KR101841520B1 - 하이브리드 전기 자동차를 위한 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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다니엘 제이. 영스
커트 빌
에드워드 배스
에릭 디. 슈나이더
펠리스 이. 베일리
스티븐 티. 레이번
딘 엠. 포드
클리드 에이치. 존슨
스콧 케이. 베네트
브라이언 제이. 매스큐
레오나드 에프. 2세 백스터
브루스 이. 밀러
리차드 블렛시스
데렉 에이. 델림플
마르쿠스 내겔리
제리 웬들링
티모씨 에이. 게사웨이
러셀 비. 홉킨스
브라이언 씨. 모로우
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알리손 트랜스미션, 인크.
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Abstract

하이브리드 자동차에 전기 에너지를 공급하도록 적응된 적어도 하나의 에너지 저장 모듈을 포함한 에너지 저장 시스템. 상기 에너지 저장 모듈은 외함(enclosure), 상기 외함 내에 위치된 적어도 하나의 배터리 어레이, 및 상기 외함 내에 위치되고 상기 배터리 어레이에 전기적으로 연결된 에너지 저장 제어기 모듈을 포함한다. 상기 에너지 저장 제어기 모듈은 또한 저 전압 커넥터에 의해 상기 하이브리드 자동차의 하이브리드 제어 모듈에 연결된다. 고 전압 정션 박스는 상기 외함의 제 1 단부에 부착되며 복수의 고 전압 연결 단자들을 가진다. 상기 고 전압 연결 단자들 중 적어도 하나는 상기 에너지 저장 모듈 및 상기 하이브리드 자동차의 인버터 사이에 연결된 고 전압 컨덕터를 수용하도록 구성된다. 다수의 에너지 저장 모듈들이 접합에 사용될 때, 하나의 모듈은 마스터 모듈로서 기능하며 하나의 모듈은 슬레이브 모듈로서 기능한다.

Description

하이브리드 전기 자동차를 위한 에너지 저장 시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 여기에 참조로서 통합되는, 2010년 12월 7일에 출원된 미국 가 특허 출원 번호 제61/420,389호의 이득을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 보다 특히, 고 전압 에너지를 저장하기 위해 하이브리드 전기 자동차에 통합될 에너지 저장 모듈에 관한 것이다.
지난 수년에 걸쳐, 오일 공급 부족들뿐만 아니라 이산화탄소 레벨들의 증가로 인한 세계적인 기후 변화에 대한 우려가 증가하여 왔다. 그 결과, 몇몇 자동차 제조사들 및 소비자들은 낮은 방출들 및 보다 큰 연료 효율성을 가진 자동차들에 보다 큰 관심을 갖기 시작하고 있다. 하나의 실행가능한 옵션은 상기 자동차가 전기 모터, 내연 엔진, 또는 이 둘의 조합에 의해 구동되도록 허용하는 하이브리드 전기 자동차(hybrid electric vehicle; HEV)이다.
다양한 특징들이 전체 HEV 설계에 중요하지만, 상기 자동차에 의해 사용하기 위해 이용가능한 에너지를 저장하는 시스템이 핵심 구성요소이다. 에너지 저장 시스템은 상기 에너지가 나중에 하이브리드 시스템에 의해 사용하기 위해 이용가능해지도록 발전기에 의해 생성된 에너지를 저장하기 위해 상기 HEV 내에 제공된다. 예를 들면, 상기 저장된 에너지는 상기 자동차를 독립적으로 나아가게 하거나 또는 내연 엔진을 보조하도록 전기 모터를 구동하기 위해 사용될 수 있으며, 그에 의해 가솔린 소비를 감소시킬 수 있다.
그러나, 에너지 저장 시스템들은 몇 가지만 말하자면, 과열, 무게, 복잡성, 상기 차량으로의 통합의 용이함, 서비스의 용이함, 및 비용과 같은, 다양한 설계 문제들에 직면한다. 부가적으로, 알려진 에너지 저장 시스템들은 특정 HEV 설계 규격을 충족시키도록 설계된 단지 특정의 및 알려진 수의 배터리 팩들 또는 모듈들만을 이용한다. 예를 들면, 배터리 팩은 구체적으로 300V 차량을 위해 특정 양의 에너지를 제공하도록 설계될 수 있다. 그러나, 600V 시스템과 같이, 상이한 양의 에너지가 요구될 때, 상이한 배터리 팩은 상기 애플리케이션의 요구들을 충족시키도록 설계되어야 한다. 알려진 배터리 팩들 및 저장 시스템들은 이용될 수 없거나 또는 그렇지 않다면 상당한 양의 재-엔지니어링 및 재-작업 없이 상이한 세팅들로 구현될 수 없다.
몇몇 알려진 시스템들은 별도의 배터리 팩들이 별도의 및 별개의 제어 박스에 전기적으로 연결되도록 허용한다. 독립적인 배터리 팩들이 전체 시스템에 부가되거나 또는 그로부터 제거될 수 있지만, 별도의 제어 박스가 여전히 요구된다. 그러나, HEV 구성요소들에 대한 이용가능한 공간은 구하기 어렵기 때문에, 별도의 및 별개의 제어 박스의 포함은 회피되어야 한다. 부가적으로, 별도의 제어 박스가 실패한 경우에, 전체 에너지 저장 시스템은 기능할 수 없다.
따라서, 이 분야에서의 개선을 위한 요구가 존재한다.
여기에 설명된 에너지 저장 시스템은 상기 언급된 이슈들 중 여러 개뿐만 아니라 다른 것들을 처리한다. 예를 들면, 본 개시의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 복수의 에너지 저장 모듈들을 가진다. 상기 에너지 저장 모듈들은, 특히 고 전압 에너지를 저장하도록 적응된 복수의 2차 배터리 어레이들을 포함한다. 에너지 저장 제어기 모듈은 이에 제한되지 않지만, 몇 가지 예를 들자면, 배터리 어레이들, 저 전압 하네스(low voltage harness), 서미스터 하네스, 및/또는 차량 신호 커넥터 조립체와 같은, 에너지 저장 모듈 내에서의 다양한 구성요소들에 전기적으로 연결된다.
본 개시의 일 양상에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템 내에서의 에너지 저장 모듈들은 서로 통신하도록 적응된다. 일 실시예에서, 팩-투-팩(pack to pack) CAN 버스(bus)는 각각의 에너지 저장 모듈 사이에 제공된다. 다수의 에너지 저장 모듈들이 에너지 저장 시스템을 포함하기 위해 사용될 때, 하나의 에너지 저장 모듈은 마스터 에너지 저장 모듈로서 기능하는 반면 다른 것들은 슬레이브(slave) 에너지 저장 모듈들로서 기능한다. 마스터 에너지 저장 모듈 내에서의 상기 에너지 저장 제어기 모듈은 슬레이브 에너지 저장 모듈들로부터 정보를 수신하며 단일 에너지 저장 시스템으로서 송신/하이브리드 제어 모듈 및 상기 하이브리드 시스템의 나머지와 통신하도록 적응된다.
본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템은 전기 에너지를 하이브리드 자동차에 공급하도록 적응된 적어도 하나의 에너지 저장 모듈을 포함한다. 상기 에너지 저장 모듈은 1차 외함(enclosure), 상기 1차 외함 내에 위치된 적어도 하나의 배터리 어레이, 및 상기 1차 외함 내에 위치되며 상기 배터리 어레이에 전기적으로 연결된 에너지 저장 제어기 모듈을 포함한다. 상기 에너지 저장 제어기 모듈은 또한 저 전압 커넥터에 의해 상기 하이브리드 자동차의 하이브리드 제어 모듈에 연결된다. 고 전압 정션(junction) 박스가 상기 1차 외함의 제 1 단부에 부착되며 복수의 고 전압 연결 단자들을 가진다. 상기 고 전압 정션 박스는 상기 1차 외함 및 고 전압 정션 박스가 밀봉된 공동(cavity)을 형성하도록 상기 1차 외함의 제 2 개구에 대응하는 제 1 개구를 가진다. 상기 고 전압 연결 단자들 중 적어도 하나는 에너지 저장 모듈 및 하이브리드 자동차의 인버터 사이에 연결된 고 전압 컨덕터를 수용하도록 구성된다. 서비스 연결해제부가 상기 고 전압 연결 단자들 및 상기 적어도 하나의 배터리 어레이 사이에서의 전류 경로에 연결된다.
본 개시의 다른 양상들에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템은 상기 배터리 어레이들 및 상기 1차 외함의 내부 표면 사이에 배치된 열 패드를 포함한다. 열 싱크가 상기 1차 외함의 외부 표면상에 배치된다. 상기 열 싱크는 상기 1차 외함의 길이방향 축에 대하여 대칭 패턴에서의 바깥쪽으로 각지게 배치될 수 있는 복수의 핀들(fins)을 포함한다. 상기 1차 외함의 제 1 단부의 외부 표면에 장착된 팬은 상기 핀들을 가로지르는 공기가 상기 1차 외함의 제 2 단부를 향하게 하도록 동작가능하다. 상기 핀들의 높이 또는 길이는 배터리 어레이에서의 배터리 셀들에 걸쳐 균일 냉각을 제공하도록 팬 위치에 관하여 변경될 수 있다. 덮개 판은 상기 열 싱크의 외부에 장착되며 기류 공동을 형성하고, 상기 덮개 판은 또한 상기 팬으로부터 상기 열 싱크를 가로질러 공기를 향하게 한다.
본 개시의 다른 양상들에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템은 플러그-인 버싱 전기 센터를 포함하며, 여기에서 상기 배터리 어레이 및 상기 버싱 전기 센터 사이에서의 고 전압 연결들의 적어도 일부는 블레이드 단자들을 사용하여 달성된다. 상기 1차 외함은 상기 1차 외함 내에 배치되고 상기 1차 외함 내에서의 내부 압력을 제한하도록 동작가능한 감압 패널을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 양상들에 따르면, 상기 배터리 어레이는 두 개의 병렬 측 레일들 및 상기 측 레일들에 수직인 두 개의 병렬 판들을 포함한다. 상기 배터리 어레이는 또한 상기 배터리 셀들 사이에 배터리 리테이너들(battery retainers)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 리테이너들은 제 1 배터리 셀의 배출이 인접한 제 1 배터리 셀로 하여금 배출하게 하는 것을 방지하는 레벨로 인접한 배터리 셀들 사이에서의 열 전달을 제한하기에 충분한 두께의 절연 재료로부터 형성된다. 상기 배터리 어레이는 또한 그 안에 배치된 복수의 버스 바들을 가진 전압 감지 보드를 포함한다. 상기 버스 바들은 제 1 배터리 셀의 양의 단자를 제 2 배터리 셀의 음의 단자에 연결한다. 상기 전압 전송 보드는 초기 조립 동안 노출된 전압을 50 볼트들로 제한하기 위해 상기 전압 감지 보드의 지정된 위치들에서의 누락된 최종 버스 바들을 갖는다. 상기 최종 버스 바들은 설치된 최종 버스 바들을 커버하기 위해 중첩 부분들을 갖는 안전 커버들과 함께 맨 뒤에 설치된다.
본 개시의 다른 양상들에 따르면, 상기 제어기 모듈은 선택적으로 메모리 구성요소를 포함한다. 상기 메모리 구성요소는 몇 가지 예를 들자면, 달성된 전력 레벨들 및 듀티 사이클들과 같이, 에너지 저장 모듈 사용 및 상태 히스토리를 기록하도록 적응된다.
본 발명의 추가적인 형태들, 목적들, 특징들, 양상들, 이득들, 이점들, 및 실시예들은 상세한 설명 및 그것과 함께 제공된 도면들로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따르면, 오염 물질들이 외함 내에 위치된 구성요소들에 불필요하게 도달하는 것을 방지한다. 또한, 플러그-인 BEC은 그것이 조립 또는 서비스 동안 덜 수동적인 연결을 요구하며, 또한 상기 기술자에 대한 안전 위험을 감소시킨다는 점에 있어서 추가 이점을 제공한다.
도 1은 하이브리드 시스템의 일 예의 개략도를 예시한다.
도 2는 도 1의 하이브리드 시스템에서의 전기 통신 시스템의 일반적인 다이어그램을 예시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈의 전면 투시도이다.
도 4는 도 3에 묘사된 에너지 저장 모듈의 후면 투시도이다.
도 5는 도 3에 묘사된 에너지 저장 모듈의 하부 투시도이다.
도 6은 도 3에 묘사된 에너지 저장 모듈의 단면도이다.
도 7a는 본 개시의 일 실시예에 따라 부착된 액세스 커버를 가진 에너지 저장 모듈의 단면도이다.
도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따라 제자리에 안전 커버 및 제거된 액세스 커버를 가진 에너지 저장 모듈의 단면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈 적층 배열의 단면도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따라 제거된 상부 커버를 가진 에너지 저장 모듈의 상면도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따라 제거된 상부 커버를 가진 도 9의 에너지 저장 모듈의 추가 투시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 제거된 상부 커버를 가진 도 10에 묘사된 에너지 저장 모듈의 추가 투시도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 플리넘 단부 캡의 투시도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따라 라인(A-A)을 따라 취해진 도 12의 단부 캡의 횡단면도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 냉각 기류를 묘사한 에너지 저장 모듈의 하부 투시도이다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 팬 조립체의 분해도이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 버싱 전기 센터 조립체의 투시도이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 어레이 조립체의 분해도이다.
도 18은 배터리 셀의 투시도이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 어레이 및 플리넘 조립체의 단면, 횡단면도이다.
도 20은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 어레이 및 플리넘 조립체의 추가 단면, 횡단면도이다.
도 21은 본 개시의 일 실시예에 따른 에너지 저장 제어기 모듈의 투시도이다.
도 22는 본 개시의 일 양상에 따른 에너지 저장 모듈 적층 배열의 투시도이다.
도 23은 본 개시의 일 양상에 따른 에너지 저장 모듈 자동차 장착 배열의 투시도이다.
도 24는 본 개시의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈의 전면 투시도이다.
도 25는 도 24에 묘사된 에너지 저장 모듈의 후면 투시도이다.
도 26은 본 개시의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈 적층 배열의 후면 투시도이다.
도 27은 도 24에 묘사된 에너지 저장 모듈의 하부 후면 투시도이다.
도 28은 본 개시의 일 실시예에 따른 열 싱크 핀 배열의 하부 전면 투시도이다.
