KR20180121723A - Battery heater, battery heater assembly and battery system comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a battery heater, a battery heater assembly and a battery system including the same, which entirely and uniformly heat a lithium battery within a short time with low voltage so that the lithium battery exposed to a low temperature environment operates. The battery heater according to the present invention forms external connection terminals of a metal material which uniformly form surface-shaped heating elements formed by printing a heating element composition, are electrically connected in parallel and outwardly protrude. The battery heater is interposed between battery modules composing the lithium battery. The battery heaters are electrically connected in series by a connection terminal connecting the external connection terminals. The external connection terminals and the connection terminal connected in series are formed in close contact with or close to an outer side surface of the battery module.

Description

배터리 히터, 그를 포함하는 배터리 히터 조립체 및 배터리 시스템{Battery heater, battery heater assembly and battery system comprising the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery heater, a battery heater assembly including the same, and a battery system including the battery heater,

본 발명은 배터리 히팅 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온환경에 노출된 리튬 배터리가 작동할 수 있도록 히팅하는 배터리 히터, 그를 포함하는 배터리 히터 조립체 및 배터리 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery heating technique, and more particularly, to a battery heater for heating a lithium battery exposed to a low-temperature environment, a battery heater assembly including the battery heater, and a battery system.

최근에 화석연료의 고갈 염려 등으로 인해 전기로 구동되는 다양한 전기 구동 장치, 예컨대 전기자동차(Electric Vehicle), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in HEV; PHEV) 등이 개발되고 있다. 전기자동차는 엔진 없이 배터리를 통한 전기에너지를 주 동력원으로 하는 차량으로서, 배출가스가 전혀 발생하지 않는다. 하이브리드 전기자동차는 엔진과 전기모터를 함께 사용하며, 엔진의 부하를 감소시켜 에너지 효율을 높일 수 있는 자동차이다. 그리고 플러그-인 하이브리드 전기자동차는 엔진과 전기모터를 함께 사용한다는 점에서 하이브리드 전기자동차에 해당되며, 배터리는 플러그-인을 통해 외부 전원으로 충전한다는 점에서 하이브리드 전기자동차와 차이가 있다.BACKGROUND ART [0002] Recently, a variety of electric driving devices driven by electricity due to concerns of depletion of fossil fuels, such as electric vehicles, hybrid electric vehicles (HEV), plug-in hybrid electric vehicles (HEVs) PHEV) are being developed. Electric vehicles are vehicles that use electric energy as a main power source through a battery without an engine, and no exhaust gas is generated at all. A hybrid electric vehicle is an automobile that uses both an engine and an electric motor, and can reduce the load on the engine to improve energy efficiency. And a plug-in hybrid electric vehicle is a hybrid electric vehicle in that an engine and an electric motor are used together, and a battery is different from a hybrid electric vehicle in that it charges through an external power source through a plug-in.

이와 같은 전기 구동 장치는 필수적으로 전기를 공급하기 위한 배터리가 필요하다. 배터리로는 충전 및 방전이 가능한 리튬 배터리가 사용되고 있다. 리튬 배터리는 복수의 리튬이차전지 셀을 구비한다. 리튬이차전지 셀은 외부 충격, 열 또는 진동 등으로 보호하기 위해서 일정한 개수, 예컨대 10개 내외로 묶어 프레임에 넣은 배터리 모듈로 제작된다. 리튬 배터리는 이러한 배터리 모듈을 복수개로 묶어 배터리 팩 형태로 제작된다.Such an electric driving apparatus essentially requires a battery for supplying electricity. The battery uses a lithium battery that can be charged and discharged. The lithium battery includes a plurality of lithium secondary battery cells. The lithium secondary battery cell is fabricated from a battery module that is bundled in a predetermined number, for example, about ten, in order to protect it from external impact, heat or vibration. The lithium battery is assembled into a battery pack by bundling a plurality of such battery modules.

이러한 전기 구동 장치는 다양한 환경 조건, 예컨대 고온이나 저온에서 구동이 가능해야 한다.Such an electric driving device must be capable of being driven under various environmental conditions, for example, high temperature or low temperature.

그런데 전기 구동 장치에 사용되는 리튬 배터리는 온도가 감소함에 따라 출력 전압과 전류가 급격이 감소하는 특성을 가지고 있다. 이로 인해 전기 구동 장치에 사용되는 리튬 배터리는 영하 또는 낮은 온도의 외부 환경에 장시간 노출될 경우, 배터리의 효율 및 출력이 급격히 떨어지는 특성을 가지고 있다. 예컨대 리튬 배터리는 최적의 방전 온도는 30~35℃이기 때문에, 이 보다 낮은 작동 온도, 특히 영하의 온도에서는 방전 전류 및 사용한 가능한 전체 에너지가 급격히 떨어지는 특성을 가지고 있다. 그리고 ­10℃ 이하의 온도에서의 리튬 배터리의 충전은 잠재적인 위험성이 있다.However, the lithium battery used in the electric driving apparatus is characterized in that the output voltage and the current abruptly decrease as the temperature decreases. As a result, the lithium battery used in the electric driving apparatus has a characteristic in which the efficiency of the battery and the output drop sharply when the battery is exposed to an external environment of a low temperature or a low temperature for a long time. Lithium batteries, for example, have an optimal discharge temperature of 30 to 35 占 폚, so that the discharging current and the total available energy drop sharply at lower operating temperatures, particularly at sub-zero temperatures. And the charging of lithium batteries at temperatures below 10 ° C is a potential hazard.

이러한 문제점을 해소하기 위해서, 리튬 배터리에 배터리 히터를 장착하여 저온으로 떨어진 리튬이차전지를 히팅하는 방법이 있다. 기존의 배터리 히터는 PTC 히터를 이용하여 공기 혹은 물(coolant water)을 가열하여 배터리 모듈 사이에 부착된 공조라인으로 가열된 공기 혹은 가열된 물을 순환시키는 방식으로 히팅한다.In order to solve this problem, there is a method in which a battery heater is attached to a lithium battery and lithium that has fallen to a low temperature heats the secondary battery. Conventional battery heaters use PTC heaters to heat air or water (coolant water) to heat the air or heated water circulated through the air conditioning lines attached between the battery modules.

그런데 이 경우, 공조에 의한 가열 시간이 길고, 배터리의 온도를 균일하게 조절하기가 어려운 문제점이 있다. 공조 장치가 배터리 모듈 사이에 부착됨으로써 배터리 팩의 많은 공간을 차지할 뿐만 아니라 배터리 팩의 중량을 증가시키는 요소로 작용한다.In this case, however, the heating time by the air conditioning is long and it is difficult to control the temperature of the battery uniformly. The air conditioner is attached between the battery modules, thereby occupying a large space of the battery pack, and also serving as an element for increasing the weight of the battery pack.

배터리 히터로 니켈 합금 포일(foil), 구리 포일을 에칭 프로세스에 의한 가공하는 방식으로 제조한 선상 발열체를 이용하는 방안이 있다.There is a method of using a linear heating element manufactured by a method in which a nickel alloy foil and a copper foil are processed by an etching process with a battery heater.

그런데 선상 발열체를 이용한 배터리 히터는 배터리 히팅 시, 선상 발열체 사이에 빈 공간이 많아 발열이 되지 않는 영역이 존재하며, 이로 인해서 단위면적당 출력이 낮은 문제점이 있다. 또한 선상 발열체를 이용한 배터리 히터는 균일한 발열을 유도하기 어렵기 때문에, 배터리의 히팅 속도가 느린 문제점을 안고 있다.However, the battery heater using the line heating element has a problem that when the battery is heated, there is a region where heat is not generated due to a lot of empty space between the line heating elements, and thus the output per unit area is low. In addition, since the battery heater using the line heating element hardly induces a uniform heat generation, there is a problem that the heating speed of the battery is slow.

한국공개특허 제2011-0073117호(2011.06.29.)Korea Patent Publication No. 2011-0073117 (June 29, 2011)

이러한 문제점을 해소하기 위해서, 배터리 히터로서 필름 히터를 사용하는 방안이 시도되고 있다. 필름 히터는 리튬 배터리를 구성하는 배터리 모듈 사이에 개재되어 배터리 모듈을 균일하게 히팅할 수 있는 이점이 있다.In order to solve this problem, attempts have been made to use a film heater as a battery heater. The film heater is interposed between the battery modules constituting the lithium battery, so that the battery module can be uniformly heated.

하지만 필름 히터는 출력이 낮아 저온 환경에서 장시간 노출된 리튬 배터리의 리튬이차전지 셀을 정상 작동 온도 범위까지 히팅하기는 어렵다.However, it is difficult to heat a lithium secondary battery cell of a lithium battery exposed for a long time in a low temperature environment to a normal operating temperature range because the output of the film heater is low.

필름 히터에 전력을 공급하기 위한 배선이 너무 많이 필요하다는 문제점이 있다. 즉 필름 히터에 배선을 이용하여 전력을 공급할 경우, 종래의 PTC 히터 및 공조에 의한 배터리 히팅 방식에 비해서 공간적인 장점을 얻을 수 없으며, 가격 경쟁력 또한 떨어진다.There is a problem that too much wiring is required to supply electric power to the film heater. In other words, when electric power is supplied to the film heater using wiring, it is not possible to obtain a spatial advantage compared to a conventional PTC heater and a battery heating method by air conditioning, and the price competitiveness is also lowered.

그리고 기존의 필름 히터는 DC 4V 이하의 저전압에서는 발열량이 낮기 때문에, 50㎠ 이상의 대면적 발열체로는 구현할 수 없었다.The conventional film heater can not be realized with a large-area heating element of 50 cm 2 or more because the heating value is low at a low voltage of DC 4 V or less.

따라서 본 발명의 목적은 저온 환경에 노출된 리튬 배터리가 작동할 수 있도록 리튬 배터리를 저전압으로 짧은 시간에 대면적으로 히팅하는 배터리 히터, 그를 포함하는 배터리 히터 조립체 및 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery heater for heating a lithium battery to a large area in a short time at a low voltage so that a lithium battery exposed to a low-temperature environment can be operated, a battery heater assembly including the battery heater, and a battery system.

본 발명의 다른 목적은 배터리 모듈 사이에 개재되는 단위 배터리 히터 간의 연결 배선을 간소화하여 배터리 히터가 설치된 리튬 배터리의 중량 및 크기 증가를 최소화할 수 있는 배터리 히터, 그를 포함하는 배터리 히터 조립체 및 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a battery heater capable of minimizing an increase in weight and size of a lithium battery provided with a battery heater by simplifying connection wirings between unit battery heaters interposed between battery modules, a battery heater assembly including the battery heater assembly, .

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 리튬 배터리를 형성하는 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되며, 외측으로 돌출되게 형성된 복수의 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받아 발열하는 병렬로 전기적으로 연결된 복수의 면상 발열체를 포함하고, 상기 복수의 면상 발열체는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되는 필름 형태의 복수의 배터리 히터; 및 상기 복수의 배터리 히터의 외부 접속 단자를 직렬로 연결하는 복수의 연결 단자;를 포함하는 배터리 히터 조립체를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a lithium battery comprising: a plurality of battery modules, each of which includes a plurality of battery modules, Wherein the plurality of planar heating elements comprise a plurality of film heaters formed by printing a heating element composition containing carbon nanotube particles and graphite particles as conductive particles; And a plurality of connection terminals for connecting the external connection terminals of the plurality of battery heaters in series.

상기 복수의 배터리 히터는 각각, 베이스 기판; 상기 베이스 기판의 적어도 일면에 형성되는 전극 배선부와, 상기 전극 배선부와 연결되어 상기 베이스 기판의 외측으로 돌출되게 형성된 상기 복수의 외부 접속 단자를 구비하는 금속 소재의 전극 배선 패턴; 상기 베이스 기판의 적어도 일면에 형성되며, 상기 전극 배선부에 의해 병렬로 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받아 발열하는 상기 복수의 면상 발열체; 및 상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 베이스 기판의 면을 덮는 덮개 필름;을 포함할 수 있다.The plurality of battery heaters each include: a base substrate; An electrode wiring pattern formed on at least one surface of the base substrate and the plurality of external connection terminals connected to the electrode wiring portion so as to protrude to the outside of the base substrate; The plurality of planar heating elements being formed on at least one surface of the base substrate and electrically connected in parallel by the electrode wiring portions and receiving power through the plurality of external connection terminals to generate heat; And a cover film covering the surface of the base substrate on which the plurality of planar heating elements are formed.

상기 복수의 배터리 히터는 인가 전압의 증가에 비례해서 열밀도가 증가하는 특성을 나타낸다. 상기 복수의 배터리 히터는 DC 3V 이상의 전압 인가 시, 1 W/㎠ 이상의 열밀도(specific heat power) 특성을 나타낸다. 상기 복수의 배터리 히터는 DC 3 내지 4V의 전압 인가 시, 1 내지 2 W/㎠의 열밀도 특성을 나타낼 수 있다. The plurality of battery heaters exhibit a characteristic in which the thermal density increases in proportion to an increase in the applied voltage. The plurality of battery heaters exhibit a specific heat power characteristic of 1 W / cm 2 or more when a voltage of DC 3 V or more is applied. The plurality of battery heaters may exhibit a thermal density characteristic of 1 to 2 W / cm 2 when a voltage of DC 3 to 4 V is applied.

상기 복수의 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하거나 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더; 은 분말, 은 코팅된 니켈 분말 또는 은 코팅된 구리 분말을 더 포함하는 상기 전도성 입자; 및 유리 입자 또는 실리콘 입자를 포함하는 세라믹 입자;를 포함할 수 있다.Wherein the heating element composition for forming the plurality of planar heating elements comprises a mixed binder containing hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin or containing epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and phenolic resin; The conductive particles further comprising silver powder, silver coated nickel powder or silver coated copper powder; And ceramic particles including glass particles or silicon particles.

상기 발열체 조성물은, 발열체 조성물 100 중량부에 대하여 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 전도성 입자 0.7 내지 60 중량부, 및 세라믹 입자 0.5 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.The heating element composition may include 5 to 30 parts by weight of a mixed binder, 0.7 to 60 parts by weight of conductive particles, and 0.5 to 20 parts by weight of ceramic particles with respect to 100 parts by weight of the heating element composition.

상기 배터리 히터의 복수의 외부 접속 단자는, 상기 베이스 기판의 일측으로 돌출되게 형성되는 제1 외부 접속 단자; 및 상기 베이스 기판의 일측에 이웃하는 타측으로 돌출되게 형성되며, 이웃하는 배터리 히터의 제1 외부 접속 단자에 상기 연결 단자를 매개로 전기적으로 연결되는 제2 외부 접속 단자;를 포함할 수 있다.A plurality of external connection terminals of the battery heater include: a first external connection terminal protruded to one side of the base substrate; And a second external connection terminal formed to protrude to the other side adjacent to one side of the base substrate and electrically connected to the first external connection terminal of the neighboring battery heater via the connection terminal.

상기 제1 및 제2 외부 접속 단자는 서로 연결될 제1 및 제2 외부 접속 단자가 형성된 배터리 히터를 향하여 절곡된다.The first and second external connection terminals are bent toward a battery heater having first and second external connection terminals to be connected to each other.

상기 복수의 배터리 히터는 최외곽에 위치하는 배터리 히터의 연결되지 않은 제1 및 제2 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받는다.The plurality of battery heaters are supplied with power through the first and second external connection terminals that are not connected to the outermost battery heater.

