KR100987257B1 - 전지용 발열장치 및 이를 포함하는 전지 어셈블리 - Google Patents

전지용 발열장치 및 이를 포함하는 전지 어셈블리 Download PDF

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Abstract

저온 조건에서도 전지가 안정적으로 전기를 생산하도록 할 수 있는 전지용 발열장치 및 전지 어셈블리가 개시된다. 본 발명의 전지용 발열장치는 전지의 일측에 구비되어 공기와의 반응을 통해 발열되는 발열부를 포함하며, 발열부는 공기와 반응하여 열을 발산하는 발열체 및 발열체를 감싸되 전지에 밀착하도록 지지하는 몸체를 포함하여 구성된다. 따라서, 전지의 내부 온도를 전기 생산을 위한 활성화 가능 온도 범위 내에서 유지되도록 하여 온도가 낮은 조건에서 전지의 성능이 지속될 수 있다.
발열, 온도, 활성, 전지셀, 공기, 금속, 화학

Description

전지용 발열장치 및 이를 포함하는 전지 어셈블리{Heating device for a battery and battery assembly having the same}
본 발명은 전지용 발열장치 및 전지 어셈블리에 관한 것으로서, 공기의 온도가 낮은 곳에서도 전지의 활성화를 유지시켜 주는 전지용 발열장치 및 이를 포함하는 전지 어셈블리에 관한 것이다.
휴대가 용이하도록 최근의 전자기기들은 점점 더 소형화되고 있는 추세이다. 더불어 사용자들은 더 많은 기능을 요구하고 있으며, 이러한 사용자들의 요구를 만족시키기 위해 전자기기들은 점점 더 다양한 기능들이 수행되도록 개발되고 있다. 그런데, 장시간 휴대하면서도 다양한 컨테츠를 제공받기 위해서는 전자기기에 전원을 제공하는 전지의 성능이 매우 우수해야 한다. 이러한 요구에 부응하여 개발된 전지 중 하나가 공기-금속 전지이다. 공기- 금속 전지는 일반적인 망간 건전지, 알칼리 망간 건전지들과 비교해 볼 때, 보다 높은 전압을 제공할 수 있으며, 또한 에너지 밀도가 높고 방전 용량이 크다는 장점을 가지고 있다.
일반적으로, 전지는 일정 온도 이상이 되어야 전지로써의 기능을 수행할 수 있다. 이는 온도가 낮은 상태에서는 전지 내부물질의 활성 능력이 낮아지게 되고, 그 결과 전기를 생산하는 전지의 성능이 급격히 떨어지게 되기 때문이다.
따라서, 어떤 온도 조건하에서도 전지가 제 성능을 발휘하도록 하기 위해 전지 내부물질의 온도가 활성화 온도 범위내에서 유지되도록 할 수 있는 기술이 필요하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전지의 내부에 열을 발산되도록 하여 저온에서도 전지의 내부 물질이 활성화되도록 할 수 있는 전지용 발열장치 및 이를 포함하는 전지 어셈블리를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 공기와 반응하여 열을 발산하는 재질을 이용함으로서 음극으로 작용하는 전지를 향해 유입된 공기를 이용할 수 있는 전지용 발열장치 및 이를 포함하는 전지 어셈블리를제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 전지용 발열장치는 전지가 활성화되기 위한 온도를 유지할 수 있다.
상기 전지용 발열장치는 상기 전지의 일측에 구비되어 공기와의 반응을 통해 발열되는 발열부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 발열부는 상기 공기와 반응하여 열을 발산하는 발열체 및 상기 발열체를 감싸되 상기 전지에 밀착 가능하도록 지지하는 형태를 갖는 몸체를 포함할 수 있다.
상기 몸체는 공기가 통과되는 통기성 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 발열체는 산소 또는 수분과 반응하는 금속, 금속의 염 및 그 유도체 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루질 수 있으며, 또한 그 형태는 분말형태를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 상기 발열체에 의해 상기 전지의 내부온도는 30 내지 60℃로 유지될 수 있다.
상기 발열부는 상기 전지에서 양극부의 대향측에 구비될 수 있으나, 그 위치가 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 발열부는 분말 형태를 갖고 상기 공기와의 반응을 통해 열을 발산하는 발열체를 내부에 수용하되 상기 전지와 탈착 가능하도록 결합하는 형태를 갖는 몸체로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 전지 어셈블리는 양극 단자를 구비한 양극부, 음극 단자를 구비한 음극부 및 상기 양극부의 대향측에 구비되고 공기와의 반응을 통해 열을 발산하는 발열부를 포함하고, 상기 발열부에 의해 상기 양극부 및 음극부는 활성화 온도 조건으로 도달 또는 유지될 수 있다.
상기 양극부는 물을 함유하되, 상기 공기를 수용하여 수산화 이온을 생성할 수 있으며, 상기 음극부는 상기 수산화 이온과 반응하는 아연을 구비하되, 전자를 생성할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전지 어셈블리의 내부 공간에 열을 발생하는 발열부를 구비하여 낮은 온도 환경에서도 전기를 생성할 수 있도록 전지 내부공간의 온도를 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공기와 반응하는 발열체를, 공기와 접촉 반응하는 양극부 및 수산화 이온과 반응하여 전자를 생성하는 음극부로 구성된 공기-금속 전지에 설치하는 경 우에, 공기 공급을 위한 별도의 구성이 필요없어 설치가 용이한 효과가 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 전지용 발열장치가 구비된 전지 어셈블리를 도시한 단면도이다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 전지 어셈블리(100)는 양극부(110), 음극부(120), 세퍼레이터(130) 및 발열부(140)를 포함한다.
상기 양극부(110)는 양극단자(112)를 구비하고, 상기 양극단자(112)를 통해 전자를 받는다. 그리고, 상기 음극부(120)는 전자를 생성하고 음극단자(122)를 통해 전자를 외부로 나가도록 한다. 그리고, 상기 음극부(120)는 상기 음극부(120)를 외부로부터 보호하기 위한 음극 케이스(124)를 구비한다. 상기 음극 케이스(124)는 부도체 성질을 가지는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 음극단자(122)는 하나의 철심 형태로 형성될 수 있다. 또한 상기 양극단자(112)는 상기 양극부(110)의 측부에 형성된다. 한편, 본 실시예와는 다르게, 상기 음극단자 및 양극단자는 그 위치 및 형태를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