도 29는 본 개시의 일 실시예에 따른 열 패드를 갖는 에너지 저장 모듈의 상부 후면 투시도이다.
도 30은 도 24의 에너지 저장 모듈의 고 전압 정션 박스의 전면 투시도이다.
도 31은 제거된 액세스 커버를 가진 도 31의 고 전압 정션 박스의 전면 투시도이다.
도 32는 제거된 내부 안전 커버를 가진 도 31의 고 전압 정션 박스의 전면 투시도이다.
도 33a는 도 24의 에너지 저장 모듈의 플러그-인 버싱 전기 센터의 전면 투시도이다.
도 33b는 도 24의 에너지 저장 모듈의 플러그-인 버싱 전기 센터의 후면 투시도이다.
도 34는 도 24의 에너지 저장 모듈의 분해 전면 투시도이다.
도 35는 제거된 상부 커버 및 팬 조립체를 가진 도 24의 에너지 저장 모듈의 후면 투시도이다.
도 36은 도 24의 에너지 저장 모듈의 분히 후면 투시도이다.
도 37은 일 실시예에 따른 도 24의 에너지 저장 모듈의 감압 패널의 투시도이다.
도 38은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 어레이의 분해 투시도이다.
도 39는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 어레이의 분해 투시도이다.
도 40은 배터리 어레이에 장착된 개개의 배터리 셀을 보여주는 도 39의 배터리 어레이의 전면도이다.
도 41은 본 개시의 일 실시예에 따른 전압 감지 보드 조립체의 상면도이다.
도 42는 자동차 프레임에 장착된 도 24의 에너지 저장 모듈의 전면도이다.
도 43은 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈을 지원하기 위한 절연체 어댑터의 투시도이다.
도 44는 본 개시의 일 실시예에 따른 서미스터 장착 배열의 전면도이다.
도 45는 도 44의 서미스터 장착 배열의 투시도이다.
도 46a는 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서 사용하기 위한 단일 에너지 저장 모듈을 보여주는 다이어그램이다.
도 46b는 일 실시예에 따라 병렬로 연결된 두 개의 에너지 저장 모듈들을 보여주는 다이어그램이다.
도 46c는 일 실시예에 따라 직렬로 연결된 두 개의 에너지 저장 모듈들을 보여주는 다이어그램이다.
도 46d는 일 실시예에 따라 직렬/병렬 배열로 연결된 두 쌍들의 에너지 저장 모듈들을 보여주는 다이어그램이다.
본 발명의 원리들에 대한 이해를 촉진시키기 위해, 이제 도면들에 예시된 실시예들에 대한 참조가 이루어질 것이며, 특정 언어가 동일한 것을 설명하기 위해 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 범위의 제한이 그렇게 함으로써 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 여기에 사용된 바와 같이 설명된 실시예들에서 임의의 개조들 및 추가 변경들 및 본 발명의 원리들의 임의의 추가적인 응용들은 보통 본 발명과 관련되는 이 기술분야의 숙련자들에게 발생할 것으로 고려된다. 본 발명에 관련되지 않은 몇몇 특징들이 명료함을 위해 도시되지 않을 수 있다는 것이 관련 기술에서의 숙련자들에게 명백할지라도, 본 발명의 일 실시예는 보다 상세하게 도시된다.
다음의 설명에서의 참조 부호들은 다양한 구성요소들이 먼저 도시되는 도면들을 판독자가 신속하게 식별하도록 돕기 위해 조직되었다. 특히, 요소가 먼저 나타나는 도면은 통상적으로 대응하는 참조 부호에서의 제일 왼쪽 숫자(들)에 의해 표시된다. 예를 들면, "100" 시리즈 참조 부호에 의해 식별된 요소는 먼저 도 1에 나타날 것이며, "200" 시리즈 참조 부호에 의해 식별된 요소는 도 2에 먼저 나타날 것이다. 여기에서 명세서, 요약, 및 청구항 섹션들을 참조할 때, 단일 형태들("a", "an", "the" 등)은 달리 명확하게 논의되지 않는다면 복수의 지시 대상들을 포함한다는 것이 주의되어야 한다. 예시로서, "디바이스" 또는" 상기 디바이스"에 대한 참조들은 이러한 디바이스들 및 그 등가물들 중 하나 이상을 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 하이브리드 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 도 1에 예시된 하이브리드 시스템(100)은 다른 유형들의 차량들 또는 운송 시스템들뿐만 아니라 상용-등급 트럭들에서의 사용을 위해 적응되지만, 상기 하이브리드 시스템(100)의 다양한 양상들이 다른 환경들에 통합될 수 있다는 것이 예상된다. 도시된 바와 같이, 상기 하이브리드 시스템(100)은 엔진(102), 하이브리드 모듈(104), 자동 변속기(106), 및 상기 변속기(106)로부터 휠들(110)로 전력을 전달하기 위한 구동 트레인(108)을 포함한다. 상기 하이브리드 모듈(104)은 보통 이머신(eMachine)(112)이라 불리우는 전기적 기계, 및 상기 이머신(112)으로부터의 엔진(102) 및 상기 변속기(106)를 동작적으로 연결 및 연결해제하는 클러치(114)를 포함한다.
상기 하이브리드 모듈(104)은 자립형 유닛으로서 동작하도록 설계되며, 즉 그것은 일반적으로 상기 엔진(102) 및 변속기(106)에 상관없이 동작할 수 있다. 특히, 그것의 유압, 냉각 및 윤활은 상기 엔진(102) 및 상기 변속기(106)에 직접 의존하지 않는다. 상기 하이브리드 모듈(104)은 유압, 윤활, 및 냉각 목적들을 위해 오일, 윤활유들, 또는 다른 유체들과 같은 유체들을 저장하고 하이브리드 모듈(104)에 공급하는 섬프(sump;116)를 포함한다. 용어들(오일 또는 윤활유)은 여기에서 상호 교환가능하게 사용되지만, 이들 용어들은 천연 또는 합성 오일들과 같은 다양한 유형들의 윤활유들, 뿐만 아니라 상이한 특성들을 가진 윤활유들을 포함하기 위해 보다 광범위한 의미로 사용된다. 상기 유체를 순환시키기 위해, 상기 하이브리드 모듈(104)은 기계적 펌프(118) 및 전기적(또는 전기) 펌프(120)를 포함한다. 상기 기계적 펌프(118) 및 전기적 펌프(120) 모두의 이러한 조합을 갖고, 상기 펌프들에 대한 전체 크기, 및 게다가 전체 비용이 감소된다. 상기 전기적 펌프(120)는 필요할 때 추가의 펌핑 용량을 제공하기 위해 기계적 펌프(118)를 보충할 수 있다. 또한, 전기적 펌프(120)를 통한 흐름은 하이브리드 모듈(104)에 대한 낮은 유체 상태들을 검출하기 위해 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 일 예에서, 상기 전기적 펌프(120)는 캐나다, 온타리오주, 오로라의 마그나 인터내셔널 인크(Magna International Inc)(부품 번호 29550817)에 의해 제조되지만, 다른 유형들의 펌프들이 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
상기 하이브리드 시스템(100)은 나중에 추가로 상세히 설명될 하이브리드 시스템(100)의 다양한 다른 구성요소들로의 물-에틸렌-글리콜(WEG)뿐만 아니라 하이브리드 모듈(104)에 공급된 유체를 냉각시키기 위해 사용되는 냉각 시스템(122)을 더 포함한다. 하나의 변형에 있어서, 상기 WEG는 또한 이머신(112)을 냉각시키기 위해 상기 이머신(112)의 외부 자켓을 통해 순환될 수 있다. 상기 하이브리드 시스템(100)은 WEG 냉각수에 대하여 설명될 것이지만, 물, 알코올 액들 등과 같이, 다른 유형들의 부동액들 및 냉각용 유체들이 사용될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 도 1을 보면, 상기 냉각 시스템(122)은 하이브리드 모듈(104)에 대한 유체를 냉각시키는 유체 라디에이터(124)를 포함한다. 상기 냉각 시스템(122)은 하이브리드 시스템(100)에서의 다양한 다른 구성요소들에 대한 부동액을 냉각시키도록 구성되는 주 라디에이터(126)를 더 포함한다. 보통, 주 라디에이터(126)는 대부분의 차량들에서 엔진 라디에이터이지만, 상기 주 라디에이터(126)는 엔진 라디에이터가 될 필요는 없다. 냉각 팬(128)은 유체 라디에이터(124) 및 주 라디에이터(126) 양쪽 모두를 통해 공기가 흐르게 한다. 순환 또는 냉각수 펌프(130)는 주 라디에이터(126)로 부동액을 순환시킨다. 예시된 것들 외에 다른 다양한 구성요소들이 냉각 시스템(122)을 사용하여 냉각될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 예를 들면, 상기 변속기(106) 및/또는 상기 엔진(102)은 냉각 시스템(122)을 통해 또한 냉각될 수 있다.
상기 하이브리드 모듈(104)에서의 이머신(112)은, 동작 모드에 의존하여, 때때로 발전기로서 동작하며 다른 때에는 모터로서 동작한다. 모터로서 동작할 때, 상기 이머신(112)은 교류(AC)를 인출(draw)한다. 발전기로서 동작할 때, 상기 이머신(112)은 AC를 생성한다. 인버터(132)는 상기 이머신(112)으로부터 AC를 변환하고 그것을 에너지 저장 시스템(134)에 공급한다. 일 예에서, 상기 이머신(112)은 인디아나주, 펜들턴의 레미 인터내셔널, 인크(Remy International, Inc)에 의해 제조된 HVH410 시리즈 전기 모터이지만, 다른 유형들의 이머신들이 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 예시된 예에서, 상기 에너지 저장 시스템(134)은 에너지를 저장하며 그것을 직류(DC)로서 재공급한다. 상기 하이브리드 모듈(104)에서의 이머신(112)이 모터로서 동작할 때, 인버터(132)는 DC 전력을 AC로 변환하며, 이것은 차례로 이머신(112)에 공급된다. 예시된 예에서 상기 에너지 저장 시스템(134)은 고 전압 전력을 인버터(132)에 공급하기 위해 함께 데이지-체인되는 3개의 에너지 저장 모듈들(136)을 포함한다. 상기 에너지 저장 모듈들(136)은 본질적으로 상기 이머신(112)에 의해 생성된 에너지를 저장하고 상기 에너지를 다시 이머신(112)에 빨리 공급하기 위한 전기화학 배터리들이다. 상기 에너지 저장 모듈들(136), 상기 인버터(132), 및 상기 이머신(112)은 도 1에 예시된 라인에 의해 묘사된 바와 같이 고 전압 배선을 통해 함께 동작적으로 결합된다. 상기 예시된 예는 3개의 에너지 저장 모듈들(136)을 포함한 에너지 저장 시스템(134)을 도시하지만, 상기 에너지 저장 시스템(134)은 도시된 것보다 많거나 또는 적은 에너지 저장 모듈들(136)을 포함할 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 게다가, 상기 에너지 저장 시스템(134)은, 몇 가지 예를 들자면, 화학적 수단들, 공압 축압기들, 유압식 축압기들, 스프링들, 열 저장 시스템들, 플라이휠들, 중력 디바이스들, 및 커패시터들을 통해서와 같이, 위치 에너지를 저장하기 위한 임의의 시스템을 포함할 수 있다.
고 전압 배선은 에너지 저장 시스템(134)을 고 전압 탭(138)에 연결한다. 상기 고 전압 탭(138)은 고 전압을 상기 차량에 부착된 다양한 구성요소들에 공급한다. 하나 이상의 DC-DC 컨버터 모듈들(142)을 포함하는, DC-DC 컨버터 시스템(140)은 에너지 저장 시스템(134)에 의해 공급된 고 전압 전력을 보다 낮은 전압으로 변환하며, 이것은 차례로 보다 낮은 전압들을 요구하는 다양한 시스템들 및 액세서리들(144)에 공급된다. 도 1에 예시된 바와 같이, 저 전압 배선은 상기 DC-DC 컨버터 모듈들(142)을 저 전압 시스템들 및 액세서리들(144)에 연결한다.
상기 하이브리드 시스템(100)은 다양한 구성요소들의 동작들을 제어하기 위한 다수의 제어 시스템들을 통합한다. 예를 들면, 상기 엔진(102)은 연료 주입 등과 같은 상기 엔진(102)의 다양한 동작 특성들을 제어하는 엔진 제어 모듈(146)을 가진다. 변속기/하이브리드 제어 모듈(TCM/HCM)(148)은 종래의 변속기 제어 모듈을 대신하며 하이브리드 모듈(104)뿐만 아니라 상기 변속기(106)의 동작 모두를 제어하도록 설계된다. 인버터(132), 에너지 저장 시스템(134), 및 DC-DC 컨버터 시스템(140)과 함께 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148) 및 상기 엔진 제어 모듈(146)은 도 1에 묘사된 바와 같이 통신 링크를 따라 통신한다.
상기 하이브리드 시스템(100)의 동작을 제어 및 모니터링하기 위해, 상기 하이브리드 시스템(100)은 인터페이스(150)를 포함한다. 상기 인터페이스(150)는 상기 자동차가 주행, 중립, 후진 등에 있는지 여부를 선택하기 위한 시프트 선택기(152), 및 몇 가지만 말하자면, 체크 변속기, 브레이크 압력, 및 기압 표시기들과 같은, 하이브리드 시스템(100)의 동작 상태의 다양한 표시기들(156)을 포함하는 계기판(154)을 포함한다.
이전에 주지된 바와 같이, 상기 하이브리드 시스템(100)은 전체 설계에 최소 영향을 가진 기존의 차량 설계들에 쉽게 새로 장착되도록 구성된다. 상기 하이브리드 시스템(100)의, 이에 제한되지 않지만, 기계적, 전기적, 냉각, 제어들, 및 유압 시스템들을 포함한 시스템들의 모두는 상기 차량의 나머지 구성요소들이 상당한 변경들을 요구하지 않도록 일반적으로 독립적 유닛이도록 구성되어 왔다. 변경될 필요가 있는 구성요소들이 많을수록, 차량 설계 노력 및 테스트가 더 많이 요구되며, 이것은 결과적으로 보다 덜 효율적인, 기존의 차량 설계들에 비해 보다 새로운 하이브리드 설계들을 채택하는 차량 제조자들의 기회를 감소시킨다. 다시 말해서, 하이브리드 재조절을 위한 기존의 차량 설계의 레이아웃에 대한 상당한 변경들은 그 후 상기 차량의 적절한 동작 및 안전을 보장하기 위해 차량 및 제품 라인 변경들 및 값비싼 테스팅을 요구하며, 이러한 비용은 하이브리드 시스템들의 채택을 줄이거나 또는 속도를 늦추는 경향이 있다. 인지될 바와 같이, 상기 하이브리드 시스템(100)은 기존의 차량 설계들의 기계적 시스템들에 최소로 영향을 주는 기계적 아키텍처를 통합할 뿐만 아니라, 상기 하이브리드 시스템(100)은 또한 기존의 차량 설계들의 제어 및 전기적 시스템들에 최소로 영향을 주는 제어/전기적 아키텍처를 통합한다.
