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TECHNISCHES GEBIET
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QUERVERWEIS MIT VERWANDTER(N) ANWENDUNG(EN)
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung 10-2020-0170443, die am 8. Dezember 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 aufweist, und insbesondere auf ein Batteriemodul, das ein Schwellungsphänomen einer Batteriezelle und eine Abmessungsstabilität einer Batteriezelle verbessert, und einen Batteriepack, der ein solches aufweist.
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HINTERGRUND
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Mit dem Anstieg der technologischen Entwicklung und der Nachfrage nach mobilen Geräten steigt auch die Nachfrage nach Batterien als Energiequellen rapide an. Insbesondere hat eine Sekundärbatterie als Energiequelle für motorbetriebene Geräte, wie beispielsweise ein Elektrofahrrad, ein Elektrofahrzeug und ein Hybrid-Elektrofahrzeug, sowie als Energiequelle für mobile Geräte, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, eine Digitalkamera, einen Laptop und ein tragbares Gerät, erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
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Kleine mobile Geräte verwenden eine oder mehrere Batteriezellen pro Gerät, während mittlere oder große Geräte wie Fahrzeuge eine hohe Leistung und große Kapazität benötigen. Daher wird ein mittelgroßes oder großes Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen verwendet, die elektrisch miteinander verbunden sind.
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Da das mittlere oder große Batteriemodul vorzugsweise so hergestellt wird, dass es eine möglichst geringe Größe und ein möglichst geringes Gewicht aufweist, wird hauptsächlich eine prismatische Batterie, eine pouch-type (beutel- oder taschenförmige) Batterie oder dergleichen als Batteriezelle des mittleren oder großen Batteriemoduls verwendet, die mit hoher Integration gestapelt werden kann und ein geringes Gewicht relativ zur Kapazität aufweist. Um den Batteriezellenstapel vor äußeren Stößen, Hitze oder Vibrationen zu schützen, kann das Batteriemodul einen Modulrahmen aufweisen, der an einer Vorderseite und einer Rückseite geöffnet ist und den Batteriezellenstapel in einem Innenraum aufnimmt.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Batteriemoduls. 2 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Batteriezellenstapel an dem Modulrahmen des Batteriemoduls von 1 montiert ist. 3 ist eine Ansicht, die einen Teil eines Querschnitts entlang der Schnittlinie A-A von 1 zeigt.
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Wie in 1 bis 3 gezeigt, umfasst das herkömmliche Batteriemodul 10 einen Batteriezellenstapel 12, in dem mehrere Batteriezellen 11 in einer Richtung gestapelt sind, Modulrahmen 30 und 40, die den Batteriezellenstapel 12 aufnehmen, Endplatten 15, die die Vorderseite und die Rückseite des Batteriezellenstapels 12 abdecken, und einen Verteilerschienenrahmen (nicht gezeigt), der zwischen der Endplatte 15 und der Vorderseite und der Rückseite des Batteriezellenstapels 12 gebildet ist. Dabei umfassen die Modulrahmen 30 und 40 einen unteren Rahmen 30 und eine obere Platte 40, deren Vorderseite und Rückseite sowie Oberseite offen sind.
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Dabei wird das Batteriemodul 10 an dem unteren Rahmen 30 montiert, während beide Seitenflächen des Batteriezellenstapels 12 gepresst werden, nachdem ein Druckpolster 50 an beiden Seitenflächen des Batteriezellenstapels 12 angebracht wurde. Dabei hat das herkömmliche Batteriemodul 10 das Problem, dass der Prozess und die Produktionslinie kompliziert sind, da ein separater Pressschritt zum Pressen des Batteriezellenstapels 12 erforderlich ist.
