KR-102960874-B1 - Heater for battery pack

Abstract

본 발명은 배터리가 정상적으로 구동되는 온도를 제공하기 위해 PTC히터와 알루미늄플레이트가 결합되어 열을 배터리셀에 고르게 전달하고, 상기 PTC히터를 저면에서 이격시키는 서포트가 구비됨으로써, 상부의 알루미늄플레이트로 전달되는 열전달효율이 증대된 배터리팩용 발열히터에 관한 것이다.

Inventors

• 기세춘
• 정재훈
• 신명식

Assignees

• (주)서연탑메탈
• 대진기전주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240327

Claims (5)

1. 배터리팩에 내장된 다수개의 배터리셀(C)에 열을 전달하는 배터리팩용 발열히터에 있어서, 전원 공급용 하네스케이블(H)이 결합되는 케이블단자(11)가 상면 일측에 형성된 판형상의 PTC히터(10)와, 상기 PTC히터(10)의 상부에 결합되어 상기 PTC히터(10)의 열을 상기 배터리셀(C)에 전달하는 알루미늄플레이트(20)와, 상기 PTC히터(10)의 저면이 인접한 대상물(T)과 이격되도록 상기 알루미늄플레이트(20)에 리벳 결합된 다수개의 서포트(30)가 구비되며, 상기 알루미늄플레이트(20)의 외면에는 에폭시 수지에 디핑되어 형성된 도포막이 구비되고, 상기 서포트(30)는 상기 알루미늄플레이트(20)의 저면을 지지하는 지지단(31a)과, 상기 지지단(31a)의 상면 일측단에서 상부로 연장된 측면지지단(31b)이 구비된 테두리서포트(31)와; 상기 알루미늄플레이트(20)와 PTC히터(10)의 결합된 상태를 고정하는 원형서포트(32)로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리팩용 발열히터.
2. 제1항에 있어서, 상기 PTC히터(10)의 측단부에는 상기 지지단(31a)이 상기 알루미늄플레이트(20)의 저면에 밀착되도록 내측으로 요입된 서포트요입홈(12)이 구비되고, 상기 알루미늄플레이트(20)의 측단부에는 상기 측면지지단(31b)이 안착되도록 내측으로 요입된 서포트안착단(21)이 구비되며, 상기 알루미늄플레이트(20)에는 상기 배터리팩에 고정되도록 다수개의 리벳형너트(22)가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리팩용 발열히터.
3. 제1항에 있어서, 상기 원형서포트(32)는 중앙에 리벳결합공이 구비된 중앙원통(32a)과, 상기 중앙원통(32a)의 외주면에서 측하부로 경사지게 연장된 다수개의 원통보강구(32b)와, 상기 중앙원통(32a)과 원통보강구(32b)의 저면에 결합되어 외측으로 확장된 저면지지구(32c)가 구비되고, 상기 PTC히터(10)에는 상기 중앙원통(32a)이 관통하도록 통공된 서포트결합공(13)이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리팩용 발열히터.
4. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄플레이트(20)는 인장강도 90MPa이상, 열전도도 180W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 배터리팩용 발열히터.
5. 제1항에 있어서, 상기 PTC히터(10)와 알루미늄플레이트(20)는 중앙부에 상하로 통공된 팩안착공(25)이 구비되고, 상기 알루미늄플레이트(20)의 네 모서리에는 호형상으로 요입된 팩안착홈(26)이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리팩용 발열히터.

