KR102365247B1 - Pra의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치 - Google Patents

Pra의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치 Download PDF

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Abstract

일 개시에 의하여, 전기 자동차에 포함된 포함된 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 1 전선, 제 1 전선을 포함하는 제 1 PRA(Power Relay Assembly) 하우징, 배터리와 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 2 전선, 제 1 PRA 하우징과 구조적으로 분리되며, 제 2 전선을 포함하는 제 2 PRA 하우징 및 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징이 고정되는 베이스판을 포함하는 PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치를 제공할 수 있다.

Description

PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치{APPARATUS FOR REDUCING NOISE OF ELECTRIC VEHICLES THROUGH STRUCTURAL SEPARATION OF PRA}
본 발명은 PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명에 따른 일 개시에 의하여 전기자동차의 운행에 따라 발생하는 소음 및 진동을 저감시키기 위하여 PRA(Power Relay Assembly)의 구조를 분리한 장치가 개시된다.
최근 연비절감과 이산화탄소 배출량을 최소화하는 친환경 자동차에 대한 개발 및 보급이 국내외에서 정책화되고 있는 상황이며, 이에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 및 EV(Electric Vehicle)자동차에 대한 관심이 증폭되고 있다.
전기 자동차(Electric vehicle: EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 크게 배터리 전용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 분류되며, 배터리 전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하고 전원이 다 소모되면 재충전하고, 하이브리드 전기자동차는 엔진을 가동하여 전기발전을 하여 배터리에 충전을 하고 이 전기를 이용하여 전기모터를 구동하여 차를 움직이게 할 수 있다.
전기자동차에서 PRA(Power Relay Assembly)는 전기차량에 전력을 공급하는 배터리에서 인가되는 전력을 공급받아 부하단에 전력의 공급과 차단을 위해 구동하는 릴레이의 온-오프 동작을 제어하기 위한 장치이다.
전기자동차의 운행 중 브레이크가 구동되면 소음이 발생하였고, 이 소음의 파형과 주파수를 분석한 결과 소음의 주요 원인이 두 가닥의 전선이 통과하는 PRA의 압전소음임이 판명되었다. 즉, PRA 내부의 두 전선 사이에 생기는 전위차가 전선과 전선 사이에 존재하는 유전체에 압전효과에 의한 치수 변화를 야기시키고, 이 치수 변화가 공기를 진동시키는 소음이 된 것이다. 따라서, 전기자동차의 운행 중 발생하는 소음을 저감시키기 위한 방법에 대한 필요성이 증가하였다.
대한민국 특허공개공보 제 10-2014-0083704호 (2014.07.04 공개) 대한민국 특허등록공보 제 10-1865954 호 (2018.06.01 공고)
본 발명의 일 개시에 따른 기술적 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 전기자동차의 PRA의 구조를 분리하여 전기자동차의 운행에 따라 발생하는 역전압 효과로 인한 진동 및 소음을 방지하는 장치를 제공한다.
일 개시에 의하여, 전기 자동차에 포함된 포함된 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 1 전선, 제 1 전선을 포함하는 제 1 PRA(Power Relay Assembly) 하우징, 배터리와 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 2 전선, 제 1 PRA 하우징과 구조적으로 분리되며, 제 2 전선을 포함하는 제 2 PRA 하우징 및 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징이 고정되는 베이스판을 포함하는 PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치를 제공할 수 있다.
또한, 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징과 베이스판 사이에 삽입되어, 전기 자동차의 운행에 의해 발생하는 역압전효과로 인한 진동을 흡수하는 흡음판을 더 포함하는, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치를 제공할 수 있다.
또한, 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징 사이에 결합되어 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징으로부터 발생되는 진동을 흡수하는 보조 흡음판을 더 포함할 수 있다.
제 2 실시예에 의하여, 전기 자동차에 포함된 포함된 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 1 전선을 포함하는 제 1 PRA(Power Relay Assembly) 하우징, 제 1 PRA 하우징의 하부에 결합되는 제 1 흡음판, 제 1 PRA 하우징과 구조적으로 분리되며, 배터리와 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 2 전선을 포함하는 제 2 PRA 하우징, 제 2 PRA 하우징의 하부에 결합되는 제 2 흡음판 및 제 1 흡음판 및 제 2 흡음판이 고정되는 베이스판을 포함하는, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치를 제공할 수 있다.
또한, 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징의 사이에 결합되는 제 3 흡음판을 더 포함할 수 있다.
제 3 실시예에 의하여, 전기 자동차에 포함된 포함된 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 1 전선을 포함하는 제 1 PRA(Power Relay Assembly) 하우징, 제 1 PRA 하우징과 구조적으로 분리되며, 배터리와 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 2 전선을 포함하는 제 2 PRA 하우징, 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징의 하부에 결합되는 제 4 흡음판, 제 4 흡음판의 하부에 결합되는 베이스판 및 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징 사이에 결합되는 제 5 흡음판을 포함하는, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치를 제공할 수 있다.
일 개시에 의하여 본 발명에 따르면 릴레이를 포함하는 두 가닥의 전선을 각각 포함하도록 PRA의 구조를 분리함으로써, 전기 자동차의 운행으로 인해 발생하는 압전효과에 따른 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
일 개시에 의하여, 구조적으로 분류된 PRA와 베이스판 사이에 흡음판을 삽입하여 PRA의 소음을 저감시키며, 나아가, 구조적으로 분류된 PRA 사이에도 보조 흡음판을 추가함으로써 전기 자동차의 속도 변화에 따른 진동 및 소음을 차단할 수 있다.
도 1은 일 개시에 의한 PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치의 구조를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다른 개시에 의한 PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 개시에 의한 소음 및 진동에 대한 개선 전 PRA의 구조를 설명하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 의한 전기 자동차를 제어하는 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 일 개시에 의한 배터리와 모터를 연결하는 PRA의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명의 일 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하에서, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치(100)는 PRA 소음 저감 장치(100)로 축약하여 설명하도록 한다.
도 1은 일 개시에 의한 PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치의 구조를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
일 개시에 의한 PRA 소음 저감 장치(100)는 전기 자동차에 포함된 포함된 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 1 전선(122), 제 1 전선(122)을 포함하는 제 1 PRA(Power Relay Assembly) 하우징(1210)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 PRA 하우징(1210)이 제 1 전선(122)을 포함한다는 의미는 제 1 전선(122)의 일부가 제 1 PRA 하우징(1210)을 관통하는 것이며, 제 1 PRA 하우징(1210)은 제 1 전선(122)에 설치된 릴레이 및 다른 모듈을 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 배터리와 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 2 전선(123)을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 PRA 하우징(1210)과 구조적으로 분리되며, 제 2 전선(123)을 포함하는 제 2 PRA 하우징(1220)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 2 PRA 하우징(1220)이 제 2 전선(123)을 포함한다는 의미는 제 2 전선(123)의 일부가 제 2 PRA 하우징(1220)을 관통하는 것이며, 이 때 제 2 PRA 하우징(1220)은 제 2 전선(123)에 설치된 릴레이 및 다른 모듈을 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 제 1 PRA 하우징의 하부에 결합되는 제 1 흡음판(310)을 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 제 1 PRA 하우징(1210)과 구조적으로 분리되며, 제 2 PRA 하우징(1220)의 하부에 결합되는 제 2 흡음판(320)을 포함할 수 있다.
