KR20240063316A - 화재 방지기능을 갖는 배터리팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 관한 것으로, 히트싱크 사이의 내부 공간에 구비된 배터리팩에서 발산되는 열기를 알루미늄 재질의 히트싱크를 통해 방출하면서, 이 히트싱크로 배터리팩이 설치된 내부공간의 공기를 냉각하되, 특히, 배터리팩에서 발생되는 화재를 소화패드로 소화 차단하여, 배터리팩의 화재를 방지하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 배터리팩이 설치된 내부공간의 공기가 히트싱크와의 열교환작용으로 냉각되되, 배터리팩에서 발산되는 열기가 히트싱크를 통해 외부로 방출되어, 내부공간 내에 열기가 체류될 우려가 없고, 내부공간 내의 열기가 체류되는 것을 방지하여 배터리팩에 열기가 점차적으로 가해지는 것이 방지되며, 또한, 내부 공간의 공기온도 저하 및 열기 방출로 히트싱크, 제1, 제2마감판 및 배터리팩이 열기 압력에 의해 팽창되어 형상 변형을 일으키는 것이 방지되고, 또한, 가열로 인한 배터리팩 화재시 소화패드로 배터리팩에서 발생된 화염을 소화하면서, 배터리팩의 화재를 차단하여, 배터리팩의 화재 및 폭발 위험성이 저하되며, 특히, 배터리팩에 고온의 열기가 가해지는 것을 방지하여, 배터리팩 손상으로 인한 성능저하를 방지할 수 있고, 이에따라, 제품의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

Description

화재 방지기능을 갖는 배터리팩{Battery pack with fire protection function}
본 발명은 배터리팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리팩의 상, 하단을 마감하는 제1마감판부의 서로 마주보는 면에 소화패드를 부착 형성하되, 이 소화패드에 배터리팩에서 발생된 화염이 접촉되도록 허용하여, 배터리팩에서 화재가 발생되는 것을 방지하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리팩은 복수개의 배터리셀을 하나로 합쳐 외부 환경의 물리적 충격으로부터 보호되면서, 특정한 역할을 수행하도록 만들어진다.
즉, 소형 또는 대형 전자기기나 전기차와 같은 전기를 필요로 하는 장치 혹은 장비에 설치되어, 전기를 공급하는데 사용된다.
특허문헌 1은 종래의 전기차 전용 배터리케이스를 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, 양단에 하방으로 절곡 형성된 수칙측판부를 형성한 상부덮개판과, 수평덮개판의 수칙측판부 사이로 진입 체결되어, 상부덮개판 하부를 밀폐하는 하부바닥판, 상부덮개판과 하부바닥판 사이의 양단에 체결 고정되어, 상부덮개판과 하부바닥판 사이의 양단을 밀폐 고정하는 단측부마감판 및 하부바닥판 저면에 밀착 고정되는 베이스판으로 구성된다.
여기서, 배터리를 구비하되, 이 배터리가 상부덮개판에 내부 공간으로 진입되도록 한다.
그리고, 상부덮개판은 수평을 이루는 수평덮개부 양단에서 수직측판부를 직교되는 방향으로 연장형성하여, 하부바닥판의 수평바닥부 양단에서 수직측판부에 대응하도록 직립되게 형성된 장변테두리부가 수칙측판부 내에 밀착 고정되도록 한다.
그러면, 하부바닥판의 장변테두리부와 직교되는 방향에서 상방으로 직립되게 돌출 형성된 단측테두리부가 상부덮개판 양단으로 노출된 상태를 유지하고, 이때, 단측부마감판의 수직마감판가 수평덮개부와 하부바닥판 양단 사이의 공간을 밀폐하도록 마감하는 것이다.
즉, 단측부마감판의 수직마감판을 수평덮개부 및 하부바닥판의 단측테두리부에 밀착하여, 체결 고정함으로써, 단측부마감판의 수직마감판에 의해 상부덮개판 및 하부바닥판 양단 사이의 공간이 밀폐된다.
이후, 단측부마감판의 잭연결공을 통해 선을 통과시켜, 이 선이 배터리와 연결되도록 하는 것이다.
하지만, 상기와 같은 특허문헌 1은, 상부덮개판, 하부바닥판 및 단측부마감판에 의해 배터리가 수용된 내부공간이 밀폐되어, 배터리에서 발생되는 열기가 내부 공간에 그대로 잔류되고, 배터리 케이스 내의 열기로 인해 배터리 또는 배터리케이스가 팽창되어, 형상 변형이 발생되며, 배터리의 지속적인 가열로 인해 배터리에서 화재가 발생될 우려가 있고, 배터리 케이스 내에서 배터리가 점차적으로 가열되어 배터리 폭발이 우려되며, 배터리 화재 또는 폭발로 인해 상해를 입을 우려가 있고, 배터리의 가열을 방치와 동시에 배터리의 성능이 급격하게 저하되어, 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
KR 10-2022-0091207 A
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 평행한게 한 쌍으로 구비되어, 내벽면에 체결홈을 형성한 히트싱크를 구비하고, 히트싱크 상, 하단에 체결되되, 서로 마주보는 면에 받침보를 형성하여, 히트싱크 사이의 상, 하단을 마감하는 제1마감판부를 구비하며, 히트싱크 전, 후단에 밀착 고정되어, 히트싱크 사이의 전, 후단을 마감하는 제2마감판부를 형성하고, 서로 접지되도록 복수개로 구비되고, 양단이 히트싱크의 체결홈에 체결되되, 상, 하면이 받침보에 떠받쳐져, 히트싱크 사이에 고정된 배터리팩을 형성하며, 제1마감판부에 소화 쿠션시트층 및 상기 소화 쿠션 시트층 일면 또는 양면에 방열시트층이 적층된 다층 구조의 소화패드를 형성함으로써, 히트싱크 사이의 내부 공간에 구비된 배터리팩에서 발산되는 열기를 알루미늄 재질의 히트싱크를 통해 방출하면서, 이 히트싱크로 배터리팩이 설치된 내부공간의 공기를 냉각하되, 특히, 배터리팩에서 발생되는 화재를 소화패드로 소화 차단하여, 배터리팩의 화재를 방지하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩은, 알루미늄 재질로, 양단에 서로 평행하게 한 쌍으로 형성되고, 서로 마주보는 내벽면에 체결홈을 형성한 히트싱크와; 상기 히트싱크 사이의 상, 하단을 마감하도록 서로 대칭되게 한 쌍으로 설치되고, 서로 마주보는 면에 받침보를 돌출 형성한 제1마감판부; 상기 히트싱크 사이의 전, 후단에 밀착 고정되어, 상기 히트싱크 사이의 전, 후단을 마감하는 한 쌍의 제2마감판부; 열 및 행 방향으로 정해진 간격 이격되게 복수개 구비되어, 서로 접지되도록 이음 연결되고, 양단이 상기 히트싱크의 체결홈에 체결되되, 상면 및 하면이 상기 제1마감판부의 받침보에 떠받쳐져, 상기 히트싱크 사이에 고정 설치된 배터리팩; 및 상기 제1마감판부의 서로 마주보는 면에 정해진 간격 이격되게 복수개로 설치되어 상기 배터리팩에서 화재가 발생되는 것을 방지하는 소화패드;로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 제1마감판부의 받침보는, 상기 제1마감판부의 폭 방향을 향해 정해진 간격 이격되게 복수개로 형성되고, 상기 배터리팩의 상면 및 하면을 떠받쳐, 상기 배터리팩이 상기 제1마감판부 사이에서 상, 하로 유동되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 배터리팩은, 열 및 행 방향으로 정해진 간격 이격되게 복수개로 형성되되, 서로 접지되도록 형성되어, 전원을 공급하는 충전배터리와; 상기 충전배터리 상단 외면을 이음 연결하도록 형성되어, 상기 충전배터리 상단 사이의 이격 거리를 유지하고, 상기 히트싱크의 체결홈 내측 상단에 걸림되어 상기 충전배터리가 상단으로 유동되는 것을 방지하는 상단이음브라켓; 상기 충전배터리 하단 외면을 이음 연결하도록 형성되어, 상기 충전배터리 하단 사이의 이격 거리를 유지하고, 상기 히트싱크의 체결홈 내측 하단에 걸림되어 상기 충전배터리가 하단으로 유동되는 것을 방지하는 하단이음브라켓; 상기 상단이음브라켓의 상면 및 하단이음브라켓의 저면 각각에 설치되어, 복수개의 상기 충전배터리 사이를 접지하는 접지부재;로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 상단이음브라켓은, 정해진 갯수의 상기 충전배터리를 묶음 단위로 연결하는 복수개의 상단번들커버; 상기 상단번들커버 일 