와이어들, 셀들의 부분들 또는 전극들 사이에서의 배선, 리드들 등)의 열 교환 표면과 실질적인 열 연통(예로서, 직접 또는 간접 물리적 접촉 또는 부착)을 할 수 있다. 부가적으로, 이하에 설명되는 바와 같이, PCS(30)는 TE 디바이스(16)로의 전력 연결(예로서, 열 관리(예로서, 배터리 모듈(12)) 하에서 전기 디바이스로부터 전력을 공급하도록 구성된 전기 커넥터들(50) 또는 외부 디바이스 또는 전원)을 포함할 수 있다. 예를 들면, TE 디바이스(16)는 PCS(30) 상에 위치된 전기 커넥터(50)로 "플러깅"될 수 있다.
도 1에 도시되며 상기 논의된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, TMS(4)는 적어도 하나의 TE 디바이스(16)를 포함할 수 있다. TE 디바이스(16)의 표면(예로서, 메인 측면)은 버스 바(6)의 표면과 실질적인 열 연통을 하거나 또는 그것에 부착될 수 있다. 버스 바(6)의 표면은 적어도 하나의 전기 도체(14)의 고체 표면과 직접 또는 간접 접촉을 할 수 있다. 전기 도체(14)는 전기 도체(14)가 또한 배터리 모듈(12)의 셀에서의 온도-민감 영역과 TE 디바이스(16) 사이에서 열 에너지를 도전시키기 위한 도관으로서 작용하도록 배터리 모듈(12)의 셀에 전력을 전달하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버스 바(6)의 표면 및 전기 도체(14)의 고체 표면 사이에서의 인터페이스는 표면들 사이에서의 실질적인 열 연통을 용이하게 하도록 구성된 열 도전성 재료(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 열 도전성 재료는 그리스, 페이스트, 패드들, 높은 열 도전율을 가진 재료, 약 100 W/(m×K) 이상의 열 도전율을 가진 재료, 또 다른 적절한 재료, 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 열 도전성 재료는 열 전달 디바이스 또는 버스 바의 하나 이상의 표면 및 TE 디바이스 및/또는 전기 도체의 표면들 사이에서의 인터페이스에 위치될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 제어기(예로서, ECU)는 가열 또는 냉각 기능을 수행하고 및/또는 TE 디바이스(16)로 전달된 전기 전력을 조정하도록 TE 디바이스(16)를 제어하기 위해 TMS(4)의 부분으로서 제공될 수 있다. TE 디바이스(16)는 열 관리(예로서, 배터리 모듈(12)) 하에서 또는 외부 전력 공급 또는 전원을 통해 디바이스와 함께 동력을 공급받을 수 있다. 몇몇 실시예에서, TE 디바이스들(16)은 열 관리 하에서 디바이스로 및/또는 그로부터 그것들의 열 펌핑 기능을 수행하도록 전기적으로 동력을 공급받으며 제어된다. 전력 및 제어 기능은 별개의 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 수행될 수 있다. ECU는 배터리 모듈(12)의 TE 관리와 연관된 TE 디바이스(16)로 전달된 전기 전력을 조정할 수 있다. 몇몇 실시예에서, ECU는 직접 또는 전기 도체들(14)을 통해 배터리 모듈(12)의 열 상태를 감지하고, 그것들을 알고리즘들에 비교하며 가열 또는 냉각 기능을 수행하기 위해 TE 디바이스(16)에 대한 제어 신호를 발행하는 하나 이상의 온도 센서로부터의 입력들을 취한다. 몇몇 실시예에서, ECU는 다른 센서들(도시되지 않음)로부터의 온도가 아닌 입력들(예로서, TE 디바이스(17) 및/또는 배터리 모듈(12) 등에 및/또는 그 밖으로 푸싱되는 전류 또는 전압)을 취하며 배터리 모듈(12)로/로부터 출력된 냉각 및/또는 가열을 조정하도록 구성될 수 있다. TMS(4)는 열 관리 하에서 배터리 모듈(12)을 지원하는 전자 장치의 나머지와 통합될 수 있다. 예를 들어, BMS(2)는 내부 및/또는 외부 변화들에 응답하여 배터리의 건전성을 모니터링하고/하거나 제어 기능들을 관리하도록 구성된다. TMS(4) 기능은 BMS(2)로 통합될 수 있으며 동일한 PCS(30) 상에 또는 BMS(2) 기능들을 수행하는 동일한 칩셋들 또는 집적 회로들을 사용하여 같은 장소에 배치될 수 있다.
도 2 내지 도 11을 참조하면, 도 1에 예시된 예시적인 TBTMS(1)를 형성하기 위해 배터리 모듈(12)로 하나 이상의 구성요소를 조립하는 예시적인 실시예들리 도 2에 예시된 바와 같이 하나 이상의 버스 바(6)를 제조하는(예로서, 제거하는) 단계들을 포함한 적어도 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 버스 바(6)들은 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이 다른 피처들 및 구성들을 포함할 수 있다. 또 다른 단계는 도 3에 예시된 바와 같이 하나 이상의 버스 바(6)의 상부 및/또는 하부 표면에 하나 이상의 열전 디바이스(16)의 제1 측면(예로서, 메인 측면)을 부착(예로서, 땜납 등)함으로써 열전 모듈(32)을 형성하는 것을 포함한다. TE 디바이스들(16)의 제2 측면(예로서, 폐기 측면)은 상기 설명된 바와 같이 열 전달 디바이스(26)(예로서, 핀, 열 교환기)에 부착될 수 있다. TE 모듈(32)은 이하에 추가로 설명되는 바와 같이 다른 피처들을 포함할 수 있다. 또 다른 단계는 도 4에 예시된 바와 같이 통합된 BMS(2) 및 TMS(4)를 갖고 PCS(30)를 조립하고 및/또는 제조하는 것을 포함한다. PCS(30)는 이하에 추가로 설명된 바와 같이 다른 피처들을 포함할 수 있다.
