KR20180033272A - 히터 패널 - Google Patents

Abstract

예를 들어 자동차 적용들에서의 전기화학적 배터리들을 위한 가요성 히터가, 신속한 직접 가열을 위해 배터리들의 파우치형 전지들에 직접적으로 부착될 수 있을 것이다. 전기 차량들과 양립할 수 있는 고-전압 작동이, 길이 방향으로 연장되는 모트들에 의해 양의 온도 계수 가열 재료를 분리함에 의해, 전류가 주로 그러한 재료 내에서의 핫스팟 발달의 경향을 감소시키도록 하는 길이 방향으로 흐르도록, 제공된다.

Description

히터 패널

본 출원은, 본 명세서에 그 전체가 참조로 통합되는 그리고 2015년 7월 31일 출원된, 미국 가출원번호 제62/199,581호의 우선권의 이익을 주장한다.

본 발명은, 전기 히터에, 특히 고전압을 동반한 용도에 적당한 후막 중합체(thick film polymer) 전기 히터에 관한 것이다.

전기 차량들 및 하이브리드 전기 차량들은, 에너지 저장을 위한 배터리들을 사용한다. 이러한 적용에서, 배터리들은, 영하의 온도를 포함하는 저장 온도의 범위에 종속될 수 있을 것이다. 낮은 온도에서, 리튬 이온 배터리들을 포함하는 많은 유형의 배터리들에 대한 사용 가능한 전력은, 실질적으로 감소되며, 그리고 배터리 효율은 낮아지게 된다.

2014년 4월 10일 출원된, 본 출원의 양수인에게 양도되고 본 명세서에 참조로 통합되는, 함께 계류 중인 미국 가특허출원 제61/977,802호는, 서로 얽힌 도전성 전극들(interdigitated conductive electrode)과 중첩되는 기판 상의 "후막" 중합체 양의 온도 계수(PTC) 재료를 구비하는, 가요성 기판의 형태의 전기 차량 배터리들을 위한 히터를 설명한다. 전극들은, 차가운 온도에서 배터리들의 예열을 제공하기 위해 배터리들과 인접하게 통합될 수 있는, 가요성 히터 유닛을 제공하는 양의 온도 계수 재료를 통해 전류를 인가하기 위해 사용될 수 있다.

그러한 가요성 히터들은 일반적으로, 비교적 낮은 전압에서, 예를 들어 100 볼트 미만에서, 사용되지만; 더 높은 작동 전압이, 더 높은 전압에서 작동하는 전기 차량 전력 시스템과의 양립성을 위해 그리고 주어진 양의 전력에 대한 전류량을 감소시킴에 의해 배선 비용 및 중량을 감소시키기 위해, 자동차 적용들에서 바람직할 수 있을 것이다.

본 발명의 발명자들은, 표준 후막 중합체 히터 설계들이, 고전압(예를 들어, 330 볼트 DC 내지 1000 볼트 DC)에서 작동될 때, 핫스팟들 및 너무 이른 감퇴의 잠재적 위험을 생성하는 전류 분포의 극심한 비-균질성을 보일 수 있다고, 밝혀냈다. 이러한 불균일한 전류는, PTC 재료의 자연적 전류 조정 특성에도 불구하고 발생한다.

본 발명은, 수렴 없는 병렬 전류를 강제하는 PTC 재료 내부의 한 세트의 전류 절연 "모트들(moats)"을 생성함에 의해, 이러한 고전압 비균일 전류 밀도의 문제점을 해소한다. 일부 실시예에서, 절연 채널들은, PTC 재료의 절연된 부분들을 통해 균일한 전류를 복원하는 역할을 하는 플로팅 버스들(floating buses)에 의해 주기적으로 연결(bridge)된다. 결과는, 개선된 온도 균일성을 갖는 더 높은 전압에서 작동할 수 있는, 가요성 후막 중합체 히터이다.

