KR102564676B1 - 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드 - Google Patents

화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 배터리를 감싸는 케이스, 전기자동차 하부판넬, 엔진 커버, ESS 케이스 등의 구조물 표면(내표면 또는 외표면)에 부착되게 설치되는 것으로, 형상가공이 용이하여 구조물의 형태에 상관없이 쉽게 가공이 가능하며, 구조물에서의 열폭주 발생 또는 화재 발생시 화재의 확산을 방지 및 지연시킬 수 있는 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드에 관한 것이다.
본 발명은 전기자동차의 배터리를 감싸는 케이스나 하부판넬, ESS 케이스를 포함하는 구조물의 내표면이나 외표면에 부착에 부착하여 사용되는 것으로, 구조물의 열폭주 또는 이상 발생 시 화염 차단을 위한 내측방염패드(10); 상기 내측방염패드(10)의 일측면에 구비되어 기준온도 이상에서 팽창 및 탄화막을 형성하는 열팽창시트(20); 상기 내측방염패드(10)와 반대쪽인 상기 열팽창시트(20)의 일측면에 구비되는 외측방염패드(30);로 이루어지고, 상기 열팽창시트(20)는, 에폭시 20 ~ 30중량%, 인계 난연제 10 ~ 25중량%, 팽창흑연 5 ~ 10중량%, 팽창 유지제로서 붕소산화물 5 ~ 20중량%, 발포제 5 ~ 15중량%, 다공성 실리카 1 ~ 10중량%, 아민 15 ~ 20중량%로 조성되며, 상기 내측방염패드(10)와 열팽창시트(20) 및 외측방염패드(30)가 중첩된 상태로 일체가 되게 결합되어 형성된 복합체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드{A composite pad that preventing fire spread and easy to shape processing a structure}
본 발명은 전기자동차의 배터리를 감싸는 케이스, 전기자동차 하부판넬, 엔진 커버, ESS 케이스 등의 구조물 표면(내표면 또는 외표면)에 부착되게 설치되는 것으로, 형상가공이 용이하여 구조물의 형태에 상관없이 쉽게 가공이 가능하며, 구조물에서의 열폭주 발생 또는 화재 발생시 화재의 확산을 방지 및 지연시킬 수 있는 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드에 관한 것이다.
범세계적으로 신재생에너지의 확대와 더불어 전력산업의 효율성을 제고하는 장점에 기인하여 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)의 활용성이 급속히 증대되고 있다. ESS는 랙 상에 다수의 배터리를 적층 상태로 지지하면서 전기적으로 직병렬로 연결한 모듈형태로 구성된다.
또한, 전기자동차에 내장되는 충방전 가능한 배터리의 경우에도 복수개의 배터리셀을 케이스 등에 수납시킨 모듈형태로 구성되어 있다.
이러한 에너지 저장시스템이나 전기자동차 배터리모듈의 경우, 사용과정에서 여러 이유(과부하, 과충전, 충격 등)에 의해 배터리셀의 고장이 발생될 수 있으며, 이러한 고장으로 인해 이상 발열증상이 나타나 온도가 지속적으로 상승하게 되며 임계온도를 넘어서게 되면 열 폭주현상이 발생된다. 또한 열 폭주현상외에도 화재 발생으로 차량을 전소시키는 문제를 안고 있다.
이에 따라, 에너지 저장시스템이나 배터리모듈의 열폭주 시 또는 화재 발생시 확산을 방지하기 위해, 배터리모듈 케이스의 내표면이나 외표면에 방염물질을 도포하여 코팅하거나 방염패드를 부착시켜 사용하고 있다.
그러나 단순히 방염물질로 도포되거나 방염패드를 부착시켜 사용하는 것임에 따라 단열성이 없고 온도상승 억제에 한계가 있으며, 연쇄적인 열폭주 현상에 따른 급격한 전이 및 화재의 확산을 방지하는데 어려움이 있다.
