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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr.
10-2019-0088782 , die am 23. Juli 2019 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum (KIPO) eingereicht wurde und deren Offenlegung durch Bezugnahme in vollem Umfang in diese Anmeldung aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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GEBIET
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Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein Batteriemodul.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Sekundärbatterien können im Gegensatz zu Primärbatterien geladen und entladen werden. Daher können Sekundärbatterien für Geräte in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, wie zum Beispiel Digitalkameras, Mobiltelefonen, Laptops und Hybridfahrzeugen. Solche Sekundärbatterien können zum Beispiel eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie, eine Lithium-Sekundärbatterie und dergleichen sein.
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Unter diesen Sekundärbatterien wurden viele Studien über Lithium-Sekundärbatterien mit hoher Energiedichte und Entladespannung durchgeführt. Kürzlich wurden Lithium-Sekundärbatterien als Beutelbatteriezellen hergestellt, die durch die Verbindung einer Vielzahl von Teilen flexibel konfiguriert und in Form eines Moduls verwendet werden können.
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Andererseits wird bei längerem Gebrauch des Batteriemoduls Wärme durch die Batterie erzeugt, insbesondere beim Laden kann die interne Temperatur schnell ansteigen, und der Temperaturanstieg der Batterie kann die Lebensdauer der Batterie verkürzen und den Wirkungsgrad der Batterie verschlechtern. Darüber hinaus kann es im schlimmsten Fall zu einer Entzündung oder Explosion kommen.
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In einem herkömmlichen Gehäuse sind die darin untergebrachten Batteriezellen alle in einem Raum angeordnet. Wenn in einer Batteriezelle eine Flamme erzeugt wird, besteht dementsprechend das Problem, dass die Flamme leicht auf die anderen Batteriezellen übergehen kann, so dass sich die Flamme ausbreiten kann.
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Daher ist ein Batteriemodul erforderlich, das in der Lage ist, die Ausbreitung der Flamme oder der Wärme auf die anderen Batteriezellen zu unterdrücken.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenlegung ist die Bereitstellung eines Batteriemoduls, das die Ausbreitung von Flammen oder Wärme auf die anderen Batteriezellen unterdrücken kann, wenn Flamme in den Batteriezellen auftreten.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung enthält ein Batteriemodul: einen Batteriezellenstapel, in dem eine Vielzahl von Batteriezellen gestapelt ist; und eine Wärmeableitplatte, die an eine Seite des Batteriezellenstapels gekoppelt ist, um in den Batteriezellen erzeugte Wärme nach außen abzuleiten, wobei der Batteriezellenstapel enthält: ein erstes Blockierelement, das aus einem isolierenden Material gebildet ist und zwischen einer Vielzahl von Isolierräumen angeordnet ist, um eine Vielzahl von Isolierräumen bereitzustellen, wobei die Vielzahl von Batteriezellen verteilt in der Vielzahl von Isolierräumen angeordnet sind.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann der Batteriezellenstapel ferner ein zweites Blockierelement enthalten, das auf beiden Seitenflächen des ersten Blockierelements angeordnet ist, um den Isolierraum zu bilden, wobei eine Elektrodenleitung der Batteriezellen so angeordnet werden kann, dass sie zu einer Außenseite des zweiten Blockierelements hin freiliegt.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann jeder der jeweiligen Isolierräume als ein durch das erste Blockierelement, das zweite Blockierelement und die Wärmeableitplatte gebildeter Innenraum eingerichtet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Wärmeübertragungselement, das zwischen dem Batteriezellenstapel und der Wärmeableitplatte angeordnet ist, des Weiteren enthalten sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann das Wärmeübertragungselement aus einem Wärmefett, einem wärmeleitenden Klebstoff und einem Epoxidharz ausgebildet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann eine Kühlvorrichtung, die an eine Außenfläche der Wärmeableitplatte gekoppelt ist, zusätzlich enthalten sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann das erste Blockierelement aus einem einzigen Element („single piece of member“) mit Duktilität ausgebildet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann im Batteriezellenstapel die eine Batteriezelle in dem einen wärmeisolierenden Raum angeordnet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann eine Vielzahl von Pufferkissen, die zwischen der Vielzahl von Batteriezellen angeordnet sind, weiter enthalten sein, und das erste Blockierelement kann so angeordnet sein, dass es abwechselnd mindestens eine Batteriezelle und das Pufferkissen umschließt.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann die Wärmeableitplatte eine untere Platte umfassen, die unterhalb des Batteriezellenstapels angeordnet ist, und eine obere Platte, die oberhalb des Batteriezellenstapels angeordnet ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann mindestens eines aus dem ersten Blockierelement und dem zweiten Blockierelement aus einem feuerfesten Faserisoliermaterial ausgebildet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann mindestens eines aus dem ersten Blockierelement und dem zweiten Blockierelement durch Aufbringen eines gelartigen wärmeisolierenden Materials auf einen flexiblen dünnen Film ausgebildet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann mindestens eines aus dem ersten Blockierelement und dem zweiten Blockierelement aus einem Gummimaterial ausgebildet sein, das expandierbaren Graphit enthält.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann mindestens eines aus dem ersten Blockierelement und des zweiten Blockierelement aus einem Gummimaterial einschließlich Keramik mit thermischer Abschirmwirkung hergestellt sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann mindestens eines aus dem ersten Blockierelement und dem zweiten Blockierelement aus Keramikwolle mit flammhemmender Wirkung ausgebildet sein.
