CN102301505A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

电池模块(1)，包括电池单元(6)、容纳电池单元(6)的模块壳体(2)、两个或更多个尤其是四个或六个安置在模块壳体(2)上的接触单元(4)，其中每个接触单元(4)具有至少两个连接端子(5)。

Description

电池模块
技术领域
本发明涉及一种电池模块。这种电池模块通常是电池装置的一部分，该电池装置包括多个电池模块并被用于供电，尤其是向电动车辆供电。这种电池模块包括通常由原电池构成的电池单元。电池模块在这里被用在一次电池即不可充电电池和二次电池即可充电电池中。
背景技术
由DE 32 46 968 C2可知一种具有多个并排且相互串联的电池单元的电池。这些电池单元在其两侧通过其上有接触轨的电接触装置相互连接。接触装置此时构造为带有呈印刷电路形式的接触轨的绝缘板。
DE 103 18 587 B4公开了用于连接电池单元的设备。该设备包括容纳电池单元的壳体和有多个孔的插座连接板。此外设有一个插头连接板，它配设有多个凸起。这些凸起被插入插座连接板的孔中，其中这些凸起按照预定配置将电池单元导电连接起来。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的电池模块和改进的电池装置。
本发明所基于的任务将通过这样的电池模块完成，该电池模块包括电池单元、容纳电池单元的模块壳体、两个或更多特别是四个或六个接触单元，这些接触单元安置在模块壳体上，每个接触单元包括至少两个连接端子。
由于设有至少两个分别具有至少两个连接端子的接触单元，所以存在至少四个连接端子。这使得电池模块一方面能连接至一上游的电池模块；另一方面，有关的电池模块可连接至另一下游的电池模块。相邻的电池模块的接触单元此时可以空间紧邻布置。可以省掉必须越过空间距离的布线。在这里，电池单元尤其指一次电池或二次电池，但也指燃料电池。因此，术语“电池模块”也涵盖包含一个或多个燃料电池的模块。
优选每个接触单元具有至少一个正极端子和至少一个负极端子。利用至少两个接触单元中的第一接触单元的正极端子或负极端子，实现电池模块完全连接到上游的电池模块。利用所述至少两个接触单元中的另一接触单元的正极端子和负极端子，可以将电池模块连接至另一个电池模块。因此，可以彼此相邻地布置多个电池模块。因为电池模块的正极端子和负极端子可以彼此空间紧邻地布置，所以相邻模块的导电连接得以简化。此时，可以使相邻的电池模块的同类连接端子、就是说各正极端子或负极端子相互接触，这在电池单元并联连接时实现。此外，也可将非同类连接端子例如一个电池模块的正极端子和另一电池模块的负极端子连接在一起，这在电池单元串联连接时实现。
在优选的实施方式中，两个接触单元各自对置布置在模块壳体的外表面上。这种对置布置造成彼此相邻对准的电池模块的接触端子能够相互重合。由此可将这些电池模块前后排列布置成一行。相邻电池模块的连接端子此时直接相互贴靠，从而这些连接端子直接彼此导电连接接触。或者，可通过接触套或接触销建立触点接通，其中接触套或接触销同时插住两个电池模块的连接端子。
优选地，正极端子与电池单元的正极导电连接，负极端子与电池单元的负极导电连接。此外，一个电池模块的同类连接端子最好相互导电连接。更优选的是，一个电池模块的所有同类连接端子相互导电连接。电池模块的所有正极端子此时是同类的。电池模块的所有负极连接端子也是同类的。即便正极端子确实间接通过电池单元与负极端子处于电连接中，但这种间接连接不是以上说明意义上的导电连接。
尤其为了多用途使用，两个接触单元的连接端子彼此相对设置。由此实现一个相邻的电池模块的一个连接端子能处于与另一个电池模块的一个相应的对置连接端子的毗邻并与之接触。此时有利的是，各个同类的连接端子以镜像颠倒方式布置在彼此对置的外表面。为了评估连接端子是否以镜像颠倒方式布置在对置的外表面，总是从前面观看其上设有连接端子的各外表面。
