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[TECHNISCHES GEBIET]
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Querverweis auf verwandte Anmeldung(en)
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2021-0051383 , die am 20. April 2021 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht wurde, deren Inhalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Batteriemodul und einen Batteriepack, der dasselbe beinhaltet, und insbesondere auf ein Batteriemodul mit verbesserter Kühlleistung und einen Batteriepack, der jenes Batteriemodul enthält.
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[HINTERGRUND]
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In der modernen Gesellschaft wurde, da tragbare Vorrichtungen wie ein Mobiltelefon, ein Notebook-Computer, ein Camcorder und eine Digitalkamera täglich verwendet wurden, die Entwicklung von Technologien in den Gebieten, die sich auf mobile Vorrichtungen beziehen, wie oben beschrieben, aktiv weiterentwickelt. Zusätzlich werden aufladbare/entladbare Sekundärbatterien als eine Leistungsquelle für ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (P-HEV) und dergleichen verwendet, um zu versuchen, Luftverschmutzung und dergleichen zu lösen, die durch vorhandene Benzinfahrzeuge unter Verwendung fossiler Brennstoffe verursacht werden. Daher besteht ein wachsender Bedarf an der Weiterentwicklung der Sekundärbatterie.
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Derzeit enthalten kommerzialisierte Sekundärbatterien eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie, eine Nickel-Zink-Batterie und eine Lithium-Sekundärbatterie. Unter ihnen hat sich die Lithium-Sekundärbatterie durchgesetzt, weil sie Vorteile hat, indem sie zum Beispiel im Vergleich zu Nickel-basierten Sekundärbatterien kaum Speichereffekte zeigt und somit frei geladen und entladen werden kann und eine sehr geringe Selbstentladungsrate und eine hohe Energiedichte aufweist.
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Eine solche Lithium-Sekundärbatterie verwendet hauptsächlich ein Lithium-basiertes Oxid und ein kohlenstoffhaltiges Material als ein Positivelektrodenaktivmaterial bzw. ein Negativelektrodenaktivmaterial. Die Lithium-Sekundärbatterie weist eine Elektrodenanordnung auf, in der eine Positivelektrodenplatte und eine Negativelektrodenplatte, die jeweils mit dem Positivelektrodenaktivmaterial und dem Negativelektrodenaktivmaterial beschichtet sind, mit einem dazwischen gestellten Separator angeordnet sind, und ein Batteriegehäuse, das die Elektrodenanordnung zusammen mit einer Elektrolytlösung abdichtet und unterbringt.
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Im Allgemeinen kann die Lithium-Sekundärbatterie basierend auf der Form des Außenmaterials in eine Sekundärbatterie vom Dosentyp, in der die Elektrodenanordnung in eine Metallbüchse eingebaut ist, und eine Sekundärbatterie vom Pouch-typ, in der die Elektrodenanordnung in einen Beutel aus einem Aluminiumlaminatblech eingebaut ist, klassifiziert werden.
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Im Fall einer Sekundärbatterie, die für kleinformatige Vorrichtungen verwendet wird, sind zwei bis drei Batteriezellen angeordnet, aber im Fall einer Sekundärbatterie, die für eine mittelgroße oder großformatige Vorrichtung wie ein Automobil verwendet wird, wird ein Batteriemodul verwendet, in dem eine große Anzahl von Batteriezellen elektrisch verbunden ist. In einem solchen Batteriemodul ist eine große Anzahl von Batteriezellen miteinander in Reihe oder parallel verbunden, um eine Zellenanordnung zu bilden, wodurch Kapazität und Leistung verbessert werden. Zusätzlich können ein oder mehrere Batteriemodule zusammen mit verschiedenen Steuer- und Schutzsystemen, wie etwa einem BMS (Batteriemanagementsystem) und einem Kühlsystem, montiert werden, um ein Batteriepack zu bilden.
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Wenn die Temperatur der Sekundärbatterie höher als eine geeignete Temperatur steigt, kann die Leistung der Sekundärbatterie verschlechtert werden, und im schlimmsten Fall besteht auch die Gefahr einer Explosion oder Entzündung. Insbesondere kann eine große Anzahl von Sekundärbatterien, das heißt ein Batteriemodul oder ein Batteriepack mit Batteriezellen, die Wärme, die von der großen Anzahl von Batteriezellen erzeugt wird, in einem engen Raum aufsummieren, so dass die Temperatur schneller und übermäßig steigen kann. Mit anderen Worten kann ein Batteriemodul, in dem eine große Anzahl von Batteriezellen gestapelt ist, und ein Batteriepack, das mit einem solchen Batteriemodul ausgestattet ist, eine hohe Leistung erhalten, aber es ist nicht einfach, Wärme, die von den Batteriezellen beim Laden und Entladen erzeugt wird, abzuführen. Wenn die Wärmeableitung der Batteriezelle nicht ordnungsgemäß durchgeführt wird, wird die Alterung der Batteriezellen beschleunigt, die Lebensdauer wird verkürzt und die Möglichkeit einer Explosion oder Entzündung steigt.
