KR102497400B1 - 통합 에너지 저장 시스템을 갖춘 아키텍처 물질 - Google Patents

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KR102497400B1
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Abstract

본 발명은 일반적으로 전기 배터리 시스템이 매립된 제작된 건축 자재를 포함하는 에너지 저장 시스템과 관련된다. 일반적으로 제작된 재료는 건축 패널, 가령, 건물의 내부 또는 외부 클래딩, 바닥재, 카운터탑, 또는 계단을 위해 사용되는 패널로서 제공된다. 상기 패널은 건축 자재에 의해 과다-형성 및/또는 건축 자재와 접합되는 적어도 하나의 배터리 디바이스 또는 배터리 조립체를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 패널은 점성 건축 자재 전구물질을 배터리 디바이스 또는 조립체 주위에 유동시키고 전구물질을 양생하여 건축 자재를 고형화함으로써 형성된다. 패널은 에너지 저장 시스템을 위한 특정 적용예데 따라 선택될 수 있는 임의의 개수의 다양한 배열로 전기적으로 연결될 수 있다.

Description

통합 에너지 저장 시스템을 갖춘 아티텍처 물질
관련 출원
본 출원은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함되는 2016년 12월 15일에 출원된 미국 가특허출원 번호 62/434,869의 이익을 주장한다.
발명 분야
본 발명은 일반적으로 일체형 에너지 저장 시스템이 내장된 건축용 재료, 가령, 내부 및 외부 클래딩 패널, 바닥재 패널, 카운터탑, 또는 계단과 관련된 것이다.
많은 경우에서, 가령, 보안 시스템에 대한 임계 부하를 유지하고, 정전(blackout) 동안 백업 전력을 제공하며, 전기적으로 민감한 설비에 대해 전력 품질을 유지관리하고, 설비의 손상을 방지하기 위해 서지 보호를 제공하며, 피크 사용 동안 더 높은 요금을 피하기 위해 전기적 부하를 이동시키고, 재생 가능한 에너지 발생 시스템을 위한 저장 및 인출을 제공하기 위해, 분산 에너지 저장 시스템이 사용된다. 그러나, 전통적인 에너지 저장 시스템은 복수의 단점을 가진다. 예를 들어, 전통적인 시스템은 꽤 크기가 크고 건물 내에서 넓은 공간을 차지한다. 많은 경우, 모든 공간이 전통적인 에너지 저장 시스템을 하우징하고 유지하는 것에 사용된다. 이들이 기능적 목적을 수행하더라도, 전통적인 시스템은 일반적으로 심미적으로 매력적이지 않고, 시스템을 감추기 위해 노력해야 한다. 또한, 건물 및 가정 내에 전통적인 시스템을 설치하고 유지하는 것이 종종 시간 소모적이고 비용이 많이 든다. 마지막으로, 배터리의 기본 빌딩 블록(즉, 배터리 셀)이 건물 구조 전체에 더 분산되어 있음으로써, 하나의 셀 또는 구성요소가 열 이벤트를 시작하는 경우 전파 보호라고 불리는 비할 데 없는 안전 이점을 제공하도록, 에너지 저장 솔루션을 건물 구조에 포함시키는 것이 어려운 것으로 밝혀졌다. 전용 저장 공간을 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는, 보이지 않거나 또는 심미적으로 매력적인 안전한 에너지 저장 시스템이 필요하다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널이 제공된다. 상기 건축 패널은 제작된 건축 자재 내에 매립되는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 조립체를 포함한다. 적어도 하나의 배터리 조립체는 외부 표면을 포함하고, 상기 외부 표면의 대부분은 건축 자재에 의해 과다-형성 및/또는 건축 자재와 접합된다. 적어도 하나의 배터리 조립체는 적어도 하나의 배터리 조립체를 패널 외부의 전기 회로와 연결하도록 동작 가능한 전기 커넥터를 포함한다. 복수의 건축 패널을 포함하는 벽 구조물이 또한 제공된다.
또 다른 실시예에서, 건물, 대피소, 설비 또는 이들의 임의의 부분에 전력을 제공하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 벽을 본 명세서에 기재된 복수의 건축 패널을 포함하는 건물의 표면 상에 설치하는 단계 및 복수의 건축 패널을 전기 전원과 연결된 전기 회로에 연결하는 단계를 포함한다. 방법은 전기 전원을 이용해 적어도 하나의 패널의 적어도 하나의 배터리 셀을 충전하는 단계 및 적어도 하나의 패널을 전기 전원으로부터 선택적으로 단절하고 건물 내에서 사용되도록 적어도 하나의 패널 내 매립된 적어도 하나의 셀로부터 전력을 인출하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 배터리 디바이스를 포함하는 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널이 제공된다. 상기 배터리 디바이스는 외부 표면을 가지며, 상기 외부 표면의 대부분은 제작된 건축 자재와 접촉 및/또는 건축 자재와 접합된다. 적어도 하나의 배터리 디바이스는 건축 자재 내에 매립된다. 점성 건축 자재 전구물질을 적어도 하나의 배터리 디바이스 주위에 유동시켜 적어도 하나의 배터리 디바이스가 점성 건축 자재 전구물질 내에 매립되도록 하고, 점성 건축 자재 전구물질을 양생하여 점성 건출 자재를 고형화하고, 이로써 건축 자재를 형성함으로써, 패널은 형성된다.
