(57)【要約】  第１の被覆層と、第２の被覆層と、被覆層間に配置された圧縮性かつ／または可撓性の中間材であり、少なくとも１つの耐熱繊維層を有する中間材とを備える、電池を熱絶縁するための多層熱絶縁要素であって、繊維層がニードル不織布から形成され、かつ／または被覆層が曲げに弱く、かつ熱絶縁要素が全体として圧縮性および可撓性がある、多層熱絶縁要素が提案される。
2021507483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の被覆層（２）と、
第２の被覆層（３）と、
少なくとも１つの耐熱繊維層（５）を含む、前記被覆層（２、３）間に配置される圧縮性かつ／または柔軟性の中間材（４）とを備える、
電池（８）の熱絶縁のための多層断熱要素（１）において、
前記繊維層（５）がニードル不織布から形成されること、および／または
前記被覆層（２、３）が曲げに弱く、かつ前記断熱要素（１）が全体として圧縮性および可撓柔軟性があること
を特徴とする、多層断熱要素。
【請求項２】
前記繊維層（５）がガラス繊維もしくはシリケート繊維からまたはその混合物から作られることを特徴とする、請求項１に記載の断熱要素。
【請求項３】
前記繊維層（５）の前記繊維が３０ｍｍ超、好ましくは４０ｍｍ超、特に実質的に５０ｍｍ〜６０ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項１または２に記載の断熱要素。
【請求項４】
前記繊維が少なくとも４μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ、特に６μｍ〜１５μｍの平均直径を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項５】
前記繊維層（５）がバインダフリーでありかつ／または溶融ビードがないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項６】
前記中間材（４）が、耐熱で、絶縁耐力が高くかつ／または曲げに弱い中間層（６）によって互いから分離された、少なくとも２つの繊維層（５）を含む多層構造を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項７】
前記中間層（６）が耐熱かつ／または熱反射金属層、好ましくはアルミニウム層、特にアルミニウム箔として構成されることを特徴とする、請求項６に記載の断熱要素。
【請求項８】
前記中間層（６）が耐熱かつ／または絶縁耐力が高いプラスチック層、好ましくはポリイミド層、特にポリイミド膜として構成されることを特徴とする、請求項６に記載の断熱要素。
【請求項９】
少なくとも１つの被覆層（２、３）が水蒸気に対して不透過、好ましくは気密、かつ／または撥水かつ／もしくは防水に設計されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項１０】
前記被覆層（２、３）が１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満、特に０．１ｍｍ未満の厚さであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項１１】
少なくとも１つの被覆層（２、３）が耐熱金属層、好ましくはアルミニウム箔として形成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項１２】
少なくとも１つの被覆層（２、３）が耐熱プラスチック層、好ましくはポリイミド膜として形成されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項１３】
少なくとも１つの被覆層（２、３）が耐熱布層、好ましくはガラス布箔として形成されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項１４】
少なくとも１つの被覆層（２、３）、特に両被覆層（２、３）が耐熱雲母層、好ましくは雲母紙層または雲母板として設計されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項１５】
少なくとも１つの被覆層（２、３）または追加層（２１）が織布（２１）によって形成されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項１６】
前記織布（２１）が金属メッシュ、特にステンレス鋼および／もしくはアルミニウムで作られたワイヤメッシュであり、かつ／または金属繊維、特にステンレス鋼繊維および／もしくはアルミニウム繊維を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の断熱要素。
【請求項１７】
前記織布（２１）がガラス繊維布でありかつ／またはガラス繊維を含むことを特徴とする、請求項１５または１６に記載の断熱要素。
【請求項１８】
前記織布（２１）が炭素繊維布でありかつ／または炭素繊維を含むことを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項１９】
前記織布（２１）がシリケート布でありかつ／またはシリケート繊維を含むことを特徴とする、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項２０】
前記第１の被覆層（２）が雲母層、好ましくは雲母紙層として設計され、かつ前記第２の被覆層（３）がアルミニウム層、好ましくはアルミニウム箔として設計されることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項２１】
前記第１の被覆層（２）が雲母層、好ましくは雲母紙層または雲母板として形成され、かつ前記第２の被覆層（３）がポリイミド層、好ましくはポリイミド膜として形成されることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項２２】
前記第１の被覆層（２）が織布（２１）、好ましくは金属メッシュ、ガラス繊維布、炭素繊維布またはシリケート布として形成され、かつ前記第２の被覆層（３）がアルミニウム層、好ましくはアルミニウム箔として形成されることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項２３】
前記第１の被覆層（２）が織布（２１）、好ましくは金属メッシュ、ガラス繊維布、炭素繊維布またはシリケート布として形成され、かつ前記第２の被覆層（３）がポリイミド層、好ましくはポリイミド膜として形成されることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項２４】
前記第１の被覆層（２、３）が耐熱雲母層、好ましくは雲母紙層または雲母板として形成され、かつ前記第２の被覆層（３）が織布（２１）、好ましくは金属メッシュ、ガラス繊維布、炭素繊維布、シリケート布または混紡布として形成されることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項２５】
前記断熱要素（１）が、前記被覆層（２、３）に加えて、織布（２１）、好ましくは金属メッシュ、ガラス繊維布、炭素繊維布、シリケート布または混紡布の追加層（２２）を有することを特徴とする、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項２６】
前記追加層（２２）が前記断熱要素（１）の外側に配置されることを特徴とする、請求項２５に記載の断熱要素。
【請求項２７】
前記被覆層（２、３）および前記中間材（４）が接着結合を用いて互いに接続されることを特徴とする、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項２８】
