KR20190018600A - 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 히터를 제작하는데 있어서, 탄소섬유나 탄소분말이나 탄소나노튜브 등으로 코팅한 탄소섬유를 열선으로 하거나, 또는 표면에 손상방지와 절연을 위한 코팅을 한 탄소섬유 또는 코팅을 한 탄소섬유를 시트에 직접 배열하고 상하에 절연시트를 열 합착과 접착제로 고정, 합착시키는 방법, 점착제가 있는 시트로 상하 합착시키는 방법, 실과 금속사로 재봉하는 방법 등으로 간단한 구조의 발열체를 제조하는 것에 관한 것이다.
아울러 본 발명은 다양한 종류의 고저항의 탄소섬유를 사용하여 기존의 낮은 저항으로 인한 고발열이라는 기존 제품의 한계를 넘어 직접 절연, 방열시트에 열을 전달하게 하도록 한 점과, 100℃ 이하의 온도에서 안정적인 소재로 절연과 접합을 하도록 하여 높은 열전달과 열효율을 구현하고 제조비용을 절감하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명은 다양한 종류의 고저항의 탄소섬유를 사용하여 기존의 낮은 저항으로 인한 고발열이라는 기존 제품의 한계를 넘어 직접 절연, 방열시트에 열을 전달하게 하도록 한 점과, 100℃ 이하의 온도에서 안정적인 소재로 절연과 접합을 하도록 하여 높은 열전달과 열효율을 구현하고 제조비용을 절감하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 탄소섬유를 발열체로 하여 자동차 및 전기자동차의 배터리와 태양광 발전의 축전용 배터리의 저온으로 인한 성능저하와 수명단축을 방지하기 위해 일정 온도로 가열하는 히터에 관한 것이다.
전기자동차의 동력 저장 장치인 배터리, 일반적인 자동차의 축전 배터리, 태양광발전의 전기 저장용 배터리 등 전기를 저장하는 배터리는 온도가 낮아질수록 출력이 낮아지는 경향이 있는데, 이는 온도가 내려가면 온도저하에 비례하여 배터리 전해질 내의 이온의 이동도가 낮아지게 되고 이는 전류 흐름이 나빠지는 것으로 이어지고 결과적으로는 배터리 출력이 떨어지게 된다. 특히 영하 20℃(20℃) 부근에서는 배터리의 방전출력은 50% 선까지 저하되어 심각한 배터리 성능저하가 발생한다.
뿐만 아니라 저온으로 인한 배터리 전해질의 경화는 배터리의 수명을 단축시키므로 동절기 대기의 온도저하로 인한 배터리의 저온화를 막아 배터리 출력 저하와 수명단축 방지를 위해 배터리 외부, 배터리 셀(Cell) 간에 히터를 두르거나 삽입하여 배터리를 보온해줌으로써 저온으로 인한 배터리의 악영향을 방지하고 있다.
종래의 기술은 배터리를 보온하기 위해 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터(Heater)로 공기를 가열하고 이를 송풍기로 배터리에 보내 보온을 하는 방법과, 금속 전열선 또는 얇은 금속판을 발열체로 하여 배터리의 외부와 내부 셀을 가열하는 방법, 그리고 탄소분말을 내열성이 있는 수지에 도포하여 만든 면상발열체를 배터리 보온 수단으로 사용하고 있다.
그러나 PTC 히터나 금속발열선을 이용한 히터는 고온이 발생되므로 균일하게 배터리를 가열하지 못하는 점이 있고 국부적인 고온이 가열되는 것을 인해 배터리 수명 단축과 변형을 초래하는 등 단점을 가지고 있다. 또한 탄소분말을 사용하는 발열체는 아직 일반화되지는 못하였지만 이미 이 기술을 사용한 탄소분말 전기매트에서 드러난 취약한 내구성과 제조비용이 높은 점 등을 내포하고 있다 하겠다.
