KR20200136898A - 열 접촉 및 충전재와, 상기 열 접촉 및 충전재를 갖는 축전지 조립체 - Google Patents

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KR20200136898A
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아르노 마우러
벤야민 슈퇴서
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폴리텍 피티 게엠베하 폴리메레 테크놀로기엔
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 열 전도성 필러 및 적어도 하나의 무-실리콘 베이스 오일을 갖는 열 접촉 및 충전재에 관한 것으로, 상기 열 전도성 필러는 금속 수산화물, 특히 알루미늄 수산화물이고, 상기 열 접촉 및 충전재는 적어도 하나의 화학적으로 가교결합할 수 있는 프리폴리머 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36), 상기 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 상에 배치되는 적어도 하나의 축전지 소자(21, 22, 23, 24), 및 적어도 하나의 바닥판(4)을 포함하는, 특히 차량용의 축전지 조립체(1)에 관한 것이다. 이 축전지 조립체(1)는, 적어도 바닥판(4)과 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 사이 및/또는 축전지 소자(21, 22, 23, 24)와 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 사이에 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 열 접촉 및 충전재로 형성되는 열 전도 층(5)이 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

열 접촉 및 충전재와, 상기 열 접촉 및 충전재를 갖는 축전지 조립체
전자 그리고 에너지-관리 시스템의 운영에 있어서, 열은 방출되고 이것은 열을 발생시키는 장치로부터 빠르고 효과적으로 제거되어야 한다. 능동 부품을 그에 대응하는 열 입력 또는 출력 도관들과 열 접촉시키기 위하여, 전통적으로 나사, 클램프에 의한 또는 납땜 또는 용접 형태의 재료-대-재료 결합에 의한 고정식 기계적 접촉이 생성된다. 비록 기계적 고정은 연결부가 풀릴 수 있는 이점을 갖지만, 능동 부품들 사이의 열 전달은 오직 몇몇 접점들을 통해서만 일어난다. 공기 층이 그 사이에 존재하고 이 공기는 매우 나쁜 열 전도성을 띠기 때문에, 생성된 열은 그저 불완전하게 제거된다. 그러므로, 열 전달을 향상시키기 위하여, 열 전도성 물질은 능동 부품들 사이, 즉 열-발생 부품과 열-제거 부품 사이의 이음새에 도입된다.
이러한 열 전도성 물질은 미세 전자 공학에서, 예를 들어 열-전도 페이스트의 형태로, 알려져 있으며 이는 반도체 칩에서 열을 제거하는 것을 가능케 만든다. 이러한 열-전도 페이스트는 일반적으로, 예를 들어 산화알루미늄, 및 바인더로서 실리콘-함유 베이스 오일과 같은, 금속성 또는 세라믹 입자들로 구성되는 열 전도성 필러이다.
DE 10 2015 118 245 A1은, 예를 들어, 전자 부품을 위한 열-전도 페이스트를 개시하며, 이는 실리콘-함유 베이스 오일과 함께 필러로서 산화알루미늄을 함유한다.
이러한 열-전도 페이스트는 보통 능동 부품들 사이의 이음새에 간단한 방식으로 도입될 수 있고, 이의 연고(paste)와 같은 성질로 인해, 다시 제거할 수도 있게 함으로써 미세 전자 공학의 요건들을 충족한다. 나아가, 예를 들어, 열 교환기에 열 접촉과 같은, 대용량 기술 응용에서 사용될 수도 있다. 그러나, 이의 연고와 같은 성질로 인해, 이러한 열-전도 페이스트는 기계적 스트레스를 받는 응용들에선 그다지 적합하지 않다. 진동이나 움직임과 같은 기계적 스트레스는 능동 부품들 사이의 이음새로부터 열-전도 페이스트가 압출될 수 있어서, 공기가 이음새에 들어갈 수 있다. 이러한 기계적 스트레스는 예를 들어, 차량과 같은 데서 중요한 역할을 하고, 이 때문에 충격, 진동 및 기울어진 위치가 있을 경우에 열 전도성 물질의 적합한 작동 안전성이 차량 부품을 냉각시킬 때 바람직하다. 능동 부품들 사이의 공기층의 형성은 열-제거 부품의 국소적인 과열을 가져올 수 있고, 이 결과 제 기능하는 능력이 제한된다. 따라서, 이음새로부터 열-전도 페이스트가 빠져나오는 것은 열-발생 부품의 고장을 일으킬 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 종래 기술에 알려진 열-전도 페이스트에 비해서 대용량 응용에 적합하고, 그리고 특히 잠재적인 기계적 스트레스에 더 잘 견디는 열 접촉 및 충전재를 제공하는 것이다.