这些对置的接触单元优选设置在不同的相互平行的外表面。由此有利于模块化和扩展性，因为由多个电池模块组成的电池装置总是可以用贴靠在其中一个平行外表面上的另一电池模块扩展。由此，多个电池模块可前后排成一行。如果电池模块此时有四个或六个接触单元，则这些接触单元设置在各自相互平行对置的不同外表面。因而，也可在一个电池模块的侧面设置其它电池模块。为此，电池模块最好呈长方体形。
具体来说，第一接触单元的连接端子相对于在第一接触单元对面的第二接触单元的对置连接端子镜像颠倒设置。在评估连接端子是否镜像颠倒地设置在对置的外表面时，总是从前面观看其上设有连接端子的各外表面。
优选地，第一接触单元的负极端子设置在第二接触单元的负极端子的对面。此外，第一接触单元的正极端子优选设置在第二接触单元的正极端子的对面。通过分别相对布置同类型电极端子，使具有同类电极端子的相邻电池模块设置为毗邻具有其各自电极端子的相邻电池模块。
一个接触单元优选具有至少两个正极端子，一个对置的接触单元具有至少两个负极端子，其中一个所述接触单元的一个正极端子和所述对置的接触单元的负极端子相对设置。由此可以在设置两个电池模块时，使具有负极端子的一个电池模块毗邻具有正极端子的另一个电池模块。这对于例如能简单实现由电池模块构成的串联电路是必须的。
可以如此构成连接端子，相邻电池模块的对置的连接端子可通过连接器件相互连接。在这里，连接端子优选具有孔。此时，连接器件优选能以接触套的形式构成，使接触套分别与至少一个连接端子插接。
孔优选能以螺纹孔形式构成。相应的连接器件于是能以接触销形式构成，每个接触销与至少一个连接端子螺纹连接。连接端子为此具有螺纹孔。
优选在孔中设有触点弹簧，其能对所采用的连接器件施力以实现摩擦接合。
电池模块优选构造成长方体形。由此，可以简单地将多个电池模块相互布置成节省空间的平面配置。此外，多个电池模块可以堆叠布置。电池模块优选在四个外表面上各有一个接触单元。更优选地，电池模块在六个外表面上各有一个接触单元。通过给四个或尤其是六个外表面分别配设一个接触单元，得到了附加的配置可能性，因此在包括多个电池模块的电池装置的配置中能更加灵活。
优选在一个外表面上设置一个连接端子，其中该外表面具有从连接端子一直延伸到与该外表面相邻的一个外表面的槽。这样，允许从并非设有相关连接端子的那个外表面的其它外表面接近连接端子。这带来以下好处，即已经相互接触的相邻电池模块的连接端子可以随后通过连接器件相互导电连接。此时，该槽构成从临近侧面接近的入口，从而不必再使两个电池模块为了连接器件的安装而彼此相对移动。此外，在此时不必使电池模块相互移动的情况下，可以又去除已经安装的连接器件。此时，槽就横截面来看不小于待安装或拆卸的连接器件。
优选在设有接触单元的两个外表面之间设置切角，该切角允许连接器件的简化安装。
在一个特别有利的实施方式中，在至少一个外表面设置多个凸起。这些凸起作为两个相邻电池模块的外表面之间的间隔垫片。由此产生的间距提供了用于散热或供热可能的空间。散热和供热可以通过导热板或可流动介质如冷液体、热液体或通过空气冷却来实现。
在一个优选实施方式中，接触单元具有可自由占用的连接端子，其中不同的接触单元的自由占用连接端子相互导电连接。特别有利的是，接触单元具有第一自由占用连接端子和第二自由占用连接端子，其中不同接触单元的第一自由占用连接端子相互导电连接，且不同接触单元的第二自由占用连接端子相互导电连接。自由占用连接端子扩展了大量的应用可能性，因为电池模块的布线可以更复杂地构成，而无需动用外部接触器件如电缆或夹子。
在设有导热液体的场合下，有利地，在与液态介质接触的电池模块外表面上的不需要的连接端子通过密封塞被密封。这优选通过密封塞来实现，密封塞被构造成或者适合于按照上述方式密封一个电池模块的接触单元的连接端子。
此外，本发明所基于的任务通过包括多个上述类型的电池模块的电池装置来完成，其中，相邻电池模块的连接端子相互导电连接。
此外，本发明所基于的任务通过一种机动车组装方法来完成，其包括以下步骤：
-将组件，尤其是动力总成、连接软管和电缆安装在车辆的结构单元上；
