JP2014505337A - 制御装置を有するバッテリ及び当該バッテリの動作方法 - Google Patents

Abstract

電気エネルギーを放出するために設けられている少なくとも１つの電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）と、前記電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）とのエネルギーの交換を監視するために設けられている１つの制御装置（３）と、前記電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）の１つ又は複数の物理的及び／又は化学的パラメータを少なくとも一時的に検出するため、並びに、属する測定値を提供するために設けられている１つの測定装置（４、４ａ、４ｂ）と、値、特に測定値を、少なくとも一時的に記録するために設けられている１つのデータ貯蔵装置（５）と、を有するバッテリ（１）。

Description

優先権出願ＤＥ１０２０１１００８４６６．５の全内容は、参照することにより本願の構成要素となる。

本発明は、制御装置を有するバッテリ及び当該バッテリの動作方法に関する。本発明は、電気駆動部を有する自動車と当該自動車への本発明に係るバッテリによるエネルギー供給とに関連して記載される。本発明は、有利には、自動車の駆動部とは無関係に利用することもできる。

先行技術からは、自動車の駆動部にエネルギーを供給するためのバッテリが知られている。いくつかの構成は、その周囲にとって、内在するエネルギー若しくは制御不能な放出又はその化学的成分ゆえに、潜在的な危険であるという点で共通している。

したがって、本発明の課題は、バッテリの取り扱いをより安全にすることにある。

本発明によると、本課題は、独立請求項の教示により解決される。本発明の好ましいさらなる構成は、下位請求項の対象である。

本発明に係るバッテリは、１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置を有している。これらは、供給されたエネルギーを電気化学形態で貯蔵し、必要に応じて電気エネルギーを放出する。バッテリの制御装置は、エネルギーの電気化学エネルギー貯蔵装置への供給と、当該電気化学エネルギー貯蔵装置からのエネルギーの取り出しとを制御及び／又は監視する。バッテリの測定装置は、少なくとも一時的に、１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置の１つ又は複数の物理的及び／又は化学的パラメータを検出し、属する（zugehoerige）測定値を提供する。データ貯蔵装置内には、値、特に測定値を貯蔵することが可能であり、必要に応じて呼び出すことができる。好ましくは、値は第２の値と共に貯蔵され、この第２の値は、測定時点を表現している。さらに、バッテリは出力装置を有している。この出力装置は、少なくとも一時的に、データ貯蔵装置に貯蔵された１つ又は複数の値を出力するために設けられている。

本発明においてバッテリとは、特に電気駆動部にエネルギーを供給するために用いられる装置であると理解される。ここで、バッテリは接続端子及びハウジングを有するように、好ましい実施形態においては、特に包括的に、駆動部にエネルギーを供給するために、機械、設備又は自動車との電気的接続がわずかに形成されるように構成されている。好ましい一実施形態によると、バッテリは機械的な接続手段を有しており、この接続手段は、特にバッテリ全体を迅速に交換するために設けられている。

本発明において電気化学エネルギー貯蔵装置とは、特に供給されたエネルギーを貯蔵し、必要に応じて電気エネルギーを駆動部又は負荷に放出するために用いられる装置であると理解される。供給された電気エネルギーを貯蔵するために、この電気エネルギーは前もって化学エネルギーに変換される。エネルギーを取り出す際には、逆方向の変換が行われる。好ましくは、バッテリは、複数の電気化学エネルギー貯蔵装置を有している。これらの複数の電気化学エネルギー貯蔵装置は、互いに電気的に接続されている。本発明に係るバッテリの好ましい一実施形態は、複数の群の電気化学エネルギー貯蔵装置を有しており、１つの群の複数の電気化学セルは直列に接続されている。好ましくは、特に電圧をより高めるためには、複数の群が直列に接続され、及び／又は、特に電荷容量をより増大させるためには、複数の群が並列に接続される。

本発明において、制御装置とは、バッテリの電気化学エネルギー貯蔵装置の特に動作と停止状態とを制御及び監視する装置であると理解される。さらに、制御装置は、特に測定値を加工し、必要に応じて測定装置に１つ又は複数の測定値を要求し、値をデータ貯蔵装置に貯蔵し、データ貯蔵装置の値を読み、及び／又は、特に機械、設備若しくは自動車の上位制御部と通信する。

好ましい一実施形態によると、制御装置は、エネルギーの供給と、複数の電気化学エネルギー貯蔵装置のうち少なくとも１つからのエネルギーの取り出し（交換）とを、特にその温度、充電状態及び／又は負荷の需要を考慮して制御する。それによって、制御装置は、特に各電気化学エネルギー貯蔵装置の異なる充電状態及び／又は過度の負荷に抵抗する。

本発明において測定装置とは、特にバッテリの１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置の物理的及び／又は化学的パラメータの検出に用いられる装置であると理解される。結果として、測定装置は、１つ又は複数の属する測定値を提供する。これらは、制御装置によってさらに加工され、データ貯蔵装置内に貯蔵され、及び／又は、出力装置によって出力される。測定のために、測定装置は少なくとも１つの測定センサを有している。好ましくは、測定装置は、電気化学エネルギー貯蔵装置ごとに１つのセンサを有している。好ましくは、測定装置は、様々な物理的及び／又は化学的パラメータのためのセンサを有している。好ましくは、測定装置は、特にローパスフィルターを用いて、その測定センサの測定値を圧縮し、及び／又は、検出された測定値の時間的な平均値を生成する。好ましい一実施形態によると、測定装置は、特に制御装置の要求なしに、その測定センサを周期的に順々に確認する。有利には、制御装置の計算時間が削減される。