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Figurenliste
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Die zuvor genannten und andere Aspekte, Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Offenlegung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klarer verständlich, wobei
- 1 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch ein Batteriemodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung darstellt;
- 2 eine perspektivische Explosionszeichnung des in 1 dargestellten Batteriemoduls ist;
- 3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Batteriezelle aus 2 ist;
- 4 eine Querschnittsansicht ist, die entlang der Linie I-I' von 1 aufgenommen wurde;
- 5 eine teilweise explodierte perspektivische Ansicht ist, die einen vergrößerten Batteriezellenstapel von 2 darstellt;
- 6 eine teilweise explodierte perspektivische Ansicht von 5 ist;
- 7 eine Querschnittsansicht eines Batteriezellenstapels gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
- 8 eine Querschnittsansicht eines Batteriemoduls einschließlich des in 7 dargestellten Batteriezellenstapels ist; und
- 9 eine Querschnittsansicht eines Batteriezellenstapels gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Hinblick auf die detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenlegung sollten die Begriffe oder Wörter in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen nicht so ausgelegt werden, dass sie auf gewöhnliche oder wörterbuchgemäße Bedeutungen beschränkt sind, sondern ihr Sinngehalt und ihre Bedeutung sollten als mit der technischen Idee der vorliegenden Offenlegung übereinstimmt ausgelegt werden, basierend auf dem Prinzip, dass der Sinn eines Begriffs passend definiert werden kann, um die vorliegende Offenlegung bestmöglich zu erklären. Daher stellen die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen und die in den Zeichnungen gezeigten Konfigurationen lediglich die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar und sind nicht dazu bestimmt, alle technischen Ideen der vorliegenden Offenbarung darzustellen. Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Äquivalente und Modifikationen sie zum Zeitpunkt der Einreichung der vorliegenden Anmeldung vertreten können.
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Auf die detaillierte Beschreibung bekannter Funktionen und Konstruktionen, die den Kern der vorliegenden Erfindung verdecken könnten, wird verzichtet. Aus dem gleichen Grund werden einige Elemente in den begleitenden Zeichnungen vergrößert, weggelassen oder schematisch dargestellt, und die Größe der einzelnen Elemente entspricht nicht ganz der tatsächlichen Größe.
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Beispielsweise werden in der vorliegenden Beschreibung die Begriffe „Oberseite“, „Unterseite“, „Seitenfläche“ und dergleichen auf der Grundlage der Zeichnungen dargestellt und können anders dargestellt werden, wenn die Richtungen der entsprechenden Zielobjekte geändert werden.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Batteriemodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt, 2 ist eine explodierte perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Batteriemoduls, und 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Batteriezelle von 2.
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Zusätzlich ist 4 eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie I-I' von 1 aufgenommen wurde, 5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Batteriezellenstapels von 2, und 6 ist eine teilweise explodierte perspektivische Ansicht von 5.
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Unter Bezugnahme auf 1 bis 6 kann ein Batteriemodul 100 der vorliegenden Ausführung einen Batteriezellenstapel 1, eine Isolierabdeckung 70, ein Wärmeübertragungselement 90 und ein Gehäuse 30 enthalten.
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Der Batteriezellenstapel 1 wird durch Stapeln einer Vielzahl von Batteriezellen 10 gebildet, die in 3 dargestellt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Batteriezellen 10 in Links-Rechts-Richtung (oder in horizontaler Richtung) gestapelt. Er kann jedoch auch so eingerichtet sein, dass er je nach Bedarf in vertikaler Richtung gestapelt ist (Richtung von oben nach unten).
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Jede der Batteriezellen 10 kann eine Sekundärbatterie vom Beuteltyp sein und kann eine Struktur aufweisen, bei der ein Elektrodenleitung 15 nach außen ragt.
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Die Batteriezelle 10 kann in einer Form eingerichtet sein, bei der eine Elektrodenanordnung (nicht abgebildet) in einem Beutel 11 untergebracht ist.
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Die Elektrodenanordnung umfasst eine Vielzahl von Elektrodenplatten und Elektrodenzungen und ist in dem Beutel 11 untergebracht. Hier kann die Elektrodenplatte aus einer positiven und einer negativen Elektrodenplatte bestehen, und die Elektrodenanordnung kann so eingerichtet sein, dass die positive Elektrodenplatte und die negative Elektrodenplatte so gestapelt sind, dass eine breite Fläche einander zugewandt ist, wobei ein Separator dazwischen angeordnet ist.
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Die positive Elektrodenplatte und die negative Elektrodenplatte können als eine Struktur ausgebildet sein, bei der eine Aufschlämmung eines aktiven Materials auf einen Stromkollektor aufgebracht ist, und die Aufschlämmung kann im Allgemeinen gebildet werden durch Rühren eines körnigen Aktivmaterials, eines Hilfsleiters, eines Bindemittels, eines Weichmachers und dergleichen in einem Zustand, in dem ein Lösungsmittel hinzugefügt wird.
