(57)【要約】  電気的導線接続を遮断するための装置を有する電気的構成要素は反応性多層構造体を有しており、それによって電気的導線接続の遮断を生じさせる。前記電気的構成要素はガルバニセルであってよく、前記遮断するための装置は前記セルの外部または内部に設けられていてよい。前記電気的構成要素はセル結合体であってもよい。複数のガルバニセルの複合体からガルバニセルを迅速かつ確実に分離すること、または大きなセルをセグメントに迅速かつ確実に分解することが実現され得る。
2014502406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的導線接続を遮断するための装置を有する電気的構成要素であって、当該装置は少なくとも２つの異なる材料から成る複合体を有することを特徴とする電気的構成要素。
【請求項２】
前記少なくとも２つの異なる材料は、当該材料が互いに反応させられ得るように選択され、それによって前記電気的導線接続の遮断が行われることを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項３】
前記複合体は前記電気的導線接続の部分に設けられており、前記材料は、当該材料の反応の際に熱エネルギーが放出され、当該熱エネルギーによって、前記電気的導線接続が当該電気導線接続の断面全体にわたって、あるいは一部の断面にわたって溶融することが生じるように選択されることを特徴とする請求項１または２に記載の構成要素。
【請求項４】
前記電気的導線接続の断面の一部は溶融し、前記電気的導線接続の残りの断面は通常の作動流が前記電気的導線接続の前記部分を通過して流れる際に溶融することを特徴とする請求項３に記載の構成要素。
【請求項５】
前記少なくとも２つの異なる材料は、金属合金または金属ガラス、シリサイド、アルミナイド、ホウ化物、炭化物を形成しながら反応し、および／またはテルミットの出発物質を形成することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項６】
前記複合体は前記電気的導線接続の部分に取り付けられているとともに、導電性を有しており、前記少なくとも２つの異なる材料は、当該材料の反応の際に、導電性を有さない反応生成物が発生するように選択されることを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項７】
一方の材料は、グラファイトまたはグラフェンであることを特徴とする請求項６に記載の構成要素。
【請求項８】
前記複合体における前記少なくとも２つの材料が交代する層の形で設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項９】
前記層は互いに独立して１ｎｍ〜１００ｎｍまでの直径を有していることを特徴とする請求項８に記載の構成要素。
【請求項１０】
前記複合体には５０〜１００００の層が設けられていることを特徴とする請求項８または９に記載の構成要素。
【請求項１１】
請求項２〜１０のいずれか一項に記載の構成要素であって、以下の状態、すなわち、
−前記電気的導線接続の前記部分を通過して流れる電流に対する所定の閾値を上回っている状態；
−前記電気的導線接続の前記部分にわたって供給される電圧に対する所定の閾値を上回っている状態；
−前記複合体または前記電気的導線接続の前記部分において支配的な温度に対する所定の閾値を上回っている状態；
−前記複合体に供給されている電気的ポテンシャルに対する所定の閾値を上回っている状態；
−衝撃または衝突の結果としての力が加わる状態；
のうちの少なくとも１つが与えられているとき、反応が開始されることを特徴とする構成要素。
【請求項１２】
反応は、電流、電圧、温度、光、音響、ＵＶ、レーザーの信号またはパルスを前記遮断するための装置に供給することによって開始されることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項１３】
当該構成要素は、ガルバニセル同士を電気的に接続させるためのセル結合体であって、ガルバニセルの電極接続部と接触するための装置を有しているセル結合体であるか、または、当該構成要素はガルバニセルであって、前記遮断するための装置が、前記ガルバニセルから、および／または前記ガルバニセルへ電流を導くための１つの部分または複数の部分に配設されているガルバニセルであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の構成要素であって、当該構成要素は電気化学的貯蔵セルであるか、または電気化学的貯蔵セルを含んでおり、当該電気化学的貯蔵セルは好ましくはリチウムイオンバッテリーまたはリチウムイオン蓄電池であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項１５】
請求項１〜１０のいずれか一項に定義されるような複合体の、電気的導線接続を遮断するための使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気的導線接続を遮断するための装置を有する電気的構成要素、特にガルバニセルまたはガルバニセルのためのセル結合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば１つまたは複数の貯蔵セルから構成されている、電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリー（一次貯蔵装置）および蓄電池（二次貯蔵装置）のようなガルバニセルが知られており、当該ガルバニセルでは充電電流が供給されると、電解質内もしくは電解質間で、カソードとアノードとの間で行われる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るとともに貯蔵され、当該ガルバニセルでは電気的消費部に電流が供給されると、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。近年、リチウム化合物をベースとする一次貯蔵装置および二次貯蔵装置が重要性を増している。例えばリチウムイオン蓄電池は今日、多数の応用に対して推奨され、かつ用いられ、自動車のための牽引用バッテリーとしても推奨され、かつ用いられている。当該目的のために単セルはブロックにまとめられるとともに相互接続され、それによって個々に必要とされる電圧および容量を提供している。バッテリーシステムに対しては、数百ボルトの高電圧が要求される場合が多い。例えば事故や危機的な充電状態または危機的な動作状態などの特定の状況下では、単セルまたはセルのグループをバッテリーシステムから切り離すことが望ましい場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「フラウンホーファー・イーヴェーエス・ヤーレスベリヒト２００８（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ  ＩＷＳ  Ｊａｈｒｅｓｂｅｒｉｃｈｔ  ２００８）」、２００８年、ｐ．７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って本発明の課題は、電気的導線接続を遮断するための装置を有する電気的構成要素を創出し、それによって取り分け、ガルバニセルからの電流、および／またはガルバニセルへの電流を確実に中断できることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は独立請求項に記載の特徴によって解決される。本発明の有利なさらなる構成は従属請求項の対象となっている。
【０００６】
一態様によれば本発明は、電気的導線接続を遮断するための装置を有する電気的構成要素であって、当該装置が少なくとも２つの異なる材料から成る複合体を有することを特徴とする電気的構成要素に関する。
【０００７】
「複合体」という概念は、２つまたはそれ以上の互いに結合された材料を含んでいる。「材料」という概念は、周期系の元素のみならず、当該元素から派生する無機化合物または有機化合物のような化合物も含んでいる。
【０００８】
前記少なくとも２つの異なる材料は好ましくは、当該材料が互いに反応させられ得るように選択され、それによって電気的導線接続の遮断が行われる。
【０００９】
一実施形態において複合体は導線接続の部分に設けられており、材料は、当該材料の反応の際に熱エネルギーが放出され、当該熱エネルギーが導線接続を当該導線接続の断面全体にわたって、あるいは部分断面にわたって溶融させるように選択される。
【００１０】
一実施形態において、反応の際に自由になった熱エネルギーは導線接続を断面の一部にわたって溶融させ、導線接続の残りの断面は通常の作動流が導体断面を通過して流れる際に溶融する。
【００１１】
熱エネルギーを放出しながら互いに反応させられ得る、すなわち発熱的に経過する反応において反応させられ得る少なくとも２つの異なる材料から成る複合体はすでに知られている。
【００１２】