本発明において物理的及び／又は化学的パラメータとは、特に電気化学エネルギー貯蔵装置の状態を検出するために用いられるパラメータであると理解される。これらは、本発明においては、特に電圧、電流、電気負荷、内部抵抗、電気化学エネルギー貯蔵装置の重放電、短絡回路電流等の電気的変量である。有利には、物理的及び／又は化学的パラメータとは、温度、特に１３０℃よりも高い温度、特に表面温度、電気化学エネルギー貯蔵装置の内圧、湿度、腐食、経年劣化であるとも理解される。

本発明においてデータ貯蔵装置とは、特に個々の値、値ペア、測定値の推移、目標値、目標推移、制御装置の動作ソフトウェアの進行状況に関するメッセージ、エラーメッセージ、評価された変量及び状態を貯蔵するために用いられる装置であると理解される。データ貯蔵装置に貯蔵された値、推移、評価等は、制御装置によって読み込まれ、及び／又は、出力装置によって、特に上位制御部及び／又はバッテリに属さない外部の機器若しくは装置に出力される。好ましくは、このデータ貯蔵装置は、不揮発性のメモリチップとして構成されている。有利には、貯蔵されたデータは、データ貯蔵装置内で、エネルギー供給が停止した後にも保持される。

本発明において出力装置とは、特にデータ貯蔵装置に貯蔵された値を、好ましくは上位制御部及び／又はバッテリに属さない外部の機器若しくは装置に出力するために用いられる装置であると理解される。好ましい一実施形態によると、出力装置はそのために、特に１つ又は複数の発光ダイオード、ベル及び／又はセグメントディスプレイ等の少なくとも１つの視覚的及び／又は聴覚的出力手段を有している。出力装置の好ましいその他の実施形態は、外部の装置又は機器と接続するための接点を有しており、この外部の装置又は機器は、出力装置と特に一時的にのみ接続される。さらなる好ましい一実施形態によると、出力装置は双方向的に機能するので、特に外部装置を通じて、データ貯蔵装置内に貯蔵された個々の値にも目標を定めてアクセスすることができる。好ましくは、出力装置は、特に周期的に値を出力する。これらの値は、電気化学エネルギー貯蔵装置の充電状況、特にその内部抵抗、その開路電圧、その温度、その内圧、測定装置の測定センサの測定値、制御装置の動作ソフトウェアの進行状況に関するメッセージ、エラーメッセージ及び／又は警告メッセージに関する情報を与えるものである。観察者には、有利には、データ及び／若しくは状態又は警告又は欠陥のない状態に関するメッセージが与えられる。有利には、観察者は、安全性に応じて等級付けられたバッテリの状態を、バッテリが故障するまで視覚的に認識することができる。

本発明に係るバッテリの構成によって、人間は、バッテリ又はその複数の電気化学エネルギー貯蔵装置のうち１つの動作状態に対する印象を獲得する。有利には、人間は、自身で測定を行わずに、又は、出力装置を用いたバッテリの検査を行わずに、特にバッテリ又はその複数の電気化学エネルギー貯蔵装置のうち１つの非所望又は危険な状態について知ることができる。バッテリの状態を知ることで、人間は、自身を守るための措置又は周囲を守るための措置を、特にバッテリの交換前に、自動車から独立してバッテリを輸送する際に、事故車両を収容する際に、及び／又は、特に事故車両からバッテリを収容する際に講じることができる。したがって、本発明に係るバッテリは、出力装置が潜在的な危険の程度に関する情報を与えることによって、生物及び周囲に対する潜在的な危険を軽減することに寄与する。つまり、本発明の課題が解決される。

以下に、本発明の好ましいさらなる構成について説明する。

好ましい一実施形態によると、バッテリは、それぞれ１つの電極スタックを備えた１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置を有している。少なくとも１連続のアノードシート、セパレータシート及びカソードシートが組み合わされて電極スタックが形成される。好ましくは、これらのシートは略長方形に形成されている。電極アセンブリは、特に形状接続的にハウジングによって囲まれている。好ましくは、当該ハウジングは、金属を含有する複合ホイルとして、又は、少なくとも部分的に金属の、特に深絞りした成形部材として形成されている。

さらなる好ましい一実施形態によると、電極アセンブリは、少なくとも１連続のアノードストリップ、セパレータストリップ、カソードストリップを有する電極ロールとして形成されている。この電極ロールは、略円筒状の形状を有する。好ましくは、電極アセンブリは、電極平型ロールとして構成されている。したがって、電極平型ロールの形状は、円筒というよりも直方体である。電極アセンブリは、特に形状接続的にハウジングによって囲まれている。好ましくは、当該ハウジングは、金属を含有する複合ホイルとして、又は、少なくとも部分的に金属の、特に深絞りした成形部材として形成されている。