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Zusätzlich sind in der Elektrodenanordnung eine Vielzahl von positiven Elektrodenplatten und eine Vielzahl von negativen Elektrodenplatten in vertikaler Richtung gestapelt. In diesem Fall können die Elektrodenzungen auf der Vielzahl von Anodenplatten beziehungsweise der Vielzahl von Kathodenplatten vorgesehen sein und mit derselben Elektrodenleitung 15 verbunden sein, indem sie einander mit derselben Polarität kontaktieren.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Elektrodenleitungen 15 so angeordnet, dass sie einander in entgegengesetzten Richtungen gegenüberliegen.
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Der Beutel 11 ist in Form eines Behälters ausgebildet, um einen Innenraum zu schaffen, in dem eine Elektrodenanordnung und ein Elektrolyt (nicht abgebildet) untergebracht sind. In diesem Fall sind einige Elektrodenleitungen 15 der Elektrodenanordnung zur Außenseite des Beutels 11 hin freiliegend.
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Der Beutel 11 kann in einen Versiegelungsteil 202 und einen Aufnahmeteil 204 unterteilt werden.
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Der Aufnahmeteil 204 ist in Form eines Behälters ausgebildet, um einen viereckigen Innenraum zu schaffen. Die Elektrodenanordnung und der Elektrolyt sind im Innenraum des Aufnahmeteils 204 untergebracht.
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Der Versiegelungsteil 202 ist ein Teil, in dem ein Teil des Beutels 11 verklebt ist, um einen Umfang des Aufnahmeteils 204 zu versiegeln. Daher ist der Versiegelungsteil 202 in Form eines Flansches ausgebildet, der sich von dem in einer Behälterform ausgebildeten Aufnahmeteil 204 nach außen erstreckt, wobei der Versiegelungsteil 202 entlang eines Außenumfangs des Aufnahmeteils 204 angeordnet ist.
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Ein Wärmefusionsverfahren kann zum Verkleben des Beutels 11 verwendet werden, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Darüber hinaus kann in der vorliegenden Ausführungsform der Versiegelungsteil 202 in einen ersten Versiegelungsteil 2021, in dem die Elektrodenleitung 15 angeordnet ist, und einen zweiten Versiegelungsteil 2022, in dem die Elektrodenleitung 15 nicht angeordnet ist, unterteilt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird der Beutel 11 durch Formen einer Platte eines Außenmaterials gebildet. Genauer gesagt wird das Außenmaterial nach der Formung durch Bildung von einem oder zwei Speicherteilen auf einem Außenmaterial so gefaltet, dass die Speichereinheiten einen Raum (d.h. einen Aufnahmeteil) ausbilden, wodurch der Beutel 11 vervollständigt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird der Aufnahmeteil 204 in einer viereckigen Form gebildet. Es ist ein Versiegelungsteil 202 vorgesehen, der durch Verkleben eines Außenmaterials mit dem Außenabschnitt des Aufnahmeteils 204 gebildet wird. Wie zuvor beschrieben, ist es jedoch nicht erforderlich, den Versiegelungsteil 202 an der Oberfläche zu bilden, an der das Außenmaterial gefaltet wird. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform der Versiegelungsteil 202 am Außenumfang des Aufnahmeteils 204 gebildet und ist nur auf drei Oberflächen des Aufnahmeteils 204 vorgesehen. Der Versiegelungsteil ist nicht auf einer Fläche (einer unteren Fläche in 3) des Außenumfangs des Aufnahmeteils angeordnet.
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Da in der vorliegenden Ausführungsform die Elektrodenleitung 15 so angeordnet ist, dass sie einander in entgegengesetzten Richtungen gegenüberliegen, sind die beiden Elektrodenleitungen 15 auf dem auf verschiedenen Seiten ausgebildeten Versiegelungsteil 202 angeordnet. Daher besteht der Versiegelungsteil 202 der vorliegenden Ausführungsform aus zwei ersten Versiegelungsteilen 2021, in denen die Elektrodenleitung 15 angeordnet ist, und einem zweiten Versiegelungsteil 2022, in dem die Elektrodenleitung 15 nicht angeordnet ist.
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Darüber hinaus konfiguriert die Batteriezelle 10 der vorliegenden Ausführungsform den Versiegelungsteil 202 in einer Form, in der er mindestens einmal gefaltet ist, um die Bindungszuverlässigkeit des Versiegelungsteils 202 zu erhöhen und einen Bereich des Versiegelungsteils 202 zu minimieren.
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Genauer gesagt ist der zweite Versiegelungsteil 2022, in dem die Elektrodenleitung 15 nicht angeordnet ist, unter den Versiegelungsteilen 202 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zweimal gefaltet und durch ein Klebeelement 17 fixiert.
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Zum Beispiel kann der zweite Versiegelungsteil 2022 um 180° entlang einer ersten Biegelinie C1, wie in 3 dargestellt, gefaltet und dann erneut entlang einer zweiten Biegelinie C2, wie in 3 dargestellt, gefaltet sein.
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In diesem Fall kann eine Innenseite des zweiten Versiegelungsteils 2022 mit einem Klebeelement 17 gefüllt sein, wobei der zweite Versiegelungsteil 2022 durch das Klebeelement 17 in einer zweimal gefalteten Form gehalten werden kann. Das Klebeelement 17 kann aus einem Klebstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das Klebeelement 17 aus Epoxid oder Silizium ausgebildet sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann das Klebeelement 17 aus einem anderen Material als das später beschriebene Wärmeübertragungselement 90 ausgebildet sein, aber es ist auch möglich, bei Bedarf aus dem gleichen Material ausgebildet zu sein.