측면에서 돌출 형성된 상단연결돌기; 상기 상단연결돌기에 대응하도록 상기 상단번들커버 타 측면에서 함몰형성되어, 상기 상단연결돌기가 끼움 고정되도록 허용하는 상단연결홈; 상기 하단이음브라켓은, 정해진 갯수의 상기 충전배터리를 묶음 단위로 연결하는 복수개의 하단번들커버; 상기 상단연결돌기와 엇갈리도록 상기 하단번들커버 타 측면에서 돌출 형성된 하단연결돌기; 상기 하단연결돌기에 대응하도록 상기 하단번들커버 일 측면에서 함몰형성되어, 상기 하단연결돌기가 끼움 고정되도록 허용하는 하단연결홈;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 소화패드는, 상기 배터리팩에서 발생된 화염이 직접 접촉되도록 허용하여, 화염을 소화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 소화 쿠션시트층은 마이크로 소화캡슐 35 ~ 50 중량% 및 전체 중량 중 나머지 잔량의 바인더 수지를 포함하는 소화 쿠션 형성용 수지의 경화물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 제1방열시트층과 소화 쿠션시트층 사이 및 제2방열시트층과 소화 쿠션시트층 사이에 접착제층 또는 점착제층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 제1방열시트층 및 제2방열시트층 각각은 방열필러 및 아크릴계 바인더 수지를 포함하는 혼합수지로 형성된 방열시트를 포함하며, 상기 아크릴계 바인더 수지는 아크릴레이트 수지, 방열필러, 광개시제, 및 광경화제를 포함하는 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 소화 쿠션시트층 및 제1방열 시트층의 두께비 또는 소화 쿠션시트층 및 제2방열 시트층의 두께비가 1:0.1 ~ 0.5인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 소화 쿠션 형성용 수지의 바인더 수지는 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 난연제를 포함하며, 상기 에폭시 수지는 비스페놀A 다이글리시딜 에테르 100 중량부에 대하여, 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르 50 ~ 100 중량부 및 트라이글리시딜 아미노페놀 에폭시 화합물을 10 ~ 20 중량부를 포함하고, 상기 트라이글리시딜 아미노페놀 에폭시 화합물은 트라이글리시딜p-아미노페놀, 트라이글리시딜 m-아미노페놀, 트라이글리시딜 아미노크레졸 및 트라이페닐 메탄 트라이글리시딜 에테르 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 경화제는 폴리에테르아민 및 지방족 다이아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 경화촉진제는 우레아계 경화촉진제; 및 페놀, 메틸스타이렌네이티드(Phenol, methylstyrenated); 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 바인더 수지는 상기 경화제 30 ~ 45 중량%, 상기 경화촉진제 3 ~ 8 중량%, 상기 난연제 2 ~ 5 중량% 및 나머지 잔량의 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 소화 쿠션시트층은 공기가 충전된 구형 플라스틱 버블을 포함하는 쿠션 버블을 1.0 ~ 5.0 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩에 있어서, 상기 소화 쿠션 형성용 수지는 염료를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리팩이 설치된 내부공간의 공기가 히트싱크와의 열교환작용으로 냉각되되, 배터리팩에서 발산되는 열기가 히트싱크를 통해 외부로 방출되어, 내부공간 내에 열기가 체류될 우려가 없고, 내부공간 내의 열기가 체류되는 것을 방지하여 배터리팩에 열기가 점차적으로 가해지는 것이 방지되며, 또한, 내부 공간의 공기온도 저하 및 열기 방출로 히트싱크, 제1, 제2마감판 및 배터리팩이 열기 압력에 의해 팽창되어 형상 변형을 일으키는 것이 방지되고, 또한, 가열로 인한 배터리팩 화재시 소화패드의 소화캡슐이 소화액을 방출하여 화재를 소화시키면서, 배터리팩의 화재를 차단하여, 배터리팩의 화재 및 폭발 위험성이 저하되며, 특히, 배터리팩에 고온의 열기가 가해지는 것을 방지하여, 배터리팩 손상으로 인한 성능저하를 방지할 수 있고, 이에따라, 제품의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩을 분해한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩의 제2마감판부를 분해하여, 측면에서 바라본 도면.
도 5는 본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩을 제1마감판부를 분해하여, 평면에서 바라본 도면.
도 6은 본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩을 적층 구조로 설치한 상태를 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면,
히트싱크(100)는 알루미늄 재질로, 양단에 서로 평행하게 한 쌍으로 형성되고, 서로 마주보는 내벽면에 체결홈(101)을 형성한다.
상기 히트싱크(100)는 외기와 열교환작용에 의해 냉각된 상태를 유지한다.
상기 히트싱크(100)는 상기 배터리팩(400)에서 발산되는 열기를 전달받아, 외부로 방출한다.
상기 히트싱크(100)는 판재 형상으로 직립되게 설치되어, 서로 평행하게 한 쌍으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 히트싱크(100)는 상기 제1마감판부(200) 및 제2마감판부(300)에 의해 연결되어, 서로 평행하게 형성된 상태를 유지한다.
상기 체결홈(101)은 상기 배터리팩(400)의 상, 하단이음브라켓(402, 403)이 진입되도록 허용하여, 내측 상단 및 하단 각각에 상기 상, 하단이음브라켓(402, 403)이 밀착 걸림되도록 한다.
제1마감판부(200)는 상기 히트싱크(100) 사이의 상, 하단을 마감하도록 서로 대칭되게 한 쌍으로 설치되고, 서로 마주보는 면에 받침보(201)를 돌출 형성한다.
상기 제1마감판부(200)는 상기 히트싱크(100) 상, 하단을 밀폐하여, 상기 배터리팩(400)에 외부충격이 가해지는 것을 방지한다.
상기 제1마감판부(200)는 판재 형상으로 형성되어, 상기 히트싱크(100) 상, 하단을 밀폐 마감하도록, 상기 히트싱크(100) 상, 하면에 밀착 고정되는 것이 바람직하다.
상기 제1마감판부(200)는 서로 마주보는 면에 복수개의 소화패드(500)가 부착되도록 허용한다.
상기 받침보(201)는 상기 히트싱크(100) 사이 공간에 구비되는 상기 배터리팩(400)의 상면 및 하면을 떠받쳐, 상기 배터리팩(400)이 상기 히트싱크(100) 사이 공간에서 상, 하로 유동되는 것을 방지한다.
상기 제1마감판부(200)의 받침보(201)는 상기 제1마감판부(200)의 폭 방향을 향해 정해진 간격 이격되게 복수개로 형성되고, 상기 배터리팩(400)의 상면 및 하면을 떠받쳐, 상기 배터리팩(400)이 상기 제1마감판부(200) 사이에서 상, 하로 유동되는 것을 차단한다.
상기 받침보(201)는 상기 제1마감판부(200)의 폭 길이에 대응하도록 복수개로 형성되는 것이 바람직하다.
제2마감판부(300)는 한 쌍으로 구비되되, 상기 히트싱크(100) 사이의 전, 후단에 밀착 고정되어, 상기 히트싱크(100) 사이의 전, 후단을 마감한다.
상기 제2마감판부(300)는 상기 히트싱크(100) 전, 후단의 개구부를 밀폐 마감한다.
상기 제2마감판부(300)는 내벽면에 상기 배터리팩(400)의 상단이음브라켓(402) 및 하단이음브라켓(403)이 밀착되도록 하여, 상기 배터리팩(400)이 상기 히트싱크(100) 사이 공간에서 전, 후 방향으로 유동되는 것을 차단한다.