도 2는 하이브리드 시스템(100)에 사용될 수 있는 통신 시스템(200)의 일 예의 다이어그램을 도시한다. 일 예가 도시되지만, 다른 실시예들에서 상기 통신 시스템(200)은 도시된 것과 상이하게 구성될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 상기 통신 시스템(200)은 상기 차량의 제어 및 전기적 시스템들에 최소로 영향을 주도록 구성된다. 기존이 차량 설계들로의 재장착을 용이하게 하기 위해, 상기 통신 시스템(200)은 상기 하이브리드 시스템(100)의 다양한 구성요소들의 대부분이 통신하는 하이브리드 데이터 링크(202)를 포함한다. 특히, 상기 하이브리드 데이터 링크(202)는 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148) 및 시프트 선택기(152), 인버터(132), 상기 에너지 저장 시스템(134), 상기 저 전압 시스템들/액세서리들(144), 및 상기 DC-DC 컨버터 모듈들(142) 사이에서의 통신을 용이하게 한다. 상기 에너지 저장 시스템(134) 내에서, 에너지 저장 모듈 데이터 링크(204)는 다양한 에너지 저장 모듈들(136) 사이에서의 통신을 용이하게 한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 다양한 에너지 저장 시스템 모듈들(136)은 하이브리드 데이터 링크(202)를 통해 서로 통신할 수 있다는 것이 고려된다. 차량의 나머지에 사용된 데이터 링크들로부터 분리되는 상기 하이브리드 데이터 링크(202) 및 에너지 저장 모듈 데이터 링크(204)를 갖고, 상기 하이브리드 시스템(100)의 제어/전기적 구성요소는 최소 영량을 갖고 상기 차량에 쉽게 묶일 수 있다. 예시된 예에서, 상기 하이브리드 데이터 링크(202) 및 에너지 저장 모듈 데이터 링크(204) 각각은 500 킬로비트/초(kbps) 송신 레이트를 갖지만, 데이터는 다른 예들에서 다른 레이트들로 전달될 수 있다는 것이 예상된다. 상기 차량의 다른 구성요소들은 차량 데이터 링크(206)를 통해 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)과 통신한다. 특히, 상기 시프트 선택기(152), 엔진 제어 모듈(146), 계기판(154), 안티락 브레이킹 시스템(208), 몸체 제어기(210), 저 전압 시스템들/액세서리들(144), 및 서비스 툴들(212)은 차량 데이터 링크(206)에 연결된다. 예를 들면, 상기 차량 데이터 링크(206)는 몇 가지 예를 들자면, 250 k J1939-형 데이터 링크, 500 k J1939-형 데이터 링크, 제너럴 모터스 LAN, 또는 PT-CAN 형 데이터 링크일 수 있다. 이들 유형들의 데이터 링크들의 모두는 몇 가지 예를 들자면, 금속 배선, 광 섬유들, 무선 주파수, 및/또는 그것들의 조합과 같은 임의의 수의 형태들을 취할 수 있다.
일반적인 기능면에서, 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)은 에너지 저장 시스템(134) 및 그것 내에서의 다양한 에너지 저장 모듈들(136)로부터 전력 한계들, 여력 전류, 전압, 온도, 전하의 상태, 상태, 및 팬 속도 정보를 수신한다. 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)은 결국 인버터(132)로 및 그로부터 전압을 공급하기 위해 다양한 에너지 저장 모듈들(136)을 연결하기 위한 명령어들을 전송한다. 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)은 또한 보조 전기 펌프(120)에 명령어들을 발행할 뿐만 아니라 상기 전기 펌프(120)의 동작에 관한 정보를 수신한다. 상기 인버터(132)로부터, 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)은 이용가능한 모터/발전기 토크, 토크 한계들, 상기 인버터의 전압 전류 및 실제 토크 속도와 같은 다수의 입력들을 수신한다. 상기 정보에 기초하여, 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)은 냉각 시스템의 펌프(130) 및 토크 속도를 제어한다. 상기 인버터(132)로부터, 그것은 또한 고 전압 버스 전력 및 소비 정보를 수신한다. 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)은 또한 DC-DC 컨버터 시스템(140)의 개개의 DC-DC 컨버터 모듈들(142)의 동작 상태와 함께 출력 전압 및 전류뿐만 아니라 입력 전압 및 전력을 모니터링한다. 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)은 또한 상기 엔진 제어 모듈(146)과 통신하며 그로부터의 정보를 수신하고, 이에 대응하여 상기 엔진 제어 모듈(146)을 통해 상기 엔진(102)의 토크 및 속도를 제어한다.
도 3으로 돌아가면, 에너지 저장 모듈(136)의 특정 실시예들이 이제 논의될 것이다. 묘사된 바와 같이, 에너지 저장 모듈(136)은 하부 하우징(302) 및 상부 커버(304)를 가진 1차 외함(301)을 포함한다. 상기 하부 하우징(302) 및 상부 커버(304)는 큰 진동들 및 높은 충격 부하들을 견디도록 구성되며 배열된다. 무게를 또한 유념하면서 특정 환경들(즉, 대형 트럭킹)에서의 동작을 위한 강력한 힘을 제공하기 위해, 하부 하우징(302) 및 상부 커버(304)는, 강철과 같은 다른 재료들이 또한 사용될 수 있지만, 이 실시예에서는 알루미늄으로 구성된다. 일 실시예에 따르면, 상기 에너지 저장 모듈(136)은 100G 충격 부하들 및 25G 진동 부하들을 견디도록 구성된다.
복수의 장착 피트(306)는 HEV 몸체 또는 프레임으로의 에너지 저장 모듈(136)의 장착을 보조하기 위해 하부 하우징(302)의 바닥에 위치된다. 부가적으로, 복수의 인입부들(indentations)(316)이 또한 다수의 에너지 저장 모듈들의 선택적인 적층을 보조하기 위해 하부 하우징(302)의 주변부 주위에 제공된다.
고 전압 정션 박스(308)가 상기 에너지 저장 모듈(136)이 일 단부(307)에 위치된다. 이하에 보다 상세히 설명될 바와 같이, 일련의 고 전압 케이블들(310)은 에너지 저장 모듈(136)로 및 그로부터 고 전압 전력을 전달하기 위해 고 전압 정션 박스(308)에 연결된다. 상기 고 전압 정션 박스(308)는 상기 1차 외함(301)에 내장되거나 또는 별개의 유닛으로서 형성될 수 있다.
상기 에너지 저장 모듈(136)의 상기 단부(307) 상에 서비스 연결해제부(312) 및 저-전압 차량 신호 커넥터(314)가 또한 제공된다. 상기 서비스 연결해제부(312)는 1차 외함(301) 내에서의 고 전압 에너지 소스들 및 고 전압 정션 박스(308) 내에서의 전자 장치들 사이에서의 전류 경로를 차단하기 위해 제공된다. 상기 서비스 연결해제부(312)는 에너지 저장 모듈(136)의 서비스 동작들 동안 사용자 안전을 보장한다. 상기 차량 신호 커넥터(314)는 상기 에너지 저장 모듈(136)이 이에 제한되지 않지만, 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)과 같은, 상기 하이브리드 시스템의 다른 구성요소들과의 전기적 및 통신적 연결이 되도록 허용한다. 일 실시예에서, 상기 차량 신호 커넥터(314)는 금 단자들을 포함하는 47 웨이 커넥터이다. 본 개시의 일 양상에 따르면, 차량 신호 커넥터(314)는 또한 대형 애플리케이션들을 위해 설계 및 검증된다. 도 3에 예시된 실시예는 단일의 차량 신호 커넥터(314)를 포함하지만, 다른 실시예들은 둘 이상의 신호 커넥터들을 포함할 수 있다.
도 4는 에너지 저장 모듈(136)의 다른 단부(315)의 투시도를 묘사한다. 도시된 바와 같이, 플리넘 입구 커버(402) 및 플리넘 출구 커버(404)가 에너지 저장 모듈(136)의 동일 단부(315)에 제공된다. 상기 커버들(402, 404)은 공기가 들어오고 나가는 에너지 저장 모듈(136)을 안내하도록 구성 및 배열된다. 몇몇 실시예들에서, 커버들(402, 404)은 연결되며 단일 설계를 가질 수 있다. 배기 통기부(406)가, 이하에 보다 상세히 논의될 바와 같이, 배터리 셀의 고장의 경우에, 잠재적으로 해로운 가스들 및 매연들의 안전한 배출을 허용하기 위해 제공된다. 복수의 리세스들(408)이 다수의 에너지 저장 모듈들의 선택적 적층 및 짝짓기(mating)를 보조하기 위해 상부 커버(304) 상에 제공된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 에너지 저장 모듈(136)은 보다 크고 보다 작은 치수들이 특정 HEV 설계에 의존하여 보장될 수 있으며 본 개시의 범위 내에 있지만, 1100mm×470mm×235mm의 물리적 치수를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 상기 에너지 저장 모듈은, 보다 가볍고 보다 무거운 무게들이 본 개시의 범위 내에 있지만, 50 및 100 킬로그램들 사이에서의 무게를 가진다.
도 5는 에너지 저장 모듈(136)의 하부 하우징(302)의 밑면의 투시도를 제공한다. 묘사된 바와 같이, 하부 하우징(302)은 그것의 바닥 표면상에 복수의 돌출부들(502)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 리세스들(408)은 부가적인 에너지 저장 모듈이 상부 커버(304)의 최상부에 적층될 때 안정된 배열을 제공하기 위해 상기 돌출부들(502)의 구성에 대응한다.
도 6은 고 전압 정션 박스(308)를 포함한 에너지 저장 모듈(136)의 단부(307)의 보다 상세한 뷰이다. 예시된 실시예에서, 모든 전기적 연결들은 에너지 저장 모듈(136)의 동일 단부(307) 상에서 이용가능해진다. 고 전압 정션 박스(308)는 두 개의 보조 직류(DC) 연결들(602) 및 대응하는 보조 퓨즈들(604)을 포함한다. 이들 구성요소들은 하이브리드 시스템 및/또는 차량 액세서리들에 의해 사용될 고 전압 DC 전력의 부가적인 소스들을 제공한다. 일 실시예에서, 하나의 DC 연결(602)은 에너지 저장 모듈(136)이 DC-DC 컨버터 시스템(140)에 연결되도록 허용한다. 고 전압 정션 박스(308)는 또한 트리거될 때 상기 차량의 나머지로부터 고 전압 구성요소들을 안전하게 분리시키는 고 전압 인터락(high voltage interlock; HVIL)(606)을 포함한다.
상기 주지된 바와 같이, 일련의 고 전압 케이블들(310)은 고 전압 커넥터들(616)을 통해 고 전압 정션 박스(308)에 일련의 주변 구성요소들을 연결한다. 보다 구체적으로는, 양의 인버터 케이블(608)은 인버터(132)로의 양의 연결을 제공하는 반면, 음의 인버터 케이블(610)은 인버터(132)로의 음의 연결을 제공한다. 양의 짝짓기 케이블(612)은 부가적인, 적층된 에너지 저장 모듈 또는 다른 고 전압 디바이스에 양의 연결을 제공하며 음의 짝짓기 케이블(614)은 부가적인, 적층된 에너지 저장 모듈 또는 다른 고 전압 디바이스에 음의 연결을 제공한다. 양의 케이블들(608, 612)은 양의 단자(618)에 전기적으로 연결되며 음의 케이블들(610, 614)은 음의 단자(620)에 전기적으로 연결된다.
일 실시예에서, 케이블들(310)의 단부들 및 커넥터들(616)은 커넥터 에러를 방지하기 위해 키잉(key)된다. 하나의 배열에 있어서, 각각의 케이블은 개개의 키를 제공받는다. 또 다른 실시예에서, 상기 양의 케이블들(608, 612)은 동일하게 키잉되지만, 음의 케이블들(610, 614)은 동일하지만 양의 케이블들(608, 612)과 상이하게 키잉된다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른 고 전압 정션 박스(308) 안전 액세스 특징들을 묘사한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 고 전압 정션 박스(308)는 액세스 커버(702)에 의해 보호된 밀봉된 유닛이다. 상기 정션 박스(308) 내부로의 액세스를 얻기 위해, 파스너들(fastener;704)이 제거되어야 하며 상기 액세스 커버(702)가 제거될 수 있다.
도 7b는 제거된 액세스 커버(702)를 가진 고 전압 정션 박스(308)를 묘사한다. 예방 목적들을 위해, 안전 커버(706)가 그것 뒤에서 고 전압 단자들에 대한 추가 배리어로서 동작하기 위해 제공된다. 도 5에 묘사된 전자 장치들을 액세스하기 위해, HVIL 저항기(708)가 HV 전력을 양의 단자(618) 및 음의 단자(620)에 연결해제하기 위해 제거되어야 한다. 부가적으로, 상기 파스너들(710)은 상기 안전 커버(706)가 제거될 수 있기 전에 제거되어야 한다. 이들 동작들이 완료되면, 도 5에 예시된 바와 같이 고 전압 정션 박스(308) 내에서의 전자 장치들이 그 후 안전하게 액세스될 수 있다.
도 8은 적층된 에너지 저장 모듈들 사이에서의 HV 전력 연결들을 예시한다. 도시된 바와 같이, 하나의 에너지 저장 모듈(802)은 마스터 모듈로서 기능한다. 마스터 모듈(802)은 케이블들(608, 610)을 통해 하이브리드 시스템 인버터(132)에 연결된다. 제 2 에너지 저장 모듈(804)은 슬레이브 모듈로서 기능한다. 예시된 실시예에서, 슬레이브 모듈(804)은 인버터(132)에 연결되지 않고 단지 케이블들(612, 614)을 통해 마스터 모듈(802)에 연결된다. 그러므로, 마스터 모듈(802)은 본질적으로 두 세트들의 주 전력 연결들을 포함한다: 하나는 하이브리드 시스템으로, 하나는 슬레이브 모듈(804)로.
