KR20220012907A - 전기 차량 배터리를 냉각 및/또는 가열하기 위한 디바이스 - Google Patents

전기 차량 배터리를 냉각 및/또는 가열하기 위한 디바이스 Download PDF

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KR20220012907A
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니콜라스 뒤포르
위삼 라체드
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아르끄마 프랑스
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Abstract

본 발명은 전기 또는 하이브리드 자동차 배터리의 냉각 및/또는 가열용 회로에 사용하도록 의도된 디바이스로서, - 외부 엔벨로프(outer envelope)로서, - 조성물의 총 중량에 대해 20 중량% 내지 65 중량%의, 열전도 성질을 갖지 않는 강화 섬유, 및 - 나머지로 적어도 하나의 폴리아미드를 주로 포함하는 매트릭스를 포함하는 조성물로 이루어진, 외부 엔벨로프, - 배터리 반대편에 배치되고 열전달 유체와 접촉하도록 의도된 내부 엔벨로프로서, - 조성물의 총 중량에 대해 5 중량% 내지 65 중량%의 강화 섬유, - 사용된 강화 섬유가 열전도성이 아닌 경우, 총 중량에 대해 10 중량% 내지 20 중량%의 적어도 하나의 열전도성 성분, - 적어도 하나의 난연제, 및 - 나머지로 7 내지 10, 유리하게는 7.5 내지 9.5 범위의 질소 원자당 평균 탄소 원자 수를 갖는 단위로 이루어진 반방향족 폴리아미드 및 폴리아미드로부터 선택된 적어도 하나의 폴리아미드를 주로 포함하는 매트릭스를 포함하는 조성물로 이루어진, 내부 엔벨로프; - 열전달 유체 입구; 및 - 열전달 유체 출구를 포함하고, 디바이스는 상기 배터리의 냉각 및/또는 가열 부피를 제한하는 디바이스에 관한 것이다.

Description

전기 차량 배터리를 냉각 및/또는 가열하기 위한 디바이스
[0001] 본 발명은 일반적으로 전기 배터리의 사용을 필요로 하는 전기 또는 하이브리드 유형 자동차 분야에 관한 것이다.
[0002] 더욱 정확하게는, 본 발명은 전기 또는 하이브리드 자동차용 배터리를 위한 냉각 및/또는 가열 디바이스에 관한 것이다.
[0003] 자동차 분야에서 추구되는 목표 중 하나는 점점 더 오염이 적은 차량을 제안하는 것이다. 따라서, 배터리를 포함하는 전기 또는 하이브리드 차량은 가스 또는 디젤 차량과 같은 연소 엔진 차량을 점진적으로 대체하는 것을 목표로 한다. 배터리는 비교적 복잡한 차량 부품임이 확인되었다. 차량 내 배터리 위치에 따라, 극한의 온도 및 다양한 습도를 가질 수 있는 외부 환경 및 충격으로부터 배터리를 보호해야 할 수 있다. 또한, 임의의 화염 위험을 피하는 것이 필요하다.
[0004] 또한, 배터리의 셀을 파괴하지 않고 그 수명을 보존하기 위해서는 그 작동 온도가 55℃를 초과하지 않는 것이 중요하다. 반대로, 예를 들어 겨울에는 배터리의 작동을 최적화하기 위해 배터리 온도를 높일 필요가 있다.
[0005] 따라서, 전기 또는 하이브리드 자동차는 배터리를 위한 냉각 및/또는 가열 디바이스를 필요로 한다. 보호 구획을 포함하는 배터리와 같이, 배터리 주위에서 순환되는 열전달 유체로 구성된 배터리용 냉각 디바이스가 알려져 있다. 특히, 오늘날, 배터리에는 금속 구획이 장착되어 있다. 또한, 금속 구조물에 부여되는 형상은 스탬핑 방법(stamping method)의 결과이다. 그러나, 구획의 형상이 예를 들어, 그것의 배치로 인해 복잡한 경우, 스탬핑 방법이 이러한 유형의 특이성을 얻는 데 가장 효과적인 것은 아니다. 이 구획은 또한 상대적으로 무겁고, 특히 습한 환경에 위치하는 경우에는 시간이 지남에 따라 상대적으로 빨리 분해된다는 단점이 있다.
[0006] 따라서, 외부 환경으로부터 배터리를 보호하기도 하고 열교환기의 역할을 할 수도 있는, 가볍고 저항성 있는 구조물이 추구된다. 따라서, 디바이스의 요소는 다음을 충족해야 한다:
- 이송되는 유체에 대해 방수가 되어야 하므로 이러한 유체(및 특히 플루오로카본 냉매 화합물, 예컨대 R134a, R-1234yf 또는 R-1234ze), 뿐만 아니라 물 및 산소에 대해 배리어(barrier) 성질을 갖는다. 용어 "배리어 성질"은 구조물이 자동차 에어 컨디셔닝 라인의 유체에 대해 불투과성이고, 이에 따라 유체가 에어 컨디셔닝 라인으로부터 대기로 방출되지 않도록 하는 것을 의미한다.
- 장기간에 걸친 과도한 열화를 피하기 위해 이송되는 유체, 압축기 오일, 물 및 산소에 대한 내화학성을 입증한다.
- 충분한 기계적 강도(특히 파열 강도)를 가질 뿐만 아니라 진동 감쇠를 허용한다.
- 이송되는 유체가 고온일 수 있고 환경 온도도 높을 수 있다는 점(특히 자동차 에어 컨디셔닝에서; 관련 부품은 엔진 부근에 배치될 수 있음)을 감안할 때, 만족스러운 열 저항, 및 특히 ZnCl2에 대해 만족스러운 열 저항을 입증한다.
[0007] 따라서, 위에서 언급한 특정 사양 목록을 충족하는, 알려진 금속 구조물을 대체하고, 배터리와 배터리용 냉각 및/또는 가열 디바이스의 열전달 유체 사이에서 발생하는 열전달을 개선하기 위한 재료가 모색되고 있다.
[0008] 이들 목적은 전기 또는 하이브리드 자동차 배터리용 냉각 및/또는 가열 회로에 사용되도록 의도된 디바이스로서,
- 외부 엔벨로프(outer envelope)로서,
- 조성물의 총 중량에 대해 20 내지 65 중량%의, 열전도 성질을 갖지 않는 강화 섬유, 및
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물(complement)을 포함하는 조성물로 이루어진 외부 엔벨로프,
- 배터리 반대편에 배치되고 열전달 유체와 접촉하도록 의도된 내부 엔벨로프로서,
- 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의 강화 섬유,
- 사용된 강화 섬유가 열전도성이 아닌 경우, 총 중량에 대해 10 내지 20 중량%의 적어도 하나의 열전도성 성분,
- 적어도 하나의 난연제, 및
- 7 내지 10, 유리하게는 7.5 내지 9.5 범위의 질소 원자당 평균 탄소 원자 수를 갖는 단위로 이루어진 반방향족 폴리아미드 및 폴리아미드로부터 선택된 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진, 내부 엔벨로프;
- 열전달 유체 입구; 및
- 열전달 유체 출구를 포함하고,
디바이스는 배터리의 냉각 및/또는 가열 부피를 제한하는 디바이스에 의해 달성된다.
[0009] 본 발명에 따른 배터리의 냉각 및/또는 가열 디바이스는 금속 구조물을 포함하는 디바이스보다 가볍다는 이점이 있다. 이러한 중량 감소는 청정인 것으로 기재된 차량에 대해 원하는 에너지 또는 연료 효율에 기여한다.
[00010] 차량 내 디바이스의 배치에 따라, 이 디바이스는 여름철 고온 또는 겨울철 저온과 같은 가혹한 환경과의 접촉, 염화아연, 충격, 또는 고습과의 접촉에 노출될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 이러한 외부 응력에 대해 만족스러운 저항성을 갖는 것으로 관찰되었다.
[00011] 또한, 자동차 제조사들에 따라 배터리의 형상이 다를 수 있는 것으로 관찰되었다. 사실, 제조사들은 지금까지 사용하지 않았거나 상대적으로 사용할 수 없는 공간에 이 배터리를 수용하려고 한다. 몰딩 또는 사출에 의한 플라스틱의 성형은 금속판의 성형보다 수행하기가 더 용이하다.
[0012] 도 1은 전기 또는 하이브리드 자동차용 배터리를 위한 냉각 및/또는 가열 디바이스의 단면도이다.
[0013] 도 2는 전기 또는 하이브리드 자동차용 배터리를 위한 냉각 및/또는 가열 디바이스의 일부에 대한 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 외부 엔벨로프에 대안적인 외부 엔벨로프 구성을 도시한다.
[0014] 도 3은 본 발명에 따른 디바이스를 포함하는 배터리의 냉각 및/또는 가열 회로를 도시한다.
[0015] 도 4는 2개의 열전달 루프를 포함하는, 본 발명에 따른 디바이스를 포함하는 배터리의 냉각 및/또는 가열 회로를 도시한다.
[0016] 본 발명의 다른 특성, 특징, 주제 및 이점은 다음의 설명 및 예를 읽은 후에 훨씬 더 명확하게 나타날 것이다.
[0017] 또한, 본 설명에서 사용된 표현 "...와 ... 사이" 및 "... 내지 ..."는 각각의 표시된 제한치를 포함하는 것으로 이해되어야 함을 나타낸다.
디바이스
[0018] 본 발명에 따른 디바이스는
- 외부 엔벨로프,
- 내부 엔벨로프,
- 열전달 유체 입구; 및
- 열전달 유체 출구를 포함하고,
디바이스는 배터리의 냉각 및/또는 가열 부피를 제한한다.
외부 엔벨로프
[0019] 외부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 20 내지 65중량%의 강화 섬유, 및
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진다.
폴리아미드
[0020] 용어 "폴리아미드"는 호모폴리아미드 또는 코폴리아미드를 동등하게 지칭한다.
[0021] 폴리아미드를 정의하는 데 사용되는 명명법은 ISO 표준 1874-1:2011 "Plastiques -- Mat
Figure pct00001
riaux polyamides (PA) pour moulage et extrusion -- Partie 1: Designation", 특히 3 페이지(표 1 및 2)에 기술되어 있으며, 숙련자에게 잘 알려져 있다.