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Die wie zuvor beschrieben konfigurierte Batteriezelle 10 kann eine Nickel-Metallhydrid (Ni-MH)-Batterie oder eine Lithium-Ionen (Li-Ion)-Batterie sein, die geladen und entladen werden kann.
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Die Batteriezelle 10 ist in dem Gehäuse 30, das später beschrieben wird, vertikal aufgestellt, und in Links-Rechts-Richtung gestapelt und angeordnet. Auf mindestens einer Seite einer Oberseite und einer Unterseite des Batteriezellenstapels 1 ist eine Wärmeableitplatte angeordnet, um die in den Batteriezellen 10 erzeugte Wärme nach außen abzuleiten.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann die Wärmeableitplatte eine zweite Platte 40, die oberhalb des Batteriezellenstapels 1 angeordnet ist, und eine untere Platte 52, die unterhalb des Batteriezellenstapels 1 angeordnet ist, umfassen.
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Mindestens ein Pufferkissen 5 ist zwischen den in einem Stapel angeordneten Batteriezellen 10 angeordnet.
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Ein oder mehrere Pufferkissen 5 sind zwischen den Aufnahmeteilen 204 der Batteriezellen 10 angeordnet.
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Das Pufferkissen 5 wird zusammengedrückt und elastisch verformt, wenn sich die spezifische Batteriezelle 10 ausdehnt. Daher kann die Ausdehnung des gesamten Volumens des Batteriezellenstapels 1 unterdrückt werden. Zu diesem Zweck kann das Pufferkissen 5 aus Polyurethanschaum hergestellt sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Darüber hinaus enthält der Batteriezellenstapel 1 nach der vorliegenden Ausführungsform ein Blockierelement.
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Das Blockierelement der vorliegenden Ausführungsform kann ein erstes Blockierelement 80 und ein zweites Blockierelement 85 enthalten.
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Das erste Blockierelement 80 besteht aus einem einzigen Element mit Duktilität und ist, wie in 4 gezeigt, zickzackförmig angeordnet, um eine Vielzahl von Isolierräumen S zu schaffen, in denen jeweils die entsprechenden Batteriezellen 10 angeordnet sind.
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Wenn in einer Batteriezelle 10 eine Flamme auftritt, ist das erste Blockierelement 80 vorgesehen, um die Ausbreitung der Flamme oder der durch die Flamme verursachten Wärme auf die anderen Batteriezellen zu blockieren. Daher sind in der vorliegenden Ausführungsform die jeweiligen Isolierräume S so weit wie möglich voneinander isoliert.
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Die Vielzahl von Batteriezellen 10 sind in der zuvor beschriebenen Vielzahl von Isolierräumen S verteilt angeordnet.
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Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform das erste Blockierelement 80 in einer Form angeordnet, die abwechselnd die Batteriezelle 10 und das Pufferkissen 5 umschließt. Dementsprechend ist das erste Blockierelement 80 nur auf einer ebenen Fläche des Aufnahmeteils 204 der Batteriezellen 10 und einer Seite angeordnet, in der der zweite Versiegelungsteil 2022 angeordnet ist, wie in 4 gezeigt ist, und ist nicht auf einem unteren Teil des Aufnahmeteils 204 angeordnet.
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Die untere Oberfläche des Aufnahmeteils 204 ist so eingerichtet, dass sie die untere Platte 52 durch ein Wärmeübertragungselement 90 kontaktiert. Daher ist es selbst dann, wenn das erste Blockierelement 80 nicht auf der unteren Fläche des Aufnahmeteils 204 angeordnet ist, möglich, die Ausbreitung der Flamme zum unteren Teil des Aufnahmeteils 204 durch die untere Platte 52 und das Wärmeübertragungselement 90 zu blockieren.
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Wie zuvor beschrieben, kann das erste Blockierelement 80 als ein einziges Element eingerichtet sein. Wenn also nur das erste Blockierelement 80 vorgesehen ist, können sich die Flammen zu beiden Seitenflächen des ersten Blockierelements 80 ausbreiten, in denen das Elektrodenkabel 15 der Batteriezelle 10 angeordnet ist.
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Dementsprechend ist, wie in den 5 und 6 dargestellt, ein zweites Blockierelement 85 auf einer Seitenfläche angeordnet, auf der das Elektrodenkabel 15 angeordnet ist.
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Das zweite Blockierelement 85 ist auf der Seite des ersten Versiegelungsteils 2021 angeordnet, auf der die Elektrodenleitung 15 angeordnet ist, und kann in einer Form angeordnet sein, in der es einen Raum zwischen den beiden ersten Versiegelungsteilen 2021 oder einen Raum zwischen dem ersten Versiegelungsteil und dem ersten Blockierelement 80 ausfüllt.
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Daher kann das zweite Blockierelement 85 in verschiedenen Formen ausgebildet sein, solange es in den zuvor beschriebenen Raum gefüllt werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite Blockierelement 85 in Form eines Vierkantstabes ausgebildet. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es sind verschiedene Modifikationen möglich, wie zum Beispiel die Bildung in Form eines Stabes mit polygonalem oder kreisförmigem Querschnitt oder die Bildung einer einzigen Struktur mit einer Form, die den zuvor beschriebenen Raum vollständig ausfüllen kann.