Description

배터리팩용 발열히터{Heater for battery pack} 본 발명은 배터리팩용 발열히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리팩에 정해진 온도의 열을 전달하는 알루미늄플레이트와, 상기 알루미늄플레이트의 하면에 결합된 판형상의 PTC히터와, 상기 PTC히터의 열이 하부로 전도되는 것을 방지토록 상기 알루미늄플레이트와 결합되어 상기 PTC히터의 저면을 이격시키는 다수개의 서포트가 구비되며, 상기 알루미늄플레이트는 외면에 에폭시로 디핑된 도막이 구비됨으로써, 열전도도가 높은 알루미늄플레이트를 통해 배터리셀에 열을 안정적으로 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리팩용 발열히터에 관한 것이다. 일반적으로, 전기 자동차나 전기이륜차 등에서 사용되는 리튬 배터리의 경우, 외부 환경 온도에 따라 배터리팩의 성능 및 수명에 큰 영향을 받게 된다. 배터리셀의 최적 사용 온도 조건은 대략 25℃ 전후이며, 방전 시 배터리셀에 대한 보증 온도는 -20℃ ~ 70℃이다. 배터리셀이 최적 사용 온도 조건인 25℃ 전후 온도에서 사용되는 경우, 배터리셀의 효율(99%)도 우수하고 그 수명 또한 증가하게 된다. 이를 위해, 외부 환경 온도가 저온일 때 배터리팩 온도를 상승시키기 위한 히팅 기술이 적용되고 있으며, 배터리팩 내에서 배터리셀의 위치에 따라 온도편차가 발생함에 따라 이를 방지하는 기술이 제안되고 있는 실정이다. 이와 관련된 종래기술로, 한국등록특허 제10-1878834호(2018.07.10.)에는 "전기차용 배터리 히터"가 개시되었다. 상기 종래기술은 압출 몰딩 내부에 열선이 펠트 원단 상에 소정의 패턴으로 고정 배치된 발열패드가 접착수단을 통해 고정되고, 단자선과 실링재등이 포함하여 이루어지며, 전기차용 배터리 팩 내부의 배터리 셀 하부에 일정 간격으로 배치되고 전기적으로 직렬연결된 전기차용 배터리히터이다. 또 다른 종래기술로, 한국공개특허공보 제10-2022-0068278호(2022.05.26.)에는 "배터리팩용 면상 발열 히터 및 이를 이용한 배터리팩"이 개시되었다. 상기 종래기술은 제1발열층; 상기 제1발열층의 일면에 배치되어 균일하게 분할될 한 쌍의 전극층; 상기 한 쌍의 전극층의 일면에 배치되되, 사각틀 형상을 갖고, 상기 제1발열층의 테두리에 대응하는 위치에 배치되는 제2발열층; 상기 제1발열층과 상기 한 쌍의 전극층 사이에 배치되는 제1절연층; 상기 한 쌍의 전극층과 상기 제2발열층 사이에 배치되는 제2절연층; 상기 제1발열층의 반대면에 배치되는 보호층; 및 상기 제2발열층의 일면에 배치되는 베이스층을 포함하고, 상기 제1절연층은 상기 제1발열층과 상기 한 쌍의 전극층 각각을 전기적으로 연결하는 제1비아가 구비되며, 상기 제2절연층은 상기 한 쌍의 전극층 각각과 상기 제2발열층을 전기적으로 연결하는 제2비아가 구비된 것을 특징으로 한다. 그러나, 상기한 종래기술은 제1발열층 상부에 제2발열층이 배치되는 구조로 인해 제1발열층의 열이 배터리팩에 전달될 때 상기 제2발열층이 이를 차단함으로써, 배터리 팩 테두리를 가온하는 데에 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 도 1은 종래기술에 따른 배터리팩에 발열히터가 결합된 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 배터리팩용 발열히터의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 발열히터의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 발열히터의 저면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 알루미늄플레이트와 테두리서포트를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 PTC히터의 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 발열히터의 단면도이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 배터리팩용 발열히터는, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리팩에 내장된 다수개의 배터리셀(C)에 열을 전달하는 배터리팩용 발열히터로서, 전원을 통해 발열되는 PTC히터(10)의 상부에 알루미늄플레이트(20)가 결합되고, 상기 알루미늄플레이트(20)로 전도된 열이 배터리셀(C)을 가온시켜 배터리팩의 최적의 구동환경을 제공하게 된다. 상기 배터리팩은 배터리셀(C)이 수용된 하우징케이스로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 PTC히터(10)는 전원 공급용 하네스케이블(H)이 결합되는 케이블단자(11)가 상면 일측에 형성되고, 판형상으로 구성된다. 상기 케이블단자(11)는 상기 알루미늄플레이트(20)의 상부로 돌출되도록 구비되는 것이 바람직하다. 상기 알루미늄플레이트(20)는 상기 PTC히터(10)의 상부에 결합되어 상기 PTC히터(10)의 열을 상기 배터리셀(C)에 전달한다. 상기 알루미늄플레이트(20)는 PTC히터(10)보다 더 넓은 면적의 판형상으로 구성된다. 그리고, 상기 PTC히터(10)의 저면이 인접한 대상물(T)과 이격되도록 상기 알루미늄플레이트(20)에 리벳(R) 결합된 다수개의 서포트(30)가 구비된다. 상기 서포트(30)는 PTC히터(10)의 하면에서 삽입되며, 알루미늄플레이트(20)의 상부에서 삽입된 리벳과 결합된다. 