또 다른 실시예에서, 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널을 제작하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 점성 건축 자재 전구물질을 적어도 하나의 배터리 디바이스 주위에 유동시켜 적어도 하나의 배터리 디바이스가 점성 건축 자재 전구물질 내에 매립되게 하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 점성 건축 자재 전구물질을 양생하여 점성 건축 자재를 고형화함으로써 배터리 디바이스를 건축 자재로 적어도 부분적으로 감싸는 단계를 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 복수의 건축 패널을 포함하는 벽 구조물의 단편적 정면도이다.
도 2는 도 1의 벽 구조물의 하나의 실시예에 따르는 내부 구성요소를 도시하는 확대된 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 벽 구조물의 또 다른 실시예에 따르는 내부 구성요소를 도시하는 확대된 횡단면도이다.
도 4는 도 1의 벽 구조물의 또 다른 실시예에 따르는 내부 구성요소를 도시하는 확대된 횡단면도이다.
도 5는 도 1의 벽 구조물의 또 다른 실시예에 따르는 내부 구성요소를 도시하는 확대된 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 배터리 셀이 매립된 건출 패널의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 배터리 디바이스가 매립되고 배터리 셀을 탈착 가능하게 수용하도록 구성된 건축 패널을 도시하는 투시도이다.
도 8은 도 7의 실시예에 따라 건축 패널의 배터리 디바이스 내에 수용되는 배터리 셀을 도시하는 투시도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 패널에 매립된 배터리 디바이스 내에 수용되는 2개의 배터리 셀을 갖는 건축 패널을 도시하는 후면 투시도이다.
본 발명의 실시예는 일체형 에너지 저장 시스템에서 사용되기 위한 건축 패널과 관련된다. 에너지 저장 시스템은 상당한 양의 화학 에너지를 저장하고 필요할 때 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여, 예를 들어 전력을 패널을 포함하는 건물, 대피소, 또는 시설로 공급할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 에너지 저장 시스템은 개인 패널, 복수의 패널, 또는 전체 벽, 바닥재, 카운터탑, 계단, 또는 이들의 임의의 부분을 포함할 수 있다. 에너지 저장 시스템은 일반적으로 건축 패널 중 하나 이상에 내장되는 적어도 하나의 배터리 조립체를 포함한다. 하나 또는 복수의 배터리 조립체가 개별적으로 사용되어 고립된 전력을 제공하거나, 복수의 건축 패널을 포함하는 벽 구조물, 바닥재 커버링, 카운터탑, 또는 계단을 통해 더 광범위한 전력을 제공할 수 있다. 도 1을 참조하면, 일체형 에너지 저장 시스템은 벽 장착 구조물(30)에 고정된 복수의 건축용 벽 패널(20)로 구성된 벽 구조물(10)로서 제공된다. 복수의 패널은 벽 구조물(10) 내에 구조적 및 전기적으로 일체화되는 적어도 하나의 배터리 조립체(40)를 포함한다.
