KR102216363B1

KR102216363B1 - 전기 자동차용 히터

Info

Publication number: KR102216363B1
Application number: KR1020190153605A
Authority: KR
Inventors: 이재욱
Original assignee: 주식회사 할크
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2021-02-17
Also published as: KR20210065072A; KR102576932B1

Abstract

본 발명의 전기 자동차용 히터는, 기판; 상기 기판의 일면을 덮는 절연 필름; (1) 루테늄 산화물, 팔라듐, 그리고 은을 함유하는 페이스트, (2) 유리 프릿, 그리고 (3) 유기 바인더를 함유하는 도전성 재료로 조성되며, 상기 절연 필름의 일면에 패턴을 형성하는 발열체; 및 상기 발열체를 덮는 보호층을 포함하고, 상기 기판에는 복수의 홀과 복수의 돌기 중 적어도 한 종류가 형성되고, 상기 복수의 홀 또는 상기 복수의 돌기는 일 방향을 따라 연장되도록 형성되고, 상기 복수의 홀끼리 또는 상기 복수의 돌기끼리는 서로 이격된 위치에 형성된다.

Description

전기 자동차용 히터{HEATER FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 배터리에 의해 구동되는 전기 자동차용 히터에 관한 것이다.

내연기관에서 발생하는 열을 이용하여 차량의 실내를 난방하는 내연기관 자동차와 달리 전기 자동차에는 별도의 열원이 없다. 따라서 전기 자동차에는 차량의 실내를 난방하기 위한 열원이 필요하다.

현재 상용화되어 있는 전기 자동차에는 주로 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터가 이용된다. 예컨대 공개특허공보 제10-2019-0056468호(2019.05.27.)에는 PTC 전기 자동차용 히터가 개시되어 있다. PTC 히터는 생산 공정이 비교적 어렵지 않으며, 쉽게 가열되는 장점을 가지고 있지만, 소비 전력이 높은 단점을 가지고 있다. 예컨대 겨울철 실외 온도가 영하인 상태에서 PTC 히터를 작동하게 되면 전기 자동차 배터리의 최대 40%까지 난방에 사용되는 것으로 알려져 있다. 이로 인해 겨울철에는 1회 충전에 따른 전기 자동차의 주행 가능 거리가 매우 짧아진다.

배터리를 동력으로 하는 전기 자동차는 에너지 효율을 높여 1회 충전으로 주행 가능 거리를 늘리는 에너지 효율이 중요하다. 그러한 관점에서 PTC 히터와 같이 에너지 효율이 낮은 난방 장치는 개선되어야 할 점이 많다.

이 외에도 히트펌프를 사용하거나, 연료전지 차량의 연료전지스택에서 배출되는 냉각수를 가열하는 방식도 제안되었다. 히트펌프란 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치로 냉방과 난방을 겸용하는 구조로 되어 있다.

히트펌프는 PTC 히터에 비해 에너지 효율에서 장점이 있으나, 외기 온도가 낮은 구간에서 요구되는 높은 난방 부하를 히트펌프의 난방 능력이 따라가지 못하는 문제, 영하의 날씨에서 실외 열교환기의 응축수 빙결로 인한 착상 문제 등 개선해야 할 사항이 여전히 존재한다.

