(57)【要約】  本発明は、電気エネルギーを貯蔵する貯蔵装置（１）であって、セルケーシング（３）と、該セルケーシング（３）により画定された収納室（４）と、該収納室（４）に収容された、電気エネルギーを貯蔵する少なくとも一つの貯蔵手段（５）と、を備えた少なくとも一つの貯蔵セル（２）を有するとともに、安全装置（１２）を有し、安全装置（１２）は、第１のセーフティ装置として、貯蔵装置（１）の回路から少なくとも貯蔵セル（２）を切り離すように構成された切り離し装置（１３）と、第２のセーフティ装置として、少なくとも貯蔵セル（２）を短絡させるように構成された短絡装置（１４）と、第３セーフティ装置として、収納室（４）のガス抜きを行なうように構成されたガス抜き装置（１５）とを有し、これらセーフティ装置は、貯蔵セル（２）が危険状態を推移している間、順番に各非動作状態から各動作状態へと移行するように構成されている。
2020523729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを貯蔵する貯蔵装置（１）であって、
セルケーシング（３）と、該セルケーシング（３）により画定された収納室（４）と、該収納室（４）に収容された、電気エネルギーを貯蔵する少なくとも一つの貯蔵手段（５）と、を備えた少なくとも一つの貯蔵セル（２）を有するとともに、
安全装置（１２）を有する貯蔵装置において、
前記安全装置（１２）は、
第１のセーフティ装置として、貯蔵装置（１）の回路から少なくとも貯蔵セル（２）を切り離すように構成された切り離し装置（１３）と、
第２のセーフティ装置として、少なくとも貯蔵セル（２）を短絡させるように構成された短絡装置（１４）と、
第３セーフティ装置として、収納室（４）のガス抜きを行なうように構成されたガス抜き装置（１５）とを有し、
これらセーフティ装置は、貯蔵セル（２）が危険状態を推移していく中で、順番に各非動作状態から各動作状態へと移行するように構成されていることを特徴とする貯蔵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の貯蔵装置（１）において、
安全装置（１２）は、危険状態推移中に、先ず切り離し装置（１３）、次に短絡装置（１４）そして次にガス抜き装置（１５）が各非動作状態から各動作状態へと移行するように構成されていることを特徴とする貯蔵装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の貯蔵装置（１）において、
各セーフティ装置は、収納室（４）にかかるそれぞれの圧力によって、各非動作状態から各動作状態へ移行可能であることを特徴とする貯蔵装置 
【請求項４】
請求項３に記載の貯蔵装置（１）において、
危険状態推移中に増加する、収納室（４）にかかる圧力によって、先ず切り離し装置（１３）、次に短絡装置（１４）そして次にガス抜き装置（１５）が各非動作状態から各動作状態へと移行することを特徴とする貯蔵装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の貯蔵装置（１）において、
切り離し装置（１３）は、収納室（４）にかかる５．５ｂａｒから６．５ｂａｒの範囲の圧力で非動作状態から動作状態へ移行するように構成されていることを特徴とする貯蔵装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の貯蔵装置（１）において、
短絡装置（１４）は、収納室（４）にかかる７ｂａｒから８ｂａｒの範囲の圧力で非動作状態から動作状態へ移行するように構成されていることを特徴とする貯蔵装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の貯蔵装置（１）において、
ガス抜き装置（１５）は、収納室（４）にかかる９．５ｂａｒから１０．５ｂａｒの範囲の圧力で非動作状態から動作状態へ移行するように構成されていることを特徴とする貯蔵装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の貯蔵装置（１）において、
短絡装置（１４）は、特に収納室（４）の温度によって非動作状態から動作状態へ転換可能であることを特徴とする貯蔵装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の貯蔵装置（１）において、
貯蔵装置（１）は、前記貯蔵セル（２）に並列に接続された電気エネルギーを貯蔵する少なくとも一つの他の貯蔵セルを有し、短絡装置（１４）は、少なくとも第一の前記貯蔵セル（２）と、それに並列に接続された前記他の貯蔵セルとを短絡するように構成されていることを特徴とする貯蔵装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の貯蔵装置（１）を少なくとも一つ有する自動車両。
【請求項１１】
電気エネルギーを貯蔵する貯蔵装置（１）を操作する方法であって、
貯蔵装置は、セルケーシング（３）と、該セルケーシング（３）により画定された収納室（４）と、該収納室（４）に収容された、電気エネルギーを貯蔵する少なくとも一つの貯蔵手段（５）と、を備えた少なくとも一つの貯蔵セル（２）を有するとともに、
起動される安全装置（１２）を有する方法において、
前記安全装置（１２）は、