한편, 상기 알루미늄플레이트(20)의 외면에는 에폭시 수지에 디핑되어 형성된 도포막이 구비된다. 상기 도포막의 두께는 0.35±0.05 로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 알루미늄플레이트(20)는 정해진 홀이 프레스로 타공되어 에폭시 수지에 디핑시 사용되게 된다. 그리고, 상기 서포트(30)는 상기 알루미늄플레이트(20)의 저면을 지지하는 지지단(31a)과, 상기 지지단(31a)의 상면 일측단에서 상부로 연장된 측면지지단(31b)이 구비된 테두리서포트(31)와; 상기 알루미늄플레이트(20)와 PTC히터(10)의 결합된 상태를 고정하는 원형서포트(32)로 이루어진다. 상기 서포트(30)는 내충격성이 크고 내열성이 좋은 ABS재질로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 PTC히터(10)의 측단부에는 상기 지지단(31a)이 상기 알루미늄플레이트(20)의 저면에 밀착되도록 내측으로 요입된 서포트요입홈(12)이 구비됨으로써, 상기 테두리서포트(31)와 직접적으로 접촉되지 않고, 상기 지지단(31a)의 하면이 대상물(T)에 지지되어 상기 PTC히터(10)의 하면을 대상물(T)에서 이격시키게 된다. 그리고, 상기 알루미늄플레이트(20)의 측단부에는 상기 측면지지단(31b)이 안착되도록 내측으로 요입된 서포트안착단(21)이 구비됨으로써, 테두리서포트(31)가 측면으로 돌출되는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 알루미늄플레이트(20)에는 상기 배터리팩에 고정되도록 다수개의 리벳형너트(22)가 구비됨으로써, 배터리팩에서 인입된 볼트(미도시)에 결합된다. 한편, 상기 원형서포트(32)는 중앙에 리벳결합공이 구비된 중앙원통(32a)과, 상기 중앙원통(32a)의 외주면에서 측하부로 경사지게 연장된 다수개의 원통보강구(32b)와, 상기 중앙원통(32a)과 원통보강구(32b)의 저면에 결합되어 외측으로 확장된 저면지지구(32c)가 구비되고, 상기 PTC히터(10)에는 상기 중앙원통(32a)이 관통하도록 통공된 서포트결합공(13)이 구비됨으로써, 상기 서포트결합공(13)의 하면부에 상기 원통보강구(32b)의 상면부가 밀착되어 지지되게 된다. 그리고, 상기 알루미늄플레이트(20)는 인장강도 90MPa이상, 열전도도 180W/mK 이상으로 구성되어, 상부에서 가해지는 압력에 대항하여 PTC히터(10)를 보호하고, 열을 배터리셀(C)에 고르게 전달할 수 있게 된다. 또한, 상기 PTC히터(10)와 알루미늄플레이트(20)는 중앙부에 상하로 통공된 팩안착공(25)이 구비되고, 상기 알루미늄플레이트(20)의 네 모서리에는 호형상으로 요입된 팩안착홈(26)이 구비된다. 여기서, 상기 팩안착공(25)과 팩안착홈(26)은 배터리팩에 결합시 사용되게 된다 . 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 배터리팩용 발열히터의 작용을 살펴보면 아래와 같다. 본 발명에 따른 배터리팩용 발열히터는, 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, PTC히터(10)의 열을 알루미늄플레이트(20)에 전달하고, 열전도도 180W/mK 이상인 알루미늄플레이트(20)로 전도된 열은 알루미늄플레이트(20)에서 고르게 분포되어 배터리팩의 배터리셀(C)에 고르고 안정적으로 열을 전달하게 된다. 상기 PTC히터(10)는 70℃ 이하로 발열되고, -40 ~ 60℃ 온도에서 구동되나, -20 ~ 10℃ 온도에서 배터리셀에 열을 전달하기 위해 사용되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 알루미늄플레이트(20)는 외면에 에폭시수지의 도막으로 도포됨으로써, 외부 충격으로부터 알루미늄플레이트(20)의 손상이 방지되게 된다. 이때, PTC히터(10)와 알루미늄플레이트(20)는 0.2t 양면테이프로 접합부에서 접합된 상태에서 서포트(30)를 통해 리벳결합되어 고정되게 된다. 상기 PTC히터(10)와 알루미늄플레이트(20)는 중앙부에서 원형서포트(32)로 지지되어 결합상태를 고정되고, 알루미늄플레이트(20)의 측단부에 테두리서포트(31)가 결합되어 상기 원형서포트(32)와 테두리서포트(31)의 저면이 대상물(T)이 지지됨으로써, 상기 PTC히터(10)의 저면이 대상물(T)에서 이격되어 상기 PTC히터(10)의 열이 대상물(T)로 전도되는 것을 방지하게 된다. 한편, 상기 서포트(30)는 테두리서포트(31)와 원형서포트(32) 두종류로, 상기 테두리서포트(31)는 알루미늄플레이트(20)의 측단부에 요입된 서포트안착단(21)에 측면지지단(31b)의 내면이 밀착되어, 지지단(31a)이 알루미늄플레이트(20)의 하면에 밀착되도록 "ㄴ"자 형상으로 구비되고, 상기 원형서포트(32)는 원판형상의 저면지지구(32c)의 중앙상부에 중앙원통(32a)과 원통보강구(32b)가 일체로 형성되고, 상기 중앙원통(32a)에는 리벳(R)과 결합되는 리벳결합공이 구비된다. 그리고, 상기 알루미늄플레이트(20)는 팩안착공(25) 및 팩안착홈(26)을 통해 배터리팩에 안착되고 다수개의 리벳형너트(22)를 통해 고정되어 설치되게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 배터리팩용 발열히터는 판형상의 PCT히터(10)와 열전도도가 높은 알루미늄플레이트(20)를 통해 배터리팩에 내장된 배터리셀(C)에 고르게 열을 전달함으로써, 배터리셀(C)이 최적으로 구동되는 환경을 제공하여 배터리 성능이 떨어지는 것을 방지할 수 있게 된다.