好ましい一実施形態によると、電極アセンブリはリチウムイオンを有している。好ましくは、電極アセンブリは活物質としてリチウム金属リン酸塩（ＬｉＭＰＯ_４）を、特に好ましくはリン酸鉄リチウムを有している。さらなる好ましい一実施形態によると、電極アセンブリは活物質として、スピネル構造ではないリチウム−ニッケル−マンガン−コバルト混合酸化物（ＮＭＣ）とスピネル構造のリチウム−マンガン酸化物（ＬＭＯ）とから成る混合物を有している。

好ましい一実施形態によると、電極アセンブリはセパレータを有しており、当該セパレータは、導電性を有さないか、又は、導電性をわずかにのみ有しているとともに、当該セパレータは、少なくとも部分的に物質透過性を有する担体から構成されている。当該担体は、好ましくは無機材料を有する少なくとも１つの面にコーティングされている。少なくとも部分的に物質透過性を有する担体としては、好ましくは不織布として形成された有機材料が用いられる。好ましくは１つのポリマーと特に好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とを含む有機材料は、無機質の、好ましくはイオン伝導性の材料によって、さらに好ましくは−４０℃から２００℃までの温度範囲においてイオン伝導性を有する材料によってコーティングされている。当該無機材料は、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群と、Ｚｒ、Ａｌ、Ｌｉのうち少なくとも１つの元素との好ましくは少なくとも１つの化合物、特に好ましくは酸化ジルコニウムを含んでいる。好ましくは、この無機質のイオン伝導性材料は、最大直径１００ｎｍ未満の粒子を有している。このようなセパレータは、例えばドイツのエボニックＡＧ社によって、「セパリオン（登録商標）」という商品名で販売されている。

好ましい一実施形態によると、バッテリの測定装置は加速度センサを有している。当該加速度センサは、特にバッテリ又はその電気化学エネルギー貯蔵装置に影響を与える過度の加速又は衝撃を検出するために用いられる。したがって、加速度センサは、有利にはバッテリの落下、事故又はバッテリの異物との衝突を認識することを可能にする。有利には、所定の、特に構成に左右される境界値を越える加速度が測定された場合、当該加速度はバッテリの機能又は安全性が侵害されている可能性を示唆するものとして解釈され、貯蔵され、出力される。好ましくは、衝撃又は事故を認識するために、特に制御装置によって、加速度−時間積分が生成され、評価される。

好ましい一実施形態によると、測定装置は測定センサとして、１つ又は複数の目標破断装置を有している。好ましくは、この少なくとも１つの目標破断装置は、バッテリの外側領域に、特に好ましくはバッテリの外側境界面に配置されている。好ましくは、目標破断装置は、第１の動作状態においては、信号として、電流を誘導する、又は、電圧を放出するために設けられている。破断した後、及び、第２の動作状態においては、目標破断装置はもはや信号を出力しない。有利には、目標破断装置の信号が生じない場合、バッテリの機能又は安全性の侵害が生じている示唆として解釈され、貯蔵され、出力される。

好ましい一実施形態によると、バッテリは少なくとも２つの動作状態を有している。第１の動作状態において、少なくとも１つの制御装置が、好ましくは測定装置、データ貯蔵装置及び／又は出力装置も、バッテリの１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置によってエネルギーを供給される。第２の動作状態において、バッテリの電気化学エネルギー貯蔵装置は、制御装置、データ貯蔵装置、測定装置及び／又は出力装置の電気供給を行うことができない。これは特に、１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置が不十分に充電されている場合、破損している場合、及び／又は制御装置から切断若しくは絶縁されている場合である。第２の動作状態の原因を認識するために、特にデータ貯蔵装置の内容が重要である。有利には、人間は、バッテリの動作状態を確認するために、及び／又は、障害を確認するために、出力装置を用いて、特にバッテリの第２の動作状態の間に、データ貯蔵装置の内容を呼び出すこと、又は、貯蔵装置の内容を調べることができる。

好ましい一実施形態によると、バッテリは電気エネルギー貯蔵ユニットを有している。これは、特に、制御装置、データ貯蔵装置、測定装置及び／又は出力装置に、少なくとも一時的に、特に第２の動作状態の間に、エネルギーを供給するために用いられる。好ましくは、電気エネルギー貯蔵ユニットは、二次バッテリとして構成されている。好ましくは、電気エネルギー貯蔵ユニットは、バッテリの少なくとも１つの電気化学エネルギー貯蔵装置によって、少なくとも一時的に充電される。有利には、電気エネルギー貯蔵ユニットは、特に１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置の所定の境界電圧を下回った際に、制御装置、測定装置、データ貯蔵装置及び／又は出力装置のエネルギー供給を少なくとも一時的に行うように構成されている。

好ましい一実施形態によると、特に電気エネルギー貯蔵ユニットが放電している場合、少なくとも出力装置とデータ貯蔵装置とが、外部からの出力装置の接触を通じて、エネルギーを供給される。有利には、エネルギー貯蔵ユニットの充電が不十分である場合にも、データ貯蔵装置からの少なくとも１つの値が確かめられ、出力され得る。

