CN114901510A - 模块化电力能量储存系统结构、用于向车辆的电动马达提供电力能量的方法及包括电动马达和模块化电力能量储存系统结构的车辆 - Google Patents

模块化电力能量储存系统结构、用于向车辆的电动马达提供电力能量的方法及包括电动马达和模块化电力能量储存系统结构的车辆 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种用于为车辆(2)中的电动马达提供动力的模块化电力能量储存系统(ESS)结构(1),该模块化ESS结构(1)包括两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f),该模块化ESS结构(1)在纵向方向(L)、横向方向(D)和竖直方向(Y)上延伸,纵向方向(L)与车辆(2)的行驶方向(D)一致,所述两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)在横向方向(T)、纵向方向(L)和/或竖直方向(Y)上并排布置并且在结构上和电力上彼此连接。该模块化ESS结构(1)包括第一安装接口(4),该第一安装接口包括被配置成安装到车辆结构(6)的一个或多个第一连接构件(5)。本公开还涉及一种用于向车辆(2)的电动马达提供电力能量的方法,以及一种包括电动马达和电力能量储存系统(ESS)的车辆(2)。

Description

模块化电力能量储存系统结构、用于向车辆的电动马达提供 电力能量的方法及包括电动马达和模块化电力能量储存系统 结构的车辆
技术领域
本发明涉及一种用于为电动车辆中的电动马达提供动力的模块化
电力能量储存系统结构。本发明还涉及一种用于向车辆的电动马达提供电力能量的方法,以及一种包括电动马达且包括模块化电力能量储存系统结构的电动车辆。
本发明可以应用于货物运输车辆中(例如,用于在拖曳卡车和半挂车的组合中提供驱动力),以及应用在卡车、公共汽车、休闲车和建筑设备中。
背景技术
电动货物运输车辆需要电力能量源(即,电力能量储存系统),
该电力能量源能够输送所需的动力并且具有足够的能量容量。不同类型的货物运输车辆对电力能量储存系统的动力和能量容量有不同要求。与在较短路线上使用较小车辆相比,一些用于长途运输重型货物
的车辆可能需要较大的电力能量储存系统。
用于货物运输的车辆通常在例如轴距尺寸、车轴配置和负载能力方面有所不同。因此,用于有效安装电池系统的可用空间在不同的车辆类型之间是不同的。
为了应对这些不同要求,可以在车辆上安装一个或若干个额外的电力能量储存模块,以根据需要提高能量容量。然而,当涉及电力能量储存模块接口的额外布线(比如,动力、控制、接地和冷却)时,
这导致复杂性显著提高。此外,电动车辆中、尤其是货物运输车辆中的电池通常极大且极重。因此,需要一种将这些电池系统安装到车架的安全且有效的方式。安装解决方案应该有利于组装线上的生产,其中每个工位上花费的时间是有限的。
本公开的目标是提供一种改进的电力能量储存系统,该电力能量储存系统可以适于不同类型的电动车辆,并且在制造期间容易组装在车辆上。
发明内容
本公开的目标是提供一种用于为车辆中的电动马达提供动力的改进的模块化电力能量储存系统。本公开的又一目标是提供一种用于向车辆的电动马达提供电力能量的改进的方法,以及一种包括电动马达和用于为电动马达提供动力的模块化电力能量储存系统的车辆。
此目标和其它目标可以由根据权利要求1所述的模块化电力能量储存系统、根据权利要求16所述的用于向车辆的电动马达提供电力能量的方法以及根据权利要求18所述的车辆实现。
下文描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。
根据本发明的第一方面,本公开涉及一种用于为车辆中的电动马达提供动力的模块化电力能量储存系统(ESS)结构。该模块化ESS结构包括两个或更多个电力能量储存模块。该模块化ESS结构在纵向方向、横向方向和竖直方向上延伸,该纵向方向与车辆的行驶方向一致。所述两个或更多个电力能量储存模块在横向方向、纵向方向和/或竖直方向上并排布置,并且在结构上和电力上彼此连接。该模块化ESS结构包括第一安装接口,该第一安装接口包括被配置成安装到车辆结构的一个或多个第一连接构件。
所述两个或更多个电力能量储存模块可以包括电力连接接口,该电力连接接口被配置成在电力上连接相邻的电力能量储存模块。
当今电动车辆的主要挑战之一是容纳足够的电池以提供令人满意的行驶里程。又一挑战是通过减少工厂组装时间来提高生产能力。造成组装时间延长的问题之一是电力能量储存模块之间需要大量的机械、电力、气动和冷却连接。根据本公开的模块化ESS结构包括两个或更多个电力能量储存模块,所述两个或更多个电力能量储存模块在横向方向和/或纵向方向上并排布置并且在结构上和电力上彼此连接,该模块化ESS结构提供了紧凑、简化的结构,而在电力能量储存模块之间所需的机械、电力、气动和冷却连接方面具有降低的复杂性。
这些电力能量储存模块的侧壁提供了结构完整性,这是优点。该模块化ESS结构的侧壁充当模块化ESS结构的结构元件。该ESS结构设有第一安装接口,该第一安装接口包括用于将模块化ESS结构附接到车架的一个或多个第一连接构件,这提供了坚固的紧固布置。
