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KR20150091211A - 전지셀 어셈블리 - Google Patents

전지셀 어셈블리 Download PDF

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KR20150091211A
KR20150091211A KR1020140135690A KR20140135690A KR20150091211A KR 20150091211 A KR20150091211 A KR 20150091211A KR 1020140135690 A KR1020140135690 A KR 1020140135690A KR 20140135690 A KR20140135690 A KR 20140135690A KR 20150091211 A KR20150091211 A KR 20150091211A
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KR
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battery cell
microprocessor
housing
circuit
cell assembly
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KR1020140135690A
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그레그 보버
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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Publication date
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Abstract

전지셀 및 박막 프로파일 센서를 포함하고 있는 전지셀 어셈블리가 제공된다. 상기 어셈블리는 하우징 및 상기 하우징으로부터 연장된 제 1 및 제 2 전극 단자들을 포함하고 있는 전지셀을 포함하고 있다. 상기 어셈블리는 마이크로프로세서 및 감지 회로를 포함하는 박막 프로파일 센서를 더 포함하고 있다. 상기 감지 회로는 하우징에 직접 연결되어 있다. 상기 감지 회로는 전지셀의 작동 파라미터 값을 나타내는 신호를 발생시킨다. 상기 마이크로프로세서는 감지 회로로부터의 신호에 기반하여 작동 파라미터 값을 결정하도록 프로그램 되어 있다. 상기 어셈블리는 박막 프로파일 센서에 연결되어 상기 센서가 보호층과 하우징 사이에 위치하도록 하는 보호층을 더 포함하고 있다.

Description

전지셀 어셈블리 {Battery Cell Assembly}
본 발명은 전지셀 어셈블리에 관한 것이다.
전지셀의 온도 값(temperature value)을 정확하게 결정하고, 상기 온도 값에 기반하여 전지셀의 온도 수준을 조절하는데 어려움이 있다.
본 출원의 발명자는 전지셀과 관련된 작동 파라미터 값들(operational parameter values)을 결정하기 위해 전지셀의 하우징에 직접 연결되어 있는 박막 프로파일 센서(thin profile sensor)를 사용하는 전지셀 어셈블리의 필요성을 확인하였다.
실시예에 따른 전지셀 어셈블리가 제공된다. 상기 전지셀 어셈블리는 하우징 및 상기 하우징으로부터 연장된 제 1 및 제 2 전극 단자들을 포함하고 있는 전지셀을 포함하고 있다. 상기 전지셀 어셈블리는 상기 하우징 상에 직접 위치한 박막 프로파일 센서(thin profile sensor)를 더 포함하고 있다. 상기 박막 프로파일 센서는 마이크로프로세서(microprocessor) 및 감지 회로(sensing circuit)를 포함 있다. 상기 감지 회로는 하우징에 직접 연결되어 있다. 상기 마이크로프로세서 및 감지 회로는 서로 작동 가능하도록 연결되어 있다. 상기 감지 회로는 전지셀의 작동 파라미터 값(operational parameter value)을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성되어 있다. 상기 마이크로프로세서는 감지 회로로부터의 신호에 기반하여 작동 파라미터 값을 결정하도록 프로그램 되어 있다. 상기 마이크로프로세서는 저장 장치(memory device) 내에 상기 작동 파라미터 값을 저장하도록 더 프로그램 되어 있다. 상기 전지셀 어셈블리는 박막 프로파일 센서가 보호층과 하우징 사이에 위치하도록, 상기 박막 프로파일 센서 상에 위치하여 연결되어 있는 보호층을 더 포함하고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 어셈블리는 다른 어셈블리들에 비해 실질적인 이점을 제공한다. 구체적으로, 전지셀 어셈블리는 전지셀과 연관된 작동 파라미터 값을 결정하고, 상기 작동 파라미터 값에 기반하여 전지셀의 작동 파라미터를 제어하기 위해 전지셀의 외면에 연결된 박막 프로파일 센서를 사용하는 기술적 효과를 제공한다. 구체적으로, 박막 프로파일 센서는 감지 회로를 사용해 전지셀과 연관된 온도 값을 결정하고, 상기 온도 값에 기반하여 전지셀의 온도 수준을 조절하기 위해 열 발생 회로를 제어한다.
도 1은 전지셀 어셈블리 및 전지 제어 모듈(battery control module)을 포함하고있는 전지 시스템의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 1의 전지셀 어셈블리의 제 1 면(side)의 모식도이다;
도 3은 도 1의 전지셀 어셈블리의 제 2 면의 모식도이다;
도 4는 도 1의 4-4에 따른 전지셀 어셈블리의 부분 단면도이다;
도 5는 도 1의 5-5에 따른 전지셀 어셈블리의 또 다른 부분 단면도이다;
도 6은 감지 회로, 도 1의 전지셀 어셈블리 내에 사용되고, 기준 전압 회로(reference voltage circuit), 데이터 전송 회로(data transmitting circuit), 데이터 수신 회로(data receiving circuit), 및 열 발생 회로(heat generating circuit)를 포함하는 박막 프로파일 센서의 전기 회로도이다;
도 7 및 8은 전지셀 어셈블리와 연관된 작동 파라미터를 결정하는 방법, 및 도 6의 박막 프로파일 센서를 사용해 작동 파라미터 값을 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(20)를 포함하고 있는 전지 시스템(10)과 전지 제어 모듈(battery control module; 30)이 제공된다.
