KR102532632B1 - 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법 - Google Patents

히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102532632B1
KR102532632B1 KR1020220112296A KR20220112296A KR102532632B1 KR 102532632 B1 KR102532632 B1 KR 102532632B1 KR 1020220112296 A KR1020220112296 A KR 1020220112296A KR 20220112296 A KR20220112296 A KR 20220112296A KR 102532632 B1 KR102532632 B1 KR 102532632B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat dissipation
heat
heat sink
heating element
pattern
Prior art date
Application number
KR1020220112296A
Other languages
English (en)
Inventor
이현태
이동면
주광성
Original Assignee
주식회사 코나솔
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 코나솔 filed Critical 주식회사 코나솔
Priority to KR1020220112296A priority Critical patent/KR102532632B1/ko
Priority to KR1020230001624A priority patent/KR20240033625A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102532632B1 publication Critical patent/KR102532632B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
    • H01M10/6571—Resistive heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • H05B2203/003—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using serpentine layout
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters

Abstract

본 발명은 히트싱크의 방열 패턴에 대응한 발열 패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열핀 및 상기 방열핀 하부에 상부 단면이 일체로 결합되는 방열베이스를 구성으로 하는 히트싱크의 방열베이스 하부 단면에 부착되고, 상기 히트싱크의 방열베이스 하부 단면의 구조에 대응하는 발열패턴을 구비하되, 상기 발열패턴은 'U'자 형상의 중심부 및 상기 중심부의 외측에 나란하게 형성되는'l'자 형상의 외측부를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법{Flat heating element device comprising heating pattern corresponding to radiating base of heat sink and manufacturing method thereof}
본 발명은 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 배터리가 패킹되는 배터리 팩의 상하단에 위치하는 면상 발열체로서, 면상 발열체에 인접한 히트싱트의 다수의 방열베이스에 대응하여 복수 개의 발열패턴이 구비된 면상 발열체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 면상 발열체는 전기통전에 의해 발생하는 복사열을 이용하고 있어 온도조절이 용이하여 각종 전자부품, 전기전자기기, 가열장치, 가전제품 등에 폭넓게 이용되고 있다.
특히 전기자동차에 들어가는 배터리 또는 보조 배터리는 겨울철의 낮은 온도로 인해 구동이 되지 않거나 방전이 되는 문제가 발생하는데, 이를 방지하기 위해 배터리를 가열할 필요가 있다. 이때, 빠르고 균일한 온도 상승을 위해 히트싱크(Heat sink)가 사용되고 있다.
전기자동차의 보조배터리 가열을 위해, 면상 발열 히터를 히트싱크(Heat sink)에 부착하고 히트싱크(Heat sink) 상, 하 부분에 배터리셀을 부착하여 배터리셀에 열을 전달하게 되는데, 겨울철과 같은 저온에서 발생하는 배터리 성능 저하 또는 시동 불량 등을 해결할 수 있다(도 1a, 도 1b).
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 다수 개의 방열핀을 고정하고 있는 방열베이스를 일체형으로 압출 성형하는 방식으로 제작되는 종래의 히트싱크의 경우, 면상 발열체에서 발생한 열이 히트싱크의 방열베이스로 전달되고, 다시 방열핀으로 전달되어 최종적으로는 배터리셀에 열이 전달되도록 한다.
그런데, 도 3에 도시된 바와 같이, 히트싱크에 부착되는 면상 발열체를 일정한 폭과 일정한 간격으로 발열패턴을 구성할 경우 중심부의 온도는 높고 외측의 온도는 낮게 되는 현상이 발생하게 된다. 이로 인해 다수개의 히트싱크와 배터리셀의 패키징의 온도 불균일로 인하여 일부 배터리셀의 과도한 열의 발생으로 배터리의 누수나 배터리의 폭발 또는 배터리의 분리막의 기능 저하로 인한 화재 발생 등의 문제점이 발생된다. 특히, 구리 또는 알루미늄과 같은 고전력 금속 면상발열체로 일정한 폭과 일정한 간격으로 발열패턴을 구성할 경우 열팽창계수와 온도저항계수가 높아 고온에서 열팽창으로 인하여 면상 발열체가 파괴될 수 있고 온도에 따른 저항값의 큰 편차로 인한 전류 및 전력 편차가 커지는 문제점이 발생된다.
