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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2021-0083975 , die am 28. Juni 2021 beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten ist.
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HINTERGRUND
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1. BEREICH
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Batteriemodul und eine Batteriepackung.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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In jüngster Zeit wurden aufladbare und entladbare Batteriepackungen in großem Umfang als Energiequelle für drahtlose mobile Geräte verwendet und sind als Energiequelle für Elektrofahrzeuge (EVs), Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) und Elektrofahrräder (eBikes) in den Vordergrund gerückt, da diese Fahrzeuge als Lösung für die Luftverschmutzung durch bestehende Benzin- und Dieselfahrzeuge, die fossile Brennstoffe verwenden, angesehen werden.
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Darüber hinaus wird eine Lithium-Sekundärbatterie hauptsächlich als Energiequelle für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug verwendet. Da eine große Menge an Energie für einen Betrieb, wie z.B. Motorantrieb, erforderlich ist, werden im Allgemeinen Batteriemodule mit hoher Kapazität verwendet, die durch die Verbindung von Batteriemodulen konfiguriert sind, in denen eine Vielzahl von Hochleistungsbatteriezellen elektrisch in Reihe oder parallel verbunden sind.
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Im Vergleich zu kleinen mobilen Geräten, in denen eine, zwei oder drei Batteriezellen pro Gerät verwendet werden, benötigen mittlere bis große Geräte, wie Elektrofahrzeuge und Elektrofahrräder, eine höhere Leistung und eine höhere Kapazität. Bei diesen Fahrzeugen werden mehrere Hochleistungsbatteriezellen in erster Linie elektrisch miteinander verbunden, um ein Batteriemodul einzurichten, das die erforderliche Spezifikation für ein Hochleistungsbatteriepaket mit hoher Kapazität erfüllt.
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Wenn eine Zersetzungsreaktion unter anormalen Betriebsbedingungen (wie z. B. Überladung, Überentladung, hohe Temperatur, elektrischer Kurzschluss usw.) fortgesetzt wird, können im Inneren einer solchen Sekundärbatterie Hitze und Gas entstehen, und die Beschleunigung der Zersetzungsreaktion unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen kann einen Brand oder eine Explosion verursachen.
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Dieses Problem kann insbesondere dann zu einem schweren Unfall großen Ausmaßes führen, wenn eine Hochleistungsbatteriepackung mit hoher Kapazität und einer Vielzahl von Batteriezellen verwendet wird. Wenn es in einem bestimmten Batteriemodul zu thermischem Durchgehen kommt, kann ein wärmeleitfähiges Material nach außen freigesetzt werden, wodurch der Isolationszustand zwischen dem Batteriemodul und einem benachbarten Batteriemodul unterbrochen werden kann. In diesem Fall kann sofort ein sehr hoher Strom zwischen den Batteriemodulen fließen, was zu einem thermischen Durchgehen in einem benachbarten Batteriemodul und damit zu einem Brand der gesamten Batteriepackung führen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Batteriemodul und eine Batteriepackung für eine Sekundärbatterie bereit, die eine verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit aufweisen, indem sie verhindern, dass sich ein Ereignis, wie z. B. eine Explosion und thermisches Durchgehen, das in dem Batteriemodul auftritt, auf andere Batteriemodule und weiter auf die gesamten Batteriepackung ausbreitet.
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Insbesondere stellen Ausführungsformen eine Unterbrechungseinheit oder einen elektrischen Trenner zum Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen einem bestimmten Batteriemodul und einer benachbarten Struktur (z. B. einem anderen Batteriemodul) bereit, wenn ein Ereignis, wie z. B. thermisches Durchgehen, in dem entsprechenden Batteriemodul auftritt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Batteriemodul: ein Gehäuse; eine Vielzahl von Batteriezellen, die in dem Gehäuse untergebracht sind; und eine erste Sammelschiene, die mindestens eine der Vielzahl von Batteriezellen mit einem leitfähigen Konnektor verbindet, wobei die erste Sammelschiene einen ersten Verbindungsabschnitt, der mit der mindestens einen Batteriezelle verbunden ist, einen zweiten Verbindungsabschnitt, der mit dem leitfähigen Konnektor verbunden ist, und einen ersten Verknüpfungsabschnitt, der den ersten Verbindungsabschnitt und den zweiten Verbindungsabschnitt miteinander verbindet, umfasst, wobei der erste Verknüpfungsabschnitt ein Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das des ersten Verbindungsabschnitts oder des zweiten Verbindungsabschnitts enthält.
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Der erste Verbindungsabschnitt kann im Inneren des Gehäuses angeordnet sein, der zweite Verbindungsabschnitt kann zur Außenseite des Gehäuses hin freiliegen, und wobei der leitfähige Konnektor außerhalb des Gehäuses angeordnet sein kann.
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Der erste Verbindungsabschnitt oder der zweite Verbindungsabschnitt kann Kupfer enthalten, und der erste Verknüpfungsabschnitt kann Aluminium enthalten.
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Der erste Verknüpfungsabschnitt kann einen ersten Abschnitt, der eine Grenze mit dem ersten Verbindungsabschnitt bildet, einen zweiten Abschnitt, der eine Grenze mit dem zweiten Verbindungsabschnitt bildet, und einen dritten Abschnitt, der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet, umfassen, wobei der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt ein Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der das ersten Verbindungsabschnitts oder des zweiten Verbindungsabschnitts enthalten können, und der zweite Abschnitt das gleiche Material wie das des ersten Verbindungsabschnitts oder des zweiten Verbindungsabschnitts enthalten kann.