少なくとも１つの被覆層（２、３）および／または中間層（６）が１ｋＶ／ｍｍ超、好ましくは１．５ｋＶ／ｍｍ超、特に２ｋＶ／ｍｍ超の絶縁耐力を有することを特徴とする、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項２９】
前記断熱要素（１）が１５００ｇ／ｍ2未満、好ましくは１３００ｇ／ｍ2未満、特に１０００ｇ／ｍ2未満の単位面積質量を有することを特徴とする、請求項１〜２８のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項３０】
前記繊維層（５）および／または前記中間材（４）が１０００ｇ／ｍ2未満、好ましくは８００ｇ／ｍ2未満、特に６００ｇ／ｍ2未満の単位面積質量を有することを特徴とする、請求項１〜２９のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項３１】
前記断熱要素（１）および／または前記繊維層（５）が１５０ｇ／ｍ2超、好ましくは２００ｇ／ｍ2超、特に好ましくは３００または４００ｇ／ｍ2超の単位面積質量を有することを特徴とする、請求項１〜３０のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項３２】
前記断熱要素（１）が７ｍｍ未満、好ましくは６ｍｍ未満、特に２ｍｍおよび３ｍｍ間の厚さであることを特徴とする、請求項１〜３１のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項３３】
前記断熱要素（１）が２０ｋＶ／ｍｍ超、好ましくは３０ｋＶ／ｍｍ超、特に４０ｋＶ／ｍｍ〜７０ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力を有することを特徴とする、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項３４】
前記断熱要素（１）が、少なくとも１つの平坦側で、少なくとも所々粘着性である、または接着剤層（７）を有することを特徴とする、請求項１〜３３のいずれか１項に記載の断熱要素。
【請求項３５】
ハウジング（９）と、
熱絶縁および防火のために前記ハウジング（９）内におよび／または上に配置された少なくとも１つの多層断熱要素（１）とを備える、
電池（８）、好ましくはリチウムイオン電池、特に電気自動車用の牽引用電池において、
前記断熱要素（１）が請求項１〜３４のいずれか１項により設計されること
を特徴とする、電池。
【請求項３６】
前記断熱要素（１）が前記電池（８）、前記ハウジング（９）、ハウジング蓋（１１）および／または電池セル（１２）を表で少なくとも部分的に、好ましくは完全にかつ／または全面にわたって重なりもしくは被覆および／または熱絶縁し、かつ／あるいはそれらを熱絶縁することを特徴とする、請求項３５に記載の電池。
【請求項３７】
前記断熱要素（１）が前記ハウジング（９）のハウジング蓋（１１）および／またはハウジング上部に取り付けられかつ／または固定され、好ましくは接着されることを特徴とする、請求項３５または３６に記載の電池。
【請求項３８】
前記断熱要素（１）が前記ハウジング蓋（１１）および／または前記ハウジング（９）の内側（１３）であって、ハウジング内部に向かう内側（１３）に取り付けられる、特にその全面にわたって取り付けられることを特徴とする、請求項３６または３７に記載の電池。
【請求項３９】
前記熱絶縁のための断熱要素（１）が前記電池（８）の２つの隣接する電池セル（１２）間に配置されることを特徴とする、請求項３５〜３８のいずれか１項に記載の電池。
【請求項４０】
前記断熱要素（１）が内部空間の下側かつ／または前記ハウジング（９）の前記内側（１３）の基部に設けられかつ／または配置される、特にその全面にわたって設けられかつ／または配置されることを特徴とする、請求項３５〜３９のいずれか１項に記載の電池。
【請求項４１】
少なくとも１つの第１の断熱要素（１Ａ）および少なくとも１つの第２の断熱要素（１Ｂ）が設けられ、前記第１の断熱要素（１Ａ）が表でハウジング内部を閉鎖および／または熱絶縁し、前記第２の断熱要素（１Ｂ）が隣接する電池セル（１２）間に配置されることを特徴とする、請求項３５〜４０のいずれか１項に記載の電池。
【請求項４２】
前記第２の断熱要素（１Ｂ）が熱絶縁方式で前記第１の断熱要素（１Ａ）に、好ましくは横にかつ／または縦に、取り付けられ、好ましくは接着、縫合または溶接されることを特徴とする、請求項４１に記載の電池。
【請求項４３】
複数の断熱要素（１Ｂ）が設けられ、各々が隣接する電池セル（１２）間に、特に全ての電池セル（１２）間に配置されることを特徴とする、請求項３５〜４２のいずれか１項に記載の電池。
【請求項４４】
少なくとも１つの第１の断熱要素（１Ａ）および少なくとも１つの更なるかつ／または第３の断熱要素（１Ｃ）が設けられ、前記第１の断熱要素（１Ａ）がハウジング（９）の内部の上側および／または前記ハウジング（９）のハウジング蓋（１１）に配置され、前記更なるかつ／または第３の断熱要素（１Ｃ）が内部空間の下側にかつ／または前記ハウジング（９）の前記内側（１３）の底に設けられかつ／または配置されることを特徴とする、請求項３５〜４３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項４５】
少なくとも１つの第１の断熱要素（１Ａ）および少なくとも１つの更なるかつ／または第４の断熱要素（１Ｄ）が設けられ、前記第１の断熱要素（１Ａ）が前記ハウジングの内部空間（１３）の上側におよび／または前記ハウジング（９）のハウジング蓋（１１）に設けられ、前記更なるかつ／または第４の断熱要素（１Ｄ）が前記内側（１３）のおよび／または前記ハウジング（９）の１つまたは複数の側壁に設けられかつ／または配置されることを特徴とする、請求項３５〜４４のいずれか１項に記載の電池。
【請求項４６】
前記電池（８）の電池セル（１２）が１つまたは複数の断熱要素（１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）によって少なくとも実質的に完全にかつ／または全ての側で密閉または包囲されることを特徴とする、請求項３５〜４５のいずれか１項に記載の電池。
【請求項４７】
前記電池（８）および／または前記ハウジング（９）がガスの逃げのための出口（２２）を有することを特徴とする、請求項３５〜４６のいずれか１項に記載の電池。
【請求項４８】
前記出口（２２）がフィルタ（２３）および／または弁（２４）を含むことを特徴とする、請求項４７に記載の電池。
【請求項４９】
電池（８）の熱絶縁のための多層断熱要素（１）の使用法であって、
繊維層（５）として長繊維ニードル不織布を持ちかつ／または請求項１〜３３のいずれか１項に記載の多層かつ全体として可撓性かつ圧縮性の断熱要素（１）が熱絶縁のために隣接する電池セル（１２）間におよび／または電池セル（１２）上方に配置されること
を特徴とする、使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載の電池の熱絶縁のための多層断熱要素、請求項３５の前提部に記載の多層断熱要素を備える電池、および請求項４９の前提部に記載の多層断熱要素の使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明において、用語「断熱要素」は好ましくは、電池の熱絶縁のために設計および／または使用される、層状構造、特に層パッケージ、から成る扁平部品として理解されるべきである。特に、断熱要素は、環境、特に車室への熱の放出を低減および／もしくは遅延させるように、ならびに／または電池における無制御および／もしくは過度の熱発達の場合に電池における熱の広がりを抑制および／もしくは低減および／もしくは遅延させるように構成される。