본 발명의 목적은 종래의 전기 자동차용 히터에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 난방 능력 부족이나 응축수 빙결 등의 문제가 없는 구성의 전기 자동차용 히터를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 종래에 비해 작은 크기, 얇은 두께, 그리고 유연성을 가져 설치와 유지, 보수에 용이성을 제공할 수 있는 전기 자동차용 히터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 배터리 소모를 절감할 수 있도록 제어되는 전기 자동차용 히터를 제시하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 자동차용 히터는, 기판; 상기 기판의 일면을 덮는 절연 필름; (1) 루테늄 산화물, 팔라듐, 그리고 은을 함유하는 페이스트, (2) 유리 프릿, 그리고 (3) 유기 바인더를 함유하는 도전성 재료로 조성되며, 상기 절연 필름의 일면에 패턴을 형성하는 발열체; 및 상기 발열체를 덮는 보호층을 포함하고, 상기 기판에는 복수의 홀과 복수의 돌기 중 적어도 한 종류가 형성되고, 상기 복수의 홀 또는 상기 복수의 돌기는 일 방향을 따라 연장되도록 형성되고, 상기 복수의 홀끼리 또는 상기 복수의 돌기끼리는 서로 이격된 위치에 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 복수의 홀은 상기 절연 필름, 상기 발열체 및 상기 보호층의 적층 방향을 따라 상기 기판을 관통하도록 형성된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 복수의 돌기가 돌출되는 면의 반대 면에는 상기 복수의 돌기에 대응되는 복수의 그루브(groove)가 형성된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 복수의 돌기 중 어느 일부는 상기 일 방향에서 서로 이격된 위치에 형성되고, 상기 발열체의 패턴은 상기 일 방향에서 서로 이격되어 있는 두 돌기의 사이를 지나가도록 형성된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 복수의 돌기는 상기 기판의 베이스 면으로부터 상기 절연 필름, 상기 발열체 및 상기 보호층의 적층 방향을 향해 돌출되고, 상기 적층 방향에서 상기 두 돌기 사이의 영역을 마주보는 위치에 상기 복수의 홀 중 어느 하나가 형성되며, 상기 적층 방향을 기준으로 상기 기판의 베이스 면과 상기 두 돌기의 최대 돌출 지점의 사이에서 상기 절연 필름이 상기 어느 하나의 홀을 덮고, 상기 발열체의 패턴은 상기 두 돌기 사이의 영역에서 상기 절연 필름의 일면 위를 지나가도록 형성된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 적층 방향에서 상기 최대 돌출 지점은 상기 절연 필름과 상기 발열체의 면접 위치보다 위에 형성된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 전기 자동차용 히터는 전기 자동차의 구동에 동력을 제공하는 배터리로부터 전력을 공급받으며, 사용자에 의해 입력된 송풍량의 증감에 근거하여, 상기 히터의 온도 상승 또는 하강 방향을 상기 송풍량의 증감과 같은 방향으로 결정하도록 형성된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 송풍량이 최대값으로 입력되면, 상기 히터의 온도도 최대값으로 결정된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 차량의 실내 온도와 기준 온도의 차이가 다수의 구간 중 어느 구간에 속하는지에 따라 상기 히터의 온도 상승폭 또는 하강폭이 차등적으로 변하도록 형성된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 차이가 상대적으로 큰 구간에서는 상기 송풍량의 증감에 따라 상기 히터의 온도 상승폭 또는 하강폭이 상대적으로 큰 값으로 결정되고, 상기 차이가 상대적으로 작은 구간에서는 상기 송풍량의 증감에 따라 상기 히터의 온도 상승폭 또는 하강폭이 상대적으로 작은 값으로 결정된다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 루테늄 산화물, 팔라듐, 그리고 은 등을 함유하는 도전성 재료로 발열체가 형성되므로, PTC 히터 등 종래의 전기 자동차용 히터에 비해 에너지 효율이 높으면서도 난방 능력 부족이나 응축수 빙결 문제 등을 근본적으로 해결 가능하다.

또한 본 발명에 의하면, 기판의 두께가 약 0.5mm 이하고, 기판 위에 적층된 여러 층들의 두께가 0.3mm 이하이므로, 본 발명에서 제안하는 전기 자동차용 히터는 매우 얇은 두께와 종래에 비해 작은 크기를 갖는다. 또한 기판에 형성되는 홀, 돌기, 그루브 등으로 인해 유연성을 가질뿐만 아니라 휘어진 상태를 유지하는 성질을 가지므로, 본 발명의 히터는 설치와 유지 보수에 용이성을 제공하게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 히터의 온도가 송풍량에 의존적으로 제어되어 히터의 온도를 제어하는 별도의 조작부가 불필요하여 회로 설계가 단순해질 수 있을 뿐만 아니라, 히터의 온도 변화 폭이 기준 온도와 실내 온도의 온도 차이 값에 따라 차등적으로 제어되어 배터리 소모를 절감할 수 있게 된다.

도 1은 전기 자동차의 실내를 뒷좌석에서 바라본 개념도다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 전기 자동차용 히터의 단면도다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 전기 자동차용 히터의 분해 사시도다.
도 4는 기판 위에 적층된 절연 필름과 발열체를 보인 사시도다.
도 5는 PTC 히터와 본 발명의 전기 자동차용 히터를 비교한 그래프다.
도 6은 알루미늄 히터와 본 발명의 전기 자동차용 히터를 비교한 그래프다.
도 7은 도 4에 표시된 A 부분의 단면도다.
도 8은 A 부분의 다른 일 예를 보인 단면도다.
도 9는 A 부분의 또 다른 일 예를 보인 단면도다.
도 10a와 도 10b는 A 부분의 또 다른 일 예를 보인 단면도와 사시도다.
도 11a와 도 11b는 A 부분의 또 다른 일 예를 보인 단면도와 사시도다.
도 12는 전기 자동차용 히터의 제어 방법을 보인 흐름도다.

이하, 본 발명에 관련된 전기 자동차용 히터에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 전기 자동차(10)의 실내를 뒷좌석에서 바라본 개념도다.

전기 자동차(10)의 실내에는 다수의 송풍구(11)가 형성된다. 송풍구(11)는 운전대(12)의 주변, 글로브 박스(13)의 주변, 콘솔 박스(14)의 후면 등 다양한 위치에 형성될 수 있다. 상기 송풍구(11)에서 공급되는 풍량은 조작 패널에 구비되는 조절부(15)에 의해 조절될 수 있다.

