KR20110089443A - 전기 에너지 모듈을 조립하기 위한 시스템 - Google Patents

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에릭 샤또
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지멘스 에스에이에스
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Abstract

본 발명은 각각이 2쌍의 양 단자 및 음 단자(B11, B12; B21, B22)를 갖고 전기 에너지 모듈(M1, M2) 형태인 저장 수단을 조립하기 위한 시스템에 관한 것이고, 여기서 상기 쌍의 양 단자 및 음 단자(B11, B12; B21, B22) 각각은 각 모듈(M1, M2)의 외부 면들 중 적어도 하나 상에 분포되고, 이에 따라 상기 모듈의 단자 스트립을 형성하고; 적어도 하나의 상호 연결 블럭(I1, I2)은 2개의 개별 모듈의 단자의 각각의 부분 상에 삽입될 수 있고 상호 연결 블럭 자체는 상기 저장 모듈들(M1, M2)을 적층하거나 병치함으로써 조립체 블럭을 형성하기 위해 적어도 2쌍의 고정 지점(A1, A2; A3, A4)을 포함하고; 각각의 상호 연결 블럭의 적어도 2개의 고정 지점은 다른 고정 지점에 상보적인 방법으로 조립체를 강화시키면서 전기 접촉하고 있다.

Description

전기 에너지 모듈을 조립하기 위한 시스템 {SYSTEM FOR ASSEMBLING ELECTRICAL ENERGY MODULES}
본 발명은 전기 에너지를 저장하는 모듈형 수단을 조립하기 위한 시스템에 관한 것이고, 특히 모듈형 수단 각각은 청구항 제1항의 전제부에 따른 2쌍의 양 단자 및 음 단자를 갖는다.
저장 수단은 일반적으로 모듈 형태로 병렬로 그리고/또는 직렬로 조립되는 여러개의 주 요소로 구성되고, 모듈의 외부 면 상에 적어도 하나의 양 단자 및 한 쌍의 음 단자에 연결되는 내부 수단을 갖는다.
따라서, 본 발명은 모듈 형태인 전기 에너지 저장 수단을 조립하기 위한 시스템에 관한 것이고, 특히 전기 에너지 저장 수단 각각은 모듈의 하나 이상의 외부 면 상에 양 연결부 및 음 연결부를 갖는 적어도 2쌍의 단자를 구비하고 이에 따라 모듈들 중 적어도 하나와 통합되는 단자 스트립을 구성하고, 상기 조립체는 직렬로 또는 병렬로 상기 모듈의 조립체를 제공한다.
제한되지 않고, 본 발명은 차량에 탑재될 수 있는 전기화학 슈퍼-커패시터(super-capacitor) 또는 배터리와 같은 전기 에너지 저장 수단을 위해 특히 구성된다. 대량 수송 차량(버스, 트롤리버스, 트램웨이, 메트로, 기차 등)에 있어서, 이러한 저장 수단은 예컨대 차량의 섀시부 또는 차량 지붕에 배열될 수 있고, 여기서 단자들을 함께 전기적으로 연결(linking)하는 케이블, 스트립 또는 브레이드(braid)에 의하여, 저장 수단들 사이의 (직렬 또는 병렬의 결합을 위한) 전기 연결이 이루어진다.
본 발명에서, 각각의 모듈은 특히, 단일 모듈에 있어서 그들의 각각의 극성에 따라 전기적으로 연결되는("+"와 "+" 및 "-"와 "-") 적어도 한 쌍의 양 단자 및 한 쌍의 음 단자를 갖는다. 이들 단자는 모듈의 외부 전방에 있는 모듈과 통합되는 단자 스트립 상에 배열된다.
본 발명은 또한 상기 에너지 저장 모듈을 냉각하기 위한 장치에 관한 것이고, 에너지 저장 모듈은 철도 용례에서 심한 가열(고전류)을 받는다.
유사한 장치가 예컨대 US 5510207 및 EP 0964460 B1에 개시된다. 여기서 또한, 이들 장치는 수많은 개별 냉각 액체 순환 입구 및 출구를 갖기 때문에, 배터리의 조립 및 제거의 단점을 갖는다. 냉각 회로와 그의 입구 및 출구는 또한 실링(다수의 외부 파이프에 의해 또는 배터리 또는 모듈의 구조부)의 복합 수단을 요구하는 조립체 구조를 구성할 수 있다.
본 발명의 특정 목적은 모듈 형태인 전기 에너지 저장 수단을 조립하기 위한 시스템을 제공하는 것이고, 전기 에너지 저장 수단 각각은 특히 적어도 하나의 쌍의 양 단자 및 음 단자를 갖고, 여기서 상기 모듈들 사이의 직렬 또는 병렬 연결부를 단순화하는 것이 필수적이다. 이러한 점에서, 이는(전압, 온도 및 전류와 같은) 중요 파라미터의 모니터링을 용이하게 하고 마침내 모듈들의 조립 또는 교체를 용이하게 할 뿐만 아니라, 연결부의 품질을 보호하고 개선하고 과전류 및 다른 환경적 간섭에 대해 모듈을 효과적으로 보호하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이전에 언급된 조립체 시스템을 사용하여, 전술된 요구된 조건뿐만 아니라 그의 단순성 및 견고한 조립체를 보장하면서, 에너지 저장 수단을 위한 냉각 장치를 용이하게 통합할 수 있게 하는 것이다.