本発明において、用語「電池」は、特に、化学エネルギーを変換することによって電気エネルギーを提供するための再充電貯蔵要素および／または二次要素を意味するとして理解されるべきである。電池は好ましくは、幾つかの相互接続された蓄電池セルおよび／またはセルブロック、すなわち電池セルから構成される。
特に、電池は、牽引用電池としておよび／または電気自動車の駆動のためにおよび／またはリチウムイオン電池として構成される。ここで、例えば交通事故の結果として、電池過熱の場合に、少なくとも救助隊の到着まで車両乗員を保護するために、確実かつ／または効果的な熱絶縁が重要である。
【０００３】
それらの化学組成により、リチウムイオン電池は特に、比較的に高不安定性を呈する。例えば捕獲異質粒子および／または機械的作用もしくは損傷による、電池セルにおける内部電極を分離するセパレータの汚染により、電極の局部短絡が生じれば、強い短絡電流が電池セルを短時間で８００℃まで、時には１３００℃まで加熱する。この過程は熱暴走として知られている。特にセパレータが相対的に低温度で、例えば１２０℃を上回ると安定性を失うので、１つの電池セルの熱暴走が他の、隣接する電池セルに容易かつ／または急速に広がることがあり、したがって隣接する電池セルにおいて急速に短絡が生じることがある。これは、停止不可能な連鎖反応に至り、電池に貯蔵されたエネルギーが短時間で、通常爆発的にかつ破片の放出と共に放出される。
このことを背景に、暴走または過熱している電池セルに隣接して設けられた電池セルを可能な限り長く或る限界温度、好ましくは１２０℃、特に８０℃未満に保つことが望ましい。８０℃を上回ると電池セルの劣化過程が相当に加速され、そして１２０℃を上回ると電池セルにおけるセパレータがしばしば融解し始めて、不可逆的損傷および／または短絡を伴う。
同様に、電池における無制御の熱発達に対して、隣接する領域および／または室内、特に車室の効率的かつ／または長期持続の熱保護の高い需要がある。特に、救助および／または回復処置が完全に完了されるまで乗員および／または物体は熱から保護されるべきである。
【０００４】
ＤＥ１０１３４１４５Ａ１は、耐火電池ハウジングに関する。電池ハウジングは、或る温度を上回ると変形する熱活性材料、例えばケイ酸アルミニウムまたはギブサイトを含み、それによって更に供給される熱エネルギーが進行性変形のために消費され、したがって温度上昇が少なくとも減速される。この場合、電池セル間に保護材料を配置することが可能でないので、熱サイクルの効果的な封じ込めは、達成するのが可能でないか、よくても非常に困難であるに過ぎず、変成は電池セルの機械的応力または破壊に至ることがあり、そして熱活性材料が早期に破裂し、したがってその熱絶縁機能を失うという危険性がある。
【０００５】
ＡＴ５１８１６１Ａ４は、複数の電池セルを持ち、少なくとも２つの隣接する電池セルが保護材料によって互いから熱絶縁された、電池に関する。所定の温度を上回ると、保護材料が膨張し、そして互いから絶縁された電池セルは、温度の影響下で膨張する保護材料の体積の増加によって互いから押しのけられて、したがって電池セルは互いから更に熱分離および／または絶縁される。不利点は、保護材料の体積の増加が−特に熱発達による圧力上昇に加えて−電池内の膨張圧という結果になり、これに応じて電池破裂のならびに／または電池セルへの損傷およびその破壊の危険性が増すということである。
米国特許第８，５４１，１２６（Ｂ２）号から電池の熱絶縁のための断熱要素が知られている。断熱要素は、２つの隣接する電池セル間に配置される。断熱要素は、２つの被覆層間に中間層が配置された層状構造を有する。中間層は被覆層より高い熱伝導率を有する。被覆層は、セラミックまたは耐火物繊維の繊維層として設計されることができる。不利点は、断熱要素が繊維の形成により脆く、かつ低圧負荷でさえ破裂および／または破断することがあるということである。これは、熱絶縁機能の著しい欠損とまたは喪失とさえ関連付けられるだけでなく、隣接するおよび／または近傍の電池セルへの損傷にも至り、最終的に爆発の危険性も増す。
【０００６】
ＥＰ３１４２１６６Ａ１は、互いの上に交互に配置されかつ／または積み重ねられた、剛体雲母板および圧縮性の短繊維かつ／または耐火物繊維層を備える断熱要素に関する。不利点は、特に電池への設置のための、柔軟な適応および／または成型が可能でないということである。また、その脆い雲母板およびその短繊維の繊維マットを持つ断熱要素は、無制御の熱発達および関連する圧力上昇の結果として容易に破裂および／または破断して、周囲への損傷に至ることおよび／またはその熱絶縁機能を早期に失うことがある。最後に、高い単位面積質量が特に車両のためには不利である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、効率的な断熱および／またはロバストかつ／もしくは耐性構造および／または柔軟かつ／もしくは簡単な組立ておよび／または電池への統合が可能にされかつ／またはサポートされた、電池の熱絶縁のための多層断熱要素、そのような断熱要素を備える電池、および同断熱要素の使用法を提供することである。
上記目的は、請求項１に記載の多層断熱要素によって、請求項３５に記載の電池によってまたは請求項４９に記載の使用法によって解決される。有利な更なる発展は下位請求項の対象である。
【０００８】
本発明の第１の態様は、繊維層が長さ３０ｍｍ超の長繊維からかつ／またはニードルもしくはボンド不織布から形成されるということである。繊維層の長繊維ならびに／またはニードリングおよび／もしくはボンディングは、別の繊維層と比較して機械抵抗を著しく増加させる。したがって、本発明に係る繊維層は一方では伸縮性および圧力弾性があり、高圧迫力の吸収を可能にする。同時に、絡み合った繊維が繊維層を通る熱エネルギーの通過を効率的に低減させるので、繊維層は高熱絶縁能力を有する。これが電池の完全な破壊または爆発を著しく遅延させるので、これは、電池内の無制御の発熱の場合に、例えば電池セルの熱暴走が生じたときに、特に有利である。最後に、ニードル不織布は低い単位面積質量を有し、取扱いを容易にする。
好ましくは、繊維層は、ニードルおよび／もしくはボンドガラス繊維またはシリケート繊維またはその混合物から作られる。
特に好ましくは、繊維層の繊維は、少なくとも４０ｍｍ、好ましくは少なくとも５０ｍｍ、特に本質的に５０ｍｍ〜６０ｍｍの長さを有する。これは、繊維層の特に高耐圧および耐引裂性を許容する。
特に、繊維は、少なくとも４μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ、特に６μｍ〜１５μｍの平均直径を有する。
繊維層は、バインダフリーでありかつ／または溶融ビードがないのが特に好まれる。
好ましくは、繊維層および中間材は、それぞれ、１０００ｇ／ｍ2未満、好ましくは８００ｇ／ｍ2未満、特に６００ｇ／ｍ2未満、かつ／または１５０ｇ／ｍ2超、好ましくは２００ｇ／ｍ2超、特に３００もしくは４００ｇ／ｍ2超の単位面積質量を有する。これは、簡単な取扱いを可能にする。
【０００９】
独立して実現されることもできる本発明の第２の態様によれば、被覆層は、断熱要素を圧縮性にも可撓性および／または弾性柔軟性にもするために、曲げに弱くかつ／または曲げに柔らかく設計される。これは、異なる設置状況への柔軟な適応および／または高負荷、例えば電池セルの破裂の場合のより良好な適応を可能にし、その結果、断熱要素は破壊および／またはその断熱機能の喪失に対してより耐性がある。最後に、破片の放出は著しく低減される。
好ましくは、少なくとも１つの被覆層が液密、好ましくは防水に設計される。加えて、被覆層の一方、好ましくは両被覆層が撥水かつ／または気密に設計される。このように、中間材および／または繊維層は効率的に保護されて、したがって湿潤および／またはガス環境においてさえ効率的な熱絶縁を保証する。
好ましくは、少なくとも１つの被覆層が耐熱金属層、好ましくはアルミニウム層として設計される。