또 다른 단계에서, 맞물림 피처(34)(예로서, 푸시 핀, 나사, 네일, 볼트, 초음파 스테이크, 리벳 등)는 도 6에서의 조립체(40)를 형성하기 위해 도 4의 PCS(30)에 도 3의 TE 모듈(32)을 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 6에 예시된 바와 같이, 하나 이상의 맞물림 피처(34)는 버스 바(6)에서의 장착 홀들 또는 컷-아웃들(36) 및 PCS(30)에서의 대응하는 장착 홀들 또는 컷-아웃들(38)을 통해 PCS(30)의 하부 표면 또는 밑면에 각각의 버스 바(6)의 하나 이상의 부분을 고정시키거나 또는 조립한다. 맞물림 피처들(34)은 PCS(30)에 버스 바(6)를 고정시키도록 정렬되기 위해 구성된 장착 홀들 또는 컷-아웃들(36, 38)로 삽입되거나 또는 그것을 통해 연장되도록 구성된 푸시 핀들을 포함할 수 있다. 맞물림 피처들(34)은 이하에 추가로 설명되는 바와 같이 다른 피처들을 포함할 수 있다. TE 모듈들(32)은 TE 디바이스들(16)에 및 PCS(30) 상에서의 하나 이상의 전기적 커넥터(50)에 부착된 연결 케이블들 또는 와이어들(48)을 통해 PCS(30)에 의해 또는 그것을 통해 전력(예로서, 전류, 전압 등)을 공급받을 수 있다. 전기 커넥터들(50)은 열 관리(예로서, 배터리 모듈(12)) 또는 외부 디바이스 또는 전원하에서 전기 디바이스로부터 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
또 다른 단계에서, 공기 블로어(8)는 도 7에 예시된 바와 같이 덕트 시스템(10)에 조립될 수 있다. 공기 블로어(9) 및 덕트 시스템(10)은 그 후 도 8에 도시된 바와 같이 도 6에 예시된 조립체(40)에 조립될 수 있다. 공기 블로어(8) 및 덕트 시스템(10)은 이하에 추가로 설명되는 바와 같이 다른 피처들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 9에 예시된 바와 같이, 공기 블로어(8) 및 덕트 시스템(10)은 덕트 시스템(10)의 부착 구조(98)의 대응하는 장착 홀들 또는 컷-아웃들(42) 및 정렬되도록 구성되는 PCS(30)의 장착 홀들 또는 컷-아웃들(44)로 삽입되거나 또는 그것을 통해 연장하도록 구성된 맞물림 피처들(34)을 통해 조립체(40)의 PCS(30)의 하부 표면에 고정될 수 있으며, 이것은 도 10에 예시된 바와 같이 조립체(46)를 야기한다. 다른 실시예들에서, 공기 블로어(8) 및 덕트 시스템(10)은 조립체(40)의 PCS(30)의 상부 표면에 고정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 하나 이상의 열전 모듈(32)과 통합되거나 또는 조립된 PCS(30), TMS(4), BMS(2), 및 공기 블로어(8) 및 덕트 시스템(10)을 포함한 조립체(46)가 그 후 도 1에 예시된 TBTMS(1)를 형성하기 위해 조립되며 전기 도체들(14)로 고정될 수 있다. 도 11에 예시된 바와 같이, 조립체(46)의 각각의 버스 바(6)는 하나 이상의 전기 도체(14) 및 PCS(30)에 동시에 장착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 버스 바(6)의 하나 이상의 장착 홀 또는 컷-아웃(54)은 전기 도체들(14)의 하나 이상의 장착 홀 또는 컷-아웃(56) 및 PCS(30)에서의 하나 이상의 장착 홀 또는 컷-아웃(58)과 정렬되도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 맞물림 피처들(52)(예로서, 볼트들, 너트들, 나사들, 푸시 핀들, 초음파 스테이크들, 리벳들 등)은 PCS(30) 및 전기 도체들(14)에 버스 바(6)들을 고정시키기 위해 대응하는 및 정렬된 장착 홀들 또는 컷-아웃들(54, 56, 및 58)로 삽입하거나 또는 그것을 통해 연장되도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 조립체(46)는 TE 디바이스들(16)이 인접한 셀들(20) 상에 위치된 전기 도체들(14) 사이에 장착되도록 전기 도체들(14)에 고정될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 버스 바(6)의 하나 이상의 장착 홀 또는 컷-아웃(54)은 전기 도체들(14)과 정렬되고, 그것에 장착되거나 또는 그것에 부착되도록 구성된다.
도 2에 예시된 바와 같이, 버스 바(6)들은 다양한 단면 형태(예로서, 편평한 스트립들, 중공 튜브들 등) 및 재료(예로서, 구리, 황동, 알루미늄 등)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버스 바(6)들은 상기 논의된 바와 같이 구성요소들을 함께 고정시키기 위해 PCS(30), 덕트 시스템(10) 및 전기 도체(14)의 대응하는 장착 홀 또는 컷-아웃과 정렬되도록 구성된 하나 이상의 장착 홀 또는 컷-아웃을 포함할 수 있다. 버스 바(6)는 각각 PCS(30)의 장착 홀 또는 컷-아웃(38)과 정렬되도록 구성된 제1 및 제2 장착 홀 또는 컷-아웃(36)을 갖고, 제1 및 제2 단부에서 제1 및 제2 탭들을 포함할 수 있다. 버스 바(6)는 버스 바(6)의 단부에 위치된 장착 홀 또는 컷-아웃(36)보다 안쪽으로 위치되고 및/또는 버스 바의 중심에 더 근위인 전기 도체(14) 및 PCS(30)의 대응하는 장착 홀 또는 컷-아웃(56 및 58)과 정렬되도록 구성된 제1 및 제2 장착 홀 또는 컷-아웃(54)을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 버스 바(6)들은 전기 도체들(14)에 부착하도록 구성된 버스 바(6)의 영역들에 대하여 TE 디바이스들에 부착하도록 구성된 몇몇 영역에서의 증가된 폭을 포함할 수 있다. 버스 바(6)는 폭이 중심 부분(60)으로부터 제1(62) 및 제2 단부(64)까지 테이퍼링할 수 있다. 몇몇 실시예에서, TE 디바이스(16)로의 부착을 위해 구성된 위치에서 버스 바(6)의 표면적을 최대화하는 것은 버스 바(6) 및 TE 디바이스(16) 사이에서의 열 도전율 및/또는 관리를 개선한다. 몇몇 실시예에서, 버스 바(6)의 이러한 TE 디바이스(16) 부착 영역은 버스 바(6)의 다른 부분들에 대하여 증가된 치수들을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 버스 바들(6)의 단면 형태는 버스 바들(6)이 PCS(30) 또는 배터리 모듈(12) 상에서 함께 패키징되거나 또는 더 가깝게 위치될 수 있도록 하는 구성을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 2에서, 버스 바(6)들은 제1 버스 바(6)의 제2 단부(64) 및 인접한 제2 버스 바(6)의 제1 단부(62) 사이에서 요구된 간격이 최소화되도록 비-대칭이거나 또는 각이 있도록 구성된다. 몇몇 구성에서, 버스 바(6)들은 인접한 버스 바들을 갖고 내포되도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 버스 바(6)의 장착 홀들 또는 컷-아웃들은 버스 바(6)의 중심 라인에 대하여 비-제로 각들로 위치된다.