도 1, 3, 5 및 7을 참조하면, 전지셀 어셈블리(20)는 전지셀(40), 박막 프로파일 센서(50) 및 보호층들(52, 54)을 포함하고 있다. 전지셀 어셈블리(20)의 이점은 박막 프로파일 센서(50)가 전지셀(40)의 하우징(60)에 직접 연결되어 위치해 있고, 전지셀(40)과 연관된 작동 파라미터 값을 결정하며, 상기 작동 파라미터 값에 기반하여 전지셀(40)의 작동 파라미터를 제어한다는 것이다. 구체적으로, 하나의 실시예에서, 박막 프로파일 센서(50)는 감지 회로(100)를 사용하는 전지셀(40)과 연관된 온도 값을 결정하고, 상기 온도 값에 기반하여 전지셀(40)의 온도 수준을 조절하기 위해 열 발생 회로(108)를 제어한다.
이해를 목적으로, 여기에서 “트레이스(trace)”의 용어는 박막 도전 부재(thin electrically conductive member)를 의미한다.
도 1 내지 5를 참조하면, 전지셀(40)은 하우징(60) 및 상기 하우징으로부터 연장된 전극 단자들(62, 64)을 포함하고 있다. 상기 전지셀(40)은 플라스틱층(70), 음극층(72), 분리층(74), 양극층(76), 및 플라스틱층(78)을 더 포함하고 있다. 음극층(72)은 플라스틱층(70)과 분리층(74) 사이에 연결되어 있다. 음극층(72)은 전극 단자(62)에 전기적으로 연결되어 있다. 양극층(76)은 분리층(74)과 플라스틱층(78) 사이에 연결되어 있다. 양극층(76)은 전극 단자(64)에 전기적으로 연결되어 있다. 음극층(72)과 양극층(76)은 전극 단자들(62, 64) 사이에서 전압을 발생시킨다. 하나의 실시예에서, 전지셀(40)은 리튬-이온 파우치형 전지셀(lithium-ion pouch-type battery cell)이다. 또한, 상기 실시예에서, 하우징(60; 도 3 참조)은 실질적으로 사각형(rectangular-shaped)이고, 외면(66; 도 4 참조)을 포함하고 있다. 또 다른 실시예에서, 전지셀(40)은, 예를 들어, 니켈-금속-하이드라이드 전지셀(nickel-metal-hydride battery cell) 또는 니켈-카드뮴 전지셀(nickel-cadmium battery cell)과 같은 다른 유형의 전지셀일 수 있다. 또한, 또 다른 실시예에서, 전지셀(40)의 하우징은, 예를 들어, 원통형(cylindrical shape)과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 또한, 또 다른 실시예에서, 전지셀(40)은 다른 유형의 에너지 저장 셀(energy storage cell)로 대체될 수 있다. 예를 들어, 전지셀(40)은 연장된 제 1 및 제 2 전극 단자들을 포함하고 있는 울트라 캐패시터(ultracapacitor)로 대체되거나, 연장된 제 1 및 제 2 전극 단자들을 포함하고 있는 슈퍼 캐패시터(supercapacitor)로 대체될 수 있다.
도 4 내지 6을 참조하면, 박막 프로파일 센서(50)는 전지셀(40)의 작동 파라미터 값을 결정하고, 상기 작동 파라미터 값에 기반하여 전지셀(40)의 작동 파라미터를 제어하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 박막 프로파일 센서(50)는 전지셀(40)의 온도 값을 결정하기 위해 감지 회로(100)를 사용하고, 상기 온도 값에 기반하여 전지셀(40)의 온도 수준을 조절하기 위해 열 발생 회로(108)를 제어한다.
박막 프로파일 센서(50)는 마이크로프로세서(90), 감지 회로(100), 기준 전압 회로(102), 데이터 수신 회로(104), 데이터 전송 회로(106), 열 발생 회로(108), 및 리드들(leads; 110, 112)을 포함하고 있다. 마이크로프로세서(90)는 감지 회로(100), 데이터 수신 회로(104), 데이터 전송 회로(106), 및 열 발생 회로(108)에 작동 가능하도록 전기적으로 연결되어 있다. 하나의 실시예에서, 감지회로(100)와 열 발생 회로(108)는 하우징(60)의 외면(66; 도 4 참조)에 직접 연결되어 위치해 있다. 또한, 데이터 수신 회로(104)와 데이터 전송 회로(106)의 적어도 일부분은 하우징(60)의 외면(66)에 직접 연결되어 위치해 있다.
도 1, 2, 5 및 6을 참조하면, 마이크로프로세서(90)는, 이하에서 더욱 자세히 설명되어 있는 바와 같이, 작동 파라미터 값에 기반하여 전지셀(40)의 작동 파라미터 값(예를 들어, 온도 값)을 결정하고, 전지셀(40)의 작동 파라미터(예를 들어, 온도 수준)를 조절하도록 프로그램 되어 있다. 마이크로프로세서(90)는 저장 장치(90), 입출력(I/O) 포트들(150, 152, 154, 156, 158, 160, 162)을 포함하고 있는 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter; 142), 및 오실레이터(oscillator; 170)를 포함하고 있다. 마이크로프로세서(90)는 리드들(110, 112)을 통해 전지셀(40)의 전극 단자들(62, 64)에 전기적으로 연결되어 있다. 전극 단자들(62, 64)은 마이크로프로세서(90)에 작동 전압을 공급하도록 구성되어 있다. 하나의 실시예에서, 마이크로프로세서(90)는 회로 보드(circuit board; 119) 상에 직접 연결되어 위치해 있고, 회로 보드(119)는 보호층(52)과 플라스틱층(70) 사이에 연결되어 있다. 또 다른 실시예에서, 마이크로프로세서(90)는 접착 또는 또 다른 부착 수단들을 사용하여 전지셀(40)의 하우징(60)의 외면(66)에 직접 연결되어 위치해 있다. 이러한 실시예에서, 회로 보드(119)는 전지셀 어셈블리(20)로부터 제거될 수 있다. 마이크로프로세서(90)는, 상기 마이크로프로세서(90)에 대해 여기에 묘사된 과제들의 적어도 일부를 수행하기 위해 소프트웨어 도구들(software instructions) 및/또는 저장 장치(140) 내에 저장된 데이터를 사용한다.