또한, 일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 제 1 흡음판(310) 및 제 2 흡음판(320)이 고정되는 베이스판(200)을 포함할 수 있다.
일 개시에 의한 베이스판(200)은 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 중 선택된 어느 하나로 이루어지며, 베이스판의 두께는 흡음판(310, 320)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 베이스판(200)과 흠음판(310, 320) 사이에는 액상 도료가 도포될 수 있다. 일 개시에 의한 액상 도료는, 탄성수지 5 ~ 20중량%, 물 또는 오일 30 ~ 60중량%, 안료 20 ~ 60중량%로 구성된 혼합물 100중량%에 유기용제 1 ~ 10중량%와, 가교제 및 기타 첨가제 0.01 ~ 5중량%가 첨가되어 구성될 수 있다.
베이스판(200)은 폴리머로 제조되는데, 보다 구체적으로는 폴리스티렌이나 폴리에스테르 또는 폴리에틸렌으로 형성되어 가격이 비교적 저렴하고 매우 가벼우며 가공이 쉬운 장점이 있다. 이때, 베이스판(200)은 폴리머 원사로 이루어진 부직포 구조를 가지는 복수의 판 부재를 적층상태로 압착 결합시킨 판 구조체로 구성될 수 있으며, 이러한 경우 두께 및 중량을 최소화한 상태에서 흡음을 증대시킬 수 있게 한다.
일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 제 1 PRA 하우징(1210) 및 제 2 PRA 하우징(1220)과 베이스판(200) 사이에 삽입되어, 전기 자동차의 운행에 의해 발생하는 역압전효과로 인한 진동을 흡수하는 흡음판을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제 1 PRA 하우징(1210)의 하부에 결합된 제 1 흡음판(310)이 결합될 수 있고, 제 2 PRA 하우징(1220)의 하부에는 제 1 흡음판(310)과 구조적으로 분리된 제 2 흡음판(320)이 결합될 수 있다.
각각의 흡음판은 구조적으로 분리된 PRA 하우징과 베이스판 사이에 결합되어, PRA로부터 발생하는 진동 및 소음을 효과적으로 차단할 수 있다.
일반적으로 압전소자 하나의 결정판에 의한 압전기는 극히 미약하나 금속박을 삽입하여 이것을 몇 장 겹치면 충분한 전기량을 얻을 수 있다. 이를 통해 기계적인 변형을 전기적으로 변환시킬 수 있어서, 마이크로폰이나 전축용 픽업 등에 오래전부터 이용되고 있다. 반대로, 압전성을 가지는 결정판에 고주파 전압을 걸면 판이 주기적으로 신축하며, 특히 전압의 주파수를 판의 고유진동수에 맞추면 공진(共振)하여 판이 강하게 진동한다. 이러한 현상을 역압전효과(逆壓電效果)라고 하며, 이것에 의해 강력하고 안정된 기계적인 진동이 얻어진다.
압전 선형 모터에 전압이 가해지면 압전소자는 정재파 형태로 진동하는데, 횡진동은 탄성체가 이동자와 밀착 또는 이완을 반복하도록 진동시키고, 종진동은 탄성체가 이동자의 선형 이동 방향과 직교한 방향으로 진동을 반복하게 한다. 이러한 진동은 외부로 소음을 유발할 수 있다.
따라서 본원발명에서는 제 1 전선(122) 및 제 2 전선(123) 사이에서 발생하는 진동으로 인한 소음을 차단하기 위하여, PRA를 구조적으로 분리하는 특징을 제공한다. 따라서, 전기 자동차의 운행으로 인해 발생하는 압전 효과로 인한 소음을 효과적으로 차단할 수 있다.
제 1 흡음판(310) 및 제 2 흡음판(320)은 전기 자동차의 운행에 따라 발생하는 제 1 전선(122) 및 제 2 전선(123) 사이의 전위차에 의해 야기되는 소음의 주파수 범위와 PRA의 형상 및 질량에 의하여 결정되는 고유 진동 주파수 범위가 일치하지 않도록 제 1 전선(122) 및 제 2 전선(123) 사이의 유전체 사이에 장착되는 절연성 흡음판 소재로 제작될 수 있다.
일 개시에 의하여 절연성 흡음판은 용융흐름지수(MFI)가 12 내지 20g/10min이고, 융융점(Tm)이 166 내지 168℃인 플리프로필렌, 중량비 6:4의 폴리올레핀계 고분자 및 분산된 상변화물질(PCM)을 코어(Core) 성분으로 하고, 폴리에스테르계 고분자를 시스(Sheath) 성분으로 포함하는 시스-코어(Sheath-core)형 복합섬유 및 폴리에스터계 저융점(LM) 엘라스토머로 이루어질 수 있다.
　본 발명의　흡음재에 포함되는 단섬유(staple fiber)는 상변화물질(PCM)을 포함할 수 있다. 상변화물질(Phase Change Material, PCM)이란, 주변의 온도가 상승하면 녹으면서 열을 흡수하고, 주변의 온도가 낮아지면 결정화하면서 열을 방출시키는 축열, 방열 특성을 반복적으로 나타내는 물질이다.
일 개시에 따라 상변화물질(PCM)을 포함하는 단섬유를 사용하여　흡음　효과와 더불어 온도 조절 기능을 부가함으로써 에너지 효율을 높일 수 있으며, 외부 온도 변화에도 온도 조절이 가능하여 겨울철 낮은 외부 온도로 인해　흡음재가 딱딱해지고 점탄성이 저하되어　흡음성능이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
일 개시에 의한 단섬유는 폴리올레핀계 고분자 및 폴리올레핀계 고분자에 분산된 상변화물질(PCM)을 포함할 수 있다. 일 개시에 의한 폴리올레핀계 고분자는 상변화물질(PCM)과의 상용성이 우수하여 상변화물질(PCM)을 포함하는 단섬유의 주성분으로 포함할 수 있으며, 그 종류는 크게 제한되지 않으나, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아이소부틸렌 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 폴리올레핀(polyolefin) 고분자일 수 있으며, 가장 바람직하게는 내마모성, 내화학성 등의 물성이 뛰어나고, 가격이 저렴하여 넓은 범용성을 가진 폴리프로필렌일 수 있다.
일 개시에 의한 폴리프로필렌은 용융흐름지수(MFI)가 10 내지 40g/10min이고, DSC로 측정한 융융점(Tm)이 160 내지 165℃인 것이 보다 바람직하다. 폴리프로필렌의 용융흐름지수가 낮을수록 섬유의 강성, 내약품성, 낮은 신율을 부여할 수 있지만 점도가 저하되므로 가공성이 나빠지게 되며, 용융흐름지수가 너무 높으면 섬유의 강성이 저하될 뿐만 아니라, 방사가 어려우므로 10 내지 40g/10min의 용융흐름지수를 가지는 것이 가장 적합하다.
일 개시에 의한 단섬유에 포함되는 상변화물질(PCM)의 융점은 바람직하게는 5 내지 44℃일 수 있다. 상변화물질(PCM)의 융점은 계절적 요인과 통상적인 자동차 실내의 온도범위를 고려하여 범위 내인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 21 내지 34℃일 수 있다.