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Wie aus 3 ersichtlich, ist das Druckpolster 50 zwischen dem Batteriezellenstapel 12 und dem unteren Rahmen 30 angeordnet, aber im Allgemeinen hat das Druckpolster 50 das Problem, dass es Verformungen in der Breitenrichtung des Batteriemoduls 10 nur begrenzt auffangen kann. Insbesondere übt jede in dem Batteriezellenstapel des Batteriemoduls 10 enthaltene Batteriezelle einen Ausdehnungs- und Kontraktionsprozess beim Lade-/Entladevorgang wiederholt aus. Wenn die Verformung in der Breitenrichtung des Batteriemoduls 10 in einem solchen Prozess nicht ausreichend aufgefangen wird, besteht das Problem, dass das Phänomen des Aufblähens des Batteriemoduls und der Verformung des Modulrahmens auftritt.
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Daher besteht der Bedarf, ein Batteriemodul zu entwickeln, das eine durch die Ausdehnung und Kontraktion der Batteriezelle verursachte Verformung ausreichend absorbieren kann, und zugleich den Prozess des Batteriemoduls 10 einfacher zu gestalten.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Est ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Batteriemodul bereitzustellen, das das Phänomen der Aufblähung (swelling) einer Batteriezelle bewältigt und die Abmessungsstabilität einer Batteriezelle verbessert, sowie einen Batteriepack, der ein solches Modul aufweist.
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Die Aufgaben der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die vorgenannte Aufgabe beschränkt und andere Ziele, die hierin nicht explizit genannt sind, sollten dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen klar werden.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Batteriemodul bereitgestellt, das umfasst: einen Batteriezellenstapel, der mehrere Batteriezellen aufweist, welche entlang einer ersten Richtung gestapelt sind; ein erstes Druckpolster, das auf beiden Seitenflächen des Batteriezellenstapels angeordnet ist; und ein Außenelement, das die Außenfläche des Batteriezellenstapels umwickelt, wobei das erste Druckpolster zwischen dem Außenelement und der Außenfläche des Batteriezellenstapels angeordnet ist und wobei das Außenelement den Batteriezellenstapel in die erste Richtung drückt.
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Die Außenfläche des äußeren Teils des Batteriemoduls kann freigelegt (freiliegend) sein.
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Das Außenelement drückt die Oberseite und die Unterseite des Batteriezellenstapels in eine zweite Richtung, wobei die zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung verlaufen kann.
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Die zweite Richtung kann eine Breitenrichtung der mehreren Batteriezellen sein.
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Das Außenelement kann aus einem elastischen Material gebildet sein.
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Das Außenelement kann durch Umwickeln der Außenfläche des Batteriezellenstapels mit einem Film eines elastischen Materials gebildet werden.
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Das Außenelement ist aus einem Schrumpfschlauch gebildet, dessen Vorderseite und Rückseite offen sein können.
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Das erste Druckpolster kann sich entlang einer Seitenfläche des Batteriezellenstapels erstrecken.
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Der Batteriezellenstapel weist einen ersten Batteriezellenstapel und einen zweiten Batteriezellenstapel auf, und ein zweites Druckpolster kann zwischen dem ersten Batteriezellenstapel und dem zweiten Batteriezellenstapel angeordnet sein.
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Das zweite Druckpolster kann sich entlang der Seitenfläche des ersten Batteriezellenstapels und der Seitenfläche des zweiten Batteriezellenstapels erstrecken.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Batteriepack bereitgestellt, der das vorgenannte Batteriemodul aufweist.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Batteriemodul, das ein Außenelement aufweist, welches die äußere Oberfläche des Batteriezellenstapels umwickelt, und ein Batteriepack, der ein solches aufweist, bereitgestellt werden, und somit kann ein Aufblähungsphänomen einer Batteriezelle bewältigt und eine Abmessungsstabilität einer Batteriezelle kann verbessert werden.
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Die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die vorgenannten Wirkungen beschränkt und zusätzliche andere, nicht genannte Wirkungen erschließen sich dem Fachmann 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 Ansicht eines Batteriezellenstapels, der an dem Modulrahmen des Batteriemoduls von 1 montiert ist;
- 3 ist eine Ansicht eines Teils eines Querschnitts entlang der Schnittlinie A-A von 1;
- 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriemoduls von 4;
- 6 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Batteriezellenstapels, der in dem Batteriemodul von 4 enthalten ist;
- 7 ist eine Ansicht eines Teils eines Querschnitts entlang der Schnittlinie B-B von 4; und
- 8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Querschnittsansicht von 7.