非特許文献１から、複合体としてエネルギー貯蔵装置であるいわゆる「ナノメータ反応性多層体」を用いることが知られており、当該ナノメータ反応性多層体は感熱性の構成要素を接合するために用いられる。このような「ナノメータ反応性多層体（ＲＭＳ）」は、少なくとも２つの異なる材料から成る、それぞれが１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さの数百から数千の個々の層から構成されていてよく、当該２つの異なる材料の化学的結合の際にエネルギーが放出される（発熱反応）。すなわちＲＭＳには、所定の量の化学エネルギーが貯蔵されており、当該化学エネルギーは局所的熱源として使用され得る。電気的火花またはレーザーパルスのような外部エネルギー源による点火の後、エネルギーを放出しながら行われる多層材料の原子相互拡散が誘導される。進行性の反応の先端が形成され、当該反応の先端から、極めて短時間で空間的に狭く限定された領域において高い熱量が放出される。例えばいわゆる発熱性のはんだ付け用箔において、はんだ接合を生じさせるための局所的熱源として、迅速に反応する多層箔が用いられる。このとき隣接する構成要素への熱および電圧の取り込みは最小化され得る。ＲＭＳは全体の厚さが１００μｍまでの大きさで、例えばマグネトロン・スパッタ蒸着およびイオンビームスパッタ蒸着のような物理的気相蒸着法によって製造され、対応する構成要素に直接コーティングされるか、あるいは、自立した箔として製造され得る。例えばＮｉ／ＡｌまたはＴｉ／Ａｌのような材料の組み合わせによって、例えば局所的に到達可能な温度は２０００℃までであり、伝搬速度は２ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓであることが記載されている。
一実施形態において、本発明の意味での「反応性多層体」または「反応性多層構造体」とは複合体であって、当該複合体において少なくとも２つの異なる材料が層の形で設けられており、当該層が互いに反応させられ得るあらゆる複合体と理解される。これは「反応性多層体」または「反応性多層構造体」が、複数の反応性多層体もしくは単独の反応性多層体から構成されていることを意味する。「反応性多層体」とは本発明の意味において、複数の単層であって、当該単層の厚さが好ましくはナノメータ領域にある複数の単層から成る層と理解され、多層体材料は明確に定義された状態になるとき、例えば所定の温度になるとき、あるいは電圧パルスなどの信号、電気的火花またはレーザーパルスが供給されるとき互いに反応し、当該反応は好ましくはエネルギーを放出しながら行われる、多層材料の原子相互拡散が誘発されることによって生じる。反応の開始は多層体の「点火」とも称される。反応は好ましくは、多層体材料が消費された状態になるまで、さらなる支援なしに続けられる。構造体は特にコーティング、自立した、場合によっては自動接着性の箔構造体などであってよい。
【００１３】
好適な一実施形態によれば、少なくとも２つの異なる材料から成る複合体、例えば反応性多層構造体が導体部分に設けられており、反応性多層体の反応の際に自由になる熱エネルギーは、導体部分が当該導体部分の断面全体にわたって、あるいは部分断面にわたって溶融することを生じさせる。反応性多層構造体はこの場合、例えば従来技術から知られているような発熱性のはんだ付け用箔であってよく、点火の後に進行性の反応の先端が形成され、当該反応の先端から、極めて短時間で空間的に狭く限定された領域において高い熱量が放出される。これによりヒューズのような切断を実現することもできる。このとき導体部分は崩壊し、導線接続において隙間を介した導線の分断が行われる。反応はまた非常に迅速かつ局所的に限定されて行われ得、隣接する構成要素構造体が影響を受けることはない。反応性多層構造体の点火のためのトリガーが過熱状態である場合、発熱反応によって当該過熱状態は増強され、該当する導体部分の確実かつ加速された溶融を生じさせる。反応はそれ自体でも維持され、それによってまた確実な電気的遮断を可能にする。
【００１４】
反応性多層体の反応の際に自由になる熱エネルギーの大きさを、当該熱エネルギーが導体部分を断面の一部にわたって溶融させ、導体部分の残りの断面は通常の作動流が導体断面を通過して流れる際に溶融するように定めると、生じさせられる熱エネルギーおよびそれとともに隣接する構成要素の熱的損傷を最小程度に限定することもできる。このとき本発明の意味において通常の作動流とは、電気的構成要素の通常の作動条件の下で導線接続において支配的な電流の強さを有する電流と理解される。
【００１５】
複合体において好適に用いられ得る少なくとも２つの異なる材料として、合金または金属ガラスを形成しながら反応する元素金属の組み合わせが挙げられる。すなわち、ケイ素またはケイ素化合物とともにシリサイド、特にケイ素の二元金属化合物を形成する元素または化合物。アルミニウムまたはアルミニウム化合物とともにアルミナイド、特にアルミニウムの二元化合物、好ましくはマグネシウムアルミナイド、ニッケルアルミナイド、チタンアルミナイドを形成する元素または化合物。ホウ素またはホウ素化合物とともにホウ化物、好ましくはホウ化マグネシウムを形成する元素または化合物。炭素または炭素化合物とともに炭化物を形成する元素または化合物。テルミット、好ましくは少なくとも２つの異なる材料の一方の材料としての酸化鉄と、少なくとも２つの異なる材料のもう一方の材料としてのアルミニウムをベースとするテルミットである。
【００１６】
代替的な実施形態によれば、例えば反応性多層構造体の形の複合体は２つの導体部分の間に設けられており、非反応状態において導電性を有しており、反応性多層構造体の反応生成物は電気的に導体ではない。従って固体の絶縁体のような導線遮断も実現され得る。この場合、導線接続の端部は空間的に固定されたままである。
【００１７】
当該実施形態において、複合体は導線接続の部分に取り付けられているとともに、それ自体が導電性を有しており、少なくとも２つの異なる材料は、当該材料相互の反応の際に、反応生成物として電気的絶縁体が生じるように選択される。
【００１８】
一実施形態において、少なくとも２つの異なる材料のうちの一方の材料として、グラファイトまたはグラフェンのような導電性材料を選択することが想定可能である。さらに少なくとも２つの異なる材料のうちのもう一方の材料として、非導電性の酸素ドナーを選択することも想定可能である。それによって、グラファイトまたはグラフェンが酸素ドナーと反応する際、非導電性のグラファイトまたはグラフェンの酸化物が発生する。
【００１９】
一実施形態において構成要素はまた、複合体における少なくとも２つの材料が交代する層の形で設けられていることを特徴としている。
【００２０】
層は好ましくは互いに独立して１ｎｍ〜１００ｎｍまでの直径を有している。
【００２１】
複合体には好適に５０から１００００の層が設けられている。
【００２２】
複合体の製造は、反応性多層構造体の形においても、例えばすでに上記の非特許文献１から知られているような既知の方法によって行われ得る。好適に基板上に、少なくとも２つの異なる材料の交代層が、ローリング、化学的気相蒸着または物理的気相蒸着、真空蒸着および／またはスパッタコーティングのような方法によって設けられる。
【００２３】
好適な実施形態によれば、複合体、例えば反応性多層構造体における少なくとも２つの異なる材料は、所定の反応条件、好ましくは点火条件が満たされている場合に反応するように、好ましくは点火するように設計されており、当該反応条件または点火条件は好ましくは以下の状態のうちの少なくとも１つによって与えられる。
−導体部分を通過して流れる電流に対する所定の閾値を上回っている状態；
−導体部分にわたって供給される電圧に対する所定の閾値を上回っている状態；
−反応性多層構造体または導体部分において支配的な温度に対する所定の閾値を上回っている状態；
−反応性多層構造体に供給されている電気的ポテンシャルに対する所定の閾値を上回っている状態；
−衝撃または衝突の結果としての力が加わる状態。
【００２４】
反応または点火は好ましくは、電流、電圧、温度、光、音響、ＵＶ、レーザーの信号またはパルスまたはその他の好適な信号を供給することによって開始される。
【００２５】
このように要求に応じて複合体における少なくとも２つの異なる材料の反応、例えば反応性多層構造体の点火は、設計パラメータを好適に設定することによって自動的に確保されるか、あるいは、制御によって目標を定めて引き起こされる。例えばガルバニセルの場合、反応性多層構造体はセルの過熱によっても、バッテリーマネジメントシステムまたはセル論理回路の特定的な点火パルスによっても、反応性多層構造体の反応が開始されるように構成され得る。
【００２６】
好適な実施形態によれば、構成要素はガルバニセル同士を電気的に接続させるためのセル結合体であって、ガルバニセルの電極接続部と接触するための装置を有しているセル結合体である。本発明の意味においてガルバニセルとは、電気エネルギーを放出するためにも設計かつ構成されているあらゆる装置と理解される。特に、一次型式または二次型式の電気化学的貯蔵セル（バッテリーセルまたは蓄電セル）、燃料セルまたはキャパシタセルであってよいが、これらに限定されるものではない。本発明の意味において電極接続部とは、セルの外部からの電気エネルギーを活性部分と交換することを可能にする領域と理解される。このような電極接続部は特に、プレート、ピン、端子、または押しボタンの形式の導体領域であって、ガルバニセルの内部と接続されている導体領域であってよいが、これらに限定されるものではない。特にセルハウジングを介してガイドされているプレート状の電極接続部は、電流導体とも称される。本発明の意味においてセル結合体とは、ガルバニセルの電極接続部を他のセルの電極接続部と結合する構成要素と理解される。本発明の意味において、接触するための装置とは、電極接続部との確実な電気的接続を可能にするあらゆる構成要素と理解される。このような装置は電極接続部の構成に応じて例えば、プラグ、クリップ、スリーブ、ケーブル・シューなどの形状を有するか、あるいは、ネジ、リベットまたはその他の固定要素と共に電極接続部への固定を可能にする形の特徴を有している部分であってよいが、これらに限定されるものではない。セル結合体が、電気的導線接続を遮断するための装置として反応性多層構造体を有している場合、有効な外部保護回路が実現され得る。当該外部保護回路はセルまたはセルのグループを、他のセルまたは他のセルのグループから確実に分離する。セル設計に関する変更は必要ない。
