(57)【要約】  電気化学的セルは、電極積重物と、当該電極積重物と接合されている少なくとも１つの電流導体（１２、１４）と、電極積重物を少なくとも部分的に囲んでいる被覆体（１８）とを備えるエネルギーユニット（１０）と、当該エネルギーユニット（１０）を少なくとも部分的に受容する少なくとも１つのフレーム要素（１６）と、少なくとも１つの圧力軽減装置（３２、４６）とを備える。被覆体（１８）は、電気化学的セルの取り巻く幅狭面に複数の縁部部分を備え、少なくとも１つの電流導体（１２、１４）が第１縁部部分で、少なくとも部分的に被覆体（１８）から出て延伸しており、被覆体（１８）のこの第１縁部部分は、ほぼ流体を漏らさない第１シールシーム（２０、２２）を備える。しかも、少なくとも１つのフレーム要素（１６）は被覆体（１８）の第１縁部部分の領域に、少なくとも１つの第１載置ウェブ（３４、３６）を備え、当該第１載置ウェブ（３４、３６）は、被覆体（１８）の第１シールシーム（２０、２２）から最大約１ｍｍ間隔をあけられており、それでセル内部の圧力上昇および／あるいは温度上昇の際に、少なくとも１つの電流導体（１２、１４）の領域でこの第１シールシーム（２０、２２）が裂けるのを防ぐかあるいは少なくとも阻害する。
2013537694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極積重物と、該電極積重物と接合されている少なくとも１つの電流導体（１２、１４）と、前記電極積重物を少なくとも部分的に囲んでいる被覆体（１８）とを備えるエネルギーユニット（１０）と、
該エネルギーユニット（１０）を少なくとも部分的に受容する少なくとも１つのフレーム要素（１６）と、
前記エネルギーユニット（１０）内の過剰圧力を下げるための少なくとも１つの圧力軽減装置（３２、４６）とを有する電気化学的セルであって、
前記エネルギーユニット（１０）の前記被覆体（１８）は、電気化学的セルの取り巻く幅狭面に複数の縁部部分を備え、少なくとも１つの前記電流導体（１２、１４）が第１縁部部分で、少なくとも部分的に前記被覆体（１８）から出て延伸しており、該被覆体（１８）のこの第１縁部部分は、ほぼ流体を漏らさない第１シールシーム（２０、２２）を備える電気化学的セルにおいて、
少なくとも１つの前記フレーム要素（１６）は前記被覆体（１８）の前記第１縁部部分の領域に、前記被覆体（１８）の第１シールシーム（２０、２２）から最大約１ｍｍ間隔をあけられている少なくとも１つの第１載置ウェブ（３４、３６）を備えることを特徴とする電気化学的セル。
【請求項２】
少なくとも１つの前記フレーム要素（１６）の少なくとも１つの前記第１載置ウェブ（３４、３６）は、前記被覆体の前記第１シールシーム（２０、２２）から最大約０．７５ｍｍ、より好ましくは最大約０．５ｍｍ、さらにより好ましくは最大約０．３ｍｍ間隔をあけられていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項３】
少なくとも１つの前記フレーム要素（１６）の少なくとも１つの前記第１載置ウェブ（３４、３６）は、前記第１縁部部分に対する横断面において、少なくとも約１．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも約２．５ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも約３ｍｍの幅を備えることを特徴とする請求項１あるいは２の少なくともいずれか一項に記載の電気化学的セル。
【請求項４】
少なくとも１つの前記圧力軽減装置（３２、４６）は、前記被覆体（１８）のほぼ流体を漏らさないさらなるシールシーム（２６）あるいはさらなる被覆体部分の弱化部（３２）を備え、このさらなるシールシーム（２６）もしくはこのさらなる被覆体部分は、少なくとも１つの前記第１縁部部分とは異なる、前記被覆体（１８）のさらなる縁部部分に備わっていることを特徴とする請求項１から３の少なくともいずれか一項に記載の電気化学的セル。
【請求項５】
少なくとも１つの前記圧力軽減装置（３２、４６）が、少なくとも１つの前記フレーム要素（１６）にスペース（４６）を備え、このスペース（４６）は、少なくとも１つの前記第１縁部部分とは異なる、前記被覆体（１８）のさらなる縁部部分の領域に備わっており、前記フレーム要素（１６）はこのスペース（４６）の領域で、前記被覆体（１８）のさらなるシールシーム（２６）あるいはさらなる被覆体部分から間隔をあけられていることを特徴とする請求項１から４の少なくともいずれか一項に記載の電気化学的セル。
【請求項６】
少なくとも１つの前記フレーム要素（１６）の前記スペース（４６）は、実質的に、前記被覆体（１８）の前記さらなるシールシーム（２６）あるいは前記さらなる被覆体部分の前記弱化部（３２）の領域に設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の電気化学的セル。
【請求項７】
前記被覆体（１８）の前記さらなるシールシーム（２６）あるいは前記さらなる被覆体部分の前記弱化部（３２）は、前記被覆体（１８）の前記さらなる縁部部分の長手方向に、少なくとも１つの前記フレーム要素（１６）の前記スペース（４６）と少なくとも同じ大きさで測定されていることを特徴とする請求項６に記載の電気化学的セル。
