EP4565420A1 - Schutzelement - Google Patents

Schutzelement

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Publication number
EP4565420A1
EP4565420A1 EP23753849.1A EP23753849A EP4565420A1 EP 4565420 A1 EP4565420 A1 EP 4565420A1 EP 23753849 A EP23753849 A EP 23753849A EP 4565420 A1 EP4565420 A1 EP 4565420A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
protective element
layer
filler
protective
flame retardant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23753849.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Zuber
Sven KOCHENDOERFER
Peter Kritzer
Robert Scavuzzo
Chris FRANTZ
Thomas Kramer
Volker Fischer
Manuel HASIEBER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Freudenberg KG filed Critical Carl Freudenberg KG
Publication of EP4565420A1 publication Critical patent/EP4565420A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a protective element comprising at least a first layer and at least a second layer.
  • Such a protective element is known from DE 10 2018 113 815 A1.
  • the previously known protective element is used in an energy storage system, the energy storage system comprising a housing in which a plurality of storage cells are arranged.
  • Energy storage systems are particularly widespread in mobile systems.
  • Rechargeable electrical energy storage devices are used, for example, in portable electronic devices such as smartphones or laptops.
  • rechargeable storage devices for electrical energy are increasingly being used to provide energy for electrically powered vehicles.
  • a wide range of electrically powered vehicles is conceivable, including passenger cars as well as two-wheelers, small vans and trucks.
  • Applications in robots, ships, aircraft and mobile work machines are also conceivable.
  • Other areas of application for electrical energy storage systems include stationary applications, for example in backup systems, in network stabilization systems and for storing electrical energy from renewable energy sources.
  • a frequently used energy storage system is a rechargeable storage device in the form of a lithium-ion battery.
  • Lithium-ion batteries like other rechargeable storage devices for electrical energy, usually have... several memory cells, which are installed together in one housing.
  • the energy storage system does not only extend to lithium-ion batteries.
  • Other rechargeable battery systems such as lithium-sulfur batteries, solid-state batteries, sodium-ion batteries or metal-air batteries are also conceivable energy storage systems.
  • Supercapacitors can also be considered as an energy storage system.
  • Energy storage systems in the form of rechargeable storage devices have the highest electrical capacity and the best power consumption and output only in a limited temperature range. If the optimal operating temperature range is exceeded or fallen below, the capacity, power absorption capacity and power output capacity of the storage device drop sharply and the functionality of the energy storage device is impaired. Temperatures that are too high can also cause irreversible damage to the energy storage system. Accordingly, both permanently occurring elevated temperatures and short-term temperature peaks should be avoided at all costs. For lithium-ion batteries, for example, long-term temperatures of more than 50 °C and short-term temperature peaks of more than 80 °C should not be exceeded.
  • the accumulators forming an energy storage system should be fully or almost completely charged within a short time, for example within 15 minutes. Due to the efficiency of the charging system of around 90% to 95%, large amounts of heat are released in the energy storage system during the charging process, which must be dissipated from the energy storage system. These amounts of heat are not released in normal operating conditions. It is therefore necessary to design the cooling system of the energy storage system so that the amount of heat that occurs during the charging process can be absorbed. Temperatures that are too high can lead to irreversible damage to the energy storage system. In this context, so-called thermal runaway is known, particularly in lithium-ion cells.
  • Thermal propagation represents a cascade-like propagation of a thermal runaway preferably to neighboring cells and - caused by hot particle flows and arcs - also to distant cells.
  • the protective element is intended to prevent or, as long as possible, delay a stream of particles emitted from the cell from damaging the component to be protected.
  • the invention is based on the object of providing a protective element which enables improved operational safety. This task is solved with the features of claim 1.
  • the subclaims refer to advantageous embodiments.
  • the protective element according to the invention comprises at least a first layer and at least a second layer, the first layer being formed from elastomeric material and the second layer forming a flame retardant layer.
  • the thermal conductivity of the first layer is limited by the material properties of the elastomeric material.
  • the elastomeric material is designed such that it preferably has a thermal conductivity coefficient of a maximum of 3 W/(m K). Due to the limited thermal conductivity coefficient, the heat transport through the protective element is reduced and the protective element has thermal insulating properties.
  • the protective element according to the invention can shield the hot and possibly particle-laden and abrasive gas, liquid and/or vapor streams from the housing wall in the event of a thermal runaway that has already occurred and also in the event of thermal propagation.
  • the housing and/or module walls arranged therein are often made of deep-drawn sheet steel, aluminum, thermoplastics, thermoset plastics or composite materials.
  • the protective element prevents the housing or the module walls from being damaged to such an extent that partial melting, cracking or structural weakening occurs. Furthermore, the protective element prevents an uncontrolled and premature escape of flames, hot gas particle streams and thus also an uncontrolled ignition of the carrier and, in the case of electromobility, the setting on fire of the entire vehicle.
  • the elastomeric material is preferably partially or fully crosslinked.
  • the cross-linking indicates how strongly the macromolecule chains of the elastomeric material are cross-linked with each other and form a network.
  • the elastic properties of the material can be influenced by crosslinking.
  • the crosslinking preferably takes place in such a way that the elastomeric material is elastic is trained. On the one hand, this makes it possible for the protective element to have a desired, often even necessary, flexibility for assembly and can be installed in a targeted manner and, for example, bent. This simplifies assembly.
  • the protective element is designed to be elastic, it can accommodate changes in volume of adjacent components.
  • the elastomeric material is preferably designed such that the protective element has no, or at least a reduced, tendency to creep. As a result, the protective element has a long service life and can also be used for long-term loads.
  • crosslinking systems are peroxide vulcanization, platinum-catalyzed addition crosslinking, radiation crosslinking or room temperature vulcanization systems.
  • the first layer comprises a silicone elastomer compound.
  • a silicone elastomer compound has high thermal resistance. This ensures that the protective element is resistant to high temperatures.
  • the silicone elastomer compound preferably has liquid silicone elastomer (LSR) or a high-temperature crosslinking silicone elastomer compound (HTV silicone elastomer compound).
  • LSR liquid silicone elastomer
  • HTV silicone elastomer compound high-temperature crosslinking silicone elastomer compound
  • the first layer may contain a first filler, the first filler being formed from organic material.
  • Organic materials include, for example, materials such as polyimides, thermosets, polyacrylonitrile (PAN), oxidized PAN, aramids, cotton or cellulose. These materials show high temperature stable properties and improve the resistance of the protective element to temperature loads.
  • the first layer may contain a second filler, the second filler being formed from inorganic material.
  • Inorganic fillers of a first group are, for example, glass or ceramics, in particular basalt, aluminum oxide, mullite or ZrÜ2.
