KR102638122B1 - 공냉식 냉각용 플레이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각용 플레이트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기차량용 배터리에 사용되는 공냉식 냉각용 플레이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각용 플레이트에 관한 것이다. 공기와 접촉하는 표면적이 넓게 형성되어 방열 및 냉각에 유리하면서도 부착력이 강하고 열전도도가 높으며 박형화로 가볍기 때문에 전기차량용 배터리 또는 2차 전지 등에 사용되기 적합하다.
Description
본 발명은 전기차량용 배터리 또는 2차 전지에 사용되는 공냉식 냉각용 플레이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각용 플레이트에 관한 것으로서, 구체적으로는 공기와 접촉하는 표면적이 넓게 형성되어 방열 및 냉각에 유리하면서도 부착력이 강하고 열전도도가 높으며 박형화로 가볍기 때문에 전기차량용 배터리 등에 사용되기 적합한 냉각용 플레이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각용 플레이트에 관한 것이다.
전기차량에 사용되는 리튬 이온 배터리의 성능은 배터리 온도에 따라 큰 차이가 발생한다. 배터리 내부 최적의 온도는 25 ℃이고 이러한 배터리의 온도는 항속거리에 직접적인 영향을 받는다. 따라서, 온도를 효과적으로 조절할 수 있는 관리 기술이 필요하다. 또한 최근에는 전기차량 배터리의 급속 충전 기술이 개발되고 있는데, 배터리의 급속 충전 시 발생되는 열에 의해 충전 속도가 느려질 수 있는 문제가 있기 때문에, 이러한 전기차량의 배터리 등을 효과적으로 냉각할 수 있는 부품의 개발이 필요한 실정이다.
이러한 전기차량의 냉각을 위해 사용되는 부품으로는 금속 소재로 이루어진 냉각용 플레이트가 있다. 그러나, 종래의 냉각용 플레이트는 방열 성능에 비해 다소 무겁기 때문에 전기차량의 운행효율을 떨어뜨리는 문제가 있으며, 비용도 고가이고 제조공정도 까다롭다는 단점이 있다.
무엇보다 공냉식 냉각용 플레이트의 방열판 제조 공정은 배터리팩의 대면적을 일체화하기 곤란하거나 공정의 한계로 방열판의 경량화 및 박형에 한계가 있다는 문제가 있었다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공기와 접촉하는 표면적이 넓게 형성되어 방열 및 냉각에 유리하면서도 부착력이 강하고 열전도도가 높으며 박형화로 가볍기 때문에 전기차량용 배터리 및 2차 전지 등에 사용되기 적합한 냉각용 플레이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각용 플레이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 플레이트의 제조방법은 (a) 금속 플레이트의 일면 상에 핫멜트 수지층을 형성하여 지지 플레이트를 제조하는 단계; (b) 제1 하부, 제1 경사부, 상부, 제2 경사부 및 제2 하부가 순차적으로 형성되어 1개의 유닛을 이루고 복수의 상기 유닛이 연속하여 반복되는 주름형상으로 성형된 방열 플레이트에 있어서, 상기 방열 플레이트의 하부가 상기 지지 플레이트의 핫멜트 수지층에 접하도록 겹치는 단계; 및 (c) 상기 방열 플레이트와 겹쳐져 있는 지지 플레이트를 100-300 ℃로 가열하여 서로 접착시키는 단계를 포함한다.
상기 (a)단계 이전에, 상기 금속 플레이트 일 표면을 크로메이트(chromate) 처리하는 단계; 및 상기 크로메이트 처리된 금속 플레이트 일면 상에 프라이머층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 프라이머는 열가소성 폴리올레핀(Thermoplastic olefin, TPO)계 수지를 포함할 수 있다.
상기 방열 플레이트는 금속 플레이트로 성형된 것을 포함하고, 두께가 2mm 이하이며, 상기 주름 형상은 상기 각 유닛의 제1 방향 단면은 '' 형상인 것을 포함하고, 상기 각 유닛의 경사부 및 상부는 제1 방향과 수직된 제2 방향으로 곡률을 갖는 것을 포함할 수 있다.
