特開 2024-88622 最適化された温度調整が可能なバッテリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024088622

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】最適化された温度調整が可能なバッテリ

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/654 20140101AFI20240625BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240625BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240625BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20240625BHJP

   H01M 4/66 20060101ALI20240625BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20240625BHJP

   H01M 50/103 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/184 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

H01M10/654

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/647

H01M4/66 A

H01M10/04 Z

H01M50/103

H01M50/184 A

H01M50/342 101

H01M10/0585

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023214248

(22)【出願日】2023-12-19

(31)【優先権主張番号】10 2022 134 057.0

(32)【優先日】2022-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】596107062

【氏名又は名称】フォルクスヴァーゲン アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＶＯＬＫＳＷＡＧＥＮ ＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ

【住所又は居所原語表記】Ｂｅｒｌｉｎｅｒ Ｒｉｎｇ ２， ３８４４０ Ｗｏｌｆｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ベンヤミン ベデュアフティヒ

(72)【発明者】

【氏名】バスティアン シャー

(72)【発明者】

【氏名】アニシュ ガウシュ

(72)【発明者】

【氏名】マーヴィン チェク

(72)【発明者】

【氏名】メスト ユルトセヴェン

(72)【発明者】

【氏名】ナターシャ フォン アスペアン

【テーマコード（参考）】

5H011

5H012

5H017

5H028

5H029

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H011AA02

5H011DD00

5H011FF02

5H012AA07

5H012BB01

5H017AA03

5H017AS10

5H017EE05

5H028AA05

5H028AA07

5H028CC05

5H028CC08

5H028CC11

5H029AJ12

5H029BJ22

5H029DJ02

5H029DJ03

5H029DJ05

5H029EJ01

5H029HJ12

5H029HJ20

5H031AA00

5H031AA09

5H031CC01

5H031EE01

5H031HH03

5H031KK01

5H031KK06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】自動車の電気トラクションモータを作動させるための電気エネルギが供給可能なバッテリを提供する。
【解決手段】バッテリ１は、ケーシング３内に配置された積層体４を有し、第１電極及び第２電極は、セパレータが中間に配置されて積層体に交互に配置されており、第１電極は、カバーに組み込まれた第１バッテリ極１２ａに電気的に接続され、第２電極は、カバーに組み込まれた第２バッテリ極１２ｂに電気的に接続されており、第１電極及び／又は第２電極の基板は、関連するそれぞれ少なくとも１つの活物質層８の少なくとも１つの面に横方向突出部９ａを形成し、第１電極の基板７の横方向突出部９ａ及び／又は第２電極５ｂの基板７の横方向突出部９ａは、熱伝導性の伝導要素１０に結合されており、少なくとも１つの伝導要素１０は、カバーに接触しており、かつ／またはカバーの部分を形成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリ（１）であって、前記バッテリ（１）は、カバーと、前記カバー内に配置された、複数の第１電極（５ａ）および複数の第２電極（５ｂ）を備えた積層体（４）とを有し、前記第１電極（５ａ）および前記第２電極（５ｂ）は、それぞれ１つのセパレータ（６）が中間に配置されて前記積層体（４）に交互に配置されており、前記第１電極（５ａ）は、前記カバーに組み込まれた第１バッテリ極（１２ａ）に電気的に接続されており、前記第２電極（５ｂ）は、前記カバーに組み込まれた第２バッテリ極（１２ｂ）に電気的に接続されており、前記電極（５）は、それぞれ１つの導電性の基板（７）と、前記基板（７）の少なくとも一方の面に活物質層（８）とを有する、バッテリ（１）において、前記第１電極（５ａ）および／または前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）は、関連するそれぞれ少なくとも１つの前記活物質層（８）の少なくとも一方の面に横方向突出部（９ａ）を形成し、前記第１電極（５ａ）の前記基板（７）の前記横方向突出部（９ａ）および／または前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）の前記横方向突出部（９ａ）は、熱伝導性の伝導要素（１０）に結合されており、少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、前記カバーに接触しており、かつ／または前記カバーの部分を形成する、ことを特徴とする、バッテリ（１）。

【請求項2】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、前記バッテリ極（１２）の関連する１つに電気的に接続されている、ことを特徴とする、請求項１記載のバッテリ（１）。

【請求項3】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、関連する前記バッテリ極（１２）を含んでいる、ことを特徴とする、請求項２記載のバッテリ（１）。

【請求項4】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）には、関連する前記バッテリ極（１２）に電気的に接続されている第１部分要素（１１）が含まれており、また前記第１部分要素（１１）と前記カバーとの間の間隔を埋める、少なくとも部分的に電気絶縁性に、または高抵抗に作用する第２部分要素（１５）が含まれている、ことを特徴とする、請求項２または３記載のバッテリ（１）。

【請求項5】

前記伝導要素（１０）は部分的に、前記カバーの貫通開口部（１３）に配置されている、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のバッテリ（１）。

【請求項6】

前記伝導要素（１０）には、前記カバーの前記貫通開口部（１３）に配置された第１部分（１５ａ）と、内側で前記カバーに接触する電気絶縁性にもしくは高抵抗に作用しかつ／またはガスの漏出に対してシールする第２部分（１５ｂ）と、が含まれている、ことを特徴とする、請求項５記載のバッテリ（１）。

【請求項7】

前記第１電極（５ａ）の前記基板（７）は、関連するそれぞれ少なくとも１つの前記活物質層（８）の面に長手方向突出部（９ｂ）を形成しており、前記第１電極（５ａ）の前記基板（７）の前記長手方向突出部（９ｂ）は、前記カバーの、隣り合う端面に組み込まれている前記第１バッテリ極（１２ａ）に電気的に接続されており、かつ／または前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）は、関連するそれぞれ少なくとも１つの前記活物質層（８）の面に長手方向突出部（９ｂ）を形成しており、前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）の前記長手方向突出部（９ｂ）は、前記カバーの、隣り合う端面に組み込まれている前記第２バッテリ極（１２ｂ）に電気的に接続されている、ことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のバッテリ（１）。