-将上述类型的第一电池模块固定在该车辆结构单元或一个组件上；
-将上述类型的其它电池模块至少间接连接到第一电池模块。
此处，“间接”是指这些电池模块至少在中间接入其它电池模块的情况下与第一电池模块连接。通过这种方法，车辆舱室中的组件之间的空间可以被电池装置最佳利用。
附图说明
以下，将结合附图来详细说明本发明。其中：
图1是本发明电池模块的透视示意图；
图2a)、图2b)为根据图1的电池模块的第一接触单元和与第一接触单元对置的第二接触单元，每个接触单元各有五个连接端子；
图3是根据图1的电池模块的两个相对外表面的俯视图，各自包括根据图2的第一单元和第二接触单元；
图4示意性示出了根据图1的电池模块沿I-I剖切线的横截面；
图5为本发明的电池装置及相应的电路图，该电池装置按照并联关系包括两个本发明的电池模块；
图6为本发明的电池装置及相应的电路图，该电池装置按照串联关系包括两个本发明的电池模块；
图7为本发明的电池装置及相应的电路图，该电池装置按照串并联组合方式包括16个本发明的电池模块；
图8为本发明的电池模块的实施例，具体地，图8a)是侧视图，图8b)是横截面图；
图9为根据图8所示实施例的两个本发明的电池模块；
图10为在外表面上具有凸起的两个本发明的电池模块；
图11是本发明的电池装置安装在其中的车辆发动机舱的局部示意图，图11a)是侧视图，图11b)是俯视图。
具体实施方式
图1示出了本发明的电池模块1，它由矩形的模块壳体2界定。模块壳体此时有六个外表面3。外表面3都设计成正方形，每个边长都相同，从而使电池模块总体呈立方体形状。
在六个外表面3上各有一个接触单元4。每个接触单元4有多个连接端子5，这些连接端子是电池模块1的接口，如以下将详细解释的那样。图1所示的电池模块1共有六个接触单元4，其中每个外表面3上刚好有一个接触单元4。在图1中被电池模块遮住的接触单元用虚线表示。
在图2中具体示出了作为共六个接触单元4的代表的两个接触单元4。在图2a中可以看到接触单元41，其设置在外表面31上，也就是图1中看到的前面。图2b示出的接触单元42位于图1所示电池模块1的背面。
接触单元41共有五个连接端子5，它们从左到右看说明如下：一个正极端子，两个负极端子，第一自由占用连接端子A，第二自由占用连接端子B。接触单元42也有五个连接端子5，它们从左到右看说明如下：第二自由占用连接端子B，第一自由占用连接端子A，一个正极端子，一个负极端子，一个正极端子。接触单元的正极端子都导电连接到位于电池模块1中的电池单元6的正极。电池单元6仅示意性地示出。接触单元的负极端子均导电连接到电池单元6的负极。自由占用连接端子A和B未连接到电池单元6，而仅与同类连接端子互相连接。因此，接触单元41的自由占用连接端子A连接到接触单元42的自由占用连接端子A。这同样适用于接触单元41的自由占用连接端子B，其连接到接触单元42的自由占用连接端子B。另外，这些自由占用连接端子也与其余的接触单元43-46的各同类连接端子导电连接。电池单元6设计成二次电池。
图2还示出了第一接触单元41的连接端子相对于接触单元42的连接端子基本呈镜像颠倒布置，但除中间的连接端子外。镜像颠倒布置设置用来使相互邻接的电池模块的尤其是同类的连接端子能相互接触，以下还将对此详加说明。镜像颠倒布置总是涉及各自对置的接触单元。
在图3中，代表所有外表面地示出了外表面31和与之对置的外表面32。接触单元41和42偏心设置在这些外表面31和32上。可以看到，接触单元基本镜像颠倒地设置在各自外表面31和32上，其中该镜像颠倒分别关于虚拟镜轴S来进行，该镜轴延伸经过外表面31和32的中心。就此而言，可以使彼此毗邻的两个相邻电池模块1的接触单元对齐接触。
图4示出了根据图1的电池模块1的截面图，其中可以看到接触单元41、42、43和44的连接端子5。为简单显示起见，在此被示出的接触单元都布置在同一平面内。未彼此对置的连接端子也能容易地安置在不同的平面内。图4中示意性地示出了内部的电池单元6。举例示出了连接端子之间与电池单元之间的导电连接。因此例如看到接触单元43的正极端子与电池单元和接触单元42的正极端子的电连接。显然，接触单元的正极端子也可与电池模块1的其余接触单元41、44、45、46的正极端子连接。这也同样适用于接触单元的负极端子，它们都彼此共同连接并与电池单元6的负极端子相连。各个自由占用连接端子A相互连接。各个自由占用连接端子B也都相互连接。