상기한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징들을 갖는 열 접촉 및 충전재에 의하여 그리고 청구항 14의 특징들을 갖는 축전지 장치에 의하여 달성된다. 본 발명적 개념의 유리한 추가적인 개발은 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명에 따른 열 접촉 및 충전재는 적어도 하나의 열 전도성 필러 및 적어도 하나의 무-실리콘 베이스 오일을 포함한다. 여기서 중요한 것은 열 전도성 필러는 금속성 수산화물, 특히 알루미늄 수산화물이라는 점과, 열 접촉 및 충전재는 적어도 하나의 화학적으로 가교결합할 수 있는 프리폴리머(prepolymer) 혼합물을 더 포함한다는 점이다.
종래 기술에 알려진 열-전도 페이스트에 비하여, 본 발명의 열 접촉 및 충전재는, 통상적으로 낮은 상대 밀도이고 저렴한, 금속 수산화물을 열 전도성 필러로서 사용한다는 이점을 갖는다. 본 발명의 범위 내에서 금속 수산화물은 자주 쓰이는 산화알루미늄의 밀도 3.9 g/cm3에 비해 훨씬 더 낮은 밀도 2.4 g/cm3를 갖는 알루미늄 수산화물이다. 열 접촉 및 충전재에 사용되는 성분의 낮은 밀도는 그의 응용의 범위에 선호되는 효과를 갖는다. 대용량 응용의 경우에 있어서, 상대적으로 낮은 밀도 및 그와 관련된 열 접촉 및 충전재의 무게의 감소는 더 선호되게 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
또한, 사용되는 금속 수산화물은 통상적으로 금속 산화물에 비해 상당히 덜 거칠어서, 능동 부품에서뿐만 아니라 본 발명의 열 접촉 및 충전재가 처리되는데 도움을 주는 계량기의 어느 부품에도 부드럽다. 이에 의하여, 능동 부품과 계량기가 조기에 물질이 마모되는 것을 유리하게 회피할 수 있다.
본 발명의 추가적인 이점은 본 발명의 열 접촉 및 충전재가 바인더인 무-실리콘 베이스 오일을 함유한다는 것이다. 일반적으로 알려진 것은 실리콘-함유 베이스 오일은 소량의 휘발성 실리콘 화합물을 함유하는데 이는 베이스 오일에서 주변 공기로 발산된다. 이들 휘발성 실리콘 화합물은 능동 부품을 감싸는 표면 상에 침착될 수 있다. 표면-코팅 또는 접착식-결합 공정들이 이들 오염된 표면 상에서 수행되는 경우, 표면 코팅들 또는 접착층들의 접착을 잃게 될 위험이 존재한다. 휘발성 실리콘 화합물이 전기적 접촉을 하게 될 경우, 스파크를 형성하며 분해되고 절연 산화 층을 형성하여, 결국 접촉하는 기능이 손상되거나 파괴된다. 그러므로 무-실리콘 베이스 오일의 사용은 표면이 휘발성 실리콘으로 둘러싸이는 오염을 유리하게 회피할 수 있다. 또한, 무-실리콘 베이스 오일의 형태를 한 바인더의 사용은 점성을 설정할 수 있고 따라서 열 접촉 및 충전재의 유동성을 원하는 값으로 설정할 수 있게 한다. 이렇게 하여, 열 접촉 및 충전재의 점성 및 유동성은 계획된 응용을 위하여 설정될 수 있다.