[0022] 폴리아미드는 락탐 단위, 아미노산 단위 및/또는 XY 단위의 중축합으로부터 수득될 수 있으며, 여기서 X는 디아민이고, Y는 디카복실산(또는 이산)이다.
[0023] 락탐 및 아미노산은 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 바람직하게는, 이들은 피롤리디논, 2-피페리디논, 카프로락탐, 아미노헥산산, 펠라르고락탐, 데카놀락탐, 운데칸올락탐, 10-아미노운데칸산, 아미노-11-운데칸산, 아미노-12-도데칸산, 라우릴락탐, 에난톨락탐, 및 카프릴로락탐으로부터 선택된다.
[0024] 유리하게는, 락탐 및 아미노산은 C11 및 C12이다.
[0025] 디아민은 선형 또는 분지형 지방족, 또는 지환족, 바람직하게는 선형 또는 분지형 지방족, 특히 선형일 수 있다. 디카복실산은 지방족, 지환족 또는 방향족일 수 있고, 바람직하게는 지방족 또는 방향족이다.
[0026] XY 단위의 중축합으로부터 수득된 폴리아미드의 경우, 디아민(X)은 C4-C36, 특히 C6-C22, 구체적으로 C6-C18일 수 있고, 디카복실산(Y)은 C4-C36, 특히 C6-C22, 구체적으로 C6-C18일 수 있다.
[0027] 유리하게는, 디아민은 부탄디아민, 펜탄디아민, 2-메틸-1,5-펜탄디아민, 1,6-헥사메틸렌디아민, 1,7-헵탄디아민, 1,8-옥탄디아민, 1,9-노난디아민, 2- 메틸-1,8-옥탄디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 1,10-데칸디아민 1,11-운데칸디아민, 2-부틸-2-에틸-1,5-펜탄디아민, 1,12-도데칸디아민, 1,13-트리데칸디아민, 1,14-테트라데칸디아민, 헥사데칸디아민, 옥타데칸디아민, 옥타데센디아민, 에이코산디아민, 도코산디아민 및 지방산 디아민, 1,3-자일릴렌디아민(MXD) 및 1,4-자일릴렌 디아미(PXD), 비스(3,5-디알킬-4-아미노시클로헥실)메탄, 비스(3,5-디알킬-4-아미노시클로헥실)에탄, 비스(3,5-디알킬-4-아미노시클로헥실)프로판, 비스(3,5-디알킬-4-아미노시클로헥실)-부탄, 비스(3-메틸-4-아미노시클로헥실)메탄 또는 3'-디메틸-4,4'-디아미노-디시클로헥실-메탄(일반적으로 "BMACM" 또는 "MACM"으로 지칭됨(이하 B로 표시됨)), p-비스(아미노시클로헥실)메탄(일반적으로 "PACM"(이하 P로 표시됨)), 이소프로필리덴디(시클로헥실아민)(일반적으로 "PACP"로 지칭됨), 이소포론 디아민(이하 IPD로 표시됨) 및 2,6-비스(아미노 메틸)노르보르난(일반적으로 "BAMN"으로 지칭됨), 특히 1,10-데칸디아민으로부터 선택된다.
[0028] 이러한 지환족 디아민의 비포괄적인 목록은 간행물("Cycloaliphatic Amines" (Encyclopaedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, 4th Edition (1992), pp. 386-405))에 제공되어 있다.
[0029] 유리하게는, 디카복실산은 석신산, 펜탄디오산, 아디프산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디오산, 도데칸디오산, 브라실산, 테트라데칸디오산, 헥사데칸디오산, 옥타데칸산, 옥타데센산, 에이코산디오산, 도코산디오산 및 36개의 탄소를 함유하는 지방산의 이량체, 테레프탈산(T로 표시됨), 이소프탈산(I로 표시됨), 특히 도데칸디오산으로부터 선택된다.
[0030] 유리하게는, 디아민은 1,8-옥탄디아민, 1,9-노난디아민, 2-메틸-1,8-옥탄-디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 1,10-데칸디아민, 1,11-운데칸디아민, 2-부틸-2-에틸-1,5-펜탄디아민, 1,12-도데칸디아민, 1,13-트리데칸디아민, 1,14-테트라데칸디아민, 특히 1,10-데칸디아민으로부터 선택되고, 디카복실산은 세바스산, 운데칸디오산, 도데칸디오산, 브라실산, 테트라데칸디오산, 테레프탈산(T로 표시됨), 이소프탈산(I로 표시됨), 특히 도데칸디오산으로부터 선택된다.
[0031] 더욱 유리하게는, 락탐은 라우릴락탐이고, 아미노산은 10-아미노운데칸산, 11-아미노운데칸산, 12-아미노-도데칸산으로부터 선택되고, 디아민은 2-메틸-1,5-펜탄디아민, 1,6-헥사메틸렌디아민, 1,9-노난디아민, 2-메틸-1,8-옥탄-디아민, 1,10-데칸디아민 및 1,12-도데칸디아민으로부터 선택되고, 디카복실산은 아디프산, 세바스산, 도데칸디오산, 테레프탈산(T로 표시됨) 및 이소프탈산(I로 표시됨)으로부터 선택된다.
[0032] 매우 바람직한 구체예에 따르면, 락탐은 라우릴락탐이고, 아미노산은 10-아미노운데칸산, 11-아미노운데칸산, 12-아미노-도데칸산으로부터 선택되고, 디아민은 2-메틸-1,5-펜탄디아민, 1,6-헥사메틸렌디아민, 1,10-데칸디아민 및 1,12-도데칸디아민으로부터 선택되고, 디카복실산은 아디프산, 세바스산, 도데칸디오산, 테레프탈산(T로 표시됨) 및 이소프탈산(I로 표시됨)으로부터 선택된다.
[0033] 바람직하게는, 외부 엔벨로프는 9 내지 18 범위의 질소 원자당 평균 탄소 원자 수를 갖는 단위로 이루어진 반방향족 폴리아미드 및 폴리아미드로부터 선택된 적어도 하나의 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 매트릭스를 포함한다.
[0034] 질소 원자당 평균 탄소 원자 수는 단위당, 즉 두 질소 원자간 연결당 평균 탄소 원자 수이다. 폴리아미드 내에서 단위는 아미드 작용기 -CO-NH-에 의해 서로 연결된다. 따라서, (-CO-NH-) 아미드 기가 있는 것 만큼 많은 질소 원자가 있다. PA-XY 호모폴리아미드의 경우, 질소 원자당 탄소 원자 수는 단위 X와 단위 Y의 평균이다. 따라서, 헥산디아민과 도데칸디오산의 중축합으로부터 유도된 PA612는 질소 원자당 9개의 탄소 원자를 갖는 PA이다. 즉, 계산식 (6+12)/2을 기반으로 하여, C9 PA이다. 코폴리아미드의 경우, 질소 원자당 탄소 원자 수는 동일한 원리에 따라 계산된다. 다양한 아미드 단위의 몰비가 상기 계산식에 사용된다. 따라서, 60% 6T 및 40% 66을 포함하는 coPA-6.T/6.6은 C6,6: 60%x[(6+8)/2]+40%x[(6+6)/2] = 6.6이다.
[0035] 유리하게는, 외부 엔벨로프의 조성물에 존재하는 폴리아미드는 PA612, PA1010, PA10T, PA10T/1010, PA11, PA12, PA11/10T, PA12/10T, PA 1012, PA 618, PA 12T, PA 1010/1012, PA BACT/6T, PA BACT/10T, PA BACT/12T PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA MPMDT/12T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MXDT/12T, PA 11 /BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/BACT/12T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MPMDT/12T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/ MXDT/10T, PA 11/MXDT/12T 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 바람직하게는, 외부 엔벨로프의 매트릭스를 구성하는 폴리아미드는 PA12, PA 11, PA 1010, PA 1012 및 PA11/10T로부터 선택된다.
[0036] 본 발명의 의미 내에서 용어 "대부분"은 조성물의 매트릭스 내 폴리아미드의 50% 초과의 비율을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 하나 이상의 폴리아미드는 매트릭스의 총 중량에 대해 50 내지 80 중량%를 나타낸다.
[0037] 바람직한 구체예에 따르면, 외부 엔벨로프의 조성물은 조성물의 총 중량에 대해 25중량% 초과의 폴리아미드를 포함한다.
강화 섬유
[0038] 본 발명에 따른 외부 엔벨로프를 구성하는 조성물은 조성물의 총 중량에 대해 20 내지 65 중량%의 강화 섬유를 포함한다.
[0039] 엔벨로프의 조성물에 존재하는 섬유는 상이한 치수를 가질 수 있다. 강화 섬유는 짧거나, 길거나 연속적일 수 있다. 다양한 치수 및/또는 다양한 유형의 이들 섬유의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
[0040] 바람직하게는, "짧은" 섬유는 길이가 200 내지 400 ㎛이다. 소위 장섬유는 바람직하게는 길이가 1000 ㎛를 초과한다. 유리 섬유의 길이는 ISO 22314:2006(E) 표준에 따라 측정된다.
[0041] 이들 강화 섬유는 하기로부터 선택될 수 있다:
- 본 발명에 따른 엔벨로프의 조성물의 매트릭스에 존재하는 상기 폴리아미드의 용융 온도 Tm보다 높고, 중합 및/또는 구현 온도보다 높은 용융 온도 Tm'을 갖는 것들인, 무기 섬유,
- 본 발명에 따른 엔벨로프의 조성물의 매트릭스에 존재하는 상기 폴리아미드의 중합 온도보다 높거나 용융 온도 Tm보다 높고, 구현 온도보다 높은, 용융 온도 Tm' 또는 Tm'가 아닌 경우, 유리 전이 온도 Tg'를 갖는 폴리머 또는 폴리머 섬유,
- 천연 섬유;
- 또는 상기 언급된 섬유의 혼합물.