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Die mindestens eine Batteriezelle kann ein beutelartiges Gehäuse und eine in dem Gehäuse untergebrachte Elektrodenanordnung enthalten, wobei ein an einer Kante des Gehäuses ausgebildeter Dichtungsabschnitt einen schwachen Abschnitt mit einer schwächeren Dichtungsfestigkeit als die der anderen Abschnitte enthalten kann und der erste Verknüpfungsabschnitt so angeordnet sein kann, dass er dem schwachen Abschnitt zugewandt ist.
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Der erste Verknüpfungsabschnitt kann durch Schweißen an den ersten Verbindungsabschnitt oder den zweiten Verbindungsabschnitt gekoppelt sein.
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Das Batteriemodul kann des Weiteren enthalten: eine erste Batteriezellengruppe, die mindestens eine erste Batteriezelle aus der Vielzahl der Batteriezellen enthält; eine zweite Batteriezellengruppe, die an die erste Batteriezellengruppe angrenzt und mindestens eine zweite Batteriezelle aus der Vielzahl der Batteriezellen enthält; und eine zweite Sammelschiene, die die erste Batteriezellengruppe mit der zweiten Batteriezellengruppe elektrisch verbindet, wobei die zweite Sammelschiene einen dritten Verbindungsabschnitt, der mit einer positiven Elektrode der ersten Batteriezellengruppe verbunden ist; einen vierten Verbindungsabschnitt, der mit einer negativen Elektrode der zweiten Batteriezellengruppe verbunden ist, und einen zweiten Verknüpfungsabschnitt, der den dritten Verbindungsabschnitt und den vierten Verbindungsabschnitt miteinander verbindet, enthalten kann.
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Der zweite Verknüpfungsabschnitt kann ein Material enthalten, das einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das des dritten Verbindungsabschnitts oder des vierten Verbindungsabschnitts.
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Der zweite Verknüpfungsabschnitt kann Aluminium enthalten, und der dritte Verbindungsabschnitt oder der vierte Verbindungsabschnitt kann Kupfer enthalten.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Batteriepackung: ein Packungsgehäuse; im Inneren des Packungsgehäuses angeordnete Batteriemodule; und eine Intermodul-Sammelschiene, die die Batteriemodule elektrisch miteinander verbindet, wobei mindestens eines der Batteriemodule Folgendes enthält: eine Vielzahl von Batteriezellen; und eine Batteriemodul-Sammelschiene in dem mindestens einen der Batteriemodule, die mindestens eine der mehreren Batteriezellen mit der Intermodul-Sammelschiene elektrisch verbindet, wobei die Batteriemodul-Sammelschiene einen ersten Verbindungsabschnitt, der mit der mindestens einen Batteriezelle verbunden ist, einen zweiten Verbindungsabschnitt, der mit der Intermodul-Sammelschiene verbunden ist, und einen ersten Verknüpfungsabschnitt, der den ersten Verbindungsabschnitt und den zweiten Verbindungsabschnitt miteinander verbindet, enthält, wobei der erste Verbindungsabschnitt oder der zweite Verbindungsabschnitt ein erstes Material enthalten kann und der erste Verknüpfungsabschnitt ein zweites Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als dem des ersten Materials enthalten kann.
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Die Intermodul-Sammelschiene kann das erste Material in einem Abschnitt enthalten, der mit mindestens dem zweiten Verbindungsabschnitt in Kontakt steht.
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Der erste Verknüpfungsabschnitt kann an den ersten Verbindungsabschnitt oder den zweiten Verbindungsabschnitt durch Schweißen gekoppelt sein.
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Der erste Verknüpfungsabschnitt kann einen ersten Abschnitt, der eine Grenze mit dem ersten Verbindungsabschnitt bildet, einen zweiten Abschnitt, der eine Grenze mit dem zweiten Verbindungsabschnitt bildet, und einen dritten Abschnitt, der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet, enthalten, und der erste Abschnitt kann ein Material enthalten, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das des ersten Verbindungsabschnitts aufweist.
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Der erste Verknüpfungsabschnitt kann einen ersten Abschnitt, der eine Grenze mit dem ersten Verbindungsabschnitt bildet, einen zweiten Abschnitt, der eine Grenze mit dem zweiten Verbindungsabschnitt bildet, und einen dritten Abschnitt, der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet, enthalten, und der zweite Abschnitt kann ein Material enthalten, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das des zweiten Verbindungsabschnitts aufweist.
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Der erste Verknüpfungsabschnitt kann einen ersten Abschnitt, der eine Grenze mit dem ersten Verbindungsabschnitt bildet, einen zweiten Abschnitt, der eine Grenze mit dem zweiten Verbindungsabschnitt bildet, und einen dritten Abschnitt, der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet, enthalten, wobei der erste Abschnitt ein Material enthalten kann, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das des ersten Verbindungsabschnitts aufweist, der zweite Abschnitt ein Material enthalten kann, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das des zweiten Verbindungsabschnitts aufweist, und der dritte Abschnitt ein Material enthalten kann, das denselben Schmelzpunkt aufweist wie das des ersten Verbindungsabschnitts oder des zweiten Verbindungsabschnitts.