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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 der Fachmann diese leicht ausführen kann. 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 Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente in der gesamten Offenbarung.
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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 in der Beschreibung von einem Teil die Rede ist, der einen bestimmten Bestandteil „enthält“, „aufweist“, „umfasst“, usw., bedeutet dies, dass der Teil auch andere Bestandteile enthalten kann, ohne etwaige andere 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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Nachfolgend wird das Batteriemodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Allerdings ist die Beschreibung hierin bezüglich der Vorderseite, unter der Vorderseite und der Rückseite, des Batteriemoduls erstellt, ohne notwendigerweise darauf beschränkt zu sein, und auch im Falle der Rückseite kann eine Beschreibung mit gleichen oder ähnlichen Inhalten gelten.
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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. 6 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Batteriezellenstapels, der in dem Batteriemodul von 4 enthalten ist.
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Gemäß 4 bis 6 umfasst das Batteriemodul 100 einen Batteriezellenstapel 120, in dem mehrere Batteriezellen 110 in einer ersten Richtung gestapelt sind, ein äußeres Element 300, das den Batteriezellenstapel 120 umwickelt, und ein Erfassungselement (nicht dargestellt), das die Vorderseite und die Rückseite des Batteriezellenstapels abdeckt.
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Der Batteriezellenstapel 120, der von dem Außenelement 300 umwickelt ist, ist ein Stapel von mehreren Batteriezellen 110, wobei die Batteriezelle 110 vorzugsweise eine pouch-type (beutelartige, taschenartige) Batteriezelle ist. Die Batteriezelle 110 kann hergestellt sein, indem die Elektrodenanordnung in einem Pouch-Gehäuse aus einem Laminatblatt, das eine Harzschicht und eine Metallschicht aufweist, aufgenommen wird und dann ein Versiegelungsteil des Pouch-Gehäuses heiß versiegelt wird. Die Batteriezellen 110 können durch mehrere Nummern konfiguriert sein, und die mehreren Batteriezellen 110 bilden einen Batteriezellenstapel 120 und sind so gestapelt, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind.
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Im Folgenden wird das Außenelement 300 näher beschrieben.
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Mit Bezug auf 4 und 5 kann das Außenelement 300 die Außenfläche des Batteriezellenstapels 120 umwickeln. Hierin ist das Außenelement 300 ein Element, das sowohl Seitenflächen als auch eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und an seiner Vorderseite und seine Rückseite offen sein kann. Dabei können sowohl die Seitenflächen als auch die Oberseite und die Unterseite des Batteriezellenstapels 120 von dem Außenelement 300 umwickelt sein, und die Vorderseite und die Rückseite können offen sein.
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Ferner können die beiden Seitenflächen sowie die Oberseite und die Unterseite des Außenelements 300 jeweils eine Größe aufweisen, die der Größe der Außenfläche des Batteriezellenstapels entspricht. In einem Beispiel können die beiden Seitenflächen des Außenelements 300 eine Größe aufweisen, die gleich oder kleiner ist als die Seitenfläche des Batteriezellenstapels 120. Ferner können die Oberseite und die Unterseite des Außenelements 300 gleich groß oder kleiner als die Oberseite und die Unterseite des Batteriezellenstapels 120 sein.
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Dadurch kann das Außenelement 300 in der vorliegenden Ausführungsform den Batteriezellenstapel 120 in eine bestimmte Richtung drücken, um den Batteriezellenstapel 120 zu umwickeln. Das heißt, das Außenelement 300 drückt die Batteriezellen 110, die in dem Batteriezellenstapel 120 enthalten sind, in eine bestimmte Richtung, wodurch das Aufblähungsphänomen der Batteriezellen bewältigt wird und die Abmessungsstabilität des Batteriemoduls verbessert wird. Ferner wird durch den Prozess, bei dem der Batteriezellenstapel 120 von dem Außenelement 300 umwickelt wird, der Batteriezellenstapel 120 gleichzeitig gepresst, so dass ein Prozess des separaten Pressens des Batteriezellenstapels 120 nicht erforderlich ist, was den Prozess und die Produktionslinie vereinfachen kann.