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Darüber hinaus kann es im Fall eines mittelgroßen oder großformatigen Batteriemoduls, das in einem Fahrzeugbatteriepack enthalten ist, häufig direktem Sonnenlicht ausgesetzt sein und kann unter Hochtemperaturbedingungen, wie etwa Sommer- oder Wüstengebieten, ausgesetzt sein.
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Daher kann es, wenn ein Batteriemodul oder ein Batteriepack konfiguriert wird, sehr wichtig sein, eine stabile und effektive Kühlleistung sicherzustellen.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein herkömmliches Batteriemodul zeigt, und 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A' von 1 zeigt. Insbesondere veranschaulicht 2 ferner ein Wärmeübertragungselement und einen Kühlkörper, der unter dem Batteriemodul angeordnet ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist das herkömmliche Batteriemodul 10 so konfiguriert, dass eine Vielzahl von Batteriezellen 11 gestapelt ist, um einen Batteriezellenstapel 20 zu bilden, und der Batteriezellenstapel 20 ist in dem Modulgehäuse 30 untergebracht.
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Wie oben beschrieben, erzeugt das Batteriemodul 10, da es eine Vielzahl von Batteriezellen 11 aufweist, eine große Wärmemenge in einem Lade- und Entladeprozess. Als Kühlmittel kann das Batteriemodul 10 eine wärmeleitende Harzschicht 40 aufweisen, die zwischen dem Batteriezellenstapel 20 und dem Bodenabschnitt 31 des Modulgehäuses 30 angeordnet ist. Ferner können, wenn das Batteriemodul 10 an dem Packgerüst montiert ist, um ein Batteriepack zu bilden, ein Wärmeübertragungselement 50 und ein Kühlkörper 60 nacheinander unter dem Batteriemodul 10 angeordnet sein.
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Die von der Batteriezelle 11 erzeugte Wärme strömt durch die wärmeleitende Harzschicht 40, den Bodenabschnitt 31 des Modulgehäuses 30, das Wärmeübertragungselement 50 und den Kühlkörper 60 in dieser Reihenfolge, um an die Außenseite des Batteriemoduls 10 übertragen zu werden.
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Im Übrigen ist es im Fall des herkömmlichen Batteriemoduls 10, da der Wärmeübertragungsweg wie oben beschrieben kompliziert ist, schwierig, die von der Batteriezelle 11 erzeugte Wärme effektiv zu übertragen. Ferner wird im Fall des herkömmlichen Batteriemoduls 10 die von der Batteriezelle 11 erzeugte Wärme nur durch einen unidirektionalen Weg übertragen, der mit der wärmeleitenden Harzschicht 40 und dem Bodenabschnitt 31 des Modulgehäuses 30 verbunden ist, so dass die Wärmeübertragung begrenzt ist. Daher wird ein zusätzlicher Wärmeübertragungsweg benötigt, der in der Lage ist, die von der Batteriezelle 11 erzeugte Wärme nach außen zu übertragen.
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Daher ist es, da andere Anforderungen, wie etwa Kapazitätserhöhung in Bezug auf das Batteriemodul, kontinuierlich wachsen, in der Praxis notwendig, ein Batteriemodul zu entwickeln, das diese verschiedenen Anforderungen erfüllen kann, während die Kühlleistung der Batteriezelle verbessert wird.
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[DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG]
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[Technische Aufgabe]
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriemodul mit verbesserter Kühlleistung und einen Batteriepack, der dasselbe Batteriemodul enthält, bereitzustellen.
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Das durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Aufgaben beschränkt und kann im Rahmen der in der vorliegenden Erfindung enthaltenen technischen Idee verschieden erweitert werden.
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[Technische Lösung]
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Batteriemodul bereitgestellt, aufweisend: einen Batteriezellenstapel, in dem eine Vielzahl von Batteriezellen gestapelt ist; und ein Modulgehäuse, in dem der Batteriezellenstapel untergebracht ist, wobei das Batteriemodul ein erstes Wärmeableitungselement, das zwischen den Batteriezellen angeordnet ist; und ein zweites Wärmeableitungselement, das zwischen dem Modulgehäuse und der äußersten Batteriezelle des Batteriezellenstapels angeordnet ist, aufweist.
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Das Modulgehäuse weist ein Gehäuseelement zum Abdecken des unteren Abschnitts und beider Seitenflächen des Batteriezellenstapels und eine Oberplatte zum Abdecken des oberen Abschnitts des Batteriezellenstapels auf, und das erste Wärmeableitungselement und das zweite Wärmeableitungselement können in Kontakt mit dem Gehäuseelement stehen.
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Das Gehäuseelement weist einen Seitenflächenabschnitt zum Abdecken der Seitenfläche des Batteriezellenstapels und einen Bodenabschnitt zum Abdecken der unteren Fläche des Batteriezellenstapels auf. Das erste Wärmeableitungselement kann in Kontakt mit dem Bodenabschnitt stehen, und das zweite Wärmeableitungselement kann in Kontakt mit dem Bodenabschnitt und dem Seitenflächenabschnitt stehen.