본 발명에서 제안하는 전기 자동차용 히터는 송풍구(11)와 연결되는 유로의 내측에 적어도 하나씩 설치된다. 팬에 의해 바람이 송풍구(11)를 통해 차량의 실내로 공급되는 동안 히터가 가동되면, 공기가 히터에 의해 가열되어 고온의 바람이 차량의 실내로 공급될 수 있다.

도 2는 본 발명에서 제안하는 전기 자동차용 히터(100)의 단면도다. 도 3은 본 발명에서 제안하는 전기 자동차용 히터(100)의 분해 사시도다. 도 4는 기판(110) 위에 적층된 절연 필름(120)과 발열체(140)를 보인 사시도다.

전기 자동차용 히터(100)는 기판(substrate)(110)과 상기 기판(110)의 일면 위에 순차적으로 적층되는 절연 필름(120), 전극(130)과 발열체(140), 그리고 보호층(150)을 포함한다.

기판(110)은 평평한 플레이트 형상을 가질 수 있다. 히터(100)가 휘어지는 성질을 갖기 위해서는 기판(110)의 두께가 0.5mm 이하인 것이 바람직하다.

기판(110)은 스테인리스 스틸(stainless steel), 세라믹(ceramic), 알루미늄(aluminium), 유리(glass) 등 다양한 소재로 이루어질 수 있다. 기판(110)의 두께가 0.5mm 이하라면 기판(110)의 소재보다 두께의 영향이 커져 기판(110)이 휘어지는 성질을 가질 수 있다.

기판(110)은 기저면을 제공한다. 기저면이란 기판(110) 위에 여러 층들이 형성될 수 있는 바탕이 되는 면을 가리킨다.

절연 필름(120)은 기판(110)의 일면을 덮는다. 도 2를 기준으로 기판(110)의 일면이란 기판(110)의 윗면을 가리킨다. 기판(110)이 스테인리스 스틸 등 전도성 소재로 형성되면, 후술하게 될 전극(130)으로 공급된 전류가 기판(110)으로 흐를 수 있다. 따라서 절연 필름(120)이 전극(130)과 기판(110) 사이에 배치되면, 기판(110)으로 전류가 흐르는 현상이 방지될 수 있다.

기판(110)의 일면에 적층된 절연 필름(120)은 기판(110)에 대응되는 형상을 갖게 된다. 예컨대 평평하고 납작한 절연 필름(120)이라도 후술하게 되는 바와 같이 기판(110)에 돌기가 형성되는 경우에는 절연 필름(120)도 기판(110)의 돌기에 대응되는 형상을 갖도록 부분적으로 변형될 수 있다.

전극(130)은 절연 필름(120)의 일면에 배치된다. 도 2를 기준으로 절연 필름(120)의 일면이란 절연 필름(120)의 윗면을 가리킨다. 전극(130)은 후술하게 되는 발열체(140)마다 양 단에 두 개씩 형성될 수 있다.

전극(130)은 전도성 와이어 등에 의해 배터리에 전기적으로 연결되어 배터리로부터 전력을 공급받는다. 여기서 배터리란 보조 배터리가 아니라 전기 자동차의 구동력에 동력을 제공하는 메인 배터리를 가리킨다. 배터리에서 공급된 전력은 전극(130)을 통해 발열체(140)로 전달된다.

발열체(140)는 전극(130)과 함께 절연 필름(120)의 일면에 형성된다. 발열체(140)의 양단에는 전극(130)이 하나씩 연결된다. 발열체(140)는 전극(130)을 통해 전력을 공급받으면 전기적 저항의 가변에 의해 발열하는 성질을 갖는다.

발열체(140)는 페이스트(paste), 유리 프릿(glass frit), 그리고 유기 바인더(organic binder)를 함유하는 도전성 재료로 조성된다.

페이스트는 루테늄 산화물(RuO₂), 팔라듐(Pd), 그리고 은(Ag)을 함유한다. 루테늄 산화물(RuO₂), 팔라듐(Pd), 그리고 은(Ag)은 각각 도전성 재료 전체를 기준으로 각각 4 내지 50 중량% 함유될 수 있다.

유리 프릿은 접착력이 강하고 기계적 강도와 화학적 내구성이 뛰어난 열결정성 분말 유리를 가리킨다. 유리 프릿은 도전성 재료 전체를 기준으로 5 내지 35 중량% 함유될 수 있다.

유기 바인더는 접착 강도 향상을 위한 것이다. 유기 바인더 중에서도 폴리아미드 바인더는 발열체(140)에 휘어지는 성질을 제공할 수 있다. 유기 바인더는 도전성 재료 전체를 기준으로 10 내지 35 중량% 함유될 수 있다.

상기와 같은 조성의 도전성 재료가 스크린 인쇄 기법을 통해 절연 필름(120) 위에 0.1 내지 0.3mm의 두께로 인쇄되면 면상 발열 패턴(141, 142)이 형성된다. 발열체의 패턴(141, 142)이 도시된 바와 같이 병렬적으로 형성되면, 하나의 패턴에서 단선이 발생하더라도 다른 패턴이 기능을 유지할 수 있다.