도 9는 다양한 구성요소들을 도시하기 위해 상부 커버(304)가 제거되는 에너지 저장 모듈(136)의 상면도를 묘사한다. 예시된 실시예에서, 에너지 저장 모듈(136)은 제 1 배터리 어레이(902) 및 제 2 배터리 어레이(904)를 포함한다. 상기 배터리 어레이들(902, 904)은 (a) 인버터(132)로부터 수신된 고 전압 에너지를 저장하는 것 (b) 적절한 하이브리드 시스템 구성요소, 뿐만 아니라 보조 DC 연결들(602)을 통해 다른 시스템 구성요소들에 동력을 공급하기 위해, 고 전압 에너지를 인버터(132)에 제공하는 것 양쪽 모두를 허용한다. 각각의 배터리 어레이(902, 904)는 제어기 모듈(908)에 전기적으로 연결되는 고 전압 하네스(906)에 연결된다. 상기 배터리 어레이들(902, 904)은 또한 버싱 전기 센터(bussed electrical center; BEC)(918)에 전기적으로 연결되며, 이것은 특히 고 전압 정션 박스(308) 및 케이블들(310)에 고 전압 에너지를 적절히 분배하도록 구성되고 배열된다.
고 전압 하네스(906) 외에, 상기 제어기 모듈(908)은 또한 저 전압 하네스(910)에 전기적으로 연결된다. 상기 저 전압 하네스(910)는 이에 제한되지 않지만, 팬 조립체(912), 차량 신호 커넥터 조립체(914), 및 BEC(918)와 같은 에너지 저장 모듈(136) 내에서의 다양한 구성요소들 및 상기 제어기(908) 사이에 통신 연결을 제공한다. 고 전압 인터락 스위치(916)가 또한 추가 안전 예방책으로서 에너지 저장 모듈(136) 내부에 제공된다. 상기 고 전압 인터락 스위치(916)는 BEC(918)와 전기적으로 및 통신적으로 연결된다. BEC(918)는 고 전압 전기적 상태들이 안전하지 못하게 된다면 스위치(916)를 트리거하고 고 전압 정션 박스(308)로부터 고 전압 전력을 연결해제하도록 적응된다.
다른, 비-예시적인 실시예들에서, 이에 제한되지 않지만, BEC(918) 및 팬 조립체(912)의 부분들과 같은, 다양한 구성요소들이, 재배열되고 재배치될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 팬 조립체(912)는 1차 외함(301)의 외부에 위치될 수 있다. 다른 실시예들에서, BEC(918)는 고 전압 정션 박스(308) 내부에 위치될 수 있다. 이 기술분야의 숙련자들에 의해 이해된 바와 같이, 이들 변경들 및 기타들은 서비스 상태들에서 고 전압 노출을 감소시키기 위해 구현될 수 있다.
도 10 및 도 11은 에너지 저장 모듈(136) 내에서의 구성요소들의 보다 상세한 개요를 제공한다. 예시된 바와 같이, 고 전압 정션 박스(308)는 양의 헤더 조립체(1002) 및 음의 헤더 조립체(1004) 양쪽 모두를 포함한다. 입자들 및 수분이 고 전압 정션 박스(308) 안에 들어가지 않음을 보장하는 액세스 커버 씰(1006)이 액세스 커버(702)의 밑에 배치된다. 고 전압 인터락 컨덕터(1008)가 또한 제공된다. 특정 실시예들에서, 고 전압 정션 박스(308)의 뒤쪽은 상기 고 전압 정션 박스(308) 및 상기 BEC(918) 또는 제어기(908) 사이에서 다양한 전기적 연결들을 허용하기 위해 상기 하부 하우징(302)에 대하여 개방될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 고 전압 정션 박스의 뒤쪽은 오염 물질들이 고 전압 정션 박스(308)를 통해 상기 1차 외함(301)에 들어가는 것을 방지하기 위해 개별적으로 밀봉되는 상기 BEC(918) 및 상기 고 전압 정션 박스(308) 사이에서의 배선 연결들을 갖고, 상기 하부 하우징(302)에 대하여 밀봉될 수 있다.
상기 서비스 연결해제부(312)는 서비스 연결해제 플러그(1010) 및 베이스(1012)를 포함한다. 서비스 연결해제부(312)의 상기 서비스 연결해제 플러그(1010)는 에너지 저장 모듈(136) 내에서의 고 전압 에너지 소스들 및 상기 고 전압 정션 박스(308) 내에서의 전자 장치들 사이에서 전류 경로를 차단하기 위해 제공된다.
씰(1014)은 입자들 및 수분이 상기 에너지 저장 모듈(136)에 들어가지 않음을 보장하기 위해 상기 상부 커버(304)의 밑에 배치된다. 다른 알려진 기술들이 이용될 수 있지만, 일련의 볼트들(1016)이 하부 하우징(302)에 상부 커버(304)를 고정시키기 위해 이용된다. 다수의 에너지 저장 모듈들(136)의 적층뿐만 아니라 상기 에너지 저장 모듈(136)의 리프팅 양쪽 모두를 용이하게 하도록 적응된 복수의 홀들(1024)이 상부 커버(304) 및 하부 하우징(302) 양쪽 모두의 외부 주변부 주위에 있다.
안전 커버(1018)는 배터리 어레이(902)의 최상부 상에 위치된다. 상기 안전 커버(1018)는 상기 에너지 저장 모듈(136) 내에서의 다른 구성요소들과의 접촉 및 손상으로부터 상기 배터리 어레이(902)를 포함한 배터리 셀들을 보호한다. 배터리 종판 씰(end plate seal;1032)은 오염 물질 및 손상으로부터 상기 어레이들을 추가로 보호하기 위해 상기 배터리 어레이들(902, 904)의 각각의 단부에 제공된다.
플리넘/팬 인터페이스(1020)는 상기 플리넘 입구 커버(402) 및 상기 팬 조립체(912) 사이에 위치된다. 입구 공기 센서(1022)는 상기 플리넘/팬 인터페이스(1020)의 아래쪽에 위치되며 상기 에너지 저장 모듈(136)로의 기류를 모니터링하도록 적응된다. 팬 하우징 씰(1030)이 또한 팬 조립체(912)에 인접하여 제공된다.
도 9에 대하여 논의된 바와 같이, 상기 제어기 모듈(908)은 저 전압 하네스(910), 뿐만 아니라 서미스터 고 하네스(1026) 및 서미스터 저 하네스(1028)에 전기적으로 및 통신적으로 연결된다. 이 기술분야의 숙련자들에 의해 이해된 바와 같이, 서미스터는 그것의 저항이 온도에서의 변화들에 따라 변화하는 저항기이다. 따라서, 상기 서미스터 하네스들(1026, 1028)은 상기 BEC(918)에 관련된 온도 데이터, 입구 공기, 출구 공기, 배터리 어레이들(902, 904), 상기 팬 조립체(912) 등을 전달할 수 있다.
이제 도 11을 보면, BEC(918)가 양의 헤더 조립체(1002)에 전기적으로 연결된 양의 고 전압 컨덕터(1102) 및 음의 헤더 조립체(1004)에 전기적으로 연결된 음의 고 전압 컨덕터(1104)를 포함한다. BEC(918)는 음의 컨덕터(1106)를 더 포함한다.
고 전압 인터락 헤더 패스 스루(high voltage interlock header pass through;1108)는 고 전압 정션 박스(308)에 인접하여 제공된다. 이제 도 9 및 도 10을 또한 참조하면, 상기 HVIL 패스 스루(1008)는 상기 HVIL 스위치(916)와 상기 HVIL 컨덕터(1108)를 전기적으로 연결한다. 따라서, 상기 HVIL 저항기(708)가 HVIL(606)로부터 제거될 때, 상기 HVIL 패스 스루(1108)는 개방 회로를 표시하며 상기 HVIL 스위치(916)는 고 전압 정션 박스(308) 내에서의 전자 장치들로부터 고 전압 전력을 연결 해제하도록 돌려진다(trip).
동작 동안, 에너지 저장 모듈(136) 내에서의 다양한 구성요소들, 특히 배터리 어레이들(902, 904)은 상당한 양의 열을 생성한다. 상기 구성요소들이 적절히 기능하도록, 상기 열은 적절하게 소멸되어야 한다. 예시된 실시예에 따르면, 상기 에너지 저장 모듈(136) 내에서의 상기 배터리 어레이들(902, 904) 및 다른 구성요소들은 공기 냉각된다. 상기 배터리 어레이들(902, 904)을 따라 별개의 기류를 안내 및 제공하기 위해, 플리넘 커버(1110)가 상기 배터리 어레이들(902, 904) 사이에 제공된다. 상기 플리넘 커버(1110)는 팬 조립체(912)에 인접하여 위치되는 팬 단부(1112), 및 상기 BEC(918)에 가까이 위치되는 BEC 단부(1114)를 가진다. 예시된 실시예에서, 상기 팬 단부(1112)는 BEC 단부(1114)보다 키가 크다. 플리넘 커버(1110)의 탬퍼링은 플리넘을 통한 기류가 그것이 팬 조립체(912)를 떠나 흐를 때 적절한 속도를 유지한다는 것을 보장한다. 플리넘 공기 씰(1116)은 플리넘 커버(1110) 아래에 배치된다.
중간 팩 컨덕터(1118)는 제 1 배터리 어레이(902)를 제 2 배터리 어레이(904)와 전기적으로 연결한다. 상기 중간 팩 컨덕터(1118)는 상기 제어기 모듈(908)이 그것들이 단일 어레이인 것처럼 상기 배터리 어레이들(902, 904)을 모니터링하도록 허용한다.
이전에 논의된 바와 같이, 플리넘 입구 커버(402) 및 플리넘 출구 커버(404)는 1차 외함(301)의 일 단부(315)에 제공된다. 어떤 잔해 또는 수분도 에너지 저장 모듈(136)에 도입되지 않는다는 것을 보장하기 위해, 입구 커버 씰(1120)이 프리넘 입구 커버(402)의 외부 주변부 및 하부 하우징(302) 사이에 제공된다. 유사하게, 출구 커버 씰(1122)이 플리넘 출구 커버(404)의 외부 주변부 및 하부 하우징(302) 사이에 제공된다.
일 실시예에서, 배터리 어레이들(902,904) 내에서의 배터리 셀들로부터의 오용 또는 고장 하에 있을 때 나올 수 있는 잠재적으로 해롭고 유독한 가스들, 배기 통기 매니폴드(1124)가 배터리 어레이들(902, 904)의 길이를 따라 제공된다. 매니폴드(1124)를 포함한 통기 튜브들은 그 후 상기 배기 통기부(406)로 전달되는 배출 가스들과, 통기 티(vent tee)(1126)에서 연결된다. 알려진 기술들이 그 후 상기 배출 가스들을 처리하거나 또는 그 외 없애기 위해 구현될 수 있다.
도 12는 플리넘 단부 캡(1200)의 투시도를 제공한다. 상기 플리넘 단부 캡(1200)은 플리넘 입구 커버(402) 및/또는 플리넘 출구 커버(404)로서 사용될 수 있다. 상기 단부 캡(1200)은 몸체(1202) 및 복수의 장착 플랜지들(1204)을 포함한다. 상기 장착 플랜지들(1204)은 하부 하우징(302)에 고정될 표면에 납작 엎드리고 이를 제공하도록 구성 및 배열된다. 예시된 실시예에서, 상기 단부 캡(1200)은 홀들(1206)을 통해 위치된 복수의 파스너들에 의해 하부 하우징(302)에 고정된다. 다른 실시예들에서, 상기 단부 캡(1200)은 이에 제한되지 않지만, 못들, 용접, 접착제 등과 같은, 다른 알려진 기술들을 통해 하부 하우징(302)에 유지될 수 있다. 필터(1208)가 공기 플리넘에 들어가는 파편의 양을 제한하기 위해 제공된다.
도 13은 도 12의 라인(13-13)을 따라 취해진 단부 캡(1200)의 횡단면도이다. 예시된 바와 같이, 상기 캡 몸체(1202)의 바닥 단부는 외부 기류 개구(1302)를 제공하기 위해 개방되며, 이것은 공기 플리넘에 들어가는 파편의 양을 제한하도록 돕는다. 그러나, 파편이 공기 플리넘에 들어가지 않음을 추가로 보장하기 위해, 입자 스크린(1304)이 상기 개구(1302) 내에 선택적으로 제공된다. 공기 디플렉터(1306)가 단부 캡(1200) 내에 있다. 상기 장착 플랜지들(1204) 내에서의 영역은 공기 입구 개구(1308)를 형성하며, 이것은 선택적으로 상기 필터(1208)로 채워진다. 상기 공기 입구 개구(1308)는 플리넘/팬 인터페이스(1020)에 인접하여 위치된다. 일 실시예에서, 다른 치수들이 설계 규격들에 의존하여 적절할 수 있지만, 상기 공기 입구 개구(1308)는 100mm×75mm의 치수를 가진다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 가열 및/또는 냉각 유닛이 플리넘/팬 인터페이스(1020)에 인접하여 위치된다. 이러한 실시예에서, 상기 제어기 모듈(908)은 에너지 저장 시스템으로의 뜨겁거나 또는 찬 공기의 도입이 보증되는지를 결정하기 위해 상기 서미스터 하네스들(1026, 1028)과 함께 작동한다. 다른 실시예들에서, 상기 입구 커버(402) 및 상기 출구 커버(404)는 유체 연결하며, 이것은 상기 공기가 찬 날씨 상태들에서 상기 에너지 저장 모듈(136) 전체에 걸쳐 재순환되도록 허용한다. 추가 실시예들에서, 상기 플리넘 입구 커버(402) 및 플리넘 출구 커버(404)가 스노클-형 디바이스(snorkel-type device)에 연결된다. 상기 스노클 디바이스는 그것이 침수되는 경우에 물이 없는 에너지 저장 모듈(136)을 유지하기 위한 수단을 제공한다. 상기 스노클 디바이스는 또한 에너지 저장 모듈(136)의 플리넘 입구 커버(402)로 냉각 공기를 수송하기 위해 사용될 수 있다.