배터리 또는 슈퍼-커패시터와 같은, 에너지 저장 수단으로서 모듈을 조립하기 위한 시스템을 사용할 때, 이들 각각은 적어도 하나의 쌍의 양 단자 및 음 단자를 갖고, 본 발명에 따른 상기 시스템은
- 상기 쌍의 양 단자 및 음 단자 각각은 각 모듈의 외부 면들 중 하나 상에 분포되어, 상기 모듈의 단자 스트립을 형성하고, 상기 모듈 각각은 형상이 평행 육면체형이고,
- 적어도 하나의 상호 연결 블럭(I1, I2)은 2개의 개별 모듈의 단자의 각각의 부분 상에 삽입될 수 있고, 상호 연결 블럭 자체는 상기 저장 모듈들(M1, M2) 사이의 병치에 의해 또는 적층에 의해, 조립체 블럭을 형성하기 위해 적어도 2쌍의 고정 지점(A1, A2; A3, A4)을 포함하고,
- 각각의 상호 연결 블럭의 적어도 2개의 고정 지점은 다른 고정 지점에 상보적인 방법으로 조립체를 강화시키면서 전기 접촉하고 있는 것을 제공한다.
즉, - 양 연결 단자 및 음 연결 단자 각각은 모듈의 하나 이상의 외부 면에 걸쳐 분포되어 있고, 이에 따라 상기 모듈과 통합되는 단자 스트립을 구성하기 위해,
- 적어도 하나의 상호 연결 블럭(I1, I2)은 다양한 병치되거나 적층된 모듈의 2개의 단자 스트립들 사이에서 플러그 결합될(plugged) 수 있고, 상호 연결 블럭 자체는 전기적으로 그리고 기계적으로 통합될 수 있는 모듈-블럭-모듈 유형의 블럭을 적층 또는 병치에 의해 형성하기 위해 상기 모듈들의 단자 스트립에 플러그 결합될 수 있는 적어도 2개의 단자를 포함하기 위해,
- 2개의 모듈들 사이의 상호 연결 블럭의 단자들 중 적어도 하나는 각 모듈의 단자들 중 하나와 전기 접촉하고 있기 위해,
기계적 고정 지점을 전기적 "단자 스트립" 유형의 개념과 연결하는 것이 가능하다.
따라서, 다중 장점은 이러한 적층 또는 병치에 의해 획득된다:
- 적층 또는 병치는 다양한 사이즈 및 형상의 에너지 저장 모듈에 적용가능하다.
- 적층 또는 병치는 모듈형이고 가변 전력 요구조건에 쉽게 적용 가능하다.
- 조립체 시스템은 수반하는 면을 갖는 연결 블럭을 플러그 결합하는 원칙을 기반으로 하고, 따라서 (조립체 모듈 외부에 있는) 거의 모든 케이블을 제거하는 것을 가능하게 하고, 따라서 종래 케이블 솔루션에 대하여 부피 또는 중량에서 이득을 나타낸다.
- 적층의 모듈형을 통하여, 연결부의 품질은 모듈들 중 하나의 조립 또는 교체 동안에 환경적 간섭에 대한 접촉부의 결과적 보호에 의해 개선되고 신뢰할 수 있게 된다.
사실상, 모듈의 단자 및 상호 연결 블럭의 케이싱에 완전히 통합되는 동축 판-스프링 접촉부[예컨대, 래드삭(Radsock®) 유형]의 사용은, 저장 수단의 적층, 공간의 큰 획득 및 연결부의 우수한 품질, 보호 및 신뢰성을 제공한다. 모듈의 단자 스트립에 대해 상호 연결 블럭을 플러그 결합하는 것이 자가-로킹 그 자체이기 때문에, 모든 큰 스크류 또는 케이블과 함께, 종래 스크류를 위해 필요한 특정 조임 토크(tightening torque)가 방지되는 것이 바람직하다.
따라서, 상호 연결 블럭은 여러 개의 병치되거나 적층된 모듈의 각 단자를 연결하기 위해 전기적으로 사용된다. 종단 블럭은 이에 따라 생성되는 모듈의 체인의 개시부 및 종결부에서 이용된다. 이들 블럭은 일단 모듈 및 상호 연결 블럭이 조립된다면 자가-로킹 장치를 정렬 및 구성을 용이하게 하는 안내부 및 축방향 연결에 의해 모듈의 다양한 단자들 사이에서의 용이한 플러그 결합(plugging)을 제공하기 위해 일반적으로 구성된다.
일반적으로, 단자는 모듈, 상호 연결 블럭 및 종단 블럭을 구성하는 케이싱로부터 격리되고 따라서 전기적으로 보호된다.
상호 연결 블럭은 병치되거나 적층된 모듈 각각의 적어도 하나의 단자를 전기적으로 연결시키기 위해 전기적 교차-연결부(cross-connection)를 갖거나 직선 연결부(straight connection)를 갖는 적어도 한 쌍의 단자로 구성된다. 상호 연결 블럭이 2개의 모듈들 사이에 동일 극성의 단자들 사이의 전기 연결부를 형성한다면, 상호 연결 블럭은 "직선" 유형이라고 한다. 상호 연결 블럭이 2개의 모듈 사이에 반대 극성의 단자들 사이의 전기 연결부를 형성한다면, 상호 연결 블럭은 "교차" 유형이라고 한다. 따라서, 여러 개의 직선 및/또는 교차 상호 연결 블럭을 이용하여 여러 개의 병치되거나 적층된 모듈 사이에 병렬 또는 직렬 조립체를 제조하는 것이 가능하다.
