KR20240046035A - 내열부재가 부가된 접속부재 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본원발명은 절연성 튜브 내부에 도전성 라인이 내장된 케이블, 상기 케이블의 끝단에 결합된 접속부, 상기 접속부에 결합되는 상기 케이블의 끝단부에 부가되는 제1내열부재, 및 상기 접속부를 덮는 형태로 부가된 제2내열부재를 포함하는 접속부재 어셈블리에 대한 것으로, 상기 제1내열부재와 제2내열부재가 감싸고 있는 케이블과 접속부를 보호하여 접속부재 어셈블리가 결합된 장치 내부의 화염이 외부로 배출되는 것을 방지한다.
Description
본 출원은 2022년 9월 21일자 한국 특허 출원 제 2022-0119053 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원발명은 내열부재가 부가된 접속부재 어셈블리에 대한 것이다. 구체적으로, 접속부재가 부착된 장치 내부에서 발생하는 화염에 의해 상기 접속부재가 용융되어 화염이 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있도록 접속부재 외면에 내열부재가 부가된 접속부재 어셈블리에 대한 것이다.
탄소배출규제의 강화에 따라 친환경에너지에 대한 기술 개발 속도가 빨라지고 있다. 이와 함께, 탄소배출의 주요 원인 중 하나인 내연기관 자동차는 친환경 자동차로의 전환이 이루어지고 있다. 이에 따라 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기자동차가 증가하고 있으며, 이들에 장착되는 전지팩의 용량 및 출력 증가에 대한 필요성이 증가하고 있다.
리튬 이차전지는 충방전 과정에서 필연적으로 발열이 생기며, 비정상적인 작동 환경에서 폭발이나 발화가 일어날 수 있다. 이와 같은 발열은 전류의 증가를 야기하고, 전류의 증가가 온도 상승의 원인이 되는 현상, 즉, 열 폭주 현상이 일어날 수 있다.
이와 같은 리튬 이차전지를 팩케이스 내부에 배치하고 조립하여 전지팩을 제조하는 경우, 리튬 이차전지의 비정상적인 작동 환경에서 전지팩의 발화가 생길 수 있다. 전지팩의 발화는 전지팩 자체를 파괴할 뿐만 아니라, 전지팩이 장착된 차량으로 화재가 확산되어 재산상 피해를 가져올 수 있고, 나아가 차량 탑승자의 안전에도 큰 위험을 초래할 수 있다.
또한, 차량의 주차 중에는 다른 차량으로 화재가 확산될 수 있기 때문에 타인의 재산상 피해도 발생할 수 있는 문제가 있다.
이에, 전지팩의 발화에 따른 화재 확산 방지 구조 내지 관련 시스템의 개발이 필요하다.
도 1은 종래기술에 따른 접속부재 어셈블리의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 접속부재 어셈블리는 절연성 튜브 내부에 도전성 라인이 내장된 케이블(210) 및 상기 케이블에 결합된 접속부(220)를 포함한다.
접속부재 어셈블리는 전지팩과 같은 장치의 커넥터에 연결되어 전지팩을 외부 부품과 전기적으로 연결하는 기능을 하는데, 전지팩이 발화되는 경우에 1,000 ℃ 이상으로 온도가 증가할 수 있다. 이와 같은 온도에서는, 상기 도전성 라인의 외부를 감싸는 절연성 튜브와 접속부 및 전지팩의 커넥터가 용융될 수 있으며, 용융된 부분을 통해 전지팩 내부의 화염이 외부로 분출될 수 있다.
