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HINTERGRUND
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeugs. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Sicherheitsvorrichtung, die einen Strom ohne eine Beschädigung eines Batteriemoduls unterbricht, wenn ein Überladen auftritt.
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(b) Stand der Technik
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Im Allgemeinen verwenden Hybridfahrzeuge zwei oder mehr verschiedene Arten von Antriebsquellen, die in effizienter Weise kombiniert werden, um eine Leistung an den Antriebsstrang bereitzustellen. Viele Hybridfahrzeuge erlangen eine Antriebskraft von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, der die Batterieleistung verwendet, welche als Hybrid-Elektrofahrzeuge (Hybrid Electric Vehicles – HEV) bezeichnet werden.
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Ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) kann mit einer Hochspannungsbatterie ausgerüstet sein, die eine Antriebsleistung an einen Elektromotor bereitstellt. Die Hochspannungsbatterie liefert notwendige Energie durch wiederholtes Laden und Entladen beim Fahren.
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Eine Hochleistungs-Lithium-Ionen-(Polymer)Batterie (LiPB) ist in Hybridfahrzeugen als eine Hochspannungsbatterie weit verbreitet. Jedoch kann das LiPB-System mehrere Einschränkungen aufweisen. Wenn wie in 4 gezeigt, ein Überladen in einer Batteriezelle auftritt, können brennbare Gase aufgrund einer exothermen Zersetzung des Elektrolyten erzeugt werden. Diese Gase können den Innendruck der Zelle erhöhen, was zu einer Dickenausdehnung führen kann. Demzufolge können sich, da sich die Temperatur erhöhen kann und ein Kurzschluss auftreten kann, die brennbaren Gase entzünden, was eine erhebliche Gefahr für einen Fahrer und ein Fahrzeug zur Folge haben kann. Insbesondere in Batterien für Hybridfahrzeuge oder Brennstoffzellenfahrzeuge, da eine Vielzahl von Batterien für eine hohe Spannung modularisiert ist, besteht die Gefahr eines Überladens und einer Zündung.
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Ein herkömmliches Batteriemodul kann ein taschenartiges Lithium-Polymer-Batterie-Modul umfassen, wobei deren Elektrodenanschlussteile derart gebildet sind, so dass sie eine ungeschützte Struktur darstellen. Diese Struktur kann den Ausbruch eines Feuers aufgrund eines Überladens durch Brechen des Elektrodenanschlusses beim Aufschwellen verhindern.
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Jedoch kann die Struktur des oberhalb beschriebenen Batteriemoduls ein Brechen des Elektrodenanschlussteils beim Auftreten eines Überladens herbeiführen, in dem das Brechen in der ganzen Elektrode einer Batteriezelle auf ein Überladen auftritt. Demzufolge muss, sobald ein Überladen auftritt, der Batterieblock ausgetauscht werden. Wenn die Menge der Schwellung aufgrund der Herstellungsschwankung des Batterieblocks unzureichend ist, oder das Schweißen schlecht ausgeführt ist, kann das Brechen nicht auftreten, was ein Sicherheitsproblem verursacht.
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Die obigen in diesem Abschnitt offenbarten Informationen dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Sicherheitsvorrichtung für ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeugs bereit, wodurch die Notwendigkeit beseitigt wird, den ganzen Batterieblock auszutauschen, indem eine Öffnung in einer Endplatte gebildet wird, auf welche eine Ausdehnungskraft zum Schwellen gebündelt wird, eine Stromversorgungseinheit vom Buchsen-Typ in der Endplatte montiert wird, die Ausdehnungskraft durch die Öffnung aufgenommen wird, um einen an das Batteriemodul zugeführten Strom zu unterbrechen, und somit verhindert wird, dass die ganze Elektrode der Zelle durch ein typisches Schwellen bricht.
