KR101878834B1 - 전기차용 배터리 히터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기차용 배터리 히터로, 압출 몰딩(10); 열선(22)이 펠트 원단(24)상에 소정의 패턴으로 고정 배치된 발열패드(20); 상기 발열패드(20)를 상기 압출 몰딩(10)에 고정하기 위한 접착수단(30); 상기 열선(22)의 양단에 접속되어 전원으로 연결되는 단자선(40); 및 상기 열선(22)과 단자선(40)의 접속부위를 밀봉하기 위한 실링재(50)를 포함하여 이루어지며, 전기차용 배터리 팩 내부에 배터리 셀 하부에 일정 간격으로 배치되고 전기적으로 직렬연결되어 직접적으로 배터리 셀을 가열하는 것에 의해 배터리 성능을 안정적으로 유지할 수 있도록 되어 있다.
Description
본 발명은 전기차용 배터리 히터에 관한 것으로, 상세히는 열선방식의 히터를 배터리 팩 내부의 배터리 셀 하부에 일정 간격으로 배치하여 직접적으로 배터리 셀을 가열하는 것에 의해 전기차의 배터리 성능을 안정적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.
전기 자동차에 사용되는 배터리는 기온이 낮아져 동절기에는 방전 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 즉, 외부기온이 약 -20℃ 이하로 낮아지면 배터리의 방전 효율이 약 50% 이하로 낮아지며, 주위 온도가 약-10 ℃ 이하인 환경에서 배터리는 전해질 내 이온의 이동도가 낮아져, 전류의 흐름이 나빠지고 동시에 배터리의 출력이 떨어지게 된다. 특히, 전기 자동차(EV car)의 경우 완전 충전된 상태에서 외부에 주차하게 되면, 외부 기온에 의해 전해질이 딱딱해지는데, 이는 배터리의 장기 수명에도 문제를 일으키게 된다. 그러므로 배터리의 수명과 효율이 일정하게 유지되기 위해서는 겨울에도 배터리의 온도를 일정하게 유지시켜줄 필요가 있다.
배터리를 가열하기 위한 방법으로 열전소자나 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터로 공기를 가열하는 방법들이 제안되고 있기는 하나, 보다 효과적이고 효율적인 방법으로 배터리를 직접 가열하는 방법에 대해 연구가 계속되고 있다.
특허문헌 1에는 열전소자를 이용한 전기자동차용 배터리 온도조절 시스템에 관한 것이고, 특허문헌 2는 히터로 공기를 가열하여 배터리팩 케이스 내부 공간을 가열하는 전기 자동차의 배터리팩 온도 조절 구조에 관한 것이며, 특허문헌 3은 면상 발열체를 배터리 셀 전 면적의 40~90%에 부착한 배터리 모듈용 발열시트에 관한 것이고, 특허문헌 4는 카트리지 히터를 배터리 셀 사이에 형성된 히터수용부에 설치하고 열전달을 위한 패널을 설치하여 카트리지 히터의 열에너지를 배터리 셀로 전달하도록 구성되어 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기 자동차의 배터리 셀이 안정적인 성능을 발휘할 수 있도록 하기 위한 배터리 히터로 염가로 제조할 수 있고 충격이나 진동, 수분 등에 노출되어도 내구성이 우수하며, 균일한 열분포를 이룰 수 있고, 배터리 셀의 구조에 맞게 다양한 규격과 형상으로 제조가 가능하며, 온도 제어를 용이하게 할 수 있고, 더구나 기존 기술에 비해 염가로 제조가 가능한 전기차용 배터리 히터를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압출 몰딩; 열선이 펠트 원단 상에 소정의 패턴으로 고정 배치된 발열패드; 상기 발열패드를 상기 압출 몰딩에 고정하기 위한 접착수단; 상기 열선의 양단에 접속되어 전원으로 연결되는 단자선; 및 상기 열선과 단자선의 접속부위를 밀봉하기 위한 실링재를 포함하여 이루어지며, 전기차용 배터리 팩 내부의 배터리 셀 하부에 일정 간격으로 배치되고 전기적으로 직렬연결된 전기차용 배터리 히터를 제공한다.