【００２７】
さらなる好適な実施形態によれば構成要素はガルバニセルであって、遮断するための装置が、当該ガルバニセルの活性部分から、および／または当該ガルバニセルの活性部分へ電流を導くための１つの部分または複数の部分に配設されているガルバニセルである。このとき活性部分とはセルの部分であって、当該部分内部で電気化学的な充放電過程、および場合によって電気エネルギーの変換過程が行われている部分と理解される。活性部分は好ましくは電気化学的に活性な材料（電極）と、導体材料（集電装置またはコレクタ）と、分離を行う材料（セパレータ）とから成る箔層を有している。本発明の意味において箔とは、金属および／またはプラスチック（例えばポリイミドなど）から製造されている薄い半製品と理解される。このとき箔は所望の電気的および／または化学的特性を有する材料のための支持体（基板）として用いられるか、前記の特性を有する材料自体から製造されていてよい。電気化学的に活性な材料とは最も広い意味において、活性な部分における電気化学反応にも参加する材料と理解される。コレクタ材料とは最も広い意味において、電荷を集め、かつ、導くのにも適しているとともに、個々の電極領域と接続されている材料と理解される。コレクタ箔は例えば導体箔、特に金属箔、あるいは導体材料、特に金属でコーティングされたプラスチック箔であってよいが、これらに限定されるものではない。セパレータ材料とは最も広い意味において、ガルバニセルのアノード領域（負の電荷を帯びた領域）とカソード領域（正の電荷を帯びた領域）の間に、これらを分離するために設置可能である材料と理解される。セパレータ材料は電荷担体（電子）に対しては概ね透過性を有さない（電気的に絶縁する）が、イオンに対しては少なくとも部分的に透過性を有している。セパレータ材料は好ましくは有機的な基本材料、特に例えばＰＥＴのような重合体の、少なくとも部分的に物質透過性を有している、好ましくは不織のフリースとしての有機的な基本材料と、無機的材料、特に酸化ジルコニウムのようなセラミック材料であって、好ましくは最大直径が好適に１００ｎｍを超えない粒子としての無機的材料とを含んでいる。このような材料の組み合わせは、セパリオンという商品名で販売されている箔材料における材料の組み合わせに相当する。無機的材料は好適な変更形態において、他の好適なセラミック化合物、特にＺｒ、Ａｌ、Ｌｉ元素のうちの少なくとも１つの酸化物、リン酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩のグループからのセラミック化合物であってもよい。セパレータ材料は一般に、リチウムイオン伝導性を有するあらゆる電解質であり得る。遮断するための装置が、ガルバニセルの活性部分から、および／またはガルバニセルの活性部分へ電流を導くための１つの部分または複数の部分に配設されているとき、有効な外部保護回路が実現され得る。当該外部保護回路はセルまたはセルのグループを、他のセルまたは他のセルのグループから確実に分離する。保護回路はセル設計の部分として、セルと不可分に結びついており、それによって集積度を高め得る。
【００２８】
遮断するための装置は好ましくは反応性多層構造体を有しており、当該反応性多層構造体は、セルの活性部分のコレクタ部分とセルの電極部分との間、あるいはセルハウジング内部で、セルの活性部分のコレクタ部分との接触およびセルの電極部分との接触を行うための接触部分同士の間に設けられている。本発明の意味においてコレクタ部分とは、コレクタ領域の部分であって、接触するために好ましくは活性部分から外部にガイドされている部分と理解される。コレクタ領域は上記のコレクタ箔であってよい。ハウジング（セルハウジング）とは本発明の意味において、気体、水蒸気、および液体に対して密閉されており、少なくとも活性部分を収容するとともに全面的に包囲するケーシングとも理解される。ハウジングは特に箔構造体（コーヒーバッグ型セルもしくはパウチ型セルなど）またはフレーム構造体（フレーム式フラットセルなど）または箱構造体（フラット・コンタクトセルなど）であってよいが、これらに限定されるものではない。本発明の意味において電極部分とは、セルの内部に設けられている導体構造体の部分と理解され、当該導体構造体はセルの外部からの電気エネルギーを活性部分と交換することも可能にする。電極部分は特に、セルハウジングを介してガイドされている電流導体の、セル内部にある部分、あるいは、セルハウジングの一部、特に（電極部分を形成する）セルハウジングの内側であってよい。
【００２９】
同様に好適な選択肢または付加的な選択肢として、遮断するための装置は反応性多層構造体を有しており、当該反応性多層構造体は、セルハウジング内部または外部の少なくとも１つの電流導体に設けられている。
【００３０】
同様に好適な選択肢または付加的な選択肢として、遮断するための装置は代替的に反応性多層構造体を有しており、当該反応性多層構造体は、セルハウジング内部のコレクタ箔の少なくとも１つの導体ストリップに設けられている。
【００３１】
好ましくは点火パルスを外部から、遮断するための装置に、もしくは反応性多層構造体に供給するための装置、特に電気的導線が設けられている。電気的導線は、導体部分の一部であって、反応性多層構造体が設けられている部分であってもよい。点火パルスを外部から供給するためのこのような装置によって、反応性多層構造体に対して外部から特定的に点火することが可能である。
【００３２】
代替的に、または付加的な選択肢として好ましくは装置、特に好ましくは外部から制御可能な切り替え装置が、セルまたはセルの部分を短絡するために、および、遮断するための装置に短絡回路電流を導くために設けられている。短絡回路電流は基本的に、通常動作電流であって、当該通常動作電流に合わせてガルバニセルが設計されている通常動作電流よりも高い。短絡はまた、ガルバニセルの破壊をもたらすことが多い。しかしながら短絡回路電流が遮断するための装置に導かれるとき、当該短絡回路電流は反応性多層構造体に点火するのに好適であり、それに続いて短絡回路も、セルへの電流およびセルからの電流も遮断される。
【００３３】
反応性多層構造体の点火は好ましくは、多数のガルバニセルを管理するセルマネジメントシステムまたはバッテリーマネジメントシステムによって開始可能である。さらに好ましくは、セルの状態パラメータを検出するとともに、当該状態パラメータをセルマネジメントシステムおよび／またはバッテリーマネジメントシステム装置に信号で伝えるための装置が設けられている。これにより、セルの状態パラメータおよびセルの動作環境の他の構成要素を監視し、セルまたはセルのグループまたはセルの部分を必要な場合に、反応性多層構造体の点火によって、特定的に遮断することも可能である。
【００３４】
本発明の上記の特徴およびさらなる特徴、課題および有利点は、添付の図面を参照しながら行われた下記の詳細な説明からより明らかに理解される。図面に示されるのは以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態による、導体突起部を有するガルバニセルの平面を示す図であって、表示を単純化するためにハウジングが省略されている図である。
【図２】図１のセルの、図１における線ＩＩ−ＩＩに沿った長手方向断面を示す図である。
【図３】本発明のさらなる実施形態によるセルの端部を拡大して示す図であり、表示された領域は図２における細部ＩＩＩに相当する。
【図４】本発明のさらなる実施形態によるガルバニセルの図１に対応する平面を示す図である。
【図５】本発明のさらなる実施形態によるガルバニセルの図１に対応する平面を示す図である。
【図６】本発明のさらなる実施形態によるガルバニセルの平面を示す図である。
【図７】本発明のさらなる実施形態による、制御装置を有するガルバニセルの平面を示す図である。
【図８】本発明のさらなる実施形態によるガルバニセルの外部構造を空間的に表示する図である。
【図９】一変更形態において図８のセルの上側を示す図である。
【図１０】図９の矢印Ｘの方向から見た図８のセルの側面を示す図である。
【図１１】図８のガルバニセルの、図９における線ＸＩ−ＸＩに沿った長手方向断面を示す図である。
【図１２】本発明のさらなる実施形態によるガルバニセルの長手方向断面を示す図である。
【図１３】図１２のセルの端面側領域を、図１２における一点鎖線で暗示される平面に沿い、かつ、矢印ＸＩＩＩの方向から見た水平方向断面において拡大して示す図である。
【図１４】本発明のさらなる実施形態によるガルバニセルの長手方向断面を示す図である。
【図１５】本発明のさらなる実施形態によるガルバニセルの長手方向断面を示す図である。
【図１６】本発明のさらなる実施形態によるセル結合体を有する２つのセルの構造体の側面を部分的に切断して示す図である。
【図１７】本発明のさらなる実施形態によるセル結合体を有する２つのセルの構造体の側面を部分的に切断して示す図である。