종래기술로서, 등록특허 제2001294호의 면상 발열체용 열선 패턴구조 및 면상 발열체는 전류 밀도가 균일해짐에 따라 열선 패턴의 국부발열에 의한 열선 파괴를 미연에 방지할 수 있고 안정된 면상 발열체에 대하여 개시하고 있으나, 히트싱크에 부착되는 면상발열체의 발열패턴을 일정한 폭과 일정한 간격으로 구성할 경우 중심부의 온도는 높고 외측의 온도는 낮게 되는 문제점과 관련한 해결방안에 대하여는 개시하고 있지 않다.
대한민국 등록특허 제2001294호 (2019. 07. 11)
따라서, 본 발명의 목적은 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리 팩의 상하단에 위치하는 면상 발열체로서, 히트싱트의 방열 패턴에 대응하는 형상으로 면상 발열체의 발열 패턴을 구비함으로써 균일한 온도분포 및 열 전달 효과를 최적화 할 수 있는 면상 발열체 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 히트싱크의 방열 패턴에 대응하여 면상 발열체의 발열 패턴을 형성함으로써 열 전달 효율을 최적화 할 수 있는 면상 발열체 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방열핀 및 상기 방열핀 하부에 상부 단면이 일체로 결합되는 방열베이스를 구성으로 하는 히트싱크의 방열베이스 하부 단면에 부착되고, 상기 히트싱크의 방열베이스 하부 단면의 구조에 대응하는 발열패턴을 구비하되, 상기 발열패턴은 'U'자 형상의 중심부 및 상기 중심부의 외측에 나란하게 형성되는 'l'자 형상의 외측부를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체에 있어서, 상기 U'자 형상의 중심부를 구성하는 금속 재질의 박판의 폭(T1)은 상기 'l'자 형상의 외측부를 구성하는 금속 재질의 박판의 폭(T2)보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체에 있어서, 상기 'U'자 형상의 중심부는 나란하게 대응하는 'l'자 형상의 두개의 중심선과 상기 두개의 중심선을 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체에 있어서, 상기 'U'자 형상의 중심부는, 복수개의 'U'자 형상의 중심부와 상기 복수개의 'U'자 형상의 중심부 각각을 연결하는 복수개의 연결선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체에 있어서, 상기 'U'자 형상의 중심부는, 'l'자 형상의 외측부와 연결되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체에 있어서, 상기 히트싱크의 방열베이스 하부 단면의 폭은, 상기 'U'자 형상의 중심부의 폭(T1) 및 상기 'l'자 형상의 외측부의 폭(T2)보다 같거나 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체에 있어서, 상기 발열 패턴의 길이방향으로 배치된 금속 재질의 박판의 마주하는 양측면에 각각 접촉되어 결합되고, 절연시트가 부착된 금속 재질의 브릿지패드;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 방열핀의 하부에 일체로 결합된 방열베이스를 포함하는 히트 싱크의 방열베이스 하부 단면의 방열 패턴에 대한 정보를 입력받는 단계(S10); 및 상기 입력된 방열베이스 하부 단면의 방열 패턴에 대응하여 금속 재질의 박판의 발열 패턴이 배치되되, 상기 발열패턴은 상기 히트 싱크의 방열베이스 하부 단면에 부착되는 'U'자 형상의 중심부 및 상기 중심부의 외측에 나란하게 형성되는 'l'자 형상의 외측부를 포함하여 형성되고, 상기 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭이 외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 히트싱크의 방열 패턴에 대응한 발열 패턴을 구비하는 발열부가 제조되는 단계(S20);를 포함하는 히트싱크의 방열 패턴에 대응한 발열 패턴을 구비하는 면상 발열체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체의 제조방법에 있어서, 제어부가 상기 히트싱크에 부착된 발열부에 전기를 인가하여 소정 시간 발열시킨 후 상기 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 온도 측정값과 최외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 온도 측정값의 차이값을 산출하고, 기 설정된 온도 편차 기준값과 비교하는 단계(S30); 및 상기 비교에 의하여 온도 편차를 판단한 결과, 상기 차이값이 상기 기준값을 초과한 것으로 판단될 시, 절연시트가 부착된 금속 재질의 브릿지패드를 금속 재질의 박판의 일측면과 상기 박판에 인접한 박판의 일측면에 접촉되도록 결합시키되, 상기 차이값에 대응하여 결합될 브릿지패드 개수를 산출하고, 산출된 복수 개의 상기 브릿지패드를 금속 재질의 박판에 결합시키는 단계(S40);를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체 및 그 제조방법에 따르면, 발열패턴이 히트 싱크의 방열베이스 하부 단면에 부착되는 'U'자 형상의 중심부 및 상기 중심부의 외측에 나란하게 형성되는 'l'자 형상의 외측부를 포함하여 형성되고, 상기 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭이 외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭보다 크도록 구성함으로써 균일한 온도분포를 갖는 면상 발열체를 제공할 수 있다.