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Das erste Wärmeableitungselement und das zweite Wärmeableitungselement können in Kontakt mit der Oberplatte stehen.
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Das Batteriemodul nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner eine wärmeleitende Harzschicht auf, die zwischen der unteren Fläche des Batteriezellenstapels und dem Bodenabschnitt des Gehäuseelements angeordnet ist, und das erste Wärmeableitungselement und das zweite Wärmeableitungselement können in Kontakt mit der wärmeleitenden Harzschicht stehen.
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Das erste Wärmeableitungselement und das zweite Wärmeableitungselement können eine Röhrenform mit einem Leerraum aufweisen, der parallel zu dem Seitenflächenabschnitt des Gehäuseelements ausgebildet ist.
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Das erste Wärmeableitungselement und das zweite Wärmeableitungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können in einer hexaedrischen Struktur ausgebildet sein, deren Inneres leer ist.
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Das erste Wärmeableitungselement und das zweite Wärmeableitungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können in einer hexaedrischen Struktur ausgebildet sein, deren oberer Abschnitt und unterer Abschnitt geöffnet sind und ein Abschnitt des Seitenflächenabschnitts geöffnet ist.
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Das erste Wärmeableitungselement kann mehrfach so ausgebildet sein, dass es zwischen den Batteriezellen angeordnet ist.
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Das zweite Wärmeableitungselement kann so ausgebildet sein, dass es an einem Seitenflächenabschnitt des Gehäuseelements anliegt.
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Das erste Wärmeableitungselement und das zweite Wärmeableitungselement können so ausgebildet sein, dass sie eine vertikale Länge aufweisen, die länger als die der Batteriezelle ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriepack bereitgestellt, aufweisend: das Batteriemodul, ein Wärmeübertragungselement, das unter dem Bodenabschnitt des Batteriemoduls angeordnet ist, und einen Kühlkörper, der unter dem Wärmeübertragungselement angeordnet ist.
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[Vorteilhafte Wirkungen]
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Das Batteriemodul nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Wärmeableitungselement auf, das zwischen den Batteriezellen angeordnet ist, und das Wärmeableitungselement bildet eine Vielzahl von Wärmeübertragungswegen, wodurch die Kühlleistung verbessert werden kann.
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Zusätzlich weist das Wärmeableitungselement einen Luftspalt auf, wodurch in der Lage ist, die von den Batteriezellen erzeugte Wärme effektiv zu übertragen und gleichzeitig den Effekt des Verhinderns der Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen zu erzielen.
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Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben genannten Wirkungen beschränkt, und zusätzliche andere Wirkungen, die nicht oben beschrieben sind, werden von Fachleuten aus der Beschreibung der beigefügten Ansprüche klar verstanden.
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[KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN]
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein herkömmliches Batteriemodul zeigt;
- 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A' von 1 zeigt;
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Batteriemodul nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriemoduls von 3;
- 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Batteriezelle zeigt, die in dem Batteriemodul von 4 enthalten ist;
- 6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Querschnitts entlang der Schnittlinie B-B' von 3 zeigt;
- 7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Wärmeableitungselement nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Wärmeableitungselement nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Wärmeableitungselement nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
- 10 ist eine Querschnittsansicht eines Batteriepacks nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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[AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN]
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, sodass der Fachmann sie leicht ausführen kann. Die vorliegende Offenbarung kann auf verschiedene Weise modifiziert werden und ist nicht auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt.
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Abschnitte, die für die Beschreibung irrelevant sind, werden weggelassen, um die vorliegende Offenbarung klar zu beschreiben, und gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Beschreibung gleiche Elemente.
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Ferner sind in den Zeichnungen die Größe und Dicke jedes Elements zur Vereinfachung der Beschreibung willkürlich veranschaulicht und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf die in den Zeichnungen veranschaulichten beschränkt. In den Zeichnungen ist die Dicke von Schichten, Bereichen usw. der Klarheit halber übertrieben dargestellt. In den Zeichnungen sind zur Vereinfachung der Beschreibung die Dicken einiger Schichten und Bereiche übertrieben dargestellt.
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Zusätzlich versteht es sich, dass, wenn ein Element, wie etwa eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder eine Platte, als „auf‟ oder „über“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, sich das Element direkt auf dem anderen Element befinden kann oder auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als "direkt auf einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, bedeutet dies, dass keine anderen dazwischenliegenden Elemente vorhanden sind. Ferner bedeutet das Wort „auf‟ oder „über“, dass es auf oder unter einem Referenzabschnitt angeordnet ist, und bedeutet nicht notwendigerweise, dass es auf dem oberen Ende des Referenzabschnitts in die entgegengesetzte Schwerkraftrichtung angeordnet ist.
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Ferner bedeutet in der gesamten Beschreibung, wenn ein Abschnitt als eine bestimmte Komponente „enthaltend“, „aufweisend“ oder „umfassend“ bezeichnet wird, dass der Abschnitt ferner andere Komponenten enthalten kann, ohne andere Komponenten auszuschließen, sofern nicht anders angegeben.