여기서, 상기 세퍼레이터(130)는 상기 양극부(110)와 상기 음극부(120) 사이에 구비되고, 상기 양극부(110)와 상기 음극부(120)가 물리적으로 접촉하는 것을 방지하나 상기 양극부(110)와 음극부(120)에서 화학반응을 통해 생성된 이온의 이동은 자유롭다. 상기 이온들은 세퍼레이터(130)를 통해 양극부(110)와 음극부(120) 사이에서 자유롭게 이동할 수 있다.
한편, 상기 양극부(110)는 외부로 노출되어 형성되어 공기와 직접 접촉할 수 있다. 본 실시예서의 상기 양극부(110)는 상기 공기에 포함된 산소와 반응할 수 있다.
상기 발열부(140)는 상기 음극부(120)에 인접하도록 구비되며, 도 1에서는 상기 음극부(120)의 상측, 즉 상기 양극부(110)와 대향되도록 구비될 수 있다.
그리고, 상기 발열부(140)는 유연한 재질로 형성되어 내측으로 발열성 물질을 저장할 수 있다. 상기 발열성 물질은 공기와 반응하여 열을 발생하는 물질을 의미하며, 구체적으로는, 산소 또는 수분과 반응하여 열을 발생시키는 금속, 금속염 또는 그 유도체를 사용할 수 있다.
상세하게는, 상기 발열부(140)는 몸체(142) 및 발열체(144)를 포함한다. 상기 몸체(142)는 포켓 형태로 형성되며, 상기 음극 케이스(124)의 외측과 내측 사이로 발열성 물질로 이루어진 상기 발열체(144)를 수납한다. 즉, 상기 몸체(142)는 상기 발열체(144)가 상기 음극부(120)에 밀착되도록 감싸줄 수 있다. 여기서, 상기 몸체(142)는 공기가 투과하는 통기성 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 발열체(144)는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 본 실시예서는 발열 효율을 높이기 위해서 분말 형태로 형성된다. 그러나, 발열체의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며, 제조, 운반 및 처리가 용이한 다양한 형태로 형성될 수 있 음은 물론이다. 그리고, 상기 발열체(144)는 탄산칼슘을 사용하는 것이 바람직하며, 이외에도 상기 공기와 반응하여 발열하는 다양한 재료를 사용할 수 있다.
이와 같이, 상기 전지 어셈블리(100)가 낮은 온도의 장소에 위치하더라도,상기 발열부(140)로부터 발생된 열로 인해 내부온도는 상기 양극부(110) 및 음극부(120)에서 전기가 지속적으로 생산되기 위한 활성화 온도 또는 그 이상의 온도로 유지될 수 있다.
한편, 상기 발열부(140)에 의해 생성된 열량은 적절히 조절되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 발열부(140)로부터 발산된 열에 의해 상기 전지 어셈블리(100)의 내부온도는 상기 음극부(120) 및 양극부(110)의 반응 물질이 변질되지 않는 정도까지 증가되는 것이 좋다. 이를 위해 상기 발열부(140)는 상기 전지 어셈블리(100)의 크기, 상기 발열체(144)의 양 등을 고려하여 상기 전지 어셈블리(100)의 내부공간의 온도가 임계 온도 이하가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
이를 위해 본 발명의 전지 어셈블리는 케이스 내부 공간의 온도를 감지하는 온도센서 및 상기 온도센서를 통해 감지된 온도 정보를 통해 상기 발열체의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 몸체(142)는 화학, 천연 직물이나 그와 유사한 통기성 재질을 사용할 수 있으며, 또한 상기 발열체(144)는 산소 또는 수분과 반응하여 열을 발생시키는 금속, 금속염 또는 그 유도체 재료 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 전지 어셈블리(100)에서, 상기 양극부(110)는 공기와 반응하여 수산화 이온(OH-)을 생성하도록 구성된 구성요소이고, 상기 음극부(120)는 상 기 수산화 이온을 제공받아 전자를 생성하는 구성요소로 구성될 수 있다.
도 2는 도 1에서 공기의 유입에 따른 발열 및 전원 생성을 설명하기 위해 도시한 작동도이다.
이에 도시한 바와 같이, 공기(a)중에 포함된 산소(O2)는 양극부(110)로 공급되고, 상기 공기중에 포함된 산소(O2) 또는 증기상태의 수분(H2O)이 발열부(140)로 공급된다.
상기 양극부(110)에서는 상기 산소(O2)를 공급받아 전기 생성을 위한 수산화 이온(OH-)을 생성할 수 있다. 그리고, 상기 발열부(140)에서는 상기 공기(O2) 또는 증기 상태의 수분(H2O)과 반응하여 열을 생성한다. 상기 발열부(140)로부터 생성된 열을 상기 양극부(110) 및 음극부(120)로 공급되어 상기 양극부(110) 및 음극부(120)에서 전기 생성을 위한 산화-환원 반응이 원활히 진행되도록 양호한 온도조건을 유지할 수 있다.
상기 발열부(140)를 통해 상기 전지 어셈블리(100)의 내부온도는 약 30 내지 60℃로 유지될 수 있다.
도 3은 발열부의 변형예로써, 포켓 형태로 형성된 발열부를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
이에 도시한 바와 같이, 상기 발열부(150)는 포켓 형태로 형성되어 그 내부에 발열체(154)를 저장할 수 있다. 여기서 상기 발열체는 분말 형태로 형성되는 것이 좋으며, 이외에도 블록 형태 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
한편, 상기 발열부(150)는 본 발명의 전지 어셈블리(도1, 100)에 부착하기 위해서 결합파트(미도시)가 구성될 수 있다. 상기 결합파트는 접착제, 벨크로 등을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 몸체(152)의 일측에는 상기 몸체(152)를 개구하는 입구파트가 형성되어 상기 몸체(152)에 저장되었던 기존에 발열체(154)를 새로운 발열체로 교체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전지용 발열장치가 구비된 전지 어셈블리를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서 공기의 유입에 따른 발열 및 전원 생성을 설명하기 위해 도시한 작동도이다.
도 3은 발열부의 변형예로써, 포켓 형태로 형성된 발열부를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 전지 어셈블리 110: 양극부
112: 양극단자 120: 음극부
122: 음극단자 130: 세퍼레이터
140, 150: 발열부 142, 152: 몸체
144, 154: 발열체

