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TECHNISCHES GEBIET
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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung 10-2020-0139306, die am 26. Oktober 2020 beim KIPO eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme hiermit in vollem Umfang hierin aufgenommen wird.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Batteriemodul und einen Batteriepack, der ein solches umfasst, und insbesondere ein Batteriemodul, das die Zellenanschwellung kontrolliert, und einen Batteriepack, der ein solches umfasst.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Eine Sekundärbatterie erregt große Aufmerksamkeit als Energiequelle in verschiedenen Produkten wie beispielsweise einem mobilen Gerät und einem Elektrofahrzeug. Die Sekundärbatterie ist eine potente Energieressource, die den Einsatz bestehender Produkte, die fossile Brennstoffe verwenden, ersetzen kann und als umweltfreundliche Energiequelle im Rampenlicht steht, da sie keine Nebenprodukte bei der Energienutzung erzeugt.
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In jüngster Zeit ist mit dem kontinuierlichen Anstieg der Notwendigkeit einer Sekundärbatteriestruktur mit großer Kapazität, einschließlich der Nutzung der Sekundärbatterie als Energiespeicher, eine wachsende Nachfrage nach einem Batteriepack mit Multimodulstruktur zu verzeichnen, bei dem es sich um eine Baugruppe von Batteriemodulen handelt, bei der mehrere Sekundärbatterien in Reihe/parallel geschaltet sind.
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Wenn mehrere Batteriezellen zur Konfiguration eines Batteriepacks in Reihe/parallel geschaltet werden, ist ein Verfahren üblich, bei dem ein Batteriemodul, das mindestens eine Batteriezelle aufweist, konfiguriert wird und dann andere Komponenten dem mindestens einem Batteriemodul hinzugefügt werden, um einen Batteriepack zu konfigurieren.
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Ein solches Batteriemodul umfasst einen Batteriezellenstapel, in dem mehrere Batteriezellen aufeinander gestapelt sind, einen Modulrahmen zum Aufnehmen des Batteriezellenstapels und ein Kompressionspad, das zwischen dem Modulrahmen und den äußersten Batteriezellen des Batteriezellenstapels oder zwischen mehreren Batteriezellen gebildet wird.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein herkömmliches Batteriemodul zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt A-A' von 1 zeigt. 3 ist ein Diagramm, das ein Anschwellungsphänomen der Batteriezelle von 2 zeigt.
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Gemäß 1 und 2 umfasst das herkömmliche Batteriemodul einen Batteriezellenstapel 10, in dem mehrere Batteriezellen 11 aufeinander gestapelt sind, einen Modulrahmen 20 zum Aufnehmen des Batteriezellenstapels, eine obere Platte 30 zur Abdeckung des oberen Teils des Batteriezellenstapels 10, eine wärmeleitfähige Harzschicht 40, die sich zwischen dem Batteriezellenstapel 10 und dem unteren Teil des Modulrahmens 20 befindet, und ein Kompressionspad 50, das sich zwischen den mehreren Batteriezellen 11 und/oder zwischen der äußersten Batteriezelle 11 und dem Modulrahmen 20 befindet.
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Das Kompressionspad 50 kann so gebildet sein, dass es den größten Teil der Seitenflächen des Modulrahmens 20 abdeckt, die der Batteriezelle 11 entsprechen. Zu diesem Zeitpunkt, wenn das Anschwellungsphänomen der Batteriezellen 11 auftritt, können die Batteriezellen 11 anschwellen, wie in 3 gezeigt. Konventionell gibt es, selbst wenn das Kompressionspad 50 unter Druck gesetzt und komprimiert wird, eine minimale Kompressionsstärke w, bei der das Kompressionspad 50 nicht mehr komprimiert wird, wodurch ein Problem entsteht, dass es schwierig ist, das Anschwellungsphänomen der Batteriezellen 11 flexibel zu bewältigen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHE AUFGABE
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Batteriemodul bereitzustellen, das die Zellenanschwellung unter Kontrolle bringt, sowie ein Batteriepack, das ein solches Modul umfasst.