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Figurenliste
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Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer verstanden, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- 2 eine schematische Darstellung einer Batteriepackung ist, die mehrere Batteriemodule in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
- 3 die Sammelschienen eines Batteriemoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 4 eine Verbindungsbeziehung zwischen Batteriezellen und Sammelschienen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 5 eine Sammelschiene mit einer Anschlusseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Lagebeziehung zwischen einem Schmelzabschnitt einer Sammelschiene und einem Dichtungsabschnitt einer Batteriezelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- 7 eine Ansicht ist, die einen Schmelzabschnitt einer Sammelschiene in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- 8 eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Schmelzabschnitts einer Sammelschiene in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die in diesem Dokument verwendeten Begriffe sind so gewählt, dass sie allgemeine Begriffe in Anbetracht der Funktionen in verschiedenen Ausführungsformen umfassen. Diese Begriffe können jedoch je nach den Absichten von Fachleuten oder rechtlichen oder technischen Auslegungen und dem Auftreten neuer Technologien variieren. In bestimmten Fällen kann es sich um einen Begriff handeln, der vom Anmelder willkürlich festgelegt wurde. Solche Begriffe können so ausgelegt werden, als hätten sie die in dieser Offenbarung definierten Bedeutungen. Wenn ein Begriff nicht ausdrücklich definiert ist, kann er auf der Grundlage des allgemeinen Inhalts dieser Offenbarung und der allgemeinen technischen Bedeutung im Stand der Technik interpretiert werden.
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In der gesamten Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszahlen im Wesentlichen gleiche Elemente. Zum Zwecke der Beschreibung und des Verständnisses werden die gleichen Bezugszahlen oder Symbole in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen verwendet und beschrieben. Das heißt, dass, obwohl alle Komponenten mit den gleichen Bezugszahlen in einer Vielzahl von Zeichnungen dargestellt sind, die Vielzahl von Zeichnungen nicht eine einzelne Ausführungsform bedeuten.
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In dieser Offenbarung und in den Ansprüchen können die Ordnungsbegriffe erste, zweite usw. verwendet werden, um Elemente voneinander zu unterscheiden. Diese Ordnungsbegriffe werden nur verwendet, um gleiche oder ähnliche Elemente voneinander zu unterscheiden, und die Bedeutungen der Begriffe sollten bei der Auslegung aufgrund der Verwendung der Ordnungsbegriffe nicht eingeschränkt werden. Zum Beispiel sollten Elemente, die mit solchen Ordnungsbegriffen kombiniert werden, nicht durch die Nummer in ihrer Verwendungsreihenfolge oder Dispositionsreihenfolge eingeschränkt werden. Erforderlichenfalls kann jede Ordnungszahl ersetzt werden, um verwendet zu werden.
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Die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ in der vorliegenden Offenbarung sollen auch die Pluralformen einschließen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass Begriffe wie „einschließlich“ oder „aufweisend“ usw. auf das Vorhandensein der in der Beschreibung offengelegten Merkmale, Zahlen, Operationen, Aktionen, Komponenten, Teile oder Kombinationen davon hinweisen sollen und nicht die Möglichkeit ausschließen sollen, dass ein oder mehrere andere Merkmale, Zahlen, Operationen, Aktionen, Komponenten, Teile oder Kombinationen davon existieren oder hinzugefügt werden können.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in der vorliegenden Offenbarung gezeigten Details beschränkt, die lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen.
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Beispielsweise würden Fachleute, die die vorliegende Offenbarung verstehen, erkennen, dass andere Ausführungsformen durch Hinzufügen, Ändern, Streichen und dergleichen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen, und diese anderen Ausführungsformen werden ebenfalls in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 100 gemäß einer Ausführungsform. 2 zeigt schematisch eine Batteriepackung 1000, die mehrere Batteriemodule 100 in einer anderen Ausführungsform enthält. 3 zeigt die Sammelschienen 131 und 132 des Batteriemoduls 100 in einer weiteren Ausführungsform. 4 illustriert eine Verbindungsbeziehung zwischen den Batteriezellen 120 und den Sammelschienen 131 und 132 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Unter Bezugnahme auf 1 kann das Batteriemodul 100 Batteriezellen 120 (in 4 dargestellt) enthalten, die innerhalb eines Gehäuses 110 angeordnet sind, und kann die Sammelschiene 131 enthalten, die elektrisch mit den Batteriezellen 120 verbunden ist und teilweise zur Außenseite des Gehäuses 110 freiliegt. Wie in 2 dargestellt, ist eine Vielzahl von Batteriemodulen 100 in einem Gehäuse 300 angeordnet, und die Batteriemodule 100 sind durch eine Intermodul-Sammelschiene 200 elektrisch verbunden. Das heißt, ein Ende der Intermodul-Sammelschiene 200 ist mit der Sammelschiene 131 eines beliebigen Batteriemoduls 100 verbunden, und das andere Ende ist mit der Sammelschiene 131 eines anderen Batteriemoduls 100 verbunden. Die in 2 dargestellte Intermodul-Sammelschiene 200 weist die Form eines Balkens auf, aber dies ist nur ein Beispiel, und in anderen Ausführungsformen kann die Intermodul-Sammelschiene 200 davon verschiedene Formen aufweisen.
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3 ist eine Ansicht, in der ein Teil des Gehäuses 110 im Batteriemodul 100 weggelassen ist, und zeigt die mit den Batteriezellen 120 verbundenen Sammelschienen 131 und 132. Bezugnehmend auf 4 ist die Batteriezelle 120 mit den Sammelschienen 131 und 132 über eine Elektrodenleitung 121 verbunden.