상기 금속은 알루미늄, 알루미늄합금, 철, 동 및 스테인리스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 핫멜트 수지는 폴리올레핀(Polyolefin, PO)계 수지를 포함하고, 상기 핫멜트 수지층의 두께는 160μm 이하 일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 플레이트는 서로 겹쳐져 부착된 지지 플레이트와 방열 플레이트를 포함하되, 지지 플레이트는, 금속 플레이트; 및 상기 금속 플레이트 일면 상에 배치된 핫멜트 수지층을 포함하고, 방열 플레이트는, 적어도 일부분이 제1 하부, 제1 경사부, 상부, 제2 경사부 및 제2 하부가 순차적으로 형성되어 1개의 유닛을 이루고 복수의 상기 유닛이 연속하여 반복되는 주름형상을 포함하고, 상기 지지 플레이트는 상기 방열 플레이트의 하부와 부착되고, 상기 방열 플레이트 상부와 지지 플레이트 사이에 형성된 공기층 공간 및 상기 방열 플레이트의 유닛과 유닛 간의 기준 간격에 따라 형성되는 공기층 공간이 정의된 것일 수 있다.
상기 냉각용 플레이트는 (1) 부착력: 200 N/10 mm 이상, (2) 열전도도: 3 W/mK 이상, (3) 핫멜트 수지층의 두께: 160 μm 이하, (4) 방열 플레이트의 두께: 2mm 이하를 만족하는 것일 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 제조되는 냉각용 플레이트의 모식도이다.
도 1b는 실험예 4에 관련된 비교예 및 실시예의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 플레이트의 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실험예에 따라 실시된 부착력 시험에 따른 박리시편 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실험예에 따라 실시된 부착력 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 따라 실시된 시간경과에 따른 온도변화 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 1b는 실험예 4에 관련된 비교예 및 실시예의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 플레이트의 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실험예에 따라 실시된 부착력 시험에 따른 박리시편 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실험예에 따라 실시된 부착력 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 따라 실시된 시간경과에 따른 온도변화 시험 결과를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '-' 또는 '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 다른 언급이 없는 한 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20 % 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
그리고 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 플레이트의 제조 방법은 (a) 금속 플레이트의 일면 상에 핫멜트 수지층을 형성하여 지지 플레이트를 제조하는 단계; (b) 제1 하부, 제1 경사부, 상부, 제2 경사부 및 제2 하부가 1개의 유닛을 이루고 상기 유닛이 연속하여 반복되는 주름형상으로 성형된 방열 플레이트에 있어서 상기 방열 플레이트의 하부가 상기 지지 플레이트의 핫멜트 수지층에 접하도록 겹치는 단계; 및; (c) 상기 방열 플레이트가 겹쳐져 있는 지지 플레이트를 100-300 ℃로 가열하여 서로 접착시키는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계 이전에 상기 금속 플레이트 일 표면을 크로메이트(chromate) 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 플레이트는 알루미늄, 알루미늄합금, 철, 동 및 스테인리스 중 하나 이상을 포함하는 금속으로 이루어진 플레이트일 수 있다. 구체적으로, 금속 플레이트는 알루미늄 플레이트일 수 있다.
특히 알루미늄의 크로메이트 처리는 알루미늄 표면의 내식성을 향상시키는 것일 수 있다. 그 외에도, 표면이 크로메이트 처리된 알루미늄은 전도성 향상, 엣칭면 형성, 외관 미려 등의 특징을 가질 수 있다. 알루미늄 크로메이트 처리는 3가 크로메이트 및/또는 6가 크로메이트를 사용하여 수행될 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
알루미늄의 크로메이트 처리는 MIL-DTL-5541, MIL-C-5541 및 KS W 1120 중 하나 이상의 규격을 적용한 방법으로 이루어질 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예시적인 실시예에서, 알루미늄 크로메이트 처리는 알칼리 탈지, 알칼리 에칭, 디스머트, 알루미늄 크로메이트 및 건조 단계들을 순차적으로 포함하는 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 각 단계 사이에 수세 단계가 더 포함될 수도 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 (a) 단계 이전에 상기 금속 플레이트 또는 상기 크로메이트 처리된 금속 플레이트의 일면 상에 프라이머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
프라이머층은 열가소성 폴리올레핀(Thermoplastic olefin, TPO)계 성분을 포함하는 프라이머를 도막 또는 도포하여 형성할 수 있다. TPO는 상온에서 탄성을 보유하면서도 열가소성 수지처럼 고온에서 유연하게 되어 가공이 가능한 기능성 고분자 재료이다. 프라이머층은 금속 플레이트와 핫멜트 수지층간의 접착성능을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 핫멜트 수지층을 얇게하여 열전도도를 높이면서도 금속 플레이트와의 부착력을 충분히 유지하게 할 수 있다. 특히, 프라이머층의 성분이 TPO계 성분일 경우 에폭시계 또는 고무계 성분인 경우보다 부착력이 현저히 우수할 수 있다.