일 개시에 의한 상변화물질(PCM)은 융점 범위를 만족하는 것 중에도 탄소 수 14 내지 22의 파라핀계 상변화물질(PCM)인 것이 보다 바람직하다. 파라핀계 상변화물질(PCM)은 폴리올레핀계와의 상용성이 우수하고, 인체에 무해하다. 파라핀계 상변화물질(PCM)은 n-옥타코산, n-헵타코산, n-헥사코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-아이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸 또는 n-트리데칸 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다.
일 개시에 의하여 단섬유에 포함되는 폴리올레핀계 고분자 및 상변화물질(PCM)의 중량비는 9: 1 내지 3: 7일 수 있다. 상변화물질(PCM)이 범위 미만으로 포함될 경우 온도 조절 기능이 미흡한 단점이 있을 수 있으며, 범위를 초과하여 포함될 경우 코어(Core)부의 섬유 형성능이 저하되어 결과적으로 복합섬유의 생산성 및 물성이 저하되는 단점이 있을 수 있다.
일 개시에 의한 단섬유는 폴리올레핀계 고분자 및 분산된 상변화물질(PCM)을 일성분으로 하여 복합방사한 복합섬유일 수 있다. 바람직하게는 시스-코어(sheath-core)형 또는 사이드 바이 사이드(side by side)형 등의 복합섬유일 수 있으며, 시스-코어(sheath-core)형 복합섬유를 형성할 경우, 폴리올레핀계 고분자 및 분산된 상변화물질(PCM)을 코어(Core) 성분으로 하고,　폴리에스테르계 고분자를 시스(Sheath) 성분으로 포함하는 시스-코어(Sheath-core)형 복합섬유일 수 있다. 시스(Sheath) 성분으로 포함되는　폴리에스테르계 고분자는 코어(Core)성분의 폴리올레핀계 고분자와의 계면특성으로 인하여 그 사이에 공간이 형성되고, 이는 공기층의 형성을 극대화하여 입사된 소리에너지의 점성 손실과 소산 경로를 극대화할 수 있으며,　흡음성능이 현저히 향상될 수 있다. 시스(Sheath) 성분으로 포함되는　폴리에스테르계 고분자는 범용적인　폴리에스테르계 고분자라면 특별한 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 폴리에텔렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate) 또는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (Polytrimethyleneterephthalate) 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다.
시스-코어(Sheath-core)형 복합섬유는 코어(Core) 성분 및 시스(Sheath) 성분의 중량비가 7 : 3 내지 3 : 7일 수 있다. 코어(Core)성분이 범위 미만으로 포함될 경우 온도 조절 기능이 미흡하고, 시스(Sheath)와 코어(Core)부 사이에 형성되는 공간의 크기가 감소하여　흡음성능이 저하되는 단점이 있을 수 있으며, 범위를 초과하여 포함될 경우 시스(Sheath) 성분이 너무 적어 복합방사된 섬유 전체의 물성저하가 발생하는 단점이 있을 수 있다.
또한, 본 발명의　흡음재는 다수의 상변화물질(PCM)을 포함하는 단섬유를 부분 접합시키는　바인더　섬유를 포함할 수 있다. 바인더　섬유는 섬유 구조체 제조 시 통상적으로 사용되는　바인더　섬유를 사용할 수 있으며, 섬유뿐 아니라 파우더 형태로 사용될 수도 있고, 보다 바람직하게는 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 포함할 수 있다.
엘라스토머(Elastomer)란, 일반적으로 고무류와 같은 탄성이 현저한 고분자 재료를 말하며, 즉, 외력을 가하여 잡아당기면 늘어나고 외력을 제거하면 본래의 길이로 돌아가는 성질을 지닌 고분자를 의미한다. 본 발명에서 사용되는 바람직한 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 50 내지 80%의 탄성회복률을 나타낼 수 있다. 탄성회복률이 50% 미만인 경우 섬유집합체가 단단해지고 유연성이 부족하여　흡음성능이 저하될 수 있으며, 80%를 초과하는 경우 중합물 자체의 제조 비용 상승뿐만 아니라 섬유집합체 제조시 가공성이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.
일 개시에 따른 본원발명은 섬유집합체의　바인더　섬유를 탄성회복률이 50 내지 80%인 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 포함하도록 하여 섬유구조체의 반발 탄성율(ASTM D 3574)을 50 내지80%까지 증가시키고, 궁극적으로는 매트릭스 내부로 전달되는 진동감쇄 능력이 향상되어　흡음률 및 투과손실을 향상시킬 수 있다.
저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리스티렌계, 폴리비닐클로라이드계 또는 폴리우레탄계 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다.
또한, 더욱 바람직하게는 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 디메틸테레프탈레이트(Dimethyl Terephthalate: DMT)와 디메틸이소프탈레이트(Dimethyl isophthalate: DMI) 또는, 테레프탈산(Terephthalic Acid: TPA)과 이소프탈산(Isophthalic Acid: IPA)을 산성분(Diacid)으로 1,4-부탄디올(1,4-Butanediol: 1,4-BD), 폴리테트라메틸렌글리콜(Polytetramethyleneglycol: PTMG)을 디올성분(Diol)으로 하여 에스테르화 및 중합단계를 통해 제조할 수 있다.
저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)와 일반 폴리에스터의 중량비 40:60~60:40으로 제조되는 것이 바람직하다. 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)가 중량비 40미만으로 포함되면 탄성력과 저융점 기능이 저하될 수 있으며, 중량비 60을 초과하면 제조단가가 높아지는 문제점이 있다.
흡음재는 상변화물질(PCM)을 포함하는 단섬유 50 내지 80중량% 및　바인더　섬유 20 내지 50중량%를 포함할 수 있다. 상변화물질(PCM)을 포함하는 단섬유의 함량이 50 중량% 미만인 경우에는 외부 온도 변화에 대한 온도조절 기능이 미흡할 수 있으며, 반면 상변화물질(PCM)을 포함하는 단섬유의 함량이 80 중량%를 초과하게 되면 상대적으로　바인더　섬유의 함량이 20중량% 미만이 되어 섬유 간의 충분한 결속력을 유지하지 못하게 되며, 이로 인해　흡음재를 임의의 모양으로 성형하기가 어렵고, 매트릭스 구조가 강건하지 못하기 때문에 음파의 전달로 인해 발생하는 매트릭스 구조로 전달되는 진동이 충분히 감쇄되지 않아 저주파의　흡음률이 저하될 수 있다.　바인더　섬유의 함량이 20 내지 50중량%로 증가함에 따라 반발 탄성율(ASTM D 3574)은 50 내지 80%까지 증가하게 된다.
일 개시에 의하여 절연성 흠음판은 평균직경이 3.5 ㎛ ~ 5 ㎛인 MB(melt Blown) 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 3.7 : 6.3의 중량비로 혼합하여 접착강도 6.8 N/25㎜ ~ 13 N/25㎜이고, 면밀도가 330~360 g/m2인 포함하는 흡음재, 흡음재의 일면에 볼록부 및 오목부로 이루어진 패턴이 불규칙적으로 형성된 패턴층 및 패턴층의 상면을 열경화성 점착제 38 내지 45g/m2로　코팅한 코팅층으로 이루어질 수 있다.
