KR102204991B1 - 면상발열체와 pcm을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 납축전지 외함 외벽에 25도 특성을 갖는 상변화물질과 저온 구간에서 에너지 효율이 우수한 면상발열체를 포함하고 있는 항온 구조물을 설치함으로써, 납축전지의 온도가 높을 때는 열을 흡수하고, 납축전지의 온도가 낮을 때는 열을 방출하여 항상 25도를 유지할 수 있도록 하며, 동시에 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 관한 것이다.
본 발명을 통해, 납축전지 외함 외벽에 25도 특성을 갖는 상변화물질과 저온 구간에서 에너지 효율이 우수한 면상발열체를 포함하고 있는 항온 구조물을 설치함으로써, 납축전지의 온도가 높을 때는 열을 흡수하고, 납축전지의 온도가 낮을 때는 열을 방출하여 항상 25도를 유지할 수 있도록 하며, 동시에 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 항상 일정한 온도를 유지할 수 있도록 함으로써, 납축전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과와, PCM/면상발열체패키지를 주기적으로 교체할 수 있는 외함 구조를 제공함으로써, 교체의 편리성과 유지 보수의 간편성을 제공하게 된다.

Description

면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치{Temperature-preserved lead-acid battery enclosure using phase change material and Plane heating element}
본 발명은 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 납축전지 외함 외벽에 25도 특성을 갖는 상변화물질과 저온 구간에서 에너지 효율이 우수한 면상발열체를 포함하고 있는 항온 구조물을 설치함으로써, 납축전지의 온도가 높을 때는 열을 흡수하고, 납축전지의 온도가 낮을 때는 열을 방출하여 항상 25도를 유지할 수 있도록 하며, 동시에 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 관한 것이다.
일반적으로 납 축전지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키거나 전기적 에너지를 화학적 에너지로 변환시키는 장치로, 예를 들어, 자동차에 설치되어 엔진을 시동하거나 점화장치, 등화장치 등의 전원으로 사용되며, 그 종류에는 크게 납산 축전지(Lead-Acid Storage Battery)와 알칼리 축전지(Alkali Storage Battery)가 있다.
이 중에서 현재 가장 널리 사용되는 축전지는 납산 축전지로 도 1을 참조하여 그 구조를 살펴보면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 자동차용 납산 축전지(이하 자동차용 축전지 또는 축전지라 함, 100)는, 한 쌍의 전극 단자(122, 124)를 포함하는 케이스(110, 120), 상기 케이스(110, 120) 내부에 구비되고 여러 쌍의 양극판(132)과 음극판(134)을 포함하는 기판 어셈블리(130) 및 상기 한 쌍의 단자와 양극판(132), 음극판(134)을 각각 연결하는 연결수단(140)으로 구성된다.
상기 케이스(110)는 내부에 소정 셀(112)이 마련되는 전조(110)와, 상기 셀(112)이 밀봉되도록 상기 전조(110)의 상부에 결합되는 커버(120)로 이루어진다.
이때, 상기 전조(110)의 내부에 마련된 셀(112)은 파티션(114)에 의해 다수개로 구획된다.
또한, 상기 커버(120)는 상술한 바와 같이 상기 셀(112)이 밀봉될 수 있는 형상으로 형성되고, 그 상부에는 한 쌍의 전극 단자(122, 124), 즉 양극 단자(122) 및 음극 단자(124)가 외부로 노출되게 마련된다.
상기 기판 어셈블리(130)는 상기 전조(110)의 내부에 형성된 각 셀(112) 마다 설치되어 전기 에너지를 발생시키는 것으로, 복수의 양극판(132), 상기 양극판(132) 사이마다 위치되는 음극판(134) 및 상기 양극판(132)과 음극판(134) 사이의 단락을 방지하기 위하여 양 극판(양극판과 음극판, 132와 134) 사이에 위치되는 격리판(136)으로 구성된다.
이때, 상기 기판 어셈블리(130)가 설치되는 셀(112)의 나머지 공간에는 전해액(미도시)인 묽은 황산(2H2SO4)이 충진되어 상기 양극판(132)과 음극판(134) 사이의 화학 반응을 돕는다.