图5示出了电池装置10，该电池装置共有两个电池模块1、1’。电池模块在两个各自的外表面3A、3A’上相互接触。电池模块1、1’相互对齐找准，从而电池模块1、1’的其它外表面3B、3B’相互对齐。
在第一电池模块1的接触单元41的正极端子和第一电池模块1的接触单元41的负极端子上分别设有一个极靴7+、7-。这些极靴可以设计成套或销的形式，并可被插入或拧入相应的连接端子5。各极靴7对外是电池装置10的正极或负极。
还能看到在第一电池模块1的接触单元42和第二电池模块1’的接触单元41’之间分别设有连接套8，连接套或者也能以螺纹连接销的形式构成。连接套8表示在第一电池模块1的接触单元42的正极端子和第二电池模块1’的接触单元41’的正极端子之间的导电连接。这两个电池模块1、1’布线连接造成电池模块1、1’的并联电路，如同从下面的电路图中容易看出来的那样。
图6示出了具有不同于图5所示的布线连接方式的电池装置10。在这里，仅介绍与图5所示布线的不同点。所示配置的其余部分是相同的。
能看到，不同于图5所示配置，在第一电池模块1上的极靴7+插入到自由占用连接端子B中。而且，第一电池模块1的接触单元42的自由占用连接端子B和第二电池模块1’的接触单元41’的自由占用连接端子B通过接触套8相互连接。而且，第一电池模块1的接触单元42的中央连接端子和第二电池模块1’的接触单元41’的中央连接端子相互连接。因此，第二电池模块1’的负极端子和第一电池模块1的正极端子连接。第二电池模块1’的接触单元42’的正极端子借助U形插头9直接连接到第二电池模块1’的接触单元42’的自由占用连接端子B。就此而言，正极靴7+直接与第二电池模块1’的第二接触单元42’的正极端子导电连接。由此得到如从下面的电路图中看到的两个电池模块1、1’的串联电路。
图7示出共包括16个电池模块1的另一电池装置10’。这些电池模块1共分成两组111和112，每组包括8个电池模块1。一组111、112的所有电池模块的所有正极端子和所有负极端子分别通过连接套8至少间接相互导电连接。通过另一连接套8’，一组111的一个电池模块11的一正极端子与另一组112的一个电池模块12的一负极端子导电连接。一负极靴7-与其中一组111的电池模块11的一负极端子相连。一正极靴7+导电连接到另一组112的电池模块12的正极端子。此时，正极靴7+位于也设有负极靴7-的同一接触单元4的自由占用连接端子A上，从而整个电池装置10从外侧的接通通过唯一的接触单元来实现。为了依然能在正极靴7+和电池模块12的正极端子之间建立导电连接，设有连接套8”，它们将相邻电池模块11、12的自由占用连接端子A相互电连接。在第二组112的电池模块12上，在正极端子和自由占用连接端子A之间设有U形插头9，用于使第二组112的所有电池模块12的正极端子与自由占用连接端子A导电连接。
总之由此得到各组111、112的电池模块1之间的并联连接。这两个组111和111此时前后串联。总之出现并排所示出的电池配置10的电路图。
在图7中，两组111、112布置在一个平面中。然而可以理解，各个组也可以彼此不同地或在几何上完全不同地布置。在两组11和11’之间形成电连接的连接套8’和8”于是也可安置在电池模块的顶面或底面上的接触单元上。
在电池模块11和12的组111和112之间，设有间隙12。间隙12用于散热或供热。为了有效地散热或供热，导热板13设置在间隙12中。或者。可替换地，也可以在间隙12中设置导热介质，尤其是导热气体或导热液体，或者导热介质流经该间隙。
对于设有可流动的且有导电性的导热介质的场合，可与介质接触的不需要的连接端子通过未示出的密封塞被密封。
