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[HINTERGRUND DER ERFINDUNG]
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Bereich der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Batterie-Rack.
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Beschreibung des Stand der Technik
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Im Allgemeinen ist es für ein Energiespeichersystem (ESS) erforderlich, eine lange Lebensdauer zu haben, um in einem Produkt über einen langen Zeitraum verwendet zu werden. Wenn jedoch die im Batterie-Rack enthaltenen Batteriezellen kontinuierlich einer Umgebung mit hohen Temperaturen ausgesetzt sind, können die Batteriezellen schnell beschädigt werden, oder es können Sicherheitsprobleme wie Zündung oder Explosion auftreten. In diesem Zusammenhang werden für jedes Batteriemodul, das in einem herkömmlichen Batterie-Rack vorgesehen ist, Kühlgebläse installiert, um die Batteriezellen nach dem Stand der Technik zu kühlen. Allerdings gibt es in diesem Fall Probleme, da eine große Menge an Energie verbraucht wird und Kosten ansteigen sowie die Kühleffizienz eingeschränkt ist, da sie auf eine einfache Luftkühlung durch Außenluft angewiesen ist.
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Im Falle des herkömmlichen Batterie-Racks gibt es jedoch eine Begrenzung der Anzahl der Batteriezellen, die in jedem der Vielzahl von Batteriemodulen enthalten sind, die das Batterie-Rack bilden, und es gibt auch eine Einschränkung bei Verbesserungen in einem Aspekt der Energiedichte, wie z.B. der Erhöhung der Anzahl der Batteriezellen pro Volumeneinheit.
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Als Beispiel für den Stand der Technik offenbart das
koreanische Patentanmeldung Nr. 10-1278506 , das am 19. Juni 2013 eingetragen wurde, ein Racksystem eines Batteriemoduls zur Energiespeicherung, weist jedoch weiterhin keine Verbesserung der Energiedichte und der Lebensdauereigenschaften auf.
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[ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG]
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Eine Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Batterie-Racks, das in der Lage ist, die Kühleffizienz einer Vielzahl von Batteriezellen jedes Batteriemoduls, das in einem Gehäuse untergebracht ist, zu erhöhen.
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Außerdem ist eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Batterie-Racks, in dem ein mit einer Vielzahl von Batteriezellen in Kontakt stehendes Kühlelement in direkten Kontakt mit einem externen Kältemittel (Außenluft) kommt, so dass die Kühlleistung verbessert werden kann.
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Darüber hinaus ist eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Batterie-Racks, in dem ein Batteriemodul mit mehr als doppelt so vielen Batteriezellen ausgestattet sein kann als das herkömmliche Batterie-Rack.
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Eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Batterie-Racks, in dem die Anzahl der Batterie-Rack-Komponenten wie für jedes Batteriemodul vorhandene Modul-Controller und die in jedem Batteriemodul enthaltenen Modul-Sammelschienen verringert ist, so dass Kosten und Zeit während der Fertigung reduziert werden können.
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Darüber hinaus ist eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Batterie-Racks, das in der Lage ist, das Risiko eines Sicherheitsunfalls beim Anschluss einer Vielzahl von Batteriesubmodulen in jedem Batteriemodul zu minimieren.
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Darüber hinaus ist eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Batterie-Racks, in dem Kühlgebläse auf einer Seite eines ganzen Batterie-Racks vorgesehen sein können, um eine Vielzahl von Batteriemodulen effektiv zu kühlen.
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Darüber hinaus ist eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Batterie-Racks, das in der Lage ist, eine Vielzahl von Batteriemodulen gleichmäßig zu kühlen, wenn das gesamte Batterie-Rack auf einer Seite mit einem Kühlgebläse versehen ist.
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Ferner ist eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Batterie-Racks, das ohne ein separates Modulgehäuse zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezellen eine ausreichende strukturelle Lebensdauer aufweisen kann.
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Ferner ist eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Batterie-Racks, das in der Lage ist, die Anzahl der Batteriemodule pro Batterie-Rack von der Hälfte auf ein Drittel des herkömmlichen Batterie-Racks zu reduzieren.
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Darüber hinaus ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Batterieracks, das in der Lage ist, ein Hochspannungs-Batterieracksystem für ein Energiespeichersystem (ESS) auszubilden.
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Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgaben ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Batterierack vorgesehen, das Folgendes beinhaltet: ein Gehäuse; eine Vielzahl von in dem Gehäuse gestapelten Batteriemodulen; und Verbindungselemente, die konfiguriert sind, um die Vielzahl von Batteriemodulen elektrisch zu verbinden, wobei jedes der Vielzahl von Batteriemodulen eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Batteriesubmodulen beinhaltet und jedes der Vielzahl von Batteriesubmodulen beinhaltet: mindestens ein Kühlelement; und eine Vielzahl von Batteriezellen, die auf beiden Seiten angeordnet sind, wobei das mindestens eine Kühlelement dazwischen angeordnet ist, wobei mindestens zwei der Vielzahl von Batteriezellen auf jeder der beiden Seiten des mindestens einen Kühlelements angeordnet sind.
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Die Vielzahl von Batteriezellen kann in Oberflächenkontakt mit dem mindestens einen Kühlkörper stehen.
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Das Kühlelement kann beinhalten: Kontaktteile, mit denen die Vielzahl von Batteriezellen in Kontakt steht; und freistehende Teile, die sich von mindestens einem Ende der Kontaktteile in einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Kontaktteile erstrecken.
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Das freistehende Teil kann mit mindestens einer Oberfläche von jedem der Vielzahl von Batteriemodulen verbunden sein.
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Die Anzahl des einen oder der mehreren Kühlelemente kann der Anzahl der Batteriezellen entsprechen, die mit einer Seite des mindestens einen Kühlelements der Vielzahl von Batteriezellen in Kontakt sind.
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Jedes der Vielzahl von Batteriesubmodulen kann darüber hinaus ferner einen Befestigungsrahmen umfassen, der ausgelegt ist, um das Kühlelement und die Vielzahl von Batteriezellen zu befestigen und zu stützen.
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Jedes der Vielzahl von Batteriesubmodulen kann einen ersten Befestigungsrahmen umfassen, der ausgelegt ist, um mindestens zwei Kühlelemente zu befestigen und zu tragen.
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Jedes der Vielzahl von Batteriesubmodulen kann einen zweiten Befestigungsrahmen umfassen, der ausgelegt ist, um mit dem ersten Befestigungsrahmen verbunden zu werden, um die Vielzahl von Batteriezellen zu tragen und deren Positionen zu fixieren.
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Jedes der Vielzahl von Batteriemodulen kann mindestens einen festen Träger umfassen, der ausgelegt ist, um die Vielzahl von gestapelten Batteriesubmodulen zu fixieren und zu tragen.
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Jedes der Vielzahl von Batteriemodulen kann ferner eine Schutzabdeckungseinheit umfassen, die ausgebildet ist, um die Vielzahl von gestapelten Batteriesubmodulen zu schützen, und die Schutzabdeckungseinheit kann eine vordere Abdeckungseinheit und eine hintere Abdeckungseinheit umfassen, die sich auf beiden Seiten zwischen den Außenflächen der Vielzahl von Batteriesubmodulen in einer Richtung erstrecken, in der die Vielzahl von Batteriesubmodulen gestapelt sind, und Seitenabdeckungseinheiten, die sich auf Seiten befinden, aus denen Elektrodenlaschen der Batteriesubmodule vorstehen.