상기 연결수단(140)은, 복수의 양극판(132)을 전기적으로 연결하는 양극 스트랩(142)과, 복수의 음극판(134)을 전기적으로 연결하는 음극 스트랩(144)과, 상기 양극 및 음극 스트랩(132, 134)을 상기 양극 및 음극 단자(122, 124)와 연결하는 포스트(146)로 이루어진다.
상기와 같은 납 축전지의 경우, 주변 온도에 의해 성능에 차이를 보이게 된다.
특히, 겨울철 주변 온도에 의해 성능이 떨어지고, 떨어진 성능으로 인하여 교체 주기가 짧아지는 문제가 발생하게 되었다.
따라서, 납축전지의 온도가 높을 때는 열을 흡수하고, 납축전지의 온도가 낮을 때는 열을 방출하여 항상 적정한 온도를 유지할 수 있는 기술이 필요하게 되었다.
미국 특허등록공보 제9312580호(2016.04.12)
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 납축전지 외함 외벽에 25도 특성을 갖는 상변화물질과 저온 구간에서 에너지 효율이 우수한 면상발열체를 포함하고 있는 항온 구조물을 설치함으로써, 납축전지의 온도가 높을 때는 열을 흡수하고, 납축전지의 온도가 낮을 때는 열을 방출하여 항상 25도를 유지할 수 있도록 하며, 동시에 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치(1000)는,
내부 공간에 납축전지(10)를 삽입하기 위한 내부 공간이 형성되어 있는 외함본체부(100)와,
상기 외함본체부의 각각의 면에는 PCM/면상발열체패키지의 일면이 납축전지에 접촉되도록 일정한 크기로 형성시켜 열전도가 원활히 이루어지도록 하면서 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)와,
PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 외부 이물질의 유입과 외부 충격을 방지하기 위하여 상기 외함본체부를 이루는 어느 한 면과 다른 면 사이의 모서리에 형성되어 도어(310)를 회전시키기 위한 힌지부(300)와,
상기 힌지부의 일측에 형성되어 PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 힌지부의 동작을 통해 회전 이동되는 도어(310)와,
알루미늄 재질로 외형을 형성하며, 내부에는 상변화 물질(410)을 충전하고 있는 부분PCM부(420);와
카본 화합물을 포함하고 있어 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시키는 부분면상발열부(430);를 다수 연결하여 하나의 패키지를 형성하는 PCM/면상발열체패키지(400);를 포함하여 구성함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치는,
납축전지 외함 외벽에 25도 특성을 갖는 상변화물질과 저온 구간에서 에너지 효율이 우수한 면상발열체를 포함하고 있는 항온 구조물을 설치함으로써, 납축전지의 온도가 높을 때는 열을 흡수하고, 납축전지의 온도가 낮을 때는 열을 방출하여 항상 25도를 유지할 수 있도록 하며, 동시에 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 항상 일정한 온도를 유지할 수 있도록 함으로써, 납축전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과와, PCM/면상발열체패키지를 주기적으로 교체할 수 있는 외함 구조를 제공함으로써, 교체의 편리성과 유지 보수의 간편성을 제공하게 된다.