【請求項8】

前記第１電極（５ａ）の前記基板（７）は、関連するそれぞれ少なくとも１つの前記活物質層（８）の２つの長手方向面に横方向突出部（９ａ）を形成しており、前記横方向突出部（９ａ）は、前記伝導要素（１０）に、またはそれぞれ１つの伝導要素（１０）に結合されており、前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）は、前記長手方向突出部（９ｂ）を形成している、ことを特徴とする、請求項７記載のバッテリ（１）。

【請求項9】

前記第１電極（５ａ）は、カソードとして作用する活物質および／またはアルミニウムから成る基板を有する、ことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のバッテリ（１）。

【請求項10】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、剛性に形成されている、ことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のバッテリ（１）。

【請求項11】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、対応付けられた、前記積層体（４）の面を少なくとも５０％または少なくとも７５％覆う、ことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のバッテリ（１）。

【請求項12】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、少なくとも１つの貫通開口部（１９）を有する、ことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載のバッテリ（１）。

【請求項13】

前記カバーは、少なくとも１つの前記伝導要素（１０）に隣り合う部分に充填開口部（１８）を有し、かつ／または過剰圧力バルブを含む、ことを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載のバッテリ（１）。

【請求項14】

前記バッテリ極（１２）の少なくとも１つは、前記カバーから電気的に絶縁されている、ことを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載のバッテリ（１）。

【請求項15】

前記バッテリ極（１２）の少なくとも１つは、前記カバーに高抵抗に接続されている、ことを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか１項記載のバッテリ（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリ、特に自動車のトラクションバッテリとして構成されたバッテリであって、このバッテリを用いて、自動車の電気トラクションモータを作動させるための電気エネルギが供給可能なバッテリに関する。

【0002】

バッテリは、電気化学ベースの電気エネルギ用の蓄積器であり、その放電時、蓄積された化学エネルギが、電気化学的な酸化還元反応によって電気エネルギに変換される。本発明の文脈では、バッテリは、１回の放電だけのために構成されておりかつ再充電のためには構成されていない、いわゆる１次バッテリでもあり、また複数回の充電のために構成されておりかつ対応して設計されている、いわゆる２次バッテリもしくは蓄電池でもあると理解される。２次バッテリの充電は、放電時に行われる、電気化学的な酸化還元反応の電解反転であり、これは電圧の印加によって実現される。

【0003】

バッテリには１つまたは一般に複数のバッテリ要素が含まれており、これらのバッテリ要素は、一般に、「パウチ」と称されることの多いフィルムカバーまたはケーシングの形態のカバー内に配置されている。バッテリ要素には、それぞれ２つの電極と、電極の間に配置された、電極を電気的に分離するためのセパレータと、イオン伝導体として使用される電解質とが含まれている。バッテリ要素の２つの電極は、それぞれ含まれる活物質が異なり、これにより、（それぞれバッテリセルの放電に関して）一方の電極はアノードとして、また他方の電極はカソードとして作用する。さらに、バッテリには一般に、２つのバッテリ極が含まれており、これらは、カバーに組み込まれかつカバーの内側で電極に導電接続されている。ここでは、アノードとして作用する全ての電極は、一方のバッテリ極に、またカソードとして作用する全ての電極は、他方のバッテリ極に接続可能である。

【0004】

ケーシングを備えたバッテリの構成は、フィルムカバーを備えたバッテリと比べて、バッテリの構造的な耐荷重性が高いという利点を有することができる。

【0005】

バッテリ、また特に自動車内のトラクションバッテリとして現在、主に利用されているリチウムイオンバッテリは、電力欠損、損傷および／または経年変化が速まることを回避するために、定められた温度範囲で収納され、また特に作動され、すなわち、充電および放電されるべきである。この温度範囲を上回ることは必ずしも、対応して高い周囲温度との温度均一化だけが原因であるのではなく、むしろバッテリの充電または放電時には、このバッテリが、それ自体の加熱を生じせる大量の廃熱を生成する。したがって有効であり得るのは、この温度範囲を下回るまたは上回ることを回避するために、バッテリを温度調整することである。自動車のトラクションバッテリでは、このような温度調整は通常、自動車の冷却システムにトラクションバッテリを組み込むことによって行われ、この冷却システムにより、温度調整流体を介して熱エネルギをトラクションバッテリに伝達するかまたはトラクションバッテリから排出することができる。この際には一般に、いわゆるバッテリ積層体に相互接続されてトラクションバッテリを形成する、個々のバッテリまたはバッテリモジュールのカバーもしくはケーシングが温度調整される。しかしながら、カバー内では一般に、複数の個々のバッテリセルが１つの積層体に配置されている。このことから結論されるのは、カバーを介する温度調整は、カバーの比較的近くに置かれた、積層体の要素にとっては、より効果的であり、かつカバー内の中心に向かっては、温度調整作用が著しく弱まってしまうことである。

【0006】

米国特許第６８５８３４４号明細書には、プラスチックから成る平行六面体形のケーシングを備えるバッテリが開示されており、ケーシングの、面積の大きい方の面には金属薄板が埋め込まれており、この金属薄板のそれぞれ１つの接触部分は、ケーシングから突出しており、また冷媒が通流する冷却要素との接触のために設けられている。ケーシングに金属板を組み込むことにより、ケーシングを介するより良好な熱伝導を実現しようとしている。