상기 복수의 연결 단자는 각각, 배터리 히터의 제1 외부 접속 단자에 접합되는 제1 접합부; 상기 제1 접합부가 접합된 배터리 히터에 이웃하는 배터리 히터의 제2 외부 접속 단자에 접합되는 제2 접합부; 및 상기 제1 및 제2 접합부를 연결하는 연결부;를 포함할 수 있다.Wherein the plurality of connection terminals each include: a first junction joined to a first external connection terminal of the battery heater; A second joint portion joined to a second external connection terminal of the battery heater adjacent to the battery heater to which the first junction portion is bonded; And a connection part connecting the first and second joint parts.

상기 연결 단자는 판 형태를 가지며 상기 배터리 히터의 외부 접속 단자에 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 접합될 수 있다.The connection terminal has a plate shape and can be joined to the external connection terminal of the battery heater by laser welding or ultrasonic welding.

상기 외부 접속 단자는 저항이 200mΩ 이하이다.The external connection terminal has a resistance of 200 m? Or less.

상기 복수의 배터리 히터는, 복수의 배터리 모듈의 양쪽의 최외곽에 위치하는 배터리 모듈의 외측면에 설치되는 한 쌍의 최외곽 배터리 히터;를 더 포함할 수 있다.The plurality of battery heaters may further include a pair of outermost battery heaters installed on an outer surface of the battery module located at the outermost portions of both sides of the plurality of battery modules.

본 발명에 따른 배터리 히터 조립체는, 상기 한 쌍의 최외곽 배터리 히터의 외측면에 각각 설치되는 한 쌍의 버퍼용 금속 블록;을 더 포함할 수 있다.The battery heater assembly according to the present invention may further include a pair of buffer metal blocks respectively installed on outer surfaces of the pair of outermost battery heaters.

본 발명은 또한, 리튬 배터리를 형성하는 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되어 상기 리튬 배터리를 히팅하는 배터리 히터로서, 베이스 기판; 상기 베이스 기판의 적어도 일면에 형성되는 전극 배선부와, 상기 전극 배선부와 연결되어 상기 베이스 기판의 외측으로 돌출되게 형성된 복수의 외부 접속 단자를 구비하는 금속 소재의 전극 배선 패턴; 상기 베이스 기판의 적어도 일면에 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선부에 의해 병렬로 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받아 발열하는 복수의 면상 발열체; 및 상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 베이스 기판의 면을 덮는 덮개 필름;을 포함하는 배터리 히터를 제공한다.The present invention also provides a battery heater interposed between a plurality of battery modules forming a lithium battery to heat the lithium battery, the battery heater comprising: a base substrate; An electrode wiring pattern formed on at least one surface of the base substrate; and a plurality of external connection terminals connected to the electrode wiring section and protruding outward from the base substrate; Wherein the base substrate is formed by printing a heating element composition containing carbon nanotube particles and graphite particles as conductive particles on at least one surface of the base substrate and electrically connected in parallel by the electrode wiring portion, A plurality of planar heating elements receiving heat; And a cover film covering the surface of the base substrate on which the plurality of planar heating elements are formed.

본 발명은 또한, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 리튬 배터리; 상기 리튬 배터리를 형성하는 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되며, 외측으로 돌출되게 형성된 복수의 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받아 발열하는 병렬로 전기적으로 연결된 복수의 면상 발열체를 포함하고, 상기 복수의 면상 발열체는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되는 필름 형태의 복수의 배터리 히터; 및 상기 복수의 배터리 히터의 외부 접속 단자를 직렬로 연결하는 복수의 연결 단자;를 포함하는 배터리 시스템을 제공한다.The present invention also relates to a lithium battery including a plurality of battery modules; And a plurality of planar heating elements which are interposed between the plurality of battery modules forming the lithium battery and are electrically connected in parallel to generate heat by receiving power through a plurality of external connection terminals formed to protrude outwardly, A plurality of battery heaters in the form of a film formed by printing a heating element composition containing carbon nanotube particles and graphite particles as conductive particles; And a plurality of connection terminals for connecting the external connection terminals of the plurality of battery heaters in series.

본 발명에 따른 배터리 시스템은, 상기 리튬 배터리의 온도를 센싱하는 온도 센서; 상기 배터리 히터에 전원을 공급하는 보조 전원부; 및 상기 온도 센서로 센싱한 온도가 제1 임계 온도 이하인 경우, 상기 보조 전원부를 통하여 상기 배터리 히터에 전원을 공급하여 상기 배터리 히터에서 발열되는 열로 상기 리튬 배터리를 히팅하고, 히팅된 리튬 배터리를 상기 온도 센서로 센싱한 온도가 제2 임계 온도 이상인 경우, 상기 보조 전원부를 통하여 상기 배터리 히터로 공급되는 전원을 차단하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.A battery system according to the present invention includes: a temperature sensor for sensing a temperature of the lithium battery; An auxiliary power unit for supplying power to the battery heater; And a controller for supplying power to the battery heater through the auxiliary power unit to heat the lithium battery with heat generated by the battery heater when the temperature sensed by the temperature sensor is lower than a first threshold temperature, And a control unit for shutting off power supplied to the battery heater through the auxiliary power unit when the temperature sensed by the sensor is equal to or higher than a second threshold temperature.

그리고 상기 보조 전원부는 슈퍼 커패시터(super capacitor)또는 외부 전원을 포함할 수 있다.The auxiliary power unit may include a super capacitor or an external power source.

본 발명에 따른 배터리 히터는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성된 복수의 면상 발열체를 구비하기 때문에, 저전압에서 짧은 시간에 대면적 발열이 가능하다. 따라서 전기 구동 장치의 리튬 배터리가 저온 환경에 있더라도, 본 발명에 따른 배터리 히터를 이용하여 리튬 배터리를 DC 4V 이하의 저전압에서도 대면적으로 높은 발열량을 순간적으로 발생시켜 리튬 배터리를 히팅시킬 수 있다.Since the battery heater according to the present invention includes a plurality of area heating elements formed by printing a heating element composition, it is possible to generate a large area in a short time at a low voltage. Accordingly, even when the lithium battery of the electric driving apparatus is in a low-temperature environment, the lithium battery can generate a large amount of heat quickly at a low voltage of DC 4 V or less using the battery heater according to the present invention to heat the lithium battery.

본 발명에 따른 배터리 히터는 복수의 면상 발열체가 전면에 균일하게 배열된 구조를 갖기 때문에, 배터리 히터가 인접하는 배터리 모듈을 전체적으로 균일하게 히팅할 수 있다.The battery heater according to the present invention has a structure in which a plurality of the surface heating elements are uniformly arranged on the entire surface, so that the battery heater can uniformly heat the adjacent battery module as a whole.

본 발명에 따른 배터리 히터는 외부 접속 단자를 이용하여 서로 대응되는 배터리 히터의 외부 접속 단자에 직접 전기적으로 연결함으로써, 배터리 히터들 간의 연결 배선을 간소화하여 복수의 배터리 히터가 설치된 리튬 배터리의 중량 및 크기 증가를 최소화할 수 있다.The battery heater according to the present invention can be directly connected to the external connection terminals of the battery heaters corresponding to each other using the external connection terminal to simplify the connection wiring between the battery heaters to reduce the weight and size of the lithium battery provided with the plurality of battery heaters The increase can be minimized.

본 발명에 따른 배터리 히터는 병렬로 연결된 복수의 면상 발열체를 구비하고, 복수의 배터리 히터는 직렬로 연결함으로써, DC 3V 이상의 전압 인가 시, 1 W/㎠ 이상의 열밀도(specific heat power) 특성을 나타낸다. 예컨대 복수의 배터리 히터는 DC 3 내지 4V의 전압 인가 시, 1 내지 2 W/㎠의 열밀도 특성을 나타낼 수 있다.The battery heater according to the present invention has a plurality of planar heating elements connected in parallel and a plurality of battery heaters are connected in series to exhibit a specific heat power characteristic of 1 W / cm 2 or more when a voltage of DC 3 V or more is applied . For example, a plurality of battery heaters may exhibit thermal density characteristics of 1 to 2 W / cm 2 when a voltage of DC 3 to 4 V is applied.

본 발명에 따른 배터리 히터의 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은 나노크기의 전도성 입자와, 페놀계 수지, 아세탈계 수지, 이소시아네이트계 수지 또는 에폭시계 수지를 포함하는 혼합 바인더를 포함하기 때문에, 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있어 고온으로 신속하게 히팅이 가능하다.Since the heating element composition forming the planar heating element of the battery heater according to the present invention includes nano-sized conductive particles and a mixed binder including a phenol resin, an acetal resin, an isocyanate resin or an epoxy resin, Heat resistance can be maintained even at the temperature, and it is possible to heat quickly at high temperature.

본 발명에 따른 발열체 조성물은 발열체로 탄소 입자와 금속 분말을 포함하기 때문에, 발열체로 금속 분말만을 포함하는 발열체 조성물에 비해서 에너지 효율 및 발열 속도를 높일 수 있다.Since the heating element composition according to the present invention includes carbon particles and a metal powder as a heating element, energy efficiency and heat generation rate can be increased as compared with a heating element composition containing only metal powder as a heating element.

전술된 바와 같이, 발열체 조성물은 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있기 때문에, 온도에 따른 저항 변화가 작아 발열 거동 및 안정성이 높은 면상 발열체를 구비하는 배터리 히터를 제공할 수 있다.As described above, since the heat generating composition can maintain the heat resistance even at a temperature of 200 占 폚 or more, the battery heater having the planar heating element with high heat-generating behavior and high stability can be provided with a small change in resistance with temperature.

탄소나노튜브 입자와 그라파이트 입자를 포함하는 발열체 조성물로 형성한 면상 발열체는 블랙 바디(block body)이기 때문에, 흑체 복사로 인해 추가적인 에너지 효율을 향상을 얻을 수 있다.Since the planar heating element formed of the heating element composition including the carbon nanotube particles and the graphite particles is a black body, the additional energy efficiency can be improved due to the blackbody radiation.

발열체 조성물은 비저항이 낮고 두께 조절이 용이하여 저전압 및 저전력으로 고온 발열이 가능한 배터리 히터를 제공할 수 있다.The heating element composition can provide a battery heater which has a low resistivity and is easy to control its thickness, and can be heated at a low temperature and a low power.

발열체 조성물은 스크린 인쇄, 롤투롤 그라비아 인쇄, 롤투롤 콤마 코팅, 플렉소 인쇄, 옵셋 인쇄가 가능하기 때문에, 본 발명에 따른 배터리 히터의 대량 생산에 유리할 뿐만 아니라 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있다.Since the heating element composition is capable of screen printing, roll-to-roll gravure printing, roll to roll comma coating, flexo printing and offset printing, it is advantageous for mass production of the battery heater according to the present invention, .

본 발명에 따른 배터리 히터는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 전기자동차 이외에, 라이트박스(lightbox), 무정전공급장치의 배터리 백업(UPS battery backup), 통신기지국(telecommunication station), 재생에너지(renewal energy), 교통신호등제어기(traffic light control), 무인항공기, 드론, 잠수함, 비행기, 헬기, 수송기 등과 같은 저온 환경에 노출이 빈번한 다양한 전기 구동 장치에 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The battery heater according to the present invention may be applied to a vehicle such as an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in electric vehicle, a lightbox, a UPS battery backup, a telecommunication station, but is not limited to, a variety of electric drive devices that are frequently exposed to low temperature environments such as energy, traffic light control, unmanned aerial vehicles, drone, submarine, airplane, helicopter,

도 1은 본 발명에 따른 배터리 히터를 구비하는 배터리 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 배터리 히터 조립체를 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1의 배터리 시스템의 배터리 관리 방법에 따른 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 히터를 보여주는 평면도이다.
도 5는 도 4의 5-5선 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 히터가 리튬 배터리에 설치된 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 히터가 리튬 배터리에 설치된 구조를 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 히터의 ­20℃ 환경에서의 DC 4V 인가 시의 알루미늄 블록의 시간에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 히터를 보여주는 단면도이다.1 is a block diagram showing a battery system having a battery heater according to the present invention.
2 is a block diagram illustrating the battery heater assembly of FIG.
3 is a flowchart illustrating a battery management method of the battery system of FIG.
4 is a plan view showing a battery heater according to a first embodiment of the present invention.
5 is a sectional view taken along line 5-5 of Fig.
6 is an exploded perspective view showing a structure in which a battery heater according to a first embodiment of the present invention is installed in a lithium battery.
7 is a perspective view showing a structure in which a battery heater according to a first embodiment of the present invention is installed in a lithium battery.
FIG. 8 is a graph showing a temperature change of an aluminum block in a battery heater according to the first embodiment of the present invention with time under application of DC 4V in an environment of 20 ° C. FIG.
9 is a sectional view showing a battery heater according to a second embodiment of the present invention.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding embodiments of the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted to the extent that they do not disturb the gist of the present invention.

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.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 히터 조립체를 구비하는 배터리 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 2는 도 1의 배터리 히터 조립체를 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a battery system having a battery heater assembly according to the present invention. 2 is a block diagram illustrating the battery heater assembly of FIG.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 시스템(100)은 주 전원부로 리튬 배터리(11)를 사용하는 시스템으로, 리튬 배터리(11)와 배터리 히터 조립체(12)를 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2, a battery system 100 according to the present invention is a system using a lithium battery 11 as a main power source unit, and includes a lithium battery 11 and a battery heater assembly 12.

리튬 배터리(11)는 부하에 전기에너지를 공급하는 복수의 리튬이차전지 셀을 구비한다. 리튬이차전지 셀은 외부 충격, 열 또는 진동 등으로 보호하기 위해서 일정한 개수, 예컨대 10개 내외로 묶어 프레임에 넣은 배터리 모듈로 제작된다. 리튬 배터리(11)는 이러한 배터리 모듈을 복수개로 묶어 배터리 팩 형태로 제작된다.The lithium battery 11 includes a plurality of lithium secondary battery cells that supply electric energy to the load. The lithium secondary battery cell is fabricated from a battery module that is bundled in a predetermined number, for example, about ten, in order to protect it from external impact, heat or vibration. The lithium battery 11 is assembled into a battery pack by bundling a plurality of such battery modules.

배터리 히터 조립체(12)는 필름 형태의 복수의 배터리 히터(13) 및 복수의 연결 단자(70)를 포함하며, 한 쌍의 버퍼용 금속 블록(80)을 더 포함할 수 있다. 이때 리튬 배터리(11)는 복수의 배터리 모듈을 포함한다. 복수의 배터리 히터(13)는 리튬 배터리(11)의 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되며, 외측으로 돌출되게 형성된 복수의 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받아 발열하는 병렬로 전기적으로 연결된 복수의 면상 발열체를 포함한다. 이때 복수의 면상 발열체는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성된다.The battery heater assembly 12 includes a plurality of battery heaters 13 and a plurality of connection terminals 70 in the form of a film and may further include a pair of metal blocks 80 for buffer. At this time, the lithium battery 11 includes a plurality of battery modules. A plurality of battery heaters 13 are disposed between the plurality of battery modules of the lithium battery 11 and are connected to a plurality of external connection terminals formed to protrude outward, . At this time, a plurality of planar heating elements are formed by printing a heating element composition containing carbon nanotube particles and graphite particles as conductive particles.

복수의 연결 단자(70)는 복수의 배터리 히터(13)의 외부 접속 단자를 직렬로 연결한다.The plurality of connection terminals 70 connect the external connection terminals of the plurality of battery heaters 13 in series.

이때 복수의 배터리 히터(13)는 복수의 배터리 모듈의 양쪽의 최외곽에 위치하는 배터리 모듈의 외측면에 설치되는 한 쌍의 최외곽 배터리 히터를 더 포함할 수 있다.The plurality of battery heaters 13 may further include a pair of outermost battery heaters installed on outer surfaces of the battery modules located at the outermost sides of the plurality of battery modules.