본 발명에 의하면 기존의 열전소자나 PTC히터로 공기를 가열하는 방법들에 비해 구조가 간단하고, 열선의 열이 직접적으로 배터리 팩 내부의 배터리 셀을 균일하게 가열하게 됨으로써 혹한기에도 배터리 셀이 안정적인 성능을 발휘할 수 있으며, 히터 자체의 내구성에 의해 자동차의 주행 등에서 발생하게 되는 충격이나 진동, 외부로부터 유입되는 수분 등에 노출되어도 내구성이 우수하고, 배터리팩 내부에서 균일한 열분포를 이루게 되며, 배터리 셀의 구조에 맞게 다양한 규격과 형상으로 제조할 수 있고, NTC 서미스터와 ECU에 의해 온도 제어를 용이하게 할 수 있으며, 기존의 배터리 히터에 비해 저가로 제조가 가능한 효과를 갖는다,
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 배터리 히터의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 배터리 히터의 분해도,
도 3은 도 1에 도시된 배터리 히터의 설치상태도,
도 4는 도 3의 요부 확대도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 히터의 분해도,
도 3은 도 1에 도시된 배터리 히터의 설치상태도,
도 4는 도 3의 요부 확대도이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기차용 배터리 히터와 이의 설치상태가 개략적으로 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 실시 예에 의한 배터리 히터(1)는 압출 몰딩(10); 열선(22)이 펠트 원단(24) 상에 소정의 패턴으로 고정 배치된 발열패드(20); 상기 발열패드(20)를 상기 압출 몰딩(10)에 고정하기 위한 접착수단(30); 상기 열선(22)의 양단에 접속되어 전원으로 연결되는 단자선(40); 및 상기 열선(22)과 단자선(40)의 접속부위를 밀봉하기 위한 실링재(50)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 압출 몰딩(10)은 그 상부 내측에 발열패드(20)를 수용하기 위한 수용부(12)가 형성되어 있고, 하부에는 배터리 셀의 하부에 안착시키기 위한 안착날개(14)가 좌우로 형성되어 있는바, 상기 안착날개(14)는 배터리 셀의 하중에 의해 납작하게 펼쳐져 눌리게 됨으로써 압출 몰딩(10)이 안정적으로 펼쳐진 상태를 유지할 수 있도록 해주게 됨과 아울러, 발열패드(20)에서 발생한 열이 상부 즉, 상기 수용부(12)의 개방된 상부를 향하여 방열이 이루어질 수 있도록 함으로써 배터리 셀을 보온시킬 수 있게 된다.
상기 압출 몰딩(10)의 소재는 절연성 및 단열성이 우수한 합성수지, 예를 들면 PVC, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 소재를 사용하여 연속으로 압출하고, 이를 필요한 길이로 절단하여 사용하면 된다.
또, 상기 압출 몰딩(10)의 수용부(12)는 상부가 개방되고 양측이 폐쇄된 도랑(채널) 형태로 이루어져 있으며, 좌우 측의 벽면은 배터리 셀의 하중에 의해 눌리더라도 발열패드(20)에 직접적인 하중이 가해지지 않도록 지지하게 된다.
본 실시 예에서, 상기 발열패드(20)는 열선(22)이 펠트 원단(24) 상에 소정의 패턴으로 고정 배치되어 있는데, 이는 자수방식에 의해 열선(22)이 안정적인 패턴을 유지하면서 펠트 원단(24)의 상면에 고정되도록 배치한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 1가닥의 열선이 압출 몰딩(10)의 전체 길이에 걸쳐 길게 지그재그 상태를 이루도록 포설되어 있어서 펠트 원단(24)의 상부 측으로 균일한 분포로 열이 방출되도록 되어 있다.
본 실시 예에서 상기 열선은 수분의 접촉에 의한 부식이나 누전이 발생하지 않도록 코팅 열선을 사용하되 심부에 탄소섬유가 배치되고, 이 탄소섬유의 외곽에 개별적으로 코팅된 복수의 구리합금선을 방사상으로 배치하고, 그 외부를 다시 한 절연 코팅한 복합열선을 사용함으로써 내구성, 내습성이 우수하고, 유연성이 우수하여 다양한 패턴으로의 포설이 가능함은 물론 인장력과 마찰에 의한 손상이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 도면상으로는 도시되어있지 않으나, 상기 발열패드(20)의 내부에는 NTC서미스터를 내장함으로써 발열패드의 온도를 안정적으로 제어할 수 있도록 되어 있다.
상기 접착수단(30)은 일반 접착제도 가능하지만 양면 테이프 방식의 접착수단을 사용하는 것이 바람직하며, 이를 압출 몰딩(10)의 수용부(12) 상면이나 펠트 원단(24)의 저면에 일면을 고정한 상태에서 타면의 이형지를 제거하여 상호 압박하면 압출 몰딩(10)의 상면에 열선(22)이 포설된 펠트 원단(24) 즉, 발열 패드(20)를 견고하게 고정시킬 수 있게 되므로 이의 조립이 용이하다.