도 3에 예시되며 상기 논의된 바와 같이, TE 모듈들(32)은 버스 바(6)의 각각 상부 표면 및 하부 표면에 부착되도록 구성된 제1 및 제2 TE 디바이스들(16)의 적어도 하나의 측면을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버스 바(6)의 상부 및 하부 표면들 중 단지 하나만이 TE 디바이스(16)에 부착된다. TE 디바이스들(16)은 접착제들(예로서, 에폭시들 등)을 통해 버스 바(6) 및/또는 열 전달 디바이스들(26)에 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, TE 디바이스들은 각각의 열 전달 디바이스 또는 버스 바에 땜납될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 인터페이스 층(예로서, 폼(foam), 열 전도성 그리스 등)은 TE 디바이스(16) 및 핀들(28) 및/또는 버스 바들(6) 사이에서 제공될 수 있다. 상부 및 하부 케이블들 또는 와이어들(48)은 각각 제1 및 제2 TE 디바이스들(16)에 또는 그것과 전기 통신하여 및 상부 및 하부 TE 디바이스들(16)에 전력을 공급하기 위해 제1 및 제2 전기 커넥터들(50)에 부착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, PCS는 와이어들(48)이 간단히 전기 커넥터들(50)에 연결되거나 또는 그것으로 플러깅되도록 요구하도록 전기 커넥터들(50)을 통해 전력을 공급하기 위한 통합 제어들을 포함할 수 있다. 전력은 그 후 연결(70)을 통해 PCS에 전기적으로 연결된 배터리 모듈(12) 또는 외부 전원을 통해 공급될 수 있다. 핀들(28)을 포함한 열 전달 디바이스들(26)은 TE 디바이스들(16)의 제2 측면들에 부착될 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 이들 핀(28)은 PCS(30) 위에 및 아래에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, TE 디바이스들(16)은 버스 바들(6) 상에 직접 제조될 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, PCS(30)는 상기 논의된 바와 같은 다른 구성요소들(예로서, 전기 도체들(14), 버스 바들(6), 및/또는 덕트 시스템(10)의 부착 구조들(48) 등)의 장착 피처들 또는 홀들과 정렬되도록 구성된 다양한 애퍼처, 홀, 채널, 또는 컷-아웃을 포함할 수 있다. 컷-아웃들은 전기 도체들(14)(예로서, 양의 및/또는 음의 단자들)이 PCS에 고정되기 위해 PCS 상에 간격을 갖도록 사이징되며 PCS(30) 상에 위치될 수 있다.
PCS는 외부 전원들 및/또는 다른 구성요소들(예로서, 센서들 또는 제어 시스템들)로의 부착을 위해 구성된 커넥터(70)를 포함할 수 있다. PCS(30)는 TE 디바이스들(16)에 전력을 공급하기 위해 와이어들(48)에 연결하도록 구성된 하나 이상의 전기 커넥터(50)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 제어 관리 시스템들(예로서, TMS(4), BMS(2), 공기 블로어(8) 제어들 등)이 PCS(30)와 통합될 수 있다. PCS(30)는 배터리 모듈(12)을 설치하거나 또는 그것에 조립하기 위한 조립체(46)의 "백본"이도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도 4에 예시된 바와 같이, PCS(30)는 PCS(30)로 통합될 상이한 구성요소들에 대한 공간들 및/또는 충분한 간격을 제공하도록 구성된 설계 피처들을 포함할 수 있다. 예를 들면, PCS(30)는 이하에 추가로 설명되는 덕트 시스템(10)의 출구들(74)에 대한 간격을 제공하도록 구성된 컷-아웃들(72)(예로서, 리세스들, 갭들)을 포함할 수 있다. 다른 컷-아웃들(76)은 PCS(30)에 부착된 TE 디바이스들(16)에 대한 간격을 제공하기 위해 PCS(30)에 제공될 수 있다. 이러한 컷-아웃들(76)은 TE 디바이스들(16)이 전기 도체들(14) 사이에 위치될 수 있도록 전기 도체들(14) 사이에 위치되도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이들 컷-아웃은 균일한 단면적들을 가진다. 다른 실시예들에서, 이들 컷-아웃은 도 4에 예시된 바와 같이 균일하지 않은 단면적들을 가진다.