그리고 한 쌍의 버퍼용 금속 블록(80)은 리튬 배터리(11)의 양측에 위치하는 한 쌍의 최외곽 배터리 히터의 외측면에 각각 설치된다. 한 쌍의 버퍼용 금속 블록(80)은 최외곽 배터리 히터에서 발생되는 열이 공기 중으로 손실되는 것을 억제한다. 즉 배터리 히터(13)는 양쪽으로 열이 발생하게 된다. 배터리 모듈 사이에 개재된 배터리 히터는 양쪽으로 발생된 열이 양쪽에 위치하는 배터리 모듈로 전달된다. 하지만 최외곽 배터리 히터는 한쪽이 리튬 배터리의 최외곽에 위치하는 배터리 모듈에 접촉되지만, 다른 쪽이 외부로 노출되어 있다. 따라서 최외곽 배터리 히터의 다른 쪽에 버퍼용 금속 블록(80)을 설치하지 않는 경우, 최외곽 배터리 히터의 다른 쪽을 통하여 열 손실이 발생된다. 따라서 이러한 문제를 해소하기 위해서, 버퍼용 금속 블록(80)은 외부로 노출된 최외곽 배터리 히터의 외측면에 각각 설치된다. 이러한 버퍼용 금속 블록(80)으로는 배터리 히터(13)와 동일하거나 유사한 열용량을 갖는 금속 소재로 제조될 수 있다.The pair of buffer metal blocks 80 are respectively installed on the outer surfaces of the pair of outermost battery heaters located on both sides of the lithium battery 11. The pair of buffer metal blocks 80 suppress the heat generated in the outermost battery heater from being lost to the air. That is, the battery heater 13 generates heat on both sides. A battery heater interposed between battery modules transfers heat generated from both sides to battery modules located on both sides. However, the outermost battery heater contacts one battery module located at the outermost part of the lithium battery, but the other battery module is exposed to the outside. Therefore, when the buffer metal block 80 is not provided on the other side of the outermost battery heater, heat loss is generated through the other side of the outermost battery heater. Therefore, in order to solve this problem, the buffer metal block 80 is provided on the outer surface of the outermost battery heater exposed to the outside. The buffer metal block 80 may be made of a metal material having a heat capacity equal to or similar to that of the battery heater 13.

그 외 본 발명에 따른 배터리 시스템(100)은 온도 센서(15), 스위치(16), 보조 전원부(17), 전원 변환부(18) 및 제어부(19)를 더 포함할 수 있다.The battery system 100 according to the present invention may further include a temperature sensor 15, a switch 16, an auxiliary power source 17, a power conversion unit 18, and a control unit 19.

온도 센서(15)는 리튬 배터리(11)의 온도를 센싱하여 제어부(19)로 전달한다.The temperature sensor 15 senses the temperature of the lithium battery 11 and transmits the sensed temperature to the control unit 19.

보조 전원부(17)는 제어부(19)의 제어에 따라 배터리 히터(13)로 전원을 공급한다. 보조 전원부(17)는 제어부(19)의 제어에 따른 스위치(16)의 온/오프를 통하여 리튬 배터리(11)를 통하여 전원을 충전할 수 있다. 충전 시 리튬 배터리(11)의 전원은 전원 변환부를 통하여 보조 전원부(17)에 충전 가능한 전원으로 변환된 후 보조 전원부(17)로 충전된다.The auxiliary power supply unit 17 supplies power to the battery heater 13 under the control of the control unit 19. The auxiliary power unit 17 can charge the power source through the lithium battery 11 through the on / off operation of the switch 16 under the control of the control unit 19. [ The power source of the lithium battery 11 is charged by the auxiliary power unit 17 after being converted into a power source that can be charged into the auxiliary power source unit 17 through the power source conversion unit.

이러한 보조 전원부(17)로는 슈퍼 커패시터(super capacitor)가 사용될 수 있다. 슈퍼 커패시터로는 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC) 또는 의사 커패시터(pesudocapacitor)가 사용될 수 있다.As the auxiliary power supply 17, a super capacitor may be used. As the super capacitor, an electric double layer capacitor (EDLC) or a pseudo capacitor (pesudocapacitor) may be used.

이때 보조 전원부(17)로 슈퍼 커패시터를 사용하는 이유는 다음과 같다. 슈퍼 커패시터는 많은 에너지를 모아두었다가 수초 또는 수십 초 동안에 높은 출력의 에너지를 발산하는 동력원으로, 기존의 콘덴서나 이차 전지가 수용하지 못하는 성능 특성 영역을 만족시킬 수 있는 유용한 부품이기 때문이다. 슈퍼 커패시터는 장시간 방전을 필요로 하는 메모리 백업용에서 방전시간이 매우 짧은 펄스 파워를 이용하는 군용 또는 전기자동차 등 용도가 다양하다. 슈퍼 커패시터는 수명이 길어서 장기간 사용이 가능하고, 재충전 배터리처럼 독성화학물질을 포함하고 있지 않아 상대적으로 안전하며, 성능의 저하가 거의 없기 때문이다.The reason for using the supercapacitor as the auxiliary power supply 17 at this time is as follows. Supercapacitor is a useful power source that collects a lot of energy and emits a high output energy in a few seconds or tens of seconds, and is a useful part that can satisfy performance characteristics that conventional capacitors or secondary batteries can not accommodate. Supercapacitors have various applications such as military or electric vehicles that use pulsed power with very short discharge time for memory backup requiring long discharge time. Supercapacitors are long-lived and can be used for a long time, they are relatively safe because they do not contain toxic chemicals like rechargeable batteries, and there is almost no degradation in performance.

전기 이중층 커패시터는 서로 다른 상의 계면에 형성된 전기 이중층에서 발생하는 정전하 현상을 이용한 커패시터로서, 에너지 저장 메커니즘이 산화 및 환원과정에 의존하는 배터리에 비하여 충방전 속도가 빠르고 충방전 효율이 높으며 사이클 특성이 월등하여 백업 전원에 광범위하게 사용되며, 그 외 전기자동차의 보조전원으로 사용될 수 있다.An electric double layer capacitor is a capacitor using an electrostatic charge phenomenon generated in an electric double layer formed at an interface between different phases and has a faster charging / discharging speed, higher charging / discharging efficiency, and higher cycle characteristics than a battery in which an energy storage mechanism depends on oxidation and reduction processes. It is widely used for backup power source and can be used as auxiliary power source for other electric vehicles.

유사 커패시터는 전극과 전기화학 산화물 반응물의 산화-환원 반응을 이용하여 화학 반응을 전기적 에너지로 전환하여 저장하는 커패시터이다. 유사 커패시터는 전기 이중층 커패시터가 전기화학 이중층형 전극 표면에 형성된 이중층에만 전하를 저장하는 데 비하여 전극 재료의 표면 근처까지 전하를 저장 할 수 있어 저장 용량이 전기 이중층 커패시터에 비하여 약 5배 정도 크다. 금속산화물 전극재료로는 RuOx, IrOx, MnOx 등이 사용되고 있다.A pseudocapacitor is a capacitor that converts a chemical reaction into electrical energy using an electrode and an oxidation-reduction reaction of the electrochemical oxide reactant. The pseudocapacitor has a storage capacity of about 5 times larger than that of the electric double layer capacitor because the electric double layer capacitor can store electric charges near the surface of the electrode material compared to the electric double layer capacitor formed on the surface of the electrochemical double layer electrode. As the metal oxide electrode material, RuOx, IrOx, MnOx and the like are used.

한편 보조 전원부(17)로 외부 전원이 사용될 수 있다. 외부 전원은 이동식 충전기 또는 충전 시스템을 포함한다.On the other hand, an external power source can be used as the auxiliary power source unit 17. The external power source includes a mobile charger or a charging system.

또는 보조 전원부(17)는 슈퍼 커패시터와 외부 전원을 함께 사용할 수 있다. 예컨대 리튬 배터리(11)의 용량이 작아 리튬 배터리(11)에 적용된 배터리 히터(13)의 개수가 적은 경우, 보조 전원부(17)로 슈퍼 커패시터를 이용하여 배터리 히터(13)를 히팅할 수 있다. 반면에 리튬 배터리(11)의 용량이 커 리튬 배터리(11)에 적용된 배터리 히터(13)의 개수가 많은 경우, 보조 전원부(17)로 외부 전원을 이용하여 배터리 히터(13)를 히팅할 수 있다. 즉 보조 전원부(17)는 히팅할 수 있는 배터리 히터(13)의 개수에 따른 전체 용량에 따라서 슈퍼 커패시터 및 외부 전원 중에서 선택적으로 사용할 수 있다.Or the auxiliary power supply unit 17 may use an external power supply together with the supercapacitor. For example, when the capacity of the lithium battery 11 is small and the number of the battery heaters 13 applied to the lithium battery 11 is small, the battery heater 13 can be heated using the super capacitor with the sub power source 17. On the other hand, when the capacity of the lithium battery 11 is large and the number of the battery heaters 13 applied to the lithium battery 11 is large, the battery heater 13 can be heated by the external power source with the sub power source 17 . That is, the auxiliary power supply unit 17 can be selectively used among the super capacitor and the external power supply depending on the total capacity according to the number of the battery heaters 13 that can be heated.

전원 변환부(18)는 제어부(19)의 제어에 따라 각 부분에 필요한 전원으로 변환하여 공급한다. 전원 변화부(18)는 DC-DC 컨버터와 배터리 충전 모듈을 포함할 수 있다. 전원 변환부(18)는 제어부(19)의 충전 제어 신호에 따라 리튬 배터리(11)의 전원을 변환하여 보조 전원부(17)에 제공할 수 있다.The power conversion section 18 converts the power supplied to each section under the control of the control section 19 and supplies the converted power. The power supply changing unit 18 may include a DC-DC converter and a battery charging module. The power conversion unit 18 may convert the power of the lithium battery 11 according to the charge control signal of the control unit 19 and provide the power to the auxiliary power unit 17. [

배터리 히터(13)는 리튬 배터리(11)에 설치되며, 제어부(19)의 제어에 따라 리튬 배터리(11)를 히팅한다. 배터리 히터(13)는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성한 복수의 면상 발열체를 구비하며, 저전압에서 짧은 시간에 대면적 발열이 가능하다. 복수의 면상 발열체는 병렬로 전기적으로 연결된다. 이로 인해 리튬 배터리(11)가 저온 환경에 있더라도, 배터리 히터(13)는 리튬 배터리(11)를 DC 4V의 이하의 저전압에서도 대면적으로 높은 발열량을 순간적으로 발생시켜 리튬 배터리(13)를 히팅시킬 수 있다.The battery heater 13 is installed in the lithium battery 11 and heats the lithium battery 11 under the control of the controller 19. The battery heater 13 includes a plurality of planar heating elements formed by printing a heating element composition, and large-area heating is possible in a short time at a low voltage. The plurality of planar heating elements are electrically connected in parallel. Even if the lithium battery 11 is in a low-temperature environment, the battery heater 13 instantaneously generates a large amount of heat in a large area even at a low voltage of DC 4 V or lower, so as to heat the lithium battery 11 .

이러한 배터리 히터(13)는 리튬 배터리(11)를 보다 균일하게 히팅하기 위해서, 배터리 모듈들 사이에 설치된다. 그 외 배터리 히터(13)는 리튬 배터리(11)의 바닥면 또는 측면에 내장되는 형태로 설치될 수 있다.The battery heater 13 is installed between the battery modules so as to heat the lithium battery 11 more uniformly. The battery heater 13 may be installed on the bottom surface or the side surface of the lithium battery 11.

복수의 연결 단자(70)는 복수의 배터리 히터(13)에 마련된 외부 접속 단자를 통하여 서로 연결하되, 복수의 배터리 히터(13)를 직렬로 전기적으로 연결한다.The plurality of connection terminals 70 are electrically connected to each other through an external connection terminal provided in a plurality of battery heaters 13, and a plurality of battery heaters 13 are electrically connected in series.

그리고 제어부(19)는 리튬 배터리(11)를 제어하는 마이크로프로세서로서, 차량의 상태 정보(21,23)와 온도 센서(15)로부터 수신한 리튬 배터리(13)의 온도 정보를 이용하여 리튬 배터리(11)의 히팅과 보조 전원부(17)의 충전을 제어한다. 예컨대 제어부(19)는 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)으로, 리튬 이차전지 셀의 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과를 토대로 냉난방을 통하여 리튬 배터리(11)의 온도 관리를 수행하고, 전기 구동 장치의 제어부와 연동하여 부하로의 전기에너지의 공급을 제어할 수 있다.The control unit 19 is a microprocessor for controlling the lithium battery 11. The control unit 19 is a microprocessor that controls the lithium battery 11 by using the state information 21 and 23 of the vehicle and the temperature information of the lithium battery 13 received from the temperature sensor 15 11 and the charging of the auxiliary power source unit 17 are controlled. For example, the control unit 19 monitors the state of the lithium secondary battery cell using a battery management system (BMS), performs temperature management of the lithium battery 11 through cooling and heating based on the monitoring result, The supply of electric energy to the load can be controlled in cooperation with the control unit of the controller.

이러한 제어부(19)는 온도 센서(15)로 센싱한 리튬 배터리(11)의 온도를 기반으로 배터리 히터(13)의 구동을 제어한다. 즉 온도 센서(15)는 리튬 배터리(11)의 온도를 센싱한 온도 정보(15)를 제어부(19)로 전달한다. 온도 센서(15)로 센싱한 온도가 제1 임계 온도 이하인 경우, 제어부(19)는 히팅 제어 신호(26)로 스위치(16)를 온(ON)시켜 보조 전원부(17)를 통하여 배터리 히터(13)에 전원을 공급하고, 배터리 히터(13)에서 발열되는 열로 리튬 배터리(11)를 히팅한다. 제어부(19)는 배터리 히터(13)로 리튬 배터리(11)를 히팅한 후, 온도 센서(15)로 센싱한 리튬 배터리(11)의 온도가 제2 임계 온도 이상인 경우, 히팅 제어 신호(26)로 스위치(16)를 오프(OFF)시켜 보조 전원부(17)를 통하여 배터리 히터(13)로 공급되는 전원을 차단하여 리튬 배터리(11)의 히팅을 중단시킨다. 이때 제1 임계 온도는 리튬 배터리(11)의 콜드(cold) 상태로 인식할 수 있는 온도로 설정될 수 있다. 제2 임계 온도는 리튬 배터리(11)의 정상적인 충방전이 가능한 범위의 온도로 설정될 수 있다.The control unit 19 controls the operation of the battery heater 13 based on the temperature of the lithium battery 11 sensed by the temperature sensor 15. [ That is, the temperature sensor 15 transmits the temperature information 15, which senses the temperature of the lithium battery 11, to the control unit 19. When the temperature sensed by the temperature sensor 15 is equal to or lower than the first threshold temperature, the controller 19 turns on the switch 16 with the heating control signal 26 and supplies it to the battery heater 13 And the lithium battery 11 is heated by the heat generated in the battery heater 13. [ The control unit 19 controls the heating control signal 26 when the temperature of the lithium battery 11 sensed by the temperature sensor 15 is equal to or higher than the second threshold temperature after the lithium battery 11 is heated by the battery heater 13. [ The switch 16 is turned off to shut off the power supplied to the battery heater 13 through the auxiliary power supply unit 17 to stop the heating of the lithium battery 11. [ At this time, the first critical temperature may be set to a temperature that can be recognized as a cold state of the lithium battery 11. The second critical temperature may be set to a temperature within a range in which normal charging and discharging of the lithium battery 11 is possible.