이와 같이 전지팩 내부에서 발화가 일어나는 경우, 전지팩 외부로 화염이나 스파크가 나오는 시간을 지연시킬 수 있다면, 차량 탑승자가 안전하게 탈출할 수 있는 시간을 확보할 수 있다. 따라서, 화염이 전지팩 외부로 배출되는 시간을 지연시키기 위한 연구가 진행되고 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 와이어 하니스 보호재 및 보호재 부착 와이어 하니스에 대한 것으로, 와이어 하니스를 덮어 보호하는 제1보호재와 제2보호재가 접속되어 이루어지고, 상기 제1보호재는 수지 재료 또는 고무재료에 의해 형성되고 금속 불활성화제를 함유하며, 상기 제2보호재는 고무재료에 의해 형성되며, 상기 제1보호재와 상기 제2보호재 사이에 수지 재료로 구성되는 개재재가 배치되고 상기 제1보호재와 상기 제2보호재가 비접촉 상태로 된 것을 특징으로 하는 와이어 하니스 보호재를 개시한다.
특허문헌 1의 와이어 하니스 보호재는 제1보호재와 제2보호재가 비접촉 상태로 배치되기 때문에 고온 상황하에서 제1보호재에 포함되는 금속 불활성화제가 제2보호재로 이행하는 것이 억제되어, 장기간 내열성이 우수한 효과가 있다.
특허문헌 2는 전지모듈에 대한 것으로, 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체와 연결되고 버스바를 포함하는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임을 덮는 열 절연 패드를 포함하고, 상기 전지셀과 연결된 전극리드가 상기 버스바 프레임의 후면에서 상기 버스바와 만나 용접된 부분을 상기 열 절연 패드가 감싸도록 구성된다.
특허문헌 2는 전지모듈의 측면 플레이트와 전지셀 적층체 사이에 버스바 프레임을 배치하고, 상기 버스바 프레임과 측면 플레이트 사이에 열 절연 패드를 배치하여, 외부로 노출된 버스바를 통해 전달된 열이 전지셀 내부로 들어오는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 전지팩 내부에서 발생한 화염이 전지팩 외부로 분출될 때, 전지팩에 결합된 접속부재가 용융되는 것을 지연시킬 수 있는 형태의 기술을 제시하지는 못하고 있다.
따라서, 전지팩에 결합된 접속부재의 용융을 방지하여 상기 접속부재를 통하여 화염이 전지팩 외부로 번지는 것을 방지할 수 있는 기술이 필요하다.
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 접속부재 어셈블리의 용융을 지연시켜, 접속부재 어셈블리가 결합된 장치 내부에서 발생한 화염이 장치 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 내열부재가 부가된 접속부재 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 접속부재 어셈블리는, 절연성 튜브 내부에 도전성 라인이 내장된 케이블, 상기 케이블의 끝단에 결합된 접속부, 상기 접속부에 결합되는 상기 케이블의 끝단부에 부가되는 제1내열부재, 및 상기 접속부를 덮는 형태로 부가된 제2내열부재를 포함할 수 있다.
상기 제1내열부재 및 상기 제2내열부재는 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
상기 제1내열부재 및 상기 제2내열부재는 에어로젤을 포함할 수 있다.
상기 제2내열부재는 팽창성 난연용 그라파이트 또는 내연성 실리콘계 엘라스토머를 포함할 수 있다.
상기 제1내열부재 및 상기 제2내열부재는 1,000 ℃ 내지 1,500 ℃에서 방염성을 유지할 수 있다.
상기 제1내열부재 및 상기 제2내열부재는 일체형 구조로 구성될 수 있다.
상기 제2내열부재는, 상기 케이블이 통과하여 상기 접속부에 결합하기 위한 관통구, 및 상기 접속부가 결합되는 장치의 커넥터와 상기 접속부가 수용될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.
상기 홈의 내측면은 상기 커넥터 및 상기 접속부와 밀착되는 형태로 이루어질 수 있다.
상기 제2내열부재는 고내열성의 접착부재에 의해 상기 장치에 부착될 수 있다.
상기 고내열성의 접착부재는 상기 장치에 부착되는 상기 제2내열부재의 부착면 전체에 부가될 수 있다.
상기 고내열성의 접착부재는 실리카 테이프일 수 있다.
