KR20210148387A - 전기 및 하이브리드 자동차에 사용하기 위한 윤활유 및 그 사용 방법 - Google Patents

Abstract

전기 또는 하이브리드 자동차를 위한 윤활유 제제로서, 베이스오일 또는 그 혼합물; 하나 이상의 첨가제; 및 디이소트리데실아민 몰리브데이트와 같은 몰리브데넘 아민 착물;을 포함한 윤활유 제제가 제공된다. 윤활유 제제는 다음 중 하나의 특징을 가진다. (i)디이소트리데실아민 몰리브데이트 첨가제가 없는 오일에 비교하여, 디이소트리데실아민 몰리브데이트 첨가제를 포함하는 제제의 존재 하에서 전극에 전압을 가할 때 전기 모터 보호가 향상됨; (ii)디이소트리데실아민 몰리브데이트 첨가제가 없는 오일에 비교하여, 디이소트리데실아민 몰리브데이트 첨가제를 포함하는 제제의 전기 저항 기울기가 유지됨; (iii)제제가 구리 표면에 보호막을 형성함; (iv)제제의 색상 변화가 접촉 하중, 온도, 시간, 또는 점도 변화를 나타냄.

Description

전기 및 하이브리드 자동차에 사용하기 위한 윤활유 및 그 사용 방법

본 출원은, 2019년 4월 26일에 제출된 미국 임시 출원 제 62/839,365호 "전기 및 하이브리드 자동차용 특수 윤활유: 작동 조건 예측 및 황색 금속과 절연파괴 보호(Specialty Lubricant for Electric and Hybrid Vehicles: Predicts Operating Conditions and Protects Yellow Metal and Electrical Breakdown)"와 관련되며, 여기에 그 전체를 인용으로서 포함한다.

본 발명은, 효율과 내구성을 위한 개선된 레이싱 기어오일을 포함하는, 전기 및 하이브리드 자동차를 위한 새로운 윤활유 및 그 사용 방법에 관한 것이다.

전기 자동차(Electric vehicles, EV) 개발 경쟁이 치열해지면서 구동계 오일(기어오일), 냉각제 및 그리스에 대한 새로운 수요가 생겨나고 있다. 이러한 수요 증가는, 오일이 이제 전기 부품과 접촉함에 따라 전류와 전자기장의 영향을 받게 된 것에 주 원인이 있다.

또한, 모터 냉각제로 사용되는 구동계 오일은, 구리선 및 전기 부품, 특수 플라스틱 및 절연 소재와 호환되어야 한다. 전기 모터는 효율을 높이기 위해 많은 양의 열을 생성하고 고속으로 구동하는데, 이에 따라 모터와 기어에서 열을 효과적으로 제거하는 한편 기어박스(변속기) 및 차축을 윤활할 수 있는 개선된 기어오일이 필요하다. 더불어, 모터의 보다 높은 속도를 구동계에서 주행 가능한 속도로 변환해야 함에 따라 기어에 더 많은 하중(토크)이 가해지게 된다.

따라서, 새로운 기술은 윤활유 규격의 상당한 변화를 요구한다. 여기에 설명된 완전 형성된(fully formed) 윤활유는 전기 자동차의 1단 및 다단 변속기에 사용할 수 있다.

본 발명은, 효율과 내구성을 위한 개선된 레이싱 기어오일을 포함하는, 전기 및 하이브리드 자동차를 위한 새로운 윤활유 및 그 사용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 실시예에서, 완전 형성된 윤활유는 몰리브데넘 디알킬디티오카바메이트(molybdenum dialkyldithiocarbamate, MoDTC) 첨가제, 구체적으로는 디이소트리데실아민 몰리브데이트(diisotridecylamine molybdate)로 조제된다. 이러한 제제를 사용함에 따라, 색상 변화 기술을 이용하여 사용자가 윤활유의 최대 적용 하중 및 최대 작동 온도를 예측하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 본 제제는 MoDTC 첨가제를 사용하지 않고 조제된 기본적인 윤활유와 비교하여 황색 금속(yellow metal) 보호 및 극압(extreme pressure, EP) 성능을 향상시키며, 부품 마모를 경감시킨다. 다른 실시예에서, 본 제제는 내연기관(internal combustion, IC) 엔진, 하이브리드 및 전기 자동차, 산업 장비(예: 고정 엔진, 파쇄(fracking) 펌프, 풍력 터빈)의 구동 시스템에 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 전기 또는 하이브리드 자동차에 사용하기 위한 윤활유 제제는, 베이스오일(base oil); 기어오일 첨가제; 및 디알킬디티오카바메이트 첨가제와 같은 몰리브데넘 아민 착물(complex);을 포함한다. 몰리브데넘 아민 착물은 0.1(w/w)%에서 약 1.0(w/w)%사이의 양으로 존재할 수 있다. 베이스오일은, 미국석유협회(American Petroleum Institue)에서 그룹 I 오일, 그룹 II 오일, 그룹 III 오일, 그룹 IV 오일, 그룹 V 오일로 분류하는 오일, 또는 이러한 물질의 조합을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 베이스오일은 윤활유 제제의 약 50(w/w)%부터 약 99.9(w/w)%까지의 범위 내일 수 있다.