【請求項８】
前記フレーム要素（１６）の前記スペース（４６）に、前記被覆体（１８）の前記さらなるシールシーム（２６）あるいは前記さらなる被覆体部分を開口するための少なくとも１つの開口装置が備わっていることを特徴とする請求項５から７の少なくともいずれか一項に記載の電気化学的セル。
【請求項９】
少なくとも１つの前記フレーム要素（１６）が、前記被覆体（１８）の前記第１縁部部分の外の領域に、少なくとも部分的に、前記被覆体（１８）のさらなるシールシーム（２４、２６、２８、３０）あるいはさらなる被覆体部分に当接する少なくとも１つのさらなる載置ウェブ（３８、４０、４２、４４）を備えることを特徴とする請求項１から８の少なくともいずれか一項に記載の電気化学的セル。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記圧力軽減装置（３２、４６）が、前記被覆体（１８）の前記第１縁部部分に向かい合う、電気化学的セルの幅狭面に設けられていることを特徴とする請求項１から９の少なくともいずれか一項に記載の電気化学的セル。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記圧力軽減装置（３２、４６）が、電気化学的セルが組立てられた状態でほぼ下に設けられている、電気化学的セルの幅狭面に設けられていることを特徴とする請求項１から１０の少なくともいずれか一項に記載の電気化学的セル。
【請求項１２】
請求項１から１１の少なくともいずれか一項に記載の少なくとも１つの電気化学的セルを有する電気化学的エネルギー貯蔵装置。
【請求項１３】
複数の電気化学的セルを備え、交互に設けられたエネルギーユニット（１０）とフレーム要素（１６）との積重物が、各エネルギーユニット（１０）が２つのフレーム要素（１６）の間に保持されており、各フレーム要素（１６）は隣り合う２つのエネルギーユニット（１０）に配設されているように、備わっていることを特徴とする請求項１２に記載の電気化学的エネルギー貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、バッテリー構造体のための電気化学的セル、特に少なくとも１つの圧力軽減装置を有する電気化学的セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的エネルギー貯蔵装置として、１つあるいは複数の貯蔵セルから構成されているバッテリー（一次貯蔵器）と蓄電池（二次貯蔵器）とが知られており、当該貯蔵セルにおいては、充電電流の供給時には、電解質内もしくは電解質間でのカソードとアノードとの間の電気化学的充電反応において、電気エネルギーが化学エネルギーに変換されて貯蔵され、かつ、電気消費物の接続時には、電気化学的放電反応において化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。その際一次貯蔵器は通常１度しか充電されず、その放電後には廃棄処理されるのに対し、二次貯蔵器は複数回（数百回から１万回以上）の充電と放電のサイクルが可能である。この関連において述べられるべきは、特に自動車分野においては、蓄電池もパッテリーと呼ばれることである。
【０００３】
本願発明は、自動車の駆動装置に電力供給するためのリチウムイオンバッテリーとの関連で記述される。指摘されるのは、本発明は、化学や、電気化学的セルとバッテリーの構成と関係なく、また電力供給される駆動装置の種類に関係なく、使用され得るということである。
【０００４】
従来技術から、電極積重物と、当該電極積重物と接合されている少なくとも１つの電流導体と、電極積重物を少なくとも部分的に囲んでいる被覆体とを備えるエネルギーユニットを備える電気化学的セルが知られている。被覆体は一方では、化学物質が電極積重物から周囲に漏れ出すのを防ぎ、他方ではセルの構成部材を周囲とのたとえば水あるいは水蒸気に対する望ましくない相互作用から保護する。
【０００５】
さらに従来技術から、そのようなエネルギーユニットが少なくとも部分的に少なくとも１つのフレーム要素に受容されている電気化学的セルが知られている。これに関して例として指摘されるのは、すでに公開された、本出願人の特許文献１と特許文献２とである。このようなフレーム要素は、特に、複数の電気化学的セルを有するバッテリー構造体の製造プロセスの間に、特にエネルギーユニットの機械的安定化に用いられる。
【０００６】
電気化学的セルもしくは貯蔵装置は、たとえば過負荷あるいはショートの場合の大きな負荷あるいは過負荷の際に、破損時あるいは通常駆動時にも外部から高熱が加えられた場合に過熱状態に陥りかねず、当該過熱状態は、セルやハウジングの破裂、発火、あるいは爆発をもたらしかねない、セル内圧の上昇を起こす。特にリチウムバッテリーあるいはリチウムイオンバッテリーの分野では、特別な危険にさらされている。なぜならこれらのバッテリーは、その際に漏れ出しかねない液状の可燃性有機電解質を含有しているからである。
【０００７】
