KR101785996B1 - 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 및 그 제조방법 - Google Patents

전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물과 이를 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 및 그 제조방법 관한 것으로, 특히 전기자동차의 핵심인 배터리 장치들이 전자파에 의해 오동작하는 것을 막아 승객의 안전을 확보할 수 있도록 개선된 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물과 이를 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 및 그 제조방법{The electromagnetic wave shielding for an electric vehicle using a thermosetting resin composition having improved electromagnetic shielding performance of the electric vehicle material and a method of manufacturing the same}
본 발명은 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전기자동차의 핵심인 배터리 장치들이 전자파에 의해 오동작하는 것을 막아 승객의 안전을 확보할 수 있도록 개선된 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전기자동차(Electric vehicle ; EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차를 말하며, 이러한 전기자동차에 필수불가결한 것이 바로 동력원이 되는 배터리이다.
보통, 전기자동차에 사용되는 배터리는 모듈화되어 있는데, 셀(cell) 케이스 내부에 양극판, 음극판 및 격리판을 설치하고 전해액을 충진한 축전지가 구비된 형태이며, 발전기에 의해 정격용량으로 충전되고 전기소모의 증가에 따라 방전되는 전기화학 작용을 반복한다.
이러한 배터리는 팩 형태로 제공되며, BCU(Battery Control Unit), PRA(Power Release Assembly), BMS(Battery Management System) 등 핵심 전기, 전자 기술들이 집약되어 있다.
때문에, 우리 생활에 직,간접적으로 영향을 미치고 있는 전자파가 이들 배터리 팩에도 영향을 미치게 되며, 그럴 경우 오작동이 일어나 승객의 안전을 위협하는 요소가 될 수 있다.
이와 같은 전자파는 차량 내부의 전기, 전자 장비들이 발생시키는 것은 물론 외부에서 전기자동차로 유입되는 것도 있는데, 흔히 EMC(전자파 적합성), EMI(전자파 장해,간섭), EMS(전자파 내성) 분류되며, EMI+EMS=EMC라고 할 수 있다.
더블어, 환경 규제 강화 및 연비 규제 강화로 인해 HEV, PHEV, EV 등의 전기자동차가 자동차 시장의 점유율을 높여 가고 있는 현 시점에서 배터리 팩의 전자파 영향을 최소화하는 것은 필수적으로 요구되는 사항이 되었다.
그럼에도 불구하고, 현재는 기본적인 전자파 차폐소재에 국한되고 있어 좀 더 강화되고 획기적인 전자파 차폐능력을 가진 자동차 전용 소재의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 특허 등록번호 제10-03699052호(2003.01.09.) '전기자동차용 배터리 모듈 커버' 대한민국 공개특허 제10-2015-0041568호(2015.04.16.) '전자파가 없는 전기 자동차 시트' 대한민국 특허 등록 제10-1286970호(2013.07.11.) '전자파 차폐용 폴리프로필렌계 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 자동차용 부품' 대한민국 특허 등록 제10-1326523호(2013.11.01.) '탄소나노튜브가 코팅된 상전이 물질을 함유하는 마이크로 캡슐과 탄소섬유를 함유한 전자파차폐용 고분자 복합재 및 그 제조방법'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 전기자동차용 배터리 팩 소재를 전자파 차폐효율 좋게 개선하고 경량화를 달성함으로써 오동작을 방지하고, 차량의 연비 향상에 기여할 수 있도록 한 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 및 그 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 조성할 때, 상기 열경화성수지 조성물은 열경화성수지:카본 SMC를 50-60:40-50의 중량비로 혼합 조성되고, 상기 열경화성수지는 폴리우레탄수지, 페놀수지, 멜라민수지, 알키드수지 중 하나이며; 상기 카본 SMC는 탄소 섬유 시트 몰딩 화합물인 열경화성수지 조성물을 이용하여 만들어진 전기자동차용 전자파 차폐 소재로서, 상기 차폐 소재는 상기 열경화성수지로 만들어진 제1열경화성수지시트와 제2열경화성수지시트 사이에 직조된 니켈 베일(Veil)이 개재되어 성형시 상기 열경화성수지 조성물이 직조된 니켈 베일의 공극속으로 함침된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재를 제공한다.