기어오일 첨가제는, 점도 조절제, 소포제, 첨가제 패키지, 항산화제, 항마모제, 극압제(extreme pressure agents), 세제, 분산제, 방청제(anti-rust agents), 마찰 조절제, 부식 방지제, 및 이러한 물질의 조합을 더 포함할 수 있다. 기어오일 첨가제는, 본 제제의 약 0.01(w/w)%에서 약 20(w/w)% 사이의 양으로 존재할 수 있다.

몰리브데넘 디알킬디티오카바메이트 첨가제를 포함하지 않은 오일과 비교하여, 몰리브데넘 디알킬디티오카바메이트 첨가제를 포함하는 제제의 존재 하에서 전극에 전압이 적용될 때 윤활유 제제는 전기 모터 보호를 향상시킬 수 있다. 제제는 또한 몰리브데넘 디알킬디티오카바메이트 첨가제를 포함하지 않는 오일에 비해 전기 저항 기울기(slope)를 유지할 수 있다. 더불어, 구리 표면에 대하여 향상된 보호 성질을 가지거나, 제제의 접촉 하중, 온도, 시간 또는 점도를 나타내는 색상 변화를 보일 수 있다.

다른 일 실시예에서, 전기 및 하이브리드 자동차에 사용하기 적합한 변속기 시스템의 전기적 특성 또는 성능을 평가하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 변속기 부품을 포함하는 변속기 몸체를 제공하는 단계(변속기 몸체 및 부품은 전기 또는 하이브리드 자동차에 사용하기 적합함); 새 윤활유 제제를 제공하는 단계(새 윤활유 제제는, 전기 자동차에 사용하기 적합한 베이스오일, 제1 첨가제, 및 제2 첨가제를 포함하되, 제2 첨가제는 디이소트리데실아민 몰리브데이트를 약 0.5(w/w)% 의 양으로 포함함);를 포함할 수 있다.

상기 방법은, 적어도 하나의 변속기 부품을 다수의 조건 하에서 새 윤활유 제제와 직접 접촉시켜, 사용된 윤활유 제제를 형성하는 단계; 변속기 시스템으로부터 사용된 윤활유 제제의 적어도 일부를 제거하고, 사용된 윤활유 제제에 대한 색상을 부여하는 단계; 사용된 윤활유 제제의 색상을, 실질적으로 유사한 다수의 조건 하에서 생성된 대조(control) 윤활유 제제에 부여된 실질적으로 유사한 색상과 매칭시켜, 다수의 매칭된 색상을 얻는 단계; 및 다수의 매칭된 색상에 기반하여 변속기 시스템의 전기적 특성을 판단하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 사용된 윤활유 제제를 평가하기 위하여 사용되는 다수의 조건은, 변속기 시스템에 가해지는 하중, 변속기 시스템이 작동되는 온도, 변속기 시스템이 작동되는 시간, 및 새 윤활유 제제의 점도(viscosity)를 포함한다.

본 발명은, 효율과 내구성을 위한 개선된 레이싱 기어오일을 포함하는, 전기 및 하이브리드 자동차를 위한 새로운 윤활유 및 그 사용 방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은, 샘플 III에 대한 구리선 부식 시험의 결과를 도시한다.
도 2는, 샘플 IV에 대한 구리선 부식 시험의 결과를 도시한다.
도 3은, 샘플 V에 대한 구리선 부식 시험의 결과를 도시한다.
도 4는, 다양한 윤활유 제제로 처리된 구리선의 직경에 대한 결과를 도시한다.
도 5는, 새 구리선에 대한 분석 결과에 따른 SEM 데이터를 도시한다.
도 6은, 레이싱 GO 윤활유로 처리된 구리선의 분석 결과에 따른 SEM 데이터를 도시한다.
도 7은, 80시간 동안 레이싱 GO 윤활유에 노출된 구리선의 현미경 이미지이다.
도 8은, MoDTC를 포함한 윤활유로 처리된 구리선의 분석 결과에 따른 SEM 데이터를 도시한다.
도 9 및 도 10은, 각각 20시간 및 80시간동안 다양한 윤활유로 처리된 구리선 및 처리되지 않은 구리선에 존재하는 탄소, 구리 및 황의 상대적인 양을 도시한 차트이다.
도 11은, MoDTC 첨가제를 포함한 윤활유에 대한 하중 증가에 따른 색상 변화 효과를 도시한다.
도 12는, MoDTC 첨가제를 포함한 윤활유의 온도에 따른 색상 변화 효과를 도시한다.
도 13은, MoDTC 첨가제를 포함한 대조군 윤활유를 5분부터 45분까지의 시간 동안 100℃의 온도에 노출함에 따른 색상 변화 효과 및 15분동안 동력 시험(dyno test)을 받은 동일한 윤활유의 비교 샘플을 도시한다.
도 14는, MoDTC 첨가제를 포함한 윤활유의 점도에 따른 색상 변화 효과를 도시한다.
도 15는, 15분 동안 100℃의 온도에 노출된 MoDTC 첨가제를 포함한 대조군 윤활유 및 동일한 시간 동안 동력 시험을 받은 동일한 윤활유의 일관된 색상 변화를 도시한다.