도 5에 예시된 바와 같이, 맞물림 피처(34)는 비용을 감소시키고 및/또는 변형 방지 장치 또는 감소된 응력을 PCS(30) 상에서 제공하기 위해 몇몇 실시예에서 플라스틱 푸시-핀을 포함할 수 있다. 맞물림 피처는 리벳 또는 나사산을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 압축 제한기(예로서, 링)는 PCS(30) 상에서의 응력 또는 압축을 감소시키기 위해 다양한 장착 홀 또는 컷-아웃으로 배치될 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, BMS(2)의 적어도 일 부분은 PCS(30)로 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, BMS(2)는 전기 디바이스 또는 배터리 모듈(12) 조건(예로서, 충전, 방전 등의 상태)을 관리하도록 구성된다. BMS(2)는 이 기술분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이 다른 피처들 또는 기능들을 포함할 수 있다. TMS(4)는 전기 디바이스 또는 로드들의 온도의 모니터링을 제공하며, TE 디바이스(16)를 통해 요구된 대로 적절한 가열 또는 냉각을 제공하기 위해 동일한 PCS(30)로 통합되거나 또는 그것에 전기적으로 연결될 수 있다. 통합 TMS(4)는 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이 다양한 피처를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, TBTMS(1)는 TE 디바이스들(16)의 각각의 제1 또는 제2 측면에 걸쳐 공기를 빨아들이고 및/또는 밀어넣도록 구성된 공기 블로어(8) 및 덕트 시스템(10)을 포함할 수 있다. 블로어(8) 및 덕트 시스템(10)은 배터리 모듈(12)의 셀들(20)의 두 개의 로우 사이에서 연장되도록 구성된 중심 또는 메인 덕트(84)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 덕트(84)는 PCS(30)의 하부 표면에 부착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 덕트(84)는 PCS(30)의 상부 표면에 부착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 7에 예시된 바와 같이, 덕트(84)는 폭이 일 단부(82) 및 제2 단부(80) 사이에서 테이퍼링하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 제2 단부(80)에 대하여 공기 블로어(8)에 더 근위로 위치된 일 단부(82)는 더 넓으며 제2 단부(80)를 향하는 방향으로 점진적으로 테이퍼링한다. 몇몇 실시예에서, 덕트(84) 및 다른 기류 구성요소들은 TE 모듈들 또는 덕트(84)에 걸쳐 압력 손실을 감소시키며 심지어 공기 분배 또는 공기 빨아들임을 제공하도록 최적화되거나 또는 사이징될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 애플리케이션(예로서, 매니폴드 형 구성)에 의존하여 다수의 유출구(예로서, 유입구)(74)가 중심 덕트(84)를 따라 위치되며 그로부터 확장한다. 몇몇 실시예에서, 출구들(74)은 중심 덕트(84)에서의 공기 블로어(8)로 및/또는 그로부터 향해진 기류에 일반적으로 횡 방향으로 배향된 개구들(88)을 포함할 수 있다. 유출구 개구들(88)은 TMS(4)가 다수의 TE 모듈(32)에 연결된 덕트(84)를 포함하도록 열 전달 디바이스들(26)의 핀들(28)을 부착하고 및/또는 그것의 외부 둘레를 둘러싸도록 구성될 수 있다. 개구들(88)은 상부 및 하부 TE 디바이스들(16)의 핀들(28) 주위에서 꼭 맞도록 사이징될 수 있다. 열 전도성 그리스 또는 폼은 유출구들(74) 및 핀들(28) 사이에서 씰을 형성하도록 개구들 상에서 계층화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, TE 모듈들(32)의 각각은 국소화된 대응하는 유출구/유입구(74)를 포함한다. 다른 실시예들에서, TE 모듈들의 모두는 단일의 조합된 유출구/유입구(74)를 가진다.
몇몇 실시예에서, 공기 블로어(8)는 유출구들(74)을 통해 다수의 TE 모듈(32) 중에서 공기를 분배하거나 또는 밀어넣기 위해 덕트 시스템(10)에 부착되거나 또는 그것에 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 공기 블로어(8)는 TE 모듈들(32)의 각각에 걸쳐 공기를 인출하거나 또는 빨아들일 수 있다. 통합된 제어들은 핀들(28)에 걸쳐 공기를 밀어넣거나 또는 빨아들이도록 스위치를 제공할 수 있다. 냉각 모드에서, 가열된 폐 공기는 블로어(8)를 향해 빨아들여지며 공기 블로어(8)의 유출구(86)를 통해 빠져나가거나 또는 벗어나도록 허용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폐 공기는 배터리 모듈(12)이 요구된 대로 가열된 공기를 제공하기 위해(예로서, 좌석들 및/또는 탑승부 등을 가열하기 위해) 유출구(86)에 연결된 또 다른 도관(예로서, 폐열 제거 시스템)에 또는 그것으로 배치되는 하우징, 셸 또는 인클로저의 바깥쪽에서, 바깥 환경으로 배출될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 공기는 단지 밀어넣어지기보다는 TE 모듈들(32)의 각각에 걸쳐 빨아들여진다. 공기가 밀어넣어지기보다는, 팬 또는 공기 블로어(8)에 의해 빨아들여질 때, 공기는 배터리 모듈(12)이 TE 모듈의 열 교환기들 또는 핀들(28)에 도달하기 전에 전력을 제공하는 디바이스 또는 블로어를 통해 이동하도록 요구하지 않는다. 공기는 대신에 핀들(28)에 걸쳐 빨아들여지며 유출구(86)에서 배기된다. 예를 들면, 공기는 공기가 빨아들여질 때 블로어(8)의 모터로부터의 열에 의해 가열되지 않는다. 자동차의 콘텍스트에서, 공기는 공기가 빨아들여질 때 TE 모듈들(32)의 폐기 측면에 걸쳐 밀어넣어지기 전에 배기 시스템에 의해 가열되지 않는다. 이러한 실시예에서, 공기를 위한 유입구는 TE 모듈들(32)의 열 교환기들 또는 핀들(28)(예로서, 유입구(74))에 있으며 공기를 위한 유출구(86)는 블로어(8)에 있다. 공기가 밀어 넣어질 때, 유입구는 블로어(8)의 유출구(86)에 있으며 유출구는 TE 모듈(32)의 열 교환기들 또는 핀들(28)(예로서, 유출구(74))에 있다. 몇몇 실시예에서, 그 후 공기는 밀어넣어지며 유출구는 TE 모듈들(32)의 열 교환기들 또는 핀들(28)에 있고, 부가적인 도관이 TE 모듈들(32), 배터리 모듈(12), 및/또는 배터리 모듈이 위치되는 하우징으로부터 멀리 폐열을 수송하도록 요구되고, 공기가 빨아들여질 때, 공기는 블로어(8)의 유출구(86) 밖으로 배기될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 공기가 부가적인 도관 또는 폐열 제거 시스템 없이 유출구(86) 밖으로 배기될 수 있으므로 이것은 시스템의 복잡도를 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 공기 온도는 TE 모듈(32)의 열 교환기들 또는 핀들(28)에 걸쳐 밀어넣어질 때에 비해 빨아들여질 때 0.5도 더 차갑다.