예시적인 실시예에서, TPO는 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 단일 수지 또는 혼합 수지일 수 있다.
다른 몇몇 실시예에서, TPO는 열가소성 부분에 해당하는 하드 세그먼트(hard segment)와 열경화성 부분에 해당하는 소프트 세그먼트(soft segment)를 포함하여 형성될 수 있다. 하드 세그먼트는 열가소성을 부여하고, 소프트 세그먼트는 고무 또는 엘라스토머와 같은 탄성을 부여할 수 있다. 따라서, 상기 TPO는 2종 이상의 폴리머블록으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 TPO는 고무 또는 엘라스토머 블록을 소프트 세그먼트로서 포함하고, 스티렌 블록과 같은 하드 세그먼트가 양 말단 블록을 형성할 수 있고, 상기 고무 또는 엘라스토머 블록은 면착성을 부여하고, 상기 스티렌 블록은 가교되어 네트워크 구조를 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 TPO는 스티렌계 열가소성 엘라스토머 (SBC, Thermoplastic Styrene Block Copolymer; TPS, Styrenic themoplastic elastomer)일 수 있고, 예를 들어, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS)계 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS)계 공중합체, 스티렌-이소부틸렌-스티렌(SIBS)계 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)계 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS)계 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 등일 수 있다. 또는, 상기 TPO는 수첨(水添) 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)계 공중합체, 수첨 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS)계, 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEEPS) 공중합체 등일 수 있다.
상기 TPO가 스티렌계 열가소성 엘라스토머(SBC, TPS)인 경우, 스티렌을 포함함으로써 우수한 내열성을 구현할 수 있고, 스티렌의 함량을 적절히 조절하여 프로세스 오일의 흡유량을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 스티렌계 TPO 중 스티렌의 함량은 전체 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 형성하는 모노머 중 10 내지 50 몰%일 수 있다.
프라이머층의 두께는 5-10 μm일 수 있다. 프라이머층의 두께가 5 μm 미만일 경우 부착력 향상 효과가 미미할 수 있고, 10 μm 초과일 경우 부착력이 오히려 저하되거나 열전도도가 낮아질 수 있다.
핫멜트 수지층은 100-300 ℃의 고온에 의해 접착력을 나타내는 수지로 형성된 층으로서, 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 및 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 중 하나 이상을 포함하는 폴리올레핀(Polyolefin, PO) 필름을 라미네이팅하여 형성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 본 발명의 PO 필름은 PE에 말레산무수물 작용기를 포함하는 상용화제를 첨가하고 그라프트중합하여 제조된 필름일 수 있다. 다만 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
핫멜트 수지층의 두께는 160 μm 이하, 구체적으로는 120 μm 이하, 보다 구체적으로는 100 μm 이하일 수 있다. 또한, 20 μm 이상일 수 있다. 핫멜트 수지층의 두께가 두꺼울수록 부착력은 소폭 상승하나 열전도도가 낮아질 수 있다. 본 발명의 냉각용 플레이트는 프라이머층을 도입함으로써 핫멜트 수지층의 두께를 상기 범위 이하로 설정하여 열전도도를 높게 유지하면서도 기준에 부합하는 높은 부착력을 발휘할 수 있고 외부 화학물질 등으로 인한 부식을 방지할 수 있다.
상기 프라이머층 및 핫멜트 수지층은 지지 플레이트 일 면 전체에 형성된 것일 수 있으며, 적어도 일부분에 형성된 것일 수 있고, 방열 플레이트 하부와 접하여 겹쳐지는 부분에만 형성된 것일 수 있다.
금속 플레이트에 핫멜트 수지층이 형성되어 지지 플레이트가 제조되면, 상기 지지 플레이트를 주름형상으로 성형된 방열 플레이트의 하부와 접하도록 겹칠 수 있다.
상기 방열 플레이트는 적어도 일부분이 주름형상으로 성형된 것일 수 있으며, 상기 방열 플레이트의 두께가 2mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하, 보다 바람직하게는 0.3mm 이하일 수 있다.