또한, 면상 발열체의 발열 패턴의 폭을 조절하여 히트싱크와의 매칭으로 온도를 분산시키고 균일도를 높여 해결함으로써 배터리의 성능 향상과 수명이 연장되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 면상 발열체에 온도 편차가 발생할 경우 금속 재질의 박판에 결합될 브릿지패드의 최적의 수량을 산출하여 결합시킴으로써 다양한 히트싱크의 방열 패턴에 대응하여 면상 발열체의 열 전달 효율을 최적화 할 수 있고, 이로 인해 균일한 온도분포를 갖는 면상 발열체를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 면상 발열 히터가 부착된 히트싱크(Heat sink) 및 배터리셀이 패키징된 모식도이다(도 1a 및 도 1b).
도 2는 종래 기술에 따른 방열핀을 구비한 히트싱크 및 면상발열체의 모식도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 일정한 폭의 발열 패턴이 구비된 면상발열체의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 패턴의 폭이 조정된 면상 발열체의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브릿지패드가 구비된 면상 발열체의 모식도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체로서, 발열 패턴의 폭이 조정된 면상 발열체의 모식도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 면상 발열체는 히트싱크의 방열베이스 하부 단면의 구조에 대응하는 발열패턴을 구비한다.
히트싱크는 방열핀 및 상기 방열핀의 하부에 일체로 결합된 방열베이스를 구비한다.
본 발명에 따른 면상 발열체는 방열핀의 하부에 일체로 결합된 방열베이스를 포함하는 히트싱크의 방열베이스 하부 단면에 부착될 수 있다.
방열핀은 임의의 간격을 갖는 직사각형의 사면체로 구비되면서 방열베이스의 하부 단면의 열을 전달하는 다수개의 방열핀으로 구성된다.
방열베이스는 면상 발열체에서 발산되는 열을 흡수하여 흡수된 열을 다시 방열핀으로 전달되어 배터리셀이 가열되도록 하는 작용을 하는 것으로, 하부 단면이 좁고 긴 직사각 형태일 수 도 있으나, 다수개의 방열핀에 대응하여 다양한 하부 단면의 방열 패턴이 형성될 수도 있다.
상기 발열패턴은 'U'자 형상의 중심부 및 상기 중심부의 외측에 나란하게 형성되는'l'자 형상의 외측부를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 'U'자 형상의 중심부는 나란하게 대응하는 'l'자 형상의 두개의 중심선과 상기 두개의 중심선을 연결하는 연결부로 형성될 수 있다.
이때, 연결부는 절곡된 형상이거나 수평선 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 면상 발열체는 히트싱크의 방열베이스 하부 단면의 구조에 대응하는 발열패턴을 구비함으로써 히트싱크의 하부 단면과 맞닿는 면상발열체의 면적을 최대로 함으로써 면상 발열체의 열효율을 극대화할 수 있다.