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Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform gemäß einem Beispiel ein Gehäuse vorgesehen, in dem ein Teil des ersten Versiegelungsteils 2021 so eingerichtet ist, dass er zur Außenseite des zweiten Blockierelements 85 freiliegt, ohne darauf beschränkt zu sein, und falls erforderlich, ist es auch möglich, den gesamten ersten Versiegelungsteil 2021 so zu einzurichten, dass er nicht zur Außenseite des zweiten Blockierelements 85 freiliegt.
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Ein oberes Ende des zweiten Blockierelements 85 kann so eingerichtet sein, dass mindestens ein Teil davon das erste Blockierelement 80 kontaktiert. Darüber hinaus kann ein unteres Ende des zweiten Blockierelements 85 so eingerichtet sein, dass es über das Wärmeübertragungselement 90 eine untere Platte kontaktiert.
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Dementsprechend wird jeder der entsprechenden Isolierräume S durch das erste Blockierelement 80, das zweite Blockierelement 85 und die untere Platte 52 ausgebildet und ist nicht direkt miteinander verbunden. Der gesamte Aufnahmeteil 204 der Batteriezelle 10 ist in dem zuvor beschriebenen Isolierraum S angeordnet.
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Da die Blockierelemente 80 und 85 die Ausbreitung der Flamme blockieren müssen, können die Blockierelemente 80 und 85 aus einem flammhemmenden Material, einem nicht brennbaren Material oder einem feuerfesten Isoliermaterial ausgebildet sein. Zum Beispiel können die Blockierelemente 80 und 85 aus einem Material ausgebildet sein, das feuerfest beziehungsweise isolierend wirken kann, weil es Keramik enthält, aus einem kissenartigen Material, das durch Aufbringen eines Natriumsilikat enthaltenden gelartigen Isoliermaterials auf einen dünnen Film hergestellt wird oder aus einem feuerfesten Faserisoliermaterial wie Keramikwolle oder Glasfaser mit flammhemmender Wirkung.
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Zusätzlich können die Blockierelemente 80 und 85 aus einem Gummimaterial bestehen, das Keramik mit thermischer Abschirmwirkung enthält, oder sie können so eingerichtet sein, dass sie ein Gummimaterial ausbilden, das expandierbaren Graphit enthält, um den Graphit schnell auszudehnen, wenn er Hitze ausgesetzt wird, um eine Isolierschicht zu bilden.
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Durch eine solche Konfiguration wird das Batteriemodul 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verteilt in den Isolierräumen S angeordnet, in denen die jeweiligen Batteriezellen 10 voneinander isoliert sind. Daher ist es auch bei Auftreten einer Flamme in einer der Batteriezellen 10 möglich, die Ausbreitung der Flamme auf die in einem anderen Isolierraum S angeordneten Batteriezellen 10 zu verhindern.
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Ein Gehäuse 30 definiert eine äußere Form des Batteriemoduls 100 und ist außerhalb der Vielzahl der Batteriezellen 10 angeordnet, um die Batteriezellen 10 vor einer äußeren Umgebung zu schützen. Gleichzeitig fungiert das Gehäuse 30 der vorliegenden Ausführungsform auch als Kühlkörper für das Batteriemodul.
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Das Gehäuse 30 der vorliegenden Ausführungsform kann eine erste Platte 50, die auf einer Seite des Batteriezellenstapels 1 angeordnet ist, eine zweite Platte 40, die auf der anderen Seite der Batteriezellen 10 angeordnet ist, und eine Seitenflächenabdeckung 60 umfassen, die auf einer Seitenfläche angeordnet ist, auf der die Elektrodenleitungen 15 der Batteriezellen 10 angeordnet sind.
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Die erste Platte 50 kann eine untere Platte 52, die auf einem unteren Teil der Batteriezelle 10 angeordnet ist und eine untere Fläche der Batteriezellen 10 trägt, und eine Seitenplatte 58, die eine Seitenfläche trägt, auf der der Aufnahmeteil 204 der Batteriezellen 10 angeordnet ist, umfassen. Es ist jedoch auch möglich, die Seitenplatte 58 und die untere Platte 52, falls erforderlich, als unabhängige Komponenten zu konfigurieren.
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Die Seitenplatte 58 ist so ausgebildet, dass sie sich von beiden Seiten der unteren Platte 52 erstreckt, und ist auf der Seitenfläche des in Links-Rechts-Richtung angeordneten und gestapelten Batteriezellenstapels 1 angeordnet, um den Aufnahmeteil 204 der Batteriezellen 10 zu tragen.
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Um die Batteriezelle 10 fest zu tragen, kann die Seitenplatte 58 so eingerichtet sein, dass sie den Aufnahmeteil 204 der Batteriezelle 10 direkt kontaktiert. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es können bei Bedarf verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, wie zum Beispiel die Einfügung eines Wärmeableitkissens, eines Pufferkissens 5 oder ähnliches zwischen der Seitenplatte 58 und dem Aufnahmeteil 204.
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Die erste Platte 50, die wie oben beschrieben eingerichtet ist, besteht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie zum Beispiel Metall. Zum Beispiel kann die erste Platte 50 aus Aluminium bestehen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es können verschiedenste Materialien verwendet werden, solange das Material eine ähnliche Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist, auch wenn es nicht aus Metall besteht.