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Die technischen Aufgaben, die durch Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gelöst werden sollen, sind jedoch nicht auf die oben beschriebene Aufgabe beschränkt und kann im Rahmen, der in der vorliegenden Offenbarung enthaltenen technischen Idee vielfältig erweitert werden.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Batteriemodul bereitgestellt, das Folgendes umfasst: mehrere Batteriezellenstapel und einen Modulrahmen, an dem die mehreren Batteriezellenstapeln montiert sind und der ein Formteil aufweist, wobei die mehreren Batteriezellenstapeln jeweils in einem Einheitsgehäuseabschnitt des Modulrahmens aufgenommen ist, der durch das Formteil unterteilt ist.
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Das Formteil kann zwei voneinander getrennte Seitenflächenteile und ein Verbindungsteil umfassen, das diese miteinander verbindet.
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Das Verbindungsteil kann die zwei voneinander getrennten Seitenflächenteile an oberen Enden der Seitenflächenteile verbinden.
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Das Verbindungsteil kann eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, die an einem oberen Ende hervorsteht.
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Die zwei Seitenflächenteile des Formteils können Oberflächen sein, die senkrecht zu der Stapelrichtung der Batteriezellen liegen.
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Der Modulrahmen umfasst mehrere Bodenteile und ein linkes wie ein rechtes Seitenflächenteil, und die mehreren Bodenteile können durch das Formteil miteinander verbunden sein.
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Die mehreren Bodenteile, das linke Seitenflächenteil und das rechte Seitenflächenteil und das Formteil sind einstückig ausgebildet.
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Das Batteriemodul kann ferner ein Kompressionspad aufweisen, das sich zwischen dem Seitenflächenteil des Modulrahmens und der äußersten Batteriezelle in dem Batteriezellenstapel befindet.
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Das Batteriemodul kann ferner ein Kompressionspad aufweisen, das sich zwischen dem Formteil und der äußersten Batteriezelle in dem Batteriezellenstapel befindet.
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Der Untereinheit-Batteriezellenstapel, der in dem Einheitsgehäuseabschnitt aufgenommen ist, kann durch das Formteil von dem benachbarten Untereinheit-Batteriezellenstapel getrennt sein.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Batteriepack bereitgestellt, der das vorgenannte Batteriemodul umfasst.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE
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Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird anstelle eines herkömmlichen Kompressionspads ein Formteil des Modulrahmens gebildet, der die Zellenanschwellung absorbieren kann.
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Ferner kann durch die vollständige Trennung des Untereinheit-Batteriezellenstapels die Wärmeausbreitung bei der Entzündung der Batteriezelle verhindert werden.
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Die Effekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die vorgenannten Effekte beschränkt, und zusätzliche andere, nicht vorgenannte Effekte erschließen sich dem Fachmann klar aus der Beschreibung der beigefügten Ansprüche.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Batteriemoduls;
- 2 ist eine Querschnittsansicht entlang Schnitt A-A' in 1;
- 3 ist ein Diagramm eines Anschwellungsphänomens der Batteriezelle von 2;
- 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriemoduls von 4;
- 6 ist ein Diagramm des Modulrahmens von 5;
- 7 ist ein Diagramm, wobei der Batteriezellenstapel in dem Modulrahmen von 6 montiert ist; und
- 8 ist ein Diagramm, wobei der Batteriezellenstapel gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in dem Modulrahmen montiert ist, der in dem Batteriemodul enthalten ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, so dass sie von dem Fachmann leicht ausgeführt werden können. Die vorliegende Offenbarung kann auf verschiedene Weise modifiziert werden und ist nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
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Teile, die für die Beschreibung irrelevant sind, werden weggelassen, um die vorliegende Offenbarung klar zu beschreiben, und gleiche oder gleichartige Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichartige Elemente in der gesamten Beschreibung.