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Jedes der Vielzahl von Batteriemodulen kann mindestens eine Verriegelungsschraube umfassen, die mit der vorderen Abdeckungseinheit verbunden ist und eine Verriegelungsnut umfasst, die durch das Abschneiden mindestens eines Teils einer äußeren Umfangsfläche davon nach innen gebildet wird.
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Jedes der Vielzahl von Batteriemodulen kann eine Griffnut umfassen, die durch das Abschneiden mindestens eines Teils der Seitenabdeckungseinheit in Richtung des Batteriesubmoduls gebildet wird.
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Jedes der Vielzahl von Batteriemodulen kann elastische Pads umfassen, von denen jedes zwischen einem oder mehreren nebeneinander liegenden Batteriesubmodulen in der Vielzahl von Batteriesubmodulen angeordnet ist.
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Das Batterie-Rack kann ferner umfassen: ein Kühlgebläse, das sich an einer Ober- oder Unterseite der Vielzahl von gestapelten Batteriemodulen befindet, um die von der Vielzahl von Batteriemodulen erzeugte Wärme abzuführen.
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Die Vielzahl von Batteriemodulen kann in einem vorbestimmten Abstand gestapelt werden, und der vorbestimmte Abstand kann schrittweise von einer Seite der Ober- und Unterseite, in der sich das Kühlgebläse befindet, zur anderen Seite vergrößert werden.
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Das Kühlgebläse kann auf einer Seite der Richtung angeordnet sein, in der die Batteriesubmodule auf der Ober- oder Unterseite der Vielzahl von gestapelten Batteriemodulen gestapelt sind, und eine geschlossene Oberfläche auf einer Seite, in der sich das Kühlgebläse zwischen Umfangsflächen senkrecht zu der Richtung befindet, in der die Vielzahl von Batteriemodulen gestapelt sind, kann in einem vorbestimmten Abstand von der Vielzahl von Batteriemodulen beabstandet sein.
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Batteriezellen, die einander gegenüberliegen, aus der Vielzahl von Batteriezellen auf beiden Seiten des mindestens einen Kühlelements in jedem der Batteriesubmodule können in Reihe oder parallel geschaltet werden, und die Vielzahl von Batteriesubmodulen in jedem der Batteriemodule kann in Reihe oder parallel miteinander verbunden sein.
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Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Kühleffizienz einer Vielzahl von Batteriezellen jedes im Gehäuse vorgesehenen Batteriemoduls erhöht werden.
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Darüber hinaus kommt das mit der Vielzahl von Batteriezellen in Kontakt kommende Kühlelement gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in direkten Kontakt mit dem externen Kühlmittel (Außenluft), so dass die Kühleffizienz verbessert werden kann.
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Darüber hinaus kann ein Batteriemodul gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit mehr als der doppelten Anzahl von Batteriezellen als das herkömmliche Batteriegestell ausgestattet sein.
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Darüber hinaus wird gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Batterie-Rack-Komponenten, wie die für jedes Batteriemodul installierte Modul-Controller Modulsteuerungen und die in jedem Batteriemodul enthaltenen Modul-Sammelschienen, verringert, so dass Kosten und Zeit während der Fertigung reduziert werden können.
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Ferner ist es gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, das Risiko eines Sicherheitsunfalls beim Anschluss der Vielzahl von Batteriesubmodulen in jedem Batteriemodul zu minimieren.
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Darüber hinaus kann gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Kühlgebläse auf einer Seite eines gesamten Batterie-Racks angeordnet sein, um die Vielzahl der Batteriemodule effektiv zu kühlen.
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Darüber hinaus ist es gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, die Vielzahl der Batteriemodule gleichmäßig zu kühlen, wenn das gesamte Batterie-Rack auf einer Seite mit dem Kühlgebläse versehen ist.
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Darüber hinaus kann das Batterie-Rack gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne ein separates Modulgehäuse zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezellen eine ausreichende strukturelle Stabilität aufweisen.
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Darüber hinaus ist es nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, die Anzahl der Batteriemodule pro Batterie-Rack von der Hälfte auf ein Drittel des herkömmlichen Batterie-Racks zu reduzieren.
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Ferner kann gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Hochspannungs-Batterie-Rack-System für ein Energiespeichersystem (ESS) einfach gebildet werden.
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Figurenliste
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Die oben genannten und andere Gegenstände, Merkmale und sonstigen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Batterie-Rack nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 2 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Batteriemodul des Batterie-Racks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 3 eine perspektivische Explosionsansicht eines Batteriesubmoduls ist, das in einem Batteriemodul des Batterie-Racks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
- 4 eine perspektivische Ansicht ist, die das Batteriesubmodul veranschaulicht, das im Batteriemodul des Batterie-Racks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
- 5 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Zustand veranschaulicht, in dem das Batteriesubmodul und ein fester Träger im Batteriemodul des Batterie-Racks entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind;
- 6 eine Draufsicht ist, die eine elektrische Verbindungsstruktur zwischen einer Vielzahl von Batteriesubmodulen im Batteriemodul des Batterie-Racks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 7 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Sammelschienenanordnung darstellt, die im Batteriemodul des Batterie-Racks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
- 8 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Frontabdeckungseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus dem Batteriemodul des Batterie-Racks demontiert ist;
- 9 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine hintere Abdeckungseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus dem Batteriemodul des Batterie-Racks demontiert ist;
- 10 eine Seitenansicht ist, die schematisch einen Zustand der Wärmeableitung in einer Vielzahl von Batteriemodulen darstellt, die im Batterie-Rack gemäß der Ausführungsform der Erfindung angeordnet sind;
- 11 eine Frontansicht ist, die das Batterie-Rack gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 12 eine perspektivische Explosionsansicht eines Batteriesubmoduls ist, das in einem Batteriemodul eines Batterie-Racks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
- 13 eine perspektivische Ansicht ist, die das im Batteriemodul des Batterie-Racks enthaltene Batteriesubmodul gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 14 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Zustand veranschaulicht, in dem das Batteriesubmodul und ein fester Träger im Batteriemodul des Batterie-Racks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind; und
- 15 eine perspektivische Ansicht ist, die das Batteriemodul des Batterie-Racks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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[DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG]
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Im Folgenden werden spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dies sind jedoch nur illustrative Beispiele und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
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Bei der Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden allgemein bekannte Techniken, deren Beschreibung den Inhalt der vorliegenden Erfindung unnötig verkomplizieren könnte, nicht im Detail beschrieben. Bezogen auf die Zeichnungen stellen gleichartige Referenzzeichen gleichartige oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten dar. Darüber hinaus werden die hierin verwendeten Begriffe unter Berücksichtigung der Funktionen der vorliegenden Offenbarung definiert und können entsprechend der Gewohnheiten oder Absichten der Nutzer oder Betreiber geändert werden. Daher sollte die Definition der Begriffe gemäß der hierin dargelegten Gesamtdarstellung erfolgen.
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Es sollte verstanden werden, dass der technische Sinn und der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert sind und die folgenden Ausführungsformen nur zur klaren Beschreibung der vorliegenden Erfindung für Personen mit allgemeinen Kenntnissen auf dem technischen Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, verwendet werden.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Batterie-Rack gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 1 kann das Batterie-Rack gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 20, eine Vielzahl von in dem Gehäuse 20 gestapelten Batteriemodulen 10 und Verbindungselemente 30 umfassen, die ausgelegt sind, um die Vielzahl der Batteriemodule 10 elektrisch zu verbinden.