  • Inorganic fillers of a second group include, for example, oxides, hydroxides or oxide hydroxides. Minerals such as mica, silicates, alkaline earth carbonates or silicon dioxide are also conceivable.
  • the second filler can be composed of a combination of the aforementioned materials.
  • the first filler and/or the second filler may contain fillers in the form of fibers.
  • the elastomeric material forms an elastomer matrix and the fibers are preferably bonded to the elastomer matrix by vulcanization.
  • the fibers preferably have a fiber length between 5 pm and 50 mm and a fiber diameter between 2 pm and 500 pm.
  • the first filler and/or the second filler can also additionally comprise further fibers whose fiber length and/or fiber diameter lie outside the specified ranges.
  • all fibers of the first filler and/or the second filler have a fiber length and/or a fiber diameter in the specified range.
  • the fibers are at least 90% surrounded by the elastomer matrix, based on the sum of the surfaces of all fibers.
  • the fibers preferably comprise organic material and/or inorganic material of the first group.
  • the first filler and/or the second filler may contain fillers in the form of particles.
  • the elastomeric material forms an elastomer matrix.
  • the particles are at least 90% surrounded by the elastomer matrix, based on the sum of the surfaces of all particles.
  • the particles preferably have a spherical, platelet-shaped or amorphous shape.
  • the particles preferably have endothermic properties. The endotherm can come about, for example, through a phase transition or through a chemical reaction.
  • the desired temperature range for endothermy is between 100 and 800 °C. This allows the temperature properties of the protective element to be further improved.
  • the particles preferably comprise inorganic material of the second group.
  • the first layer can contain an adhesion promoter.
  • silanes or resins are preferably used as adhesion promoters. This makes it possible to achieve an improved connection of the first and/or second filler to the elastomer matrix.
  • the flame retardant layer can comprise a textile fabric.
  • Woven and knitted fabrics are preferred as textile fabrics, with the textile fabric comprising fibers.
  • the textile fabric is surrounded by at least 10% of the elastomer matrix based on the sum of the surfaces of the textile fabric.
  • the flame retardant layer can comprise inorganic material.
  • Inorganic materials are, for example, glass or ceramics, especially basalt, aluminum oxide, silicate or ZrO2.
  • the flame retardant layer may include organic material.
  • Organic materials include polyimides, thermosets, polyacrylonitrile (PAN), oxidized PAN, aramids, cotton or cellulose. These materials have high temperature stable properties.
  • the flame retardant layer can further comprise metallic material.
  • the flame retardant layer comprises metal threads and/or metal fabrics.
  • the protective element can have a surface structuring.
  • the protective element preferably has surface structures in the area of the free surfaces.
  • the structuring improves the deformability properties of the protective element and, on the other hand, it also has a thermal effect.
  • channels can arise between the protective element and the adjacent component, via which heat emitted by the adjacent component can be dissipated. It is also conceivable that the structuring causes thermal insulation. Accordingly, it is conceivable to form fluid-conducting structures from the surface structuring of the protective element.
  • the fluid-conducting structures also make it possible to divert gases emerging from a storage cell in the event of a thermal runaway.
  • the protective element can be designed to be flat.
  • the flat protective element can be designed as a sheet material.
  • the protective element preferably has such elastic deformability so that the protective element or the preform from which the protective element is produced can be stored on a roll. This further increases the manageability of the protective element.
  • the protective element preferably has a thickness of 0.3 mm to 5 mm.
  • the protective element particularly preferably has a thickness of 0.8 mm to 2.5 mm. This further increases the deformability of the protective element, so that the protective element has the desired elastic reaction to expansion and contraction of adjacent components.
  • the protective element has improved tolerance compensation due to its deformability.
  • the protective element can be designed as a molded part.
  • the protective element can in particular form a flameproof seal.
  • the protective element is preferably equipped in such a way that it does not generate or release any electrically conductive particles on the side facing the flame when exposed to heat, for example when exposed to flame.
  • the invention further relates to an arrangement comprising a protective element, a flammable element and an element to be protected from flames, the protective element being arranged between the flammable element and the element to be protected from flames, the flame retardant layer of the protective element being on the flammable element facing away side is arranged.
  • the flame retardancy is improved compared to an arrangement in which the second layer forming the flame retardant layer faces the flammable element.
  • the elastomeric material of the first layer already has excellent flame retardant properties, with the high-temperature-resistant second layer forming a support layer even under high thermal load and ensuring mechanical stability.
  • the element to be protected from flames can be a media-carrying or current-carrying device.
  • the arrangement according to the invention has the advantage that the flame retardant layer made of fiber material can be placed between the first layer and the housing. Contamination caused by any released fibers can thus be avoided. In addition, contamination of the protective element is made more difficult by the first layer being smooth on the outside.
  • the protective element protects the element to be protected in particular against penetration of flames emanating from the flammable element. At least the protective element ensures a significant time delay. This greatly increases operational safety.
  • the invention further relates to an energy storage system comprising a protective element and a housing in which at least one storage cell is arranged, the protective element being arranged between the at least one storage cell and the housing, the flame retardant layer being arranged on the side facing away from the storage cell.
  • an energy storage system comprising a protective element and a housing in which at least one storage cell is arranged, the protective element being arranged between the at least one storage cell and the housing, the flame retardant layer being arranged on the side facing away from the storage cell.
  • the protective element can be produced by calendering with continuous vulcanization. During calendering, the protective element is guided through the gap of several rollers arranged one on top of the other. Flat protective elements are preferably produced in this way. It is also conceivable that injection molding processes are used to produce protective elements as molded parts. For special profile geometries of the protective elements, extrusion is also conceivable as a manufacturing process. Depending on the manufacturing process, the surfaces of the protective elements can have embossings in the form of contours or ribs.
  • the protective element has an increase in thickness of less than 50% when exposed to heat, in particular when exposed to flame.
  • the temperature protection mechanism of intumescent layers is based on creating a thermally insulating cushion consisting of thermal degradation products in situ in the event of thermal stress. In the present situation, however, this cushion would disadvantageously hinder the removal of the gases released from the cell. This also increases the risk of important components becoming blocked, such as a blow-off channel. This in turn can lead to a sharp increase in pressure in the energy storage system and to the energy storage system bursting. On the other hand, heat can build up in the blocked energy storage system, which leads to a critically high temperature load on neighboring components.
  • Fig. 1 is a sectional view of a protective element
  • Fig. 2 is a sectional view of an arrangement of the protective element
  • Fig. 3 is a sectional view of a coated protective element.
  • Figure 1 shows a sectional view of a protective element 10.