물론 리튬 배터리(11)의 히팅은 제어부(19)가 차량의 상태 정보(21)를 확인한 후 수행한다. 이때 차량의 상태 정보(21)로 이그니션 온(ignition ON), 즉 차량의 시동을 거는 상황이다. Of course, the heating of the lithium battery 11 is performed after the control unit 19 confirms the state information 21 of the vehicle. At this time, ignition ON, that is, the vehicle is started by the state information 21 of the vehicle.

제어부(19)는 보조 전원부(17)의 잔량을 체크(27)하여 보조 전원부(17)의 충전이 필요한 지의 여부를 확인한다. 충전이 필요한 경우, 제어부(19)는 전원 변환부(18)로 충전 제어 신호(28)를 인가하여 리튬 배터리(11)의 전원으로 보조 전원부(17)를 충전한다. 물론 제어부(19)는 차량의 상태 정보(23)를 통하여 리튬 배터리(11)로 보조 전원부(17)를 충전할 수 있는 상태인지를 확인한 후 수행한다. 보조 전원부(17)의 충전이 가능한 차량 상태(23)는 발전기가 정상적으로 구동되는 상태일 수 있다.The control unit 19 checks the remaining amount of the auxiliary power supply unit 17 to check whether or not the auxiliary power supply unit 17 needs to be charged. The control unit 19 applies the charge control signal 28 to the power conversion unit 18 to charge the auxiliary power unit 17 with the power of the lithium battery 11. [ Of course, the control unit 19 confirms whether the auxiliary battery 17 is in a state capable of charging the lithium battery 11 through the state information 23 of the vehicle. The vehicle state 23 in which the auxiliary power supply unit 17 can be charged may be a state in which the generator is normally driven.

이와 같이 제어부(19)를 통하여 리튬 배터리(11)의 온도를 관리함으로써, 리튬 배터리(11)의 온도에 따라 작동 효율성을 향상시키고, 수명을 연장할 수 있다.By controlling the temperature of the lithium battery 11 through the control unit 19 as described above, the operating efficiency can be improved and the service life can be extended according to the temperature of the lithium battery 11. [

이와 같은 본 발명에 따른 배터리 시스템(100)의 배터리 관리 방법에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 도 1의 배터리 시스템(100)의 배터리 관리 방법에 따른 흐름도이다.The battery management method of the battery system 100 according to the present invention will now be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 3 is a flowchart illustrating a battery management method of the battery system 100 of FIG.

배터리 시스템(100)이 전기자동차와 같은 차량에 적용된 경우의 배터리 관리 방법을 개시하였다. 배터리 관리는 차량 상태 및 배터리 상태 정보를 기반으로 한 리튬 배터리(11)의 히팅 및 보조 전원부(17)의 충전을 포함한다.A battery management method when battery system 100 is applied to a vehicle such as an electric vehicle is disclosed. The battery management includes the heating of the lithium battery 11 and the charging of the auxiliary power supply unit 17 based on the vehicle condition and the battery condition information.

먼저 S11단계에 따른 대기 상태에서, 제어부(19)는 차량의 상태 정보(21)를 통하여 이그니션 온 여부를 S13단계에서 확인한다.First, in the waiting state according to the step S11, the control unit 19 confirms whether or not the ignition is on through the state information 21 of the vehicle in the step S13.

확인 결과 이그니션 온 신호가 입력되지 않은 경우, 제어부(19)는 S11단계에 따른 대기 상태를 유지한다.If it is determined that the ignition on signal is not input, the control unit 19 maintains the standby state in step S11.

확인 결과 이그니션 온 신호가 입력된 경우, S15단계에서 제어부(19)는 리튬 배터리(11)의 온도가 제1 임계 온도 이하인지의 여부를 확인한다. 즉 제어부(19)는 리튬 배터리(11)가 정상적으로 동작이 가능한 온도 인지의 여부를 확인한다.If it is determined that the ignition on signal has been input, the control unit 19 determines in step S15 whether the temperature of the lithium battery 11 is lower than the first threshold temperature. That is, the control unit 19 confirms whether or not the lithium battery 11 is at a temperature at which normal operation is possible.

확인 결과 제1 임계 온도 이하인 경우, S17단계에서 제어부(19)는 배터리 히터(13)를 가동시켜 리튬 배터리(11)를 히팅한다.If it is determined that the temperature is equal to or lower than the first threshold temperature, the control unit 19 activates the battery heater 13 to heat the lithium battery 11 in step S17.

다음으로 S19단계에서 제어부(19)는 히팅된 리튬 배터리(11)의 온도가 제2 임계 온도 이상인지의 여부를 확인한다.Next, in step S19, the controller 19 confirms whether or not the temperature of the lithium battery 11 heated is equal to or higher than the second threshold temperature.

확인 결과 제2 임계 온도 미만인 경우, 제어부(19)는 S17단계를 수행한다.If it is confirmed that the temperature is lower than the second threshold temperature, the control unit 19 performs step S17.

확인 결과 제2 임계 온도 이상인 경우, S21단계에서 제어부(19)는 배터리 히터(19)의 가동을 중지시킨다. 히팅에 의해 리튬 배터리(11)는 안정적인 전원 공급이 가능한 상태가 되었기 때문에, 제어부(19)는 이그니션 온 신호에 따라 리튬 배터리(11)의 전원을 이용하여 시동을 걸게 된다. 예컨대 차량이 전기자동차인 경우, 제어부(19)는 전기자동차에 구비된 전기모터를 구동시킨다.If it is determined that the temperature is equal to or higher than the second threshold temperature, the control unit 19 stops the operation of the battery heater 19 in step S21. Since the lithium battery 11 is in a state where stable power supply is possible by heating, the controller 19 starts up using the power of the lithium battery 11 according to the ignition on signal. For example, when the vehicle is an electric vehicle, the control unit 19 drives the electric motor provided in the electric vehicle.

한편 S15단계의 확인 결과 제1 임계 온도를 초과하는 경우, S23단계에서 제어부(19)는 차량의 상태 정보(23)를 통하여 발전기의 구동 여부를 확인한다. 즉 제어부(19)는 리튬 배터리(11)를 통하여 보조 전원부(17)의 충전이 가능한 상태인지의 여부를 발전기의 구동 여부로 확인한다.On the other hand, if it is determined in step S15 that the first threshold temperature is exceeded, the control unit 19 determines whether the generator is driven through the state information 23 of the vehicle in step S23. That is, the control unit 19 confirms whether or not the auxiliary power unit 17 can be charged through the lithium battery 11, based on whether or not the generator is driven.

S23단계의 확인 결과 발전기가 구동 중인 경우, S25단계에서 제어부(19)는 전원 변환부(18)를 통한 보조 배터리(17)의 충전을 시작(ON)한다.If it is determined in step S23 that the generator is in operation, the control unit 19 starts charging the auxiliary battery 17 through the power conversion unit 18 in step S25.

다음으로 S27단계에서 제어부(19)는 보조 배터리(17)의 완충 여부를 확인한다.Next, in step S27, the control unit 19 confirms whether or not the auxiliary battery 17 is buffered.

확인 결과 완충되지 않은 경우, 제어부(19)는 S25단계를 수행한다.If not, the control unit 19 performs step S25.

확인 결과 완충된 경우, S29단계에서 제어부(19)는 보조 배터리(17)의 충전을 종료(OFF)한다.If it is determined that the auxiliary battery 17 is fully charged, the control unit 19 ends the charging of the auxiliary battery 17 in step S29.

S21단계 또는 S29단계 이후에, S31단계에서 제어부(19)는 이그니션 오프 신가가 입력되는 지의 여부를 확인한다.In step S21 or step S29, the control unit 19 determines whether or not the ignition off value has been input in step S31.

그리고 이그니션 오프 신호가 입력되는 경우, 제어부(19)는 배터리 시스템(100)의 구동을 종료한다. 이때 제어부(19)는 S11단계에 따른 대기 상태로 복귀할 수 있다.When the ignition off signal is input, the control unit 19 terminates the operation of the battery system 100. At this time, the control unit 19 can return to the standby state according to the step S11.

이와 같은 본 발명에 따른 배터리 시스템(100)에 적용되는 배터리 히터(13,113) 및 배터리 히터 조립체(12)에 대해서 도 4 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The battery heaters 13 and 113 and the battery heater assembly 12 applied to the battery system 100 according to the present invention will now be described with reference to FIGS. 4 to 9. FIG.

[제1 실시예][First Embodiment]

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)를 보여주는 평면도이다. 도 5는 도 4의 5-5선 단면도이다.4 is a plan view showing the battery heater 13 according to the first embodiment of the present invention. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of Fig.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)는 베이스 기판(30), 금속 소재의 전극 배선 패턴(40), 복수의 면상 발열체(50) 및 덮개 필름(60)을 포함한다. 베이스 기판(30)은 전극 배선 패턴(40), 복수의 면상 발열체(50) 및 덮개 필름(60)을 형성할 수 있는 기저층이다. 전극 배선 패턴(40)은 베이스 기판(30)의 적어도 일면에 형성되는 전극 배선부(45)와, 전극 배선부(45)와 연결되어 베이스 기판(30)의 외측으로 돌출되게 형성된 복수의 외부 접속 단자(41,43)를 구비한다. 복수의 면상 발열체(50)는 베이스 기판(30)의 적어도 일면에 형성되며, 전극 배선부(45)에 의해 병렬로 전기적으로 연결되고, 복수의 외부 접속 단자(41,43)를 통하여 전원을 인가받아 발열한다. 그리고 덮개 필름(60)은 복수의 면상 발열체(50)가 형성된 베이스 기판(30)의 면을 덮는다.4 and 5, the battery heater 13 according to the first embodiment includes a base substrate 30, an electrode wiring pattern 40 made of a metal material, a plurality of planar heating elements 50, and a cover film 60, . The base substrate 30 is a base layer capable of forming an electrode wiring pattern 40, a plurality of planar heating elements 50, and a cover film 60. The electrode wiring pattern 40 includes an electrode wiring portion 45 formed on at least one surface of the base substrate 30 and a plurality of external connection portions 45 connected to the electrode wiring portion 45 and protruded to the outside of the base substrate 30 Terminals 41 and 43, respectively. The plurality of planar heating elements 50 are formed on at least one surface of the base substrate 30 and are electrically connected in parallel by the electrode wiring portions 45 to apply power through a plurality of external connection terminals 41 and 43 Receive heat. The cover film 60 covers the surface of the base substrate 30 on which a plurality of surface heat emission elements 50 are formed.

베이스 기판(30)은 하부면(31)과, 하부면(31)에 반대되는 상부면(33)을 갖는다. 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 전극 배선 패턴(40), 복수의 면상 발열체(50) 및 덮개 필름(60)이 형성된다. 이러한 베이스 기판(30)으로는 플라스틱 기판, 금속 기판 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있다. 플라스틱 기판의 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.The base substrate 30 has a lower surface 31 and an upper surface 33 opposite the lower surface 31. An electrode wiring pattern 40, a plurality of planar heating elements 50 and a cover film 60 are formed on the upper surface 33 of the base substrate 30. As the base substrate 30, a plastic substrate, a metal substrate, or a ceramic substrate can be used. Examples of the material of the plastic substrate include polyimide, polyethersulphone (PES), polyacrylate (PAR), polyetherimide (PEI), polyethylene naphthalate (PEN) (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyallylate, polycarbonate (PC), cellulose triacetate (CTA), or cellulose acetate propionate propinonate < / RTI > (CAP) may be used and are not limited to those listed.

베이스 기판(30)으로 사용되는 금속 기판은 금속판과, 전극 배선 패턴(40) 및 복수의 면상 발열체(50)가 형성되는 금속판의 상부면(33)에 형성된 절연층을 구비한다. 절연층의 소재로는 전술된 플라스틱 기판의 소재 중에 적어도 하나가 사용될 수 있다.The metal substrate used as the base substrate 30 includes a metal plate and an insulating layer formed on the upper surface 33 of the metal plate on which the electrode wiring pattern 40 and the plurality of surface heating elements 50 are formed. As the material of the insulating layer, at least one of the above-mentioned materials of the plastic substrate may be used.

베이스 기판(30)은 배터리 히터(13)가 사용되는 응용 분야나 발열 온도에 따라서 적절히 선택될 수 있다.The base substrate 30 can be appropriately selected in accordance with the application field where the battery heater 13 is used or the heat generation temperature.

전극 배선 패턴(40)은 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 형성되며, 외부에서 인가되는 전원을 면상 발열체(50)로 공급한다. 전극 배선 패턴(40)은 전압 강하(voltage drop)를 최소화할 수 있도록 금속 소재로 형성될 수 있다. 전극 배선 패턴(40)을 형성하는 금속 소재로는 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다.The electrode wiring pattern 40 is formed on the upper surface 33 of the base substrate 30 and supplies an external power source to the surface heating element 50. The electrode wiring pattern 40 may be formed of a metal material so as to minimize a voltage drop. As the metal material forming the electrode wiring pattern 40, silver, aluminum, copper, nickel, stainless steel or an alloy thereof can be used.

전극 배선 패턴(40)은 금속박을 이용한 에칭 방법 또는 금속 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 형성할 수 있다. 즉 전극 배선 패턴(40)은 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 금속박을 적층한 후 에칭 방법으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 또는 전극 배선 패턴(40)은 금속 페이스트를 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 인쇄하여 형성할 수 있다.The electrode wiring pattern 40 can be formed by an etching method using a metal foil or a printing method using a metal paste. That is, the electrode wiring pattern 40 can be formed by laminating a metal foil on the upper surface 33 of the base substrate 30 and then patterning it by an etching method. Or the electrode wiring pattern 40 may be formed by printing a metal paste on the upper surface 33 of the base substrate 30.

이러한 전극 배선 패턴(40)은 전극 배선부(45)와 복수의 외부 접속 단자(41,43)를 포함한다. 전극 배선부(45)는 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 형성되는 복수의 면상 발열체(50)를 병렬로 전기적으로 연결하며, 복수의 외부 접속 단자(41,43)를 통하여 인가되는 전원을 복수의 면상 발열체(50)로 공급하여 발열시킨다. 복수의 외부 접속 단자(41,43)는 전극 배선부(45)와 연결되며, 베이스 기판(30)의 외측으로 돌출되게 형성된다.The electrode wiring pattern 40 includes an electrode wiring portion 45 and a plurality of external connection terminals 41 and 43. The electrode wiring portion 45 electrically connects the plurality of surface heat emission elements 50 formed on the upper surface 33 of the base substrate 30 in parallel and is electrically connected to the external connection terminals 41 and 43 The power is supplied to the plurality of surface heat emission elements (50) to generate heat. The plurality of external connection terminals 41 and 43 are connected to the electrode wiring portion 45 and protrude to the outside of the base substrate 30.

이때 전극 배선부(45)는 베이스 기판(30)의 상부면(33) 상에 형성되며, 베이스 필름(30)의 상부면(33)을 덮는 덮개 필름(60)에 의해 봉합된다.The electrode wiring portion 45 is formed on the upper surface 33 of the base substrate 30 and is sealed by the cover film 60 covering the upper surface 33 of the base film 30.

복수의 외부 접속 단자(41,43)는 베이스 기판(30) 및 덮개 필름(60) 밖으로 돌출되어 외부로부터 전원을 인가받는다. 복수의 외부 접속 단자(41,43)는 서로 이격되게 형성된다. 복수의 외부 접속 단자(41,43)는 연결 단자(70)의 안정적인 접합성, 전기전도성 및 IR 드랍(drop)을 억제하기 위해서 판 상으로 형성된다.The plurality of external connection terminals 41 and 43 protrude from the base substrate 30 and the cover film 60 to receive power from the outside. The plurality of external connection terminals 41 and 43 are formed to be spaced apart from each other. The plurality of external connection terminals 41 and 43 are formed in a plate shape to suppress the stable joining property, electrical conductivity, and IR drop of the connection terminal 70.