그런데, 박판 형태의 면상 발열체를 히트싱크에 부착하여 사용할 경우 면상 발열체의 패턴 구조에 따라 국부적으로 면상 발열체에 온도 편차가 발생하여 온도 분포가 변화될 수 있다. 즉, 면상 발열체의 중심부는 온도가 높고 외측은 온도가 낮게 되는 온도 편차 현상이 나타날 수 있다.
이에, 본 발명은 균일한 온도분포를 갖는 면상 발열체를 제공하기 위한 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발열 패턴은 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭이 외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭보다 큰 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 'U'자 형상의 중심부를 구성하는 금속 재질의 박판의 폭(T1)은 상기'l'자 형상의 외측부를 구성하는 금속 재질의 박판의 폭(T2)보다 커야 한다.
다시 말해, 'U'자 형상의 중심부를 구성하는 'l'자 형상의 두개의 중심선 각각의 금속 재질의 박판의 폭(T1)은 상기'U'자 형상의 중심부의 외측에 나란하게 형성된'l'자 형상의 외측부를 구성하는 금속 재질의 박판의 폭(T2)보다 크도록 구성함으로써 균일한 온도 분포를 갖는 면상 발열체를 제공할 수 있다.
하기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 패턴의 폭이 조정된 면상 발열체(도 4 참조)와 비교예로서 종래 기술에 따른 일정한 폭의 발열 패턴이 구비된 면상발열체(도 3 참조)의 발열 온도 분포를 측정한 값을 정리한 표이다.
구분 온도(℃)
외측 상① 외측 중② 외측 하③ 내측 상④ 내측 중⑤ 내측 하⑥
실시예 49 50 49 49 50 49
비교예 43 44 43 55 56 55
표 1에 나타난 바와 같이, 실시예의 경우 내측 및 외측이 균일한 온도 분포를 나타내고 있는 반면, 비교예의 경우 내측의 온도가 외측보다 더 높게 형성되어 있음을 확인할 수 있다.또한, 본 발명의 일 구현예로서, 상기 'U'자 형상의 중심부는, 나란하게 대응하는 'l'자 형상의 두개의 중심선과 상기 두개의 중심선을 연결하는 연결부가 복수 개 연결되어 반복적으로 연속하여 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 'U'자 형상의 중심부는 하나 이상이 형성될 수 있으며, 상기 'U'자 형상의 중심부의 연결부는 직선 또는 곡선 등 형상으로 다양하게 구현 될 수 있다.
히트싱크의 방열베이스의 하단면의 폭과 면상발열체의 중심부 또는 외측부의 폭을 대비하면, 면상발열체의 중심부와 외측부 모두 방열베이스의 폭보다 작거나 같다. 다만 면상발열체는 중심부보다 외측부의 폭이 작아진다. 만약 히트싱크 방열베이스에 부착되는 면상발열체의 폭에서 중심부와 외측부가 동일한 폭을 갖게 되면, 내측부로의 열이 몰리는 현상과 외측부의 외부로 열이 방출되는 현상으로 인해 중심부와 외측부의 온도가 불균일해 진다. 그러므로 외측부의 폭을 작게하여 온도를 높여 방출되어 손실되는 열을 보상해 주어 온도가 균일하게 될 수 있다.
상기 금속 재질의 박판은 고전력 금속 면상발열체 제조를 위하여 비저항이 높고 열팽창계수가 작은 스테인리스(Stainless steel), 스틸(steel), 철(iron) 또는 니크롬(nicrom)이 바람직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 발열 패턴 설계시 히트싱크의 방열 패턴 구조와 동일한 발열 패턴을 1차적으로 설계한 다음 면상 발열체의 전력량, 전압, 전류 등과 같은 전기적 특성에 맞게 면상 발열체의 폭을 줄이거나 늘리되, 히트싱크 또는 면상 발열체의 온도 편차를 줄이기 위해 면상 발열체의 발열패턴의 중심부의 폭을 크게 하고 외측 바깥부의 폭은 상대적으로 작게 형성한다. 이를 통해 중심부의 높은 온도 및 외측의 낮은 온도로 인한 온도 편차를 줄여 균일한 온도 분포를 형성시킬 수 있다.