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Ferner bedeutet in der gesamten Beschreibung, dass wenn etwas als „planar“ bezeichnet wird, dass ein bestimmter Abschnitt von der Oberseite betrachtet wird, und wenn etwas als „Querschnitt“ bezeichnet wird, bedeutet dies, dass ein bestimmter Abschnitt von der Seite eines vertikal geschnittenen Querschnitts betrachtet wird.
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Die Begriffe „erste“, „zweite“ usw. können verwendet werden, um verschiedene Komponenten zu erläutern, aber die Komponenten sollten nicht durch die Begriffe beschränkt sein. Diese Begriffe werden nur verwendet, um eine Komponente von der anderen Komponente zu unterscheiden.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Batteriemodul nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriemoduls von 3. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Batteriezelle zeigt, die in dem Batteriemodul von 4 enthalten ist. 6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Querschnitts entlang der Schnittlinie B-B' von 3 zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 3 bis 6 weist eine Batteriezelle 100 nach der vorliegenden Ausführungsform einen Batteriezellenstapel 120, der durch Stapeln einer Vielzahl von Batteriezellen 110 gebildet ist, ein Modulgehäuse 200 zum Unterbringen des Batteriezellenstapels 120 und ein Wärmeableitungselement 500, das zwischen den Batteriezellen 110 und/oder zwischen dem Modulgehäuse 200 und der äußersten Batteriezelle 110 des Batteriezellenstapels 120 angeordnet ist, auf. Insbesondere kann das erste Wärmeableitungselement 500a zwischen den Batteriezellen angeordnet sein, und ein zweites Wärmeableitungselement 500b kann zwischen dem Modulgehäuse 200 und der äußersten Batteriezelle 110 des Batteriezellenstapels 120 angeordnet sein. Im Folgenden wird das Wärmeableitungselement 500 zur Vereinfachung der Erläuterung gemeinsam beschrieben, mit Ausnahme des Unterschieds zwischen dem ersten Wärmeableitungselement 500a und dem zweiten Wärmeableitungselement 500b.
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Zunächst ist die Batteriezelle 110 vorzugsweise eine Batteriezelle vom Pouch-Typ und kann in einer rechteckigen blechartigen Struktur ausgebildet sein. Beispielsweise weist die Batteriezelle 110 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Struktur auf, in der zwei Elektrodenleitungen 111 und 112 einander zugewandt sind und von einem Endabschnitt 114a bzw. dem anderen Endabschnitt 114b des Zellhauptkörpers 113 vorstehen. Das heißt, die Batteriezelle 110 weist Elektrodenleitungen 111 und 112 auf, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen vorstehen. Insbesondere sind die Elektrodenleitungen 111 und 112 mit einer Elektrodenanordnung (nicht gezeigt) verbunden und stehen von der Elektrodenanordnung (nicht gezeigt) zur Außenseite der Batteriezelle 110 vor.
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Währenddessen kann die Batteriezelle 110 durch Verbinden beider Endabschnitte 114a und 114b eines Zellgehäuses 114 und eines Seitenabschnitts 114c, das sie verbindet, in einem Zustand, in dem eine Elektrodenanordnung (nicht gezeigt) in einem Zellgehäuse 114 untergebracht ist, hergestellt werden. Mit anderen Worten weist die Batteriezelle 110 nach der vorliegenden Ausführungsform insgesamt drei Abdichtungsabschnitte 114sa, 114sb und 114sc auf, wobei die Abdichtungsabschnitte 114sa, 114sb und 114sc eine Struktur aufweisen, die durch ein Verfahren wie etwa Heißsiegeln abgedichtet ist, und der verbleibende andere Seitenteil kann aus einem Verbindungsabschnitt 115 bestehen. Das Zellgehäuse 114 kann aus einem Laminatblech bestehen, das eine Harzschicht und eine Metallschicht aufweist.
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Zusätzlich kann sich der Verbindungsabschnitt 115 längs entlang einer Kante der Batteriezelle 11 erstrecken, und eine Nase 110p kann an einem Endabschnitt des Verbindungsabschnitts 115 ausgebildet sein. Ferner kann, während das Zellgehäuse 114 mit den dazwischen angeordneten vorstehenden Elektrodenleitungen 111 und 112 abgedichtet ist, ein Absatzabschnitt 116 zwischen den Elektrodenleitungen 111 und 112 und dem Zellhauptkörper 113 ausgebildet sein. Das heißt, die Batteriezelle 110 weist einen Absatzabschnitt 116 auf, der so ausgebildet ist, dass er sich vom Zellgehäuse 114 in einer vorstehenden Richtung der Elektrodenleitungen 111 und 112 erstreckt.
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Die Batteriezelle 110 kann mehrfach konfiguriert sein, und eine Vielzahl von Batteriezellen 110 kann so gestapelt sein, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, wodurch ein Batteriezellenstapel 120 gebildet wird. Insbesondere, wie in 4 gezeigt, kann die Vielzahl von Batteriezellen 110 entlang einer Richtung parallel zur y-Achse gestapelt sein. Dadurch können die Elektrodenleitungen 111 und 112 in Richtung der x-Achsenrichtung bzw. der -x-Achsenrichtung vorstehen.
