차량 복사 발열체 최적 구조 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 전기차의 실내 난방 효율 개선을 위해 탄소섬유 기반 발열체가 적용된 내장 부품에 대한 구조를 분석하였다. 전기차는 내연기관차와 달리, 엔진에서 나오는 폐열을 활용할 수 없기 때문에 전기 배터리에서 나오는 전기를 활용하여 난방을 해야하고, 이에 따라 난방에 소모되는 전기 소모량이 과도할 경우, 주행거리가 단축되는 문제가 있다.
난방에 소모되는 전력 소모량을 줄이기 위해서는 저전력에서 구동가능한 난방 시스템이 필요하고, 이를 위해 탄소 소재를 활용한 복사 발열체 개발이 주목되고 있다.
복사 발열체 구현을 위해 탄소 섬유에 전도성이 높은 은 페이스트를 적용하여 발열체를 구상하였고, 브릿지 여부, 은 페이스트 도포 여부, 셀 분할 패턴, 전극 폭, 탄소 섬유 종류 등을 변수로 설정하여 시편을 제작하였다. 시편 제작 후 열화상 카메라를 이용하여 온도 분포, 온도 상승 시간 등을 평가하였다.
실험 결과, 브릿지에 은 페이스트를 도포할 경우 발열 셀 간의 온도 편차가 줄어들었고 셀의 분할 수가 증가할수록, 전극 폭이 감소할수록 발열온도가 상승하였다. 발열체를 병렬 구조로 제작할 경우에는 발열체의 일부 셀이 손실되더라도 나머지 셀들에는 영향이 미치지 않았다. 본 연구는 탄소섬유 발열체의 패턴에 따른 온도 변화에 대해 연구하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study examines interior components using carbon-fiber-based heating elements to enhance electric vehicle heating efficiency. Because EVs cannot use engine waste heat, heating relies solely on battery power, which can reduce driving range when consumption is high. To address this, low-power radiant heating elements using carbon materials were explored. A heating element was developed by applying highly conductive silver paste to carbon fibers, and specimens were produced by varying bridge presence, silver-paste application, cell-division patterns, electrode width, and carbon-fiber types. Thermal performance was evaluated using an infrared camera. Results showed that silver paste on bridges reduced temperature deviation, while increased cell divisions and narrower electrodes raised heating temperature. A parallel structure also maintained performance even if some cells failed. The study identifies key variables influencing carbon-fiber heating elements for potential use in automotive interior components.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 범위 2
• 1.3 연구 방법 3
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 2.1 발열체의 기본 원리 4
• 2.2 CF PAPER의 구조적 특성 및 발열 원리 5
• 2.3 브릿지와 은 페이스트의 역할 6
• 2.4 발열 셀 패턴의 분할 효과 7
• 제 3 장 실험 방법 및 조건 8
• 3.1 실험 재료 8
• 3.2 시편 설계 및 가공 9
• 3.3 실험 장비 및 측정 항목 10
• 제 4 장 실험 결과 및 분석 11
• 4.1 브릿지 Ag Paste 도포 효과 11
• 4.2 셀 패턴 변화에 따른 발열 특성 12
• 4.3 셀 손실 및 전극 폭 변화 효과 13
• 제 5 장 고찰 및 해석 14
• 제 6 장 결 론 15
• 참고문헌 16
• Abstract 18