KR20230009116A - 전기차 배터리 케이싱용 파열디스크 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차의 배터리 케이스에 적용할 수 있는 경량이면서 컴팩트한 파열디스크를 제안한다. 본 발명 파열디스크의 탑디스크(10)는, 금속재로 만들어지는 파열디스크(12)와 파열디스크의 테두리에 고정된 금속재 링부재(14)를 구비한다. 이러한 탑디스크(10)의 이면에는, PFA 재질의 씰디스크(20)가 접착제로 접착된다. 그리고 씰디스크(20)의 이면에는 PTFE 재질의 서포트디스크(30)가 접착제를 이용하여 고정된다. 그리고 본 발명의 서포트드스크에는 상대적으로 얇게 가압됨으로써 다른 부분에 비하여 통기성이 높아지고 파열디스크의 파열시 그것을 따라 파열되는 파열선(36)이 성형되어 있다.

Description

전기차 배터리 케이싱용 파열디스크 어셈블리{A rupture disc assembly for a electric vehicle}

본 발명은 전기차 배터리 케이싱에 장착되는 파열디스크 어셈블리에 관한 것으로 더욱 상세하게는 전기차의 배터리팩 또는 배터리모듈 등과 같이 같이 상대적으로 작은 구조물에서 발생하는 저압에 반응할 수 있고 전체적으로 경량화가 가능하도록 설계되는 전기차 배터리 케이싱용 파열디스크 어셈블리에 관한 것이다.

파열디스크(Rupture Disc)는 내부에 정해진 이상의 압력이 걸리는 경우, 내부의 기체를 외부로 배출시킬 수 있도록 설치되는 것으로, 다양한 산업 분야에 사용되고 있다. 최근 급격히 보급되고 있는 전기차에 있어서도, 배터리가 내장되는 배터리모듈 및 배터리팩과 같은 케이싱에도 이와 같은 파열디스크가 설치되는 것이 일반적이다.

다양한 산업 분야에 사용되는 선행 특허 문헌인 한국 특허 제10-1923169호(한국 특허 출원 제10-2017-0136394호)에서 공개하고 있는 파열디스크 어셈블리는 전체적으로 금속제 부품으로 구성되고 있기 때문에, 상대적으로 크고 무겁게 만들어질 수밖에 없다. 그러나 상술한 바와 같은 전기 자동차의 케이싱은 산업 구조물에 비하여 경량임과 동시에 이상이 발생한 경우 그 내부에 걸리는 압력이 상대적으로 저압이라고 할 수 있다.

따라서 전기 자동차의 배터리팩 등과 같은 케이싱에 사용되는 파열디스크 어셈블리는 전체적으로 경량임과 동시에 소형으로 구현 가능해야 하는 설계상의 제한이 뒤따를 수밖에 없다.

본 발명의 목적은, 컴팩트하면서도 경량으로 구현될 수 있는 전기 자동차용 파열디스크를 제안하는 것이다.

본 발명 파열디스크의 탑디스크는, 금속재로 만들어지는 파열디스크와 파열디스크의 테두리에 고정된 금속재 링부재를 구비한다. 이러한 탑디스크의 이면에는, PFA 재질의 씰디스크가 접착제로 접착된다. 그리고 씰디스크의 이면에는 PTFE 재질의 서포트디스크가 접착제를 이용하여 고정된다. 그리고 본 발명의 서포트드스크에는 상대적으로 얇게 가압됨으로써 다른 부분에 비하여 통기성이 높아지고 파열디스크의 파열시 그것을 따라 파열되는 파열선이 성형되어 있다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 파열디스크 어셈블리에 의하면, 씰디스크와 서포트디스크가 수지 계열인 PFA 및 PTFE로 성형되기 때문에 전체적으로 경량화 및 컴팩트화하는 것이 가능할 것으로 생각된다. 여기서 PFA와 PTFE는 접착제, 바람직하기로는 열경화성 접착제로 고정될 수 있어서 경량화에 더욱 유리할 것으로 생각된다.

이와 같이 경량화 및 컴팩트화 가능하다는 것은 전기 자동차에 더욱 유리하게 작용함은 물론이고, 상대적으로 저압에서 동작하는 전기자동차의 배터리 케이스용으로써도 더욱 적합하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명 파열디스크 어셈블리의 예시 사시도.
도 2는 본 발명 파열디스크 어셈블리의 예시 단면도.
도 3은 본 발명 파열디스크의 서포트디스크의 예시 정면도.