【図１８】図１７の構造体を線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿って切断した平面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図における表示は概略的であり、発明を理解するために有用な特徴を再現することに限定されているのは自明である。図に再現されている寸法および大きさの比率は、表示の明瞭性のためだけに説明されるとともに、何ら限定的に理解されるべきではないことも指摘される。詳細な説明に異なる記載がある場合は例外である。特に図における材料の厚さは多くの場合、極めて過剰に表されている。
【００３７】
以下に本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
【００３８】
図１の表示によれば、ガルバニセル２は活性部分４を有しており、当該活性部分の内部構造は詳細に示されていない。一般性を制限することなく活性部分４は、好ましくはコーティングされた、電気化学的特性を有する箔の、パッケージ状であるか、スタックされているか、捲回されている構造体である。このとき箔および／または層は、ガルバニセルの意味において電気的充電エネルギーの受容、変換、貯蔵、および放出に役立つアノード領域と、セパレータ領域と、カソード領域を交互に形成し、かつ、それぞれがアノード領域もしくはセパレータ領域と接続されているとともに、アノード領域もしくはカソード領域からの電荷の導出またはアノード領域もしくはカソード領域への電荷の導入に役立つ集電領域（いわゆるコレクタ領域）を形成する。ガルバニセルの活性部分を形成するためのこのような箔構造体の構成に対しては、多数の変化形態が知られている。
【００３９】
コレクタとも称される集電領域は、本来の箔パッケージからいわゆる導体突起部６，８として外部にガイドされているとともに、カソード領域またはアノード領域に対する当該
導体突起部の対応に応じて分離され、まとめられ、場合によっては結合されている（プレス加工、接着、はんだ付け、リベット留めなどが行われる）。セルの可能なハウジングは図において詳細に示されていない。ハウジングはケーシング箔、フレーム構造体、箱構造体などであってよく、機械的に比較的耐久性があり、気密かつ液密であるとともに、場合によって電磁的に絶縁性を有する構造体を形成する。いわゆる電流導体（詳細に示されていない）はハウジング内部で導体突起部６，８と接続されているとともに、例えばハウジングの溶接継ぎ目を介してハウジングを貫通して外部にガイドされており、それによってセルの電極接触部を形成する。代替的に、電流導体はセル内部でコレクタ領域と直接的に接続されていてよく、あるいは、導体突起部はハウジングを貫通してガイドされているとともにそれ自体が電流導体として用いられてよい。
【００４０】
導体突起部６，８のうちの１つ（本図では導体突起部８）に、発熱性のはんだ付け用箔１０が貼付され、好ましくは接着される。発熱性のはんだ付け用箔１０はナノメータ反応性多層体によって形成されている。発熱性のはんだ付け用箔は、制御されたエネルギー貯蔵装置として用いられ、当該制御されたエネルギー貯蔵装置は、温度、電流、電圧、レーザーパルスその他の、１つまたは複数の影響によって点火され得、もしくは自己点火し、その後局所的かつ短時間に高い熱エネルギーを放出する。このようなはんだ付け用箔１０は通常、例えば点火の際、２つの構成要素をはんだ付けするための熱エネルギーを提供するために用いられる。本発明において応用するためにはんだ付け用箔１０は、箔パッケージ４の所定の過充電（点火パルス）が行われるとき、当該はんだ付け用箔が点火されるとともに熱エネルギーを放出し、当該熱エネルギーが導体突起部８を溶融するように構成されている。これによりセル内への電流が遮断される。点火パルスは特定的に外部から、例えば電流パルスまたは電圧パルスによって入力され得る。これにより、例えば複合体から１つのセルが遮断される。はんだ付け用箔１０はこのように多層式能動型保護装置として用いられる。
【００４１】
図２は、図１のセル２の長手方向断面を示している。このとき図１において一点鎖線ＩＩ−ＩＩと付属の矢印によって暗示される切断平面は導体突起部８を通って延在する。
【００４２】
図２に示されるように発熱性のはんだ付け用箔１０は、複数のはんだ付け用突起部８が厚さ方向において統合されている領域において、当該はんだ付け用突起部８のうち最も上にあるはんだ付け用突起部に設けられている。はんだ付け用箔１０は本発明の意味における反応性多層構造体である。はんだ付け用箔はエネルギー放出に関して、反応の際に全てのはんだ付け用突起部８が溶融させられるように構成されている。
【００４３】
当該実施形態の変更形態において、はんだ付け用箔１０は２つの導体突起部６，８に設けられている。
【００４４】
さらなる変更形態においてエネルギー放出は、反応の際にはんだ付け用突起部８のいくつかのみが溶融される大きさにされ、その場合、残りのはんだ付け用突起部８の共同の材料厚さは、損傷を受けずにセル電流を導き得るには十分でなくなり、それによって残っているはんだ付け用突起部８は、そのことによってのみ溶融する。
【００４５】
さらなる変更形態においてナノメータ反応性多層体は、導体突起部６，８の１つまたは２つに直接的に蒸着され、または他の方法で当該導体突起部に堆積される。当該変更形態による、直接的に塗布された反応性多層体も、本発明の意味における反応性多層構造体である。
【００４６】
図３は本発明のさらなる実施形態を示している。このとき図３では、図２において一点鎖線ＩＩＩによって表された領域が、細部として拡大されて示されている。
【００４７】
当該実施形態は上記の実施形態の変更形態である。図３における表示によれば、活性部分４の概略的にのみ表示された箔スタックから、複数の導体突起部８が突出している。はんだ付け用突起部８が厚さ方向において統合（はんだ付け、接合、プレス加工、リベット留めなど）されている前の領域において、個々の導体突起部８は発熱性のはんだ付け用箔１０を担持する。発熱性のはんだ付け用箔１０は当該発熱性のはんだ付け用箔のエネルギー放出に関して、反応の際に個々のはんだ付け用突起部８が、他のはんだ付け用突起部８に影響を及ぼすこと、あるいは他のはんだ付け用箔１０に点火することなく、溶融されるように構成されている。当該実施形態のはんだ付け用箔１０の構造体も同様に、本発明の意味における反応性多層構造体である。
【００４８】
当該実施形態ではまた、個々のはんだ付け用箔１０に特定的に点火することにより、比較的大きなセル（例えば大型セル）内部のセグメントを内部能動型保護装置として遮断することが特に容易に可能である。同様に、多機能バッテリー保護装置が例えば内部接触セグメントにおいて、シート接触部の前またはシート接触部の間に組み込まれている場合、例えばアノードのコイル部分またはイン・シート・バッテリーは、シートセグメントまたはシート全体から遮断され得る。
【００４９】
当該実施形態ではまた、以下のような変更形態が可能である。すなわち、自立したはんだ付け用箔１０の代わりに、反応性多層構造体を直接的に、例えば導体突起部８が属しているコレクタ箔を製造する際すでに、当該コレクタ箔に塗布するというものである。
【００５０】
図４は、本発明のさらなる実施形態を図１の平面図に対応する表示で示している。
【００５１】
当該実施形態は、第１または第２の実施形態の変更形態である。第１または第２の実施形態では、はんだ付け用箔１０のための点火パルスは好ましくは導体突起部８を介して供給されるが、当該実施形態においてはんだ付け用箔１０は供給線１２と接続されている。供給線１２を介してはんだ付け用箔１０のための点火パルスは、制御装置（詳細に示されていない）を介して供給可能である。
【００５２】
供給線１２は導体突起部８またははんだ付け用箔１０の一部であってよい。供給線は代替的に、独立した導体であってもよく、当該独立した導体は後から導体突起部８またははんだ付け用箔１０と結合されている。
【００５３】
図３に示す実施形態の場合のように、個々の導体突起部がはんだ付け用箔１０を担持するとともに独自の供給線１２と接続されている場合、（詳細に示されていない）制御装置を介して個々のはんだ付け用箔１０は個々に制御（すなわち点火）され、付属する導体突起部８は遮断される。
【００５４】
図５は、本発明のさらなる実施形態を図１の平面図に対応する表示で示している。
【００５５】
当該実施形態は、図１、図２、または図４に示す実施形態のうちの１つの変更形態である。図１、図２、または図４に示す実施形態の場合のように、導体突起部８ははんだ付け用箔１０を担持し、当該はんだ付け用箔は所定の点火パルスに反応して点火され、導体突起部８を破壊する。当該実施形態には組み合わせ回路（本図では例えば遮断用トランジスタ回路）１４が設けられており、当該組み合わせ回路は接続線１６，１８によって導体突起部６，８と接続されている。このとき接続線１８は、導体突起部８内のはんだ付け用箔１０が設けられているところで終結している。組み合わせ回路１４は信号線２０を介して、制御装置（詳細に示されていない）と接続可能である。組み合わせ回路１４が作動されていない状態で、導体突起部６，８は互いに分離されている。信号線２０を介して供給される信号Ｓに応じて、組み合わせ回路１４は導体突起部６，８の間に導電接続を生じさせる。これによりセル２は短絡される。短絡回路電流は、はんだ付け用箔１０に点火するのに十分であり、すなわちはんだ付け用箔１０に対する点火パルスとして作用する。