감지 회로(100)는 전지셀(40)의 작동 파라미터 값(예를 들어, 온도 값)을 나타내는 신호를 발생하도록 구성되어 있다. 도시된 실시예에서, 감지 회로(100)는 하우징(60)의 외면(66)에 직접 연결되어 위치해 있다. 물론, 또 다른 실시예에서, 감지 회로(100)의 적어도 일부 구성 요소들은 하우징(60)에 더 연결되어 있는 회로 보드(119; 도 5 참조) 상에 직접 연결되어 위치해 있다. 감지 회로(100)는 트랜지스터(transistor; 190), 저항기들(resistors; 194, 198, 202, 206), 저항 트레이스(resistive trace; 210), 및 노드들(nodes; 218, 222, 226)을 포함하고 있다. 저항 트레이스(210)는 전지셀(40)의 온도 수준에 기반하여 변화하는 저항 수준을 갖는다
도 6을 참조하면, 저항기(190)는 베이스(base; B1), 에미터(emitter; E1), 및 콜렉터(collector; C1)를 포함하고 있다. 에미터(E1)는 노드(218)에 전기적으로 연결되어 있고, 전지셀(40)의 양극 단자 상의 작동 전압에 전기적으로 더 연결되어 있다. 노드(218)는 마이크로프로세서(90)의 I/O 포트(150)에 전기적으로 더 연결되어 있다. 베이스(B1)는 노드(222)에 전기적으로 더 연결되어 있다. 저항기(194)는 노드(222)와 노드(218) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 저항기(198)은 노드(222)와 I/O 포트(152) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 저항기(202)는 콜렉터(C1)와 노드(226) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 저항 트레이스(210)는 노드(226)와 전지셀(40)의 음극 단자 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 저항기(202)는 저항 트레이스(210)와 전기적으로 직렬 연결되어 있고, 전기 노드(electrical node; 226)는 이들 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 저항기(202)는 트랜지스터(190)가 켜질 때, 작동 전압에 전기적으로 더 연결된다. 저항기(206)는 노드(226)와 I/O 포트(154) 사이에 전기적으로 연결되어 있다.
도 1 및 6을 참조하면, 저항 트레이스(210)는 전지셀(40)의 온도 수준에 기반하여 변화하고, 전지셀(40)의 온도 수준을 결정하기 위해 마이크로프로세서(90)에 의해 사용되는 저항 수준을 갖는다. 하나의 실시예에서, 저항 트레이스(210)는 하우징(60)의 외면(66; 도 4 참조) 상에 직접 연결되어 위치해 있다. 저항 트레이스(210)는 서로 전기적으로 직렬 연결되어 있는 저항 트레이스부들(resistive trace portions; 340, 342, 344, 346, 348, 350, 352, 354, 356, 358, 360, 362, 364, 366)을 포함하고 있다. 보이는 바와 같이, 저항 트레이스들(342, 346, 350, 354, 358, 362)은 서로 이격되어 있고, 유연한 플라스틱 시트(80)의 제 1 면(130)을 따라 길이 방향으로 실질적으로 서로 평행하다. 하나의 실시예에서, 저항 트레이스(210)는 0.33 내지 1.0 밀리미터의 두께를 갖고 있다. 물론, 또 다른 실시예에서, 저항 트레이스(210)는 1.0 밀리미터보다 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 저항 트레이스(210)는 하우징(60)의 외면(66) 상에 인쇄되어 있고, 흑연(graphite), 니켈, 주석(tin), 은, 구리, 또는 이들 소재들의 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나로 이루어져 있다.
또 다른 실시예에서, 저항 트레이스(210)는 하우징(60) 상에 다른 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 저항 트레이스(210)는, 전지셀(40)의 소망하는 온도 감지 범위(temperature sensing coverage)를 제공하기 위해, 서로 평행하게 연장되어 있는 복수의 제 1 트레이스부들(first plurality of trace portions)로서, 단부 영역들(end regions)에서, 실질적으로 수직으로 위치해 있는 하나 이상의 트레이스부들과 함께 연결되어 있는, 복수의 제 1 트레이스부들로 구성될 수 있다. 또한, 예를 들어, 저항 트레이스(210)는 전지셀(40)의 소망하는 온도 감지 범위를 제공하기 위해, 평행하게 연장되어 하나 또는 그 이상의 직렬 트레이스부들에 연결된 트레이스부들의 또 다른 조합으로 구성될 수 있다.
저항 트레이스(210)는 전지셀(40)의 온도에 기반하여 변화하는 저항을 갖기 때문에, 트랜지스터(190)가 켜졌을 때, 노드(226)에서의 전압은 전지셀(40)의 온도 수준을 나타낸다. 또한, I/O 포트(154)에 공급된 전압은 전지셀(40)의 온도 수준을 더 나타낸다.