배터리팩(400)은 열 및 행 방향으로 정해진 간격 이격되게 복수개 구비되어, 서로 접지되도록 이음 연결되고, 양단이 상기 히트싱크(100)의 체결홈(101)에 체결되되, 상면 및 하면이 상기 제1마감판부(200)의 받침보(201)에 떠받쳐져, 상기 히트싱크(100) 사이에 고정 설치된다.
상기 배터리팩(400)은 전기를 공급받아 작동되는 외부기기(예컨대, 전자기기, 전자장비 또는 전기 자동차)에 설치되어, 외부기기로 전원을 공급한다.
상기 배터리팩(400)은 상기 히트싱크(100) 사이의 공간에 수용되어, 상기 히트싱크(100), 제1마감판부(200) 및 제2마감판부(300)에 의해 밀폐된다.
상기 배터리팩(400)은 열 및 행 방향으로 정해진 간격 이격되게 복수개로 형성되되, 서로 접지되도록 형성되어, 전원을 공급하는 충전배터리(401)와, 상기 충전배터리(401) 상단 외면을 이음 연결하도록 형성되어, 상기 충전배터리(401) 상단 사이의 이격 거리를 유지하고, 상기 히트싱크(100)의 체결홈(101) 내측 상단에 걸림되어 상기 충전배터리(401)가 상단으로 유동되는 것을 방지하는 상단이음브라켓(402), 상기 충전배터리(401) 하단 외면을 이음 연결하도록 형성되어, 상기 충전배터리(401) 하단 사이의 이격 거리를 유지하고, 상기 히트싱크(100)의 체결홈(101) 내측 하단에 걸림되어 상기 충전배터리(401)가 하단으로 유동되는 것을 방지하는 하단이음브라켓(403) 및 상기 상단이음브라켓(402)의 상면 및 하단이음브라켓(403)의 저면 각각에 설치되어, 복수개의 상기 충전배터리(401) 사이를 접지하는 접지부재(404)로 구성된다.
상기 충전배터리(401)는 외부 전원을 공급받아 충전되어, 전원을 출력하면서 방전된다.
상기 충전배터리(401)는 묶음 단위를 이루도록 서로 접지 연결되는 것이 바람직하다.
상기 상단이음브라켓(402)은 복수개로 구비되어, 상기 충전배터리(401)가 묶음 단위를 이루도록 상기 충전배터리(401) 상단 사이를 연결한다.
상기 상단이음브라켓(402)은 상기 히트싱크(100)의 체결홈(101)에 슬라이딩 방식으로 삽입 체결되는 것이 바람직하다.
상기 상단이음브라켓(402)은 정해진 갯수의 상기 충전배터리(401)를 묶음 단위로 연결하는 복수개의 상단번들커버(402a)와, 상기 상단번들커버(402a) 일 측면에서 돌출 형성된 상단연결돌기(402b) 및 상기 상단연결돌기(402b)에 대응하도록 상기 상단번들커버(402a) 타 측면에서 함몰형성되어, 상기 상단연결돌기(402b)가 끼움 고정되도록 허용하는 상단연결홈(402c)을 더 포함한다.
상기 상단번들커버(402a)는 복수개로 이격 형성된 복수개의 상기 충전배터리(401) 외면을 감싸도록 형성되어, 상기 충전배터리(401)가 정해진 갯수를 이루도록 묶음단위로 고정한다.
상기 상단번들커버(402a)는 다른 상기 상단번들커버(402a)와 연결되어, 일체로 묶음된다.
상기 상단번들커버(402a)는 상기 제2마감판부(300)의 내벽면에 밀착되어, 상기 배터리팩(400)의 상단부가 상기 히트싱크(100) 사이의 공간에서 전, 후 방향으로 유동되는 것을 차단한다.
상기 상단연결돌기(402b)는 다른 상기 상단번들커버(402a)의 상단연결홈(402c)내로 삽입 결합되어, 상기 상단번들커버(402a)가 다른 상기 상단번들커버(402a)에 연결되도록 한다.
상기 상단연결홈(402c)은 다른 상기 상단번들커버(402a)의 상단연결돌기(402b)가 삽입 결합 되도록 허용하여, 상기 상단번들커버(402a)가 다른 상기 상단번들커버(402a)에 연결되도록 한다.
상기 하단이음브라켓(403)은 복수개로 구비되어, 상기 충전배터리(401)가 묶음 단위를 이루도록 상기 충전배터리(401) 하단 사이를 연결한다.
상기 하단이음브라켓(403)은 상기 히트싱크(100)의 체결홈(101)에 슬라이딩 방식으로 삽입 체결되는 것이 바람직하다.
상기 하단이음브라켓(403)은 정해진 갯수의 상기 충전배터리(401)를 묶음 단위로 연결하는 복수개의 하단번들커버(403a)와, 상기 상단연결돌기와 엇갈리도록 상기 하단번들커버(403a) 타 측면에서 돌출 형성된 하단연결돌기(403b) 및 상기 하단연결돌기(403b)에 대응하도록 상기 하단번들커버(403a) 일 측면에서 함몰형성되어, 상기 하단연결돌기(403b)가 끼움 고정되도록 허용하는 하단연결홈(403c)을 더 포함한다.
상기 하단번들커버(403a)는 복수개로 이격 형성된 복수개의 상기 충전배터리(401) 외면을 감싸도록 형성되어, 상기 충전배터리(401)가 정해진 갯수를 이루도록 묶음단위로 고정한다.
상기 하단번들커버(403a)는 다른 상기 하단번들커버(403a)와 연결되어, 일체로 묶음된다.
상기 하단번들커버(403a)는 상기 제2마감판부(300)의 내벽면에 밀착되어, 상기 배터리팩(400)의 하단부가 상기 히트싱크(100) 사이의 공간에서 전, 후 방향으로 유동되는 것을 차단한다.
상기 하단연결돌기(403b)는 다른 상기 하단번들커버(403a)의 하단연결홈(403c)내로 삽입 결합되어, 상기 하단번들커버(403a)가 다른 상기 하단번들커버(403a)에 연결되도록 한다.
상기 하단연결홈(403c)은 다른 상기 하단번들커버(403a)의 하단연결돌기(403b)가 삽입 결합 되도록 허용하여, 상기 하단번들커버(403a)가 다른 상기 하단번들커버(403a)에 연결되도록 한다.
소화패드(500)는 제1방열시트층과, 소화 쿠션시트층 및 제2방열시트층을 차례대로 적층한 다층 구조로 형성되고, 상기 제1마감판부(200)의 서로 마주보는 면에 정해진 간격 이격되게 복수개로 설치되어 상기 배터리팩(400)에서 화재가 발생되는 것을 방지한다.
상기 소화패드(500)는 사각 형상으로 형성되거나 혹은 다각형상으로 형성되고, 열 및 행 방향으로 정해진 간격 이격되게 복수개로 설치되어, 상기 배터리팩(400)에서 발생된 화재가 상기 제1마감판부(200)를 통해 외부로 번져 나가는 것을 차단한다.
상기 소화패드(500)는 정해진 두께를 갖는 판막 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 소화패드(500)는 상기 배터리팩(400)에서 발생된 화염이 직접 접촉되도록 허용하여, 화염을 소화한다.
상기 소화패드(500)는 그 내부에 접촉되는 화염이 소화되도록 하는 물질을 구성하는 것이 바람직하다.
상기 소화패드(500)는 소화 쿠션시트 및 상기 소화 쿠션시트의 상부 및/또는 하부에 방열시트가 적층되어 일체화되고, 바람직하게는 제1방열시트층, 소화 쿠션시트층, 및 제2방열시트층이 차례대로 적층된 다층 구조로 형성된다.
상기 소화 쿠션시트층은 소화 쿠션시트가 단층 또는 2층 이상의 시트가 적층되어 형성될 수도 있다.
상기 방열시트는 제1방열시트층 및/또는 제2방열시트층을 형성하며, 제1방열시트층 및/또는 제2방열시트층은 배터리 팩의 셀과 직접 접촉하여 셀에서 발생하는 열을 외부로 빠르게 배출하는 역할을 수행한다.