종단 블럭은, 일 측이 모듈의 단자들 중 적어도 하나에, 그리고 타 측이 용례의 요구조건에 특유할 수 있는 단자 스트립에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 단자로 구성되어, 이에 따라 이러한 조립체의 전기 체인의 종결부를 형성한다.
상호 연결 블럭 및 종단 블럭은, 특히 각 모듈의 온도, 전압 및 전류를 측정하기 위한 모니터링 전자부품 및 각 쌍의 단자들 사이의 보호 퓨즈에 의해 적어도 하나의 세이프가드(safeguard)를 통합할 수 있고, 이 정보를 이에 따라 연결되는 조립체 체인을 포함하는 연속적인 버스로 전달할 수 있는 특정 특징부를 갖는다.
상호 연결 블럭은 동축 스프링 유형의 모듈들 사이의 연결 수단을 또한 포함할 수 있다.
유리하게는, 상호 연결 블럭은 모듈의 정렬 및/또는 병치를 제공하기 위해 모듈의 단자 스트립에 대하여 배향될 수 있다. 따라서, 차량에서 특히 그와 같이, 매우 유연한 조립체를 제조하는 것이 가능하고, 따라서 부과되고 제한된 기본구조(infrastructure)에 적합하다.
또한, 액체 냉각 회로를 사용하는 각 모듈을 위한 냉각 요소가 있고, 상기 회로는 평면형이고 각 모듈의 적어도 하나의 면과 직접 접촉하고 있다. 여러 개의 모듈의 적층의 경우에, 냉각 요소는 인접 모듈의 면과 또한 접촉한다.
에너지 저장 수단 냉각 판은 모듈의 하부면 또는 상부면과 용이하게 통합될 수 있고, 적층 경우에 인접한 저장 수단에 대해 그리고 상기 수단 자체에 대해, 전도에 의한 열의 추출을 제공한다. 냉각 판의 두께는 다양한 냉각 요구조건을 충족시키기 위해 다양할 수 있다. 유사하게, 상호 연결 블럭, 단자 스트립 및 내부 연결부는 새로운 기하학적 구속을 극복하기 위해 치수를 조절함으로써 쉽게 변형될 수 있다.
제안된 냉각 장치는, 누출의 최소 위험을 제공하면서, 배수 또는 특수 공구를 필요로 하지 않으면서 회로의 제거와, 모듈의 조립 및 신속한 조립을 용이하게 하는 자가-밀봉 및 편극 커넥터를 갖는다.
종속항 세트는 본 발명의 장점을 또한 제공한다.
실시예 및 용례의 예는 이하의 도면을 이용하여 제공된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따라 직렬로 또는 병렬로 에너지 저장 수단으로서 2개의 모듈을 조립하기 위한 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따라 2개의 모듈의 2개의 병치된 적층체를 직렬로 조립하기 위한 시스템을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 개재된 냉각 모듈을 갖는 구성과 갖지 않는 구성의, 도 1a에 따른 조립체 시스템에 대한 구성을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 냉각 모듈을 완전하게 결합시키거나 냉각 모듈에 대하여 자유롭게 활주하는 상호 연결 모듈을 갖는 도 1a에 따른 조립체 시스템에 대한 구성을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 2개의 병치된 모듈을 병렬로 조립하기 위한 시스템 및 상호 연결 블럭을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 2개의 병치된 모듈을 직렬로 조립하기 위한 시스템 및 상호 연결 블럭을 도시한다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 상기 블럭을 갖는 구성과 갖지 않는 구성의, 도 5b에 따른 시스템의 2가지 구성과 상호 연결 블럭을 도시한다.
도 1a 및 도 1b 각각은 본 발명에 따라 (a) 직렬로 또는 (b) 병렬로 전기적으로 연결되는(배터리, 슈퍼-커패시터와 같은 2개의 에너지 저장 수단과 같은) 2개의 모듈을 조립하기 위한 시스템을 각각 제공한다.
따라서, 상기 조립체 시스템은 여기에 2개의 모듈(M1, M2)을 포함하고, 이들 각각은 하나는 양이고 하나는 음인(+, -), 2쌍의 단자를 갖는다. 이 시스템에서
- 상기 쌍의 양 단자 및 음 단자(B11, B12; B21, B22) 각각은 각 모듈(M1, M2)의 단자 스트립의 면들 중 하나 상에 분포되고,
- 적어도 하나의 상호 연결 블럭(I1)은 2개의 개별 모듈 각각의 2개의 일체형 단자 스트립들 사이에 삽입될 수 있고, 상호 연결 블럭 자체는 상기 모듈(M1, M2)의 적층된 블럭을 형성하기 위해 2쌍의 단자(A1, A2; A3, A4)를 포함하고,
- 상호 연결 블럭의 단자의 쌍 중 적어도 하나는 적층된 모듈들 각각의 단자 스트립과 전기적으로 접촉하고 있고,
- 잔여 쌍의 단자는 기계적 응력 및 강성만을 적층체에 제공하기 위해 전기 절연 재료로 구성된다.
도 1a에 따라 직렬의 전기 연결부를 갖는 구성에 있어서, 상호 연결 블럭의 대향 면들 중 하나 상에 각각 위치된 2개의 단자(A2, A3)는, 모듈들 중 하나(M2)의 양 단자(B21, +)를 다른 모듈(M1)의 음 단자(B12, -)에 (직렬로) 연결하기 위해 상기 블럭에 통합되는 기하학적으로 교차된 전도체(CR)에 의해 연결된다. 따라서 상호 연결 블럭이 4개의 고정 지점을 모듈에 제공하기 때문에, 단자 스트립의 단자들(암형 개구) 쌍의 각각은 고정 지점(수형 핀)과 일체로 플러그 결합될 수 있다.