상기 단자선(40)은 배터리 셀 내부에 복수의 히터(1)가 설치되므로 이들 히터(1) 사이를 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 직렬로 연결하기 위한 배선 역할을 하게 되는바, 절연처리된 고전압선을 사용하고 납땜이나 터미널 방식으로 열선(22)의 양단에 접속시킨다.
한편, 상기 단자선(40)과 열선(22)의 접속부위는 에폭시 수지 또는 우레탄 수지 등의 실링재(50)를 사용하여 절연처리한다.
이와 같이 구성된 본 실시 예의 배터리 히터(1)는 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 전기차 배터리팩(P)의 각 배터리 셀(100) 하부에 복수개가 일정 간격으로 평행하게 배치되고, 단자선(40)에 의해 전기적으로 직렬연결하여 전원 측에 커넥터와 접속단자를 통해 연결하면 되고, 각 모듈 내에서는 도 4에 도시된 바와 같이 열선 설치공간 사이의 간격이 일정하게 유지되도록 배치하면 되며, 열선과 열선을 연결하는 단자선은 7mm이내에서 꺾이도록 시공하여야 한다.
상술한 본 실시 예에 의한 전기차용 배터리 히터는 기존의 열전소자나 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터로 공기를 가열하는 방법들에 비해 구조가 간단하고, 열선의 열이 직접적으로 배터리 셀을 가열하게 됨으로써 혹한기에도 배터리 셀이 안정적인 성능을 발휘할 수 있으며, 히터 자체의 내구성에 의해 자동차의 주행 등에서 발생하게 되는 충격이나 진동, 외부로부터 유입되는 수분 등에 노출되어도 내구성이 우수하고, 배터리팩 내부에서 균일한 열분포를 이루게 되며, 배터리 셀의 구조에 맞게 다양한 규격과 형상으로 제조할 수 있고, NTC 서미스터와 ECU에 의해 온도 제어를 용이하게 할 수 있으며, 기존의 배터리 히터에 비해 저가로 제조할 수 있는 등의 이점이 있다.
1 : 배터리 히터
10 : 압출 몰딩
12 : 수용부
14 : 안착날개
20 : 발열패드
22 : 열선
24 : 펠트 원단
30 : 접착수단
40 : 단자선
50 : 실링재
100 : 배터리 셀
10 : 압출 몰딩
12 : 수용부
14 : 안착날개
20 : 발열패드
22 : 열선
24 : 펠트 원단
30 : 접착수단
40 : 단자선
50 : 실링재
100 : 배터리 셀
Claims (3)
- 압출 몰딩(10); 열선(22)이 펠트 원단(24) 상에 소정의 패턴으로 고정 배치된 발열패드(20); 상기 발열패드(20)를 상기 압출 몰딩(10)에 고정하기 위한 접착수단(30); 상기 열선(22)의 양단에 접속되어 전원으로 연결되는 단자선(40); 및 상기 열선(22)과 단자선(40)의 접속부위를 밀봉하기 위한 실링재(50)를 포함하여 이루어지며, 전기차용 배터리 팩 내부의 배터리 셀 하부에 일정 간격으로 배치되고 전기적으로 직렬연결된 전기차용 배터리 히터로;
상기 압출 몰딩(10)은 절연성 및 단열성을 갖는 합성수지로 성형되고, 상부 내측에 발열패드(20)를 수용하기 위한 수용부(12)가 형성되고, 하부에는 배터리 셀의 하부에 안착시키기 위한 안착날개(14)가 좌우로 형성되며, 상기 수용부(12)는 상부가 개방되고 양측이 폐쇄된 도랑 형태로 이루어지고, 좌우측의 벽면은 배터리 셀의 하중에 의해 눌리더라도 발열패드(20)에 직접적인 하중이 가해지지 않도록 지지하고,
상기 발열패드(20)는 자수방식에 의해 열선(22)이 소정의 패턴을 유지하면서 펠트 원단(24)의 상면에 배치되어 펠트 원단(24)의 상부측으로 균일한 분포로 열이 방출되고, 상기 열선(22)은 수분의 접촉에 의한 부식이나 누전이 발생하지 않도록 심부에 탄소섬유가 배치되고, 이 탄소섬유의 외곽에 개별적으로 코팅된 복수의 구리합금선이 방사상으로 배치되며, 그 외부가 절연 코팅된 복합열선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기차용 배터리 히터. - 삭제
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