[0042] 본 발명에 적합한 무기 섬유의 예는 나노튜브 또는 탄소 나노튜브(CNT), 탄소 나노섬유 또는 그래핀의 섬유를 포함하는 탄소 섬유; 실리카 섬유, 예컨대, 유리 섬유, 특히 유형 E, R 또는 S2; 붕소 섬유; 세라믹 섬유, 특히 탄화규소 섬유, 탄화붕소 섬유, 붕소 카보니트라이드(boron carbonitride) 섬유, 질화규소 섬유, 질화붕소 섬유, 현무암 섬유(basalt fiber); 금속 및/또는 이들의 합금을 함유하는 섬유 또는 필라멘트; 금속 산화물 섬유, 특히 알루미나(Al2O3); 금속화된 섬유, 예컨대 금속화된 유리 섬유 및 금속화된 탄소 섬유, 또는 이전에 인용된 섬유의 혼합물이다.
[0043] 다음은 본 발명에 적합한 폴리머 섬유로서 나열될 수 있다:
- 비정질 열가소성 폴리머 기반 섬유로, 매트릭스가 비정질인 경우, 매트릭스에 존재하는 폴리아미드 또는 폴리아미드 혼합물의 유리 전이 온도 Tg보다 높거나, 매트릭스가 반결정질인 경우, 매트릭스에 존재하는 폴리아미드 또는 폴리아미드 혼합물의 Tm보다 높은 Tg를 갖는, 비정질 열가소성 폴리머 기반 섬유. 유리하게는, 이들은 반결정질 열가소성 폴리머 기반이고, 매트릭스가 비정질인 경우, 매트릭스에 존재하는 폴리아미드 또는 폴리아미드 혼합물의 Tg보다 높거나, 매트릭스가 반결정질인 경우, 매트릭스에 존재하는 폴리아미드 또는 폴리아미드의 혼합물의 융점 Tm보다 높은 Tm을 갖는다. 따라서, 최종 복합재의 열가소성 매트릭스에 의한 함침 동안 강화 재료를 구성하는 유기 섬유에 대한 용융 위험이 없다.
- 열경화성 폴리머 섬유 및 더욱 특히 불포화 폴리에스테르, 에폭시 수지, 비닐 에스테르, 페놀 수지, 폴리우레탄, 시아노아크릴레이트 및 폴리이미드, 예컨대 비스-말레이미드 수지, 멜라민과 같은 아민과 글리옥살 또는 포름알데하이드와 같은 알데하이드의 반응으로부터 생성되는 아미노플라스트(aminoplast)로부터 선택되는, 열경화성 폴리머 섬유,
- 열가소성 폴리머, 더욱 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)로부터 선택되는 열가소성 폴리머의 섬유;
- 폴리아미드 섬유,
- 아라미드 섬유(예컨대, Kevlar®) 및 방향족 폴리아미드, 예컨대, 포뮬라(formula): PPDT, MPDI, PAA 및 PPA 중 하나를 갖는 것들(PPD 및 MPD는 각각 p- 및 m-페닐렌 디아민이고, PAA는 폴리아릴아미드이고, PPA는 폴리프탈아미드임);
- 폴리아미드 블록 코폴리머, 예컨대 폴리아미드/폴리에테르의 섬유, 폴리아릴에테르 케톤(PAEK), 예컨대 폴리에테르에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르케톤 케톤(PEKK), 폴리에테르케톤에테르케톤 케톤(PEKEKK)의 섬유.
[0044] 천연 기원의 섬유, 및 특히 식물 섬유 중에서, 다음이 열거될 수 있다: 아마, 리신, 목재, 케나프(kenaf), 코코넛, 대마, 황마, 리그닌, 대나무, 실크, 특히 거미 실크(spider silk), 사이잘을 기반으로 하는 섬유 및 그 밖의 셀룰로스 섬유, 특히 비스코스. 이들 식물 섬유는 폴리머 매트릭스의 접착 및 함침을 개선하기 위해 순수하게 사용되거나, 처리되거나 코팅층으로 코팅될 수 있다.
[0045] 강화 섬유는 또한 섬유로 편조되거나 직조된 패브릭(fabric)일 수 있는 섬유 재료를 구성할 수 있다.
[0046] 또한, 그것은 지지 스레드(support thread)를 갖는 섬유에 해당할 수 있다. 이들 구성 섬유는 단독으로 또는 혼합물로 사용될 수 있다. 따라서, 유기 섬유는 폴리머 매트릭스로 함침되고 사전 함침된 섬유 재료를 형성하기 위해 무기 섬유와 혼합될 수 있다.
[0047] 유기 섬유 가닥은 수 평량(several grammage)을 가질 수 있다. 유기 섬유 가닥은 추가로 몇몇 기하학적 구조를 가질 수 있다. 섬유는 짧은 섬유 형태가 될 수 있고, 이는 이후 펠트 또는 부직포를 구성하고, 이는 스트립, 층 또는 조각 형태 또는 연속 섬유 형태가 될 수 있고, 이는 단방향(UD) 또는 부직포 섬유의 2D 패브릭, 브레이드(braid) 또는 가닥을 구성한다. 섬유 재료의 구성요소 섬유는 상이한 기하학적 구조를 갖는 이러한 강화 섬유의 혼합물의 형태를 추가로 취할 수 있다.
[0048] 바람직하게는, 섬유 재료는 연속 탄소, 유리 또는 탄화규소 섬유 또는 이들의 혼합물, 특히 탄소 섬유를 포함한다. 로빙(roving) 또는 여러 로빙의 형태로 사용된다.
[0049] 바람직한 짧은 강화 섬유는 금속화된 섬유를 포함하는 탄소 섬유, E, R, S2와 같은 금속화된 유리 섬유를 포함하는 유리 섬유, 아라미드 섬유(Kevlar®와 같은) 또는 방향족 폴리아미드, 폴리아릴에테르 케톤(PAEK) 섬유, 예컨대 폴리에테르에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르케톤 케톤(PEKK) 섬유, 폴리에테르케톤에테르케톤 케톤(PEKEKK) 섬유 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 짧은 섬유이다.
[0050] 바람직하게는, 강화 섬유는 유리, 탄소, 세라믹 및 아라미드 섬유 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다.
[0051] 바람직하게는, 본 발명에 따른 디바이스의 외부 엔벨로프는 단열 성질을 갖는다. 이 바람직한 구체예에 따르면, 강화 섬유는 바람직하게는 유리 섬유, 현무암 섬유 및 아라미드 섬유로부터 선택될 것이다.
[0052] 사용된 섬유의 크기에 따라, 짧거나, 길거나, 연속적인, 강화 섬유 함량은 조성물 중 상이할 수 있다.
[0053] 따라서, 짧은 강화 섬유의 경우, 섬유 함량은 바람직하게는 강화 섬유의 20 내지 60 중량%이다. 길거나 연속적인 강화 섬유의 경우, 섬유 함량은 우선적으로 강화 섬유의 40 내지 65중량%이다.
난연제
[0054] 본 발명에 따른 디바이스의 외부 엔벨로프를 구성하는 조성물은 적어도 하나의 난연제를 포함할 수 있다.
[0055] 바람직하게는, 방염제는 US 2008/0,274,355에 기술된 바와 같은 할로겐 비함유 방염제, 및 특히 포스핀산 금속 염, 디포스핀산의 금속 염, 포스핀산의 적어도 하나의 금속 염을 함유하는 폴리머, 디포스핀산의 적어도 하나의 금속 염을 함유하는 폴리머로부터 선택된 금속 염으로부터 선택된다. 방염제는 또한 적린, 산화안티몬, 산화아연, 산화철, 산화마그네슘, 금속 보레이트, 예를 들어 아연 보레이트, 멜라민 피로포스페이트, 멜라민 시아누레이트, 및 규소화 또는 불소화 유형 논드립제(non-drip agent)로부터 선택될 수 있다. 방염제는 또한 전술한 난연제의 혼합물일 수 있다.
[0056] 난연제는 또한 브롬화 또는 폴리브롬화 폴리스티렌, 브롬화 폴리카보네이트 또는 브롬화 페놀과 같은 할로겐화 난연제일 수 있다.
[0057] 난연제는 또한 하기 화학식(I)의 포스핀산의 금속 염 및 하기 화학식(II)의 디포스핀산의 금속 염으로부터 선택될 수 있다:
Figure pct00002
상기 식에서,
R1 및 R2는 서로 독립적으로 선형 또는 분지형 C1-C6 알킬 기 또는 아릴 기를 나타내고;
R3은 선형 또는 분지형 C1-C10 알킬렌 기, C6-C10 아릴렌 기, C6-C10 알킬아릴렌 기, 또는 C6-C10 아릴알킬렌 기를 나타내고,
M은 Mg, Ca, Al, Sb, Sn, Ge, Ti, Zn, Fe, Zr, Ce, Bi, Sr, Mn, Li, Na, K 및/또는 양성자화된 아민 염기이고,
- m은 1 내지 4 범위의 정수이다.
- n은 1 내지 4 범위의 정수이다.
- x는 1 내지 4 범위의 정수이고,
n 및 m은 염이 중성이 되도록 선택되며, 이는 전하를 운반하지 않음을 의미한다.
[0058] 바람직하게는, M은 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 또는 아연 이온을 나타낸다.
[0059] 바람직하게는, R1 및 R2는 서로 독립적으로 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, 3차-부틸, n-펜틸 및/또는 페닐 기를 나타낸다.
[0060] 바람직하게는, R3은 메틸렌, 에틸렌, n-프로필렌, 이소-프로필렌, n-부틸렌, 3차-부틸렌, n-펜틸렌, n-옥틸렌, n-도데실렌, 페닐렌, 나프탈렌, 메틸페닐렌, 에틸페닐렌, 3차-부틸페닐렌, 메틸나프탈렌, 에틸나프탈렌, 3차-부틸나프탈렌, 페닐메틸렌, 페닐에틸렌, 페닐프로필렌, 또는 페닐부틸렌 기를 나타낸다.
[0061] 난연제는 디에틸포스핀산의 알루미늄 염인 Clariant에 의해 판매되는 상표명 Exolit OP 1230(CAS No. 225789-38-8)일 수 있다.