전지셀(40)의 온도 수준을 결정하기 위해, 마이크로프로세서(90)는 I/O 포트(152) 상에 트랜지스터(190)를 켜는 낮은 논리 수준 전압(logic level voltage)을 출력하도록 프로그램 되어 있다. 트랜지스터(190)가 켜졌을 때, 마이크로프로세서(90)는 I/O 포트(154)의 저항기(206) 상의 전압(온도_감지)을 측정하도록 프로그램 되어 있다. 마이크로프로세서(90)는 상기 전압(온도_감지)에 기반하여 전지셀(40)의 온도 수준을 나타내는 온도 값을 결정하도록 더 프로그램 되어 있다. 하나의 실시예에서, 마이크로프로세서(90)는, (I/O 포트(154)에서의 전압 수준에 대응되는) 복수의 전압 값들과, 전지셀(40)의 복수의 연관 온도 수준들을 포함하고 있는 저장 장치(140) 내에 저장된 검색 테이블(lookup table)을 사용한다. 마이크로프로세서(90)는 검색 테이블 내의 연관 온도 값들에 접속하기 위해, 전지셀(40)의 온도 수준에 대응하는 측정 전압 수준을 사용한다.
마이크로프로세서(90)는 전지셀(40)의 V열림(Vopen) 또는 V로드(Vload) 전압 여부를 결정하기 위해 I/O 포트(150) 상의 전압을 측정하도록 더 프로그램 되어 있다. 구체적으로, 마이크로프로세서(90)는 트랜지스터(300)가 꺼졌을 때, 전지셀(40)의 V열림 전압 수준에 대응하는 I/O 포트(150) 상의 전압을 측정한다. 반대로, 마이크로프로세서는 트랜지스터(300)가 켜졌을 때, 전지셀(40)의 V로드 전압 수준에 대응하는 I/O 포트(151) 상의 전압을 측정한다.
기준 전압 회로(102)는 마이크로프로세서(90)의 I/O 포트(156)에 기준 전압을 입력하도록 형성되어 있다. 도시된 실시예에서, 기준 전압 회로(102)는 회로 보드(119; 도 1 참조)에 직접 연결되어 위치해 있다. 물론, 또 다른 실시예에서, 기준 전압 회로(102)의 적어도 일부 구성 요소들은 하우징(60)의 외면(66) 상에 직접 연결되어 위치할 수 있다. 기준 전압 회로(102)는 저항기(230), 다이오드(232), 및 노드(234)를 포함하고 있다. 저항기(230)는 작동 전압과 노드(234) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 다이오드(232)는 노드(234)와 전지셀(40)의 음극 단자 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 노드(234)는 I/O 포트(156)에 전기적으로 더 연결되어 있다.
도 1 및 6을 참조하면, 데이터 수신 회로(104)는 박막 프로파일 센서(50)가 전지 제어 모듈(30)로부터 데이터를 수신하도록 형성되어 있다. 도시된 실시예에서, 데이터 수신 회로(104)의 적어도 일부 구성 요소들은 회로 보드(119; 도 1 참조) 상에 직접 연결되어 위치해 있다. 물론, 또 다른 실시예에서, 데이터 수신 회로(104)의 적어도 일부 구성 요소들은 하우징(60)의 외면(66) 상에 직접 연결되어 위치할 수 있다. 데이터 수신 회로(104)는 적외선 수신 트랜지스터(infrared receiving transistor; 242), 저항기(244), 전압 버퍼(voltage buffer; 248), 및 노드(252)를 포함하고 있다. 트랜지스터(242)는 베이스(B2), 콜렉터(C2), 및 에미터(E2)를 포함하고 있다. 콜렉터(C2)는 전지셀(40)의 양극 단자에 전기적으로 연결되어 있다. 에미터(E2)는 저항기(244)에 더 연결된 노드(252)에 전기적으로 연결되어 있다. 저항기(244)는 노드(252)와 전지셀(40)의 음극 단자 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 전압 버퍼(248)는 노드(252)와 마이크로프로세서(90)의 I/O 포트(158) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 베이스(B2)가 임계 조명 수준(threshold light level)을 갖는 적외선을 수신할 때, 트랜지스터(242)가 켜지고, 전압 버퍼(248)를 통해 I/O 포트(158)로 전압을 공급한다. 따라서, 적외선이 내부에 바이너리 메시지(binary message)를 포함하고 있을 때, 트랜지스터(242)는 전압 버퍼(248)를 통해 I/O 포트(158)로 바이너리 전압 메시지(binary voltage message)를 공급하기 위해 반복적으로 켜지고 꺼진다.
데이터 수신 회로(104)는 전지셀(40)과 연관된 임계 작동 파라미터 값(threshold operational parameter value)에 대응하여 내부에 바이너리 메시지를 포함하는 신호를 수신하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 상기 신호는 적외선 신호에 대응된다. 또한, 하나의 실시예에서, 임계 작동 파라미터 값은 전지셀(40)의 적어도 하나의 임계 온도 값에 대응된다. 물론, 또 다른 실시예에서, 데이터 수신 회로(104)는 I/O 포트(158)에 작동 가능하도록 연결된 무선 주파수 수신기(radio frequency (RF) receiver)를 포함할 수 있고, 바이너리 메시지를 포함하고 있는 수신 신호는 RF 신호에 대응될 수 있다. 또한, 또 다른 실시예에서, 임계 작동 파라미터 값은 전지셀(40)과 연관된 또 다른 임계 파라미터 값에 대응될 수 있다.
내부의 바이너리 메시지와 함께 신호를 수신한 이후에, 데이터 수신 회로(104)는 상기 수신된 신호에 대응하여 바이너리 메시지를 포함하는 전압 신호를 출력하도록 더 구성되어 있다. 상기 바이너리 메시지는 전지셀(40)의 임계 작동 파라미터 값을 나타내고, 마이크로프로세서(90)에 의해 수신된다. 하나의 실시예에서, 바이너리 메시지는 전지셀의 적어도 하나의 임계 온도 값에 대응되는 임계 작동 파라미터 값을 포함하고 있다.