图8具体示出了电池模块1的接触单元4的连接端子5。图8b示出了沿图8a的剖切线II-II的截面图。接触单元4设置在电池模块1的第一外表面31上。在这里，接触单元4布置在外表面31的边缘区域，即，它位于在这里呈正方体形的电池模块1的一个边缘附近。这些连接端子5分别以孔15的形式构成。各有一个槽14将一个孔15连通至模块壳体2的另一外表面33。从而这两个外表面31和33相邻接。槽14垂直于孔15的孔轴线B延伸。沿孔轴线B的纵向看，槽的长度基本上对应于用来连接两个相邻连接端子5的连接套8的长度的一半。但是，该槽优选比连接套8的长度的一半略长，从而可以更容易的安装连接套。
在图9中，能看到两个类似于图8b中例示图的电池模块1、1’的各自一部分。两个电池模块1、1’的两个连接端子5、5’相互贴靠。只是为了清楚显示，示出了相互间隔较近的两个表面31和32’。现在，连接套8可延伸穿过电池模块的槽14，直到进入孔15中。由此一来，当两个电池模块1、1’和各自连接端子5、5’已相互毗邻时，能够安装连接套。为简化组装，电池模块1具有切角16，它尤其如图8b所示位于两个外表面31、33之间的界面区。切角允许例如利用外部工具更好地接近连接端子。
图10示出了电池模块1的外表面31的有利实施方式。外表面31具有多个从外表面31向外突出的凸起17。这些凸起17作为与邻近设置的另一电池模块的间隔垫片。在两个电池模块之间由此产生的间距可实现改善的散热或供热。凸起本身就可作为散热片。仅为清楚显示起见，示出了与凸起17距离较近的表面32’。
显然，本发明的电池模块可被用于各种配置的电池装置。尤其可以按照各种几何布置形式安置电池模块。由此一来，传统电池单元常见的笨重块体形状可被消除，代之以灵活的模块系统，其也允许利用车辆内狭小曲折的结构空间，如参照图11所示的那样。
图11示意性地示出了机动车发动机舱19的局部。用附图标记18表示位于发动机舱19内的各种组件。组件18可以是任何可能种类的放置在发动机舱中的部件，例如动力总成、车身部件、连接软管或电缆。对汽车的不断改进导致总是有新构件要被装入发动机舱，或者现有构件有时需要更大的空间。与这种改进矛盾的是车辆外部尺寸不应超过某个最大值并且乘员舱的尺寸尽量大。这导致的结果之一是车辆发动机舱内的空间需求分配紧张。
在组件18旁边，可以看到多个电池模块1，它们以看似随意的方式串在一起。然而，组件18之间的可供使用空间让电池模块最优地利用。特别是，由多个电池模块1形成的电池装置仅在车辆最终组装时由独立的电池模块1组装。此时，首先将组件18安装到发动机舱19中。
然后，将电池模块1围绕组件18安置并组装。此时，至少一个第一电池模块1被固定安装到发动机舱19中，其中发动机舱已经装到车辆的结构单元上或优选已经与车辆牢固连接的组件上。随后，安装其它电池模块1，此时其它电池模块至少间接连接到第一电池模块上。
附图标记列表
1  电池模块
2  模块壳体
3  外表面
4  接触单元
5  连接端子
6  电池单元
7  极靴
8  连接套
9  U形插头
10 电池装置
11 组
12 间隙
13 导热板
14 槽
15 孔
16 切角
17 凸起
B  孔轴线

Claims (27)

1.一种电池模块(1)，包括
电池单元(6)，
容纳该电池单元(6)的模块壳体(2)，
两个或更多个、尤其是四个或六个安置在该模块壳体(2)上的接触单元(4)，
其中每个所述接触单元(4)均有至少两个连接端子(5)。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
每个接触单元(4)具有至少一个正极连接端子(5)和至少一个负极连接端子(5)。
3.根据权利要求1-2之一所述的电池模块，其特征在于，
每两个接触单元(4)对置安置在该模块壳体(2)的外表面(3)上。
4.根据权利要求1-3之一所述的电池模块，其特征在于，
正极连接端子(5)与该电池单元(6)的正极导电连接，负极连接端子(5)与该电池单元(6)的负极导电连接。
5.根据权利要求1-4之一所述的电池模块，其特征在于，