도 1은 종래의 납축전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치가 납축전지에 결합된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치의 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 PCM/면상발열체패키지가 수직하게 안착되는 예시도이다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 PCM/면상발열체패키지가 수평하게 안착되는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 안착되는 PCM/면상발열체패키지를 이루는 부분PCM부(420)을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 이실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 이실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치의 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치는,
내부 공간에 납축전지(10)를 삽입하기 위한 내부 공간이 형성되어 있는 외함본체부(100)와,
상기 외함본체부의 각각의 면에는 PCM/면상발열체패키지의 일면이 납축전지에 접촉되도록 일정한 크기로 형성시켜 열전도가 원활히 이루어지도록 하면서 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)와,
PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 외부 이물질의 유입과 외부 충격을 방지하기 위하여 상기 외함본체부를 이루는 어느 한 면과 다른 면 사이의 모서리에 형성되어 도어(310)를 회전시키기 위한 힌지부(300)와,
상기 힌지부의 일측에 형성되어 PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 힌지부의 동작을 통해 회전 이동되는 도어(310)와,
알루미늄 재질로 외형을 형성하며, 내부에는 상변화 물질(410)을 충전하고 있는 부분PCM부(420);와
카본 화합물을 포함하고 있어 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시키는 부분면상발열부(430);를 다수 연결하여 하나의 패키지를 형성하는 PCM/면상발열체패키지(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 이실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치는,
내부 공간에 납축전지(10)를 삽입하기 위한 내부 공간이 형성되어 있는 외함본체부(100)와,
상기 외함본체부의 각각의 면에는 PCM/면상발열체패키지의 일면이 납축전지에 접촉되도록 일정한 크기로 형성시켜 열전도가 원활히 이루어질 수 있도록 하면서 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)와,
PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 외부 이물질의 유입과 외부 충격을 방지하기 위하여 상기 외함본체부를 이루는 각각의 면들을 덮으며, 상측과 하측에 절곡부를 형성하고 있는 덮개부(150)와,
상기 절곡부의 측면에 일정 간격으로 형성되어 체결수단(170)을 삽입시키기 위한 덮개체결공(160)과,
알루미늄 재질로 외형을 형성하며, 내부에는 상변화 물질(410)을 충전하고 있는 부분PCM부(420);와
카본 화합물을 포함하고 있어 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시키는 부분면상발열부(430);를 다수 연결하여 하나의 패키지를 형성하는 PCM/면상발열체패키지(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 외함본체부(100)는,
열전도율이 우수한 알루미늄 재질로 이루어지며, 각 끝단에는 절곡부(110)를 형성하여 상기 절곡부의 일면이 납축전지의 일면과 접촉시키며,
상기 절곡부의 측면에는 일정 간격으로 체결공(120)을 형성시킴으로써, 상기 체결공에 체결수단을 관통시켜 납축전지의 일면에 결합시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 PCM/면상발열체패키지(400)는,
원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분PCM부(420)를 연속적으로 반복하여 배열시켜 제1영역(421)을 형성하고, 상기 제1영역의 끝단에 원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는부분면상발열부(430)를 연속적으로 배열시켜 제2영역(431)을 형성하고, 상기 제2영역의 끝단에 다시 원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분PCM부(420)를 연속적으로 반복하여 배열시켜 제3영역(422)을 형성하되, 상기 제1영역과 제2영역 및 제3영역을 포함하는 PCM/면상발열체패키지의 폭은 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)의 폭보다 작도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 부분PCM부(420)의 내부에는,
알루미늄 재질의 열전도케이블(425)을 다수 배치하고 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치가 납축전지에 결합된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치의 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 PCM/면상발열체패키지가 수직하게 안착되는 예시도이다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 PCM/면상발열체패키지가 수평하게 안착되는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치에 안착되는 PCM/면상발열체패키지를 이루는 부분PCM부(420)을 나타낸 사시도이다.
구체적으로 설명하자면, 상기 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명인 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치(1000)는 크게, 외함본체부(100), PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200), 힌지부(300), PCM/면상발열체패키지(400)를 포함하여 구성하게 된다.
상기 외함본체부(100)는 내부 공간에 납축전지(10)를 삽입하기 위한 내부 공간이 형성되게 된다.
즉, 납축전지의 넓이보다 크도록 베이스를 구성하고, 베이스의 측면에 측벽을 구성하여 내부 공간이 형성되도록 박스 형태를 가지게 된다.
그리고, 도 2 및 도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 외함본체부의 각각의 면에는 PCM/면상발열체패키지의 일면이 납축전지에 접촉되도록 일정한 크기로 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)를 형성시켜 열전도가 원활히 이루어질 수 있도록 하게 된다.
상기 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)는 상당항 크기의 홀을 여러 개 구성할 수도 있으나, 반복하여 수천개로 배열 형성시킬 수도 있을 것이다.