[0062] 더욱 특히, 난연제 함량은 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 30 중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%, 더욱 특히 17 내지 22 중량%이다.
충격 개질제
[0063] 본 발명에 따른 디바이스의 엔벨로프를 구성하는 조성물은 적어도 하나의 충격 개질제를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 디바이스의 엔벨로프를 구성하는 조성물은 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 20 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제를 포함할 수 있다.
[0064] 충격 개질제는 유리하게는 50% RH에서 표준 ISO 178에 따라 측정된 100 MPa 미만의 굴곡 탄성률(flexural modulus) 및 2013년의 표준 11357-2에 따라 측정된 0℃ 미만의 Tg를 갖는 폴리머로 구성된다.
[0065] 폴리아미드의 유리 전이 온도 Tg는 ISO 표준 1 1357-2:2013에 따라 제2 가열 통과 후 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여 측정된다. 가열 및 냉각 속도는 20℃/min이다.
[0066] 바람직하게는, 충격 개질제는 카복실산, 카복실산 무수물 및 에폭사이드 작용기로부터 선택된 작용기를 갖는 하나 이상의 폴리올레핀, 이의 일부 또는 전부로 이루어진다. 매우 구체적으로, 폴리올레핀은 엘라스토머계 에틸렌 및 프로필렌 코폴리머(EPR), 엘라스토머계 에틸렌-프로필렌-디엔 코폴리머(EPDM) 및 에틸렌/알킬 (메트)아크릴레이트 코폴리머로부터 선택될 수 있다.
[0067] 조성물은 50% RH에서 ISO 표준 178에 따라 측정된, 300 MPa 초과, 유리하게는 800 MPa 초과의 굴곡 탄성률을 갖는, 반결정질 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 혼합물을 상기 조성물의 총 중량에 대해 20중량% 이하로 포함할 수 있다.
[0068] 이러한 충격 개질제는 작용성화된 폴리올레핀(B1)일 수 있다.
[0069] 본 발명에 따르면, 작용성화된 폴리올레핀(B1)은 하기 폴리머를 의미하는 것으로 이해된다.
[0070] 작용성화된 폴리올레핀(B1)은 반응성 단위: 작용기를 갖는 알파-올레핀 폴리머일 수 있다. 이러한 반응성 단위는 카복실산, 무수물 또는 에폭시 작용기이다.
[0071] 알파-올레핀 또는 디올레핀의 호모폴리머 또는 코폴리머는 폴리올레핀의 예로서, 예컨대 이를테면, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-옥텐, 부타디엔, 및 더욱 구체적으로:
- 에틸렌, 특히 LDPE, HDPE, LLDPE(선형 저밀도 폴리에틸렌), VLDPE(초저밀도 폴리에틸렌) 및 메탈로센 폴리에틸렌의 호모폴리머 및 코폴리머;
- 프로필렌의 호모폴리머 또는 코폴리머;
- 에틸렌/알파-올레핀 코폴리머, 예컨대 에틸렌/프로필렌, EPR(에틸렌-프로필렌-고무의 약어) 및 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM);
- 스티렌/에틸렌-부텐/스티렌(SEBS), 스티렌/부타디엔/스티렌(SBS), 스티렌/이소프렌/스티렌(SIS), 스티렌/에틸렌-프로필렌/스티렌(SEPS) 블록 코폴리머;
- 불포화 카복실산의 염 또는 에스테르, 예컨대 알킬 (메트)아크릴레이트(예를 들어, 메틸 아크릴레이트), 또는 포화 카복실산의 비닐 에스테르, 예컨대 비닐 아세테이트(EVA)로부터 선택된 적어도 하나의 생성물과 에틸렌의 코폴리머(여기서, 코모노머의 비율은 40 중량%에 이를 수 있음)이 제시될 수 있다.
[0072] 상기 기술된 폴리올레핀은 반응성 단위(작용기), 예컨대 카복실산, 무수물 또는 에폭시 작용기에 의해 그라프트되거나, 공중합 또는 삼원중합될 수 있다.
[0073] 더욱 구체적으로, 이러한 폴리올레핀은 불포화 에폭사이드, 예컨대 글리시딜 (메트)아크릴레이트에 의해, 또는 카복실산 또는 상응하는 염 또는 에스테르, 예컨대 (메트)아크릴산(이는 Zn 등과 같은 금속에 의해 완전히 또는 부분적으로 중화될 수 있음)에 의해 또는 카복실산 무수물, 예컨대 말레산 무수물에 의해 그라프트되거나, 공중합 또는 삼원중합된다.
[0074] 작용성화된 폴리올레핀(B1)은 하기 말레산 무수물 또는 글리시딜 메타크릴레이트 그라프트된(grafted) (코)폴리머로부터 선택될 수 있으며, 여기서 그라프트 비율은 예를 들어 0.01 내지 5 중량%의
- PE, PP, 예를 들어 35 내지 80중량%의 에틸렌을 함유하는, 에틸렌과 프로필렌, 부텐, 헥센 또는 옥텐의 코폴리머;
- 에틸렌/알파-올레핀 코폴리머, 예컨대 에틸렌/프로필렌, EPR(에틸렌-프로필렌-고무의 약어) 및 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM);
- 스티렌/에틸렌-부텐/스티렌(SEBS), 스티렌/부타디엔/스티렌(SBS), 스티렌/이소프렌/스티렌(SIS), 스티렌/에틸렌-프로필렌/스티렌(SEPS) 블록 코폴리머;
- 40 중량% 이하의 비닐 아세테이트를 함유하는, 에틸렌 및 비닐 아세테이트 코폴리머(EVA);
- 40 중량% 이하의 알킬(메트)아크릴레이트를 함유하는, 에틸렌 및 알킬(메트)아크릴레이트 코폴리머;
- 40중량% 이하의 코모노머를 함유하는, 에틸렌 및 비닐 아세테이트(EVA) 및 알킬(메트)아크릴레이트 코폴리머이다.
[0075] 작용성화된 폴리올레핀은 예를 들어 PE/EPR 혼합물이며, 이의 중량비는 예를 들어 40/60 내지 90/10으로 광범위하게 변할 수 있으며, 상기 혼합물은 예를 들어 0.01 내지 5 중량%의 그라프트 비율에 따라, 무수물, 특히 말레산 무수물과 공동-그라프트된다.
[0076] 작용성화된 폴리올레핀(B1)은 또한 모노아민 폴리아미드(또는 폴리아미드 올리고머)와 축합된 주로 말레산 무수물 그라프트된 프로필렌을 갖는 에틸렌/프로필렌 코폴리머((EP-A-0,342,066에 기재된 생성물)로부터 선택될 수 있다.
[0077] 작용성화된 폴리올레핀(B1)은 또한 적어도 하기 단위의 코폴리머 또는 터폴리머(terpolymer)일 수 있다:
(1) 에틸렌;
(2) 알킬 메타크릴레이트 또는 포화 카복실산 비닐 에스테르; 및
(3) 무수물, 예컨대 말레산 또는 메타크릴산 무수물 또는 에폭시, 예컨대 글리시딜 메타크릴레이트.
[0078] 후자 유형의 작용성화된 폴리올레핀의 예로서, 다음의 코폴리머가 언급될 수 있으며, 여기서 에틸렌은 바람직하게는 적어도 60 중량%를 나타내고, 터모노머(termonomer)(작용기)는 예를 들어 0.1 내지 12 중량%의 코폴리머:
- 에틸렌/알킬 (메트)아크릴레이트/(메트)아크릴산 또는 말레산 무수물 또는 글리시딜 메타크릴레이트 코폴리머;
- 에틸렌/비닐 아세테이트/말레산 무수물 또는 글리시딜 메타크릴레이트 코폴리머;
- 에틸렌/비닐 아세테이트 또는 알킬 (메트)아크릴레이트/(메트)아크릴산 또는 말레산 무수물 또는 글리시딜 메타크릴레이트 코폴리머를 나타낸다.
[0079] 선행 코폴리머에서, (메트)아크릴산은 Zn 또는 Li로 염화될 수 있다. (B1)에서 용어 "알킬 (메트)아크릴레이트"는 C1 내지 C8 알킬 메타크릴레이트 및 아크릴레이트를 나타내고, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 2-에틸-헥실 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 및 에틸 메타크릴레이트로부터 선택될 수 있다.
[0080] 또한, 앞서 언급한 폴리올레핀(B1)은 또한 임의의 적절한 방법 또는 제제(디에폭시, 이산, 과산화물 등)에 의해 가교될 수 있고; 용어 작용성화된 폴리올레핀은 또한 앞서 언급한 폴리올레핀과 이작용성 시약, 예컨대 이산, 이무수물, 디에폭시 등(이는 이들과, 또는 함께 반응할 수 있는 적어도 두 개의 작용성화된 폴리올레핀의 혼합물과 반응할 수 있음)의 혼합물을 포함한다.
[0081] 전술한 코폴리머(B1)는 통계적으로 또는 순차적으로 공중합될 수 있고, 선형 또는 분지형 구조를 가질 수 있다.
[0082] 이들 폴리올레핀의 분자량, 지수 MFI, 밀도는 또한 광범위하게 달라질 수 있으며, 이는 당업자가 알 것이다. 용융 흐름 지수(Melt Flow Index)의 약자인 MFI는 용융되었을 때의 유동성을 측정한 것이다. 그것은 표준 ASTM 1238에 따라 측정된다.
[0083] 유리하게는, 작용성화된 폴리올레핀(B1)은 알파-올레핀 단위 및 에폭시, 카복실산 또는 카복실산 무수물 작용기와 같은 극성 반응성 작용기를 지닌 단위를 포함하는 임의의 폴리머로부터 선택된다. 이러한 폴리머의 예로서, 에틸렌, 알킬 아크릴레이트 및 말레산 무수물의 터폴리머 또는 본 출원인의 Lotader®와 같은 글리시딜 메타크릴레이트 또는 본 출원인의 Orevac®과 같은 말레산 무수물 그라프트된 폴리올레핀, 및 에틸렌, 알킬 아크릴레이트 및 (메트)아크릴산의 터폴리머가 언급될 수 있다. 또한, 출원 EP 0,342,066에 기재된 바와 같이, 카복실산 무수물 그라프트된 폴리프로필렌에 이어서 폴리아미드 또는 폴리아미드 모노아민 올리고머와 축합된 호모폴리머 또는 코폴리머가 언급될 수 있다.