【００５６】
接続線１６，１８はそれぞれ、導体突起部６もしくは８またははんだ付け用箔１０の一部であってよい。接続線は代替的に、独立した導体であってもよく、当該独立した導体は後から導体突起部６もしくは８またははんだ付け用箔１０と結合されている。
【００５７】
当該実施形態の思想はまた、図３に示す実施形態の意味において変更可能である。当該変更は個々の導体突起部８に対して組み合わせ回路１４が設けられていることによって行われる。このように例えば個々のはんだ付け用箔１０を点火することによって、個々の導体突起部８が特定的に遮断され得る。このようにしてセル１０の所定の領域を遮断することは、特定的に制御可能である。
【００５８】
図６は、本発明のさらなる実施形態として、図１の平面図に対応する表示でガルバニセル２を示している。図６にはセル２のハウジング２２も示されており、ハウジング２２内部にあるセル１０の部分は破線で示されている。ハウジング２２は箔構造体であって、当該箔構造体は活性部分４を導体突起部６，８とともに包囲している。ハウジング２２は好ましくは真空排気されており、セル２を外部の影響から保護するとともに、液体、水蒸気、または気体が流出することを防止する。
【００５９】
当該実施形態は第１の実施形態の変更形態である。図６の表示によれば、電流導体２４，２６はそれぞれ、導体突起部６，８の１つと接合されているとともに、ハウジング２２を貫通して延伸している。
【００６０】
当該実施形態において発熱性のはんだ付け用箔１０はセルハウジング２２の外部で電流導体２６に設けられている。はんだ付け用箔１０は、当該はんだ付け用箔の点火の際に自由になる熱エネルギーが電流導体２６を完全に溶融するか、少なくとも、セル電流によってさらなる完全な溶融が行われる程度に溶融するように設計されている。
【００６１】
当該実施形態において、はんだ付け用箔１０の発熱反応は、セルハウジング１０の外部で行われる。これによりセル２の内部は、発熱反応による入熱から少なくとも概ね防護される。
【００６２】
この場合も変更形態として供給線（詳細に示されていない）が設けられていてよい。当該供給線を介してはんだ付け用箔１０に点火パルスが供給可能である。
【００６３】
さらなる変更形態において、反応性多層構造体は電流導体２６に直接的に塗布されていてよい。
【００６４】
図７は本発明のさらなる実施形態を図１の平面図に対応する表示で示している。
【００６５】
当該実施形態は図４に示す実施形態の変更形態である。図６におけるのと同様、図７においてもセル２のハウジング２２が示されており、ハウジング２２内部にあるセル１０の部分は破線で示されている。
【００６６】
すでに述べたように、導体突起部８ははんだ付け用箔１０を担持し、当該はんだ付け用箔は所定の点火パルスに反応して点火され、導体突起部８を破壊する。電流導体２４は、導体突起部６と接合されているとともに、ハウジング２２を貫通して延伸している。もう１つの電流導体２６は導体突起部８と接合されているとともに、ハウジング２２を貫通して延伸している。同様にはんだ付け用箔１０は供給線１２と接続されており、当該供給線もまたハウジング２２を貫通して延伸している。
【００６７】
当該実施形態ではセル２と接続されている制御装置２８が設けられている。このとき第１の電流導体２４は第１の接続線３０を介して制御装置２８と接続されており、供給線１２は第２の接続線３２を介して制御装置２８と接続されており、第２の電流導体２６は第三の接続線３４を介して制御装置２８と接続されている。
【００６８】
制御装置２８は、例えばセル電流、セル電圧、セル温度、またはセル２の他の状態変数に対する所定の限界に達するなど、所定の内的事象が生じること、あるいは、例えば所定の事故指標、窃盗指標、またはその他の故障指標など、所定の外的事象が生じることに応じて、接続線３２および供給線１２を介してはんだ付け用箔１０のための点火パルスを放出するように構成されている。接続線３０，３２，３４に加えて、セル２またはセル構造体内部のセンサと接続するためのさらなる接続線もしくは信号線が設けられていてよい。
【００６９】
制御装置２８はセル２に対して個々に配設されていてよい。代替的に制御装置２８は複数のセル２のための共通の制御装置であってよい。制御装置２８は例えば、１つまたは複数のセルまたはバッテリーのためのバッテリー・マネジメント・システム（ＢＭＳ）の一部であってよく、例えば衝突センサなどと接続されていてよい。
【００７０】
図８は本発明のさらなる実施形態によるガルバニセル１００の外部構造を空間的な表示において概略的に示している。
【００７１】
ガルバニセル１００はいわゆるフラットコンタクトセルである。当該フラットコンタクトセルは平坦であるとともに略直方体形状を有している。具体的に参照するために、セル１００に関して、上面１１２および下面１１４、２つの端面１１６，１１８および２つの側面１２０，１２２が規定されている。上面１１２と下面１１４は、少なくとも互いに概ね平行に設けられている。同様に端面１１６，１１８および側面１２０，１２２はそれぞれ、少なくとも互いに概ね平行に設けられている。上面１１２と下面１１４は他の面に比べて最大の表面積を有する面であり、平坦面１１２，１１４とも称される。平坦面１１２，１１４の寸法は、セル１１０の長さＬと幅Ｗを規定しており、一般性を制限することなく、長さＬは幅Ｗよりも大きい。上面１１２の下面１１４からの距離は、セル１０の厚さＴを規定している。端面１１６，１１８および側面１２０，１２２は、上面１１２と下面１１４を縁側の周囲全体において結合しており、やはり一般性を制限することなく、端面１１６，１１８は、寸法Ｗ（幅）を有する平坦面１１２，１１４の短いほうの稜線を互いに結合し、側面１２０，１２２は、寸法Ｌ（長さ）  を有する平坦面１１２，１１４の長いほうの稜線を互いに結合している。端面１１６，１１８および側面１２０，１２２は、フラットコンタクトセル１００の狭小面１１６，１１８，１２０，１２２とも称される。側面１２０，１２２に対して平行な面であって、幅Ｗの半分において平坦面１１２，１１４と交差する面は、セル１００の中央面Ｍを規定している。
【００７２】
セル１００は電気化学的な活性部分を有しており、当該活性部分は図８において詳細に示されていない。当該実施形態のセル１００の活性部分については基本的に第１の実施形態の構成が当てはまる。特にセル１００の活性部分は箔パッケージによって形成されている。
【００７３】
箔パッケージもしくはセル１００の活性部分のハウジングもしくはケーシングは上部シェル１２４および下部シェル１２６によって形成され、当該上部シェルおよび下部シェルはハーフシェル１２４，１２６とも称される。図に示される実施形態では下部シェル１２６が上部シェル１２４よりも明らかに高くなっている。従って、下部シェル１２６は槽、上部シェル１２４はカバーと称され得る。当該成形は全く例示的なものであり、機械的、電気的、製造技術的、および経済的な要求に鑑みて変更することができる。上部シェル１２４と下部シェル１２６の間の接触面に、シール部１２８が設けられている。ハーフシェル１２４，１２６は良好な導電性を有する、特に銅またはアルミニウムまたはこれらから成る合金などの金属材料から製造されている。ハーフシェル１２４，１２６の形は深絞りによって製造されている。
【００７４】
セル１００の活性部分の導体突起部はそれぞれ、ハーフシェル１２４，１２６のうちの一方と接続されている。ハーフシェル１２４，１２６はこれにより、特に当該ハーフシェルによって規定された平坦面１１２，１１４によって、平坦な接触領域もしくはセルの電極を形成している。シール部１２８は電気的な絶縁特性を有しており、電極（ハーフシェル１２４，１２６）を確実に電気的に分離するのにも役立つ。
【００７５】
バッテリーは複数のセル１００を隣接して設けることによって製造され得る。このとき平坦面１１２，１１４は互いに接触するとともに、セル１００同士の相互接続（特に直列接続）を実現する。
【００７６】
一変更形態においてハーフシェル１２４，１２６の領域であって、接触することに用いられるべきでない領域、例えば狭小面１１６，１１８，１２０，１２２は絶縁材料でコーティングされていてよい。
【００７７】
図９および図１０は図８に示されているフラットコンタクトセル１００の実施の変化形態を示している。このとき図９はセル１００の上面１１２の平面を示す図であり、図１０は側面１１６の（図９の矢印「Ｘ」の方向から見た）側面を示す図である。
【００７８】
図９および図１０における表示によれば、上部シェル１２４の平坦面１１２には４個の隆起部１２４ａが形成されており、下部シェル１２６の平坦面１１４には４個の隆起部１２６ａが形成されている。隆起部１２４ａ，１２６ａは円形の接触部分を形成するとともに、共同でそれぞれセル１００の上面１１２上の接触平面１３０もしくは下面１１４上の接触平面１３２を規定する。隆起部１２４ａ，１２６ａはこのように明瞭に規定された接触面を形成しており、当該接触面はセル１００の動作中、場合によって生じる平坦面１１２，１１４の変形もしくはゆがみに対して略無関係である。
【００７９】
図１１は当該実施形態のセル１００の内部構造の長手方向断面を表示している。このとき切断面は、図９における矢印「ＸＩ」の方向から見たセル１００の中央面Ｍ（図８または図９参照）に設けられている。
【００８０】