그리고, 상기 외함본체부의 각각의 모서리에는 힌지부(300)를 형성시킬 수 있다.
예를 들어, 사각형상일 경우에 4개의 모서리에 각각 4개의 힌지부를 구성할 수 있을 것이다.
따라서, PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 외부 이물질의 유입과 외부 충격을 방지하기 위하여 상기 힌지부에 형성된 도어(310)를 회전시켜 폐쇄시키게 되는 것이다.
이때, 부가적인 양상에 따라, 도어의 일측에는 버튼부를 구성하여 PCM/면상발열체패키지를 교체하거나, 안착할 경우에 이를 눌러 도어를 오픈할 수 있도록 할 수도 있다.
상기 도어(310)는 힌지부의 일측에 형성되어 PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 힌지부의 동작을 통해 회전 이동되는 것이다.
즉, PCM/면상발열체패키지를 투입할 경우에 도어를 회전시켜 오픈시키고, 투입 후, 도어를 회전시켜 폐쇄시키게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 핵심적 구성요소인 PCM/면상발열체패키지(400)는,
알루미늄 재질로 외형을 형성하며, 내부에는 상변화 물질(410)을 충전하고 있는 부분PCM부(420);와
카본 화합물을 포함하고 있어 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시키는 부분면상발열부(430);를 다수 연결하여 하나의 패키지를 형성하는 것을 특징으로 한다.
즉, PCM/면상발열체패키지(400)는 부분PCM부(420)와 부분면상발열부(430)를 다수 연결하여 하나의 패키지 형태로 만들어져 도 5a와 같은 형태의 외형 내에 삽입되어 만들어지기 때문에 상변화 물질의 상태 변화 과정에서의 흡열 및 방열 작용으로부터 외함 내부의 위치한 납축전지 온도를 일정하게 유지될 수 있도록 하는 동시에 외기와의 접촉으로 인한 방열 작용을 통해 외함 내부의 온도를 빠르게 저하시키는 역할을 하게 된다.
또한, 면상발열체에 의해 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 동시에 제공하게 되는 것이다.
여기서, 상변화 물질(PCM; Phase Change Material)이란, 물질이 갖고 있는 잠열의 흡수 또는 방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지하는 목적으로 사용되는 물질을 말한다.
여기에서, 잠열이란 물질이 상변화 될 때 즉, 고체에서 액체 또는 액체에서 고체, 액체에서 기체 또는 기체에서 액체로 변할 때에, 같은 온도에서 흡수하거나 방출하는 열을 의미하는 것으로서, 잠열은 현열 즉, 상변화가 일어나지 않은 상태에서의 흡수 또는 방출되는 열의 양보다 매우 크다.
따라서, 상변화 물질(PCM)은 주변온도가 높을 때에는 서서히 온도가 상승되도록 하고, 주변온도가 낮을 때에는 서서히 온도가 하강되도록 하여 주변온도가 높은 여름철 등에는 시원한 상태를 오랜 시간 동안 유지할 수 있도록 하고, 주변온도가 낮은 겨울철 등에는 따뜻한 상태를 오랜 시간 동안 유지할 수 있는 기능이 있는 것이다.
특히, 납축전지는 주변 온도에 의해 성능의 차이점을 보이기 때문에 겨울철 주변 온도에 의해 성능 저하가 발생하고, 이에 따라 교체 주기가 짧아지게 되는 것이다.
구체적으로 상기 상변화 물질(PCM)에 대하여 일정한 온도를 기억시켜 놓으면 예를 들어, 25도 특성을 갖도록 하면, 해당 온도 범위에서 상변화 물질이 상을 변화시키면서 열을 방출하거나 열을 저장하여 주변의 온도를 높이거나 낮출 수 있게 되는 것인 바, 여름철에 시원한 장소에서 더운 장소로 옮긴 경우, 고체에서 액체로 상이 변화되면서 주변의 열을 빼앗아 주변을 시원하게 할 수 있게 되며, 겨울철에 더운 장소에서 차가운 장소로 옮긴 경우, 액체에서 고체로 상이 변화되면서 주변에 열을 방출하여 주변을 따뜻하게 할 수 있게 된다.