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Die zweite Platte 40 (oder eine obere Platte) ist auf einem oberen Teil der Batteriezelle 10 angeordnet und an die obere Oberfläche der Batteriezellen 10 gekoppelt. Darüber hinaus ist die zweite Platte 40 an einem oberen Ende der Seitenplatte 58 der ersten Platte 50 befestigt. Wenn also die zweite Platte 40 an der ersten Platte 50 befestigt ist, haben die zweite Platte 40 und die erste Platte 50 die Form eines hohlen röhrenförmigen Elements.
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Wie die erste Platte 50 besteht die zweite Platte 40 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie zum Beispiel Metall. Die zweite Platte 40 kann aus Aluminium bestehen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es können verschiedenste Materialien verwendet werden, solange das Material eine ähnliche Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit hat, auch wenn es nicht aus Metall besteht.
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Die erste Platte 50 und die zweite Platte 40 können durch Schweißen oder ähnliches kombiniert werden. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es sind verschiedene Modifikationen möglich, wie zum Beispiel die Kombination durch eine Gleitmethode oder durch die Verwendung eines Befestigungselements wie Bolzen oder Schrauben.
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Zwischen mindestens eines aus den Batteriezellen 10 und der ersten Platte 50 sowie den Batteriezellen 10 und der zweiten Platte 40 kann ein Wärmeübertragungselemente 90 eingefüllt sein.
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Das Wärmeübertragungselement 90 überträgt die in der Batteriezelle 10 erzeugte Wärme schnell auf das Gehäuse 30. Zu diesem Zweck ist das Wärmeübertragungselement 90 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Zum Beispiel kann das Wärmeübertragungselement 90 aus einem Wärmefett, einem thermischen Klebstoff, einem Epoxidharz und einem Wärmeableitungskissen ausgebildet sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Das Wärmeübertragungselement 90 kann auf einer Innenfläche des Gehäuses 30 in Form eines Kissens angeordnet sein oder durch Aufbringen auf die Innenfläche des Gehäuses 30 in einem flüssigen oder gelförmigen Zustand gebildet werden.
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Das Wärmeübertragungselement 90 der vorliegenden Ausführungsform hat eine hohe Isolierfähigkeit, zum Beispiel kann ein Material mit einer Durchschlagfestigkeit im Bereich von 10 bis 30 KV/mm verwendet werden.
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Dementsprechend kann das Batteriemodul 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn die Isolierung in der Batteriezelle 10 teilweise zerstört ist, die Isolierung zwischen der Batteriezelle 10 und dem Gehäuse 30 durch das Wärmeübertragungselement 90, das an der Peripherie der Batteriezelle 10 angeordnet ist, aufrechterhalten werden.
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Da das Wärmeübertragungselement 90 so angeordnet ist, dass es den Raum zwischen den Batteriezellen 10 und dem Gehäuse 30 ausfüllt, wird die Gesamtsteifigkeit des Batteriemoduls 100 zusätzlich verstärkt.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird als Beispiel ein Gehäuse angeführt, in dem das Wärmeübertragungselement 90 sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterfläche der Batteriezelle 10 angeordnet ist. Die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist möglich, das Wärmeübertragungselement 90 nach Bedarf wegzulassen oder das Wärmeübertragungselement 90 nur in einem der oberen und unteren Teile der Batteriezelle 10 anzuordnen. Darüber hinaus kann ein Wärmeübertragungselement 90 zusätzlich zwischen dem Batteriezellenstapel 1 und einer Seitenplatte 58 angeordnet werden.
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Das Batteriemodul 100 der vorliegenden Ausführungsform fungiert als Platte (im folgenden Wärmeableitplatte), die über die untere Platte 52 und die zweite Platte 40 Wärme nach außen abgibt. Daher wird auch dann, wenn die Blockierelemente 80 und 85 mit geringer Wärmeleitfähigkeit zwischen den Batteriezellen 10 angeordnet sind, die in der Batteriezelle 10 erzeugte Wärme durch die zuvor beschriebene Wärmeableitplatte gleichmäßig nach außen abgeleitet.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Wärmeübertragungselement 90 zwischen der unteren Platte 52 und dem Batteriezellenstapel 1 angeordnet, und somit sind die untere Platte 52 und der Batteriezellenstapel 1 so angeordnet, dass sie durch das Wärmeübertragungselement 90 um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind. In diesem Fall ist es verständlich, dass der Isolierraum S durch das erste Blockierelement 80, das zweite Blockierelement 85 und das Wärmeübertragungselement 90 gebildet wird. Die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wenn zum Beispiel die untere Platte 52 zum Kontakt mit dem Batteriezellenstapel 1 gekoppelt und so eingerichtet ist, dass sie das Wärmeübertragungselement 90 in einen Raum zwischen der unteren Platte 52 und dem Batteriezellenstapel 1 einfüllt, wird der Isolierraum S durch das erste Blockierelement 80, das zweite Blockierelement 85 und die untere Platte 52 gebildet. Daher kann eine Seite des Isolierraums S durch mindestens eine Wärmeableitplatte oder ein Wärmeübertragungselement 90 verschlossen werden.
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Eine Seitenflächenabdeckung 60 ist jeweils an beide Seitenflächen gekoppelt, auf denen die Elektrodenleitungen 15 der Batteriezellen 10 angeordnet sind.