好ましい一実施形態によると、バッテリの出力装置は、無線の通信装置を有している。好ましくは、この通信装置はトランスポンダとして、特に好ましくはＲＦＩＤ装置として構成されている。有利には、この実施形態においては、バッテリの状態を非接触で確認することができる。人間は、バッテリの潜在的危険を認識し、適切な防護措置を講じることができる。好ましい一実施形態によると、表示装置及びデータ貯蔵装置は、バッテリの第２の動作状態において、無線通信装置を通じて、有利にはエネルギーを供給される。

好ましい一実施形態によると、バッテリは、位置決定装置を有している。この位置決定装置は、特にバッテリの位置に関する情報を伝達するために用いられる。好ましくは、位置情報の送信は、無線通信又はＧＳＭ（登録商標）を通じて行われる。好ましくは、位置情報の送信は、特に所定の時点に、特に周期的に行われる。有利には、このようにして、位置決定装置のエネルギー受容が制限される。好ましくは、位置情報と共に、特にバッテリのモデル及び／又はシリアルナンバーに関する情報を与えるＩＤが送信される。

以下に、バッテリの様々な動作方法について説明する。

本発明に係るバッテリを動作させるための好ましい第１の方法（第１の動作方法）によると、測定装置は、少なくとも１つの電気化学エネルギー貯蔵装置の少なくとも１つの物理的及び／又は化学的パラメータ、好ましくは特に複数の電気化学エネルギー貯蔵装置に関する互いに異なる物理的及び／又は化学的パラメータを検出する（ステップＳ１）。好ましくは、測定値の圧縮は、測定装置によるフィルタリング及び／又は特に時間的平均値の生成を通じて行われる。測定装置は、制御装置によって加工するため、及び／又は、データ貯蔵装置に貯蔵するため（ステップＳ３）に、特に信号バスを通じて測定値を供給する（ステップＳ２）。特に好ましくは、測定値は、測定時点を表現する第２の値と共に貯蔵される。有利には、このようにして、データ貯蔵装置内に、バッテリの動作データのプロトコルが成立する。

第１の動作方法の好ましい一態様において、制御装置は、特にＳ２の後に、少なくとも１つの電気化学エネルギー貯蔵装置の動作状態を、特に検出された測定値及びデータ貯蔵装置に貯蔵された属する目標値と、当該物理的及び／又は化学的パラメータとの差及び／又は商を生成することによって決定する（ステップＳ４）。結合結果（Verknuepfungsergebnis）も貯蔵される（ステップＳ６）。結合結果次第で、制御装置は、特定の動作状態が存在しているという結果を示す（ステップＳ７）。このとき、少なくともバッテリの第１の動作状態と第２の動作状態とが区別される。１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置の特に測定かつ評価された端子電圧が所定の間隔（Intervalls）（所望のバッテリ電圧）の外側にある場合、制御装置は、第２の動作状態が存在するという結果を供給する（ステップＳ５）。このとき、第２の動作状態は、好ましくは少なくとも以下に区分される：
−複数の電気化学エネルギー貯蔵装置のうち少なくとも１つが不十分な充電状態にある（動作状態２ａ）
−１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置が故障している（動作状態２ｂ）
−１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置の接続が切断されている（動作状態２ｃ）

非所望の動作状態２ｂ又は２ｃの存在にとっては、特に時間的温度勾配及び／又はバッテリの線分に沿った温度勾配、過剰温度、過電圧、高すぎる電流、重要な境界値の超過が、当該動作状態が存在する条件として適している。有利には、バッテリが作動する前の輸送時における過剰応力と、評価の後は特に温度、圧力、湿度、加速度の最大値、加速度−時間積分、セルの内部抵抗、制御区間の短絡及び／又は放射強度が認識される。特に、検出された電圧の低下と温度の上昇との組み合わせが、データ貯蔵装置に預けられた値と比較して、動作状態２ｂの存在にとって重要である。

動作状態２ｃが存在するのは、特に、電気化学エネルギー貯蔵装置に関する測定値が所定の間隔の外側にあり、当該電気化学エネルギー貯蔵装置の破損もまだ仮定できない場合である。有利には、所定の最高温度を超える電気化学エネルギー貯蔵装置の温度及び／又は所定の最大圧力を超える内圧が、動作状態２ｃが存在する条件として用いられる。動作状態２ｃにおいては、制御装置は、有利には、特に安全面の理由から、当該電気化学エネルギー貯蔵装置との電気エネルギーのさらなる交換を許容しない。

好ましい一実施形態において、本発明に係るバッテリは、互いに接続されたセルの群を有している。これらのバッテリの群は、個々に監視される。状態の分析及び評価も群ごとに行われる。したがって、有利には観察者は、危険が特定の群のセルに発しているとの認識を得る。有利には、危険なセル群は、輸送前に取り除かれ、及び／又は、交換される。

ステップＳ２からＳ６のうち少なくとも１つに引き続いて、出力装置は、データ貯蔵装置に貯蔵された値を出力する（ステップＳ７）。このとき、好ましくは、バッテリの特に非所望の動作状態について人間に指摘するような値又は貯蔵された情報が出力される。好ましくは、値又は動作状態の出力は、以下の合理的な等級分けをもって行われる：
−第１の動作状態については「正常」
−動作状態２ａについては「異常」
−動作状態２ｂ又は２ｃについては「危険」