  • the protective element 10 comprises a first layer 1 and a second layer 2, the first layer 1 being made of elastomeric material and the second layer 2 forming a flame retardant layer 3.
  • the elastomeric material of the first layer 1 has a thermal conductivity coefficient of 1.5 W/(m K). Furthermore, the elastomeric material in this version is partially cross-linked in order to achieve good assembly properties through elastic properties.
  • the elastomeric material is also designed to be elastic to accommodate changes in volume of adjacent components. Furthermore, the elastomeric material has a reduced tendency to creep, making the protective element 10 suitable for long-term loads.
  • the first layer 1 is made of silicone elastomer. Silicone elastomer has high thermal resistance.
  • the first layer 1 comprises a first filler, here oxidized polyacrylonitrile.
  • other organic fillers such as thermoset, polyacrylonitrile, polyimide, aramid, cotton or cellulose can also be used.
  • the first filler comprises fibers.
  • the elastomeric material serves as an elastomeric matrix and the fibers are bonded to the elastomeric matrix by vulcanization.
  • the fibers are present as a fiber mixture with fiber lengths between 2 pm and 50 mm and fiber diameters between 2 pm and 400 pm. The fibers are largely embedded in the matrix and 95% surrounded by the elastomer matrix.
  • the first layer 1 comprises a second filler, here mica.
  • a second filler here mica.
  • other inorganic fillers such as ceramics (in particular basalt, aluminum oxide, mullite, phlogopite, muscovite or ZrC), glass or inorganic oxides, hydroxides, or oxide hydroxides, but also minerals, silicates, alkaline earth carbonates, borates or silicon dioxides can also be used.
  • the second filler is in the form of particles.
  • the particles are mostly embedded in the matrix of the elastomeric material and are at least 95% surrounded by the elastomeric matrix.
  • the particles have a spherical shape. Furthermore, the particles have endothermic properties, whereby the temperature properties of the protective element 10 are further improved.
  • the first layer 1 comprises an adhesion promoter, which serves to improve the bonding of the first filler and the second filler to the elastomer matrix.
  • the flame retardant layer 3 comprises a textile fabric, which in the present case is designed as a fabric.
  • the textile fabric is only partially embedded in the matrix of the elastomeric material and only 20% surrounded by the elastomeric matrix.
  • the flame retardant layer 3 comprises organic material, here oxidized polyacrylonitrile.
  • thermoset, polyacrylonitrile (PAN), polyimide, aramid, cotton or cellulose but also inorganic material such as ceramic (in particular basalt, aluminum oxide, mullite, phlogopite, muscovite or ZrCh) or glass can also be used.
  • metallic materials are also conceivable in alternative embodiments, so that the flame retardant layer can comprise 3 metal threads and/or metal fabrics.
  • the protective element 10 has a surface structuring in the area of the free surfaces.
  • the structuring improves the deformability properties of the protective element 10 and, on the other hand, also has a thermal effect.
  • a simple attachment of the protective element 10 to a housing, for example by means of an adhesive, is possible.
  • the protective element 10 is designed to be flat and is available as a sheet material. In alternative embodiments, the protective element 10 can also be designed as a molded part. Due to the elastic deformability of the protective element 10, the protective element 10 can be stored in particular on a roller. In the present embodiment, the protective element 10 has a thickness of 1.5 mm.
  • the protective element 10 is manufactured by calendering with continuous vulcanization. Alternatively, the protective element 10 is manufactured by extrusion with continuous vulcanization.
  • the protective element 10 has an increase in thickness of at most 25% when exposed to flame.
  • FIG Element 5 shows an arrangement 20 of the protective element 10 shown in FIG Element 5 arranged.
  • the flame retardant layer 3 of the protective element 10 is arranged on the side facing away from the flammable element 4.
  • the flame protection layer 3 of the protective element 10 is therefore arranged on the side facing the element 5 to be protected from flames.
  • the protective element 10 protects the element 5 to be protected, in particular against penetration of flames emanating from the flammable element 4.
  • At least the protective element 10 ensures a significant time delay.
  • the arrangement 20 shown in FIG. 2 forms an energy storage system which is equipped with one or more protective elements 10.
  • the flammable element 4 is an energy storage cell and the element 5 to be protected from flames is a housing.
  • the protective element 10 is arranged between the storage cell and the housing, with the flame protection layer 3 being arranged on the side facing away from the storage cell. Furthermore, the protective element 10 can protect other components of the energy storage system, for example control devices, current-carrying lines or coolant pipes and the like.
  • the protective element 10 prevents excessive heat stress on the element 5 to be protected from flames, i.e. the housing.
  • the protective element 10 is designed so that it has an increase in thickness of at most 50% when exposed to heat, especially when exposed to flame. This avoids the problem of the protective element 10 blocking the blow-off channel in the event of damage.
  • Figure 3 shows the protective element 10 shown in Figure 1 with a third layer 6.
  • the third layer 6 comprises a matrix, the matrix comprising polyurethane.
  • the matrix comprises silicone.
  • the third layer 6 comprises intumescent and ceramizing materials that are embedded in the matrix. The third layer further increases the protection of the protective element 10 against thermal and mechanical stress.
  • the third layer 6 is applied to both sides of the protective element 10 as a coating of the protective element 10.

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Abstract

Schutzelement (10), umfassend zumindest eine erste Schicht (1) und zumindest eine zweite Schicht (2), wobei die erste Schicht (1) aus elastomerem Material ausgebildet ist und wobei die zweite Schicht (2) eine Flammschutzlage (3) bildet.

Description

Schutzelement
Die Erfindung betrifft ein Schutzelement, umfassend zumindest eine erste Schicht und zumindest eine zweite Schicht.
Ein derartiges Schutzelement ist aus der DE 10 2018 113 815 A1 bekannt. Das vorbekannte Schutzelement findet in einem Energiespeichersystem Verwendung, wobei das Energiespeichersystem ein Gehäuse umfasst, in welchem mehrere Speicherzellen angeordnet sind.
Energiespeichersysteme, insbesondere wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie, sind vor allem in mobilen Systemen weit verbreitet. Wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie werden beispielsweise in tragbaren elektronischen Geräten wie Smartphones oder Laptops eingesetzt. Des Weiteren werden wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie vermehrt zum Bereitstellen von Energie für elektrisch angetriebene Fahrzeuge eingesetzt. Dabei ist eine große Bandbreite elektrisch angetriebener Fahrzeuge denkbar, neben Personenkraftwagen beispielsweise auch Zweiräder, Kleintransporter oder Lastkraftwagen. Anwendungen in Robotern, Schiffen, Flugzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen sind ebenfalls denkbar. Weitere Einsatzgebiete von elektrischen Energiespeichersystemen sind stationäre Anwendungen, beispielsweise in Backup-Systemen, in Netzwerkstabilisierungssystemen und zur Speicherung elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen.