화학적으로 가교결합할 수 있는 프리폴리머 혼합물의 존재는, 유리하게도, 열 접촉 및 충전재가 두 능동 부품들 사이의 이음새로 도입된 후에 화학적 가교결합에 의해 폴리머를 형성하도록 경화되는 것을 가능케 한다. 종래 기술에서 알려진 연고 같은 열 전도성 물질에 비해서, 이것은 진동과 움직임으로 인해 기계적 스트레스를 받은 결과로서 열 접촉 및 충전재가 이음새로부터 빠져나오고 그의 위치가 달라지는 것을 방지하고, 그 결과 공기가 열-발생 부품들의 능동 부품들 사이의 이음새로 다시 들어가는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해 열-발생 부품의 국소적인 과열은 회피되고, 그 결과 이 부품의 수명이 궁극적으로 상당히 증가된다.
폴리머의 화학적 가교결합이 바람직하게는 물에 의한, 특히 대기 수분의 형태를 한 물에 의해 효과가 발휘되는 것은 본 발명의 범위 안에 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
상술한 열 접촉 및 충전재는 바람직하게는 상대적으로 큰 부피 또는 간극이 열 전도성으로 그리고 잠재적으로 되돌릴 수 있는 방식으로 채워져야만 하는 에너지 및 전기 분야에 응용을 위해 제공될 수 있다. 이것은 Li 이온 전지 또는 모듈의 계량할 수 있고 수리할 수 있는 열적 접촉이 중요한 곳인 전기 자동차용 배터리로 동력을 공급하는 경우에 주요하다. 게다가, 열 접촉 및 충전재는 또한 바람직하게는 산업 가열 및 냉각 공학, 전기 공학, 전자 공학 및 기계 건설에서 추가적인 응용에도 사용될 수 있다. 이들 응용은, 예를 들어, 태양 수집기 및 집열기에 히트 파이프들의 열 접속, 열 교환기의 가역적 열 접촉, 가열 및 냉각 테이블, 펠티에 소자, 가열 가압 금형 및 압출기, 부각기, 가열 중탕 및 모터의 가역적 열 전도성 임베딩 또는 설치, 전도-전자 부품, LED 램프, 센서 및 온도 센서이다.
유리한 실시 형태에 있어서, 화학적 가교결합할 수 있는 프리폴리머 혼합물은 적어도 하나의 프리폴리머 및 적어도 하나의 가교제를 포함한다. 프리폴리머가 바람직하게는 알콕시실란-작용화된 폴리에테르인 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 튼튼함과 동시에 탄성적인 열 접촉 및 충전재는 통상적으로 알콕시실란-작용화된 폴리에테르의 중합에 의해 형성될 수 있다.
프리폴리머와 가교제의 사용은 3차원 폴리머 네트워크의 형성을 가능하게 하고 따라서 탄성적인, 치수적으로 안정한 물질을 형성할 수 있게 해준다. 이것은 열-발생 부품의 충격, 진동, 기울어진 자세와 온도 변화 하에서 작동 안정성의 보다 더 나은 최적화를 가져다 준다. 열 접촉 및 충전재의 원하는 탄성이 가교결합 이후에 보유될 수 있고, 물질을 열-발생 부품으로부터 다시 떼어낼 수 있고 문제없이 제거할 수 있도록 설정할 수 있는 프리폴리머에 대한 가교제의 비율이 본 발명의 범위 내에 있다.
열 접촉 및 충전재의 추가적인 유리한 실시 형태에 있어서, 가교제는 유기기능성 실란(organofunctional silane)이다. 본 화합물의 목적을 위하여, 유기기능성 실란은 반응성 유기 그룹을 구비한 실란인 하이브리드 화학 화합물이고, 그 결과 이것은 프리폴리머들 사이의 가교제, 즉 “분자 다리”로서 역할을 할 수 있다. 시중에 가능한 실란은, 예를 들어, 아미노, 에폭시, 글리시독시(glycidoxy), 메르캅토(mercapto)와 술피도(sulfido), 이소시아나토(isocyanato), 메타크릴록시(methacryloxy) 및 비닐기를 함유한다.
또한, 유기기능성 실란이 비닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리메톡시실란(3-aminopropyltrimethoxysilane), 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란(3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane)으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
프리폴리머 혼합물의 중합 반응의 반응 속도를 증가시키기 위하여, 추가적으로 유리한 실시 형태는 열 접촉 및 충전재가 중합 촉매를 포함하는 것을 제공한다. 중합 촉매의 존재는 열 접촉 및 충전재의 경화 속도를 최적화한다. 중합 촉매의 종류가 프리폴리머 혼합물의 조성 및 가교된 최종 산물의 원하는 성질의 함수로서 선택될 수 있는 것은 본 발명의 범위 내에 있다.