구체적으로, 일 실시예에서, 본 발명은, 가요성 중합체 기판 및, 종방향 축을 따라 이격되는 전극 핑거들과 히터 단자들 사이를 연결하는, 도전성 전극들을 구비하는, 배터리를 위한 히터 패널을 제공한다. 도전성 전극들보다 더 높은 저항을 구비하는 양의 온도 계수 재료가, 전극 핑거들을 전기적으로 상호연결하며 그리고 전극 핑거들 사이에서 연장된다. 양의 온도 계수 재료는, 모트들을 가로지르는 양의 온도 계수 재료를 통한 전류를 차단하는, 복수의 절연 모트를 구비하고, 모트들은, 양의 온도 계수 재료를 통한 종방향 축에 수직인 전류와 비교하여, 양의 온도 계수 재료를 통한 종방향 축을 따르는 전류를 촉진하도록 배치되고 크기 결정된다.

그에 따라, 핫스팟들의 발달을 최소화하는 가운데 이용 가능 고전압 전기를 사용할 수 있도록 하는, 자동차 적용 및 이와 유사한 것을 위한 고효율 전지 히터를 제공하는 것이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 특징이다.

모트들은, 종방향 축에 수직으로 측정되는 모트들의 횡방향 높이보다 적어도 5배 더 큰, 종방향 축을 따라 측정되는 종방향 길이를 구비하는 양의 온도 계수 재료 내의 간극들일 수 있을 것이다.

그에 따라, 전략적으로 배치되는 절연 간극들에 의해 바람직한 방향으로 전류를 유연하게 인도하는 것이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 특징이다.

모트들은, 전극 핑거들의 인접한 쌍들 사이에서 연속적으로 연장될 수 있을 것이다.

그에 따라, 양의 온도 계수 재료를 통한 전류를 한 세트의 독립적인 종방향 채널들 내로 완전히 분리하는 것이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 특징이다.

모트들은, 종방향 축을 따라 구불구불한 경로를 따른다.

그에 따라, 전류의 횡방향 경로를 변화시킴에 의해 PTC 재료 내에서의 국부적 횡방향 변동들의 영향을 감소시키는 것이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 특징이다.

히터 패널은, 양의 온도 계수 재료의 부분들이 그 내부에 모트들에 의해 분리되는, 횡방향 범위 내에서 양의 온도 계수 재료를 가로질러 횡방향으로 연장되는 플로팅 전극들을 더 포함할 수 있을 것이다.

그에 따라, 낮은 저항의 횡방향 플로팅 전극 도체들을 제공함에 의해 핫스팟들의 생성 없이 전류의 횡방향 재조절 및 재균등화를 허용하는 것이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 특징이다.

플로팅 전극들은, 적어도 하나의 모트에 연결될 수 있을 것이다.

그에 따라, 플로팅 전극들과 PTC 재료 사이의 연결 부족의 경우에 핫스팟 발달을 제거하는 단순한 구조를 제공하는 것이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 특징이다.

양의 온도 계수 재료는, 도전성 잉크일 수 있을 것이다.

그에 따라, 고전압 작동에 의해 악화되는 일부 프로세스 변동을 보일 수 있는, 후막 PTC 재료를 수용하는 방법을 제공하는 것이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 특징이다.

도전성 전극들은, 양의 온도 계수 재료보다 더 낮은 저항을 갖는 도전성 잉크일 수 있을 것이다.

그에 따라, 히터 패널을 제작하기 위한 단순한 인쇄 프로세스를 제공하는 것이, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 특징이다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들이, 뒤따르는 상세한 설명, 청구범위 및, 동일한 부호들이 동일한 특징부들을 지시하기 위해 사용되는, 도면들의 검토에 기초하여 당업자에게 명백해질 것이다.