그러므로 상기 기술한 종래의 문제점들을 개선한 높은 열효율과 균일한 열 분포, 박형과 경량, 뛰어난 내구성 등을 갖는 배터리 보온용 히터가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 빠른 온도 상승 특성을 가지며, 면상발열체와 같이 발열체 전면을 고르게 발열하여 배터리를 고르게 가열하고, 내구성과 안정성이 확보된 배터리 보온용 히터를 탄소섬유로 제작하여 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 탄소섬유를 발열체로 하여 면상발열체와 같이 박형, 경량을 구현하는 히터와 그 제조공정을 간단하게 하여 소비자에게 양질의 제품을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같이 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은,
고저항의 탄소섬유를 발열체로 사용하는 것과,
절연시트, 절연물질에 탄소섬유를 직접 조밀하게 배열하여 면상발열체와 같이 고른 발열을 하도록 하는 기술과,
탄소섬유가 내장된 절연시트를 상하로 압착시켜 탄소섬유가 내는 열을 직접 배터리로 전달시켜 열효율을 향상하는 것과,
열효율 향상을 통하여 발열체의 승온시간을 단축시키고, 소비전력을 절감하는 것과,
절연시트를 접착제, 점착시트, 열 합착, 재봉, 상하 금속압착 등의 방법으로 절연, 방열시트를 합지하는 것과,
탄소섬유발열체를 보호하는 절연, 방열시트를 접착, 점착시트, 열 합착, 재봉 등의 방법으로 합지하여 박형, 경량을 구현하는 것과,
필요에 따라 탄소섬유에 절연물질을 코팅하여 기존 금속전열선처럼 사용하도록 하는 것과,
다른 물질과 친화적이지 않은 탄소섬유를 금속 전원선과 연결할 때 전극을 형성하는 것 등등,
간단한 구조, 높은 열효율, 고른 발열 등을 구현하는 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법에 있어서 탄소섬유를 절연, 방수, 방열, 보호하는 기능을 하는 시트에 직접 배열하고 상하로 접합시키는 방법이므로,
고저항 발열체인 탄소섬유를 열선으로 사용하므로 히터의 전력량에 적합한 저항을 갖는 탄소섬유를 열선으로 선택할 수 있고, 발열선 길이도 선별적으로 택하여 선상 발열체는 물론 조밀하게 배열하여 면상발열체를 제작할 수 있어 열 분포 개선을 할 수 있다.
또한, 발열체인 탄소섬유는 절연, 방수, 방열, 보호 기능을 겸하는 시트에 직접 접촉하므로 열전달이 우수하여 열효율을 향상시킬 수 있다.
제조공정에 있어서 탄소섬유를 그대로 열선으로 사용하거나 절연코팅을 한 것을 전열선으로 시트에 배열하므로 제조공정이 간단해지고 제조비용도 최소화시킬 수 있고, 탄소섬유를 보호하는 시트는 절연, 방열, 방수, 보호 기능을 하므로 추가 방열시트, 필름이 필요하지 않은 점도 본 발명의 특징이다.
동시에 탄소섬유를 보호하고 절연, 방열 기능을 겸하는 시트를 상하에서 합착시킬 때 배터리를 보온하는 히터는 통상 사용온도가 10℃~70℃이고 고온인 100℃를 넘는 경우가 없으므로 일반적으로 사용되는 내열접착제를 사용할 수 있고, 내열성을 갖는 점착제를 바른 고분자수지 시트를 사용하여 압착할 수도 있고, 고분자수지 시트를 열 합착으로 붙일 수도 있으며, 실로 재봉하거나 타카(Tacker)같은 금속으로 결합시킬 수 있어 제조 공법이 다양하고, 간단하고, 재료를 용이하게 구할 수 있는 장점이 있다.
발열체의 형태나 모양에 있어서, 탄소섬유를 시트에 자유롭게 배열할 수 있고, 시트의 모양에 따라 배열이 가능함은 물론, 열선을 조밀하게 하거나 성기게 하여 부분이나 영역별로 발열량도 다르게 할 수 있다.
본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법은 ‘탄소섬유 배열-절연시트 합착-전극연결’이라는 간단한 방법으로 다양한 모양과 배열, 용이한 절연과 방열시트 합착, 직접 열전달로 인한 고효율, 면상발열체와 같은 고르고 전면 발열 등의 장점을 최대로 살렸다.
[도 1]은 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체의 평면도를 간략하게 나타내는 도면이다.
[도 2]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 절연시트에 탄소섬유발열체를 직접 배열한 본 발명 히터의 단면을 나타내는 도면이다.
[도 3]은 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 절연물질로 탄소섬유를 코팅한 발열체를 절연, 방열시트에 직접 배열한 본 발명 히터의 단면을 나타내는 도면이다.
[도 4]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 절연시트에 탄소섬유발열체를 직접 배열하고 상부와 하부에 방열시트를 한 본 발명 히터의 단면을 나타내는 도면이다.
[도 5]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 본 발명 히터의 열 합착에 의한 합착 공정 흐름을 나타내는 도면이다.