다음에는 도면에 도시한 실시례에 기초하면서 본 발명에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 파열디스크 어셈블리는, 설정된 압력에서 파열되도록 설계되고 가장 상부에 설치되는 탑디스크(10), 탑디스크(10)의 이면에 부착되고 기밀성을 담보하기 위한 씰디스크(20), 그리고 씰디스크(20)의 이면에 부착되어 미세한 통기성을 가지면서 역압에 대한 지지 기능을 가지는 서포트디스크(30)로 구성되고 있다.

탑디스크(10)는 전기차의 케이싱 내부에서 발생하는 이상 압력이 소정값을 초과하였을 경우 파열될 수 있도록 설치되는 것이다. 이러한 탑디스크(10)는 금속재로 만들어지는 파열디스크(12)와, 파열디스크(12)의 테두리부분에 용접 등으로 고정, 지지되는 금속재의 링부재(14)로 구성된다. 링부재(14)에 지지되는 파열디스크(12)는, 위 선행 특허 문헌에서도 설명하고 있는 바와 같이, 전체적으로 원형을 이루는 다수의 원호형 슬릿라인과, 이러한 슬릿라인 사이에 성형되고 내외부를 연결하는 인터벌로 구성된다. 다수의 인터벌 중의 하나는 원호방향의 길이가 긴 힌지로 이루어진다.

이와 같은 파열디스크(12)의 슬랏라인과 인터벌의 구조는 널리 사용되고 있는 것이어서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 따라서 전기차의 배터리 케이싱 내부의 압력이 설정값을 초과하면, 파열디스크(12)가 파열되는데, 이때 다수의 인터벌은 절단되면서 파열디스크가 파열되고 하나의 힌지만으로 파열디스크의 일부가 링부재(14)와 연결된 테두리 부분의 구조물과 연결되면서 남아서 지지된다.

그리고 이와 같이 파열디스크(12)와 링부재(14)로 구성되는 탑디스크(10)의 이면(내부측)에는 원형의 씰디스크(20)가 설치된다. 여기서 씰디스크(20)는 PFA 수지로 만들어져서 기밀성을 확보할 수 있도록 설치되는 것이라고 할 수 있다. PFA(perfluoroalkoxy)는 내부식성, 내약품성 등이 우수하고 기계적 강도가 충분한 수지로 다양한 산업 분야에서 사용되고 있는 것이라고 할 수 있고, 본 발명에서는 기밀성을 확보할 수 있음과 동시에 신축성을 가지는 것으로 사용된다.

이와 같은 씰디스크(20)는 경량의 수지로 만들어지기 때문에, 금속재의 피스와 같은 고정 요소를 필요로 하지 않는다. 예를 들면 접착제 또는 접착제가 도포된 접착테이프를 이용하면 탑디스크(10)의 링부재(14) 이면에 충분히 접착되어 고정될 수 있다. 여기서 본 발명 파열디스크 어셈블리는 전기차의 배터리 케이싱에 장착되는 것이기 때문에 열경화성 수지를 이용하는 접착제를 사용하는 것이 바람직할 것으로 생각된다.

이와 같은 씰디스크(20)의 이면에는 서포트디스크(30)가 고정된다. 서포트디스크(30)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTEF: Polytetrafluoroethylene)으로 만들어지는 쉬트 형상을 가지고 있다. PTEF는 테프론이라는 상표명으로 잘 알려진 것으로 내화학성을 가지며 매끄러운 표면을 가지는 것으로 알려져 있다. 그리고 PTEF는 많은 작은 분자(단위체)들을 사슬이나 그물 형태로 화학결합시켜 만드는 큰 분자로 이루어지는 유기 중합체에 속하는 것으로 강하고 질긴 특징을 가지고 있다.

이러한 PTEF는 다공성 구조를 가지고 있기 때문에 미세하지만 통기성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는 이와 같이 통기성을 가지고 질긴 PTEF의 성질을 이용하여 서포트디스크(30)로 사용하고자 한다. 여기서 파열디스크 어셈블리의 기밀성은 PFA 수지로 만들어지는 씰디스크(20)를 이용함은 상술한 바와 같다. 이와 같이 씰디스크(20) 뿐 아니라, 서포트디스크(30)를 합성수지재로 성형함으로써, 파열디스크 어셈블리의 경량화에도 현저하게 유리할 것임은 당연하다.

도 3을 참고하면 알 수 있는 바와 같이, 서포트디스크(30)의 테두리에는 링형상의 접착테이프(32)가 부착되어 있다. 이러한 접착테이프(32)는 서포트디스크(30)를 씰디스크(20)의 이면에 부착하기 위한 것이다. 이와 같이 서포트디스크(30)를 경량의 소재로 성형함으로써, 파열디스크 어셈블리에 조립하는 경우에도 접착테이프를 사용할 수 있음을 알 수 있다. 상술한 씰디스크(20) 및 서포트디스크(30)를 고정시기 위하여, 접착제를 사용하거나 접착테이프를 이용한다는 것은 실질적으로 같은 의미임은 당연하다.

