KR101095342B1 - 전지팩의 온도 조절을 위한 펠티어 소자를 포함하고 있는휴대폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지 팩이 장착되어 있는 휴대폰으로서, 전지팩에 내장된 전지셀의 적어도 일면에 접한 상태로 펠티어 소자가 설치되어 있고, 전지팩으로부터의 검출 온도를 바탕으로 제어부가 상기 펠티어 소자의 작동을 제어하여 전지팩의 온도를 소정의 온도범위로 조절하는 것으로 구성되어 있는 휴대폰을 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 휴대폰은 전지팩의 두께 등의 외형에 영향을 미치지 않으면서 전지팩의 이상 작동 또는 정상 작동시 전지팩의 온도상승을 효과적으로 억제하고 전지의 정상적인 작동 범위로 온도를 제어하는 효과가 있다.

Description

전지팩의 온도 조절을 위한 펠티어 소자를 포함하고 있는 휴대폰 {Cellular Phone Containing Peltier Element for Temperature Control of Battery Pack}

도 1은 외장형 전지팩이 장착된 휴대폰의 사시도이다;

도 2 및 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 휴대폰의 측면도들이다;

도 4 및 5는 도 2의 A 부위에 대한 확대도들이다.

본 발명은 전지팩의 온도 조절을 위한 펠티어 소자를 포함하고 있는 휴대폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이차전지 팩이 장착되어 있는 휴대폰으로서, 전지팩에 내장된 전지셀의 적어도 일면에 접한 상태로 펠티어 소자가 설치되어 있고, 전지팩으로부터의 검출 온도를 바탕으로 제어부가 상기 펠티어 소자의 작동을 제어하여 전지팩의 온도를 소정의 온도범위로 조절하는 것으로 구성되어 있는 휴대폰에 관한 것이다.

최근 무선통신 기술의 발전은 모바일 기기의 수요 증가를 유발하고 있으며, 그 중 휴대폰은 가장 눈부시게 발전하고 있는 분야 중의 하나이다. 이러한 휴대폰의 발전을 가능케 하는데 가장 큰 역할을 하는 것 중의 하나는 휴대폰의 에너지원인 충방전 가능 전지팩이라 할 수 있다.

전지팩 사용에 있어서는 무엇보다도 안전성이 우선 검증되어야 하며,그 중에서도 특히 온도상승에 따른 안전장치는 필수적으로 구비되어 있어야 한다.

일반적으로, 휴대폰에서는 도 1에서와 같은 외장형 전지팩이 많이 사용되고 있다. 이러한 외장형 전지팩(20)은 휴대폰 본체(30)의 일면에 장착되어 휴대폰(10)의 외주면을 이룬다. 전지팩(20)은 충방전이 가능한 전지셀(도시하지 않음)이 팩 케이스에 내장된 상태로 포함되어 있고, 각종 안전소자들이 또한 장착되어 있다. 따라서, 전지셀이 과충전, 과방전 등의 이상 작동에 의해 과열되었을 때 전류를 차단하여 더 이상의 온도 상승을 막고 있다. 그러나, 전지셀은 이상 작동이 아니더라도 소정 이상의 전류에서 연속적으로 작동되는 경우에도 열이 발생하며, 일단 과열된 전지셀의 온도를 저하시키기 위한 장치는 전지팩(20)에 포함되어 있지 않다. 일정 이상의 온도로 전지팩의 온도가 상승하면, 전지셀을 구성하는 전지요소들의 열화가 촉진되어 수명이 크게 감소할 뿐만 아니라, 전지팩의 과열에 의해 발화, 폭발 등 극단적인 상황이 초래되기도 한다.

또한, 겨울철과 같이 외부의 온도가 매우 낮은 상황에서 휴대폰을 사용하는 경우에는, 전지팩의 온도 역시 낮으므로 전지의 적정한 작동이 어려울 수 있다.

이와 관련하여, 본 발명에서는 이후 자세히 설명하는 바와 같이 전류의 인가시 양측의 온도 차이가 발생하는 펠티어 소자를 사용하여 전지팩의 온도 상승을 방 지하고 동시에 적정한 온도범위에서 전지가 작동할 수 있도록 하는 기술을 제공하고 있다.