【0007】

米国特許第１０６８６１７０号明細書には、ケーシングにフィルムカバーを備えた、バッテリの積層装置が記載されており、フィルムカバーは、少なくとも２つの面において、それぞれ枠縁状の保持要素に結合されており、この保持要素は、ケーシングにおいて、積層されたバッテリを確実に収容できるようにしようとするものである。

【0008】

米国特許第６７０９７８３号明細書には、複数の積層されたバッテリを備えたバッテリ積層体が開示されており、バッテリ間には、冷却媒体が通流するための複数の冷却通路を形成する冷却要素が配置されている。

【0009】

本発明の根底にある課題は、バッテリの可能な限り有利な温度調整を実現することである。

【0010】

この課題は、請求項１記載のバッテリにおいて解決される。このようなバッテリの好ましい実施形態は、別の請求項の対象であり、かつ／または本発明の以下の説明から明らかになる。

【0011】

本発明によると、バッテリ、特に自動車用のトラクションバッテリおよび／またはリチウムイオンバッテリが構成されており、このバッテリは、好適には平行六面体形のカバーと、このカバー内に配置された、複数の第１電極と複数の第２電極とを備えた積層体とを有し、これらの第１電極および第２電極は、それぞれ１つのセパレータが中間に配置されて積層体に交互に配置されている。カバーは、好適には、電極およびセパレータを備えた積層体を完全に取り囲み、このカバーはさらに、好ましくは（使用可能な状態において）気密に構成されている。

【0012】

第１電極は、カバーに、好適にはカバーの第１端面に組み込まれた第１バッテリ極に導電接続されており、第２電極は、同様にカバーに、好適にはカバーの第２端面に組み込まれた第２バッテリ極に電気的に接続されている。これらの電極はそれぞれ１つの、導電性の、特にフィルムとして構成された基板と、この基板の少なくとも１つの面に、好適には角柱状の、特に好ましくは平行六面体形の活物質層とを有する。この活物質層は、長さおよび幅と比較して非常に小さな高さ（層厚）を有していてよい。好ましくは構成される平行六面体形の活物質層では、積層体についても（実質的に）平行六面体形が生じていてよい。これに加えて、セパレータも同様に平行六面体形に形成されていてよく、セパレータの面積の大きい方の面は好適には、活物質層の面積の大きい方の面よりもやや大きく、これらの面の間にはセパレータが、分離のために配置されている。電極とバッテリ極との間の電気的な接続、また基板もそれぞれ、可能な限りに抵抗の少ない電流の通流に使用され、したがって好適には、これらの電気的な接続および基板が、可能な限り低い固有抵抗（例えば２０℃において最大１Ω×ｍｍ^２／ｍ）を有するように形成されている。第１電極および／または第２電極の基板は、少なくとも１つの面、特に、それぞれ関連する活物質層の長手方向面に横方向突出部を形成し、すなわち、これらの基板は、横方向に、もしくは幅に沿って、それぞれの活物質層の寸法を越えて突出している。第１電極の基板の横方向突出部（だけ）が（すなわち第２電極の基板の横方向突出部もそうなることなく）、かつ／または第２電極の基板の横方向突出部（だけ）が（すなわち第１電極の基板の横方向突出部もそうなることなく）、少なくとも熱伝導性の伝導要素に（場合によってはそれぞれ）結合されており、少なくとも１つの伝導要素は、カバーに接触しており、かつ／またはカバーの部分を形成するかもしくはこれに組み込まれている。例えば、少なくとも５Ｗ／（ｍ×Ｋ）の熱伝導率が熱伝導性とみなされ、好適には、（それぞれ２０℃においてかつ５０％の空気湿度において）少なくとも５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）または少なくとも１００Ｗ／（ｍ×Ｋ）または少なくとも２００Ｗ／（ｍ×Ｋ）の伝導要素の熱伝導率が実現される。少なくとも１つの伝導要素が好適には少なくとも部分的に形成される金属、特にアルミニウムは、本発明において基本的に熱伝導性であるとみなされる。

【0013】

平行六面体は、ひいては平行六面体形のカバーならびに平行六面体形の活物質層も長さ、幅、および高さを有し、本発明では、（対応する相違がある（好適にはこのように構成される）場合）、長さは、（エッジ）寸法の最大の寸法、幅は中間の寸法、高さは最小の寸法である。この場合、平行六面体は、長さおよび幅によって張られる２つの面積の大きい方の面と、長さおよび高さによって張られる２つの長手方向面と、幅および高さによって張られる２つの端面とを有する。本発明では、作製に起因する偏差に起因して、幾何学的な平行六面体に正確には対応しない形状も平行六面体とみなし得る。

【0014】

本発明によるバッテリは、少なくとも１つの伝導要素を介して良好に温度調整できることによって特徴付けられ、この伝導要素は、好ましく構成される配置構成では、活物質層の長手方向面において、ひいては電極およびセパレータを備えた積層体の長手方向面においても、全体として比較的大きな面積で形成されていてよい。比較的良好に温度調整できることは、バッテリの性能および／または寿命に関して有利に作用する。さらに、これにより、バッテリの小型の構造が可能になる。

【0015】

カバーは好適には、形状安定型のケーシングとして形成されていてよい。ケーシングが「形状安定型」とみなされるのは、外部的な荷重がなければ、その３次元の形状が、その自重によって潰れない場合である。このようなケーシングは好適には、通常の利用時に発生する外力による荷重の際には潰れることがなく、特に好ましくは、明らかには変形されないように形状安定で構成されていてよい（「剛性」のケーシング）。ケーシングは好ましくはさらに、完全にまたは部分的に金属、例えばアルミニウムから形成可能であり、これにより、比較的簡単かつコスト的に有利に、形状安定であるのに加えて良好に熱を伝導するケーシングが実現可能である。