代替的に、少なくとも１つの被覆層が耐熱プラスチック層、好ましくはポリイミド層として、または耐熱織布層、好ましくはガラス布層として形成されてもよい。
金属、プラスチックまたは織布層として設計された被覆層が、好ましくは１００μｍ未満、特に好ましくは８０μｍ未満、特に２０μｍおよび５０μｍ間の厚さである。
【００１０】
好ましい設計によれば、断熱要素は織布の層を有する。織布は、少なくとも１つの被覆層および／または追加層を形成することができる。好ましくは、織布は断熱要素の外側に配置される。織布は、金属繊維、特にステンレス鋼繊維および／もしくはアルミニウム繊維、ガラス繊維、炭素繊維、シリケート繊維ならびに／またはその混合物を含んでも、またはから成ってもよい。特に、断熱要素の機械的安定性は、被覆層として織布を使用することによって著しく増加および／または改善されることができる。これは、電池セル爆発の場合に機械的保護として特に有利である。
好ましくは、少なくとも１つの被覆層および／または断熱要素は、例えば被覆層が織布を含むまたはそれによって形成される場合、気体透過性かつ／またはガス透過性にされる。このように爆発性ガスが被覆層を通して放出され得るので、これは、１つまたは複数の断熱要素によって密閉および／または包囲された電池の爆発の危険性を減らし得る。
【００１１】
特に好ましくは、少なくとも１つの被覆層または両被覆層が耐熱雲母層、好ましくは雲母紙層または雲母板として設計される。特に、雲母層として形成された被覆層が、３ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満、特に１ｍｍ未満、特に好ましくは０．０５ｍｍおよび０．１５ｍｍ間の厚さである。これは、高耐熱性ならびに同時に可撓性および／または柔軟性を許容する。
特に好ましくは、第１の被覆層が耐高温雲母層、好ましくは雲母紙層として設計される一方、第２の被覆層はアルミニウム層、好ましくはアルミニウム箔として設計される。代替的に、第２の被覆層はプラスチック層、好ましくはポリイミド層として設計されることもできる。上述の材料対は、熱絶縁が最適化されることを許容する。これは、試験によって確認された。
【００１２】
特に好ましくは、中間材は、特にニードル不織布の、２つの繊維層を含んでおり、繊維層は、耐熱かつ／または曲げに弱い中間層によって互いから分離されている。このように形成された多層構造（中間層によって分離された２つ以上の断熱かつ／または繊維層）は、中間材内の中間層が繊維層間に熱障壁を形成し、したがって中間材および／または断熱要素を通る熱の広がりを更に低減および／または制限するので、中間材の断熱性能が更に改善されることを許容する。これも試験で確認された。
特に好ましくは、中間層は、耐高温プラスチック層、好ましくはポリイミド膜、またはアルミニウム層、特にアルミニウム箔として設計される。
中間層は、好ましくは１００μｍ未満、特に好ましくは８０μｍ未満、特に２０μｍおよび５０μｍ間の厚さである。
好ましくは、少なくとも１つの被覆層および／または中間層は、１ｋＶ／ｍｍ超、好ましくは１．５ｋＶ／ｍｍ超、特に２ｋＶ／ｍｍ超の絶縁耐力を有する。これは、電気アークまたはスパークの形成を回避および／または遅延させる。
特に、断熱要素は−好ましくは設置されると−７ｍｍ未満、好ましくは６ｍｍ未満、特に２ｍｍおよび３ｍｍ間の厚さである。これは、狭い設置間隙にさえ、電池への柔軟かつ簡単な設置を許容する。
【００１３】
特に、断熱要素は、少なくとも１つの平坦側に少なくとも所々接着剤層を有する、または１つの平坦側で少なくとも所々粘着性である。これは、断熱要素が電池および／または更なる断熱要素にまたはそれにおいて容易に配置されかつ／または取り付けられることを許容する。
好ましくは、被覆層および中間材は接着またはその他接合されて結合を形成する。このように、機械的に安定した層状複合体が実現される。
特に、断熱要素は、２０ｋＶ／ｍｍ超、好ましくは３０ｋＶ／ｍｍ超、特に４０ｋＶ／ｍｍ〜７０ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力を有する。
好ましくは、断熱要素は、１５００ｇ／ｍ2未満、好ましくは１３００ｇ／ｍ2未満、特に１０００ｇ／ｍ2未満、かつ／または１５０ｇ／ｍ2超、好ましくは２００ｇ／ｍ2超、特に３００もしくは４００ｇ／ｍ2超の単位面積質量を有する。
２５℃室温での断熱要素の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍＫ未満、好ましくは０．０８Ｗ／ｍＫ未満、特に０．０４Ｗ／ｍｋ未満である。
本提案に係る電池、好ましくはリチウムイオン電池、特に電気自動車用の牽引用電池の形態のリチウムイオン電池が、ハウジングと、熱絶縁のためにハウジング内におよび／または上に配置された、本提案に係る少なくとも１つの多層断熱要素とを備える。これは、対応する利点という結果になる。
【００１４】
好ましくは、断熱要素は、電池もしくは電池セルまたはハウジングを表面の外側または内側で少なくとも部分的に、好ましくは完全にまたは全面にわたって閉鎖および／または絶縁する。これは、表に向けてならびに／または電池の上方にかつ／もしくはそれに隣接して設けられた領域、特に車両の車室に向けて、電池の効果的な断熱を許容する。このように、領域および／または室内における人、乗員および／または物体は、効果的にかつ／または電池における無制御の熱発達から十分に長時間の間−すなわち救助および／もしくは回復処置が完了されるまで−保護される。
【００１５】
代替的または追加的に、断熱要素は、ハウジング内の２つの隣接する電池セル間に置かれて、それらを互いから熱絶縁することができる。このように、１つの電池セルから次のかつ／または隣接する電池セルへの熱暴走のフラッシュオーバが効果的に遅延および／または抑制されて、したがって電池からの熱および／または破片の爆発的放出を防止または少なくとも著しく遅延させる。
特に、断熱要素は、ハウジングのハウジング蓋および／またはハウジング表部にまたは内に取り付けられかつ／または固定され、好ましくは接着される。
断熱要素は、特にその全面にわたって、ハウジング内部に向かうハウジングまたはハウジング蓋の内側に、および好ましくは設置状態での表に取り付けられることができる。このように、効果的な表側断熱が可能にされる。
代替的または追加的に、断熱要素および／または別の断熱要素が、特に断熱要素が２つの隣接する電池セル間に容易に挿入されることができるように、内側に横にかつ／または垂直に取り付けられまたは整列されてもよい。
代替的または追加的に、断熱要素および／または別の断熱要素がハウジング内部の床かつ／または下側の内側に配置されることができる。このように、例えば道路上での燃料火災の場合に、下側から電池に作用する熱に対して電池を保護することが可能である。
代替的にまたは加えて、断熱要素および／または別の断熱要素がハウジングの側壁および／または内部の側壁の内側に配置されることができる。
【００１６】
好ましくは、少なくとも２つの断熱要素が電池に配置され、少なくとも１つの第１の断熱要素が表でハウジングおよび／またはハウジング内部を絶縁し、そして少なくとも１つの第２の断熱要素が隣接する電池セル間に配置される。このように、原則として互いから独立して実現されることもできる、対応する利点が同時に実現されることができる、すなわち一方で電池の表側断熱ならびに他方で隣接する電池セル、パックまたはモジュール間の熱伝搬の遅延および／または低減。
特に、第２の断熱要素は、第１の断熱要素に横にかつ／または縦に取り付けられ、好ましくは接着、縫合またはその他堅固に接続される。
【００１７】
本提案に係る電池の場合、断熱要素が織布、好ましくは金属メッシュ、特にステンレス鋼のワイヤメッシュの少なくとも１つの被覆層および／または追加層を有すれば、特に有利である。上述したように、これは爆発性ガスが被覆層を通して逃げることを許容して、したがって電池が爆発する危険性を減らし得る。
