(57)【要約】【課題】あり得る火災のおそれについて、従来の高電圧バッテリを有する車両に比してより高い安全性を提供する高電圧バッテリを有する車両を得る。【解決手段】バッテリモジュールがセルコンタクトシステムを介して電気的に接続されたバッテリセル１を備えており、バッテリセル１は、所定のセル内圧以上で開放する緊急抜気開口部２ｂを有するバッテリセルハウジング２を備えており、バッテリセル１の障害時に、高温気体３を、緊急抜気開口部２ｂを通してバッテリセルハウジング２の内部から高電圧バッテリのハウジングへ排出可能であり、緊急抜気開口部２ｂが、セルコンタクトシステム及び／又は高電圧バッテリのハウジングの壁部４に対向している、高電圧バッテリを有する車両において、セルコンタクトシステム及び／又は高電圧バッテリのハウジングの壁部４が、緊急抜気開口部２ｂが配置された範囲において熱保護層７を備えている。
2021528296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧バッテリを有する車両であって、高電圧バッテリが、
−ハウジングと、
−ハウジング内に配置された少なくとも１つのバッテリモジュールと
を備えており、バッテリモジュールは、セルコンタクトシステム（６）を介して電気的に互いに接続された複数のバッテリセル（１）を備えており、バッテリセル（１）は、あらかじめ設定されたセル内圧以上で開放する緊急抜気開口部（２ｂ）を有するそれぞれ１つのバッテリセルハウジング（２）を備えており、個々のバッテリセル（１）の障害時又は損傷時に、高温気体又は燃焼気体（３）を、緊急抜気開口部（２ｂ）を通してバッテリセルハウジング（２）の内部から高電圧バッテリのハウジングへ排出可能であり、緊急抜気開口部（２ｂ）が、セルコンタクトシステム（６）及び／又は高電圧バッテリのハウジングの壁部（４）に対向している、車両において、
−セルコンタクトシステム（６）及び／又は
−高電圧バッテリのハウジングの壁部（４）
が、少なくとも、緊急抜気開口部（２ｂ）が配置された範囲において、熱保護層（７）、特に熱保護塗装層（７）を備えていることを特徴とする車両。
【請求項２】
セルコンタクトシステム（６）が、緊急抜気開口部（２ｂ）と壁部（４）の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項３】
セルコンタクトシステム（６）が、複数のバッテリセル（１）と電気的に接続された導電的な導体要素及び／又は導体要素を支持する保持要素を備えており、熱保護層（７）が、導体要素及び／又は保持要素に施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両。
【請求項４】
熱保護層（７）が、膨張性の層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
【請求項５】
熱保護層（７）が、セラミック層又はセラミック粒子を含む層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両。
【請求項６】
熱保護層（７）が、少なくとも０．１ｍｍの層厚を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両。
【請求項７】
壁部（４）がアルミニウム薄板で構成されており、アルミニウム薄板は、緊急抜気開口部（２ｂ）が配置された１つ又は複数の範囲において熱保護層（７）を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
【請求項８】
壁部（４）が合成樹脂材料で構成されており、合成樹脂材料は、緊急抜気開口部（２ｂ）が配置された１つ又は複数の範囲において熱保護層（７）を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
【請求項９】
緊急抜気開口部（２ｂ）は、バッテリセル（１）の規定どおりの状態においては気密に閉鎖されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１０】
緊急抜気開口部（２ｂ）はそれぞれ予定破断箇所によって形成されており、予定破断箇所は、該当するバッテリセルハウジング（２）の内部におけるあらかじめ設定された圧力の超過時に開放されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１１】
緊急抜気開口部（２ｂ）が重力の方向（５）に関して高電圧バッテリの上側の壁部（４）又はカバーに対向するようにバッテリセル（１）が配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１２】
熱保護層（７）が、壁部（４）の、緊急抜気開口部（２ｂ）に対向する側に設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１３】