さらに、エネルギーユニット内部のそのような過剰圧力を下げるための圧力軽減装置が備わっている、様々な電気化学的セルが知られている。そのような圧力軽減装置は、たとえば挿入された融点の低い要素による、たとえばシールシームの局所的弱化部として形成されている。これに関して例として指摘されるのは、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６あるいは特許文献７である。
【０００８】
特許文献８から、平型構造のリチウムイオンバッテリーが知られており、当該リチウムイオンバッテリーは、深刻な過剰圧力状況において、側面から外部に向かって圧力とガスの排出を可能にするために、破裂領域の形状の側面圧力軽減装置を有する、電気化学的セルを取り囲むハウジングフレームを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０１０７９４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１００２２２１７号明細書
【特許文献３】韓国特許出願公開第１０２００９００７６３４３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／０１４８１７３号明細書
【特許文献５】米国特許第７１２２２７６号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１０／０１１２４３６号明細書
【特許文献７】国際公開第２００９／０７８６０４号
【特許文献８】独国特許出願公開第１０２００７０６３１９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、必要な場合には、エネルギーユニット内部の過剰圧力を安全に下げることのできる、改善された電気化学的セルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に従えば、これは、独立請求項の教示によって達成される。本発明の好ましいさらなる形態は、従属請求項の対象である。
【００１２】
本発明に従えば、エネルギーユニットと、当該エネルギーユニットを少なくとも部分的に受容するフレーム要素と、エネルギーユニット内の過剰圧力を下げるための少なくとも１つの圧力軽減装置とを備える電気化学的セルが意図されている。エネルギーユニットは、電極積重物と、当該電極積重物と接合されている少なくとも１つの電流導体と、電極積重物を少なくとも部分的に囲んでいる被覆体とを備える。エネルギーユニットの被覆体は、電気化学的セルの取り巻く幅狭面に複数の縁部部分を備え、少なくとも１つの電流導体が第１縁部部分で、少なくとも部分的に被覆体から出て延伸しており、被覆体のこの第１縁部部分は、ほぼ流体を漏らさない第１シールシームを備える。さらに、少なくとも１つのフレーム要素は被覆体の第１縁部部分の領域に、被覆体の第１シールシームから最大約１ｍｍ間隔をあけられている少なくとも１つの第１載置ウェブを備える。
【００１３】
本発明に従えば、少なくとも１つのそのような電気化学的セルを有する電気化学的エネルギー貯蔵装置もしくはバッテリー構造体も意図されている。
【００１４】
本願発明に従えば、少なくとも１つの電流導体が第１縁部部分で、少なくとも部分的に被覆体から出て延伸しており、少なくとも１つのフレーム要素は被覆体の第１縁部部分の領域に、被覆体の第１縁部で被覆体の第１シールシームから最大約１ｍｍ間隔をあけられている少なくとも１つの第１載置ウェブを備える。被覆体の第１縁部部分の領域にあるこの第１載置ウェブによって、フレーム要素は、エネルギーユニット内部の過剰圧力の際に、シールシームが（従来のセルではしばしば、シールシームの弱い箇所となっている）電流導体の領域で裂けたり破けたりするのを防ぎ、圧力の排出はもっぱら、特にそのために備わっている圧力軽減装置を介して行われ得る（このプロセスは、「ベンティング」とも呼ばれる）。
【００１５】
被覆体のこの第１縁部部分で、フレーム要素の載置ウェブとシールシームとの間に余分な間隙を備えることによって、有利には、異なる電流導体特に異なる厚さの電流導体を有する電気化学的セルのためのフレーム要素をはめ込む可能性がある。しかし本願発明の枠内においてはもちろん、フレーム要素の載置ウェブをシールシームにまで近づける、すなわち実質的にシールシームとの間隔をあけることなく構成する可能性もある。
【００１６】
特に自動車分野におけるリチウムイオンバッテリーでは、バッテリーハウジング内で、セルの電流導体の領域に、さらにバッテリー管理システムおよび／あるいはさらなる電子部品が収納されているという問題がある。この関連において、本発明に係る電気化学的セルによって、エネルギーユニット内部の圧力上昇および／あるいは温度上昇の際に、少なくとも１つの圧力軽減装置によって減圧と材料抽出とが行われるが、電流導体とバッテリー管理システムの領域では行われないという利点が達成される。このやり方で、電気化学的セルのエネルギーユニット内部で深刻な圧力状況もしくは温度状況が生じた場合に、バッテリーの駆動安全性と、乗客の安全性とを高めることができる。その際特に、導電性のあるベンティングガスもしくは電解質による、電流導体の領域でのショートも防ぐことができる。
【００１７】