도 1b에 따른 병렬의 전기 연결부를 갖는 구성에 있어서, 상호 연결 블럭의 대향 면들 중 하나 상에 각각 위치되는 4개의 고정 지점은, 모듈들 중 하나(M2)의 단자를 다른 모듈(M1)의 단자에 연결하기 위해 기하학적으로 직선인 전도체(CD1, CD2)에 의해 쌍을 이루어 연결되고, 연결되는 단자들은 동일 극성을 갖는다.
이러한 2가지 구성에 있어서, 일 세트의 모듈의 적층체의 (여기서 상부) 단부에서, 그리고 연장하면 적어도 조립체의 단부들 중 하나에서, 종단 블럭(T)은 또한 적층될 수 있고,
- 그의 면들 중 제1 면 상에서, 최종 적층된 저장 수단 모듈(M1)의 외부/상부 면 상에 위치되는 플러그 결합 가능한 양 단자 및 음 단자(B11) 상의 2개의 고정 수단(AT1, AT2)과,
- 고정 수단 중 하나에 전기적으로 연결되는 접촉 단자(AT3)로서, 용례의 요구에 특유한 전력 공급 회로에 대한 금속 나사 결합된, 납땜된 또는 크림핑된 요소 또는 다른 연결 수단을 이상적으로 포함하는 접촉 단자를 포함한다.
제2 종단 블럭(T)은 일 세트의 모듈의 적층체의 다른 (여기에서 하부) 단부 상에 적층 가능할 수도 있다.
따라서, 종단 블럭, 상호 연결 블럭(들) 및 다양한 모듈은 모노블럭 컬럼(monobloc column) 형태로 용이하게 통합된다.
대량 수송 차량의 경우에, 이들 적층체는 박스 내에 쉽게 위치될 수 있고, 그들의 성분 요소는 필요하다면, 이들이 수평으로 위치되는지 또는 수직으로 위치되는지 여부에 따라서, 단순한 활주 또는 적층에 의해 쉽게 제거/교체될 수 있다.
도 2는 2개의 병렬 배치된 적층체를 직렬로 조립하기 위한 시스템을 제공하고, 적층체 각각은 본 발명에 따른 2개의 모듈(1, 3; 2, 4)을 포함한다. 이들 2개의 적층체 각각은 도 1a에서 시스템에 따라 직렬로 조립되고 연결되는 2개의 모듈을 여기에 포함한다. 따라서, 제1 적층체는 제1 모듈(1)의 상부 면의 단자들(-/+)에 2개의 고정 지점을 이용하여 기계적으로 플러그 결합될 수 있는 전기적 입력 단자(128)를 갖는 종단 블럭(T1)을 포함하고, 제1 적층체 자체는 직렬의 전기 연결부를 위한 상호 연결 블럭(I13)에 의하여 제2 모듈(3)에 연결된다. 제2 적층체는 제1 적층체와 대칭이고, 또한 제3 저장 수단(2)의 상부 면의 단자(-/+)에서 2개의 고정 지점에 의하여 기계적으로 고정될 수 있는 전기 출력 단자(129)를 갖는 종단 블럭(T2)을 포함하고, 제2 적층체 자체는 직렬의 전기 연결부를 위한 상호 연결 블럭(124)에 의하여 제4 저장 수단(4)에 연결된다. 제1 적층체의 양 출력(S) 단자(+) 및 음 입력(E) 단자(-)를 연결하는 추가적 상호 연결 블럭(150)은 2개의 적층체의 2개 하부 면들 아래에 위치되어, 이에 따라 적층체의 일체화를 위한 베이스를 형성한다. 전기 전도체(C)는 추가적 상호 연결 블럭(150)에 통합되고, 추가적 상호 연결 블럭(150)의 2개 단부는 또한 제1 및 제2 적층체의 각 하부 모듈의 단자에 (플러그 결합함으로써) 고정 지점을 형성한다. 여기에서, 추가적 상호 연결 블럭(150)은 2개의 적층체의 직렬의 전기 연결부를 제공한다. 병렬 연결부의 경우에, 도 1b에서와 같이, 2개 적층체의 병렬 연결부는 2개의 전도체를 추가적 상호 연결 블럭(150)에 통합함으로써 가능할 것이고, 이들 각각은 적층체의 하부에서 모듈의 동일 극성의 단자를 고정하고 연결한다.
요약하면, 따라서 병치된 적층체를 갖는 시스템은 또한 생산될 수 있고, 여기에서 저장 수단으로서의 적어도 4개의 모듈(1, 2, 3, 4)은 2개의 수직이고 병치된 적층체로 배열되고,
- 적층체의 각 베이스에서의 2개의 저장 수단(3, 4)은, 다른 모듈(4)의 반대 극성을 갖는 단 하나의 단자에, 2개의 모듈들(3) 중 하나의 단자들 중 단 하나를 연결하는 전도 요소(C)에 의해 그의 상기 베이스와 통합되고, 이 전도 요소는 2개의 적층체를 지지하고 통합하기 위해 베이스를 형성하는 추가적 상호 연결 블럭(150)에서 캡슐화되고,
- 2개의 상호 연결 블럭(113, 124)은 각 쌍의 적층된 저장 수단(1, 3; 2, 4) 사이에 위치된다.