当該実施形態のセル１００では、ハーフシェル１２４，１２６はそれぞれ、セル１００の端面１１６，１１８のうちの１つを形成している。セル１００の側面１２０，１２２は図１０に示されるように、それぞれハーフシェル１２４，１２６の側縁の半分に至るように形成されている。（代替的な実施の変化形態において、ハーフシェル１２４，１２６のうちの一方はセル１００の高さ全体にわたって延在する側縁を有し得、ハーフシェル１２４，１２６のうちの他方はＬ字形に湾曲された薄板の基本形を有する。）
【００８１】
箔パッケージ１３４の導体突起部１３６，１３８は、箔パッケージ１３４の端面において比較的短く突出している。弾性的に伸縮するとともに導電性を有する材料から製造されている、付勢された接触バネ（押圧バネ）１６８が端面側で突出する導体突起部１３６，１３８に載置されており、ハーフシェル１２４，１２６の端面側の縁１２４ｃ，１２６ｃへの電気的接続を提供している。接触バネ１６８はそれぞれ結合部材１７０内に設けられており、当該結合部材は電気的な絶縁材料から製造されており、接触バネ１６８をハーフシェル１２４，１２６のその他の領域に対して絶縁する。接触バネ１６８はまた、長手方向において箔パッケージ１３４に対して支持されており、ハウジング内で箔パッケージが移動しないようにしている。
【００８２】
ハーフシェル１２４，１２６は金属の、良好な導電材料（例えば鋼、アルミニウム、銅、およびそれらの合金など）から製造されているとともに、セル１００の電極を形成している。平坦面１１２，１１４上の任意の隆起部（図９および図１０参照）は図１１に示されておらず、同様に箔パッケージ１３４とセル１００の（すなわちハーフシェル１２４，１２６の）平坦面もしくは側面との間の任意のダンピング部材も図１１に示されていない。
【００８３】
図１２はセル１００の具体的な実施の選択肢を、対応する長手方向断面表示で示しており、図１３はセル１００の端面側領域を、図１２における一点鎖線で暗示される平面に沿い、かつ、矢印「ＸＩＩＩ」の方向から見た水平方向断面において拡大して示す図である。
【００８４】
図１２における表示によれば、セル１００の箔パッケージ１３４は箔コイルによって形成されるが、当該箔パッケージは実施する１つの選択肢において、箔スタックなどとして形成されていてよい。フラット型巻き心棒１９６に第１コレクタ箔１７８と第２コレクタ箔１８２が巻きつけられており、当該コレクタ箔はそれぞれ電極層でコーティングされている。表示を過剰にしないように、コレクタ箔１７８，１８２の間に設けられている電極材料（コーティング材料）とセパレータ材料（セパレータ箔１８０）は、図１２において斜線を付されていない。コレクタ箔１７８，１８２は箔パッケージ１３４の異なる端面において、当該コレクタ箔のコーティングされていない端部によって突出するとともに、箔パッケージ１３４の導体突起部１３６，１３８を形成している。箔パッケージ１３４の平坦面および側面と、セルハウジングのハーフシェル１２４，１２６の内面との間にはそれぞれ、ダンピング部材１４２が設けられている。
【００８５】
当該実施形態のセル１００では、セル１００の第１の端面１１６は下部シェル１２６によって形成され、セル１００の第２の端面１１８は上部シェル１２４によって形成される。導電性材料から製造される接触バネ１６８はそれぞれ、圧力による摩擦接続を介して、下部シェル１２６の端面の内側と導体突起部１３６との間、もしくは上部シェル１２６の端面の内側と導体突起部１３８との間に電気的接続を提供する。
【００８６】
当該実施形態では、セル１００の上面１１２のみに上部シェル１２４における隆起部１２４ａが形成されているが、下面１１４には隆起部が設けられていないことに留意すべきである。従ってセル１００の隆起部１２４ａは、セル１００のスタック構造体において場合によって隣接するセルの下部シェル１２６によって形成されている平坦面１１４に直接的に接触する。
【００８７】
摩擦接続の構造は図１３においてより明瞭に示されている。図１３にはセル１００の（下部シェル１２６の）端面１１６が付属する箔パッケージ１３４の部分とともに示されている。
【００８８】
図１３における表示によれば、押圧バネ１６８は、ハーフシェル１２６に対して支持されている２つの自由端１６８ａと、曲線状であるとともに箔パッケージ１３４の端面に向いている中心部１６８ｂとを有する湾曲形状を有している。接触バネ１６８の圧力と電気的接続とは、接触バネ１６８と箔パッケージ１３４の導体突起部１３６との間に設けられている接触プレート１９２を介して与えられる。接触バネの中心部１６８ｂは十分な距離にわたって接触プレート１９２に添い、自由端１６８ａは十分な距離にわたってハーフシェル１２６に添い、それによって確実な電流の伝達を確保する。接触プレート１９２は溝１９２ａを有しており、当該溝は先端部が導体突起部１３６を指しており、圧力をかけた場合に端面側で当該導体突起部に進入し、それによって電流の移行を向上させる。縁側において接触プレート１９２上に絶縁部１９２ｂが取り付けられており、当該絶縁部は接触プレート１９２を電気的にハーフシェル１２４，１２６から絶縁している。当該構造は他の端面（導体突起部１３８の側）で上記の点に関して同一である。
【００８９】
図１２にも示されるように、接触バネ１６８の中心部１６８ｂの、接触プレート１９２に対向する面に発熱性のはんだ付け用箔１１０が設けられている。発熱性のはんだ付け用箔１１０はナノメータ反応性多層体によって形成されている。ナノメータ反応性多層体は、制御されたエネルギー貯蔵装置として用いられ、当該制御されたエネルギー貯蔵装置は、温度、レーザーパルスなどの外部の影響によって点火され得、その後局所的かつ短時間に高い熱エネルギーを放出する。はんだ付け用箔１１０は例えば、箔パッケージ１３４の所定の過充電（点火パルス）が生じるとき、当該はんだ付け用箔が点火されるとともに接触バネ１６８を溶融するように構成されている。これによりセル内への電流が遮断される。はんだ付け用箔１１０はこのように多層式能動型保護装置として用いられる。接触バネ１６８の自由端１６８ａと接触プレート１９２との間に設けられている絶縁パッキング１０４は、接触バネ１６８が溶融される際も、接触プレート１９２とハーフシェル１２４，１２６との距離を維持する。
【００９０】
任意選択的または代替的な変更形態において、発熱性のはんだ付け用箔は接触プレートに背向する面に設けられていてよく、あるいは接触プレート１９２自体に塗布されていてよい。このような構成は例えば、発熱性のはんだ付け用箔の導電性が接触プレートおよび／または接触バネの導電性に対して退行している場合に有用であり得るが、当該場合に限定されるものではない。さらなる変更形態においてナノメータ反応性多層体は、蒸着または他の方法で堆積されていてよい。本実施形態において発熱性のはんだ付け用箔１０は、２つの端面１１６，１１８の接触バネ１６８に設けられているが、さらなる変更形態において発熱性のはんだ付け用箔は、端面１１６，１１８の一方において省略され得る。さらなる変更形態において、接触をさらに向上させるために、２つより多い溝１９２ａが設けられていてよい。
【００９１】
図１４は、本発明のさらなる実施形態によるガルバニセル１００を、図１２に対応する長手方向断面において示している。
【００９２】
当該実施形態において、ハーフシェル１２４，１２６は少なくとも概ね同一に構成されている。特に端面１１６，１１８（および図では見えない側面１２０，１２２，図１参照）は、端面の縁１２４ｃ，１２６ｃ（および図では見えない側面の縁）によってそれぞれ半分まで形成されている。従ってシール部１２８は少なくとも概ね、セル１００の厚さ方向において半分の高さで循環するように設けられている。
【００９３】
当該実施形態では、形状が上記の実施形態と一致する接触バネ１６８が用いられている。特に接触バネ１６８はそれぞれ、ハウジングに対して支持されている２つの自由端（１６８ａ，図１３参照）と、曲線状であるとともに箔パッケージ１３４の端面に向いている中心部１６８ｂとを有する湾曲形状を有している。接触バネ１６８の圧力と電気的接続とは、接触バネ１６８と箔パッケージ１３４の導体突起部１３６との間に設けられている接触プレート１９２を介して与えられる。
【００９４】
図１４における表示によれば端面１１６，１１８において、ハーフシェル１２４，１２６の縁１２４ｃ，１２６ｃは内側に湾曲されており、それによって二重の縁（縁の２つ折り）１２４ｊ，１２６ｊを形成している。（すなわち、当該縁では縁の厚さが二重のシート層ゆえに二倍になっている。）それぞれ他の端面では絶縁ストリップ１０６が内側に設けられており、当該絶縁ストリップの厚さは少なくとも概ね、ハーフシェル１２４，１２６のシートの厚さ、もしくは当該ハーフシェルの端面の縁１２４ｃ，１２６ｃに相当する。組立の際、ハーフシェル１２４，１２６は、二重縁１２４ｊ，１２６ｊがそれぞれ、絶縁ストリップ１０６を有する縁１２４ｃ，１２６ｃと向かい合うように組立てられる。
【００９５】
上記の構造ゆえに、押圧バネ１６８の自由端はそれぞれ、半分は接触すべきハーフシェル１２４，１２６の二重縁１２４ｊ，１２６ｊに載置され、もう半分は、接触すべきでないハーフシェル１２４，１２６から押圧バネ１６８を電気的に絶縁している絶縁ストリップ１０６に載置されている。このように個々の端面１１６，１１８においてそれぞれ、ハーフシェル１２４，１２６は押圧バネ１６８と接続され、それによって箔パッケージ１３４の一方の端面の導体突起部１３６，１３８と接続され、他のハーフシェル１２４，１２６は確実に当該導体突起部から絶縁される。こうしてハーフシェル１２４，１２６もしくは当該ハーフシェルの平坦面に設けられた隆起部１２４ａ，１２６ａはセル１００の電極として用いられ得る。
