KR102506814B1 - 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈 및 그를 포함하는 배터리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈 및 그를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 저온 환경에 노출된 시동 배터리를 설정된 시간 내에 정상 작동 온도 범위로 가온하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈은 복수의 배터리 히터, 온도 센서 및 제어부를 포함한다. 복수의 배터리 히터는 시동 배터리를 형성하는 적층된 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되며, 병렬로 전기적으로 연결되며, 시동 배터리로부터 전원을 인가받아 발열하되, 시동 배터리의 출력전압 변화에 따라 비례적으로 발열온도 및 출력이 증가하는 NTC(negative temperature coefficient) 특성을 갖는 필름 형태의 히터이다. 온도 센서는 시동 배터리의 온도를 센싱한다. 그리고 제어부는 시동 배터리의 출력전압을 복수의 배터리 히터로 인가하여 복수의 배터리 히터에서 발생되는 열로 시동 배터리를 가온하고, 온도 센서로 센싱한 시동 배터리의 온도가 설정 온도에 도달하면 복수의 배터리 히터로의 전원 공급을 차단한다.
Description
본 발명은 비행체용 배터리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 0℃ 이하의 저온 환경에 노출된 리튬 배터리를 설정된 시간 내에 정상 작동 온도 범위로 가온하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈 및 그를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
대부분의 배터리는 사용 온도에 따라 성능이 크게 달라지는데, 특히 0℃ 이하의 저온에서 그 성능이 크게 감소하여 정상적인 성능을 발휘하지 못한다. 배터리 중 그 수요가 많은 리튬 배터리의 경우 낮은 온도 환경에 장시간 노출될 경우, 충방전 효율이 낮아지고 출력 성능이 급격히 감소하며 수명이 짧아지는 등 정상적인 거동을 보이지 못한다. 리튬 배터리의 경우 -10℃ 이하 저온에서 충전하게 되면 화재, 폭발 등이 발생될 수 있는 잠재적인 위험 요소를 안고 있다.
전투기, 무인비행기, 드론 등의 비행체에 장착된 시동 배터리가 저온 환경에서 작동이 지연될 경우, 비행체의 기동성에 상당한 위험을 초래할 수 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 시동 배터리에 배터리 히터를 장착하여 저온으로 떨어진 시동 배터리를 가온하는 방법이 있다. 배터리 히터로 금속 식각형의 필름 히터를 장착할 경우, -30℃ 이하의 저온에서 정상 작동 온도인 0℃까지 상승하는데 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
특히 비행체 중 전투기는 특수성 때문에 기동 지연은 전투 및 군사작전에 치명적인 악영향을 미칠 수 있기 때문에, -30℃ 이하의 저온 환경에서 빠른 시간 내에 시동 배터리의 안정적인 출력을 확보하는 것은 매우 중요한 기술적 이슈라 할 수 있다.
배터리 히터로서 니켈 합금 포일 또는 구리 포일을 식각 공정에 의해 제조한 선상 발열체를 사용할 경우, 균일한 발열을 유도하기 어렵다. 선상 발열체 사이에 빈공간이 많아 발열이 되지 않는 데드존(dead zone)이 많이 발생하기 때문에, 배터리의 히터-업(heat-up) 속도가 느리다.
그리고 선상 발열체는 면상 발열체에 비해서 발열체 전면으로의 열확산 속도가 느린 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 0℃ 이하의 저온 환경에 노출된 시동 배터리를 설정된 시간 내에 정상 작동 온도 범위로 가온하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈 및 그를 포함하는 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 -32℃에서 2분 이내에 시동 배터리를 0℃로 가온하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈 및 그를 포함하는 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 데드존(dead zone) 발생을 최소화할 수 있는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈 및 그를 포함하는 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시동 배터리의 출력전압 변화에 따라 비례적으로 발열온도 및 출력이 증가하는 NTC(negative temperature coefficient, 부온도계수) 특성을 갖는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈 및 그를 포함하는 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시동 배터리를 형성하는 적층된 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되며, 병렬로 전기적으로 연결되며, 상기 시동 배터리로부터 전원을 인가받아 발열하되, 상기 시동 배터리의 출력전압 변화에 따라 비례적으로 발열온도 및 출력이 증가하는 NTC(negative temperature coefficient) 특성을 갖는 필름 형태의 복수의 배터리 히터; 상기 시동 배터리의 온도를 센싱하는 온도 센서; 및 상기 시동 배터리의 출력전압을 상기 복수의 배터리 히터로 인가하여 상기 복수의 배터리 히터에서 발생되는 열로 상기 시동 배터리를 가온하고, 상기 온도 센서로 센싱한 상기 시동 배터리의 온도가 설정 온도에 도달하면 상기 복수의 배터리 히터로의 전원 공급을 차단하는 제어부;를 포함하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈을 제공한다.
상기 복수의 배터리 히터는 각각, 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 일면에 형성되는 전극 배선 패턴으로, 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성된 제1 및 제2 전극 배선부와, 상기 제1 및 제2 전극 배선부에 각각 연결되며 상기 시동 배터리로부터 전원을 인가받아 상기 제1 및 제2 전극 배선부로 전달하는 금속판으로 형성되는 제1 및 제2 외부 접속 단자를 구비하는 상기 전극 배선 패턴; 상기 제1 및 제2 전극 배선부를 연결하도록 상기 베이스 필름의 일면에 전도성 입자로 탄소 소재를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴으로 전원을 인가받아 발열하는 면상 발열체; 및 상기 면상 발열체가 형성된 상기 베이스 필름의 일면을 덮는 덮개 필름;을 포함한다.
상기 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은, 상기 탄소 소재로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 전도성 입자; 및 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;를 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극 배선부 사이의 폭 보다 상기 면상 발열체가 인쇄되는 상기 제1 및 제2 전극 배선부의 길이가 길다.