따라서, 이러한 연쇄적인 열폭주 현상의 급격한 전이를 방지하고 화재의 확산을 방지하기 위해, 배터리모듈이나 배터리팩, ESS 등 구조물의 열폭주 또는 화재 발생시 더 이상 확산되지 않도록 방염시키거나 온도상승으로 인한 열폭주를 지연시킬 수 있는 대안이 요구되고 있다.
공개특허공보 제10-2022-0021143호(2022.02.22. 배터리 모듈)
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, 전기자동차의 배터리를 감싸는 케이스, 하부판넬, 엔진 커버, ESS 케이스 등의 구조물 표면(내표면 또는 외표면)에 복합패드를 부착하여 설치함으로써 구조물에서 열폭주 현상이 발생되거나 화재 발생시 화재의 확산을 방지함은 물론 열전달을 방지 또는 지연시켜 주도록 한 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 비전도성 물질로 조성됨은 물론 변형이 가능하여 대상 구조물의 형태에 맞게 형상을 가공한 후 구조물의 표면(내표면, 외표면)에 부착하여 설치할 수 있는 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드를 제공함에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드는, 전기자동차의 배터리를 감싸는 케이스나 하부판넬, ESS 케이스를 포함하는 구조물의 내표면이나 외표면에 부착에 부착하여 사용되는 것으로, 구조물의 열폭주 또는 이상 발생 시 화염 차단을 위한 내측방염패드(10); 상기 내측방염패드(10)의 일측면에 구비되어 기준온도 이상에서 팽창 및 탄화막을 형성하는 열팽창시트(20); 상기 내측방염패드(10)와 반대쪽인 상기 열팽창시트(20)의 일측면에 구비되는 외측방염패드(30);로 이루어지고, 상기 열팽창시트(20)는, 에폭시 20 ~ 30중량%, 인계 난연제 10 ~ 25중량%, 팽창흑연 5 ~ 10중량%, 팽창 유지제로서 붕소산화물 5 ~ 20중량%, 발포제 5 ~ 15중량%, 다공성 실리카 1 ~ 10중량%, 아민 15 ~ 20중량%로 조성되며, 상기 내측방염패드(10)와 열팽창시트(20) 및 외측방염패드(30)가 중첩된 상태로 일체가 되게 결합되어 형성된 복합체로 이루어진 것을 특징으로 한다.
삭제
여기서, 상기 발포제는 요소(urea)와 티오요소(thiourea) 중 선택된 하나 이상이 첨가되며, 상기 복합패드는 배터리셀 내부의 정전기 방지 및 전기적 발화로부터 배터리셀을 보호하도록 비전도성 물질로 조성된 것이 바람직하다.
삭제
삭제
상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드에 따르면, 전기자동차의 배터리를 감싸는 케이스, 하부판넬, 엔진 커버, ESS 케이스 등의 구조물의 형태에 맞게 형상을 가공하여 대상 구조물의 표면(내표면 또는 외표면)에 복합패드를 부착하여 설치함으로써 구조물에서 열폭주 현상이 발생되거나 화재 발생시 화재의 확산을 효과적으로 방지할 수 있음은 물론 열전달을 방지 또는 지연시켜 줄 수 있어 재산 피해 및 인명 피해를 줄이거나 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드의 구조도,
도 2는 본 발명에 따른 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드의 설치상태도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드는 전기자동차의 배터리를 감싸는 케이스, 하부판넬, 엔진 커버, ESS 케이스 등의 구조물의 표면(내표면 또는 외표면)에 부착되어 설치되는 것이며, 구조물의 열폭주나 화재 발생시 확산을 방지하거나 지연시키게 된다.
더욱 바람작하게는 본 발명의 복합패드가 구조물을 이루는 케이스나 커버 또는 판넬의 내표면이나 외표면 또는 둘 모두에 부착되어 사용된다.