특히, 본 발명에 따른 상호 연결 모듈의 덕택으로, 실제 모듈을 가로지르는 "전후방" 전기 연결부가 방지되고 또한 본 발명과는 달리, 병렬의 모듈의 조립은 가능한 것으로 보이지 않기 때문에, 예컨대 US 5,378,552에 개시된 2개의 병치된 적층체를 갖는 구성에 대해서, 연결 요소의 개수는 크게 감소된다.
도 3a 및 도 3b는 (에너지 저장 모듈을 냉각시키기 위해) 에너지 저장 모듈들 사이에 개재된 냉각 모듈을 갖는 구성과 갖지 않는 구성의, 도 1a에 따른 조립체 시스템에 대한 2가지 구성을 나타낸다.
냉각 모듈을 갖지 않는 도 3a의 실시예에 따르면, 상호 연결 블럭(I1)의 고정 지점은, 상기 상호 연결 블럭의 고정 지점에 결합되기에 적합하고 상기 모듈의 단자에 연결되는 한 쌍의 단자를 각각 포함하는 상부 표면 및 하부 표면을 갖고, (에너지 저장)모듈에 의해 형성되는 각 블럭을 측방향으로 접하는 적어도 하나의 블럭(B1, B2)에 의하여 에너지 저장 모듈(M1, M2) 상으로 플러그 결합될 수 있다. 보다 일반적으로 그리고 모든 도면 경우에, 상호 연결 블럭(I1)의 고정 지점은 고정 지점에 결합되기에 적합하고 모듈의 내부 주 요소에 전기적으로 연결되는 한 쌍의 음 단자 및 한 쌍의 양 단자를 각각 포함하는 각 모듈의 면들 중 적어도 하나와 통합되는 적어도 하나의 단자 스트립(B1, B2)에 의하여 모듈(M1, M2) 상에 플러그 결합될 수 있다.
적층 요소의 이상적 치수는 인접한 블럭(B1)과 상호 연결 블럭(Il)이 저장 수단(M1)의 깊이와 적어도 동일한 깊이를 갖는 적층체를 형성하도록 하는 것이다.
이 구성에서, 따라서 적층체는 동일한 상호 연결 모듈과 교번하는 인접 블럭의 컬럼을 조립함으로써 간단하게 통합된다.
도 3a의 상부에서, 2개의 종단 블럭(T)은 (적층체를 전원에 연결하기 위한) 전기 입력 단자는 볼트를 수용하기 위한 단순 내부 나사부 또는 스크류 요소일 수 있다는 것을 보여주도록 나타내어진다.
도 3a의 추가적인 대안예로서의 도 3b의 실시예에 따라, 모듈들(M1, M2)의 하부 면 및 상부 면의 것과 동일한 표면을 갖는 평면형 냉각 모듈(R1, R2)은 상기 에너지 저장 모듈 사이에 위치된다.
이들 냉각 모듈에 의해, 적층 요소의 이상적 치수는, 인접 블럭(B1) 및 상호 연결 블럭(I1)이 모듈 적층 면들 중 하나에 위치되는 냉각 요소(R1)의 그리고 모듈(M1)의 깊이와 적어도 동일한 깊이를 갖는 적층체를 형성하도록 한다.
냉각 액체 입구 및 출구 경로(AR1, SO1)는 인접 블럭에 대해 그리고 연결 블럭에 대해 측방향인 적층체의 일 측 상에, 냉각 모듈(R1)에 측방향으로 배열될 수 있다.
보다 일반적으로 그리고 본 발명에 따른 시스템의 모든 실시예에 적용되어,
- 상호 연결 블럭은 적어도 하나의 냉각 요소(R1, R2)를 수용하기 위한 수단을 포함하고, 이상적으로는 모듈들(M1, M2) 중 하나의 면들 중 하나 상에 상기 요소를 (기계적으로) 견고하게 위치 설정시키는 것을 가능하게 하고,
- 도 3b에 도시되지 않을지라도, 상호 연결 블럭(그리고, 필요한 경우, 도 3b에서와 같은 인접 블럭 또는 단자 스트립)은 냉각 요소 입구와 출구(R1, R2) 사이에 적어도 하나의 냉각 액체 이송 덕트를 갖는 회로를 포함하는 것이 제공된다.
도 4a 및 도 4b는 도 3b에 따르지만 상호 연결 블럭(I1)을 갖는 조립체 시스템에 대한 2가지 구성을 나타내고, 각각은 도 4a에 따른 냉각 모듈(R1)을 일체로 접하거나, 도 4b에 따른 냉각 모듈(R1)에 대해 자유롭게 활주한다.
주로, 두 도면 도 4a 및 도 4b에 있어서, 각 냉각 요소(R1)는 인접 블럭(B1)의 그리고 상호 연결 블럭(I1)의 2개의 측방향 면을 캡슐화하는 2개의 가이드(G1, G2)에 통합되는 냉각 액체 입구(AR1) 및 출구(SO1) 경로를 포함한다.
도 4a 경우에, 상호 연결 블럭(I1)의 캡슐화는, 상호 연결 블럭(Il), 냉각 요소(R1) 및 가이드가 모노블럭을 형성하도록 한다. 이후, 오직 인접 모듈만이 상호 연결 블럭의 면에 대하여 접할 때까지 가이드들 사이에 캡슐화되도록 활주한다.
도 4b 경우에, 상호 연결 블럭(I1)의 캡슐화는, 단지 냉각 요소(R1) 및 가이드만이 모노블럭을 형성하도록 한다. 이후, 상호 연결 블럭(I1)은 인접 블럭들(B1, B2)과 동일한 방법으로 가이드들 사이에서 활주하고 있다.