열 접촉 및 충전재가 자동 가공성을 위해 충분한 유동성을 가져야 하기 때문에, 열 접촉 및 충전재의 추가적인 유리한 실시 형태는 열 접촉 및 충전재에 열 전도성 필러의 비율을 50 내지 90 중량% 범위에서 제공한다. 본 출원인의 연구는 최적의 점도 및 유동성이 열 전도성 필러를 열 접촉 및 충전재에 50 내지 90 중량%의 범위의 비율로 사용함으로써 달성된다는 것을 보여주었다.
나아가, 열 접촉 및 충전재의 유동성 및 점도는 베이스 오일의 비율에 의해서 영향을 받을 수 있다. 이 때문에, 열 접촉 및 충전재에 무-실리콘 베이스 오일의 비율은, 추가적인 유리한 실시 형태에 있어서, 5 내지 50 중량%의 범위에 있다.
열 접촉 및 충전재의 추가적인 유리한 실시 형태에 있어서, 열 접촉 및 충전재에 화학적으로 가교결합할 수 있는 혼합물의 비율은 1 내지 15 중량%의 범위에 있다. 여기서, 더 적은 비율의 화학적으로 가교결합할 수 있는 프리폴리머 혼합물은 완전히 중합된 상태에서 열 접촉 및 충전재가 덜 단단하고 치수적으로 덜 안정적으로 만든다. 상응하게, 더 큰 비율의 화학적으로 가교결합할 수 있는 프리폴리머 혼합물은 더 단단하고 치수적으로 더 안정적으로 만든다. 따라서 열 접촉 및 충전재의 원하는 성질은 사용자가 계획된 응용에 따라서 간단한 방식으로 선택할 수 있다.
무-실리콘 베이스 오일은 바람직하게는 고-비등(high-boiling)이다; 특히 무-실리콘 베이스 오일은 바람직하게는 20℃ 온도에서 < 10-4 hPa의 증기압을 갖는다.
열 접촉 및 충전재의 무-실리콘 베이스 오일은 바람직하게는 에스테르이다. 에스테르를 베이스 오일로 사용하는 것은, 예를 들어 윤활제의 생산에서, 일반적으로 알려져 있다. 이것은 합성물과, 예를 들어 식물성 오일 또는 동물성 지방과 같은, 천연 유래의 것으로 세분될 수 있다. 열 접촉 및 충전재용으로 사용하는 에스테르는 바람직하게는 고-비등, 합성 에스테르로서 이는 높은 산화 안정성 및 낮은 기화 경향성을 나타내고 그러므로 50℃ 내지 150℃ 범위의 상승된 온도에서 사용될 수도 있다. 용어 “고-비등 에스테르”는 20℃ 온도에서 < 10-4 hPa의 증기압을 갖는 에스테르를 말한다.
열 접촉 및 충전재의 계획된 사용에 대한 관점에서 최적의 가교결합 속도를 달성하기 위하여, 열 접촉 및 충전재는, 추가적인 유리한 실시 형태에 있어서, 0.1 mm/일 내지 10 mm/일, 바람직하게는 0.5 mm/일 내지 7 mm/일, 특히 바람직하게는 1 mm/일 내지 5 mm/일의 경화 속도를 갖는다. 결과적으로, 열 접촉 및 충전재는 능동 부품들 사이의 이음새에 시간 압박 없이 도입될 수 있고 동시에 긴 경화 시간은 회피될 수 있다. 이것은 궁극적으로 열 접촉 및 충전재의 가공성에 긍정적인 효과를 갖는다.
열 접촉 및 충전재의 최적의 유동성을 보장하기 위하여, 열 접촉 및 충전재의 추가적인 유리한 실시 형태는 열 접촉 및 충전재가 50 내지 500 Pa·s 범위의 동적 점도(dynamic viscosity)(40℃에서 회전형 점도계를 사용해 측정됨)를 갖도록 제공된다.