상기 방열시트는 방열필러, 아크릴계 바인더 수지 및 유기용매를 포함하는 혼합수지로 성형하여 제조한 시트로서, 상기 아크릴계 바인더 수지는 아크릴레이트 수지, 광개시제 및 광경화제를 포함하며, 상기 혼합수지를 광중합반응시켜서 아크릴계 바인더 수지에 의해 형성된 매트릭스 내 방열필러가 존재하는 방열시트를 제조하게 된다.
상기 아크릴계 바인더 수지는 아크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 광개시제 0.1 ~ 5.0 중량부, 광경화제 0.1 ~ 10.0 중량부를, 바람직하게는 광개시제 0.3 ~ 3.7 중량부, 광경화제 2.0 ~ 8.0 중량부를 포함할 수 있다.
상기 아크릴레이트 수지는 알킬(메타)아크릴레이트와 관능기를 포함하는 아크릴레이트((메타)아크릴산, (메타)아크릴아미드, 하이드록시 알킬(메타)아크릴레이트 및 글리시딜(메타)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 광개시제는 당업계에서 사용하는 일반적인 광개시제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 1-하이드록시-사이클로헥실-페닐-케톤, 2-메틸-1[4-(메틸티오)페닐]-2-모포리노프로판-1-온, 페닐비스-(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀옥사이드, 1-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 2-하이드록시-1-[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-메틸-1-프로파논, 2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-[4-(4-모포리닐)페닐]-1-부타논, 페닐 비스(2,4,6,-트리메틸 벤조일), 비스(에타 5-2,4,-시클로펜타디엔-1-일)비스[2,6-다이플루오르-3-(1H-피롤-1-일)페닐]티타늄 및 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥사이드 중에서 선택된 1종 이상으로 포함할 수 있다.
그리고, 상기 광경화제는 당업계에서 사용하는 일반적인 광경화제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 부탄디올 디아크릴레이트(butanediol diacrylate), 1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트(1,6-Hexanediol diacrylate), 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트(tripropylene glycol diacrylate), 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트(dipentaerylthritol pentaacrylate), 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate), 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트(ditrimethylolpropane tetraacrylate) 및 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트(dipentaerythritol hexaacrylate) 중에서 선택된 1종 이상으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 아크릴계 바인더 수지는 점탄성 조절제를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 점탄성 조절제를 1.0 ~ 10.0 중량부로, 더욱 바람직하게는 점탄성 조절제를 2.5 ~ 8.0 중량부로 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 점탄성 조절제는 점착 부여제 역할을 하는 것으로서, 로진계 점착부여제 및/또는 테르펜(terpene)계 점착부여제를 사용하는 것이 좋다.
상기 아크릴계 바인더 수지의 사용량은 혼합수지 100 중량% 중 방열필러 및 유기용매를 제외한 나머지 잔량이다.
방열시트 제조에 사용되는 혼합수지 성분 중 상기 방열필러는 세라믹계 방열필러로서, 수산화알루미늄{Al(OH)3}, 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN) 등을 사용할 수 있으며, 금속계 방열필러로는 분말 또는 필라멘트 형태로 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag)을 사용할 수 있고, 탄소계 방열필러로는 탄소 섬유, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 또는 PCM(phase change material) 캡을 사용할 수 있으며, 방열필러로서, 상기 세라믹계 방열필러, 상기 금속계 방열필러 및 상기 탄소계 방열필러 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 방열필러의 사용량은 혼합수지 100 중량% 중 방열필러 50 ~ 70 중량%, 바람직하게는 55 ~ 68 중량%, 더욱 바람직하게는 57 ~ 65 중량%이며, 방열필러의 사용량이 혼합수지 전체 중량% 중 50 중량% 미만이면 셀에서 발생하는 열을 배터리 팩 외부로 방출하는 효과가 떨어질 수 있고, 70 중량%를 초과하더라도 더 이상의 방열 효과 증대가 없으면서 상대적으로 아크릴 바인더 수지에 의해 형성되는 매트릭스의 기계적 물성이 저조하여 방열시트의 강도, 내충격성 등이 저조한 문제가 발생할 수 있다.
또한, 방열시트 제조에 사용되는 상기 유기용매는 시트 제조를 위해 혼합수지의 점도와 유동성을 조절하여 작업성 및 접착성을 향상시키는 역할을 하며, 상기 유기용매로는 에테르계 용매, 방향족 용매, 아세테이트계 용매, 케톤계 용매, 알코올계 용매 또는 이들이 혼합된 용매가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 환경적 측면에서 알코올계 용매를 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 알코올계 용매로는 디아세톤알콜(DAA), n-부탄올, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 유기용매의 사용량은 혼합수지 100 중량% 중 유기용매 5 ~ 15 중량%, 바람직하게는 7 ~ 12 중량%, 더욱 바람직하게는 7.5 ~ 11.0 중량%이며, 유기용매의 사용량이 5 중량% 미만이면 혼합수지의 점도가 너무 높아서 시트 성형성이 떨어질 수 있고, 15 중량%를 초과하여 사용하면 아크릴 바인더에 의해 형성되는 매트릭스의 기공이 크게 형성되어 방열필러 이탈 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 혼합수지는 방열필러, 아크릴계 바인더 수지 및 유기용매 외에 방열시트의 상전이 물질(PCM, phase change meterial)을 더 포함할 수 있으며, 상전이 물질 사용으로 인해 특정 온도에서 온도가 상승하지 않고 버티는 시간을 길게 하여 그 시간 동안에 방열필러를 통해 열전도가 발생하게 함으로써 배터리 셀의 급격한 온도 상승을 방지하도록 할 수도 있다. 상전이 물질 사용시 이의 함량은 혼합수지 전체 중량% 중 1.0 ~ 5.0 중량%, 바람직하게는 2.0 ~ 4.0 중량%이며, 상전이 물질 사용량이 1.0 중량% 미만이면 그 함량이 너무 적어서 이의 사용으로 인한 효과가 미미하고, 5.0 중량%를 초과하여 사용하면 방열시트의 신율이 떨어지고 크랙이 쉽게 발생할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다. 상기 상전이 물질은 C13 ~ C28의 파라핀(CnH2n+2) 및 지방산(CH3(CH2)2nCOOH) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 소화패드의 소화 쿠션시트층에 대하여 설명한다.
상기 소화 쿠션시트층은 소화 쿠션시트가 단층 또는 2층 이상의 소화 쿠션시트가 적층되어 형성된 것으로서, 상기 소화 쿠션시트는 소화 쿠션 형성용 수지로 성형, 경화, 가공하여 제조한 것이다.
소화 쿠션시트층(또는 소화 쿠션시트)은 바인더에 의해 지지되는 소화캡슐이 다량 분포하며, 배터리 팩 화재 발생시, 열에 의해 바인더가 녹으면서 소화캡슐이 터지게 되고, 마이크로 소화캡슐 내부의 액체 또는 기체 등의 유체에 의해 소화작용을 수행하게 된다.
상기 소화 쿠션 형성용 수지는 마이크로 소화캡슐 및 바인더 수지를 포함한다.
상기 마이크로 소화캡슐은 외피인 마이크로 캡슐 및 상기 외피 내부에 소화약제를 포함한다.
상기 마이크로 소화캡슐은 120 ~ 130℃에서 외피인 마이크로 캡슐이 붕괴, 파괴되면서 내부에 고농축된 청정 소화 약제가 캡슐 외부로 방출되어 초기 화재를 진압할 수 있게 된다.
그리고, 상기 마이크로 소화캡슐은 입경 50 ~ 300㎛, 바람직하게는 입경 50 ~ 200㎛, 더욱 바람직하게는 입경 50 ~ 170㎛의 미세 파우더 타입이며, 마이크로 캡슐 내부에 소화 약제를 포함한다.