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In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Sicherheitsvorrichtung für ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeugs bereit, die verhindert, dass eine ganze Elektrode einer Batteriezelle aufgrund einer schwellenden Ausdehnungskraft bei einem Überladen bricht, die Vorrichtung aufweisend: eine Endplatte, die an den Enden von beiden Seiten eines Batteriemoduls angeordnet ist, die eine Öffnung aufweist und eine in dem Batteriemodul erzeugte Ausdehnungskraft nach außen durch die Öffnung bei einem Schwellen abgibt; und eine Stromversorgungseinheit, die in der Endplatte angeordnet ist und eingerichtet ist, um einen zu dem Batteriemodul zugeführten Strom unter Verwendung der durch die Öffnung abgegebenen Ausdehnungskraft zu unterbrechen.
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In einem Ausführungsbeispiel kann die Stromversorgungseinheit umfassen: ein Buchsenteil (z. B. einen Stecker); ein Paar Befestigungsbügel, das an beiden Kanten in der Nähe der Öffnung der Endplatte angeordnet ist; ein Paar Stromleitungen, aufweisend jeweils ein mit dem Befestigungsbügel verbundenes Ende; ein Anschlussteil, das mit dem anderen Ende der Stromleitung durch Aufstecken verbunden ist, und die Ausdehnungskraft durch die Öffnung aufnimmt, um das Paar Stromleitungen zu trennen; und eine Leitung, die die Stromleitung mit dem Batteriemodul verbindet, und die Stromleitung mit einem Sicherheitsstecker oder einer Leistungsrelaisanordnung (Power Relay Assembly – PRA) verbindet.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Stromleitung eine Stromschiene vom Platten-Typ umfassen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weiteren Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer verstanden, die nachstehend nur der Veranschaulichung dienen und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind, wobei:
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1 zeigt eine beispielhafte Ansicht, die eine Sicherheitsvorrichtung für ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 zeigt eine beispielhafte Ansicht, die eine Verbindungsschaltung einer Stromversorgungseinheit vom Buchsen-Typ in 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 zeigt eine beispielhafte Ansicht, die eine Stromunterbrechung bei einem Schwellen in dem Batteriemodul in 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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4 zeigt ein beispielhaftes Bild, das eine Batteriezelle vor und nach einem Überladen gemäß dem Stand der Technik darstellt.
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Die in den Zeichnungen dargelegten Bezugszeichen umfassen eine Bezugnahme auf die folgenden Elemente, wie dies weiter unten erläutert wird:
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Bezugszeichenliste
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- Batteriemodul
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- Endplatte
- 11a
- Öffnung
- 12
- Befestigungsbügel
- 13
- Stromleitung
- 14
- Anschlussteil
- 15a
- erste Leitung
- 15b
- zweite Leitung
- 16
- Sicherheitsstecker
- 17
- PRA
- 18
- Stromversorgungseinheit
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Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, die der Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung dienen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorte und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und der Arbeitsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung überall in den einzelnen Figuren der Zeichnungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es zu beachten, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, die Erfindung auf jene beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern ebenso verschiedenste Alternativen, Abänderungen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, welche innerhalb des Geistes und Umfangs der Erfindung, wie dies in den beigefügten Ansprüchen bestimmt ist, umfasst sein können.
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Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und weitere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, stellt ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug dar, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl Benzinangetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
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Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, so dass ein Fachmann auf dem Gebiet die vorliegende Erfindung ohne Umstände ausführen kann.
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1 zeigt eine beispielhafte Ansicht, die eine Sicherheitsvorrichtung für ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 zeigt eine beispielhafte Ansicht, die eine Verbindungsschaltung einer Stromversorgungseinheit vom Buchsen-Typ in 1 darstellt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeugs, die die durch ein Überladen verursachten Einschränkungen ohne einen Austausch eines Batterieblocks durch mechanisches Abschneiden einer Leitung beim Auftreten eines Überladens überwinden kann.