【0016】

本発明によるバッテリの好ましい実施形態によると、少なくとも１つの伝導要素が、バッテリ極の関連する１つに電気的に接続されるように構成可能である。この接続もまた、可能な限りに抵抗の少ない電流の通流に使用され、したがって好適には、この接続が、可能な限り小さな固有抵抗（例えば２０℃において最大１Ω×ｍｍ^２／ｍ）を生じさせるように形成されている。本発明によるバッテリのこの実施形態は特に、バッテリの作製可能性に関して、また具体的には電極の作製可能性に関して利点を有し得る。このことは特に、対応する伝導要素が、対応するバッテリ極を含む（好適にはこのように構成される）場合に当てはまる。この場合、カバーへのバッテリ極の組み込みは、バッテリの組付けの枠内で行われる。このために、一方では電極およびセパレータを備えた積層体ならびに場合によっては別のコンポーネント、例えば少なくとも１つの変形要素と、他方では少なくとも１つの伝導要素とを含むアセンブリが、ケーシングとして形成されたカバーのベースケーシングに挿入されるように構成可能である。ここでは少なくとも１つの伝導要素は、関連する電極に既に結合されていてよい。アセンブリを挿入するために、ベースケーシングは、対応する挿入開口部を有していてよい。この挿入開口部は、次いで、ケーシングカバーを用いて閉鎖可能である。この場合、ケーシングへのバッテリ極の組込みは好適には、ケーシングカバーの組付け後にバッテリ極が、ケーシングカバーの貫通開口部を通って突出することによって行うことができる。

【0017】

少なくとも１つの伝導要素が、バッテリ極の関連する１つに電気的に接続されている、本発明によるバッテリの好ましい実施形態によるとさらに、少なくとも１つの伝導要素には、関連するバッテリ極に電気的に接続されている第１部分要素が含まれており、また第１部分要素とカバーとの間の間隔を埋める、少なくとも部分的に電気絶縁性の第２部分要素が含まれている。コンポーネントが電気絶縁性とみなされるのは、電位差があるのにもかかわらず、コンポーネントを介して、明らかな電流の流れが阻止される場合である。これにより、伝導要素が、関連するバッテリ極に電気的に接続されているのにもかかわらず、伝導要素、具体的には導電性のその第１部分要素と、カバーとの間の電気的な接続を阻止することができる。このことは、このようなバッテリを利用する際の安全性に関して有利に作用し得る。それにもかかわらず、第２部分要素を介して、電極およびセパレータを備えた積層体から、カバーへの、もしくはカバーを介しての、熱エネルギの有利な排出を実現可能である。

【0018】

好適には、伝導要素は部分的に、カバーの貫通開口部において配置されるように構成可能である。これにより、電極およびセパレータを備えた積層体に対して、特に良好な温度調整が実現可能である。というのは、伝導要素と周囲との間の直接的な熱交換を実現できるからである。この場合に特に好ましくはさらに、カバーの貫通開口部に配置された、カバーに好適には接触しない第１部分と、内側でカバーに接触する、電気絶縁性にまたは高抵抗に形成されかつ／またはガスの漏出に対してシールする第２部分とが伝導要素に含まれるように構成可能である。これにより、導電性であることも多い熱伝導性の材料から、特に金属、好適にはアルミニウムから第１部分を形成することが可能となり、この第１部分とカバーとの間の（低抵抗の）電気接続部を回避することができる。同時に、伝導要素の第２部分により、貫通開口部の領域におけるカバーの十分なシールおよび／またはカバーにおける伝導要素の十分な支持が行われるようにすることができる。

【0019】

本発明によるバッテリの好ましい実施形態によると、第１電極の基板は、１つの面に、好適にはそれぞれ関連する（好適には平行六面体形の）活物質層の端面に長手方向突出部を形成し（すなわち、この基板が、長手方向にそれぞれの活物質層の寸法を越えて突出し）、第１電極（だけ）の基板の長手方向突出部が、第１バッテリ極に接続されているように構成可能である。択一的にまたは補足的には、第２電極の基板も１つの面に、好適にはそれぞれ関連する（好適には平行六面体形の）活物質層の端面に長手方向突出部を形成可能であり、ここでは第２電極（だけの）の基板の長手方向突出部が、第２バッテリ極に接続されている。したがって、電極と、それぞれ関連するバッテリ極との間の電気的な接続は、直接に、すなわち少なくとも１つの伝導要素を介さなくても実現可能である。これにより、場合によっては、少なくとも１つの伝導要素の有利な構造的な構成が実現可能である。

【0020】

特に簡単な構造的な構成によって特徴付け可能な本発明によるバッテリでは、第１電極の基板が、関連する活物質層の２つの長手方向面に横方向突出部を形成しており、２つの面のこれらの横方向突出部がそれぞれ、上述の伝導要素に、またはそれぞれ１つの伝導要素に結合されているように構成可能である。これに対し、第２電極の基板はそれぞれ長手方向突出部を形成することができ、また第２バッテリ極に直接に接続可能である。特に好ましくは、この際には（または基本的にも）さらに、第１電極が、カソードとして作用する活物質および／またはアルミニウムから成る基板を有するように構成可能である。これに対し、第２電極は、アノードとして作用する活物質および／または銅もしくはアルミニウムから成る基板を有することができる。

【0021】

本発明によるバッテリの少なくとも１つの伝導要素は好適には、剛性に形成可能である。少なくとも１つの伝導要素が「剛性」とみなされるのは、想定される利用の枠内でこれに作用する荷重の際に、これが、明らかな（すなわち、識別可能でありかつ機能に影響を及ぼす）ほどに変形しない場合である。これにより、伝導要素は、電極およびセパレータの積層体、もしくはこれらのコンポーネントを含むアセンブリの安定性に有利に影響を与えることができる。このことは特に、本発明によるバッテリの組付けの枠内において有利に作用し得る。