모바일 기기에 펠티어 소자를 사용하는 예로서, 일본 특허공개출원 제2004-304900호는, 모바일 기기의 에너지 효율성을 높이기 위하여, 송신 전력 증폭기와 같이 발열량이 많은 고온측 접점과 온도 변동이 적은 저온측 접점에 펠티어 소자 등의 열전 변화 소자를 설치하고, 고온측 접점에서의 온도 상승시 상기 소자에서 발생되는 전압을 증폭하여 이차전지의 충전을 행하는 기술을 개시하고 있다.

그러나, 상기 기술은 모바일 기기의 작동 중에 발생하는 구성 부품들의 온도차를 이용하여 전지의 충전회로를 작동시킴으로써 에너지 효율을 놓이고는 있지만, 이차전지의 과열이나 낮은 온도 조건을 효과적으로 제어하는 역할을 수행하지는 못한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지팩의 일면에 펠티어 소자를 장착할 경우, 전지팩의 두께 등의 외형에 영향을 미치지 않으면서 전지팩의 이상 작동 또는 정상 작동시 발생되는 전지팩의 온도상승을 효과적으로 억제하고 전지의 이상적인 작동 범위로 온도를 제어하는 잇점을 확인하였고, 이를 바탕으로 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대폰은 이차전지 팩이 장착되어 있는 휴대폰으로서, 전지팩에 내장된 전지셀의 적어도 일면에 접한 상태로 펠티어 소자가 설치되어 있고, 전지팩으로부터의 검출 온도를 바탕으로 제어부가 상기 펠티어 소자의 작동을 제어하여 전지팩의 온도를 소정의 온도범위로 조절하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 전지팩 내부에 장착되어 있는 전지셀이 다양한 원인에 의해 과열되는 경우, 펠티어 소자는 제어부의 작동에 의해 전지셀에 접해 있는 일면을 통해 열을 흡수하고 타면에서 방열을 이룸으로써 전지팩의 온도를 안전한 온도 범위로 저하시킨다. 반면에, 겨울철과 같이 외부의 온도가 낮아 전지팩 역시 적정한 작동 온도 범위 이하로 저하되는 경우에는, 전지셀에 접해 있는 면에서 발열이 일어나도록 하여 전지팩의 온도를 상승시킬 수 있다.

이러한 펠티어 소자의 온도 조절은 제어부에서 전류의 방향을 역전시킴으로써 용이하게 달성될 수 있다.

상기 펠티어 소자의 작동을 위한 제어부는 별도로 될 수도 있지만, 바람직하게는 펠티어 소자의 작동을 위한 제어회로를 전지팩의 보호회로 모듈(PCM)에 함께 포함시킴으로써 전체적인 크기 증가를 억제할 수 있다.

경우에 따라서는, 전지셀 중 펠티어 소자가 접하는 면의 반대쪽 면에 온도 센서가 추가로 설치되어 있고 상기 온도 센서로부터 검출된 전지팩의 온도에 따라 제어부에서 펠티어 소자의 작동 여부를 제어할 수도 있다.

또한, 펠티어 소자는 휴대폰 본체를 기준으로 전지팩과 휴대폰 본체 사이의 전지셀 외면에 설치되거나, 또는 펠티어 소자의 일면이 전지셀의 외면에 접하고 타면이 휴대폰 케이스의 외면을 향해 설치될 수도 있다. 그 중, 펠티어 소자의 일면으로부터 발생한 열에 의한 휴대폰 본체의 영향을 최소화하기 위하여, 상기 후자의 설치 위치, 즉, 휴대폰 본체를 기준으로 전지셀의 바깥면에 설치되는 것이 바람직하다.

삭제

펠티어 소자가 휴대폰 본체를 기준으로 전지셀의 바깥면에 설치되는 경우, 전지셀에 접한 면의 대향면은 효과적인 방열 또는 흡열이 이루어질 수 있도록, 예를 들어, 높은 열전도성 물질의 전기절연성 코팅층만으로 휴대폰의 외면을 형성하는 구조, 얇은 전지팩 케이스만으로 감싸여 있는 구조, 전지팩 케이스에 다수의 관통구가 형성되어 있는 구조 등을 수 있다.