도 14는 일반적으로 상기 에너지 저장 모듈(136)를 통한 냉각 기류를 묘사한다. 이전에 논의된 바와 같이, 상기 플리넘 입구 커버(402) 및 상기 플리넘 출구 커버(404)는 에너지 저장 모듈(136)의 동일 단부(315) 상에 제공된다. 팬 조립체(912)가 파워 온 될 때, 화살표(1402)에 의해 표시된 바와 같이, 외부 공기는 에너지 저장 모듈(136)로 인출된다. 상기 공기는 상기 BEC(918) 주위에서, 상기 배터리 어레이(902)를 따라 압송되며, 배터리 어레이(904)를 따라 후진된다. 상기 배출 공기는 일반적으로 화살표(1404)로 표시된다. 상기 냉각 기류는 화살표(1403)에 의해 표시된 바와 같이, U-형 패턴으로 플리넘 커버(1110)에 의해 앞으로 안내된다. 이 기술분야의 수련자들에 의해 이해된 바와 같이, 상기 배터리 어레이들(902, 904)은 동작 동안 상당한 양의 열을 생성한다. 상기 열이 소멸되지 않는다면, 상기 어레이들은 과열되며 오작동할 수 있다. 따라서, 본 개시에 의해 제공된 기류는 상기 열을 적절히 소멸시킨다.
도 15는 일 실시예에 따른 팬 조립체(912)의 분해도이다. 예시된 바와 같이, 상기 팬 조립체(912)는 제 1 팬 하우징(1502), 입구 공기 센서(1022), 제 2 팬 하우징(1504) 및 브러시리스 팬(brushless fan)(1506)을 포함한다. 상기 제 1 팬 하우징(1502)은 플리넘/팬 인터페이스(1020)에 인접하여 위치되며 하부 하우징(302)에 직접 장착된다. 상기 입구 공기 센서(1022)는 냉각 플리넘으로 들어오는 입구 기류를 모니터링하도록 구성 및 배열된다. 상기 정보는 제어기 모듈(908)에 전달된다.
상기 제 1 팬 하우징(1502)은 제 2 팬 하우징(1504)을 수용하도록 구성 및 배열된다. 상기 팬(1506)은 복수의 나사들(1508)에 의해 제 2 팬 하우징(1504)에 장착된다. 상기 팬(1506)은 상기 제어기 모듈(908)이 팬(1506)의 동작을 모니터링 및 제어하도록 허용하는 통신 커넥터(1510)를 포함한다. 일 실시예에서, 다른 유형들의 팬들 및 전압 레벨들이 사용될 수 있지만, 상기 팬(1506)은 브러시가 없으며 12V에서 동작한다.
도 16은 BEC(918)의 보다 상세한 뷰를 제공한다. 예시된 실시예에 따르면, 상기 BEC(918)는 전체로서 대체될 수 있는 단일의 서비스 가능한 유닛이다. 상기 BEC(918)는 양의 접촉부(1602), 음의 접촉부(1604), 및 프리차지 접촉기(1606)를 포함한다. 상기 접촉부들(1602, 1604, 1606)은 고 전압 정션 박스(308) 내에서 적절한 전기적 연결들로 배터리 어레이들(902, 904)을 연결한다. 따라서, 상기 접촉부들(1602, 1604, 1606)은 차량의 나머지로부터 고 전압을 연결해제하기 위해 HVIL(606)과 함께 작동한다. 프리차지 저항기(1608)는 에너지가 차량 시동 동안 에너지 저장 모듈(136)로부터 전달될 때 인버터(132)를 느리게 충전하기 위해 사용된다. Y-캡(1610)이 DC 와이어들로부터 고 주파수 잡음을 감소시키기 위해 사용된다. 전류 센서(1612)가 에너지 저장 모듈(136) 안에서 또는 밖으로 흐르는 고 전압 전류의 양을 모니터링한다. 상기 정보는 제어기 모듈(908)로 선택적으로 제공된다. 전류가 특정 임계치를 초과한다면, 고 전압 인터락(606)이 트리거되며 고 전압 전력은 고 전압 정션 박스(308) 내에서의 상기 전자 장치들로부터 연결해제된다. 일 실시예에서, 전류 센서(1612)는 이중 범위 센서이다.
도 17은 배터리 어레이(1700)의 분해도이다. 상기 배터리 어레이(1700)는 셀 리테이너(1704)에 의해 서로로부터 분리된 복수의 배터리 셀들(1702)을 포함한다. 상기 배터리 셀들(1702)은 이에 제한되지 않지만, 니켈-카드뮴(Ni-Cd), 니켈-수소화물, 및/또는 리튬-이온 유형들과 같이, 반복적으로 충전 및 방전될 수 있는 2차 배터리들이다. 삼성(Samsung), 산요(Sanyo), 및 GS 유아사 코포레이션(GS Yuasa Corporation)에 의해 제조된 배터리 셀들은 설계 및 크기 고려사항들에 의존하여 수용가능한 것으로 발견되었다.
배터리 어레이(1700)의 각각의 단부에 종판(1706)이 있으며, 이것은 배터리 셀들(1702) 및 셀 리테이너들(1704)을 제자리에 유지하기 위해 두 개의 측 레일들(1708)과 함께 작동한다. 상기 배터리 셀들(1702), 셀 리테이너들(1704), 종판들(1706), 및 측 레일들(1708)이 적절히 정렬되면, 비록 다른 알려진 수단들이 사용될 수 있지만, 상기 구조가 일련의 나사들(1710)에 의해 함께 유지된다. 일 실시예에서, 상기 배터리 어레이(1700)는 46개의 개개의 배터리 셀들(1702)로 구성된다.
일련의 씰들(1712)은 통기 매니폴드 섹션들(1714) 사이에 끼워 넣어진다. 상기 통기 매니폴드 섹션들(1714)의 단부들은 배기 통기 매니폴드(1124)와 연결하도록 구성 및 배열된다. 상기 통기 매니폴드 조립체들(1714) 위에 전압 감지 보드(1716), 이어서 그 후 안전 커버(1720)가 위치된다. 상기 전압 감지 보드(1716)는 고 전압 하네스(906)와 연결하도록 구성 및 배열되는 하네스 연결(1718)을 포함한다.
도 18은 개개의 배터리 셀(1702)의 투시도이다. 상기 배터리 셀(1702)은 두 개의 단자들(1802) 및 하나의 통기(1804)를 포함한다. 상기 단자들(1802)은 고 전압 에너지가 셀(1702) 내에서 저장되도록 전달될 수 있는 접촉 포인트를 제공한다. 상기 단자들(1802)은 또한 고 전압 에너지가 하이브리드 자동차 시스템에 전력을 제공하기 위해 상기 배터리 셀(1702)로부터 추출될 수 있는 접촉 포인트를 제공한다. 상기 통기(1804)는 배터리 셀(1702)이 오용되고, 과열되거나 또는 오작동할 때 배출 가스들이 배출될 수 있는 특정 위치를 제공한다.
도 19 및 도 20은 에너지 저장 모듈 내에 설치될 때 상기 배터리 어레이(1700)의 단면도를 예시한다. 부스 바들(Buss bars)(1902)은 전압 감지 보드(1716) 및 상기 셀 단자들(1802) 사이에 전기적 연결을 제공한다. 부가적으로, 셀 통기(1804)는 차례로 통기 매니폴드(1124)에 연결되는, 상기 통기 매니폴드 섹션(1714) 바로 아래에 위치된다는 것이 주의된다. 이러한 배열은 상기 배터리 셀(1702)로부터 배출된 임의의 해롭거나 또는 유독한 가스들이 에너지 저장 모듈(136)로부터 적절하게 배출된다는 것을 보장한다.
도 21은 제어기 모듈(908)의 투시도이다. 복수의 고 전압 연결들(2102)이 제어기 모듈(908)의 일 에지를 따라 배치된다. 상기 논의된 바와 같이, 상기 고 전압 연결들(2102)은 원칙적으로 배터리 어레이들(902, 904)에 연결되는 고 전압 하네스(906)를 수용하기 위해 사용된다. 상기 고 전압 하네스(906)를 통해, 상기 제어기 모듈(908)은 상기 배터리 어레이들(902, 904) 내에서의 각각의 개개의 배터리 셀(1702)이 전하의 상태를 개별적으로 모니터링할 수 있다. 상기 제어기 모듈(908)은 또한 상기 배터리 어레이들(902, 904)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.
복수의 저 전압 연결들(2104)이 제어기 모듈(908)의 상이한 에지를 따라 배치된다. 상기 저 전압 연결들(2104)은 이에 제한되지 않지만, 저 전압 하네스(910), 서미스터 고 하네스(1026), 및 서미스터 저 하네스(1028)와 같은, 상기 에너지 저장 모듈(136) 내에서의 다양한 구성요소들에 연결된다. 상기 저 전압 하네스(910)는 차량 신호 커넥터 조립체(814)에 통신적으로 연결된다. 상기 에너지 저장 모듈 내에서의 부가적인 구성요소들은 또한 고 전압 하네스(906), 저 전압 하네스(910)를 경유하여, 또는 다른 하네스들 또는 연결들을 통해 상기 제어기 모듈(908)에 통신적으로 연결될 수 있다.
본 개시의 일 양상에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템(134) 내에서의 에너지 저장 모듈들(136)은 서로 통신하도록 적응된다. 통신 연결을 제공하기 위해, 상기 에너지 저장 모듈 데이터 링크(204)가 각각의 에너지 저장 모듈(136) 사이에 제공된다. 일 실시예에서 및 일반적으로 도 8을 또한 참조하면, 하나의 에너지 저장 모듈(136)은 마스터 에너지 저장 모듈(802)로서 기능하는 반면 다른 것들은 슬레이브 에너지 저장 모듈들(804)로서 기능한다. 상기 마스터 에너지 저장 모듈(802) 내에서의 상기 제어기 모듈(908)은 그 후 상기 슬레이브 에너지 저장 모듈들(804)로부터 정보를 수신하며 단일 에너지 저장 시스템(134)으로서 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148) 및 하이브리드 시스템의 나머지와 통신한다. 여기에 논의된 바와 같이, 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)은 상기 에너지 저장 시스템(134) 및 그 안에서의 다양한 에너지 저장 모듈들(136)로부터 전력 한계들, 여력 전류, 전압, 온도, 전하의 상태, 상태, 및 팬 속도 정보를 수신한다. 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)은 결국 인버터(132)로부터 및 그것으로 전압을 공급하도록 다양한 에너지 저장 모듈들(136)을 연결하기 위한 명령어들을 전송한다.
상기 에너지 저장 모듈들(136) 내에서의 제어기 모듈들(908)은 동일하기 때문에, 어떤 에너지 저장 모듈이 "마스터" 위치에 있는지는 상관없다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 제어기 모듈들(908)은 마스터 에너지 저장 모듈(802)이 여전히 기능적인지를 주기적으로 검증하도록 적응된다. 그렇지 않다면, 슬레이브 에너지 저장 모듈(804)이 그 후 마스터 에너지 저장 모듈로서 기능하기 시작하며 상기 변속기/하이브리드 제어 모듈(148)과 통신하고, 그에 의해 시스템 이중화를 제공한다. 본 개시의 원리들에 따르면, 별개의 제어기 박스 또는 구조가 필요하지 않으며 에너지 저장 모듈들(136)이 쉽게 상호교환될 수 있다. 부가적으로, 본 개시의 원리들은 또한 마스터 모듈(802)이 동작 불능일 때조차 여전히 기능적인 에너지 저장 시스템(134)을 제공한다. 일 실시예에서, 상기 에너지 저장 모듈들(136)은 저-전압 신호 커넥터(314) 내에서의 점퍼들에 의해 프로그램되는 수신 어드레스에 의존하여 마스터 또는 슬레이브 모듈이 되도록 지시된다.
예시되지 않지만, 제어기 모듈(908)은 메모리 구성요소를 선택적으로 포함한다. 상기 메모리 구성요소는 이에 제한되지 않지만, 몇 가지 예를 들자면, 비-휘발성 메모리, 하드 디스크 드라이브, 자기 저장 디바이스, 광 저장 디바이스, RAM, 또는 ROM과 같은, 임의의 알려진 메모리 디바이스일 수 있다. 비-휘발성 메모리는 몇 가지 예를 들자면, 달성된 전력 레벨들 및 듀티 사이클들과 같은 에너지 저장 모듈 사용 및 상태 히스토리를 기록하도록 적응된다. 상기 메모리는 에너지 저장 모듈 구성요소 성능이 빨리 획득되고 평가될 수 있다. 상기 제어기(908)는 다양한 제어, 통신, 및 스위칭 기능들을 수행할 수 있는 마이크로프로세서와 같은, 부가적인 구성요소들을 포함할 수 있다.
서로의 최상부에 다수의 에너지 저장 모듈들(136)을 적층하기 위해, 다양한 실시예들이 고려된다. 도 22는 하나의 이러한 실시예를 예시한다. 도 8 및 연관된 논의는 주로 마스터 에너지 저장 모듈(802) 및 슬레이브 에너지 저장 모듈(804) 사이에서의 전기적 연결들을 처리하지만, 도 22는 두 개의 물리적 배열 및 연결에 관한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 슬레이브 에너지 저장 모듈(804)은 마스터 저장 모듈(802) 위에 적층된다. 복수의 볼트들(2202)이 양쪽 저장 모듈들(802, 804) 모두의 장착 홀들(1024)을 통해 제공된다. 상기 인입부들(316)은 홀들(1024) 가까이에 위치되며 상기 저장 모듈들(802, 804)의 적층 동안 볼트들(2202)을 조이기 위해 사용된 토크 렌치 또는 다른 디바이스를 위해 충분한 간격(clearance)을 제공하기 위해 홀들(1024) 가까이에 위치되며 상기 에너지 저장 모듈들(136)의 높이를 따라 구동한다. 자리를 잡고 있는 4개의 볼트들(2202)을 갖고, 상기 적층된 배열은 상당한 진동 및 충격 부하들을 견디기에 충분히 강하다. 이 기술분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 보다 많거나 또는 보다 적은 볼트들(2202) 및 장착 홀들(1024)이 제공될 수 있다.