加えて、織布の被覆層または追加層が好ましくは高機械的安定性を提供し、その結果車室内の乗客は電池爆発の場合に破片から効果的に保護されることができる。
爆発性および／または毒性および／または有害ガス用のフィルタ機能が織布によって提供されることも可能であり、その結果、車室内の乗客はそのようなガスから保護される。好ましくは、織布は、ガスの少なくとも一部が織布で分離されるように設計される。これは、そのようなガスおよび／または排気ガスから生じる人間に対する危険性を減らすことになる。
【００１８】
概して、本発明による提案された態様が、特に電気自動車用の、電池の客室の熱絶縁および防火を改善および／または単純化することが留意されるべきである。特に、提案された断熱要素は、一方で電池と他方で車室、好ましくは電池の上方にかつ／またはそれに隣接して設けられた車室との間の非常に効果的な断熱を可能にする。代替的または追加的に、電池セルの隣接する電池セルへの熱伝達および／または熱暴走が遅延および／または抑制されて、したがって電池の破壊および／または爆発を防止または少なくとも著しく遅延させる。このように、救助および／または回復のために十分な時間が提供され、その中で乗員は電池における無制御の熱発達から適切に保護される。
本発明の上述の態様および特徴の他に請求項および以下の説明から生じる本発明の態様および特徴は基本的に、互いから独立して、いかなる組合せおよび／または順序でも実現されることができる。本発明の追加の利点、特徴、性能および態様は、請求項および図面に基づく以下の好ましい実施形態の説明から生じる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】提案された熱絶縁のための多層断熱要素の概略断面図である。
【図１Ｂ】別の実施形態に係る多層断熱要素の概略断面図である。
【図１Ｃ】別の更なる実施形態に係る提案された断熱要素の概略断面図である。
【図１Ｄ】織布の概略図である。
【図２】概略的に示された車両に配置および／または設置された、断熱要素が内部に配置された電池の概略断面図である。
【図３】更なる実施形態に係る特注の断熱要素を備える電池の概略断面図である。
【図４】提案された断熱要素に温度測定を実施するための第１の実験準備である。
【図５】提案された断熱要素に温度測定を実施するための第２の実験準備である。
【図６】第１の層構造を備える提案された断熱要素で測定された第１の温度線図である。
【図７】第２の層構造を備える提案された断熱要素で測定された第２の温度線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１Ａは、本提案に係る多層断熱要素１を概略のノンスケール断面図で図示する。図１Ｂおよび図１Ｃは、本提案に係る多層断熱要素１の更なる実施形態を同じく概略のノンスケール断面図で図示する。図示される実施形態は互いと類似しており、要望に応じて互いに組み合わされることもできる。特に、異なる図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは異なる好ましい態様を強調するためだけの役割である。
断熱要素１は特に扁平層パッケージとして設計される。
断熱要素１は特に圧縮性および同時に柔軟性がある。
【００２１】
用語「柔軟性の」は好ましくは、断熱要素１の十分に低い曲げ剛性を意味すると理解され、曲げ剛性は、部品および／または断熱要素１に関する曲げ変形に対する作用力の抵抗の尺度である。曲げ剛性は好ましくはＩＳＯ５６２８  ２４９３に従って求められる。この目的で、或る寸法を有する、例えば６ｍｍの厚さおよび６０ｍｍ×４０ｍｍのサイズを有する板状の断熱要素１が回転可能なクランプ装置に締め付けられる。断熱要素１の自由端はロードセルのセンサに接触し、クランプ装置が回転されると、それを介して対応する接触力が記録される。特に、センサは、締付け点から５０ｍｍの距離で断熱要素１の自由端に接触する。曲げ剛性は特に、断熱要素が１５°曲げられたときにセンサで測定される力によって求められる。好ましくは、断熱要素１は、１０Ｎ未満、好ましくは５Ｎ未満、特に１Ｎ未満のこのように求められた曲げ剛性を有する。
【００２２】
用語「圧縮性の」は好ましくは、断熱要素１の十分に低い圧縮硬さを意味すると理解され、圧縮硬さは、試験体および／または断熱要素１をその原厚の４０％だけ圧縮するために必要とされる圧力を表す。圧縮硬さは好ましくは、試験体として５ｍｍの厚さおよび３００ｍｍ×２００ｍｍのサイズを有する板状の断熱要素１ならびに圧子として２０ｍｍの厚さおよび１９０×８０ｍｍのサイズを有するアルミニウム板を用いて、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ３３８６に従って求められる。好ましくは、断熱要素１は、４０ｋＰａ未満、好ましくは３０ｋＰａ未満、特に２０ｋＰａ未満のこのように求められた圧縮硬さを有する。
断熱要素１は特に、図２に図示される電池８の熱絶縁のために構成される。電池８の好ましい構造および電池８における断熱要素１Ａ、１Ｂの好ましい配置が後に述べられることになる。
断熱要素１は第１の被覆層２および第２の被覆層３を有する。被覆層２、３は特に断熱要素１の一方の（外側）平坦側を各々形成する。
好ましくは、圧縮性かつ／または柔軟性の中間材４が被覆層２、３間に配置される。中間材４は少なくとも１つの繊維層５−図示された例では２つ以上の繊維層５を有する。
【００２３】
１つのまたは各繊維層５は、好ましくはニードルおよび／またはボンド不織布から形成される。本発明の目的で、用語「ニードル不織布」は好ましくは、その繊維がランダムに絡み合わされ、それによってドライニードリングならびに／またはバインダおよび／もしくは溶融ビードなしのニードリングによって結合された、織物として理解されるべきである。
繊維層５は、特にガラス繊維またはシリケート繊維またはその混合物から作られる。例えば、特にＥ、ＥＣＲもしくはＲガラスまたはその混合物のガラス繊維、および／あるいは他の耐熱繊維が使用されてもよい。
繊維は好ましくは、少なくとも４μｍ、特に少なくとも６μｍ、そして最も好ましくは本質的に８μｍ〜１６μｍの平均直径を有する。
繊維の長さは好ましくは、３０ｍｍ超、好ましくは４０ｍｍ超、特に本質的に５０ｍｍ〜６０ｍｍである。原則として、しかしながら、繊維の長さはより大きい、例えば約１２０ｍｍまでであることもできる。
好ましくは、繊維層５には結合剤および／または溶融ビードがない。
【００２４】
好ましくは、繊維層５および／または中間材４の単位面積質量は、１０００ｇ／ｍ2未満、好ましくは８００ｇ／ｍ2未満、特に６００ｇ／ｍ2未満、かつ／または１５０ｇ／ｍ2超、好ましくは２００ｇ／ｍ2超、特に３００もしくは４００ｇ／ｍ2超である。
好ましくは、断熱要素１の単位面積質量は、１５００ｇ／ｍ2未満、好ましくは１３００ｇ／ｍ2未満、特に１０００ｇ／ｍ2未満、かつ／または１５０ｇ／ｍ2超、好ましくは２００ｇ／ｍ2超、特に３００もしくは４００ｇ／ｍ2超である。
好ましくは、中間材４の繊維層５は中間層６によって互いから分離される。中間層６は特に耐熱金属層、好ましくはアルミニウム層によって形成される。しかしながら、中間層６は耐熱プラスチック層、好ましくはポリイミド層によって形成されてもよい。
断熱要素１は、幾つかの中間層６およびそれに応じて幾つかの繊維層５を有することもでき、特に２つの繊維層５が中間層６によって互いから分離される。
【００２５】
被覆層２、３は好ましくは、曲げに弱く、すなわち容易に柔軟性および／または可撓性があるように設計される。本発明の意味で「曲げに弱い」被覆層２、３は好ましくは紙様、布様もしくは箔様であり、かつ／または２ｍｍ未満、特に１ｍｍ未満の厚さを有する。特に好ましくは、被覆層２、３の厚さは０．０５ｍｍ超かつ／または０．１５ｍｍ未満である。これは、断熱要素１全体を圧縮性および可撓性にし、圧縮性は少なくとも本質的に中間材４の圧縮性設計による。