상기 복수의 배터리 히터는 상기 시동 배터리의 출력전압 범위에서 발열한다.
상기 복수의 배터리 히터는 DC 12V 인가 시의 열밀도×발열온도가 139 내지 212이다.
상기 복수의 배터리 히터는 -32℃에서 2분 이내에 상기 시동 배터리를 0℃로 가온한다.
상기 배터리 히터의 데드존은 상기 배터리 히터의 전체면적의 5% 이하이다.
상기 설정 온도는 0℃이다.
그리고 본 발명은 적층된 복수의 배터리 모듈을 구비하는 시동 배터리; 및 상기 시동 배터리에 설치되어, 상기 시동 배터리로부터 전원을 인가받아 상기 시동 배터리를 설정 온도로 가온하는 상기 배터리 히터 모듈;을 포함하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 배터리 히터 모듈은 시동 배터리의 -32℃의 저온 환경에서 낮은 초기 출력 전압, 예컨대 DC 2V 정도의 저전압에서도 발열이 가능하고, 시동 배터리의 온도 상승에 따라 증가하는 출력 전압에 따라 비례하여 발연 온도가 증가하여 시동 배터리를 가온하기 때문에, 0℃ 이하의 저온 환경에 노출된 시동 배터리를 설정된 시간 내에 정상 작동 온도 범위로 가온할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 히터 모듈은 -32℃에서 2분 이내에 비행체용 시동 배터리를 0℃로 가온할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 히터는 시동 배터리의 출력전압 변화에 따라 비례적으로 발열온도 및 출력이 증가하는 NTC(negative temperature coefficient, 부온도계수) 특성을 갖는 필름형 히터로서, 인쇄 공정을 통해서 베이스 필름의 전면에 균일한 두께로 면상 발열체가 형성된 구조를 갖기 때문에, 전극부를 제외하고 데드존이 전체면적의 5% 이하이다.
이와 같은 본 발명에 따른 배터리 히터는 시동 배터리로 리튬 배터리를 사용하는 전투기, 무인비행기, 수송기, 헬로콥터 또는 드론 등과 같은 비행체에 적용될 수 있다.
그 외 본 발명에 따른 배터리 히터는 라이트박스(lightbox), 무정전공급장치의 배터리 백업(UPS battery backup), 통신기지국(telecommunication station), 재생에너지(renewal energy), 교통신호등제어기(traffic light control) 등과 같은 저온 환경에 노출이 빈번한 다양한 전기 구동 장치에 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈을 포함하는 배터리 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 시동 배터리에 복수의 배터리 히터가 설치된 상태를 보여주는 개략도이다.
도 3은 도 2의 배터리 히터를 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 4-4선 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 비교예1 내지 비교예3에 따른 배터리 히터의 평면도이다.
도 8은 실시예1에 따른 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈을 포함하는 배터리 시스템의 -32℃ 저온 구동 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 2는 도 1의 시동 배터리에 복수의 배터리 히터가 설치된 상태를 보여주는 개략도이다.
도 3은 도 2의 배터리 히터를 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 4-4선 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 비교예1 내지 비교예3에 따른 배터리 히터의 평면도이다.
도 8은 실시예1에 따른 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈을 포함하는 배터리 시스템의 -32℃ 저온 구동 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈을 포함하는 배터리 시스템을 보여주는 개략도이다. 도 2는 도 1의 시동 배터리에 복수의 배터리 히터가 설치된 상태를 보여주는 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 시스템(100)은 시동 배터리(10) 및 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈(50)을 포함한다. 시동 배터리(10)는 적층된 복수의 배터리 모듈(12)을 구비한다. 배터리 히터 모듈(50)은 시동 배터리(10)에 설치되어, 시동 배터리(10)로부터 전원을 인가받아 시동 배터리(10)를 설정 온도로 가온한다.
여기서 시동 배터리(10)로는 부하에 전기에너지를 공급하는 복수의 배터리 셀을 구비한다. 예컨대 시동 배터리(10)로는 리튬 배터리가 사용될 수 있다. 배터리 셀로서 복수의 리튬이차전지 셀을 구비한다. 리튬이차전지 셀은 외부 충격, 열 또는 진동 등으로 보호하기 위해서 일정한 개수, 예컨대 10개 내외로 묶어 프레임에 넣은 배터리 모듈(12)로 제작된다. 시동 배터리(10)는 이러한 배터리 모듈(12)을 복수개로 묶어 배터리 팩 형태로 제작된다.
그리고 배터리 히터 모듈(50)은 복수의 배터리 히터(20), 온도 센서(30) 및 제어부(40)를 포함한다. 복수의 배터리 히터(20)는 복수의 배터리 모듈(12) 사이에 개재되며, 병렬로 전기적으로 연결되며, 시동 배터리(10)로부터 전원을 인가받아 발열하되, 시동 배터리(10)의 출력전압 변화에 따라 비례적으로 발열온도 및 출력이 증가하는 NTC(negative temperature coefficient) 특성을 갖는 필름 형태의 히터이다. 온도 센서(30)는 시동 배터리(10)의 온도를 센싱한다. 그리고 제어부(40)는 시동 배터리(10)의 출력전압을 복수의 배터리 히터(20)로 인가하여 복수의 배터리 히터(20)에서 발생되는 열로 시동 배터리(10)를 가온하고, 온도 센서(30)로 센싱한 시동 배터리(10)의 온도가 설정 온도에 도달하면 복수의 배터리 히터(20)로의 전원 공급을 차단한다.