도 2는 다른 개시에 의한 PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 전기 자동차에 포함된 포함된 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 1 전선(122)을 포함하는 제 1 PRA(Power Relay Assembly) 하우징(1210)을 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 제 1 PRA 하우징(1210)과 구조적으로 분리되며, 배터리와 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 2 전선(123)을 포함하는 제 2 PRA 하우징(1220)을 포함할 수 있다.
또한, 일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 제 1 PRA 하우징(1210) 및 제 2 PRA 하우징(1220)의 하부에 결합되는 흡음판(330)을 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 제 1 PRA 하우징(1210) 및 제 2 PRA 하우징(1230) 사이에 결합되어 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징으로부터 발생되는 진동을 흡수하는 보조 흡음판(3400을 포함할 수 있다.
일 개시에 의한 보조 흡음판(340)은 기존의 제 1 PRA 하우징(1210) 및 제 2 PRA 하우징(1220)의 하부에 결합되는 흡음판(330)외에 추가로 제 1 PRA 하우징(1210) 및 제 2 PRA 하우징(1220)의 측면에 설치되어 전기자동차의 운행으로 인하여 발생하는 PRA의 전압효과로 인한 진동 및 소음을 효과적으로 차단할 수 있다.
또한, 일 개시에 의하여 PRA 소음 저감 장치(100)는 흡음판(330) 및 보조 흡음판(340)이 고정되는 베이스판(200)을 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여, 흡음판은 평균직경이 3.5 ㎛ ~ 5 ㎛인 MB(melt Blown) 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 3.7 : 6.3의 중량비로 혼합하여 접착강도 6.8 N/25㎜ ~ 13 N/25㎜이고, 면밀도가 330~360 g/m2인 포함하는 흡음재, 흡음재의 일면에 볼록부 및 오목부로 이루어진 패턴이 불규칙적으로 형성된 패턴층 및 패턴층의 상면을 열경화성 점착제 38 내지 45g/m2로　코팅한 코팅층으로 이루어질 수 있다.
일 개시에 의하여 흡음재는 열경화성 점착제를 45 내지 55g/m2로 코팅하여 이루어지는 점착재를 더 포함하여, 차음성능을 증가시킬 수 있다.
또한, 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 열경화성 수지를 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112020068255518-pat00001
여기서,
a, b, c 및 d는 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 1 내지 100의 정수이다.
상기 코팅층은 상기 화학식 1로 표시되는 열경화성 수지, 금속 산화물, 경화제 및 용매를 포함하는 조성물을 이용하여 형성되는 것이다.
상기 금속 산화물은 Al2O3, Ta2O5, TiO2, CrO2, HfO2 및 Y2O3로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 상기 예시에 국한되지 않는다.
경화제는 모노아민이며, 용매는 에틸아세테이트이지만, 상기 예시에 국한되지 않는다.
구체적으로 상기 코팅층을 형성하기 위한 조성물은 열경화성 수지 100 중량부에 대해, 금속 산화물 5 내지 10 중량부, 경화제 1 내지 5 중량부 및 용매 30 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 혼합하여 사용 시, 흡음재의 물리적 특성을 높일 수 있고, 물리적 특성의 향상으로 인한 흡음 성능의 개선 효과가 높아질 수 있다.
상기 코팅층의 형성은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 물리기상 증착(physical vapor deposition), 스퍼터링(sputtering), 진공 증착(evaporation), 스핀온 코팅(spin-on coating), 딥 코팅(dip coating), 및 기타 유사한 증착 기술을 적용할 수 있으며, 코팅층의 형성이 가능한 것은 제한 없이 모두 사용 가능하다.
다른 개시에 의한 흡음재는 폴리머와 압전물질 또는 고음의 특정 음역대를 구현하는 메탈 중 하나 이상이 선택되어 구성될 수 있다.
여기서, 폴리머는 PMMA(Poly Methyl MethAcrylate), PUA(Poly Urethane Acrylate), PVA(Poly Vinyl Alcohol), 폴리에스테르(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리메틸펜텐(TPX), 폴리이미드(PI), 폴리에테르 이미드(PEI), 액정 폴리머(LCP) 등에서 선택될 수 있다.
또한, 압전물질은 BaTiO3, KNbO3, Ba2NaNb5O5, LiNbO3, SrTiO3, Pb(ZrTi)O3, Pb2KNb5O15, LiTaO3, BiFeO3, NaxWO3, ZnO, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 등에서 선택될 수 있고, 메탈(metal)은 Au, Ag, Al, Cu, Ti, Zn, Fe, Mn, Cr 등에서 선택될 수 있다.
흡음재에 입사음이 도달하면 이 입사음은 흡음재에 의해 음향학적 각도로 반사음이 되어 반사되며, 일부는 흡음재의 재질적 특성에 따라 흡수음으로 흡수된다. 여기서, 흡수되는 음은 주로 높은 주파수의 음이다.
그리고, 낮은 주파수의 음의 경우에는 흡음재의 볼록한 부분과 오목한 부분의 두께 차이로 인한 난반사가 발생하여 흡음효과가 증가하게 되는데, 구체적으로 오목한 부분으로 입사되는 입사음은 표면적이 넓어진 오목한 부분 내에서 더 많이 흡수되고, 볼록한 부분에 의해 반사 및 회절되는 원리로 결과적으로 난반사가 증대되며 이에 따라 더욱 많은 낮은 주파수의 음이 흡수될 수 있다.
또한, 이러한 저음 흡수 과정에서 난반사 뿐 만 아니라 상술한 바와 같은 폴리머, 압전물질 및 메탈 등으로 구성된 패턴의 재질과 크기 및 모양을 변화시켜 패턴의 고유진동수를 조절함으로써, 저음 또는 특정한 음역대의 주파수를 흡음하도록 구성될 수도 있다.
특히, 흡음재가 압전물질을 포함하는 경우 패터닝된 흡음재가 물리적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 특성이 나타나므로, 이를 이용하여 흡음효과를 조절할 수 있으며, 이때에는 소정의 접지전극 등을 연결하여 축적된 전기에너지를 방출함으로써 흡음효과가 더욱 상승할 수 있다.
도 3은 일 개시에 의한 소음 및 진동에 대한 개선 전 PRA의 구조를 설명하는 도면이다.
배터리(140)에 저장되는 전력은 모터(170)를 구동하여 동력을 발생시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리는 리튬 배터리일 수 있다. 배터리(140)는 PRA(120)를 통해 인버터(160)에 연결될 수 있다.
인버터(160)는 배터리의 전력을 모터(170)에서 요구되는 전기적 특성을 갖도록 변환하여 모터(170)로 전달할 수 있다. 모터(170)는 인버터를 통해 전달되는 전력에 의해 회전함으로써 동력을 발생시킬 수 있다.
PRA(120)는 적어도 하나의 릴레이를 포함할 수 있다. 구체적으로 PRA(120)는 메인 릴레이와 프리-차지 릴레이를 포함할 수 있다. 메인 릴레이의 온/오프(on/off)에 따라서 배터리로부터 전류가 흘러 인버터 측으로 공급되고, 모터(170)가 구동될 수 있다. 프리-차지 릴레이는 배터리와 인버터의 커패시터가 메인 릴레이를 통해 연결되기 이전에, 인버터(160)의 커패시터가 프리-차지(Pre-Charge) 되도록 하기 위한 회로로 구현될 수 있다.