상기 방열 플레이트는 금속 플레이트일 수 있고, 알루미늄, 알루미늄합금, 철, 동 및 스테인리스 중 하나 이상을 포함하는 금속으로 이루어진 플레이트일 수 있다. 구체적으로, 금속 플레이트는 알루미늄 플레이트일 수 있다.
상기 두께는 방열 플레이트의 주름형상을 이루는 면으로써 금속 플레이트의 금속 자체의 두께를 측정한 것일 수 있다.
상기 주름형상은 순차적으로 배치된 제1 하부, 제1 경사부, 상부, 제2 경사부 및 제2 하부가 1개의 유닛을 이루고 복수의 유닛이 제1 방향으로 연속하여 반복되는 형상일 수 있으며, 제1 유닛의 제2 하부는 제2 유닛의 제1 하부일 수 있다.
상기 제1 방향으로 연속하는 복수의 유닛들 각각의 단면은 '' 형상일 수 있으며, 유닛의 경사부 및 상부는 제2 방향으로 곡률을 갖고 있을 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 서로 수직한 동시에 지지 플레이트 및 방열 플레이트의 두께 방향과 수직한 방향으로서, 지지 플레이트 및 방열 플레이트의 가로 및 세로에 각각 대응하는 방향일 수 있다. 도 1a를 참조하면, 제1 방향은 x축 방향, 제2 방향은 y축 방향, 제3 방향은 z축 방향일 수 있다.
상기 곡률은 물결 형상을 형성할 수 있으며 이러한 곡률은 방열 플레이트의 강도를 향상시키고 공기와의 접촉 면적을 확대하여 방열 성능을 증대시킬 수 있다.
상기 방열 플레이트는 압력 또는 열과 압력을 가하여 성형된 것일 수 있다.
상기 방열 플레이트는 하부의 적어도 일부분에 핫멜트 수지층이 형성된 것일 수 있으며, 하부와 핫멜트 수지층 사이에 프라이머층을 더 포함하여 형성된 것일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예 따른 방열 플레이트는 도 2와 같은 형상일 수 있다.
방열 플레이트의 주름형상은 적어도 일부분을 가압하여 상기 가압된 부분이 요철을 형성함으로써 성형되는 것일 수 있다. 가압 방식은 금속 플레이트의 일부분을 소정 형상의 프레스로 가압하여 해당 가압된 부분이 아래로 오목한 형상을 갖게 할 수도 있고, 소정 형상의 틀 위에 금속 플레이트를 얹고 프레스로 금속 플레이트를 전체적으로 가압하여 서브 플레이트가 상기 틀 형상으로 위로 볼록한 형상이 형성되도록 할 수도 있다. 가압을 위한 프레스는 공지된 것을 사용할 수 있고, 가압을 위한 압력 또한 금속 플레이트의 변형을 위해 필요한 적절한 압력이 이용될 수 있다.
방열 플레이트의 하부를 지지 플레이트에 겹친 후 지지 플레이트에 100-300 ℃의 고온을 가함으로써 지지 플레이트의 핫멜트 수지에 의해 방열 플레이트와 지지 플레이트가 서로 강하게 부착되어 본 발명의 냉각용 플레이트가 제조될 수 있다.
상기 방열 플레이트와 지지 플레이트를 부착함에 있어서 고온과 함께 압력을 가할 수 있다. 압력은 1MPa 내지 50MPa로 가할 수 있으며 바람직하게는 5MPa 내지 30MPa로 가할 수 있다.
이상에서와 같은 방법으로 제조되는 냉각용 플레이트는 도 1a와 같이 방열 플레이트가 주름형상으로 되어 있어 공기와 접촉하는 면적이 극대화될 수 있고, 방열 플레이트 주름형상의 면을 이루는 금속 두께가 매우 얇아 박형화 할 수 있으며, 이에 따라 그 무게가 매우 가벼워져 경량화 할 수 있다.
도 1a을 참조하면, 냉각용 플레이트(100)는 서로 겹쳐져 부착된 지지 플레이트(10)와 방열 플레이트(20)를 포함한다. 지지 플레이트는 금속 플레이트이며, 상기 금속 플레이트 일면 상에 배치된 핫멜트 수지층(40)을 포함한다. 또한 상기 방열 플레이트는 적어도 일부분이 주름형상(21)으로 성형된 것을 포함한다. 상기 지지 플레이트는 상기 방열 플레이트의 하부와 겹쳐지며 상기 방열 플레이트 상부와 지지 플레이트 사이에 공기층 공간(22)이 형성되고, 상기 방열 플레이트의 유닛과 유닛 간의 기준 간격에 따라 공기층 공간(23)이 형성된 것을 포함한다.