第１のセーフティ装置として、貯蔵装置（１）の回路から少なくとも貯蔵セル（２）を切り離すように構成された切り離し装置（１３）と、
第２のセーフティ装置として、少なくとも貯蔵セル（２）を短絡させるように構成された短絡装置（１４）と、
第３セーフティ装置として、収納室（４）のガス抜きを行なうように構成されたガス抜き装置（１５）とを有し、
貯蔵セル（２）が危険状態を推移していく中でこれらセーフティ装置を順番に起動させることを特徴とする方法 
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
危険状態推移中に、先ず切り離し装置（１３）、次に短絡装置（１４）そして次にガス抜き装置（１５）を起動させることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の方法において、
各セーフティ装置を収納室（４）にかかるそれぞれの圧力によって起動させることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
危険状態推移中に増加する、収納室（４）にかかる圧力によって、先ず切り離し装置（１３）、次に短絡装置（１４）そして次にガス抜き装置（１５）を起動させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求項１の前提部分に係る、電気エネルギーを貯蔵する特に自動車両用の貯蔵装置に関する。さらに、本発明は、少なくとも一つのそのような貯蔵装置を有する自動車両に関する。本発明はさらに、特許請求項１１の前提部分に係る、そのような貯蔵装置を操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーを貯蔵する貯蔵装置並びにそのような貯蔵装置を操作する方法は、例えば既に特許文献１から公知である。貯蔵装置はここで、セルケーシングと、該セルケーシングにより画定された収納室とを備える少なくとも一つの貯蔵セルを有する。加えて、貯蔵セルは、該収納室に収容された、電気エネルギーを貯蔵する少なくとも一つの貯蔵手段を備える。貯蔵セルは、例えばバッテリーセルとして構成されているので、貯蔵装置は、例えばバッテリーとして、 特に高電圧バッテリー（ＨＶバッテリー）として構成されていることになる。さらに、貯蔵装置の安全装置が設けられている。貯蔵装置を操作する方法により、安全装置が起動される。安全装置が起動されることで、例えば、貯蔵装置の望ましくない危険状態を回避することができる或いはそのような危険状態を抑制することができるので、例えば危険状態に起因する望ましくない効果を回避ないし最小限度に留めることができるようになる。
【０００３】
さらに、特許文献２は、大きなバッテリー電流が内部を流れる、特に車両駆動用の大電流バッテリーシステムを開示する。この場合、バッテリーシステム監視電子装置と複数のバッテリーモジュールが設けられており、これらのバッテリーモジュールは、それぞれが少なくとも一つの再充電可能なバッテリーセルを包含し、動作時にバッテリー電流路を通して動作電流が流れるように動作電流回路により電気的に直列接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１３２０４５３４号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１１／０９５６３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に述べた類の貯蔵装置、自動車両および方法を提供することにより、費用効果の高い方法で安全な動作を実現可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明により特許請求項１の特徴部を有する貯蔵装置によって、特許請求項１０の特徴部を有する自動車両によって、さらに特許請求項１１の特徴部を有する方法によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【０００７】
本発明の第１の態様は、特に、自動車などの自動車両用の電気エネルギーまたは電流を蓄えるための貯蔵装置に関する。貯蔵装置は、少なくとも１つの貯蔵セルを有しており、この貯蔵セルは、セルケーシングと、このセルケーシングにより画定された収容室と、を備えている。加えて、貯蔵セルは、上記収納室に収容された、電気エネルギーを貯蔵する少なくとも一つの貯蔵手段を備えている。この貯蔵手段は、例えば、特に液体の電解質および／または 少なくとも一つの電極および／または巻回電極−つまり少なくとも一つの巻線を備える。さらに、貯蔵装置は、起動可能な安全装置を有し、この安全装置を用いて、例えば安全装置を起動することにより、貯蔵セルの望ましくない危険状態を回避またはそのような危険状態を抑制することができる。
【０００８】
特に費用効果の高い方法で、特に安全な動作を実現できるようにするために、安全装置は少なくとも三つのセーフティ装置を有している。第１のセーフティ装置は、切り離し装置として構成され、これを用いて貯蔵装置の回路から少なくとも貯蔵セルを切り離し、特にガルバニック絶縁することができる。回路から貯蔵セルを切り離すことで、回路と貯蔵セルとの間の電気的接続が分断され、これにより、貯蔵セルがもはや回路と電気的につながっていない状態となる。
【０００９】