한편, 면상 발열체와 히트싱크는 열전달을 위해 밀착하는 것이 바람직하나, 면상 발열체와 히트싱크 사이에 써멀패드(Thermal pad)를 적용하거나 센서를 부착하거나 온도 전달의 양을 조절하기 위해서 소정의 간격을 둘 수 있다.
써멀패드는 승온 속도를 낮출 수 있지만 히트싱크의 온도분포를 균일하게 하고 면상 발열체의 절연막에 대한 히트싱크 금속부의 스크래치로 인한 파괴를 방지해주는 역할을 한다.
면상 발열체와 히트싱크는 방열베이스의 하부에 부착되는 써멀 패드(Thermal pad)에 의해 접착되어 면상 발열체에서 발생한 열은 써멀 패드를 통해서 방열베이스로 전달되고, 이 열은 다시 방열핀으로 전달되어 배터리셀을 가열시킨다.
써멀패드를 적용할 때 써멀패드의 두께에 따라서 열전달을 집중시키거나 분산시켜 균일도를 조절할 수 있다. 균일하게 열 전달을 하기 위해서는 종래의 경우 두께가 최소 10mm가 필요하나 전달되는 열의 양이 적게 되는 단점이 있는 반면, 본 발명의 면상 발열체를 적용하는 경우에는 열분산도와 집중도를 고려하여 1~3mm의 두께를 가진 써멀패드가 바람직하다.
균일한 온도분포를 갖는 최적의 발열체를 설계함에 있어서 적정한 면상 발열체의 두께 또한 중요하다. 두께에 따라 면상 발열체 설계가 달라지기 때문에 최적의 두께를 선정한다. 금속박판의 두께를 최적의 값으로 설정함으로써 승온 속도를 최대로 올릴 수 있다. 두께가 얇은 박판일수록 열용량이 작아지기 때문에 승온 속도를 높일 수 있다. 전력 10~2000W에 히트싱크의 발열부 면적 10~500cm²의 면상 발열체를 설계할 때 적합한 발열체의 두께는 0.01~0.1mm 정도가 적합하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브릿지패드가 구비된 면상 발열체의 모식도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 구현예로서, 본 발명의 면상 발열체는, 상기 발열 패턴의 길이방향으로 배치된 금속 재질의 박판의 마주하는 양측면에 각각 접촉되어 결합되고, 절연시트가 부착된 금속 재질의 브릿지패드;를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 균일한 온도분포를 갖는 면상 발열체를 제공하기 위하여 본 발명의 발열 패턴에 있어서 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭이 외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭보다 크도록 하되, 높은 온도의 중심부에서 낮은 온도의 외측으로 열 전달이 더 효율적으로 이루어 질 수 있도록 브릿지패드를 더 포함한다.
브릿지패드는 열전달이 신속히 이루어지도록 구리 또는 알루미늄과 같은 열전달계수가 높은 재질로 제조될 수 있고, 양 끝단이 이웃하는 금속 재질의 박판에 각각 접촉되도록 결합되며, 절연시트가 부착되어 상기 절연시트가 상기 접촉면에 부착이 된다.
브릿지패드의 형상은 평판 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고 사용자의 선택에 따라 핀(pin) 형상 등으로 다양하게 변경되어 적용될 수 있다.
본 발명의 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체는 방열 패턴에 대한 정보를 입력받는 단계(S10) 및 발열부 제조 단계(S20)를 포함하는 면상 발열체의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.
방열 패턴에 대한 정보를 입력받는 단계(S10)는 방열핀 및 상기 방열핀의 하부에 일체로 결합된 방열베이스를 구비하는 히트싱크의 방열베이스 하부 단면의 방열 패턴에 대한 정보를 입력받는 단계이다.
히트싱크의 방열베이스 하부 단면의 방열 패턴은 도면을 통해 정보를 입력받을 수 있으며, 히트싱크의 방열베이스 하부 단면을 실측한 정보를 입력받을 수 있다.