일 실시예에서, 전기 또는 하이브리드 자동차에 사용하기 위한 윤활유 제제는, 베이스오일(base oil); 기어오일 첨가제; 및 몰리브데넘 디알킬디티오카바메이트 첨가제;를 포함한다. 구체적으로, 디이소트리데실아민 몰리브데이트를 베이스오일에 첨가함에 따라, 놀랍게도 전기 및 하이브리드 자동차 변속기에 대한 예상치 못한 보호 특성이 제공되며, 또한 사용자에게 전기 자동차 변속기 및 엔진에 대한 이전까지 없던 진단 및 디자인 도구가 제공되는 것이 밝혀졌다.

베이스오일은, 미국석유협회(American Petroleum Institue)에서 그룹 I 오일, 그룹 II 오일, 그룹 III 오일, 그룹 IV 오일, 그룹 V 오일로 분류하는 오일, 또는 이러한 물질의 조합 중 어떤 오일이라도 될 수 있다. 일 실시예에서, 베이스오일은 윤활유 제제의 약 50(w/w)%부터 약 99.9(w/w)%까지의 범위 내의 양으로 존재하는 그룹 III 광유(mineral oil)일 수 있다.

본 제제에 사용하기 적합한 첨가제는, 점도 조절제, 소포제, 첨가제 패키지, 항산화제, 항마모제, 극압제, 세제, 분산제, 방청제, 마찰 조절제, 부식 방지제, 기어오일 첨가제 및 이러한 물질의 조합을 더 포함할 수 있으며, 본 제제의 약 0.01(w/w)% 및 약 20(w/w)%의 양으로 존재할 수 있다.

일 실시예에서, 첨가제는, Afton Hitec 3491LV, Hitec 3491A, Hitec 363, Hitec 3080, Hitec 3460, Hitec 355 또는 Lubrizol A2140A, Lubrizol A2042, Lubrizol LZ 9001N, Lubrizol A6043, Lubrizol A2000, 및 그 조합을 포함하는 기어오일 첨가제로부터 선택될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 특히 적합한 기어 차축 첨가제는 황을 기반으로 하여, 극압 상황에서의 보호를 제공한다.

마지막으로, 베이스오일에 기어오일 첨가제 및 디이소트리데실아민 몰리브데이트와 같은 몰리브데넘 아민 착물을 조합함으로써 발견된 유익한 결과를 모든 MoDTC 첨가제가 제공하지는 않는다는 것이 밝혀졌다. 구체적으로, 일 실시예에서, 아래에 일반 화학 구조를 나타낸 디이소트리데실아민 몰리브데이트는,

디이소트리데실아민 몰리브데이트

약 0.01(w/w)%부터 약 20.0(w/w)%까지의 범위 내의 양으로 조성물 내에 존재할 수 있으며, 다른 일 실시예에서는, 약 0.1(w/w)%에서 약 1.0(w/w)%까지의 범위 내의 양으로 존재할 수 있고, 또 다른 일 실시예에서는, 약 0.5(w/w)%의 양으로 존재할 수 있다. 적합한 몰리브데넘 아민 착물은, ADEKA Corp.에서 SAKURA-LUBE S710로 상용화하여 제공하는 디이소트리데실아민 몰리브데이트를 포함하나, 이에 국한되지 않는다.

또한, 기어오일 첨가제와 몰리브데넘 아민 착물의 조합은 여기에 개시된 유익한 시너지 효과에 있어 매우 중요한 것으로 밝혀졌다. 혼동을 피하기 위하여, 이후의 예에서 사용되는 "MoDTC"라는 표현은, 몰리브데넘 아민 착물 첨가제 및 특히 디이소트리데실아민 몰리브데이트를 지칭하기로 한다.

용어의 정의

"완전 조제된(fully formulated) 윤활유"는, 용액이 혼화성이고(miscible), 투명하며, 안정된 상태인, 베이스오일(그룹 I, II, III, IV, V), 점도 조절제 및 첨가제의 조합으로 정의된다.

"구동계(drive system)"는 변속기, 차축, 트랜스액슬(transaxle), 및 산업용 기어박스일 수 있다.