몇몇 실시예에서, 공기 블로어(8) 및 덕트 시스템(10)은 관리(예로서, 배터리 모듈(12)) 하에서 전기 디바이스에 시스템을 고정시키기 위한 하나 이상의 부착 피처(78)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 블로어(8)를 관리하기 위한 연결들 및 제어들이 PCS(30)로 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 논의된 바와 같이, TBTMS(1)의 TMS 또는 BMS는 시스템 효율(예로서, 배터리 모듈(12)의 냉각 또는 가열 요건들에 일치하도록 기류, 전력, 또는 블로어(8)의 모터 속도를 증가시키며 감소시키는)을 최적화하기 위해 블로어(8) 출력을 조절할 수 있다. 몇몇 실시예에서, TMS, BMS, 및/또는 블로어는 TMS 및/또는 BMS에 의해 모니터링된 데이터 또는 조건들이 시스템 효율을 최적화하도록 블로어 출력을 조절하기 위해 사용될 수 있도록 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 블로어(8)는 전기 도체들을 통해 배터리 모듈(12)을 냉각시키거나 또는 가열함으로써 생성된 열 경사도가 배터리 모듈(12)의 충전 또는 방전 동안 생성된 열 경사도를 감소시키거나 또는 제거하도록 제어기에 의해 조절된다.
도 11에 예시된 바와 같이, 맞물림 피처들(52)은 PCS(30), 전기 도체들(14) 및 버스 바(6)를 연결하며 바른 위치에 고정시키기 위한 볼트들, 핀들, 리벳들 또는 나사들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 볼트들은 이들 구성요소 사이에서 전기적 연결을 하기 위해 제공된다. 맞물림 피처들(52)은 따라서 전기적으로 및 열적으로 도전성일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이들 맞물림 피처(52)는 전기 도체(14) 및 버스 바(6) 사이에서의 전기 저항을 최소화하도록 구성될 수 있다.
상기 논의된 하나 이상의 특징 또는 구성요소는 특정한 열전 배터리 열 관리 시스템에서 없거나(예로서, PCS(30), TE 디바이스(16)) 또는 상이할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 12 내지 도 14에 예시된 바와 같이, 덕트 시스템(10), TE 모듈들(32) 및 버스 바들(6)과 같은, 하나 이상의 구성요소가 PCS(30)에 부착되지 않고 직접 배터리 모듈(12)의 전극들(14)에 부착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 단지 하나의 TE 디바이스(16) 또는 모듈(32)이 버스 바(6) 상에 위치된다. 몇몇 실시예에서, 맞물림 피처들(52)은 전극들(14)에 버스 바(6)들을 고정시킨다. 몇몇 실시예에서, 도 13에 예시된 바와 같이, 공기는 TE 디바이스들(16)에 걸쳐 덕트 시스템(10)으로 빨아들여질 수 있다(화살표들(66)로 표현된).
몇몇 실시예에서, TMS(4)는 열 에너지가 전기 도체(14)를 통해 전기 디바이스(예로서, 배터리 모듈(12))의 온도-민감 영역으로 또는 그로부터 떨어져 전달되도록(예로서, 가열 및/또는 냉각) 열전 디바이스들(16)로 전달된 전기 전력(예로서, 전압/전류의 극성)을 조정하도록 구성된 제어기 또는 제어 시스템을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제어기 또는 제어 시스템은 원하는 대로 가열 및 냉각 레벨들을 제공하기 위해 열전 디바이스(16)로 또는 그로부터 떨어져 전달된 전기 전력 레벨(예로서, 전압 및/또는 전류 등)을 조정할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 열전 디바이스(16)의 열 처리 용량은 동작 동안 전기 디바이스(예로서, 배터리 모듈(12))의 셀 또는 영역에서 생성된 열을 제거하기에 적절하도록 설계되거나 또는 구성된다. 제어기 또는 제어 시스템(예로서, 전자 제어 유닛 등)은 여기에 설명된 바와 같이 셀의 열 상태, 그것의 동작의 현재 모드, 팩-레벨 신호들로부터의 입력들, 센서로부터의 입력들 및/또는 다른 입력들에 응답하여 열전 디바이스(16)의 동작을 조절한다. 그 결과, 열전 디바이스(16)는 셀에서 생성된 열을 내보낼 수 있다. 몇몇 실시예에서, 열전 디바이스(16)는 필요에 따라 셀로 열을 펌핑할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 논의된 바와 같이, 열전 디바이스(16) 및/또는 제어기(예로서, 전자 제어 유닛)는 열 상태가 관리되는 정확한 셀 또는 전기 디바이스에 의해 완전히 또는 부분적으로 동력을 공급받을 수 있다. 다른 실시예들에서, 전기 전력은 앞서 언급한 실시예들을 갖고 상기 논의된 바와 같이 외부 전원 공급 장치와 같은 다른 소스들로부터 제공될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 열전 관리 시스템(4)은 센서(들)를 포함할 수 있다. 센서(들)는 전기 디바이스와 열 연통하고 제어기와 전기 통신을 할 수 있으며 제어기 또는 제어 시스템에 의해 모니터링되도록 상기 설명된 바와 같이 입력들 중 임의의 것을 제공할 수 있다. 다른 센서들(도시되지 않음)로부터의 입력들 또는 신호들은 또한 열 경사도 또는 다른 고르지 않은 온도 분포를 감소시키고, 최소화하거나 또는 제거하기에 충분한 가열 및/또는 냉각을 제공하기 위해 제어 알고리즘의 부분으로서 모니터링되도록 제어기 또는 제어 시스템에 제공될 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, TMS는 열 관리 하에서 디바이스를 지원하는 전자 장치들의 나머지와 통합될 수 있다. 예를 들면, 이러한 디바이스가 배터리 모듈이면, 그것은 통상적으로, 내부 및/또는 외부 변화들에 응답하여 배터리의 건강을 모니터링하고 및/또는 제어 기능들을 관리하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템, 또는 BMS(2)가 갖추어진다. TMS 기능은 BMS로 통합될 수 있으며 동일한 인쇄 회로 기판상에 또는 BMS 기능들을 수행하는 동일한 칩셋들을 사용하여 같은 장소에 배치될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도 15의 블록도에서 개략적으로 예시되는 바와 같이, 배터리 모듈(12)은 인클로저, 하우징, 및/또는 셸(68) 내에서 밀봉된다. 몇몇 실시예에서, 배터리 모듈(12)은 도 1 내지 도 14에 예시된 바와 같이 인클로저에서 밀봉되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 배터리 모듈(12)이 인클로저(68) 내에 밀봉될 때, TE 디바이스들(16)은 단지 버스 바(6)의 상부 표면상에 장착되며 하부 표면상에 장착되지 않는다.