발열부 제조 단계(S20)는 상기 입력된 방열베이스 하부 단면의 방열 패턴에 대응하여 금속 재질의 박판의 발열 패턴이 배치되되, 상기 발열패턴은 상기 히트 싱크의 방열베이스 하부 단면에 부착되는 'U'자 형상의 중심부 및 상기 중심부의 외측에 나란하게 형성되는 'l'자 형상의 외측부를 포함하여 형성되고, 상기 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭이 외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭보다 큰도록 발열부를 제조하는 단계이다.
이때, 면상 발열체의 발열 패턴 형성을 위한 일례로서, 시트 상에 필름과 금속박판을 핫프레스 작업에 의하여 압착하고 금속박판 상에 포토레지스트로 패턴을 형성한 후 식각을 거쳐 발열 패턴을 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 다양한 히트싱크의 방열 패턴에 대응하여 면상 발열체의 열 전달 효율을 최적화하기 위하여 금속 재질의 박판에 결합될 브릿지패드의 최적의 수량을 산출하여 결합시킬 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 제조방법은, 제어부가 상기 히트싱크에 부착된 발열부에 전기를 인가하여 소정 시간 발열시킨 후 상기 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 온도 측정값과 최외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 온도 측정값의 차이값을 산출하고, 기 설정된 온도 편차 기준값과 비교하는 단계(S30); 및 상기 비교에 의하여 온도 편차를 판단한 결과, 상기 차이값이 상기 기준값을 초과한 것으로 판단될 시, 절연시트가 부착된 금속 재질의 브릿지패드를 금속 재질의 박판의 일측면과 상기 박판에 인접한 박판의 일측면에 접촉되도록 결합시키되, 상기 차이값에 대응하여 결합될 브릿지패드 개수를 산출하고, 산출된 복수 개의 상기 브릿지패드를 금속 재질의 박판에 결합시키는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
제어부는 온도, 두께, 길이, 시간 정보 등의 측정을 위한 각종 측정센서와 장치 동작 등의 제어를 위한 제어기기를 구비한다. 제어부는 온도 센서 등 각종 측정센서로부터 입력되는 온도, 두께, 길이, 시간 정보 등을 바탕으로 제어기기를 제어하게 된다.
제어부는 히트싱크에 부착된 발열부에 전기를 인가하여 소정 시간 발열시킨 후 상기 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 온도 측정값과 최외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 온도 측정값의 차이값을 산출한다.
이를 위해 금속 재질의 박판의 근접한 위치에 배치된 온도 센서에서 측정된 값이 제어부로 전달되고, 상기 제어부는 측정된 금속 재질의 박판의 온도를 바탕으로 온도 측정값의 차이값을 산출한다. 상기 차이값을 기 설정된 온도 편차 기준값과 비교한다. 이러한 온도의 차이값은 히트싱크의 다양한 방열 패턴에 기인하여 발생될 수 있으므로, 히트싱크의 방열패턴별로 온도의 차이값이 다르게 나타날 수 있다.
상기 비교에 의하여 온도 편차를 판단한 결과, 상기 차이값이 상기 기준값을 초과한 것으로 판단될 시, 상기 차이값에 대응하여 결합될 브릿지패드 개수를 산출한다. 예컨대, 기 설정된 온도 편차 기준값이 8℃ 이고, 상기 차이값이 14℃ 인 경우에, 그 온도 편차의 폭이 6℃ 이므로, 그에 대응하여 6개의 브릿지패드를 금속 재질의 박판에 결합시킨다. 또한, 기 설정된 온도 편차 기준값이 8℃ 이고, 상기 차이값이 20℃ 인 경우에, 그 온도 편차의 폭이 12℃ 이므로, 그에 대응하여 12개의 브릿지패드를 금속 재질의 박판에 결합시킬 수 있다.
적정 브릿지패드 개수의 산출은 상기 예시에 제한되지 않으며, 적정 브릿지패드 개수의 산출을 위하여 브릿지패드 개수에 따른 온도 차이값을 측정하고, 기 측정한 상기 온도 차이 데이터에 근거하여 현재 측정한 온도 차이값과 대응하여 적정 브릿지패드 개수를 산출할 수 있다. 예컨대, 브릿지패드를 14개 결합시켜 측정한 현재 온도 차이값이 8℃이고, 기 설정된 온도 편차 기준값이 8℃ 이면, 적정 브릿지패드 개수를 14개인 것으로 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 면상 발열체에 온도 편차가 발생할 경우 금속 재질의 박판에 결합될 브릿지패드의 최적의 수량을 산출하여 결합시킴으로써 다양한 히트싱크의 방열 패턴에 대응하여 면상 발열체의 열 전달 효율을 최적화 할 수 있고, 이로 인해 균일한 온도분포를 갖는 면상 발열체를 제공할 수 있다.