예컨대 시동 배터리(10)는 6개의 배터리 모듈(12)로 구성될 수 있다. 배터리 모듈(12)은 병렬로 전기적으로 연결된 18개의 배터리 셀을 구비할 수 있다. 6개의 배터리 모듈(12)은 직렬로 전기적으로 연결된다.
복수의 배터리 히터(20)는 6개의 배터리 모듈(12) 사이에 개재된다. 그리고 복수의 배터리 히터(20)는 복수의 배터리 모듈(12)의 양쪽의 최외곽에 위치하는 배터리 모듈(12)의 외측면에 설치되는 한 쌍의 최외곽 배터리 히터(20)를 더 포함할 수 있다. 즉 복수의 배터리 히터(20)의 개수는 7개이다. 7개의 배터리 히터(20)는 병렬로 전기적으로 연결된다.
이러한 배터리 히터(20)는 시동 배터리(10)에 설치되며, 제어부(40)의 제어에 따라 시동 배터리(10)를 가온한다. 배터리 히터(20)는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성한 면상 발열체(27)를 구비하며, 저전압에서 짧은 시간에 대면적 발열이 가능하다. 이로 인해 시동 배터리(10)가 저온 환경에 있더라도, 배터리 히터(20)는 시동 배터리(10)를 DC 2V의 저전압에서도 대면적으로 높은 발열량을 순간적으로 발생시켜 시동 배터리(10)를 가온시킬 수 있다.
이러한 배터리 히터(20)는 시동 배터리(10)를 보다 균일하게 히팅하기 위해서, 배터리 모듈(12)들 사이에 설치된다. 그 외 배터리 히터(20)는 시동 배터리(10)의 바닥면 또는 측면에 내장되는 형태로 설치될 수 있다.
그리고 제어부(40)는 시동 배터리(10)의 구동을 제어하는 마이크로프로세서로서, 온도 센서(30)로부터 수신한 시동 배터리(10)의 온도 정보를 이용하여 시동 배터리(10)의 가온을 제어한다. 예컨대 제어부(40)는 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)으로, 리튬이차전지 셀의 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과를 토대로 가온을 통하여 시동 배터리(10)의 온도 관리를 수행한다.
이러한 제어부(40)는 온도 센서(30)로 센싱한 시동 배터리(10)의 온도를 기반으로 배터리 히터(20)의 구동을 제어한다. 즉 온도 센서(30)는 시동 배터리(10)의 온도를 센싱한 온도 정보를 제어부(40)로 전달한다. 온도 센서(30)로 센싱한 온도가 설정 온도 이하인 경우, 제어부(40)는 시동 배터리(10)의 출력전압을 배터리 히터(20)로 공급한다. 배터리 히터(20)에서 발열되는 열로 시동 배터리(10)를 가온한다. 제어부(40)는 배터리 히터(20)로 시동 배터리(10)를 히팅한 후, 온도 센서(30)로 센싱한 시동 배터리(10)의 온도가 설정 온도에 도달하면, 배터리 히터(20)로 공급되는 전원을 차단하여 시동 배터리(10)의 히팅을 중단시킨다. 이때 설정 온도는 시동 배터리(10)의 정상적인 충방전이 가능한 범위의 온도로 설정될 수 있다. 예컨대 설정 온도는 0℃ 일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 배터리 시스템(100)에 적용되는 배터리 히터(20)에 대해서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 도 2의 배터리 히터(20)를 보여주는 평면도이다. 그리고 도 4는 도 3의 4-4선 단면도이다.
본 발명에 따른 배터리 히터(20)는 베이스 필름(21), 전극 배선 패턴(23), 면상 발열체(27) 및 덮개 필름(29)을 포함한다. 전극 배선 패턴(23)은 베이스 필름(21)의 일면에 형성되는 전극 배선 패턴(23)으로, 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성된 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)와, 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)에 각각 연결되며 시동 배터리(10)로부터 전원을 인가받아 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)로 전달하는 금속판으로 형성되는 제1 및 제2 외부 접속 단자(25a,25b)를 구비한다. 면상 발열체(27)는 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)를 연결하도록 베이스 필름(21)의 일면에 전도성 입자로 탄소 소재를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 전극 배선 패턴(23)으로 전원을 인가받아 발열한다. 그리고 덮개 필름(29)은 면상 발열체(27)가 형성된 베이스 필름(21)의 일면을 덮는다.
여기서 베이스 필름(21)은 일면에 전극 배선 패턴(23), 면상 발열체(27) 및 덮개 필름(29)이 형성된다. 이러한 베이스 필름(21)의 소재로는 플라스틱 소재가 사용될 수 있다. 플라스틱 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP)가 사용될 수 있으며, 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다.
전극 배선 패턴(23)은 베이스 필름(21)의 일면에 형성되며, 시동 배터리(10)로부터 인가되는 전원을 면상 발열체(27)로 공급한다. 전극 배선 패턴(23)은 전압 강하(voltage drop)를 최소화할 수 있도록 금속 소재로 형성될 수 있다. 전극 배선 패턴(23)을 형성하는 금속 소재로는 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다.
전극 배선 패턴(23)은 금속박을 이용한 에칭 방법 또는 금속 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 형성할 수 있다. 즉 전극 배선 패턴(23)은 베이스 필름(21)의 일면에 금속박을 적층한 후 에칭 방법으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 또는 전극 배선 패턴(23)은 금속 페이스트를 베이스 필름(21)의 일면에 인쇄하여 형성할 수 있다.
이러한 전극 배선 패턴(23)은 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)와, 제1 및 제2 외부 접속 단자(25a,25b)를 포함한다.
제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)는 사이에 형성되는 면상 발열체(27)에 의해 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)는 일정 간격을 두고 평행하게 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b) 사이의 폭(d) 보다 면상 발열체(27)가 인쇄되는 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)의 길이(S)가 길게 설계될 수 있다.