被覆層２および３、中間材４、繊維層５ならびに／または断熱要素１は好ましくは耐熱であり、特に少なくとも２００°Ｃまで、特に好ましくは２５０°Ｃ、５００°Ｃまたは１０００°Ｃを上回って耐熱である。
好ましくは、被覆層２、３の少なくとも１つが耐熱金属層、好ましくはアルミニウム箔として、または耐熱プラスチック層、好ましくはポリイミド箔として、または耐熱織布層、好ましくはガラス布箔として、または雲母層、好ましくは雲母紙層として構成される。
【００２６】
特に好ましくは、一方かつ／または第１の被覆層２は耐熱雲母層、好ましくは雲母紙層として構成され、そして他方かつ／または第２の被覆層３は金属層、好ましくはアルミニウム箔、またはプラスチック層、好ましくはポリイミド箔として構成される。しかしながら、両被覆層２、３は、特に雲母層、好ましくは雲母紙層として、同一に設計されてもよい。これは、特に高耐熱性を可能にする。
被覆層２、３が、例えば各々雲母層として同一に設計された、断熱要素１の実施形態が特に図１Ｂに図示される。
更なる実施形態によれば、断熱要素１は織布２１を有することができる。織布２１は好ましくは、少なくとも実質的に平面かつ／もしくは扁平層および／または織布層を形成する。
用語「織布」は特に、特に少なくとも実質的に直角に互いと交差する複数の糸またはワイヤによって形成された好ましくは扁平製品を指す。糸および／またはワイヤは、特に或るリズムおよび／または反復配列で、横糸および／またはワイヤの上下に案内される。
好ましくは、織布２１は一方または両方の被覆層２、３を形成する。しかしながら、織布２１が、好ましくは被覆層２、３に加えて設けられる、追加層２２を形成することも可能である。追加層は図１Ｃに図示される。
【００２７】
織布２１は、好ましくは金属メッシュ、特にステンレス鋼および／またはアルミニウムで作られたワイヤメッシュである。しかしながら、織布２１はガラス繊維布、炭素繊維布またはシリケート布であることもできる。織布２１が混紡布であり、かつ／あるいは金属繊維、特にステンレス鋼繊維および／もしくはアルミニウム繊維、ガラス繊維、炭素繊維ならびに／またはシリケート繊維の混合物を有するまたはそれから成ることも可能である。
追加層２２は好ましくは断熱要素１の外側に配置される。代替的に、追加層２２は断熱要素１内側に、例えば被覆層２、３と繊維層５との間におよび／または繊維層５と中間層６との間に設けられることができる。
【００２８】
織布２１の被覆層２、３は、好ましくは繊維層５に積層および／もしくは接着される、またはその他繊維層５に堅固に接続される。特に好ましくは、被覆層２、３を形成する織布２１を繊維層５に接続するために気体透過性かつ／またはガス透過性接着剤が使用され、好ましくは接着剤は、ガスが逃げかつ／または透過するのを許容するが、スパークまたは炎に対する障壁を形成する。これは、以下により詳細に記載される電池８に断熱要素１を使用するときに特に有利である。
更には、断熱要素１が追加層２２も接着剤層７も有し、好ましくはこの場合に接着剤層７が第１の被覆層２に配置され、そして追加層２２が第２の被覆層３に配置され、またはその逆も同じである、実施形態が可能である。
織布２１は好ましくは高耐熱性を有し、好ましくは約１１５０℃の温度まで高耐熱性を有する。
織布２１、特に金属メッシュは、好ましくは、少なくとも０．１ｍｍかつ／または多くとも０．４ｍｍのメッシュサイズを有する。特に好ましいメッシュサイズは、例えば、約０．１１４ｍｍ、約０．２２ｍｍおよび約０．３１５ｍｍである。
【００２９】
織布２１、特に金属メッシュは、好ましくは、少なくとも３０％および／または多くとも６０％の開放スクリーニング範囲（ｏｐｅｎ  ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  ａｒｅａ）を有する。特に好ましい開放スクリーニング範囲は、例えば、約３７．０％、約４２．４％および約５１％である。
好ましくは、少なくとも１つの被覆層２、３および／または追加層２２、特に織布はガス透過性がある。
【００３０】
好ましくは、少なくとも１つの被覆層および／または追加層２２、特に織布２１は、爆発性、毒性および／または有害ガスが、断熱要素１、被覆層２、３および／または追加層２２を透過するときに、例えば機械的および／または化学的に除去および／または吸収されるように設計される。
好ましくは、少なくとも１つの被覆層２、３および／または追加層２２、特に金属メッシュおよび／または断熱要素１全体として、電池８の爆発の場合に断熱要素１を貫通し得る破片がないような機械的安定性を有する。
断熱要素１は好ましくは、特に無圧縮状態または納品状態で、１５ｍｍ未満、好ましくは１０ｍｍ未満、特に６ｍｍおよび８ｍｍ間の厚さを有する。
特に好ましくは、断熱要素１および／または少なくとも１つの被覆層２、３および／または中間層６は、２０ｋＶ／ｍｍ超、好ましくは３０ｋＶ／ｍｍ超、特に４０ｋＶ／ｍｍ〜７０ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力を有する。
被覆層２、３および中間材４は、特に接着によって互いに接続される。特に、この目的で耐熱接着剤が使用される。しかしながら、縫合または溶接などの、他の接続技術も可能である。
好ましくはかつ／または任意に、少なくとも１つの被覆層２、３−実例では第１の被覆層２−は、断熱要素１を電池８の一部におよび／または必要に応じて別の断熱要素１に取り付けかつ／または固定するために、接着剤層７を有する。
接着剤層７は特にアクリレート接着剤から成る。
接着剤層７の単位面積質量は好ましくは、１５０ｇ／ｍ2未満、好ましくは１２０ｇ／ｍ2未満、特に５０および１００ｇ／ｍ2間である。代替的または追加的に、接着剤層７は両面接着テープとして設計されてもよい。
しかしながら、接着剤層７は、特に図１Ｂおよび図１Ｃから見て取れるように、必須でなく、単に任意である。
【００３１】
以下、電池８における本提案に係る配置ならびに／または本提案に係る断熱要素１Ａおよび１Ｂおよび任意に本提案に係る更なる断熱要素１Ｃおよび１Ｄの使用法が図２に基づいてより詳細に説明される。断熱要素１Ａ〜１Ｄは、上記説明された実施形態に従って同一にまたは異なって設計されることができる。
以下、断熱要素１Ａ〜１Ｃは、区別のために第１の断熱要素１Ａ、第２の断熱要素１Ｂ、第３の断熱要素１Ｃおよび第４の断熱要素１Ｄと称される。しかしながら、これは、異なる断熱要素を区別するためだけの役割であり、例えば、第３の断熱要素１Ｄが設けられる場合、第２の断熱要素１Ｂも存在しなければならないことを意味するわけではない。
特に、電力供給のための電池８は、概略的に表された車両１４、特に電気自動車に配置および／または設置される。特に、設置されるときに、電池８は車室１５、例えば車両１４の乗客または他の室内領域の下方に設けられる。
電池８は好ましくは、下ハウジング部１０および上ハウジング部かつ／またはハウジング蓋１１を備えるハウジング９を有する。ハウジング９は好ましくは、非導電材料、例えばプラスチックから、または金属から成る。
【００３２】
電池８は、好ましくは再充電可能リチウムイオン蓄電池として設計される。代替的に、それは、リン酸リチウム鉄、リチウムコバルト酸化物、リチウム金属酸化物、リチウムイオンポリマー、ニッケル亜鉛、ニッケル金属、ニッケルカドミウム、ニッケル水素、洋銀、ニッケル金属ハイブリッドならびに類似の系および／または材料からまたはそれで構築または設計されることもできる。
特に、電池８は、電気的に相互接続されて、ハウジング９に、好ましくは下ハウジング部１０に収容された少なくとも１つのグループの電池セル１２を有する。
第１の断熱要素１Ａが、好ましくは接着剤を用いて、特に接着剤層７を用いて、電池セル１２上方にかつ／またはハウジング９のハウジング蓋１１に取り付けられかつ／または固定される。
【００３３】