이러한 면상 발열 패턴(141, 142)을 형성하는 발열체(140)는 기존의 니크롬선 등과 같은 열선 방식에 비해 승온 시간이 짧고, 균일한 온도 분포와 반영구적인 수명을 갖는다.

보호층(150)은 발열체(140)와 전극(130)을 덮어 외부의 자극으로부터 발열체(140)와 전극(130)을 보호한다. 보호층(150)은 외곽 테두리에서 절연 필름(120)에 밀착될 수 있다. 보호층(150)도 절연 필름(120)과 마찬가지로 절연 성질을 갖는다.

본 발명에서 제안된 전기 자동차용 히터(100)는 하나 당 최대 전력 소모량이 약 88W로, 전기 자동차 하나에 10개의 히터(100)가 설치되더라도 최대 전력 소모량이 880W에 불과하고, 15개의 히터(100)가 설치되더라도 최대 전력 소모량이 1.4kW보다 작다. 현재 전기 자동차에 사용되는 PTC 히터가 5~7kW의 전력을 소모하는 점을 감안한다면, 본 발명에서 제공하는 전기 자동차용 히터(100)는 배터리 소모량을 크게 절감할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 전기 자동차용 히터(100)를 PTC 히터나 알루미늄 히터와 비교하면 다음과 같다.

도 5는 PTC 히터와 본 발명의 전기 자동차용 히터를 비교한 그래프다. 두 막대 그래프의 왼쪽은 PTC 히터의 데이터에 해당하고, 오른쪽은 본 발명의 전기 자동차용 히터에 해당하며, 실험 조건은 정격 입력 전압(normal input voltage) 288V, 최대 입력 전압(Max input voltage) 300V, 정격 송풍량(normal air flow rate) 240~300kg/h이다.

막대 그래프를 비교하면 효율은 본 발명의 전기 자동차용 히터가 94 내지 97%로 PTC 히터의 효율인 95.5%보다 높고, 소모 전력에서는 본 발명의 히터가 1.2 내지 5kW로 2 내지 7kW의 PTC 히터보다 적다. 최대 온도에서는 본 발명의 히터가 230℃ 이상으로 220℃ 이하인 PTC 히터보다 높고, 무게는 본 발명의 히터가 1.5kg 이하로 PTC 히터보다 가볍다.

도 6은 알루미늄 히터와 본 발명의 전기 자동차용 히터를 비교한 그래프다.

그래프의 위쪽 점들을 연결한 곡선은 본 발명의 히터에 해당하고, 아래쪽 점들을 연결한 곡선은 알루미늄 히터에 해당한다. 그래프에서 보는 바와 같이 약 70℃에 이르는 시간을 양자 비교하면 본 발명의 히터가 알루미늄 히터에 비해 10분정도 빠르며, 이에 근거하여 약 20%의 에너지 절감 효과를 가질 수 있다.

한편, 본 발명에서 제안하는 전기자동차용 히터의 기판(110)에는 복수의 홀과 복수의 돌기 중 적어도 한 종류가 형성된다. 도 3과 도 4에는 복수의 홀이 기판(110)에 형성되는 것으로 도시되어 있다. 복수의 홀에 대하여는 도 3, 도 4 그리고 도 7를 참조하여 설명한다.

도 7은 도 4에 표시된 A 부분의 단면도다.

기판(110)에 복수의 홀(111)이 형성되는 경우, 상기 복수의 홀(111)은 절연 필름(120), 발열체(140), 그리고 보호층(150)의 적층 방향을 따라 기판(110)을 관통하도록 형성된다. 도 7를 참조하면 절연 필름(120), 발열체(140), 그리고 보호층(150)은 상하 방향을 따라 기판(110)의 일면에 적층되며, 홀(111)도 절연 필름(120), 발열체(140), 그리고 보호층(150)의 적층 방향과 마찬가지로 상하 방향을 따라 기판(110)을 관통하도록 형성된다.

기판(110)에 형성되는 복수의 홀(111)들은 일 방향을 따라 연장되도록 형성된다. 복수의 홀(111)들은 같은 방향을 향해 나란하게 연장되도록 형성될 수 있다.

또한, 복수의 홀(111)끼리는 서로 이격된 위치에 형성된다. 복수의 홀(111)들이 서로 이격되는 방향은 연장 방향에 교차 내지 직교하는 방향이다. 예컨대 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 홀(111)들은 기판(110)의 세로 방향을 향해 연장되고, 기판(110)의 가로 방향을 따라 서로 이격된 위치에 형성될 수 있다.