또한, 일반적인 상변화 물질로서는 테트라데칸, 에이코산, 옥타데칸, 헥사데칸, 프로피온아미드, 나프탈렌, 아세트아미드, 스테아르산, 폴리글리콜, 왁스, 팔미트산, 미리스트산, 리그노세레이트, 캄펜, 3-헵타네카논, 폴리에틸렌 글리콜, 테트라데칸, 시안아미드, 라우르산, 카르폴론, 트리미리스트린, 헥사데카논, 카프르산, 카프릴산 및 폴리글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 사용할 수 있다.
특히, 본 발명에서의 PCM/면상발열체패키지(400) 내에 충전되는 상변화 물질의 기억온도 설정범위는 납축전지의 안정적인 성능을 유지하기 위한 25℃ 전, 후에서 이루어지도록 설정하는 것이 이상적일 것이다.
한편, PCM/면상발열체패키지(400)는,
원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분PCM부(420)를 연속적으로 반복하여 배열시켜 제1영역(421)을 형성하고, 상기 제1영역의 끝단에 원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분면상발열부(430)를 연속적으로 배열시켜 제2영역(431)을 형성하고, 상기 제2영역의 끝단에 다시 원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분PCM부(420)를 연속적으로 반복하여 배열시켜 제3영역(422)을 형성하되, 상기 제1영역과 제2영역 및 제3영역을 포함하는 PCM/면상발열체패키지의 폭은 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)의 폭보다 작도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분PCM부(420)를 연속적으로 반복하여 배열시켜 제1영역(421)을 형성하게 되는데, 예시에서는 4개를 부분PCM부로 연속적으로 반복 배열하였다.
그리고, 상기 제1영역의 끝단에 원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분면상발열부(430)를 연속적으로 배열시켜 제2영역(431)을 형성하게 되는데, 예시에서는 3개를 부분면상발열부(430)로 연속적으로 반복 배열하였다.
그리고, 상기 제2영역의 끝단에 다시 원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분PCM부(420)를 연속적으로 반복하여 배열시켜 제3영역(422)을 형성하게 되는데, 예시에서는 4개를 부분PCM부로 연속적으로 반복 배열하였다.
이때, 상기 제1영역과 제2영역 및 제3영역을 포함하는 PCM/면상발열체패키지의 폭은 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)의 폭보다 작도록 구성되어야 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)에 안전하게 안착될 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 예시에서는 수직하게 PCM/면상발열체패키지를 위치시키고 있으나, 필요에 따라 PCM/면상발열체패키지를 수평하게 위치시켜 안착시킬 수도 있을 것이다.
즉, 도 5a와 같이, 수직하게 부분PCM부(420)와 부분면상발열부(430)를 배열시킬 수 있으나, 필요에 따라 도 5b와 같이, 수평하게 부분PCM부(420)와 부분면상발열부(430)를 배열할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 외함본체부(100)는,
열전도율이 우수한 알루미늄 재질로 이루어지며, 각 끝단에는 절곡부(110)를 형성하여 상기 절곡부의 일면이 납축전지의 일면과 접촉시키며,
상기 절곡부의 측면에는 일정 간격으로 체결공(120)을 형성시킴으로써, 상기 체결공에 체결수단을 관통시켜 납축전의 일면에 결합시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 각 끝단에는 절곡부(110)를 형성하여 상기 절곡부의 일면이 납축전지의 일면과 접촉시키게 된다.
이때, 상기 절곡부의 측면에는 일정 간격으로 체결공(120)을 형성시킴으로써, 상기 체결공에 체결수단, 예를 들어, 볼트를 관통시켜 납축전지의 일면에 결합시키게 된다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 부분PCM부(420)의 내부에는,
알루미늄 재질의 열전도케이블(425)을 다수 배치하고 있는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 PCM/면상발열체패키지의 내부에 상변화 물질(410)을 충전시킴과 동시에 알루미늄 재질의 열전도케이블(425)를 일정 간격 다수 형성하게 되면, 빠르게 상태 변화를 일으키며, 예를 들어, 흡열 작용 및 흡열에 의한 외함에서 납축전지로의 방열이 이루어질 수 있어 내부 온도를 저하시키는데 더욱 효과적인 것이다.