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Dabei wird, wenn das Laden und Entladen der Batteriezellen 110 wiederholt durchgeführt wird, Wärme erzeugt. Dabei wird eine große Menge an Wärme in einem Abschnitt neben den Elektrodenleitungen 111 und 112 erzeugt. Das heißt, wenn man sich dem Absatzteil 116 anstatt dem Mittelteil des Zellhauptkörpers 113 nähert, wird mehr Wärme in Reaktion auf das Laden und Entladen erzeugt.
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Das Modulgehäuse 200 zum Unterbringen des Batteriezellenstapels 120 kann ein Gehäuseelement 300 zum Abdecken des unteren Abschnitts und beider Seitenflächen des Batteriezellenstapels 120 und eine Oberplatte 400 zum Abdecken des oberen Abschnitts des Batteriezellenstapels 120 aufweisen.
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Das Gehäuseelement 300 kann einen Bodenabschnitt 300a und zwei Seitenflächenabschnitte 300b aufweisen, die sich von beiden Endabschnitten des Bodenabschnitts 300a nach oben erstrecken. Der Bodenabschnitt 300a kann die untere Fläche des Batteriezellenstapels 120 abdecken, und der Seitenflächenabschnitt 300b kann beide Seitenflächen des Batteriezellenstapels 120 abdecken. Hier bezieht sich die untere Fläche des Batteriezellenstapels 120 auf eine Fläche in Richtung der -z-Achse, und beide Seitenflächen des Batteriezellenstapels 120 beziehen sich auf Flächen in Richtung der y-Achse und der -y-Achse. Dies sind jedoch Aspekte, die zur Vereinfachung der Erläuterung erwähnt werden, und können in Abhängigkeit von der Position eines Zielobjekts oder der Position des Beobachters variieren.
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Die Oberplatte 400 kann in einer einzigen plattenförmigen Struktur ausgebildet sein, die die untere Fläche, die durch das Gehäuseelement 300 umhüllt ist, und die verbleibende obere Fläche (Fläche in Richtung der z-Achse) unter Ausschluss der beiden Seitenflächen umhüllt. Die Oberplatte 400 und das Gehäuseelement 300 können durch Schweißen oder dergleichen in einem Zustand verbunden werden, in dem die entsprechenden Eckabschnitte miteinander in Kontakt stehen, wodurch eine Struktur gebildet wird, die den Batteriezellenstapel 120 vertikal und horizontal abdeckt. Es ist möglich, den Batteriezellenstapel 120 durch die Oberplatte 400 und das Gehäuseelement 300 physisch zu schützen. Zu diesem Zweck können die Oberplatte 220 und das Gehäuseelement 300 ein Material aus Metall mit einer vorbestimmten Festigkeit aufweisen.
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Währenddessen kann das Modulgehäuse 200 gemäß einer Modifikation, obwohl in der Figur nicht speziell gezeigt, ein Monorahmen in Form einer Metallplatte sein, in die die obere Fläche, die untere Fläche und beide Seitenflächen integriert sind. Das heißt, dies kann eine Struktur sein, in die die obere Fläche, die untere Fläche und beide Seitenflächen integriert sind, indem sie durch Strangpressen hergestellt werden, anstatt einer Struktur, in der die Oberplatte 400 und das Gehäuseelement 300 miteinander gekoppelt sind.
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Währenddessen kann das Batteriemodul 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Endplatte 150 aufweisen, die die vordere bzw. hintere Fläche des Batteriezellenstapels 120 abdeckt. Vorliegend bezieht sich die vordere Fläche des Batteriezellenstapels 120 auf eine Fläche in der x-Achsenrichtung und die hintere Fläche des Batteriezellenstapels 120 bezieht sich auf eine Fläche in der -x-Achsenrichtung.
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Die Endplatte 150 kann auf den beiden offenen Seiten des Modulgehäuses 200 angeordnet sein, so dass sie dazu ausgebildet sein kann, den Batteriezellenstapel 120 abzudecken, und es möglich ist, den Batteriezellenstapel 120 und andere elektronische Instrumente physisch vor äußeren Einwirkungen zu schützen.
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Währenddessen können der Sammelschienengerüst 130, an dem die Sammelschiene montiert ist, eine isolierende Abdeckung zur elektrischen Isolierung und dergleichen zwischen dem Batteriezellenstapel 120 und der Endplatte 150 angeordnet sein.
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Ferner weist das Batteriemodul 100 nach der vorliegenden Ausführungsform ferner eine wärmeleitende Harzschicht 310 auf, die zwischen der unteren Fläche des Batteriezellenstapels 120 und dem Bodenabschnitt 300a des Gehäuseelements 300 angeordnet ist, und die wärmeleitende Harzschicht 310 kann die Aufgabe des Übertragens der in der Batteriezelle 110 erzeugten Wärme zum Boden des Batteriemoduls 100 und des Befestigens des Batteriezellenstapels 120 erfüllen.