본원발명은, 상기 접속부재 어셈블리가 전지팩 하우징에 결합되어 있고, 상기 전지팩 하우징의 내부에 복수의 전지셀들이 장착되어 있는 전지팩을 제공한다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 접속부재 어셈블리는 외면에 내열부재가 부가됨으로써 상기 내열부재 내부의 케이블 및 접속부가 고온 환경에서 용융되는 것을 지연시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 접속부재 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 본원발명에 따른 접속부재 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 본원발명에 따른 제2내열부재의 외측 사시도이다.
도 4는 본원발명에 따른 제2내열부재의 내측 사시도이다.
도 5는 전지팩에 부착된 접속부재 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 본원발명에 따른 접속부재 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 본원발명에 따른 제2내열부재의 외측 사시도이다.
도 4는 본원발명에 따른 제2내열부재의 내측 사시도이다.
도 5는 전지팩에 부착된 접속부재 어셈블리의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 2는 본원발명에 따른 접속부재 어셈블리의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본원발명에 따른 접속부재 어셈블리는 절연성 튜브 내부에 도전성 라인이 내장된 케이블(210), 케이블(210)의 끝단에 결합된 접속부(220), 접속부(220)에 결합되는 케이블(210)의 끝단부에 부가되는 제1내열부재(310), 및 접속부(220)를 덮는 형태로 부가된 제2내열부재(320)를 포함한다.
상기 도전성 라인은 전기전도성이 우수한 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 소재로 구성된 금속선이며, 상기 케이블은 상기 도전성 라인을 절연성 튜브가 피복한 형태일 수 있다. 상기 절연성 튜브는 천연고무, 에틸렌프로필렌고무, 비닐, 폴리에틸렌, 가교 폴리에틸렌, 실리콘, 또는 테프론으로 구성되는 절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 케이블을 사용할 때 흐르는 전류와 전압, 이로 인한 케이블의 자체 발열 온도, 및 주변 온도를 고려할 때, 상기 절연물질의 연속 사용 온도는 300 ℃ 이하이다. 따라서, 이 보다 더 높은 온도에서는 상기 케이블을 포함하는 접속부재 어셈블리의 사용이 어렵다.
이에, 케이블(210)의 끝단부에 제1내열부재(310)를 부가하고, 접속부를 감싸는 형태의 제2내열부재(320)를 부가한다.
접속부재 어셈블리는 전기적 연결을 위한 장치의 커넥터에 접속부(220)가 삽입되어 결합될 수 있는 바, 상기 장치의 내부에서 화염이 발생하는 경우, 접속부(220)를 통한 열전달이 이루어질 수 있다.
특히, 접속부는 장치의 커넥터와 전기적인 연결이 이루어지는 부분이기 때문에, 접속부(220) 및 접속부(220)와 연결된 케이블(210)의 끝단은 장치 내부의 화염에 가장 취약한 부분이다. 또한, 일반적으로 접속부의 내열온도는 약 105 ℃에 불과하여, 그 이상의 온도에서는 용융되거나 형태 변형이 생길 수 있다. 이에, 가장 발열에 취약한 부분에 제1내열부재(310)와 제2내열부재(320)를 부가하였다.
따라서, 장치 내부의 발화로 인해 온도가 1,000 ℃ 이상으로 상승하여 상기 장치의 커넥터와 접속부가 용융되어 손상되더라도 제1내열부재(310)와 제2내열부재(320)가 변형되지 않고 형태 유지가 가능하기 때문에, 용융된 부분에 생기는 구멍을 통해 화염이 장치 외부로 분출되는 것을 방지할 수 있다.
제1내열부재(310)와 제2내열부재(320)는 부가되는 위치에 차이가 있으나, 서로 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1내열부재(310)와 제2내열부재(320)는 에어로젤(aerogel)을 포함할 수 있고, 제1내열부재(310)와 제2내열부재(320) 전체가 에어로젤로 구성될 수 있다.
상기 에어로젤은 공기를 뜻하는 에어(aero)와 고체화된 액체를 의미하는 젤(gel)의 합성어로, 고체상태인 젤 내에 액체가 아닌 기체가 채워져 있는 물질이다.
에어로젤은 나노기공 형태의 구조를 갖고 있으며, 상기 나노기공이 공기분자를 붙잡아 두기 때문에 내열성과 단열성이 우수한 특징이 있다.