Ein häufig eingesetztes Energiespeichersystem ist dabei ein wiederaufladbarer Speicher in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Lithium-Ionen-Akkumulatoren weisen, wie andere wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie auch, zumeist mehrere Speicherzellen auf, welche gemeinsam in einem Gehäuse verbaut sind.
Mehrere elektrisch miteinander verbundene Speicherzellen werden dabei meist zu einem Modul zusammengefasst.
Dabei erstreckt sich das Energiespeichersystem nicht nur auf Lithium-Ionen- Akkumulatoren. Auch andere wiederaufladbare Batterie-Systeme wie Lithium- Schwefel-Batterien, Feststoff-Batterien, Natrium-Ionen-Batterien oder Metall-Luft- Batterien sind denkbare Energiespeichersysteme. Des Weiteren kommen auch Superkondensatoren als Energiespeichersystem in Betracht.
Energiespeichersysteme in Form von wiederaufladbaren Speichern weisen die höchste elektrische Kapazität sowie die beste Leistungsaufnahme und -abgabe nur in einem begrenzten Temperaturspektrum auf. Bei Über- bzw. Unterschreiten des optimalen Betriebstemperaturbereichs fallen die Kapazität, die Leistungsaufnahmefähigkeit und die Leistungsabgabefähigkeit des Speichers stark ab und die Funktionalität des Energiespeichers ist beeinträchtigt. Zu hohe Temperaturen können darüber hinaus den Energiespeicher irreversibel schädigen. Demnach sollen sowohl dauerhaft auftretende erhöhte Temperaturen als auch kurzfristige Temperaturspitzen unbedingt vermieden werden. Bei Lithium-Ionen- Akkumulatoren sollen beispielsweise dauerhaft Temperaturen von mehr als 50 °C und kurzfristige Temperaturspitzen von mehr als 80 °C nicht überschritten werden.
Insbesondere bei Anwendungen in Personenkraftwagen wird eine Schnellladefähigkeit der Energiespeichersysteme gefordert. Dabei sollen die ein Energiespeichersystem bildenden Akkumulatoren innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb von 15 Minuten vollständig oder nahezu vollständig geladen werden. Aufgrund des Wirkungsgrades des Ladesystems von etwa 90 % bis 95 % werden während des Ladevorgangs im Energiespeichersystem große Wärmemengen freigesetzt, welche aus dem Energiespeichersystem abgeführt werden müssen. Diese Wärmemengen werden im normalen Betriebszustand nicht freigesetzt. Daher ist es erforderlich, das Kühlsystem des Energiespeichersystems so auszulegen, dass die beim Ladevorgang auftretende Wärmemenge aufgenommen werden kann. Zu hohe Temperaturen können zu einer irreversiblen Schädigung des Energiespeichersystems führen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen das sogenannte thermische Durchgehen („thermal runaway“) bekannt. Dabei werden in kurzer Zeit hohe thermische Energiemengen sowie gasförmige und partikuläre Abbauprodukte frei, woraus ein hoher Druck und hohe Temperaturen im Gehäuse resultieren. Der Druck kann dabei mehr als 10 bar betragen und es sind Temperaturen bis zu 1.000 °C möglich. Die Partikel können eine hohe Temperatur und Abrasivität aufweisen. Bei prismatischen Zellen tritt die Freisetzung besonders im Bereich der Berstöffnungen auf, bei Pouch-Zellen ist der Ort der Freisetzung nicht definiert. Dieser Effekt ist insbesondere problematisch bei Energiespeichersystemen mit hoher Energiedichte, wie sie beispielsweise zur Bereitstellung elektrischer Energie in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen erforderlich ist. Aufgrund zunehmender Energiemengen der einzelnen Zellen und einer Erhöhung der Packungsdichte der in dem Gehäuse angeordneten Zellen vergrößert sich die Problematik des thermischen Durchgehens. Neben einem Thermal Runaway besteht auch eine Gefahr einer Thermal Propagation. Eine Thermal Propagation stellt eine kaskadenartige Fortpflanzung eines Thermal Runaway bevorzugt an benachbarte Zellen und - verursacht durch heiße Partikelströme und Lichtbögen - auch an entfernten Zellen.
Ebenso soll ein Durchschlagen von Flammen oder zumindest eine wesentliche zeitliche Verzögerung von mindestens 5 Minuten erreicht werden. Zum einen soll das Gehäuse des Energiespeichersystems geschützt werden, um den Austritt von gefährlichen Partikeln zu verhindern. Diese könnten ansonsten bei Fahrzeugen in den Kabineninnenraum gelangen. Zum anderen sollen zum Gehäuse des Energiespeichersystems benachbarte, zu schützende Komponenten wie weitere Elektronikbauteile geschützt werden. Das Schutzelement soll verhindern oder längstmöglich zeitlich verzögern, dass ein aus der Zelle emittierter Partikelstrom die zu schützende Komponente schädigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schutzelement bereitzustellen, welches eine verbesserte Betriebssicherheit ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Das erfindungsgemäße Schutzelement umfasst zumindest eine erste Schicht und zumindest eine zweite Schicht, wobei die erste Schicht aus elastomerem Material ausgebildet ist und wobei die zweite Schicht eine Flammschutzlage bildet.
Bei dieser Ausgestaltung ist die Wärmeleitfähigkeit der ersten Schicht durch die Materialeigenschaften des elastomeren Materials begrenzt. Das elastomere Material ist so ausgebildet, dass dieses vorzugsweise einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von maximal 3 W/(m K) aufweist. Durch den begrenzten Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten ist der Wärmetransport durch das Schutzelement hindurch reduziert und das Schutzelement weist thermische Isoliereigenschaften auf.
Das erfindungsgemäße Schutzelement kann die heißen und gegebenenfalls partikelbeladenen und abrasiven Gas-, Flüssigkeits- und/oder Dampfströme bei einem bereits erfolgten Thermal Runaway und auch bei einer Thermal Propagation von der Gehäusewand abschirmen. Die Gehäuse und/oder darin angeordnete Modulwände sind häufig aus Tiefziehstahlblech, Aluminium, thermoplastischen Kunststoffen, duroplastischen Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen ausgebildet. Das Schutzelement verhindert, dass das Gehäuse oder die Modulwände im Schadfall so beschädigt werden, dass es zu partiellem Durchschmelzen, Rissbildung oder einer Strukturschwächung kommt. Des Weiteren verhindert das Schutzelement ein unkontrolliertes und frühzeitiges Austreten von Flammen, Heißgas- Partikelströmen und somit auch eine unkontrollierte Entzündung des Trägers und im Fall der Elektromobilität der Inbrandsetzung des gesamten Fahrzeuges.