도 1은, 본 발명에 따른, 전지 벽에 부착되는 일체형 히터 요소를 구비하는 파우치형 전지의 분해 사시도이고;
도 2는, 서로 얽힌 도전성 전극들과 중첩되는 PTC 재료를 보여주는 그리고 또한 가요성 막 히터의 상이한 층들의 부분적 단면을 보여주는, 단순화된 종래기술 가요성 막 히터의 평면도이며;
도 3은, 도전성 전극 사이의 균일한 그리고 제한된 가열을 보여주는 그리고 낮은 전압에서 작동되는, 도 2의 가요성 막 히터를 위한 PTC 재료에 대한 실험적으로 획득된 열화상 묘사(thermographic depiction)의 단순화된 도면이고;
도 4는, 300 볼트에서 도 2의 가요성 막 히터의 작동 및 핫스팟들을 생성할 수 있는 것과 같은 전류 분포의 붕괴를 나타내는 M-자형 가열 패턴의 발생을 보여주는, 도 3의 도면과 유사한 도면이며;
도 5는, 고전압에서 더욱 균일한 전류를 강제하기 위해 PTC 재료 내에 비-직선형 전류-병렬 절연 모트들(non-rectilinear current-parallel isolating moats)을 통합하는, 본 발명의 제1 실시예에 대한, 도 2의 도면과 유사한 도면이고;
도 6은, 전류 균일성을 촉진하기 위해 플로팅 버스 막대들과 함께 서로 엇갈린 전류-병렬 절연 모트들을 사용하는 대안적인 실시예를 보여주는, 도 2 및 도 5의 도면과 유사한 도면이며;
도 7은, 플로팅 버스 막대들 사이의 PTC 재료가 정렬되어 서로 엇갈리지 않게 유지되는, 도 6의 대안적 실시예에 대한 부분적 도면이고;
도 8은, 비-직선형 전류-병렬 절연 모트들에 대한 대안적인 패턴을 보여주는, 도 5의 대안적 실시예에 대한 부분적 도면이며; 그리고
도 9는, 제한된 개수의 전류-절연 모트들과 교차하는 플로팅 버스 막대들의 사용을 도시하는, 도 6의 대안적 실시예에 대한 부분적 도면이다.
본 발명의 실시예들이 상세하게 설명되기 이전에, 본 발명은, 뒤따르는 설명에 기술되거나 또는 도면에 도시되는, 구성에 대한 세부 사항 및 구성요소들의 배열로 자체의 적용이 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은, 다른 실시예들을 가능하게 하며 그리고 다양한 방식으로 실행되거나 수행될 수 있다. 또한, 여기에서 사용되는 어법 및 전문용어는 설명의 목적을 위한 것이며 그리고 제한하는 것으로서 간주되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. "구비하는" 및 "포함하는" 및 이들의 변화형들의 사용은, 그 후에 열거되는 품목들 및 그들의 균등물, 뿐만 아니라 부가적인 품목들 및 그들의 균등물을 포괄하는 것으로 의미하게 된다.

지금부터 도 1을 참조하면, 자동차 또는 이와 유사한 것과 같은 전기 차량에서의 사용을 위한 배터리 내로의 조립에 적당한, 파우치형 전지(8)가, 상측 및 하측 직사각형 파우치 벽(11a, 11b)을 구비하는 대략 평탄화된 프리즘형 형태 인자를 구비할 수 있을 것이다. 상측 및 하측 직사각형 파우치 벽(11a, 11b)은 전형적으로, 둘러싸이는 용적(17)을 한정하는 파우치를 제공하기 위해 이음 둘레부(seam periphery)(15) 둘레에서 열 밀봉 가능할 수 있는, 가요성 절연 중합체 시트로 구성될 것이다.