또한, 본 발명은 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 조성할 때, 상기 열경화성수지 조성물은 열경화성수지:카본 SMC를 50-60:40-50의 중량비로 혼합 조성되고, 상기 열경화성수지는 폴리우레탄수지, 페놀수지, 멜라민수지, 알키드수지 중 하나이며; 상기 카본 SMC는 탄소 섬유 시트 몰딩 화합물인 열경화성수지 조성물을 이용하여 만들어진 전기자동차용 전자파 차폐 소재로서, 상기 차폐 소재는 상기 열경화성수지로 만들어진 열경화성수지시트들의 적층체 중 최하층에 직조된 니켈 베일(Veil)이 배치되어 성형시 상기 열경화성수지 조성물이 직조된 니켈 베일의 공극속으로 함침된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재를 제공한다.
또한, 본 발명은 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 조성할 때, 상기 열경화성수지 조성물은 열경화성수지:카본 SMC를 50-60:40-50의 중량비로 혼합 조성되고, 상기 열경화성수지는 폴리우레탄수지, 페놀수지, 멜라민수지, 알키드수지 중 하나이며; 상기 카본 SMC는 탄소 섬유 시트 몰딩 화합물인 열경화성수지 조성물을 이용하여 전기자동차용 전자파 차폐 소재를 제조하는 방법에 있어서, 열경화성수지:카본 SMC를 상기 중량비로 혼합하여 열경화성수지 조성물을 만드는 조성단계; 조성된 열경화성수지를 성형하여 일정크기를 갖는 열경화성수지시트를 만드는 시트제조단계; 차폐 소재 성형용 몰드에 상기 열경화성수지시트를 1차지 차징한 상태에서 그 위에 직조된 니켈 베일을 깔고 다시 열경화성수지시트를 1차지 차징하거나 혹은 직조된 니켈 베일을 깔고 그 위에 열경화성수지시트를 차징하는 방식으로 몰드에 차징한 후 성형하여 차폐 소재를 만드는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 제조방법을 제공한다.
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이때, 상기 차폐 소재의 상면 혹은 하면에는 상기 열경화성수지 조성물로 제조된 필름이 더 부착된 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 전기자동차용 배터리 팩 소재를 전자파 차폐효율 좋게 개선하고 경량화를 달성함으로써 오동작을 방지하고, 차량의 연비 향상에 기여하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열경화성수지 조성물의 전자파 차폐 성능을 종래와 비교하여 보인 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 열경화성수지 조성물을 이용하여 만든 차폐 소재의 예시적인 층상 구조를 보인 단면도이다.
도 3은 도 2의 층상 구조를 가질 때 사용되는 니켈 베일의 직조 구조와 랜덤 구조 및 기존재인 알루미늄 랜덤 구조가 갖는 전자파 차폐능력을 비교한 그래프이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
주지된 바와 같이, 열가소성 복합소재 또는 열경화성 복합소재는 기본적으로 플라스틱 소재이기 때문에 특성상 전자파 차폐기능이 전혀 없다.
본 발명은 전기자동차용 소재, 특히 배터리 팩 소재로 활용되는 이들 열가소성 복합소재 또는 열경화성 복합소재를 전자파 차폐 효율이 높도록 구현시킴으로써 전기자동차의 경량화에 기여하면서 동시에 전자파 차폐에 따른 배터리의 오동작을 미연에 방지하기 위해 개발된 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 전자파 차폐성능을 높이기 위해 열경화성수지에 카본 파이버(Carbon Fiber), 그 중에서도 특히 SMC(Sheet Molding Compound)를 일정비율 혼합한 열경화성수지 조성물을 구비한다.
더 정확하게는, 열경화성수지:카본 SMC를 50-60:40-50의 중량비로 혼합 조성한다.
이때, 열경화성수지로는 폴리우레탄수지, 페놀수지, 멜라민수지, 알키드수지 등이 될 수 있다.
그리고, 카본 SMC는 탄소 섬유 시트 몰딩 화합물로서, 강철보다는 2배나 가볍고 2배나 더 단단한 특성을 발현하는 화합물이다.