약어는 다음을 포함하나, 이에 국한되지 않는다. MoDTC: 몰리브데넘 디알킬디티오카바메이트; EP: 극압(Extreme Pressure); ASTM: 미국재료시험학회(American Society of Testing and Materials); E3CT: 전기 전도도 구리 부식 시험(Electrical Conductivity Copper Corrosion Test); SEM: 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope); EDS: 에너지분산 X-선 분광법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy); BL: 경계 윤활(Boundary Lubrication); HFRR: 고주파 왕복 장비(High Frequency Reciprocating Rig); EV: 전기 자동차(Electric Vehicle); 및 IC: 내연(Internal Combustion).

예

샘플은 아래 표 1의 규격에 따라 제조되었다.

이어서, 아래 세부 설명에 따라 샘플에 대하여 시험을 수행하고 비교하였다.

전기적 성질에 대한 효과

유전파괴(Dielectric Breakdown)

MoDTC 첨가제를 첨가함에 따라, 놀랍게도 베이스오일의 유전파괴 또는 절연파괴를 경감하는 것으로 밝혀졌다. 구체적으로, 전극에 가해진 전압이 알려진 오일 파괴 전압을 초과하면 오일(전기 절연체)이 전기 전도성을 띄게 되는데, MoDTC를 함유한 샘플은 잔류 전기 수치(residual electrical value)가 더 높아짐에 따라 오일의 유전파괴가 감소했음을 나타낸다. 오일의 유전파괴가 더 적게 발생할수록 전기 모터의 보호 가능성이 커진다.

샘플 I 및 II의 유전파괴는, ASTM 표준 D887-02 및 D1816에 따라 시험하여, Megger OTS60PB를 사용해 각 시스템의 절연파괴 전압(breakdown voltage)을 측정하였다. 새 베이스오일과 새 구리 전극의 유전파괴를, (i)열처리된(baked) 오일과 열처리된 전극, (ii)열처리된 오일과 새 전극, 및 (iii)새 오일과 열처리된 전극의 유전파괴와 비교하였다. 열처리된 오일 및 전극은, 오일과 전극의 일반적인 마모 조건을 시뮬레이션하기 위하여 사용되었다. 오일은, 새 오일을 125℃의 온도에 1시간동안 노출시켜 열처리하였고, 전극은, 새 오일에 전극을 절반만큼 잠기게 한 후 125℃에 1시간 노출시켜 열처리하였다.

표 2에 나타낸 바와 같이, MoDTC 첨가제를 함유한 샘플 II는 모든 시험 시나리오에서 샘플 I과 비교하여 베이스오일 성능을 강화시키고 더 높은 유전 강도를 유지한다.

구리 부식 시험

전기 전도도 구리 부식 시험(E3CT)을 통하여 오일 성능 또한 평가하였다. E3CT를 통하여, 온도(130℃에서 약 160°까지), 전류(1 mA) 및 구리선 직경(70 미크론, 순도 99.999%)을 일정하게 유지하면서, 다양한 시험 시간에 대하여 구리선의 전기 저항을 평가한다. 실험은 샘플 윤활유가 들어 있는 유리 튜브에 구리선을 잠기게 하는 방식으로 진행되었다. 튜브와 선 또한 섬프(sump) 온도를 제어하기 위해 실리콘 오일배스(oil bath)에 잠기도록 했다. 또한, 전류(1mA)와 저항은 Keithley 미터기를 사용하여 측정되었다.

도 1, 2, 및 3에 나타낸 바와 같이 3개 샘플의 전기저항 성능이 평가되었다. 도 1과 2는, MoDTC 첨가제를 사용하지 않은, 널리 상용화된 자동 변속기 오일인 샘플 III 및 IV의 성능 데이터를 포함하며, 한편 도 3은 MoDTC 첨가제를 포함한 오일 제제인 샘플 V의 성능 데이터를 나타낸다. 구체적으로, 샘플 III은 하이브리드 자동차에 널리 사용되는 상용 오일이며 샘플 IV는 EV용으로 특수하게 개발된 상용 오일이다. 세 가지 시험 시나리오는 모두 80시간의 테스트 윈도우(test window)에 걸쳐 수행되었다.

도 1, 2, 및 3에 나타낸 바와 같이, 점도에 매칭되는 MoDTC 첨가제를 베이스오일에 첨가함에 따라, 샘플 III 및 IV의 완전 조제된 상용 윤활유와 비교하였을 때 거의 평평한 전기 저항 기울기가 나타났다. 구체적으로, 샘플 III으로부터 생성된 기울기는 약 5.844e-8, 샘플 IV는 약 2.259e-7였으며, 샘플 V는 약 2.768e-8이었다.