제1 및 제2 외부 접속 단자(25a,25b)는 시동 배터리(10)로부터 전원을 인가받아 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)를 통하여 면상 발열체(27)로 공급하여 발열시킨다. 제1 및 제2 외부 접속 단자(25a,25b)는 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)에 각각 연결되며, 베이스 필름(21)의 외측으로 돌출되게 형성된다.
제1 및 제2 외부 접속 단자(25a,25b)는 시동 배터리(10)와 연결되는 전원 케이블과의 안정적인 솔더 접합성, 전기전도성 및 IR 드랍(drop)을 억제하기 위해서, 금속판으로 형성하는 것이 바람직하다.
면상 발열체(27)는 전극 배선 패턴(23)의 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)에 연결하도록 형성된다. 면상 발열체(27)는 발열체 조성물을 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)에 인쇄한 후, 건조 및 경화하여 형성한다. 발열체 조성물의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄), 콤마 코팅(내지 롤투롤 콤마 코팅), 플렉소, 임프린팅, 옵셋 인쇄 등이 사용될 수 있다. 건조 및 경화는 100℃ 내지 180℃에서 수행될 수 있다.
면상 발열체(27)는 베이스 필름(21)의 일면 형성된다. 면상 발열체(27)는 베이스 필름(21)의 일면의 대부분을 덮도록 하나로 형성된다. 이와 같이 면상 발열체(27)를 형성하는 이유는 배터리 히터(20)의 데드존이 배터리 히터(20)의 전체면적의 5% 이하가 되도록 하기 위해서이다.
이러한 면상 발열체(27)를 형성하는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 전도성 입자를 포함한다. 면상 발열체(27)를 형성하기 위해서, 인쇄 공정에 투입되는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 전도성 입자 이외에, 유기 용매와 분산제를 더 포함한다.
발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대해서, 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 전도성 입자 0.7 내지 60 중량부, 유기 용매 29 내지 80 중량부, 및 분산제 0.5 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
전도성 입자는 전도성을 갖는 탄소 입자 또는 금속 분말을 포함한다. 탄소 입자로는 탄소나노튜브 입자 또는 그라파이트 입자가 사용될 수 있다. 금속 분말로는 은, 구리 또는 니켈 소재의 분말이 사용될 수 있다. 예컨대 전도성 입자는 발열 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자 0.1 내지 20 중량부 또는 금속 분말 10 내지 60 중량부를 포함할 수 있다.
탄소나노튜브 입자는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 예컨대 탄소나노튜브 입자는 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube)일 수 있다. 탄소나노튜브 입자가 다중벽 탄소나노튜브일 때, 직경은 1nm 내지 20nm 일 수 있고, 길이는 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
그라파이트 입자는 직경이 1㎛ 내지 25㎛일 수 있고, 두께가 1nm 내지 25㎛일 수 있다.
금속 분말은 은, 구리 또는 니켈 소재의 분말을 포함한다. 은 분말의 경우, 플레이크, 구형, 다각형 판상, 막대(rod) 등의 형태를 가질 수 있다. 구리 분말로는 은이 코팅된 구리(Ag coated Cu) 분말, 니켈이 코팅된 구리(Ni coated Cu) 분말 등이 사용될 수 있다. 그리고 니켈 분말로는 은이 코팅된 니켈(Ag coated Ni) 분말이 사용될 수 있다.
탄소 입자와 금속 분말을 포함하는 발열체 조성물로 면상 발열체(27)를 형성하는 경우, 금속 분말이 주 전기적 네트워크를 형성하고, 금속 분말 사이의 공간에 탄소 입자가 채워져 3차원 랜덤 네트워크 구조를 형성한다.
이와 같이 발열체 조성물은 탄소 입자와 금속 분말을 포함함으로써, 면상 발열체(27)의 에너지 효율 및 발열 속도를 높일 수 있다. 즉 금속 분말은 흑체 복사 기능을 갖지 않는다. 하지만 발열체 조성물에 탄소 입자를 포함시킴으로써, 흑체 복사 기능을 구현할 수 있다. 탄소 입자로 인해서 면상 발열체(27)의 내열성을 높일 수 있다. 그리고 탄소 입자로 인해서, 면상 발열체(27)의 발열 속도 및 에너지 효율을 높일 수 있다.
면상 발열체(27)의 비저항은 전체 고형분 중 탄소 입자 또는 금속 분말의 함량에 의해 결정될 수 있다. 예컨대 1×10-2Ω㎝ 영역대까지는 탄소 입자만으로 비저항 조절이 가능하나, 그 이하의 영역은 금속 분말의 추가적인 도입이 필요하다. 면상 발열체(27)는 9×10-2 내지 1.1×10-3 Ω㎝의 비저항을 가질 수 있다.
혼합 바인더는 300℃ 가량의 온도에서도 내열성을 가질 수 있도록, 페놀계 수지, 아세탈계 수지, 이소시아네이트계 수지 및 에폭시계 수지 중 적어도 2종을 포함한다. 예컨대 혼합 바인더는 에폭시(epoxy), 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지 중 적어도 2종을 포함한다.
예컨대 혼합 바인더는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하거나 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함할 수 있다. 여기서 혼합 바인더는, 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계 수지 100 내지 500 중량부를 포함할 수 있다. 페놀계 수지가 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 100 중량부 이하인 경우 내열성이 저하되고, 500 중량부를 초과하는 경우 면상 발열체(27)의 유연성이 저하되어 취성이 강해질 수 있다.
이와 같이 혼합 바인더의 내열성을 높임으로써, 면상 발열체(27)를 300℃ 가량의 고온으로 발열시키는 경우에도, 면상 발열체(27)의 저항 변화나 파손을 억제할 수 있다.