데이터 전송 회로(106)는 박막 프로파일 센서(50)가 전지 제어 모듈(30)에 데이터를 전송하도록 형성되어 있다. 구체적으로, 마이크로프로세서(90)는 데이터 전송 회로(106)가 전지셀(40)의 측정된 작동 파라미터 값을 나타내는 제 1 바이너리 메시지를 내부에 포함하는 신호를 전송하도록 유도하기 위한 제어 신호를 발생하도록 프로그램 되어 있다. 도시된 실시예에서, 데이터 전송 회로(106)의 적어도 일부 구성 요소들은 회로 보드(119; 도 1 참조) 상에 직접 연결되어 위치해 있다. 물론, 또 다른 실시예에서, 데이터 전송 회로(106)의 적어도 일부 구성 요소들은 하우징(60)의 외면(60) 상에 직접 연결되어 위치할 수 있다. 데이터 전송 회로(106)는 적외선 전송 다이오드(infrared transmitting diode 258), 트랜지스터(260), 저항기들(264, 268, 272), 다이오드들(276, 280), 및 노드(284)를 포함하고 있다.
트랜지스터(260)는 베이스(B3), 콜렉터(C3), 및 에미터(E3)를 포함하고 있다. 적외선 전송 다이오드(258)는 콜렉터(C3)와 전지셀(40)의 양극 단자 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 저항기(264)는 에미터(E3)와 전지셀(40)의 음극 단자 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 저항기(268)는 베이스(B3)와 전지셀(40)의 음극 단자 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 베이스(B3)는 노드(284)에 전기적으로 더 연결되어 있다. 다이오드들(276, 280)은 노드(284)와 전지셀(40)의 음극 단자 사이에 전기적으로 직렬로 연결되어 있다. 저항기(272)는 노드(284)와 마이크로프로세서(90)의 I/O 포트(160) 사이에 전기적으로 연결되어 있다.
마이크로프로세서(90)가 I/O 포트(160)에 높은 논리 수준 전압을 출력하도록 지시할 때, 트랜지스터(260)가 켜지고, 적외선 전송 다이오드(258)는 적외선을 방출한다. 따라서, 마이크로프로세서(90)가 내부에 전지셀(40)의 측정된 작동 파라미터 값에 대응되는 바이너리 메시지를 포함하는 신호를 출력하고자 할 때, 마이크로프로세서(90)는 내부에 바이너리 메시지를 포함하는 적외선 신호를 발생시키기 위해 I/O 포트(160)에 의해 전압 출력을 제어한다. 하나의 실시예에서, 상기 바이너리 메시지는 전지셀(40)의 측정 온도 값에 대응되는 측정 작동 파라미터 값을 포함하고 있다.
도 1, 2 및 6을 참조하면, 열 발생 회로(108)는 전지셀(40)의 온도 수준이 임계 온도 수준 미만일 때, 전지셀(40)의 온도 수준을 증가시키도록 형성되어 있다. 도시된 실시예에서, 열 발생 회로(108)의 적어도 일부 구성 요소들은 하우징(60)의 외면(66; 도 4 참조)에 직접 연결되어 있다. 물론, 또 다른 실시예에서, 열 발생 회로(108)의 적어도 일부 구성 요소들은 하우징(60)에 더 연결되어 있는 회로 보드(119; 도 4 참조) 상에 위치할 수 있다. 열 발생 회로(108)는 트랜지스터(300), 발열 소자 트레이스(heating element trace; 302), 저항기들(304, 308, 312), 다이오드들(316, 320), 노드들(324, 328), 및 감지선(sense line 329)을 포함하고 있다.
트랜지스터(300)는 베이스(B4), 콜렉터(C4), 및 에미터(E4)를 포함하고 있다. 발열 소자 트레이스(302)는 콜렉터(C4)와 전지셀(40)의 양극 단자 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 저항기(304)는 에미터(E4)와 전지셀(40)의 음극 단자 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 감지선(329)는 에미터(E4)와 마이크로프로세서(90)의 I/O 포트(164) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 베이스(B4)는 노드(328)에 전기적으로 연결되어 있다. 다이오드들(316, 320)은 노드(328)와 전지셀(40)의 음극 단자 사이에 전기적으로 직렬로 연결되어 있다. 저항기(312)는 노드(328)와 마이크로프로세서(90)의 I/O 포트 (162) 사이에 전기적으로 연결되어 있다.
발열 소자 트레이스(302)는 전압이 상기 발열 소자 트레이스(302)에 공급되었을 때, 열을 발생시키도록 구성되어 있다. 도시된 실시예에서, 발열 소자 트레이스(302)는 유연한 플라스틱 시트(80) 상에 직접 연결되어 위치해 있는 실질적으로 사형(serpentine-shaped)인 발열 소자 트레이스이다. 또한, 발열 소자 트레이스(302)는 서로 직렬로 연결되어 있는 발열 소자 트레이스부들(400, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424)을 포함하고 있다. 또한, 하나의 실시예에서, 발열 소자 트레이스(302)는 하우징(60)의 외면(66) 상에 인쇄되어 있고, 흑연, 니켈, 주석, 은, 구리, 또는 이들 소재들의 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나로 이루어져 있다. 또 다른 실시예에서, 발열 소자 트레이스(302)는 유연한 플라스틱 시트(80) 상에 다른 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 발열 소자 트레이스(302)는, 전지셀(40)의 소망하는 발열 범위를 제공하기 위해, 서로 평행하게 연장되어 있는 복수의 제 1 발열 소자 트레이스부들(first plurality of heating element trace portions)로서, 단부 영역들에서, 실질적으로 수직으로 위치해 있는 하나 이상의 발열 소자 트레이스부들에 함께 연결되어 있는 복수의 제 1 발열 소자 트레이스부들로 구성될 수 있다. 또한, 예를 들어, 발열 소자 트레이스(302)는 전지셀(40)의 소망하는 발열 범위를 제공하기 위해, 평행하게 연장되어 하나 또는 그 이상의 직렬 발열 트레이스부들에 연결된 발열 소자 트레이스부들의 또 다른 조합으로 구성될 수 있다.