몰리브데넘 화학막(chemical film)의 평가

도 4는, 분석에 사용된 구리선{지름 69.52μm의 새 구리선, Valvoline 에서 제공하는 상용화된 레이싱 등급 기어오일(레이싱 GO)에 80시간동안 노출된 지름 77.14μm의 구리선, 및 MoDTC 첨가제를 사용한 베이스오일에 노출된 지름 70.03μm의 구리선(샘플 V)}의 지름 차이를 나타낸다. 특정 이론에 기반하지 않고, 오일 내의 첨가제가 구리선과 반응하여 적층물(deposit)을 형성한다고 가정된다. 그러나, MoDTC가 첨가된 베이스 오일은 상용화된 레이싱 GO에 비해 선의 직경이 매우 적게 증가하였으며, 이는 도 5 내지 8과 관련하여 후술할 보호 효과에 기여하는 것으로 보인다.

도 5, 6, 7, 및 8에 나타난 바와 같이, 새 구리선, 레이싱 GO로 처리한 구리선, 및 MoDTC 첨가제를 포함한 베이스오일로 처리한 구리선에 대한 SEM 데이터가 수집되었다. 도 5에 나타난 바와 같이, 처리를 거치지 않은 선의 표면은 구리를 가장 큰 피크로 하여 매끄럽고 깨끗하였다. 도 6과 7에 나타난 바와 같이, 레이싱 GO는 구리선을 여러 조각으로 부식시켰다. 도 8은 MoDTC 첨가제가 포함된 베이스오일에 대한 SEM 데이터를 나타낸다. 이미지에서 확인할 수 있듯이, 130℃에서 80시간동안 처리된 후에도 표면이 매끄럽고 깨끗하였다.

또한, MoDTC 첨가제를 포함한 베이스오일로 선을 처리함에 따라, 구리선 주변에 보호막(protective film)이 형성되었을 가능성이 있는 것으로 밝혀졌다. 도 8에 나타낸, MoDTC 첨가제를 포함한 베이스오일로 처리된 구리선의 SEM 분석에 기반하여, 보호막은 이황화 몰리브데넘(MoS₂)을 포함한 것으로 추정된다.

도 9와 10은, 세 가지 주요 원소(탄소, 구리, 황)를 측정한 E3CT 시험 결과의 비교 그래프를 도시한다. 화학적 미세분석 기술인 에너지분산 X-선 분광법(Energy Dispansive X-Ray Spectroscopy, EDS)을 SEM과 함께 사용하여, 새 구리, 제1 번 레이싱 GO 측정, 제2 번 레이싱 GO 측정, (위에 정의된 대로의)샘플 III, 샘플 IV 및 샘플 V를 평가하였다. 레이싱 GO 샘플과 샘플 III 및 샘플 IV 는, 샘플 V과 비교하여 구리의 감소와 탄소의 증가를 보였고, 이 또한 MoDTC 첨가제로 조제된 베이스오일을 사용할 때 구리선에 대한 보호 효과를 나타낸다.

하중, 온도, 점도 및 시간 효과

오일의 유전파괴를 경감하고 금속 부품의 열화를 줄이는 것 외에도, MoDTC 첨가제를 포함한 윤활유는, 변속기 및 자동차 제조사가 윤활유의 색상 변화에 기반하여 섬프 온도 및 전기 자동차의 변속기와 모터가 나타내는 가장 높은 접촉 하중을 예측 및 분석할 수 있도록 돕는다. 따라서 새로운 윤활유는 자동차 시스템의 접촉 조건 및 열 전달 성질을 보다 정확하게 예측하기 위한 이론 및 모델링 작업을 개선하는 데 유용하다.

약 6cSt의 점도를 가진, MoDTC 첨가제를 포함한 새로운 윤활유인 샘플 VII를 사용하여, 사용자는 윤활유의 색상 변화를 기반으로 시스템에 가해지는 하중을 분석할 수 있다. ASTM D2783 4볼(4 ball) EP 시험을 사용하여, 적용되는 압력을 0에서 약 400kg까지 시간에 따라 증가시키면서 다양한 하중에서 접촉되는 첨가제 반응을 평가하였다. 도 11과 같이, 오일의 색상은 하중이 증가함에 따라 밝은 호박색에서 어두운 녹색으로 변하였다. 오일이 400kg 압력에서는 시험이 실패하여 색상 변화가 감지되지 않았다는 점이 고려되어야 한다.

더불어, 사용자는 새로운 윤활유를 사용하여 오일의 색상을 기반으로 자동차 시스템 내부의 온도 조건을 평가할 수 있다. 도 12는 온도가 새로운 윤활유의 색상에 미치는 영향을 나타낸다. 더 확연한 색상 변화가 있었기 때문에, 오일의 색상 변화는 하중에 의한 효과와는 다른 것으로 나타났다. 도시된 바와 같이, 온도가 40℃에서 125℃로 상승함에 따라 밝은 호박색에서 짙은 녹색 또는 청색/녹색으로 색상이 바뀌었다.