한편, PCM/면상발열체패키지를 반원통형으로 형성하게 된다면, 반구형 형상으로 인한 집열 작용 및 내부 상변화 물질과의 접촉 면적을 증대시킬 수 있어 더욱 우수한 흡열 및 방열 작용을 기대할 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 이실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 이실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치의 단면도이다.
한편, 도 7 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이실시예에 따른 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치는,
내부 공간에 납축전지(10)를 삽입하기 위한 내부 공간이 형성되어 있는 외함본체부(100)와,
상기 외함본체부의 각각의 면에는 PCM/면상발열체패키지의 일면이 납축전지에 접촉되도록 일정한 크기로 형성시켜 열전도가 원활히 이루어질 수 있도록 하면서 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)와,
PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 외부 이물질의 유입과 외부 충격을 방지하기 위하여 상기 외함본체부를 이루는 각각의 면들을 덮으며, 상측과 하측에 절곡부를 형성하고 있는 덮개부(150)와,
상기 절곡부의 측면에 일정 간격으로 형성되어 체결수단(170)을 삽입시키기 위한 덮개체결공(160)과,
알루미늄 재질로 외형을 형성하며, 내부에는 상변화 물질(410)을 충전하고 있는 부분PCM부(420);와
카본 화합물을 포함하고 있어 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시키는 부분면상발열부(430);를 다수 연결하여 하나의 패키지를 형성하는 PCM/면상발열체패키지(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
일실시예와의 차이점은 힌지부와 도어 대신에 덮개부를 구성함으로써, PCM/면상발열체패키지(400)를 장착한 후, 덮개부로 덮은 후, 결합시키는 방식을 이용하게 되는 것이다.
즉, 덮개부(150)를 통해 PCM/면상발열체패키지(400)를 안착시킨 후, 외부 이물질의 유입과 외부 충격을 방지하기 위하여 상기 외함본체부를 이루는 각각의 면들을 덮게 된다.
예를 들어, 사각형태일 경우에 4면을 덮어야 하므로 4개의 덮개부를 구성하게 되는 것이다.
이때, 덮개부의 상측과 하측에 절곡부(110)를 형성하고 있게 된다.
그리고, 상기 절곡부의 측면에 덮개체결공(160)을 일정 간격으로 다수 형성시켜 해당 덮개체결공에 체결수단(170)을 삽입시켜 PCM/면상발열체패키지(400)가 외부로 노출되지 않도록 단단히 고정하게 되는 것이다.
본 발명에서는 PCM/면상발열체패키지(400)에 내부에 상변화 물질(410)을 충전하고 있는 부분PCM부(420)와 카본 화합물을 포함하고 있어 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시키는 부분면상발열부(430)를 다수 연결하여 하나의 패키지를 형성하고 있는데, 이는 국내 환경에 기인하는 것으로서, 한국의 경우 4계절이 있어, 최고 온도 차이가 일반적으로 40도(-10도 ~ +30도) 이상 발생하여 PCM만으로 40도 이상을 부담하기에는 PCM의 부피가 커져 활용도가 떨어지는 문제가 발생하였다.
이를 해결하기 위하여, 시동용 이차 전지에서 가장 큰 영향을 주는 저온 구간에 에너지 효율이 아주 뛰어난 면상(카본) 발열체를 활용하였으며, 이를 통해 PCM 필요면적과 가격 부담을 덜어주게 되었다.