에어로젤은 거의 대부분이 공기로 이루어지며, 실리카, 알루미늄, 크로뮴, 주석, 및 탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 만들어질 수 있다.
상기 에어로젤의 구성 물질에 따라 차이가 있으나, 상기 제1내열부재 및 상기 제2내열부재는 1,000 ℃ 내지 1,500 ℃에서 방염성을 유지할 수 있다.
즉, 1,000 ℃ 내지 1,500 ℃의 온도에서도 상기 제1내열부재와 상기 제2내열부재는 온도의 영향을 받지 않기 때문에 타지 않고 형태가 변형되지 않는다.
또한, 제1내열부재(310)와 제2내열부재(320)는 케이블(210)의 끝단과 접속부(220) 각각에 별도로 부가되는 형태로서, 서로 별개의 부재일 수 있다.
또는 제1내열부재(310)와 제2내열부재(320)가 서로 연결되어 있는 일체형 구조로 구성될 수 있다.
상기 제2내열부재는 팽창성 난연용 그라파이트 또는 내연성 실리콘계 엘라스토머를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 팽창성 난연용 그라파이트는 팽창성 그라파이트의 층간 조직 사이에 황 화합물을 결합한 것으로, 일정온도 이상에서 팽창하여 단열층을 형성함으로써 물리적인 난연성을 확보할 수 있다.
상기 팽창성 난연용 그라파이트는 KCC SILICON 사의 제품명 EG40-10, EG40-20 및 EG40-30일 수 있고, 이들의 인장강도는 4.0 MPa 이상 6.0 MPa 이하이며, 컨벡션 오븐에서 250 ℃에서 2시간 동안 팽창 시험한 결과 원래 두께 대비 약 30% 내지 210 % 이상 팽창할 수 있다.
상기 내연성 실리콘계 엘라스토머는 실리콘 중합체 및 실리카를 포함하는 실리콘계 엘라스토머로서 쇼어A 경도는 60이고, 인장강도는 6.7 MPa이다. 상기 내연성 HCE는 KCC SILICON 사의 제품명 SH9960U일 수 있다.
도 3은 본원발명에 따른 제2내열부재의 외측 사시도이고, 도 4는 본원발명에 따른 제2내열부재의 내측 사시도이며, 도 5는 전지팩에 부착된 접속부재 어셈블리의 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 제2내열부재(320)는 케이블(210)이 통과하여 접속부(220)에 결합하기 위한 관통구(321), 및 접속부(220)가 결합되는 전지팩(100)의 커넥터(110)와 접속부(220)가 수용될 수 있는 홈(322)이 형성되어 있다.
홈(322)의 내측면은 커넥터(110) 및 접속부(220)와 밀착되는 형태로 이루어진다. 즉, 홈(322)은 커넥터(110) 및 접속부(220)를 완전히 덮는 형태로 구성되며, 커넥터(110) 및 접속부(220)와 홈(322)의 내측면 간에 이격 공간이 없이 구성될 수 있다.
이와 같이 커넥터(110) 및 접속부(220)와 홈(322)의 내측면이 완전히 밀착되도록 구성됨으로써, 접속부재 어셈블리의 크기를 최소화할 수 있다.
제2내열부재(320)는 고내열성의 접착부재(323)를 통해 전지팩(100)에 부착되는 바, 제2내열부재(320)가 접속부(220)에 부가된 상태로 전지팩(100)의 커넥터(110)에 접촉되면, 제2내열부재(320)의 부착면에 부착된 고내열성의 접착부재(323)가 전지팩(100)에 부착되면서 제2내열부재(320)가 고정될 수 있다.
따라서, 제2내열부재(320)의 전지팩(100)에 대한 결합력을 높이기 위하여, 고내열성의 접착부재(323)는 전지팩(100)에 부착되는 제2내열부재(320)의 부착면 전체에 부가될 수 있다.