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In einer Ausführungsform enthält das Batteriemodul 100 eine erste Sammelschiene 131, die das Batteriemodul 100 mit einem externen Gerät (z. B. einem anderen Batteriemodul) verbindet, und/oder eine zweite Sammelschiene 132 zur elektrischen Verbindung zwischen den Batteriezellen 120 innerhalb des Batteriemoduls 100.
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Bezugnehmend auf 4 sind drei Batteriezellen, die auf der ganz linken Seite (-Z-Richtung) angeordnet sind, und drei Batteriezellen, die auf der ganz rechten Seite (+Z-Richtung) angeordnet sind, mit der ersten Sammelschiene 131 verbunden. Ein Abschnitt (z.B. 131b in 1) der ersten Sammelschiene 131 liegt zur Außenseite des Gehäuses 110 hin frei und ist mit einem leitfähigen Konnektor (z.B. der Intermodul-Sammelschiene 200) verbunden, der außerhalb des Gehäuses 110 angeordnet ist.
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Die zweite Sammelschiene 132 verbindet die erste Batteriezellengruppe 120a und die zweite Batteriezellengruppe 120b miteinander. Die zweite Sammelschiene 132 verbindet elektrisch eine erste Elektrodenleitung 121a einer ersten Batteriezellengruppe 120a und ist elektrisch mit einer zweiten Elektrodenleitung 121b einer zweiten Batteriezellengruppe 120b verbunden. Die erste Elektrodenleitung 121a und die zweite Elektrodenleitung 121b haben unterschiedliche Polaritäten. Zum Beispiel kann die erste Elektrodenleitung 121a eine positive Elektrodenleitung und die zweite Elektrodenleitung 121b eine negative Elektrodenleitung sein.
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5 zeigt eine Sammelschiene mit einem nach außen freiliegenden Verbindungsabschnitt gemäß einer Ausführungsform. 6 illustriert eine Positionsbeziehung zwischen einer Sammelschiene und der Batteriezelle 120 gemäß einer anderen Ausführungsform.
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Unter Bezugnahme auf 5 und 6 kann die erste Sammelschiene 131 in einer anderen Ausführungsform einen ersten Verbindungsabschnitt 131a, der mit der Batteriezelle 120 verbunden ist, und einen zweiten Verbindungsabschnitt 131 b, der zur Außenseite des Gehäuses 110 hin freiliegt, enthalten. Die Elektrodenleitung 121 der Batteriezelle 120 ist mit einem Schlitz 133 des ersten Verbindungsabschnitts 131a verbunden. Der erste Verbindungsabschnitt 131a kann so viele Schlitze 133 aufweisen, wie die Anzahl der angeschlossenen Batteriezellen 120.
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Die erste Sammelschiene 131 kann einen ersten Verknüpfungsabschnitt 131c enthalten, der den ersten Verbindungsabschnitt 131a und den zweiten Verbindungsabschnitt 131b verbindet. Unter Bezugnahme auf 1 oder 2 ist der zweite Verbindungsabschnitt 131 b gebogen und erstreckt sich in einer -X-Richtung von einem Endabschnitt des ersten Verknüpfungsabschnitt 131c, so dass er an der Außenseite des Gehäuses 110 freiliegt, und ist mit der Intermodul-Sammelschiene 200 verbunden, die benachbarte Batteriemodule 100 elektrisch verbindet.
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In einer anderen Ausführungsform kann der erste Verknüpfungsabschnitt 131c ein Material umfassen, das sich von dem des ersten Verbindungsabschnitts 131a oder des zweiten Verbindungsabschnitts 131b unterscheidet. In einer Ausführungsform kann der erste Verknüpfungsabschnitt 131c ein Material enthalten, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das des ersten Verbindungsabschnitts 131a oder des zweiten Verbindungsabschnitts 131b aufweist. Beispielsweise können der erste Verbindungsabschnitt 131a und der zweite Verbindungsabschnitt 131b Kupfer enthalten, und der erste Verknüpfungsabschnitt 131c kann Aluminium enthalten. Ein weiteres Beispiel ist, dass der zweite Verbindungsabschnitt 131b Kupfer enthalten kann und der erste Verbindungsabschnitt 131a und der erste Verknüpfungsabschnitt 131c Aluminium enthalten können. Als weiteres Beispiel kann der erste Verbindungsabschnitt 131a Kupfer enthalten, und der zweite Verbindungsabschnitt 131 b und der erste Verknüpfungsabschnitt 131 c können Aluminium enthalten.
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In einer Ausführungsform stellt die erste Sammelschiene 131 einen elektrischen Pfad zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 131a und dem zweiten Verbindungsabschnitt 131b bereit. Ein Ende des elektrischen Pfades ist mit dem ersten Verbindungsabschnitt 131a verbunden, das andere Ende davon ist mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 131b verbunden, und der erste Verknüpfungsabschnitt 131c ist für den Pfad zwischen beiden Enden verantwortlich.
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In einer weiteren Ausführungsform fließt der Strom, während Strom von dem ersten Verbindungsabschnitt 131a zu dem zweiten Verbindungsabschnitt 131b fließt, durch mindestens einen Teilabschnitt, der aus einem Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als die anderen Abschnitte ausgebildet ist. In einer weiteren Ausführungsform kann der elektrische Pfad einen ersten Abschnitt, der mit dem ersten Verbindungsabschnitt 131a verbunden ist, einen zweiten Abschnitt, der mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 131b verbunden ist, und einen dritten Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt enthalten, und ein Abschnitt der ersten Sammelschiene 131, der dem dritten Abschnitt entspricht, kann ein Material enthalten, das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das eines Abschnitts, der dem ersten Abschnitt oder dem zweiten Abschnitt entspricht.