전기 자동차용 히터를 구성하는 구성요소 중 전기 자동차용 히터의 휘어질 수 있는 성질이나 휘어진 상태를 유지하는 성질을 가장 방해하는 요소는 기판(110)이다. 기판(110)의 두께가 기판(110) 위에 적층된 절연 필름(120), 발열체(140), 보호층(150) 등의 두께의 합보다 두껍기 때문이다. 그런데, 복수의 홀(111)들이 상기와 같이 기판(110)에 형성되면, 복수의 홀(111)끼리 서로 이격되는 방향에서 휘어질 수 있는 성질이나 휘어진 상태를 유지하는 성질을 방해하는 요소가 줄어들게 되어, 전기 자동차용 히터의 설치 자유도가 향상되게 된다.

전기 자동차용 히터가 휘어질 수 있는 성질이나 휘어진 상태를 유지하는 성질을 갖게 하거나 향상시키는 구성은 홀(111) 외에 다른 구성도 가능하다. 이하에서는 다른 도면들을 참고하여 이러한 구성들에 대하여 설명한다.

도 8은 A 부분의 다른 일 예를 보인 단면도다.

기판(210)에는 복수의 돌기(212)가 형성될 수 있다. 복수의 돌기(212)는 복수의 홀과 마찬가지로 일 방향을 따라 연장되도록 형성된다. 그리고 복수의 돌기(212)끼리는 연장 방향에 교차 내지 직교하는 방향에서 서로 이격된 위치에 형성된다.

복수의 돌기(212)는 절연 필름(220), 발열체(240), 그리고 보호층(250) 등의 적층 방향을 향해 기판(210)의 베이스 면(214)으로부터 돌출된다. 기판(210)의 베이스 면(214)이란 돌기(212)가 형성되지 않았다고 생각할 수 있는 평평한 면을 가리킨다.

복수의 돌기(212)와 그루브(213)가 기판(210)에 형성되면, 기판(210) 위에 적층된 절연 필름(220), 발열체(240), 보호층(250)도 기판(210)의 돌기(212)와 그루브(213)에 대응하는 돌기와 그루브를 갖게 된다.

복수의 돌기(212)는 기판(210)의 접힘 가공에 의해 형성될 수 있다. 예컨대 도 8에 도시된 기판(210)에는 돌기(212)마다 세 개의 접힘 점 내지 접힘 선이 형성되므로, 최대 돌출 지점(215)이 뾰족한 돌기(212)를 형성하기 위해서는 3회의 접힘 가공이 필요할 수 있다.

기판(210)의 접힘 가공에 의하면 자연스럽게 복수의 돌기(212)가 돌출되는 면의 반대 면에는 복수의 돌기(212)에 대응되는 복수의 그루브(213)(groove)가 형성된다. 따라서 상기 복수의 그루브(213) 또한 복수의 돌기(212)와 마찬가지로 일 방향을 따라 연장되고, 연장 방향에 교차 내지 직교하는 방향에서 서로 이격된 위치에 형성된다.

접힘 가공에 의해 기판(210)에 복수의 돌기(212)가 형성되면, 기판(210)이 휘어지는 성질을 갖거나, 휘어진 상태를 유지하는 성질을 갖게 된다. 돌기(212)와 그루브(213)를 갖는 기판(210)은 평평한 기판(210)에 기해 휘어지기 쉽고, 휘어짐을 유지하는 성질도 뛰어나므로 전기 자동차용 히터의 설치 자유도가 증가하게 된다.

그 외 나머지 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.

도 9는 A 부분의 또 다른 일 예를 보인 단면도다.

도 9에 도시된 돌기(312)는 최대 돌출 지점(315)이 평평하다. 돌기(312)가 돌출되는 면의 반대 면에는 돌기(312)에 대응되는 그루브(313)가 형성된다. 도 9에 도시된 것과 달리 기판(310)에는 돌기(312)마다 네 개의 접힘 점 내지 접힘 선이 형성되므로, 최대 돌출 지점이 평평한 돌기(312)를 형성하기 위해서는 4회의 접힘 가공이 필요할 수 있다.

본 발명의 전기 자동차용 히터가 면상 발열 히터라는 점을 고려할 때, 돌기(312)에 의해 형성되는 단차는 발열체(340)의 열전달 면적 희생을 발생시킬 수 있다. 그러나 최대 돌출 지점이 평평하면 히터에서 열을 전달하는 면적의 희생이 적어질 수 있다는 장점이 있다.

도 9에서 미설명된 도면부호 314는 베이스 면, 320은 절연 필름, 350은 발열체를 가리킨다. 그 외 나머지 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.

도 10a와 도 10b는 A 부분의 또 다른 일 예를 보인 측면도와 사시도다.

복수의 돌기(412) 중 어느 일부는 돌기(412)가 연장되는 방향에서 서로 이격된 위치에 형성될 수 있다. 도 10a와 도 10b의 구조를 도 8의 구조와 비교하면, 도 8에서 일자로 연장되어 있던 돌기(412)가 도 10a와 도 10b에서는 중간중간 끊어진 구조라고 이해될 수 있다.