열 접촉 및 충전재의 유동성이 유변학적 첨가물(rheological additives)을 첨가해서 원하는 값으로 설정될 수 있는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 이러한 유변학적 첨가물은 바람직하게는 0.1-5 중량%의 양만큼 열 접촉 및 충전재에 존재할 수 있고 열 접촉 및 충전재의 점도를 증가시키는 역할을 할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
또한, 열 접촉 및 충전재는, 추가적인 유리한 실시 형태에 있어서, 1 내지 5 W/m·K 범위의 열 전도도를 갖는다. 열 접촉 및 충전재의 열 전도도는 그의 조성에 따라 달라지고 성분들의 적절한 선택에 의해 적당하게 설정될 수 있다. 이것은 열 전도도가 응용에 따라서 선택되는 것과 동시에 비용-최적화된 물질의 생산을 가능케 한다.
열 접촉 및 충전재의 추가적인 유리한 실시 형태에 있어서, 이것은 1.5 내지 2.5 g/cm3 범위의 비밀도(specific density)를 갖는다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 열 접촉 및 충전재는 무-실리콘 베이스 오일을 갖는다. 추가적인 유리한 실시 형태에 있어서, 열 접촉 및 충전재는 무-실리콘이다. 이것은 베이스 오일에서 그리고 열 접촉 및 충전재의 다른 성분들에서도 나오는 휘발성 실리콘 화합물에 의해 둘러싸인 표면들의 오염이 회피되는 것을 보장한다. 따라서 열-발생 소자의 환경에서 추가적인 부품의 기능의 손상은 방지될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 특히 차량용, 충전형 배터리 장치로서, 적어도 하나의 지지부, 적어도 하나의 충전형 배터리 소자 및 적어도 하나의 바닥판을 포함하는 충전형 배터리 장치를 제공한다. 충전형 배터리 소자는 지지부 상에 배치되고, 지지부는 바닥판 상에 배치되어 있다.
충전형 리튬 이온 배터리와 같은 충전형 배터리 장치는 차량 건조 분야에 전기 자동차용 동력 배터리로 잘 알려져 있다. 여기서, 개개의 리튬 이온 전지들은 지지부 상에 체결되고, 충전형 리튬 이온 배터리의 전력을 증가시키기 위하여 리튬 이온 전지들을 갖는 복수의 지지부들은 바닥판에 체결된다. 리튬 이온 전지들에서 발생하는 열을 효과적으로 전도시켜 보내기 위하여, 지지부 및 바닥판 모두 열-제거 요소로서 역할을 한다. 통상적인 냉각 시스템은 수냉 또는 종래 기술에 설명된 열-전도 페이스트에 기초한다. 수냉의 경우에, 액체가 능동 부품들 사이의 이음새에서 균일하게 흐르지 않는다는 문제가 존재하고, 그 결과 고른 열 제거를 보장하지 못한다. 결과적으로 충전형 배터리 장치의 고장은 발생할 수 있다.
시중에서 가능한 열-전도 페이스트를 사용하면, 위에서 언급했던 단점들이 발생한다. 예를 들어, WO 2012/013789 A1은 서로 연결되고 서로 병렬로 배치된 복수의 충전형 배터리 소자들을 갖고, 충전형 배터리 소자들에 의해 발생된 열은 실리콘-함유 베이스 오일을 함유한 열-전도 페이스트를 통해서 제거되는 충전형 배터리 장치를 개시한다. 위에서 말한 것처럼, 이러한 실리콘-함유 베이스 오일은 주변 공기로 베이스 오일로부터 발산될 수 있는 소량의 휘발성 실리콘 화합물을 함유한다. 휘발성 실리콘 화합물이 전기 접촉하게 될 경우, 이는 스파크 형성에 의해 분해되고 절연 산화 층을 형성하여, 접촉 기능을 손상시키거나 파괴한다. 이것은 충전형 배터리 장치의 수명에 악영향을 준다.
그러므로 열 제거를 가능케 만들고 충전형 배터리 장치의 부품의 수명을 증가시키기 위하여, 그러므로 본 발명의 충전형 배터리 장치는, 중요한 측면으로서, 적어도 바닥판과 지지부 사이에 및/또는 충전형 배터리 소자와 지지부 사이에 배치되는 열 전도 층을 제공한다. 열 전도 층은 청구항 1 내지 13 중 어느 것으로 청구된 바에 따른 열 충전 및 접촉 물질로 형성된다.