【００９６】
当該実施の変化形態において上部シェル１２４の隆起部１２４ａは、下部シェル１２６の隆起部１２６ａよりも小さく、それによってセル１００の電極の位置を強調している。図１４に示されるように、セル１００の外部表面全体には隆起部１２４ａ，１２６ａを除いてコーティング１０８が設けられている。当該コーティング１０８は弾性を有するとともに電気的絶縁性を有する材料、例えばゴム材料またはケイ素樹脂材料から製造されており、セル１００のさらなるシールを行うと同時に、電極として役立つべきではないセル１００の部分を電気的に絶縁する。
【００９７】
発熱性のはんだ付け用箔１１０はそれぞれ、接触バネ１６８の中心部１６８ｂの、押圧プレート１９２に背向する面に設けられており、それによって上記のような多層式能動型保護装置を実現する。絶縁パッキング（１０４、図１３参照）は図１４には詳細に表示されていないが、設けられていてもよい。
【００９８】
図１５は、本発明のさらなる実施形態によるガルバニセル１００を、図１２に対応する長手方向断面において示している。
【００９９】
当該実施の変化形態においてセル１００の上部シェル１２４は、少なくとも概ねプレート状の形状を有しており、下部シェル１２６は少なくとも概ね槽状の形状を有している。セル１００の接触部分（電極）は、セル１００の（ハーフシェル１２４，１２６の）平坦面１１２，１１４に形成されている隆起部１２４ａ，１２６ａによって規定される。上部シェル１２４は下部シェル１２６の縁に載置され、シール部１２８はその間に循環するように形成されている。
【０１００】
箔スタック１３４は、端面において対向的に導体突起部１３６，１３８を有しており、当該導体突起部は自身の平坦面によってそれぞれ重なっている。端面１１６の領域における導体突起部１３６は当該導体突起部の平坦面によって重なっており、接触支持部１４０を介して上部シェル１２４に対して絶縁されている。導体突起部１３６の下側に発熱性のはんだ付け用箔１１０が設けられており、当該発熱性のはんだ付け用箔は導電性を有するナノメータ反応性多層体を有している。接触クリップもしくは接触バネ１６８は下部シェル１２６に対して支持され、下方からはんだ付け用箔１１０に押し付けられる。このようにして導体突起部１３６と下部シェル１２６との電気的接触が提供される。
【０１０１】
同様に他方の端面１１８の領域における導体突起部１３８は当該導体突起部の平坦面によって重なっており、接触支持部１４０を介して下部シェル１２６に対して絶縁されている。導体突起部１３８の上側に発熱性のはんだ付け用箔１１０が設けられており、当該発熱性のはんだ付け用箔は導電性を有するナノメータ反応性多層体を有している。接触クリップもしくは接触バネ１６８は上部シェル１２４に対して支持され、上方からはんだ付け用箔１１０に押し付けられる。このようにして導体突起部１３８と上部シェル１２４との電気的接触が提供される。
【０１０２】
はんだ付け用箔１１０は多層式能動型保護装置として作用し、当該多層式能動型保護装置は例えば箔スタックの過充電の際に、あるいは点火信号の供給に反応して、少なくとも導体突起部１３６，１３８か、接触バネ１６８のいずれかを溶融させる。
【０１０３】
一変更形態においてはんだ付け用箔１１０は、点火の際に、接触バネ１６８と導体突起部１３６，１３８との間の絶縁層を形成する。
【０１０４】
上部シェル１２４もしくは下部シェル１２６ａ上の隆起部１２４ａ，１２６ａはセルの接触部分（電極）として用いられる。この点に関する上記の説明が明示的に参照される。当該実施の変化形態において、下部シェル１２６の隆起部１２６ａは上部シェル１２４の隆起部１２４ａよりも高く形成されている。このようにしてセル１００の電極の位置が確実に特徴づけられ得る。
【０１０５】
ハウジングの構成のさらなる変化形態として、隆起部１２４ａまたは１２６ａは、くぼみに替えられていてよく、それによって電極の位置を特徴づけるとともに、セル１００が互いにずれることを防止し、最終的にセルスタックにおけるセル１００のパッキング密度を高める。
【０１０６】
一変更形態においてはんだ付け用箔１１０は、導体突起部パッケージ１３６，１３８のうちの１つのみに設けられている。
【０１０７】
図１６は、本発明のさらなる実施形態としての、結合体２０２を有する２つのガルバニセル２００の構造体を示している。
【０１０８】
図１６の表示によれば、第１のセル２００の電極２０４は第２のセル２００の電極２０６と結合体２０２によって互いに接続されている。結合体２０２はこのとき電極２０４，２０６の間の自由区間（距離ｄ）を橋絡し、良好な導電材料（鋼、アルミニウム、銅、それらの合金など）から形成されている。結合体２０２はそれぞれ、１つまたは複数の結合要素２０８（ネジ、リベットなど）を用いて電極２０４，２０６に固定されている。代替的に結合体２０２は電極２０４，２０６にクリップ留め、締結、差込、接着、はんだ付けなどによって設けられていてよい。さらに結合体２０２は、自由区間の領域に反応性多層体２１０を有している。
【０１０９】
点火パルスに対して反応性多層体２１０の層は発熱反応を生じさせ、結合体２０２を溶融し、それによって結合体２０２は自由区間ｄの領域において中断されている。これによりセル２００，２００は互いに有効に接続を遮断される。点火パルスおよび動作開始の種類に関しては、他の実施形態、変更形態および変化形態に関連した上記の記載が用いられ得る。
【０１１０】
図に示す実施形態では、電流導体２０４，２０６は屈曲されているとともに互いに向き合わされている。しかしながら本発明の原理は、直線的に突出する電流導体または他の向きを有する電流導体に対して同様に応用される。
【０１１１】
図１７は本発明のさらなる実施形態としての、結合体２０２を有する２つのガルバニセル２００の構造体を示している。このときガルバニセル２００は電流導体の出口領域のみにおいて示されており、電流導体の中央における問題となる領域は、断面で示されている。図１８は、図１７の構造体を線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿って切断し、図１７に記載されている矢印の方向から見た平面の表示である。
【０１１２】
図１７の表示によれば、当該実施形態においてセル２００の電流導体２０４，２０６は真直ぐ上方に突出している。電流導体２０４，２０６を接続するための結合体２０２は、第１の接続部２１２と、第２の接続部２１４と、反応性のナノメータ多層体２１０（以下において多層体２１０と称する）を有している。
【０１１３】
接続部２１２は良好な導電材料から製造されており、プレート部分２１２ａと、プレート部分に向かって後屈している２つのバネ部分２１２ｂとを有している。バネ部分２１２ｂとプレート部分２１２ａの間の距離は、プレート部分２１２ａが電流導体２０４もしくは２０６に当接し、かつバネ部分が電流導体２０４もしくは２０６を包囲するとともに弾性的にプレート部分２１２ａに押し付けるように、電流導体２０４，２０６が当該バネ部分とプレート部分の間に挟み込まれ得る寸法になっている。接続部２１２の結合原理はこのようにケーブル・シューの原理に等しい。接続部２１４は上記の接続部２１２と同様に構成されており、プレート部分２１４ａと、２つのバネ部分２１４ｂとを有している。当該プレート部分とバネ部分に関しては上記の記載が相応に応用可能である。図に示す構成において、接続部２１２は一方のセル２００の電流導体２０４に被せられており、接続部２１４は他方のセル２００の電流導体２０６に被せられている。向かい合うプレート部分２１２ａ，２１４ａの間に多層体２１０が設けられている。
【０１１４】
当該実施形態において多層体２１０の層は、良好な導電性を有する材料から形成されている。多層体２１０が点火され、反応したとき、多層体２１０の反応生成物は絶縁体材料を形成し、当該絶縁体材料は接続部２１２，２１４を電気的に互いに分離する。多層体２１０は本発明の意味における反応性多層構造体である。
【０１１５】
詳しく示されていないさらなる実施形態において、ガルバニセルのコレクタ箔上に、１つまたは複数のストリップまたは網状構造体がそれぞれの反応性多層体によって形成されている。これによりガルバニセルはセグメントに分割される。当該セグメントは反応性多層体が作動されていないとき、従来の方法で作動するとともに、共同でガルバニセルを形成する。反応性多層構造体が作動されるとき、大きな熱が生成され、それによって反応性多層体に隣接するセルの部分が溶解または溶融し、層の電気的複合体が遮断される。当該部分はこうして電気的に互いに分離可能である。
【０１１６】
こうして例えば自動車に取り付けられた衝突センサによって検出可能である事故の場合、高出力バッテリーは心配のない電圧を有する部分、たとえばそれぞれ４８Ｖを下回る電圧を有する部分などに分解され得る。作動中に危険に曝されたり、欠陥のあるセルの部分（セグメント）は個々に、かつ特定的に接続解除され得る。
【０１１７】
さらなる実施形態では、不可逆的な反応性多層体に替えて、あるいは不可逆的な反応性多層体に加えて、可逆的に作用する反応性多層体が設けられている。このとき可逆的な反応性多層体とは、作動後に少なくとも一回、元の状態を回復する反応性多層体と理解される。可逆的な多層体は、上記の場所のうちのあらゆる好適な場所に、ガルバニセルを能動的に保護する目的で配置され得る。
【０１１８】