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Beispielsweise können der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt Kupfer enthalten, und der dritte Abschnitt kann Aluminium enthalten. Ein weiteres Beispiel ist, dass der zweite Abschnitt Kupfer und der erste und der dritte Abschnitt Aluminium enthalten können. Ein weiteres Beispiel ist, dass der erste Abschnitt Kupfer und der zweite und dritte Abschnitt Aluminium enthalten können. Obwohl hier als Kupfer und Aluminium dargestellt, können auch Legierungen dieser Materialien verwendet werden, insbesondere Aluminiumlegierungen, bei denen der Schmelzpunkt je nach Legierung niedriger oder höher sein kann.
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Wenn es zu einem thermischen Durchgehen im Inneren des Batteriemoduls 100 kommt, wird Hochtemperaturgas, eine Flamme oder ähnliches innerhalb der Batteriezelle 120 in das Gehäuse 110 und aus diesem ausgestoßen. Da der erste Verknüpfungsabschnitt 131c einen niedrigeren Schmelzpunkt als andere Abschnitte aufweist (z.B. der erste Verbindungsabschnitt 131a und/oder der zweite Verbindungsabschnitt 131b), kann der erste Verknüpfungsabschnitt 131c schneller geschmolzen und durchtrennt werden, und somit kann eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 131a und dem zweiten Verbindungsabschnitt 131b in einem frühen Stadium unterbrochen werden.
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Die Flamme oder das Gas, die/das aus dem Batteriemodul 100, in dem ein thermisches Durchgehen aufgetreten ist, ausgestoßen wird, kann leitfähige Partikel enthalten, und diese leitfähigen Partikel können eine fatale Wirkung auf andere Batteriemodule haben, die eine Batteriepackung bilden (z. B. die Batteriepackung 1000 von 2), sowie auf das Batteriemodul 100, in dem thermisches Durchgehen aufgetreten ist. Beispielsweise können die leitfähigen Partikel einen Isolationszustand zwischen der Batteriezelle 120 und dem Gehäuse 110 oder einen Isolationszustand zwischen dem Batteriemodul 100 und dem Packungsgehäuse 300 unterbrechen, was zu einem Brand der gesamten Batteriepackung 1000 führen kann. Gemäß einer Ausführungsform kann bei einem Ereignis wie thermischem Durchgehen der erste Verknüpfungsabschnitt 131 c geschmolzen und relativ schnell durchtrennt werden, um rasch einen elektrischen Pfad zwischen den Batteriemodulen 100 zu blockieren und die Ausbreitung des thermischen Durchgehens zu unterdrücken.
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In einer Ausführungsform kann der erste Verknüpfungsabschnitt 131c aus zwei oder mehr Arten von Materialien gebildet werden. In einer Ausführungsform kann der erste Verknüpfungsabschnitt 131c in einen ersten Abschnitt 131c-1, der eine Grenze mit dem ersten Verbindungsabschnitt 131a bildet, einen zweiten Abschnitt 131c-2, der eine Grenze mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 131b bildet, und einen dritten Abschnitt 131 c-3, der den ersten Abschnitt 131 c-1 und den zweiten Abschnitt 131c-2 verbindet, unterteilt sein, und jeder Abschnitt kann ein Material enthalten, das sich von dem der benachbarten Abschnitte unterscheidet.
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In einer Ausführungsform können der erste Abschnitt 131c-1 und der zweite Abschnitt 131c-2 ein Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der des ersten Verbindungsabschnitts 131a oder des zweiten Verbindungsabschnitts 131b enthalten, und der dritte Abschnitt 131 c-3 kann das gleiche Material wie das des ersten Verbindungsabschnitts 131a oder des zweiten Verbindungsabschnitts 131b enthalten. Zum Beispiel können der erste Verbindungsabschnitt 131a, der zweite Verbindungsabschnitt 131b und der dritte Abschnitt 131c-3 Kupfer enthalten, und der erste Abschnitt 131c-1 und der zweite Abschnitt 131c-2 können Aluminium enthalten.
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Dadurch kann ein Material, das den ersten Verknüpfungsabschnitt 131c bildet, leichter geschmolzen und unterbrochen werden als der erste Verbindungsabschnitt 131a oder der zweite Verbindungsabschnitt 131b in einer Situation des thermischen Durchgehens, und dadurch kann eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 131a und dem zweiten Verbindungsabschnitt 131b schnell unterbrochen werden. Während die vorliegende Offenbarung nicht auf das in 5 dargestellte Beispiel beschränkt ist, ist in 5 der dritte Abschnitt 131 c-3 so dargestellt, dass er ein Material enthält, das sich von dem des ersten Abschnitts 131c-1 oder des zweiten Abschnitts 131c-2 unterscheidet, aber dies ist nur ein Beispiel, der dritte Abschnitt 131c-3 kann auch aus dem gleichen Material wie der erste Abschnitt 131 c-1 oder der zweite Abschnitt 131c-2 gebildet sein.