첫 번째 구조와 관련하여, 펠티어 소자의 대향면에는 전기절연성 코팅층이 도포되어 있고 그러한 코팅층이 직접 휴대폰의 외면을 형성하므로, 사용자의 전기충격, 쇼트 발생 등을 방지하면서, 얇은 구조의 휴대폰 제조가 가능하며, 효과적인 방열을 이룰 수 있다.

두 번째 구조와 관련하여, 펠티어 소자의 대향면은 얇은 전지팩 케이스에 의해 감싸여 있고 그러한 팩 케이스가 직접 휴대폰의 외면을 형성하는 바, 펠티어 소자는 그 자체로서 높은 기계적 강성을 부여하므로 얇은 팩 케이스라 하더라도 소정의 강도를 제공하며, 얇은 두께로 인해 상대적으로 높은 열전도성을 나타낸다.

세 번째 구조와 관련하여, 펠티어 소자의 대향면은 상기 두 번째 구조에 비해 상대적으로 두꺼운 팩 케이스로 감싸여 있지만, 팩 케이스에 형성되어 있는 다수의 관통구로 인해 높은 열전도성을 나타낸다.

이와 같이 펠티어 소자의 장착과 관련하여 다양한 구조들이 가능할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기 소정의 온도범위는 전지셀의 구성 등 다양한 요인들에 의해 결정될 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 30 도, 더욱 바람직하게는 10 내지 25 도의 범위일 수 있다.

휴대폰의 구성 및 전지팩의 구성에 대한 내용은 당업계에 공지되어 있으므로 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

일 예로, 휴대폰용 전지셀로는 최근 리튬 이차전지가 많이 사용되고 있다. 리튬 이차전지는 일반적으로 리튬 전이금속 산화물의 양극 활물질이 양면에 도포된 양극판과 탄소계, 규소계 및/또는 아연계 물질의 음극 활물질이 양면에 도포된 음극판을 분리막이 개재된 상태로 권취 또는 적층하여 전극조립체를 구성하고, 이러한 전극조립체를 리튬 전해질이 함침된 상태로 금속 캔 또는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 밀봉하여 전지셀을 형성하고, 이러한 전지셀에 보호회로 모듈 등을 장착하여 팩 케이스에 내장함으로써 전지팩을 제조한다.

이러한 전지팩은 팩 케이스의 형태에 따라 내장형 또는 외장형으로 구별되며, 이들은 모두 본 발명의 휴대폰 구성에 사용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2 및 3에는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 휴대폰의 측면도들이 부분 투시도로서 도시되어 있다.

우선 도 2를 참조하면, 휴대폰(100)은 휴대폰 본체(200)와 그것의 일면에 전지팩(300)이 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.

전지팩(300)은 팩 케이스(310)에 전지셀(320)이 내장되어 있고, 전지셀(320)의 바깥면에 펠티어 소자(330)가 접한 상태로 설치되어 있으며, 전지셀(320)의 일측 단부에 보호회로 모듈(PCM)의 인쇄회로기판(340)이 위치되어 있다. 또한, 전지셀(320)의 대향면, 즉, 휴대폰 본체(200) 방향의 일면에는 온도 센서(350)가 부착되어 있다.

펠티어 소자(330)와 온도 센서(350)는 각각 PCM(340)에 전기적으로 연결되어 있으며, 온도 센서(350)로부터 검출된 전지팩(300) 또는 전지셀(320)의 온도를 바탕으로 PCM(340)에 의해 펠티어 소자(330)의 작동이 제어된다.

예를 들어, 전지셀(320)의 온도가 다양한 원인에 의해 소정 범위 이상으로 상승할 경우, PCM(340)는 온도 센서(350)를 통해 검출된 값을 바탕으로 전지셀(320)에 접한 면에서 흡열이 일어나도록 펠티어 소자(330)를 작동시킨다.

펠티어 소자(330)는 도 3에서와 같이 휴대폰 본체(200)와 전지팩(300) 사이의 전지셀(320) 외면에 위치할 수도 있으며, 이 경우 온도 센서(350)는 전지셀(320)의 대향면에 부착되거나, 또는 도면에서와 같이 펠티어 소자(330)가 위치하는 전지셀(320)의 동일면에 부착될 수 있다.