작동 상태에서 충전형 배터리 장치의 안정성을 최적화하기 위하여, 개별적인 충전형 배터리 소자들이 지지부 상에 기계적으로 고정되거나 및/또는 지지부가 바닥판 상에 기계적으로 고정되는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 이것은 작동 상태에 있는 충전형 배터리 장치의 필요한 충격 강도를 보장한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
충전형 배터리 장치의 작동의 과정 동안에, 하나 이상의 충전형 배터리 소자들의 고장은 일어날 수 있고, 이는 충전형 배터리 장치의 전력을 감소시킨다. 이 때문에, 결함이 있는 충전형 배터리 소자는 그의 지지부와 함께 또는 지지부 없이 바닥판으로부터 제거되고 교체되어야만 한다. 이러한 교체가 간단한 방식으로 수행될 수 있게 하기 위해서, 충전형 배터리 장치의 제1 유리한 실시 형태는 열 전도 층이 바닥판과 지지부 사이에 떼어낼 수 있게 배치되도록 제공한다. 이것은 열 접촉 충전재가 충전형 배터리 장치의 연결, 수리 또는 재활용의 경우에 적당한 힘을 써서 제거하는 것을 가능케 하고, 그 결과 지지부 및/또는 바닥판을 다시 쓸 수 있다.
충전형 배터리 소자들과 지지부 및/또는 지지부와 바닥판 사이의 수 밀리미터의 공극의 제조-관련 공차들을 보상할 수 있도록 하기 위하여, 열 전도 층은 또한, 바람직하게는 요변성(thixotropic) 성질을 갖는다. 이 요변성 성질은 바람직하게는 열 접촉 및 충전재의 조성의 적절한 선택에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 요변성 열 전도 층은 바람직하게는 열 접촉 및 충전재에서 프리폴리머 혼합물 및/또는 가교제 및/또는 베이스 오일의 비율에 의해서 획득될 수 있다. 열 전도 층의 요변성 성질은 또한, 선호되는 방식에 있어서, 층의 치수적 안정성에 긍정적인 효과를 가져서, 열 전도 층의 수명을 증가시키고 열 전도성이 나쁜 공기 층의 형성을 방지한다.
열 접촉 및 충전재의 열 전도 층이 유변학적 첨가물 형태의 안정화제와 같은 추가적인 첨가물을 함유하도록 만들어지는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 이러한 첨가물들의 첨가는 열 전도 층 또는 열 접촉 및 충전재의 점도를 설정하는 것과 바람직하게는 열 전도 층의 치수적 안정성에 영향을 주는 것도 가능케 한다.
충전형 배터리 장치의 유리한 실시 형태에 있어서, 열 전도 층은 0.1 mm 내지 10 mm, 바람직하게는 0.5 mm 내지 5 mm, 특히 바람직하게는 1mm 내지 3 mm 범위의 층 두께를 가질 수 있다. 따라서 층 두께는 능동 부품들 사이의 간극의 크기에 최적으로 맞춰질 수 있다.
본 발명의 추가적인 유리한 성질들은 도면을 참조하여 실시 예들의 다음 설명으로부터 도출될 수 있다. 도면은 다음을 도시한다:
도 1은 본 발명에 따른 충전형 배터리 장치의 제1 실시 예의 도식적인 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 충전형 배터리 장치의 실시 예의 상세한 단면도; 및
도 3은 본 발명에 따른 충전형 배터리 장치의 제2 실시예의 상세한 단면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 충전형 배터리 장치(1)의 제1 실시 예를 도시한다. 충전형 배터리 장치(1)는 복수의 충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24), 복수의 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 및 바닥판(4)을 갖는다.
본 실시 예에서는, 4개의 충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24)이 지지부(31) 상에 설치되고 후자에 나사 결합된다. 지지부(31)는 열 전도성 판으로 구성되고 결국 바닥판 상에 설치되고 후자에 나사 결합된다. 이것은 작동하는 동안에 장치가 충격을 받거나 자세가 기울어지는 경우에 충전형 배터리 장치(1)의 안정성을 보장한다. 본 실시 예에서, 지지부(31) 및 바닥판(4)도 금속으로 만들어진다. 그러나, 본 발명은 이로 제한되지 않는다. 지지부(31) 및/또는 바닥판(4)은 또한, 그라파이트와 같은 다른 열 전도성 물질로 만들어질 수 있다.