[도 6]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 본 발명 히터의 접착제에 의한 합착 공정 흐름을 나타내는 도면이다.
[도 7]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 본 발명 히터의 점착제 절연시트에 의한 합착 공정 흐름을 나타내는 도면이다.
[도 8]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 1개의 배터리를 4면에서 보온하는 것을 나타내는 도면이다.
[도 9]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 다수의 배터리 사이에 본 발명의 히터를 배치하여 배터리를 보온하는 것을 나타내는 도면이다.
[도 10]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 다수의 히터에 대한 회로를 나타내는 도면이다.
[도 11]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 여러 개의 히터를 연결한 본 발명 히터의 배치를 나타내는 도면이다(예시 1).
[도 12]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 여러 개의 히터를 연결한 본 발명 히터의 배치를 나타내는 도면이다(예시 2).
[도 2]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 절연시트에 탄소섬유발열체를 직접 배열한 본 발명 히터의 단면을 나타내는 도면이다.
[도 3]은 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 절연물질로 탄소섬유를 코팅한 발열체를 절연, 방열시트에 직접 배열한 본 발명 히터의 단면을 나타내는 도면이다.
[도 4]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 절연시트에 탄소섬유발열체를 직접 배열하고 상부와 하부에 방열시트를 한 본 발명 히터의 단면을 나타내는 도면이다.
[도 5]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 본 발명 히터의 열 합착에 의한 합착 공정 흐름을 나타내는 도면이다.
[도 6]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 본 발명 히터의 접착제에 의한 합착 공정 흐름을 나타내는 도면이다.
[도 7]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 본 발명 히터의 점착제 절연시트에 의한 합착 공정 흐름을 나타내는 도면이다.
[도 8]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 1개의 배터리를 4면에서 보온하는 것을 나타내는 도면이다.
[도 9]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 다수의 배터리 사이에 본 발명의 히터를 배치하여 배터리를 보온하는 것을 나타내는 도면이다.
[도 10]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 다수의 히터에 대한 회로를 나타내는 도면이다.
[도 11]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 여러 개의 히터를 연결한 본 발명 히터의 배치를 나타내는 도면이다(예시 1).
[도 12]는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체에 있어서 여러 개의 히터를 연결한 본 발명 히터의 배치를 나타내는 도면이다(예시 2).
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법의 구체적인 실시 예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시 예의 내용만으로 한정되는 것이 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시 예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략하게 하려고 그 상세한 설명을 생략하였음을 유념해야 한다.
상기에서 기술한 바와 같이 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체인 히터는 저온으로 인한 배터리 성능저하와 수명 단축을 막기 위한 것으로 주로 배터리 외면과 배터리 셀(Cell) 사이 등에 설치되는데 저온, 저전력을 특징으로 한다. 또한 요구되는 발열체로서의 특징으로 박형, 경량, 높은 에너지 효율 등이 있다. 이러한 요구를 충족시키려면, 발열체는 고저항을 가진 물질이어야 하고, 발열체 형상은 면상발열이어야 적합하다.
탄소섬유는 m당 저항이 1~2000Ω이어서 10Ω이하인 금속발열체보다 상대적으로 높아 고저항 발열체로 적합하다. 그리고 선택한 특정 저항의 탄소섬유 열선(15)을 조밀하게 배열을 하면 면상발열체와 같이 발열체 전면에 고르게 발열을 할 수 있다. 또한 탄소섬유는 단위 길이인 1m당 1Ω부터 2000Ω까지 넓은 영역에 걸쳐 여러 종류의 저항을 갖는 발열선을 제작할 수 있어 열선 선택권이 많고 다양하게 응용할 수 있다. 게다가 탄소섬유는 섬유와 같은 유연성을 가졌고, 인장력은 철의 10배에 달하고 무게도 일반 섬유처럼 가볍다. 그러나 이방성 특성을 가져 측면은 약하고 쉽게 부서지는 단점과 다른 물질과 친화적이지 않아 전극형성이 어려워 제한적으로 발열물질로 사용되고 있다.
본 발명은 상술한 배터리 보온에 필요한 히터의 필요조건에 부합하고 탄소섬유의 장점을 살리고 단점을 최소화하도록 하였다.