상기와 같은 본 발명의 구성을 통해, 납축전지 외함 외벽에 25도 특성을 갖는 상변화물질과 저온 구간에서 에너지 효율이 우수한 면상발열체를 포함하고 있는 항온 구조물을 설치함으로써, 납축전지의 온도가 높을 때는 열을 흡수하고, 납축전지의 온도가 낮을 때는 열을 방출하여 항상 25도를 유지할 수 있도록 하며, 동시에 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 항상 일정한 온도를 유지할 수 있도록 함으로써, 납축전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과와, PCM/면상발열체패키지를 주기적으로 교체할 수 있는 외함 구조를 제공함으로써, 교체의 편리성과 유지 보수의 간편성을 제공하게 된다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
100 : 외함본체부
200 : PCM/면상발열체패키지접촉용홈부
300 : 힌지부
400 : PCM/면상발열체패키지
410 : 상변화 물질
420 : 부분PCM부
430 : 부분면상발열부

Claims (4)

  1. 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치(1000)에 있어서,
    내부 공간에 납축전지(10)를 삽입하기 위한 내부 공간이 형성되어 있는 외함본체부(100)와,
    상기 외함본체부의 각각의 면에는 PCM/면상발열체패키지의 일면이 납축전지에 접촉되도록 일정한 크기로 형성시켜 열전도가 원활히 이루어지도록 하면서 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)와,
    PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 외부 이물질의 유입과 외부 충격을 방지하기 위하여 상기 외함본체부를 이루는 어느 한 면과 다른 면 사이의 모서리에 형성되어 도어(310)를 회전시키기 위한 힌지부(300)와,
    상기 힌지부의 일측에 형성되어 PCM/면상발열체패키지를 안착시킨 후, 힌지부의 동작을 통해 회전 이동되는 도어(310)와,
    알루미늄 재질로 외형을 형성하며, 내부에는 상변화 물질(410)을 충전하고 있는 부분PCM부(420);와
    카본 화합물을 포함하고 있어 저온 구간에서 에너지 효율을 향상시키는 부분면상발열부(430);를 다수 연결하여 하나의 패키지를 형성하는 PCM/면상발열체패키지(400);를 포함하여 구성되되,
    상기 외함본체부(100)는,
    열전도율이 우수한 알루미늄 재질로 이루어지며, 각 끝단에는 절곡부(110)를 형성하여 상기 절곡부의 일면이 납축전지의 일면과 접촉시키며,
    상기 절곡부의 측면에는 일정 간격으로 체결공(120)을 형성시킴으로써, 상기 체결공에 체결수단을 관통시켜 납축전지의 일면에 결합시키는 것을 특징으로 하며,
    상기 부분PCM부(420)의 내부에는,
    알루미늄 재질의 열전도케이블(425)을 다수 배치하고 있는 것을 특징으로 하며,
    상기 PCM/면상발열체패키지(400)는,
    원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분PCM부(420)를 연속적으로 반복하여 배열시켜 제1영역(421)을 형성하고, 상기 제1영역의 끝단에 원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는부분면상발열부(430)를 연속적으로 배열시켜 제2영역(431)을 형성하고, 상기 제2영역의 끝단에 다시 원통형, 반원통형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 부분PCM부(420)를 연속적으로 반복하여 배열시켜 제3영역(422)을 형성하되, 상기 제1영역과 제2영역 및 제3영역을 포함하는 PCM/면상발열체패키지의 폭은 PCM/면상발열체패키지접촉용홈부(200)의 폭보다 작도록 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 부분PCM부(420)의 내부에는,
    알루미늄 재질의 열전도케이블(425)을 다수 배치하고 있는 것을 특징으로 하며,
    도어의 일측에는 버튼부를 구성하여 PCM/면상발열체패키지를 교체하거나, 안착할 경우에 이를 눌러 도어를 오픈할 수 있도록 하는 면상발열체와 PCM을 활용한 하이브리드 납축전지 보호장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101774287B1 (ko) * 2016-12-12 2017-09-07 주식회사 삼신기전 Pcm매트를 이용한 전기 제어기기용 외함의 방열 시스템
KR101881136B1 (ko) * 2017-01-05 2018-07-23 주식회사 이노핫 탄소융합 세라믹 발열장치

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