패널(20)은 일반적으로 제작된 건축 자재로 구성된다. 본 명세서에서 사용될 때 "제작된" 건축 자재는 그 자체로는 존재하지 않으며, 심미적 벽 커버링, 클래딩, 파사드, 바닥재, 카운터탑, 또는 계단으로서 사용되도록 구성된 인공 또는 가공된 자재를 지칭한다. 제작된 건축 자재는 원자재 또는 미가공 건물 자재, 가령, 미가공 또는 순수 점토, 석재, 및 목재를 포함하지 않는다. 그러나 제작된 건축 자재는 구성된 원자재 또는 천연 자재와 상이한 형태, 구조, 및/또는 기능의 자재를 생성하도록 가공된 원자재 또는 천연 자재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 원자재를 입자로 갈고 갈린 재료를 바인더 또는 그 밖의 다른 합성 재료와 혼합함으로써, 제작된 건축 자재는 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 제작된 건축 자재는 합성 수지 재료, 콘크리트, 세라믹, 석영, 유리, 목재칩, 톱밥, 회반죽(plaster), 석고(gypsum), 유리섬유 및 탄소 섬유로 구성된 군 중에서 선택된 하나 이상의 부재를 포함한다. 제작된 건축 자재는 배터리 조립체(40)와 함께 사용되기에 바람직한 열적 특성을 제공하도록 선택될 수 있다. 특정 실시예에서, 건축 자재는 외부 열원, 가령, 태양 복사로부터 배터리 조립체를 절연하도록 동작할 비교적 낮은 열 전도율을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 건축 자재는 배터리 조립체로부터 열을 빼내는 특정 열 싱크 품질을 갖도록 하기에 충분한 열 전도율을 가질 수 있다. 어느 시나리오에서라도, 건축 자재는 동작 환경 및 조건의 범위에서 배터리 셀의 더 효율적인 동작을 가능하게 할 수 있다. 특정 실시예에서, 제작된 건축 자재는 약 0.05 내지 약 10 W/(m K), 약 0.1 내지 약 7.5 W/(m K), 더 바람직하게는 약 0.5 내지 약 5 W/(m K)의 열 전도율을 가질 수 있다. 사용되는 특정 재료가 많은 요인들, 가령, 심미적 및 기능적 고려사항에 따라 달라질 수 있다.
특정 선호되는 실시예에서, 패널(20)은, 본 명세서에 기재되는 바와 같이 점성 건축 자재 전구물질로 적어도 하나의 배터리 디바이스 또는 조립체를 과다-형성함으로써 제작된다. 본 명세서에서 사용될 때, "과다-형성(over-forming)"은 배터리 디바이스 주위에 점성 건축 자재 전구물질을 유동시켜, 디바이스가 점성 건축 자재 전구물질 내에 매립되도록 하는 공정을 지칭한다. 과다-형성은 또한, 물체가 몰드 캐비티에 삽입되고, 점성 물질이 몰드와 물체 사이의 공간으로 도입되는 과다-몰딩(over-molding)의 개념을 포함한다. 일반적으로 점성 건축 자재 전구물질은 본 명세서에 기재된 제작된 건축 자재 중 하나 이상의 액체 또는 반-액체(semi-liquid) 형태를 포함한다. 점성 전구물질은 과다-형성 전에 처리(가령, 가열)될 수 있다. 특정 실시예에서, 점성 건축 자재 전구물질은 몰드 내 유동시킴으로써 원하는대로 성형된다. 이러한 실시예에서, 전구물질이 유동되기 전에 배터리 디바이스 또는 조립체가 몰드 내에서 현수되어, 전구물질이 배터리 디바이스의 대부분(50% 초과), 70% 초과, 90% 초과, 또는 95% 초과 주위에 유동되고 접촉될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명의 실시예에서 사용되는 과다-형성 공정이 플라스틱 분야에서 흔히 사용되는 과다-몰딩 공정과 유사하다. 그 후 점성 건축 자재 전구물질이 양생되어 점성 건축 자재를 고형화하고, 배터리 디바이스를 제작된 건축 자재로 적어도 부분적으로 감싼다. 특정 실시예에서, 전구물질 내에 합성 수지 재료를 중합함으로써 점성 건축 자재 전구물질이 양생된다. 그러나 양생 방법은 전구물질 재료의 화학에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 전구물질을 가열, 냉각, 및/또는 UV 광에 노출시킴으로써 점성 건축 자재 전구물질이 양생될 수 있다.
일반적으로 패널(20)은, 패널(20)이 벽 구조물(10)에 고정될 때 보이도록 의도된 표면(22)을 가지며, 따라서 표면(22)이 미적 선호에 따라 조립된다. 특정 실시예에서, 표면(22)은 내후성이도록 구성되어 건물 외부 파사드의 일부를 형성할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "내후성"은 외관 및 무결성을 유지하면서 표면이 바람, 비, 또는 태양의 영향을 견딜 수 있음을 의미한다. 바람직하게는, 내후성 표면(22)은 습기가 배터리 조립체(40)의 전기적 구성요소와 접촉하고 손상시키지 못하게 하도록 기능할 수 있다. 이러한 실시예에서, 패널(20)은 내후성 건축 자재로 구성되지만, 패널(20)이, 예를 들어, 내후성 코팅으로 처리되는 경우, 비-내후성 재료가 또한 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 패널은 배터리 조립체(40)를 감추도록 설계되고, 따라서 건축 자재는 빛을 투과시키지 않도록 불투명하며 건축 자재를 통해 배터리 조립체(40)가 보이지 않는다. 패널(20)은 다양한 형태 및 크기로 구성될 수 있고 곡선형 또는 평면형일 수 있다. 그러나 바람직한 실시예에서, 패널(20)은 길이 또는 폭 치수의 약 25% 미만, 약 15% 미만, 약 10% 미만, 또는 약 5% 미만의 두께 치수를 갖는 직각 프리즘의 형태를 가진다. 특정 실시예에서, 패널(20)은 구조적으로 하중을 지지하도록 설계된 건축 자재와 다르게, 비교적 얇은 판형 구성이다.