작동 과정에서, 마이크로프로세서(90)는, 전지셀(40)의 온도 값이 제 1 임계 온도 수준 미만일 경우, 열을 발생시키기 위해 발열 소자 트레이스(302)에 전류를 공급하도록 열 발생 회로(108)의 트랜지스터(300)를 유도하기 위한 제어 전압(control voltage)을 발생하도록 프로그램 되어 있다. 또한, 마이크로프로세서(90)는, 전지셀(40)의 온도 값이 제 2 임계 온도 값을 초과할 경우, 발열을 멈추도록 발열 소자 트레이스(302)를 유도하기 위해 발열 소자 트레이스(302)에 전류 공급을 중단하도록 열 발생 회로(108)의 트랜지스터(300)를 유도하기 위한 제어 전압의 발생을 중단하도록 프로그램 되어 있다.
마이크로프로세서(90)는 트랜지스터(300)가 켜졌을 때, 노드(324)에서의 전압을 측정함으로써, I로드(Iload) 전류 값을 결정하도록 더 프로그램 되어 있다. 마이크로프로세서(90)는 하기 식을 사용하여 I로드 전류 값을 계산한다.
I로드 = 노드(324)에서의 전압/저항기(304)의 공지 저항 값(known resistance value)
도 4를 참조하면, 보호층(52)은 박막 프로파일 센서(50)가 보호층(52)과 하우징(60)의 플라스틱층(70) 사이에 위치하도록 박막 프로파일 센서(50) 상에 위치하여 연결되어 있다. 하나의 실시예에서, 보호층(52)은 얇은 플라스틱층으로 이루어져 있다. 또한, 상기 실시예에서, 보호층(52)은 실질적으로 투명한 플라스틱층이다.
보호층(54)은 하우징(60)의 플라스틱층(78)의 일면 상에 연결되어 위치해 있다. 하나의 실시예에서, 보호층(54)은 얇은 플라스틱층으로 이루어져 있다. 또한, 상기 실시예에서, 보호층(54)은 실질적으로 투명한 플라스틱층이다.
도 1 및 6 내지 8을 참조하면, 전지셀(40)과 연관된 작동 파라미터 값을 결정하는 방법 및 상기 작동 파라미터 값에 기반하여 전지셀(40)의 작동 파라미터를 제어하는 방법의 흐름도가 묘사될 것이다.
단계(502)에서, 조작자는 전지셀(40), 박막 프로파일 센서(50), 및 보호층들(52, 54)을 포함하고 있는 전지셀 어셈블리(20)를 형성한다. 전지셀(40)은 하우징(60) 및 상기 하우징(60)으로부터 연장된 제 1 및 제 2 전극 단자들(62, 64)을 포함하고 있다. 보호층(52)은 박막 프로파일 센서(50)가 보호층(52)과 하우징(60) 사이에 위치하도록 박막 프로파일 센서(50) 상에 위치하여 연결되어 있다. 박막 프로파일 센서(50)는 마이크로프로세서(90), 감지 회로(100), 열 발생 회로(108), 데이터 전송 회로(106), 및 데이터 수신 회로(104)를 포함하고 있다. 마이크로프로세서(90)는 감지 회로(100), 열 발생 회로(108), 데이터 전송 회로(106), 및 데이터 수신 회로(104)에 작동 가능하도록 전기적으로 연결되어 있다. 감지 회로(100)와 열 발생 회로(108)는 하우징(60)에 직접 연결되어 있다. 감지 회로(100)는 저항 트레이스(210)를 포함하고 있다. 저항 트레이스(210)는 전지셀(40)의 온도 수준에 기반하여 변화하는 저항 수준을 포함하고 있다. 단계(502) 이후에, 방법은 단계(504)로 넘어간다.
단계(504)에서, 외부 전지 제어 모듈(external battery control module; 30)은 제 1 바이너리 메시지와 함께, (i) 전지셀 식별자 값(battery cell identifier value), (ii) 제 1 온도 임계 값, 및 (iii) 제 2 온도 임계 값을 포함하고 있는 신호를 전송한다. 단계(504) 이후에, 방법은 단계(506)로 넘어간다.
단계(506)에서, 데이터 수신 회로(104)는 제 1 바이너리 메시지를 포함하고 있는 신호를 외부 전지 제어 모듈(30)로부터 수신하고, 마이크로프로세서(90)에 의해 수신된 전지셀 식별자 값과 제 1 및 제 2 온도 임계 값들을 포함하고 있는 신호를 발생시킨다. 단계(506) 이후에, 방법은 단계(508)로 넘어간다.
단계(508)에서, 마이크로프로세서(90)는 전지셀 식별자 값이 전지셀(40)과 연관되어 저장된 전지셀 식별자 값과 동일한지 여부를 결정한다. 상기 저장된 전지셀 식별자 값은 단계(508)에 앞서, 저장 장치(140) 내에 저장된다. 만일, 단계 (508)의 값이 “예”와 동일할 경우, 방법은 단계(510)로 넘어간다. 그렇지 않다면, 방법은 단계(512)로 넘어간다.
단계(510)에서, 마이크로프로세서(90)는 제 1 온도 임계 값과 제 2 온도 임계 값을 저장 장치(140) 내에 저장한다. 단계(510) 이후에, 방법은 단계(520)로 넘어간다.
단계(508)에서, 만일, 단계(508)의 값이 “아니오”일 경우, 방법은 단계(512)로 넘어간다. 단계(512)에서, 마이크로프로세서(90)는 앞서 저장 장치(140) 내에 저장되었던 제 1 온도 임계 값과 제 2 온도 임계 값을 검사한다. 단계(512) 이후에, 방법은 단계(520)로 넘어간다.
단계(520)에서, 감지 회로(100)는 전지셀(40)의 온도 값을 나타내는 제 1 전압을 발생시킨다. 온도 값은 전지셀(40)의 온도 수준을 나타낸다. 단계(520) 이후에, 방법은 단계(522)로 넘어간다.
단계(522)에서, 마이크로프로세서(90)는 감지 회로(100)로부터의 제 1 전압에 기반하여 전지셀(40)의 온도 값을 결정한다. 구체적으로, 하나의 실시예에서, 마이크로프로세서(90)는, 검색 테이블에 대한 색인으로서 제 1 전압을 사용하여 온도 값을 선택하기 위해, 저장 장치(140) 내에 저장되어 있고, 전지셀(40)의 복수의 온도 값들을 감지 회로(100)로부터의 복수의 전압들에 연관짓는 검색 테이블에 접속한다. 단계(522) 이후에, 방법은 단계(524)로 넘어간다.
단계(524)에서, 마이크로프로세서(90)는 저장 장치(140) 내에 온도 값을 저장한다. 단계(524) 이후에, 방법은 단계(526)로 넘어간다.
단계(526)에서, 마이크로프로세서(90)는 제 2 바이너리 메시지와 함께 (i) 전지셀 식별자 값, 및 (ii) 전지셀(40)의 온도 값을 포함하고 있는 신호를 전송하도록 데이터 전송 회로(106)를 유도하기 위한 제어 신호를 발생시킨다. 단계(526) 이후에, 방법은 단계(528)로 넘어간다.
단계(528)에서, 외부 전지 제어 모듈(30)은 제 2 바이너리 메시지를 포함하고 있는 신호를 데이터 전송 회로(106)로부터 수신한다.
단계(530)에서, 마이크로프로세서는 상기 온도 값이 제 1 임계 온도 값 미만인지 여부를 결정한다. 만일, 단계(530)의 값이 “예”와 동일할 경우, 방법은 단계(532)로 넘어간다. 그렇지 않다면, 방법은 단계(534)로 넘어간다.
단계(532)에서, 마이크로프로세서(90)는 전지셀(40)의 온도 수준을 증가시키기 위한 열을 발생시키기 위해, 발열 소자 트레이스(302)에 전류를 공급하도록 열 발생 회로(108)를 유도하기 위한 제어 전압을 발생시킨다.
단계(534)에서, 마이크로프로세서(90)는 온도 값이 제 2 임계 온도 값을 초과하는지 여부를 결정한다. 제 2 임계 온도 값은 제 1 임계 온도 값보다 크다. 만일, 단계(534)의 값이 “예”와 동일할 경우, 방법은 단계(536)로 넘어간다. 그렇지 않다면, 방법은 단계(520)로 되돌아간다.
단계(536)에서, 마이크로프로세서(90)는 발열을 멈추도록 발열 소자 트레이스(302)를 유도하기 위해 발열 소자 트레이스(302)에 전류 공급을 중단하도록 열 발생 회로(108)를 유도하기 위해 제어 전압의 발생을 중단한다. 단계(536) 이후에, 방법은 단계(520)로 되돌아간다.
앞서 묘사된 방법은 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터-실행 명령들을 포함하고 있는 하나 또는 그 이상의 컴퓨터-판독 매체(computer readable media) 형상 내에 적어도 부분적으로 포함될 수 있다. 상기 컴퓨터-판독 매체는 하기 하드 드라이브들(hard drives), 램(RAM), 롬(ROM), 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 마이크로프로세서들에 의해 실행될 때, 하나 또는 그 이상의 마이크로프로세서들은 방법들을 실행하기 위한 장치(apparatus)가 된다.
상기 전지셀 어셈블리는 다른 어셈블리들에 비해 실질적인 이점을 제공한다. 구체적으로, 전지셀 어셈블리는 전지셀과 연관된 작동 파라미터 값을 결정하고, 상기 작동 파라미터 값에 기반하여 전지셀의 작동 파라미터를 제어하기 위해 전지셀의 외면에 연결된 박막 프로파일 센서를 사용하는 기술적 효과를 제공한다. 구체적으로, 박막 프로파일 센서는 감지 회로를 사용해 전지셀과 연관된 온도 값을 결정하고, 상기 온도 값에 기반하여 전지셀의 온도 수준을 조절하기 위해 열 발생 회로를 제어한다.
비록 본 발명은 단지 제한된 수의 예시에만 관련하여 구체적으로 기술되었지만, 본 발명이 상기에 표현된 예시에만 한정되는 것은 아니라는 점을 인식해야 한다. 더 정확하게는, 본 발명은 변형, 변경, 교체 또는 여기에 표현된 것 뿐만 아니라 본 발명의 의도와 범주에 적합하도록 상응하는 조합으로 얼마든지 부합하도록 수정될 수 있다. 더욱이, 비록 본 발명의 다양한 예시들이 표현되었지만, 본 발명의 양상은 단지 표현된 예시의 일부만을 포함할 수 있다는 점을 인식해야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 표현에 의해 한정되는 것은 아니다.