[0084] 더욱 구체적으로, 작용성화된 폴리올레핀(B1)은 다음과 같다:
- 에틸렌, 알킬 아크릴레이트 및 말레산 무수물 터폴리머;
- 에틸렌, 알킬 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트 터폴리머;
- 말레산 무수물 그라프트된 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌;
- 말레산 무수물 그라프트된 에틸렌 및 프로필렌 코폴리머 및 가능하게는 디엔 모노머;
- 말레산 무수물 그라프트된 에틸렌 및 옥텐 코폴리머;
및 이들의 혼합물.
[0085] 작용성화된 폴리올레핀(B1)은 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%의 농도로 존재한다.
[0086] 유리하게는, 본 발명에 따른 조성물은 적어도 하나의 비작용성화된 폴리올레핀(B2)을 포함할 수 있다.
[0087] 비작용성화된 폴리올레핀(B2)은 통상적으로 알파-올레핀 또는 디올레핀, 예컨대 이를테면, 들어 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-옥텐, 부타디엔의 호모폴리머 또는 코폴리머이다. 예를 들어,
- 폴리에틸렌, 특히 LDPE, HDPE, LLDPE(선형 저밀도 폴리에틸렌), VLDPE(초저밀도 폴리에틸렌) 및 메탈로센 폴리에틸렌의 호모폴리머 및 코폴리머;
- 프로필렌의 호모폴리머 또는 코폴리머;
- 에틸렌/알파-올레핀 코폴리머, 예컨대 에틸렌/프로필렌, EPR(에틸렌-프로필렌-고무의 약어) 및 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM);
- 스티렌/에틸렌-부텐/스티렌(SEBS), 스티렌/부타디엔/스티렌(SBS), 스티렌/이소프렌/스티렌(SIS), 스티렌/에틸렌-프로필렌/스티렌(SEPS) 블록 코폴리머;
- 불포화 카복실산의 염 또는 에스테르, 예컨대 알킬 (메트)아크릴레이트(예를 들어, 메틸 아크릴레이트), 또는 포화 카복실산의 비닐 에스테르, 예컨대 비닐 아세테이트(EVA)로부터 선택된 적어도 하나의 생성물과 에틸렌의 코폴리머(여기서, 코모노머의 비율은 40 중량%에 이를 수 있음);
및 이들의 혼합물이 언급될 수 있다.
[0088] 상기 언급된 코폴리머(B2)는 통계적으로 또는 순차적으로 공중합될 수 있고, 선형 또는 분지형 구조를 가질 수 있다.
[0089] 유리하게는 비작용성화된 폴리올레핀(B2)은 폴리프로필렌 및 임의의 에틸렌 호모폴리머 또는 에틸렌 코폴리머 및 고급 알파-올레핀 코모노머, 예컨대 부텐, 헥센, 옥텐 또는 4-메틸-1-펜텐의 호모폴리머 또는 코폴리머로부터 선택된다. PP(폴리프로필렌), 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 초저밀도 폴리에틸렌을 예로 언급될 수 있다. 이들 폴리에틸렌은 자유 라디칼 방법, 지글러 촉매작용 방법, 또는 더욱 최근에는 메탈로센 촉매작용으로부터의 생성물인 것으로 당업자에게 공지되어 있다. 에틸렌과 비닐 아세테이트(EVA)의 코폴리머, 예컨대 본 출원인에 의해 상표명 EVATANE®으로 판매되는 것들이 또한 바람직하다.
[0090] 본 발명에 따른 디바이스의 엔벨로프를 구성하는 조성물이 하나 이상의 비작용성화 폴리올레핀을 포함하는 경우, (A)의 MFI 및 (B1) 및 (B2)의 MFI는 넓은 범위에 걸쳐 선택될 수 있지만, (B1) 및 (B2)의 분산을 개선하기 위해 (B1) 및 (B2)의 점도를 근접시키는 것이 권장된다.
[0091] 비작용성화된 폴리올레핀은 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%의 농도로 존재한다.
[0092] 충격 개질제는 또한 폴리아미드 블록 및 폴리에테르 블록으로 형성된 코폴리머일 수 있으며, 여기서 폴리아미드 블록 및 폴리에테르 블록은 에스테르 작용기에 의해 연결된다. 이러한 제품은 문서 FR 2 273 021에 기술되어 있으며 Arkema에 의해 PEBAX® 상표명으로 판매된다.
[0093] 폴리아미드 블록(이하 PA로 약칭됨) 및 폴리에테르 블록(이하 PE로 약칭됨)을 갖는 코폴리머는 반응성 말단을 갖는 폴리아미드 블록과 반응성 말단을 갖는 폴리에테르 블록의 공중축합으로부터 생성된다. 예를 들어,
- 폴리에테르디올과 카복실산 이산 폴리아미드,
- 폴리에테르디아민과 카복실산 이산 폴리아미드;
- 폴리에테르디올과 디아민 폴리아미드가 반응할 수 있다.
[0094] 디카복실산 사슬 말단을 갖는 블록 폴리아미드는 예를 들어 사슬 조절제 카복실산 이산의 존재 하에 폴리아미드 전구체의 축합으로부터 유래한다. 디아민 사슬 말단을 갖는 블록 폴리아미드는 예를 들어 사슬 조절제 디아민의 존재 하에 폴리아미드 전구체의 축합으로부터 유래한다. 따라서, 블록들 사이의 결합은 에스테르 결합 또는 아미드 결합이다. PA 블록 및 PE 블록을 갖는 폴리머는 단일 PA 블록 및 단일 PE 블록을 포함할 수 있다.
[0095] 이들은 또한 폴리아미드를 구성하는 하나 이상의 모노머의 구조적으로 동일한 수 개의 PA 블록 및 무작위로 분포된 동일한 PE를 포함할 수 있다. 상기 폴리머는 PE 블록과 PA 블록 전구체의 동시 반응에 의해 제조될 수 있다. PA 블록의 형성 동안 사슬 조절제가 작용하는 순간에 따라 길이가 매우 가변적인, PA 블록 및 PE 블록을 갖는 폴리머가 생성되지만, 또한 폴리머 사슬을 따라 무작위로(통계적으로) 분포되어 있는 다양한 시약이 무작위로 반응한다.
[0096] 본 발명에 따른 디바이스의 외부 엔벨로프를 구성하는 조성물은 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 25 중량%, 및 더욱 바람직하게는 5 내지 20 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제를 포함한다.
첨가제
[0097] 본 발명에 따른 디바이스의 외부 엔벨로프를 구성하는 조성물은 또한 0 내지 20%의 첨가제를 포함할 수 있다.
[0098] 바람직하게는, 엔벨로프를 형성하는 조성물에 존재하는 첨가제는 열 안정화제, 가소제, 윤활제, 유기 또는 무기 안료, UV 차단제, 정전기방지제, 무기 충전제 및 유기 충전제, 예컨대, 이를테면, 활석, 탄산칼슘, 이산화티타늄, 산화아연 및 유기 충전제로부터 선택된다.
[0099] 충전제 중에는 실리카, 산화티타늄 또는 심지어 유리 비드가 열거될 수 있다.
[0100] 열안정화제는 구리 기반 안정화제, 유기 안정화제 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
[0101] 구리 기반 안정화제는 구리 기반 화합물, 예컨대 염화제1구리, 염화제2구리, 브롬화제1구리, 브롬화제2구리, 요오드화제1구리, 요오드화제2구리, 아세트산제1구리 및 아세트산제2구리로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성될 수 있다. 할라이드, 및 은과 같은 다른 금속의 아세테이트가 열거될 수 있다. 이러한 구리 기반 화합물은 전형적으로 알칼리 금속의 할라이드와 결합된다. 잘 알려진 예는 CuI와 KI의 혼합물이며, 여기서 CuI:KI 비율은 전형적으로 1:5 내지 1:15(포괄적임)이다. 이러한 안정화제의 예로는 Ciba의 Polyadd P201이 있다. 구리를 함유하는 안정화제에 대한 더욱 자세한 내용은 미국 특허 2,705,227에서 찾을 수 있다. 더욱 최근에는 Br
Figure pct00003
ggemann의 Bruggolen H3336, H3337, H3373과 같은 구리 착물과 같은 구리 기반 안정화제가 등장하였다. 구리 기반 안정화제는 구리 할라이드, 구리 아세테이트, 적어도 하나의 알칼리 금속 할라이드와의 혼합물로 구리 아세테이트 또는 구리 할라이드, 및 이들의 혼합물, 바람직하게는 요오드화구리와 요오드화칼륨의 혼합물(CuI/KI)로부터 선택된다.
[0102] 유기 안정화제는 이 목록이 제한적이지 않고, 하기로부터 선택될 수 있다:
- 페놀 산화방지제, 예를 들어 Ciba의 Irganox 245, Irganox 1010, Irganox 1098, Ciba의 Irganox MD1024, Great Lakes의 Lowinox 44B25;
- 인 기반 안정화제, 예컨대 포스파이트, 예를 들어 Ciba의 Irgafos 168;
- UV 흡수제, 예컨대 Ciba의 Tinuvin 312;
- 이전에 언급한 바와 같이 HALS,
- 아민 유형 안정화제, 예컨대 Crompton의 Naugard 445 또는 심지어 장애 아민 유형, 예컨대 Ciba의 Tinuvin 770,
- 다기능 안정화제, 예컨대 Clariant의 Nylostab S-EED.
[0103] 이들 유기 안정화제의 둘 이상의 혼합물이 명백히 예상될 수 있다.
[0104] 조성물 내의 열 안정화제(들)의 양은 조성물의 총 중량에 대해 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%이다.
[0105] 바람직하게는, 조성물에 존재하는 첨가제는 일반적으로 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 15 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%의 농도를 갖는다.