该第一安装接口可以是包括所述一个或多个第一连接元件的中间支架。该第一安装接口可以包括两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个或五个或更多个第一连接元件。
该模块化ESS结构可以例如包括三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个电力能量储存模块。
所述两个或更多个电力能量储存模块中的每一个可以包括冷却系统连接接口,该冷却系统连接接口被配置成连接相邻的电力能量储存模块,以冷却所述两个或更多个电力能量储存模块。这些冷却系统连接接口可以布置在相邻的电力能量储存模块之间,其中连接穿过相应的侧壁,或者是侧壁,如在横向方向、纵向方向和/或竖直方向上所见。这为被模块化ESS结构的外表面保护的连接提供了保护。然而,冷却系统连接接口可以被替代性地布置成在电力能量储存模块之间延伸,其中连接布置在电力能量储存模块的面向外的壁上。该模块化ESS结构可以包括公共的车辆冷却系统接口,从而允许车辆与模块化ESS结构进行接口连接,而不是单独与电力能量储存模块中的每一个进行接口连接。
所述两个或更多个电力能量储存模块中的每一个可以包括气压连接接口,该气压连接接口被配置成连接相邻的电力能量储存模块。这些气压连接接口可以布置在相邻的电力能量储存模块之间,其中连接穿过相应的侧壁,或者如果电力能量储存模块并排布置,则可以是横向或纵向侧壁,诸如内部纵向侧壁或上侧壁或下侧壁,如在竖直方向上所见。这为被模块化ESS结构的外表面保护的连接提供了保护。然而,气压连接接口可以被替代性地布置成在电力能量储存模块之间延伸,其中连接布置在电力能量储存模块的面向外的壁上。该模块化ESS结构可以包括公共的车辆气压连接接口,这减少了连接的数量并允许车辆仅与一个结构进行接口连接。
所述两个或更多个电力能量储存模块中的每一个可以经由布置在每个相邻的电力能量储存模块之间的中间支架和/或经由每个相邻的电力能量储存模块之间的直接机械连接而在结构上连接到相邻的电力能量储存模块。这意味着模块化ESS结构可以使用电力能量储存模块的内部结构来承载负载,或者它们可以被安装到独立的中间支架上以提供额外的支撑。与框架结构相比,在替代方案中的每一个中,可以减少所需的部件的数量和安装时间,并且可以提供耐用且节省空间的结构。这些中间支架既可以作为电力能量储存模块之间的接口,也可以作为结构支撑。
所述两个或更多个电力能量储存模块可以经由支撑框架在结构上彼此连接。这种配置可以实现电力能量储存模块的容易组装和拆卸。这在组装模块化ESS结构时以及在其安装到车辆结构后在一个或若干个电力能量储存模块需要维护或修理时都是有利的。
该支撑框架可以包括为模块化ESS结构的底侧提供结构支撑的底板。
该支撑框架可以包括在模块化ESS结构的横向方向上延伸的一个或多个横向底部构件,所述一个或多个横向底部构件为模块化ESS结构的底侧提供结构支撑。
该支撑框架可以包括一个或多个侧保护构件,所述一个或多个侧保护构件为模块化ESS结构的第一纵向侧和/或第二纵向侧提供保护和支撑,该第一纵向侧和该第二纵向侧在模块化ESS结构的纵向方向上延伸。该模块化ESS结构的第一纵向侧和/或第二纵向侧因此定向在车辆行驶方向上,并且这些侧保护构件在垂直于行驶方向的方向上提供保护。
设有侧保护构件的支撑框架可以例如在碰撞时为该模块化ESS结构的第一纵向侧和/或第二纵向侧提供保护和支撑。
该模块化ESS结构可以包括公共的车辆电接口,该公共的车辆电接口被配置成将所述两个或更多个电力能量储存模块连接到车辆的电动马达。这允许车辆与模块化ESS结构进行接口连接,而不是单独与电力能量储存模块中的每一个进行接口连接。
该模块化ESS结构可以包括第二安装接口,该第二安装接口包括一个或多个第二连接器元件。
该第二安装接口可以是包括所述一个或多个第二连接元件的中间支架。该第二安装接口可以包括两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个或五个或更多个第二连接元件。
该第一安装接口可以被布置成面向该第二安装接口,以使得它们被配置成安装到车辆结构的相应相反侧。这种安装布置可以为模块化ESS结构提供增强的结构完整性和坚固的紧固布置。
该模块化ESS结构可以是预组装的模块化ESS结构。
根据第二方面,本公开涉及一种用于向车辆的电动马达提供电力能量的方法,该方法包括:
-提供模块化电力能量储存系统结构,该模块化电力能量储存系统结构包括两个或更多个电力能量储存模块,所述两个或更多个电力能量储存模块在横向方向和/或纵向方向上并排布置并且在结构上和电力上彼此连接,该模块化ESS结构包括第一安装接口,该第一安装接口包括被配置成安装到车辆结构的第一连接构件;
-通过将模块化ESS结构的第一安装接口连接到车辆结构,将预组装的模块化ESS结构安装到车辆结构,以及;
-经由公共的车辆电接口将模块化ESS结构连接到车辆的电动马达,以用于向车辆的电动马达提供电力能量。
该模块化ESS结构可以是根据第一方面的模块化ESS结构。
根据第三方面,本公开涉及一种车辆,该车辆包括电动马达和根据第一方面的电力能量储存系统(ESS)。
该车辆可以是货物运输车辆、卡车、公共汽车、休闲车和建筑设备车辆。
附图说明
参照附图,下文是作为示例引述的本发明的实施例的更详细描述。
在附图中:
图1是根据本公开的安装到车辆结构的电力能量储存系统(ESS)的透视图;
图2是根据本公开的电力能量储存系统的透视图;以及