또한 샘플 V에 따라 제조된 MoDTC 첨가제가 포함된 오일을 외부 동력계(dynamometer) 시험 시설에서 시험하였고, 통제된 실험실 환경에서의 결과와 비교하였다. 동력 시험의 경우, 매우 낮은 하중에서 섬프 온도는 약 100℃ 에 도달했고 시험 시간은 약 1시간이었다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 오일에 대한 시험은 90℃에서 107℃사이에서 수행되었고, 색상은 100℃에서 15분 동안 HFRR 시험을 수행한 오일과 색상이 일치하였으며, 이는 사용자가 동력 시험을 수행하여 얻은 오일과 대조 샘플의 색상을 매칭함으로써 자신의 시스템의 작동 시 하중과 온도를 측정할 수 있음을 나타낸다. 또한, 도 13(샘플 V)의 윤활유 제제와 도 11 및 12(샘플 VII)의 윤활유 제제가 다른 점이 고려되어야 하는데, 이는 본 MoDTC 제제에 서로 다른 첨가제 성분을 사용하더라도 유사한 이점을 얻을 수 있음을 나타낸다.

또한, 오일 점도가 MoDTC 첨가제를 활성화하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었다. 도 14에 나타낸 것과 같이, 서로 다른 점도를 가진 유사한 제제는 이황화 몰리브데넘(MoS₂)의 형성으로 인해 순수 미끄럼 접촉(pure sliding contact) 조건에서 서로 다르게 작용할 수 있다. 구체적으로, 3개의 오일 샘플을 아래와 같이 제조하여 약 1시간 동안 90℃에 노출시켰다.

동일한 점도를 가진 처리되지 않은 새 윤활유와 비교하였을 때, 점도가 6 센티스토크(centistoke)인 샘플 VII의 색상(밝은 호박색)은 점도가 2.5 센티스토크인 제제(밝은 초록)인 샘플 VI와 다른 색상을 보였다. 따라서, 윤활유의 색상 변화는 사용되는 다양한 오일의 점도를 나타내는 지표로 사용될 수 있다.

도 15는, 샘플 VII에 따라 제조된 MoDTC 첨가제를 포함한 베이스오일에 대하여 시간이 미치는 영향을 도시한다. 도 15에서 볼 수 있듯이, 약 100℃의 온도에 노출되었을 때, 오일은 시간이 지남에 따라(5분에서 45분까지) 밝은 호박색에서 어두운 녹색으로 변한다. 동력 시험 후 오일 색상을 제어된 조건에서 시험된 오일 색상과 비교함으로써, 사용자는 동력 시험에서 시험된 시스템에 약 15분 동안 시험이 수행되었음을 확인할 수 있다.

표 4에 나타낸 것과 같이, 극압, 마모 및 구리 부식 개선 또한 평가되었다. 이러한 특성을 평가하면 오일이 가질 수 있는 극압 보호 효과에 대하여 알 수 있다.

표 4와 같이, MoDTC 첨가제를 함유한 오일(샘플 II)은 4볼 EP 시험(ASTM D2783)에 따라 평가된 결과 하중을 낮추어, 사용자가 접촉 표면을 더 잘 보호할 수 있도록 한다. Last non-seizure 하중은 금속 대 금속 접촉이 발생한 때를 나타낸다(각각 63 및 80). 또한, 첨가제는, 표 5에 나타난 바와 같이 4볼 마모 시험 결과를 향상시켰다.

EV 구동계 오일에 있어서, 움직이는 부품을 윤활하는 동안 구리와 같은 황색 금속을 보호하는 것이 매우 중요하다. MoDTC 첨가제를 사용함에 따라, 약 150℃에서 4시간 동안 수행된 구리 부식 시험 결과 또한 향상된 것으로 나타났다. ASTM D130 시험에 대한 샘플 II의 등급은 1A(밝은 주황색, 새로 연마(polished)된 스트립과 거의 동일)였고, 이와 비교하여 샘플 I의 등급은 1B(어두운 주황색)이었다.

여기에 설명한 윤활유는, 유전파괴, 전기 전도도 및 E3CT 구리선 보호와 같은 전기적 특성을 향상시키는 것으로 확인되었다. 또한, 본 윤활유는 황색 금속 및 기어와 베어링 접촉을 보호하면서, 색상 변화 표시를 이용하여 적용 조건의 가혹함 정도를 나타낸다. 여기에 설명한 윤활유는 특수한 첨가제 보호 기능을 유지하면서도 전기 및 하이브리드 자동차 변속기를 보호함으로써 기존의 부식 문제를 해결한다.

이러한 결과는 오일이 모터에서 생성된 열을 제거하기 위해 사용되는 전기 및 하이브리드 자동차에서 오일 수명을 늘릴 수 있음을 보여준다. 또한, OEM은 작동 조건을 예측하기 위한 색상 변화 현상을 이용하여, 열 전달 및 구동 시스템 내구성을 개선하는 데 도움이 되는 이점을 누릴 수 있다.