몇몇 실시예에서, 배터리 모듈(12)이 밀봉될 때, TBTMS는 배터리 모듈(12)의 케이싱, 인클로저(68) 또는 셸에 하나 이상의 윈도우(70) 또는 개구를 포함한다. TE 디바이스들(16)은 단지 버스 바들(6)의 상부 표면에 장착되거나 또는 그것에 부착되며 하부 표면에서는 아니다. TE 디바이스들(16)의 적어도 일 부분(예로서, 하나 이상의 표면, 측면, 요소, 및/또는 재료)은 윈도우들(70) 내에 또는 그것에 인접하여 위치된다. 인클로저(68) 내에 위치된 PCS(30)는 단지 TE 디바이스들(16)에 대한 컷-아웃들을 포함하며 덕트들 또는 유출구들에 대해서는 이를 포함하지 않는다. 상기 설명된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 버스 바(6)는 배터리 모듈(12) 및/또는 PCS(30)의 전기 도체(14)(예로서, 전극)에 부착된다. 몇몇 실시예에서, TE 디바이스들(16)의 폐기 표면들 또는 측면들은 열적 윈도우들(70) 및/또는 인클로저(68)의 바깥쪽에 위치된 폐열 수송 또는 제거 시스템(72)의 열 교환 표면들(예로서, 핀들, 열 싱크)와 직접적 열 연통(예로서, 표면 대 표면 접촉) 또는 간접적 열 연통을 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폐열 제거 시스템(72)은 열전 디바이스들로부터 멀리 폐열을 수송하거나 또는 열전 디바이스들의 폐기 측면으로부터 열을 소산시키도록 구성된다. 상기 논의된 바와 같이, 열 전도성 그리스 또는 다른 틈새 재료들이 또한 구성요소들 및 시스템들의 표면들 사이에서 사용될 수 있다. 열적 윈도우들(70)은 인클로저(68)에서 TE 디바이스들(16)의 폐기 측면들로의 폐열 제거 시스템(72)(예로서, 덕트 및 블로어 조립체)의 장착 또는 부착을 위한 액세스를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 윈도우들(70)은 일 측면 상에서 열전 디바이스의 폐기 측면에 부착되며 다른 측면 상에서 폐열 제거 시스템(72)에 부착된 높은 열 도전성 재료를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폐열 제거 시스템(72)은 이하에 추가로 설명되는 바와 같이 TE 디바이스(16) 및 열 싱크(예로서, 라디에이터)의 폐기 측면과 열 연통하는 유체 루프 또는 도관을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폐열 제거 시스템(72)은 이하에 추가로 설명되는 바와 같이 TE 디바이스(16) 및 열 싱크(예로서, 라디에이터)의 폐기 측면과 열 연통하는 액체 루프 또는 도관을 포함한다. 상기 설명된 바와 같이, TE 디바이스들(16)은 개별적으로 제어되고 및/또는 공통 폐열 제거 시스템(72)을 공유할 수 있다. 각각의 TE 디바이스(16)는 각각의 윈도우(70)를 통해 액세스 가능할 수 있거나 또는 윈도우(70)는 하나 이상의 TE 디바이스(16)에 폐열 제거 시스템(72)에 대한 액세스를 제공하도록 사이징될 수 있다. 몇몇 실시예에서, TE 디바이스들(16) 각각은 개개의 폐열 제거 시스템들(72)을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 열 파이프가 폐열 수송 또는 제거 메커니즘(72)으로서 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, TE 디바이스(16)로부터의 폐열은 열 싱크에서 소산될 수 있다. 열 싱크들의 예들은 열 교환기들(예로서, 액체 열 교환기, 핀들), 폐 스트림들, 열을 소산시키기 위한 다른 구조들, 및 구조들의 조합들을 포함하다. 열 싱크는 각각의 TE 디바이스(16) 및/또는 폐열 제거 시스템(72)의 폐기 측면 또는 표면에 부착될 수 있다. 열 싱크는 공기, 액체에 의해 냉각될 수 있거나, 또는 대안적으로 그것은 배터리 케이스, 자동차 프레임, 또는 열을 효과적으로 소산시키는 또 다른 구조적 요소와 같은 보다 큰 고체 열 싱크와 TE 디바이스(16)를 연결하는 고체 부재일 수 있다. 그러나, 예를 들면, 배터리 열 관리 시스템과 같은, 실질적인 애플리케이션들에서, 냉각 매질을 TE 디바이스의 폐기 측면에 가까운 냉각 매질로 가져오는 가능성을 제한하는 패키징 제약들이 있을 수 있다. 대안적으로, 열 또는 열적 수송 디바이스는 TE 디바이스들의 폐기 측면으로부터 열 소산이 효과적으로 구현될 수 있는 또 다른 위치로 열을 이동시키기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 열 전달 디바이스는 도 15에 예시된 바와 같이, 열이 궁극적으로, 예를 들면, 공기, 액체, 또는 고체에 의해 덤핑되는 열 싱크에 TE 디바이스(16)의 폐기 측면 또는 표면을 연결하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 열 싱크는 예를 들면 자동차의 액체 냉각 회로, 라디에이터, 메인 라디에이터와 상이한 보조(예로서, 공기 조절 시스템에 대해) 또는 2차 라디에이터(예로서, 히터 코어), 또는 공기 냉각 열 싱크, 주변 공기, 작동 유체, 유체 저장소, 또는 고체 몸체(예로서, 배터리 케이스 또는 자동차 프레임)일 수 있다.