图3是图2所图示的电力能量储存系统的分解图。
具体实施方式
应理解,本发明不限于上文所述且附图所图示的实施例;实际上,本领域的技术人员应认识到可以在随附权利要求书的范围内进行许多改变和修改。
本公开提出了一种模块化电力能量储存系统(ESS),该模块化电力能量储存系统可以适于不同的能量容量需求和车架几何形状。所提出的模块化ESS是可缩放的,因为它包括可以根据需要组装成合适的模块化ESS结构的电力能量储存模块,该模块化ESS结构具有配合给定车架的物理尺寸,同时提供所需的电力和能量容量。
图1是车辆2的示意图,该车辆具有安装到车辆2的车辆结构6的模块化电力能量储存系统(ESS)结构1。模块化电力ESS结构1安装到车辆1以用于向车辆2中的电动马达提供动力。模块化ESS结构1包括多个电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f。模块的数目决定了电力能量储存容量,并且所需容量可以通过为预期的车辆选择合适数目的模块来获得。
模块化ESS结构1在纵向方向L、横向方向T和竖直方向Y上延伸,如在模块化ESS结构被安装到位于平坦的水平延伸的表面上的车辆时所见。纵向方向L与车辆2的行驶方向D一致。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f并排布置。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f各自包括相反的第一横向侧壁和第二横向侧壁,该第一横向侧壁和该第二横向侧壁中的至少一个被布置成面向相邻模块的横向侧壁,并提供模块化电力ESS结构1的结构完整性。在此图中,如在纵向方向L上所见,电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f被布置成两排,第一排包含电力能量储存模块3a、3b、3c,并且第二排包含电力能量储存模块3d、3e、3f。电力储存模块3a被布置成使得其内部纵向侧壁面向电力储存模块3d的内部纵向侧壁,电力储存模块3b被布置成使得其内部纵向侧壁面向电力储存模块3e的内部纵向侧壁,并且电力储存模块3c被布置成使得其内部纵向侧壁面向电力储存模块3f的内部纵向侧壁。因此,电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f中的每一个与其它电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f中的至少两个并排布置。
电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f由电池单体构建而成,多个电池单体堆叠而形成电池模块,并且多个电池模块接着堆叠而形成电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f还可以各自包含电池管理系统。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f可以串联或并联连接。电力能量储存模块之间的电力连接可以在电力能量储存模块的串联电力连接与电力能量储存模块的并联电力连接之间配置。这意味着ESS结构的输出电压可通过该连接的配置来选择,这是优点。例如,两个电力能量储存模块可以串联配置以使输出电压加倍,或者并联配置以维持个别模块的电压。
模块化ESS结构1包括第一安装接口4和第二安装接口19,该第一安装接口包括被配置成安装到车辆结构6的多个第一连接构件5,并且第二安装接口包括被配置成安装到车辆结构6的多个第二连接器元件20。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f各自在机械上连接到相邻的电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f。在此图1中,电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f经由支撑框架10在结构上彼此连接。然而,模块化ESS结构可以另外或替代性地在每个相邻的电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f之间在机械上彼此连接,诸如经由布置在每个相邻的电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f之间的中间支架和/或经由每个相邻的电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f之间的直接机械连接而连接。布置在每个相邻的电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f之间的中间支架可以固定到电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f的侧壁。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f的壁可以由结构支撑材料(诸如,硬塑料或金属)制成。这种结构支撑材料使得模块化结构坚固,对一些机械应力具有高耐受性。结构支撑侧壁可以提供碰撞保护,这保护了电力能量储存模块在碰撞期间免受机械应力。