상기 금속 플레이트는 일면이 크로메이트 처리가 된 것 일 수 있으며, 상기 크로메이트 처리가 된 일면 상에 프라이머층(30)을 더 포함할 수 있다.
상기 프라이머층 및 핫멜트 수지층은 적어도 일부분에 형성된 것일 수 있고, 방열 플레이트 하부와 접하여 겹쳐지는 부분에만 형성된 것일 수도 있다.
상기 기준 간격은 유닛과 유닛 사이에 형성되는 공기층 공간에 대한 간격으로서 하부의 너비 및 경사면의 경사도에 따라 형성되는 간격일 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 냉각용 플레이트는 하기 (1) 내지 (4) 중 하나 이상을 만족할 수 있고, 구체적으로는 하기 (1) 내지 (4)를 모두 만족할 수 있다.
(1) 부착력: 200 N/10 mm 이상, 바람직하게는 250 N/10 mm 이상 (T Peel Test 기준 최대값)
(2) 열전도도: 3 W/mK 이상, 바람직하게는 4 W/mK 이상, 보다 바람직하게는 5 W/mK 이상
(3) 핫멜트 수지층의 두께: 160 μm 이하, 바람직하게는 120 μm 이하, 보다 바람직하게는 100 μm 이하
(4) 방열 플레이트의 두께: 2mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하, 보다 바람직하게는 0.3mm 이하
이하에서는 실험예를 통해 본 발명에 대하여 설명하나, 본 발명의효과가 하기 실험예에 의해 제한되지 아니함은 자명하다.
제조예 1: 본 발명의 냉각용 플레이트의 제조
실시예 1
알루미늄 플레이트의 표면을 크로메이트 처리한 후 40 μm 두께의 PO 필름을 라미네이팅하여 지지 플레이트를 제조하였다. PO 필름은 PE에 말레산무수물 작용기를 포함하는 상용화제를 첨가하여 그라프트중합한 것을 사용하였다. 가압프레스성형 방식으로 성형된 방열 플레이트의 하부를 PO필름이 라미네이팅 되어 있는 지지 플레이트면에 겹친 후 지지 플레이트를 150 ℃로 가열가압하여 방열 플레이트와 지지 플레이트가 접착되도록 하였다. 방열 플레이트의 상부와 지지 플레이트 간의 공기층 공간 및 방열 플레이트 유닛과 유닛 사이의 간격에 공기층 공간이 형성된 것을 확인하였다.
실시예 2
60 μm 두께의 PO 필름을 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 3
80 μm 두께의 PO 필름을 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 4
160 μm 두께의 PO 필름을 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 5
알루미늄 플레이트의 표면을 크로메이트 처리한 후 5-10 μm 두께로 TPO계 성분을 포함하는 프라이머층을 형성하고 40 μm 두께의 PO 필름을 라미네이팅한 점을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 1
에폭시계 성분을 포함하는 프라이머를 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 5와 동일하게 제조하였다.
비교예 2
고무계 성분을 포함하는 프라이머를 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 5와 동일하게 제조하였다.
실험예 1: 방열성능 평가
본 발명의 냉각용 플레이트의 방열소재로서의 성능을 평가하기 위해 UNITHERMTM (ANTER) 열전도도측정기를 이용하여 상기 실시예의 열전도도를 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 1과 같았다.
| 구분 | PO 필름 두께 (μm) | 열전도도 (W/mK) |
| 실시예 1 | 40 | 5.4365 |
| 실시예 2 | 60 | 3.3520 |
| 실시예 3 | 80 | 2.3895 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, PO 필름이 얇을수록 열전도도가 높아 방열성능에 유리하기 때문에, PO 필름의 두께를 낮추는 방향으로 제조하는 것이 적합함을 알 수 있다.