마이크로 소화캡슐의 외피인 마이크로 캡슐은 폴리이소시아네이트 프리폴리머 기반 폴리우레아 수지 또는 폴리이소시아네이트 프리폴리머 기반 폴리우레탄 수지로 형성되며, 외피의 두께는 0.5 ~ 1.3㎛인 것이, 바람직하게는 0.7 ~ 1.0㎛인 것이 적절하다. 이때, 외피 두께가 0.5㎛ 미만이면 두께가 너무 얇아서 외부 충격에 의해 너무 쉽게 파괴될 수 있고, 1.3㎛를 초과하면 과하게 두꺼워서, 120~130℃ 에서 외피가 붕괴, 파괴되지 않아서 소화약제 방출이 지연되어 초과 화재 진압이 어려울 수 있다.
그리고, 상기 소화약제는 도데카플루오로-2-메틴펜탄-3-원을 유체 형태로 포함할 수 있으며, 소화약제 함량은 마이크로 소화캡슐 전체 중량% 중 95.0 ~ 98.5 중량%, 바람직하게는 96.0 ~ 98.5 중량% 정도이다.
그리고, 상기 소화 쿠션 형성용 수지 내 마이크로 소화캡슐의 함량은 소화 쿠션 형성용 수지 전체 중량% 중 35 ~ 50 중량%, 바람직하게는 38.0 ~ 47.5 중량%, 바람직하게는 42.5 ~ 46.0 중량%이며, 이때, 마이크로 소화캡슐 함량이 35 중량% 미만이면 소화 쿠션시트의 화재 소화 효과가 부족할 수 있고, 50 중량%를 초과하면 상대적으로 바인더 함량이 적게 되어 소화 쿠션시트의 내충격성 저하 등 기계적 물성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 소화 쿠션 형성용 수지 성분 중 상기 바인더 수지는 소화캡슐과 함께 화재를 소화시키는 역할, 매트릭스를 형성하고, 소화캡슐을 지지, 고정하는 역할을 하며, 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 난연제를 포함한다.
상기 바인더 수지는 주제인 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 난연제를 포함한다.
상기 에폭시 수지는 비스페놀A 다이글리시딜 에테르, 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르 및 트라이글리시딜 아미노페놀 에폭시 화합물을 포함하며, 바람직하게는 비스페놀A 다이글리시딜 에테르 100 중량부에 대하여, 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르 50 ~ 100 중량부 및 트라이글리시딜 아미노페놀 에폭시 화합물을 10 ~ 20 중량부를 포함하고, 더욱 바람직하게는 비스페놀A 다이글리시딜 에테르 100 중량부에 대하여, 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르 70 ~ 90 중량부 및 트라이글리시딜 아미노페놀 에폭시 화합물을 12 ~ 18 중량부를 포함하는 것이 소화 쿠션시트의 적절한 녹는점 확보 및 적절한 기계적 물성 확보 측면에서 유리하다.
그리고, 상기 트라이글리시딜 아미노페놀 에폭시 화합물은 트라이글리시딜p-아미노페놀, 트라이글리시딜 m-아미노페놀, 트라이글리시딜 아미노크레졸 및 트라이페닐 메탄 트라이글리시딜 에테르 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 바인더 수지 성분 중 상기 경화제로는 폴리에테르아민, 폴리(옥시알킬렌)디아민 및 지방족 다이아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리에테르아민 및 지방족 다이아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 폴리에테르아민 및 지방족 다이아민을 1 : 2 ~ 5 중량비로 포함할 수 있다.
그리고, 상기 폴리에테르아민은 4,7,10-트라이옥사트라이데칸-1,13-다이아민을 포함할 수 있으며, 상기 지방족 다이아민은 다이에틸렌트리아민, 트리에틸렌트리아민, 테트라에틸렌펜타민, N-아미노에틸피페라진, 이소포론다이아민, 트리에틸렌테트라아민, 다이에틸렌트리아민, 아미노에틸피페라진, 1,2-다이아미노프로판 및 1,3-다이아미노프로판, 2,2-다이메틸프로필렌다이아민, 1,4-다이아미노부탄, 1,6-다이아미노헥산, 1,7-다이아미노헵탄, 1,8-다이아미노옥탄 1,9-다이아미노노난, 1,12-다이아미노도데칸, 4-아자헵타메틸렌다이아민, N,N'-비스(3-아미노프로필)부탄-1,4-다이아민, 테트라에틸렌펜타민, 3-다이에틸아미노프로필아민, 3,3'-이미노비스프로필아민, 테트라에틸렌펜타민, 3-다이에틸아미노프로필아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌다이아민 및 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌다이아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 바인더 수지 조성 중 상기 경화촉진제는 우레아계 경화촉진제; 및 페놀, 메틸스타이렌네이티드(Phenol, methylstyrenated); 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 우레아계 경화촉진제를 포함할 수 있다.
상기 우레아계 경화촉진제는 1,1-디메틸요소, 1,1,3-트리메틸요소, 1,1-디메틸-3-에틸요소, 1,1-디메틸-3-페닐요소, 1,1-디에틸-3-메틸요소, 1,1-디에틸-3-페닐요소, 1,1-디메틸-3-(3,4-디메틸페닐)요소, 1,1-디메틸3-(p-클로로페닐)요소 및 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메틸요소(DCMU) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 바인더 수지 조성 중 상기 난연제는 당업계에서 사용되는 일반적인 난연제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 할로겐계 난연제, 무기계 난연제 및/또는 인계 난연제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 할로겐계 난연제는 기체 상에서 발생하는 라디칼을 안정화시켜 난연효과를 가진다. 그리고, 상기 무기계 난연제는 열에 의해 휘발되지 않고 분해되어 물, 이산화탄소, 이산화황 등과 같은 불연성 기체를 방출하여 난연 효과를 가지는 것으로서, 산화안티몬, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 인계 난연제는 트리크레실인산(TCP) 등을 사용할 수 있다.
소화 쿠션 형성용 수지의 바인더 수지는 상기 경화제 30 ~ 45 중량%, 상기 경화촉진제 3 ~ 8 중량%, 상기 난연제 2 ~ 5 중량% 및 나머지 잔량의 에폭시 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 경화제 35 ~ 42 중량%, 상기 경화촉진제 3.5 ~ 6.5 중량%, 상기 난연제 3.5 ~ 5.0 중량% 및 나머지 잔량의 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 상기 경화제 함량이 30 중량% 미만이면 소화 쿠션시트의 신율이 부족할 수 있고, 45 중량%를 초과하여 사용하면 소화 쿠션시트의 인장강도는 높으나, 내마모성, 내충격성이 오히려 감소하는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 경화촉진제 사용량이 3 중량% 미만이면 소화 쿠션 형성용 수지로 시트 제조시 경화속도 느려서 생산성이 저하될 수 있고, 8 중량%를 초과하면 수화 쿠션 형성용 수지의 경화 속도가 너무 빨라서,
그리고, 상기 난연제 사용량이 2 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이의 사용으로 인한 난연효과가 미비할 수 있고, 5 중량%를 초과하여 사용하면 소화 쿠션시트의 기계적 물성이 오히려 감소할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 소화 쿠션 형성용 수지는 소화캡슐, 바인더 수지 외에 내충격성 향상을 위해서 공기가 충전된 구형 플라스틱 버블을 포함하는 쿠션 버블을 더 포함할 수 있으며, 쿠션 버블 사용량은 소화 쿠션 형성용 수지 전체 중량% 중 1.0 ~ 5.0 중량%로, 바람직하게는 1.0 ~ 4.0 중량%, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 3.5 중량%로 포함할 수 있다.
또한, 소화 쿠션 형성용 수지는 소화캡슐, 바인더 수지 외에 점착부여제를 더 포함할 수도 있으며, 점착부여제 사용시 이의 함량은 1 ~ 5 중량%, 바람직하게는 1.5 ~ 4.5 중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 ~ 4.5 중량%로 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 점착부여제로는 C6~20의 수첨석유수지(Hydrogenated hydrocarbon resin) 및 C8~10의 석유수지(Petroleum hydrocarbon resin) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 소화 쿠션 형성용 수지는 염료, 대전방지제, 가소제, 강도향상제 등의 기타 첨가제를 소화 쿠션시트의 물성이 저하되지 않는 범위 내에서 추가적으로 포함할 수도 있다.