【0022】

同じ理由から、少なくとも１つの伝導要素が、対応する面、特に積層体の長手方向面を少なくとも５０％または少なくとも７５％覆うように構成可能である。

【0023】

特に、少なくとも１つの伝導要素がこのように比較的大きな面積で形成されている場合にはさらに、好ましくは伝導要素が少なくとも１つの貫通開口部をするように構成可能である。このことは、一方では、伝導要素の可能な限りに少ない質量に関して、ひいてはバッテリ全体の質量に関して有利に作用し得る。さらに、このような貫通開口部は有利には、カバー内での電解質の分配について有利に作用し得る。すなわち、本発明によるバッテリの作製の枠内では、少なくとも、電極およびセパレータを備えた積層体と、少なくとも１つの伝導要素とを含むアセンブリをカバーに挿入した後、電解質をカバーに注入するように構成されていてよい。このためにはカバーは、対応する充填開口部を有していてよい。この際に特に、カバーが、その面の、好適には、少なくとも１つの伝導要素に隣り合う長手方向面の部分において充填開口部を有し、かつ／または過剰圧力バルブを含むように構成可能である。このような過剰圧力バルブは、バッテリの利用時に、ガスを発生させる損傷の結果として形成される過剰圧力を和らげるために使用可能である。ここでは伝導要素の、好適には構成される少なくとも１つの貫通開口部によって有利には、過剰圧力バルブにガスを排出できるようにすることが可能である。このような過剰圧力バルブは、充填開口部としても使用される漏出開口部を利用することができる。特に有利な実施形態によると、このような過剰圧力バルブは、定められた過剰圧力に達すると所期のように意図的に機能停止され、その際に破壊される破裂弁として形成可能である。特にこのような破裂弁は、損傷されていない状態においてカバーの漏出開口部を覆う破裂フィルムとして形成可能である。

【0024】

本発明によるバッテリの可能な限り確実な利用のためには、バッテリ極の少なくとも１つが、カバーから電気的に絶縁されており、これにより、これらのコンポーネント間で可能な限りに電流が流れることがないように構成可能である。

【0025】

さらに、バッテリ極の１つが、高抵抗でカバーに接続されているように構成可能である。１ｋΩ～１００ΜΩのオーム抵抗を生じさせる電気的な接続が「高抵抗」とみなされる。これにより、カバーと、対応するバッテリ極もしくはこれに電気的に接続された電極との間の電位等位化が実現可能であり、この際にこれらのコンポーネント間に明らかに大きな電流が流れてしまうことはない。このような電位等位化により、特に、電位差がある場合にカバー内に収容されている電解質との化学的な相互作用に起因して発生し得る、カバーの腐食を回避することができる。これは特に、カバーが、少なくとも内側が金属から、特にアルミニウムから形成されている（好適にはこのように構成される）場合に有効である。高抵抗の接続は特に好ましくは、カバーと、カソードとして作用する活物質を有する電極に電気的に接続されているバッテリ極との間に形成可能である。

【0026】

本発明によるバッテリは、特に、自動車用のトラクションバッテリまたはこのようなトラクションバッテリの一部であってよい。このようなトラクションバッテリを用いることにより、自動車の駆動出力を供給する、自動車の電気トラクションモータに電気エネルギを供給することができる。

【0027】

本発明によると「フィルム」とみなされるのは物体であって、（フィルムの大きな面積を画定する）長さおよび幅が、高さ（つまりフィルム厚さ）よりも何倍も大きい物体である。高さは好適には、フィルムの長さおよび／または幅の最大で１／１００または１／５００または１／１０００または１／１００００または１／１０００００または１／１００００００に対応し得る。特にフィルムは、平坦に広げられた際に、支持されなければ、それ自重により、識別可能に変形または潰れてしまい得るようにわずかなフィルム厚さで寸法設定可能である。

【0028】

以下では、図面に示した実施例に基づき、本発明を詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】第１実施形態にしたがい、２つの冷却要素と組み合わせた、本発明によるバッテリを示す概略縦断面図である。

【図2】バッテリの第１電極の概略平面図である。

【図3】バッテリの第２電極の概略平面図である。

【図4】バッテリの電極およびセパレータを備えた積層体を示す概略縦断面図である。

【図5】バッテリのベースケーシングを示す概略斜視図である。

【図6】電極およびセパレータを備えた積層体と、バッテリの伝導要素とを含むアセンブリを示す概略図である。

【図7】アセンブリの部分の概略横断面図である。

【図8】バッテリの作製の枠内において、ベースケーシングにアセンブリを挿入する様子を示す概略図である。

【図9】第２実施形態にしたがい、２つの冷却要素と組み合わせた、本発明によるバッテリを示す概略縦断面図である。

【図10】バッテリの第１電極の概略平面図である。

【図11】第３実施形態にしたがい、２つの冷却要素と組み合わせた、本発明によるバッテリを示す概略縦断面図である。

【図12】バッテリの第２電極の概略平面図である。

【0030】

図１には、２つの冷却要素２と組み合わせた、本発明によるバッテリ１が図示されている。冷却システムは、平行六面体形のケーシング３の形態のカバーを有するバッテリ１において、それぞれの長手方向面に接触している。冷却要素２は、例えば、冷却媒体が循環する冷却システム（図示せず）に組み込まれていてよい。冷却要素２それ自体に冷却媒体が通流していてもよい。冷却要素により、図示したバッテリまたは複数のこのようなバッテリの有利な温度調整が実現可能である。ここでは、本発明による２つのバッテリ１の間にそれぞれ１つの冷却要素２が配置されているように構成可能である。