복수의 외부 접속 단자(41,45)는 끝단 저항이 200mΩ 이하이다. 이유는 복수의 배터리 히터(13)를 직렬로 연결할 때, IR 드랍을 억제하고 복수의 배터리 히터를 동시에 구동하기 위해서이다.The end resistance of the plurality of external connection terminals 41 and 45 is 200 m? Or less. The reason is that when a plurality of battery heaters 13 are connected in series, the IR drop is suppressed and a plurality of battery heaters are simultaneously driven.

복수의 외부 접속 단자(41,43)는 이웃하는 배터리 히터의 외부 접속 단자와 접합 공정 시, 이웃하는 배터리 히터를 향하여 절곡될 수 있도록 유연성을 갖는다.The plurality of external connection terminals 41 and 43 have flexibility so that they can be bent toward the neighboring battery heater during the bonding process with the external connection terminals of the neighboring battery heater.

이러한 복수의 외부 접속 단자(41,43)는 제1 외부 접속 단자(41)와 제2 외부 접속 단자(43)를 포함한다. 제1 외부 접속 단자(41)는 베이스 기판(30)의 일측으로 돌출되게 형성된다. 제2 외부 접속 단자(43)는 베이스 기판(30)의 일측에 이웃하는 타측으로 돌출되게 형성된다. 이때 제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43)는 이웃하는 배터리 히터의 제1 및 제2 외부 접속 단자에 연결 단자를 매개로 각각 전기적으로 연결된다. 예컨대 배터리 히터(13)가 직사각판 형태를 갖는 경우, 장변에 제1 외부 접속 단자(41)가 형성되고 단변에 제2 외부 접속 단자(43)가 형성될 수 있다.The plurality of external connection terminals 41 and 43 include a first external connection terminal 41 and a second external connection terminal 43. [ The first external connection terminal 41 is formed so as to protrude from one side of the base substrate 30. The second external connection terminal 43 is formed to protrude to the other side adjacent to one side of the base substrate 30. At this time, the first and second external connection terminals 41 and 43 are electrically connected to the first and second external connection terminals of the neighboring battery heater through the connection terminal, respectively. For example, when the battery heater 13 has a rectangular plate shape, the first external connection terminal 41 may be formed on the long side and the second external connection terminal 43 may be formed on the short side.

복수의 배터리 히터를 서로 연결하여 배터리 히터 조립체를 제조할 때, 제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43)는 서로 연결될 제1 및 제2 외부 접속 단자가 형성된 배터리 히터를 향하여 절곡되게 형성된다. 즉 제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43)는 배터리 히터(13)를 중심으로 서로 반대 방향으로 절곡된다.When the plurality of battery heaters are connected to each other to manufacture the battery heater assembly, the first and second external connection terminals 41 and 43 are formed to be bent toward the battery heater having the first and second external connection terminals to be connected to each other . That is, the first and second external connection terminals 41 and 43 are bent in opposite directions about the battery heater 13.

면상 발열체(50)는 전극 배선 패턴(40)의 전극 배선부(45)에 연결하도록 형성된다. 면상 발열체(50)는 발열체 조성물을 전극 배선부(45)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.The planar heating element 50 is formed so as to be connected to the electrode wiring portion 45 of the electrode wiring pattern 40. The planar heating element 50 is formed by printing a heating element composition on the electrode wiring portion 45, followed by drying and curing. As the printing method of the heating element composition, screen printing, gravure printing (to roll to roll gravure printing), comma coating (to roll to roll comma coating), flexo, imprinting, offset printing and the like can be used. The drying and curing may be carried out at 100 ° C to 180 ° C.

면상 발열체(50)는 베이스 기판(30) 위에 배열되게 형성된다. 즉 면상 발열체(50)는 n행m렬(n, m은 2 이상의 자연수)로 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 형성될 수 있다. 예컨대 제1 실시예에서는 면상 발열체(50)가 3행6렬로 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이때 전극 배선 패턴(40)은 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 형성되는 복수의 면상 발열체(50)를 병렬로 연결하도록 형성된다.The planar heating elements 50 are formed to be arranged on the base substrate 30. That is, the area heating element 50 may be formed on the upper surface 33 of the base substrate 30 in an n row m column (n, m is a natural number of 2 or more). For example, in the first embodiment, the example in which the area heating elements 50 are formed in three rows and six columns is described, but the present invention is not limited thereto. At this time, the electrode wiring pattern 40 is formed to connect a plurality of surface heat emission elements 50 formed on the upper surface 33 of the base substrate 30 in parallel.

이러한 면상 발열체(50)를 형성하는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 전도성 입자를 포함한다. 면상 발열체(50)를 형성하기 위해서, 인쇄 공정에 투입되는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 전도성 입자 이외에, 유기 용매와 분산제를 더 포함한다.The heating element composition for forming the planar heating element 50 includes a mixed binder and conductive particles. In order to form the planar heating element 50, the heating element composition to be fed into the printing process further includes an organic solvent and a dispersant in addition to the mixed binder and the conductive particles.

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.The heating element composition may include 5 to 30 parts by weight of the mixed binder, 0.7 to 60 parts by weight of the conductive particles, 29 to 80 parts by weight of the organic solvent, and 0.5 to 5 parts by weight of the dispersing agent, based on 100 parts by weight of the heating element composition.

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.The conductive particles include carbon particles or metal powder having conductivity. As the carbon particles, carbon nanotube particles or graphite particles can be used. As the metal powder, powders of silver, copper or nickel may be used. For example, the conductive particles may include 0.1 to 5 parts by weight of carbon nanotube particles, 0.1 to 20 parts by weight of graphite particles or 10 to 60 parts by weight of metal powder with respect to 100 parts by weight of the exothermic composition.

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.The carbon nanotube particles can be selected from single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof. For example, the carbon nanotube particles may be multi wall carbon nanotubes. When the carbon nanotube particles are multi-walled carbon nanotubes, the diameter may be 1 nm to 20 nm, and the length may be 1 to 100 mu m.

그라파이트 입자는 직경이 1㎛ 내지 25㎛일 수 있고, 두께가 1nm 내지 25㎛일 수 있다.The graphite particles may have a diameter of 1 탆 to 25 탆 and a thickness of 1 nm to 25 탆.

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.The metal powders include powders of silver, copper or nickel. In the case of silver powder, it may have the form of a flake, a sphere, a polygonal plate, a rod, or the like. As the copper powder, silver coated Cu powder and nickel coated Cu powder can be used. As the nickel powder, silver coated Ni powder may be used.

탄소 입자와 금속 분말을 포함하는 발열체 조성물로 면상 발열체(50)를 형성하는 경우, 금속 분말이 주 전기적 네트워크를 형성하고, 금속 분말 사이의 공간에 탄소 입자가 채워져 3차원 랜덤 네트워크 구조를 형성한다.When the surface heating element 50 is formed of the heating element composition including the carbon particles and the metal powder, the metal powder forms a main electrical network, and the space between the metal powders is filled with carbon particles to form a three-dimensional random network structure.

이와 같이 발열체 조성물은 탄소 입자와 금속 분말을 포함함으로써, 면상 발열체(50)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(50)의 내열성을 높일 수 있다. 그리고 탄소 입자로 인해서, 면상 발열체(50)의 발열 속도 및 에너지 효율을 높일 수 있다.As described above, the heating element composition includes the carbon particles and the metal powder, so that the energy efficiency and heat generation rate of the surface heating element 50 can be increased. That is, the metal powder has no blackbody radiation function. However, by including carbon particles in the heating element composition, the black body radiation function can be realized. The heat resistance of the planar heating element 50 can be increased due to the carbon particles. Due to the carbon particles, the heat generation rate and the energy efficiency of the area heating element 50 can be increased.

면상 발열체(50)의 비저항은 전체 고형분 중 탄소 입자 또는 금속 분말의 함량에 의해 결정될 수 있다. 예컨대 1ㅧ10-2Ω㎝ 영역대까지는 탄소 입자만으로 비저항 조절이 가능하나, 그 이하의 영역은 금속 분말의 추가적인 도입이 필요하다. 면상 발열체(50)는 9ㅧ10-2 내지 1.1ㅧ10-3 Ω㎝의 비저항을 가질 수 있다.The specific resistance of the area heating element 50 can be determined by the content of carbon particles or metal powder in the total solid content. For example, it is possible to control the resistivity by only carbon particles up to the area of 1 ㅧ 10 -2 Ωcm, but further introduction of metal powder is required in the region below that. The area heating element 50 may have a resistivity of 9 ㅧ 10 -2 to 1.1 ㅧ 10 -3 Ωcm.

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.The mixed binder includes at least two of a phenol resin, an acetal resin, an isocyanate resin and an epoxy resin so as to have heat resistance even at a temperature of about 300 ° C. For example, the mixed binder includes at least two of epoxy, epoxy acrylate, hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin.

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(50)의 유연성이 저하되어 취성이 강해질 수 있다.For example, the mixed binder may include hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin or may include epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and phenolic resin. Wherein the mixed binder may include 10 to 150 parts by weight of a polyvinyl acetal resin and 100 to 500 parts by weight of a phenolic resin based on 100 parts by weight of epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate. When the phenolic resin is 100 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate, the heat resistance is lowered. When the amount is more than 500 parts by weight, the flexibility of the surface heat generating element 50 is lowered and the brittleness may be increased.

이와 같이 혼합 바인더의 내열성을 높임으로써, 면상 발열체(50)를 300℃ 가량의 고온으로 발열시키는 경우에도, 면상 발열체(50)의 저항 변화나 파손을 억제할 수 있다.By increasing the heat resistance of the mixed binder in this way, even when the area heating element 50 is heated to a high temperature of 300 deg. C or less, resistance change and breakage of the area heating element 50 can be suppressed.

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.Here, the phenolic resin means a phenolic compound including phenol and phenol derivatives. For example, phenol derivatives include p-cresol, o-Guaiacol, Creosol, Catechol, 3-methoxy-1,2-benzenediol (3- methoxy-1,2-benzenediol, Homocatechol, Vinylguaiacol, Syringol, Iso-eugenol, Methoxyeugenol, o- Cresol, 3-methyl-1,2-benzenediol and (z) -2-methoxy-4- (1-propenyl) -phenol 2-methoxy-4- (1-propenyl) -phenol, 2,6-dimethoxy-4- (2-propenyl) Phenol, 3,4-dimethoxy-Phenol, 4-ethyl-1,3-benzenediol, Resole phenol, 4-methyl-1,2-benzenediol, 1,2,4-benzene triol, 2-methoxy-6-methylphenol 2-Methoxy-6-methylphenol, 2-Methoxy-4-vinylphenol or 4-ethyl-2-methoxy- , Etc. It is not.

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.The organic solvent is used for dispersing the conductive particles and the binder. The organic solvent is selected from the group consisting of Carbitol acetate, Butyl carbotol acetate, DBE (dibasic ester), Ethyl Carbitol, Ethyl Carbitol Acetate, Dipropylene Glycol Methyl ether, cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, butanol, and octanol.

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.Meanwhile, various methods commonly used may be applied to the dispersion process. For example, ultrasonic treatment (roll-milling), bead milling or ball milling Lt; / RTI >

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.Dispersing agents are used for smoother dispersion of conductive particles. Common dispersants used in the art such as BYK, amphoteric surfactants such as Triton X-100, and ionic surfactants such as SDS can be used.

또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 실란 커플링제 0.1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.The heating element composition may further comprise 0.1 to 5 parts by weight of a silane coupling agent as an additive to 100 parts by weight of the heating element composition.

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.The silane coupling agent functions as an adhesion promoter for enhancing the adhesion force between the resins when the heating element composition is compounded. The silane coupling agent may be an epoxy-containing silane or a mercaptan-containing silane. Examples of such silane coupling agents include epoxy-containing 2- (3,4-epoxycyclohexyl) -ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxytrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, (Aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane having an amine group and N-2 , N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl- Propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, isocyanate, 3-isocyanate propyltriethoxysilane, and the like, but is not limited thereto.

또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 세라믹 입자 0.5 내지 20 중량부를 더 포함할 수 있다. 세라믹 입자는 면상 발열체(50)의 열용량을 증가시킨다. 이러한 세라믹 입자로는 유리 입자 또는 실리콘 입자가 사용될 수 있다.The heating element composition may further comprise 0.5 to 20 parts by weight of ceramic particles as an additive to 100 parts by weight of the heating element composition. The ceramic particles increase the heat capacity of the surface heating element 50. As such ceramic particles, glass particles or silicon particles can be used.

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.Further, the heating element composition may further comprise 0.0001 to 1 part by weight of graphene oxide particles as an additive to 100 parts by weight of the heating element composition. Graphene oxide particles have insulating properties within 1 to 20 layers and are partially graphitized particles.

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.Graphene oxide particles have various functional groups. Using these various functional groups, graphene oxide particles can induce direct chemical covalent bonding with the organic binder binder. As a result, the exothermic composition has stable heat resistance even at a temperature around 300 ° C.

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.The graphene oxide particles have functional groups with excellent chemical reactivity such as carboxyl, amine, imine, hydroxyl, carbonyl, and lactone on the surface and edge. The functional groups contained in graphene oxide particles can be chemically covalently bonded to functional groups contained in diisocyanate, phenol, and epoxy. Thus, graphene oxide particles form chemical covalent bonds with the epoxy acrylate, hexamethylene diisocyanate and phenolic resin contained in the mixed binder. The chemical covalent bond between the graphene oxide particles and the binder binder forms a three-dimensional three-dimensional network and inhibits the movement of the polymer chain, which can lead to an increase in the glass transition temperature and the decomposition initiation temperature.

그리고 덮개 필름(60)은 복수의 면상 발열체(50)가 형성된 베이스 기판(30)의 상부면(33)을 덮도록 형성된다. 덮개 필름(60)은 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 형성된 전극 배선 패턴(40)의 전극 배선부(45)와 복수의 면상 발열체(50)를 외부 환경으로부터 보호하는 기능과, 복수의 면상 발열체(50)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 기능을 함께 수행한다. 이러한 덮개 필름(60)의 소재로는 우레탄 수지, 실리콘 수지, 이미드계 수지 또는 면상 발열체(45)와의 접촉면에 절연 접착층이 형성된 금속박이 사용될 수 있다. 절연 접착층의 소재로는 우레탄 또는 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 예컨대 덮개 필름(60)은 핫 프레싱(hot pressing) 또는 라미네이팅(laminating) 방법으로 베이스 기판(30)에 접합될 수 있다.The cover film 60 is formed to cover the upper surface 33 of the base substrate 30 on which the plurality of surface heat emission elements 50 are formed. The cover film 60 has a function of protecting the electrode wiring portion 45 of the electrode wiring pattern 40 formed on the upper surface 33 of the base substrate 30 and the plurality of surface heating elements 50 from the external environment, The heat generated in the surface heat emission element 50 of the heat sink 50 is discharged to the outside. As the material of the cover film 60, a metal foil in which an insulating adhesive layer is formed on the contact surface of the urethane resin, the silicone resin, the imide resin or the surface heat emission element 45 may be used. As the material of the insulating adhesive layer, urethane or epoxy resin can be used. For example, the cover film 60 may be bonded to the base substrate 30 by a hot pressing or a laminating method.