발열체(440)의 패턴은 돌기(412)가 연장되는 방향에서 서로 이격되어 있는 두 돌기(412)의 사이를 지나가도록 형성될 수 있다. 또한, 복수의 돌기(412)끼리는 연장 방향에 직교 내지 교차하는 방향에서 서로 이격되어 있고, 상기 직교 내지 교차하는 방향을 따라 발열체(440)의 패턴이 지나가므로, 발열체(440)의 패턴은 두 돌기(412) 사이를 반복적으로 지나가도록 형성될 수 있다.

한편, 기판(410), 절연 필름(420), 발열체(440) 및 보호층(450)의 적층 방향에서 두 돌기(412) 사이의 영역을 마주보는 위치에 복수의 홀(411) 중 어느 하나가 형성된다. 홀(411)은 두 돌기(412) 사이의 영역을 마주보는 위치마다 형성될 수 있다. 그리고 절연 필름(420)이 기판(410) 위에 적층되면, 절연 필름(420)은 두 돌기(412)의 사이에 형성되는 홀(411)을 덮게 된다.

구체적으로 기판(410), 절연 필름(420), 발열체(440) 및 보호층(450)의 적층 방향을 기준으로 기판(410)의 베이스 면(414)과 두 돌기(412)의 최대 돌출 지점 사이에 절연 필름(420)이 기판(410)의 홀(411)을 덮는다. 이를테면, 절연 필름(420)의 두께는 돌기(412)의 최대 돌출 길이보다 얇은 두께를 갖는다. 이에 따라 상기 적층 방향에서 돌기(412)의 최대 돌출 지점은 절연 필름(420)과 발열체(440)의 면접 위치보다 위에 형성되게 된다.

발열체(440)의 패턴은 두 돌기(412) 사이의 영역에서 절연 필름(420)의 일 면 위를 지나가도록 형성된다. 발열체(440)의 일면은 기판(410), 절연 필름(420), 발열체(440) 및 보호층(450)의 적층 방향에서 돌기(412)의 최대 돌출 지점의 아래에 배치되고, 발열체(440)의 타면은 상기 최대 돌출 지점의 위에 배치될 수 있다.

이와 같은 구성은 히터가 휘어지는 성질을 갖거나, 휘어짐을 유지하는 성질을 갖게 하는 것은 물론, 기판(410)의 내구성 저하를 최소화할 수 있다.

도 10a와 도 10b에서 미설명된 도면부호 413은 그루브, 414는 베이스 면, 415는 최대 돌출 지점을 가리킨다. 그 외 나머지 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.

도 11a와 도 11b는 A 부분의 또 다른 일 예를 보인 측면도와 사시도다.

도 11a와 도 11b에 도시된 돌기(512)는 최대 돌출 지점(515)이 평평하다. 돌기(512)가 돌출되는 면의 반대 면에는 돌기(512)에 대응되는 그루브(513)가 형성된다. 도 10a와 도 10b에 도시된 것과 달리 기판(510)에는 돌기(512)마다 네 개의 접힘 점 내지 접힘 선이 형성되므로, 최대 돌출 지점이 평평한 돌기(512)를 형성하기 위해서는 4회의 접힘 가공이 필요할 수 있다.

본 발명의 전기 자동차용 히터가 면상 발열 히터라는 점을 고려할 때, 돌기(512)에 의해 형성되는 단차에 의해 발열체(540)에서 열을 전달하는 면적의 희생이 발생할 수 있다. 그러나 최대 돌출 지점(515)이 평평하면 히터에서 열을 전달하는 면적의 희생이 적어질 수 있다는 장점이 있다.

도 11a와 도 11b에서 미설명된 도면부호 511은 홀, 513은 그루브, 514는 베이스 면, 520은 절연 필름, 550은 보호층을 가리킨다. 두 돌기(512) 사이에 홀(511)이 형성되는 구성이나, 절연 필름(520)이 적층되는 등 나머지 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.

한편, 본 발명에서는 전기 자동차의 배터리를 효율적으로 사용하기 위해 히터의 제어 방법을 개시한다.

도 12는 전기 자동차용 히터의 제어 방법을 보인 흐름도다.

먼저, 사용자에 의해 송풍량을 입력 받는다(S100). 본 발명의 히터는 사용자에 의해 입력된 송풍량의 증감에 근거하여 히터의 온도 상승 또는 온도 하강을 송풍량의 증감과 같은 방향으로 결정하도록 형성된다. 이를테면 전기 자동차용 히터의 온도는 송풍량에 의존적으로, 사용자에 의해 송풍량이 증가하게 되면 히터의 온도도 상승하고, 송풍량이 감소하게 되면 히터의 온도도 하강하게 된다.