本願において用いられる反応性多層体は、互いに発熱的に反応し得る少なくとも２つの材料から成る、数百から数千の交互に重なる層から成る。このとき個々の層の厚さは好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍの領域にあり、上方または下方への誤差はあり得る。作動エネルギーが作用した後、ナノメータ多層体内部で２つの材料の原子の相互拡散が誘導され、それにより最短時間内で大きな熱が開放される。材料の組成、周期的厚さおよび全体の層厚を変化させることによって、放出される熱量、伝播速度、および到達可能な最大温度などの特性に対して特定的に影響が及ぼされる。こうして産業上の応用に対しても、正確に調節可能かつカスタマイズされたエネルギー源もしくは熱源が使用に供され、当該エネルギー源もしくは熱源は特にガルバニセルのための保護装置を実現するためにも使用可能である。
【０１１９】
本発明において用いられる反応性多層体を実現するために、すでに述べた材料の他に、さらなる材料および材料の組み合わせが使用可能である。具体的な実施の変化形態において、反応性多層体の層または層構造体として以下の材料が用いられるか、もしくは実現される。
−好適な材料マトリックスにおけるナノ充填材および分散されたナノ材料；
−ナノコンポジット、例えばカーボンナノチユーブを有する複合材料；
−機能性高分子塗装系、例えば粉体塗料、薄膜ＵＶ塗料；
−多層系またはハイブリッド系；
−結合層、例えば積層体；
−微細構造およびナノ構造の材料および表面；
−効果材料または機能材料；
−表面活性材料；
−自己組織化単分子膜（ＳＡＭｓ−ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）および極薄機能性膜、例えば機能性アルキルホスホン酸、グラフトポリマーなど；
−新合金；
−半導体；
−機能材料（無機材料、金属材料、金属合金、ダイヤモンド様の、場合により非晶質の炭素（ＤＬＣ−ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ  ｃａｒｂｏｎ））；
−圧電性物質、例えばセラミック、水晶など；
−ＯＬＥＤｓ（有機発光ダイオード）；
−印刷可能なコーティング材料、例えば水性またはＵＶ硬化性または新型硬化性の印刷インキあるいは印刷ニス；
−薄膜；
−多機能多層体、例えばセンサ素子／作動素子と結びついたトライボロジー特性、引っかき抵抗性と結びついた清浄容易性など；
−新たな材料および材料の組み合わせ、例えばナノ粒子、ナノコンポジットなど；
−傾斜膜（材料の組み合わせまたは構成要素、特性）；
−互いに反応する金属および／または導電性ポリマーおよびセンサ（例えば感温素子）もしくはＡｌおよびＳｉＯ２／ＴｉＯ２多層体，Ｔｉ，Ｚｒ，ＳｎおよびＡｌ；Ａｕ，Ａｇとの組み合わせ；
−オキソクラスター（オキソクラスターに対して用いられることの多い金属：Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｅ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ）；
−二成分系および三成分系酸化物エーロゲル（例：ＴｉＯ２／ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２，３Ａｌ２Ｏ３／２ＳｉＯ３，Ｆｅ２Ｏ３／ＳｉＯ２，Ｆｅ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３，Ｖ２Ｏ５／ＭｇＯ，ＰｂＯ／Ａｌ２Ｏ３，ＰｂＯ／ＺｒＯ２，ＢａＯ／Ａｌ２Ｏ３，ｘＬｉ２Ｏ／（１−ｘ）Ｂ２Ｏ５，ＰｂＴｉＯ３，ＮｉＯ／Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ，ＮｉＯ／ＳｉＯ２／ＭｇＯ，２ＭｇＯ／２Ａｌ２Ｏ３／５ＳｉＯ２）；
−３Ｄ構造体；
−有機的マトリックスに埋め込まれた層状の二次元材料、例えばポリウレタン・マトリックスにナノコンポジットとして埋め込まれた膨張された形のグラファイト酸化物。
【０１２０】
上記の材料もしくは原理を使用することは、新種の技術を可能にするか、もしくは要求する。当該新種の技術においては金属層、酸化物層、ポリマー層の製造と加工との境界は曖昧になり始める。多様な電気的、電子的、磁気的、酸化還元化学的、または光子的な応用可能性が生じる。反応性多層体を収縮挙動、剛性、耐熱性、可燃性、導電性、気体に対する透過性などに関して調整することも実現可能である。
【０１２１】
さらなる変更形態として、複数の導体突起部が例えばはんだ付けによって互いに接合され、電流導体としてハウジングを通過してガイドされていてよい。この場合も本願の意味における、ハウジングの内部または外部の能動型保護装置が設けられ得る。
【０１２２】
一実施形態において電気的構成要素は、当該電気的構成要素がリチウムイオンバッテリーまたはリチウムイオン蓄電池であること、あるいはリチウムイオンバッテリーまたはリチウムイオン蓄電池を含んでいることを特徴としている。
【０１２３】
本発明のさらなる対象は、本願の開示において定義されるような複合体を、電気的導線接続を遮断するために使用することに関する。
【０１２４】
本願において挙げられた実施形態および当該実施形態の変更形態および変化形態は、不可能であることが明らかでない限り、互いに、および本発明の意味における任意の従来技術と組み合わせることができる。全ての実施形態、変更形態、変化形態と当該実施形態、変更形態、変化形態の個々の特徴の全ての組み合わせは、本発明の好適な実施形態になり得ることが指摘される。全ての実施形態において特に、内部または外部の接触部が設けられており、当該接触部は可逆的または不可逆的な反応性多層体によって遮断可能である。全ての実施形態において反応性多層構造体は直接的に蒸着、堆積、またはその他の方法で塗布されていてよく、あるいは自立した箔または同様な構造体として設けられていてよい。実施形態において発熱性のはんだ付け型式が用いられる限り、これは純粋に例として理解すべきであり、他の反応性多層構造体の応用を何ら制限するものではない。
【０１２５】
下記の参照符号リストは明細書の不可欠な構成部分である点を明示的に指摘する。
【符号の説明】
【０１２６】
２  ガルバニセル（パウチ型セル）
４  活性部分
６  導体突起部
８  導体突起部
１０  発熱性のはんだ付け用箔（反応性多層体）
１２  供給線
１４  組み合わせ回路
１６  接続線
１８  接続線
２０  信号線
２２  ハウジング
２４  電流導体
２６  電流導体
２８  制御装置
３０  接続線
３２  接続線
３４  接続線
１００  ガルバニセル（フラットコンタクトセル）
１０６  絶縁ストリップ
１０８  コーティング
１１０  発熱性のはんだ付け用箔（反応性多層体）
１１２  上面（平坦面）
１１４  下面（平坦面）
１１６  端面（狭小面）
１１８  端面（狭小面）
１２０  側面（狭小面）
１２２  側面（狭小面）
１２４  上部シェル（ハーフシェル）
１２４ａ  隆起部（接触部分）
１２４ｂ  縁
１２４ｃ  端面の縁
１２４ｊ  縁の２つ折り
１２６  下部シェル（ハーフシェル）
１２６ａ  隆起部（接触部分）
１２６ｂ  縁
１２６ｃ  端面の縁
１２６ｊ  縁の２つ折り
１２８  シール部
１３０  接触平面
１３２  接触平面
１３４  箔パッケージ
１３６  導体突起部（コレクタ）
１３８  導体突起部（コレクタ）
１４０  接触支持部
１４２  ダンピング部材
１６８  接触バネ
１６８ａ  自由端
１６８ｂ  中心部
１７０  結合部材
１７８  第１コレクタ箔
１８０  セパレータ箔
１８２  第２コレクタ箔
１９０  巻き心棒（巻き芯）
１９２  接触プレート
１９２ａ  溝
１９２ｂ  絶縁部
１９４  絶縁パッキング
１９６  巻き心棒
２００  ガルバニセル
２０２  セル結合体
２０４  電流導体
２０６  電流導体
２０８  結合手段
２１０  反応性多層体
２１２  接続部
２１２ａ  プレート部分
２１２ｂ  バネ部分
２１４  接続部
２１４ａ  プレート部分
２１４ｂ  バネ部分
Ｈ  セル高さ
Ｌ  セル長さ
Ｍ  中央面
Ｗ  セル幅
ｄ  距離
【図１】
2014502406.tif 000003
【図２】
2014502406.tif 000004
【図３】
2014502406.tif 000005
【図４】
2014502406.tif 000006
【図５】
2014502406.tif 000007
【図６】
2014502406.tif 000008
【図７】
2014502406.tif 000009
【図８】
2014502406.tif 000010
【図９】
2014502406.tif 000011
【図１０】
2014502406.tif 000012
【図１１】
2014502406.tif 000013
【図１２】
2014502406.tif 000014
【図１３】
2014502406.tif 000015
【図１４】
2014502406.tif 000016
【図１５】
2014502406.tif 000017
【図１６】
2014502406.tif 000018
【図１７】
2014502406.tif 000019
【図１８】
2014502406.tif 000020
【国際調査報告】
2014502406.tif 000021
2014502406.tif 000022
2014502406.tif 000023
2014502406.tif 000024