실험예 2: 접착력 평가 (1)
본 발명의 냉각용 플레이트의 금속 플레이트와 핫멜트 수지간의 접착력을 평가하기 위해 상기 실시예 1 내지 4의 T Peel Test를 수행하였다. 평균 부착력 200 N/10 mm 이상인 경우에만 실제 사용되기 적합한 부착력을 가진 것으로 평가하였다. 측정 결과는 하기 표 2와 같았다. 도 3은 T Peel Test 후 박리시편 사진이다.
| 구분 | PO 필름 두께 (μm) | 평균 부착력 (N/10 mm) |
성능지표 | 비고 |
| 실시예 1 | 40 | 65 | 부적합 | 알루미늄 표면에서 박리 발생 |
| 실시예 2 | 60 | 101 | 부적합 | 알루미늄 표면에서 박리 발생 |
| 실시예 3 | 80 | 130 | 부적합 | 알루미늄 표면에서 박리 발생 |
| 실시예 4 | 160 | 169 | 부적합 | 알루미늄 표면에서 박리 발생 |
상기 표 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, PO 필름이 두꺼울수록 부착력이 증가하였으나, PO 필름의 두께가 160 μm일 때도 부착력이 200 N/10 mm를 넘지 못하였다. 또한, 상기 실험예 1에 나타난 결과와 같이 PO 필름이 얇아야 열전도도가 높아 방열성능을 유지할 수 있기 때문에, 후술할 실험예 3과 같이 프라이머층의 형성이 필요함을 알 수 있다.
실험예 3: 접착력 평가 (2)
프라이머층을 도입한 냉각용 플레이트의 금속 플레이트와 핫멜트 수지간의 접착력을 평가하기 위해 상기 실시예 및 비교예의 T Peel Test를 수행하였다. 평균 부착력 200 N/10 mm 이상인 경우에만 실제 사용되기 적합한 부착력을 가진 것으로 평가하였다. 측정 결과는 하기 표 3과 같았다.
| 구분 | PO 필름 두께 (μm) | 프라이머 성분 | 부착력 (N/10 mm) | 성능지표 |
| 실시예 1 | 40 | - | 65 | 부적합 |
| 실시예 2 | 60 | - | 101 | 부적합 |
| 실시예 3 | 80 | - | 130 | 부적합 |
| 실시예 4 | 160 | - | 169 | 부적합 |
| 실시예 5 | 40 | TPO | 271 | 적합 |
| 비교예 1 | 40 | 에폭시 | 174 | 부적합 |
| 비교예 2 | 40 | 고무 | 190 | 부적합 |
상기 표 3에 나타난 바와 같이, TPO계 프라이머층을 중간에 추가로 형성한 실시예 5의 냉각 플레이트는 부착력이 성능지표를 만족할만큼 강하면서도 두께가 40 μm로 얇아 열전도도 또한 우수하였다.또한, 하기 표 4 및 도 4와 같이 실시예 5의 상온, 고온고습시험 후 및 열충격시험 후 T Peel Test 모두 적합 수준을 유지하였으며, 내열유지력 또한 우수하였다. 도 4는 실시예 5의 박리시편 사진을 포함한다.
| 항목 | 측정값 (N/10 mm) | 판정 |
| 상온 접착력 | 271 | 합격 |
| 고온고습 (40 ℃/95% Rh,4 days) |
270 | 합격 |
| 열충격시험 (10 ℃(30분) -> 65 ℃(30분)/10 cycle) |
267 | 합격 |
실험예 4: 시간경과에 따른 배터리팩 하단부 온도변화
순수 알루미늄합금으로만 이루어진 방열플레이트 와 실시예 5에 대하여 시간의 경과에 따른 배터리팩 하단의 온도변화를 측정하고자 파우치 시작 온도를 100 ℃로 설정하고 순수 알루미늄합금으로만 이루어진 방열플레이트와 실시예 5의 냉각 플레이트의 온도는 0 ℃로 설정하였다.