[0106] 차량에서 배터리의 위치에 따라, 당업자는 강화 섬유, 충격 개질제 또는 첨가제의 함량을 조정하는 방법을 알 것이다. 배터리가 수하물 구획에 위치하는 경우, 배터리의 외부 구획이 침습적 외부 환경에 덜 노출된다. 강화 섬유 및 충격 개질 섬유의 비율은 청구된 범위의 낮은 범위에 있을 수 있다. 그러나, 배터리가 주변 공기와 접촉하는 경우, 강화 섬유 및 충격 개질제의 함량이 높아질 것이고, 조성물은 첨가제, 예컨대 산화방지제 또는 UV 필터를 포함해야 할 것이다.
[0107] 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 외부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 20 내지 65 중량%의 열전도 성질을 갖지 않는 강화 섬유,
- 총 중량에 대해 0.1 내지 30 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 0 내지 30%의 난연제,
- 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물로 이루어진 조성물로 이루어진다.
[0108] 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 외부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 20 내지 65 중량%의 열전도 성질을 갖지 않는 강화 섬유,
- 총 중량에 대해 0.1 내지 30 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진다.
[0109] 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 외부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 40 내지 65 중량%의 열전도 성질을 갖지 않는 강화 섬유,
- 총 중량에 대해 5 내지 20 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 조성물의 총 중량에 대해 1 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 제조된다.
[0110] 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 외부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 40 내지 65 중량%의 열전도 성질을 갖지 않는 강화 섬유,
- 총 중량에 대해 5 내지 20 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 조성물의 총 중량에 대해 1 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물로 이루어진 조성물로 이루어진다.
내부 엔벨로프
배터리 반대편에 배치되고 열전달 유체와 접촉하도록 의도된 내부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의 강화 섬유,
- 사용된 강화 섬유가 열전도성이 아닌 경우, 총 중량에 대해 10 내지 20 중량%의 적어도 하나의 열전도성 성분,
- 적어도 하나의 난연제, 및
- 7 내지 10, 유리하게는 7.5 내지 9.5 범위의 질소 원자당 평균 탄소 원자 수를 갖는 단위로 이루어진 반방향족 폴리아미드 및 폴리아미드로부터 선택된 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진다.
폴리아미드
[0111] 외부 엔벨로프에 대해 앞서 정의된 폴리아미드와 같이, 내부 엔벨로프에 적합한 폴리아미드는 호모폴리아미드 또는 코폴리아미드일 수 있다.
[0112] 호모폴리아미드를 생성하기 위해 사용되는 락탐 및 아미노산은 7 내지 10의 질소 원자당 평균 탄소 원자 수를 가져야 한다. 유리하게는, 락탐 및 아미노산은 C10이다.
[0113] 내부 엔벨로프를 구성하는 조성물의 매트릭스에 존재하는 폴리아미드(들)를 얻기 위해 유용한 모노머는 외부 층의 폴리아미드 목록으로부터 선택된다.
[0114] 바람직한 구체예에 따르면, 내부 층의 폴리아미드는 PA610, PA410, PA412, PA612, PA1010, PA6T, PA6I, PA9T, PA10T, PA6T/6I, PA6T/10T, PA6T/1010, PA10T/1010, 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 바람직하게는, 내부 엔벨로프 매트릭스를 구성하는 폴리아미드는 PA 610, PA612, PA9T, PA10T 및 PA1010으로부터 선택된다.
강화 섬유
[0115] 내부 엔벨로프를 구성하는 조성물에 존재하는 강화 섬유는 상기 외부 엔벨로프에 대해 열거한 것과 동일하다.
전도성 성분
[0116] 본 발명에 따른 디바이스의 내부 엔벨로프를 구성하는 조성물은 조성물의 총 중량에 대해 10 내지 20 중량%, 바람직하게는 12 내지 18 중량%의 적어도 하나의 열전도성 성분을 포함한다.
[0117] 열전도성 성분은 이를 수용하는 폴리머 매트릭스에 열전도성을 부여하거나, 그렇지 않으면 열전도율을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
[0118] 열전도성 성분은 탄소, 탄소 섬유, 카본 블랙, 예를 들어 상표명 Ensaco 250G로 Imerys에 의해 판매되는 것, 예를 들어 MB Graphistrength®의 형태로 Arkema에 의해 판매되는 것들과 같은 탄소 나노튜브(CNT로 표시됨), 예를 들어 Timrex®C-THERM™ 제품 라인과 같은 팽창 그라파이트, 및 특히 Imerys에서 판매되는 Timrex®C-THERM™ 001 제품, 질화알루미늄 및 질화붕소 중에서 선택될 수 있다.
[0119] 선택된 강화 섬유는 예컨대 이를테면, 탄소 섬유, CNT, 탄소 나노섬유 또는 그래핀과 같은 열전도 성질을 가질 수 있다. 이 경우, 조성물은 열전도성 성분을 포함하지 않을 수 있다.
난연제
[0120] 내부 엔벨로프를 구성하는 조성물에 존재하는 난연제는 상기 외부 엔벨로프에 대해 앞에서 열거한 것들과 동일하다.
충격 개질제
[0121] 내부 엔벨로프를 구성하는 조성물에 존재하는 충격 개질제는 외부 엔벨로프에 대해 열거한 것들과 동일하다.
첨가제
[0122] 내부 엔벨로프의 조성물에 존재하는 첨가제는 외부 엔벨로프에 대해 열거한 것들과 동일하다.
[0123] 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 내부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의 강화 섬유,
- 사용된 강화 섬유가 열전도성이 아닌 경우, 총 중량에 대해 10 내지 20 중량%의 적어도 하나의 열전도성 성분,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 총 중량에 대해 0 내지 30 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진다.
[0124] 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 내부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의 강화 섬유,
- 사용된 강화 섬유가 열전도성이 아닌 경우, 총 중량에 대해 10 내지 20 중량%의 적어도 하나의 열전도성 성분,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 총 중량에 대해 5 내지 20 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 조성물의 총 중량에 대해 1 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진다.
[0125] 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 내부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의 강화 섬유,
- 사용된 강화 섬유가 열전도성이 아닌 경우, 총 중량에 대해 10 내지 20 중량%의 적어도 하나의 열전도성 성분,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 총 중량에 대해 5 내지 20 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 조성물의 총 중량에 대해 1 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물로 이루어진 조성물로 이루어진다.
[0126] 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 내부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의, 열전도 성질을 갖는 강화 섬유,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 총 중량에 대해 0 내지 30 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 조성물의 총 중량에 대해 0 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진다.
[0127] 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 내부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의, 열전도 성질을 갖는 강화 섬유,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 총 중량에 대해 5 내지 20 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 조성물의 총 중량에 대해 1 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진다.
[0128] 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 내부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의, 열전도 성질을 갖는 강화 섬유,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 총 중량에 대해 5 내지 20 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 조성물의 총 중량에 대해 1 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진다.
[0129] 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 내부 엔벨로프는
- 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의, 열전도 성질을 갖는 강화 섬유,
- 15 내지 25%의 난연제,
- 총 중량에 대해 5 내지 20 중량%의 적어도 하나의 충격 개질제,
- 조성물의 총 중량에 대해 1 내지 20 중량%의 첨가제,
- 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물로 이루어진 조성물로 이루어진다.
[0130] 유리하게는, 배터리가 복수의 인접한 셀 팩을 포함하는 경우, 내부 엔벨로프는 형상의 상보성에 의해 셀의 어셈블리를 캡슐화한다.
[0131] 다른 특징에 따르면, 내부 엔벨로프 및 외부 엔벨로프는 내부 및/또는 외부에 낮은 투수성을 갖는 층으로 코팅될 수 있다.
[0132] 낮은 투수성을 갖는 하나 이상의 층을 가짐으로써 수분 배리어 효과가 제공될 수 있으며, 이는 열전달 유체 또는 본 발명에 따른 디바이스 외부의 환경에 대해 배터리를 밀봉하는 것을 의미한다.
[0133] 본 발명의 목적을 위해, 내부는 열전달 유체를 위한 통로를 향하여 배열된 층을 의미하는 것으로 이해된다.
[0134] 본 발명의 의미에서, 외부는 본 발명에 따른 디바이스의 외부를 향하거나 배터리를 향하여 배열된 층을 의미하는 것으로 이해되며, 열전달 유체를 위한 통로를 향하여 배열된 층의 반대편이다.
[0135] 특히, 선택된 열전달 유체가 액체, 예를 들어 플루오르화 화합물인 구체예에 따르면, 낮은 투수성을 갖는 층(들)은 그것의 배치에 따라 배터리 쪽으로 또는 냉각 및/또는 가열 디바이스 바깥 쪽으로 유체가 누출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
[0136] 바람직한 구체예에 따르면, 이/이들 층(들)은 EVOH, 폴리올레핀, 예컨대 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌: HDPE, LDPE일 수 있다.
전도율 측정
[0137] 바람직하게는, 외부 엔벨로프의 열전도율(λ)에 대한 내부 엔벨로프의 열전도율(λ)의 비는 적어도 1.5 초과, 바람직하게는 1.5 내지 300, 더욱 구체적으로 2 내지 100, 및 더욱 우선적으로는 2 내지 50 범위이다.
[0138] 바람직하게는, 외부 엔벨로프의 열전도율(λ)은 10 W.m-1.K-1 이하, 바람직하게는 0.1 내지 10 W.m-1.K-1, 더욱 특히 0.3 내지 1 W.m-1.K-1이다.
[0139] 재료의 열전도율 측정은 ISO 22007-2 표준에 기술된 것과 같은 HOT DISK 기술에 따라 수행된다.
[0140] 대류 계수(convection coefficient)는 또한 디바이스에서 흐르는 유체와 엔벨로프 사이의 열전달을 한정하는 데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스에서, 외부 엔벨로프는 유체와 엔벨로프 재료 사이의 열전달을 거의 또는 전혀 허용하지 않는다. 대조적으로, 내부 엔벨로프의 재료는 배터리 근처 또는 배터리와 접촉하는 내부 엔벨로프와 유체 사이에서 최대 열전달을 허용하도록 선택된다.