图2是根据本公开的模块化ESS结构1的示意图,该模块化ESS结构包括电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f。模块化ESS结构包括在纵向方向L上延伸的第一纵向侧16和第二纵向侧17。模块化ESS结构还包括底侧12。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f通过支撑框架10而在结构上连接。支撑框架10包括为模块化ESS结构1的底侧12提供结构支撑的底板11。支撑框架10进一步包括为模块化ESS结构1的第一纵向侧16和第二纵向侧17提供保护和支撑的侧保护构件14、15。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f也通过相邻模块3a、3b、3c、3d、3e、3f之间的电力连接接口而在电力上彼此连接。模块化ESS结构1还包括公共的车辆电接口18,该公共的车辆电接口被配置成将电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f连接到车辆2的电动马达。这意味着模块化ESS结构1与车辆2的电动马达(未示出)之间存在公共电力接触。这简化了车辆的设计,并且在模块化ESS结构1的空间和安装方面是有利的。
为了便于连接到车辆结构6,预组装的模块化ESS结构1设有第一安装接口4和第二安装接口19,安装接口4、19设置在模块化ESS结构1的相反侧上,并且面向彼此。第一安装接口4和第二安装接口19包括被配置成安装到车辆结构的连接构件。
图3是图2的模块化ESS结构1的分解图。如此图所图示,模块化ESS结构1包括六个电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f经由框架10在结构上连接。支撑框架10包括底板11,该底板在模块化ESS结构1的整个底侧12下方延伸,并为底侧12提供结构支撑。在模块化ESS结构的底板11与底侧12之间,多个横向底部构件13在模块化ESS结构1的横向方向上延伸,而为模块化ESS结构1的底侧12提供两个或额外的结构支撑。支撑框架10进一步包括侧保护构件14、15,这些侧保护构件在垂直于车辆的行驶方向(示出在图1中)的方向上为模块化ESS结构1的第一纵向侧16和第二纵向侧17提供保护和支撑。
电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f还通过相邻模块3a、3b、3c、3d、3e、3f之间的电力连接接口7'、7”、7”'、7””在电力上彼此连接。电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f进一步包括冷却系统连接接口8'、8”、8”'、8””,这些冷却系统连接接口被配置成连接相邻的电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f以冷却电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f。
电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f还包括气压连接接口9'、9”、9”'、9””,这些气压连接接口被配置成连接相邻的电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f。
模块化ESS结构1还包括公共的车辆电接口18,该公共的车辆电接口被配置成将电力能量储存模块3a、3b、3c、3d、3e、3f连接到车辆2的电动马达,这意味着模块化ESS结构1与车辆的电动马达之间存在公共电力接触。这简化了车辆的设计,并且在模块化ESS结构1的空间和安装方面是有利的。

Claims (18)

1.一种用于为车辆(2)中的电动马达提供动力的模块化电力能量储存系统(ESS)结构(1),所述模块化ESS结构(1)包括两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f),所述模块化ESS结构(1)在纵向方向(L)、横向方向(T)和竖直方向(Y)上延伸,所述纵向方向(L)与所述车辆(2)的行驶方向(D)一致,其特征在于,所述两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)在所述横向方向(T)、所述纵向方向(L)和/或所述竖直方向(Y)上并排布置并且在结构上和电力上彼此连接,并且所述模块化ESS结构(1)包括第一安装接口(4),所述第一安装接口(4)包括被配置成安装到车辆结构(6)的一个或多个第一连接构件(5)。
2.根据权利要求1所述的模块化ESS结构(1),其中所述两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)中的每一个包括电力连接接口(7'、7”、7”'、7””),所述电力连接接口(7'、7”、7”'、7””)被配置成在电力上连接相邻的电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)。