【0031】

図示したバッテリ１には、ケーシング３の他に、ケーシング３内に配置された、電極５およびセパレータ６を備えた積層体４が含まれており、この積層体４は図４にさらに詳しく示されている。図４では、積層体４の積層方向は、図平面に対して平行に延びているのに対し、図１では、積層体４の積層方向は、図平面に対して垂直に配向されている。

【0032】

積層体４には、平行六面体形の、薄い（すなわち低い高さで形成された）電極５と、同様に平行六面体形の、薄くかつ電気絶縁性に形成されたセパレータ６とが交互に含まれている。電極５は、積層体４においてここでも交互に、バッテリ１の放電時にカソードとして機能する第１電極５ａとして、またバッテリ１の放電時にアノードとして機能する第２電極５ｂとして存在している。セパレータ６は、これが固体電解質としても使用されるか、またはバッテリ１の使用可能な状態において、液体電解質（図示せず）がしみ込ませられるように形成されていてよい。平行六面体形の電極５およびセパレータ６を中央揃えで積層することにより、積層体４が得られ、この積層体４も同様に、ケーシング３の平行六面体形に適合されたほぼ平行六面体形を有する。ここでは意図的に構成されているのは、積層体４の様々な要素間のわずかな突出部と、特に周縁側において電極５に比べてセパレータ６をいくらかより大きく形成することとであり、これにより、これらの要素の積層が不正確であっても、電極５の十分な分離が保証される。

【0033】

電極５にはそれぞれ、導電性材料、例えば金属から成るそれぞれ１つのフィルム状の基板７が含まれており、この基板には、１つの部分において、アノードまたはカソードとして作用する活物質から成るそれぞれの１つの層（活物質層８）が両側に備え付けられているのに対し、それぞれの基板７のコーティングされていない少なくとも１つの部分は、それぞれの電極５に属するそれぞれ１つの除電装置である。それぞれの基板７のコーティングされていないこのような部分は、関連する活物質層８についての突出部９である。第１電極５ａの基板７は好適にはアルミニウムから構成可能であるのに対し、第２電極５ｂの基板７は好適には銅および／またはニッケルおよび／またはアルミニウムから形成可能である。

【0034】

第１電極５ａの基板７は、関連する活物質層８の、それらの２つの長手方向面にそれぞれ１つの横方向突出部９ａを形成し、これらの横方向突出部９ａはそれぞれ、第１電極５ａの全長にわたって延在している（図２も参照されたい）。これに対し、第２電極５ｂの基板７は、一方の端面だけに長手方向突出部９ｂが形成され、この長手方向突出部９ｂは、それぞれの第２電極５ｂの全幅にわたっては延在していない（図３を参照されたい）。

【0035】

全ての第１電極５ａの両側の横方向突出部９ａは、グループ化されて、伝導要素１０に堅固に結合されている（図７参照）。この伝導要素１０は、図６ではさらに詳しく示されている。横方向突出部９ａと伝導要素１０との間の結合は、特に材料接続的に、例えば、溶接によって実現可能である。伝導要素１０には、Ｕ字形の第１部分要素１１が含まれており、この第１部分要素１１は、（場合によっては複数部分で）完全に金属から、特にアルミニウムから形成可能である。この第１部分要素１１は、第一に導電体として使用され、さらに第１電極５ａの基板７の両側の横方向突出部９ａと、バッテリ１の２つのバッテリ極１２の第１バッテリ極１２ａとを導電接続する。第１バッテリ極１２ａは、伝導要素１０の一体の構成要素であるか、もしくは第１バッテリ極１２ａはまた、伝導要素１０が積層体４と組み合わせられてケーシング３に挿入される（図８を参照されたい）前に、既に伝導要素１０の第１部分要素１１に堅固に結合されている。電極５およびセパレータ６を備えた積層体４ならびに伝導要素１０を含む、対応するアセンブリをケーシング３に挿入した後、第１バッテリ極１２は、周縁側においてわずかにより大きく寸法設定された、ケーシング３の貫通開口部１３を通って（図５および図８を参照されたい）突出しているが、この際にケーシング３に直接に接触しない。第１バッテリ極１２ａを取り囲むフレーム状のシール要素１４は、ケーシング３と、伝導要素の第１部分要素１１との間でこの貫通開口部の周縁側に形成されている間隙のシールが行われるようにする。

【0036】

伝導要素１０にはさらに、２つの第２部分要素１５が含まれており、これらの第２部分要素１５はそれぞれ、積層体４の長手方向面の１つを覆う、第１部分要素１１の１つの部分に直接に接触して堅固に結合されている。第２部分要素１５には、それぞれ１つの第１部分１５ａが含まれており、この第１部分１５ａは好適には金属、特にアルミニウムから形成可能でありかつ第１部分要素１１に直接に接触する。第１バッテリ極１２ａに類似して、伝導要素１０のそれぞれの第２部分要素１５の第１部分１５ａは、ケーシング３の、周縁側においてわずかにより大きく寸法設定された貫通開口部１３に突出しており、この際にこのケーシング３に直接に接触しない。第２部分要素１５のそれぞれのフレーム状の第２部分１５ｂは、ケーシング３と伝導要素の第１部分要素１１との間の、対応付けられた貫通開口部１３の周縁側に形成された間隙がシールされるようにし、また伝導要素１０の第１部分要素１１とケーシング３との間の間隔を埋める。

【0037】

基本的には、伝導要素１０の第２部分要素１５の第１部分１５ａであって、ケーシング３のそれぞれ１つの貫通開口部１３内でのそれらの配置によって外部からアクセス可能である第１部分１５ａは、バッテリの（第１）バッテリ極１２ａとしても使用可能である。しかしながら第１部分１５ａはもっぱら、冷却要素２のそれぞれと直接に接触することによってバッテリ１からの熱エネルギの良好な伝導、または（必要に応じて加熱のための）バッテリ１への熱エネルギの良好な伝導も可能にする、熱導体としてのみ使用される。ここでは、第１電極５ａの基板７と、伝導要素１０とが大きな面積で接触することにより、積層体４の内部からの、または内部への良好な熱伝導が行われる。