구체적으로, 본 발명의 복합패드는 구조물의 열폭주 또는 이상 발생 시 화염 차단을 위한 내측방염패드(10)와, 내측방염패드(10)의 일측면에 구비되는 열팽창시트(20)와, 열팽창시트(20)의 일측면에 구비되는 외측방염패드(30)로 이루어져 있으며, 내측방염패드와 열팽창시트 및 외측방염패드가 서로 분리되어 구비되는 것이 아니라 중첩된 상태로 일체가 되게 형성되어 복수의 패드가 결합된 복합체로 이루어진다.
상기 내측방염패드와 열팽창시트 및 외측방염패드는 열융착 결합방식이나 접착제에 의한 결합방식 등의 방법으로 결합될 수 있다.
구조물에서 열폭주나 화염이 발생된 경우, 상기 내측방염패드와 외측방염패드가 쉽게 화염에 의해 연소되지 않으면서 상기 열팽창시트가 화염의 열에 의해 팽창되어 탄화막을 형성하여 화염의 확산이 차단 및 외부 온도의 상승을 방지하게 되는 것이다.
상기 내측방염패드(10)와 외측방염패드(30)는 구조물의 열폭주나 화재발생시 화염을 차단하기 위해 구비되는 패드이며, 복합패드의 양쪽 최외측에 각각 구비된다.
내측방염패드(10)와 외측방염패드(30)는 난연재료, 불연재료, 내화 단열재료로 형성될 수 있으며, 1300°이상의 화염에 견딜 수 있도록 제조된다. 방염패드의 재료로서 CFRP(carbon fiber reinforced plastics), GFRP(glass fiber reinforced plastics), 압축 섬유(Non-woven compressible fiber) 등의 재질 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
상기 내측방염패드(10)와 외측방염패드(30)는 각각 한 장의 박판으로 구성되거나 복수개의 박판이 중첩되어 구성될 수 있다.
열팽창시트(20)는 상기 내측방염패드(10)와 외측방염패드(30)의 사이 즉, 양측면이 각각 내측방염패드와 외측방염패드의 일측면에 밀착되게 구비되는 것이며, 기준온도 이상에서 팽창하면서 탄화막을 형성하게 된다. 따라서, 구조물의 내표면과 외표면에 설치된 상태에서 구조물이 기준온도 이상으로 발열할 경우에 팽창 및 탄화막을 형성하여 구조물 외부로의 열 확산은 물론 열전달을 지연 및 방지하게 되는 것이며, 화재로 인한 재산 피해 및 인명 피해를 예방하게 된다.
상기 열팽창시트(20)의 예로서, 에폭시 20 ~ 30중량%, 인계 난연제 10 ~ 25중량%, 팽창흑연 5 ~ 10중량%, 팽창 유지제로서 붕소산화물 5 ~ 20중량%, 발포제 5 ~ 15중량%, 다공성 실리카 1 ~ 10중량%, 아민 15 ~ 20중량%로 조성될 수 있다.
바인더로서 첨가되는 에폭시는 압축 및 굴곡강도 등 기계적 물성 뿐만 아니라 내수성 측면 및 연소시 탄화막 유지에서 가장 우수하다.
주제는 비스페놀 F형의 에폭시를 사용할 수 있으며, 이는 비스페놀 A 타입의 분자 가운데 있는 CH3 대신에 H가 있는 수지로써, 다른 Type에 비해 저점도이며, 고반응성의 특징을 보인다.
에폭시는 함량이 20중량% 미만이면 부착성 및 내구성이 떨어질 우려가 있고, 에폭시 함량이 30중량%를 초과하면 정상적인 내화성능을 발휘하지 못할 우려가 있다.
탄화막 형성을 위해, 인계 난연제와 팽창흑연, 발포제, 붕소산화물, 다공성 실리카가 첨가된다.
인계 난연제는 탄화막을 형성하여 열을 차단하기 위한 것이며, 10 ~ 25중량% 첨가된다.
인계 난연제의 함량이 10중량% 미만이면 발포율이 떨어져 내화성능이 저하될 우려가 있고, 25중량%를 초과하면 발포율이 지나치게 높아져 발포층이 흘러내릴 우려가 있다.