본 개시의 일 양상에 따르면, 상기 에너지 저장 모듈들(136)은 그것들이 임의의 배열, 방향, 또는 방위로 장착될 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 상기 마스터 에너지 저장 모듈(802)은 2차 에너지 저장 모듈(804) 위에 적층될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 에너지 저장 모듈들은 서로의 위에 적층되지 않지만 HEV 내에서의 다양한 위치들에 위치된다.
도 23은 프레임 장착 개념을 묘사한다. 에너지 저장 모듈(2302)은 수신 요소(2306) 및 기립 요소(raised element)(2308)를 가진 뚜껑(2304)을 포함한다. 상기 수신 요소(2306) 및 상기 기립 요소(2308)는 부가적인 에너지 저장 모듈(2302)이 서로의 위에 안전하게 적층되도록 허용한다. 상기 에너지 저장 모듈(2302)은 장착 판(2312) 위에 앉고 그것에 장착되도록 구성 및 배열된 하우징(2310)을 더 포함한다. 상기 장착판(2312)은 차량 프레임(2316)에 고정되는 복수의 피트(2314)를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 에너지 저장 모듈(2302)은 통상적으로 대형 트럭 연료 탱크를 위해 예약된 영역 내에 맞도록 치수화된다.
도 24 및 도 25는 에너지 저장 모듈(136)과 유사하게, 그러나 외부 팬 하우징(2416) 및 열 싱크(2418)를 가진 에너지 저장 모듈(2402)의 또 다른 실시예을 묘사한다. 상기 에너지 저장 모듈(2402)은 이 기술분야에 알려진 다른 방법들이 상부 커버(2406)를 고정시키기 위해 사용될 수 있지만, 도시된 바와 같은 나사들(2408)에 의해 하부 하우징(2407)에 고정되는 상부 커버(2406)를 가진 외함(2404)을 포함한다. 상기 상부 커버(2406)는 바람직하게는 외부 오염물질들이 상기 외함(2404)에 들어오는 것을 방지하기 위해 하부 하우징(2407)에 밀봉된다. 고 전압 정션 박스(308)와 유사하게, 고 전압 정션 박스(2410)는 저 전압 커넥터(2412) 및 서비스 연결해제부(2414)와 함께, 에너지 저장 모듈(2402)의 일 단부에 장착된다.
상기 에너지 저장 모듈(2402)은 이하에 추가로 설명될 바와 같이 내부 전도 냉각 및 외부 대류 냉각을 이용한다. 상기 외부 팬 하우징(2416)은 도시된 바와 같이 상기 고 전압 정션 박스(2410)에 대하여 상기 외함(2404)의 반대 단부(2413)에 장착된다. 핀들(2419)을 가진 열 싱크(2418)는 상기 외함(2404)의 바닥 표면(2420)에 장착되거나 또는 내장되어 형성된다. 덮개 판(2422)은 또한 상기 열 싱크(2418)를 가로질러 공기를 향하게 하기 위해 도시된 바와 같이 외함(2404)에 장착된다. 외부 냉각 팬 및 열 싱크를 사용함으로써, 상기 외함(2404) 및 고 전압 정크 박스(2410)는 외부 오염물질들로부터 개별적으로 또는 총괄하여 밀봉될 수 있다. 상기 외함(2404) 및 고 전압 정션 박스(2410)는 특정 애플리케이션의 요구들에 의존하여, 물속에서 쓸 수 있도록 또한 적응될 수 있다.
도 26은 두 개의 에너지 저장 모듈들(2402)이 특정 애플리케이션에 의해 요구된 바와 같이 증가된 동작 전압 또는 전류 용량을 제공하기 위해 적층되고 전기적으로 연결되는 배열을 묘사한다. 다시, 볼트들(2202)은 상기 에너지 저장 모듈들(2402)을 함께 고정시키기 위해 포함된다.
도 27은 열 싱크(2418) 배열의 바닥 투시도를 묘사한다. 도시된 바와 같이, 상기 열 싱크(2418)는 상기 에너지 저장 모듈(2402)의 길이 치수에 관하여 바깥쪽으로 각지게 배치되는 복수의 핀들(2419)을 포함한다. 냉각이 요구될 때, 상기 팬(2706)은 화살표들(2702)에 의해 표시된 방향으로 중앙 공동(2708)을 통해 공기를 향하게 한다. 상기 공기는 그 후 상기 에너지 저장 모듈(2402)의 각각의 측 상에서 바깥쪽 방향으로 각지게 상기 핀들(2719) 사이로 향해진다. 각각의 배터리 셀에서의 보다 균일한 냉각을 제공하기 위해, 상기 핀들(2419)의 높이, 길이 및/또는 상대적 간격은 기류의 방향 또는 속도에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 냉각 팬(2706)에 가장 가까운 핀들은 상기 냉각 팬(2706)으로부터 가장 먼 것들보다 작은 높이 또는 길이를 가질 수 있다. 도 28은 상기 핀들(2419)의 가변적인 높이 및 길이를 예시하는 열 싱크(2418)의 반-대칭 역 투시도를 묘사한다.
도 29는 배터리 열 패드(2904)가 그것 상에 배터리 어레이를 장착하기 위해 배치되는 에너지 저장 모듈 하우징(2902)의 또 다른 부분 개략적 반-대칭 투시도를 묘사한다. 상기 열 패드(2904)는 버퀴스트 컴퍼니(Bergquist Company)에 의해 제조된, Sil-Pad®와 같은, 열 도전성이지만, 전기적으로 절연인, 재료로 구성된다. 상기 열 패드는 바람직하게는 최대 열 전달을 제공하기 위해 각각의 배터리 어레이에 대한 단일 조각으로서 구성된다. 상기 열 패드(2904)는 바람직하게는 70 내지 120 in2의 범위에 있도록 사이징되지만, 보다 작고 보다 큰 크기들이 또한 사용될 수 있다. 배터리 어레이가 열 패드(2904) 상에 장착될 때, 상기 열 패드(2904)는 배터리 어레이로부터 열을 인출하여 열 전도에 의해서 열 싱크(2418) 안으로 열을 들여온다. 상기 논의된 바와 같이, 과도한 열은 그 후 상기 핀들(2419)을 가로지르는 공기의 이동으로 인한 대류에 의해 상기 열 싱크(2418)로부터 제거된다.
도 30은 고 전압 정션 박스(308)와 유사하게, 상기 고 전압 정션 박스(3010)를 포함한 에너지 저장 모듈(2402)의 일 단부의 보다 상세한 뷰를 제공한다. 도시된 바와 같이, 고 전압 정션 박스(3010)의 전면 둘레(3022)는 밀봉되며 액세스 커버(3012)에 의해 보호된다. 상기 고 전압 정션 박스(3010)의 후면은 바람직하게는 하부 하우징(2407)에서의 대응하는 개구(3604)에 개방된다(도 36 참조). 상기 고 전압 정션 박스(3010)의 후면 둘레(3020)는 또한 상기 고 전압 정션 박스(3010) 및 외함(2404)이 외부 오염물질들을 총괄하여 밀봉하고 및/또는 물속에서 쓸 수 있게 하도록 허용하기 위해 하부 하우징(2407)의 개구(3604)에 대하여 밀봉될 수 있다. 고 전압 컨덕터들(3014, 3016)은 고 전압 정션 박스(3010) 내에서 연결되며 또한 바람직하게는 외부 오염 물질들의 유입을 방지하기 위해 밀봉된다. 변형 방지 장치들(3018, 3024)은 고 전압 컨덕터들(3014, 3016)을 추가로 고정시키기 위해 포함될 수 있다.
도 31은 제거된 액세스 커버(3012)를 가진 고 전압 정션 박스(3010)를 묘사한다. 예방 목적들을 위해, 안전 커버(3110)는, 도 7b의 안전 커버(706)와 유사하게, 그것 뒤에서 고 전압 단자들에 대한 추가 배리어로서 동작하도록 제공된다. 상기 안전 커버(3110)의 뒤에서 고 전압 연결들을 액세스하기 위해, 고 전압 인터락(HVIL) 저항기(3114)는 먼저 제거되어야 한다.
도 32는 제거된 상기 안전 커버(3112) 및 HVIL 저항기(3114)를 가진 고 전압 정션 박스(3010)를 묘사한다. 예시된 실시예에서, 플러그-인 버싱 전기 센터(BEC)(3210)는 고 전압 정션 박스(3010) 내에 및 상기 외함(2404)의 외부에 위치된다. 상기 외함(2404)의 밖에 상기 BEC(3210)를 위치시킴으로써, 상기 상부 커버(2406)는 에너지 저장 모듈(2402)이 서비스될 때 제거될 필요가 없다. 이것은 기술자에 대한 안전 위험을 감소시키며 또한 오염 물질들이 상기 외함(2404) 내에 위치된 구성요소들에 불필요하게 도달하는 것을 방지한다.
도 33a 및 도 33b에 도시된 바와 같이, 상기 플러그-인 BEC(3210)는 그것이 조립 또는 서비스 동안 덜 수동적인 연결을 요구하며, 또한 상기 기술자에 대한 안전 위험을 감소시킨다는 점에 있어서 추가 이점을 제공한다. 보다 구체적으로는, 상기 플러그-인 BEC(3210) 및 라이브 배터리 어레이들 사이에서의 상기 고 전압 연결들은 버스 바 블레이드 단자들(3316, 3318)을 사용하여 이루어지며, 이것은 BEC(3210)가 설치될 때 고 전압 정션 박스(3010)에서의 대응하는 수신 단자들에 짝을 이룬다. 그 후, 상기 플러그-인 BEC(3210)를 차량 전력 시스템들에 연결하는 단자들(3312, 3314)이 연결될 수 있다. 다시 말해서, 운영자는 서비스를 위해 BEC(3210)를 설치 또는 제거할 때 라이브 배터리 어레이들에 연결될 수 있는 가요성 케이블들을 조작하지 않아야 한다. 상기 플러그-인 BEC는 또한 전류 센서(3320), 전류 센서 커넥터(3321), 퓨즈 블록(3222), 고 전압 감지 커넥터(3324), 저 전압 커넥터(3326), 및 고 전압 접촉기들(3328)을 포함할 수 있다.
도 34는 제거된 상부 커버(2406)를 가진 에너지 저장 모듈(2402)의 분해 투시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 9의 에너지 저장 + 제어기 모듈(908)과 유사하게, 에너지 저장 제어기 모듈(3410)은 대안적인 배열로 상기 외함(2404) 내에 장착된다. 도 35는 또한 제거된 상부 커버(2406) 및 팬 하우징(2416)을 가진 에너지 저장 모듈(2402)의 역 투시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 에너지 저장 모듈(2402)은 두 개의 배터리 어레이들(3510, 3512)을 포함하며, 이것은 도 9의 배터리 어레이들(902, 904)에 기능적으로 유사하다.
도 36은 팬 하우징(2416)의 분해도를 도시한다. 상기 에너지 저장 모듈(2402)은 밀봉 또는 수중 유닛으로서 구성되며, 배터리 어레이들(3510, 3512) 내에서의 상기 배터리 셀들로부터 빠져 나오는 가스들은 외함(2404) 내에 갇히게 될 것이다. 결과적으로 증가된 압력이 상기 외함(2404) 및 연관된 씰들을 손상시킬 수 있다. 그러므로, 감압 패널(3610)은 압력이 미리 결정된 임계치에 도달한다면 상기 배터리 가스들이 빠져나오도록 허용하기 위해 제공된다. 도 37에 추가로 상세히 도시된 바와 같이, 상기 감압 패널(3610)은 외함(2404)에서 통기 개구(3616)를 밀봉하는 순응 씰(3710)을 포함한다. 상기 감압 패널(3610) 및 씰(3710)은 스프링들(3612)과 함께 브라켓(3614)에 의해 통기 개구에 대항한다. 상기 브라켓(3614)은 나사들(3617)과 같은, 파스너들을 갖고 상기 외함(2404)에 고정된다. 스프링들(3612)은 상기 브라켓(3614) 및 감압 패널(3610) 사이에 유지되며 감압 패널(3610)을 제자리에 유지한다. 상기 스프링들(3612)은 상기 감압 패널에서의 돌출부들(3712) 및 상기 브라켓(3614)에서의 대응하는 돌출부들(3615)에 의해 측방향으로 고정될 수 있다. 상기 돌출부들(3712, 3615)은 상기 유닛이 조립될 때 스프링들(3612)이 내부로 확장한다. 상기 스프링들은 상기 감압 패널(3610)이 선택된 임계 압력에서 하부 하우징(2407)으로부터 바깥쪽으로 일시적으로 이동시키고, 상기 스프링들을 압축하며 상기 외함(2404) 내에서의 압력을 완화시키도록 허용하기 위해 선택된다. 상기 압력이 완화되면, 상기 스프링들, 외함(2404)을 재밀봉하며, 상기 하부 하우징(2407)의 뒤로 상기 감압 패널(3610)을 강제로 밀고 들어간다.
도 38은 배터리 어레이들(3510, 3512) 중 하나의 분해도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 배터리 어레이(3510)는 도 17의 배터리 셀들(1702)과 유사한 방식으로, 셀 리테이너들(3812)에 의해 서로로부터 분리된 복수의 배터리 셀들(3810)을 포함한다. 상기 셀 리테이너들(3812)은 플라스틱 또는 다른 적절한 유전체와 같은, 절연 재료로부터 형성될 수 있으며, 수용가능한 레벨로 개개의 배터리 셀들(3810) 사이에서의 열 전달을 제한하기에 두께가 충분하다. 셀(3810)이 통기하기 전에 내부 단락을 발생시키고 가열하는 경우에, 상기 셀 리테이너(3812)의 절연 특성은 인접한 셀들(3810)에 전파하는 열의 양을 감소시킬 것이다. 이것은 상기 단락된 셀에서의 열이 다른 냉각 경로들을 통해 빠져나오도록 허용하여, 가까운 곳의 셀들이 그 자체를 가열 및 통기하는 것을 방지한다. 다시, 상기 배터리 셀들(3810)은 이에 제한되지 않지만, 니켈-카드뮴(Ni-Cd), 니켈-수소화물, 및/또는 리튬-이온 유형들과 같이, 반복적으로 충전 및 방전될 수 있는 2차 배터리들이다. 삼성, 산요, 및 GS 유아사 코포레이션에 의해 제조된 배터리 셀들은 설계 및 크기 고려사항들에 의존하여 허용가능한 것으로 발견되었다.