그리고 본 발명에서는 서포트디스크(30)의 통기성을 부여함과 동시에 파열시 정확하게 분리될 수 있도록, 서포트디스크(30)는 중심을 기준으로 다수 개로 등분되는 파열선(36)을 형성하고 있다. 도시한 실시례에서 파열선(36)은 서포트디스크(30)가 동일한 각도를 가지는 6등분이 될 수 있도록 별형상을 가지고 있음을 알 수 있다.

이러한 파열선(36)은 실질적으로 서포트디스크(30)의 그 부분을 더욱 얇게 가공함으로써 만들어진다. 예를 들면 칼날과 같은 날을 가지는 금형을 이용하여 서포트디스크(30)를 프레스함으로써, 도 3에 도시한 바와 같이, 서포트디스크(30)의 중심을 기준으로 6등분하는 별형상의 파열선(36)이 성형된다. 이와 같은 파열선(36)의 형상은 예시적인 것임은 당연하다.

이러한 파열선(36)에 의하여 해당부분은 더욱 얇아져서 통기성이 더욱 높아지게 된다. 이와 같이 파열선(36)이 성형된 부분이 통기성이 높아진다는 것은 그 부분을 통과하는 공기의 양이 많아진다는 것을 의미함과 동시에 그 부분의 파열이 일어나기 쉽다는 것을 의미한다. 즉, 전기차 배터리 케이싱의 내부에서 발생한 이상 이벤트에 의하여 고압이 형성되면, 이러한 고압의 가스는 서포트디스크(30)의 파열선(36)을 통과하여 씰디스크(20)로 전달된다.

여기서 씰디스크(20) 자체는 파열디스크(12)보다 파열 강도가 약하지만 탑디스크(10)에 근접한 상태이기 때문에 씰디스크(20)에 가해지는 내부의 압력은 탑디스크(10)의 파열디스크(12)로 전달된다. 이렇게 파열디스크(12)에 전해지는 압력이 설정된 이상의 힘을 가지고 있으면, 탑디스크(10)의 파열디스크(12)가 파열되어, 배터리 케이싱 내부의 이상 고압이 해소될 수 있다.

파열디스크(12)의 파열에 의하여, 강도가 약한 씰디스크(20)도 같이 파열될 것임은 물론이고, 써포트디스크(30)도 파열선(36)을 따라 파열된다. 이와 같이 서포트디스크(30)의 파열선(36)은, 통기성을 높임으로써 전기차의 배터리 케이싱 내부의 고압이 씰디스크(20)에 정확하게 전달되도록 함과 동시에, 파열시 서포트디스크(30)의 파열 형상을 정하게 되는 것임을 알 수 있다.

전기차용 배터리 케이싱의 내부에서 발생할 수 있는 이상 이벤트는 실질적으로 다른 산업부분에서 생성되는 이상 고압과 비교하면, 실질적으로 저압이라고 할 수 있다. 그리고 전기차용 배터리팩과 배터리모듈 등을 포함하는 배터리 케이싱은 실질적으로 소형이라고 할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 파열디스크 어셈블리가 장착되는 부분의 배경을 고려하면, 본 발명의 파열디스크 어셈블리가 경량 재질의 것을 이용하면서 접착제를 사용하는 것이 가장 바람직한 것임을 이해할 수 있을 것이다.

10 ..... 탑디스크
12 .... 파열디스크
14 ..... 링부재
20 ..... 씰디스크
30 ..... 서포트디스크
32 ..... 접착테이프
36 ..... 파열선

Claims (1)

1. 금속재로 만들어지는 파열디스크와 파열디스크의 테두리에 고정된 금속재 링부재를 구비하는 탑디스크와,
   탑디스크의 이면에 부착되는 PFA 재질의 씰디스크, 그리고
   씰디스크의 이면에 부착되는 PTFE 재질의 서포트디스크로 구성되고;
   씰디스크와 서포트디스크는 접착제를 이용하여 탑디스크와 씰디스크에 각각 고정되고, 서포트드스크에는 상대적으로 얇게 가압됨으로써 다른 부분에 비하여 통기성이 높아지고 파열디스크의 파열시 그것을 따라 파열되는 파열선이 성형되는 것을 특징으로 하는 파열디스크 어셈블리.

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