여기에서, 조성비를 상기와 같이 한정하는 이유는 열경화성수지가 50중량% 미만으로 첨가되면 상대적으로 카본 SMC의 양이 많아져 전자파 차폐성능은 향상되지만 성형성이 떨어지고, 60중량%를 초과하면 상대적으로 적어지는 카본 SMC의 양 때문에 전자파 차폐능력이 저하되므로 상기 범위로 한정하여야 한다.
이와 같은 열경화성수지 조성물의 전자파 차폐능력을 확인하기 위해 열경화성수지(PU를 대상으로 함)와 카본 SMC를 각각 50:50으로 한 경우(A), 60:40으로 한 경우(B), 종래 일반적으로 사용되고 있는 열경화성수지와 흑연필러로 된 경우(C), 종래 일반적으로 사용되고 있는 열경화성수지와 유리섬유로 된 경우(D)를 상호 비교하여 도 1의 그래프에 차폐성능을 나타내었다.
이때, 전자파 차폐성능은 20Log10 E1 /E2로 계산되고 dB로 나타내며, 여기에서 E1은 차폐물이 없을 때 전기장의 세기를 의미하고, E2는 차폐물이 있을 때 전기장의 세기를 의미한다.
도 1의 그래프에 따르면, 본 발명에 따른 조성범위인 A,B는 평균 60dB 이상을 유지하였지만, 종래재인 C,D는 평균 5dB 정도 밖에 유지하지 못하였다.
따라서, dB가 높을수록 전자파 차폐효율이 높은 것이므로 본 발명에 따른 열경화성수지 조성물이 효과적으로 전자파를 차폐함을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명은 이러한 열경화성수지 조성물을 이용하여 만들어진 전기자동차용 전자파 차폐 소재도 제공한다.
상기 차폐 소재는 상기 열경화성수지 조성물이 시트상으로 제조된 후 제품 형상에 맞게 형성되는 중간재라고 보면 된다. 이때, 상기 차폐 소재는 반경화 상태의 시트이다.
예컨대, 도 2의 (a)에서와 같이 상기 차폐 소재는 다수의 시트가 적층 형성될 수 있는데, 제1열경화성수지시트(10)와 제2열경화성수지시트(20) 사이에 직조된 니켈 베일(Veil)(30)을 개재시켜 이들 수지시트를 구성하는 열경화성수지 조성물이 성형시 열에 의해 직조된 니켈 베일(30)의 공극속으로 함침되도록 구성된다.
이렇게 구성하게 되면, 상기 차폐 소재는 제1,2경화성수지시트(10,20) 자체가 갖는 전자파 차폐능력에 더하여 상기 직조된 니켈 베일(30)의 차폐능력이 더 부가되는 것이므로 최상의 전자파 차폐능력을 갖추게 된다.
이때, 상기 니켈 베일(30)은 반드시 직조된 형태를 가져야 하는데, 이는 차폐성능은 물론 차폐 안정성 측면에서 베일 구조가 훨씬 뛰어나기 때문이다.
이는 도 3의 그래프를 통해 확인된다.
즉, 니켈을 직조된 베일 구조로 한 것(가)과, 비직조된 랜덤 구조로 한 것(나)을 단순 비교하면, (가)가 (나) 보다 훨씬 높은 전자파 차폐능력과 안정성을 제공함을 확인할 수 있다.
또한, 비교를 위해 알루미늄을 랜덤하게 한 경우(다)도 (가)에는 훨씬 미치지 못함을 확인할 수 있었다.
뿐만 아니라, 상기 차폐 소재는 도 2의 (b)와 같이 제1,2경화성수지시트(10,20)가 어떻게 적층되든지 상관없이 최하층에 직조된 니켈 베일(30)을 구비하여 열경화성수지 조성물이 함침되도록 구성할 수도 있다.
이에 더하여, 상기 차폐 소재를 성형하여 제조된 제품의 표면에 상기 열경화성수지 조성물을 이용하여 만들어진 필름을 더 부착하게 되면 더욱 더 완벽한 최상의 전자파 차폐기능을 수행할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용하여 전기자동차용 전자파 차폐 소재를 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 열경화성수지:카본 SMC를 50-60:40-50의 중량비로 혼합하여 열경화성수지 조성물을 만드는 조성단계가 수행된다.