이와 같이 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)는 저전력으로 구동이 가능한 복수의 면상 발열체(50)를 구비하기 때문에, 저전력으로 짧은 시간에 대면적 발열이 가능하다. 즉 배터리 히터(13)는 인가 전압의 증가에 비례해서 열밀도(specific heat power)가 증가하는 특성을 나타낸다. 예컨대 배터리 히터(13)는 DC 3V 이상의 전압 인가 시, 1 W/㎠ 이상의 열밀도 특성을 나타낸다. 배터리 히터(13)는 DC 3 내지 4V의 전압 인가 시, 1 내지 2 W/㎠의 열밀도 특성을 나타낼 수 있다.Thus, since the battery heater 13 according to the first embodiment includes the plurality of planar heating elements 50 that can be driven with low power, the large-area heating can be performed in a short time with low power consumption. That is, the battery heater 13 exhibits a characteristic that the specific heat power increases in proportion to the increase of the applied voltage. For example, the battery heater 13 exhibits a thermal density characteristic of 1 W / cm 2 or more when a voltage of DC 3 V or more is applied. The battery heater 13 may exhibit a thermal density characteristic of 1 to 2 W / cm 2 when a voltage of DC 3 to 4 V is applied.

면상 발열체(50)는 일반적인 PTC 소자와 비교할 때, 발열 면적이 크기 때문에, 열전달 과정에서의 열손실을 최소화할 수 있다.Since the area heating area of the area heating element 50 is larger than that of a general PTC device, the heat loss during the heat transfer process can be minimized.

면상 발열체(50)는 인쇄 공정을 통하여 다양하게 설계가 가능하기 때문에, 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)가 사용되는 기기나 환경에서 사용 가능한 다양한 구동 전압에서 구동하도록 배터리 히터를 제조할 수 있다.Since the planar heating element 50 can be designed in various ways through the printing process, the battery heater 13 according to the first embodiment can be used to manufacture the battery heater so as to be driven at various driving voltages usable in the equipment or the environment have.

면상 발열체(50)는 전도성 입자와 혼합 바인더를 포함하는 도료 형태의 발열체 조성물로 형성하기 때문에, 비저항이 낮고 열전도율이 우수해 저전압 구동에 유리하고 승온 속도가 빠른 장점이 있다. 즉 발열체 조성물은 전도성 입자와 함께, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 또는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더를 포함하기 때문에, 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)는 온도에 따른 저항 변화가 작아 발열 거동 및 안정성이 높은 면상 발열체(50)를 구비하는 배터리 히터를 제공할 수 있다.Since the planar heating element 50 is formed of a heating element composition in the form of a paint including conductive particles and a mixed binder, it has advantages of low specific resistance and excellent thermal conductivity, which is advantageous for low voltage driving and has a high heating rate. That is, since the heat generating composition includes a mixed binder including hexamethylene diisocyanate or epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and phenol resin together with the conductive particles, the heat resistance can be maintained even at a temperature of 200 ° C or higher. Accordingly, the battery heater 13 according to the first embodiment can provide a battery heater having a planar heating element 50 having a small resistance change with temperature and having high heating behavior and stability.

탄소나노튜브 입자와 그라파이트 입자를 포함하는 발열체 조성물로 형성한 면상 발열체(50)는 블랙 바디(block body)이기 때문에, 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)는 흑체 복사로 인해 추가적인 에너지 효율을 향상을 얻을 수 있다.Since the planar heating element 50 formed of the heating element composition including the carbon nanotube particles and the graphite particles is a black body, the battery heater 13 according to the first embodiment can achieve additional energy efficiency Improvement can be obtained.

발열체 조성물은 비저항이 낮고 두께 조절이 용이하여 저전압 및 저전력으로 고온 발열이 가능한 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)를 제공할 수 있다.The heating element composition can provide the battery heater 13 according to the first embodiment which is low in resistivity and easy in thickness control, and can be heated at a low temperature and a low power.

그리고 발열체 조성물은 스크린 인쇄, 롤투롤 그라비아 인쇄, 롤투롤 콤마 코팅, 플렉소 인쇄, 옵셋 인쇄가 가능하기 때문에, 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)의 대량 생산에 유리할 뿐만 아니라 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있다.Since the heating element composition is capable of screen printing, roll-to-roll gravure printing, roll-to-roll comma coating, flexo printing and offset printing, it is advantageous for mass production of the battery heater 13 according to the first embodiment, Can be solved.

제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)를 포함하는 배터리 히터 조립체(12)에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)를 포함하는 배터리 히터 조립체(12)를 보여주는 분해 사시도이다. 그리고 도 7은 도 6의 배터리 히터 조립체(12)를 보여주는 사시도이다.The battery heater assembly 12 including the battery heater 13 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is an exploded perspective view showing a battery heater assembly 12 including a battery heater 13 according to a first embodiment of the present invention. And FIG. 7 is a perspective view showing the battery heater assembly 12 of FIG.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 실시예에 따른 배터리 히터 조립체(12)는 복수의 배터리 히터(13)와, 복수의 배터리 히터(13)를 직렬로 연결하는 복수의 연결 단자(70)를 포함하고, 한 쌍의 버퍼용 금속 블록(80)을 포함할 수 있다.6 and 7, the battery heater assembly 12 according to the first embodiment includes a plurality of battery heaters 13, a plurality of connection terminals 70 connecting a plurality of battery heaters 13 in series, And may include a pair of metal blocks 80 for buffer.

복수의 배터리 히터(13)는 리튬 배터리(11)를 구성하는 복수의 배터리 모듈(11a,11b,11c,11d,11e,11f) 사이에 개재된다. 리튬 배터리(11)를 구성하는 복수의 배터리 모듈(11a,11b,11c,11d,11e,11f) 중 양쪽 끝에 위치하는 배터리 모듈(11a,11f)의 외측에도 각각 배터리 히터(13a,13g)가 설치될 수 있다. 예컨대 리튬 배터리(11)가 6개의 배터리 모듈(11a,11b,11c,11d,11e,11f)로 구성되는 경우, 배터리 히터(13)는 7개가 사용될 수 있다. 즉 리튬 배터리(11)는 제1 내지 제6 배터리 모듈(11a,11b,11c,11d,11e,11f)을 포함한다. 복수의 배터리 히터(13)는 제1 내지 제7 배터리 히터(13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g)를 포함한다. 복수의 연결 단자(70)는 제1 내지 제6 연결 단자(70a,70b,70c,70d,70e,70f)를 포함한다.A plurality of battery heaters 13 are interposed between the plurality of battery modules 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f constituting the lithium battery 11. [ Battery heaters 13a and 13g are also installed outside the battery modules 11a and 11f located at both ends of the plurality of battery modules 11a to 11f constituting the lithium battery 11 . For example, when the lithium battery 11 is composed of six battery modules 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, and 11f, seven battery heaters 13 may be used. That is, the lithium battery 11 includes the first to sixth battery modules 11a, 11b, 11c, 11d, 11e and 11f. The plurality of battery heaters 13 include first to seventh battery heaters 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, and 13g. The plurality of connection terminals 70 include first to sixth connection terminals 70a, 70b, 70c, 70d, 70e and 70f.

제1 및 제7 배터리 히터(13a,13g)는 제1 및 제6 배터리 모듈(11a,11f)의 외측에 위치하는 최외곽 배터리 히터이다. 제2 내지 제6 배터리 히터(13b,13c,13d,13e,13f)는 제1 내지 제6 배터리 모듈(11a,11b,11c,11d,11e,11f) 사이에 개재된다.The first and seventh battery heaters 13a and 13g are the outermost battery heaters located outside the first and sixth battery modules 11a and 11f. The second to sixth battery heaters 13b, 13c, 13d, 13e and 13f are interposed between the first to sixth battery modules 11a, 11b, 11c, 11d, 11e and 11f.

복수의 배터리 히터(13)의 서로 대응되는 외부 접속 단자(41,43)를 직렬로 전기적으로 연결할 수 있도록, 제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43)는 서로 연결될 제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43)가 형성된 배터리 히터(13)를 향하여 절곡되어 있다. 배터리 히터(13)는 제1 외부 접속 단자(41)가 일측에 이웃하는 배터리 히터(13)를 향하도록 제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43) 중에 하나가 절곡되고, 제2 외부 접속 단자(43)가 타측에 이웃하는 배터리 히터(13)를 향하도록 나머지 하나의 외부 접속 단자(41,43)가 절곡된다.The first and second external connection terminals 41 and 43 are electrically connected to the first and second external terminals 41 and 43 to be connected to each other so that the external connection terminals 41 and 43 corresponding to the battery heaters 13 can be electrically connected in series. And is bent toward the battery heater 13 where the connection terminals 41 and 43 are formed. One of the first and second external connection terminals 41 and 43 is bent so that the first external connection terminal 41 faces the battery heater 13 adjacent to one side of the battery heater 13, The other one of the external connection terminals 41 and 43 is bent so that the terminal 43 faces the battery heater 13 adjacent to the other side.

제1 실시예의 경우, 제1 배터리 히터(13a)는 이웃하는 제2 배터리 히터(13b)를 향하도록 제1 외부 접속 단자(41)가 절곡된다. 제1 배터리 히터(13a)의 제2 외부 접속 단자(43)는 절곡되지 않는다.In the case of the first embodiment, the first battery heater 13a is bent so that the first external connection terminal 41 faces the neighboring second battery heater 13b. The second external connection terminal 43 of the first battery heater 13a is not bent.

제2 배터리 히터(13b)는 이웃하는 제3 배터리 히터(13c)를 향하도록 제1 외부 접속 단자(41)가 절곡된다. 제2 배터리 히터(13b)의 제2 외부 접속 단자(43)는 제1 배터리 히터(13a)를 향하도록 절곡된다. 이때 제2 배터리 히터(13b)의 제2 외부 접속 단자(43)는 제1 배터리 히터(13a)의 제1 외부 접속 단자(41)와 제1 연결 단자(70a)를 매개로 전기적으로 연결된다. 제2 배터리 히터(13b)의 제2 외부 접속 단자(43), 제1 배터리 히터(13a)의 제1 외부 접속 단자(41) 및 제1 연결 단자(70a)는 제1 배터리 모듈(11a)의 외곽에 위치하며, 제1 배터리 모듈(11a)의 외측면에 지지될 수 있다.The first external connection terminal 41 is bent so that the second battery heater 13b faces the neighboring third battery heater 13c. The second external connection terminal 43 of the second battery heater 13b is bent toward the first battery heater 13a. The second external connection terminal 43 of the second battery heater 13b is electrically connected to the first external connection terminal 41 of the first battery heater 13a via the first connection terminal 70a. The second external connection terminal 43 of the second battery heater 13b, the first external connection terminal 41 of the first battery heater 13a and the first connection terminal 70a are connected to the first battery module 11a And may be supported on the outer surface of the first battery module 11a.

제3 배터리 히터(13c)는 이웃하는 제4 배터리 히터(13d)를 향하도록 제1 외부 접속 단자(41)가 절곡된다. 제3 배터리 히터(13c)의 제2 외부 접속 단자(43)는 제2 배터리 히터(13b)를 향하도록 절곡된다. 이때 제3 배터리 히터(13c)의 제2 외부 접속 단자(43)는 제2 배터리 히터(13b)의 제1 외부 접속 단자(41)와 제2 연결 단자(70b)를 매개로 전기적으로 연결된다. 제3 배터리 히터(13c)의 제2 외부 접속 단자(43), 제2 배터리 히터(13b)의 제1 외부 접속 단자(41) 및 제2 연결 단자(70b)는 제2 배터리 모듈(11b)의 둘레에 위치하며, 제2 배터리 모듈(11b)의 둘레면에 지지될 수 있다.The third battery heater 13c is bent so that the first external connection terminal 41 faces the neighboring fourth battery heater 13d. The second external connection terminal 43 of the third battery heater 13c is bent toward the second battery heater 13b. The second external connection terminal 43 of the third battery heater 13c is electrically connected to the first external connection terminal 41 of the second battery heater 13b via the second connection terminal 70b. The second external connection terminal 43 of the third battery heater 13c and the first external connection terminal 41 and the second connection terminal 70b of the second battery heater 13b are connected to the second battery module 11b And can be supported on the circumferential surface of the second battery module 11b.

제2 및 제3 배터리 히터(13b,13c)와 같은 방식으로 제4 내지 제6 배터리 히터(13d,13e,13f)는 이웃하는 제5 내지 제8 배터리 히터(13e,13f,13g)와 제3 내지 제5 연결 단자(70c,70d,70e)를 매개로 전기적으로 연결된다.The fourth to sixth battery heaters 13d, 13e and 13f are connected to the neighboring fifth to eighth battery heaters 13e, 13f and 13g in the same manner as the second and third battery heaters 13b and 13c, Through fifth connection terminals 70c, 70d, and 70e.

그리고 제7 배터리 히터(13g)는 이웃하는 제6 배터리 히터(13f)를 향하도록 제2 외부 접속 단자(43)가 절곡된다. 제7 배터리 히터(13g)의 제1 외부 접속 단자(41)는 절곡되지 않는다. 이때 제7 배터리 히터(13g)의 제2 외부 접속 단자(43)는 제6 배터리 히터(13f)의 제1 외부 접속 단자(41)와 제6 연결 단자(70f)를 매개로 전기적으로 연결된다.The seventh battery heater 13g bends the second external connection terminal 43 so as to face the neighboring sixth battery heater 13f. The first external connection terminal 41 of the seventh battery heater 13g is not bent. The second external connection terminal 43 of the seventh battery heater 13g is electrically connected via the first external connection terminal 41 and the sixth connection terminal 70f of the sixth battery heater 13f.

따라서 제1 내지 제7 배터리 히터(13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g)는 제1 내지 제6 연결 단자(70a,70b,70c,70d,70e,70f)를 매개로 직렬로 전기적으로 연결된다. 제1 내지 제7 배터리 히터(13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g)는 서로 직렬로 연결되기 때문에, 양쪽에 위치하는 제1 및 제7 배터리 히터(13a,13g)는 연결되지 않은 제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43) 중에 하나를 갖는다. 제1 실시예에서는 제1 배터리 히터(13a)의 제2 외부 접속 단자(43)와, 제7 배터리 히터(13g)의 제1 외부 접속 단자(41)가 이웃하는 배터리 히터와 연결되지 않고, 보조 전원부와 연결되어 전원을 공급받는다.Therefore, the first to seventh battery heaters 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, and 13g are electrically connected in series through the first to sixth connection terminals 70a, 70b, 70c, Lt; / RTI > Since the first to seventh battery heaters 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g are connected in series to each other, the first and seventh battery heaters 13a, And one of the first and second external connection terminals 41 and 43. In the first embodiment, the second external connection terminal 43 of the first battery heater 13a and the first external connection terminal 41 of the seventh battery heater 13g are not connected to the neighboring battery heater, It is connected to the power supply and receives power.

연결 단자(70)는 제1 접합부(71), 제2 접합부(75) 및 연결부(73)를 포함한다. 제1 접합부(71)는 배터리 히터(13)의 제1 외부 접속 단자(41)에 접합된다. 제2 접합부(75)는 제1 접합부(71)가 접합된 배터리 히터에 이웃하는 배터리 히터의 제2 외부 접속 단자(43)에 접합된다. 그리고 연결부(73)는 제1 및 제2 접합부(71,73)를 연결한다. 연결 단자(70)는 판 형태를 가지며, 배터리 히터(13)의 외부 접속 단자(41,43)에 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 접합된다. 연결 단자(70)의 제1 및 제2 접합부(71,75)를 통하여 외부 접속 단자(41,43)에 안정적으로 접합할 수 있도록, 제1 및 제2 접합부(71,75)는 외부 접속 단자(41,43)에 대응되는 폭으로 형성될 수 있다. 연결 단자(70)의 소재로는 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다.The connection terminal 70 includes a first bonding portion 71, a second bonding portion 75, and a connecting portion 73. The first joint portion 71 is joined to the first external connection terminal 41 of the battery heater 13. The second joint portion 75 is joined to the second external connection terminal 43 of the battery heater adjacent to the battery heater to which the first joint portion 71 is bonded. The connecting portion 73 connects the first and second joint portions 71 and 73. The connection terminal 70 has a plate shape and is joined to the external connection terminals 41 and 43 of the battery heater 13 by laser welding or ultrasonic welding. The first and second bonding portions 71 and 75 are formed to be connected to the external connection terminals 41 and 43 through the first and second bonding portions 71 and 75 of the connection terminal 70, And may have a width corresponding to the widths 41 and 43. As the material of the connection terminal 70, silver, aluminum, copper, nickel, stainless steel, or an alloy thereof may be used.