도 1은 탄소섬유(15)를 절연시트(14) 위에 직선을 지그재그로 조밀하게 배열을 하고 전원 전선(21)과 탄소섬유 전열선(15)을 전극 금속(20)에서 연결한 것을 간단하게 나타낸 도면이다. 도 1처럼 열선(15)의 전기를 절연하고 동시에 전기를 인가하였을 때 열선(15)에서 발열된 열을 외부로 방출하는 방열기능을 하는 절연시트(14)에 배열을 할 때 여러 모양으로 배열이 가능하다. 도 1처럼 직선을 왕복으로 배열하는 방법과 S자로 하여 왕복으로 하는 배열, 소용돌이처럼 원형 또는 사각으로 하는 방법과 반원으로 나누어 양쪽에서 소용돌이 모양으로 배열, 그물 모양 등등으로 배열을 할 수 있다.
또한, 부분적으로 더 가열하거나 덜 가열을 할 수 있다. 예를 들어, 면상발열체에서 주변이 모두 고르게 열선이 있는 가운데 부분에 비해 안쪽에만 열선이 있고 발열체 외부에는 열선이 없는 발열체의 모서리 부분은 가운데 부분에 비해 발열량이 다르고 온도차이도 발생한다. 본 발명은 발열체의 가운데 부분과 모서리 부분의 온도 차이를 없애는 배열이 가능한데, 그 방법으로 열선(15)을 절연시트(14)에 배열을 할 때 가운데 부분은 성기게, 즉 열선간의 간격을 멀게 하여 발열량을 적게 하고, 모서리 부분은 열선(15) 간격을 조밀하게 하여 발열량을 많게 한다. 이렇게 하면 발열체의 전면이 고르게 열을 낼 수 있도록 할 수 있다.
다양한 탄소섬유의 저항에 있어서, 같은 면적에서 더 조밀하게 하여 완전한 면상발열체를 제조하려면 낮은 저항을 갖는 탄소섬유(15)를 사용하면 되고 성기게 하여 선 발열체처럼 사용하려면 높은 저항을 갖는 탄소섬유(15)를 사용하여 배열하면 된다. 그리고 병렬로 연결을 하면 높은 저항의 탄소섬유를 사용하여 조밀하게 배열할 수 있고, 낮은 저항의 탄소섬유로 성기게 배열을 할 수 있는 수단이 있다. 병렬인 경우 얻어지는 부가적인 장점은 병렬로 연결된 발열선 중 1개가 예기치 않은 이유로 단선이 될 경우 그 발열선을 제외한 다른 병렬 전열선은 발열을 한다는 점이다.
또한 발열체인 탄소섬유(15)를 배열하는데 있어서 전술한 배열 밀도 조정과 부분 가열뿐만 아니라. 절연시트(14)가 부정형인 경우에도 이에 맞게 배열하는 것 등으로 상황과 조건에 부합되도록 발열선을 배열하는 장점을 가지고 있다.
전술한 바와 같이 배터리는 전기를 저장하는 장치이므로 구성품과 외주면은 고온 내열성을 갖는 물질이 아니고 절연과 내화학성에 중점을 둔 장치이다. 배터리 보온 히터의 목적은 낮은 온도로 인한 배터리 성능 저하와 수명 단축을 막기 위해 일정 온도인 10~30℃로 유지하는 것이다. 전술한 온도를 내기 위해 히터의 발열 온도는 통상적으로 10~70℃이고 높아도 90℃ 이상을 넘지 않는다. 그러므로 발열체 최고 온도는 100℃ 미만이고, 실제 사용 온도는 10~70℃ 정도이므로 발열체뿐만 아니라 발열체를 구성하는 절연물질, 방열물질 등도 100℃ 이상에서의 내구성, 내열성을 가지면 된다.
따라서 도 2, 3, 4, 5, 6, 7에서 보듯이, 탄소섬유 열선(15)을 보호하고 절연하는 절연과 방열을 하는 시트(14) 및 절연 피복을 하는데 사용되는 물질은 내열성이 좋은 수지인 아크릴(Acrylic) 수지계, PET(Polyethylene Terephthalate) 수지계, 폴리프로필렌(PP) 수지계, 우레탄(Urethane) 수지계,urethaneurethane PI(Poly Imide) 수지계, 실리콘(Silicon) 수지계, 테프론(Teflon) 수지계, 고무(Rubber)수지계, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene Vinyl Acetate) 수지계 등의 필름(Film), 시트(Sheet), 테이프(Tape) 등을 사용하는 것과 이들로 구성한 절연물질로 피복하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 절연, 방열 시트(14)를 접합하는데 있어서 도 5와 같이 탄소섬유(15)를 가운데로 하고 위아래에 절연시트(14)를 대고 열과 압력을 동시에 가하여 압착하여 견고하게 접합시킬 수 있으며,
도 6에서 나타낸 바와 같이 절연 시트(14) 위에 접착제(23)을 도포하고 이 위에 탄소섬유(15)를 배열한 뒤 절연시트(14)를 압착하여 발열체를 제조하는 방법이 있다.