특정한 실시예들에서, 폐열 제거 시스템의 하나 이상의 도관은 선택적으로 하나 이상의 밸브에 의해 자동차의 엔진 냉각수 루프 또는 보조 냉각 라디에이터에 유동적으로 결합된다. 특정한 실시예들에서, 하나 이상의 도관은 하나 이상의 밸브에 의해 차량 배터리 또는 차량 연료 탱크와 열 연통하는 열 교환기에 유동적으로 결합된다.
여기에서의 다양한 실시예에 대한 논의는 일반적으로 도면들에 개략적으로 예시된 실시예들을 따른다. 그러나, 여기에 논의된 임의의 실시예들의 특정한 특징들, 구조들, 또는 특성들이 명확하게 예시되거나 또는 설명되지 않은 하나 이상의 별개의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다는 것이 고려된다. 많은 경우에서, 통합된 또는 연속적인 것으로 설명되거나 또는 예시되는 구조들은 여전히 단일 구조의 기능(들)을 수행하면서 분리될 수 있다. 많은 인스턴스에서, 별개로 설명되거나 또는 예시되는 구조들은 여전히 분리된 구조들의 기능(들)을 수행하면서 합쳐지거나 또는 조합될 수 있다.
다양한 실시예가 상기 설명되었다. 발명들은 이들 특정한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 설명들은 예시적인 것으로 의도되며 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 다양한 변경 및 응용은 여기에 설명된 발명들의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 당업자가 실시할 수 있다.
Claims (22)
- 배터리 셀의 온도-민감 영역에서 온도를 관리하도록 구성된 열전 배터리 열 관리 시스템에 있어서,
배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 배터리 관리 제어기;
열전 디바이스로 전달된 전기 전력을 제어하도록 구성된 열전 관리 제어기로서, 상기 열전 디바이스는 상기 열전 디바이스로의 전기 전력의 인가 시 메인 표면 및 폐기 표면 사이에서 열 에너지를 전달하도록 구성되고, 상기 열전 디바이스의 메인 표면은 버스 바(bus bar)에 부착되며, 상기 버스 바는 상기 배터리 셀의 전기 도체와 실질적인 열 연통(thermal communication)을 하고, 상기 전기 도체는 상기 배터리 셀로 또는 그로부터 전기 전력을 전달하도록 구성되며, 상기 전기 도체는 상기 배터리 셀의 온도-민감 영역 및 상기 열전 디바이스 사이에서 열 에너지를 도전시키기 위한 도관으로서 작용하는, 상기 열전 관리 제어기;
상기 배터리 셀을 밀폐시키는 배터리 인클로저(battery enclosure); 및
상기 배터리 관리 제어기, 상기 열전 관리 제어기, 및 상기 배터리 관리 제어기 및 상기 열전 관리 제어기 사이에서의 데이터 연결을 포함한 인쇄 회로 기판으로서, 상기 배터리 인클로저 내에 위치되며 상기 열전 디바이스에 전기 전력을 공급하기 위한 전력 연결을 포함하는, 상기 인쇄 회로 기판을 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 열전 관리 제어기와 전기 통신하며 상기 열전 디바이스에 제공된 전기 전류의 극성을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하며, 전기 전류의 제1 극성은 시스템 동작의 냉각 모드에서 제공되며 상기 전기 전류의 제1 극성과 반대인 제2 극성은 시스템 동작의 가열 모드에서 제공되는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 배터리 관리 제어기는 상기 배터리 셀에 대한 제어 기능들을 관리하도록 구성되는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀과 열 연통하며 상기 열전 관리 제어기와 전기 통신하는 온도 센서를 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 열전 디바이스를 수용하도록 구성된 컷아웃 부분을 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버스 바의 표면은 상기 전기 도체의 표면과 직접적인 물리적 접촉을 하는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판에 부착되며 상기 열전 디바이스의 상기 폐기 표면에 걸쳐 공기를 밀어넣거나 또는 빨아들이도록 구성된 블로어(blower) 및 덕트 조립체를 포함하되, 상기 블로어 및 덕트 조립체는 상기 블로어 및 덕트 조립체의 블로어로부터의 기류가 상기 배터리 셀의 냉각 요건 또는 가열 요건에 일치하도록 증가되거나 또는 감소되도록 상기 배터리 관리 제어기 및 열전 관리 제어기 중 적어도 하나가 시스템 효율을 최적화하도록 구성되게끔 상기 배터리 관리 제어기 및 열전 관리 제어기 중 적어도 하나와 전기 통신하는 제어기를 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버스 바는 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 전기 도체에 상기 버스 바를 장착하기 위한 하나 이상의 장착 홀을 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 셀은 인클로저 내에서 밀봉되며, 상기 인클로저는 윈도우 밖에 위치된 폐열 제거 시스템의 일 부분 및 상기 열전 디바이스의 폐기 표면 사이에서의 실질적인 열 연통을 위한 액세스를 제공하도록 구성된 상기 열전 디바이스에 인접한 높은 열 도전율 재료의 윈도우를 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 열전 디바이스들은 상기 버스 바의 상부 표면 및 하부 표면 둘 다에 부착되는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전 디바이스는 상기 배터리 셀의 상기 온도-민감 영역을 열적으로 관리하기 위하여 상기 버스 바를 가열 및 냉각 가능한, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버스 바는 상기 인쇄 회로 기판의 표면에 고정되어, 상기 열전 디바이스를 상기 인쇄 회로 기판에 고정시키는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 버스 바는 둘 다 상기 버스 바를 상기 인쇄 회로 기판에 장착하기 위하여 제1의 대응하는 컷-아웃부(cut-out)를 포함하고, 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 버스 바는 둘 다 상기 버스 바 및 상기 인쇄 회로 기판을 상기 전기 도체에 장착하기 위하여 제2의 대응하는 컷-아웃부를 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 복수개의 버스 바가 상기 인쇄 회로 기판에 장착되고, 상기 복수개의 버스 바는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부는 상기 복수개의 버스 바를 상기 인쇄 회로 기판에 장착하기 위하여 상기 인쇄 회로 기판 상의 간격(clearance)을 최소화하도록 상기 제2 단부에 관하여 비대칭이거나 각져 있는, 열전 배터리 열 관리 시스템.