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Dabei kann mindestens ein Teil der Umfangsflächen des Gehäuses 20 senkrecht zu einer Richtung, in der die Vielzahl der Batteriemodule 10 gestapelt sind, verschlossen werden, und die restlichen Teile der Umfangsflächen können geöffnet werden.
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Insbesondere kann eine Seitenfläche, auf der sich eine Vorderfläche des Batteriemoduls 10 befindet, geöffnet werden, so dass ein Bediener die Vielzahl der Batteriemodule einfach im Gehäuse 20 während der Montage des Batterie-Racks 1 installieren kann.
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Im Folgenden wird eine geschlossene Oberfläche 21, die zwischen den Umfangsflächen des Gehäuses 20 liegt, im Detail beschrieben.
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Weiterhin kann die Vielzahl der Batteriemodule 10 durch das Verbindungselement 30 elektrisch miteinander verbunden werden und bildet vorzugsweise das Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei sie in Reihe miteinander verbunden sind.
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Das Batterie-Rack 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Batterie-Rack-Steuerung 50 umfassen, die ausgelegt ist, um die Vielzahl der Batteriemodule 10 zu steuern.
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Dabei kann die Vielzahl der Batteriemodule 10 über die Verbindungselemente 30 mit der Batterie-Rack-Steuerung 50 verbunden werden. Wenn ein Kurzschluss in einem der Vielzahl der Batteriemodule 10 auftritt, kann die Batterie-Rack-Steuerung 50 einen Sicherheitsunfall wie einen Brand oder eine Explosion verhindern, indem sie die elektrische Verbindung zu einer Hochspannung trennt.
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann jedes der Vielzahl von Batteriemodulen 10, die in dem Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind, eine Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 umfassen, die übereinander gestapelt sind.
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Insbesondere kann das Batteriemodul 10 eine Vielzahl von Batteriesubmodulen 100, die so gestapelt sind, dass sie einander gegenüberliegen, und eine Schutzabdeckungseinheit 200 zum Schutz der Vielzahl von gestapelten Batteriesubmodulen 100 umfassen.
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Die Schutzabdeckungseinheit 200 kann indes eine Frontabdeckungseinheit 210 und eine Rückabdeckungseinheit 220 umfassen, die sich auf beiden Seiten zwischen den Außenflächen der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 in einer Richtung befinden, in der die Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 gestapelt sind. Dabei können die Vielzahl der Batteriesubmodule 100, die Frontabdeckungseinheit 210 und die Rückabdeckungseinheit 220 parallel zueinander angeordnet sein.
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Darüber hinaus können zwischen den Außenflächen der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100, die im Batteriemodul 10 gestapelt sind, andere Seitenflächen außer der Frontabdeckungseinheit 210 und der hinteren Abdeckungseinheit 220 Seiten geöffnet werden, um gegenüber einer Außenseite exponiert zu sein. Es ist jedoch nicht darauf beschränkt, und eine Seitenfläche des Batteriemoduls 10, woraus Elektrodenlaschen 112 der Batteriezelle 110 vorstehen, können durch Seitenabdeckungseinheiten 230 vor äußeren Fremdkörpern geschützt werden.
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In diesem Zusammenhang können die Ober- und Unterseite des Batteriemoduls 10 außer der Vorderfläche, der Rückseite und den Seitenflächen derselben der Außenseite exponiert sein und mindestens ein Teil eines Kühlelements 120 (dargestellt in 3), das nachfolgend beschrieben wird, kann der Außenseite des Batteriemoduls 10 exponiert sein, um so die aus der Vielzahl von Batteriezellen erzeugte Wärme effektiv abzuführen.
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Darüber hinaus kann das Batteriemodul 10 einen ersten Anschluss 11 und einen zweiten Anschluss 12 umfassen, die an der Vorderseite desselben ausgebildet sind, die mit den Verbindungselementen 30 verbunden sind, um die Vielzahl der Batteriemodule 10 elektrisch zu verbinden. In diesem Fall sind der erste Anschluss 11 und der zweite Anschluss 12 gemeinsam auf einem Randabschnitt der Vorderfläche des Batteriemoduls 10 ausgebildet, so dass der Bediener das Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung leicht einbauen und bedienen kann.
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Dabei kann jedes der Batteriemodule 10 eine Griffnut 231, die durch das Abschneiden von mindestens einem Teil der Seitenabdeckungseinheit 230 zur Vielzahl der Batteriesubmodule 100 in die Richtung, in der die Vielzahl der Batteriesubmodule 100 gestapelt sind, umfassen.
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Insbesondere kann das Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Stapeln der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 gebildet sein. Ein vorbestimmter Raum kann durch Abschneiden eines Teils der Seitenabdeckungseinheit 230 innerhalb des Batteriemoduls 10 zwischen einem oberen Kantenabschnitt eines Befestigungsrahmens 130 der Vielzahl der gestapelten Batteriesubmodule 100 und der Seitenverkleidungseinheit 230 gebildet werden. Die Griffnut 231 kann also an einem oberen Ende der Seitenabdeckungseinheit 230 in der Richtung gebildet werden, in der das Batteriesubmodul 100 gestapelt ist.
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Dadurch kann ein Benutzer oder der Bediener das Batteriemodul 10 durch Greifen der Griffnuten 231 leicht anheben, und damit kann die Betriebseffizienz beim Transport und die Inbetriebnahme des Batteriemoduls 10 verbessert werden.
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Darüber hinaus kann das Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner mindestens eine Verriegelungsschraube 600 umfassen, die mit der Frontabdeckungseinheit 210 verschraubt werden kann. Dazu kann die Verriegelungsschraube 600 eine Verriegelungsnut 610 umfassen, die durch das Abschneiden mindestens eines Teils einer äußeren Umfangsfläche dieser nach innen gebildet wird. Dabei kann der Benutzer oder Bediener das Batteriemodul 10 durch Einhängen eines Verriegelungselements (nicht dargestellt), wie beispielsweise eines hakenförmigen Griffs, in die Verriegelungsnut 610 verschieben.
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Der Benutzer oder Bediener kann das Batteriemodul 10 also leicht in horizontaler Richtung bewegen, indem er das Verriegelungselement, wie beispielsweise einen Griff, in die Verriegelungsnut 610 der Verriegelungsschraube 600, die mit der Vorderseite des Batteriemoduls 10 verbunden ist, einhängt und dann das Batteriemodul 10 schiebt oder zieht. Dadurch kann das Batteriemodul 10 einfach installiert und während der Installation im Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschoben werden.
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3 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriesubmoduls 100, das in dem Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, und 4 ist eine perspektivische Ansicht, die das Batteriesubmodul 100, das in dem Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 3 und 4 kann jedes der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 mindestens ein Kühlelement 120 umfassen, und die Vielzahl der Batteriezellen 110, die sich beidseitig mit mindestens ein Kühlelement 120 befinden, dazwischen angeordnet sind.
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In diesem Fall kann jede der Vielzahl von Batteriezellen 110 die im Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind, einen Zellkörper 111 und Elektrodenlaschen 112, die von einer Seite des Zellkörpers vorstehen, umfassen. Derweil werden im Batteriesubmodul 100 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei Elektrodenlaschen 112 basierend auf einer unidirektionalen Polaritätsbatteriezelle 110 beschrieben, die von einer Seite des Zellkörpers 111 vorstehen, während ein Batterie-Rack gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die bidirektionale Polaritätsbatteriezelle 110' umfasst, nachfolgend beschrieben wird.