도 7은 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체를 제조하는데 있어서 절연시트(14)에 점착제(24)가 미리 도포된 시트를 사용하여 발열체를 제작하는 제조방법에 관한 것이다. 점착제가 표면에 도포된 시트(14)에 탄소섬유(15)를 배열하고 그 위에 점착제가 도포된 시트, 또는 점착제가 없는 시트를 압착하여 발열체를 제조하는 방법을 나타낸 그림이다.
여기에 사용되는 접착제와 점착제 역시 내열성이 좋은 수지인 아크릴(Acrylic) 수지계, PET(Polyethylene Terephthalate) 수지계, 폴리프로필렌(PP) 수지계, 우레탄(Urethane) 수지계,urethaneurethane PI(Poly Imide) 수지계, 실리콘(Silicon) 수지계, 테프론(Teflon) 수지계, 고무(Rubber)수지계, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene Vinyl Acetate) 수지계 등을 주요 재료로 한 접착제, 점착제를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
발열체로 사용되는 탄소섬유(15)는 어떤 가공도 없이 사용할 수 있으며 전술한대로 외부로부터 탄소섬유를 보호하기 위해 절연물질로 코팅을 한 탄소섬유(18)을 직접 절연시트(14)에 접착제(22), 점착제(23)로 합착할 수 있고, 방열하는 면이 아닌 다른 쪽에는 도 3과 같이 단열 물질을 부착하여 열 손실을 방지하여 열효율을 높일 수 있다.
또한, 도 4와 같이 금속 편, 금속박막 같은 방열시트(19)를 발열시트 표면에 부착하여 방열을 원활하게 하여 열 분포를 좋게 되도록 도모할 수 있다.
탄소섬유 발열체(15)를 가운데로 하고 상하에 절연시트(14)를 접합시키는데 있어서 상술한 접착제, 점착시트 방법 이외에도 내열성이 있는 실인 유리섬유, 세라믹섬유, 아리미드섬유 등과 가는 금속사 등으로 재봉하여 합착하는 방법과 타카(Tacker), 리벳 등으로 고정시킬 수 있다.
배터리를 보온 하는데 있어서 도 8과 같이 배터리의 외주면을 모두 감싸는 방법과 도 9와 같이 배터리 셀 사이에 발열체를 넣어 배터리 셀을 가열하는 방법이 있다.
본 발명인 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법에 있어서, 도 11, 12에 나타낸 바와 같이 여러 개의 탄소섬유 발열체(15)를 직렬로 연결하거나 병렬로 연결하면 여러 개의 발열체를 다양하게 구성할 수 있어 전술한 바와 같이 배터리 외부를 여러 개의 발열체로 감싸 보온하는 경우와 배터리 셀 사이에 부착하여 배터리를 보온하는 경우 모두 대응할 수 있다.
도 10은 1개 이상 다수의 발열체를 직렬과 병렬로 구성한 회로를 나타낸 도면이다.
본 발명은 경량, 박형, 고효율을 구현한 히터로 100℃ 이하의 저온이 필요한 냉장고와 같은 가전, 전자기기와 경량, 박형이 필요한 기기나 장치의 가열도구로 사용이 가능하다.