본 발명의 소화패드를 제조하는 방법은, 방열시트, 소화 쿠션시트를 각각 준비하는 1단계; 상기 소화 쿠션시트의 일면 또는 양면에 접착층 또는 점착층을 형성시키는 2단계; 및 상기 접착층 또는 점착층 상부에 방열시트를 적층 및 결합시키는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
이때, 상기 방열시트 및 소화 쿠션시트 제조에 사용되는 조성은 앞서 설명한 바와 같다.
그리고, 상기 접착층 또는 점착층은 접착 수지 또는 점착 수지를 도포하여 형성시킬 수 있으며, 또는 접착층, 점착제가 구비된 양면테이프를 적용하여 형성시킬 수도 있다.
바람직한 일례를 들면, 소화 쿠션시트의 상부 및 하부 각각에 접착층 또는 점착층이 구비된 이형지를 압착한 다음, 이형지를 제거하고, 접착층 또는 점착층 상부로 방열시트를 적층, 결합시킨 후, UV챔버를 통과시켜서 제1방열시트층-접착층 또는 점착층-소화 쿠션시트층- 접착층 또는 점착층- 제2방열시트층이 차례대로 적층된 형태의 소화패드를 제조할 수 있다.
상기 소화패드의 소화 쿠션시트층 및 제1방열 시트층의 두께비 또는 소화 쿠션시트층 및 제2방열 시트층의 두께비가 1:0.1 ~ 0.5인 것이, 바람직하게는 두께비가 1:0.2 ~ 0.5, 더욱 바람직하게는 두께비가 1:0.3 ~ 0.4인 것이 적절하며, 방열시트층이 너무 얇으면 방열 효과가 떨어지고, 방열 시트층이 두꺼우면 소화 쿠션시트가 열에 의해 녹아 내리는 시간이 지체되어 배터리 팩의 초기 화재 발생에 대한 소화가 지체되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 소화패드는 배터리 팩 내부의 셀과 셀 사이에 삽입되어 적용되며, 소화패드가 셀들과 밀착됨으로써, 셀에서 발생하는 열이 소화패드로 빠르게 전도되어 외부로 방출될 수 있도록 한다. 그리고, 셀이 팽창하면 그 팽창 변위를 흡수하여 셀들이 안정적으로 작동할 수 있도록 하는데, 셀이 팽창하면 소화패드의 소화 쿠션시트층에 포함된 마이크로 소화캡슐 및/도는 쿠션 버블이 셀의 팽창 변위를 흡수할 수 있다. 특히, 상기 쿠션 버블은 셀의 팽창 변위를 흡수할 뿐만 아니라, 외부로부터 강한 충격을 흡수하여 셀에 충격이 전달되지 않도록 하는 효과도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
실시예 1 : 마이크로 소화캡슐의 제조
폴리이소시아네이트 프리폴리머 기반 폴리우레아 수지를 캡슐 형성 수지로 준비하고, 소화약제로서 도데카플루오로-2-메틴펜탄-3-원을 준비하였다.
상기 캡슐 형성 수지를 중합반응을 수행하여 캡슐을 제조한 후, 상기 소화약제를 캡슐에 주입하여 마이크로 소화캡슐을 제조하였다.
제조한 마이크로 소화캡슐은 입경(size) 150㎛ 이하 및 외피(마이크로 캡슐) 두께는 0.5 ~ 0.9㎛ 였다.
그리고, 제조한 마이크로 소화캡슐 내 소화약제 함량은 96.3 중량%였다.
실시예 2 및 비교예 1 ~ 2
상기 실시예 1과 동일한 캡슐 형성 수지 및 소화약제를 사용하여 동일한 방법으로 마이크로 소화캡슐을 제조하되, 하기 표 1과 같이 외피인 마이크로 캡슐을 두께가 다르도록 하여 마이크로 소화캡슐을 제조하였다.
실험예 : 마이크로 소화캡슐 작동성 평가
마이크로 소화캡슐의 외피가 120 ~ 130℃ 범위에서 파괴가 잘 되는지 확인하기 위하여, 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1에서 제조한 마이크로 소화캡슐을 125℃로 가열한 후, 3초 내 마이크로 소화캡슐의 외피가 붕괴 내지 파괴되어 소화약제가 방출되느지 여부를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
또한, 110℃에서 10초간 방치하여 마이크로 소화캡슐이 파되는지 여부를 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
마이크로 소화캡슐 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
입경(size) 150㎛ 이하 150㎛ 이하 150㎛ 이하 150㎛ 이하
외피 두께 0.5 ~ 0.9㎛ 0.8 ~ 1.2㎛ 1.5 ~ 1.8㎛ 0.25㎛ 이하
소화약제 함량 96.3 중량% 96.2 중량% 96.2 중량% 96.7 중량%
125℃에서3초 이내 외피
파괴 여부		 파괴 파괴 파괴 안됨 파괴
115℃에서10초 이내 외피
파괴 여부		 파괴 안됨 파괴 안됨 파괴 안됨 파괴
상기 표 1을 살펴보면, 마이크로 소화캡슐의 외피 두께가 1.3㎛ 이하로 제조된 실시예 1 및 실시예 2의 마이크로 소화캡슐은 125℃로 가열한 후, 3초 이내에 마이크로 소화캡슐의 외피가 붕괴 내지 파괴되어 소화약제가 잘 방출되었다. 이에 반해, 마이크로 소화캡슐의 외피 두께가 1.3㎛ 를 초과한 1.5 ~ 1.8㎛로 형성된 비교예 1의 경우, 125℃로 가열한 후, 3초 이내에 외피가 파괴 되지 않았으며, 5초 정도에서 파괴되면서 소화약제가 방출되었으며, 비교예 1은 초가 화재 진압시 문제될 소지가 있음을 확인할 수 있었다. 그리고, 마이크로 소화캡슐의 외피 두께가 0.3㎛ 미만으로 형성된 비교예 2의 경우, 120℃ 미만인 110℃에서도 외피가 파괴되는 문제가 있었다.
제조예 1 : 소화패드의 제조
(1) 방열 시트의 제조
아크릴레이트((메타)아크릴산 및 하이드록시 알킬(메타)아크릴레이트를 1 : 0.3 중량비로 혼합한 아크릴레이트 수지를 준비하였다.
상기 아크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 광개시제로서 1-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 1.25 중량부, 광경화제로서 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트 4.4 중량부 및 연화점(Softening point)이 80 ~ 90℃ 범위를 가지는 로진 에스테르(점탄성 조절제) 6.5 중량부를 혼합하여 바인더 수지를 제조하였다.
다음으로, 질화붕소 및 탄소나노튜브를 1 : 0.15 중량비로 혼합한 방열필러 58.2 중량%, 이소프로필알콜(유기용매) 8.5 중량%, 상전이 물질(C18 ~ C20의 파라핀) 2.3 중량%, 적색계 염료 0.26 중량% 및 100 중량% 중 나머지 잔량의 상기 바인더 수지를 혼합하여 혼합 수지를 제조하였다.
다음으로, 상기 혼합 수지에 자외선을 조사하여 광 중합 및 광 경화시켜서 적색의 방열시트를 제조하였다.
(2) 소화 쿠션시트의 제조
비스페놀A 다이글리시딜 에테르 100 중량부에 대하여, 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르 85 중량부 및 트라이페닐 메탄 트라이글리시딜 에테르 15 중량부를 혼합하여 에폭시 수지를 준비하였다.
다음으로, 4,7,10-트라이옥사트라이데칸-1,13-다이아민 및 3-다이에틸아미노프로필아민을 1:0.3 중량비로 포함하는 경화제 38.6 중량%, 1,1-디메틸-3-(3,4-디메틸페닐)요소(경화촉진제) 4.3 중량, 트리크레실인산(난연제) 4.5 중량% 및 100 중량% 중 나머지 잔량의 상기 에폭시 수지를 혼합하여 바인더 수지를 제조하였다.