特に好ましくは、この出力は、色の異なる発光ダイオードの形態において行われ、特に「正常」には緑が、「異常」には黄色が、「危険」には赤が用いられる。

第１の動作方法のさらなる好ましい一態様においては、第２の動作状態の存在を決定するために、加速度センサ及び／又は目標破断装置の少なくとも１つの信号が評価される。その測定値が所定の間隔の外側にある場合、第２の動作状態、特に動作状態２ｂの存在が仮定される（ステップＳ８）。有利には、バッテリの動作状態に関する情報を求める人間に、特に落下及び／又は事故によってバッテリが破損した可能性が指摘される。

本発明に係るバッテリを動作させるための好ましい第２の方法（第２の動作方法）によると、制御装置、データ貯蔵装置、出力装置及び／又は測定装置は、電気エネルギー貯蔵ユニットによって、少なくとも一時的に、特にバッテリの第２の動作状態の間（非常用電力供給）、電気エネルギーを供給される（ステップＳ９）。したがって、有利には、エネルギー供給と、制御装置、データ貯蔵装置、出力装置及び／又は測定装置の機能とは、特にバッテリの１つ又は複数の電気化学エネルギー貯蔵装置が故障している間にも保証されている。バッテリの電気化学エネルギー貯蔵装置が故障している、又は、充電が不十分な場合には、出力装置は、電気エネルギー貯蔵ユニットによるエネルギー供給を受けて、データ貯蔵装置からの値及び／又は動作状態を表示することができる（ステップＳ１０）。好ましくは、出力装置は、電気エネルギー貯蔵ユニットによる供給の際に、所定の時点におけるデータ貯蔵装置の内容のみを出力する。

第２の動作方法の好ましい一態様においては、出力装置は、外部からの要求によって、特にバッテリに属さない外部装置の要求によって出力を要請される。有利には、出力装置のエネルギー消費が制限される。

第２の動作方法の好ましい一態様においては、バッテリに属さない外部装置の要求で、特に所定の連続する方法ステップが導入される。これは特に、バッテリの潜在的危険を、可能な限り最新の測定値に基づいて算出するために用いられる。好ましくは、バッテリに属さない外部装置の要求で、ステップＳ１−Ｓ２−Ｓ４、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ５、又は、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ８が実施される（ステップＳ１１）。有利には、外部による要求は、バッテリの第１のセルフチェックを引き起こす。

第２の動作方法のさらなる好ましい一態様においては、出力装置は、特に第２の動作状態の間に、電気エネルギー貯蔵ユニットによるエネルギー供給を受けて、停止状態から作動された状態へ移行する。この作動は、バッテリに属さない外部装置の要求によって引き起こされる（ステップＳ１２）。有利には、特に出力装置のエネルギー受容が制限される。第２の動作方法の好ましい一態様では、Ｓ１１はＳ１２の後に行われる。

第１及び／又は第２の動作方法の好ましい一態様において、出力装置は、特に２つの出力の間の所定の時間間隔と同じ１つ又は複数の値を繰り返し出力する。好ましくは、所定の時間間隔は、バッテリの電気化学エネルギー貯蔵装置の残留電荷の減少と共に、又は、特にバッテリの第２の動作状態において、電気エネルギー貯蔵ユニットの残留電荷の減少と共に増大する。特に、１０秒までの時間間隔は略完全な充電を、５０秒までの時間間隔は５０％の残留電荷を、１００秒までの時間間隔は１０％の残留電荷を、１０００秒までの時間間隔は１％の残留電荷を指示している。特に好ましくは、この出力は、少なくとも１つの発光ダイオードを繰り返し発光させることによっても行われる。特に、「正常」な状態には緑、「異常」には黄色、「危険」には赤の発光ダイオードが用いられる。有利には、人間には同時にバッテリの状態と残留電荷とについて情報が与えられる。

好ましい第３の動作方法によると、位置決定装置は、少なくとも１つ、好ましくは３つ又はそれより多くの位置決定信号を、特に衛星から受信する（ステップＳ１３）。受信された位置決定信号は、位置決定装置によって、位置情報として利用できるように評価される（ステップＳ１４）。さらに、位置決定装置は、この位置情報を送信する（ステップＳ１５）。好ましくは、位置情報の送信は、所定の時点でのみ、特に周期的に行われる。有利には、位置決定装置のエネルギー受容は制限される。

第３の動作方法の好ましい一態様において、位置決定装置は、特に送信プロセス間の所定の時間間隔を有して、繰り返し送信を行う。好ましくは、所定の時間間隔は、バッテリの電気化学エネルギー貯蔵装置の残留電荷の減少と共に、又は、特にバッテリの第２の動作状態において、電気エネルギー貯蔵ユニットの残留電荷の減少と共に増大する。特に、１００秒までの時間間隔は完全な充電を、５００秒までの時間間隔は５０％の残留電荷を、１０００秒までの時間間隔は１０％の残留電荷を、１００００秒までの時間間隔は１％の残留電荷を指示している。有利には、バッテリから離れた人間に、バッテリの位置及び残留電荷に関する情報が与えられる。