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Bezugnehmend auf 2 kann der zweite Verbindungsabschnitt 131b die Intermodul-Sammelschiene 200 kontaktieren. Wenn sich die Materialien des zweiten Verbindungsabschnitts 131b und der Intermodul-Sammelschiene 200 voneinander unterscheiden, können Verluste aufgrund des Kontaktwiderstands auftreten. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Intermodul-Sammelschiene 200 und der zweite Verbindungsabschnitt 131b zumindest in den Bereichen, die miteinander in Kontakt stehen, aus demselben Material gebildet sind, um Verluste aufgrund des Kontaktwiderstands zu verringern. Dementsprechend können in einer Ausführungsform der zweite Verbindungsabschnitt 131b und die Intermodul-Sammelschiene 200 Kupfer enthalten, und der erste Verknüpfungsabschnitt 131c kann Aluminium enthalten.
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In einer anderen Ausführungsform kann die erste Sammelschiene 131 durch Reibrührschweißen von zwei Elementen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Zum Beispiel können der erste Verbindungsabschnitt 131a, der aus Kupfer gebildet ist, der zweite Verbindungsabschnitt 131b und der erste Verknüpfungsabschnitt 131c, die aus Aluminium gebildet sind, in einem Reibrührschweißverfahren miteinander verbunden werden, um eine integrale erste Sammelschiene 131 zu bilden.
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Unterdessen ist die erste Sammelschiene 131 nicht auf die in 5 dargestellte Form beschränkt und kann in verschiedenen Formen bereitgestellt werden, um die Batteriezelle 120 und andere Komponenten außerhalb des Batteriemoduls 100 (z. B. ein anderes Batteriemodul 100) elektrisch zu verbinden.
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Gemäß 6 umfasst die Batteriezelle 120 eine Elektrodenanordnung 123 und ein Gehäuse, das die Elektrodenanordnung 123 umgibt. Die Batteriezelle 120 umfasst einen Dichtungsabschnitt 122 am Rand des Gehäuses. Der Dichtungsabschnitt 122 ist beispielsweise ein Abschnitt, in dem zwei Sheets, die beide Seiten der Elektrodenanordnung 123 umgeben, an den Kanten miteinander verbunden sind. Der Dichtungsabschnitt 122 dichtet das Innere des Gehäuses nach außen hin ab. Als weiteres Beispiel kann das Gehäuse in einer Form bereitgestellt werden, in der ein Sheet gefaltet ist, um die Elektrodenanordnung 123 zu umgeben.
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In einer anderen Ausführungsform kann der erste Verknüpfungsabschnitt 131c in einer Position angeordnet sein, die dem Dichtungsabschnitt 122 der Batteriezelle 120 entspricht. Wenn ein Gas oder eine Flamme aufgrund eines Kurzschlusses im Inneren der Elektrodenanordnung 123 auftritt, kann der Druck im Inneren des Gehäuses ansteigen und die Flamme oder das Gas kann durch den Dichtungsabschnitt 122 an die Außenseite des Gehäuses ausgestoßen werden. Die Flamme oder das Gas kann durch einen Abschnitt des Dichtungsabschnitts 122 zur Außenseite der Batteriezelle 120 ausgestoßen werden, und der erste Verknüpfungsabschnitt 131c kann geschmolzen und unterbrochen werden, um die Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 131a und dem zweiten Verbindungsabschnitt 131b zu trennen.
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In einer anderen Ausführungsform kann der Dichtungsabschnitt 122 einen schwachen Abschnitt 122a mit schwacher Dichtungsstärke aufweisen. Da eine Flamme oder ein Gas aus einem Abschnitt mit schwacher Dichtungsstärke ausgestoßen wird, kann eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 131a und dem zweiten Verbindungsabschnitt 131b in einer Situation des thermischen Durchgehens effektiv unterbrochen werden, wenn der schwache Abschnitt 122a und der erste Verknüpfungsabschnitt 131c in zueinander korrespondierenden Positionen angeordnet sind. Dies liegt daran, dass, wenn der erste Verknüpfungsabschnitt 131c in der Nähe des schwachen Abschnitts 122a angeordnet ist, der erste Verknüpfungsabschnitt 131c relativ schnell geschmolzen werden kann. Unter Bezugnahme auf 6 können beispielsweise der schwache Abschnitt 122a und der erste Verknüpfungsabschnitt 131c so angeordnet sein, dass sie sich in X-Richtung zugewandt sind.
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Jedoch ist der schwache Abschnitt 122a keine wesentliche Komponente im Batteriemodul 100, und der schwache Abschnitt 122a kann in 6 weggelassen werden. Wenn thermisches Durchgehen auftritt, wird die Temperatur innerhalb des Gehäuses 110 sehr hoch, und daher kann der erste Verknüpfungsabschnitt 131c geschmolzen werden, um die erste Sammelschiene 131 zu durchtrennen, selbst ohne eine Struktur zum separaten Leiten einer Flamme oder eines Gases zu dem ersten Verknüpfungsabschnitt 131c.