종판(3814)은 상기 배터리 어레이(3510)의 각각의 단부에 있으며, 이것은 배터리 셀들(3810) 및 상기 셀 리테이너들(3812)을 제자리에 유지하기 위해 두 개의 측 레일들(3816)과 함께 작동한다. 조립될 때 상기 배터리 셀들(3810)의 크리피지(creepage) 및 제거를 개선하는 절연 라이너(3815)가 또한 포함될 수 있다. 압축 리미터들(3826)이 또한 도 38에 도시된 바와 같이, 상기 측 레일들(3816)이 트러스들(trusses)로서 구현될 때 부가적인 강도를 제공하기 위해 제공될 수 있다. 상기 배터리 셀들(3810), 셀 리테이너들(3812), 종판들(3814), 및 측 레일들(3816)이 적절히 정렬되면, 상기 구조는 핀들(3818) 및 너트들(3819)에 의해 결합된다. 상기 핀들(3818)은 각각 상기 측 레일들(3816) 및 절연 라이너들(3815)에 홀들(3820, 3822)을 통해 삽입된다. 상기 종판들(3814)은 상기 핀들(3820) 뒤에 종판들(3814)을 고정시키는 플랜지들(3823)을 포함한다. 상기 핀 배열은 보다 안전한 유지를 제공하며 동작 동안 토크가 헐거워지는 것을 방지하도록 돕는다. 일 실시예에서, 상기 배터리 어레이(1700)는 46개의 개개의 배터리 셀들(1702)로 구성된다.
전압 감지 보드 조립체(3830)는 상기 배터리 셀들, 뒤이어 안전 커버들(3032) 위에 설치된다. 상기 안전 커버들(3032)은 플라스틱 또는 다른 적절한 전기적으로 절연 재료로부터 구성된다. 상기 전압 감지 보드 조립체(3830)는 제어기 모듈(3410) 및/또는 플러그-인 BEC(3210)에 연결하도록 구성 및 배열된 하네스 연결들(3834)을 포함한다. 도 39는 조립된 배터리 어레이(3510)의 투시도를 도시한다.
도 40은 배터리 어레이(3510) 내에 장착된 배터리 셀(3810)의 단면도를 예시한다. 버스 바들(4010)은 상기 전압 감지 보드 조립체(3830) 및 셀 단자들(4012) 사이에 전기적 연결을 제공하여, 하나의 배터리 셀의 양의 단자를 인접한 배터리 셀의 음의 단자에 연결한다. 이것은 배터리 셀들(3810) 사이에 직렬 전기적 연결을 초래하여, 원하는 총 어레이 전압을 총괄하여 제공한다. 서미스터(4020)는 상기 배터리 셀(3810)의 온도를 모니터링하고 상기 제어기 모듈(3410)에 판독한 온도를 전달하기 위해 포함될 수 있다.
특정 실시예들에서, 상기 전압 감지 보드 조립체(3830)는 도 41에서의 화살표들(4114)에 의해 도시된 바와 같이 초기에 손실된 특정 버스 바들(4010)을 제공받는다. 손실된 버스 바들로 인해, 상기 전압 감지 보드(3830)는 상기 조립 프로세스의 끝에 가까울 대까지 전압 섹션들(4112)로 전기적으로 분할된다. 상기 커버들(3032)은 각각의 개개의 커버(3032)가 순차적으로 설치될 때 손실된 연결들을 완성하는 손실되거나 또는 최종 버스 바들(도 38에서 4116으로서 표시된)을 포함한다. 상기 커버들(3032)은 인접한 커버(3032)의 최종 버스 바(4116)를 커버하는 절연된 중첩 부분(4118)을 포함한다. 상기 결과는 기술자가 단지 최종 연결이 이루어질 때까지 노출된 배터리 셀 단자들로부터 제한된 안전한 전압 레벨(예로서, 50 볼트들 미만)로 노출된다는 것이다.
도 42는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 프레임 장착 개념을 묘사한다. 도시된 바와 같이, 에너지 저장 모듈(2402)의 외함(2404)은 절연체 마운트(4210)를 사용하여 차량 프레임(4208)에 장착된다. 상기 절연체 마운트들은 고무 또는 실리콘과 같은, 순응 재료로 구성되며 차량 프레임(4208)으로부터 에너지 저장 모듈(2402)로 전달된 진동을 감소시킨다. 적절한 절연체 마운트의 일 예는 배터리 제어들(200) 시리즈 컵 마운트 절연체이다. 어댑터 브라켓(4310)은 상기 절연체 마운트(4210)의 지지 표면(4312)에 걸쳐 상기 에너지 저장 모듈(2402)의 무게를 균일하게 분산시키고 단일 파스너(4314)를 사용한 에너지 저장 모듈(2402)로의 연결을 허용하기 위해 도 43에 도시된 바와 같이 제공될 수 있다.
도 44 및 도 45는 일 실시예에 따른 서미스터(4020)에 대한 장착 배열의 상세한 뷰를 예시한다. 상기 서미스터(4020)는 정확한 모니터링을 제공하기 위해 상기 배터리 셀(3810)과의 기계적 접촉을 유지할 필요가 있다. 그러나, 상기 배터리 셀들(3810)은 제조 변화들로 인해 높이가 변할 수 있어서 전압 감지 보드(3830)(서미스터가 장착되는) 및 상기 배터리 셀(3810)의 최상부 표면(4410) 사이에서의 거리에서의 대응하는 변화를 야기한다. 거리에서의 이러한 변화를 고려하기 위해, 상기 서미스터(4020)는 도시된 바와 같이, 가요성 클립(4412) 내에 설치될 수 있다. 상기 가요성 클립(4412)은 배터리 셀(3810)의 최상부 표면(4410)에 대항하여 서미스터 팁(4416)을 유지하기 위해 수직으로 구부릴 수 있는 횡 부분들(4414)을 포함한다. 상기 클립(4412)은 탭들(4422)에 의해 홀들(4420)에 고정되는 수직 부분들(4418)을 더 포함한다. 상기 서미스터(4020)는 도시된 바와 같이 포팅 재료(4424)를 사용하여 상기 클립(4412)에 고정될 수 있다. 접착제들, 시멘트 등과 같이, 다른 유형들의 재료들이 또한 상기 클립(4412) 내에 상기 서미스터를 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 추가의 적응력 및 공차를 제공하기 위해, 상기 서미스터 팁(4416)은 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer; TPE)와 같은, 기계적 가요성 및 열 전달을 제공하는 순응 재료(4426)로 감싸질 수 있다. 상기 순응 재료(4426) 및 상기 클립(4412)은 상기 배터리 셀(3810)의 최상부 표면(4410)에 대항하여 서미스터(4020)의 팁을 보유하기 위해 결합하여 작동한다.
이 기술분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 단일 에너지 저장 모듈(136)이 사용될 수 있거나 또는 복수의 에너지 저장 모듈들(136)이 직렬, 병렬, 또는 직렬/병렬 방식으로 서로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 다수의 에너지 저장 모듈들(136)은 300V 시스템을 제공하기 위해 병렬로 연결될 수 있지만, 둘 이상의 상들의 에너지 저장 모듈들은 600V 시스템을 제공하기 위해 직렬 또는 직렬/병렬로 연결될 수 있다. 상기 에너지 저장 모듈들(136)은 300V 또는 600V HEV 애플리케이션으로 쉽게 통합될 수 있기 때문에, 상기 전자 장치들은 크리피지 및 제거 이슈들과 같은, 보다 높은 전압 시스템들의 규격들을 충족시키도록 설계된다. 따라서, 아크(arcing)는 에너지 저장 모듈이 600V 설정에서 사용될 때 중요하지 않다. 도 46a는 단일 에너지 저장 모듈(136)이 사용되는 일 실시예를 도시한다. 도 46b는 두 개의 에너지 저장 모듈들(136)이 병렬로 연결되는 일 실시예를 도시한다. 도 46c는 2개의 에너지 저장 모듈들이 직렬로 연결되는 일 실시예를 도시한다. 도 46d는 두 개의 쌍들의 에너지 저장 모듈들(136)이 직렬/병렬 배열로 연결되는 일 실시예를 도시한다. 에너지 저장 모듈(2402)이 또한 에너지 저장 모듈들(136)에 관하여 논의된 바와 같이 다양한 직렬, 병렬, 또는 직렬/병렬 배열들로 연결될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명은 도면 및 앞서 말한 설명에서 상세히 예시되고 설명되었지만, 성격에 있어 예시적이며 제한적이지 않은 것으로서 고려되는 것이 마찬가지이며, 단지 바람직한 실시예가 도시되며 설명되고 다음의 청구항들에 의해 규정된 본 발명들의 사상 내에 있는 모든 변화들, 등가물들, 및 변경들이 보호되도록 요구된다는 것이 이해된다. 이 명세서에 인용된 모든 공개들, 특허들, 및 특허 출원들은 각각의 개개의 공개, 특허, 또는 특허 출원이 구체적으로 및 개별적으로 참조에 의해 통합되는 것으로 표시되며 여기에 전체적으로 제시되는 것처럼 여기에 참조로서 통합된다.
100: 하이브리드 시스템 102: 엔진
104: 하이브리드 모듈 106: 자동 변속기
108: 구동 트레인 110: 휠
112: 이머신 114: 클러치
116: 섬프 118: 기계적 펌프
120: 전기적 펌프 122: 냉각 시스템
124: 유체 라디에이터 126: 주 라디에이터
128: 냉각 팬 130: 순환 또는 냉각수 펌프
132: 인버터 134: 에너지 저장 시스템
136: 에너지 저장 모듈 138: 고 전압 탭
140: DC-DC 컨버터 시스템 142: DC-DC 컨버터 모듈
144: 시스템들 및 액세서리들 146: 엔진 제어 모듈
148: 변속기/하이브리드 제어 모듈 150: 인터페이스
152: 시프트 선택기 154: 계기판
156: 표시기 200: 통신 시스템
202: 하이브리드 데이터 링크 206: 차량 데이터 링크
204: 에너지 저장 모듈 데이터 링크 208: 안티락 브레이킹 시스템
210: 몸체 제어기 212: 서비스 툴
302: 하부 하우징 304: 상부 커버
306: 장착 피트 308: 고 전압 정션 박스
310: 고 전압 케이블 312: 서비스 연결해제부
314: 저-전압 차량 신호 커넥터 316: 인입부
402: 플리넘 입구 커버 404: 플리넘 출구 커버
406: 배기 통기부 408: 리세스
502: 돌출부 602: 보조 직류 연결
604: 보조 퓨즈 606: 고 전압 인터락
608: 양의 인버터 케이블 610: 음의 인버터 케이블
612: 양의 짝짓기 케이블 614: 음의 짝짓기 케이블
616: 단부들 및 커넥터들 618: 양의 단자
620: 음의 단자 702: 액세스 커버
704: 파스너 706: 안전 커버
708: HVIL 저항기 710: 파스너
802, 804: 에너지 저장 모듈 902, 904: 배터리 어레이
906: 고 전압 하네스 908: 제어기 모듈
910: 저 전압 하네스 912: 팬 조립체
914: 차량 신호 커넥터 조립체 916: 고 전압 인터락 스위치
918: BEC 1002: 양의 헤더 조립체
1004: 음의 헤더 조립체 1006: 액세스 커버 씰
1008: 고 전압 인터락 컨덕터 1010: 서비스 연결해제 플러그
1012: 베이스 1014: 씰
1016: 볼트 1018: 안전 커버
1020: 플리넘/팬 인터페이스 1022: 입구 공기 센서
1024: 홀 1026: 서미스터 고 하네스
1028: 서미스터 저 하네스 1030: 팬 하우징 씰
1032: 배터리 종판 씰 1102: 양의 고 전압 컨덕터
1104: 음의 고 전압 컨덕터 1106: 음의 컨덕터
1108: HVIL 패스 스루 1110: 플리넘 커버
1112: 팬 단부 1114: BEC 단부
1116: 플리넘 공기 씰 1118: 중간 팩 컨덕터
1120: 입구 커버 씰 1122: 출구 커버 씰
1124: 배기 통기 매니폴드 1126: 통기 티
1200: 플리넘 단부 캡 1202: 몸체
1204: 장착 플랜지 1206: 홀
1208: 필터 1302: 외부 기류 개구
1304: 입자 스크린 1306: 공기 디플렉터
1308: 공기 입구 개구 1502: 제 1 팬 하우징
1504: 제 2 팬 하우징 1506: 브러시리스 팬
1508: 나사 1510: 통신 커넥터
1602: 양의 접촉부 1604: 음의 접촉부
1606: 프리차지 접촉기 1608: 프리차지 저항기
1610: Y-캡 1612: 전류 센서
1700: 배터리 어레이 1702: 배터리 셀
1704: 셀 리테이너 1706: 종판
1708: 측 레일 1710: 나사
1712: 씰 1714: 통기 매니폴드 섹션
1716: 전압 감지 보드 1718: 하네스 연결
1802: 단자 1804: 통기
1902: 부스 바 2202: 볼트
2302: 에너지 저장 모듈 2304: 뚜껑
2306: 수신 요소 2308: 기립 요소
2310: 하우징 2312: 장착판
2314: 피트 2316: 차량 프레임
2402: 에너지 저장 모듈 2404: 외함
2406: 상부 커버 2407: 하부 하우징
2408: 나사 2410: 고 전압 정션 박스
2412: 저 전압 커넥터 2414: 서비스 연결해제부
2416: 외부 팬 하우징 2418: 열 싱크
2419: 핀 2420: 바닥 표면
2422: 덮개 판 2706: 냉각 팬
2708: 중앙 공동 2719: 핀
2902: 에너지 저장 모듈 하우징 2904: 배터리 열 패드
3010: 고 전압 정션 박스 3012: 액세스 커버
3014, 3016: 고 전압 컨덕터 3110: 안전 커버
3112: 안전 커버 114: HVIL 저항기
3210: 플러그-인 BEC 3312, 3314: 단자
3316, 3318: 버스 바 블레이드 단자 3320: 전류 센서
3321: 전류 센서 커넥터 3222: 퓨즈 블록
3324: 고 전압 감지 커넥터 3326: 저 전압 커넥터
3328: 고 전압 접촉기 3410: 에너지 저장 제어기 모듈
3510, 3512: 배터리 어레이 3604: 개구
3610: 감압 패널 3612: 스프링
3614: 브라켓 3615: 돌출부
3616: 통기 개구 3710: 순응 씰
3712: 돌출부 3810: 배터리 셀
3812: 셀 리테이너 3814: 종판
3815: 절연 라이너 3816: 측 레일
3818: 핀 3819: 너트
3820: 핀 3823: 플랜지
3826: 압출 리미터 3830: 전압 감지 보드 조립체
4010: 버스 바 4012: 셀 단자
4020: 서미스터 4112: 전압 섹션
4116: 최종 버스 바 4208: 차량 프레임
4210: 절연체 마운드 4310: 어댑터 브라켓
4312: 지지 표면 4314: 단일 파스너
4412: 가요성 클립 4420: 홀
4422: 탭 4424: 포팅 재료
4426: 순응 재료

Claims (96)

  1. 에너지 저장 시스템으로서,
    하이브리드 자동차에 전기 에너지를 공급하도록 구성된 적어도 하나의 에너지 저장 모듈로서,
    제 1 단부와 제 2 단부를 가지는 1차 외함(enclosure);
    상기 1차 외함 내에 위치된 적어도 하나의 배터리 어레이로서, 복수의 배터리 셀들을 갖는, 상기 적어도 하나의 배터리 어레이;
    상기 1차 외함의 외부 표면에 배치되는 열 싱크(heat sink)로서, 상기 에너지 저장 모듈의 외부 표면에 상기 열 싱크의 길이방향 축에 대하여 바깥쪽으로 각지게 배치되는 복수의 핀들을 포함하는, 상기 열 싱크; 및
    상기 1차 외함의 제 1 단부의 외부 표면에 장착되는 팬;을 포함하는 상기 에너지 저장 모듈을 포함하고,
    상기 복수의 핀들은,
    상기 복수의 핀들의 제 1 부분;
    상기 복수의 핀들의 제 2 부분으로서, 상기 열 싱크의 길이방향 축에 대하여 안쪽으로 배치되는 내향 단부들을 갖는, 상기 제 2 부분; 및
    상기 복수의 핀들의 제 1 부분에 의해 형성된 플로어 (floor) 및 상기 복수의 핀들의 제 2 부분의 상기 내향 단부들에 의해 형성된 측면들을 포함하는 중앙 공동으로서, 상기 중앙 공동은 상기 열 싱크의 제 1 단부로부터 상기 열 싱크의 제 2 단부를 향하여 공기 흐름을 향하게 하는, 상기 중앙 공동;을 포함하고,
    상기 복수의 핀들은 상기 외부 표면상의 복수의 핀들을 통해 상기 에너지 저장 모듈 내로부터 열을 전도하도록 구성되고, 상기 중앙 공동은 상기 공기 흐름의 방향으로 너비가 좁아지고,
    상기 팬은 공기를 상기 핀들을 가로질러 상기 공기 흐름의 방향으로 향하게 하도록 동작가능한, 에너지 저장 시스템.