팽창흑연(expandible graphite)은 화재 시 화염에 의해 고배율로 발포되어 단열효과를 부여함으로써 연소 가능한 재료를 보호하는 내화성이 우수한 물질이다. 팽창흑연의 발포율은 제조조건에 따라 통상 50 내지 300배까지 다양하게 조절된다.
팽창흑연 외에 첨가되는 발포제는 고온에서 분해되어 팽창흑연과 함께 복합적으로 발포층을 형성하여 단단한 탄화막 형성에 기여하게 되며, 상당한 두께의 발포 탄화막을 형성하게 된다.
상기 발포제는 함량이 5중량% 미만이면 발포율이 낮아 발포층의 단열성이 부족해질 우려가 있고, 15중량%를 초과하면 형성된 발포층의 내구성이 떨어질 우려가 있다.
발포제는 요소(urea), 티오요소(thiourea), 멜라민(melamine), 글리신(glycine) 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 요소 및/또는 티오요소를 사용할 수 있다.
상기 팽창 유지제로서 첨가되는 붕소산화물은 흑연이 팽창되는 고온 영역에서 용융되어 팽창할 경우에 팽창되는 흑연의 비산을 방지하여 팽창 구조를 유지시켜 주고 탄화막을 강화시키는 역할을 한다.
중공형 다공성 실리카는 적은 함량으로 제품의 비중을 크게 낮추어 무게를 줄이는 역할을 하며, 열에 의해 붕소산화물과 같이 용융되어 단단한 탄화막 형성에 기여하게 된다.
상기 열팽창시트는 배터리셀에서 열폭주가 발생된 경우에 고온의 열에 의해 팽창흑연과 발포제가 급격하게 팽창하여 발포됨과 아울러 경화제 등의 물질에 의해 경화되어 상당한 두께의 탄화막을 형성하게 되는 것이며, 이러한 발포 탄화막이 화염풍을 견뎌내면서 구조물 외부로 열전달을 차단하거나 지연시켜 주게 되는 것이고, 그와 함께 구조물 외부의 온도상승을 효과적으로 방지 및 지연시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 복합패드는 배터리와 연관된 곳 즉, 전기자동차에서 배터리를 커버하는 케이스나 하부판넬 또는 엔진 커버에 설치되거나 ESS 케이스에 설치되는 것임에 따라 비전도성 물질로 조성된 것이 바람직하다. 이는 정전기 방지 및 전기적 발화로부터 구조물을 보호할 수 있도록 하기 위함이다.
이때, 본 발명의 복합패드는 비전도성 물질로 조성됨은 물론 수지재로 이루어짐에 따라 기존 배터리모듈이나 ESS 등의 구조물에 사용되는 MICA(운모) 제품이 갖는 평면가공 외에 다양한 형태로의 가공이 어려운 문제를 해결하여 구조물의 형상에 따라 다양한 형상으로 가공할 수 있는 장점이 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 복합패드는 내측방염패드와 열팽창시트 및 외측방염패드를 일체가 되게 결합한 복합체로 형성하게 되는 것이며, 이렇게 형성된 복합패드를 설치하고자 하는 구조물의 형상과 동일한 형상으로 프레스 등을 통해 형상 가공하게 되는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 구조물의 열폭주나 화재발생 시 화염에 의해 쉽게 연소되지 않으면서도 상당한 두께의 탄화막을 형성시켜 주어 구조물 외부로의 화재 확산 및 열 전달을 차단하거나 지연시킴으로써 구조물 외부의 온도상승을 방지할 수 있게 되며, 이에 따라 재산피해 및 인명피해를 에방할 수 있게 된다.