조성물의 제조 방법
[0141] 본 발명은 또한 상기 정의된 바와 같은 조성물의 제조 방법을 포함한다. 이 방법에 따르면, 조성물은 강화 섬유의 크기를 고려하면서 본 발명에 따른 조성물, 및 선택적으로 다른 첨가제를 함유하는 균질한 혼합물을 얻는 것을 가능하게 하는 임의의 방법, 예컨대 용융 상태 압출, 압축 또는 롤러 믹서에 의해 제조될 수 있다.
[0142] 유리하게는, 혼합 또는 혼련(kneading)을 위한 열가소성 산업의 통상적인 디바이스는 압출기, 예컨대 이중 나사 유형 압출기 및 혼련기, 예를 들어 BUSS 공-혼련기가 사용된다.
디바이스의 생산 방법
[0143] 섬유의 크기에 따라, 본 발명에 따른 배터리 디바이스는 다양한 기술에 의해 제조될 수 있다.
[0144] 섬유가 짧은 경우, 본 발명에 따른 배터리 디바이스는 앞서 정의된 바와 같은 적어도 하나의 조성물의 사출, 압출, 공압출, 고온 압축 및 다중 사출에 의해 얻어질 수 있다.
[0145] 섬유가 길거나 연속적인 경우, 본 발명에 따른 배터리 디바이스는 인발, 필라멘트 와인딩, 열 압축, 주입 성형, 수지 전달 성형(resin transfer molding; RTM), 구조화된 반응 및 사출 성형(structured reaction and injection molding; S-RIM) 또는 사출 압축 성형으로부터 선택된 다양한 기술에 의해 제조될 수 있다. 특정 폐쇄 금형 기술은 RTM 또는 S-RIM 또는 사출 압축이다. 본원에서 RTM의 용어 "수지"는 강화 섬유가 없는 본 발명에 따른 조성물을 식별한다.
[0146] 특정 구체예에 따르면, 제조 방법은
- 강화 섬유를 몰드에 적용하는 단계, 및 이후
- 본 발명에 따른 조성물의 전구체 조성물에 의한 상기 섬유의 적어도 하나의 함침 단계를 포함할 수 있다.
회로
[0147] 본 발명은 또한 메인 열전달 유체 순환 루프에서 열전달 유체의 순환을 위해 의도된 수단이 제공된 메인 열전달 유체 순환 루프를 포함하는 전기 또는 하이브리드 자동차 배터리용 냉각 및/또는 가열 회로에 관한 것이다.
[0148] 또한, 메인 루프는 가역적 열 펌프 및 전술한 바와 같은 냉각 및/또는 가열 디바이스에 연결된다.
[0149] 다양한 구체예에 따르면, 열전달 유체는 가스, 예를 들어 공기, 액체, 예를 들어 글리콜 물, 탄화수소 화합물, 하이드로플루오로카본, 에테르, 하이드로플루오로에테르, CO2, NH3, SO2 및 플루오로올레핀으로부터 선택된다.
[0150] 바람직하게는, 냉매는 탄화수소 화합물, 하이드로플루오로카본, 에테르, 하이드로플루오로에테르, 할로카본, CO2, NH3, SO2 및 플루오로올레핀으로부터 선택된다.
[0151] 일 구체예에서, 열전달 유체는 CO2, 할로알칸, 할로알켄, 플루오로프로펜, 플루오로프로판 및 플루오로에탄, 바람직하게는 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1,2,3,3,3-펜타플루오로프로펜, 1,1,3,3-테트라플루오로프로펜, 3,3,3-트리플루오로프로펜, 2,3,3-트리플루오로프로펜, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 디플루오로메탄, 1,1-디플루오로에탄, 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판, 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로부트-2-엔, 트리플루오로요오도메탄, 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜, 1-클로로-2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1-클로로-2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 이들의 혼합물로부터 선택된 냉매 유체이다.
[0152] 본 발명의 문맥에서, "HFO-1234yf"는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 지칭하고, "HCFO-1233zd"는 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜을 지칭하고, "HCFO-1224yd"는 1-클로로-2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 지칭하고, "HFO-1336mzz"는 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로부트-2-엔을 지칭한다.
[0153] 일 바람직한 구체예에서, 열전달 유체는 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(1234ze), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf 또는 1234yf), 디플루오로메탄(HFC-32)로부터 선택된 냉매이고; 특히, 열전달 유체는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(1234yf) 및 디플루오로메탄 단독 또는 혼합물이다.
[0154] 열전달 유체는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf)과 디플루오로메탄(HFC-32)의 혼합물(혼합물의 총 중량에 대해 20 내지 95 중량% 범위의 HFO-1234yf의 비율로)일 수 있으며, 100%까지의 보충물은 HFC-32이다. 전달 유체는 혼합물의 총 중량에 대해 27.5/72.5, 35/65; 42.5/57.5; 45/55; 55/45; 57.5/42.5; 70/30; 78.5/21.5; 80/20 및 90/10 중량%의 HFO-1234yf/HFC-32 혼합물 중 하나일 수 있다.
[0155] 유리하게는, 상기 냉매 유체는 윤활제, 바람직하게는 광유, 실리콘 오일, 천연 파라핀, 나프텐, 합성 파라핀, 알킬벤젠, 폴리알파올레핀, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리올 에스테르 및/또는 폴리비닐에테르로부터 선택된 윤활제를 함유하고; 윤활제는 더욱 특히 바람직한 방식으로 폴리알킬렌 글리콜 또는 폴리올 에스테르이다.
[0156] 본 발명의 특징에 따르면, 회로는 메인 루프에 연결된 적어도 하나의 2차 루프를 포함할 수 있고, 하나 이상의 2차 루프는 자동차가 하이브리드 유형인 경우, 자동차의 내연 기관 및/또는 자동차의 전기 모터에 연결된 전기 회로 및/또는 자동차 승객실에 연결된다.
[0157] 유리하게는, 회로는 이전에 정의된 바와 같이 메인 루프에서 적어도 하나의 2차 루프로의 열전달을 제어하도록 구성된 제어 디바이스를 포함할 수 있다.
[0158] 다른 목적, 이점 및 특징은 순전히 예시적인 예로서 제공되고 첨부된 도면을 참조하여 이루어진 다음 설명으로부터 나타날 것이며, 이에 따라:
[0159] 도 1은 전기 또는 하이브리드 자동차용 배터리를 위한 냉각 및/또는 가열 디바이스의 단면도이며, 디바이스는 내부 엔벨로프 및 외부 엔벨로프를 포함한다.
[0160] 도 2는 전기 또는 하이브리드 자동차용 배터리를 위한 냉각 및/또는 가열 디바이스의 일부의 단면도이고, 디바이스는 내부 및 외부 엔벨로프를 포함하고, 도 2는 도 1에 도시된 외부 엔벨로프에 대안적인 외부 엔벨로프 구성을 도시한다.
[0161] 도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 전기 또는 하이브리드 차량 배터리를 위한 냉각 및/또는 가열 디바이스의 두 개의 구체예를 도시한다.
[0162] 도 1에서, 도시된 본 발명 1에 따른 냉각 및/또는 가열 디바이스는 2개의 엔벨로프를 포함한다. 내부 엔벨로프(2)는 배터리(3)를 향하여 배열된다. 외부 엔벨로프(4)는 열전달 유체(5)의 흐름을 위해 의도된 내부 엔벨로프(2)와 통로를 형성한다. 디바이스(1)에는 열전달 유체(5)의 통과를 위한 입구(6) 및 출구(7)가 제공된다.
[0163] 도시된 예에서, 배터리(3)와 내부 엔벨로프(2) 사이에 공간(8)이 제공된다. 대안에 따르면, 내부 엔벨로프(2)는 배터리(3)와 열전달 유체(5) 사이의 열전달을 최적화하도록 배터리와 적어도 부분적으로 접촉하여 배열될 수 있다.
[0164] 통상적으로, 배터리(3)는 복수의 인접한 셀 팩을 포함한다. 도 2에 도시된 다른 예에 따르면, 내부 엔벨로프(2)는 2개의 인접한 셀 팩 사이에 삽입된다. 도 2는 3개의 동일한 배터리 셀 팩(9, 10 및 11)을 포함하는 배터리(3)의 부분을 개략적으로 도시한다. 각각 4개의 벽(9a, 9b, 9c, 9d 및 10a, 10b, 10c, 10d)을 포함하는 인접한 팩(9, 10)이 참조될 수 있다. 도시된 예에서, 내부 엔벨로프(2)는 부분적으로 팩(9)의 벽(9a, 9b, 9c, 9d)과 팩(10)의 벽(10a, 10b, 10c, 10d)을 향하도록 배열된다.
[0165] 따라서, 내부 엔벨로프(2)는 그 형상을 따르도록 배터리(3)의 셀 팩에 가장 가깝게 연장되며, 따라서 더 나은 에너지 회수를 위해 배터리(3)와 열전달 유체(5) 사이의 열전달을 개선할 수 있다. 유리하게는, 배터리(3)의 복잡한 기하학적 구조에 적합한 이러한 엔벨로프(2)는 폴리아미드 조성물로 인해 쉽고 빠르게 제조될 수 있다.
[0166] 유리하게는, 내부 및 외부 엔벨로프는 낮은 투수성을 갖는 층으로 코팅될 수 있다. 층(들)(도면에 미도시됨)은 내부 또는 외부에 있을 수 있다.
[0167] 바람직하게는, 낮은 투수성을 갖는 적어도 하나의 층이 내부 엔벨로프(2)와 접촉하여, 내부에서, 즉 열전달 유체(5)와 접촉하도록 배열된다.
[0168] 열전달 유체(5)의 기능은 2개 이상의 온도 소스 사이에서 열을 전달하는 것이다. 이 유체는 가스, 공기 또는 심지어 액체일 수 있다.