가이드는 인접하는 모듈 및 상호 연결 블럭의 측부 상의 적층체의 방향에 따라 각각의 냉각 모듈의 입구(AR1) 및 출구(SO1) 경로를 통합한다. 가이드의 치수는, 2개의 연속적인 냉각 모듈(R1, R2) 사이의 냉각 액체 유동(AR12, SO21)이 인접 모듈 및 상호 연결 블럭의 깊이에 적어도 동일한 상태로 남아 있으면서, (자가-밀봉 유형의 커넥터를 이용하여 밀봉된 방식으로) 이들 사이에 비연속성이 제공되지 않도록 한다. 따라서 단일 냉각 액체 입구 및 단일 출구를 갖는 회로는 모든 적층된 냉각 모듈을 따라 액체의 유동을 흐르게 하기에 충분할 수 있다. 이후, 유동 차단(나타나지 않음)은 각 가이드에서 4개의 액체 입구/출구 중 2개 상에 용례의 요구조건에 특유한 인터페이스를 삽입함으로써 적층체의 (하부) 종단부에서 가능하다.
상기 도면은 본 발명에 따른 모듈의 적층체에서 조립체를 나타낸다. 유사하게, 상호 연결 블럭 및 그의 고정 지점이 모듈의 단자에 플러그 결합되는 경우에 모듈의 병치에 의해 조립체를 구성하는 것도 또한 가능하다.
보다 일반적으로 그리고 본 발명에 따른 시스템의 모든 실시예에 적용되어, 따라서 이하의 것이 제공된다.
- 상호 연결 블럭은 적어도 하나의 냉각 요소(R1, R2)를 수용하기 위한 수단을 포함하고, 모듈들(M1, M2) 중 하나의 면들 중 하나 상에 상기 요소를 (기계적으로) 견고하게 위치 설정시키는 것을 이상적으로 가능하게 만든다. 도 4a에서, 이들 수용 수단은 냉각 요소의 가이드와도 또한 통합되어, 이에 따라 모노블럭을 형성한다.
- 도 4a 및 도 4b의 경우가 아닐지라도, 상호 연결 블럭(그리고, 필요한 경우, 도 4a, 도 4b에서와 같은 인접 블럭 또는 단자 스트립)은 냉각 요소 입구와 출구(R1, R2) 사이에 적어도 하나의 냉각 액체 이송 덕트를 갖는 회로를 포함한다.
- 도 4a 및 도 4b 경우에, 제1 냉각 요소(R1)는 제2 냉각 요소(R2)를 이용하여 상기 액체의 순환을 제공하기 위해, 상호 연결 블럭(I1)을 주변을 캡슐화하는 냉각 액체 순환 회로(G1, G2)를 포함하는 것이 매우 바람직하다. 이 구조는 용이한 조립 또는 제거를 조합하고, 기계적으로 그리고 전기적으로 안정된 조립체를 제공한다. 더욱이, 상호 연결 블럭(I1), 냉각 요소(R1), 단자 스트립(B1) 및 가이드(G1, G2)는 이상적으로는 자가-밀봉 커넥터에 의해 환경으로부터 보호되는 밀봉된 연결부를 형성한다.
- 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b에 있어서, 따라서 단자 스트립(B1) 및 상호 연결 블럭(I1)은 저장 수단 모듈 조립체의 면들 중 하나에 위치되는 존재할 경우의 냉각 요소(R1)의 그리고 저장 수단 모듈(M1)의 깊이와 적어도 동일한 깊이를 갖는 수직 또는 수평 적층체를 형성한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 (변형예로서, 적층에 더하여) 병치된 방법으로 조립되는 2개의 모듈(M1, M2)을 병렬로 조립하기 위한 상호 연결 블럭(I2) 및 시스템을 각각 나타낸다.
상호 연결 블럭(I2)은 4개의 고정 지점(CD1, CD2, CD3, CD4)을 포함하고, 그의 한 쌍은 제1 모듈(M1)의 에지 상에 단자 스트립의 쌍들 중 하나에 플러그 결합되고, 제2 쌍은 제2 모듈(M2)의 에지 상에 단자 스트립의 쌍들 중 하나에 플러그 결합되고, 에지들 각각은 병치를 위해 나란히 위치될 수 있다. 따라서, 각 모듈의 연결된 단자의 쌍들은 2개의 개별 직선 회로를 형성하고, 퓨즈식 보호부(F1, F2)를 각각 구비할 수 있다. 또한, 상호 연결 블럭(I2)는 조립된 모듈의 전기 특성의 밸런스 및/또는 조립체를 (단자에서의 전압, 모듈의 온도 등) 모니터링하기 위한 전기 모듈로부터 오거나 전기 모듈로 가는 신호의 전송에 적합한 2개의 플러그(BMS)를 또한 포함하고 통합한다. 이들 플러그(BMS)(여기에서 상호 연결 블럭 상의 수형부) 각각은 모듈들 각각의 에지에 근접한 적절한 플러그(BMS')(여기에서 각 모듈 상의 암형부)에 플러그 결합되고, 이에 따라 상기 신호를 위한 모듈간 브리지를 생성한다. 