【0038】

第１バッテリ極１２ａを取り囲むシール要素１４も、伝導要素１０の第２部分要素１５の第２部分１５ｂも共に、それぞれ電気絶縁の作用を有する材料、または高抵抗性の材料から構成されている。第１電極５ａとケーシング３との間の電位等位化を実現するために、これらの要素の少なくとも１つについて、高抵抗性の構成が好ましい。これにより、電解質との電気化学的な相互作用に起因する、ケーシング３の腐食が回避可能である。

【0039】

伝導要素１０により、また具体的には剛性に実施されるその第１部分要素１１により、積層体４の隣り合う長手方向面および端面がそれぞれ少なくとも５０％覆われる。これによって伝導要素１０により、有利にはバッテリ１の組付けの枠内において、電極５およびセパレータ６を備えた積層体４が安定化可能である。さらに、伝導要素１０は有利には、これらのコンポーネントを有するアセンブリをケーシング３に挿入する際のガイド要素として使用可能である。このような挿入は、図８によると、一方の端面が開放されて形成されている、ケーシング３のベースケーシング１６にアセンブリを押し込むことによって行うことができる。この際に、伝導要素１０は、もしくは具体的には第２部分要素１５の第１部分１５ａの外面は、ガイド要素として機能するために、内側でベースケーシング１６と接触するか、もしくはベースケーシング１６に沿って滑動することができる。ベースケーシング１６の開放された端面は、積層体４および伝導要素１０を備えたアセンブリを挿入した後、ケーシングカバー１７を用いて閉鎖される。

【0040】

ケーシングカバー１７を用いてケーシング３を閉鎖した後、ケーシング３に電解質が注入されるように構成可能である。このために、ケーシング３は、その長手方向面の１つに、対応する充填開口部１８（図５および図８を参照されたい）を有することができる。電解質を注入した後、この充填開口部１８を閉鎖することができる。このために、例えば、材料接続的にケーシングに、充填開口部１８を覆うフィルム２０を取り付けることができる。このフィルムはさらに、ケーシング３の内部が所定の過剰圧力に達すると、破れて、結果的に過剰圧力バルブを形成するように構成されていてよい。

【0041】

充填開口部１８を介してケーシング３に注入される電解質の良好な分配を保証するために、伝導要素１０は少なくとも、充填開口部１８を含む、ケーシング３の長手方向面に隣り合う部分に複数の貫通開口部１９を有する。セパレータ６には、電解質がしみ込ませられる。これによってセパレータ６は、ある程度膨らみ、これにより、積層体４の寸法が増大する。このことは特に、積層体４の高さに関して当てはまるが、わずかではあるものの長さおよび幅にも当てはまる。積層体４の寸法がこのように増大することにより、ケーシング３内で実質的に遊びなしに積層体４が収容されることになり、さらに、対応するケーシング開口部１３における第２部分要素１５の第２部分１５ｂも配置されるようになる。

【0042】

全ての第２電極５ｂの基板７の長手方向突出部９ｂは、グループ化されて、バッテリ１の第２バッテリ極１２ｂに電気的に接続されている。この第２バッテリ極１２ｂは、ケーシングカバー１７に堅固に組み込み可能であり、第２バッテリ極１２ｂとケーシングカバー１７との間では電気的な絶縁が行われる。第２電極５ｂの基板７の長手方向突出部９ｂと第２バッテリ極１２ｂとの間の電気的な接続は、バッテリ１の組付けの枠内で、積層体４および伝導要素１０を備えたアセンブリをベースケーシング１６に挿入した後に、かつケーシングカバー１７を取り付ける前に行うことができる。基板７の長手方向突出部９ｂおよび第２バッテリ極１２ｂは、このために好適には、材料接続的に互いに結合されていてよく、例えば溶接されてよい。

【0043】

図９には、本発明によるバッテリ１の実施形態が示されており、この実施形態は、図１に示した実施形態とは、伝導要素１０が、また具体的にはその第１部分要素１１が、Ｌ字形に形成されていることが異なっている。これに都合がよいように、第１電極５ａの基板７により、その長手方向面の１つにのみ、伝導要素１０に結合されている横方向突出部９ａが形成されている（図１０も参照されたい）。

【0044】

図１１に示した本発明によるバッテリ１には、２つのＬ字形の伝導要素１０が含まれており、これらの伝導要素１０のうち、第１伝導要素１０ａは、図９によると、第１電極５ａの基板７をその長手方向面の１つにおいて形成する横方向突出部９ａに結合されている。これに相応して、図１１によるバッテリでは、第２電極５ｂの基板７も、それぞれ１つの長手方向面に横方向突出部９ａを形成し（図１２を参照されたい）、第１電極５ａの横方向突出部９ａと、第２電極５ｂの横方向突出部９ａとは、電極５の、もしくは電極５およびセパレータ６を備えた積層体４の対向する長手方向面に配置されている。第２電極５ｂの横方向突出部９ａは、伝導要素１０の第２伝導要素１０ｂに結合されている。この第２伝導要素１０ｂは、構造的に第１伝導要素１０ａに対応していてよく、第２バッテリ極１２ｂを含んでいてもよい。しかしながら場合によっては、これらは、少なくとも使用される材料が異なっていてもよい。例えば、少なくとも、第２伝導要素１０ｂの第１部分要素１１が銅から作製されるのに対し、第１伝導要素１０ａの第１部分要素１１がアルミニウムから形成可能であるように構成されていてよい。