복수의 연결 단자(70)와, 복수의 연결 단자(70)를 매개로 접합된 제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43)는 복수의 배터리 히터(13) 사이에 개재된 복수의 배터리 모듈(11a,11b,11c,11d,11e,11f)의 외측면에 의해 지지될 수 있다.The first and second external connection terminals 41 and 43 connected to the plurality of connection terminals 70 via the plurality of connection terminals 70 are electrically connected to the plurality of battery modules 13 interposed between the battery heaters 13, (11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f).

이와 같이 제1 실시예에 따른 배터리 히터 조립체(12)는 복수의 배터리 히터(13)가 복수의 연결 단자(70)를 매개로 직렬로 전기적으로 연결되며, 직렬로 연결된 복수의 배터리 히터(13)의 외부 접속 단자(41,43)와 복수의 연결 단자(70)는 복수의 배터리 모듈(11a,11b,11c,11d,11e,11f)의 외측면에 밀착되거나 근접하게 형성된다. 이로 인해 배터리 히터들(13) 간의 연결 배선을 간소화함으로써, 복수의 배터리 히터(13)의 설치로 인한 리튬 배터리(11)의 중량 및 크기 증가를 최소화할 수 있다.As described above, the battery heater assembly 12 according to the first embodiment includes a plurality of battery heaters 13, which are electrically connected in series through a plurality of connection terminals 70, The external connection terminals 41 and 43 and the plurality of connection terminals 70 are formed in close contact with or close to the outer surfaces of the plurality of battery modules 11a, 11b, 11c, 11d, 11e and 11f. This simplifies the connection wiring between the battery heaters 13, thereby minimizing the increase in weight and size of the lithium battery 11 due to the installation of the plurality of battery heaters 13.

그리고 한 쌍의 버퍼용 금속 블록(80)은 제1 배터리 히터(13a)와 제7 배터리 히터(13g)의 외측면에 설치된다.The pair of buffer metal blocks 80 are installed on the outer surfaces of the first battery heater 13a and the seventh battery heater 13g.

한편 외부 접속 단자(41,43)는 전면에 유기물이 없이 금속만으로 형성된다. 이유는 외부 접속 단자(41,43)와 연결 단자(70)를 서로 접합하는 용접 공정이 고온을 수반한다. 이로 인해 외부 접속 단자(41,43)에 유기물, 예컨대 베이스 기판(30)의 소재가 잔존하는 경우 용접 공정에 의해 작용하는 고온에 의해 유기 가스 또는 열분해에 의해 외부 접속 단자(41,43)와 연결 단자(70) 간에 접합 불량이 발생될 수 있기 때문이다.On the other hand, the external connection terminals 41 and 43 are formed of only metal without organic matters on the whole surface. The reason for this is that the welding process for joining the external connection terminals 41 and 43 and the connection terminal 70 together is accompanied by a high temperature. Therefore, when the organic material, for example, the base substrate 30, remains on the external connection terminals 41 and 43, the external connection terminals 41 and 43 are connected to the external connection terminals 41 and 43 by organic gas or thermal decomposition, The connection failure between the terminals 70 may occur.

제1 실시예에서는 제1 및 제 7 배터리 히터(13a,13g)와 같이 최외곽 배터리 히터를 구비하는 예를 개시하였지만, 최외곽 배터리 히터를 구비하지 않을 수도 있다. 복수의 배터리 모듈(11a,11b,11c,11d,11e,11f) 사이에 각각 제2 내지 제6 배터리 히터(13b,13c,13d,13e,13f)가 개재된 예를 개시하였지만, 일부 배터리 모듈 사이에만 배터리 히터가 개재될 수 있다.In the first embodiment, the outermost battery heater is provided as in the first and seventh battery heaters 13a and 13g, but the outermost battery heater may not be provided. The second through sixth battery heaters 13b, 13c, 13d, 13e and 13f are interposed between the plurality of battery modules 11a, 11b, 11c, 11d, 11e and 11f, Only a battery heater can be interposed.

제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43)와 별개로 형성된 연결 단자(70)를 이용하여 서로 대응되는 제1 및 제2 외부 접속 단자(41,43)를 연결하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 제1 또는 제2 외부 접속 단자에 연결 단자를 일체로 형성할 수도 있다.The first and second external connection terminals 41 and 43 are connected to each other using a connection terminal 70 formed separately from the first and second external connection terminals 41 and 43. However, But is not limited thereto. The connection terminal may be formed integrally with the first or second external connection terminal.

이와 같은 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)의 특성을 확인하기 위해서 아래와 같은 실험을 수행하였다.In order to confirm the characteristics of the battery heater 13 according to the first embodiment, the following experiment was conducted.

먼저 발열체 조성물은 아래와 같이 제조하였다. 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.First, a heating element composition was prepared as follows. Carbon nanotubes and graphite particles were added to a solvent of carbitol acetates, a dispersant was added, and a carbon nanotube / graphite dispersion (Solution A) was prepared by ultrasonication for 60 minutes. A master batch (M / B) is prepared by mixing epoxy acrylate, phenolic resin and polyvinyl acetal resin and adding to a solvent of carbitol acetate to effect mechanical stirring or mechanical rotation capable of revolving . Then, Solution A and M / B were kneaded through physical stirring and then kneaded completely using a 3-roll mill to prepare a heating element composition.

전술된 제조 방법으로 제조된 발열체 조성물을 이용하여 배터리 히터를 제조하였다.A battery heater was manufactured using the heating element composition manufactured by the above-described manufacturing method.

알루미늄 박이 증착된 폴리이미드 소재의 베이스 기판을 준비하고, 사진석판술(포토리쏘그라피) 공정을 이용하여 전극 배선부와 한 쌍의 외부 접속 단자를 포함하는 전극 배선 패턴을 베이스 기판 위에 형성한다. 전술된 제조 방법으로 제조된 발열체 조성물을 전극 배선부에 연결되게 250메쉬 스크린 마스크를 이용하여 스크린 인쇄한 후 150℃에서 30분간 열처리하여 복수의 면상 발열체를 형성한다. 그리고 덮개 필름을 배선 전극부 및 복수의 면상 발열체가 형성된 베이스 기판의 일면에 핫 프레싱하고 타발한 후, 한 쌍의 외부 접속 단자 아래의 베이스 기판과 유기물을 레이저로 에칭하여 제1 실시예에 따른 배터리 히터를 제조하였다.A base substrate of polyimide material on which an aluminum foil is deposited is prepared and an electrode wiring pattern including an electrode wiring portion and a pair of external connection terminals is formed on the base substrate using a photolithography process. The heating element composition prepared by the above-described manufacturing method is screen-printed using a 250 mesh screen mask so as to be connected to the electrode wiring portion, and then heat-treated at 150 DEG C for 30 minutes to form a plurality of surface heating elements. Then, the cover film is hot-pressed on one surface of the base substrate on which the wiring electrode portions and the plurality of surface heating elements are formed, and then the base substrate and the organic material under the pair of external connection terminals are etched by the laser, Heater was manufactured.

이와 같이 제조된 제1 실시예에 따른 배터리 히터에 대한 출력 시험을 아래와 같이 수행하였다.The output test of the battery heater according to the first embodiment thus manufactured was performed as follows.

1kg 중량의 직사각판 형태의 알루미늄 블록을 제1 실시예에 따른 배터리 히터의 양면에 샌드위치 구조로 접촉한 후 25℃ 환경에서 구동 전압에 따른 출력(heat power)과 열밀도(specific heat power)를 측정하였다. 그 결과는 아래의 표 1과 같다.The aluminum block in the form of a rectangular plate having a weight of 1 kg was brought into contact with both sides of the battery heater according to the first embodiment in a sandwich structure, and then the heat power and the specific heat power according to the driving voltage were measured Respectively. The results are shown in Table 1 below.

구동 전압(V)The driving voltage (V) 22 33 3.753.75 44 기전류(A)The initial current (A) 2525 4040 5050 5555 출력(W))Output (W) 5050 120120 187.5187.5 220220 열밀도(W/㎠)Thermal density (W / cm2) 0.460.46 1.101.10 1.711.71 2.012.01

표 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 배터리 히터는 인가 전압의 증가에 비례해서 열밀도가 증가하는 특성을 갖는다. 즉 제1 실시예에 따른 배터리 히터는 DC 3 내지 4V의 저전압에서도 1 내지 2 W/㎠의 높은 열밀도 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the battery heater according to the first embodiment has a characteristic that the thermal density increases in proportion to the increase of the applied voltage. That is, it can be confirmed that the battery heater according to the first embodiment exhibits a high thermal density characteristic of 1 to 2 W / cm 2 even at a low voltage of DC 3 to 4 V.

다음으로 제1 실시예에 따른 배터리 히터의 ­20℃ 환경에서의 DC 4V 인가 시의 알루미늄 블록의 시간에 따른 온도 변화를 100회 측정하였고, 그 결과 도 9와 같다. 이때 전술된 바와 같이 1kg 중량의 직사각판 형태의 알루미늄 블록을 제1 실시예에 따른 배터리 히터의 양면에 샌드위치 구조로 접촉한 후 ­20℃ 환경의 냉각 챔버에서 1일간 유지한 후 DC 4V 인가 시의 알루미늄 블록의 표면 온도 변화를 시간에 따라 100회 측정하였다.Next, the temperature change of the aluminum block of the battery heater according to the first embodiment with time in the application of DC 4V in the environment of 20 ° C was measured 100 times, and the result is shown in FIG. At this time, the aluminum block in the form of a rectangular plate having a weight of 1 kg was contacted to both sides of the battery heater according to the first embodiment in a sandwich structure as described above, and then maintained in a cooling chamber of 20 ° C for 1 day. The change in surface temperature of the block was measured 100 times over time.

도 8dms 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 히터의 ­20℃ 환경에서의 DC 4V 인가 시의 알루미늄 블록의 시간에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다.FIG. 8dms is a graph showing the temperature change of the aluminum block in the battery heater according to the first embodiment of the present invention with time under application of DC 4V in a 20 ° C environment. FIG.

도 8dmf 참조하면, 제1 실시예에 따른 배터리 히터는 알루미늄 블록을 100초 이내의 짧은 시간에 ­20℃에서 0℃ 이상의 온도로 승온시키는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8dmf, it can be confirmed that the battery heater according to the first embodiment raises the temperature of the aluminum block to 20 ° C or more to 0 ° C or more in a short time of 100 seconds or less.

[제2 실시예][Second Embodiment]

한편 제1 실시예에 따른 배터리 히터(13)는 베이스 기판(30)의 일면에 복수의 면상 발열체(50)가 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 9에 도시된 바와 같이, 베이스 기판(30)의 양면에 복수의 면상 발열체(50)가 형성될 수 있다.In the battery heater 13 according to the first embodiment, a plurality of planar heating elements 50 are formed on one surface of the base substrate 30, but the present invention is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 9, a plurality of planar heating elements 50 may be formed on both sides of the base substrate 30.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 히터(113)를 보여주는 단면도이다.9 is a sectional view showing a battery heater 113 according to a second embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 배터리 히터(113)는 베이스 기판(30)의 양면에 복수의 면상 발열체(50)가 형성된 구조를 갖는다. 즉 배터리 히터(113)는 양면에 형성된 복수의 면상 발열체(50)를 통하여 발열할 수 있는 구조를 갖는다.Referring to FIG. 9, the battery heater 113 according to the second embodiment has a structure in which a plurality of surface heat emission elements 50 are formed on both sides of a base substrate 30. That is, the battery heater 113 has a structure capable of generating heat through a plurality of surface heat emission elements 50 formed on both surfaces.

제2 실시예에 따른 배터리 히터(113)는 베이스 기판(30), 전극 배선 패턴(40), 복수의 면상 발열체(50) 및 덮개 필름(60)을 포함한다. 베이스 기판(30), 전극 배선 패턴(40), 복수의 면상 발열체(50) 및 덮개 필름(60)은 제1 실시예에 따른 배터리 히터(도 4의 13)의 설명에 기재된 소재와 동일한 소재가 사용되기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The battery heater 113 according to the second embodiment includes a base substrate 30, an electrode wiring pattern 40, a plurality of planar heating elements 50 and a cover film 60. The base substrate 30, the electrode wiring pattern 40, the plurality of surface heat emission elements 50 and the cover film 60 are made of the same material as the material described in the explanation of the battery heater (13 in FIG. 4) A detailed description thereof will be omitted.

전극 배선 패턴(40)은 베이스 기판(30)의 하부면(31)과 상부면(33)에 각각 형성된다. 전극 배선 패턴(40)은 베이스 기판(30)의 하부면(31)에 형성되는 하부 배선 패턴(40a)과, 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 형성되는 상부 배선 패턴(40b)을 포함한다. 하부 배선 패턴(40a)과 상부 배선 패턴(40b)은 베이스 기판(30)을 중심으로 상하로 대칭되게 형성될 수 있다.The electrode wiring patterns 40 are formed on the lower surface 31 and the upper surface 33 of the base substrate 30, respectively. The electrode wiring pattern 40 includes a lower wiring pattern 40a formed on the lower surface 31 of the base substrate 30 and an upper wiring pattern 40b formed on the upper surface 33 of the base substrate 30 . The lower wiring pattern 40a and the upper wiring pattern 40b may be formed symmetrically about the base substrate 30 up and down.

그리고 하부 배선 패턴(40a)과 상부 배선 패턴(40b)의 서로 대응되는 외부 접속 단자는 서로 접합된다. 도 8에서는 하부 배선 패턴(40a)과 상부 배선 패턴(40b)의 제1 외부 접속 단자(41a,41b)가 서로 접합된 상태만을 도시하였지만, 하부 배선 패턴(40a)과 상부 배선 패턴(40b)의 제2 외부 접속 단자도 서로 접합된다.The external connection terminals corresponding to each other of the lower wiring pattern 40a and the upper wiring pattern 40b are bonded to each other. Although only the first external connection terminals 41a and 41b of the lower wiring pattern 40a and the upper wiring pattern 40b are bonded to each other in FIG. 8, the lower wiring pattern 40a and the upper wiring pattern 40b The second external connection terminals are also bonded to each other.

복수의 면상 발열체(50)는 베이스 기판(30)의 양면의 전극 배선 패턴(40)에 각각 연결되게 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 전극 배선 패턴(40)의 외부 접속 단자로 전원을 인가받아 발열한다. 복수의 면상 발열체(50)는 베이스 기판(30)의 하부면(31)에 형성되는 하부 면상 발열체(51)와, 베이스 기판(30)의 상부면(33)에 형성되는 상부 면상 발열체(53)를 포함한다. 하부 면상 발열체(51)와 상부 면상 발열체(53)는 베이스 기판(30)을 중심으로 상하로 대칭되게 형성될 수 있다. 하부 면상 발열체(51)와 상부 면상 발열체(53)는 베이스 기판(30)의 양면 전체에 균일하게 형성될 수 있다.The plurality of planar heating elements 50 are formed by printing a heating element composition so as to be connected to the electrode wiring patterns 40 on both sides of the base substrate 30. The power is supplied to the external connection terminals of the electrode wiring pattern 40, do. The plurality of planar heating elements 50 includes a lower planar heating element 51 formed on the lower surface 31 of the base substrate 30 and an upper planar heating element 53 formed on the upper surface 33 of the base substrate 30. [ . The lower surface heating element 51 and the upper surface heating element 53 may be formed symmetrically about the base substrate 30 up and down. The lower surface heating element 51 and the upper surface heating element 53 may be uniformly formed on both sides of the base substrate 30.