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  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 핀들의 높이는 상기 1차 외함의 제 1 단부로부터 제 2 단부를 향해 일반적으로 증가하는, 에너지 저장 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 핀들의 길이는 상기 1차 외함의 제 1 단부로부터 제 2 단부를 향해 일반적으로 증가하는, 에너지 저장 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙 공동은 상기 1차 외함의 길이방향 축에 대하여 실질적으로 중심에 있는, 에너지 저장 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 중앙 공동은 상기 열 싱크를 가로지르는 기류의 방향으로 좁아지는, 에너지 저장 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 싱크의 외부에 장착되고 상기 1차 외함과 덮개 판 사이에 기류 공동을 형성하는 상기 덮개 판을 더 포함하며,
    상기 덮개 판은 상기 팬으로부터 상기 열 싱크를 가로질러 공기를 향하게 하는, 에너지 저장 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배터리 어레이 및 상기 1차 외함의 내부 표면 사이에 배치되는 열 패드를 더 포함하고, 상기 열 패드는 열 도전성 및 전기적으로 절연 재료로 구성되는, 에너지 저장 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 외함은 물속에서 쓸 수 있도록 구성되는, 에너지 저장 시스템.
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  23. 제 1 항에 있어서,
    복수의 연결 단자들을 가지는 전기적으로 절연 재료들로 형성되는 모듈식 제거 가능한 커넥터;를 갖는 하이브리드 자동차에서 사용을 위한 플러그-인 버싱 전기 센터를 더 포함하고,
    상기 복수의 연결 단자들은 하이브리드 자동차 구동 시스템에 상기 배터리 어레이를 전기적으로 연결하도록 구성되고;
    상기 복수의 연결 단자들은 플러거블 커넥터들(pluggable connectors)에 의해 배터리에 전기적으로 연결되는, 에너지 저장 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    전류 센서를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 전류 센서에 전기적으로 연결되는 전류 센서 커넥터를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    퓨즈를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  27. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고 전압 감지 커넥터를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  28. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    저 전압 커넥터를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  29. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고 전압 접촉기들을 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  30. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 연결 단자들은 상기 모듈식 제거 가능한 커넥터로부터 강성을 가지고 연장하는, 에너지 저장 시스템.
  31. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 연결 단자들은 버스 바 블레이드 커넥터들인, 에너지 저장 시스템.
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  37. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 서미스터 조립체로서,
    서미스터 팁을 가지는 서미스터;
    상기 서미스터 팁을 적어도 부분적으로 감싸는 순응 재료; 및
    상기 서미스터에 동작가능하게 연결되는 클립;을 포함하는 상기 적어도 하나의 서미스터 조립체;를 더 포함하고,
    적어도 하나의 서미스터 조립체의 상기 클립과 상기 순응 재료는 상기 적어도 하나의 배터리 셀로부터 상기 서미스터에 열 전달을 달성하도록 상기 배터리 셀내의 적어도 하나의 배터리 셀에 대하여 상기 서미스터 팁을 보유하도록 동작 가능한, 에너지 저장 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 순응 재료는 열가소성 엘라스토머인, 에너지 저장 시스템.
  39. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 서미스터 몸체는 포팅 재료를 사용하여 상기 클립에 고정되는, 에너지 저장 시스템.
  40. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 서미스터는 접착제를 사용하여 상기 클립에 고정되는, 에너지 저장 시스템.
  41. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 클립은 상기 배터리 셀의 외부 표면에 대하여 수직으로 구부리도록 형성되고, 상기 외부 표면은 순응 재료와 접촉하는, 에너지 저장 시스템.
  42. 삭제
  43. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 외함 내에 위치된 적어도 하나의 배터리 어레이는,
    복수의 배터리 셀들;
    전압 감지 보드;
    상기 전압 감지 보드내에 배치된 복수의 버스 바들로서, 제 2 배터리 셀의 음의 단자에 제 1 배터리 셀의 양의 단자를 연결하는, 상기 버스 바들;을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 온도를 모니터링 하도록 배치되는 적어도 하나의 서미스터로서, 서미스터 조립체는 서미스터 몸체와, 상기 서미스터 몸체의 제 1 단부에 배치되는 서미스터 팁과, 상기 서미스터 팁을 적어도 부분적으로 감싸는 순응 재료를 가지는, 상기 적어도 하나의 서미스터를 포함하고,
    상기 서미스터 몸체는 클립을 사용하여 상기 전압 감지 보드에 장착되고, 상기 클립은 상기 배터리 셀들 중 적어도 하나에 대하여 상기 서미스터 팁을 보유하도록 구성되는, 에너지 저장 시스템.
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  48. 제 44 항에 있어서,
    상기 클립은 상기 배터리 셀의 외부 표면에 대하여 수직으로 구부리도록 형성되고, 상기 외부 표면은 순응 재료와 접촉하는, 에너지 저장 시스템.
  49. 제 43 항 또는 제 44 항에 있어서,
    상기 전압 감지 보드는 지정된 위치들에서 손실된 최종 버스 바들을 가지며,
    상기 손실된 최종 버스 바들은 조립체 기술자를 50 볼트 이상의 전압들에 노출시키는 것을 방지하기 위해 최종 조립 동안 상기 배터리 어레이에 부가되는, 에너지 저장 시스템.
  50. 제 49 항에 있어서,
    복수의 버스 바들은 배터리 셀들의 다수의 하위그룹을 생성하도록 배치되고, 배터리 셀들의 각각의 하위그룹은 상기 손실된 최종 버스 바들이 설치되기 이전에 최대 50 볼트를 제공하는, 에너지 저장 시스템.
  51. 제 49 항에 있어서,
    상기 배터리 어레이는 복수의 부분적으로 중첩한 절연 커버들을 더 포함하며, 상기 커버들 중 적어도 하나는 설치될 때 인접한 커버의 일부를 커버하는 중첩 부분을 갖는, 에너지 저장 시스템.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 커버들 중 적어도 하나는 최종 버스 바들 중 적어도 하나를 더 포함하며, 상기 최종 버스 바는 상기 커버가 설치될 때 적어도 두 개의 배터리 셀들 사이에 전기적 연결을 만들기 위해 상기 커버 내에 위치되는, 에너지 저장 시스템.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 손실된 최종 버스 바에 의해 만들어진 상기 전기적 연결은 배터리 셀들의 두 개의 인접한 하위그룹들을 전기적으로 연결하는, 에너지 저장 시스템.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 인접한 하위그룹들은 상기 최종 버스 바가 설치될 때 직렬로 연결되는, 에너지 저장 시스템.
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  61. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 외함 내에 배치된 감압 패널로서, 상기 1차 외함의 내부 압력을 제한하도록 동작가능한, 상기 감압 패널;을 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 감압 패널은:
    순응 씰; 및
    상기 1차 외함에서 통기 개구에 대하여 상기 순응 씰을 유지하기 위한 적어도 하나의 스프링을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 감압 패널은 적어도 하나의 스프링을 측방향으로 고정하는 복수의 돌출부들을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 돌출부들은 상기 적어도 하나의 스프링의 내부 공동으로 연장하도록 배치되는, 에너지 저장 시스템.
  65. 제 62 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감압 패널 및 순응 씰은 적어도 하나의 스프링과 함께 브라켓에 의해 통기 개구에 접촉하게 유지되고, 상기 브라켓은 상기 1차 외함에 결합되되, 상기 스프링은 상기 브라켓과 상기 감압 패널 사이에 배치되는, 에너지 저장 시스템.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 브라켓은 적어도 하나의 스프링을 측방향으로 고정하는 복수의 돌출부들을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 브라켓 돌출부들은 적어도 하나의 스프링의 내부 공동으로 연장하도록 배치되는, 에너지 저장 시스템.
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  74. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 어레이는,
    복수의 병렬 측 레일들로서, 상기 측 레일들은 상기 측 레일들의 각 단부에 상부 및 하부 레일 장착 홀들을 가지고, 상기 복수의 배터리 셀들은 상기 측 레일들을 따라 위치되는, 상기 복수의 병렬 측 레일들;
    상기 측 레일들에 실질적으로 수직으로 배치되는 복수의 종판들로서, 각 종판은 복수의 판 장착 플랜지들을 갖는, 상기 복수의 종판들; 및
    복수의 장착 핀들;을 포함하고,
    상기 종판들은 상기 판 장착 플랜지들에 인접하게 위치된 상기 장착 핀들에 의해 상기 배터리 어레이에 고정되고, 상기 장착 핀들은 상기 상부 및 하부 레일 장착 홀들을 통해 삽입되는, 에너지 저장 시스템.
  75. 제 74 항에 있어서,
    상기 배터리 셀들은 상기 복수의 종판들 사이에 위치되는, 에너지 저장 시스템.
  76. 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서,
    상기 배터리 어레이는 두 개의 종판들을 가지는, 에너지 저장 시스템.
  77. 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서,
    상기 배터리 어레이는 두 개의 측 레일들을 가지는, 에너지 저장 시스템.
  78. 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서,
    상기 복수의 측 레일들은 트러스들(trusses)을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  79. 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서,
    상기 장착 핀은 또한 압축 리미터를 통해 삽입되는, 에너지 저장 시스템.
  80. 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서,
    상기 배터리 어레이는:
    절연 재료로 형성되고 두 개의 인접한 배터리 셀들 사이에 배치된 적어도 하나의 배터리 리테이너로서, 상기 인접한 배터리 셀들 중 제 2 셀이 통기될 때 상기 인접한 배터리 셀들 중 제 1 셀이 통기하는 것을 방지하는 레벨로 상기 인접한 배터리 셀들 사이에서의 열 전달을 제한하기에 충분한 두께를 갖는, 상기 적어도 하나의 배터리 리테이너를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  81. 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서,
    상기 종판들은 장착 핀들과 상기 복수의 배터리 셀들 사이에 고정되는, 에너지 저장 시스템.
  82. 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서,
    복수의 측 레일들 중 적어도 하나는 반대쪽 측 레일들 사이에 상기 배터리 셀들을 고정하기 위한 채널을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  83. 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서,
    상부 측 레일 플랜지 및 하부 측 레일 플랜지를 가지는 측 레일들을 더 포함하고, 상기 배터리 셀들은 상기 상부 및 하부 측 레일 플랜지들 사이에 고정되고, 상기 레일 장착 홀들은 상기 상부 및 하부 측 레일 플랜지들을 관통하는, 에너지 저장 시스템.
  84. 제 74 항 또는 제 75 항에 있어서,
    절연 라이너는 하나 이상의 측 레일과 배터리 셀들 중 적어도 하나 사이에 위치되는, 에너지 저장 시스템.
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  92. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 어레이는 적어도 300 볼트의 전위차를 갖는, 에너지 저장 시스템.
  93. 제 62 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 외함 내부의 압력이 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우, 상기 감압 패널은 상기 통기 개구에 인접하는 밀봉된 제 1 위치로부터 상기 통기 개구로부터 이격된 밀봉되지 않은 제 2 위치로 이동하도록 동작 가능한, 에너지 저장 시스템.
  94. 제 62 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 외함의 내부 압력이 미리 정해진 임계치보다 작거나 같은 경우, 상기 감압 패널은 상기 통기 개구로부터 이격된 밀봉되지 않은 제 2 위치로부터 상기 통기 개구에 인접한 밀봉된 제 1 위치로 이동하도록 동작 가능한, 에너지 저장 시스템.
  95. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 어레이는 상기 1차 외함 내부에 장착되고, 상기 1차 외함은 밀봉되는, 에너지 저장 시스템.
  96. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 어레이의 적어도 하나의 배터리 셀은 배터리 가스를 상기 1차 외함으로 방출하기 위한 배터리 통기를 갖는, 에너지 저장 시스템.
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