熱保護層（７）が、１０００℃又は１１００℃又は１２００℃又は１３００℃の温度まで溶融せず、かつ、燃焼しないことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１４】
熱保護層（７）は、２０００℃までの温度、特に１６００℃までの温度において０．５分の期間、バッテリセル（１）から出る高温気体又は燃焼気体によって孔があくことがなく、かつ、燃焼しないことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分による高電圧バッテリを有する車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両「ＢＭＷｉ３」のような電気車両あるいはハイブリッド車両の高電圧バッテリは、内部に複数のいわゆる「セルモジュール」（以下、「バッテリモジュール」ともいう。）を有する高電圧バッテリハウジングを備えている。各セルモジュールあるいはバッテリモジュールは、電気的に互いに配線された、相前後して一列に配置された複数のバッテリセルで構成されている。個々のバッテリセルの電気的な配線は、いわゆる「セルコンタクトシステム」を介してなされる。セルモジュールのバッテリセルが互いに直列又は並列に配線されているかに応じて、目標モジュールのバッテリセルの同極又は非同極がセルコンタクトシステムを介して電気的に互いに接続されている。
【０００３】
個々のバッテリセルは、それぞれバッテリセルハウジングを備えている。各バッテリセルハウジング内には、緊急抜気開口部が設けられている。例えば極端に大きな事故においてバッテリセルが損傷し、及び／又は個々のバッテリセルにおいて、若しくは個々のバッテリセル間で短絡が生じ、バッテリセルの内部が許容できないほど強く加熱される場合には、該当するバッテリセルの「緊急抜気」が可能である必要がある。緊急抜気は緊急抜気開口部を介してなされ、当該緊急抜気開口部は、例えば、あらかじめ設定されたセル内圧の超過時に開放されてバッテリセルの内部から気体を排出することができる予定破断箇所として形成されることが可能である。例えば個々のバッテリセルの激しい損傷時のような極端な場合には、非常に不都合な位置関係において、発生する気体が発火することがあり、周囲又は車両の車室内への火炎の漏出は、バッテリセルあるいはセルモジュールが高電圧バッテリハウジング内に配置されていることによって高い安全性をもって阻止される。上述の「ＢＭＷｉ３」の高電圧バッテリハウジングは比較的剛直なアルミニウムハウジングであり、当該アルミニウムハウジングは、「上方へ向けて」、すなわち車室内へ向けて、螺着されたカバーによって閉鎖されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、場合によってはあり得る火災のおそれについて、従来の高電圧バッテリを有する車両に比してより高い安全性を提供する高電圧バッテリを有する車両を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
当該課題は、請求項１によって解決される。本発明の有利な構成及び発展形成は、従属請求項から見て取れる。
【０００６】
本発明の起点は、個々のバッテリセルの極端な機械的な損傷時及び／又はセル内部の短絡時には、バッテリセルハウジングの緊急抜気開口部を介して非常に高温の燃焼気体を個々のバッテリセルの内部から高電圧バッテリの内部へ排出することができるべきであるという考察にある。
【０００７】
本発明の起点は、ハウジングである「高電圧バッテリハウジング」と、ハウジング内に配置された少なくとも１つのセルモジュール（以下、「バッテリモジュール」ともいう。）とを備えた高電圧バッテリを有する車両である。セルモジュールあるいはバッテリモジュールは、ここでも、セルコンタクトシステムを介して電気的に互いに接続された複数のバッテリセルを備えている。個々のバッテリセルは、あらかじめ設定されたセル内圧以上で開放する緊急抜気開口部を有するそれぞれ１つのバッテリセルハウジングを備えている。該当するセルモジュールのバッテリセルの緊急抜気開口部をセルコンタクトシステムが完全に、又は少なくとも部分的に覆うように構成することが可能である。個々のバッテリセルの障害時又は損傷時には、高温気体又は燃焼気体は、緊急抜気開口部を通して、バッテリセルハウジングの内部から高電圧バッテリハウジングの内部へ排出され得る。緊急抜気開口部は、セルコンタクトシステム及び／又はハウジングの壁部に対向している。
【０００８】