그리고 덮개 필름(60)은 복수의 면상 발열체(50)가 형성된 베이스 기판(30)의 양면을 덮도록 형성된다. 덮개 필름(60)은 베이스 기판(30)의 양면에 형성된 전극 배선 패턴(40)과 복수의 면상 발열체(50)를 외부 환경으로부터 보호하는 기능과, 복수의 면상 발열체(50)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 기능을 함께 수행한다. 덮개 필름(60)은 베이스 기판(30)의 하부면(31)을 덮는 하부 덮개 필름(61)과, 베이스 기판(30)의 상부면(33)을 덮는 상부 덮개 필름(63)을 포함한다.The cover film 60 is formed to cover both sides of the base substrate 30 on which the plurality of surface heat emission elements 50 are formed. The cover film 60 has a function of protecting the electrode wiring pattern 40 and the plurality of planar heating elements 50 formed on both sides of the base substrate 30 from the external environment and the function of protecting the plurality of planar heating elements 50 from heat And discharging it to the outside. The cover film 60 includes a lower cover film 61 covering the lower surface 31 of the base substrate 30 and an upper cover film 63 covering the upper surface 33 of the base substrate 30.

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.It should be noted that the embodiments disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

11 : 리튬 배터리 11a,11b,11c,11d,11e,11f : 배터리 모듈
12 : 배터리 히터 조립체 13, 113 : 배터리 히터
15 : 온도 센서 17 : 보조 전원부
18 : 전원 변환부 19 : 제어부
30 : 베이스 기판 31 : 상부면
33 : 하부면 40 : 전극 배선 패턴
41 : 제1 외부 접속 단자 43 : 제2 외부 접속 단자
45 : 전극 배선부 50 : 면상 발열체
60 : 덮개 필름 70 : 연결 단자
71 : 제1 접합부 73 : 연결부
75 : 제2 접합부 80 : 버퍼용 금속 블록
100 : 배터리 시스템11: lithium batteries 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f: battery modules
12: battery heater assembly 13, 113: battery heater
15: Temperature sensor 17:
18: power conversion unit 19: control unit
30: base substrate 31: upper surface
33: lower surface 40: electrode wiring pattern
41: first external connection terminal 43: second external connection terminal
45: electrode wiring part 50: planar heating element
60: cover film 70: connection terminal
71: first connection part 73: connection part
75: second bonding portion 80: buffer metal block
100: Battery system

Claims (20)

리튬 배터리를 형성하는 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되며, 외측으로 돌출되게 형성된 복수의 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받아 발열하는 병렬로 전기적으로 연결된 복수의 면상 발열체를 포함하고, 상기 복수의 면상 발열체는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되는 필름 형태의 복수의 배터리 히터; 및
상기 복수의 배터리 히터의 외부 접속 단자를 직렬로 연결하는 복수의 연결 단자;
를 포함하는 배터리 히터 조립체.And a plurality of planar heating elements interposed between the plurality of battery modules forming the lithium battery and electrically connected in parallel to generate heat by receiving power through a plurality of external connection terminals protruding outwardly, A plurality of battery heaters in the form of a film formed by printing a heating element composition containing carbon nanotube particles and graphite particles as conductive particles; And
A plurality of connection terminals for connecting the external connection terminals of the plurality of battery heaters in series;
≪ / RTI > 제1항에 있어서, 상기 복수의 배터리 히터는 각각,
베이스 기판;
상기 베이스 기판의 적어도 일면에 형성되는 전극 배선부와, 상기 전극 배선부와 연결되어 상기 베이스 기판의 외측으로 돌출되게 형성된 상기 복수의 외부 접속 단자를 구비하는 금속 소재의 전극 배선 패턴;
상기 베이스 기판의 적어도 일면에 형성되며, 상기 전극 배선부에 의해 병렬로 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받아 발열하는 상기 복수의 면상 발열체; 및
상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 베이스 기판의 면을 덮는 덮개 필름;
을 포함하는 배터리 히터 조립체.The battery charger according to claim 1,
A base substrate;
An electrode wiring pattern formed on at least one surface of the base substrate and the plurality of external connection terminals connected to the electrode wiring portion so as to protrude to the outside of the base substrate;
The plurality of planar heating elements being formed on at least one surface of the base substrate and electrically connected in parallel by the electrode wiring portions and receiving power through the plurality of external connection terminals to generate heat; And
A cover film covering the surface of the base substrate on which the plurality of planar heating elements are formed;
≪ / RTI > 제2항에 있어서,
상기 복수의 배터리 히터는 DC 3V 이상의 전압 인가 시, 1 W/㎠ 이상의 열밀도(specific heat power) 특성을 나타내는 배터리 히터 조립체.3. The method of claim 2,
Wherein the plurality of battery heaters exhibit a specific heat power characteristic of 1 W / cm < 2 > or more when a voltage of DC 3 V or more is applied. 제2항에 있어서, 상기 복수의 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은,
헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하거나 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;
은 분말, 은 코팅된 니켈 분말 또는 은 코팅된 구리 분말을 더 포함하는 상기 전도성 입자; 및
유리 입자 또는 실리콘 입자를 포함하는 세라믹 입자;
를 포함하는 배터리 히터 조립체.The method according to claim 2, wherein the exothermic composition for forming the plurality of planar heat-
A mixed binder comprising hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin or comprising epoxy acrylate, polyvinyl acetal and phenolic resin;
The conductive particles further comprising silver powder, silver coated nickel powder or silver coated copper powder; And
Ceramic particles comprising glass particles or silicon particles;
≪ / RTI > 제4항에 있어서, 상기 발열체 조성물은,
발열체 조성물 100 중량부에 대하여 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 전도성 입자 0.7 내지 60 중량부, 및 세라믹 입자 0.5 내지 20 중량부를 포함하는 배터리 히터 조립체.5. The method according to claim 4,
5 to 30 parts by weight of a mixed binder, 0.7 to 60 parts by weight of conductive particles, and 0.5 to 20 parts by weight of ceramic particles with respect to 100 parts by weight of a heating element composition. 제1항에 있어서, 상기 배터리 히터의 복수의 외부 접속 단자는,
상기 베이스 기판의 일측으로 돌출되게 형성되는 제1 외부 접속 단자; 및
상기 베이스 기판의 일측에 이웃하는 타측으로 돌출되게 형성되며, 이웃하는 배터리 히터의 제1 외부 접속 단자에 상기 연결 단자를 매개로 전기적으로 연결되는 제2 외부 접속 단자;
를 포함하는 배터리 히터 조립체.The battery heater according to claim 1, wherein the plurality of external connection terminals of the battery heater
A first external connection terminal protruding from one side of the base substrate; And
A second external connection terminal formed to protrude to the other side adjacent to one side of the base substrate and electrically connected to the first external connection terminal of the neighboring battery heater through the connection terminal;
≪ / RTI > 제6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 외부 접속 단자는 서로 연결될 제1 및 제2 외부 접속 단자가 형성된 배터리 히터를 향하여 절곡되어 있는 배터리 히터 조립체.The method according to claim 6,
Wherein the first and second external connection terminals are bent toward a battery heater having first and second external connection terminals to be connected to each other. 제6항에 있어서, 상기 복수의 연결 단자는 각각,
배터리 히터의 제1 외부 접속 단자에 접합되는 제1 접합부;
상기 제1 접합부가 접합된 배터리 히터에 이웃하는 배터리 히터의 제2 외부 접속 단자에 접합되는 제2 접합부; 및
상기 제1 및 제2 접합부를 연결하는 연결부;
를 포함하는 배터리 히터 조립체.7. The connector according to claim 6,
A first junction joined to the first external connection terminal of the battery heater;
A second joint portion joined to a second external connection terminal of the battery heater adjacent to the battery heater to which the first junction portion is bonded; And
A connecting portion connecting the first and second joint portions;
≪ / RTI > 제8항에 있어서,
상기 연결 단자는 판 형태를 가지며 상기 배터리 히터의 외부 접속 단자에 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 접합되는 배터리 히터 조립체.9. The method of claim 8,
Wherein the connection terminal has a plate shape and is joined to an external connection terminal of the battery heater by laser welding or ultrasonic welding. 제1항에 있어서,
상기 외부 접속 단자는 저항이 200mΩ 이하인 배터리 히터 조립체.The method according to claim 1,
And the external connection terminal has a resistance of 200 m? Or less. 제1항에 있어서, 상기 복수의 배터리 히터는,
복수의 배터리 모듈의 양쪽의 최외곽에 위치하는 배터리 모듈의 외측면에 설치되는 한 쌍의 최외곽 배터리 히터;
를 더 포함하는 배터리 히터 조립체.The battery charger according to claim 1,
A pair of outermost battery heaters installed on outer surfaces of battery modules located at outermost sides of both sides of the plurality of battery modules;
The battery heater assembly further comprising: 제11항에 있어서,
상기 한 쌍의 최외곽 배터리 히터의 외측면에 각각 설치되는 한 쌍의 버퍼용 금속 블록;
을 더 포함하는 배터리 히터 조립체.12. The method of claim 11,
A pair of metal blocks for buffer installed on outer surfaces of the pair of outermost battery heaters;
The battery heater assembly further comprising: 리튬 배터리를 형성하는 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되어 상기 리튬 배터리를 히팅하는 배터리 히터로서,
베이스 기판;
상기 베이스 기판의 적어도 일면에 형성되는 전극 배선부와, 상기 전극 배선부와 연결되어 상기 베이스 기판의 외측으로 돌출되게 형성된 복수의 외부 접속 단자를 구비하는 금속 소재의 전극 배선 패턴;
상기 베이스 기판의 적어도 일면에 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선부에 의해 병렬로 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받아 발열하는 복수의 면상 발열체; 및
상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 베이스 기판의 면을 덮는 덮개 필름;
을 포함하는 배터리 히터.A battery heater interposed between a plurality of battery modules forming a lithium battery for heating the lithium battery,
A base substrate;
An electrode wiring pattern formed on at least one surface of the base substrate; and a plurality of external connection terminals connected to the electrode wiring section and protruding outward from the base substrate;
Wherein the base substrate is formed by printing a heating element composition containing carbon nanotube particles and graphite particles as conductive particles on at least one surface of the base substrate and electrically connected in parallel by the electrode wiring portion, A plurality of planar heating elements receiving heat; And
A cover film covering the surface of the base substrate on which the plurality of planar heating elements are formed;
A battery heater. 복수의 배터리 모듈을 포함하는 리튬 배터리;
상기 리튬 배터리를 형성하는 복수의 배터리 모듈 사이에 개재되며, 외측으로 돌출되게 형성된 복수의 외부 접속 단자를 통하여 전원을 인가받아 발열하는 병렬로 전기적으로 연결된 복수의 면상 발열체를 포함하고, 상기 복수의 면상 발열체는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되는 필름 형태의 복수의 배터리 히터; 및
상기 복수의 배터리 히터의 외부 접속 단자를 직렬로 연결하는 복수의 연결 단자;
를 포함하는 배터리 시스템.A lithium battery including a plurality of battery modules;
And a plurality of planar heating elements which are interposed between the plurality of battery modules forming the lithium battery and are electrically connected in parallel to generate heat by receiving power through a plurality of external connection terminals formed to protrude outwardly, A plurality of battery heaters in the form of a film formed by printing a heating element composition containing carbon nanotube particles and graphite particles as conductive particles; And
A plurality of connection terminals for connecting the external connection terminals of the plurality of battery heaters in series;
≪ / RTI > 제14항에 있어서,
상기 리튬 배터리의 온도를 센싱하는 온도 센서;
상기 배터리 히터에 전원을 공급하는 보조 전원부; 및
상기 온도 센서로 센싱한 온도가 제1 임계 온도 이하인 경우, 상기 보조 전원부를 통하여 상기 배터리 히터에 전원을 공급하여 상기 배터리 히터에서 발열되는 열로 상기 리튬 배터리를 히팅하고, 히팅된 리튬 배터리를 상기 온도 센서로 센싱한 온도가 제2 임계 온도 이상인 경우, 상기 보조 전원부를 통하여 상기 배터리 히터로 공급되는 전원을 차단하는 제어부;
를 더 포함하는 하는 배터리 시스템.15. The method of claim 14,
A temperature sensor for sensing a temperature of the lithium battery;
An auxiliary power unit for supplying power to the battery heater; And
The battery heater is supplied with power through the auxiliary power unit to heat the lithium battery with heat generated by the battery heater, and the heated lithium battery is supplied to the temperature sensor A control unit for shutting off power supplied to the battery heater through the auxiliary power unit when the sensed temperature is equal to or higher than a second threshold temperature;
Further comprising: 제14항에 있어서,
상기 보조 전원부는 슈퍼 커패시터(super capacitor) 또는 외부 전원을 포함하는 배터리 시스템.15. The method of claim 14,
Wherein the auxiliary power unit includes a super capacitor or an external power source. 제14항에 있어서, 상기 배터리 히터의 복수의 외부 접속 단자는,
상기 베이스 기판의 일측으로 돌출되게 형성되는 제1 외부 접속 단자; 및
상기 베이스 기판의 일측에 이웃하는 타측으로 돌출되게 형성되며, 이웃하는 배터리 히터의 제1 외부 접속 단자에 상기 연결 단자를 매개로 전기적으로 연결하는 제2 외부 접속 단자;
를 포함하는 배터리 시스템.15. The battery pack according to claim 14, wherein the plurality of external connection terminals of the battery heater
A first external connection terminal protruding from one side of the base substrate; And
A second external connection terminal formed to protrude to the other side adjacent to one side of the base substrate and electrically connecting to the first external connection terminal of the neighboring battery heater through the connection terminal;
≪ / RTI > 제17항에 있어서,
상기 제1 및 제2 외부 접속 단자는 서로 연결될 제1 및 제2 외부 접속 단자가 형성된 배터리 히터를 향하여 절곡되어 있는 배터리 시스템.18. The method of claim 17,
Wherein the first and second external connection terminals are bent toward a battery heater having first and second external connection terminals to be connected to each other. 제18항에 있어서,
상기 복수의 연결 단자와, 상기 복수의 연결 단자를 매개로 접합된 제1 및 제2 외부 접속 단자는 배터리 모듈의 외측면에 지지되는 배터리 시스템.19. The method of claim 18,
Wherein the plurality of connection terminals and the first and second external connection terminals joined through the plurality of connection terminals are supported on the outer surface of the battery module. 제14항에 있어서,
상기 복수의 배터리 히터는, 복수의 배터리 모듈의 양쪽의 최외곽에 위치하는 배터리 모듈의 외측면에 설치되는 한 쌍의 최외곽 배터리 히터;를 더 포함하고,
상기 한 쌍의 최외곽 배터리 히터의 외측면에 각각 설치되는 한 쌍의 버퍼용 금속 블록;
을 더 포함하는 배터리 히터 시스템.15. The method of claim 14,
Wherein the plurality of battery heaters further include a pair of outermost battery heaters installed on an outer surface of a battery module located on the outermost sides of both sides of the plurality of battery modules,
A pair of metal blocks for buffer installed on outer surfaces of the pair of outermost battery heaters;
The battery heater system further comprising:
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