【符号の説明】

【0045】

１ バッテリ
２ 冷却要素
３ ケーシング
４ 積層体
５ 電極
５ａ 第１電極
５ｂ 第２電極
６ セパレータ
７ 基板
８ 活物質層
９ 基板の突出部
９ａ 横方向突出部
９ｂ 長手方向突出部
１０ 伝導要素
１０ａ 第１伝導要素
１０ｂ 第２伝導要素
１１ 伝導要素の第１部分要素
１２ バッテリ極
１２ａ 第１バッテリ極
１２ｂ 第１バッテリ極
１３ ケーシングの貫通開口部
１４ シール要素
１５ 伝導要素の第２部分要素
１５ａ 第２部分要素の第１部分
１５ｂ 第２部分要素の第２部分
１６ ベースケーシング
１７ ケーシングカバー
１８ 充填開口部
１９ 伝導要素の貫通開口部
２０ フィルム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリ（１）であって、前記バッテリ（１）は、カバーと、前記カバー内に配置された、複数の第１電極（５ａ）および複数の第２電極（５ｂ）を備えた積層体（４）とを有し、前記第１電極（５ａ）および前記第２電極（５ｂ）は、それぞれ１つのセパレータ（６）が中間に配置されて前記積層体（４）に交互に配置されており、前記第１電極（５ａ）は、前記カバーに組み込まれた第１バッテリ極（１２ａ）に電気的に接続されており、前記第２電極（５ｂ）は、前記カバーに組み込まれた第２バッテリ極（１２ｂ）に電気的に接続されており、前記電極（５）は、それぞれ１つの導電性の基板（７）と、前記基板（７）の少なくとも一方の面に活物質層（８）とを有する、バッテリ（１）において、前記第１電極（５ａ）および／または前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）は、関連するそれぞれ少なくとも１つの前記活物質層（８）の少なくとも一方の面に横方向突出部（９ａ）を形成し、前記第１電極（５ａ）の前記基板（７）の前記横方向突出部（９ａ）および／または前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）の前記横方向突出部（９ａ）は、熱伝導性の伝導要素（１０）に結合されており、少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、前記カバーに接触しており、かつ／または前記カバーの部分を形成する、ことを特徴とする、バッテリ（１）。

【請求項2】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、前記バッテリ極（１２）の関連する１つに電気的に接続されている、ことを特徴とする、請求項１記載のバッテリ（１）。

【請求項3】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、関連する前記バッテリ極（１２）を含んでいる、ことを特徴とする、請求項２記載のバッテリ（１）。

【請求項4】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）には、関連する前記バッテリ極（１２）に電気的に接続されている第１部分要素（１１）が含まれており、また前記第１部分要素（１１）と前記カバーとの間の間隔を埋める、少なくとも部分的に電気絶縁性に、または高抵抗に作用する第２部分要素（１５）が含まれている、ことを特徴とする、請求項２または３記載のバッテリ（１）。

【請求項5】

前記伝導要素（１０）は部分的に、前記カバーの貫通開口部（１３）に配置されている、ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリ（１）。

【請求項6】

前記伝導要素（１０）には、前記カバーの前記貫通開口部（１３）に配置された第１部分（１５ａ）と、内側で前記カバーに接触する電気絶縁性にもしくは高抵抗に作用しかつ／またはガスの漏出に対してシールする第２部分（１５ｂ）と、が含まれている、ことを特徴とする、請求項５記載のバッテリ（１）。

【請求項7】

前記第１電極（５ａ）の前記基板（７）は、関連するそれぞれ少なくとも１つの前記活物質層（８）の面に長手方向突出部（９ｂ）を形成しており、前記第１電極（５ａ）の前記基板（７）の前記長手方向突出部（９ｂ）は、前記カバーの、隣り合う端面に組み込まれている前記第１バッテリ極（１２ａ）に電気的に接続されており、かつ／または前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）は、関連するそれぞれ少なくとも１つの前記活物質層（８）の面に長手方向突出部（９ｂ）を形成しており、前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）の前記長手方向突出部（９ｂ）は、前記カバーの、隣り合う端面に組み込まれている前記第２バッテリ極（１２ｂ）に電気的に接続されている、ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリ（１）。

【請求項8】

前記第１電極（５ａ）の前記基板（７）は、関連するそれぞれ少なくとも１つの前記活物質層（８）の２つの長手方向面に横方向突出部（９ａ）を形成しており、前記横方向突出部（９ａ）は、前記伝導要素（１０）に、またはそれぞれ１つの伝導要素（１０）に結合されており、前記第２電極（５ｂ）の前記基板（７）は、前記長手方向突出部（９ｂ）を形成している、ことを特徴とする、請求項７記載のバッテリ（１）。

【請求項9】

前記第１電極（５ａ）は、カソードとして作用する活物質および／またはアルミニウムから成る基板を有する、ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリ（１）。

【請求項10】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、剛性に形成されている、ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリ（１）。

【請求項11】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、対応付けられた、前記積層体（４）の面を少なくとも５０％または少なくとも７５％覆う、ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリ（１）。

【請求項12】

少なくとも１つの前記伝導要素（１０）は、少なくとも１つの貫通開口部（１９）を有する、ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリ（１）。

【請求項13】

前記カバーは、少なくとも１つの前記伝導要素（１０）に隣り合う部分に充填開口部（１８）を有し、かつ／または過剰圧力バルブを含む、ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリ（１）。

【請求項14】

前記バッテリ極（１２）の少なくとも１つは、前記カバーから電気的に絶縁されている、ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリ（１）。

【請求項15】

前記バッテリ極（１２）の少なくとも１つは、前記カバーに高抵抗に接続されている、ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリ（１）。

【外国語明細書】