이어, 조성된 열경화성수지를 성형하여 일정크기를 갖는 열경화성수지시트를 만드는 시트제조단계가 수행된다.
이때, 상기 열경화성수지시트는 소재의 경량화를 위해 정해진 두께를 갖도록 성형된다.
이후, 차폐 소재 성형용 몰드에 열경화성수지시트를 1차지 차징한 상태에서 그 위에 직조된 니켈 베일을 깔고, 다시 열경화성수지시트를 1차지 차징하거나 혹은 직조된 니켈 베일을 깔고 그 위에 열경화성수지시트를 차징하는 방식으로 몰드에 차징한 후 성형하여 차폐 소재를 만드는 단계가 수행된다.
이와 같은 차폐 소재 제조단계는 제품화 단계로서, 용도에 맞게 제작된 성형용 몰드의 형상대로 차폐 소재가 성형되어 제품화되는 것이다.
이렇게 하여 차폐 소재가 제조되면, 그 표면 또는 이면에 열경화성수지 조성물로 제조된 필름을 한 번 더 붙여 전자파 차폐 성능을 극대화시킬 수 있다.
10: 제1열경화성수지시트 20: 제2열경화성수지시트
30: 직조된 니켈 베일

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 조성할 때, 상기 열경화성수지 조성물은 열경화성수지:카본 SMC를 50-60:40-50의 중량비로 혼합 조성되고, 상기 열경화성수지는 폴리우레탄수지, 페놀수지, 멜라민수지, 알키드수지 중 하나이며; 상기 카본 SMC는 탄소 섬유 시트 몰딩 화합물인 열경화성수지 조성물을 이용하여 만들어진 전기자동차용 전자파 차폐 소재로서,
    상기 차폐 소재는 상기 열경화성수지로 만들어진 제1열경화성수지시트와 제2열경화성수지시트 사이에 직조된 니켈 베일(Veil)이 개재되어 성형시 상기 열경화성수지 조성물이 직조된 니켈 베일의 공극속으로 함침된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재.
  4. 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 조성할 때, 상기 열경화성수지 조성물은 열경화성수지:카본 SMC를 50-60:40-50의 중량비로 혼합 조성되고, 상기 열경화성수지는 폴리우레탄수지, 페놀수지, 멜라민수지, 알키드수지 중 하나이며; 상기 카본 SMC는 탄소 섬유 시트 몰딩 화합물인 열경화성수지 조성물을 이용하여 만들어진 전기자동차용 전자파 차폐 소재로서,
    상기 차폐 소재는 상기 열경화성수지로 만들어진 열경화성수지시트들의 적층체 중 최하층에 직조된 니켈 베일(Veil)이 배치되어 성형시 상기 열경화성수지 조성물이 직조된 니켈 베일의 공극속으로 함침된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재.
  5. 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 조성할 때, 상기 열경화성수지 조성물은 열경화성수지:카본 SMC를 50-60:40-50의 중량비로 혼합 조성되고, 상기 열경화성수지는 폴리우레탄수지, 페놀수지, 멜라민수지, 알키드수지 중 하나이며; 상기 카본 SMC는 탄소 섬유 시트 몰딩 화합물인 열경화성수지 조성물을 이용하여 전기자동차용 전자파 차폐 소재를 제조하는 방법에 있어서,
    열경화성수지:카본 SMC를 상기 중량비로 혼합하여 열경화성수지 조성물을 만드는 조성단계;
    조성된 열경화성수지를 성형하여 일정크기를 갖는 열경화성수지시트를 만드는 시트제조단계;
    차폐 소재 성형용 몰드에 상기 열경화성수지시트를 1차지 차징한 상태에서 그 위에 직조된 니켈 베일을 깔고 다시 열경화성수지시트를 1차지 차징하거나 혹은 직조된 니켈 베일을 깔고 그 위에 열경화성수지시트를 차징하는 방식으로 몰드에 차징한 후 성형하여 차폐 소재를 만드는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 차폐 소재의 상면 혹은 하면에는 상기 열경화성수지 조성물로 제조된 필름이 더 부착된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전자파 차폐 성능을 향상시킨 열경화성수지 조성물을 이용한 전기자동차용 전자파 차폐 소재 제조방법.
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