第２のセーフティ装置は、短絡装置として構成され、これを用いて少なくとも貯蔵セルを短絡させる或いは短絡をやめることができる。短絡装置によってもたらされ得る短絡は、好ましくは外側での短絡であり、貯蔵セル外部短絡とも称される。外部短絡は、貯蔵セルの内側やセルケーシングの内側ではなく、貯蔵セルの外側ないしセルケーシングの外側において短絡装置により行なうことができるか又は行われる。
【００１０】
第３セーフティ装置は、ガス抜きユニットとも称されるガス抜き装置として構成されている。このガス抜き装置を用いて、収納室のガスを放出する（脱気する）ことができる。以下では、特に、このガス抜き装置を用いることで、流体、特に気体を、収納室から、従ってセルケーシングから、とりわけセルケーシングの周囲に逃がすことができ、これにより例えば過剰な内部圧力が収納室内にかかるのを回避することができるものとする。
【００１１】
さらに、本発明により、セーフティ装置は、貯蔵セルが危険状態を推移していく中で順番に各非動作状態から各動作状態へと移行するように構成されている。危険状態を推移している際に、あるいはその間に、例えば貯蔵セルは、その状態が変化するので、この貯蔵セルの状態変化の結果、 セーフティ装置が順番に、つまり時系列順に、起動する。従って、セーフティ装置は、特に貯蔵セルの状態の変化により或いは状態の変化の結果、順番に起動する。
【００１２】
危険状態推移とは、特に、危険状態推移中に、少なくとも一つの、貯蔵セルを特徴付けるパラメータ、特にその動作ないし状態を特徴付けるパラメータが貯蔵セルの平常運転を特徴付ける平常範囲の外にあり、そのパラメータが、例えば危険状態推移中に次第に平常範囲から離れていくことを意味する。そのパラメータとは、例えば先に述べた内部圧力であって、この内部圧力は、例えば危険状態の過程に際してあるいはその間に次第に増加し、その結果、次第にその平常範囲から離れていく。
【００１３】
切り離し装置が非動作状態にあるとき、貯蔵セルは電気的に回路に接続されている。そこで、切り離し装置がその非動作状態からその動作状態に移行すると、貯蔵セルは、切り離し装置によって回路から切り離されるので、切り離し装置が動作状態にあるときには、貯蔵セルは、特に切り離し装置によって回路から切り離された状態になる。
【００１４】
短絡装置が非動作状態にあるとき、短絡装置によって貯蔵セルの短絡、特に外部短絡は行なわれない。短絡装置がその非動作状態からその動作状態に移行すると、短絡装置が、先に述べた特に貯蔵セルの外部短絡を引き起こし、短絡装置が動作状態にあるとき、特に短絡装置が特に貯蔵セルを短絡、特に外部短絡し、或いはその停止を行なう。
【００１５】
ガス抜き装置が非動作状態にあるとき、ガス抜き装置によって行なわれるセルケーシングないし収納室のガス抜きは行なわれないままである。ガス抜き装置がその非動作状態からその動作状態に移行すると、セルケーシングないし収納室は、ガス抜き装置によってガス抜きされる。ガス抜きの際には、流体、特に気体がガス抜き装置により収納室から 特にセルケーシングの周囲へ逃がされるが、このとき、気体は例えば高温ガス或いは高温ガス流である。こうして、収納室は、ガス抜き装置が動作状態にあるときに、ガス抜き装置によりガス抜きされる。ガス抜き装置が例えばその非動作状態からその動作状態へ移行すると、ガス抜き装置は、少なくとも一つの排出開口部を開放する。ガス抜き装置が非動作状態にあるとき、排出開口部は閉鎖されているので、収納室は、排出開口部を介してガス抜きされない。しかし、ガス抜き装置が動作状態にあるときは排出開口部が開口されているので、収納室は排出開口部を介してガス抜きされる。この排出開口部を通して、当初収納室に収められた流体の少なくとも一部が収納室から、しかもその際には例えばセルケーシングの周囲へと流れることができ、これにより、例えば先に述べた内部圧力を少なくとも部分的に緩和することができる。各セーフティ装置をそれぞれ起動させる（動作させる）ことで、安全装置全体が起動する。
【００１６】
危険状態は、例えば貯蔵セルないし貯蔵装置内の熱事象により進展（推移）することになる。換言すれば、例えば、貯蔵セルは、熱事象により前述の平常運転から危険状態へと推移して行き、その結果、貯蔵セルは、熱事象により危険状態になる。この熱事象は、例えば事故に起因した外力の作用によるもので、貯蔵セルの昇温ないし加熱をもたらす。ガス抜き装置により収納室から逃がすことのできる前述の流体は、例えばこの種の熱事象によるもので、例えば前述の（特に液体の）電解質から発生する。
【００１７】
セーフティ装置は、時間を追って順番に起動される、つまりそれらの各非動作状態からそれらの各動作状態へと移行するので、時間的なスイッチング順序ないし起動順序が設けられており、それに従って、セーフティ装置は、狙い通りに或いは決めたとおりに順番に起動される。これにより、例えば、バッテリーセルとして構成された貯蔵セル内の熱事象が進展しないようにでき、その結果、例えば貯蔵セルから、特には貯蔵装置から早々に出火するのを防ぐことができる。狙い通りに或いは決めた通りに時間を追って順番にセーフティ装置を起動することで、多段階式の、特に少なくとも三段階式の安全コンセプトを実現でき、その結果、例えば特に長期間にわたって、火および／または炎が貯蔵装置から出るのを回避することができる。これにより、例えば、特に高い安全性を自動車両の乗員に保証することができる。特に、セーフティ装置が順番に起動することで、貯蔵装置内で熱が伝播することを防ぐことができる。このような熱の伝播では、貯蔵装置内の一つの貯蔵セルが危険状態になると、貯蔵装置の少なくとも一つの他の貯蔵セル、特に隣接する貯蔵セルが（これらがそれ自身では危険状態に至っていないにもかかわらず）最初の（第一の）貯蔵セルにより危険状態に移行し、その結果、燃え始めるということになりかねない。その結果、例えば第一の貯蔵セルの熱事象が他の隣接する貯蔵セルの望ましくない熱事象をもたらすことになるのだが、これを多段階式の安全コンセプトにより回避することができる。