Weiterhin ist das elastomere Material vorzugsweise teil- oder vollvernetzt. Die Vernetzung gibt dabei an, wie stark die Makromolekülketten des elastomeren Materials untereinander vernetzt sind und ein Netzwerk bilden. Mittels der Vernetzung lassen sich die elastischen Eigenschaften des Materials beeinflussen. Vorzugsweise erfolgt die Vernetzung derart, dass das elastomere Material elastisch ausgebildet ist. Dadurch ist es einerseits möglich, dass das Schutzelement für die Montage eine gewünschte, oft sogar notwendige Flexibilität aufweist und gezielt verbaut und beispielsweise gebogen werden kann. Dadurch wird die Montage vereinfacht. Darüber hinaus kann das Schutzelement bei elastischer Ausgestaltung Volumenänderungen angrenzender Komponenten aufnehmen.
Weiterhin ist das elastomere Material vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Schutzelement keine, zumindest aber eine reduzierte Kriechneigung aufweist. Dadurch weist das Schutzelement eine lange Gebrauchsdauer auf und kann auch bei Langzeitbelastungen eingesetzt werden.
Als Vernetzungssysteme kommen insbesondere eine Peroxidvulkanisation, eine platinkatalysierte Additionsvernetzung, eine Strahlenvernetzung oder Raumtemperaturvulkanisier-Systeme in Betracht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Schicht ein Silikonelastomer-Compound umfasst. Ein Silikonelastomer-Compound weist eine hohe thermische Beständigkeit auf. Dadurch wird eine Widerstandsfähigkeit des Schutzelements gegenüber hohen Temperaturen erreicht. Vorzugsweise weist der Silikonelastomer-Compound Flüssigsilikonelastomer (LSR) oder einen hochtemperatur-vernetzenden Silikonelastomer-Compound (HTV Silikonelastomer- Compound) auf. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird erreicht, dass thermische Abbauprodukte bei Beflammung einen mineralischen Film, beziehungsweise Schutzschicht ausbilden, der thermisch stabil und elektrisch nicht-leitend ist und das darunterliegende verbliebene Elastomer mit seinen schützenden Eigenschaften schützt. Dadurch wird die Betriebssicherheit des Schutzelements weiter erhöht. Zudem weist das Schutzelement dadurch nur eine geringe Abplatzneigung auf.
Die erste Schicht kann einen ersten Füllstoff enthalten, wobei der erste Füllstoff aus organischem Material ausgebildet ist. Organische Materialien umfassen beispielsweise Materialien wie Polyimide, Duroplaste, Polyacrylnitril (PAN), oxidiertes PAN, Aramide, Baumwolle oder Cellulose. Diese Materialen weisen hochtemperaturstabile Eigenschaften auf und verbessern die Beständigkeit des Schutzelementes gegenüber Temperaturbelastung.
Die erste Schicht kann einen zweiten Füllstoff enthalten, wobei der zweite Füllstoff aus anorganischem Material ausgebildet ist. Anorganische Füllstoffe einer ersten Gruppe sind beispielsweise Glas oder Keramiken, insbesondere Basalt, Aluminiumoxid, Mullit oder ZrÜ2. Anorganische Füllstoffe einer zweiten Gruppe sind beispielsweise Oxide, Hydroxide, oder Oxidhydroxide umfassen. Denkbar sind auch Mineralien wie Glimmer, Silikate, Erdalkalicarbonate oder Siliciumdioxide. Prinzipiell kann der zweite Füllstoff aus einer Kombination der zuvor genannten Materialien zusammengesetzt sein.
Der erste Füllstoff und/oder der zweite Füllstoff kann Füllstoffe in Form von Fasern enthalten. Das elastomere Material bildet dabei eine Elastomermatrix und die Fasern sind vorzugsweise durch Vulkanisation an die Elastomermatrix angebunden.
Dadurch können die vorteilhaften Eigenschaften des Faserwerkstoffs mit den vorteilhaften Eigenschaften der Elastomermatrix kombiniert werden. Vorzugsweise weisen die Fasern eine Faserlänge zwischen 5 pm und 50 mm auf und einen Faserdurchmesser zwischen 2 pm und 500 pm auf.
Der erste Füllstoff und/oder der zweite Füllstoff kann dabei auch zusätzlich weitere Fasern umfassen, deren Faserlänge und/oder Faserdurchmesser außerhalb der angegebenen Bereiche liegen. Vorzugsweise weisen alle Fasern des ersten Füllstoffs und/oder des zweiten Füllstoffs eine Faserlänge und/oder einen Faserdurchmesser im angegebenen Bereich auf. Vorzugsweise sind die Fasern bezogen auf die Summe der Oberflächen aller Fasern zu mindestens 90 % von der Elastomermatrix umgeben. Die Fasern umfassen vorzugsweise organisches Material und/oder anorganisches Material der ersten Gruppe.
Der erste Füllstoff und/oder der zweite Füllstoff kann Füllstoffe in Form von Partikeln enthalten. Das elastomere Material bildet dabei eine Elastomermatrix. Vorzugsweise sind die Partikel bezogen auf die Summe der Oberflächen aller Partikel mindestens zu 90 % von der Elastomermatrix umgeben. Vorzugsweise weisen die Partikel eine sphärische, plättchenförmige oder amorphe Form auf. Weiterhin weisen die Partikel vorzugsweise endotherm ische Eigenschaften auf. Die Endotherm ie kann beispielsweise durch einen Phasenübergang oder durch eine chemische Umsetzung zustande kommen. Der gewünschte Temperaturbereich der Endothermie liegt zwischen 100 und 800 °C. Dadurch können die Temperatureigenschaften des Schutzelements weiter verbessert werden. Die Partikel umfassen vorzugsweise anorganisches Material der zweiten Gruppe.
Die erste Schicht kann einen Haftvermittler enthalten. Bei dieser Ausgestaltung werden vorzugsweise Silane oder Harze als Haftvermittler verwendet. Dadurch kann eine verbesserte Anbindung des ersten und/oder zweiten Füllstoffs an die Elastomermatrix erreicht werden.
Die Flammschutzlage kann ein textiles Flächengebilde umfassen. Als textile Flächengebilde kommen vorzugsweise Gewebe und Gewirke in Betracht, wobei das textile Flächengebilde Fasern umfasst. Denkbar sind auch Flächengebilde aus stochastisch angeordneten Fasern, beispielsweise Filze oder Vliesstoffe. Vorzugsweise ist das textile Flächengebilde bezogen auf die Summe der Oberflächen der textilen Flächengebilde mindestens zu 10 % von der Elastomermatrix umgeben.