앞서 언급된 바와 같이, 적어도 하나의 배터리 조립체(40)는 벽 구조물(10) 내에 일체화된다. 본 명세서에서 사용될 때, "배터리 조립체"는 본 발명의 전기 에너지 저장 및 배터리 일체화 양태와 연관된 다양한 디바이스 또는 구성요소, 가령, 임의의 배터리 슬리브, 배터리 케이싱 또는 커버링, 배터리 셀, 전기 연결(가령, 와이어), 센서, 제어기, 지시등, 및 안전 구성요소 중 하나 이상을 지칭한다. 특정 실시예에서, 배터리 조립체(40)는 외부 회로, 가령, 건축 구조물에 포함된 외부 회로를 더 포함하지만, 일반적으로 전원은 배터리 조립체(40)를 패널(20) 외부에 있는 전기적 회로에 연결하도록 동작 가능한 전기 커넥터를 포함한다. 특정 실시예에서, 배터리 조립체(40)는 적어도 하나의 배터리 셀(도 6에 도시된 것), 및 바람직하게는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 디바이스를 더 포함한다.
특정 실시예에서, 배터리 조립체(40)는 패널(20) 내에 매립되는 배터리 디바이스(43)를 포함한다. 본 명세서에서 사용될 때, "배터리 디바이스"는 배터리 조립체(40)을 포함하는 구성요소 중 하나, 일부 또는 전부를 지칭한다. 예를 들어, 도 7 및 8의 실시예에서 도시된 바와 같이, 배터리 디바이스(43)는 배터리 셀(46)이 탈착식으로 수용되는 보호 슬리브(protective sleeve)(44)일 수 있다. 보호 슬리브(44)는 리드(45)를 포함하여 배터리 셀(46)을 슬리브(44) 내에 완전히 감싸거나 밀봉할 수 있다. 그러나 그 밖의 다른 특정 실시예에서, 배터리 디바이스(43)는 배터리 조립체(40)의 일부 또는 모든 구성요소, 가령, 하나 이상의 배터리 셀, 전기적 연결, 센서, 제어기, 지시등, 및 보호 구성요소(가령, 보호 슬리브)를 포함한다.
도 2-5의 실시예에서 나타난 바와 같이, 매립된 배터리 디바이스(43)(또는 배터리 조립체(40))는, 패널(20)을 절단 또는 그 밖의 다른 방식으로 파괴하지 않고는 배터리 디바이스가 패널(20)로부터 분리될 수 없도록 패널(20)이 일체화된 구성을 형성하도록 건축 자재로 과다-형성 및/또는 건축 자재와 접합된 외부 표면(42)을 포함한다. 특정 실시예에서, 외부 표면(42)의 대부분(50% 초과), 70% 초과, 90% 초과, 또는 95% 초과가 건축 자재로 과다-형성 및/또는 건축 자재와 접합되거나 및/또는 일반적으로 직접 접촉된다. 특정 실시예에서, 패널(20)은 복수의 배터리 디바이스 및/또는 배터리 조립체를 포함한다. 동시에 또는 대안으로, 배터리 디바이스(43) 또는 조립체(40)(또는 복수의 배터리 디바이스 또는 조립체)가 각각 복수의 배터리 셀(46)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, (대응하는 캐소드(47a 및 47b), 및 대응하는 애노드(49a 및 49b)를 갖는) 2개의 배터리 셀(46a 및 46b)은 패널(20)의 슬리브(44) 내에 수용되고 내부 와이어링(41)을 통해 직렬로 연결될 수 있다. 복수의 배터리 조립체, 디바이스, 및/또는 배터리 셀은 에너지 저장 시스템에 대한 특정 적용예에 따라 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2-5는 복수의 배터리 조립체, 디바이스 및/또는 배터리 셀에 대한 예시적 전기적 배열을 도시한다. 그러나 해당 분야의 통상의 기술자라면 이들 배열은 예시에 불과하며, 종래에 알려진 그 밖의 다른 임의의 전기적 배열이 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있음을 알 것이다. 도 2는 직렬 배열로 전기적으로 연결된 복수의 패널(20)의 배터리 조립체(40)를 도시한다. 전기적 와이어링(32)는 하나의 패널의 배터리 조립체로부터의 캐소드(47)를 인접한 패널의 또 다른 배터리 조립체로부터의 애노드(49)로 연결하도록 구성된다. 