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Wie in 2 dargestellt ist, ist die Seitenflächenabdeckung 60 an die erste Platte 50 und die zweite Platte 40 gekoppelt, um das Erscheinungsbild des Batteriemoduls 100 zusammen mit der ersten Platte 50 und der zweiten Platte 40 zu vervollständigen.
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Die Seitenflächenabdeckung 60 kann aus einem isolierenden Material, wie zum Beispiel einem Harz, gebildet sein und kann ein Durchgangsloch 62 zur Freilegung einer Anschlussklemme 72 einer isolierenden Abdeckung 70 enthalten, die später beschrieben wird.
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Die Seitenflächenabdeckung 60 kann an die erste Platte 50 und die zweite Platte 40 durch ein Befestigungselement wie zum Beispiel eine Schraube oder einen Bolzen gekoppelt sein. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Eine Isolierabdeckung 70 kann zwischen der Seitenflächenabdeckung 60 und dem Batteriezellenstapel 1 eingefügt sein.
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Die Isolierabdeckung 70 ist an eine Fläche gekoppelt, auf der die Elektrodenleitungen 15 der Batteriezellen 10 angeordnet sind. Daher kann das zuvor beschriebene zweite Blockierelement 85 so angeordnet sein, dass es einen Raum zwischen der Isolierabdeckung 70 und dem Batteriezellenstapel 1 ausfüllt.
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Die Elektrodenleitungen 15 durchdringen die Isolierabdeckung 70 und werden von der Außenseite der Isolierabdeckung 70 miteinander verbunden. Zu diesem Zweck kann die Isolierabdeckung 70 mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 73 versehen sein, in die die Elektrodenleitungen 15 eingeführt und angeordnet werden.
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Zusätzlich kann die Isolierabdeckung 70 mit einer Anschlussklemme 72 zur Verbindung mit der Außenseite versehen sein. Daher sind die Batteriezellen 10 über die Anschlussklemme 72 elektrisch mit der Außenseite verbunden, und zu diesem Zweck kann die Elektrodenleitung 15 über eine in der Isolierabdeckung 70 vorgesehene Schaltungsverdrahtung (nicht abgebildet) elektrisch mit der Anschlussklemme 72 verbunden sein.
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Die Anschlussklemme 72 liegt durch das Durchgangsloch 62, das in der Seitenflächenabdeckung 60 ausgebildet ist, nach außen frei. Daher ist das Durchgangsloch 62 der Seitenflächenabdeckung 60 in einer Größe ausgebildet, die der Größe und Form der Anschlussklemme 72 entspricht.
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Zusätzlich kann die Isolierabdeckung 70 eine Leiterplatte (zum Beispiel ein PCB) und eine Vielzahl von auf der Leiterplatte montierten elektronischen Geräten enthalten, durch die eine Funktion zur Erfassung der Spannung der Batteriezelle 10 ausgeführt werden kann.
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Das wie vorstehend beschrieben konfigurierte Batteriemodul gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann verhindern, dass andere Batteriezellen direkt der Flamme ausgesetzt werden, selbst wenn in irgendeiner Batteriezelle eine Flamme erzeugt wird. Es kann auch eine schnelle Wärmeübertragung auf andere Batteriezellen unterdrücken. Daher kann die Diffusion von Flammen oder Wärme unterdrückt werden.
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Da das Blockierelement aus einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit besteht, ist es außerdem möglich, die Isolierzuverlässigkeit zwischen dem Gehäuse und der Batteriezelle zu erhöhen, und bietet den Vorteil, dass ein separates Element (wie zum Beispiel ein Isoliermaterial oder eine Isolierbeschichtung) für die Isolierung nicht erforderlich ist.
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Wenn ein Blockierelement mit einer geeigneten Druckbelastung verwendet wird, kann, da das Blockierelement eine konventionelle Druckkissenfunktion ausüben kann, die Anzahl der Bauteile durch Weglassen des Druckkissens minimiert werden.
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Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern es sind verschiedene Modifikationen möglich.
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7 ist eine Querschnittsansicht eines Batteriezellenstapels gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und zeigt einen Querschnitt entlang I-I' von 1. Darüber hinaus ist 8 eine Querschnittsansicht des Batteriemoduls einschließlich des in 7 gezeigten Batteriezellenstapels.
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Unter Bezugnahme auf 7 und 8 ist in dem Batteriezellenstapel gemäß der vorliegenden Ausführungsform zwischen den Batteriezellen 10 kein Pufferkissen 5 angeordnet, und ein erstes Blockierelement 80 ist so angeordnet, dass es abwechselnd die Batteriezellen 10 in Zickzackform umschließt. Dementsprechend ist in einer beliebigen Batteriezelle 10 das erste Blockierelement 80 auf einer Oberfläche angeordnet, auf der ein zweiter Versiegelungsteil 2022 angeordnet ist, und eine untere Fläche davon ist durch eine Wärmeableitplatte (oder ein Wärmeübertragungselement) verschlossen, und in der anderen Batteriezelle 10, die neben der Batteriezelle 10 in einem Stapel angeordnet ist, ist das erste Blockierelement 80 auf einer unteren Fläche eines Aufnahmeteils 204 angeordnet, und eine Oberfläche, auf der der zweite Versiegelungsteil 2022 angeordnet ist, ist durch eine Wärmeableitplatte (oder ein Wärmeübertragungselement) verschlossen.