예로서, 전기자동차에서 배터리를 커버하는 배터리 케이스의 내표면과 외표면에 복합패드를 부착시킨 경우, 배터리의 열폭주나 화재발생시 케이스에 부착된 복합패드가 화재의 확산을 지연시켜 줌으로써 운전자를 포함한 탑승자가 차량 실내에서 외부로 빠져나올 수 있는 시간을 벌어줄 수 있게 되며, 이로 인해 인명피해를 줄일 수 있게 된다.
또한, 자동차의 엔진 커버의 표면에 복합패드를 부착한 경우, 엔진에서의 화재발생시 확산을 지연시켜 탑승자가 차량 실내를 빠져나올 수 있는 시간을 벌어줄 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 복합패드를 전기자동차의 배터리 케이스나 엔진 커버 또는 하부판넬에 부착한 경우에는 열폭주나 화재 발생시 인접부위로의 확산을 지연시켜 줌으로써 탑승자가 빠른 시간내에 탈출할 수 있도록 하여 인명피해 발생을 예방할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 복합패드를 구조물에 부착하는 방법에 대해 더욱 구체적으로 설명하면, 화염차단을 위한 내측방염패드(10)와 외측방염패드(30)의 사이에 위치되게 열팽창시트(20)를 구비하여 서로 중첩시킨다.
이후, 서로 중첩된 내측방염패드(10)와 열팽창시트(20) 및 외측방염패드(30)를 결합하여 서로 분리되지 않게 일체로 된 복합체로 형성한다. 복합체로 형성한 상태에서 완전 경화되기 전에 설치하고자 하는 대상 구조물의 형상에 맞게 프레스 성형하여 형상 가공한다.
이렇게 형상 가공된 복합체를 대상 구조물의 내표면이나 외표면에 부착하여 설치하면 되는 것이다.
따라서, 원하는 형상이나 설지하고자 하는 대상 구조물의 형상에 맞게 가공하여 해당 구조물의 내표면이나 외표면에 밀착되게 부착하여 설치할 수 있음으로써 구조물의 열폭주나 화재발생시 확산을 방지 및 지연시켜 줄 수 있는 것이다.
상기와 같이, 본 발명의 복합패드는 복합패드로 제조한 상태에서 완전 경화하기 전에 부착 설치되는 대상 구조물의 형태와 동일한 형태로 가공한 후 부착하여 설치하게 되는 것이며, 와전 경화전에 형상가공이 가능함에 따라 다양한 형상의 구조물에 적용할 수 있는 것이다.
P: 복합패드
10: 내측방염패드 20: 열팽창시트
30: 외측방염패드

Claims (4)

  1. 전기자동차의 배터리를 감싸는 케이스나 하부판넬, ESS 케이스를 포함하는 구조물의 내표면이나 외표면에 부착에 부착하여 사용되는 것으로,
    구조물의 열폭주 또는 이상 발생 시 화염 차단을 위한 내측방염패드(10);
    상기 내측방염패드(10)의 일측면에 구비되어 기준온도 이상에서 팽창 및 탄화막을 형성하는 열팽창시트(20);
    상기 내측방염패드(10)와 반대쪽인 상기 열팽창시트(20)의 일측면에 구비되는 외측방염패드(30);로 이루어지고,
    상기 열팽창시트(20)는, 에폭시 20 ~ 30중량%, 인계 난연제 10 ~ 25중량%, 팽창흑연 5 ~ 10중량%, 팽창 유지제로서 붕소산화물 5 ~ 20중량%, 발포제 5 ~ 15중량%, 다공성 실리카 1 ~ 10중량%, 아민 15 ~ 20중량%로 조성되며,
    상기 내측방염패드(10)와 열팽창시트(20) 및 외측방염패드(30)가 중첩된 상태로 일체가 되게 결합되어 형성된 복합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발포제는 요소(urea)와 티오요소(thiourea) 중 선택된 하나 이상이 첨가되고,
    상기 복합패드는 정전기 방지 및 전기적 발화로부터 구조물을 보호하도록 비전도성 물질로 조성된 것을 특징으로 하는 화재의 확산 방지 및 형상가공이 용이한 복합패드.
  4. 삭제
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