도 3은 병렬 배열로 전기적으로 연결된 복수의 패널(20)의 배터리 조립체를 도시한다. 전기적 와이어링(32)이 패널(20a)의 배터리 조립체(40a)로부터의 캐소드(47a)에서 패널(20b)의 배터리 조립체(40b)로부터의 또 다른 캐소드(47b)로 연결하도록 구성된다. 유사한 구성은 패널(20a 및 20b)의 애노드(도 3에 도시되지 않음)를 연결한다. 특정 실시예에서, 패널(20)은, 전기적 와이어링(32)이 각각 포트(48a 및 48b)를 통해 캐소드(47a 및 47b)에 연결되도록, 포트(48)를 포함한다. 도 4 및 5는 병렬 배열로 전기적으로 연결된 복수의 패널(20)의 배터리 조립체(40)를 도시한다. 전기적 와이어링(32)은 하나의 패널(20a)의 하나의 배터리 조립체(40a)로부터의 캐소드(47a)를 인접 패널(20b)의 제2 배터리 조립체(40b)로부터의 또 다른 캐소드(47b)로 연결하고, 패널(20b)의 배터리 조립체(40b)로부터의 애노드(49b)를 패널(20c)의 배터리 조립체(40c)로부터의 또 다른 애노드(49c)로 연결하도록 구성된다. 특정 바람직한 실시예에서, 배터리 조립체(40) 및 전기적 와이어링(32)은 보이지 않도록 감춰진다. 예를 들어, 이러한 바람직한 실시예에서, 패널(20) 외부의 배터리 조립체(40) 또는 전기적 와이어링(32)의 일부분이 가시 표면(22)의 반대쪽인 후면(23)을 통해(가령, 후면(23) 상의 포트(48)를 통해) 연결될 것이다.
배터리 셀(또는 셀들)의 유형이 에너지 저장 시스템의 특정 적용예에 대해 선택될 수 있다. 배터리 셀 화학은 해당 분야에 알려져 있으며, 임의의 개수의 다양한 배터리 셀 화학이 사용될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 배터리 셀은 임의의 1차 또는 2차 전지 화학일 수 있다. 특정 실시예에서, 적어도 하나의 배터리 셀이 아연-탄소, 아연-클로라이드, 알칼리, 니켈 옥시히드록사이드, 리튬(가령, 구리 옥사이드, 철 디설파이드, 망간 디옥사이드, 탄소 플루오라이드, 및 크롬 옥사이드 캐소드), 수은 옥사이드, 아연-공기, 잼보니 파일(Zamboni pile), 은-옥사이드 및 마그네슘으로 구성된 군 중에서 선택된다. 또 다른 특정 실시예에서, 적어도 하나의 배터리 셀은 또한, 니켈-카드뮴, 납-산, 니켈-금속 히드라이드, 니켈-아연, 은-아연, 및 리튬 이온으로 구성된 군 중에서 선택된 2차 셀 화학일 수 있다. 또 다른 가능한 배터리 셀은 리튬 이온, 리튬 금속, 리튬 공기, 및 솔리드 스테이트 배터리의 변형을 포함한다. 특히 선호되는 실시예에서, 배터리 셀은 리튬-이온 배터리 셀이다. 그러나 사용되는 배터리 셀 화학이 복수의 요인, 가령, 원하는 용량 및 전압에 따라 달라질 것이다. 마찬가지로, 둘 이상의 배터리 셀이 사용될 때, 배터리 셀의 구체적 배열이 이들 요인을 기초로 선택될 것이다. 예를 들어, 더 큰 커패시턴스가 희망될 때, 배터리 셀이 병렬 회로로 전기적으로 연결될 것이다. 그러나 더 큰 전압이 희망될 때, 배터리 셀은 직렬로 전기적으로 연결될 것이다. 배터리 셀은 각기둥형 셀, 원통형 셀, 파우치 셀, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 배터리 셀의 특정 형태 및 치수가 적용예에 맞춤 구성될 수 있다. 예를 들어, 각기둥형 전지가 최상의 공간 활용을 제공하며, 반면에 원기둥형 전지는 고전력 배터리 시스템을 위한 더 단순한 냉각 옵션을 제공할 수 있다. 또한 파우치 전지는 건축 자재와 배터리 시스템의 더 유연한 설계를 가능하게 하도록 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 패널(20)은 배터리 셀 상태 또는 동작의 적어도 하나의 양태를 모니터 및/또는 제어하도록 동작 가능한 배터리 조립체(30)와 연관된 전자 회로를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 이 전자 회로는 건축 자재 내에 매립된다.