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Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform das erste Blockierelement 80 ein Element mit einer geeigneten Druckbelastung. Da das erste Blockierelement 80 als Pufferkissen fungieren kann, kann dementsprechend die Anzahl der Bauteile durch Weglassen des Pufferkissens minimiert werden.
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Da die in jeder Batteriezelle 10 erzeugte Wärme auf die zweite Platte (40 in 4) und die untere Platte (52 in 4) verteilt wird, kann der Wärmeableitungseffekt zusätzlich verstärkt werden.
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Das Batteriemodul der vorliegenden Offenbarung kann mindestens eine Kühleinrichtung enthalten.
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Im Falle eines Batteriemoduls mit dem in 7 dargestellten Batteriezellenstapel, wie in 8 gezeigt ist, kann die Kühleinrichtung 20 an die untere Fläche der ersten Platte 50 beziehungsweise an die obere Fläche der zweiten Platte 40 gekoppelt werden.
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Der Batteriezellenstapel von 7 ist so angeordnet, dass ein Teil der Batteriezelle der ersten Platte 50 und der andere Teil der zweiten Platte 40 zugewandt ist.
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Zur effektiven Wärmeableitung ist daher die Kühleinrichtung 20 sowohl mit der unteren Fläche der ersten Platte 50 als auch mit der oberen Fläche der zweiten Platte 40 gekoppelt.
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Die Kühleinrichtung kann nach einer anderen Ausführungsform auf ein Batteriemodul angewandt werden. Im Falle der Ausführungsformen in 4 oder 8, die später beschrieben wird, wird, da das erste Blockierelement 80 zwischen den Batteriezellen 10 und der zweiten Platte 40 angeordnet ist, ein Wärmestrom durch das erste Blockierelement 80 blockiert. Daher ist die Wärmeableitung durch die zweite Platte 40 schwierig.
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Da andererseits das erste Blockierelement 80 nicht zwischen einer Bodenfläche der Batteriezellen 10 und der ersten Platte 50 angeordnet ist, kann die Wärme durch die erste Platte 50 problemlos abgeleitet werden. Daher kann im Falle des Batteriemoduls nach den in 4 oder 9 dargestellten Ausführungsformen die Kühleinrichtung 20 nur auf der unteren Fläche der ersten Platte 50 angeordnet werden.
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Die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Kühleinrichtung kann bei Bedarf selektiv an verschiedenen Positionen angeordnet werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kühleinrichtung 20 eine wassergekühlte Kühleinrichtung mit einem Kühlkanal 22 darin. Die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist auch möglich, eine luftgekühlte Kühleinrichtung einzusetzen.
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Die Kühleinrichtung 20 kann integral mit dem Gehäuse 30 gekoppelt und in das Batteriemodul integriert werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kühleinrichtung 20 an die zweite Platte 40, die oberhalb der Batteriezelle 10 angeordnet ist, beziehungsweise an die untere Platte 52, die unterhalb der Batteriezelle 10 angeordnet ist, gekoppelt. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Kühleinrichtung kann in einer Vorrichtung oder Struktur, in der das Batteriemodul montiert ist, getrennt von dem Batteriemodul angeordnet sein.
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Auch kann, obwohl nicht dargestellt, ein Wärmekissen zwischen der ersten Platte 50 oder der zweiten Platte 40 und der Kühleinrichtung 20 für eine wirksame Wärmeübertragung angeordnet sein.
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9 ist eine Querschnittsansicht eines Batteriezellenstapels gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und veranschaulicht einen Querschnitt entlang I-I' von 1.
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Unter Bezugnahme auf 8 ist in dem Batteriezellenstapel der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von Batteriezellen 10 in einem Isolierraum S angeordnet.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall, in dem drei Batteriezellen 10 in einem Isolierraum S angeordnet sind, als Beispiel angeführt, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Wenn der Batteriezellenstapel wie zuvor beschrieben ausgebildet ist, kann das Gesamtvolumen des Batteriezellenstapels reduziert werden, da eine Menge des ersten Blockierelements 80, das zwischen den Batteriezellen 10 angeordnet ist, reduziert werden kann.
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Wie zuvor dargelegt, wird ein Batteriemodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einem wärmeisolierenden Raum angeordnet, in dem die Batteriezellen unabhängig sind. Daher ist es selbst dann, wenn in einer Batteriezelle eine Flamme auftritt, möglich, zu verhindern, dass andere Batteriezellen direkt der Flamme ausgesetzt werden. Darüber hinaus kann dadurch auch eine schnelle Wärmeübertragung auf andere Batteriezellen unterdrückt werden.
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Die vorliegende Offenlegung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen veranschaulicht werden und sollte nicht so ausgelegt werden, dass sie sich auf die hier dargelegten spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Fachleuten den Umfang der Offenbarung vollständig vermittelt.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist zum Beispiel ein Fall, in dem die Kühlvorrichtung außerhalb der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet ist, als Beispiel vorgesehen, aber verschiedene Modifikationen wie Fälle, in denen die Kühlvorrichtung innerhalb der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet ist, oder die erste Platte und die zweite Platte einen Kühlkanal enthalten, sind möglich.
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Darüber hinaus können entsprechende Ausführungsformen auch in Kombination miteinander realisiert werden.
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Während zuvor beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass Änderungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang des gegenwärtigen erfinderischen Konzepts, wie es durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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