【００１８】
好ましくは、この安全装置は、貯蔵セルに接して、特には少なくとも部分的に貯蔵セル内に配置され、それによりセル面上に設けられているので、この安全コンセプトは、貯蔵面上に設けられているセキュリティ手段に比べて特に高い費用効果でかつ効果的に実装することができる。
【００１９】
本発明の有利な実施形態では、安全装置は、危険状態推移中に、先ず切り離し装置、次に短絡装置そして次にガス抜き装置が各非動作状態から各動作状態へと移行するように構成されている。好ましくは、短絡装置がその動作状態へ移行するとき、切り離し装置はその動作状態にあるか、或いはその動作状態のままとなる。さらに、ガス抜き装置がその動作状態に移行するとき、好ましくは、切り離し装置と短絡装置は、それらの各動作状態にあるか、或いはそれらの各動作状態のままとなる。切り離し装置を起動することで、貯蔵セルは、適時に貯蔵回路とも称される回路から切り離される。短絡装置は、切り離し装置の後にようやく起動され、貯蔵セルを特に外部で短絡させる働きをする。これは、事態が悪化しないようにする効果がある。というのも、貯蔵セルのエネルギーの中味の少なくとも一部が電気的に、特に外部および内部のセル抵抗を介して短絡により消費されるためである。さらに、短絡によりセル電圧がかなり低下するため、カソード材料上で酸素が放出されるのを相当防ぐか抑制するので、この短絡は事態が悪化しないようにする効果がある。
【００２０】
短絡装置は、特に、少なくとも内部圧力が上昇し続けることでガス抜き装置が起動されるまで、或いは動作状態に移行するまで、つまり貯蔵セルが開くまで、特に約６０秒間少なくともその間ずっと短絡を維持することが好ましい。ガス抜きの間、 特にガス抜きの最初の１０秒から２０秒の間、例えば、特に電解質ないし電解質溶液として、しかもそれが例えば燃料として作られた液体の少なくとも大半が貯蔵セルから排出ないし除去される。適時に貯蔵セルを外部短絡させることで、例えば、隣接する貯蔵セルの発火が回避される。さらに、貯蔵装置から出火するのを防止することができる。その結果、特に安全な運転を実現することができる。
【００２１】
本発明の特に有利な実施形態では、各セーフティ装置は、収納室にかかる各圧力によって、各非動作状態から各動作状態へと移行可能である。換言すれば、各非動作状態から各動作状態へのそれぞれの移行ないしそれぞれの遷移は、特に、収納室にかかる前述の内部圧力によってひとりでに行なわれる結果、例えば各セーフティ装置が、圧力に基づいて、独立ないし自立的或いは自動的に各非動作状態から各動作状態へ移行することになる。また別の言葉で表現すれば、例えば、各セーフティ装置のそれぞれの起動が、収納室にかかる、例えば危険状態が進展するにつれて高まる、各セーフティ装置に作用する圧力によって特にひとりでに行なわれる。
【００２２】
従って、危険状態推移中に増加する、 収納室にかかる圧力によって、先ず切り離し装置、次に短絡装置そして次にガス抜き装置が各非動作状態から各動作状態へと移行するときに特に有利であることが明らかになった。
【００２３】
特に、切り離し装置は、収納室にかかる５．５ｂａｒ以上６．５ｂａｒ以下の範囲の圧力で非動作状態から動作状態へ移行するように構成されていることで、安全な動作を実現することができる。言い換えれば、内部圧力が５．５ｂａｒから６．５ｂａｒの範囲の値に達すると、その圧力によって切り離し装置が起動される一方、短絡装置とガス抜き装置は起動しないままとなる。
【００２４】
短絡装置は、収納室にかかる７ｂａｒから８ｂａｒの範囲の圧力で非動作状態から動作状態へ移行するように構成されているときには、さらに特に有利であることが明らかになった。換言すれば、内部圧力が上昇して、例えば内部圧力が７ｂａｒ以上８ｂａｒ以下の範囲の値をとるようになると、既に切り離し装置が起動された圧力により、特に切り離し装置は動作したまま短絡装置が起動する。この場合、ガス抜き装置はとりあえずまだ起動されないままとなる。
【００２５】
他の実施形態は、ガス抜き装置は、収納室にかかる９．５ｂａｒから１０．５ｂａｒの範囲の圧力で非動作状態から動作状態へ移行するように構成されている点に特徴がある。換言すれば、内部圧力がさらに上昇して、内部圧力が９．５ｂａｒ以上１０．５ｂａｒ以下の範囲の値をとるようになると、この圧力によりついにガス抜き装置も起動する。
【００２６】
特に有利な実施形態では、短絡装置は、特に収納室内を占める温度、特に貯蔵セルの温度によって非動作状態から動作状態へ転換可能である。換言すれば、これまでは例えば圧力条件で短絡装置の起動ないしトリガーがかかるような実施形態が述べられてきた。それは特に、とりわけ収納室にかかる圧力が、特にはひとりでに短絡装置を起動させることを意味する。しかしながら今度は、好ましくは特にひとりでに温度によって短絡装置が起動させられるというものである。こうして例えば短絡装置の温度が予め設定できるしきい値を超えると、それにより短絡装置がその非動作状態からその動作状態へと移行することで、少なくとも貯蔵セルが回路から分離することになる。これにより、熱事象が伝播する際に、特に短い反応時間が実現できる。