고내열성의 접착부재(323)를 통한 제2내열부재(320)의 부착 상태가 고온 상태에서도 유지될 수 있도록, 고내열성의 접착부재(323)는 실리카 테이프로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 실리카 테이프는 규소(SiO2)의 함량이 96% 이상으로 포함되어 내열성이 매우 우수하며, 최대 사용 온도가 약 1,000℃에 이를 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 접속부재 어셈블리는 전지팩(100)의 전지팩 하우징에 있는 커넥터(110)에 결합되며, 전지팩 하우징의 내부에는 복수의 전지셀들(미도시함)이 장착되어 있을 때, 상기 복수의 전지셀들 중 어느 하나 이상에서 비정상적인 작동에 따른 화염이 발생하여 커넥터(100)와 접속부(220)가 용융되는 경우, 제1내열부재(310)와 제2내열부재(320)는 1,000 ℃ 이상에서도 방염성이 유지될 수 있다.
따라서, 커넥터(110)나 접속부(220)가 용융되어 구멍이 생기더라도 제2내열부재(320)가 화염 배출을 막을 수 있기 때문에, 화염이 전지팩(100) 외부로 배출되는 것을 막을 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 전지팩
110: 커넥터
210: 케이블
220: 접속부
310: 제1내열부재
320: 제2내열부재
321: 관통구
322: 홈
323: 고내열성의 접착부재
110: 커넥터
210: 케이블
220: 접속부
310: 제1내열부재
320: 제2내열부재
321: 관통구
322: 홈
323: 고내열성의 접착부재
Claims (12)
- 절연성 튜브 내부에 도전성 라인이 내장된 케이블;
상기 케이블의 끝단에 결합된 접속부;
상기 접속부에 결합되는 상기 케이블의 끝단부에 부가되는 제1내열부재; 및
상기 접속부를 덮는 형태로 부가된 제2내열부재;
를 포함하는 접속부재 어셈블리. - 제1항에 있어서, 상기 제1내열부재 및 상기 제2내열부재는 동일한 소재로 이루어진 접속부재 어셈블리.
- 제2항에 있어서, 상기 제1내열부재 및 상기 제2내열부재는 에어로젤을 포함하는 접속부재 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 제2내열부재는 팽창성 난연용 그라파이트 또는 내연성 실리콘계 엘라스토머를 포함하는 접속부재 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 제1내열부재 및 상기 제2내열부재는 1,000 ℃ 내지 1,500 ℃에서 방염성을 유지하는 접속부재 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 제1내열부재 및 상기 제2내열부재는 일체형 구조로 구성되는 접속부재 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 제2내열부재는,
상기 케이블이 통과하여 상기 접속부에 결합하기 위한 관통구, 및 상기 접속부가 결합되는 장치의 커넥터와 상기 접속부가 수용될 수 있는 홈이 형성되어 있는 접속부재 어셈블리. - 제7항에 있어서, 상기 홈의 내측면은 상기 커넥터 및 상기 접속부와 밀착되는 형태로 이루어진 접속부재 어셈블리
- 제7항에 있어서, 상기 제2내열부재는 고내열성의 접착부재에 의해 상기 장치에 부착되는 접속부재 어셈블리.
- 제9항에 있어서, 상기 고내열성의 접착부재는 상기 장치에 부착되는 상기 제2내열부재의 부착면 전체에 부가되는 접속부재 어셈블리.
- 제9항에 있어서, 상기 고내열성의 접착부재는 실리카 테이프인 접속부재 어셈블리.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 접속부재 어셈블리가 전지팩 하우징에 결합되어 있고,
상기 전지팩 하우징의 내부에 복수의 전지셀들이 장착되어 있는 전지팩.
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| JP2016174463A (ja) | 2015-03-17 | 2016-09-29 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | ワイヤーハーネス保護材および保護材付きワイヤーハーネス |
| KR20200059024A (ko) | 2018-11-20 | 2020-05-28 | 주식회사 엘지화학 | 전지 모듈 |
-
2023
- 2023-09-22 KR KR1020230126722A patent/KR20240046035A/ko unknown
Patent Citations (2)
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