이와 같은 구성에 의하면 도 1에서 설명된 전기 자동차의 내부 조작 패널에서 전기 자동차용 히터의 온도를 조절하기 위한 별도의 조절부가 불필요하고, 송풍량을 조절하는 조절부(15, 도 1 참조)만으로 히터의 온도까지 제어할 수 있게 된다. 다만, 이와 같이 작동은 히터의 가동을 희망하는 동절기로 한정되어야 한다.

예컨대, 찬 공기를 생성하는 공기 조화기가 꺼져 있거나, 이미 히터가 켜져 있어 히터의 가동을 희망하는 것으로 판단할 수 있거나, 공기 조화기와 히터가 모두 꺼져 있더라도 온도 센서에 의해 측정되는 온도가 동절기인 것으로 판단될 수 있는 온도인 경우에 위와 같은 제어가 실행될 수 있다.

히터의 온도가 송풍량에 의존적이므로, 송풍량이 최대가 되면 히터의 온도도 최대가 되도록 제어될 수 있다. 최대의 송풍량을 입력한다는 것은 보다 빠른 난방을 희망하는 것으로 이해될 수 있으므로, 히터의 온도도 최대가 되도록 하여 실내의 온도를 빠른 속도로 상승시키도록 제어되는 것이다.

차량 실내 공기가 따뜻해져 온도 센서에 의해 측정되는 온도가 일정한 기준을 넘어서게 되면 송풍량이 감소하게 되고, 송풍량이 감소하게 되면 히터의 온도도 함께 하강하도록 제어된다. 이와 같은 제어에 의하면 배터리 소모량을 절감할 수 있게 된다. 온도 센서에 의해 측정되는 온도와 무관하게 사용자에 의해 송풍량이 감소하는 방향으로 입력되는 경우에도 히터의 온도가 하강하도록 제어될 수 있다.

위와 같은 구성에서는 히터의 온도를 조절하기 위한 별도의 조절부가 불필요하여 회로 설계가 단순해질 수 있고, 고장 원인도 감소하게 된다. 또한 차량의 실내 온도가 어느 정도 상승한 이후에는 송풍량 감소에 따라 히터의 온도도 감소하게 되므로, 배터리 소모량을 절감할 수 있게 된다.

특히 전기 자동차와 같이 내연기관의 열을 이용할 수 없는 차량의 경우에는 히터의 온도가 송풍량과 함께 조합되어야 차량의 실내를 효율적으로 난방할 수 있다. 송풍량은 감소되었음에도 히터의 온도가 여전히 높은 온도로 유지된다면 배터리만 소모할 뿐 실내를 난방하는 효과가 줄어들게 된다. 따라서 히터의 온도를 송풍량에 의존적으로 제어하여 송풍량 감소시 히터의 온도 또한 하강하도록 제어되면, 실내를 난방하는 효과를 높이면서도 배터리 소모량을 절감할 수 있어 에너지 관리 관점에서 효과적이다.

송풍량에 따라 히터의 온도가 결정되는 경우에 송풍량의 증감에 히터의 온도가 선형적으로 증감하는 것도 가능하지만, 차등적으로 증감하면 배터리 소모량을 더욱 절감할 수 있다.

히터의 차등적 증감을 위해서는 송풍량이 입력된 이후에 기준 온도와 현재 온도의 차이값을 판단한다(S200). 히터의 가동이 불필요한 따뜻한 실내 온도를 예컨대 25℃라고 가정하고, 현재 실내의 온도를 임의로 10℃, 15℃, 또는 20℃라고 가정한다면, 기준 온도와 현재 온도의 차이 값은 15℃, 10℃, 5℃가 된다.

다음으로는 이 차이 값이 속하는 구간을 판단한다(S300). 온도의 차이 값이 15℃인 경우는 신속하게 차량의 실내를 난방할 필요가 있는 구간, 차이 값이 10℃인 경우는 중간 정도로 실내를 난방할 필요가 있는 구간, 차이 값이 5℃인 경우는 차량의 실내를 천천히 난방해도 되는 구간으로 판단될 수 있다.

마지막으로 구간 별로 정해진 온도 변화 폭에 따라 히터의 온도가 변화하도록 제어된다(S400). 이를테면 차량의 실내 온도와 기준 온도의 차이가 다수의 구간 중 어느 구간에 속하는지에 따라 히터의 온도 상승폭 또는 하강폭이 차등적으로 변화하도록 제어된다.

기준 온도와 실내 온도의 차이가 상대적으로 큰 구간, 이를테면 온도 차이 값이 15℃여서 신속하게 차량의 실내를 난방할 필요가 있는 구간에서는 송풍량의 증감에 따라 히터의 온도 상승폭 또는 하강폭이 상대적으로 큰 값으로 결정된다. 예컨대 송풍량이 한단계 증가하게 되면 히터의 온도가 3℃ 증가하도록 제어될 수 있다.