특정 실시예에서, 패널(20)은 패널(20)을 벽 장착 구조물(30)에 고정하도록 구성된 고정 요소(24)를 더 포함한다. 고정 요소(24)는 다양한 고정부(fastener) 중 임의의 것일 수 있고, 고정 요소(24)의 특정 설계 및 구성은 다양한 요인, 가령, 패널(20)의 크기 및 중량에 따라, 벽 구조물(10)이 내벽인지 외부 파사드인지에 따라, 그리고 에너지 저장 시스템의 특정 적용예에 대한 안전 고려사항에 따라 달라질 것이다. 도 2-5의 실시예에서 도시된 바와 같이, 패널(20)이 장착 구조물(30)에 탈착 가능하게 연결되도록 고정 요소(24)는 장착 구조물(30)의 수용 부분(34)으로 삽입되도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 고정 요소(24)는 패널(20)을 장착 구조물(30)에 구조적으로 고정할 뿐 아니라 배터리 조립체(40)의 매립된 부분과 전기적 와이어링(32) 간 전기적 연결을 제공하도록 기능할 수도 있다(도 4 및 5 참조). 그러나 또 다른 특정 실시예에서, 고정 요소(24)는 배터리 조립체(40)에 대해 전기적 연결을 제공하지 않는다(도 2 및 3 참조). 도 2-5에 도시된 실시예는 예시적 고정 메커니즘에 불과하며, 선택된 메커니즘이 패널(20)을 장착 구조물(30)에 고정할 수 있는 한 임의의 개수의 그 밖의 다른 고정 메커니즘이 사용될 수 있다.
마찬가지로, 장착 구조물(30)은 다양한 스타일 중 임의의 것일 수 있으며, 특정 설계 및 구성은 요인들, 가령, 패널(20)의 크기 및 중량에 따라, 벽 구조물(10)이 내벽인지 외부 파사드인지에 따라, 그리고 안전 고려사항에 따라 달라질 것이다. 그러나 특정 실시예에서, 장착 구조물(30)은 가령, 도 1-5에 도시된 것과 같은 서브벽 구조물(50)에 고정된 레일(rail) 및/또는 크로스멤버(crossmember)를 포함한다. 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서, 장착 구조물(30)은, 예를 들어, 고정 요소(24)를 통해, 전력을 배터리 셀로 공급 및/또는 배터리 셀로부터 전달하도록 동작하는 전기 회로(36)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 전기 회로(36)는 벽 구조물(10)을 포함하는 복수의 패널(20)이 병렬 또는 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 동시에 또는 대안으로, 벽 구조물(10)은 각각의 패널(20) 내에 담긴 적어도 하나의 배터리 셀의 상태를 모니터 및/또는 적어도 하나의 동작 양태를 제어하도록 동작 가능한 전자 회로(도시되지 않음 그리고 전기 회로(36)와 분리됨)와 연결된다.
본 발명의 에너지 저장 시스템은 건물, 대피소, 설비 또는 구조물(가령, 속성 또는 경계를 구분하기 위한 건축 스크린 또는 펜스) 또는 이들의 임의의 부분에 전력을 제공하도록 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 방법은 벽 구조물(10)을 예를 들어, 내부 또는 외부 클래딩의 형태로 건물의 표면 상으로 설치하는 단계를 포함하지만, 본 발명의 실시예는 바닥재 커버링, 천장, 또는 그 밖의 다른 건물 표면을 형성하도록 사용될 수도 있다. 도 1에서 최적으로 도시된 바와 같이, 벽 구조물(10)은 복수의 패널(20)을 포함한다. 복수의 패널이 배터리 조립체를 포함하고, 일부 패널은 배터리 조립체를 포함하지 않도록(즉, 일부 패널은 오직 심미적으로만 존재), 벽 구조물(10)은 기능 및 비-기능 패널의 혼합을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 예를 들어, 고정 요소(24)의 일부 변형을 이용해, 패널을 장착 구조물(30)에 탈착 가능하게 고정함으로써, 패널(20)이 설치된다. 복수의 패널(20)은, 전기적 와이어링(32) 및 회로(36)를 포함할 수 있고 전기 전원에 연결되는 전기 회로에 연결된다. 전기 전원은 공공 설비(가령, 석탄, 천연 가스-연소 발전소, 핵발전소, 풍력 발전소, 태양에너지 발전소, 또는 수력 발전소) 또는 독립적 발전 시스템(가령, 비-공공(off-the-grid) 로컬 태양에너지, 풍력, 또는 화석 연료-발전소)일 수 있다. 어느 경우라도, 전기 전원은 적어도 하나(또는 일부 또는 모든) 패널(20) 내 적어도 하나(또는 일부 또는 모든) 배터리 셀을 충전하도록 사용된다. 배터리 셀로부터의 전기 에너지 배포가 희망될 때, 패널(20)은 전기 전원으로부터 선택적으로 단절되고 전력이 건물 내에서 사용되도록 패널(20) 내에 매립된 배터리 셀(46)로부터 인출된다. 특정 실시예에서, 배터리 셀(들)을 충전하기 위해 사용되는 동일한 전기 회로가 또한 건물 내에서 사용되기 위해 셀로부터 전력 인출을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 일반적으로 전기 회로는 선택적으로 셀로 그리고 셀로부터 전력을 분산시키기 및/또는 필요에 따라 셀을 병렬에서 직렬로 스위칭하기 위한 제어 시스템을 포함할 것이다.