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Als Nächstes wird das Wärmeableitungselement des Batteriemoduls nach der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ausführlich beschrieben.
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7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Wärmeableitungselement nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 6 kann das Wärmeableitungselement 500 nach der vorliegenden Ausführungsform ein erstes Wärmeableitungselement 500a, das zwischen den Batteriezellen 110 angeordnet ist, und ein zweites Wärmeableitungselement 500b, das zwischen dem Modulgehäuse 200 und der äußersten Batteriezelle 110 des Batteriezellenstapels 120 angeordnet ist, aufweisen. Insbesondere kann das zweite Wärmeableitungselement 500b so ausgebildet sein, dass es zwischen dem Seitenflächenabschnitt 300b des Gehäuseelements 300 und der äußersten Batteriezelle 110 des Batteriezellenstapels 120 angeordnet ist.
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Dabei weist das Modulgehäuse 200, wie oben beschrieben, ein Gehäuseelement 300 und eine Oberplatte 400 auf, und das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b können in Kontakt mit der Oberplatte 400 stehen. Ferner können das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b in Kontakt mit dem Gehäuseelement 300 stehen, und insbesondere kann das erste Wärmeableitungselement 500a in Kontakt mit dem Bodenabschnitt 300a des Gehäuseelements 300 stehen, und das zweite Wärmeableitungselement 500b kann in Kontakt mit dem Bodenabschnitt 300a und dem Seitenflächenabschnitt 300b des Gehäuseelements 300 stehen.
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Dabei können die ersten Wärmeableitungselemente 500a mehrfach so ausgebildet sein, dass sie zwischen den Batteriezellen 110 angeordnet sind, und mindestens ein zweites Wärmeableitungselement 500b kann im Inneren des Batteriemoduls 100 der vorliegenden Erfindung so ausgebildet sein, dass es zwischen dem Modulgehäuse 200 und der äußersten Batteriezelle 110 des Batteriezellenstapels 120 angeordnet ist. Ferner kann in dem Fall der äußersten Batteriezelle 110, da eine auf jeder Seitenfläche des Batteriezellenstapels 120 ausgebildet ist, das zweite Wärmeableitungselement 500 auch so ausgebildet sein, dass es der Anzahl der äußersten Batteriezellen 110 entspricht.
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Ferner ist in dem Batteriemodul 100 nach der vorliegenden Ausführungsform eine wärmeleitende Harzschicht 310 zwischen der unteren Fläche des Batteriezellenstapels 120 und dem Bodenabschnitt 300a des Gehäuseelements 300 angeordnet, so dass das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b in Kontakt mit der wärmeleitenden Harzschicht 310 stehen können.
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Insbesondere kann das zweite Wärmeableitungselement 500b so ausgebildet sein, dass es an einem Seitenflächenabschnitt 300b des Gehäuseelements 300 anliegt. Das zweite Wärmeableitungselement 500b ist mit einem Bereich ausgebildet, der an dem Seitenflächenabschnitt 300b anliegt, so dass ein zusätzlicher Wärmeübertragungsweg durch den Bereich ausgebildet ist. Daher kann die Kühlleistung des Batteriemoduls nach der vorliegenden Ausführungsform weiter verbessert werden.
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Ferner sind, wie oben beschrieben, das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit der Oberplatte 400 und dem Gehäuseelement 300 stehen, so dass das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b größer als die Größe der Batteriezelle 110 ausgebildet sein können. Insbesondere können das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b so ausgebildet sein, dass sie eine vertikale Länge aufweisen, die länger als die der Batteriezelle 110 ist. Zusätzlich können sie so ausgebildet sein, dass sie eine horizontale Länge aufweisen, die länger als die der Batteriezelle 110 ist. Dabei können die horizontalen und vertikalen Längen der Batteriezelle 110 die Länge in der x-Achsenrichtung und die Länge in der z-Achsenrichtung der Batteriezelle 110 von 4 angeben.
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Zusätzlich sind das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b wie oben beschrieben in der Lage, in Kontakt mit verschiedenen Komponenten zu stehen, die in dem Batteriemodul 100 enthalten sind, wodurch das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b in Kontakt mit verschiedenen Konfigurationen stehen können, die oben als in Kontakt miteinander beschrieben sind, und können auch solche umfassen, die an verschiedene Konfigurationen angrenzen.
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Betrachtet man den Kühlweg eines herkömmlichen Batteriemoduls, wird die von den Batteriezellen erzeugte Wärme durch die untere Fläche des Batteriezellenstapels, die wärmeleitende Harzschicht und den Bodenabschnitt des Modulrahmens übertragen und nach außerhalb des Batteriemoduls übertragen, wodurch sie nur durch einen einzigen Weg gekühlt wird, was es schwierig macht, eine effiziente Kühlleistung bereitzustellen.