【００２７】
最後に、貯蔵装置は、上記貯蔵セルに並列に接続された電気エネルギーを貯蔵する少なくとも一つの他の貯蔵セルを有し、短絡装置は、少なくとも最初の（第一の）貯蔵セルと、それに並列に接続された上記他の貯蔵セルとを短絡するように構成されていることが特に有利であることが明らかになった。例えば、先ず短絡装置が起動する一方で、切り離し装置とガス抜き装置はまだ起動されないままである。短絡装置を起動することで、例えば第一の貯蔵セルと他の貯蔵セルとが特に切り離し装置を介して短絡させられる。特に、貯蔵装置は、第一の貯蔵セルとこれに並列に接続された隣接する他の貯蔵セルを有し、第一の貯蔵セルと、これに並列に接続された隣接する貯蔵セルとが、短絡装置を起動することで 特に切り離し装置を介して短絡させられ、 特に外部で短絡させられる。
【００２８】
好ましくは数ミリ秒、特には最大で１００ミリ秒、短絡装置の起動後ないし短絡が行なわれた後に切り離し装置が起動する一方で、特にガス抜き装置はまだ起動されていないおよび／または短絡装置はまだ起動されていない。切り離し装置を起動することで、少なくとも第一の貯蔵セルが、特には第一の貯蔵セルと他の貯蔵セルとが、回路から分離される。短絡装置は、少なくとも、ガス抜き装置が（特に、さらに上昇する内部圧力によって）起動するまで、或いは第一の貯蔵セルが開くまで、特に少なくとも６０ 秒、短絡を維持する。
【００２９】
ガス抜き装置により少なくとも第一の貯蔵セルがガス抜きされている間、特に最初の１０〜２０秒のガス抜きの間、電解質溶液（燃料）の大半が第一の貯蔵セルから取り除かれる。
【００３０】
好ましくは、切り離し装置は少なくとも一つのヒューズを有し、このヒューズを介して、短絡装置を起動することで、第一の貯蔵セルおよび並列に接続された他の一つの貯蔵セルないし並列に接続された他の複数の貯蔵セルを短絡させることができる。さらに、ヒューズを用いて回路から切り離すことができる。そのようなヒューズを使用することにより、費用を低く抑えることができる。というのも、特に切り離し装置形態の圧力に基づいた（圧力ベースの）装置を、温度に基づいた（温度ベースの）ヒューズで置き換えることができるからである。例えば、短絡によりヒューズが加熱され、このヒューズを介して短絡が引き起こされる。これにより、ヒューズが溶けることで少なくとも第一の貯蔵セルが回路から切り離される。さらに、この解決手段の特に簡単な空間的実装をカソード側（＋端子）で実現することができる。さらに、この実施形態により貯蔵セルの特に高い動作信頼性を体現できる。というのも、高い安全性を保証できるようにするためには、貯蔵セルにおける特にガス抜き装置および／または短絡装置形態の圧力ベースの装置であれば十分だからである。
【００３１】
本発明の第二の態様は、本発明による少なくとも一つの貯蔵装置を有する自動車両に関する。本発明の第一の態様の長所および有利な実施形態は、本発明の第二の態様の長所および有利な実施形態としてもみなされるべきであり、逆もまた同様である。
【００３２】
本発明の第三の態様は、電気エネルギーを貯蔵する貯蔵装置を操作する方法、特に本発明による貯蔵装置を操作する方法に関する。貯蔵装置は、セルケーシングと、該セルケーシングにより画定された収納室と、該収納室に収容された、電気エネルギーを貯蔵する少なくとも一つの貯蔵手段と、を備えた少なくとも一つの貯蔵セルを有する。さらに、特には貯蔵セルである貯蔵装置は、この方法により起動させる安全装置を有する。
【００３３】
次に、特に費用効果の高い仕方で特に安全な動作を実現できるようにするために、本発明によれば、安全装置は、第１のセーフティ装置として、貯蔵装置の回路から少なくとも貯蔵セルを切り離すように構成された切り離し装置と、第２のセーフティ装置として、貯蔵セルを特に外部で短絡させるように構成された短絡装置と、第３セーフティ装置として、収納室のガス抜きを行なうように構成されたガス抜き装置とを有し、この方法により、貯蔵セルが危険状態を推移していく中でこれらセーフティ装置を順番に起動させる。本発明の第一の態様および第二の態様の長所および有利な実施形態は、本発明の第三の態様の長所および有利な実施形態としてみなされるべきであり、逆も同様である。
【００３４】
危険状態推移中に、先ず切り離し装置、次に短絡装置そして次にガス抜き装置を起動させるときに特に有利であることが明らかになった。これらセーフティ装置の一連の起動は、貯蔵装置内での熱事象が過剰に伝播することを回避するか少なくとも度を越えないようにするために特に有利であることが判明した。
【００３５】
特に低コストを実現し、特に安全な動作を保証するために、本発明のさらなる実施形態では、各セーフティ装置を収納室にかかるそれぞれの圧力、特に各セーフティ装置に作用する圧力によって起動させるようになっている。こうして、例えば各セーフティ装置が自動的ないし自立的に且つその際に特にひとりでに圧力の作用で起動するものとされ、セーフティ装置は、特に、圧力が危険状態を推移していく中で増加ないし上昇することで順番に起動される。