「電気化学的エネルギー貯蔵装置」とは、本件では、電気エネルギーを取り出すことができ、その際エネルギー貯蔵器の内部では電気化学的反応が起こる各種のエネルギー貯蔵器と理解されるべきである。この概念は、あらゆる種類のエネルギー貯蔵器特に一次バッテリーと二次バッテリーとを含む。電気化学的エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの電気化学的セル好ましくは複数の電気化学的セルを備える。複数の電気化学的セルは、より大きい充電量を貯蔵するために並列接続されていてよく、あるいは望ましい駆動電圧を達成するために直列接続されていてよく、あるいは並列接続と直列接続との組み合わせを形成してよい。
【００１８】
「電気化学的セル」あるいは「電気化学的エネルギー貯蔵セル」とは、本件では、電気エネルギーの放出に使われ、その際エネルギーは化学的な形で貯蔵される装置と理解され得る。再充電可能な二次バッテリーの場合には、セルは、電気エネルギーを受容し、化学エネルギーに変換して貯蔵するためにも形成されている。電気化学的セルの構成（つまり特に大きさと幾何学形状）は、利用可能な空間に依存して選択され得る。好ましくは電気化学的セルは、ほぼ角柱形あるいは円柱形に形成されている。本願発明は、特に、パウチセルあるいはコーヒーバッグセルと呼ばれる電気化学的セルに有利に使用可能であるが、本願発明の電気化学的セルは、このような適用に限定されるべきではない。
【００１９】
この関連において、「電極積重物」とは、少なくとも２つの電極と、その間に設けられた１つの電解質とから成る構造体と理解されるべきである。電解質は、部分的にセパレータによって受容されていてよく、セパレータは電極を分離する。好ましくは電極積重物は、電極とセパレータの複数の層を備え、同じ極性の電極はそれぞれ好適には電気的に互いに接合されており、特に並列接続されている。電極はたとえばプレート状あるいはホイル状に形成されており、好ましくは互いにほぼ平行に設けられている（角柱形のエネルギー貯蔵セル）。電極積重物は巻回されていてもよく、ほぼ円柱形の形態を有してよい（円柱形のエネルギー貯蔵セル）。「電極積重物」という概念は、そのような電極巻回体も含むべきである。電極積重物は、リチウムあるいはその他のアルカリ金属を、イオンの形でも備えてよい。
【００２０】
「電流導体」とは、本願発明との関連では、電気エネルギーをセルに送るためにあるいはセルから送り出すために用いられる、電気化学的セルの導電性構成要素と理解されるべきである。電気化学的セルは通常２種類の電流導体を備えており、当該電流導体は、それぞれ両電極あるいは両電極群つまりアノードもしくはカソードの１つと、セル内部で導電的に接合されている。言い換えれば、セルの電極積重物の各電極は、自らの電流導体を備えており、もしくは電極積重物の同じ極性の電極は共通の電流導体と接合されている。電流導体の形態は、電気化学的セルの形態もしくは電極積重物の形態に適合させられている。
【００２１】
「被覆体」という概念は、化学物質が電極積重物から周囲に漏れ出すのを防ぎ、電極積重物の構成部材を外部の悪影響から保護するのに適した各種の装置を含むべきである。被覆体は、１つあるいは複数の成形部品からおよび／あるいはホイル状に形成されていてよい。さらに被覆体は、一層であるいは多層で形成されていてよい。その上被覆体は、実質的に硬い材料あるいは弾性のある材料から作られていてよい。被覆体は好適には、ガスを漏らさずかつ電気的に絶縁性のある材質あるいは層複合体から形成されている。被覆体は、被覆体と電気化学的セルの内部との間の良好な熱伝導を可能にするために、好ましくはできるだけ間隙やエアクッションなしに、電極積重物を取り囲んでいる。
【００２２】
「エネルギーユニット」という概念は、この関連においては、エネルギー貯蔵とエネルギー放出の特性を満たす単独の構成ユニットと理解される。エネルギーユニットは特に電極積重物と電流導体と被覆体とを含んでいるが、必ずしもこれらに限られない。
【００２３】
「圧力軽減装置」とは、本願発明の枠内においては、所定の条件下で被覆体を開口し、特に電気化学的セル内部での（たとえば過負荷などによる）圧力上昇および／あるいは温度上昇の場合に、セルからの材料抽出を伴ってあるいは材料抽出なしに圧力を排出できるのに適したあらゆる種類の装置と理解されるべきである。はっきりと指摘されるのは、本願発明は、特別な種類の圧力軽減装置に限定されていないということである。１つの電気化学的セルに２つあるいはそれ以上の圧力軽減装置がある場合には、これらは同じ種類であってよく、あるいは互いに異なっていてよい。
【００２４】
本願発明の主旨における「フレーム要素」は、電気化学的セルのエネルギーユニットを機械的に安定させるのに適した各構造装置である。この安定化は、特に、複数の電気化学的セルを有するバッテリー構造体の製造プロセスの間に有利であるが、これに限られない。「フレーム要素」という概念は、特に、エネルギーユニットをその幅狭面でほぼ全周で取り囲む（従来の主旨でのフレームに相当）装置も、エネルギーユニットを１つの幅狭面あるいは幅狭面の一部あるいは１つあるいは複数の幅狭面の一部でのみ支持する（フレーム辺部あるいはフレーム辺部構造体に相当）装置も含むべきである。少なくとも１つのフレーム要素は、好ましくは１つの部品からあるいは複数の部品から形成されていてよい。さらに、エネルギーユニットを（片側で）１つの主要面から支持するか、あるいはエネルギーユニットを（両側で）その両方の主要面から支持するフレーム要素が考えられる。