여기에서 특정 실시예는 예를 활용하여 설명되었다. 모든 잠재적인 적용을 설명하는 것은 불가능하다. 따라서, 실시예는 상당히 상세하게 설명되었으나, 첨부된 청구항의 범위를 이러한 세부 사항이나 특정 실시예로 제한하거나 한정하도록 의도된 것은 아니다.

본 명세서나 청구항에 "포함한다(includes)" 또는 "포함하는(including)"이라는 표현이 사용되는 한, 해당 표현은 청구항에서 "포함하는(comprising)"이라는 단어가 전환어로서 해석될 때와 유사한 방식으로 포괄적이도록 의도된다. 또한, "또는"이라는 표현(예: A 또는 B)이 사용되는 한, 이는 "A 또는 B 또는 둘 모두"를 의미하도록 의도된다. "오직 A만 또는 오직 B만이며, 둘 모두는 아니다"를 의도하는 경우, " 오직 A만 또는 오직 B만이며, 둘 모두는 아니다"라는 표현이 사용된다. 따라서, 여기에서 "또는"이라는 용어는 배타적 용법이 아닌 포괄적으로 사용된다. 명세서와 청구항에 사용된 것처럼, 단수형 "하나", "하나의"는 복수를 포함한다. 마지막으로, "약"이라는 용어가 숫자와 함께 사용될 경우, 그 숫자의 ±10%를 포함하도록 의도된다. 예를 들어, "약 10"은 9에서 11까지의 범위를 의미할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 실시예의 설명을 통하여 예시되었고, 실시예가 상당히 상세하게 설명되었으나, 첨부된 청구항의 범위를 이러한 세부 사항으로 제한하거나 어떤 식으로든 한정하도록 의도된 것은 아니다. 추가적인 이점 및 변경은 본 발명의 이점을 가진 해당 분야의 기술자에게 쉽게 드러날 것이다. 따라서, 본 발명은, 더 넓은 양태로 볼 때, 여기에 제시된 구체적인 세부사항과 예시 사례로만 한정되지 않는다. 본 일반적 발명의 사상의 정신이나 범위에서 벗어나지 않은 채 이러한 세부사항과 사례에서 벗어날 수 있다.

Claims (26)