사용자가 차량에 시동 명령을 입력하면 차량 제어부는 PRA(120)를 제어하여 프리 차지 릴레이로 커패시터를 프리 차징 시킨 후, 정상 동작을 하는 경우로 판단되면, 이후 메인 릴레이를 이용하여 전압을 인버터(160)로 공급할 수 있다.
이하에서, 흡음판을 이용하여 PRA의 소음을 저감시키는 장치(100)는 PRA 소음 저감 장치(100)로 축약하여 설명하도록 한다.
도 4는 일 실시예에 의한 전기 자동차를 제어하는 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
본 발명에 따른 전기 자동차는 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리(140), PRA(120), 소음 제어부(110), 소음 저감부(130), 인버터(160), 모터(170)를 포함할 수 있다. 또한, 도면에 개시되지 않았지만, 모터(170)를 제어하는 모터 제어부(MCU) 및 차량 주행 및 동작에 따른 전반을 제어하는 차량 제어부(ECU)를 포함한다.
여기서 PRA 소음 저감 장치(100)는 고전압의 동작전원을 축전하여 공급하는 배터리(140), 복수의 릴레이를 포함하고, 복수의 릴레이의 동작 여부에 따라 배터리의 동작전원이 차량에 공급되도록 스위칭하는 PRA(Power Relay assembly)(120), 복수의 스위칭 소자를 포함하며 PRA로부터 전달받은 에너지를 교류전력으로 변환하는 인버터(160), 인버터에서 변환된 교류전력을 제공받아 구동되는 모터(170), 및 PRA 내부에 포함된 두 개의 전선 사이에서 발생하는 압전효과에 의한 압전 소음의 주파수와 일치하지 않도록 PRA의 고유 진동 주파수를 변경하는 소음 저감부(130)를 포함할 수 있다.
충전된 전기를 동작전원으로 이용하는 전기 자동차는 상기와 같이 적어도 하나의 배터리셀을 포함하는 배터리(140)를 구비하여 동작하며, 소정의 충전소 또는 차량 충전설비 또는 가정에서 외부로부터 전원을 공급받아 구비되는 배터리(140)를 충전한다.
배터리(140)는 복수의 배터리 셀로 구성되며, 고전압의 전기에너지를 저장한다.
배터리 관리부, 즉 BMS(Battery management system)는 배터리(140)의 잔여용량을 체크하여 충전이 필요한 지 여부를 판단하고, 배터리에 저장된 충전전류를 전기자동차의 각 부로 공급하는데 따른 관리를 수행한다.
이때, BMS는 배터리를 충전하고 사용할 때, 배터리 내의 셀 간의 전압차를 고르게 유지하여, 배터리가 과 충전되거나 과 방전되지 않도록 제어하여, 배터리의 수명을 연장한다.
또한, BMS는 전류사용에 대한 관리를 통해 차량이 장시간 주행할 수 있도록 하고, 공급되는 전류에 대한 보호 회로를 포함한다.
BMS는 전기자동차에 구비되는 연결단자 또는 연결회로를 통해, 전기 충전소에 연결되는 경우, 공급되는 충전전류를 배터리(140)에 인가하여 배터리가 충전되도록 한다. 이때, 전기자동차는 충전전류를 이용하여 배터리(140)를 충전하는 충전기, 또는 필요한 전원으로 변환하는 컨버터 및 인버터를 더 포함한다.
모터 제어부(MCU)는 차량 제어부의 제어명령에 따라, 연결된 적어도 하나의 모터(170)를 구동하기 위한 제어신호를 생성하여 모터(170)로 인가한다. 또한, 모터 제어부(MCU)는 배터리(140)에 충전된 고전압의 전원이 모터(170) 특성에 맞게 변경되어 공급되도록 한다.
차량 제어부(ECU)는 사용자의 입력에 대응하여 설정된 동작이 수행되도록 소정의 명령을 생성하여 인가하여 제어하고, 데이터의 입출력을 제어하여 동작상태가 표시되도록 한다.
차량 제어부(ECU)는 BMS를 통해 배터리(140)를 관리하고, PRA(120)로 스위칭 신호를 인가하여 특정 위치(부품)로의 전원 공급 또는 전원 차단을 제어한다.
차량 제어부는 차량의 주행을 제어하고, 차량이 주행함에 따라 발생하는 압전 소음의 크기를 이용하여 PRA의 정상 작동 여부를 판단할 수 있다.
일 개시에 의하여, 차량 제어부는 압전 소음의 크기가 기 정해진 범위보다 큰 경우, 복수의 릴레이에 대한 테스트 제어를 통해 PRA의 정상 동작 여부를 진단하고, PRA가 정상 동작 범위인 경우, 압전 소음의 크기를 감소시킬 수 있는 소음 저감부의 속성을 변경하고, PRA가 정상 동작 범위를 벗어난 경우, 차량의 주행을 중단하는 경고 메세지를 출력하고, PRA의 고장 상태에 대한 진단 정보를 생성할 수 있다.
PRA(Power relay assembly)(120)는 고전압을 스위칭하기 위한 스위칭 수단으로써, 복수의 릴레이와 센서를 포함하여, 배터리(140)로부터 인가되는 고전압의 동작전원을 특정 위치로 인가하거나 차단한다.
특히 PRA(120)는 차량 시동 시, 고전압의 동작전원이 갑자기 공급되지 않도록 순차적으로 릴레이를 제어하여 차량에 안정적으로 전원이 공급되도록 하고, 시동 오프 시, 순차적으로 릴레이를 제어하여 전원 공급을 차단한다.
PRA(120)는 MCU, 차량제어부(ECU), 배터리(140), DC-DC컨버터(미도시), 충전기(미도시)에 연결되어, 차량제어부의 제어신호에 따라 릴레이를 스위칭하여, 배터리(140)의 전원을 공급한다.
PRA(120)는 복수의 릴레이와 센서를 포함하는데, 특히 제 1 메인 컨택트 릴레이(Main contact relay(-)), 제 2 메인 컨택트 릴레이(Main contact relay(+)), 프리 차지 릴레이(Pre-Charge relay) 그리고 전류센서(current sensor)를 포함한다.
PRA(120)는 차량 제어부로부터 인가되는 신호에 따라, 상기와 같이 구비되는 복수의 릴레이를 스위칭한다. 특히 PRA(120)는 차량 시동 시 또는 차량의 시동이 꺼지는 경우, 구비되는 복수의 릴레이를 소정 순서에 따라 스위칭함으로써, 차량의 각 부로 배터리(140)에 저장된 고전압의 동작전원이 인가되거나 차단되도록 한다.
소음 저감부(130)는 PRA(120)에서 발생하는 소음의 증폭을 막아 PRA(120) 내부에서 발생하는 소음을 저감시키기 위한 역할을 수행한다. 보다 구체적으로 소음 저감부(130)는 PRA의 형상 및 질량을 변경하여 PRA(120)의 스위칭 소음을 줄일 수 있다.
소음 제어부(110)는 PRA(120)의 상태 정보에 따라, 소음을 저감시키기 위하여 필요한 소음 저감부(130)의 속성 및 종류를 결정한다.
소음 제어부(110)는 차량이 주행함에 따라 발생하는 압전 소음의 주파수 범위를 판단하고, 압전 소음의 고유 진동 주파수 범위와 일치하지 않는 범위의 주파수 범위를 결정하고, PRA의 고유 진동 주파수를 주파수 범위로 이동시키기 위한 소음 저감부(130)의 속성을 결정하고, 결정된 소음 저감부의 속성을 사용자 단말로 전송할 수 있다.