特に好ましくは、第１の断熱要素１Ａは、その全面にわたってハウジング蓋１１の内側１３に装着され、内側１３はハウジング内部に向かっている。第１の断熱要素１Ａは、したがって下ハウジング部１０および／または電池８および／またはそのセル１２を表側で閉鎖および／または絶縁する。
このように、内部の人または物体を効率的にかつ／または電池８における無制御の熱発達から十分に長く保護するために、車室１５に対する特に効率的な表側断熱および防火が達成される。気密構造が客室の方向のガス爆発様の伝搬も防止および／または低減させる。
【００３４】
特に好ましくは、ハウジングの内部および／または電池セル１２に向かう第１の断熱要素１Ａの第２の被覆層３は雲母層、好ましくは雲母紙層として設計され、電池セル１２および／またはハウジングの内部から向きがそれる第１の被覆層２は、ハウジング蓋１１への締着のために設計され、かつ特に接着剤層７が設けられている。これは、耐熱性を改善し、同時にハウジング９に対する断熱要素１の取扱いおよび／または締着を容易にする。
代替的または追加的に、少なくとも１つの（更なるかつ／または第２の）断熱要素１Ｂが隣接する電池セル１２間に、実例では２つのグループの電池セル１２間に配置され、それによってグループは互いから熱絶縁および／または分離される。
特に好ましくは、断熱要素１Ｂは電池セル１２間に挿入され、圧入され、または別の仕方で置かれる。
【００３５】
特に、断熱要素１Ａおよび／または１Ｂは、少なくとも１つの電池セル１２または電池セル１２のグループを、好ましくは全ての側で、かつ／または特に電池セル１２および／もしくは電池セル１２のグループが断熱要素１Ａおよび／もしくは１Ｂを介してハウジング９に減衰方式で装着および／もしくは配置されるように、密閉および／または封入する。いかなる衝撃および／または振動も圧縮性の断熱要素１Ａおよび／または１Ｂによって減衰および／または吸収されるので、効果的で、特に全面的な断熱に加えて、これは、電池セル１２がロバストかつ／または耐性方式で装着されることも可能にする。
特に、第２の断熱要素１Ｂは、特にハウジング蓋１１が下ハウジング部１０上に置かれたときにそれが電池セル１２間に挿入可能であるように、ハウジング蓋１１の内側１３に横にかつ／もしくは垂直に取り付けられ、かつ／または縦に整列される。
第２の断熱要素１Ｂは、例えば接着、縫合または任意の他の仕方によって、第１の断熱要素１Ａに横にかつ／または縦に任意に取り付けられかつ／または締着されてもよい。
電池８は複数の第２の断熱要素１Ｂを有することができる。好ましくは、幾つかの電池セル１２間に、特に全ての電池セル１２間に、第２の断熱要素１Ｂが配置されかつ／または設けられる。図３に、幾つかの断熱要素１Ｂを備える電池８が概略的に図示される。
【００３６】
第１の断熱要素１Ａおよび／または第２の断熱要素１Ｂの代替としてまたはそれに加えて、電池８は、例えば図３に図示されるように、更なるかつ／または第３の断熱要素１Ｃを有してもよい。第３の断熱要素１Ｃは好ましくは、第１の断熱要素１Ａの反対側にかつ／またはハウジング内部１３の下側かつ／もしくは底に、特にハウジング９の内側１３に配置される。好ましくは、下側かつ／または底は第３の断熱要素１Ｃによって完全にかつ／またはその全面にわたって被覆される。
【００３７】
特に第１の断熱要素１Ａ、第２の断熱要素１Ｂおよび／または第３の断熱要素１Ｃに加えて、更なるかつ／または第４の断熱要素１Ｄも設けられてもよい。好ましくは、更なるかつ／または第４の断熱要素１Ｄは、内側かつ／またはハウジング９の１つまたは複数の側壁に設けられかつ／または配置される。好ましくは、側壁は第４の断熱要素１Ｄによって完全に被覆および／または熱絶縁される。
好ましくは、電池８および／またはハウジング９において、織布層および／または織布２１−存在すれば−が、内側１３に向かう断熱要素１Ａ、１Ｃ、１Ｄの側に配置される。
好ましくは、断熱要素１Ａ、１Ｃ、１Ｄは内側１３におよび／またはハウジング９の内部に配置される。
断熱要素１Ａ〜１Ｄは好ましくは各々、１つの電池セル１２および／または複数の電池セル１２とハウジング９との間に配置される。
電池セル１２は好ましくは、１つまたは複数の断熱要素１Ａ〜１Ｄによって少なくとも実質的に完全にかつ／または全ての側で密閉および／または包囲される。
電池８および／またはハウジング９は、ガスの逃げのための出口２３を有してもよい。これは図３に例として図示される。
【００３８】
出口２３は好ましくは、ハウジング蓋１１にならびに／または電池８および／もしくはハウジング９の表側に設けられる。好ましくは、出口２３は、ハウジング蓋１１および／または断熱要素１Ａを貫通する開口によって形成される。出口２３は、ガスがハウジング９から逃げることを許容して、したがって爆発の危険性を減らす。
出口２３はガス用のフィルタ２４および／または弁２５、特に一方向弁を有してもよい。弁によって、ガスが電池８から逃げることができるが、ガスが電池８に入ることはできないことが保証されることができる。
図４および図５は、本提案に係る断熱要素１に温度測定を実施するための試験準備および／または試験配置を概略的に図示する。
【００３９】
実施された試験では、提案された断熱要素１の断熱機能および／または断熱能力が調査された。この目的で、無制御の発熱および／または熱暴走の場合に相当する温度条件をシミュレートするために、発熱体１６、好ましくは加熱箔を介してハウジング９および／または相当する構造内に熱が具体的には導入された。得られた温度線図および／または温度曲線が、第１の層構造を備える断熱要素１に対して図６におよび第２の層構造を備える断熱要素１に対して図７に図示される。
【００４０】
図４に図示された試験準備では、無制御の発熱および／または熱暴走をシミュレートするために、電池セル１２’−断熱要素１から始まって２番目の位置に設けられた−と電池セル１２”−断熱要素１から始まって３番目の位置に設けられた−との間に発熱体１６が挿入され、そして１２０℃を上回る、好ましくは２００℃を上回る温度に連続的に加熱された。
同時に、一方で発熱体１６から向きがそれる低温側１７および他方で発熱体１６に向かう高温側１８での断熱要素１の結果的な温度曲線および／または温度上昇が測定装置、特に熱電対を用いて測定され、２つの測定が各層構造に対して実施された。
図６における曲線Ｍ１およびＭ２は、第１の層構造を備える断熱要素１の低温側１７での結果的な温度曲線を各測定に対して図示し、そして図７における曲線Ｍ１およびＭ２は、異なるかつ／または第２の層構造を備える断熱要素１に対する対応する温度曲線を図示する。
概して、図４に図示された試験準備は、ハウジング９内の隣接する電池セル１２への熱エネルギーの伝達の抑制および／または遅延に関する断熱機能を調査および／または検証することを意図するものである。
第２の試験準備は、図５に図示されるように、電池セル１２に対して上側で動作している断熱要素１で温度曲線が求められるという点で第１の試験準備と異なる。これは、断熱機能および／または電池８に隣接する室内、特に車室１５に対する断熱を調査および／または検証することを意図している。
【００４１】
この目的で、第１の実験準備に類似して、無制御の発熱および／または熱暴走をシミュレートするために、隣接する電池セル１２間に発熱体１６、特に加熱箔が配置され、そして少なくとも１２０℃、好ましくは少なくとも２００℃に加熱される。一方で発熱体１６から離れた断熱要素１の低温側１９でおよび他方で発熱体１６に向かう断熱要素１の高温側２０で、測定手段、特に熱電対を用いて温度経過および／または温度上昇が記録された。
図６における曲線Ｍ３は、第１の層構造を備える断熱要素１の低温側１９での結果的な温度曲線を図示し、そして図７における曲線Ｍ３は、第２の層構造に対する結果的な温度曲線を図示する。
【００４２】
図６に図示された温度線図では、以下の第１の層構造を備える断熱要素１が使用された：
【表１】