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In den Zeichnungen sind die Größe und Dicke der einzelnen Elemente zur Vereinfachung der Beschreibung willkürlich dargestellt, und die vorliegende Offenbarung ist nicht unbedingt auf die in den Zeichnungen dargestellten Elemente beschränkt. In den Zeichnungen ist die Dicke von Schichten, Bereichen usw. zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt. In den Zeichnungen sind die Dicken einiger Schichten und Bereiche zur Vereinfachung der Beschreibung überhöht dargestellt.
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Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder eine Platte als „auf“ oder „über“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden oder es können auch Zwischenelemente vorhanden sein. Wird ein Element dagegen als „direkt auf“ einem anderen Element bezeichnet, so bedeutet dies, dass keine weiteren Zwischenelemente vorhanden sind. Ferner bedeutet das Wort „auf“ oder „über“, dass es auf oder unter einem Referenzteil angeordnet ist, und nicht unbedingt, dass es „auf“ oder „über“ dem Referenzteil in der entgegengesetzten Richtung der Schwerkraft angeordnet ist.
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Wenn in der Beschreibung von einem Teil die Rede ist, der einen bestimmten Bestandteil „enthält“, bedeutet dies, dass der Teil auch andere Bestandteile enthalten kann, ohne die anderen Bestandteile auszuschließen, sofern nicht anders angegeben.
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Wenn in der Beschreibung von „Draufsicht“ die Rede ist, bedeutet dies, dass ein Objekt von der Oberseite aus betrachtet wird, und wenn von „Querschnitt“ die Rede ist, bedeutet dies, dass ein Objekt von der Seite eines vertikal geschnittenen Querschnitts betrachtet wird.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriemoduls von 4.
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Gemäß 4 und 5 umfasst das Batteriemodul 100 der vorliegenden Ausführungsform einen Batteriezellenstapel 200, in dem mehrere Batteriezellen 110 aufeinander gestapelt sind, Verteilerschienenrahmen 130, die an beiden Enden des Batteriezellenstapels 200 befestigt sind, ein Rahmenelement 300 zum Aufnehmen des Batteriezellenstapels 200 und Endplatten 600, die einen Zellenblock umwickeln, mit dem der Batteriezellenstapel 200 und der Verteilerschienenrahmen 130 an beiden Enden verbunden sind.
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Die Batteriezelle 110 ist vorzugsweise eine Pouch-Batteriezelle. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Batteriezellenstapel 200 in der x-Achsenrichtung von 5 gestapelt, ist innerhalb des Rahmenelements 300 in der z-Achsenrichtung angeordnet und kann durch eine wärmeleitfähige Harzschicht (nicht dargestellt) gekühlt werden, die auf dem Bodenteil des Rahmenelements 300 gebildet ist.
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Das Rahmenelement 300 zum Aufnehmen des Batteriezellenstapels 200 kann eine obere Platte 310 und einen Modulrahmen 320 umfassen. Der Modulrahmen 320 umfasst mehrere Einheitsgehäuseabschnitte, und die obere Platte 310 kann in einer plattenförmigen Struktur ausgebildet sein, die das Oberteil des am Modulrahmen 320 befestigten Batteriezellenstapels 200 abdeckt. Der Modulrahmen 320 umwickelt die untere Fläche und die beiden Seitenflächen des Batteriezellenstapels, und die obere Platte 310 kann die verbleibende obere Fläche (in Richtung der z-Achse) umwickeln. Die obere Platte 310 und der Modulrahmen 320 werden durch Schweißen oder dergleichen in einem Zustand verbunden, in dem die zugehörigen Randteile miteinander in Kontakt stehen, so dass eine Struktur gebildet werden kann, die den Batteriezellenstapel 200 vertikal und horizontal abdeckt. Der Batteriezellenstapel 200 kann durch die obere Platte 310 und den Modulrahmen 320 physisch geschützt werden. Zu diesem Zweck können die obere Platte 310 und der Modulrahmen 320 ein metallisches Material mit einer vorgegebenen Festigkeit aufweisen.