Claims (10)

  1. 전지가 활성화되기 위한 온도를 유지하는 전지용 발열장치에 있어서,
    금속, 금속의 염 및 그 유도체 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지며 산소 또는 수분과 반응하여 열을 발산하는 발열체와 상기 발열체를 감싸되 상기 전지에 밀착하도록 지지하는 몸체로 이루어지고, 상기 전지의 일측에 구비되는 발열부를 포함하는 전지용 발열장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 공기가 통과되는 통기성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 전지용 발열장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발열체는 분말 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 전지용 발열장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발열체는 상기 전지의 내부 온도를 30 내지 60℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 전지용 발열장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발열부는 상기 전지에서 양극부의 대향측에 구비되는 것을 특징으로 하는 전지용 발열장치.
  8. 전지가 활성화되기 위한 온도를 유지하는 전지용 발열장치에 있어서,
    금속, 금속의 염 및 그 유도체 중 선택된 어느 하나의 물질의 분말 형태를 갖고 산소 또는 수분과 반응하여 열을 발산하는 발열체와 상기 발열체를 내부에 수용하는 형태를 갖고 상기 전지와 탈착 가능하도록 결합하는 형태를 갖는 몸체로 이루어지는 발열부를 포함하는 전지용 발열장치.
  9. 양극 단자를 구비한 양극부;
    음극 단자를 구비한 음극부; 및
    상기 양극부의 대향측에 구비되고, 공기와의 반응을 통해 열을 발산하는 발열부;
    를 포함하고, 상기 발열부에 의해 상기 양극부 및 음극부는 활성화 온도 조건으로 도달 또는 유지되는 것을 특징으로 하는 전지 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양극부는 상기 공기를 수용하여 수산화 이온을 생성하고, 상기 음극부는 상기 수산화 이온과 반응하는 아연을 구비하되, 전자를 생성하는 것을 특징으로 하는 전지 어셈블리.
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