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Daher liegen in der vorliegenden Erfindung das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b vor, wie oben beschrieben, und das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b sind so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit der Oberplatte 400, dem Bodenabschnitt 300a, dem Seitenflächenabschnitt 300b und der wärmeleitenden Harzschicht 310 stehen, wodurch verschiedene Kühlwege im Vergleich zu dem Kühlweg des herkömmlichen Batteriemoduls bereitgestellt werden. Zusätzlich ist es durch Vereinfachen jedes Wegs im Vergleich zu dem herkömmlichen Kühlweg möglich, eine schnelle Kühlung über eine Vielzahl von Kühlwegen zu realisieren. Insbesondere stehen das erste Wärmeableitungselement 500a und das zweite Wärmeableitungselement 500b in direktem Kontakt mit der Oberplatte 400, so dass die von der Batteriezelle 110 übertragene Wärme schnell zur Außenseite des Batteriemoduls 100 abgeführt werden kann.
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Das Wärmeableitungselement 500 nach der vorliegenden Ausführungsform kann verschieden innerhalb eines Bereichs ausgewählt werden, der die Wärmeableitungsleistung erfüllt und keine Probleme bei der Montage des Modulgehäuses 200, der Batteriezelle 110 und der wärmeleitenden Harzschicht 310 verursacht. Daher kann das Wärmeableitungselement 500 aus einem Wärmeableitungspad, einem Wärmeableitungsstift, einem Wärmeableitungsblech, einem Wärmeableitungsharz, einem Wärmeableitungsklebstoff und dergleichen ausgewählt werden.
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Dabei kann unter Bezugnahme auf 7 das Wärmeableitungselement 500 nach der vorliegenden Ausführungsform insbesondere eine Röhrenform mit einem Leerraum aufweisen, der parallel zu dem Seitenflächenabschnitt 300b des Gehäuseelements 300 ausgebildet ist. Insbesondere kann der Leerraum ein Raum sein, der für gewöhnlich als Luftspalt bezeichnet wird.
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Vorzugsweise weist das Wärmeableitungselement 500 nach der vorliegenden Ausführungsform eine hexaedrische Struktur auf, die eine Struktur sein kann, bei der ein Leerraum auf der hexaedrischen Struktur ausgebildet ist, um parallel zu dem Seitenflächenabschnitt 300b des Gehäuseelements 300 zu sein. Dabei kann die hexaedrische Struktur des Wärmeableitungselements 500 eine rechteckige Parallelepipedstruktur sein, die eine Struktur sein kann, bei der mindestens eine Oberfläche der rechteckigen Parallelepipedstruktur geöffnet ist, wobei die Struktur nicht darauf beschränkt ist.
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Dabei ist die Luftspaltstruktur nicht auf ihre Form beschränkt, sondern kann in der gleichen Form wie das Wärmeableitungselement 500 ausgebildet sein. Sie ist jedoch innerhalb des Wärmeableitungselements 500 ausgebildet und kann daher kleiner als die Größe und das Volumen des Wärmeableitungselements 500 ausgebildet sein.
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Das Batteriemodul 100 nach der vorliegenden Ausführungsform entlädt die in den einzelnen Batteriezellen 110 erzeugte Wärme über die Luftspaltstruktur und kann gleichzeitig die Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen 110 verhindern. Insbesondere kann, wenn ein thermisches Durchgehphänomen auftritt, die Trennung zwischen den Batteriezellen 110 sichergestellt werden, wodurch das thermische Durchgehphänomen verzögert werden kann und die Stabilität des Moduls sichergestellt werden kann.
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Als Nächstes wird ein Wärmeableitungselement nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Da das Wärmeableitungselement der vorliegenden Ausführungsform eine Modifikation des oben beschriebenen Wärmeableitungselements ist, werden nur Abschnitte beschrieben, die von dem oben beschriebenen Wärmeableitungselement abweichen.
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8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Wärmeableitungselement nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 8 kann das Wärmeableitungselement 500 nach der vorliegenden Ausführungsform eine hexaedrische Struktur aufweisen, deren Inneres leer ist. Vorzugweise kann die hexaedrische Struktur eine rechteckige hexaedrische Struktur sein, die eine Struktur sein kann, bei der das Innere der hexaedrischen Struktur leer ist und ein Gas in dem inneren Leerraum vorhanden sein kann.
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Das Wärmeableitungselement 500 nach der vorliegenden Ausführungsform kann aufgrund der obigen Struktur die von den einzelnen Batteriezellen 110 erzeugte Wärme an das Modulgehäuse 200 und die wärmeleitende Harzschicht 310 übertragen, so dass sie schnell an die Außenseite des Batteriemoduls 100 abgeführt werden kann. Ferner kann das im inneren Leerraum gebildete Gas die Aufgabe erfüllen, die Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen 110 zu verhindern.
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Als Nächstes wird ein Wärmeableitungselement nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Da das Wärmeableitungselement der vorliegenden Ausführungsform auch eine Modifikation des oben beschriebenen Wärmeableitungselements ist, werden nur davon abweichende Abschnitte beschrieben.