이는 플러그들 사이에 케이블의 체인을 방지한다. 이들 플러그는 도 1 내지 도 4에서 통합될 수 있다. 병치는 상호 연결 블럭의 직선 쌍(평행 연결부)에서 전도체 및 4개의 기계적 고정 지점(CD1, CD2, CD3, CD4)에 의하여 유리하게 잘 유지되고 강화된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 (변형예로서, 적층 이외에) 병치 방법으로 조립되는 2개 모듈을 직렬로 조립하기 위한 시스템 및 상호 연결 블럭을 각각 나타낸다. 원칙적으로, 플러그 결합 및 병치는 도 5a 및 도 5b의 것과 동일하다. 각 모듈의 단지 한 쌍의 연결된 단자만이 고정 지점 전도체(A2, A3)를 통해 교차 회로를 형성하고, 그 자체가 단일 퓨즈(F1)에 의해 보호된다는 사실에서 차이가 있다. 그러나, 병치는 상호 연결 블럭의 4개의 기계적 고정 지점(A1, A2, A3, A4)에 의하여 여전히 유지되고 강화되고, 4개의 기계적 고정 지점 중 2개는 교차 구조인 전도체이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c는 상호 연결 블럭을 갖는 구성과 갖지 않는 구성의, 도 5b(또는 유사하게 도 6b)에 따른 시스템의 2가지 구성과, 상호 연결 블럭(Il)을 나타낸다. 도 5b와는 달리, 편평한 냉각 요소(R1, R2)는 각 모듈(M1, M2)의 상부 면 상에 각각 위치된다. 냉각 요소(R1, R2) 각각은 냉각 액체 입구(AR1, AR2) 및 출구(S01, S02)를 [하위의 모듈의 단자 스트립(B12)의 평면에서] 측방향으로 포함한다. 이들 도면에서, 상호 연결 블럭은 입구를 갖는 모듈로부터 다른 모듈로 연결하는 덕트(C)를 이용하는 모듈간 냉각 액체 이송 회로를 갖는다. 덕트(C)는, 도 7a에 따라, 상호 연결 블럭의 종단 면 상에서 통합되고 상기 블럭 내부에 있는 채널에 의해 연결되는 입구(EI) 및 출구(SI)(자가 밀봉부 또는 조인트를 갖는 요소)를 포함한다. 따라서, 도 7b는 삽입된 위치에서, 상호 연결 블럭(I1)이 전기적으로 그리고 기계적으로 모듈을 결합시키고 또한 2개의 냉각 요소를 밀봉 방식으로 결합시키고, 또한 이들을 기계적으로 통합시키는 것을 도시한다.
결국, 본 발명에 따른 조립체 시스템 및 그의 실시예 모두는 이하의 것을 제공한다.
- 상호 연결 블럭은 이상적으로는 상호 연결 블럭의 단자들 중 2개 단자 사이에 유리하게 탈거 가능한 퓨즈 브리지 형태인, 그의 전기 단자들 중 적어도 하나 상에 퓨즈 보호부를 포함한다. 이는 전기 문제(단락 및 퓨즈 변화)의 경우 더 용이한 보수를 제공한다.
- 상호 연결 블럭은 고정 지점 상의 단자를 통하여 코딩(모듈형 전기적 캐리어)에 의해, 또는 도 5 내지 도 7에 도시되지만 다른 모든 실시예에 있어서 통합될 수 있는 플러그(BMS, BMS')와 같은 일체형 플러그 커넥터에 의하여 조립된 모듈(M1, M2)에 연결되는 모니터링 전자 부품을 구비할 수 있다. 따라서, 모듈은 단지 보다 단순하거나 기본적이고 이에 따라 보다 용이하게 교체 가능한 저장 수단을 포함할 수 있다.
- 상호 연결 블럭은 조립된 모듈의 전기 특성을 밸런싱하는 수단을 구비할 수 있다.
- 상호 연결 블럭은 선형으로 또는 수직으로 조립되는 모듈의 적층 및/또는 병치에 적합한 고정 지점 위치 설정 기하학 구조를 갖는다. 이는 차량과 같은 최적화된 환경에서의 경우일 수 있는 바와 같이, 제한되거나 각도 기본구조에서 모듈의 배열을 용이하게 한다.
- 상호 연결 블럭의 고정 지점은 모듈의 적층 및/또는 병치가 바람직한지 여부에 따라 그리고 모듈 터미널 스트립의 기하학 구조에 따라 4개, 5개, 6개, 7개 또는 8개이다. 따라서, 상호 연결 블럭은 다중 단자 스트립 또는 저장 수단 표준에 적합할 수 있다.
- 가능하다면, 상호 연결 블럭은 이상적으로 동축형이거나 판 스프링 유형의 모듈들 사이의 연결 수단을 포함할 수 있다.
- 저장 수단 모듈은 예컨대 철도 유형 차량의 에너지 요구조건에 대한 적어도 하나의 슈퍼-커패시터 및 배터리를 포함한다.