여기에서 페놀계 수지는 페놀 및 페놀 유도체를 포함하는 페놀계 화합물을 의미한다. 예컨대 페놀 유도체는 p-크레졸(p-Cresol), o-구아야콜(o-Guaiacol), 크레오졸(Creosol), 카테콜(Catechol), 3-메톡시-1,2-벤젠디올(3-methoxy-1,2-Benzenediol), 호모카테콜(Homocatechol), 비닐구아야콜(Vinylguaiacol), 시링콜(Syringol), 이소-유제놀(Iso-eugenol), 메톡시 유제놀(Methoxyeugenol), o-크레졸(o-Cresol), 3-메틸-1,2-벤젠디올 (3-methyl-1,2-Benzenediol), (z)-2-메톡시-4-(1-프로페닐)-페놀((z)-2-methoxy-4-(1-propenyl)-Phenol), 2,6-디에톡시-4-(2-프로페닐)-페놀(2,6-dimethoxy-4-(2-propenyl)-Phenol), 3,4-디메톡시-페놀(3,4-dimethoxy-Phenol), 4-에틸-1,3-벤젠디올(4-ethyl-1,3-Benzenediol), 레졸 페놀(Resole phenol), 4-메틸-1,2-벤젠디올(4-methyl-1,2-Benzenediol), 1,2,4-벤젠트리올(1,2,4-Benzenetriol), 2-메톡시-6-메틸페놀(2-Methoxy-6-methylphenol), 2-메톡시-4-비닐페놀(2-Methoxy-4-vinylphenol) 또는 4-에틸-2-메톡시-페놀(4-ethyl-2-methoxy-Phenol) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
유기 용매는 전도성 입자 및 혼합 바인더를 분산시키기 위한 것으로, 카비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl carbotol acetate), DBE(dibasic ester), 에틸카비톨, 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올(Butanol) 및 옥탄올(Octanol) 중에서 선택되는 2 이상의 혼합 용매일 수 있다.
한편, 분산을 위한 공정은 통상적으로 사용되는 다양한 방법들이 적용될 수 있으며, 예를 들면 초음파처리(Ultra-sonication), 롤밀(Roll mill), 비드밀(Bead mill) 또는 볼밀(Ball mill) 과정을 통해 이루어질 수 있다.
그리고 분산제는 전도성 입자의 분산을 보다 원활히 위한 것으로, BYK류와 같이 당업계에서 이용되는 통상의 분산제, Triton X-100과 같은 양쪽성 계면활성제, SDS 등과 같은 이온성 계면활성제를 이용할 수 있다.
또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 실란 커플링제 0.1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.
실란 커플링제는 발열체 조성물의 배합 시에 수지들 간에 접착력을 증진시키는 접착증진제 기능을 한다. 실란 커플링제는 에폭시 함유 실란 또는 머켑토 함유 실란일 수 있다. 이러한 실란 커플링제의 예로는 에폭시가 함유된 것으로 2-(3,4 에폭시 사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란이 있고, 아민기가 함유된 것으로 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란이 있으며, 머켑토가 함유된 것으로 3-머켑토프로필메틸디메톡시실란, 3-머켑토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등이 있으며, 이것에 한정되지 않는다.
또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 세라믹 입자 0.5 내지 20 중량부를 더 포함할 수 있다. 세라믹 입자는 면상 발열체(27)의 열용량을 증가시킨다. 이러한 세라믹 입자로는 유리 입자 또는 실리콘 입자가 사용될 수 있다.
또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 그래핀 산화물 입자 0.0001 내지 1 중량부를 더 포함할 수 있다. 그래핀 산화물 입자는 1층 내지 20층 이내의 절연성을 가지며, 부분적으로 흑연화(graphitization)된 입자이다.
그래핀 산화물 입자는 다양한 관능기를 가지고 있다. 이러한 다양한 관능기를 이용하여 그래핀 산화물 입자는 유기 바인더인 혼합 바인더와 직접적인 화학적 공유 결합을 유도할 수 있다. 이로 인해 발열 조성물은 300℃ 부근 온도에서도 안정적인 내열성을 갖는다.
그래핀 산화물 입자는 표면과 에지부에 카르복실, 아민, 이민, 하이드록실, 카로보닐, 락톤 등의 다양한 화학적 반응성이 우수한 관능기를 가지고 있다. 그래핀 산화물 입자에 포함된 관능기는 디이소시아네이트, 페놀, 에폭시에 포함된 관능기와 화학적 공유결합이 가능하다. 따라서 그래핀 산화물 입자는 혼합 바인더에 포함되는 에폭시 아크릴레이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 페놀계 수지와 화학적 공유 결합을 형성한다. 이러한 그래핀 산화물 입자와 혼합 바인더 간의 화학적 공유 결합은 3차원 3차원 네트워크를 형성하고, 고분자 사슬의 움직임을 억제하는 효과가 있기 때문에, 유리전이도 및 분해개시온도의 상승을 유발할 수 있다.
그리고 덮개 필름(29)은 면상 발열체(27)가 형성된 베이스 필름(21)의 일면을 덮도록 형성된다. 덮개 필름(29)은 베이스 필름(21)의 일면에 형성된 전극 배선 패턴(23)의 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)와 면상 발열체(27)를 외부 환경으로부터 보호하는 기능과, 면상 발열체(27)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 기능을 함께 수행한다. 이러한 덮개 필름(29)의 소재로는 우레탄 수지, 실리콘 수지, 이미드계 수지 또는 면상 발열체(27)와의 접촉면에 절연 접착층이 형성된 금속박이 사용될 수 있다. 절연 접착층의 소재로는 우레탄 또는 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 예컨대 덮개 필름(29)은 핫 프레싱(hot pressing) 또는 라미네이팅(laminating) 방법으로 베이스 필름(21)에 접합될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 배터리 히터(20)는 시동 배터리(10)의 출력전압 범위에서 구동이 가능한다. 예컨대 전투기용 시동 배터리(10)가 -32℃에 노출될 경우, 시동 배터리(10)의 출력 전압은 DV 2V 정도이다. 본 발명에 따른 따른 배터리 히터(20)는 DC 2V를 인가받아 발열한다.