Claims (18)

  1. 하우징 및 상기 하우징으로부터 연장된 제 1 및 제 2 전극 단자들을 포함하고 있는 전지셀; 및
    상기 하우징 상에 위치한 박막 프로파일 센서(thin profile sensor)로서, 상기 박막 프로파일 센서는 마이크로프로세서(microprocessor) 및 감지 회로(sensing circuit)를 포함하고 있고, 상기 감지 회로는 하우징에 직접 연결되어 있으며, 상기 마이크로프로세서 및 감지 회로는 서로 작동 가능하도록 연결되어 있고, 상기 감지 회로는 전지셀의 작동 파라미터 값(operational parameter value)을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성되어 있는 박막 프로파일 센서;
    를 포함하고 있고,
    상기 마이크로프로세서는 감지 회로로부터의 신호에 기반하여 작동 파라미터 값을 결정하도록 더 프로그램 되어 있으며,
    상기 마이크로프로세서는 저장 장치(memory device) 내에 상기 작동 파라미터 값을 저장하도록 더 프로그램 되어 있고,
    보호층(protective layer)이 박막 프로파일 센서 상에 위치하여 연결됨으로써, 상기 박막 프로파일 센서는 보호층과 하우징 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 회로는 전지셀의 온도 수준에 기반하여 변하는 저항 수준을 갖는 저항 트레이스(resistive trace)를 포함하고 있고,
    상기 작동 파라미터 값은 전지셀의 온도 수준에 대응하는 온도 값(temperature value)을 포함하며, 상기 신호는 감지 회로 상에 제 1 전압을 구성하는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 감지 회로는 제 1 및 제 2 저항기들(resistors)을 더 포함하고 있고, 상기 제 1 저항기는 저항 트레이스 및 전기 노드(an electrical node) 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 상기 제 1 저항기는 작동 전압에 전기적으로 더 연결되어 있고, 상기 제 2 저항기는 전기 노드와 마이크로프로세서 사이에 연결되어 있으며, 상기 마이크로프로세서는 제 2 저항기 상의 제 1 전압을 측정하도록 더 프로그램 되어 있고, 상기 마이크로프로세서는 제 1 전압에 기반한 전지셀의 온도 수준을 나타내는 온도 값을 결정하도록 더 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 저항 트레이스는 0.33 내지 1.0 밀리미터의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 저항 트레이스는 하우징 상에 직접 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 저항 트레이스는, 서로 이격되어 있고 실질적으로 서로 평행하게 연장된 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 저항 트레이스부들(resistive trace portions)을 포함하고 있으며, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 저항 트레이스부들은 서로 전기적으로 직렬 연결되어 있고 유연한 플라스틱 시트의 제 1 면을 따라 길이 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 저항 트레이스는 흑연(graphite), 니켈, 주석(tin), 은, 구리, 또는 이들 소재들의 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 박막 프로파일 센서는 하우징 상에 직접 위치한 발열 소자 트레이스(heating element trace)를 가지고 있는 열 발생 회로(heat generating circuit)를 더 포함하고 있고, 상기 발열 소자 트레이스는 마이크로프로세서에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 발열 소자 트레이스는 실질적으로 사형(serpentine-shaped)의 발열 소자 트레이스인 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 발열 소자 트레이스는 흑연, 니켈, 주석, 은, 구리, 또는 이들 소재들의 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는, 전지셀의 온도 값이 제 1 임계 온도 수준 미만일 경우, 열을 발생시키기 위해 발열 소자 트레이스에 전류를 공급하도록 열 발생 회로를 유도하기 위한 제어 전압(control voltage)을 발생하도록 더 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는, 전지셀의 온도 값이 제 2 임계 온도 값 이상일 경우, 발열을 멈추도록 발열 소자 트레이스를 유도하기 위해 발열 소자 트레이스에 전류 공급을 중단하도록 열 발생 회로를 유도하기 위한 제어 전압의 발생을 중단하도록 더 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 전지셀의 제 1 및 제 2 전극 단자들에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제 1 및 제 2 전극 단자들은 마이크로프로세서에 작동 전압을 공급하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 박막 프로파일 센서는 회로 보드(circuit board)를 더 포함하고 있고, 상기 마이크로프로세서는 회로 보드에 직접 연결되어 있으며, 상기 회로 보드는 보호층과 하우징 사이에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 하우징 상에 직접 더 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 박막 프로파일 센서는 회로 보드에 적어도 부분적으로 연결된 데이터 전송 회로(data transmitting circuit)를 더 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 데이터 전송 회로가 전지셀의 작동 파라미터 값을 나타내는 제 1 바이너리 메시지(binary message)를 내부에 포함하는 제 1 신호를 전송하도록 유도하기 위한 제어 신호를 발생하도록 더 프로그램 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 박막 프로파일 센서는 회로 보드에 적어도 부분적으로 연결된 데이터 수신 회로(data receiving circuit)를 더 포함하고, 상기 데이터 수신 회로는 내부에 제 2 바이너리 메시지를 포함하는 제 2 신호를 수신하며, 수신된 제 2 신호에 대응하여 제 2 바이너리 메시지를 포함하는 전압 신호를 출력 하도록 구성되어 있고, 상기 제 2 바이너리 메시지는 작동 파리미터 임계 값(operational parameter threshold value)을 포함하며, 마이크로프로세서에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 작동 파리미터 임계 값은 전지셀의 온도 임계 값(temperature threshold value)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
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