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Dabei kann, obwohl nicht explizit abgebildet, das Rahmenelement 300 gemäß einem modifizierten Beispiel ein Monorahmen in Form einer Metallplatte sein, in der die obere Fläche, die untere Fläche und beide Seiten einstückig sind. Das heißt, die Rahmenstruktur kann gegebenenfalls nicht eine Struktur sein, in der der Modulrahmen 320 und die obere Platte 310 miteinander kombiniert sind, sondern kann durch Extrusion hergestellt werden und eine Struktur aufweisen, in der die obere Fläche, die untere Fläche und beide Seitenflächen einstückig sind.
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Ein Verteilerschienenrahmen 130 kann auf der offenen ersten Seite (y-Achsenrichtung) und der offenen zweiten Seite (Richtung entgegengesetzt zu der y-Achse) des Batteriezellenstapels 200 angeordnet sein. Der Verteilerschienenrahmen 130 befindet sich auf der ersten Seite (y-Achsenrichtung) und der zweiten Seite (Richtung entgegengesetzt zu der y-Achse) des Batteriezellenstapels 200, so dass er den Batteriezellenstapel 200 bedeckt, und kann gleichzeitig dazu dienen, eine Verbindung zwischen dem Batteriezellenstapel 200 und einem externen Gerät herzustellen. Insbesondere kann eine Verteilerschiene 280 an dem Verteilerschienenrahmen 130 befestigt sein und die Elektrodenleitungen 111 und 112 der Batteriezellen 110 können durch einen in dem Verteilerschienenrahmen 130 ausgebildeten Schlitz geführt und dann gebogen sein, so dass sie mit der Verteilerschiene 280 verbunden ist. Dabei können die Batteriezellen 110, die den Batteriezellenstapel 200 bilden, in Reihe oder parallel geschaltet sein.
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Die Endplatte 600 kann sich an der offenen ersten Seite (in Richtung der y-Achse) und an der zweiten Seite (in Richtung entgegengesetzt zur y-Achse) des Rahmenelements 300 befinden, so dass sie den Batteriezellenstapel 200 bedeckt. Die Endplatte 600 kann den Batteriezellenstapel 200 und andere elektrische Komponenten physisch vor äußeren Einflüssen schützen. Ein Verteilerschienenrahmen 130 kann zwischen dem Batteriezellenstapel 200 und der Endplatte 600 angeordnet sein.
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Obwohl nicht ausdrücklich dargestellt, kann eine Isolierabdeckung zur elektrischen Isolierung zwischen dem Verteilerschienenrahmen 130 und der Endplatte 600 gebildet sein.
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6 ist ein Diagramm, das den Modulrahmen von 5 zeigt. 7 ist ein Diagramm, wobei der Batteriezellenstapel in dem Modulrahmen von 6 montiert ist.
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Wie in 6 und 7 gezeigt, umfasst der Modulrahmen 320 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mehrere Einheitsgehäuseabschnitte S1. Die Struktur des Modulrahmens 320 ist so modifiziert, dass ein Formteil F gebildet ist, und mehrere Einheitsgehäuseabschnitte S1 können durch das Formteil F definiert sein. Der Batteriezellenstapel 200 kann in Untereinheiten in jedem der mehreren Einheitsgehäuseabschnitten S1 montiert sein. Die Untereinheit-Batteriezellenstapel 200a umfasst mehrere Batteriezellen 110. Nachdem die Untereinheit-Batteriezellenstapel 200a an den Einheitsgehäuseabschnitten S1 montiert sind, kann auch eine elektrische Verbindung zwischen den Untereinheit-Batteriezellenstapeln 200a durch die Verbindung, wie in Bezug auf 5 beschrieben, zwischen den Elektrodenleitungen und der Verteilerschiene auf dem Verteilerschienenrahmen 130 hergestellt werden.