Die Flammschutzlage kann anorganisches Material umfassen. Anorganische Materialien sind beispielsweise Glas oder Keramik, insbesondere Basalt, Aluminiumoxid, Silikat oder ZrO2.
Die Flammschutzlage kann organisches Material umfassen. Organische Materialien sind beispielsweise Polyimide, Duroplaste, Polyacrylnitril (PAN), oxidiertes PAN, Aramide, Baumwolle oder Cellulose. Diese Materialen weisen hochtemperaturstabile Eigenschaften auf.
Die Flammschutzlage kann weiterhin metallisches Material umfassen. Vorzugsweise umfasst die Flammschutzlage Metallfäden und/oder metallene Flächengebilde. Das Schutzelement kann eine Oberflächenstrukturierung aufweist. Vorzugsweise weist das Schutzelement Oberflächenstrukturierungen im Bereich der freien Oberflächen auf. Die Strukturierung verbessert einerseits die Verformbarkeitseigenschaften des Schutzelements und hat andererseits auch eine thermische Wirkung. Je nach Ausgestaltung der makroskopischen Strukturierung können sich zwischen Schutzelement und benachbartem Bauteil Kanäle ergeben, über die von dem benachbarten Bauteil emittierte Wärme abgeführt werden kann. Es ist auch denkbar, dass die Strukturierung eine thermische Isolation bewirkt. Dementsprechend ist denkbar, aus der Oberflächenstrukturierung des Schutzelements fluidleitende Strukturen auszubilden. Die fluidleitenden Strukturen ermöglichen es auch, im Falle eines thermischen Durchgehens aus einer Speicherzelle austretende Gase abzuleiten.
Das Schutzelement kann flächig ausgebildet sein. Vorzugsweise kann das flächig ausgebildete Schutzelement als Bahnenware ausgebildet sein. Weiterhin weist das Schutzelement vorzugsweise eine derartige elastische Verformbarkeit auf, so dass das Schutzelement oder der Vorformling, aus dem das Schutzelement hergestellt wird, auf einer Rolle gelagert werden kann. Dadurch wird die Handhabbarkeit des Schutzelements weiter erhöht. Das Schutzelement weist vorzugsweise eine Dicke von 0,3 mm bis 5 mm auf. Das Schutzelement weist besonders bevorzugt eine Dicke von 0,8 mm bis 2,5 mm auf. Dadurch wird die Verformbarkeit des Schutzelements weiter erhöht, so dass das Schutzelement die erwünschte elastische Reaktion bei Expansion und Kontraktion von benachbarten Komponenten aufweist. Außerdem weist das Schutzelement durch die Verformbarkeit einen verbesserten Toleranzausgleich auf.
Das Schutzelement kann als Formteil ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung kann das Schutzelement insbesondere eine Flammschutzdichtung bilden.
Das Schutzelement ist vorzugsweise so ausgerüstet, dass es bei thermischer Einwirkung, beispielsweise bei Beflammung, auf der der Beflammung zugewandten Seite keine elektrisch leitfähigen Partikel generiert oder freisetzt. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Anordnung, umfassend ein Schutzelement, ein entflammbares Element und ein vor Flammen zu schützendes Element, wobei das Schutzelement zwischen dem entflammbaren Element und dem vor Flammen zu schützenden Element angeordnet ist, wobei die Flammschutzlage des Schutzelements auf der dem entflammbaren Element abgewandten Seite angeordnet ist. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass sich ein besonders guter Flammschutz ergibt, wenn die erste, aus elastomerem Material ausgebildete, Lage dem entflammbaren Element, beispielsweise einer Zell-Berstsöffnung, zugewandt ist. Es hat sich herausgestellt, dass bei dieser Anordnung im Vergleich zu einer Anordnung, bei der die zweite, die Flammschutzlage bildende Lage dem entflammbaren Element zugewandt ist, der Flammschutz verbessert ist. Ein Grund hierfür ist, dass bereits das elastomere Material der ersten Lage hervorragende Flammschutzeigenschaften aufweist, wobei die hochtemperaturfeste zweite Lage auch bei großer thermischer Belastung eine Stützlage bildet und für mechanische Stabilität sorgt. Das vor Flammen zu schützende Element kann eine medienführende oder stromführende Einrichtung sein.
Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, dass die aus Fasermaterial bestehende Flammschutzlage zwischen der ersten Lage und dem Gehäuse platzierbar ist. Kontaminationen durch eventuelle freigesetzte Fasern können so vermieden werden. Darüber hinaus ist eine Kontamination des Schutzelements durch die nach außen hin glatte erste Schicht erschwert.
In der beschriebenen Anordnung schützt das Schutzelement das zu schützende Element insbesondere vor einem Durchschlag von Flammen ausgehend von dem entflammbaren Element. Zumindest sorgt das Schutzelement für eine wesentlich zeitliche Verzögerung. Dadurch wird die Betriebssicherheit stark erhöht.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Energiespeichersystem, umfassend ein Schutzelement, sowie ein Gehäuse, in welchem mindestens eine Speicherzelle angeordnet ist, wobei das Schutzelement zwischen der mindestens einen Speicherzelle und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Flammschutzlage auf der der Speicherzelle abgewandten Seite angeordnet ist. Dies entspricht einer konkreten Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Anordnung, wobei die Speicherzelle ein entflammbares Element und das Gehäuse ein vor Flammen zu schützendes Element ist. Durch diese Anordnung kann insbesondere bei thermischem Durchgehen (Thermal Runaway oder Thermal Propagation) verhindert oder verzögert werden, dass Flammen und/oder Gase aus dem Gehäuse austreten.
Das Schutzelement kann durch Kalandrieren mit kontinuierlicher Vulkanisation hergestellt werden. Beim Kalandrieren wird das Schutzelement durch die Spalte von mehreren aufeinander angeordneten Rollen geführt. Vorzugsweise werden so flächige Schutzelemente hergestellt. Denkbar ist auch, dass zur Herstellung von Schutzelementen als Formteilen Spritzgießverfahren eingesetzt werden. Für spezielle Profilgeometrien der Schutzelemente ist zudem Extrusion als Herstellungsprozess denkbar. Je nach Herstellungsprozess können die Oberflächen der Schutzelemente Prägungen in Form von Konturen oder Rippen aufweisen.