14: 절연, 방열시트
15: 탄소섬유 전열선
16: 절연, 방열시트(14)의 합착 경계선
18: 절연 피복 처리한 탄소섬유 전열선
19: 방열시트, 방열물질
20: 전극 금속
21: 전선
22: 열 합착을 위한 외부 히터
23: 접착제
24: 점착제
25: 탄소섬유 발열체
26: 배터리
15: 탄소섬유 전열선
16: 절연, 방열시트(14)의 합착 경계선
18: 절연 피복 처리한 탄소섬유 전열선
19: 방열시트, 방열물질
20: 전극 금속
21: 전선
22: 열 합착을 위한 외부 히터
23: 접착제
24: 점착제
25: 탄소섬유 발열체
26: 배터리
Claims (9)
- 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법에 있어서,
섬유를 탄화시킨 탄소섬유와 탄소나노 튜브 및 탄소 분말을 섬유에 코팅한 탄소사를 전열선으로 사용하고;
절연코팅을 하지 않거나 표면 처리를 한 상기 탄소섬유와 탄소를 코팅한 섬유를 절연과 방열을 동시에 하는 시트에 직접 배열하여 열효율을 증대시키고;
상기 절연, 방열시트는 두께가 10㎛~5000㎛가 되는 것으로 하되, 1매 또는
1매 이상을 접합시켜 합착하는 것;
상기 절연시트를 상하 두 매를 합착시키는 방법으로, 열 합착, 접착제 합착, 점착제가 코팅된 시트의 합착, 내열성을 갖는 섬유, 실, 금속사 등으로 재봉하는 방법;
리벳(Rivet)과 타카(Tacker) 등 금속제로 물리적으로 접합시키는 것;
상기 탄소섬유가 다른 물질과 친화적이지 않으므로 전극을 형성할 때 탄소섬유와 전원과 연결하는 금속전선을 꼬거나;
상하부를 전기도전 접착제가 점착된 금속 테이프(Tape) 등으로 고정을 한 뒤 슬리브(Sleeve), 클립(Clip), 압착단자, 금속판 등으로 압착시켜 고정시키는 것;
상기 탄소섬유가 취급 시 물리적인 외력에 의해 탄소섬유가 단선되거나 손상을 입지 않도록 코팅하는 것;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 탄소섬유와 탄소나노튜브와 탄소분말을 코팅한 발열선의 저항 범위를 10Ω~2000Ω으로 하고 발열량에 따라, 탄소섬유 배열 방법에 따라 적절한 저항의 탄소섬유를 발열체로 사용하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 탄소섬유 발열체의 발열 온도가 90℃ 미만인 경우, 절연체이자 방열체인 절연 시트로 사용되는 물질들과 접착물질들의 내열온도가 100℃ 이상이고 용융 온도 또한 100℃ 이상인 물질로 절연코팅 등의 방법으로 표면처리를 하고;
상기 내열물질 등으로 탄소섬유를 어떠한 표면처리도 하지 않은 탄소섬유 그대로를 발열체로 사용하여 열효율을 증가시키는 것;
을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법. - 제1항에 있어서,
절연과 방열을 하는 시트는 내열성이 좋은 아크릴(Acrylic) 수지계, PET(Polyethylene Terephthalate) 수지계, 폴리프로필렌(PP) 수지계, 우레탄(Urethane) 수지계,urethaneurethane PI(Poly Imide) 수지계, 실리콘 수지계, 테프론 수지계, 고무(Rubber)수지계, EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 수지계 등의 필름(Film), 시트(Sheet), 테이프(Tape) 등으로 하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법. - 제1항에 있어서,
절연시트를 접합시키는 접착제, 점착제에 있어서, 내열성이 좋은 아크릴(Acrylic) 수지계, PET(Polyethylene Terephthalate) 수지계, 폴리프로필렌(PP) 수지계, 우레탄(Urethane) 수지계,urethaneurethane PI(Poly Imide) 수지계, 실리콘 수지계, 테프론 수지계, 고무(Rubber) 수지계, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene Vinyl Acetate) 수지계, 에폭시(Epoxy) 수지계 등이 함유된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법. - 제1항에 있어서,
점착제가 포함된 점착시트는 절연시트 한 쪽 표면에 점착된 것을 1개 또는 2개를 발열체를 가운데 두고 상하로 절연시트를 접착하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법. - 제1항에 있어서,
탄소섬유는 이방성이라는 특성을 가지고 있어 측면의 물리적 힘에 취약한 점과, 탄소섬유가 합착된 절연시트, 단열 및 방열시트와 닿는 부분은 외력에 의한 마찰과 잦은 접촉으로 단선이 될 우려가 크고, 불량을 유발할 수 있으므로 이를 막기 위해 탄소섬유 표면에 내열성을 갖는 수지를 10㎛~5000㎛로 코팅하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법. - 제1항에 있어서,
발열선인 탄소섬유를 부분적으로 조밀하게 배열하여 발열량을 크게, 온도를 다른 곳보다 높게 할 수 있고, 부분적으로 탄소섬유를 성기게 배열을 하여 발열량을 적게, 온도를 낮게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법. - 제1항에 있어서,
탄소섬유를 열선으로 사용하는 발열시트를 배터리 외부의 1면 이상에 부착하여 배터리를 가열하거나, 배터리 셀 사이에 삽입하여 배터리를 가열하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 배터리 보온용 발열체 및 그 제조 방법.
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2017
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