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Insbesondere kann der Modulrahmen 320 ein Bodenteil 320a und zwei Seitenflächenteile 320b aufweisen, die sich von beiden Enden des Bodenteils 320a nach oben erstrecken. Das Bodenteil 320a umfasst mehrere plattenförmige Elemente, die sich entlang der y-Achse erstrecken, und ein Formteil F ist zwischen dem Bodenteil 320a in der Mitte und dem Bodenteil 320a nahe dem Seitenflächenteil 320b ausgebildet. Das Formteil F kann zwei Seitenflächenteile aufweisen, die um einen ersten Abstand d1 voneinander getrennt sind, und ein Verbindungsteil 320c, das diese miteinander verbindet. Das Verbindungsteil 320c kann zwei Seitenflächenteile, die um einen ersten Abstand d1 von oberen Enden der Seitenflächenteile getrennt sind, an den oberen Enden der Seitenflächenteile verbinden. Das Verbindungsteil 320c kann eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, die an einem oberen Ende hervorsteht. Das Formteil F kann eine umgekehrte U-förmige Form haben.
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Ein Untereinheit-Batteriezellenstapel 200a kann in den mehreren Einheitsgehäuseabschnitten S1 montiert sein, die durch das Formteil F unterteilt sind. Jedes der Bodenteile 320a kann eine untere Fläche (Richtung entgegengesetzt zu der z-Achse) des Untereinheit-Batteriezellenstapels 200a bedecken, und das Seitenflächenteil 320b und das Formteil F können beide Seitenflächen (Richtung der x-Achse und Richtung entgegengesetzt dazu) des Untereinheit-Batteriezellenstapels 200a bedecken.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Formteil F zwischen den Untereinheit-Batteriezellenstapeln 200a gebildet, und die Zellenanschwellung kann durch einen ausreichenden Anschwellungsabsorptionseffekt kontrolliert werden, wenn die Zellenanschwellung auftritt. Ferner ist es durch die vollständige Trennung der Untereinheit-Batteriezellenstapeln 200a möglich, die Erzeugung von Wärmeausbreitung zu blockieren, wenn die Batteriezelle 110 sich entzündet.
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8 ist ein Diagramm, wobei der Batteriezellenstapel in dem Modulrahmen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung montiert ist, der in dem Batteriemodul enthalten ist.
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Da die vorliegende Ausführung größtenteils mit der unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Ausführung identisch ist, werden im Folgenden nur die Unterschiede beschrieben.
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Mit Bezug auf 8 enthält das Batteriemodul gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner ein Kompressionspad 330, das sich zwischen dem Seitenflächenteil 320b des Modulrahmens 320 und der äußersten Batteriezelle 110 befindet, die in dem Untereinheit-Batteriezellenstapel 200a enthalten ist. Ferner kann das Batteriemodul auch ein Kompressionspad 340 aufweisen, das zwischen dem Formteil F und der äußersten Batteriezelle 110 nahe dem Formteil F angeordnet ist. Die Ausdehnungskraft, die auf die linke Seitenfläche und die rechte Seitenfläche 320b des Modulrahmens 320 aufgrund der Erzeugung der Anschwellung der linken äußersten Batteriezelle und der rechten äußersten Batteriezelle des Batteriezellenstapels 200 ausgeübt wird, kann durch zusätzliche Kompressionspads 330 und 340 absorbiert werden.
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Abgesehen von den oben beschriebenen Unterschieden sind alle in den Ausführungsformen von 7 beschriebenen Inhalte auch auf diese Ausführungsform anwendbar.
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Dabei können ein oder mehrere Batteriemodule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in ein Gehäuse verpackt werden, um einen Batteriepack zu bilden.
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Das oben erwähnte Batteriemodul und der Batteriepack, der ein solches enthält, können für verschiedene Geräte verwendet werden. Ein solches Gerät kann auf ein Beförderungsmittel wie ein Elektrofahrrad, ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug angewendet werden, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht hierauf beschränkt und ist auf verschiedene Geräte anwendbar, die ein Batteriemodul verwenden können, welches auch in den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung fällt.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben ist, ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht darauf beschränkt, und zahlreiche andere Modifikationen und Verbesserungen können von dem Fachmann entwickelt werden, ohne vom Geist und Umfang der in den beigefügten Ansprüchen beschriebenen Grundsätze der Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 110
- Batteriezelle
- 320
- Modulrahmen
- 320a
- Unterteil
- 320b
- Teil der Seitenfläche
- 320c
- Verbindungsteil
- F
- Formteil