이와 같이 본 발명에 따른 배터리 히터 모듈(50)은 시동 배터리(10)의 -32℃의 저온 환경에서 낮은 초기 출력 전압, 예컨대 DC 2V 정도의 저전압에서도 발열이 가능하고, 시동 배터리(10)의 온도 상승에 따라 증가하는 출력 전압에 따라 비례하여 발연 온도가 증가하여 시동 배터리(10)를 가온하기 때문에, 0℃ 이하의 저온 환경에 노출된 시동 배터리(10)를 설정된 시간 내에 정상 작동 온도 범위로 가온할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 히터(20)는 DC 12V 인가 시의 열밀도×발열온도가 139 내지 212이다. 이로 인해 본 발명에 따른 배터리 히터(20)는 -32℃에서 2분 이내에 비행체용 시동 배터리(10)를 0℃로 가온할 수 있다. 여기서 비행체는 전투기, 무인비행기, 드론 등이 될 수 있다.
[실시예 및 비교예]
이와 같은 본 발명에 따른 배터리 히터 모듈의 발열 특성을 확인하기 위해서, 실시예1 내지 3에 따른 배터리 히터를 제조하였다. 실시예1 내지 3에 따른 배터리 히터는 도 3의 구조를 가질 수 있다.
실시예1 내지 3에 따른 배터리 히터의 크기는 7038 mm2 이다.
실시예1에 따른 배터리 히터는 전극 배선 패턴(20)의 폭(t)이 4mm이고, 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b) 간의 거리(d)가 36mm이다.
실시예2에 따른 배터리 히터는 전극 배선 패턴(20)의 폭(t)이 6mm이고, 제1 및 제2 전극 배선부 간의 거리(d)가 33mm이다.
실시예3에 따른 배터리 히터는 전극 배선 패턴(20)의 폭(t)이 2.5mm이고, 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b) 간의 거리(d)가 39mm이다.
실시예1 내지 3에 따른 배터리 히터는 공통적으로, 제1 및 제2 전극 배선부(24a,24b)의 길이(s)가 159.95mm이고, 제2 전극 배선부(24b)에서 제2 외부 접속 단자(25b) 사이의 길이(h)가 54.3mm이다.
[발열체 조성물의 제조]
탄소나노튜브, 그라파이트 입자를 카비톨아세테이드 용매에 첨가하고 분산제를 첨가하여 60분간 초음파 처리를 통해 탄소나노튜브/그라파이트 분산액(Solution A)을 제조하였다. 에폭시아크릴레이트, 페놀 수지 및 폴리비닐 아세탈 수지를 혼합하고 카비톨아세테이트 용매에 첨가하여 물리적인 교반(mechanical stirring) 또는 자전공전이 가능한 기계적 혼련을 통해 마스터 배치(master batch, M/B)를 제조한다. 그리고 Solution A와 M/B를 물리적인 교반을 통해 혼련한 후, 3-롤 밀( 3-roll mill)을 이용하여 완전히 혼련함으로써 발열체 조성물을 제조하였다.
전술된 제조 방법으로 제조된 발열체 조성물을 이용하여 배터리 히터를 제조하였다.
[배터리 히터의 제조]
알루미늄 박(Al foil)이 증착된 폴리이미드 소재의 베이스 필름을 준비하고, 사진석판술(포토리쏘그라피) 공정을 이용하여 제1 및 제2 전극 배선부와 제1 및 제2 외부 접속 단자를 포함하는 전극 배선 패턴을 베이스 필름 위에 형성한다. 전술된 제조 방법으로 제조된 발열체 조성물을 전극 배선부에 연결되게 250메쉬 스크린 마스크를 이용하여 스크린 인쇄한 후 150℃에서 30분간 열처리하여 면상 발열체를 형성한다. 그리고 덮개 필름(29)을 제1 및 제2 배선 전극부 및 면상 발열체가 형성된 베이스 필름의 일면에 핫 프레싱하고 타발한 후, 제1 및 제2 외부 접속 단자 아래의 베이스 필름과 유기물을 레이저로 에칭하여 실시예1 내지 3에 따른 배터리 히터를 제조하였다.
실시예1 내지 3에 따른 배터리 히터에 DC 12V 인가 시의 발열 특성은 아래의 표 1과 같다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | |
| Heat power(W) | 49.1 | 56.4 | 45.6 |
| 열밀도(W/cm2) | 0.70 | 0.80 | 0.65 |
| 발열온도(℃) | 230 | 265 | 215 |
| 열밀도×발열온도 | 161 | 212 | 139.75 |
비교예1, 비교예2 및 비교예3에 따른 배터리 히터는 도 5 내지 도 7과 같다. 여기서 도 5 내지 도 7은 비교예1 내지 비교예3에 따른 배터리 히터(120,220,320)의 평면도이다.
비교예1 내지 3에 따른 배터리 히터(120,220,320)의 크기는 실시예1 내지 3과 동일하게 7038 mm2 이다.
비교예1에 따른 배터리 히터(120)는 베이스 필름(121)의 일면에 세로 방향으로 일렬로 배열된 10개의 면상 발열체(127)를 포함한다.
비교예2에 따른 배터리 히터(220)는 베이스 필름(221)의 일면에 세로 방향으로 일렬로 배열된 3개의 면상 발열체(227)를 포함한다.