충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24)은 한 줄로 서로 평행하게 배치되고 리튬 이온 전지로 구성된다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 그러므로 마찬가지로 다른 종류의 충전형 배터리가 사용될 수 있는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 나아가, 충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24)은 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 상에 상대적으로 서로 다른 방향으로 배치될 수도 있다.
각기 서로 평행하게 배치된 4개의 배터리 소자들을 갖는 추가적인 5개의 지지부들(32, 33, 34, 35, 36)은 바닥판(4) 상에 설치되고, 이는 지지부(31)에 비해 훨씬 더 큰 치수를 갖고, 마찬가지로, 바닥판에 나사 결합된다. 도 1의 명확성을 도모하기 위하여, 추가적인 충전형 배터리 소자들의 번호 붙이기는 생략되었다.
본 발명의 범위 내에서, 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36)의 개수 및/또는 충전형 배터리 소자(21, 22, 23, 24)의 개수는 또한 달라질 수 있다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36)와 바닥판(4) 사이에 열 전도 층(5)이 존재한다. 충전형 배터리 소자(21, 22, 23, 24)들이 발생시키고 지지부로 전도되어 나가는 열은 층(5)을 통해 바닥판(4)으로 전도되어 나간다. 여기서 열 전도 층(5)이 충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24)과 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36)들 사이에도 설치되는 것(도 1에선 보이지 않음)은 본 발명의 범위 내에 있다.
열 전도 층(5)은, 본 실시 예에 있어서, 본 발명에 따른 열 접촉 및 충전재로 구성되고, 이는, 그 중에서도, 필러로서 알루미늄 수산화물 그리고 무-실리콘 베이스 오일로서 고-비등 합성 에스테르를 함유한다.
도 1에서 또한 볼 수 있는 바와 같이, 열 전도 층(5)은 6 개의 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 및 바닥판(4) 사이의 전체 영역에 걸쳐 도포되었다. 또한, 층은 1 mm의 층 두께(도 1에선 보이지 않음)를 갖는다. 이것은 본 실시 예에서 최적의 열 제거를 가능케 한다. 다만, 열 전도 층(5)이 6 개의 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36)와 바닥판(4) 사이에 0.1 내지 5 mm의 범위의 층 두께로 점 및/또는 줄로 도포되는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.
도 2는 본 발명에 따른 충전형 배터리 장치(1)의 상술한 실시 예의 단면을 도시한 상세도를 보여준다. 충전형 배터리 장치(1)는 도 1에 표현된 구성과 동일한 구조를 갖는다. 이 경우에, 역시도, 4 개의 충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24)은 지지부(31) 상에 설치되고 후자에 나사 결합된다(나사 연결은 보이지 않음). 지지부(31)는 열 전도성 판으로 구성되고 결국 바닥판(4) 상에 설치되고 후자에 나사 결합된다(마찬가지로 나사 연결은 보이지 않음). 이것은 작동하는 동안 장치가 충격을 받거나 자세가 기울어지는 것에 대한 충전형 배터리 장치(1)의 안정성을 보장한다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 열 전도 층(5)은 지지부(31)와 바닥판(4) 사이에 존재한다. 충전형 배터리 소자(21, 22, 23, 24)에서 발생하여 지지부로 전도되 나가는 열은 이 열 전도 층(5)을 통해 바닥판(4)으로 전도되어 나간다.