일 개시에 의하여 소음 제어부(110)는, 차량의 운행 정보 및 차량의 주변 상태 정보를 획득할 수 있다. 차량의 운행 정보 및 주변 상태정보는 차량의 내외부에 포함된 센싱부를 통하여 획득될 수 있다.
일 개시에 의하여 소음 제어부(110)는, 획득한 정보에 기초하여, PRA의 고유 진동 주파수를 변경하기 위한 소음 저감부의 종류를 결정할 수 있다. 소음 저감부의 종류는 질량을 증감시키는 것, 흡음재 코팅법, 외부에 설치된 격자 구조물일 수 있다.
일 개시에 의하여 소음 제어부(110)는, 결정된 소음 저감부의 성분, 중량 및 소재 중 적어도 하나를 포함하는 소음 저감부의 속성을 결정할 수 있다. 즉, 각 소음 저감부의 성분, 방법, 질량 등을 결정할 수 있다.
일 개시에 의하여 소음 제어부(110)는, 결정된 소음 저감부의 속성에 따른 PRA의 고유 진동 주파수를 예측하여 압전 소음의 주파수와 일치하는지 여부를 판단할 수 있다. 여전히 압전 소음의 주파수와 고유 진동 주파수가 일치하는 경우 소음이 증폭되어 소음 크기가 증가될 수 있으므로, PRA의 고유 진동 주파수를 재 변경해야 한다.
도 5는 일 개시에 의한 배터리와 모터를 연결하는 PRA의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
차량 제어부는 연결된 각 부분의 상태 정보에 기초하여 소정 신호를 생성하여 인가하는데, 특히 BMS의 상태정보와 측정되는 전류 등에 대응하여 PRA(120)로 스위칭 신호를 인가한다.
이때, PRA(120)의 제 1 메인 컨택트 릴레이, 제 2 메인 컨택트 릴레이는 각각 차량 제어부에 별도의 연결선으로 연결되어, 각각 차량 제어부로부터 입력되는 스위칭 제어신호에 따라 동작하며, 각 릴레이가 온(ON)되면, 그에 따라 소정 전압이 피드백 신호로써 차량 제어부로 입력된다. 차량 제어부는 입력되는 전압값에 따라 제 1 메인 컨택트 릴레이 또는 제 2 메인 컨택트 릴레이가 온(ON) 또는 오프(OFF) 상태인지 체크한다.
여기서, 각 릴레이에 연결된 전선과 전선 사이에 존재하는 유전체에 압전효과로 인한 치수변화가 야기될 수 있으며, 이 치수 변화는 공기를 진동시키는 소음을 유발할 수 있다.
다른 개시에 의하여, PRA 소음 저감 장치(100)는 고전압의 동작전원을 축전하여 공급하는 배터리, 복수의 릴레이를 포함하고, 복수의 릴레이의 동작 여부에 따라 배터리의 동작전원이 차량에 공급되도록 스위칭하는 PRA(Power Relay assembly), 복수의 스위칭 소자를 포함하며 PRA로부터 전달받은 에너지를 교류전력으로 변환하는 인버터, 인버터에서 변환된 교류전력을 제공받아 구동되는 모터, 및 PRA 내부에 포함된 두 개의 전선 사이의 유전체에 포함되어 압전효과에 의해 발생하는 소음을 저감시키는 절연성 흠음판을 포함할 수 있다.
또한, 전기 자동차가 주행함에 따라 발생하는 압전 소음의 주파수 범위를 판단하고, 압전 소음의 고유 진동 주파수 범위와 일치하지 않는 범위의 주파수 범위를 결정하고, PRA의 고유 진동 주파수를 주파수 범위로 이동시키기 위한 절연성 흡음판의 속성을 결정할 수 있다.
다른 개시에 따라, PRA 소음 저감 장치(100)는 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 제1 메인 릴레이(main relay)를 포함하는 제 1 전선, 배터리와 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 제 2 메인 릴레이 및 제 2 메인 릴레이와 병렬로 연결되는 프리 차지 릴레이(pre-charge relay)를 포함하는 제 2 전선, 배터리의 충방전 동작에 기초하여 제 1 전선의 릴레이 및 제 2 전선의 릴레이를 제어하는 제어부 및 제 1 전선 및 제 2 전선 사이에서 발생하는 압전효과에 의한 소음을 저감시키도록 제 1 전선 및 제 2 전선 사이에 삽입되는 절연성 흡음판을 포함할 수 있다.
여기서, 절연성 흡음판은, 제 1 전선 및 제 2 전선에 포함된 릴레이의 동작으로 인해 발생되는 진동을 흡수하는 흡음재로 이루어진 것 일 수 있다.
일 개시에 의한 흡음재는 PRA(120)의 외부 표면을 감쌀 수 있으며, PRA(120)외면의 일부 또는 전부에 코팅될 수 있다.
여기서 흡음재는 평균직경이 3.5 ㎛ ~ 5 ㎛인 MB(melt Blown) 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 3.7 : 6.3의 중량비로 혼합하여 접착강도 6.8 N/25㎜ ~ 13 N/25㎜이고, 면밀도가 330~360 g/m2인 포함하는 흡음 소재, 흡음재의 일면에 볼록부 및 오목부로 이루어진 패턴이 불규칙적으로 형성된 패턴층 및 패턴층의 상면을 열경화성 점착제 38 내지 45g/m2로　코팅한 코팅층으로 이루어 질 수 있다.
흡음재는 MB(melt Blown) 섬유로 구성된 멜트블로운 섬유 제조에 사용되는 폴리프로필렌계 화합물 함유 수지는 폴리프로필렌계 화합물(또는 폴리프로필렌계 화합물 함유 수지)을, 바람직하게는 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 랜덤 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌을 사용할 수 있다. 또한, 폴리프로필렌은 MI(melt index)가 800 ~ 1,500g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00002
)인 것을, 바람직하게는 MI가 1,100 ~ 1,400g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00003
)인 것을, 더욱 바람직하게는 MI가 1200 ~ 1,380g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00004
)인 것을 사용할 수 있는데, 이때, MI가 800g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00005
) 미만인 것을 사용하면 멜트블로운 섬유의 섬도가 두꺼워지고 이를 보상하기 위해서 가공 온도를 290
Figure 112020068255518-pat00006
이상 올리면 공정비용 증가와 폴리프로필렌 탄화물 증가로 인한 노즐 교체주기가 짧아지는 문제가 있을 수 있고, 1,500g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00007
)을 초과하는 것을 사용하면 용융강도(melt strength)가 약해져서 섬유형성능 저하로 인해 방사중에 샷(shot)의 발생빈도가 증가하는 문제가 있을 수 있으므로 범위 내의 MI를 갖는 것을 사용하는 것이 좋다.