3.根据权利要求1或2所述的模块化ESS结构(1),其中所述两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)中的每一个包括冷却系统连接接口(8'、8”、8”'、8””),所述冷却系统连接接口(8'、8”、8”'、8””)被配置成连接相邻的电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)以冷却所述两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)。
4.根据权利要求3所述的模块化ESS结构(1),其中所述模块化ESS结构(1)包括公共的车辆冷却系统接口。
5.根据前述权利要求中任一项所述的模块化ESS结构(1),其中所述两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)中的每一个包括气压连接接口(9'、9”、9”'、9””),所述气压连接接口(9'、9”、9”'、9””)被配置成连接相邻的电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)。
6.根据权利要求5所述的模块化ESS结构(1),其中所述模块化ESS结构(1)包括公共的车辆气压连接接口。
7.根据前述权利要求中任一项所述的模块化ESS结构(1),其中所述两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)中的每一个经由被布置在每个相邻的电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)之间的中间支架和/或经由每个相邻的电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)之间的直接机械连接而在结构上连接到相邻的电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的模块化ESS结构(1),其中所述两个或更多个电力能量储存模块经由支撑框架(10)在结构上彼此连接。
9.根据权利要求8所述的模块化ESS结构(1),其中所述支撑框架(10)包括底板(11),所述底板(11)为所述模块化ESS结构(1)的底侧(12)提供结构支撑。
10.根据权利要求8或9所述的模块化ESS结构(1),其中所述支撑框架(10)包括在所述模块化ESS结构(1)的所述横向方向(T)上延伸的一个或多个横向底部构件(13),所述一个或多个横向底部构件(13)为所述模块化ESS结构(1)的底侧(12)提供结构支撑。
11.根据权利要求8到10中任一项所述的模块化ESS结构(1),其中所述支撑框架(10)包括一个或多个侧保护构件(14、15),所述一个或多个侧保护构件(14、15)为所述模块化ESS结构(1)的第一纵向侧(16)和/或第二纵向侧(17)提供保护和支撑,所述第一纵向侧(16)和/或所述第二纵向侧(17)在所述模块化ESS结构(1)的所述纵向方向(L)上延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的模块化ESS结构(1),其中所述模块化ESS结构(1)包括公共的车辆电接口(18),所述公共的车辆电接口(18)被配置成将所述两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)连接到所述车辆(2)的所述电动马达。
13.根据前述权利要求中任一项所述的模块化ESS结构(1),其中所述模块化ESS结构包括第二安装接口(19),所述第二安装接口(19)包括一个或多个第二连接器元件(20)。
14.根据权利要求13所述的模块化ESS结构(1),其中所述第一安装接口(4)被布置成面向所述第二安装接口(19),以使得它们被配置成安装到所述车辆结构(6)的相应相反侧。
15.根据前述权利要求中任一项所述的模块化ESS结构(1),其中所述模块化ESS结构(1)是预组装的模块化ESS结构。
16.一种用于向车辆(2)的电动马达提供电力能量的方法,所述方法包括以下步骤:
-提供模块化电力能量储存系统(ESS)结构(1),所述模块化电力能量储存系统结构(1)包括两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f),所述两个或更多个电力能量储存模块(3a、3b、3c、3d、3e、3f)在横向方向(T)和/或纵向方向(L)上并排布置并且在结构上和电力上彼此连接,所述模块化ESS结构(1)包括第一安装接口(4),所述第一安装接口(4)包括被配置成安装到车辆结构(6)的第一连接构件(5);
-通过将所述模块化ESS结构(1)的所述第一安装接口(4)连接到车辆结构(6),将预组装的模块化ESS结构(1)安装到所述车辆结构(6);以及
-经由公共的车辆电接口(18)将所述模块化ESS结构(1)连接到所述车辆(2)的所述电动马达,以用于向所述车辆(2)的所述电动马达提供电力能量。
17.根据权利要求14所述的方法,其中所述电力ESS结构是根据权利要求1到15中任一项所述的电力ESS结构。
18.一种车辆(2),包括电动马达和根据权利要求1到15中任一项所述的电力能量储存系统(ESS)。
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