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In einer weiteren Ausführungsform kann ein Isolierelement 140 zwischen der ersten Sammelschiene 131 und der Batteriezelle 120 angeordnet sein. Die Elektrodenleitung 121 kann durch ein Loch 141 des Isolierelements 140 mit dem ersten Verbindungsabschnitt 131a verbunden werden. In einer Ausführungsform kann das Isolierelement 120 einen Gasführungsabschnitt 142 aufweisen, der an einem Abschnitt angeordnet ist, der dem ersten Verbindungsabschnitt 131c zugewandt ist und beide Seiten des Isolierelements 140 verbindet. Wenn ein Gas oder eine Flamme aus der Batteriezelle 120, die auf einer Seite des Isolierelements 140 angeordnet ist, ausgestoßen wird, kann das Gas oder die Flamme schnell den ersten Verknüpfungsabschnitt 131c durch den Gasführungsabschnitt 142 des Isolierelements erreichen und den ersten Verknüpfungsabschnitt 131c schnell schmelzen und durchtrennen. Das heißt, durch die Bereitstellung des gasführenden Abschnitts 142 in dem Isolierelement 140 kann die elektrische Verbindung zwischen den Batteriemodulen 100 in einer Situation des thermischen Durchgehens schnell unterbrochen werden. Der Gasführungsabschnitt 142 ist jedoch kein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Wenn das Isolierelement 140 aus einem Material (z.B. Kunststoff) mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt gebildet ist oder wenn eine Dicke des Isolierelements 140 relativ dünn ist, kann das Isolierelement 140 in der Anfangsphase einer Situation des thermischen Durchgehens leicht entfernt werden, und dementsprechend behindert das Isolierelement 140 eine Flamme oder ein Gas, das aus der Batteriezelle 120 ausgestoßen wird, nicht beim Kontakt mit dem ersten Verknüpfungsabschnitt 131c.
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7 zeigt die zweite Sammelschiene 132 in der ersten Ausführungsform. 8 zeigt die zweite Sammelschiene 132 in der zweiten Ausführungsform. Die zweite Sammelschiene 132 wird unter Bezugnahme auf die 7 und 8 zusammen mit 4 beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist in einer Ausführungsform die zweite Sammelschiene 132 so eingerichtet, dass sie die erste Batteriezellengruppe 120a und die zweite Batteriezellengruppe 120b, die innerhalb des Gehäuses 110 angeordnet sind, verbindet. Die erste Batteriezellengruppe 120a und die zweite Batteriezellengruppe 120b liegen nebeneinander und können mindestens eine Batteriezelle 120 enthalten. In der dargestellten Ausführungsform können die erste Batteriezellengruppe 120a und die zweite Batteriezellengruppe 120b drei Batteriezellen 120 umfassen, aber dies ist nur ein Beispiel, und zwei oder weniger oder vier oder mehr Batteriezellen 120 können die erste Batteriezellengruppe 120a oder die zweite Batteriezellengruppe 120b bilden.
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In einer anderen Ausführungsform verbindet die zweite Sammelschiene 132 elektrisch eine positive Elektrode der ersten Batteriezellengruppe 120a und eine negative Elektrode der zweiten Batteriezellengruppe 120b. Alternativ dazu verbindet die zweite Sammelschiene 132 elektrisch eine negative Elektrode der ersten Batteriezellengruppe 120a und eine positive Elektrode der zweiten Batteriezellengruppe 120b. Beispielsweise verbindet die zweite Sammelschiene 132 die erste Elektrodenleitung 121a der ersten Batteriezellengruppe 120a und die zweite Elektrodenleitung 121b der zweiten Batteriezellengruppe 120b elektrisch miteinander, und in diesem Fall haben die erste Elektrodenleitung 121a und die zweite Elektrodenleitung 121b unterschiedliche Polaritäten. Zum Beispiel kann die erste Elektrodenleitung 121a eine positive Elektrode der ersten Batteriezellengruppe 120a sein, und die zweite Elektrodenleitung 121b kann eine negative Elektrode der zweiten Batteriezellengruppe 120b sein.
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Unter Bezugnahme auf die und enthält die zweite Sammelschiene 132 einen dritten Verbindungsabschnitt 132a, der mit der ersten Batteriezellengruppe 120a verbunden ist, und einen vierten Verbindungsabschnitt 132b, der mit der zweiten Batteriezellengruppe 120b verbunden ist. Beispielsweise kann eine positive Leitung der ersten Batteriezellengruppe 120a mit einem ersten Schlitz 134a des dritten Verbindungsabschnitts 132a verbunden sein, und eine negative Leitung der zweiten Batteriezellengruppe 120b kann mit einem zweiten Schlitz 134b des vierten Verbindungsabschnitts 132b verbunden sein. Das heißt, der dritte Verbindungsabschnitt 132a und der vierte Verbindungsabschnitt 132b haben unterschiedliche Polaritäten.
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In der dargestellten Ausführungsform sind drei Batteriezellen 120 mit dem dritten Verbindungsabschnitt 132a und drei Batteriezellen 120 mit dem vierten Verbindungsabschnitt 132b verbunden, aber dies ist nur ein Beispiel, und eine, zwei oder vier oder mehr Batteriezellen 120 können in anderen Ausführungsformen mit dem dritten Verbindungsabschnitt 132a oder dem vierten Verbindungsabschnitt 132b verbunden sein.
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In einer anderen Ausführungsform enthält die zweite Sammelschiene 132 einen zweiten Verknüpfungsabschnitt 132c, der den dritten Verbindungsabschnitt 132a und den vierten Verbindungsabschnitt 132b verbindet. In einer Ausführungsform kann der zweite Verknüpfungsabschnitt 132c ein Material enthalten, das sich von dem des dritten Verbindungsabschnitts 132a oder des vierten Verbindungsabschnitts 132b unterscheidet. In einer Ausführungsform kann der zweite Verknüpfungsabschnitt 132c ein Material enthalten, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als der des dritten Verbindungsabschnitts 132a oder des vierten Verbindungsabschnitts 132b aufweist.