시간에 따른 파우치의 온도 변화를 측정하였으며 그 결과 그래프는 도 5와 같고, 이에 따라 일정 시간 이후에 압출 방식의 순수 알루미늄합금으로만 이루어진 방열핀이 제조된 냉각 플레이트에 비하여 실시예 5에 따라 제조된 냉각플레이트의 파우치 하단 온도가 낮아졌는바 실시예 5의 방열성능이 더욱 우수함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 냉각용 플레이트
10: 지지 플레이트
20: 방열 플레이트
21: 방열 플레이트 상부
22: 공기층 공간
23: 공기층 공간
30: 프라이머 층
40: 핫멜트 수지층
10: 지지 플레이트
20: 방열 플레이트
21: 방열 플레이트 상부
22: 공기층 공간
23: 공기층 공간
30: 프라이머 층
40: 핫멜트 수지층
Claims (7)
- (a) 금속 플레이트 일 표면을 크로메이트(chromate) 처리하는 단계;
(b)상기 크로메이트 처리된 금속 플레이트 일면 상에 열가소성 폴리올레핀(Thermoplastic olefin, TPO)계 수지를 5 내지 10 μm 두께로 포함하는 프라이머층을 형성하는 단계;
(c) 상기 프라이머층이 형성된 금속 플레이트의 일면 상에 두께가 160μm 이하인 핫멜트 수지층을 형성하여 지지 플레이트를 제조하는 단계;
(d) 제1 하부, 제1 경사부, 상부, 제2 경사부 및 제2 하부가 순차적으로 형성되어 1개의 유닛을 이루고 복수의 상기 유닛이 연속하여 반복되는 주름형상으로 성형된 방열 플레이트에 있어서, 상기 방열 플레이트의 하부가 상기 지지 플레이트의 핫멜트 수지층에 접하도록 겹치는 단계; 및
(e) 상기 방열 플레이트와 겹쳐져 있는 지지 플레이트를 100-300 ℃로 가열하여 서로 접착시키는 단계를 포함하는
냉각용 플레이트의 제조 방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서
상기 방열 플레이트는
금속 플레이트로 성형된 것을 포함하고,
두께가 2mm 이하이며,
상기 주름 형상은
상기 각 유닛의 제1 방향 단면은 '' 형상인 것을 포함하고,
상기 각 유닛의 경사부 및 상부는 제1 방향과 수직된 제2 방향으로 곡률을 갖는 것을 포함하는
냉각용 플레이트의 제조 방법. - 청구항 1 및 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속은 알루미늄, 알루미늄합금, 철, 동 및 스테인리스로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는,
냉각용 플레이트의 제조 방법. - 삭제
- 서로 겹쳐져 부착된 지지 플레이트와 방열 플레이트를 포함하되,
지지 플레이트는,
금속 플레이트; 및
상기 금속 플레이트 일면 상에 열가소성 폴리올레핀(Thermoplastic olefin, TPO)계 수지를 5 내지 10 μm 두께로 포함하는 프라이머층;
상기 프라이머층을 포함하는 금속 플레이트 일면 상에 배치된 두께가 160μm 이하인 핫멜트 수지층을 포함하고,
방열 플레이트는,
적어도 일부분이 제1 하부, 제1 경사부, 상부, 제2 경사부 및 제2 하부가 순차적으로 형성되어 1개의 유닛을 이루고 복수의 상기 유닛이 연속하여 반복되는 주름형상을 포함하고,
상기 지지 플레이트는 상기 방열 플레이트의 하부와 부착되고,
상기 방열 플레이트 상부와 지지 플레이트 사이에 형성된 공기층 공간 및 상기 방열 플레이트의 유닛과 유닛 간의 기준 간격에 따라 형성되는 공기층 공간이 정의된
냉각용 플레이트. - 청구항 6에 있어서,
하기 (1) 내지 (4)를 만족하는 냉각용 플레이트.
(1) 부착력: 200 N/10 mm 이상
(2) 열전도도: 3 W/mK 이상
(3) 핫멜트 수지층의 두께: 160 μm 이하
(4) 방열 플레이트의 두께: 2mm 이하
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220095510A KR102638122B1 (ko) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 공냉식 냉각용 플레이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각용 플레이트 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220095510A KR102638122B1 (ko) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 공냉식 냉각용 플레이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각용 플레이트 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240018006A KR20240018006A (ko) | 2024-02-13 |
| KR102638122B1 true KR102638122B1 (ko) | 2024-02-20 |
Family
ID=89899674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220095510A KR102638122B1 (ko) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 공냉식 냉각용 플레이트의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각용 플레이트 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102638122B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020085418A (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 昭和電工パッケージング株式会社 | 熱交換器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100376653B1 (ko) * | 2000-09-28 | 2003-03-19 | 만도공조 주식회사 | 열교환기용 코어 |
| KR101738037B1 (ko) * | 2015-05-20 | 2017-05-19 | 희성정밀 주식회사 | 배터리 공냉식 쿨링용 히트싱크, 그 제조 방법 및 배터리 공냉식 쿨링용 히트싱크가 구비된 냉각장치 |
-
2022
- 2022-08-01 KR KR1020220095510A patent/KR102638122B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020085418A (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 昭和電工パッケージング株式会社 | 熱交換器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20240018006A (ko) | 2024-02-13 |
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