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Außerdem kann die Außenfläche des Außenelements 300 während Umwicklung des Batteriezellenstapels 120 freigelegt (freiliegend) sein. Das heißt, wenn das Batteriemodul 100 in einem später beschriebenen Verfahren an einen Packrahmen (nicht dargestellt) des Batteriepacks montiert wird, kann das Außenelement 300 mit einem Packrahmen in Kontakt kommen.
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Dadurch kann in der vorliegenden Ausführungsform das Außenelement 300 die Modulrahmen 30 und 40 des herkömmlichen Batteriemoduls 10 ersetzen, was den Vorteil bringt, dass die Effizienz des Prozesses gesteigert werden kann und die Kosten gesenkt werden können.
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In einem Beispiel kann das Außenelement 300 aus einem elastischen Material hergestellt sein. Das elastische Material kann aus mindestens einem Material wie Polyethylen (PE) und Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet sein. Hierin kann das Außenelement 300 durch Umwickeln der Außenfläche des Batteriezellenstapels aus einem Film eines elastischen Materials oder einem Schrumpfschlauch gebildet sein. Dabei kann der Schrumpfschlauch an seiner Vorderseite und seiner Rückseite offen sein. Der Schrumpfschlauch kann dabei verwendet werden, ohne Einschränkungen, solange es sich um ein elastisches Material handelt, das die in dem Batteriezellenstapel 120 enthaltene Batteriezelle 110 ausreichend pressen kann und gleichzeitig einen äußeren Stoß wirksam absorbieren kann.
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Dadurch kann das Außenelement 300 in der vorliegenden Ausführungsform ein Aufblähungsphänomen der Batteriezelle verhindern und die Abmessungsstabilität des Batteriemoduls verbessern. Ferner hat das Außenelement 300 den Vorteil, dass es an sich elastisch ist und eine Verformung als Reaktion auf eine Änderung des Volumens der Batteriezelle 110 minimieren kann.
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Außerdem kann die Außenfläche des Batteriezellenstapels 120 an der Innenfläche des Außenelements 300 befestigt sein. Dabei kann das elastische Material in dem Außenelement 300 selbst eine Haftkraft ausüben. Außerdem können das Außenelement 300 und der Batteriezellenstapel 120 durch eine Reibungskraft zwischen der Innenfläche des Außenelements 300 und der Außenfläche des Batteriezellenstapels 120 befestigt werden. Ferner kann eine separate Klebeschicht zwischen dem Außenelement 300 und dem Batteriezellenstapel 120 gebildet werden.
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In einem Beispiel kann jede der Klebeschichten aus einem Tape gebildet sein oder beschichtet und mit einem Haftbindemittel gebildet sein. Vorzugsweise ist die Klebeschicht mit einem Tape beschichtet oder ist aus einem doppelseitigen Tape gebildet, so dass der Batteriezellenstapel 120 und das Außenelement 300 leicht befestigt werden können. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann jedoch jedes Material mit Klebeeigenschaften ohne Einschränkung hierauf verwendet werden, das die Batteriezellen 110 oder zwischen den Batteriezellen 110 und dem Außenelement 300 aneinander befestigen kann.
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Dadurch kann der Batteriezellenstapel 120 stabil in dem Außenteil 300 aufgenommen werden.
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Im Folgenden wird das Druckpolster 500 detailliert beschrieben.