第３の動作方法の好ましい一態様においては、位置決定装置によって、バッテリの動作状態に関する情報を提供する情報が位置情報として送信される。有利には、バッテリから離れた人間に、バッテリの位置及び動作状態に関する情報が与えられる。

好ましい一実施形態によると、バッテリは、第１及び第２の動作方法にしたがって動作するように構成されている。好ましくは、このように構成されたバッテリは、第３の動作方法にしたがっても動作可能である。

本発明のさらなる利点、特徴及び適用可能性は、図を用いた以下の説明から明らかになる。

本発明に係るバッテリの好ましい一実施形態を示した図である。 本発明に係るバッテリの好ましい一動作方法に関するフローチャートの図である。 本発明に係るバッテリのためのその他の好ましい動作方法を示す図である。

図１は、好ましい一実施形態による本発明に係るバッテリ１を示している。バッテリ１は、電気負荷、特に自動車の電気駆動部と接続するための接続端子１５、１５ａを備えた、直列に接続された電気化学エネルギー貯蔵装置２、２ａ、２ｂ、２ｃを有している。バッテリ１は、制御装置３、ここでは電圧計として構成されている測定装置４、データ貯蔵装置５及び出力装置６を有している。さらに、バッテリは、位置決定装置１０と電気エネルギー貯蔵ユニット９とを有している。

完全には図示されていないが、測定装置４は、少なくとも１つのマルチプレクサと、一時貯蔵装置と、フィルタと、電流、電圧、温度及び圧力のための異なるセンサとを利用できる。マルチプレクサを用いて、電気化学エネルギー貯蔵装置２、２ａ、２ｂ、２ｃの物理的及び／又は化学的パラメータが次々に測定される。データ貯蔵装置５が、バッテリ１の障害の原因の調査を容易にしないデータで埋め尽くされることがないように、検出された測定値については、時間的な平均値が求められる。有利には、測定装置４は、個々の値ではなくデータパッケージを供給する。

データバス１１は、制御装置３、データ貯蔵装置５、出力装置６、測定装置４及び位置決定装置１０を接続する。データバス１１からは、破線で示された制御導線が駆動制御器１４及び切替ユニット１３に至っている。切替ユニット１３には、直列接続された電気化学エネルギー貯蔵装置２、２ａ、２ｂ、２ｃと、電気エネルギー貯蔵ユニット９と、電力バス１２とが接続されている。電力バス１２には、制御装置３、データ貯蔵装置５、出力装置６、測定装置４及び位置決定装置１０が、そのエネルギー供給のために接続されている。切替ユニット１３は、様々な切替位置を有しており、特に、制御装置３、データ貯蔵装置５、出力装置６、測定装置４及び位置決定装置１０のエネルギー供給を、直列接続された電気化学エネルギー貯蔵装置２、２ａ、２ｂ、２ｃによって、又は、電気エネルギー貯蔵ユニット９によって可能にする。さらに、切替ユニット１３は、電気エネルギー貯蔵ユニット９が有利には電気化学エネルギー貯蔵装置２、２ａ、２ｂ、２ｃから充電されるように切替可能である。

データバス１１には、バッテリに属さない、図示されていない外部装置との接続導線１６が接続されている。接続導線１６を用いて、出力装置６は、その停止状態から作動状態へと移行する。接続導線１６を通じて、データをデータ貯蔵装置６から読み出すことができる。

さらに、加速度センサ４ａと目標破断装置４ｂとが、データバス１１に接続されている。目標破断装置４ｂは、バッテリの外皮に載置されている。データ貯蔵装置５は、不揮発性のメモリチップとして構成されている。出力装置６は、バッテリに属さない外部装置との無線通信のための通信装置６ｂを有している。有利には、この通信装置６ｂを通じて、データ貯蔵装置５の値が、無線で外部装置に出力され得る。有利には、データ貯蔵装置５と出力装置６とには無線でエネルギーが供給される。

図示されたバッテリ１は、図２の好ましい態様において図示された第１の動作方法にしたがって動作可能である。このとき、測定装置４は、まず電気化学エネルギー貯蔵装置２、２ａ、２ｂ、２ｃの物理的及び／又は化学的パラメータを検出する（Ｓ１）。測定値は、データ貯蔵装置５に貯蔵される（Ｓ３）。第１の動作方法の有利な拡大において、測定された値及び／又は結合の結果は、制御装置３によって、バッテリ１の動作状態に関して評価され（Ｓ４）、貯蔵される（Ｓ６）。所定の条件では、バッテリの動作状態は第２の動作状態として認識される（Ｓ５、Ｓ８）。第２の動作状態が存在する場合、エネルギー貯蔵ユニット９は作動される（Ｓ９）。これは、図１に示したように、有利には切替ユニット１３によって行われる。好ましい一態様において、エネルギー貯蔵ユニット９の作動は、図示されていない受動切替装置を用いて行われる。この受動切替装置は、直列接続された電気化学エネルギー装置２、２ａ、２ｂ、２ｃが、最小電圧、ここでは５Ｖを超過する限りは、電気化学エネルギー貯蔵装置２、２ａ、２ｂ、２ｃによるエネルギー供給に、電気エネルギー貯蔵ユニット９によるエネルギー供給よりも優位を与える。その他の場合には、出力装置６のエネルギー供給は、エネルギー貯蔵ユニット９によって引き継がれる。出力装置６は、エネルギー貯蔵ユニット９の作動後、変化した動作状態を、複数のダイオードのうちの少なくとも１つのダイオード６ａを通じて表示する（Ｓ１０）。複数の電気化学エネルギー貯蔵装置又はセルのうちの１つが障害を有していると思われる場合には、これは遮断される。