本発明の核心は、セルコンタクトシステム及び／又は高電圧バッテリのハウジングの壁部が、少なくとも、緊急抜気開口部が配置された範囲において、熱保護層、特に熱保護塗装層を備えていることにある。１つ又は複数のバッテリセルから１つ又は複数の緊急抜気開口部を介して排出される高温気体又は燃焼気体が高電圧バッテリのハウジングの壁部へ直接当たることが回避される。したがって、高温気体又は燃焼気体は、まず、セルコンタクトシステムに設けられた熱保護層へ、及び／又は高電圧バッテリのハウジングの壁部の内側における緊急抜気開口部の範囲に設けられた熱保護層へ当たる。これにより、排出される気体が非常に高温（例えば１０００℃を超える温度）であっても、高温気体が高電圧バッテリのハウジングの壁部を通過して燃焼して高電圧バッテリハウジングから漏出することが少なくともあらかじめ設定された期間回避される。このことは、電化された車両における乗員の安全の更なる向上に貢献するものである。したがって、高電圧バッテリハウジングからの火炎の漏出をより高い安全性をもって回避することが可能である。
【０００９】
緊急抜気開口部の範囲においてセルコンタクトシステム及び／又は高電圧バッテリのハウジングの内壁に熱保護層を施すことは、安価であるとともに良好に産業化可能である上、非常にわずかな追加重量にしかつながらない。
【００１０】
したがって、本発明により、バッテリ壁部への直接的な衝突（負荷）が回避される。高電圧バッテリのハウジングの「壁部」という用語あるいは「バッテリ壁部」という用語は、非常に広く理解されるべきである。原則的には、これは、高電圧バッテリのハウジングの下側の壁部、側方の壁部又は上側の壁部（例えばカバー）である。
【００１１】
本発明の一発展形成によれば、セルコンタクトシステムは、バッテリセルの緊急抜気開口部と高電圧バッテリのハウジングの壁部の間に配置されている。
【００１２】
本発明の一発展形成によれば、セルコンタクトシステムは、複数のバッテリセルと電気的に接続された導電的な導体要素を備えている。導体要素は、例えば導体薄板（例えば鋼又はアルミニウム薄板）であってよい。導体要素は、保持要素によって支持あるいは保持されるように構成されることが可能である。保持要素は、例えば合成樹脂部分（例えば射出成形部分）であってよい。本発明の意味合いにおけるセルコンタクトシステムは、導体要素及び／又は保持要素によって形成されることができる。これに対応して、熱保護層を導体要素及び／又は保持要素へ施すことが可能である。この場合、１つ又は複数のバッテリセルから高温気体又は燃焼気体が排出されるときには、セルコンタクトシステムは、高温気体又は燃焼気体が高電圧バッテリのハウジングの壁部の材料へ直接当たることを防止する「衝突薄板」に類似のように作用する。
【００１３】
本発明の一発展形成によれば、熱保護層が膨張性の層であるように構成されることができる。膨張性の材料は、防火技術から知られている。膨張性の材料が火炎にさらされると、材料は著しく膨張するか、あるいは増大する。したがって、膨張性の材料の体積増加に至る。したがって、材料は発泡するか、あるいは膨らみ、多孔性となるため、その断熱作用及びその耐火作用が更に高まる。
【００１４】
本発明の一発展形成によれば、セルコンタクトシステム及び／又は高電圧バッテリのハウジングの壁部に設けられた熱保護層は、セラミック層であるか、又はセラミック粒子を含む層であるように構成されることが可能である。
【００１５】
既に上述したように、熱保護層は、緊急抜気開口部が配置された範囲においてのみ、セルコンタクトシステム及び／又は高電圧バッテリのハウジングの壁部に設けられるように構成されることが可能である。したがって、セルコンタクトシステム全体あるいは高電圧バッテリのハウジングの壁部全体が必ずしもこのような熱保護層を備える必要はない。むしろ、このような熱保護層によるセルコンタクトシステムあるいは高電圧バッテリのハウジングの壁部の「局所的な強化」で十分である。
【００１６】
例えば、熱保護層は、少なくとも０．１ｍｍの層厚を有するように構成されることが可能である。
【００１７】
高電圧バッテリのハウジングの壁部は、少なくとも緊急抜気開口部が配置されている１つ又は複数の範囲に、又はこのような範囲のみに熱保護層を備えたアルミニウムあるいはアルミニウム薄板で構成されることが可能である。例えば、緊急抜気開口部が重力の方向に関してバッテリセルハウジングの上側に設けられているように、及び熱保護層が高電圧バッテリのハウジングの上側（カバー）の内側あるいは下側に設けられているように構成することが可能である。
【００１８】
しかし、高電圧バッテリハウジングの壁部は、必ずしも金属あるいはアルミニウムで構成される必要はない。原則的には、高電圧バッテリハウジングの壁部は、部分的に、又は全体的に合成樹脂材料で構成されることができ、当該合成樹脂材料は、少なくとも、バッテリセルの緊急抜気開口部が配置されている範囲において熱保護層を備えており、当該熱保護層は、極端な場合に高温気体あるいは燃焼気体で壁部が衝突（負荷）を受けることを防止する。
【００１９】
既に上述したように、緊急抜気開口部は、バッテリセルの規定どおりの状態では気密に閉鎖されており、あらかじめ設定されたセル内圧の超過により初めて開放あるいは裂開されるように構成されることが可能である。