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Mit Bezug auf 5 und 6 kann das Batteriemodul 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart eingerichtet sein, dass das erste Druckpolster 500 zwischen dem Außenelement 300 und der Außenfläche des Batteriezellenstapels 120 angeordnet ist. Dabei kann sich das erste Druckpolster 500 entlang der Außenfläche des Batteriezellenstapels 120 erstrecken. Ferner kann das erste Druckpolster 500 eine Größe aufweisen, die gleich oder kleiner als die Außenfläche des Batteriezellenstapels 120 ist.
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Ferner mit Bezug auf 5 und 6 umfasst der Batteriezellenstapel 120 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen ersten Batteriezellenstapel und einen zweiten Batteriezellenstapel, und ein zweites Druckpolster 500 kann zwischen dem ersten Batteriezellenstapel und dem zweiten Batteriezellenstapel angeordnet sein. Ferner kann sich das zweite Druckpolster 500 entlang der Seitenflächen des ersten Batteriezellenstapels und der Seitenflächen des zweiten Batteriezellenstapels erstrecken.
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In einem Beispiel können das erste Druckpolster und das zweite Druckpolster 500 aus einem Polyurethanmaterial gebildet sein. Ohne hierauf beschränkt zu sein, kann jedoch jedes Material verwendet werden, das eine Volumenänderung während der Ausdehnung der Batteriezelle 110 absorbieren kann.
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Dadurch können das erste Druckpolster und das zweite Druckpolster 500 leicht die Ausdehnung absorbieren, die in den Batteriezellen 110 in dem Batteriezellenstapel 120 erzeugt wird, und das Außenelement 300 kann dazu beitragen, die Außenfläche des Batteriezellenstapels 120 zu pressen.
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7 ist eine Ansicht eines Teils eines Querschnitts entlang der Schnittlinie B-B von 4. 8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Querschnittsansicht von 7.
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In der vorliegenden Ausführungsform drückt das Außenelement 300 den Batteriezellenstapel 120 in die erste Richtung (vgl. 7 und 8). Genauer gesagt kann die erste Richtung eine Breitenrichtung des Batteriemoduls 100 sein, die mit der Stapelrichtung der mehreren Batteriezellen 110 in dem Batteriezellenstapel 120 übereinstimmen kann.
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Dabei drückt das Außenelement 300 den Batteriezellenstapel 120 in die gleiche Richtung wie die Breitenrichtung des Batteriemoduls 100 oder die Stapelrichtung der Batteriezellen 110, um ein Aufblähen des Batteriemoduls wirksam zu verhindern. Ferner ist das erste Druckpolster 500 zwischen dem Außenelement 300 und dem Batteriezellenstapel 120 angeordnet, um Verformungen, die in Breitenrichtung des Batteriemoduls 100 auftreten, wirksam zu absorbieren. Ferner kann auch die Lebensdauer des Batteriemoduls 100 verbessert werden.
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Ferner drückt das Außenelement 300 die Oberseite und die Unterseite des Batteriezellenstapels in die zweite Richtung, wobei die zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung sein kann. Genauer gesagt kann die zweite Richtung eine Breitenrichtung der mehreren Batteriezellen 110 sein.
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Dadurch kann das Außenelement 300 einen vorbestimmten Druck auch in die Breitenrichtung der Batteriezelle 110 senkrecht zu der Breitenrichtung des Batteriemoduls 100 ausüben, und somit kann ein Aufblähungsphänomen auch in der Breitenrichtung der Batteriezelle 110 wirksam verhindert werden. Ferner kann die Lebensdauer des Batteriemoduls 100 weiter verbessert werden.
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Ein Batteriepack gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst das oben beschriebene Batteriemodul. Zugleich können ein oder mehrere Batteriemodule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einem Packgehäuse verpackt werden, um einen Batteriepack zu bilden.
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Das oben erwähnte Batteriemodul und der Batteriepack, der dieses Modul 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 darauf beschränkt und ist auch auf verschiedene andere Geräte anwendbar, die ein Batteriemodul verwenden können, welches 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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- 100
- Batteriemodul
- 110
- Batteriezelle
- 120
- Batteriezellenstapel
- 300
- Externes Mitglied
- 500
- Druckpolster