[0169] 도 3은 본 발명의 특정 구체예에 따른 회로를 도시한다. 회로(20)는 배터리를 캡슐화하는 본 발명에 따른 디바이스(21), 팽창 밸브(22), 열교환기(23), 사방 전환 밸브(four-way valve)(24), 및 압축기(25)를 포함한다. 열교환기(23)는 공기/열전달 유체 유형이고, 바람직하게는 냉매이다. 회로(20)의 냉매 및 팬에 의해 공급된 공기 흐름은 열교환기(23)를 통과한다. 이러한 동일한 공기 흐름의 일부 또는 전부는 예를 들어, 하이브리드 차량을 위한 내연 기관의 냉각 시스템(도면에 미도시됨) 또는 승객실의 열 교환기를 통과할 수 있다. 공기 흐름의 방향은 하이브리드 차량의 경우, 회로(20)의 작동 모드, 배터리 요구 사항 및 내연 기관 요구 사항에 따라 다르다.
[0170] 냉동 모드에서, 즉 배터리가 열을 생성할 때, 압축기(25)에 의해 작동되는 냉매 세트는 밸브(24)를 통과한 다음 응축기 역할을 하는 디바이스(21)를 통과하고(즉, 외부로 열을 방출함), 그 다음 팽창 밸브(22)를 통과하고, 그 다음 증발기로서 작용하는 교환기(23)를 통과함으로써, 자동차의 승객실 내부로 펄스화되도록 의도된 공기 흐름의 냉각을 허용한다.
[0171] 열 펌프 모드, 즉 배터리가 가열될 필요가 있을 때, 예를 들어 시동 동안, 냉매 흐름 방향은 밸브(24)를 통해 역전된다. 열교환기(23)는 응축기 역할로서 작용하고, 디바이스(21)는 증발기로서 작용한다. 이후, 열교환기(23)는 자동차의 승객실을 위해 의도된 공기 흐름을 가열하는 것을 가능하게 한다.
[0172] 냉각 회로의 열 교환기는 내연 기관의 필요에 따라 밸브에 의해 활성화될 수 있다(엔진에 유입되는 공기를 가열하거나 이 엔진에 의해 생성된 에너지를 회수함).
[0173] 또한, 증기 압축 회로는 작동 모드에 따라, 별도의 열 교환기를 갖는, 여러 분기를 포함할 수 있다(이러한 분기를 통해 흐르는 냉매가 있거나 없이). 선택적으로, 대안적으로, 또는 추가적으로, 증기 압축 회로는 예를 들어 하나 또는 여러 개의 삼방 전환 또는 사방 전환 밸브를 포함하는, 냉매 흐름 방향을 변경하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
[0174] 도 4는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 회로를 도시한다. 회로(30)는 2개의 열전달 유체 순환 루프(32, 36), 즉 공기가 순환하는 하나의 루프(32) 및 냉매가 순환하는 하나의 루프(36)를 포함한다. 루프(32)는 배터리를 캡슐화하는 본 발명에 따른 디바이스(31) 및 공기/유체 유형의 열 교환기(33)를 포함한다. 이 루프(32)는 배터리를 가열하거나 냉각하기 위한 공기 흐름을 포함한다. 이 루프에 팬을 통합하여 공기를 순환시킬 수 있다. 열교환기(33)는 또한 압축기(34), 열교환기(35) 및 팽창 밸브(37)를 포함하는 루프(36)의 일부이다. 열교환기(35)는 하이브리드 차량의 특정 경우에 열 엔진에 또는 차량의 승객실에 연결될 수 있다.

Claims (15)

  1. 전기 또는 하이브리드 자동차 배터리의 냉각 및/또는 가열 회로에 사용하기 위한 디바이스로서,
    - 외부 엔벨로프(outer envelope)로서,
    - 조성물의 총 중량에 대해 20 내지 65 중량%의, 열전도 성질을 갖지 않는 강화 섬유, 및
    - 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물(complement)을 포함하는 조성물로 이루어진, 외부 엔벨로프,
    - 배터리 반대편에 배치되고 열전달 유체와 접촉하도록 의도된 내부 엔벨로프로서,
    - 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 65 중량%의 강화 섬유,
    - 사용된 강화 섬유가 열전도성이 아닌 경우, 총 중량에 대해 10 내지 20 중량%의 적어도 하나의 열전도성 성분,
    - 적어도 하나의 난연제, 및
    - 7 내지 10, 유리하게는 7.5 내지 9.5 범위의 질소 원자당 평균 탄소 원자 수를 갖는 단위로 이루어진 반방향족 폴리아미드 및 폴리아미드로부터 선택된 적어도 하나의 폴리아미드를 대부분 포함하는 매트릭스인 보충물을 포함하는 조성물로 이루어진, 내부 엔벨로프;
    - 열전달 유체 입구; 및
    - 열전달 유체 출구를 포함하고,
    상기 디바이스는 상기 배터리의 냉각 및/또는 가열 부피를 제한하는 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 외부 엔벨로프가 9 내지 18 범위의 질소 원자당 평균 탄소 원자 수를 갖는 단위로 이루어진 반방향족 폴리아미드 및 폴리 아미드로부터 선택된 적어도 하나의 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 매트릭스를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외부 엔벨로프가 PA612, PA1010, PA10T, PA10T/1010, PA11, PA12, PA11/10T, PA12/10T, PA 1012, PA 618, PA 12T, PA 1010/1012, PA BACT/6T, PA BACT/10T, PA BACT/12T, PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA MPMDT/12T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MXDT/12T, PA 11/BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/BACT/12T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MPMDT/12T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/MXDT/10T, PA 11/MXDT/12T, 및 이들의 혼합물로부터 선택되고, 바람직하게는 PA12, PA 11, PA 10.10, PA 10.12 및 PA11/10.T로부터 선택되는 적어도 하나의 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 매트릭스를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 엔벨로프가 PA610, PA410, PA412, PA612, PA1010, PA6T, PA6I, PA9T, PA10T, PA6T/6I, PA6T/10T, PA6T/1010, PA10T/1010, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 하나의 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 매트릭스를 포함함을 특징으로 하는 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 엔벨로프를 구성하는 조성물에 존재하는, 열전도 성질을 갖지 않는 강화 섬유가 유리 섬유, 현무암 섬유(basalt fiber) 및 아라미드 섬유로부터 선택됨을 특징으로 하는 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 엔벨로프를 구성하는 조성물에 존재하는, 열전도 성질을 갖는 강화 섬유가 탄소, 탄소 섬유, 카본 블랙, 탄소 나노뷰브, 팽창 그라파이트, 질화알루미늄 및 질화붕소로부터 선택됨을 특징으로 하는 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 엔벨로프의 열전도율(λ)에 대한 내부 엔벨로프의 열전도율(λ)의 비가 적어도 1.5 초과임을 특징으로 하는 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 및 외부 엔벨로프를 구성하는 조성물에 존재하는 난연제가 포스핀산 금속 염, 디포스핀산의 금속 염, 포스핀산의 적어도 하나의 금속 염을 함유하는 폴리머, 디포스핀산의 적어도 하나의 금속 염을 함유하는 폴리머, 적린, 산화안티몬, 산화아연, 산화철, 산화마그네슘, 금속 보레이트, 예컨대 아연 보레이트, 또는 멜라민 피로포스페이트, 멜라민 시아누레이트, 규소화 또는 불소화 유형 논드립제(non-drip agent), 및 이들의 혼합물로부터 선택된 금속 염임을 특징으로 하는 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 배터리(2)가 복수의 인접한 셀 팩(10, 11, 12)을 포함하는 경우, 내부 엔벨로프(8)가 형상의 상보성(complementarity of shape)에 의해 셀의 어셈블리를 캡슐화함을 특징으로 하는 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 엔벨로프(8) 및/또는 외부 엔벨로프(7)가 내부 및/또는 외부에 낮은 투수성을 갖는 층으로 코팅됨을 특징으로 하는 디바이스.
  11. 전기 또는 하이브리드 자동차의 배터리를 탄화수소, 하이드로플루오로카본, 에테르, 하이드로플루오로에테르, 할로카본, CO2, NH3, SO2 및 플루오로올레핀으로부터 선택된 냉매로 냉각 및/또는 가열하기 위한, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 디바이스의 용도.
  12. 제11항에 있어서, 냉매가 CO2, 할로알칸, 할로알켄, 플루오로프로펜, 플루오로프로판 및 플루오로에탄, 바람직하게는 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 2,3,3,3 -테트라플루오로프로펜, 1,2,3,3,3-펜타플루오로프로펜, 1,1,3,3-테트라플루오로프로펜, 3,3,3-트리플루오로프로펜, 2,3,3-트리플루오로프로펜, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 디플루오로메탄, 1,1-디플루오로에탄, 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판, 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로부트-2-엔, 트리플루오로요오도메탄, 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜, 1-클로로-2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1-클로로-2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 이들의 혼합물로부터 선택됨을 특징으로 하는 용도.
  13. 제12항에 있어서, 냉매가, 열전달 유체가 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(1234ze), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(1234yf), 디플루오로메탄, 1-클로로-3,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HCFO-1233zd), 1-클로로-2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HCFO-1224yd), 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로부트-2-엔(HFO-1336mzz)로부터 선택된 냉매이고, 특히 상기 열전달 유체는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(1234yf), 또는 디플루오로메탄 단독 또는 혼합물인 것으로 선택됨을 특징으로 하는 용도.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 냉매 유체가 바람직하게는 광유, 실리콘 오일, 천연 파라핀, 나프텐, 합성 파라핀, 알킬벤젠, 폴리알파올레핀, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리올 에스테르 및/또는 폴리비닐에테르로부터 선택된 윤활제를 함유하고, 상기 윤활제가 더욱 특히 바람직한 방식으로 폴리알킬렌 글리콜 또는 폴리올 에스테르임을 특징으로 하는 용도.
  15. 메인 순환 루프에서 열전달 유체의 순환을 위해 의도된 수단이 제공된 열전달 유체용 상기 메인 루프를 포함하는, 전기 또는 하이브리드 자동차 배터리용 냉각 및/또는 가열 회로로서, 상기 메인 루프가 가역적 열 펌프 및 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 냉각 및/또는 가열 디바이스에 연결됨을 특징으로 하는, 냉각 및/또는 가열 회로.
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