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Beispielsweise können der dritte Verbindungsabschnitt 132a und der vierte Verbindungsabschnitt 132b Kupfer enthalten, und der zweite Verknüpfungsabschnitt 132c kann Aluminium enthalten (siehe 7). Ein weiteres Beispiel, das sich auf 8 bezieht, ist, dass der vierte Verbindungsabschnitt 132b Kupfer enthalten kann und der dritte Verbindungsabschnitt 132a und der zweite Verknüpfungsabschnitt 132c Aluminium enthalten können. In einem anderen Beispiel kann der dritte Verbindungsabschnitt 132a Kupfer enthalten, und der vierte Verbindungsabschnitt 132b und der zweite Verknüpfungsabschnitt 132c können Aluminium enthalten.
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Wenn eine Flamme oder ein Gas aufgrund einer anormalen Aktion der Batteriezelle 120 zur Außenseite der Batteriezelle 120 ausgestoßen wird, kann der zweite Verknüpfungsabschnitt 132c schneller als andere Abschnitte geschmolzen und durchtrennt werden, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Batteriezellengruppe 120a und den zweiten Batteriezellengruppen 120b effektiv unterbrochen wird.
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Das Gehäuse 110 des Batteriemoduls 100 enthält ein leitfähiges Material, und zur Isolierung zwischen der zweiten Sammelschiene 132 und dem Gehäuse 110 sind die zweite Sammelschiene 132 und das Gehäuse 110 um einen Abstand voneinander beabstandet, der ausreicht, um die Isolierung dazwischen aufrechtzuerhalten. Das aus der Batteriezelle 120 nach außen ausgestoßene Gas kann jedoch leitefähige Partikel enthalten, die den Isolationsabstand zwischen der zweiten Sammelschiene 132 und dem Gehäuse 110 verringern können, und so den Isolationszustand zwischen diesen unterbrechen. Wenn die Verbindung zwischen dem dritten Verbindungsabschnitt 132a und dem vierten Verbindungsabschnitt 132b selbst in einer Brandsituation aufrechterhalten wird, können sich Schäden aufgrund von Überstrom sogar auf ein anderes externes Batteriemodul 100 sowie auf die internen Batteriezellen 120 des Gehäuses 110 ausbreiten.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zweite Sammelschiene 132 den zweiten Verknüpfungsabschnitt 132c, der relativ schnell durch eine Flamme oder ein Hochtemperaturgas geschmolzen werden kann, und der zweite Verknüpfungsabschnitt 132c kann in einer Situation des thermischen Durchgehens geschmolzen werden, so dass ein von der zweiten Sammelschiene 132 bereitgestellter elektrischer Pfad rasch unterbrochen werden kann. Dies kann verhindern, dass sich das Feuer auf andere Batteriezellen 120 oder andere Batteriemodule 100 ausbreitet.
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In einer anderen Ausführungsform kann die zweite Sammelschiene 132 durch Schweißen zweier Elemente aus unterschiedlichen Materialien gebildet werden. Zum Beispiel können der dritte Verbindungsabschnitt 132a, der aus Kupfer gebildet ist, der vierte Verbindungsabschnitt 132b und der zweite Verknüpfungsabschnitt 132c, die aus Aluminium gebildet sind, durch Reibrührschweißen, Rotationsreibschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen usw. miteinander gekoppelt werden, um die integrale zweite Sammelschiene 132 zu bilden.
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Jedoch ist die zweite Sammelschiene 132 nicht auf die in den 7 und 8 dargestellte Form beschränkt, sondern kann in verschiedenen Formen bereitgestellt sein, um die Batteriezellen 120 elektrisch zu verbinden.
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Gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Dokuments kann ein Batteriemodul und ein Batteriepackung für eine Sekundärbatterie mit verbesserter Sicherheit und Zuverlässigkeit bereitgestellt werden, indem verhindert wird, dass sich ein in einem Batteriemodul auftretendes Ereignis, wie z. B. eine Explosion und thermisches Durchgehen, auf andere Batteriemodule und weiter auf die gesamte Batteriepackung ausbreitet.
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Das Batteriemodul gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Unterbrechungseinheit oder einen elektrischen Trenner zum Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen einem bestimmten Batteriemodul und einer benachbarten Struktur (z. B. einem anderen Batteriemodul) bereitstellen, wenn ein Ereignis, wie z. B. thermisches Durchgehen, in dem entsprechenden Batteriemodul auftritt. In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung verbindet eine Sammelschiene (wie in 2 dargestellt) eine Vielzahl von Batteriemodulen miteinander. Diese Sammelschiene kann a) eine Intermodul-Sammelschiene enthalten, die ein erstes Batteriemodul der Vielzahl von Batteriemodulen mit einem zweiten Batteriemodul der Vielzahl von Batteriemodulen verbindet, und b) eine erste Sammelschiene, die in Reihe mit der Intermodul-Sammelschiene liegt und mehrere Materialien umfasst, einschließlich mindestens eines Materials mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als andere der mehreren Materialien, und wobei die erste Sammelschiene mindestens eine Batteriezelle des ersten Batteriemoduls oder des zweiten Batteriemoduls mit der Intermodul-Sammelschiene verbindet, wobei das Schmelzen des mindestens einen Materials eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Batteriemodul und dem zweiten Batteriemodul unterbricht.
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Während verschiedene Ausführungsformen oben dargestellt und beschrieben wurden, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung, wie sie 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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