2021507483.tif 000003
Ｘ軸は時間経過を分で表す。軸は「０」から始まり、加熱箔１６をオンに切り替えるための始点を示す。
Ｙ軸は温度を℃で表す。曲線はちょうど２０℃を超えて始まるが、それは本質的に周囲温度である。
【００４３】
既述したように、損傷および／もしくは短絡を回避するためにならびに／または電池８の完全破壊および／もしくは爆発を防止するために、特に十分に長時間の間、熱、ガスおよび／または破片の放出から車室１５を保護するために、低温側１７および／または１９で１２０℃を下回る、特に８０℃を下回る温度が可能な限り長く維持されるべきである。
全ての測定に関する最高温度は、約３０分後に曲線Ｍ３で（すなわち低温側１９で、図５）１１５．４℃と測定された。この場合、反対側の高温側２０での最大温度は８３７℃であった。
曲線Ｍ１（低温側１７での第１測定、図４）では、約２０分後に９２．７５℃の最大温度に達した。この場合、反対側の高温側１８での最大温度は７３０℃であった。
曲線Ｍ２（低温側１７での第２測定、図４）では、約２０分後に８９℃の最大温度に達した。この場合、反対側の高温側１８での最大温度は７２８℃であった。
曲線Ｍ１およびＭ２は、それらが同じ試験シリーズ（試験準備、図４）の２回の測定であるので、−予期されるように−互いから僅かに逸脱するだけである。
【００４４】
一方の曲線Ｍ３（試験準備、図５）の他方の曲線Ｍ１およびＭ２（試験準備、図４）との比較は、低温側１９で最高温度（１１５．４℃）が測定されたことをまず示す。しかしながら、この温度は、３０分超えた後に達するだけであり−したがってその他の曲線Ｍ１およびＭ２の場合より著しく遅い。熱が導入された後の約２５分まで、曲線Ｍ３はその他の２つの曲線Ｍ１およびＭ２を明らかに下回り、それから上昇するだけである。この点で、特に最初の２０分〜２５分において、低温側１９での効率的な断熱、したがって表側に隣接する室内および／または車室１５に対する高レベルの断熱が可能にされる。
【００４５】
加えて、結果は、全ての曲線Ｍ１〜Ｍ３で１２０℃の最大限界温度に達しないので、隣接する電池セル１２への熱伝達および／または熱暴走が効率的に遅延および／または抑制されることを示す。これは、損傷および／または短絡の危険性を排除または少なくとも最小化する。
更には、第１の層構造は比較的安価に実現されることができる。
【００４６】
図７に図示された第２の温度線図のフレームワーク内で、以下の第２の層構造を備える提案された断熱要素１が使用された：
【表２】
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Ｘ軸は時間経過を分で表す。軸は「０」から始まり、加熱箔１４および／または１５をオンに切り替える始点を開始して、対応するグループの電池セル１２Ａ〜Ｅ（図５を参照）における熱発達を開始する。
Ｙ軸は温度を℃で表す。曲線はちょうど２０℃を超えて始まるが、それは本質的に周囲温度である。
全ての測定に関する最高温度は、１０分後に曲線Ｍ１で（すなわち低温側１７での第１測定、図４）７６．５℃と求められた。この場合、反対側の高温側１８での最大温度は１３００℃であった。
曲線Ｍ２に関しては、低温側１７で３５分後に−図４に係る第２測定で−７５℃の最大温度に達した。この場合、反対側の高温側２０での最大温度は１０００℃であった。
曲線Ｍ３に関しては、５５分後に低温側１９で７０℃の最大温度に達した。この場合、反対側の高温側２０での最大温度は７３０℃であった。
結果的に、全ての場合に８０℃の好ましい最大限界温度に達しなかった結果、隣接する電池セルの加速劣化さえ回避または少なくとも低減される。
【００４７】
一方の曲線Ｍ３（試験準備、図５）の他方の曲線Ｍ１およびＭ２（試験準備、図４）との比較は、低温側１９（曲線Ｍ３）に最低最大温度（７０℃）が存在するだけでなく、この最大温度が約５５分後に、非常に遅く存在することも示す。にもかかわらず、最低温度（７３０℃）も対応する高温側２０で求められた。
更には、曲線Ｍ１〜Ｍ３の１つの著しい温度上昇が約１１分〜１２分の時間Ｔ後に唯一記録されたことが図７から見て取れる。
【００４８】
図６において説明した経過も、低温側１９で、特に最初の数分の入熱において−図７で約４５分後まで−低温側１７（曲線Ｍ１およびＭ２）より温度が著しく低いという点で確認される。この点で、第２の層構造を備える断熱要素１は、隣接する室内および／または領域、特に車室１５に対する特に効果的な断熱を可能にする。
【００４９】
図７（第２の層構造）の曲線Ｍ１〜Ｍ３の図６（第１の層構造）の対応する曲線との比較は、第２の層構造で更に改善された断熱機能が達成されることができることも示す。特に、最大温度の低減が達成されており、曲線Ｍ３の差（第１の層状構造：１１５．４℃と比較して第２の層状構造：７０．０℃）が特に著しい。これは、表側断熱としての第２の層構造の特に有利な使用法を証明する。
概して、特に中間層６としてポリイミド層が内部に配置された、中間材４の多層構造により、第２の層構造は、熱伝達の最適な低減、したがって特に効率的な断熱機能を可能にする。
不織布によって保護されたポリイミド層は熱爆発後にさえその構造保持し、その結果、電気的絶縁が維持される。
【００５０】
全体として、試験は、提案された断熱要素１が電池８内の熱の抑制のためにも表側配置および／または絶縁のためにも、すなわち特に隣接する車室１５の熱保護のためにも適することを示す。効率は第２の層状複合体により最適であり、第１の層状複合体は、同様に効果的な熱絶縁機能を有する比較的低コストの実装を許容する。
本発明は、電池８、好ましくはリチウムイオン電池、特に電気自動車用の牽引用電池上でのおよび／または内での提案された断熱要素１の使用法にも関する。
特に、断熱要素１がハウジング９の表に置かれて、表で熱絶縁を提供する。
代替的または追加的に、熱絶縁のための断熱要素１が２つの隣接する電池セル１２間に配置される。
特に、断熱要素１は、ハウジング蓋１１および／またはハウジング９の上部に、好ましくは接着剤で取り付けられかつ／または固定される。
特に好ましくは、断熱要素１は、特にその全面にわたって、ハウジング内部に向かうハウジング蓋１１の内側１３に装着される。
好ましくは、断熱要素１は、内側１３に横にかつ／または垂直に装着および／または整列される。
特に、少なくとも１つの第１の断熱要素１Ａおよび少なくとも１つの第２の断熱要素１Ｂが使用され、第１の断熱要素１Ａが表でハウジング内部を閉鎖および／または熱絶縁し、そして第２の断熱要素１Ｂが隣接する電池セル１２Ａ〜Ｅ間に配置される。
好ましくは、第２の断熱要素１Ｂは第１の断熱要素１Ａに、特に横にかつ／または縦に取り付けられ、好ましくは接着、穿刺または溶接される。
本発明の個々の態様は、既述したように、要望に応じて組み合わされることができるが、互いから独立して実現されることもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１  断熱要素
１Ａ  （第１の）断熱要素
１Ｂ  （第２の）断熱要素
１Ｃ  （第３の）断熱要素
１Ｄ  （第４の）断熱要素
２  第１の被覆層
３  第２の被覆層
４  中間材
５  繊維層
６  中間層
７  接着剤層
８  電池
９  ハウジング
１０  下ハウジング部
１１  ハウジング蓋／上ハウジング部
１２、１２’、１２”  電池セル
１３  内側
１４  車両
１５  車室
１６  発熱体
１７  低温側垂直面
１８  高温側垂直面
１９  低温側水平面（電池上方）
２０  高温側水平面（電池上方）
２１  織布
２２  追加層
２３  出口
２４  フィルタ
２５  弁
Ｍ  曲線
Ｔ  時間
Ｘ  軸
Ｙ  軸
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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