멜트블로운 방사의 다이(die) 및 노즐(nozzle) 온도와 핫 에어(hot air) 온도는, 250
Figure 112020068255518-pat00008
~ 290
Figure 112020068255518-pat00009
하에서, 바람직하게는 260
Figure 112020068255518-pat00010
~ 280
Figure 112020068255518-pat00011
하에서 수행하는 것이 좋으며, 이때, 핫 에어 온도가 250
Figure 112020068255518-pat00012
미만이면 폴리프로필렌계 화합물 성분의 섬유의 두께가 두꺼워지기 때문에 섬유집합체 공극률이 저하되고 함유되어 있는 공기량이 상대적으로 줄어들기 때문에 극세섬유와 공기층에 의한 소리에너지의 유동저항 감소효과가 저하될 수 있고, 결과적으로 흡음성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 그리고, 핫 에어 온도가 290
Figure 112020068255518-pat00013
를 초과하면 공정비용 증가와 폴리프로필렌 탄화물 증가로 인한 노즐 교체주기가 짧아지는 문제와 폴리프로필렌계 화합물 성분의 섬유가 안정적으로 집속되지 못하고 날리는 현상이 나타날 수 있다.
멜트블로운 복합 부직포를 제조하는 단계에서, 단종이 아닌 2종 이상의 섬유로 멜트블로운 복합 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유로 구성된 멜트블로운 복합 부직포 제조시에는 폴리프로필렌계 화합물 함유 수지 및 폴리에틸렌계 화합물 함유 수지를 사이드-바이-사이드 복합방사구금으로 멜트블로운 복합방사시킬 때, 방사되는 멜트블로운 기류에 블로잉(Blowing) 설비 및 노즐을 통해 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 혼입시켜서, 멜트블로운 복합섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 혼합시켜서, 흡음재를 제조할 수 있다.
멜트블로운 복합방사의 다이(die) 및 노즐(nozzle)와 핫 에어(hot air) 온도 250
Figure 112020068255518-pat00014
~ 290
Figure 112020068255518-pat00015
하에서, 바람직하게는 260
Figure 112020068255518-pat00016
~ 280
Figure 112020068255518-pat00017
하에서 수행하는 것이 좋으며, 이때, 핫 에어 온도가 250
Figure 112020068255518-pat00018
미만이면 사이드-바이-사이드 복합섬유의 일부인 폴리프로필렌계 화합물 성분의 섬유의 두께가 두꺼워지기 때문에 섬유집합체 공극률이 저하되고 함유되어 있는 공기량이 상대적으로 줄어들기 때문에 극세섬유와 공기층에 의한 소리에너지의 유동저항 감소 효과가 저하될 수 있고, 결과적으로 흡음성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 그리고, 핫 에어 온도가 290
Figure 112020068255518-pat00019
를 초과하면 공정비용 증가와 폴리프로필렌 탄화물 증가로 인한 노즐 교체주기가 짧아지는 문제와 폴리프로필렌계 화합물 성분의 섬유가 안정적으로 집속되지 못하고 날리는 현상이 나타나고, 사이스-바이-사이드 복합섬유 중 다른 사이드를 구성하는 폴리에틸렌계 화합물 성분의 섬유와의 접합성이 떨어져서 복합섬유집합체 구조가 불량해지는 문제가 있을 수 있으므로 온도 범위 내에서 수행하는 것이 좋다.
멜트블로운 복합섬유는 사이드-바이-사이드 형태의 복합섬유로서, 폴리프로필렌계 화합물 및 폴리에틸렌계 화합물을 1 : 0.5 ~ 2 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.7 ~ 1.5 중량비 중량비로 포함할 수 있는데, 이때, 폴리에틸렌계 화합물이 0.5 중량비 미만이면 접착성 및 벌키성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 2 중량비를 초과하면 방사성 저하로 인한 섬도 증가 및 섬유집합체에서 전체적으로 결점이 증가하는 문제가 있을 수 있다.
멜트블로운 복합섬유에 있어서, 폴리프로필렌계 화합물(또는 폴리프로필렌계 화합물 함유 수지)는 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 랜덤 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌을 사용할 수 있다. 또한, 폴리프로필렌은 MI(melt index)가 800 ~ 1,500g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00020
)인 것을, 바람직하게는 MI가 1,100 ~ 1,400g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00021
)인 것을, 더욱 바람직하게는 MI가 1200 ~ 1,380g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00022
)인 것을 사용할 수 있는데, 이때, MI가 800g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00023
) 미만인 것을 사용하면 멜트블로운 섬유의 섬도가 두꺼워지고 이를 보상하기 위해서 가공 온도를 290
Figure 112020068255518-pat00024
이상 올리면 공정비용 증가와 폴리프로필렌 탄화물 증가로 인한 노즐 교체주기가 짧아지는 문제가 있을 수 있고, 1,500g/10분(230
Figure 112020068255518-pat00025
)을 초과하는 것을 사용하면 용융강도(melt strength)가 약해져서 섬유형성능 저하로 인해 방사중에 샷(shot)의 발생빈도가 증가하는 문제가 있을 수 있으므로 범위 내의 MI를 갖는 것을 사용하는 것이 좋다.
또한, 멜트블로운 복합섬유에 있어서, 폴리에틸렌계 화합물(또는 폴리에틸렌계 화합물 함유 수지)은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low Density polyethylene)을, 바람직하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE, Linear Low Density polyethylene)을 사용하는 것이 사이드 바이 사이드 복합섬유의 폴리프로필렌계 화합물과의 접착력 확보면에서 유리하다. 그리고, 선형 저밀도 폴리에틸렌은 MI(melt index)가 140 ~ 160g/10분(190
Figure 112020068255518-pat00026
)인 것을, 바람직하게는 MI가 145 ~ 160g/10분(190
Figure 112020068255518-pat00027
)인 것을, 더욱 바람직하게는 MI가 150 ~ 160g/10분(190
Figure 112020068255518-pat00028
)인 것을 사용하는 것이 좋으며, 이때, LLDPE 수지의 MI가 140g/10분(190
Figure 112020068255518-pat00029
) 미만인 것을 사용하면 흐름성이 저하되어 멜트블로운 섬유의 섬도가 두꺼워지는 문제가 있을 수 있고, MI가 160g/10분(190
Figure 112020068255518-pat00030
)을 초과하는 것을 사용하면 방사 중에 멜트블로운 섬유 사절현상이 증가하여 복합 부직포 균제도 제어에 불리한 문제가 있을 수 있다.
또한, LLDPE 수지는 비중이 0.90 ~ 0.95인 것을, 더욱 바람직하게는 0.92 ~ 0.94인 것을 사용하는 것이 복합섬유집합체의 경량성 및 접찹성 확보면에서 유리하다.
제조예
흠음재의 제조
평균직경이 3.5㎛ ~ 5㎛인 MB(melt Blown) 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 3.7 : 6.3의 중량비로 혼합하고, 접착강도 6.8 N/25㎜ ~ 13 N/25㎜이고, 면밀도가 330~360 g/m2인 흡음재를 제조하였다.
상기 흡음재의 일면은 볼록부 및 오목부로 이루어진 패턴을 불규칙적으로 형성하였다.
코팅층의 제조
하기 화학식 1로 표시되는 열경화성 수지, Ta2O5, 경화제로 모노아민 및 용매로 에틸아세테이트를 하기 표 1과 같이 혼합하여 코팅 조성물로 제조하였다:
[화학식 1]
Figure 112020068255518-pat00031
여기서, a, b, c 및 d는 1 내지 100의 정수이다.