【００２０】
既に示唆したように、熱保護層は、壁部あるいはセルコンタクトシステムの、緊急抜気開口部に対向する側に設けられているように構成することが可能である。
【００２１】
本発明の一発展形成によれば、熱保護層は、少なくとも１０００℃又は１１００℃又は１２００℃又は１３００℃の温度まで、又はあらかじめ設定された期間、溶融せず、かつ、燃焼しない材料で構成されている。
【００２２】
例えば、熱保護層が、少なくとも０．５分の期間、２０００℃までの温度、特に１６００℃までの温度まで、バッテリセルから排出される高温気体又は燃焼気体によって孔があくことなく、あるいは燃焼しないように構成されることができる。
【００２３】
以下に、図面に関連して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】熱保護層がセルコンタクトシステムに設けられている、本発明による第１の実施例を示す図である。
【図２】熱保護層が高電圧バッテリハウジングのカバーの内側に設けられている、第２の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１にはバッテリセル１が非常に概略的な図示において示されており、当該バッテリセルは、複数のこのようなバッテリセルで構成されるセルモジュール（不図示）の一部である。バッテリセル１は、バッテリセルハウジング２を備えている。バッテリセルハウジング２の上部範囲２ａには、緊急抜気開口部２ｂが設けられている。バッテリセル１の規定どおりの（適切な）状態においては、緊急抜気開口部２ｂは閉鎖されている。緊急抜気開口部２ｂは、バッテリセルハウジング２の内部においてあらかじめ規定された圧力の超過時に初めて開放あるいは裂開される。バッテリセルハウジング２の極端な機械的な損傷時あるいはバッテリセルにおける短絡時、又は個々のバッテリセル間の短絡時には、バッテリセルハウジングの内部において、かなりの圧力増大が生じ、高温気体又は燃焼気体が緊急抜気開口部２ｂを介して排出されることとなる。高温気体あるいは燃焼気体は、図１及び図２において符号３で示唆されている。
【００２６】
バッテリセル１あるいはここでは不図示のセルモジュールは、高電圧バッテリのここでは不図示のハウジング内に配置されている。ここでは、高電圧バッテリのハウジングのうちカバー４のみが図示されている。カバー４は、矢印５で示唆されている重力の方向に関して、高電圧バッテリのハウジングの上部範囲に配置されている。カバー４とバッテリセルハウジング２の間には、ここでは極端に概略的に図示されたセルコンタクトシステム６が配置されている。セルモジュールの個々のバッテリセルの個々の極（同極又は非同極）は、セルコンタクトシステム６を介して電気的に互いに接続あるいは配線されている。セルコンタクトシステムは、いかなる場合にも導体要素を備えており、当該導体要素は例えば導体薄板によって形成されることができ、当該導体薄板を介して、セルモジュールの個々のバッテリセルの極が電気的に互いに接続されている。加えて、導体要素を保持あるいは支持する、例えば合成樹脂材料で構成され得る保持要素をセルコンタクトシステムが備えるように構成することが可能である。図１に図示された実施例では、セルコンタクトシステム６の上側、例えばセルコンタクトシステムの保持要素又はカバーには、熱保護塗装部７が設けられている。熱保護塗装部は、必ずしもバッテリセル１とは反対側あるいはセルモジュールのバッテリセルとは反対側に設けられる必要はない。これに代えて、又はこれに加えて、熱保護塗装部は、バッテリセル１あるいはセルコンタクトシステム６のセルモジュールのバッテリセルに対向する側にも設けられることが可能であり、すなわち、セルコンタクトシステム６の、緊急抜気開口部２ｂに対向する側に設けられることが可能である。
【００２７】
セルコンタクトシステム６によって、及び特に熱保護塗装部７によっても、緊急抜気開口部２ｂから排出される高温気体あるいは燃焼気体３が高電圧バッテリのハウジングのカバー４の内側あるいは下側へ直接当たることが少なくともあらかじめ設定された期間防止される。
【００２８】
したがって、セルコンタクトシステム６あるいはこれに設けられた熱保護塗装部あるいは熱保護層７は、一種の衝突層として作用し、これにより、高温気体又は燃焼気体が高電圧バッテリの壁部あるいはカバー４を通過して燃焼するおそれが大幅に低減される。
【００２９】
図２に示された実施例では、熱保護層７は、高電圧バッテリのハウジングの壁部の内側に、あるいは、ここでは具体的には高電圧バッテリのハウジングのカバー４の内側あるいは下側に設けられている。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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