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In einer Sicherheitsvorrichtung für ein Batteriemodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Strom durch Anordnen einer Stromversorgungseinheit vom Buchsen-Typ an einem Abschnitt, wo eine Schwellkraft (z. B. Ausdehnungskraft) ausgeübt wird und Trennen der Stromleitung (z. B. Stromschiene) 13 der Stromversorgungseinheit 18 vom Buchsen-Typ unter Verwendung eines durch einen anormalen Betrieb oder ein Überladen eines Batterieblocks erzeugten Schwellens unterbrochen werden.
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Ein Batteriemodul 10 kann eine Vielzahl von Batteriezellen, die vertikal benachbart zueinander angeordnet sind, und eine Endplatte 11, die an beiden Enden über die Vielzahl von Batteriezellen angeordnet ist, umfassen.
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Wenn ein Schwellen aufgrund eines anormalen Betriebs oder eines Überladens des Batterieblocks auftritt, kann eine Ausdehnungskraft eines taschenartigen Batteriegehäuses an die Endplatte 11 zugeführt werden. Um die Ausdehnungskraft in Richtung des Schwellens auszuüben, kann eine Öffnung 11a in der Endplatte gebildet sein.
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Die Sicherheitsvorrichtung für das Batteriemodul kann Endplatten 11 eines Batteriemoduls 10 mit einer darin gebildeten Öffnung, eine Stromanschlusseinheit vom Buchsen- (z. B. Stecker) Typ, die eingerichtet ist, um die Ausdehnungskraft des Batteriegehäuses durch die Öffnung 11a aufzunehmen, und eine Mehrzahl von Leitungen 15, die die Stromanschlusseinheit mit dem Batteriemodul 10 und einem Sicherheitsstecker verbindet, umfassen.
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Die Endplatten 11 können an beiden Seitenenden der Batteriezellen angeordnet werden. Die von den Batteriezellen erzeugte schwellende Ausdehnungskraft kann an die Endplatten 11 in der vertikalen Richtung der Batteriezelle (z. B. in einer gestapelten Richtung der Batteriezellen oder in der Richtung von beiden kreuzenden Endplatten 11) zugeführt werden.
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Insbesondere kann die schwellende Ausdehnungskraft auf einen mittleren Abschnitt der Batteriezelle ausgeübt werden. Demzufolge kann die Ausdehnungskraft des Batteriemoduls 10 durch die Öffnung 11a, die in einem mittleren Abschnitt der Endplatte 11 gebildet ist, auf welche die Ausdehnungskraft gebündelt wird, abgegeben werden.
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Die buchsenartige Stromversorgungseinheit 18 kann derart gebildet sein, um eine Struktur zu umfassen, die einen an das Batteriemodul 10 zugeführten Strom unter Verwendung einer von dem Batteriemodul 10 erzeugten schwellenden Ausdehnungskraft, die gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, zu unterbrechen. Die buchsenartige Stromversorgungseinheit 18 kann eine Mehrzahl von Befestigungsbügeln 12, die jeweils auf der gleichen Ebene von beiden Endplatten 11 über der Öffnung 11a angeordnet ist, eine Mehrzahl von Stromleitungen 13, die jeweils mit dem Befestigungsbügel 12 durch einen Bolzen/Schraube gekoppelt ist, und ein Anschlussteil 14 zum Verbinden der Stromleitungen 13 umfassen.
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Die Mehrzahl von Befestigungsbügeln 12 kann einen Befestigungskörper mit einer rechteckigen Form und eine Befestigungsrippe, die zwischen den oberen und unteren Enden des Befestigungskörpers angeordnet ist, umfassen. Die Befestigungsrippe kann durch einen Bolzen/Schraube gekoppelt werden, um den Befestigungsbügel 12 an der Endplatte 11 zu befestigen. Der Befestigungsbolzen/Befestigungsschraube kann derart an dem Befestigungskörper angebracht sein, um vertikal von einer Oberfläche der Endplatte 11 hervorzustehen. Jede Stromleitung 13 kann eine Stromschiene sein, die aus einem plattenartigen leitenden Material gebildet wird, die eine größere Länge als deren Breite aufweist. Ein Strom kann durch die Stromschiene eingespeist werden.