상기 실시예 1에서 제조한 마이크로 소화캡슐 45.4 중량%, 공기가 충전된 구형 플라스틱 버블(쿠션버블) 3.2 중량%, C6~20의 수첨석유수지(점착부여제) 3.2 중량%, 적색계 염료 0.37 중량% 및 나머지 잔량의 상기 바이더 수지를 혼합하여 소화 쿠션 형성용 수지를 제조하였다.
다음으로, 상기 소화 쿠션 형성용 수지를 시트 형상으로 가공하여 적색의 소화 쿠션시트를 제조하였다.
(3) 소화패드의 제조
앞서 제조한 상기 소화 쿠션시트의 상부 및 하부 각각에 점착층이 구비된 이형지를 압착한 다음, 이형지를 제거하고, 소화 쿠션시트 양면의 점착층 상부 각각에 앞서 제조한 방열시트를 각각 적층, 결합시킨 후, UV챔버를 통과시켜서 제1방열시트층-접착층 또는 점착층-소화 쿠션시트층- 접착층 또는 점착층- 제2방열시트층이 차례대로 적층된 형태의 소화패드를 제조하였다.
상기 소화패드의 소화 쿠션시트층 및 제1방열 시트층의 두께비 또는 소화 쿠션시트층 및 제2방열 시트층의 두께비는 1:0.32 정도였으며, 제조한 소화패드의 사진을 도 1의 A에 나타내었다.
본 발명에 따른 방열기능을 갖는 배터리팩은 다음과 같이 사용된다.
이하의 설명에서, 상기 소화패드(500)는 상기에서 설명한 구조로 형성되어, 상기 배터리팩(400)에서 발화된 화염을 차단하는 것으로, 상기 소화패드(500)의 구조 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 열 및 행 방향으로 정해진 간격 이격되게 복수개의 충전배터리(401)를 배치하되, 이 충전배터리(401)의 상단 외면을 상단이음브라켓(402)으로 연결하고, 하단 외면을 하단이음브라켓(403)으로 연결한다.
이때, 상기 상단이음브라켓(402)의 상단번들커버(402a)로 정해진 갯수의 상기 충전배터리(401)를 묶음단위로 연결하고, 그 상태에서 상기 상단번들커버(402a)의 상단연결돌기(402b)를 다른 상기 상단번들커버(402a)의 상단연결홈(402c)에 삽입 체결하여, 복수개의 상기 상단번들커버(402a)를 연결함으로써, 상기 충전배터리(401)의 상단 외면이 연결되는 것이다.
여기서, 상기 충전배터리(401)는 재사용배터리 이거나 혹은 신규배터리로 사용될 수 있다.
또한, 상기 상단이음브라켓(402)과 동일한 방식으로 상기 하단이음브라켓(403)의 하단번들커버(403a)로 정해진 갯수의 상기 충전배터리(401)를 묶음단위로 연결하고, 그 상태에서 상기 하단번들커버(403a)의 하단연결돌기(403b)를 다른 상기 하단번들커버(403a)의 하단연결홈(403c)에 삽입 체결하여, 복수개의 상기 하단번들커버(403a)를 연결함으로써, 상기 충전배터리(401)의 하단 외면이 연결되는 것이다.
이때, 상기 하단연결돌기(403b) 및 하단연결홈(403c)은 상기 상단번들커버(402a)의 상단연결돌기(402b) 및 상단연결홈(402c)와 엇갈리도록 상기 하단번들커버(403a) 타측 및 일측 각각에 형성된다.
이후, 상기 상단이음브라켓(402)의 상단번들커버(402a) 상면 및 하단이음브라켓(403)의 하단번들커버(403a) 저면에 충전배터리(401)를 접지 이음하는 접지부재(404)를 설치하여, 복수개의 상기 충전배터리(401)가 접지 이음된다.
이어서, 상기와 같이 충전배터리(401)의 상, 하단 외면을 상, 하단이음브라켓(402, 403)으로 이음 연결한 배터리팩(400)을 서로 평행하게 한 쌍으로 형성된 히트싱크(100) 전방에 위치시키고, 그 상태에서 히트싱크(100)의 체결홈(101) 내로 배터리팩(400)을 진입시켜, 상기 배터리팩(400)이 상기 히트싱크(100) 사이의 내부공간에 위치되도록 한다.
즉, 상기 배터리팩(400)의 상단이음브라켓(402) 및 하단이음브라켓(403)이 상기 히트싱크(100)의 체결홈(101) 내로 진입되도록 하면서, 상기 상단이음브라켓(402)이 상기 체결홈(101) 내측 상단에 걸림되도록 하되, 상기 하단이음브라켓(403)이 상기 체결홈(101) 내측 바닥면에 걸림되도록 함으로써, 상기 상, 하단이음브라켓(402, 403)이 상기 체결홈(101) 내에 삽입 체결되어, 상기 배터리팩(400)이 좌, 우로 유동되는 것이 방지된다.
이어서, 상기 히트싱크(100) 상, 하단 각각에 제1마감판부(200)를 체결하여, 상기 제1마감판부(200)의 받침보(201)가 상기 배터리팩(400) 상, 하면 각각을 받치도록 함으로써, 상기 배터리팩(400)이 상기 받침보(201)에 의해 지탱되어, 상기 히트싱크(100) 사이의 내부 공간에서 상, 하로 유동되는 것이 방지된다.
그리고, 상기 히트싱크(100) 전, 후단 각각에 상기 제2마감판부(300)를 체결하여, 상기 제2마감판부(300)가 상기 배터리팩(400)의 상, 하단이음브라켓(402, 403) 외면에 밀착되도록 함으로써, 상기 배터리팩(400)이 상기 히트싱크(100) 사이의 내부공간에서 전, 후로 유동되는 것이 방지된다.
여기서, 상기 제1마감판부(200) 및 제2마감판부(300)는 상기 히트싱크(100) 상, 하단 및 전, 후단 각각에 체결부재(미도시))에 의해 체결 고정되는 것이 바람직하다.
이후, 상기와 같이 구비된 방열기능을 갖는 배터리팩을 차량내부에 설치하여, 배터리팩(400)으로 차량에 전원을 공급하는 것이다.
한편, 상기 배터리팩(400)의 충전배터리(401)는 차량에 전원을 공급함에 따라 자체적으로 열을 발산하게 되고, 이때, 상기 배터리팩(400) 내에서 발생되는 열기가 상기 히트싱크(100), 제1마감판부(200) 및 제2마감판부(300)에 의해 밀폐된 내부 공간으로 방출되는 것이다.
그리고, 상기 배터리팩(400)에서 발산되는 열기는 알루미늄 재질의 상기 히트싱크(100)로 전달된 후, 상기 히트싱크(100)를 통해 외부로 발산됨으로써, 상기 배터리팩(400) 내에서 발생된 열기에 의해 상기 히트싱크(100), 제1마감판부(200) 및 제2마감판부(300)에 의해 밀폐된 내부 공간에 열기가 잔류되는 것이 방지된다.
특히, 상기 배터리팩(400) 내에서 발생된 열기를 전달받아 외부로 방출되는 상기 히트싱크(100)는, 외기 와의 열교환작용으로 냉각된 상태를 유지함으로써, 열기를 전달받아 열기를 냉각함과 동시에 외부로 열기를 발산하는 것이다.
반면, 상기 배터리팩(400)의 충전배터리(401)를 이용하여, 차량에 전원을 공급하는 과정에서, 상기 배터리팩(400) 내에서 발생되는 열기에 의해 상기 충전배터리(401)에 화재가 발생되면, 상기 충전배터리(401)에서 발생된 화염이 상기 제1마감판부(200)를 향해 상, 하 방향으로 번져나가고, 이때, 상기 제1마감판부(200)에 부착 형성된 상기 소화패드(500)에 화염이 직접 접촉한다.
그러면, 상기 소화패드(500)에 접촉된 화염이, 상기 소화패드(500)의 물성에 의해 소화되면서, 상기 충전배터리(401)에서 발생된 화염이 사방으로 번져 나가는 것이 방지되고, 이에따라, 상기 배터리팩(400) 내에서 화재가 진압되어, 상기 배터리팩에 화재가 발생되는 것이 방지된다.