図１に示されたバッテリは、第２の動作方法にしたがっても動作可能である。停止状態にある出力装置６は、アラーム信号によって作動する（Ｓ１２）。プリセット又は要求される限りは、まずステップＳ１及びＳ２が実施される。ステップＳ４、Ｓ５及び／又はＳ８にしたがって評価が行われる。検出されたばかりの値又はより古い値が出力される（Ｓ１０）。こうして、情報を求める者は、バッテリがどのような状態にあるかを知り、適切な措置を講じることができる。

図１に示されたバッテリは、第３の動作方法にしたがっても動作可能である。これは、図２の下側部分に示されている。プリセットされている限りは、特に所定の時点で、又は、要求に応じて、位置決定装置１０はバッテリ１の位置を確認する（Ｓ１２、Ｓ１３）。引き続いて、位置情報が送信される（Ｓ１５）。プリセット又は要求された限りは、要求された、又は、設定された値が位置情報と共に送信される（Ｓ１６）。有利には、情報を求める者は、直接近くにいなくても、バッテリの状態を知ることができる。

１ バッテリ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ 電気化学エネルギー貯蔵装置
３ 制御装置
４ 測定装置
４ａ 加速度センサ
４ｂ 目標破断装置
５ データ貯蔵装置
６ 出力装置
６ａ ダイオード
６ｂ 通信装置
７ 電極アセンブリ
８ ハウジング
９ 電気エネルギー貯蔵ユニット
１０ 位置決定装置
１１ データバス
１２ 電力バス
１３ 切替ユニット
１４ 駆動制御器
１５、１５ａ 接続端子
１６ 接続導線

Claims (15)