둘러싸이는 용적(17)은, 다양한 플레이트들, 세퍼레이터들, 및 전기화학적 저장을 제공하고 전력을 방출하기 위해 선택되는 전해질들을 유지할 수 있을 것이다. 구체적으로, 용적(17)은, 용적(17) 내부에 어울리는 플레이트 영역 및, 상측 전류 수집 플레이트(19a)에 대한 외부 연결을 위한 상측 및 하측 직사각형 파우치 벽(11a, 11b)의 이음 둘레부(15) 너머로 돌출하는, 연장 탭 전극(extending tab electrode)(21a)을 구비하는, 금속박(metal foil) 또는 다른 도전체와 같은, 상측 전류 수집 플레이트(19a)를 유지할 수 있을 것이다. 상측 전류 수집 플레이트(19a)는, 상측 직사각형 파우치 벽(11a)에 인접하게 배치될 것이다.

유사한 하측 수집 플레이트(19b)가, 하측 직사각형 파우치 벽(11b)에 인접하게 배치될 수 있으며, 그리고 마찬가지로, 용적(17) 내부에 어울리는 플레이트 영역 및, 이음 둘레부(15) 너머로 돌출하며 그리고 예를 들어 이음 둘레부(15)의 하나의 에지의 대향하는 좌측부 및 우측부 상에 놓이도록 탭 전극(21a)으로부터 변위되는, 탭 전극(21b)을 구비할 수 있을 것이다.

상측 및 하측 수집 플레이트(19a, 19b)는, 상측 전류 수집 플레이트(19a)에 인접한 음전극 재료(19c), 하측 전류 수집 플레이트(19b)에 인접한 양전극 재료(19d), 및 음전극 재료(19c)와 양전극 재료(19d) 사이의 세퍼레이터(19e)를 포함하는 적층체와 인접할 수 있을 것이다. 일반적으로 개별적인 파우치형 전지(8)가, 단일의 양전극 재료(19d) 및 음전극 재료(19c)를 유지할 것이다.

이상에 설명된 바와 같은 파우치형 전지의 구성은, 엔비아 시스템즈 인크(Envia Systems, Inc.)에 양도된 그리고 본 명세서에 참조로 통합되는, "고-에너지 리튬-이온 2차 배터리들"로 명칭이 부여된 미국 특허공개 제2012/0263987호의 설명에 따를 수 있을 것이다.

지금부터 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래기술의 후막 중합체 히터(10)가, 실질적으로 비전도성의 중합체 시트를 제공하는 가요성 기판(12)을 구비할 수 있을 것이다. 예시적인 기판(12)은, 7 밀(mil)의 폴리에스테르 재료일 수 있을 것이다.

가요성 기판(12)의 상측 넓은 표면(본 실시예에서, 직사각형 구역) 상의 가열 영역(13)이, 양의 온도 계수(PTC) 재료(14)의 실질적으로 연속적인 후막으로 코팅될 수 있을 것이다. 저항의 양의 온도 계수가, 전형적으로 온도의 함수로서 실질적으로 비선형의 패턴을 따라 낮은 온도에서 증가된 전류 및 높은 온도에서 감소된 전류를 갖도록, 전류의 양이 재료의 온도에 따라 변하도록 야기한다. 이러한 특성은, 실질적으로 일정한 전압 소스가 PTC 재료(14)를 가로질러 인가될 때, PTC 재료(14)의 자기-조정 온도를 제공한다.

일 실시예에서, PTC 재료(14)는, 온도 구동 전류 제한 효과를 제공하도록 온도에 따라 증가하는 저항을 보이는, 도전성 폴리에스테르 재료일 수 있을 것이다. 이러한 PTC 재료(14)의 자연적 전류 제한은, 과도한 전류를 갖는 영역들의 저항을 증가시킴에 의해, 후막 중합체 히터(10) 내의 핫스팟들을 감소시킬 것으로 예상될 수 있다.

가요성 기판(12)의 가열 영역(13)은, 예를 들어, 스크린-인쇄 또는 이와 유사한 것을 사용하는 도전성 잉크의 적용을 포함하는 다양한 기법에 의해, PTC 재료(14)로 코팅될 수 있을 것이다. 본 발명에 적당한, 양의 온도 계수(PTC) 히터들은 또한, 본 명세서에 그 전체가 참조로 통합되는 Leslie M. Watts에 허여된, 미국 특허 제4,857,711호 및 제4,931,627호에 개시된다.