상기와 같이 히트싱크(100) 사이에 배터리팩(400)을 위치시켜, 히트싱크(100)를 통해 열기를 방출하면서, 배터리팩(400) 내부를 냉각하되, 소화패드(500)로 배터리팩(400)에서 화재가 발생되는 것을 방지하는 구조는, 배터리팩(400)이 설치된 내부공간의 공기가 히트싱크(100)와의 열교환작용으로 냉각되되, 배터리팩(400)에서 발산되는 열기가 히트싱크(100)를 통해 외부로 방출되어, 내부공간 내에 열기가 체류될 우려가 없고, 내부공간 내의 열기가 체류되는 것을 방지하여 배터리팩(400)에 열기가 점차적으로 가해지는 것이 방지되며, 가열로 인한 배터리팩 화재시 소화패드로 배터리팩에서 발생된 화염을 소화하면서, 배터리팩의 화재를 차단하여, 배터리팩의 화재 및 폭발 위험성이 저하되고, 내부 공간의 공기온도 저하 및 열기 방출로 히트싱크(100), 제1, 제2마감판(200, 300) 및 배터리팩(400)이 열기 압력에 의해 팽창되어 형상 변형을 일으키는 것이 방지된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 화재 방지기능을 갖는 배터리팩은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.
100 : 히트싱크 101 : 체결홈
200 : 제1마감판부 201 : 받침보
300 : 제2마감판부 400 : 배터리팩
401 : 충전배터리 402 : 상단이음브라켓
402a : 상단번들커버 402b : 상단연결돌기
402c : 상단연결홈 403 : 하단이음브라켓
403a : 하단번들커버 403b : 하단연결돌기
403c : 하단연결홈 404 : 접지부재
500 : 소화패드

Claims (14)

  1. 알루미늄 재질로, 양단에 서로 평행하게 한 쌍으로 형성되고, 서로 마주보는 내벽면에 체결홈(101)을 형성한 히트싱크(100)와;
    상기 히트싱크(100) 사이의 상, 하단을 마감하도록 서로 대칭되게 한 쌍으로 설치되고, 서로 마주보는 면에 받침보(201)를 돌출 형성한 제1마감판부(200);
    상기 히트싱크(100) 사이의 전, 후단에 밀착 고정되어, 상기 히트싱크(100) 사이의 전, 후단을 마감하는 한 쌍의 제2마감판부(300);
    열 및 행 방향으로 정해진 간격 이격되게 복수개 구비되어, 서로 접지되도록 이음 연결되고, 양단이 상기 히트싱크(100)의 체결홈(101)에 체결되되, 상면 및 하면이 상기 제1마감판부(200)의 받침보(201)에 떠받쳐져, 상기 히트싱크(100) 사이에 고정 설치된 배터리팩(400); 및
    제1방열시트층과, 소화 쿠션시트층 및 제2방열시트층을 차례대로 적층한 다층 구조로 형성되고, 상기 제1마감판부(200)의 서로 마주보는 면에 정해진 간격 이격되게 복수개로 설치되어 상기 배터리팩(400)에서 화재가 발생되는 것을 방지하는 소화패드(500);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1마감판부(200)의 받침보(201)는,
    상기 제1마감판부(200)의 폭 방향을 향해 정해진 간격 이격되게 복수개로 형성되고, 상기 배터리팩(400)의 상면 및 하면을 떠받쳐, 상기 배터리팩(400)이 상기 제1마감판부(200) 사이에서 상, 하로 유동되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리팩(400)은,
    열 및 행 방향으로 정해진 간격 이격되게 복수개로 형성되되, 서로 접지되도록 형성되어, 전원을 공급하는 충전배터리(401)와;
    상기 충전배터리(401) 상단 외면을 이음 연결하도록 형성되어, 상기 충전배터리(401) 상단 사이의 이격 거리를 유지하고, 상기 히트싱크(100)의 체결홈(101) 내측 상단에 걸림되어 상기 충전배터리(401)가 상단으로 유동되는 것을 방지하는 상단이음브라켓(402);
    상기 충전배터리(401) 하단 외면을 이음 연결하도록 형성되어, 상기 충전배터리(401) 하단 사이의 이격 거리를 유지하고, 상기 히트싱크(100)의 체결홈(101) 내측 하단에 걸림되어 상기 충전배터리(401)가 하단으로 유동되는 것을 방지하는 하단이음브라켓(403);
    상기 상단이음브라켓(402)의 상면 및 하단이음브라켓(403)의 저면 각각에 설치되어, 복수개의 상기 충전배터리(401) 사이를 접지하는 접지부재(404);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 상단이음브라켓(402)은,
    정해진 갯수의 상기 충전배터리(401)를 묶음 단위로 연결하는 복수개의 상단번들커버(402a);
    상기 상단번들커버(402a) 일 측면에서 돌출 형성된 상단연결돌기(402b);
    상기 상단연결돌기(402b)에 대응하도록 상기 상단번들커버(402a) 타 측면에서 함몰형성되어, 상기 상단연결돌기(402b)가 끼움 고정되도록 허용하는 상단연결홈(402c);
    상기 하단이음브라켓(403)은,
    정해진 갯수의 상기 충전배터리(401)를 묶음 단위로 연결하는 복수개의 하단번들커버(403a);
    상기 상단연결돌기와 엇갈리도록 상기 하단번들커버(403a) 타 측면에서 돌출 형성된 하단연결돌기(403b);
    상기 하단연결돌기(403b)에 대응하도록 상기 하단번들커버(403a) 일 측면에서 함몰형성되어, 상기 하단연결돌기(403b)가 끼움 고정되도록 허용하는 하단연결홈(403c);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 소화패드(500)는,
    상기 배터리팩(400)에서 발생된 화염이 직접 접촉되도록 허용하여, 화염을 소화하는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 소화 쿠션시트층은 마이크로 소화캡슐 35 ~ 50 중량% 및 전체 중량 중 나머지 잔량의 바인더 수지를 포함하는 소화 쿠션 형성용 수지의 경화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  7. 제1항에 있어서,
    제1방열시트층과 소화 쿠션시트층 사이 및 제2방열시트층과 소화 쿠션시트층 사이에 접착제층 또는 점착제층을 더 포함하는 것을 특징으로 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1방열시트층 및 제2방열시트층 각각은 방열필러 및 아크릴계 바인더 수지를 포함하는 혼합수지로 형성된 방열시트를 포함하며,
    상기 아크릴계 바인더 수지는 아크릴레이트 수지, 방열필러, 광개시제, 및 광경화제를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  9. 제1항에 있어서,
    소화 쿠션시트층 및 제1방열 시트층의 두께비 또는 소화 쿠션시트층 및 제2방열 시트층의 두께비가 1:0.1 ~ 0.5인 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 소화 쿠션 형성용 수지의 바인더 수지는 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 난연제를 포함하며,
    상기 에폭시 수지는 비스페놀A 다이글리시딜 에테르 100 중량부에 대하여, 비스페놀 F의 다이글리시딜 에테르 50 ~ 100 중량부 및 트라이글리시딜 아미노페놀 에폭시 화합물을 10 ~ 20 중량부를 포함하고,
    상기 트라이글리시딜 아미노페놀 에폭시 화합물은 트라이글리시딜p-아미노페놀, 트라이글리시딜 m-아미노페놀, 트라이글리시딜 아미노크레졸 및 트라이페닐 메탄 트라이글리시딜 에테르 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 경화제는 폴리에테르아민 및 지방족 다이아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 경화촉진제는 우레아계 경화촉진제; 및 페놀, 메틸스타이렌네이티드(Phenol, methylstyrenated); 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 상기 경화제 30 ~ 45 중량%, 상기 경화촉진제 3 ~ 8 중량%, 상기 난연제 2 ~ 5 중량% 및 나머지 잔량의 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 소화 쿠션시트층은 공기가 충전된 구형 플라스틱 버블을 포함하는 쿠션 버블을 1.0 ~ 5.0 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 소화 쿠션 형성용 수지는 염료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 방지기능을 갖는 배터리팩.
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