- 배터리 셀을 열 관리하기 위한 방법으로서,
인쇄 회로 기판에 부착된 배터리 관리 제어기를 사용하여 상기 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 단계;
상기 인쇄 회로 기판에 부착된 열전 관리 제어기를 사용하여 열전 디바이스로 전달된 전기 전력을 제어하는 단계; 및
상기 인쇄 회로 기판에 부착된 전력 연결로부터 상기 열전 디바이스에 전기 전력을 공급하는 단계를 포함하되,
상기 열전 디바이스는 상기 열전 디바이스로의 전기 전력의 인가 시 메인 표면 및 폐기 표면 사이에서 열 에너지를 전달하도록 구성되고;
상기 열전 디바이스의 메인 표면은 버스 바와 물리적으로 접촉하며;
상기 버스 바는 상기 배터리 셀의 전극과 열 및 전기 통신하고;
상기 전극은 상기 배터리 셀로 또는 그로부터 전기 전력을 전달하고 상기 배터리 셀의 온도-민감 영역 및 상기 열전 디바이스 사이에서 열 에너지를 도전시키기 위한 도관으로서 작용하도록 구성되며;
상기 배터리 셀은 상기 열전 디바이스로 전달된 전기 전류의 극성을 조정함으로써 가열되거나 또는 냉각될 수 있는, 배터리 셀을 열 관리하기 위한 방법. - 제15항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판에 부착된 블로어 및 덕트 조립체로 상기 열전 디바이스의 폐기 표면에 걸쳐 공기를 밀어넣거나 또는 빨아들이는 단계를 포함하는, 배터리 셀을 열 관리하기 위한 방법.
- 제16항에 있어서, 시스템 효율을 최적화시키기 위하여 상기 블로어 및 덕트 조립체의 블로어로부터의 기류를 상기 배터리 셀의 냉각 요건 또는 가열 요건에 일치하도록 증가 또는 감소시키는 단계를 포함하는, 배터리 셀을 열 관리하기 위한 방법.
- 열전 배터리 열 관리 시스템을 제조하는 방법으로서,
배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 배터리 관리 시스템에 및 열전 디바이스로 전달된 전기 전력을 제어하도록 구성된 열전 관리 시스템에 인쇄 회로 기판을 연결하는 단계로서, 상기 열전 디바이스는 상기 열전 디바이스로의 전기 전력의 인가 시 메인 표면 및 폐기 표면 사이에서 열 에너지를 전달하도록 구성되는, 상기 인쇄 회로 기판을 연결하는 단계;
버스 바에 상기 열전 디바이스의 메인 표면을 부착하는 단계;
상기 배터리 셀과 열 및 전기 통신하는 전기 도체에 상기 버스 바를 연결하는 단계로서, 상기 전기 도체는 상기 전기 도체가 상기 배터리 셀의 온도-민감 영역 및 상기 열전 디바이스 사이에서 열 에너지를 도전시키기 위한 도관으로서 작용하도록 상기 배터리 셀로 또는 그로부터 전기 전력을 전달하도록 구성되는, 상기 버스 바를 연결하는 단계; 및
상기 열전 디바이스에 전기 전력을 공급하기 위해 상기 열전 디바이스에 상기 인쇄 회로 기판상에 위치된 전력 연결을 연결하는 단계를 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템을 제조하는 방법. - 제18항에 있어서, 상기 열전 디바이스를 수용하도록 구성된 컷아웃부를 상기 인쇄 회로 기판에 형성하는 단계를 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템을 제조하는 방법.
- 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판에 블로어 및 덕트 조립체를 부착하는 단계를 포함하되, 상기 블로어 및 덕트 조립체는 상기 열전 디바이스의 폐기 표면에 걸쳐 공기를 밀어넣거나 또는 빨아들이도록 구성되고, 상기 블로어 및 덕트 조립체는 상기 블로어 및 덕트 조립체의 블로어로부터의 기류가 상기 배터리 셀의 냉각 요건 또는 가열 요건에 일치하도록 증가되거나 또는 감소되도록 상기 배터리 관리 시스템 및 열전 관리 시스템 중 적어도 하나가 시스템 효율을 최적화하도록 구성되게끔 상기 배터리 관리 시스템 및 열전 관리 시스템 중 적어도 하나와 전기 통신하는 제어기를 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템을 제조하는 방법.
- 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판 및 전기 도체에 상기 버스 바를 장착하는 단계를 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템을 제조하는 방법.
- 제18항 또는 제19항에 있어서, 인클로저 내에 상기 배터리 셀을 밀봉시키는 단계를 포함하되, 상기 인클로저는 윈도우 밖에 위치된 폐열 제거 시스템의 일 부분 및 상기 열전 디바이스의 상기 폐기 표면 사이에서의 실질적인 열 연통을 위한 액세스를 제공하도록 구성된 상기 열전 디바이스에 인접한 상기 윈도우를 포함하는, 열전 배터리 열 관리 시스템을 제조하는 방법.
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