Claims (37)

  1. 제작된 건축 자재 내에 매립되고 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 조립체를 포함하는 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널로서,
    적어도 하나의 배터리 조립체는 외부 표면을 포함하되, 적어도 하나의 배터리 조립체 주위에 점성 건축 자재 전구물질을 유동시켜, 적어도 하나의 배터리 조립체로 하여금 점성 건축 자재 전구물질 내에 매립되게 함으로써, 상기 외부 표면의 50% 초과 부분이 건축 자재에 의해 과다-형성되고, 적어도 하나의 배터리 조립체는 적어도 하나의 배터리 조립체를 상기 패널 외부에 있는 전기 회로와 연결하도록 동작 가능한 전기 커넥터를 포함하는, 건축 패널.
  2. 제1항에 있어서, 건축 자재는 합성 수지 재료, 콘크리트, 세라믹, 유리, 석영, 목재칩, 톱밥, 회반죽, 석고, 유리섬유, 및 탄소 섬유로 구성된 군 중에서 선택된 하나 이상의 부재를 포함하는, 건축 패널.
  3. 제1항에 있어서, 건축 자재는 배터리 셀이 상기 건축 자재를 통해 보이지 않도록 불투명한, 건축 패널.
  4. 제1항에 있어서, 패널은 배터리 셀 상태 또는 동작의 적어도 하나의 양태를 모니터 또는 제어하도록 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 조립체와 연관된 전자 회로를 더 포함하는, 건축 패널.
  5. 제4항에 있어서, 전자 회로는 건축 자재 내에 매립되는, 건축 패널.
  6. 제1항에 있어서, 상기 패널은 상기 패널을 벽 장착 구조물에 고정하도록 구성되는 고정 요소를 더 포함하는, 건축 패널.
  7. 제1항에 있어서, 상기 패널은 복수의 배터리 조립체를 포함하는, 건축 패널.
  8. 제1항에 있어서, 배터리 조립체는 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는, 건축 패널.
  9. 제1항에 있어서, 건축 패널은 내후성이도록 구성된 적어도 하나의 표면을 갖는, 건축 패널.
  10. 제1항에 있어서, 건축 패널은 패널의 길이 또는 폭 치수의 25% 미만인 두께 치수를 포함하는, 건축 패널.
  11. 제1항에 있어서, 배터리 조립체는 배터리 조립체 상태 또는 동작의 적어도 하나의 양태를 모니터 또는 제어하도록 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 셀과 연관된 전자 회로를 포함하는, 건축 패널.
  12. 외부 표면을 갖는 적어도 하나의 배터리 디바이스를 포함하는 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널로서, 상기 외부 표면의 50% 초과 부분이 제작된 건축 자재와 접촉 또는 접합되고, 적어도 하나의 배터리 디바이스는 건축 자재 내에 매립되며, 적어도 하나의 배터리 디바이스 주위에 점성 건축 자재 전구물질을 유동시켜, 적어도 하나의 배터리 디바이스로 하여금 점성 건축 자재 전구물질 내에 매립되게 하고, 점성 건축 자재 전구물질을 양생하여 점성 건축 자재를 고형화하여 건축 자재를 형성함으로써, 패널은 형성되는, 건축 패널.
  13. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 배터리 디바이스는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는, 건축 패널.
  14. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 배터리 디바이스는 적어도 하나의 배터리 셀을 탈착 가능하게 수용하도록 구성된 슬리브(sleeve)를 포함하는, 건축 패널.
  15. 청구항 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따르는 건축 패널을 복수 개 포함하는 벽 구조물.
  16. 제15항에 있어서, 복수의 패널은 장착 구조물에 탈착 가능하게 고정되는, 벽 구조물.
  17. 제16항에 있어서, 장착 구조물은 서브벽 구조물에 고정되는 레일(rail) 또는 크로스멤버를 포함하는, 벽 구조물.