본 발명의 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴이 구비된 면상 발열체 및 그 제조방법에 따르면, 발열패턴의 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭이 외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭보다 크도록 구성함으로써 균일한 온도분포를 갖는 면상 발열체를 제공할 수 있고, 배터리의 성능 향상과 수명이 연장되는 장점이 있으며, 금속 재질의 박판에 결합될 브릿지패드의 최적의 수량을 산출하여 결합시킴으로써 다양한 히트싱크의 방열 패턴에 대응하여 면상 발열체의 열 전달 효율을 최적화 할 수 있다.

Claims (9)

  1. 방열핀 및 상기 방열핀 하부에 상부 단면이 일체로 결합되는 방열베이스를 구성으로 하는 히트싱크의 방열베이스 하부 단면에 부착되고,
    상기 히트싱크의 방열베이스 하부 단면의 방열 패턴에 대응하는 발열패턴을 구비하되,　상기 발열패턴은　'U'자 형상의 중심부 및 상기 중심부의 외측에 나란하게 형성되는　'l'자 형상의 외측부를 포함하여 형성되고
    상기 발열 패턴의 길이방향으로 배치된 금속 재질의 박판의 마주하는 양측면에 각각 접촉되어 결합되고, 절연시트가 부착된 금속 재질의 브릿지패드;를 더 포함하는,
    히트싱크의 방열 패턴에 대응한 발열 패턴을 구비하는 면상 발열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 U'자 형상의 중심부를 구성하는 금속 재질의 박판의 폭(T1)은 상기 'l'자 형상의 외측부를 구성하는 금속 재질의 박판의 폭(T2)보다 큰 것을 특징으로 하는 히트싱크의 방열패턴에 대응한 발열패턴을 구비하는 면상 발열체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 'U'자 형상의 중심부는 나란하게 대응하는 'l'자 형상의 두개의 중심선과 상기 두개의 중심선을 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트싱크의 방열 패턴에 대응한 발열 패턴을 구비하는 면상 발열체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 'U'자 형상의 중심부는, 'l'자 형상의 외측부와 연결되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크의 방열 패턴에 대응한 발열 패턴을 구비하는 면상 발열체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크의 방열베이스 하부 단면의 폭은, 상기 'U'자 형상의 중심부의 폭(T1) 및 상기 'l'자 형상의 외측부의 폭(T2)보다 같거나 큰 것을 특징으로 하는 히트싱크의 방열 패턴에 대응한 발열 패턴을 구비하는 면상 발열체.
  7. 삭제
  8. 방열핀의 하부에 일체로 결합된 방열베이스를 포함하는 히트 싱크의 방열베이스 하부 단면의 방열 패턴에 대한 정보를 입력받는 단계(S10);
    상기 입력된 방열베이스 하부 단면의 방열 패턴에 대응하여 금속 재질의 박판의 발열 패턴이 배치되되, 상기 발열패턴은 상기 히트 싱크의 방열베이스 하부 단면에 부착되는 'U'자 형상의 중심부 및 상기 중심부의 외측에 나란하게 형성되는 'l'자 형상의 외측부를 포함하여 형성되고, 상기 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭이 외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 히트싱크의 방열 패턴에 대응한 발열 패턴을 구비하는 발열부가 제조되는 단계(S20);
    제어부가 상기 히트싱크에 부착된 발열부에 전기를 인가하여 소정 시간 발열시킨 후 상기 중심부에 배치되는 금속 재질의 박판의 온도 측정값과 최외측에 배치되는 금속 재질의 박판의 온도 측정값의 차이값을 산출하고, 기 설정된 온도 편차 기준값과 비교하는 단계(S30); 및
    상기 비교에 의하여 온도 편차를 판단한 결과, 상기 차이값이 상기 기준값을 초과한 것으로 판단될 시, 절연시트가 부착된 금속 재질의 브릿지패드를 금속 재질의 박판의 일측면과 상기 박판에 인접한 박판의 일측면에 접촉되도록 결합시키되, 상기 차이값에 대응하여 결합될 브릿지패드 개수를 산출하고, 산출된 복수 개의 상기 브릿지패드를 금속 재질의 박판에 결합시키는 단계(S40);
    를 포함하는 히트싱크의 방열 패턴에 대응한 발열 패턴을 구비하는 면상 발열체의 제조방법.