【００２５】
エネルギーユニットの取り巻く４つの幅狭面は、本願発明との関連では、部分として考察される（被覆体の「縁部部分」）。被覆体の第１縁部部分は、少なくとも１つの電流導体の領域で定義されている。すなわち、被覆体は通常、マイナス極接続とプラス極接続のための２つの電流導体のために、２つの第１縁部部分を有する。
【００２６】
「シールシーム」とは本願発明の主旨において、流体を漏らさずに（つまり液体やガスを漏らさずに）、１つの被覆体部品を別の構成要素（特にたとえばさらなる被覆体部品あるいは電流導体）と接合するものと理解される。好適には被覆体は、少なくとも部分的に溶接され得、圧力で継合され得る（いわゆるヒートシール）材料もしくは材料層を、その接合面に備える。
【００２７】
「載置ウェブ」という概念は、本願発明との関連では、フレーム要素に取り付けられておりもしくは備わっており、かつ被覆体の縁部部分の方向に突き出ている各構造要素を意味するべきである。載置ウェブは好適には、被覆体の縁部部分あるいはそこにあるシールシームを、これらを破損することなくもしくは破壊することなく接触させるのに適している。有利には載置ウェブは、この目的のために、被覆体のそれぞれの縁部部分に対向する側にコーティングあるいは加工がされているか、あるいは付加要素が備わっていてよい。載置ウェブは好適には、被覆体の位置を該当する縁部部分で確定し、あるいは少なくとも画定し、もしくは被覆体のシールシームを支持するように、構成されかつ設けられている。少なくとも１つのフレーム要素の載置ウェブの支持効果は、好適にはシールシームが、エネルギーユニット内部の過剰圧力で生じる剥離応力によって破れるのを防ぐ。
【００２８】
以下に、本発明の好ましいさらなる形態が記述される。
【００２９】
好適には、少なくとも１つのフレーム要素の少なくとも１つの第１載置ウェブは、被覆体の第１シールシームから最大約０．７５ｍｍ、より好ましくは最大約０．５ｍｍ、さらにより好ましくは最大約０．３ｍｍ間隔をあけられている。
【００３０】
好適には、少なくとも１つのフレーム要素の少なくとも１つの第１載置ウェブは、第１縁部部分に対する横断面において、少なくとも約１．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも約２．５ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも約３ｍｍの幅を備える。このやり方で、被覆体の第１縁部部分の第１シールシームのために充分な大きさの載置面もしくは境界面を利用できる。
【００３１】
好ましい一実施形態においては、少なくとも１つの圧力軽減装置は、被覆体のほぼ流体を漏らさない少なくとも１つのさらなるシールシームあるいは少なくとも１つのさらなる被覆体部分の弱化部を備え、このさらなるシールシームもしくはこのさらなる被覆体部分は、少なくとも１つの第１縁部部分とは異なる、被覆体のさらなる縁部部分に備わっている。さらなるシールシームもしくはさらなる被覆体部品のこのような弱化部は、エネルギーユニット内部で過剰圧力が生じた場合に、被覆体が好適にはこの箇所で開き／裂け／破けるようにする。
【００３２】
被覆体のシールシームのあるいは被覆体部分の「弱化部」は、有利には材料あるいは材料構成の局所的弱化、この箇所での被覆体の特別な成形、特別な物理的および／あるいは化学的特性（たとえばより低い融点など）を有する付加要素を材料あるいは材料構造に取り入れること、あるいはこの箇所のシールシームの強度を下げることによって、達成され得る。
【００３３】
本発明のさらなる好ましい一実施形態においては、少なくとも１つの圧力軽減装置が、付加的にあるいは代替的に、少なくとも１つのフレーム要素にスペースを備え、このスペースは、少なくとも１つの第１縁部部分とは異なる、被覆体のさらなる縁部部分の領域に備わっており、フレーム要素はこのスペースの領域で、被覆体のさらなるシールシームあるいはさらなる被覆体部分から間隔をあけられている。フレーム要素のそのようなスペースは、エネルギーユニット内部で過剰圧力が生じた場合に、被覆体もしくは被覆体材料が屈することができるようにし、その結果被覆体もしくはシールシームは、この箇所でより簡単に開き／破け／裂けることができる。
【００３４】
好適には、少なくとも１つの圧力軽減装置は、さらなるシールシームもしくは被覆体部分の弱化部と、フレーム要素にスペースとを備える。好ましくは、少なくとも１つのフレーム要素のスペースは、実質的に、被覆体のさらなるシールシームあるいはさらなる被覆体部分の弱化部の領域に設けられている。
【００３５】
この実施形態では、被覆体のさらなるシールシームもしくはさらなる被覆体部分の弱化部は、被覆体のさらなる縁部部分の長手方向に、少なくとも１つのフレーム要素のスペースと少なくとも同じ大きさで測定されている。
【００３６】