Vorzugsweise weist das Schutzelement bei Wärmeeinwirkung, insbesondere bei Beflammung einen Dickenzuwachs von weniger als 50 % auf. Dies unterscheidet das erfindungsgemäße Schutzelement von Lagen mit intumeszenter Ausrüstung. Der Temperaturschutz-Mechanismus intumeszenter Lagen beruht darauf, im Fall einer thermischen Belastung in situ ein aus thermischen Abbauprodukten bestehendes thermisch isolierendes Polster zu schaffen. In der vorliegenden Situation würde dieses Polster aber die Ableitung der aus der Zelle freigesetzten Gase nachteilig behindern. Dadurch steigt zudem das Risiko des Blockierens wichtiger Komponenten, beispielsweise eines Abblaskanals. Dies wiederum kann zum einen zu einem starken Druckanstieg im Energiespeichersystem und zum Bersten des Energiespeichersystem führen. Zum anderen kann sich im blockierten Energiespeichersystem ein Wärmestau einstellen, welcher zu einer kritisch hohen Temperaturbelastung benachbarter Komponenten führt.
Das Schutzelement kann zumindest eine dritte Schicht umfassen. Vorzugsweise ist die dritte Schicht vorgesehen, die in Form einer Beschichtung ausgebildet sein kann, welche auf das Schutzelement aufgebracht ist. Bei dieser Ausgestaltung bildet die dritte Schicht die äußere Schicht des Schutzelements. Das Schutzelement kann einseitig, mehrseitig oder allseitig mit der dritten Schicht ausgerüstet sein. Die dritte Schicht kann durch Aufsprühen oder Rakeln aufgebracht sein. Vorzugsweise umfasst die dritte Schicht einen polymeren Werkstoff, beispielsweise Silikonelastomer oder Polyurethan. Weiterhin kann die dritte Schicht intumeszente und/oder keramisierende Materialien enthalten, die in das Material der dritten Schicht eingebettet sind. Durch die dritte Schicht wird der Schutz des Schutzelements gegen thermische und/oder mechanische Belastung weiter erhöht.
Einige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schutzelements werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Schutzelement;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Anordnung des Schutzelements;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines beschichteten Schutzelements.
Figur 1 zeigt ein eine Schnittansicht eines Schutzelements 10. Das Schutzelement 10 umfasst eine erste Schicht 1 und eine zweite Schicht 2, wobei die erste Schicht 1 aus elastomerem Material ausgebildet ist und wobei die zweite Schicht 2 eine Flammschutzlage 3 bildet.
Das elastomere Material der ersten Schicht 1 weist bei der vorliegenden Ausgestaltungeinen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von 1 ,5 W/(m K) auf. Weiterhin ist das elastomere Material in dieser Ausführung teilvernetzt, um durch elastische Eigenschaften gute Montageeigenschaften zu erreichen. Das elastomere Material ist ferner elastisch ausgebildet, um Volumenänderungen von angrenzenden Komponenten aufzunehmen. Weiterhin weist das elastomere Material eine reduzierte Kriechneigungen auf, wodurch das Schutzelement 10 für Langzeitbelastungen geeignet ist.
Gemäß der vorliegenden Ausgestaltung ist die erste Schicht 1 aus Silikonelastomer ausgebildet. Silikonelastomer weist eine hohe thermische Beständigkeit auf. Die erste Schicht 1 umfasst in der vorliegenden Ausgestaltung einen ersten Füllstoff, hier oxidiertes Polyacrylnitril. In alternativen Ausgestaltungen können auch andere organische Füllstoffe wie Duroplast, Polyacrylnitril, Polyimid, Aramid, Baumwolle oder Cellulose zum Einsatz gelangen.
Der erste Füllstoff umfasst in der vorliegenden Ausgestaltung Fasern. Das elastomere Material dient dabei als Elastomermatrix und die Fasern sind durch Vulkanisation an die Elastomermatrix angebunden. Die Fasern liegen als Fasergemisch mit Faserlängen zwischen 2 pm und 50 mm und Faserdurchmessern zwischen 2 pm und 400 pm vor. Die Fasern sind großteils in die Matrix eingebettet und zu 95 % von der Elastomermatrix umgeben.
Die erste Schicht 1 umfasst einen zweiten Füllstoff, hier Glimmer. In alternativen Ausgestaltungen können auch andere anorganische Füllstoffe wie Keramik (insbesondere Basalt, Aluminiumoxid, Mullit, Phlogopit, Muskovit oder ZrC ), Glas oder anorganische Oxide, Hydroxide, oder Oxidhydroxide, aber auch Minerale, Silikate, Erdalkalicarbonate, Borate oder Siliciumdioxide zum Einsatz gelangen.
Der zweite Füllstoff liegt dabei in Form von Partikeln vor. Die Partikel sind zumeist in die Matrix des elastomeren Materials eingebettet dabei zu mindestens 95 % von der Elastomermatrix umgeben. Die Partikel weisen eine sphärische Form auf. Weiterhin weisen die Partikel endotherm ische Eigenschaften auf, wodurch die Temperatureigenschaften des Schutzelements 10 weiter verbessert werden.
Die erste Schicht 1 umfasst in der vorliegenden Ausgestaltung einen Haftvermittler, welcher der verbesserten Anbindung des ersten Füllstoffs und des zweiten Füllstoffs an die Elastormermatrix dient.
Die Flammschutzlage 3 umfasst ein textiles Flächengebilde, welche vorliegend als Gewebe ausgebildet ist. Das textile Flächengebilde ist nur teilweise in die Matrix des elastomeren Materials eingebettet und nur zu 20 % von der Elastomermatrix umgeben. Die Flammschutzlage 3 umfasst in der vorliegenden Ausgestaltung organisches Material, hier oxidiertes Polyacrylnitril. In alternativen Ausgestaltungen können auch Duroplast, Polyacrylnitril (PAN), Polyimid, Aramid, Baumwolle oder Cellulose, aber auch anorganisches Material wie Keramik (insbesondere Basalt, Aluminiumoxid, Mullit, Phlogopit, Muskovit oder ZrCh) oder Glas zum Einsatz kommen. Denkbar sind in alternativen Ausgestaltungen auch metallische Materialien, so dass die Flammschutzlage 3 Metallfäden und/oder metallene Flächengebilde umfassen kann.
In der vorliegenden Ausgestaltung weist das Schutzelement 10 eine Oberflächenstrukturierung im Bereich der freien Oberflächen auf. Die Strukturierung verbessert einerseits die Verformbarkeitseigenschaften des Schutzelements 10 und hat andererseits auch eine thermische Wirkung. Zudem ist eine einfache Anbringung des Schutzelementes 10 an ein Gehäuse, beispielsweise mittels eines Klebemittels, ermöglicht.