그리고 비교예3에 따른 배터리 히터(320)는 베이스 필름(321)의 일면에 4×3행렬로 배열된 12개의 면상 발열체(327)를 포함한다.
비교예1 내지 3에 따른 배터리 히터(120,220,320)에 DC 12V 인가 시의 발열 특성은 아래의 표 2와 같다.
| 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | |
| Heat power(W) | 31.8 | 25.2 | 15.7 |
| 열밀도(W/cm2) | 0.45 | 0.36 | 0.22 |
| 발열온도(℃) | 205 | 180 | 153 |
| 열밀도×발열온도 | 92.25 | 64.8 | 33.66 |
이와 같은 실시예 및 비교예에 따른 배터리 히터를 6S18P로 구성된 비행기용 시동 배터리에 병렬로 설치하였다. 그리고 실시예 및 비교예에 따른 배터리 히터가 설치된 시동 배터리를 -32℃의 콜드 챔버(cold chamber)에 투입하여 18시간 유지한 후, 시동 배터리를 가동하여 저온에서 챔버, 니켈부스바, 프레임, 외측 배터리 히터, 배터리함의 온도를 온도 센서로 측정하였다. 온도 센서로는 K tupe 온도 센서를 사용하였다.
시험 결과는 표 3 및 도 8과 같다. 여기서 도 8은 실시예1에 따른 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈을 포함하는 배터리 시스템의 -32℃ 저온 구동 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | |
| -32℃에서 0℃로의 배터리 팩 프레임의 승온 시간 | 1분44초 | 1분28초 | 1분52초 | 2분28초 | 4분25초 | 6분36초 |
| 열밀도× 발열온도 |
161 | 212 | 139.75 | 92.25 | 64.8 | 33.66 |
| 비고 | 제어용이 | 제어 어려움 | 제어용이 | 제어용이 | 제어용이 | 제어용이 |
MIL-STD-810G 미군 표준서에 따라 -32℃ 환경에서 18시간 유지 후에도 2분 이내 정상 시동이 가능한 배터리 히터의 개발이 필요하다. 표 3에서 보는 바와 같이, 배터리 히터의 DC 12V 구동시의 열밀도×발열온도의 함수로 적정 배터리 히터를 선정할 수 있었다.
실시예1 내지 3에 따른 배터리 히터는 모두 2분 이내에 시동 배터리의 온도를 0℃로 가온하는 것이 가능함을 확인하였다.
-32℃에서 2분 이내 배터리 팩의 프레임을 정상 온도(0℃)까지 2분 이내 승온 가능한 비행체의 시동 배터리용 배터리 히터는 열밀도×발열온도의 값이 139.75 내지 212 인 것이 바람직했다. 배터리 히터의 발열온도 및 열밀도의 측정 오차를 ±10% 정도로 감안할 때, 열밀도×발열온도의 값은 125.78 내지 233.2가 바람직하다.
열밀도×발열온도의 값이 212인 경우, 배터리히터의 제어가 어려운 수준이었기 때문에, 더욱 높은 출력 및 발열온도의 배터리 히터를 적용할 경우, 배터리 히터의 과열을 초래할 수 있다고 판단된다. 열밀도×발열온도의 값이 100 이하인 경우, 2분 이내 승온이 불가하였다.
이와 같이 실시예 및 비교예에 따라 시험한 결과, 출력을 너무 과도하게 높게 설계할 경우 시동 배터리의 출력 변화가 급변하여 제어하기가 어려웠다. 반대로 출력을 너무 낮게 설계할 경우 저온 환경에서 시동 배터리의 정상 작동 온도까지 승온하는데 오랜 시간이 소요되는 문제가 있었다.
그리고 비슷한 발열 거동을 보이는 배터리 히터의 경우, 발열이 되지 않는 데드존의 면적을 최소화 할수록 저온 환경에서 좋은 성능을 보였다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 시동 배터리
12 : 배터리 모듈
20 : 배터리 히터
21 : 베이스 필름
23 : 전극 배선 패턴
24a : 제1 전극 배선부
24b : 제2 전극 배선부
25a : 제1 외부 접속 단자
25b : 제2 외부 접속 단자
27 : 면상 발열체
29 : 덮개 필름
30 : 온도 센서
40 : 제어부
50 : 배터리 히터 모듈
100 : 배터리 시스템
12 : 배터리 모듈
20 : 배터리 히터
21 : 베이스 필름
23 : 전극 배선 패턴
24a : 제1 전극 배선부
24b : 제2 전극 배선부
25a : 제1 외부 접속 단자
25b : 제2 외부 접속 단자
27 : 면상 발열체
29 : 덮개 필름
30 : 온도 센서
40 : 제어부
50 : 배터리 히터 모듈
100 : 배터리 시스템
Claims (12)
- 시동 배터리를 형성하는 적층된 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되며, 병렬로 전기적으로 연결되며, 상기 시동 배터리로부터 전원을 인가받아 발열하되, 상기 시동 배터리의 출력전압 변화에 따라 비례적으로 발열온도 및 출력이 증가하는 NTC(negative temperature coefficient) 특성을 갖는 필름 형태의 복수의 배터리 히터;
상기 시동 배터리의 온도를 센싱하는 온도 센서; 및
상기 시동 배터리의 출력전압을 상기 복수의 배터리 히터로 인가하여 상기 복수의 배터리 히터에서 발생되는 열로 상기 시동 배터리를 가온하고, 상기 온도 센서로 센싱한 상기 시동 배터리의 온도가 설정 온도에 도달하면 상기 복수의 배터리 히터로의 전원 공급을 차단하는 제어부;를 포함하고,
상기 복수의 배터리 히터는 각각,
베이스 필름;
상기 베이스 필름의 일면에 형성되는 전극 배선 패턴으로, 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성된 제1 및 제2 전극 배선부와, 상기 제1 및 제2 전극 배선부에 각각 연결되며 상기 시동 배터리로부터 전원을 인가받아 상기 제1 및 제2 전극 배선부로 전달하는 금속판으로 형성되는 제1 및 제2 외부 접속 단자를 구비하는 상기 전극 배선 패턴;
상기 제1 및 제2 전극 배선부를 연결하도록 상기 베이스 필름의 일면에 전도성 입자로 탄소 입자와 금속 분말을 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴으로 전원을 인가받아 발열하는 면상 발열체; 및
상기 면상 발열체가 형성된 상기 베이스 필름의 일면을 덮는 덮개 필름;을 포함하고,
상기 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은,