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Darüber hinaus können mindestens zwei der Vielzahl von Batteriezellen 110 auf jeder der beiden Seiten des mindestens einen Kühlelements 120 nebeneinander angeordnet sein. Somit kann jedes der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 mindestens vier Batteriezellen 110 umfassen.
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Derzeit kann jedes der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 mindestens zwei Kühlelemente 120 umfassen, und jede der zwei oder mehreren Batteriezellen 110 auf einer der beiden Seiten des Batteriesubmoduls 100 kann entsprechend jedem der zwei oder mehreren Kühlelemente 120 angeordnet sein.
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Ferner kann die Vielzahl der Batteriezellen 110 mit mindestens einem Kühlelement 120 in Oberflächenkontakt treten. Insbesondere kann jedes der ein oder mehreren Kühlelemente 120 Kontaktteile 121, die in einer Plattenform gebildet sind, um mit mindestens einer Batteriezelle 110 in Oberflächenkontakt zu treten, und exponierte Teile 122, die sich von mindestens einem Ende der Kontaktteile 121 in einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Kontaktteile 121 erstrecken, umfassen. Insbesondere können sich die exponierten Teile 122 von mindestens einem Ende der Kontaktteile 121 senkrecht zum Kontaktteil 121 erstrecken. Dabei bilden die exponierten Teile 122 des Kühlelements 120 obere und untere Oberflächen des Batteriesubmoduls 100, um nach außen exponiert zu werden, und die exponierten Teile 122, die nach außen exponiert sind, können mit einer Außenluft in Kontakt kommen, um einer konvektiven Wärmeübertragung zu unterliegen. Unter Bezugnahme auf 2 kann eine Anordnung gezeigt werden, in der die exponierten Teile 122 der Kühlelemente 120 im Batteriemodul 10 zur Außenseite ausgerichtet sind.
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Ferner kann das Kühlelement 120 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Aluminium AI hergestellt sein, um die Vielzahl von Batteriezellen 110, die in Kontakt mit dem Kühlelement 120 stehen, zu kühlen. Die Vielzahl von Batteriezellen 110 kann durch die exponierten Teile 122, die der Außenseite exponiert sind, effizient gekühlt werden, indem sie in einem großen Bereich in direkten Oberflächenkontakt mit den Kontaktteilen 121 des hochwärmeleitenden Kühlelements 120 treten. Ein Kühlverfahren der Batteriezelle 110 wird unten im Detail beschrieben.
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Dabei kann die Anzahl des einen oder der mehreren Kühlelemente 120 entsprechend der Anzahl der Batteriezellen 110 bestimmt werden, die mit einer Seite mindestens eines Kühlelements 120 aus der Vielzahl der Batteriezellen 110 in Kontakt stehen.
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Wenn sich also zwei Batteriezellen 110 auf einer Seite eines Batteriesubmoduls 100 befinden, um mit mindestens einem Kühlelement 120 in Kontakt zu kommen, kann jedes der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 zwei Kühlelemente 120 umfassen, und jede der beiden Batteriezellen 110 kann mit den Kontaktteilen 121 von jedem der beiden Kühlelemente 120 in Oberflächenkontakt kommen.
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Darüber hinaus können die beiden Kühlelemente 120 in einem Batteriesubmodul 100 nebeneinander auf der gleichen Ebene angeordnet werden. Insbesondere können die beiden Kühlelemente 120 nebeneinander angeordnet werden, so dass die Kontaktteile 121 auf derselben Ebene liegen, wodurch zwei Batteriezellen 110 auf einer Seite der beiden Kühlelemente 120 auch nebeneinander angeordnet sein können. Unter Bezugnahme auf 2 sind die Kühlelemente 120 auf beiden Seiten nebeneinander in der Richtung angeordnet, in der die Vielzahl der Batteriesubmodule 100 gestapelt sind.
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Dabei kommt jede einzelne Batteriezelle 110 mit beiden Seiten eines Kühlelements 120 in Kontakt, so dass die Möglichkeit einer elektrischen Verbindung zwischen mindestens zwei Batteriezellen 110 durch das Kühlelement 120 auf einer Seite eines Batteriesubmoduls 100 blockiert werden kann.
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Die Anzahl der im Batteriesubmodul 100 enthaltenen Batteriezellen 110 ist jedoch nicht darauf beschränkt, und zwei oder mehr überlappende Batteriezellen 110 können auf beiden Seiten eines Kühlelements 120 angeordnet sein. In diesem Fall kann ein Batteriesubmodul 100 acht Batteriezellen 110 umfassen.
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Jedes der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 kann ferner mindestens ein Kühlelement 120 und den Befestigungsrahmen 130 zum Befestigen und Tragen der Vielzahl von Batteriezellen 110 umfassen.
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In diesem Fall kann der Befestigungsrahmen 130 einen ersten Befestigungsrahmen 131 zum Befestigen und Tragen mindestens eines Kühlelements 120, um parallel zueinander angeordnet zu sein, und einen zweiten Befestigungsrahmen 132 umfassen, der an der äußersten Seite des Batteriesubmoduls 100 angeordnet sein kann, um mit dem ersten Befestigungsrahmen 131 verbunden zu werden, und kann die Vielzahl von Batteriezellen 110 in Kontakt mit dem mindestens einen Kühlelement 120 befestigen und tragen, während es mit dem ersten Befestigungsrahmen 131 verbunden ist.
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Darüber hinaus kann der zweite Befestigungsrahmen 132 Öffnungen aufweisen, die an Abschnitten ausgebildet sind, in denen sich die Vielzahl der Batteriezellen 110 befindet, so dass eine Seite der Zellkörper 111 der Vielzahl der Batteriezellen 110, die nicht mit dem Kühlelement 120 in Kontakt steht, durch die Öffnungen zur Außenseite hin exponiert sein kann.
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Insbesondere kann der erste Befestigungsrahmen 131 mindestens zwei Kühlelemente 120 so befestigen und tragen, dass sie parallel zueinander angeordnet sind. Dabei können der erste Befestigungsrahmen 131 und der zweite Befestigungsrahmen 132 aus einem Isoliermaterial hergestellt sein, so dass die Möglichkeit einer elektrischen Verbindung zwischen den mindestens zwei im ersten Befestigungsrahmen 131 befindlichen Kühlelementen 120 blockiert werden kann. Dadurch kann das Problem, dass mindestens zwei Batteriezellen 110 (d.h. die Batteriezellen 110 auf der linken und rechten Seite in der Abbildung), die mit jedem der mindestens zwei Kühlelemente 120 in Kontakt stehen, über das Kühlelement 120 elektrisch miteinander verbunden werden, gelöst werden.
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Darüber hinaus kann der erste Befestigungsrahmen 131 ferner ein oder mehrere Anschlussteile 1310 umfassen, die an Positionen in Kontakt mit den Elektrodenlaschen 112 der Vielzahl von Batteriezellen 110 ausgebildet sind, und jeweils mindestens einen Befestigungsstift 1311 umfassen.
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Insbesondere kann das mindestens eine Anschlussteil 1310 in der Anzahl gebildet werden, die der Anzahl der Elektrodenlaschen 112 von mindestens zwei Batteriezellen 110 entspricht, die sich auf einer Seite eines Batteriesubmoduls 100 befinden. Dabei können beide Seiten jedes Anschlussteils 120 elektrisch mit den Elektrodenlaschen 112 der Batteriezellen 110 verbunden sein, die sich auf beiden Seiten des Kühlelements 120 gegenüberliegend über eine erste Sammelschiene 510 oder dergleichen befinden, was nachfolgend beschrieben wird. Dabei können die Elektrodenlaschen 112 der Batteriezellen 110, die auf beiden Seiten des Kühlelements 120 einander zugewandt sind, mit Elektroden gleicher Polarität gebildet und parallel zueinander geschaltet werden.
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Der Befestigungsrahmen 130, mit dem der erste Befestigungsrahmen 131 und der zweite Befestigungsrahmen 132 verbunden sind, kann mindestens ein Trägereinführungsloch 133 umfassen, das an einer Position ausgebildet ist, die mindestens einem nachfolgend beschriebenen festen Träger 300 entspricht, in den der feste Träger 300 eingeführt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, können im Batteriesubmodul 100 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei, drei oder mehr Batteriezellen 110 auf der gleichen Ebene angeordnet sein. Daher kann die Anzahl der pro Batteriemodul 10 bereitgestellten Batteriezellen 110 im Vergleich zum herkömmlichen Batterie-Rack deutlich erhöht werden und die Anzahl der Batteriemodule 10 pro Batterie-Rack 1 kann von der Hälfte auf ein Drittel des herkömmlichen Batterie-Racks reduziert werden. Dadurch kann die Energiedichte des gesamten Batterie-Racks 1 deutlich verbessert werden.
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5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das Batteriesubmodul 100 und der feste Träger 300 im Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind. Zur besseren Übersichtlichkeit der Beschreibung wird nur ein Batteriesubmodul 100 mit dem festen Träger 300 verbunden, wie in 5 dargestellt, aber die Vielzahl der Batteriesubmodule 100 kann mit dem festen Träger 300 in einem gleichen Verfahren wie beim Stapeln verbunden werden.
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Unter Bezugnahme auf 5 kann jedes der Vielzahl von Batteriemodulen 10, die in dem Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst sind, mindestens einen festen Träger 300 zur Befestigung und zum Halten der Vielzahl von gestapelten Batteriesubmodulen 100 umfassen. In diesem Fall kann der mindestens eine feste Träger 300 in mindestens ein Trägereinführungsloch 133 eingeführt werden, das im Befestigungsrahmen 130 des Batteriesubmoduls 100 ausgebildet ist, um das Batteriesubmodul 100 zu befestigen und zu halten. Unterdessen kann der feste Träger 300 in Stabform ausgebildet sein und sich in die Richtung erstrecken, in der die Vielzahl der Batteriesubmodule 100 gestapelt sind. Der feste Träger 300 weist nun einen Querschnitt auf, der mit mindestens einer Ecke, wie beispielsweise einem Rechteck, ausgebildet ist, so dass die Vielzahl der Batteriesubmodule 100 zuverlässig befestigt und getragen werden kann.
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Wie oben beschrieben, kann die Vielzahl der gestapelten Batteriesubmodule 100 an mindestens einem festen Träger 300 befestigt werden, um beim Stapeln gehalten zu werden, und kann die strukturelle Stabilität gewährleisten, ohne dass ein separates Gehäuse oder dergleichen die Außenfläche davon umgibt. Dementsprechend verringert sich das Gesamtgewicht des Batteriemoduls 10, so dass das Batteriemodul 10 leicht transportiert und installiert werden kann sowie Kosten und Zeit bei der Herstellung reduziert werden können.
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5 stellt unterdessen einen Fall dar, in dem sechs feste Träger 300 in das Trägereinführungsloch 133 des Batteriesubmoduls 100 eingesetzt werden, aber nicht darauf beschränkt sind, und eine beliebige Anzahl der festen Träger 300 verwendet werden kann, solange sie die strukturelle Stabilität zwischen der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 ausreichend aufrecht erhalten können.
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Darüber hinaus kann mindestens ein fester Träger 300 fest mit der vorderen Abdeckungseinheit 210 und der hinteren Abdeckungseinheit 220 verbunden sein. Jedes der Vielzahl von Batteriemodulen 10 kann elastische Pads 400 umfassen, von denen jedes zwischen einem oder mehreren Batteriesubmodulen 100 benachbart zueinander in der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 angeordnet ist.
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Dadurch kann das elastische Element eine durch Anschwellen verursachte Ausdehnung der Vielzahl von Batteriezellen 110 im Batteriesubmodul 100 mildern und verhindern, dass externe Stöße und Vibrationen auf die Batteriezellen 110 übertragen werden. Da die Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 in einem Zustand fixiert sind, in dem sich die vordere Abdeckungseinheit 210 und die hintere Abdeckungseinheit 220 auf beiden Seiten in Stapelrichtung befinden, ist es auch möglich, die Vielzahl von Batteriezellen 110 daran zu hindern, sich in die Richtung auszudehnen, in der die Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 gestapelt ist.
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Dabei ist die Konfiguration, in der die elastischen Elemente, die zwischen jedem Batteriesubmodul 100 angeordnet sind, nicht eingeschränkt, und die Batteriesubmodule 100 können zwischen zwei oder drei Bündeln davon angeordnet werden, wobei die Anzahl der Bündel nach Bedarf gewählt wird.
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Darüber hinaus kann der mindestens eine feste Träger 300 durch Schrauben- und Mutternbefestigung, Nietbefestigung und dergleichen fest mit der vorderen Abdeckungseinheit 210 und der hinteren Abdeckungseinheit 220 verbunden werden, wobei dies aber lediglich ein Beispiel ist und nicht auf ein bestimmtes Befestigungsverfahren beschränkt ist.
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6 ist eine Draufsicht, die eine elektrische Verbindungsstruktur zwischen der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 in dem Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und 7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Sammelschienenanordnung 520 in dem Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 6 und 7 können zunächst, wie zuvor beschrieben, die Batteriezellen 110, die in einem Batteriesubmodul 100 angeordnet sind und mit dem gleichen Kühlelement 120 einander zugewandt in Kontakt stehen, durch die erste Sammelschiene 510 parallel miteinander verbunden werden. Dabei ist die erste Sammelschiene 510 U-förmig ausgebildet und kann mit den Elektrodenlaschen 112 der Batteriezelle 110 durch Laserschweißen oder dergleichen elektrisch verbunden werden. In diesem Fall kann die erste Sammelschiene 510 elektrisch mit den Elektrodenlaschen 112 verbunden sowie an den Befestigungsstiften 1311 des Anschlussteils 1310 befestigt werden, wodurch der elektrische Verbindungsvorgang erleichtert wird.
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Die elektrische Verbindungsmethode ist jedoch nicht auf das Laserschweißen beschränkt, und Ultraschall-Schweißen, Löten oder dergleichen kann verwendet werden. Darüber hinaus wird es für Fachleute offensichtlich sein, dass die elektrische Verbindung unter Verwendung eines Klebstoffs, oder auch mit einer physikalischen Befestigungsart, wie z.B. dem Verschrauben, erfolgen kann.
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Darüber hinaus können die ersten Sammelschienen 510 durch eine zweite Sammelschiene 521 in Reihe miteinander verbunden werden. Dabei kann, wie in 7 dargestellt, die zweite Sammelschiene 521 integral mit dem Sammelschienenrahmen 522 zur Bildung der Sammelschienenanordnung 520 verbunden werden. Da der Sammelschienenrahmen 522 aus einem Isoliermaterial wie Kunststoff besteht, kann die Möglichkeit, dass die zweite Sammelschiene 521 kurzgeschlossen wird, unterbunden werden.
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Dabei kann der Bediener einfach eine Sammelschienenanordnung 520 an den in der Vielzahl der Sammelschienen-Submodule 100 ausgebildeten Befestigungsstiften 1311 befestigen und verbinden, ohne die zweiten Sammelschienen 521 nacheinander zur seriellen Verbindung zwischen der Vielzahl der ersten Sammelschienen 510 befestigen zu müssen. Dadurch ist es möglich, das Risiko von Kurzschluss- und Sicherheitsunfällen, die bei der seriellen Verbindung der Vielzahl von Submodulen 100 auftreten können, zu minimieren. Den Fachleuten ist jedoch offensichtlich, dass die elektrische Verbindung zwischen der Vielzahl der ersten Stromschienen 510 nicht auf die serielle Verbindung beschränkt ist, sondern parallel verbunden werden kann.
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Ferner kann jedes der Vielzahl von Batteriemodulen 10, die in dem Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst sind, ferner eine Schaltungseinheit 530 umfassen, die mit der Vielzahl von ersten Sammelschienen 510 verbunden ist, um einen Spannungswert zu messen, um einen Spannungszustand in der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 zu bestimmen. Dabei können die Sammelschienenanordnung 520 und die Schaltungseinheit 530 an dem im Anschlussteil 1310 ausgebildeten Befestigungsstift 1311 befestigt werden.
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Insbesondere kann jede der zweiten Sammelschienen 521 der Sammelschienenanordnung 520 zwei darin ausgebildete Befestigungslöcher 5210 umfassen, und die Befestigungsstifte 1311 des Anschlussteils 1310 können in die Befestigungslöcher 5210 der zweiten Sammelschiene 521 eingesetzt werden. Wie in 6 dargestellt, kann sich die Sammelschienenanordnung 520 am oberen und unteren Teil des Batteriemoduls 10 befinden, um an den obersten und untersten Befestigungsstiften 1311 befestigt zu werden, und die Schaltungseinheit 530 kann sich zwischen der oberen und unteren Sammelschienenanordnung 520 befinden, um an den oberen und unteren Befestigungsstiften 1311 befestigt zu werden.
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8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die vordere Abdeckungseinheit 210 vom Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung demontiert ist, und 9 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die hintere Abdeckungseinheit 220 vom Batteriemodul 10 des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung demontiert ist.
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Unter Bezugnahme auf 8 und 9 kann zuerst, wie oben beschrieben, die Vielzahl der Batteriezellen 110, die sich auf beiden Seiten in der Richtung befinden, in der die Vielzahl der Batteriesubmodule 100 gestapelt sind, in Reihe miteinander verbunden werden, und die seriell angeschlossene Vielzahl der Batteriezellen 110 kann durch die Modulsammelschiene 223 in Reihe verbunden werden.
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Insbesondere kann die hintere Abdeckungseinheit 220 eine hintere Platte 221 umfassen, die sich auf der Seite des Batteriesubmoduls 100 befindet, um das gestapelte Batteriesubmodul 100, die Modulsammelschiene 223 und ein hinteres Abdeckungselement 222 zu halten, das außerhalb der Modulsammelschiene 223 angeordnet ist, um die Modulsammelschiene 223 vor äußeren Fremdkörpern zu schützen und die Möglichkeit der elektrischen Verbindung zu verhindern.
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Dabei kann die Vielzahl der Batteriesubmodule 100 auf beiden Seiten in Stapelrichtung jeweils in Reihe geschaltet und dann wieder über die Modulsammelschiene 223 miteinander in Reihe verbunden werden.
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Unterdessen kann die Frontabdeckungseinheit 210 eine Frontplatte 211 umfassen, die sich auf der Seite des Batteriesubmoduls 100 befindet, um das gestapelte Batteriesubmodul 100 zu tragen, sowie ein Batteriemanagementsystem (BMS) Modul 214 zum Steuern des Batteriemoduls 10, ein Hochspannungsverbindungselement 213 zum elektrischen Verbinden der ersten Sammelschiene 510 auf der Vorderseite des Batteriemoduls 10 auf einer Seite beider Seiten in der Richtung, in der die Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 gestapelt sind, und des zweiten Anschlusses 12, sowie ein Frontabdeckungselement 212, das außerhalb des BMS-Moduls 214 und des Hochspannungsverbindungselements 213 angeordnet ist, um es vor den äußeren Fremdkörpern zu schützen.
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Dabei können im Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die jeweiligen in jedem der Vielzahl von Batteriemodulen 10 installierten BMS-Module 214 miteinander und dann mit der Batterie-Rack-Steuerung 50 verbunden werden. Dabei kann die Batterie-Rack-Steuerung 50 das gesamte Batteriemodul 10 durch die in der Vielzahl der Batteriemodule 10 installierten BMS-Module 214 steuern.
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Darüber hinaus kann ein manuelles Servicegerät (MSD)-Modul 215, das wählen kann, ob das Batteriemodul 10 beim manuellen Öffnen oder Schließen mit Spannung versorgt werden soll, an das Hochspannungsanschlusselement 213 angeschlossen werden.
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Wie oben beschrieben, sind der erste Anschluss 11 und der zweite Anschluss 12 des Batteriemoduls 10 auf einer Seite durch das Hochspannungsanschlusselement 213 und dergleichen miteinander verbunden. Daher können die Vorgänge zum Installieren des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zum Verbinden der Vielzahl von Batteriemodulen 10 erleichtert werden, und bei der Installation und dem Transport des Batterie-Moduls 10 ist es möglich, einen Sicherheitsunfall aufgrund des ersten Anschlusses 11 und des zweiten Anschlusses 12 mit einer Hochspannung durch das im Hochspannungs-Verbindungselement 213 installierte MSD-Modul 215 zu verhindern.
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Unterdessen können die hintere Platte 221 und das hintere Abdeckungselement 222 sowie die vordere Platte 211 und das vordere Abdeckungselement 212 durch Bolzen oder dergleichen miteinander verschraubt werden, sind aber nicht darauf beschränkt.
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10 ist eine Seitenansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem die Vielzahl der im Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordneten Batteriemodule 10 gekühlt werden, und 11 ist eine Frontansicht, die das Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 10 und 11 kann das Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner ein Kühlgebläse 40 umfassen, das an der Ober- oder Unterseite der Vielzahl der gestapelten Batteriemodule 10 angeordnet ist, um die von der Vielzahl der Batteriemodule 10 erzeugte Wärme abzuleiten.
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Insbesondere kann das Kühlgebläse 40, wie in 10 gezeigt, am obersten Ende der Vielzahl von gestapelten Batteriemodulen 10 angeordnet sein, um die Vielzahl von Batteriemodulen 10 innerhalb des Gehäuses 20 durch Einlass oder Auslass von Außenluft zu kühlen. In diesem Fall werden die exponierten Teile 122 des Kühlelements 120 an der Ober- und Unterseite jedes der Vielzahl von Batteriemodulen 10 exponiert, so dass die Kühleffizienz des Batteriemoduls 10 erhöht werden kann.
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Damit kann jede der Vielzahl von Batteriezellen 110 direkt durch das oberflächenkontaktierte Kühlelement 120 gekühlt werden, und in diesem Fall kann das Kühlelement 120 durch die Außenluft gekühlt werden, die in einen Raum (Spalt) zwischen den Batteriemodulen 10 eingeführt wird, der durch das Kühlgebläse 40 benachbart zueinander angeordnet ist, um so doppelt gekühlt zu werden. Daher kann die Vielzahl der Batteriezellen 110 effektiv gekühlt werden. Insbesondere während der Kühlung kann das Kühlelement 120, das zu den Ober- und Unterflächen jedes der Batteriemodule 10 exponiert ist, einer konvektiven Wärmeübertragung unterzogen werden, indem es in direkten Kontakt mit Kühlmittel, wie beispielsweise von außen zugeführte Außenluft, kommt. Da das Kühlelement 120, wie oben beschrieben, zu den Ober- und Unterflächen des Batteriemoduls 10 exponiert ist, ist eine Kühlung durch die Außenluft über einen großen Bereich möglich.
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Gleichzeitig kann das Kühlgebläse 40 an der Ober- oder Unterseite der Vielzahl von gestapelten Batteriemodulen 10 angeordnet sein, die auf der Batterie-Rack-Steuerung 50 angebracht sind. Ferner können zwei oder mehr der Kühlgebläse 40 gemeinsam auf der Ober- oder Unterseite der Vielzahl der Batteriemodule 10 angeordnet sein.
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Zusätzlich kann die Vielzahl der Batteriemodule 10 mit einem vorbestimmten Abstand d1 dazwischen gestapelt werden. Dabei kann der vorbestimmte Abstand d1 schrittweise von einer Seite, auf der das Kühlgebläse 40 angeordnet ist, in Richtung auf die andere Seite in der Richtung, in der die Batteriemodule 10 gestapelt sind, vergrößert werden.
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Insbesondere ist das Kühlgebläse 40, das im Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, nur auf einer Seite der Ober- und Unterseite der Vielzahl von Batteriemodulen 10 angeordnet, so dass die Strömungsrate der Außenluft, die durch jedes der Batteriemodule 10 strömt, in Abhängigkeit von der Position des Kühlgebläses 40 variieren können. Da jedoch, wie bereits beschrieben, der Abstand d 1 zwischen der Vielzahl von Batteriemodulen 10 schrittweise von einer Seite, auf der das Kühlgebläse 40 installiert ist, zur anderen Seite hin vergrößert werden kann (d.h. d11 > d12 > d13 > d14 > d15 > die > d17), kann die Strömungsrate der zwischen den benachbarten Batteriemodulen 10 strömenden Außenluft gleichmäßig gehalten werden und die Vielzahl von Batteriemodulen 10 gleichmäßig gekühlt werden.
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Hierbei wird der Abstand d1 zwischen den Batteriemodulen 10 in einem Bereich von 2 mm bis 30 mm gebildet, so dass die Vielzahl der Batteriemodule 10 effizient gekühlt werden kann.
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Unterdessen kann das Kühlgebläse 40 auf einer Seite oder beiden Seiten einer Richtung angeordnet sein, in der die Batteriesubmodule 100 an der Ober- oder Unterseite der Vielzahl von gestapelten Batteriemodulen 10 gestapelt sind. Ferner kann die geschlossene Oberfläche 21 auf der Seite, auf der sich das Kühlgebläse 40 zwischen den Umfangsflächen des Gehäuses 20 senkrecht zur Richtung befindet, in der die Vielzahl der Batteriemodule 10 gestapelt sind, von der Vielzahl von Batteriemodulen 10 mit einem vorbestimmten Abstand d2 beabstandet sein, wenn sich das Kühlgebläse 40 auf einer Seite (d.h. vor oder hinter dem Batterie-Rack 1) in der Richtung befindet, in der die Vielzahl von Batteriesubmodulen 100 an der Ober- oder Unterseite der gestapelten Batteriemodule 10 gestapelt sind.
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Wie in 10 gezeigt, kann das Kühlgebläse 40 auf einer Rückseite des Batteriemoduls 10 an der Oberseite der Vielzahl von Batteriemodulen 10 zusammen mit der Batterie-Rack-Steuerung 50 angeordnet sein, und die geschlossene Oberfläche 21 auf der Rückseite des Batteriemoduls 10, in der sich das Kühlgebläse 40 zwischen den Umfangsflächen (Umfangsflächen senkrecht zu einer Papieroberfläche in den Zeichnungen) senkrecht zu der Richtung befindet, in der die Vielzahl von Batteriemodulen 10 im Gehäuse 20 gestapelt sind, kann beabstandet zur Vielzahl von gestapelten Batteriemodulen 10 im vorbestimmten Abstand d2 angeordnet sein.
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Dabei ist die geschlossene Oberfläche 21 des Gehäuses 20 in einer flachen, nicht geöffneten Plattenform ausgebildet, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass die Außenluft, die in den Raum zwischen den Batteriemodulen 10 auf der Vorderseite des Batterie-Racks 1 strömt, nach außen entweicht, und einen Strömungsweg zu definieren, so dass die einströmende Außenluft zur Seite des Kühlgebläses 40 strömt. Unterdessen kann der vorgegebene Abstand d2 der geschlossenen Oberfläche 21 in einem Bereich von 10 mm bis 100 mm, vorzugsweise 40 mm, gebildet werden, um die Kühleffizienz der Vielzahl von Batteriemodulen 10 zu maximieren.
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Die Pfeilrichtungen, die in der schematischen Ansicht von 10 dargestellt sind, zeigen Richtungen an, in denen die Außenluft strömt, wenn Luft im Batterie-Rack 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesaugt und vom Kühlgebläse 40 nach außen abgeleitet wird. Andererseits kann beim Ansaugen von Luft außerhalb des Batterieracks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und beim Einströmen durch das Kühlgebläse 40 die Bewegungsrichtung der Luft umgekehrt erfolgen.
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Darüber hinaus ist unter Bezugnahme auf eine vergrößerte Ansicht von 10 zu sehen, dass die von der Batteriezelle 110 abgegebene Wärme über die Kontaktteile 121 des Kühlelements 120 an die exponierten Teile 122 abgeleitet wird.
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Wie oben beschrieben, befindet sich das Batterie-Rack 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nur auf einer Seite in der Richtung, in der die Vielzahl der Batteriemodule 10 gestapelt sind, so dass die gesamte Vielzahl der Batteriemodule 10 effizient gekühlt werden kann. Daher ist es möglich, das Kühlgebläse 40 einfach zu steuern und die Installations- und Wartungskosten im Vergleich zu einem Fall, in dem das Kühlgebläse 40 für jedes der herkömmlichen Batteriemodule 10 eingebaut ist, deutlich zu reduzieren.
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12 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Batteriesubmoduls 100', das in einem Batteriemodul 10' eines Batterie-Racks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ist, und 13 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Batteriesubmodul 100', das in dem Batteriemodul 10' des Batterie-Racks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Unter Bezugnahme auf 12 und 13 kann eine Vielzahl von Batteriezellen 110' des Batteriemoduls 10', die im Batterie-Rack gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst sind, als eine bidirektionale Polaritätsbatteriezelle 110' mit zwei Elektrodenlaschen (112') ausgebildet werden, von denen jede von beiden Seiten eines Zellkörpers 111' vorsteht, nicht die unidirektionalen Polaritätsbatteriezellen 110 mit zwei Elektrodenlaschen (112), die von einer Seite des Zellkörpers 111 vorstehen. Dabei kann eine Struktur, in der das Kühlelement 120 und die Batteriezelle 110' miteinander in Kontakt stehen, durch einen Befestigungsrahmen 130' befestigt und getragen werden, der durch die Verbindung eines ersten Befestigungsrahmens 131' mit einem zweiten Befestigungsrahmen 132' gebildet wurde.
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Insbesondere kann die Vielzahl der Batteriezellen 110', die das Batteriesubmodul 100' bilden, als bidirektionale Polaritätsbatteriezelle 110' ausgebildet werden. Dementsprechend können mindestens ein Kühlelement 120' und die Batteriezellen 110', die mit einer Seite des Kühlelements 120' in Kontakt stehen, nebeneinander auf der Ober- und Unterseite in einer Richtung angeordnet sein, in der die Batteriesubmodule 100' gestapelt sind. Bei einem Fall, in dem das Kühlelement 120' in Kontakt mit der bidirektionalen Polaritätsbatteriezelle 110' steht, kann ein exponiertes Teil 122' nur auf einer Seite ausgebildet sein anstatt dass das exponierte Teil 122' auf der Ober- und Unterseite eines Kühlelements 120' ausgebildet ist. Mindestens zwei Kühlelemente 120' können über und unter dem Batteriesubmodul 100' angeordnet sein. Der exponierte Teil 122' mindestens eines Kühlelements 120' kann die Ober- und Unterseite des Batteriemoduls 10' bilden.
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Selbst wenn der exponierte Teil 122' des Kühlelements 120' nur auf einer Seite gebildet ist, da eine Länge der bidirektionalen Polaritätsbatteriezelle 110' doppelt so lang ausgebildet ist wie die Länge der unidirektionalen Polaritätsbatteriezelle 110, kann die Größe des exponierten Teils 122' des Kühlelements 120' in Kontakt mit der unidirektionalen Polaritätsbatteriezelle 110 auch doppelt so groß gebildet werden wie der exponierte Teil 122 des Kühlelements 120. Zusätzlich sind die exponierten Bereiche der exponierten Teile 122 und 122' der Kühlelemente 120 und 120' pro Einheit Batteriezelle 110 und 110' der obigen Beschreibung ähnlich, sodass die vom Kühlelement 120' erzielte Kühlwirkung auch mit der des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleichbar ist.
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Kontaktieren, Kühlen und dergleichen des Kühlelements 120' und der Batteriezelle 110' sind mit denen der unidirektionalen Polaritätsbatteriezelle 110 des Batterie-Racks 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzusetzen und werden daher nicht im Detail beschrieben.
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14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Batteriesubmodul 100' und ein fester Träger 300' im Batteriemodul 10' des Batterie-Racks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind, und 15 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Batteriemodul 10' des Batterie-Racks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 14 und 15 kann die Vielzahl der Batteriesubmodule 100' strukturell fixiert und durch den festen Träger 300' gestützt werden. Wie im Falle des Batterie-Racks 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zwischen jeden Batteriesubmodulen 100' oder zwischen zwei Bündeln der Batteriesubmodule 100' elastische Pads 400' angeordnet, wodurch eine Erweiterung der Vielzahl von Batteriezellen 110' verhindert werden kann.
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Wie oben beschrieben, sind die Struktur und Form zum Herstellen des Batteriemoduls 10' durch Fixieren der Vielzahl von Batteriesubmodulen 100' die gleichen wie die des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und werden daher nicht im Detail beschrieben.
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Unterdessen kann die Vielzahl der Batteriesubmodule 100' des Batterieracks gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch durch eine Sammelschienenanordnung 520' elektrisch miteinander verbunden sein. Das Batteriesubmodul 100' umfasst nun im Batteriemodul 10' des Batterie-Racks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die bidirektionale Polaritätsbatteriezelle 110', so dass die Vielzahl der in den Zeichnungen auf der oberen Seite befindlichen Batteriezellen 110' in Reihe miteinander verbunden werden kann, und die Vielzahl der in der Zeichnung auf der unteren Seite befindlichen Batteriezellen 110' auch in Reihe miteinander verbunden werden kann, so dass sie durch die gleiche Konfiguration wie die Modulsammelschiene 223 elektrisch miteinander verbunden werden können.
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Unterdessen sind die Merkmale einer vorderen Abdeckungseinheit 210', einer hinteren Abdeckungseinheit 220' und der seitlichen Abdeckungseinheiten 230' des Batteriemoduls 10' und des Kühlverfahrens des Batterieracks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die gleichen wie die des Batterie-Racks 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und werden daher nicht im Detail besch rieben.
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Obwohl die repräsentativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, wird von Personen, die auf dem technischen Gebiet, auf dem sich die vorliegende Erfindung bezieht, allgemeine Kenntnisse haben, verstanden, dass darin verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt sein, sondern durch die beigefügten Ansprüche sowie deren Entsprechungen definiert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Batterie-Rack
- 10, 10':
- Batteriemodul
- 11:
- Erster Anschluss
- 12:
- Zweiter Anschluss
- 20:
- Gehäuse
- 21:
- Geschlossene Oberfläche
- 30:
- Verbindungselement
- 40:
- Kühlgebläse
- 50:
- Rack-Controller
- 100, 100':
- Batteriesubmodul
- 110, 110':
- Batteriezelle
- 111, 111':
- Zellkörper
- 112, 112':
- Elektrodenlasche
- 120, 120':
- Kühlelement
- 121, 121':
- Kontaktteil
- 122, 122':
- Exponiertes Teil
- 130, 130':
- Befestigungsrahmen
- 131, 131':
- Erster Befestigungsrahmen
- 1310:
- Anschlussteil
- 1311:
- Befestigungsstift
- 132, 132':
- Zweiter Befestigungsrahmen
- 133:
- Strahleinführungsloch
- 200:
- Schutzabdeckungseinheit
- 210, 210':
- vordere Abdeckungseinheit
- 211:
- Frontplatte
- 212:
- vorderes Abdeckungselement
- 213:
- Hochspannungsverbindungselement
- 214:
- BMS-Modul
- 215:
- MSD-Modul
- 220, 220':
- Hintere Abdeckungseinheit
- 221:
- Hintere Platte
- 222:
- Hinteres Abdeckungselement
- 223:
- Modul-Sammelschiene
- 230, 230':
- Seitenabdeckungseinheit
- 231:
- Griffnut
- 300, 300':
- Fester Träger
- 400, 400':
- Elastisches Polster
- 510:
- Erste Sammelschiene
- 520:
- Sammelschienenanordnung
- 521:
- Zweite Sammelschiene
- 5210:
- Befestigungsloch
- 522:
- Sammelschienenrahmen
- 530:
- Schaltungseinheit
- 600:
- Verriegelungsschraube
- 610:
- Rastnut
- d1, d11, d12, d13, d14, d15, d16, d17:
- Abstand zwischen den Batteriemodulen in Stapelrichtung
- d2:
- Abstand zwischen der Rückseite des Gehäuses und der Rückseite des Batteriemoduls
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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