도 3은 본 발명에 따른 충전형 배터리 장치(1)의 제2 실시 예의 단면을 도시한 상세도를 보여준다. 상세도에서 충전형 배터리 장치(1)는 도 2에 표현된 구성과 동일한 구조를 갖고, 이 때문에 이 시점에서는 더 상세히 들어가지 않을 것이다. 상술한 실시 예와의 차이점은 열 전도 층(51)이 지지부(31)와 바닥판(4) 사이에만 위치하는 것이 아니라, 대신에 열 전도 층(52, 53, 54)이 또한 개개의 충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24) 사이에도 지지부(31)로 수직으로 설치된다. 개개의 충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24)이 발생한 열은 이 방식에 의해서 주위의 충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24)에 걸쳐 대류에 의해 고르게 분산되고, 그 결과 지지부(31)로 및 바닥판(4)으로의 열 제거는 최적화된다. 개개의 충전형 배터리 소자들(21, 22, 23, 24) 사이에서 지지부(31)의 수직으로 설치되는 열 전도 층(52, 53, 54)이 연속적인 한 층으로 또는 지점들에만 존재하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 이 열 전도 층(52, 53, 54)은 본 발명에 따른 열 접촉 및 충전재로 이루어지며; 본 경우에 있어서 층은 열 전도 층(5)과 동일한 구성을 갖는다.

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 열 전도성 필러 및 적어도 하나의 무-실리콘 베이스 오일을 포함하는 열 접촉 및 충전재에 있어서,
    상기 열 전도성 필러는 금속 수산화물, 특히 알루미늄 수산화물이고, 상기 열 접촉 및 충전재는 적어도 하나의 화학적으로 가교결합할 수 있는 프리폴리머 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학적으로 가교결합할 수 있는 프리폴리머 혼합물은 적어도 하나의 프리폴리머 및 적어도 하나의 가교제를 포함하고, 상기 프리폴리머는 바람직하게는 알콕시-작용화된 폴리에테르(alkoxy-functionalized polyether)인 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가교제는 유기기능성 실란(organofunctional silane), 바람직하게는 비닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리메톡시실란(3-aminopropyltrimethoxysilane), 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란(3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane)으로 구성된 그룹에서 선택되는 유기기능성 실란인 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 접촉 및 충전재는 중합 촉매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 접촉 및 충전재에서 열 전도성 필러의 비율은 50 내지 90 중량% 범위인 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 접촉 및 충전재에서 무-실리콘 베이스 오일의 비율은 5 내지 50 중량% 범위인 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 접촉 및 충전재에서 화학적으로 가교결합할 수 있는 프리폴리머의 비율은 1 내지 15 중량% 범위인 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무-실리콘 베이스 오일은 에스테르, 바람직하게는 고-비등 합성 에스테르인 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 접촉 및 충전재는 0.1 mm/일 내지 10 mm/일, 바람직하게는 0.5 mm/일 내지 7 mm/일, 특히 바람직하게는 1 mm/일 내지 5 mm/일의 경화 속도를 갖는 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 접촉 및 충전재는 50 내지 500 Pa·s 범위의 동적 점도(dynamic viscosity)를 갖는 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 접촉 및 충전재는 1 내지 5 W/m·K 범위의 열 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 접촉 및 충전재는 1.5 내지 2.5 g/cm3 범위의 비밀도(specific density)를 갖는 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 접촉 및 충전재는 실리콘이 없는 것을 특징으로 하는, 열 접촉 및 충전재.
  14. 충전형 배터리 장치(1), 특히 차량용 충전형 배터리 장치(1)로서,
    적어도 하나의 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36), 상기 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 상에 배치되는 적어도 하나의 충전형 배터리 소자(21, 22, 23, 24), 및 상기 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36)가 위에 배치되는 적어도 하나의 바닥판(4)을 포함하고,
    제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 열 접촉 및 충전재로 만들어진 열 전도 층(5)이 적어도 상기 바닥판(4)과 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 사이 및/또는 상기 충전형 배터리 소자(21, 22, 23, 24)와 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는, 충전형 배터리 장치(1).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열 전도 층(5)은 상기 바닥판(4)과 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 사이 및/또는 상기 충전형 배터리 소자(21, 22, 23, 24)와 지지부(31, 32, 33, 34, 35, 36) 사이에 분리가능하게 배치되거나, 및/또는 요변성(thixotropic) 성질을 갖는 것을 특징으로 하는, 충전형 배터리 장치(1).
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 열 전도 층(5)은 0.1 mm 내지 10 mm, 바람직하게는 0.5 mm 내지 5 mm, 특히 바람직하게는 1 mm 내지 3 mm 범위의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 충전형 배터리 장치(1).
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