Claims (21)

  1. 각각이 2쌍의 양 단자 및 음 단자(B11, B12; B21, B22)를 갖고 전기 에너지 모듈(M1, M2) 형태인 저장 수단을 조립하기 위한 시스템에 있어서,
    - 상기 쌍의 양 단자 및 음 단자(B11, B12; B21, B22) 각각은 각 모듈(M1, M2)의 외부 면들 중 적어도 하나 상에 분포되어, 상기 모듈의 단자 스트립을 형성하고,
    - 적어도 하나의 상호 연결 블럭(I1, I2)이 2개의 개별 모듈의 단자 스트립의 각각의 부분 상에 삽입될 수 있고, 상호 연결 블럭 자체는 상기 저장 모듈들(M1, M2)을 적층하거나 병치함으로써 조립체 블럭을 형성하기 위해 적어도 2쌍의 고정 지점(A1, A2; A3, A4)을 포함하고,
    - 각각의 상호 연결 블럭의 적어도 2개의 고정 지점은 다른 고정 지점에 상보적인 방법으로 조립체를 강화시키면서 전기 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는
    조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상호 연결 블럭의 2개의 고정 지점(A2, A3)은 모듈들 중 하나의 양 단자를 다른 모듈의 음 단자에 연결하도록 전기적으로 연결되어 교차 상호 연결 블럭(CR)을 형성하는
    시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상호 연결 블럭의 4개의 고정 지점은 모듈들 중 하나의 동일 극성을 갖는 단자를 다른 모듈에 연결하도록 쌍(CD1, CD2)을 이루어 전기적으로 연결되어 직선 상호 연결 블럭을 형성하는
    시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    종단 블럭(T)은 일 세트의 모듈의 조립체 단부들 중 적어도 하나 상에 적층될 수 있고,
    - 최종 적층된 모듈의 양 단자 및 음 단자(B11) 상에 있는 2개의 고정 수단(AT1, AT2)과,
    - 이상적으로 금속 나사 결합되거나 납땜되거나 크림핑된 요소를 포함하고, 양 또는 음의 고정 수단들 중 하나에 전기적으로 연결되는 종단 접촉 단자(AT3)를 포함하는
    시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 4개의 모듈(1, 2, 3, 4)은 2개의 수직이고 병치된 적층체로 배열되고,
    - 적층체의 베이스 각각에서의 2개의 모듈(3, 4)은 모듈(3)의 단자들 중 단 하나를 다른 모듈(4)의 반대 극성을 갖는 단 하나의 단자에 연결하는 전도 요소(150)에 의해 상기 베이스와 통합되고,
    - 2개의 상호 연결 블럭(I13, I24)은 각 쌍의 적층된 모듈(1, 3; 2, 4) 사이에 배열되는
    시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 연결 블럭(Il)의 고정 지점은, 고정 지점과 결합되기에 적합하고 모듈의 주 내부 요소와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 양 단자 및 한 쌍의 음 단자를 각각 포함하는 각 모듈의 면들 중 적어도 하나와 통합되는 적어도 하나의 단자 스트립(B1, B2)에 의하여 모듈(M1, M2)에 플러그 결합될 수 있는
    시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 연결 블럭은 적어도 하나의 냉각 요소(R1, R2)를 수용하기 위한 수단을 포함하고, 이상적으로 모듈들(M1, M2) 중 하나의 면들 중 하나 상에 상기 요소를 견고하게 위치시키는 것을 가능하게 하는
    시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 연결 블럭은 냉각 요소(R1, R2)의 입구와 출구 사이에 적어도 하나의 냉각 액체 이송 덕트를 갖는 회로를 포함하는
    시스템.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 냉각 요소(R1)가 제2 냉각 요소(R2)를 이용하여 상기 액체의 순환을 제공하기 위해 상호 연결 블럭(I1)을 주변을 캡슐화하는 냉각 액체 순환 회로(G1, G2)를 포함하는
    시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    단자 스트립(B1) 및 상호 연결 블럭(I1)은 저장 수단 모듈(M1)의, 그리고 존재한다면 저장 수단 모듈의 조립체 면들 중 하나 상에 배열되는 냉각 요소(R1)의, 깊이와 적어도 동일한 깊이를 갖는 수직 또는 수평 적층체를 형성하는
    시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    각각의 냉각 요소(R1)는 인접 단자 스트립(B1)과 상호 연결 블럭(I1)의 2개의 측방향 면을 캡슐화하는 2개의 가이드(G1, G2)에 통합되는 냉각 액체 입구 및 출구 경로를 포함하는
    시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상호 연결 블럭(I1), 냉각 요소(R1) 및 가이드는 모노블럭을 형성하고, 상호 연결 블럭은 가이드들 사이에서 활주하는
    시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상호 연결 블럭(I1), 냉각 요소(R1), 상호 연결 블럭 및 가이드는 모노블럭을 형성하는
    시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상호 연결 블럭(I1), 냉각 요소(R1), 단자 스트립(B1) 및 가이드(G1, G2)는 이상적으로는 자가-밀봉 커넥터를 사용하여, 환경으로부터 보호되는 밀봉된 연결부를 형성하는
    시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 연결 블럭은 이상적으로 상호 연결 블럭의 단자들 중 2개 사이의 탈거 가능한 퓨즈 브리지 형태로, 그의 전기 단자들 중 적어도 하나 상에 퓨즈 보호부를 포함하는
    시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 연결 블럭은 통합된 플러그 커넥터(BMS, BMS')에 의하여 또는 고정 지점에서의 단자를 통하여 코딩함으로써, 조립된 모듈(M1, M2)에 연결되는 모니터링 전자 부품을 구비하는
    시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 연결 블럭은 조립된 모듈의 전기 특성을 밸런싱하기 위한 수단을 구비하는
    시스템.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 연결 블럭은 선형으로 또는 수직으로 조립되는 모듈의 적층 및/또는 병치에 적합한 고정 지점 위치 설정 기하학적 구조를 갖는
    시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상호 연결 블럭의 고정 지점은 4개, 5개, 6개, 7개 또는 8개인
    시스템.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 연결 블럭은 이상적으로 동축형이거나 판-스프링 유형인, 모듈들 사이의 연결 수단을 포함하는
    시스템.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    저장 수단의 모듈은 적어도 하나의 슈퍼-커패시터 또는 배터리를 포함하는
    시스템.
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