상기 금속 분말과, 상기 탄소 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 상기 전도성 입자; 및
에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;를 포함하고,
상기 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은,
상기 발열체 조성물 100 중량부에 대해서, 상기 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 상기 탄소나노튜브 입자 0.1 내지 5 중량부, 상기 그라파이트 입자 0.1 내지 20 중량부 및 상기 금속 분말 10 내지 60 중량부를 포함하고,
상기 배터리 히터의 데드존은 상기 배터리 히터의 전체면적의 5% 이하가 되게 상기 베이스 필름의 일면을 덮도록 상기 면상 발열체를 형성하고,
상기 복수의 배터리 히터는 DC 12V 인가 시의 열밀도×발열온도가 139 내지 212이고, -32℃에서 2분 이내에 상기 시동 배터리를 0℃로 가온하는 것을 특징으로 하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 면상 발열체는,
상기 금속 분말이 주 전기적 네트워크를 형성하고, 상기 금속 분말 사이의 공간에 상기 탄소 입자가 채워져 3차원 랜덤 네트워크 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 배선부 사이의 폭 보다 상기 면상 발열체가 인쇄되는 상기 제1 및 제2 전극 배선부의 길이가 긴 것을 특징으로 하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈. - 제4항에 있어서,
상기 복수의 배터리 히터는 상기 시동 배터리의 출력전압 범위에서 발열하는 것을 특징으로 하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 설정 온도는 0℃인 것을 특징으로 하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 히터 모듈. - 적층된 복수의 배터리 모듈을 구비하는 시동 배터리;
상기 시동 배터리에 설치되어, 상기 시동 배터리로부터 전원을 인가받아 상기 시동 배터리를 설정 온도로 가온하는 배터리 히터 모듈;을 포함하고,
상기 배터리 히터 모듈은,
상기 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되며, 병렬로 전기적으로 연결되며, 상기 시동 배터리로부터 전원을 인가받아 발열하되, 상기 시동 배터리의 출력전압 변화에 따라 비례적으로 발열온도 및 출력이 증가하는 NTC(negative temperature coefficient) 특성을 갖는 필름 형태의 복수의 배터리 히터;
상기 시동 배터리의 온도를 센싱하는 온도 센서; 및
상기 시동 배터리의 출력전압을 상기 복수의 배터리 히터로 인가하여 상기 복수의 배터리 히터에서 발생되는 열로 상기 시동 배터리를 가온하고, 상기 온도 센서로 센싱한 상기 시동 배터리의 온도가 상기 설정 온도에 도달하면 상기 복수의 배터리 히터로의 전원 공급을 차단하는 제어부;를 포함하고,
상기 복수의 배터리 히터는 각각,
베이스 필름;
상기 베이스 필름의 일면에 형성되는 전극 배선 패턴으로, 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성된 제1 및 제2 전극 배선부와, 상기 제1 및 제2 전극 배선부에 각각 연결되며 상기 시동 배터리로부터 전원을 인가받아 상기 제1 및 제2 전극 배선부로 전달하는 금속판으로 형성되는 제1 및 제2 외부 접속 단자를 구비하는 상기 전극 배선 패턴;
상기 제1 및 제2 전극 배선부를 연결하도록 상기 베이스 필름의 일면에 전도성 입자로 탄소 입자와 금속 분말을 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴으로 전원을 인가받아 발열하는 면상 발열체; 및
상기 면상 발열체가 형성된 상기 베이스 필름의 일면을 덮는 덮개 필름;을 포함하고,
상기 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은,
상기 금속 분말과, 상기 탄소 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 상기 전도성 입자; 및
에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;를 포함하고,
상기 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은,
상기 발열체 조성물 100 중량부에 대해서, 상기 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 상기 탄소나노튜브 입자 0.1 내지 5 중량부, 상기 그라파이트 입자 0.1 내지 20 중량부 및 상기 금속 분말 10 내지 60 중량부를 포함하고,
상기 배터리 히터의 데드존은 상기 배터리 히터의 전체면적의 5% 이하가 되게 상기 베이스 필름의 일면을 덮도록 상기 면상 발열체를 형성하고,
상기 복수의 배터리 히터는 DC 12V 인가 시의 열밀도×발열온도가 139 내지 212이고, -32℃에서 2분 이내에 상기 시동 배터리를 0℃로 가온하는 것을 특징으로 하는 비행체의 콜드 스타트용 배터리 시스템. - 삭제
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|---|---|---|---|---|
| WO2006006664A1 (ja) | 2004-07-14 | 2006-01-19 | Mycoal Products Corporation | 可撓性発熱体 |
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| KR20180082092A (ko) * | 2017-01-10 | 2018-07-18 | 주식회사 아모그린텍 | 배터리팩 |
| KR102017006B1 (ko) * | 2017-04-28 | 2019-09-03 | 전자부품연구원 | 배터리 히터, 그를 포함하는 배터리 히터 조립체 및 배터리 시스템 |
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