  18. 제16항에 있어서, 장착 구조물은 배터리 셀로 전력을 공급하거나 배터리 셀로부터 전력을 전달하도록 동작 가능한 전기 회로를 포함하는, 벽 구조물.
  19. 제18항에 있어서, 복수의 패널은 병렬 또는 직렬로 전기 회로에 연결되는, 벽 구조물.
  20. 제15항에 있어서, 벽 구조물은 각각의 패널에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀의 상태를 모니터하거나 적어도 하나의 동작 양태를 제어하도록 동작 가능한 전자 회로와 연결되는, 벽 구조물.
  21. 제15항에 있어서, 벽 구조물은 외부 또는 내부 클래딩을 형성하는, 벽 구조물.
  22. 건물, 대피소, 설비, 구조물, 또는 이들의 일부분으로 전력을 제공하는 방법으로서,
    건물, 대피소, 설비, 구조물, 또는 이들의 일부분의 표면 상에 벽을 설치하는 단계 - 상기 벽은 청구항 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따르는 복수의 건축 패널을 포함함 - ,
    복수의 건축 패널을 전기 전원과 연결된 전기 회로에 연결하는 단계,
    전기 전원을 이용해 적어도 하나의 패널의 적어도 하나의 배터리 셀을 충전하는 단계,
    전기 전원으로부터 적어도 하나의 패널을 선택적으로 단절하고, 건물, 대피소, 설비, 구조물, 또는 이들의 일부분에서 사용되기 위해 적어도 하나의 패널 내에 매립되는 적어도 하나의 셀로부터 전력을 인출하는 단계
    를 포함하는, 전력을 제공하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 벽의 설치는 복수의 건축 패널을 장착 구조물에 탈착 가능하게 고정하는 것을 포함하는, 전력을 제공하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 벽의 설치는 건물의 내부 또는 외부 클래딩을 형성하는 것을 포함하는, 전력을 제공하는 방법.
  25. 제22항에 있어서, 전기 전원은 공공 설비(public utility) 또는 독립형 발전 시스템인, 전력을 제공하는 방법.
  26. 제22항에 있어서, 적어도 하나의 배터리 셀을 충전하기 위해 사용되는 전기 회로는, 적어도 부분적으로, 건물, 대피소, 설비, 구조물 또는 이들의 일부분 내에서 사용되기 위해 셀로부터 전력 인출을 실시하도록 더 사용될 수 있는, 전력을 제공하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 충전을 위해 사용되는 전기 회로는 셀로 그리고 셀로부터 전력을 분산하거나 병렬 배열에서 직렬 배열로 셀을 스위칭하기 위한 제어 시스템을 포함하는, 전력을 제공하는 방법.
  28. 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널을 제작하는 방법으로서,
    적어도 하나의 배터리 디바이스가 점성 건축 자재 전구물질 내에 매립되도록 적어도 하나의 배터리 디바이스 주위에 점성 건축 자재 전구물질을 유동시키는 단계, 및
    점성 건축 자재 전구물질을 양생하여 점성 건축 자재를 고형화하여 배터리 디바이스를 건축 자재로 적어도 부분적으로 감싸는 단계
    를 포함하는, 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널을 제작하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 유동시키는 단계는 점성 건축 자재 전구물질을 몰드로 도입시키는 단계를 포함하는, 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널을 제작하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 점성 건축 자재 전구물질이 배터리 디바이스 주위에 도입되기 전에 상기 배터리 디바이스는 몰드 내에 현수되는, 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널을 제작하는 방법.
  31. 제28항에 있어서, 점성 건축 자재 전구물질은 합성 수지 재료, 콘크리트, 세라믹, 석영, 유리, 목재칩, 톱밥, 회반죽, 석고, 유리섬유, 및 탄소 섬유로 구성된 군 중에서 선택된 하나 이상의 부재를 포함하는, 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널을 제작하는 방법.
  32. 제28항에 있어서, 양생하는 것은 점성 건축 자재 전구물질 내에 합성 수지 재료를 중합하는 것을 포함하는, 일체형 에너지 저장 시스템을 갖는 건축 패널을 제작하는 방법.
  33. 제1항에 있어서, 상기 건축 자재는 석영을 포함하는, 건축 패널.
  34. 제12항에 있어서, 상기 건축 자재는 석영을 포함하는, 건축 패널.
  35. 제15항에 있어서, 상기 건축 자재는 석영을 포함하는, 벽 구조물.
  36. 제22항에 있어서, 상기 건축 자재는 석영을 포함하는, 전력을 제공하는 방법.
  37. 제28항에 있어서, 상기 건축 자재는 석영을 포함하는, 건축 패널을 제작하는 방법.
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