1. 전기 또는 하이브리드 자동차에 사용하기 위한 윤활유 제제(formulation)에 있어서,
   전기 또는 하이브리드 자동차에 사용하기 적합한 베이스오일(base oil);
   제1 기어오일 첨가제; 및
   제2 첨가제;를 포함하되,
   상기 제2 첨가제는, 디이소트리데실아민 몰리브데이트(diisotridecylamine molybdate)를 약 0.01(w/w)%에서 약 20.0(w/w)% 사이의 양으로 포함하는,
   윤활유 제제.
2. 제1항에 있어서,
   상기 윤활유 제제는, 전기 자동차 변속기(transmission)의 전기 모터와 직접 접촉하여 사용되도록 구성되는,
   윤활유 제제.
3. 제1항에 있어서,
   상기 베이스오일은, 그룹 I 오일, 그룹 II 오일, 그룹 III 오일, 그룹 IV 오일, 그룹 V 오일, 또는 이러한 물질의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는,
   윤활유 제제.
4. 제3항에 있어서,
   상기 베이스오일은 그룹 III 오일이며, 약 50(w/w)%에서 약 99.9(w/w)% 사이의 양으로 존재하는,
   윤활유 제제.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 기어오일 첨가제는, 점도 조절제, 소포제, 첨가제 패키지, 항산화제, 항마모제, 극압제(extreme pressure agents), 세제, 분산제, 방청제(anti-rust agents), 마찰 조절제, 부식 방지제, 및 이러한 물질의 조합을 더 포함하는,
   윤활유 제제.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 기어오일 첨가제는, 약 0.01(w/w)%에서 약 20(w/w)% 사이의 양으로 존재하는,
   윤활유 제제.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 첨가제는, 약 0.1(w/w)%에서 약 1.0(w/w)% 사이의 양으로 존재하는,
   윤활유 제제.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 첨가제는, 약 0.5(w/w)%의 양으로 존재하는,
   윤활유 제제.
9. 전기 또는 하이브리드 자동차에 사용하기 위한 시스템에 있어서,
   전기 자동차에 사용되도록 구성된 부품; 및
   상기 부품 내에서 사용하도록 조제된 윤활유;를 포함하되,
   상기 윤활유는,
   전기 자동차에 사용하기 적합한 베이스오일;
   제1 기어오일 첨가제; 및
   디이소트리데실아민 몰리브데이트를 포함하는 제2 첨가제;를 포함하는,
   시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 부품은 변속기이고, 상기 베이스오일은 전기 자동차 변속기에 사용하기 적합한,
    시스템.
11. 제11항에 있어서,
    상기 윤활유는, 상기 전기 자동차 변속기의 적어도 하나의 부품과 직접 접촉하여 사용되도록 구성되는,
    시스템.
12. 제12항에 있어서,
    상기 전기 자동차 변속기의 상기 적어도 하나의 부품은 전기 모터인,
    시스템.
13. 제9항에 있어서,
    상기 베이스오일은, 그룹 I 오일, 그룹 II 오일, 그룹 III 오일, 그룹 IV 오일, 그룹 V 오일, 또는 이러한 물질의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는,
    시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 베이스오일은 그룹 III 오일이며, 약 50(w/w)%에서 약 99.9(w/w)% 사이의 양으로 존재하는,
    시스템.
15. 제9항에 있어서,
    상기 제1 기어오일 첨가제는, 점도 조절제, 소포제, 첨가제 패키지, 항산화제, 항마모제, 극압제, 세제, 분산제, 방청제, 마찰 조절제, 부식 방지제, 및 이러한 물질의 조합을 더 포함하는,
    시스템.
16. 제9항에 있어서,
    상기 제1 기어오일 첨가제는, 약 0.01(w/w)%에서 약 20(w/w)% 사이의 양으로 존재하는,
    시스템.
17. 제9항에 있어서,
    상기 제2 첨가제는, 약 0.01(w/w)%에서 약 20(w/w)% 사이의 양으로 존재하는,
    시스템.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 첨가제는, 약 0.1(w/w)%에서 약 1.0(w/w)% 사이의 양으로 존재하는,
    시스템.
19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 첨가제는, 약 0.5(w/w)%의 양으로 존재하는,
    시스템.
20. 전기 또는 하이브리드 자동차의 변속기 부품을 냉각하는 방법에 있어서,
    상기 변속기 부품을 포함하는 변속기 몸체(body)를 제공하는 단계 - 상기 변속기 몸체 및 부품은 전기 또는 하이브리드 자동차에 사용하기 적합함-;
    윤활유 제제를 제공하는 단계 - 상기 윤활유 제제는, 전기 자동차에 사용하기 적합한 베이스오일, 제1 기어오일 첨가제, 및 제2 첨가제를 포함하되, 상기 제2 첨가제는 디이소트리데실아민 몰리브데이트를 약 0.1(w/w)%에서 약 1.0(w/w)% 사이의 양으로 포함함-; 및
    적어도 하나의 변속기 부품을 상기 윤활유 제제와 직접 접촉시키는 단계; 를 포함하는,
    방법.
21. 제20항에 있어서,
    상기 전기 자동차 변속기의 상기 적어도 하나의 부품은 전기 모터인,
    방법.
22. 제20항에 있어서,
    상기 베이스오일은 그룹 III 오일이며, 약 50(w/w)%에서 약 99.9(w/w)% 사이의 양으로 존재하는,
    방법.
23. 제20항에 있어서,
    상기 제1 기어오일 첨가제는, 약 0.01(w/w)%에서 약 20.0(w/w)% 사이의 양으로 존재하는,
    방법.
24. 제20항에 있어서,
    상기 제2 첨가제는, 약 0.5(w/w)%의 양으로 존재하는,
    방법.
25. 전기 또는 하이브리드 자동차에 사용하기 적합한 변속기 시스템의 전기적 특성을 평가하기 위한 방법에 있어서,
    상기 변속기 부품을 포함하는 변속기 몸체를 제공하는 단계 - 상기 변속기 몸체 및 부품은 전기 또는 하이브리드 자동차에 사용하기 적합함-;
    새 윤활유 제제를 제공하는 단계 - 상기 새 윤활유 제제는, 전기 자동차에 사용하기 적합한 베이스오일, 제1 기어오일 첨가제, 및 제2 첨가제를 포함하되, 상기 제2 첨가제는 디이소트리데실아민 몰리브데이트를 약 % 의 양으로 포함함-; 및
    적어도 하나의 변속기 부품을 다수의 조건 하에서 상기 새 윤활유 제제와 직접 접촉시켜, 사용된 윤활유 제제를 형성하는 단계;
    상기 변속기 시스템으로부터 상기 사용된 윤활유 제제의 적어도 일부를 제거하고, 상기 사용된 윤활유 제제에 대한 색상을 부여하는 단계;
    상기 사용된 윤활유 제제의 상기 색상을, 실질적으로 유사한 다수의 조건 하에서 생성된 대조(control) 윤활유 제제에 부여된 실질적으로 유사한 색상과 매칭시켜, 다수의 매칭된 색상을 얻는 단계; 및
    상기 다수의 매칭된 색상에 기반하여 상기 변속기 시스템의 전기적 특성을 판단하는 단계; 를 포함하는,
    방법.
26. 제25항에 있어서,
    상기 사용된 윤활유 제제를 평가하기 위하여 사용되는 상기 다수의 조건은, 상기 변속기 시스템에 가해지는 하중(load), 상기 변속기 시스템이 작동되는 온도, 상기 변속기 시스템이 작동되는 시간, 및 상기 새 윤활유 제제의 점도(viscosity)를 포함하는,
    방법.

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