도 4 및 5에는 도 2의 A 부위에 대한 확대도들이 도시되어 있다.

우선 도 4를 참조하면, 펠티어 소자(330)는 그것의 일면이 전지셀(320)에 접해 있고 타면(대향면)은 얇은 두께의 팩 케이스(310)에 접해 있다. 펠티어 소자(330)는 두 종류의 금속판이 접합되어 있는 구조로 이루어져 있으므로, 그 자체로서 소정의 기계적 강성을 가진다. 따라서, 얇은 팩 케이스(310)에 의해서도 전지팩의 구성이 가능하며, 높은 열전도성을 나타낸다.

다음으로 도 5를 참조하면, 팩 케이스(310)는 도 4에 비해 상대적으로 두꺼운 두께를 가지고 있으며, 다수의 관통구들(312)이 형성되어 있다. 따라서, 펠티어 소자(330)의 작동에 의해 그것의 외면에서 발열 또는 흡열이 일어날 때, 관통구들(312)은 외부 공기에 대한 유로로서 작용하여 효과적인 열 전달을 이룰 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대폰은 전지팩의 두께 등의 외형에 영향을 미치지 않으면서 전지팩의 이상 작동 또는 정상 작동시 전지팩의 온도상승을 효과적으로 억제하고 전지의 정상적인 작동 범위로 온도를 제어하는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 이차전지 팩이 장착되어 있는 휴대폰으로서, 전지팩에 내장된 전지셀의 적어도 일면에 접한 상태로 펠티어 소자가 설치되어 있고, 전지팩으로부터의 검출 온도를 바탕으로 제어부가 상기 펠티어 소자의 작동을 제어하여 전지팩의 온도를 소정의 온도범위로 조절하며,

   전지팩 내부에 장착되어 있는 전지셀이 과열되는 경우, 상기 펠티어 소자는 제어부의 작동에 의해 전지셀에 접해 있는 일면을 통해 열을 흡수하고 타면에서 방열을 이룸으로써 전지팩의 온도를 안전한 온도 범위로 저하시키고, 적정한 작동 온도 범위 이하로 저하되는 경우, 상기 전지셀에 접해 있는 면에서 발열이 일어나도록 작동하는 것으로 구성되어 있는 휴대폰.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 펠티어 소자의 작동을 위한 제어회로가 전지팩의 보호회로 모듈(PCM)에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대폰.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 중 펠티어 소자가 접하는 면의 반대쪽 면에 온도 센서가 설치되어 있고 상기 온도 센서로부터 검출된 전지팩의 온도에 따라 제어부에서 펠티어 소자의 작동 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 휴대폰.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 펠티어 소자는 휴대폰 본체를 기준으로 전지팩과 휴대폰 본체 사이의 전지셀 외면에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대폰.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 펠티어 소자의 일면이 전지셀의 외면에 접하고 타면이 휴대폰 케이스의 외면을 향해 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대폰.
7. 삭제
8. 제 6 항에 있어서, 상기 전지셀에 접한 면의 대향면은 열전도성 물질의 전기절연성 코팅층만으로 휴대폰의 외면을 형성하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대폰.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 전지셀에 접한 면의 대향면은 전지팩 케이스만으로 감싸여 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대폰.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 전지셀에 접한 면의 대향면은 전지팩 케이스에 다수의 관통구가 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대폰.
11. 이차전지 팩이 장착되어 있는 휴대폰으로서, 전지팩에 내장된 전지셀의 적어도 일면에 접한 상태로 펠티어 소자가 설치되어 있고, 전지팩으로부터의 검출 온도를 바탕으로 제어부가 상기 펠티어 소자의 작동을 제어하여 전지팩의 온도를 소정의 온도범위로 조절하며, 상기 펠티어 소자의 일면이 전지셀의 외면에 접하고 타면이 휴대폰 케이스의 외면을 향해 설치되어 있고, 상기 전지셀에 접한 면의 대향면은 전지팩 케이스에 다수의 관통구가 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대폰.

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