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Eine Befestigungsbohrung kann in einem Ende der Stromleitung 13 gebildet werden. Jede Stromleitung 13 kann an der Befestigungsrippe durch Verbinden des Befestigungsbolzens/Befestigungsschraube der Befestigungsrippe in der Befestigungsbohrung befestigt werden. Das andere Ende der Stromleitung kann mit dem Anschlussstück 14 durch ein Fitting-Verfahren gekoppelt werden. Das Anschlussstück 14 kann derart gebildet sein, um eine Form eines rechteckigen Rohrs aufzuweisen. Das andere Ende von beiden Stromleitungen 13 kann in dem Anschlussstückdurch 14 durch die eine Hälfte davon eingebaut werden.
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Die Mehrzahl von Leitungen 15 kann eine erste Leitung 15a, die die Stromleitung 13 mit einer an dem Ende des Batteriemoduls 10 angeordneten Batteriezelle verbindet, und eine zweite Leitung 15b, die die Stromleitung 13 mit dem Sicherheitsstecker 16 verbindet, oder die Stromleitung 13 mit einer Leistungsrelaisanordnung (Power Relay Assembly – PRA) 17 verbindet, umfassen.
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Im Folgenden wird ein Betriebszustand einer Sicherheitsvorrichtung für ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
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Wenn das Batteriemodul 10 normal arbeitet oder ein durch ein Überladen verursachtes Schwellen nicht auftritt, kann die Leistung eines Fahrzeugs durch eine buchsenartige Stromversorgungseinheit 18 über den Sicherheitsstecker 16 oder die PRA 17 zugeführt und in das Batteriemodul aufgeladen werden.
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Wenn das Batteriemodul 10 anormal arbeitet oder das durch ein Überladen verursachte Schwellen auftritt, kann das Batteriegehäuse des Batteriemoduls 10 durch die Öffnung 11a schwellen. Demzufolge kann die durch das Schwellen verursachte Ausdehnungskraft dem die Stromleitung 13 verbindenden Anschlussstück 14 zugeführt werden.
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Das Anschlussstück 14 kann die Ausdehnungskraft in einer vertikalen Richtung mit Bezug auf die Oberfläche der Endplatte 11 des Batteriemoduls 10 aufnehmen. In Erwiderung auf das die Ausdehnungskraft aufnehmende Anschlussstück 14 können die in das Anschlussstück 14 eingebauten Stromleitungen 13 von dem Anschlussstück 14 getrennt werden, um zu ermöglichen, dass die Stromleitungen 13 voneinander getrennt werden, und somit kann ein zu dem Batteriemodul 10 zugeführter Strom unterbrochen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Ausdehnungskraft des Batteriegehäuses, die von dem Batteriemodul 10 erzeugt wird, durch Bilden der Öffnung 11a in der Endplatte 11 nach außen abgegeben werden, und die buchsenartige Stromversorgungseinheit 18 kann einen zu dem Batteriemodul 10 zugeführten Strom durch Aufnehmen der Ausdehnungskraft von dem Batteriemodul 10 und Trennen der Stromleitungen 13 unterbrochen werden. Demzufolge, da verhindert werden kann, dass die ganze Elektrode der Batteriezelle bei einem typischen Schwellen bricht, kann der Austausch des ganzen Batterieblocks unnötig sein. Darüber hinaus, da die buchsenartige Stromversorgungseinheit als die Sicherheitsvorrichtung zum Verbinden und Unterbrechen des Stroms zu dem Batteriemodul 10 verwendet wird, kann die elektrische Zuverlässigkeit und Lebensdauer beibehalten werden.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf deren bevorzugte Ausführungsformen ausführlich beschrieben. Allerdings wird der Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Grundsätzen und dem Geist der Erfindung abzuweichen, wobei deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten festgelegt ist.