HD1 HD2 HD3 HD4 HD5
열경화성수지 100 100 100 100 100
Ta2O5 1 5 7 10 15
모노아민 0.1 1 3 5 7
용매 20 30 40 50 60
(단위 중량부)
상기 코팅 조성물은 흡읍재의 패턴부가 형성된 일면에 도포하고 경화시켜 코팅층으로 형성하였다.
실험예 1
흡음재의 물리적 특성 평가
대조군으로 코팅층이 형성되지 않은 흡음재를 사용하고, HD1 내지 HD5의 코팅층이 형성된 흡음재에 대한 물리적 특성을 평가하였다.
코팅층이 형성된 면에 대해서, 2 cm Х 2 cm(두께: 2 mm)의 크기로 자른 후 온도 25 ℃ 및 습도 50±5 %의 환경에서 16 시간 정치하였다. 이후 경도계(D 형 경도계)를 사용하여 흡음재의 경도를 측정하였다.
또한, 만능시험계(UTM)를 사용하여 500 mm/분의 속도로 테스트하면서 파단 직전의 최고 강도 값을 취득한 후, 취득한 값을 통해 Strain-Stress 곡선의 20 내지 70% 영역에서의 기울기를 계산하여 탄성 모듈러스를 측정하였다.
실험 결과는 하기 표 2와 같다.
HD1 HD2 HD3 HD4 HD5 대조군
경도(H, shore D) 56.2 57.7 58.5 57.5 56.9 55.5
탄성 모듈러스(M, N/㎟) 110.3 121.1 135.2 123.1 111 60.6
상기 실험 결과에 따르면, 코팅층의 형성 여부에 따라 물리적인 특성이 크게 차이가 나타남을 확인할 수 있다. 상기 흡음재의 사용 환경에 비추어, 물리적 특성이 약할 경우, 외부 충격에 의해 쉽게 파손될 염려가 있다. 다만, 상기와 같이 코팅층의 형성에 의해 물리적 특성을 향상시켜 외력에 의한 파손 방지가 가능하다고 할 것이다.
실험예 2
흡음 성능 확인
대조군 1로 코팅층이 형성되지 않은 흡음재를 사용하고, 대조군 2로 두께 6mm의 석고보드를 사용하였으며, HD1 내지 HD5의 코팅층이 형성된 흡음재에 대해 흡음 성능을 확인하였다.
관내법(KS F 2814)에 따라 흡음 성능을 확인하였으며, HM-02 I/O(Scein/S.KOREA)를 사용하였고, (19.4 오차범위 0.3)
Figure 112020068255518-pat00032
/(59.4 오차범위 1.9)% R.H 조건 하에서 실험을 진행하였다. 본 실험예에서 배후공간을 50mm로 하여 진동수 대비 주파수를 측정하였다.
그 결과는 하기 표 3과 같다.
250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000
HD1 0.15 0.75 0.91 0.9 0.91 0.84 0.81 0.80
HD2 0.24 0.73 0.95 0.9 0.83 0.8 0.74 0.72
HD3 0.22 0.85 0.92 0.88 0.81 0.75 0.73 0.71
HD4 0.15 0.75 0.92 0.95 0.91 0.87 0.85 0.83
HD5 0.1 0.4 0.84 0.83 0.81 0.77 0.75 0.7
대조군1 0.25 0.55 0.42 0.4 0.53 0.35 0.33 0.3
대조군2 0.09 0.18 0.3 0.4 0.5 0.61 0.62 0.63
상기 표 3의 결과에 따르면 진동수 대비 주파수를 측정한 것으로 대조군에 비해 높은 흡음 성능을 나타냄을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 전기 자동차에 포함된 포함된 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 1 전선;
    상기 제 1 전선을 포함하는 제 1 PRA(Power Relay Assembly) 하우징;
    상기 배터리와 상기 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 2 전선;
    상기 제 1 PRA 하우징과 구조적으로 분리되며, 상기 제 2 전선을 포함하는 제 2 PRA 하우징; 및
    상기 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징이 고정되는 베이스판을 포함하고,
    상기 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징과 상기 베이스판 사이에 삽입되어, 상기 전기 자동차의 운행에 의해 발생하는 역압전효과로 인한 진동을 흡수하는 흡음판을 더 포함하되,
    상기 흡음판은 흡음재는 열경화성 점착제를 45 내지 55g/m2로 코팅하여 이루어지는 점착재를 더 포함하고,
    상기 열경화성 점착제는 하기 화학식 1의 열경화성 수지를 포함하는 것인, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치.
    [화학식 1]
    Figure 112021113701831-pat00038

    단, a, b, c 및 d는 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 1 내지 100의 정수임.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징 사이에 결합되어 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징으로부터 발생되는 진동을 흡수하는 보조 흡음판을 더 포함하는, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡음판은,
    상기 전기 자동차의 운행에 따라 발생하는 상기 제 1 전선 및 제 2 전선 사이의 전위차에 의해 야기되는 소음의 주파수 범위와 상기 PRA의 형상 및 질량에 의하여 결정되는 고유 진동 주파수 범위가 일치하지 않도록 상기 제 1 전선 및 제 2 전선 사이의 유전체 사이에 장착되는 절연성 흡음판인 것인, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치.
  5. 전기 자동차에 포함된 포함된 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 1 전선을 포함하는 제 1 PRA(Power Relay Assembly) 하우징;
    상기 제 1 PRA 하우징의 하부에 결합되는 제 1 흡음판;
    상기 제 1 PRA 하우징과 구조적으로 분리되며, 상기 배터리와 상기 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 2 전선을 포함하는 제 2 PRA 하우징;
    상기 제 2 PRA 하우징의 하부에 결합되는 제 2 흡음판; 및
    상기 제 1 흡음판 및 제 2 흡음판이 고정되는 베이스판을 포함하는, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 PRA 하우징 및 상기 제 2 PRA 하우징의 사이에 결합되는 제 3 흡음판을 더 포함하는, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치.
  7. 전기 자동차에 포함된 포함된 배터리(battery)와 인버터(inverter) 사이의 음의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 1 전선을 포함하는 제 1 PRA(Power Relay Assembly) 하우징;
    상기 제 1 PRA 하우징과 구조적으로 분리되며, 상기 배터리와 상기 인버터 사이의 양의 전압을 연결하는 릴레이를 포함하는 제 2 전선을 포함하는 제 2 PRA 하우징;
    상기 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징의 하부에 결합되는 제 4 흡음판;
    상기 제 4 흡음판의 하부에 결합되는 베이스판; 및
    상기 제 1 PRA 하우징 및 제 2 PRA 하우징 사이에 결합되는 제 5 흡음판을 포함하는, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 4 흡음판은,
    평균직경이 3.5 ㎛ ~ 5 ㎛인 MB(melt Blown) 섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 3.7 : 6.3의 중량비로 혼합하여 접착강도 6.8 N/25㎜ ~ 13 N/25㎜이고, 면밀도가 330~360 g/m2인 포함하는 흡음재;
    상기 흡음재의 일면에 볼록부 및 오목부로 이루어진 패턴이 불규칙적으로 형성된 패턴층; 및
    상기 패턴층의 상면을 열경화성 점착제 38 내지 45g/m2로　코팅한 코팅층으로 이루어진 것을 특징으로 하는, PRA의 구조적 분리를 통해 전기 자동차의 소음을 저감시키는 장치.
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