同类的连接端子(5)互相导电连接。
6.根据权利要求1-5之一所述的电池模块，其特征在于，
两个接触单元(4)的连接端子(5)互相对置。
7.根据权利要求1-6之一所述的电池模块，其特征在于，
各个同类的连接端子(5)镜像颠倒地设置在彼此相对的外表面(3)。
8.根据权利要求1-7之一所述的电池模块，其特征在于，
对置的接触单元(4)设置在不同的相互平行的外表面(3)上。
9.根据权利要求1-8之一所述的电池模块，其特征在于，
第一接触单元(4)的连接端子(5)相对于与第一接触单元(4)对置的第二接触单元(4)的对置连接端子(5)镜像颠倒地设置。
10.根据权利要求1-9之一所述的电池模块，其特征在于，
第一接触单元(41)的负极连接端子(5)位于第二接触单元(42)的负极连接端子(5)的对面。
11.根据权利要求1-10之一所述的电池模块，其特征在于，
第一接触单元(41)的正极连接端子(5)位于第二接触单元(42)的正极连接端子(5)的对面。
12.根据权利要求1-11之一所述的电池模块，其特征在于，
接触单元(4)有至少两个正极连接端子(5)，与之对置的接触单元(4)有至少两个负极连接端子(5)，其中所述接触单元(4)的其中一个正极连接端子(5)位于所述对置的接触单元(4)的一个负极连接端子(5)的对面。
13.根据权利要求1-12之一所述的电池模块，其特征在于，
连接端子(5)具有孔(15)，特别是螺纹孔。
14.根据权利要求1-13之一所述的电池模块，其特征在于，
相邻的电池模块(1)的对应的对置连接端子(5)可通过连接器件(8)相互连接。
15.根据权利要求1-14之一所述的电池模块，其特征在于，
该连接器件(8)设计成接触销形式，每个接触销与至少一个连接端子(5)螺纹连接。
16.根据权利要求1-15之一所述的电池模块，其特征在于，
该连接器件设计成接触套(8)形式，每个接触套可与至少一个连接端子(5)插接。
17.根据权利要求1-16之一所述的电池模块，其特征在于，
该电池模块(1)呈长方体形。
18.根据权利要求1-17之一所述的电池模块，其特征在于，
该电池模块(1)在四个外表面(3)上各有一个接触单元(4)。
19.根据权利要求1-18之一所述的电池模块，其特征在于，
该电池模块(1)在六个外表面(3)上各有一个接触单元(4)。
20.根据权利要求1-19之一所述的电池模块，其特征在于，
在一个外表面(3)上设有一个连接端子(5)，其中该外表面(3)具有槽(14)，该槽从该连接端子(5)延伸到与该外表面(3)相邻的一个外表面(3)。
21.根据权利要求1-20之一所述的电池模块，其特征在于，
在两个侧面(3)之间设有切角(16)，在该切角上设有接触单元(4)。
22.根据权利要求1-21之一所述的电池模块，其特征在于，
在至少一个外表面(3)上设有多个凸起(17)。
23.根据权利要求1-22之一所述的电池模块，其特征在于，
该接触单元(4)具有自由占用连接端子，其中不同的接触单元(4)的自由占用连接端子相互电连接。
24.根据权利要求23所述的电池模块，其特征在于，
该接触单元(4)具有第一自由占用连接端子和第二自由占用连接端子，其中不同的接触单元(4)的第一自由占用连接端子相互电连接，且不同的接触单元(4)的第二自由占用连接端子相互电连接。
25.一种密封塞，用于密封根据权利要求1-24之一所述的电池模块的接触单元。
26.一种电池组，包括多个根据权利要求1-24之一所述的电池模块，
其中，相邻的电池模块的连接端子通过连接器件(8)相互连接。
27.一种用于组装机动车的方法，包括以下步骤：
-将组件18，尤其是动力总成、连接软管和电缆安装在车辆的结构单元上；
-将根据权利要求1-24之一所述的第一电池模块1安装在该车辆的结构单元或组件18上；
-将根据权利要求1-24之一所述的其它电池模块1至少间接连接到该第一电池模块。
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