  9. 삭제
KR1020220112296A 2022-09-05 2022-09-05 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법 KR102532632B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220112296A KR102532632B1 (ko) 2022-09-05 2022-09-05 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법
KR1020230001624A KR20240033625A (ko) 2022-09-05 2023-01-05 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220112296A KR102532632B1 (ko) 2022-09-05 2022-09-05 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230001624A Division KR20240033625A (ko) 2022-09-05 2023-01-05 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102532632B1 true KR102532632B1 (ko) 2023-05-16

Family

ID=86545750

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220112296A KR102532632B1 (ko) 2022-09-05 2022-09-05 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법
KR1020230001624A KR20240033625A (ko) 2022-09-05 2023-01-05 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230001624A KR20240033625A (ko) 2022-09-05 2023-01-05 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR102532632B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070023419A1 (en) * 2004-03-10 2007-02-01 Watlow Electric Manufacturing Company Variable watt density layered heater
JP2009289770A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Koa Corp 抵抗器
KR20170113903A (ko) * 2016-03-29 2017-10-13 주식회사 아모그린텍 방열 모듈 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩
KR102001294B1 (ko) 2017-02-21 2019-10-21 엘지전자 주식회사 면상 발열체용 열선 패턴구조 및 면상 발열체

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070023419A1 (en) * 2004-03-10 2007-02-01 Watlow Electric Manufacturing Company Variable watt density layered heater
JP2009289770A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Koa Corp 抵抗器
KR20170113903A (ko) * 2016-03-29 2017-10-13 주식회사 아모그린텍 방열 모듈 및 이를 이용한 전기자동차용 전지팩
KR102001294B1 (ko) 2017-02-21 2019-10-21 엘지전자 주식회사 면상 발열체용 열선 패턴구조 및 면상 발열체

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240033625A (ko) 2024-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH11354166A (ja) バッテリ温度制御装置
JP2003124531A (ja) 熱電モジュール
EP3457488B1 (en) Battery module
CA2580163A1 (en) Adaptable layered heater system
US20220059426A1 (en) Method for producing a power module unit, power module unit, network part and frequency converter
KR102532632B1 (ko) 히트싱크의 방열베이스에 대응하는 발열패턴을 구비하는 면상 발열체 및 그의 제조방법
KR101550488B1 (ko) 배터리 모듈용 면상발열체 및 이를 포함하는 배터리 모듈
JP6776379B2 (ja) 電池
CN217606907U (zh) 一种电池模组
CN110649348A (zh) 一种快速散热的电池包
KR100450116B1 (ko) 피티씨 히터
JP2024501113A (ja) バッテリパック
CN200997742Y (zh) 一种散热系统
CN219843049U (zh) 电池包及用电装置
CN217809461U (zh) 一种温控装置
JP2849415B2 (ja) 面状発熱体
CN219180548U (zh) 集流体及电池
KR102196266B1 (ko) 원통형 배터리 셀의 방열 구조
CN218919056U (zh) 一种动力电池模组的加热装置
CN210091843U (zh) 一种高电压用的ptc热敏电阻及其组件
CN217467264U (zh) 一种光模块的散热结构
CN220604794U (zh) 调温装置及电池模组
CN218241974U (zh) 一种电池包热管理系统
TWM640874U (zh) 電池盒
JPH02155189A (ja) Ｐｔｃプレートヒータ

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant