KR20090002737A - 배터리 팩 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 기기의 전원 공급원으로 사용되는 배터리 팩의 가열 장치에 관한 것으로서, 일정 수납 공간을 갖는 케이스 프레임과, 상기 케이스 프레임의 수납 공간내에 설치되는 배터리 셀 및 상기 케이스 프레임의 내면과 상기 배터리 셀 내부에 개재되는 일정 자기변태점을 갖는 자성체를 포함하되, 상기 자성체의 자기변태점은 적어도 상기 배터리 셀의 충전 및 방전을 위한 동작 온도내에 설정됨으로써, 상기 자성체에 의해 번거로운 설정 동작 없이 영구적으로 배터리 팩을 선택적으로 가열할 수 있으며, 설치 공간이 거의 필요치 않아 배터리 팩 및 이것이 적용되는 기기의 슬림화에 기여할 수 있다.

단말기, 배터리 팩, 자성체, 퀴리온도, 자기변태점, 코일, 자기장, 발열

Description

배터리 팩 가열 장치{HEATING DEVICE FOR BATTERY PACK}

본 발명은 각종 전자기기의 전원 공급원으로 사용되는 배터리 팩(battery pack)에 관한 것으로서, 특히 상기 배터리 팩을 저온에서 동작 또는 충전시킬 경우 배터리 팩의 내부 온도를 충전 및 작동 가능한 온도로 가열시킬 수 있도록 구현되는 배터리 팩 가열 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 전자 기기 특히 휴대용 전자기기의 기기 본체에서 착탈 가능한 배터리 팩을 전원 공급원으로 사용하게 된다. 상기 배터리 팩은 재충전이 가능하도록 설계되어 있으며, 완전히 방전된 상태에서 소정의 충전 수단에 의해 만충전시켜 재사용이 가능하게 된다.

상기 배터리 팩은 내부 수납 공간을 갖는 합성 수지재의 케이스 프레임을 가지며, 상기 수납 공간내에 배터리 셀(battery cell)을 담지시키고, 상기 케이스 플레임의 외부에 노출되도록 설치되는 단자와 전기적으로 연결시켜 사용한다.

상술한 전자 기기 특히 휴대용 기기에 사용되는 배터리 셀은 통상적으로 리 튬-이온 배터리 셀로써 주변 온도에 따라 충전 및 방전 성능이 현저히 차이가 난다. 예를 들어, 상술한 배터리 셀의 충전시의 작동 온도는 0℃~45℃이며, 방전시의 작동 온도는 -20℃~60℃이다. 또한, 상기 배터리 셀의 방전 용량은 20℃에서는 100%, 0℃에서는 99.4%, -10℃에서는 91.9%이며, -20℃에서는 81.6%로 알려져 있다. 즉, 상기 배터리 셀은 비교적 상온에서는 완전한 작동을 수행하지만 온도가 낮아질수록 그 작동 효율이 현저히 저하되며, 빨리 방전되는 특성을 가지고 있다.

따라서, 온도가 현저히 낮은 극지방, 냉동 창고 등에서 업무를 수행하는 사용자가 상술한 기기를 사용하게 될 경우, 낮은 온도에 의해 상기 배터리 팩의 효율이 저하되거나 아예 동작을 하지 않게 되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 배터리 팩을 가열하기 위한 다양한 장치들이 등장하고 있으며, 좀더 편리하고 효율적인 배터리 팩 가열 장치를 개발하기 위하여 경주하고 있는 실정이다.

종래의 배터리 팩 가열 장치는 특허 출원번호 제2004-92084호(2004.11.11; 이동 통신 단말기의 배터리 팩 가열장치)에 기재되어 있는데, 도 1 및 도 2는 배터리 팩의 측면 및 정면을 보인 것으로, 발열 팩(640)을 사용하여 저온에서 온도 조절 없이 배터리 팩을 가열하도록 되어있다. 그리고 사용 후 발열 팩(640)을 커버(730)을 열고 꺼내서 필요한 조치를 취하도록 되어있으며, 가열이 필요한 경우 사용자가 충격 버튼(700)을 눌러서 발열팩(610) 내부에서 발열이 일어나도록 해주어야 하는 기술이다.

그러나 상술한 바와 같은 배터리 팩 가열 장치는 사용자가 임의로 가열 팩에 충격을 주어 원치 않은 온도에서도 배터리 팩을 가열시켜 오히려 과열 등에 의해 배터리 팩의 오동작을 유발시킬 수 있으며, 잦은 사용으로 인한 발열 팩의 빈번한 교환을 수행해야하기 때문에 비용이 증가하고, 번거로운 문제점이 발생하게 된다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 설정된 소망 온도 이하에서 자동으로 발열하여 배터리 팩을 가열할 수 있도록 구현되는 배터리 팩 가열 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 영구히 사용되는 발열체를 적용시켜 비용 절감에 이바지 할 수 있도록 구현되는 배터리 팩 가열 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 부피 증가 없이 영구히 사용할 수 있는 발열체를 적용시킴으로써 기기의 슬림화에 기여할 수 있도록 구현되는 배터리 팩 가열 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 더욱더 다른 목적은 과열 방지를 위하여 발열 동작을 수행하더라도 지정된 온도 이상에서는 더 이상 발열 동작이 수행되지 않도록 구현되는 배터리 팩 가열 장치를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 전자 기기의 전원 공급원으로 사용되는 배터리 팩에 있어서, 일정 수납 공간을 갖는 케이스 프레임과, 상기 케이스 프레임의 수납 공간내에 설치되는 배터리 셀 및 상기 케이스 프레임의 내면과 상기 배터리 셀 내부에 개재되는 일정 자기변태점을 갖는 자성체를 포함하되, 상기 자성체의 자기변태점은 적어도 상기 배터리 셀의 충전 및 방전을 위한 동작 온도내에 설정됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배터리 팩 발열 장치는 번거로운 설정 동작없이 영구적으로 배터리 팩을 선택적으로 가열할 수 있으며, 설치 공간이 거의 필요치 않아 배터리 팩 및 이것이 적용되는 기기의 슬림화에 기여할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다. 그러나 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 휴대용 단말기를 도시하고, 이에 적용되는 배터리 팩(battery pack)에 대하여 기술하였으나, 이에 국한되지 않는다. 예컨데, 전원 공급 수단으로 배터리 팩을 사용하는 다양한 전자기기에 적용 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 갖는 휴대용 단말기(100)의 후면사시도로써 슬라이드 타입 휴대용 단말기의 후면을 도시하였다.

도 1에 도시한 바와 같이, 휴대용 단말기(100)는 메인 바디(110)와 상기 메인 바디(110)에서 단말기(100)의 길이 방향(도 1의 화살표 방향)으로 활주(sliding)하는 슬라이드 바디(120)를 포함한다.

상기 슬라이드 타입 단말기(100)의 기본적인 구성 요소인 디스플레이 장치, 스피커 장치, 마이크 장치, 키패드 어셈블리 및 안테나 장치는 공지의 기술이 적용되므로 설명의 편의상 생략하기로 한다.

상기 메인 바디(110)의 후면(111)에는 단말기(100)의 전원 공급수단으로 배터리 팩(10)이 장착된다. 상기 배터리 팩(10)은 소정의 로킹 장치(112)에 의해 착탈식으로 설치될 수 있으며, 소정의 전원 단자(미도시 됨)에 의해 상기 단말기(100)에 전원을 공급하게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 배터리 팩(100)은 리튬-이온 배터리로써 온도에 따라 배터리 팩의 성능이 좌우된다. 종래 기술에서 설명하였듯이, 일반적인 상온에서는 충, 방전이 모두 원활히 수행되나, 온도가 낮을수록 그 효율이 현저히 저하됨을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명에서의 배터리 팩(10)은 일정 온도 이하에서 상기 배터리 팩을 가열하기 위한 가열 장치가 구비된다.

본 발명에 따른 가열 장치로는 기 설정된 자기변태점(퀴리온도; Curie temperature)을 갖는 자성체를 배터리 팩 내부에 적용시켜, 상기 자기변태점 이하에는 강자성체로 변하고, 이에 주변 자기장에 반응하여 자동으로 발열하는 현상을 이용하였다.

이하, 상세히 기술될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 배터리 팩의 요부 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적인 평면으로 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩 가열 장치는 배터리 팩(10)의 내부에 적용된다.

상기 배터리 팩(10)은 상, 하부 케이스 프레임(11, 12)과, 상기 상, 하부 케이스 프레임(11, 12)이 결합하면서 발생하는 공간상에 수용되는 배터리 셀(battery cell)(13) 및 가열 장치(자성체; 15)를 포함한다.

상기 가열 장치로는 상술한 바와 같이, 일정 자기변태점을 갖는 자성체(15)를 사용한다. 상기 자성체(15)는 공지되어있는 바와 같이, 자기변태점 이상에는 자기장에 반응하지 않는 상자성체로 변하며, 자기변태점 이하에서는 주변 자기장에 반응하여 발열하는 강자성체로 변화한다. 이러한 점을 이용하여, 상기 자성체(15)는 배터리 팩(10)의 충, 방전 온도내에 자기변태점을 갖도록 조성할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성체의 자기변태점을 0℃로 조성하게 되면, 배터리 팩의 충, 방전시 최대 효율을 항상 유지시킬 수 있을 것이다. 즉, 주변의 온도가 0℃ 이상이 되면 상기 자성체(15)는 상자성체로 변화되기 때문에 발열하지 않는다. 그러나, 주변의 온도가 0℃이하가 되면 상기 자성체(15)는 강자성체로 변화하여 주변의 자기장에 의해 발열하게 되고, 자성체의 발열에 의한 온도 상승으로 0℃이상이 되면 다시 상자성체로 변화하여 발명하지 않는 것이다.

또한, 휴대용 단말기의 경우 RF 주파수를 사용하게 되는데, 이때 발생하는 자기장을 이용하여 상기 자성체를 발열 시키거나, 주변의 전선 등 전류가 도통되는 주변에 위치하여 자기장을 상기 자성체(15)에 공급할 수도 있을 것이다.

상기 자성체(15)는 사용 편의성에 따라 다양한 형태로 적용 가능하다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 배터리 셀(13)과 케이스 프레임(11, 12)의 내면 사이에 개재되는 일정 두께를 갖는 플레이트 타입으로 적용시킬 수 있다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 공간이 허여되지 않는다면, 상기 케이스 프레임 내면에 전체적으로 도포시키기 위한 분말 형태로 조성가능하다.

한편, 상기 자성체(15)는 자기변태점 이하에서 발열을 하기 위하여 자기장이 필요하다. 그러나, 주변에 자기장 발생 요소가 존재하지 않을 경우, 자체 자기장 발생 수단을 필요로 할 것이다.

본 발명에서는 상기 자성체와 배터리 셀(13) 사이에 코일층(14)을 개재시키고, 상기 배터리 셀(13)의 전원을 이용하여 상기 코일(141)에 전류를 인가시켜 자기장을 형성할 수 있을 것이다. 상기 코일층(14)의 코일(141)은 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 배터리 셀(13)의 가장 넓은 면에 골고루 분포되도록 설치될 수 있다.

더욱이, 상기 코일층(14)에 전류를 선택적으로 인가시키기 위한 스위칭 수단(16)을 포함한다. 상기 스위칭 수단(16)은 상기 자성체(15)의 자기변태점과 같거나 약간 높은 온도에서 스위칭 동작을 수행하도록 하여, 상기 코일층(14)에 흐르는 전류에 의해 자기장을 형성하고, 이로 인해 상기 자성체(15)가 발열할 수 있도록 하였다. 또한, 상기 코일에 전류를 도통시킴으로써 자체 발열 수단으로도 사용 가능할 것이다.

상기 스위칭 수단(16)으로는 자기변태점에서 스위칭되는 바이메탈을 사용하거나, 소정의 온도 센서와 상기 온도 센서의 온도 감지에 따라 동작하는 공지의 스위칭 소자를 사용하여도 무방할 것이다.

따라서, 상기 배터리 팩(10)이 비교적 저온 지방 또는 냉동 창고와 같은 온 도가 낮은 장소에서 사용될 경우, 주변의 온도가 자기변태점 이하로 내려가게되면, 상기 스위칭 수단(16)에 의해 배터리 셀(13)의 전원이 코일에 공급되어 전류가 도통되는 상태가 된다. 이와 동시에 상기 자성체(15)는 강자성체로 변화하여 상기 코일에서 인가되는 자기장에 반응하여 자체 발열을 수행한다. 그후, 상기 배터리 팩(10)의 온도가 자기변태점 이상으로 변화할 때, 상기 스위칭 수단(16)에 의해 상기 코일에 전원 공급이 중단될 것이며, 이와 동시에 상기 자성체(15)는 상자성체로 변화하여 발열 반응을 중지하게 되는 것이다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 다양한 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 갖는 휴대용 단말기의 후면사시도;

도 2는 본 발명에 따른 배터리 팩의 요부 단면도; 및

도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적인 평면으로 도시한 도면.

Claims (9)

1. 전자 기기의 전원 공급원으로 사용되는 배터리 팩에 있어서,

   일정 수납 공간을 갖는 케이스 프레임;

   상기 케이스 프레임의 수납 공간내에 설치되는 배터리 셀;

   상기 케이스 프레임의 내면과 상기 배터리 셀 내부에 개재되는 일정 자기변태점을 갖는 자성체를 포함하되, 상기 자성체의 자기변태점은 적어도 상기 배터리 셀의 충전 및 방전을 위한 동작 온도내에 설정됨을 특징으로 하는 배터리 팩 가열 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 자성체는 자기변태점 이하에서는 강자성체로 변화되어 주변의 자기장에 의해 자동으로 발열함을 특징으로 하는 배터리 팩 가열 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 자성체는 자기변태점 이상에서는 상자성체로 변화되어 발열 동작이 자동으로 정지됨을 특징으로 하는 배터리 팩 가열 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 케이스 프레임내에 설치되어 상기 자성체에 자기장을 공급하는 자기장 발생 수단; 및

   상기 자성체의 자기변태점과 같거나 더 높은 온도에서 스위칭되어 상기 배터리 셀의 전원을 상기 자기장 발생 수단에 공급하는 스위칭 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩 가열 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 자기장 발생 수단은 상기 배터리 셀의 전원을 인가 받아 자기장 발생 및 발열 동작을 수행하는 코일을 설치하되, 상기 배터리 셀의 가장 넓은 면에 걸쳐 분포하도록 설치됨을 특징으로 배터리 팩 가열 장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 스위칭 수단은 상기 자성체의 자기변태점과 같거나 높도록 설정된 특정 온도에서 스위칭 동작을 수행하는 바이메탈임을 특징으로 하는 배터리 팩 가열 장치.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 스위칭 수단은 상기 배터리 셀 주변에 설치되는 온도 감지 센서와, 상기 온도 감지 센서의 감지에 의해 해당 온도에서 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 소자를 포함함을 특징으로 하는 배터리 팩 가열 장치.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 자성체는 분말 형태로 상기 케이스 프레임 내면에 도포되거나, 일정 두께를 갖는 플레이트 타입으로 상기 케이스 프레임 내면에 부착됨을 특징으로 하는 배터리 팩 가열 장치.
9. 제 3항에 있어서,

   상기 전자기기는 RF 주파수를 사용하는 휴대용 단말기이며, 상기 자성체는 상기 RF 주파수에서 발생하는 자기장에 반응하여 자기변태점 이하에서 발열함을 특징으로 하는 배터리 팩 가열 장치.

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