本発明のさらなる好ましい形態においては、フレーム要素のスペースに、さらに、減圧のために、被覆体のさらなるシールシームあるいはさらなる被覆体部分を開口するための少なくとも１つの開口装置が備わっている。その際「開口装置」という概念は、フレーム要素のスペースの領域で、さらなるシールシームもしくはさらなる被覆体部分を開口する／開ける／裂く／破くのを促進する、あらゆる構造要素を含む。開口装置は好適には、１つあるいは複数の歯、トゲ、刃、切断要素などを備える。
【００３７】
上で説明された、少なくとも１つの圧力軽減装置の実施形態は、電流導体の領域の外で、被覆体の所定の箇所での制御されたベンティングを可能にする。
【００３８】
本発明の好ましい一実施形態においては、少なくとも１つのフレーム要素が、被覆体の第１縁部部分の外の領域に、少なくとも部分的に、被覆体のさらなるシールシームあるいはさらなる被覆体部分に当接する少なくとも１つのさらなる載置ウェブを備える。電気化学的セルのこの実施形態では、エネルギーユニット内部で過剰圧力が生じた場合に、望ましくなく開き／破け／裂けるのを防ぎ、かつもっぱら少なくとも１つの圧力軽減装置での制御されたベンティングを達成するために、被覆体もしくはそのシールシームは、電流導体傍の第１縁部部分の領域においてのみならず、別の箇所でも保持される。
【００３９】
本発明のさらなる好ましい一実施形態においては、少なくとも１つの圧力軽減装置が、被覆体の第１縁部部分に向かい合う、電気化学的セルの幅狭面に設けられている。このやり方で、エネルギーユニット内部で過剰圧力が生じた場合に、圧力の排出は電流導体から（できる限り遠くに）離れて行われる。
【００４０】
好ましい一実施形態においては、シールシームすべてが、第１縁部部分もしくは電流導体に向かい合う幅狭面にある、被覆体のさらなる縁部部分に、弱化部を上述のように備えていてよい。さらなる好ましい一実施形態においては、さらにシールシームは、第１縁部部分に対して横方向に延在する、エネルギーユニットの幅狭面にある、被覆体のさらなる縁部部分に、完全にあるいは部分的にそのような弱化部を備えていてよい。
【００４１】
本発明のさらなる好ましい一実施形態においては、少なくとも１つの圧力軽減装置が、電気化学的セルが組立てられた状態でほぼ下に設けられている、電気化学的セルの幅狭面に設けられている。このやり方で、エネルギーユニット内部で過剰圧力が生じた場合に、圧力の排出は、たとえば、電気化学的セルを有するバッテリー構造体がその下に設けられている自動車の客室の方向ではなく、下に向かって行われる。
【００４２】
電気化学的エネルギー貯蔵装置に、そのような電気化学的セルが複数ある場合には、好適には、交互に設けられたエネルギーユニットとフレーム要素との積重物が、各エネルギーユニットが２つのフレーム要素の間に保持されており、各フレーム要素は隣り合う２つのエネルギーユニットに配設されているように、備わっている。このやり方で、複数の電気化学的セルに全体で必要なフレーム要素の数を減らすことができる。フレーム要素を両側で利用することは、積重物内部においてのみ当然のことであり、積重物の縁部では少なくとも最外部のフレーム要素にはもはや当てはまらない。フレーム要素を両側で利用するために、フレーム要素は、好適には積重方向でほぼ対称的に形成されている。フレーム要素を両側で利用することは、この関連では、積重物内部の電気化学的セルのすべてあるいはその一部だけに当てはまり得る。
【００４３】
本願発明のさらなる利点と特徴と適用の可能性とは、図に関連した好ましい実施例の以下の記述からもたらされる。図に示されるのは以下である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願発明の一実施例に従った電気化学的セルの、概略的分解斜視図である。
【図２】本願発明に従った電気化学的セルのためのエネルギーユニットの好ましい第１実施形態の概略的斜視図である。
【図３】本願発明に従った電気化学的セルのためのエネルギーユニットの好ましい第２実施形態の概略的斜視図である。
【図４】本願発明に従った電気化学的セルのためのフレーム要素の好ましい一実施形態の概略的斜視図である。
【図５】本発明に係る機能を説明するための、本願発明に従った電気化学的セルの概略的部分断面図である。
【図６Ａ】本発明に係る機能を説明するための、本願発明に従った電気化学的セルの概略的部分斜視図である。
【図６Ｂ】本発明に係る機能を説明するための、本願発明に従った電気化学的セルの概略的部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、１つのエネルギーユニット１０と２つのフレーム要素１６とを有する電気化学的セルの分解図を示しており、これら２つのフレーム要素１６はそれぞれ、バッテリー構造体内の複数の電気化学的セルの積重物内で、隣り合う２つのエネルギーユニット１０に配設されていてよい。
【００４６】
エネルギーユニット１０は、単一の構成ユニットであり、電極積重物（図示されず）と、電極積重物のアノードと接合されている第１電流導体１２と、電極積重物のカソードと接合されている第２電流導体１４と、電極積重物を取り囲む、たとえば多層ホイル形状の被覆体１８とを含む。両電流導体１２、１４は、外部から接触できるように、エネルギーユニット１０の被覆体１８から部分的に突出している。
【００４７】
このエネルギーユニット１０は、この実施形態においては、２つのフレーム要素１６の間の４つの幅狭面で全周で保持される。代替的に、複数部品から成るフレーム要素あるいは、エネルギーユニットをその周の一部のみで保持するフレーム要素も考えられ得る。
【００４８】
図２と図３は、そのような電気化学的セルのためのエネルギーユニットの可能な２つの実施例を示している。
【００４９】
本実施例においては、被覆体１８はそれぞれ、ほぼ合同の２つの被覆体部品から構成されており、当該被覆体部品は、その間に電極積重物を受容して、流体を漏らさずに（つまり液体やガスを漏らさずに）、互いに接合特に封着され、その結果、取り巻くシールシームが形成されている。代替的な実施例においては、被覆体１８は、折り重ねられて封着された被覆体部品から構成されていてもよく、その結果エネルギーユニット１０の少なくとも１つの幅狭面でシールシームがなくなっている。
【００５０】
エネルギーユニット１０の４つの幅狭面に沿って、被覆体１８は、エネルギーユニット１０の全周すべてに延伸する複数の縁部部分を備える。それに対応して、取り巻いているシールシーム（観念的に）も、複数のシールシームに細分化されてよい。２つの電流導体１２、１４が被覆体から出てその中で延伸する、被覆体１８の２つの第１縁部部分には、それぞれ１つの第１シールシーム２０もしくは２２がある。複数の第２シールシーム２４は、第１縁部部分の外側でこれらと同じエネルギーユニット１０の幅狭面にある、被覆体１８の縁部部分で定義されている。
【００５１】
第３シールシーム２６は、第１縁部部分に向かい合う、エネルギーユニット１０の幅狭面（図２と図３の右側）で、被覆体１８の縁部部分に形成されている。第４シールシーム２８と第５シールシーム３０は、電流導体１２、１４を有する幅狭面に対して横方向に延在する、エネルギーユニット１０の幅狭面（図２と図３の上もしくは下）で、被覆体１８の縁部部分にある。
【００５２】
図２の実施例においては、被覆体１８の第３シールシーム２６は、エネルギーユニット１０の対応する幅狭面の一部分にわたって延伸する弱化部３２を備える。
【００５３】
図３の実施例においては、被覆体１８の第３シールシーム２６はそれに対して、エネルギーユニット１０の幅狭面のほぼすべてにわたって延伸する弱化部３２を備える。
【００５４】
電気化学的セルの他の実施形態においては、第３シールシーム２６に複数の弱化部３２が備わっていてよく、および／あるいは第４シールシーム２８および／あるいは第５シールシーム３０も１つあるいは複数の弱化部を備えてよい。被覆体１８の第１縁部部分に向かい合う、エネルギーユニット１０の幅狭面に、シールシーム２６ではなく、たとえば折り畳まれた被覆体部品がある場合には、いわゆる弱化部３２は、それに応じてそのような被覆体部分に備わっている。
【００５５】
図４は、図１の電気化学的セルのフレーム要素１６をより詳細に示している。
【００５６】
この実施例のフレーム要素１６は、４つのフレーム辺部から１つの部品あるいは複数の部品で構成されており、その結果エネルギーユニット１０の４つの幅狭面を全周で取り囲み、かつ被覆体１８のそれぞれの縁部部分をそこで支持できる。
【００５７】
図４で表わされているように、フレーム要素１６は、フレーム要素１６の側面から、画定するエネルギーユニット１０の被覆体１８の縁部部分の方向に延伸する複数の載置ウェブ３４−４４を有して構成されている。図３において視認できない背向する側に、フレーム要素１６は、これらの載置ウェブ３４−４４を同様に備える。フレーム要素１６はそれによって、バッテリー構造体内の複数の電気化学的セルの積重方向にほぼ対称的に形成されている。載置ウェブ３４−４４は、たとえばフレーム要素１６に一体成形されてあるいは別個の構成要素として形成されており、フレーム要素１６と堅固に接合されている。
【００５８】
フレーム要素１６の載置ウェブ３４−４４は、被覆体１８の縁部部分に対応して、フレーム要素１６に取り付けられている。特に、第１載置ウェブ３４は、第１電流導体１２が被覆体１８から出て延伸する第１縁部部分の第１シールシーム２０の領域に設けられており、第１載置ウェブ３６は、第２電流導体１４が被覆体１８から出て延伸する第１縁部部分の第１シールシーム２２の領域に設けられている。さらに、第２載置ウェブ３８は第２シールシーム２４の領域に、第３載置ウェブ４０は第３シールシーム２６の領域に、第４載置ウェブ４２は第４シールシーム２８の領域に、第５載置ウェブ４４は被覆体１８の第５シールシーム３０の領域に設けられている。
【００５９】
第１載置ウェブ３４から第５載置ウェブ４４は、エネルギーユニット１０の４つの幅狭面に沿ってほとんど全周で、フレーム要素１６に備わっている。載置ウェブ３４−４４は、この実施例においては、幅（そのそれぞれの長手方向に対して横方向）が異なっているが、互いにほぼ同一に寸法付けられていてもよい。それぞれの縁部部分に対して横方向での載置ウェブ３４−４４の幅は、シールシーム２０−３０の充分な支持を達成するために、少なくとも約１．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも約２．５ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも約３ｍｍである。
【００６０】
電気化学的セルが組立てられていれば、すなわちフレーム要素１６がエネルギーユニット１０を保持もしくは支持していれば、第２載置ウェブ３８から第５載置ウェブ４４がそれぞれ第２シールシーム２４から第５シールシーム３０にまで達するのに対し、第１載置ウェブ３４、３６はより細く形成されており、その結果当該載置ウェブは、電流導体１２もしくは１４の第１シールシーム２０もしくは２２から間隔をあけられている。
【００６１】
図５において、第１シールシーム２０、２２の第１載置ウェブ３４、３６について、これが具体的に示されている。図５で特に分かるのは、電極積重物と接合される電流導体１２、１４が、被覆体１８から出されていることである。被覆体１８の第１縁部部分はそれぞれ、シールシーム２０、２２によって電流導体１２、１４と流体を漏らさずに接合されている。
【００６２】
セルもしくはエネルギーユニット１０の内部で過剰圧力が生じると、この過剰圧力は、図５で表わされた被覆体１８の弱い箇所の領域で、被覆体１８の縁部部分を互いにかつ電流導体１２、１４から引き剥がそうとする剥離力もしくは剥離応力（矢印４８参照）を生み出す。従来の電気化学的セルの比較可能なフレーム要素にはない、上述のフレーム要素１６の第１載置ウェブ３４、３６は、第１シールシーム２０、２２のこのような開き／裂けに対抗する。図５の矢印５０で具体的に示されるように、フレーム要素１６の第１載置ウェブ３４、３６は、被覆体１８の第１縁部部分が屈する可能性を制限し、第１シールシーム２０、２２を支持する。そして、エネルギーユニット１０内部での過剰圧力の際に、被覆体１８もしくはシールシーム２０、２２が電流導体１２、１４の領域で裂けて、ベンティングガスがそこから漏れ出るのを、効果的に防ぐことができる。
【００６３】
再度図４に戻って分かるのは、フレーム要素１６はさらに、第３載置ウェブ４０を有して形成されているフレーム辺部に、スペース４６を備えることである。スペース４６は本質的に、第３載置ウェブ４０の一部の欠如部に相当する。このスペース４６はさらに、図２の被覆体１８の第３シールシーム２６の弱化部３２に対応して、あるいは任意の好適には中央の箇所で、図３の被覆体１８の第３シールシーム２６の弱化部３２に対応して、配置されている。
【００６４】
フレーム要素１６のスペース４６と、第３シールシーム２６の弱化部３２とは、一緒に、電気化学的セルの圧力軽減装置を形成する。
【００６５】
図６Ａで具体的に示されているように、フレーム要素１６はセルの通常状態では（すなわち、特に、セル内部に過剰圧力がない）、そのスペース４６の領域で、弱化部３２を有する第３シールシーム２６から間隔をあけられている。それに対して、スペース４６と並んで、隣り合う２つのフレーム要素１６の第３載置ウェブ４０が、その間に受容されたエネルギーユニット１０の、被覆体１８のシールシーム２６に当接し、結合している。
【００６６】
エネルギーユニット１０内部で過剰圧力が生じた場合には、この過剰圧力は、本発明に係る電気化学的セルでは、もっぱら圧力軽減装置３２、４６によって、エネルギーユニット１０の電流導体１２、１４から取り除かれ、可能な限り電気化学的セルの下部領域で排出される。図６Ｂに表わされているように、エネルギーユニット１０内部の過剰圧力は、被覆体１８のシールシーム２０−３０で剥離応力を引き起こし、当該剥離応力はフレーム要素１６のスペース４６の領域で、第３シールシーム２６を裂く。
【００６７】
すくなくともこの領域における第３シールシーム２６の弱化部３２によって確実になるのは、エネルギーユニット１０内部での過剰圧力の際には、第１載置ウェブ３４、３６が電流導体１２、１４傍の第１シールシーム２０、２２から離れていても、被覆体のシールシームが最初に圧力軽減装置のところで裂けることである。
【００６８】
電気化学的セルと、特にバッテリー構造体のための複数の電気化学的セルの積重物との機械的な安定性を向上させるために、フレーム要素１６は好ましくはその上、固定装置５２を有して構成されており（図４参照）、当該固定装置５２によって、セル積重物の隣り合う２つのフレーム要素１６あるいはすべてのフレーム要素１６が、互いに整列させられ、および／あるいは互いに堅固に接合され得る（たとえばネジ、リベット、クランプピンなどによって）。この接合は、さらにまた、被覆体１８のシールシーム２０−３０に対する載置ウェブ３４−４４の支持作用にも有利である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  エネルギーユニット
１２  電流導体
１４  電流導体
１６  フレーム要素
１８  被覆体
２０  シールシーム
２２  シールシーム
２４  シールシーム
２６  シールシーム
２８  シールシーム
３０  シールシーム
３２  弱化部／圧力軽減装置
３４  載置ウェブ
３６  載置ウェブ
３８  載置ウェブ
４０  載置ウェブ
４２  載置ウェブ
４４  載置ウェブ
４６  スペース／圧力軽減装置
４８  剥離応力
５０  矢印
５２  固定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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