기준 온도와 실내 온도의 차이가 중간인 구간, 이를테면 온도 차이 값이 10℃여서 차량의 실내를 중간 정도로 난방할 필요가 있는 구간에서는 송풍량의 증감에 따라 히터의 온도 상승폭 또는 하강폭이 중간 값으로 결정된다. 예컨대 송풍량이 한단계 증가하게 되면 히터의 온도가 2℃ 증가하도록 제어될 수 있다.

기준 온도와 실내 온도의 차이가 상대적으로 작은 구간, 이를테면 온도 차이 값이 5℃여서 차량의 실내를 천천히 난방해도 되는 구간에서는 송풍량의 증감에 따라 히터의 온도 상승폭 또는 하강폭이 상대적으로 작은 값으로 결정된다. 예컨대 송풍량이 한단계 증가하게 되면 히터의 온도가 1℃ 증가하도록 제어될 수 있다.

이와 같은 제어에 의하면 차량의 실내를 신속하게 난방할 필요가 있는 구간에서는 배터리를 다소 많이 소모하더라도 실내가 신속하게 따뜻해질 수 있는 반면, 차량을 천천히 난방해도 되는 구간에서는 송풍량이 증가하더라도 히터의 온도가 상대적으로 작은 값으로 증가하게 되므로 배터리 소모를 절감할 수 있게 된다.

이상에서 설명된 전기 자동차용 히터는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

기판;
상기 기판의 일면을 덮는 절연 필름;
(1) 루테늄 산화물, 팔라듐, 그리고 은을 함유하는 페이스트, (2) 유리 프릿, 그리고 (3) 유기 바인더를 함유하는 도전성 재료로 조성되며, 상기 절연 필름의 일면에 패턴을 형성하는 발열체; 및
상기 발열체를 덮는 보호층을 포함하고,
상기 기판에는 복수의 홀과 복수의 돌기 중 적어도 한 종류가 형성되고,
상기 복수의 홀 또는 상기 복수의 돌기는 일 방향을 따라 연장되도록 형성되고, 상기 복수의 홀끼리 또는 상기 복수의 돌기끼리는 서로 이격된 위치에 형성되며,
상기 복수의 돌기가 돌출되는 면의 반대 면에는 상기 복수의 돌기에 대응되는 복수의 그루브(groove)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 히터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 홀은 상기 절연 필름, 상기 발열체 및 상기 보호층의 적층 방향을 따라 상기 기판을 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 히터.
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기판;
상기 기판의 일면을 덮는 절연 필름;
(1) 루테늄 산화물, 팔라듐, 그리고 은을 함유하는 페이스트, (2) 유리 프릿, 그리고 (3) 유기 바인더를 함유하는 도전성 재료로 조성되며, 상기 절연 필름의 일면에 패턴을 형성하는 발열체; 및
상기 발열체를 덮는 보호층을 포함하고,
상기 기판에는 복수의 홀과 복수의 돌기 중 적어도 한 종류가 형성되고,
상기 복수의 홀 또는 상기 복수의 돌기는 일 방향을 따라 연장되도록 형성되고, 상기 복수의 홀끼리 또는 상기 복수의 돌기끼리는 서로 이격된 위치에 형성되며,
상기 복수의 돌기 중 어느 일부는 상기 일 방향에서 서로 이격된 위치에 형성되고,
상기 발열체의 패턴은 상기 일 방향에서 서로 이격되어 있는 두 돌기의 사이를 지나가도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 히터.
제4항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 기판의 베이스 면으로부터 상기 절연 필름, 상기 발열체 및 상기 보호층의 적층 방향을 향해 돌출되고,
상기 적층 방향에서 상기 두 돌기 사이의 영역을 마주보는 위치에 상기 복수의 홀 중 어느 하나가 형성되며,
상기 적층 방향을 기준으로 상기 기판의 베이스 면과 상기 두 돌기의 최대 돌출 지점의 사이에서 상기 절연 필름이 상기 어느 하나의 홀을 덮고,
상기 발열체의 패턴은 상기 두 돌기 사이의 영역에서 상기 절연 필름의 일면 위를 지나가도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 히터.
제5항에 있어서,
상기 적층 방향에서 상기 최대 돌출 지점은 상기 절연 필름과 상기 발열체의 면접 위치보다 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 히터.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 전기 자동차용 히터는 전기 자동차의 구동에 동력을 제공하는 배터리로부터 전력을 공급받으며,
사용자에 의해 입력된 송풍량의 증감에 근거하여, 상기 히터의 온도 상승 또는 하강 방향을 상기 송풍량의 증감과 같은 방향으로 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 히터.
제7항에 있어서,
상기 송풍량이 최대값으로 입력되면, 상기 히터의 온도도 최대값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 히터.
제7항에 있어서,
차량의 실내 온도와 기준 온도의 차이가 다수의 구간 중 어느 구간에 속하는지에 따라 상기 히터의 온도 상승폭 또는 하강폭이 차등적으로 변하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 히터.
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