【００３６】
従って、危険状態推移中に増加する、収納室にかかる圧力によって、先ず切り離し装置、次に短絡装置そして次にガス抜き装置を起動させるときに、特に有利であることが明らかになった。
【００３７】
本発明のさらなる詳細は、関連する図面とともに好ましい例示的な実施形態の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】平常運転にある第一の実施形態による本発明の貯蔵装置の概略断面図である。
【図２】危険状態の推移の第一の状態にある、第一の実施形態による貯蔵装置の概略断面図である。
【図３】危険状態の推移の第二の状態にある、第一の実施形態による貯蔵装置の概略断面図である。
【図４】危険状態の推移の第三の状態にある、第一の実施形態による貯蔵装置の概略断面図である。
【図５】平常運転にある第二の実施形態による本発明の貯蔵装置の概略断面図である。
【図６】危険状態の推移の第一の状態にある、第二の実施形態による貯蔵装置の概略断面図である。
【図７】危険状態の推移の第二の状態にある、第二の実施形態による貯蔵装置の概略断面図である。
【図８】危険状態の推移の第三の状態にある、第二の実施形態による貯蔵装置の概略断面図である。
【図９】危険状態の推移の第三の状態にある、第三の実施形態による貯蔵装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図中、同一もしくは機能的に同じ部材は同じ符号が付されている。
【００４０】
図１は、電気エネルギーないし電流を貯蔵するための、全体が１の符号を付された第１の実施形態による貯蔵装置を概略断面図で示す。貯蔵装置１は、例えば少なくとも一つの電気機械を備えた例えば自動車両、特に自動車、それも好ましくは乗用車の構成要素である。電気機械により、例えば自動車両の少なくとも一つの車輪或いは自動車両全体を電気的に駆動することができる。このときには、電気機械は、モータ運転モードで、つまり電気モータとして動作する。電気機械をそのモータ運転モードで動作させるために、貯蔵装置１に蓄えられた電気エネルギーが電気機械に供給される。
【００４１】
貯蔵装置１はここで、例えばバッテリーとして、特に高電圧バッテリー（ＨＶバッテリー）として構成されている。言い換えれば、貯蔵装置１は、好ましくは高電圧構成要素として構成されていることで、貯蔵装置１が例えば５０Ｖｏｌｔを上回る、特に６０Ｖｏｌｔを上回る、さらに好ましくは数１００Ｖｏｌｔを上回る電圧、特に作動電圧を保有ないし提供するようになっている。これにより特に、自動車両を駆動するための特に大きな電力を実現することができる。
【００４２】
貯蔵装置１は、例えばバッテリーセルとして構成されている少なくとも一つの貯蔵セル２を備えている。貯蔵装置１は、さらに例えば不図示のバッテリーケースを備え、その中に複数の貯蔵セル、特にバッテリーセルが配置されている。この目的のために、例えばバッテリーケースは、複数の貯蔵セルが配置される収容領域を有している。貯蔵セル２についてのこれまでの、そしてこれからの説明は、容易に他の貯蔵セルにも当てはめることができるし、またその逆も同様である。例えば、貯蔵セルはモジュールを形成し、特にバッテリーモジュールを形成する。
【００４３】
貯蔵セル２は、セルケーシング３と、このセルケーシング３により画定された収納室４と、この収納室に配置ないし収容されている少なくとも一つの貯蔵セル２の貯蔵手段５を備えている。電気エネルギーないし電流は、貯蔵手段５によって蓄えることができる。この目的のために、貯蔵手段５は、少なくとも一つの電極および／または少なくとも一つの巻回電極を有する例えば少なくとも一つの電極装置６を備えている。巻回電極は例えば巻線である。特に、巻線は、例えば、カソードの形態の第１の電極と、アノードの形態の第２の電極とを備え、電極は、例えば巻回電極を形成するように巻き上げられるかまたは巻き取られる。特に、貯蔵手段５は、電極間に配置された少なくとも一つのセパレータを備えている。巻回電極はここで、特にゼリーロール構造を有していてもよく、つまりビスケットロールのように巻き取られているまたは巻き上げられているのでもよい。
【００４４】
加えて、貯蔵セル２は、（単数ないし複数の）フラッグと称される第１の電極片７を有しており、これが例えばアノードと電気的に且つ好ましくは機械的に接続されている。電極片７はここで、例えば金属材料、 特に銅から形成されている。さらに、貯蔵セル２は、（単数ないし複数の）フラッグと称される第２の電極片８を有し、これが例えばカソードと電気的に且つ好ましくは機械的に接続されている。電極片８はここで、例えば金属材料、特にアルミニウムから形成されている。図１から、電極片７および電極片８が収納室４内に配置されていることが分かる。
【００４５】
貯蔵セル２はさらに、収納室４とは反対側のセルケーシング３の外面９上に少なくとも部分的に設けられた第１の端子１０を有し、この端子が少なくとも電気的に電極片７に接続されることで、貯蔵セル２の電気的な負極を形成している。さらに、貯蔵セル２は、収納室４とは反対側の外面９上に少なくとも部分的に設けられた第２の端子１１を有し、この端子が少なくとも電気的に電極片８に接続されることで、貯蔵セル２の電気的な正極を形成している。複数の貯蔵セルは、例えばそれらの各端子１０および端子１１を介して互いに電気的に接続されていることで、例えば直列ないし並列に接続されており、これにより自動車両を駆動するための特に電気的な高出力を達成することができる。
【００４６】
特に、貯蔵手段５は、不図示の電解質を含み、この中に例えば電極装置６が少なくとも部分的に、特に少なくとも大半もしくは完全に浸漬されている。例えば貯蔵セル２内で熱事象が生じると、貯蔵セル２、特に貯蔵手段５は、熱事象の一環として例えば強く加熱される。こういった熱事象は、例えば自動車両の事故に起因するもので、つまり例えば事故による力が貯蔵装置１に加わることに起因する。電解質が熱せられることにより、例えば電解質から液体が生じるが、この液体は、例えば気体および／または液体、特に電解質溶液を含み得る。熱事象のために、収納室４内の上記の液体が放出されることになる。貯蔵セル２はこのとき、全体が符号１２で示される安全装置を備え、この安全装置は、例えば貯蔵装置１を操作する方法の一環として起動される。
【００４７】
とりわけ安全な貯蔵装置１の動作を実現できるように、安全装置１２は、切り離し装置１３の形態の第１のセーフティ装置を備え、この切り離し装置により、貯蔵セル２を貯蔵装置の回路１から切り離すことができる。図１に示された平常運転では、例えば上記の貯蔵セルは、回路に少なくとも電気的に接続されていることで、複数の貯蔵セルが回路を介して電気的に互いに接続されるようになっている。切り離し装置１３により貯蔵セル２が回路から切り離されることで、この貯蔵セル２を例えば他の貯蔵セルから、特にガルバニック絶縁される。
【００４８】
安全装置１２は、短絡装置１４の形態の第２のセーフティ装置を備え、この短絡装置により、貯蔵セル２を外部で短絡させることができる。外部での短絡（外部短絡）とは、短絡が貯蔵セル２内や収納室４内で行なわれるのではなく、貯蔵セル２の外側や収納室４の外側で行なわれ、その結果、例えば収納室４とは反対側の外面９において短絡装置１４により短絡させることができる或いは短絡させられることを意味する。
【００４９】
安全装置１２はさらに、ガス抜きユニットとも称されるガス抜き装置１５の形態の第３セーフティ装置を備えている。収納室４は、ガス抜き装置１５によって脱気（ガス抜き）することができる。収納室４の脱気（ガス抜き）とは、ガス抜き装置１５を用いて、或いはこれを介して収納室４内に放出された流体が少なくとも一部収納室４から導出され、そのとき特に貯蔵セル２或いはセルケーシング３の周囲１６に導出されることを意味する。
【００５０】
これらのセーフティ装置は、図２〜４によって示される貯蔵セル２の危険状態の推移中に、順番に各非動作状態から各動作状態へと移行するように構成されている。言い換えると、前述の方法の一環として、これらのセーフティ装置は、危険状態推移中に順番に、つまり、次から次へと続けて起動されることにより、例えばバッテリーケース内での熱の伝播を費用効果の高い仕方で対処するようになっている。
【００５１】
図１は、前述の貯蔵セル２の平常運転を示しており、この平常運転が通常状態である。平常運転ないし通常状態では、セーフティ装置は、それらの非動作状態にあり、つまりはまだ作動していない。
【００５２】
平常運転時ないし平常運転中、内部圧力とも称される収納室４内にかかる圧力は、平常範囲にある。例えばそこで貯蔵セル２内に熱事象が発生すると、例えば流体が収納室４に放出され、これによりセル圧力とも称される内部圧力が上昇する。内部圧力が上昇して内部圧力が例えばその平常範囲を逸脱すると、貯蔵セル２が例えば前述の危険状態の推移をたどり始めて、貯蔵セル２は、例えば 先ず図２に表される危険状態の推移における第１の危険状態に達する。この熱事象により、貯蔵セル２の温度は、例えば安全温度よりも高い温度になる。貯蔵セル２の温度によって、例えば、内部圧力の値は約６ｂａｒとなり、例えばそれが５．５ｂａｒから６．５ｂａｒの範囲になるようになる。この内部圧力によって、先ず切り離し装置１３が起動され、つまりはその非動作状態からその動作状態へと移行させられるが、他方で短絡装置１４とガス抜き装置１５はまだその非動作状態に留まり、つまりは起動されない。切り離し装置１３のこの起動により、貯蔵セル２は、貯蔵回路とも称される回路から切り離される。
【００５３】
内部圧力が、例えば危険状態の推移の過程でさらに上昇することで、内部圧力は、例えば約７．５ｂａｒとなるか或いは７〜８ｂａｒの範囲となり、その結果、貯蔵セル２は、例えば図３に示される危険状態の推移の第２の危険状態となる。この内部圧力によって次に、−ガス抜き装置１５は起動されないまま−短絡装置１４が起動され、つまりはその非動作状態からその動作状態へと移行させられるが、その一方で 特に、先に起動された切り離し装置１３は動作したままにされる。特に切り離し装置１３を動作させたままでの短絡装置１４のこの起動により、外部短絡が行なわれる。
【００５４】
内部圧力がさらに上昇して、その内部圧力が例えば約１０ｂａｒとなるか或いは９．５〜１０．５ｂａｒの範囲になると、貯蔵セル２は、図４に示される危険状態の推移における或る一つの危険状態となる。この内部圧力によって、−他方で特に切り離し装置１３と短絡装置１４が動作している或いは動作したままにされて−ガス抜き装置１５が起動される。ガス抜き装置１５のこの起動により、ガス抜き装置１５は、例えば特に貫通孔として形成されていて、特にセルケーシング３に形成されている排出開口部１７を開放する。排出開口部１７を通して、前に収納室４内に収容された液体の少なくとも一部が収納室４から特に周囲１６へと流れる。換言すれば、内部圧力が９．５〜１０．５ｂａｒの範囲に達すると、この内部圧力により、ガス抜きユニットとも称されるガス抜き装置１５が開かれる。これにより、例えば上述のモジュール内での熱の伝播が回避されるので、例えば他の貯蔵セルがこの貯蔵セル２によって危険状態にされることがなくなる。従って、貯蔵装置１の安全状態の危険レベルの上昇を回避することができる。特に、貯蔵装置１から早々に出火するのを回避できることから、特に高い安全性を具現化することができるようになる。
【００５５】
図５〜８は、貯蔵装置１の第２の実施形態を示している。ここで、図５は、通常状態における第２の実施形態を示し、図６は、危険状態の推移の第１の状態を、図７は、第２の状態を、そして図８は、貯蔵装置１、特に貯蔵セル２の危険状態の推移の第３の状態を示している。第２の実施形態では、貯蔵装置１は、貯蔵セル２および別の複数の貯蔵セルを備えているが、これらの別の貯蔵セルは、他の貯蔵セルとも称され、例えば貯蔵セル２に隣接している。他の貯蔵セルは、例えば互いにおよび／または貯蔵セル２に並列に接続されている。
【００５６】
第２の実施形態では、切り離し装置１３は、ヒューズ１８であるか或いはヒューズ１８として形成されている。ところで第２の実施形態では、次のスイッチ順序が設けられている：例えば内部圧力が予め設定可能なしきい値を上回ると、先ず最初に短絡装置１４が起動され、これにより、貯蔵セル２とそれに隣接する他の全ての並列に接続された貯蔵セルたちが切り離し装置１３を介して、特にヒューズ１８を介して短絡させられる。短絡装置１４は、例えば、５．５ｂａｒを含む圧力から６．５ｂａｒを含む圧力の範囲内にある或る圧力で起動される。短絡装置１４の起動後、或いは貯蔵セル２および他の並列に接続された貯蔵セルたちの短絡後、数ミリ秒、特に最大でも１００ミリ秒或いは１００ミリ秒より短い時間で、切り離し装置１３、特にヒューズ１８が起動され、これにより、少なくとも貯蔵セル２が回路から切り離される。
【００５７】
貯蔵セル２および他の貯蔵セルがヒューズ１８を介して短絡する結果、ヒューズが熱せられてヒューズが溶ける。これにより、ヒューズは、温度に応じて少なくとも貯蔵セル２を回路から切り離す。次に、前に述べたように、ガス抜き装置１５が起動されることで、収納室４が脱気される。
【００５８】
図９は、第３実施形態を示している。後述するように、第３の実施形態では、第１および第２の実施形態のように、解決手段ないし課題解決の構成は、貯蔵セル２内に設けられており、この課題解決の構成を用いて、短絡を起こさせるための反応時間を特に短く保つことができる。この課題解決の構成は、ポリマー被覆された銅箔１９を有しており、これが電気的に端子１０に接続され、ひいては電気的に負極に接続されている。銅箔１９は、電極装置６と、セルケーシングの収納室４側の内面２０との間、特に電極装置６の少なくとも一つの巻回電極ないし電極積層体と、セルケーシングの収納室４側の内面２０との間に配置されており、例えば電極装置６に接触する一方で、他方では内面２０に接触し、ひいてはセルケーシング３に接触する。
【００５９】
銅箔１９が異常な熱、すなわち例えば熱事象の際に発生するような異常な高熱にさらされると、銅箔１９の少なくともポリマー被覆が溶け、これにより、銅箔１９とセルケーシング３との間に短絡が生じる。したがって、銅箔１９は、二つのセル間或いは電極装置６とセルケーシング２０間の熱伝搬箇所に配置されている短絡発生器として機能する。その結果、短絡させるための反応時間を特に短く保つことができる。
【００６０】
さらに、特に図には示されていない第四の実施形態が設けられていてもよく、これは、第１の実施形態に対応しているものの、切り離し装置１３および／または短絡装置１４が圧力に基づくのではなく、温度に基づいてそれらの非動作状態からそれらの動作状態へと移行するという違いを少なくとも有している。この目的のために、切り離し装置１３ないし短絡装置１４は、例えば少なくとも一つのバイメタル、特にバイメタル短絡発生器を有し、これが、例えば温度が高くなる際に自ずと或いは勝手に変形し、貯蔵セル２が回路から切り離されるか或いは短絡が変形される。ここで例えば切り離し装置１３ないし短絡装置１４は、或る起動温度を有し、この温度で切り離し装置１３ないし短絡装置１４が起動される。この起動温度は、例えば摂氏１００度である。温度に基づいた切り離し装置１３ないし短絡装置１４の起動により、熱事象の場合の反応時間を特に短く保つことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１    貯蔵装置 
２    貯蔵セル
３    セルケーシング
４    収納室
５    貯蔵手段
６    電極装置
７    電極片
８    電極片
９    外面
１０  端子
１１  端子
１２  安全装置
１３  切り離し装置
１４  短絡装置
１５  ガス抜き装置
１６  周囲
１７  排出口
１８  ヒューズ
１９  ポリマー被覆銅箔
２０  内面
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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