Das Schutzelement 10 ist in der vorliegenden Ausgestaltung flächig ausgebildet und liegt als Bahnenware vor. In alternativen Ausgestaltungen kann das Schutzelement 10 auch als Formteil ausgebildet sein. Durch die elastische Verformbarkeit des Schutzelements 10 kann das Schutzelement 10 insbesondere auf einer Rolle gelagert werden kann. In der vorliegenden Ausgestaltung weist das Schutzelement 10 eine Dicke von 1 ,5 mm auf.
Das Schutzelement 10 wird durch Kalandrieren mit kontinuierlicher Vulkanisation hergestellt. Alternativ wird das Schutzelement 10 durch Extrusion mit kontinuierlicher Vulkanisation hergestellt.
In der vorliegenden Ausgestaltung weist das Schutzelement 10 bei Beflammung einen Dickenzuwachs von höchstens 25 % auf.
Figur 2 zeigt eine Anordnung 20 des in Figur 1 gezeigten Schutzelements 10. Die Anordnung 20 umfasst neben dem Schutzelement 10 ein entflammbares Element 4 und ein vor Flammen zu schützendes Element 5. Das Schutzelement 10 ist zwischen dem entflammbaren Element 4 und dem vor Flammen zu schützenden Element 5 angeordnet. Die Flammschutzlage 3 des Schutzelements 10 ist auf der dem entflammbaren Element 4 abgewandten Seite angeordnet ist. Die Flammschutzlage 3 des Schutzelements 10 ist also auf der dem vor Flammen zu schützenden Element 5 zugewandten Seite angeordnet. In dieser Anordnung 20 schützt das Schutzelement 10 das zu schützende Element 5 insbesondere vor einem Durchschlag von Flammen ausgehend von dem entflammbaren Element 4.
Zumindest sorgt das Schutzelement 10 für eine wesentlich zeitliche Verzögerung.
Die in Figur 2 gezeigte Anordnung 20 bildet ein Energiespeichersystem, welches mit einem oder mehreren Schutzelementen 10 ausgerüstet ist. Das entflammbare Element 4 ist dabei eine Energiespeicherzelle und das vor Flammen zu schützende Element 5 ein Gehäuse. Das Schutzelement 10 ist zwischen der Speicherzelle und dem Gehäuse angeordnet, wobei die Flammschutzlage 3 auf der der Speicherzelle abgewandten Seite angeordnet ist. Des Weiteren kann das Schutzelement 10 weitere Komponenten des Energiespeichersystems, beispielsweise Steuergeräte, stromführende Leitungen oder Kühlmittelrohre und dergleichen schützen.
Das Schutzelement 10 verhindert im Schadfall eine übermäßige Wärmebelastung des vor Flammen zu schützenden Elements 5 also des Gehäuses. Dabei ist das Schutzelement 10 so ausgestaltet, dass es bei Wärmeeinwirkung, insbesondere bei Beflammung einen Dickenzuwachs von höchstens 50 % aufweist. Dadurch wird im Schadfall das Problem vermieden, daß das Schutzelement 10 den Abblaskanal blockiert.
Figur 3 zeigt das in Figur 1 gezeigte Schutzelement 10 mit einer dritten Schicht 6.
Die dritte Schicht 6 umfasst in der vorliegenden Ausgestaltung eine Matrix, wobei die Matrix Polyurethan umfasst. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Matrix Silikon. Weiterhin umfasst die dritte Schicht 6 intumeszente und keramisierende Materialien, die in der Matrix eingebettet sind. Durch die dritte Schicht wird der Schutz des Schutzelements 10 gegen thermische und mechanische Belastung weiter erhöht. In der vorliegenden Ausgestaltung ist die dritte Schicht 6 als Beschichtung des Schutzelements 10 beidseitig auf das Schutzelement 10 aufgebracht.

Claims

Patentansprüche
1 . Schutzelement (10), umfassend zumindest eine erste Schicht (1 ) und zumindest eine zweite Schicht (2), wobei die erste Schicht (1 ) aus elastomerem Material ausgebildet ist und wobei die zweite Schicht (2) eine Flammschutzlage (3) bildet.
2. Schutzelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (1 ) Silikonelastomer umfasst.
3. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (1 ) einen ersten Füllstoff umfasst, wobei der erste Füllstoff aus anorganischem Material ausgebildet ist.
4. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (1 ) einen zweiten Füllstoff umfasst, wobei der zweite Füllstoff aus organischem Material ausgebildet ist.
5. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Füllstoff und/oder der zweite Füllstoff Füllstoffe in Faserform enthält.
6. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Füllstoff und/oder der zweite Füllstoff Füllstoffe in Partikelform enthält.
7. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (1 ) einen Haftvermittler enthält.
8. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammschutzlage (3) ein textiles Flächengebilde umfasst.
9. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammschutzlage (3) anorganisches Material umfasst.
10. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammschutzlage (3) organisches Material umfasst.
11 . Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammschutzlage (3) metallisches Material umfasst.
12. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (10) eine Oberflächenstrukturierung aufweist.
13. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (10) flächig ausgebildet ist.
14. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (10) als Formteil ausgebildet ist.
15. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Dickenzuwachs des Schutzelement (10) bei thermischer Einwirkung kleiner ist als 50%.
16. Anordnung (20), umfassend ein Schutzelement (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, ein entflammbares Element (4) und ein vor Flammen zu schützendes Element (5), wobei das Schutzelement (1 ) zwischen dem entflammbaren Element (4) und dem vor Flammen zu schützenden Element (5) angeordnet ist, wobei die Flammschutzlage (3) des Schutzelements (1 ) auf der dem entflammbaren Element (4) abgewandten Seite angeordnet ist.
17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das vor Flammen zu schützende Element (5) eine medienführende oder eine stromführende Einrichtung ist.
18. Energiespeichersystem, umfassend ein Schutzelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, sowie ein Gehäuse, in welchem mindestens eine Speicherzelle angeordnet ist, wobei das Schutzelement (1 ) zwischen der mindestens einen Speicherzelle und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Flammschutzlage (3) auf der der Speicherzelle abgewandten Seite angeordnet ist.
19. Energiespeichersystem nach Anspruch 18, ferner umfassend ein entflammbares Element (4) und ein vor Flammen zu schützendes Element (5), wobei das Schutzelement (1 ) zwischen dem entflammbaren Element (4) und dem vor Flammen zu schützenden Element (5) angeordnet ist, wobei die Flammschutzlage (3) des Schutzelements (1 ) auf der dem entflammbaren Element (4) abgewandten Seite angeordnet ist.
20. Energiespeichersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das vor Flammen zu schützende Element (5) eine medienführende oder eine stromführende Einrichtung ist.
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