1. 電気エネルギーを放出するために設けられている少なくとも１つの電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）と、
   前記電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）とのエネルギーの交換を監視するために設けられている１つの制御装置（３）と、
   前記電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）の１つ又は複数の物理的及び／又は化学的パラメータを少なくとも一時的に検出するため、並びに、属する測定値を提供するために設けられている１つの測定装置（４）と、
   値、特に測定値を、好ましくは測定時点を表す第２の値と共に、少なくとも一時的に記録するために設けられている１つのデータ貯蔵装置（５）と、
   を有するバッテリ（１）において、
   前記バッテリは出力装置（６、６ａ、６ｂ）を有しており、前記出力装置は、前記データ貯蔵装置（５）内に貯蔵された少なくとも１つの値を、少なくとも一時的に出力するために設けられていることを特徴とするバッテリ（１）。
2. 前記少なくとも１つの電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）は、特に電気エネルギーの貯蔵に用いられる特に１つの電極アセンブリ（７）と、前記電極アセンブリ（７）を少なくとも部分的に包囲するハウジング（８）と、を有しており、前記ハウジング（８）は、少なくとも１つの金属原材料を有していること、
   好ましくは前記電極アセンブリ（７）がリチウムを有していること、
   好ましくは前記電極アセンブリ（７）が少なくとも１つのセパレータを有しており、前記セパレータは、導電性を有さないか、又は、導電性をわずかにのみ有しているとともに、前記セパレータは、少なくとも部分的に物質透過性を有する担体から構成されており、前記担体は、好ましくは無機材料を有する少なくとも１つの面にコーティングされており、少なくとも部分的に物質透過性を有する担体としては、好ましくは不織布として形成された有機材料が用いられ、前記有機材料は、好ましくは１つのポリマーと特に好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とを含んでおり、前記有機材料は、無機質の、好ましくはイオン伝導性の材料によってコーティングされており、前記材料は、さらに好ましくは−４０℃から２００℃までの温度範囲においてイオン伝導性を有しており、前記無機材料は、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群と、Ｚｒ、Ａｌ、Ｌｉのうちの少なくとも１つの元素との好ましくは少なくとも１つの化合物、特に好ましくは酸化ジルコニウムを含んでおり、前記無機質のイオン伝導性材料は、好ましくは、最大直径１００ｎｍ未満の粒子を有していることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ（１）。
3. 前記測定装置（４）は、加速度センサ（４ａ）及び／又は目標破断装置（４ｂ）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリ（１）。
4. 前記制御装置が、少なくとも１つの電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）によってエネルギーを供給される第１の動作状態と、
   前記制御装置（３）が、前記電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）のうちのいずれによってもエネルギーを供給されない、又は供給され得ない第２の動作状態と、
   前記制御装置（３）、前記データ貯蔵装置（５）、前記測定装置（４、４ａ、４ｂ）及び／又は前記出力装置（６、６ａ、６ｂ）に、少なくとも一時的に、特に前記第２の動作状態の間にエネルギーを供給するために設けられている電気エネルギー貯蔵ユニット（９）と、
   を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリ（１）。
5. 前記出力装置（６、６ａ、６ｂ）は、特に無線の通信装置（６ｂ）を有しており、前記通信装置（６ｂ）は、前記データ貯蔵装置（５）内に貯蔵された測定値及び／又は所定の情報を少なくとも一時的に出力するために設けられており、前記所定の情報は、特に前記電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）のうち少なくとも１つの動作状態に関する情報を与えるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリ（１）。
6. 少なくとも１つの位置決定信号を受信し、前記少なくとも１つの位置決定信号を評価して位置情報を生成し、前記位置情報を送信するために設けられている位置決定装置（１０）を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリ（１）。
7. 前記測定装置（４、４ａ、４ｂ）によって、電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）の少なくとも１つの物理的及び／又は化学的パラメータを検出するステップ（Ｓ１）と、
   前記測定装置（４、４ａ、４ｂ）によって、測定された前記物理的及び／又は化学的パラメータに対応する測定値を提供するステップ（Ｓ２）と、
   前記測定値を、特に前記制御装置（３）によって、前記データ貯蔵装置（５）内に、特に好ましくは測定時点を表す第２の値と共に貯蔵するステップ（Ｓ３）と、
   のうち少なくとも１つを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリ（１）の動作方法。
8. 前記データ貯蔵装置（５）内には、前記物理的及び／又は化学的パラメータに関する目標値と、結合に関する所定の結果とが貯蔵されている請求項７に記載の方法において、
   前記電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）のうち少なくとも１つの動作状態を、前記制御装置（３）によって、少なくとも１つの測定値から、前記データ貯蔵装置（５）に貯蔵された目標値との結合によって決定するステップ（Ｓ４）と、
   前記電気化学エネルギー貯蔵装置（２、２ａ、２ｂ、２ｃ）のうち１つの測定値、特に測定された電圧と目標値との結合結果が、所定の結果に一致する場合に、第２の動作状態の存在を決定するステップ（Ｓ５）と、
   測定値と目標値との結合結果を、特に好ましくは測定時点及び／又は決定時点を表す第２の値と共に、前記データ貯蔵装置（５）に貯蔵するステップ（Ｓ６）と、
   前記データ貯蔵装置（５）内に貯蔵された値、特に好ましくは動作状態、測定値及び／又は結合結果を、特に好ましくは前記バッテリ（１）に属さない外部装置の要求に応じて、前記出力装置（６、６ａ、６ｂ）によって出力するステップ（Ｓ７）と、のうち少なくとも１つを特徴とする方法。
9. 前記測定装置（４、４ａ、４ｂ）が加速度センサ（４ａ）及び／又は目標破断装置（４ｂ）を有している請求項７又は８に記載の方法において、
   前記加速度センサ（４ａ）の測定値及び／又は前記目標破断装置（４ｂ）の問い合わせと属する目標値との結合結果が、所定の結果に一致する場合に、第２の動作状態の存在を決定するステップ（Ｓ８）を特徴とする方法。
10. 請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリ（１）の動作方法であって、好ましくは請求項７から９のいずれか一項に記載の方法において、
    前記制御装置（３）、前記データ貯蔵装置（５）、前記出力装置（６、６ａ、６ｂ）及び／又は前記測定装置（４、４ａ、４ｂ）に、電気エネルギー貯蔵ユニット（９）によって、少なくとも一時的に、特に第２の動作状態の間に電気エネルギーを供給するステップ（Ｓ９）を特徴とする方法。
11. 前記出力装置（６、６ａ、６ｂ）が、好ましくは前記バッテリ（１）に属さない外部装置の要求に応じて、前記データ貯蔵装置（５）内に貯蔵された値、好ましくは動作状態、測定値及び／又は結合結果を出力するステップ（Ｓ１０）を特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記バッテリ（１）に属さない外部装置の要求に応じて、ステップＳ１からＳ１０のうち少なくとも１つが実施され、好ましくは、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４及び／又はＳ１、Ｓ２、Ｓ５及び／又はＳ１、Ｓ２、Ｓ８の順で実施されるステップ（Ｓ１１）を特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記出力装置（６、６ａ、６ｂ）がまず、特に前記第２の動作状態の間に停止状態にあり、
    前記出力装置（６、６ａ、６ｂ）が、前記バッテリ（１）に属さない外部装置の要求に応じて、停止状態から作動状態に移行するステップ（Ｓ１２）を特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 位置決定装置（１０）が、少なくとも一時的に１つ又は複数の位置決定信号を受信するステップ（Ｓ１３）と、
    前記位置決定装置（１０）が、受信された前記位置決定信号を位置情報に加工するステップ（Ｓ１４）と、
    前記位置決定装置（１０）が前記位置情報を、好ましくは動作状態、測定値及び／又は結合結果に応じて送信するステップ（Ｓ１５）と、
    好ましくは前記位置決定装置（１０）が、第２の動作状態の間に、電気エネルギー貯蔵ユニット（９）によってエネルギーを供給されることを特徴とする請求項７から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記位置決定装置（１０）が、前記位置情報と共に、少なくとも１つの動作状態、測定値及び／又は結合結果を、特に第２の動作状態の間に送信するステップ（Ｓ１６）を特徴とする請求項１４に記載の方法。

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