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9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Wärmeableitungselement nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 9 kann das Wärmeableitungselement 500 nach der vorliegenden Ausführungsform eine hexaedrische Struktur aufweisen, deren oberer Abschnitt und unterer Abschnitt geöffnet sind und ein Abschnitt des Seitenflächenabschnitts geöffnet sein kann.
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Insbesondere kann die hexaedrische Struktur eine rechteckige Parallelepipedstruktur sein, wobei sie aber nicht darauf beschränkt ist.
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Ferner kann das Wärmeableitungselement 500 nach der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert sein, dass ein Abschnitt des Seitenflächenabschnitts geöffnet ist, und vorzugweise können beide Seitenflächenabschnitte geöffnete Seitenflächenabschnitte sein, die parallel zur Stapelrichtung der Batteriezellen 110 ausgebildet sind. Mit anderen Worten kann es ein Seitenflächenabschnitt sein, der in der oberen und unteren Fläche des Batteriezellenstapels 120 von 4 ausgebildet ist. Dabei kann ein Teil oder der gesamte Seitenflächenabschnitt, der parallel zur Stapelrichtung der Batteriezellen 110 ausgebildet ist, geöffnet sein und ein Leerraum zum Verbinden der geöffneten Seitenflächenabschnitte kann vorliegen. Daher kann ein Luftspalt im Wärmeableitungselement 500 nach der vorliegenden Ausführungsform vorliegen.
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Wie oben beschrieben, führt der Luftspalt die in den einzelnen Batteriezellen 110 erzeugte Wärme ab und kann gleichzeitig die Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen 110 verhindern. Insbesondere kann, wenn ein thermisches Durchgehphänomen auftritt, die Trennung zwischen den Batteriezellen 110 sichergestellt werden, wodurch das thermische Durchgehphänomen verzögert und die Stabilität des Moduls sichergestellt werden kann.
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Das Batteriemodul nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Wärmeableitungselement auf, wodurch eine Verbesserung der Kühlleistung ermöglicht wird. Insbesondere können die Formen des ersten Wärmeableitungselements und des zweiten Wärmeableitungselements aus den Formen des Wärmeableitungselements ausgewählt werden, die in mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart sind. Zusätzlich können das erste Wärmeableitungselement und das zweite Wärmeableitungselement jeweils in der gleichen Form ausgebildet sein oder können in unterschiedlichen Formen ausgebildet sein.
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Das Batteriemodul nach der jeweiligen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit einem Wärmeableitungselement ausgebildet, wobei das Wärmeableitungselement in Kontakt mit dem Modulgehäuse steht, insbesondere der Oberplatte und dem Gehäuseelement, wodurch eine Vielzahl von Kühlwegen im Vergleich zu dem herkömmlichen Batteriemodul ausgebildet wird. Zusätzlich werden schnelle Kühl- und Wärmeübertragungseffekte durch einen vereinfachten Kühlweg im Vergleich zu einem herkömmlichen Kühlweg erzielt.
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Als Nächstes wird ein Batteriepack nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
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10 ist eine Querschnittsansicht eines Batteriepacks nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf 10 weist das Batteriepack 1000 nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das oben beschriebene Batteriemodul, das Wärmeübertragungselement 600, das unter dem Bodenabschnitt 300a des Gehäuseelements 300 angeordnet ist, und einen Kühlkörper 700, der unter dem Wärmeübertragungselement 600 angeordnet ist, auf. Daher kann die an den Bodenabschnitt 300a des Batteriemoduls 100 übertragene Wärme über das Wärmeübertragungselement 600 und den Kühlkörper 700 an die Außenseite des Batteriepacks übertragen werden.
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Zusätzlich kann das Batteriepack der vorliegenden Erfindung eine Struktur aufweisen, in der ein oder mehrere der Batteriemodule nach der vorliegenden Ausführungsform zusammengeführt und zusammen mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) und einer Kühlvorrichtung, die die Temperatur, Spannung usw. der Batterie steuern und verwalten, gepackt sind.
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Das Batteriepack kann auf verschiedene Vorrichtungen angewendet werden. Eine solche Vorrichtung kann auf einem Fahrzeug wie ein Elektrofahrrad, ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug angewendet werden, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt und ist auf verschiedene Vorrichtungen anwendbar, die ein Batteriemodul verwenden können, das ebenfalls unter den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt.
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Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben ausführlich beschrieben wurden, ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht darauf beschränkt und zahlreiche andere Modifikationen und Ausführungsformen können vom Fachmann auf dem Gebiet der Technik entwickelt werden, ohne vom Geist und Umfang der in den beigefügten Ansprüchen beschriebenen Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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[Beschreibung der Bezugszeichen]
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- 100
- Batteriemodul
- 110
- Batteriezelle
- 200
- Modulgehäuse
- 300
- Gehäuseelement
- 400
- Oberplatte
- 500
- Wärmeableitungselement
- 500a
- erstes Wärmeableitungselement
- 500b
- zweites Wärmeableitungselement
- 600
- Wärmeübertragungselement
- 700
- Kühlkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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