양자 모두 도전성 재료로 형성되는, 양전극 어레이(16a) 및 음전극 어레이(16b)가, 함께 전기적으로 소통하도록 PTC 재료(14)의 상측 표면에, 도전성 잉크를 사용하여 인쇄되거나, 또는 달리 적용될 수 있을 것이다. 이러한 전극 어레이들(16a, 16b)은, 전력 소스(40)를, 예를 들어 자동차 전기 시스템과 연관되는 50 볼트 위의 전압에서 펄스 폭 변조된 DC 또는 고전압 DC 소스를, 가로질러 연결될 수 있을 것이다.

양전극 어레이(16a)는, 균등하게 이격된 평행 축들(20a)을 따라 제1 방향으로 PTC 재료(14)의 표면 위에서 연장되는, 핑거들(18a)을 구비할 수 있을 것이다. 이러한 핑거들(18a)은, PTC 재료(14)의 하나의 에지를 따라 축들(20a)에 대략 수직으로 연장되는 버스 도전체(22a)와 전기적으로 소통할 수 있을 것이다.

음전극 어레이(16b)는, 핑거들(18a)의 방향과 반대의 제2 방향으로 PTC 재료(14)의 표면 위에서 연장되며 그리고 핑거들(18a)과 서로 얽히는, 핑거들(18b)을 구비할 수 있을 것이다. 이러한 핑거들(18a) 또한, 축들(20a) 사이에 균등하게 그리고 축들(20a)에 평행하게 배치되는, 규칙적인 평행한 축들(20b)을 따라 연장될 수 있을 것이다. 핑거들(18b)은, 버스 도전체(22a)의 에지 반대편의 PTC 재료(14)의 에지에서 축들(20b)에 대략 수직으로 연장되는 버스 도전체(22b)에 연결될 수 있을 것이다.

버스 도전체들(22a, 22b)은, 연결 단자들(24)을 제공하기 위해 기판(12)의 일단부로 연장될 수 있으며, 연결 단자들에, DC 전력 또는 펄스 폭 변조 전력이 인가될 수 있을 것이다. 전력이 단자들(24)에 인가될 때, 전류는 일반적으로 축들(20)에 대략 수직인 종방향 전류 축(23) 방향으로 핑거들(18a 및 18b) 사이에서 PTC 재료(14)를 통해 흐를 것이다.

전극 어레이들(16), 핑거들(18), 및 단자들(24)의 도전성 재료는, 예를 들어, 일반적으로 비교 가능한 단면에 대해 PTC 재료보다 훨씬 더 낮은 저항을 제공하는, 은과 같은 도전성 재료의 미세 입자 충전제를 구비하는 중합체 기재(polymer base)로 이루어지는 것과 같은, 도전성 중합체일 수 있을 것이다.

예시적인 후막 중합체 히터(10)가, 예를 들어, 실온에서 55 내지 65℃의 목표 온도 범위를 제공하기 위해, 대략 4×6 인치의 면적 위에 24 와트의 전력을 또는 평방인치당 약 1와트의 전력을 제공할 수 있을 것이다. 단자들(24) 사이의 총 저항이, 주위 온도에서 5-10 KΩ 정도일 수 있을 것이다.

지금부터 도 3을 참조하면, 도 2의 후막 중합체 히터(10)가 비교적 낮은 전압에서, 예를 들어 12 볼트에서, 작동될 때, 실질적으로 균일하지만 상승된 온도의 규칙적인 직사각형 가열 영역들(26)이, 축들(20a 및 20b) 사이에 형성될 것이다. 가열 영역들(26)의 이러한 균일한 온도는, 핑거들(18) 사이에서 종방향 전류 축(23)을 따라 그러한 구역들에서의 실질적으로 균일한 전류를 나타낸다.

직사각형 가열 영역들(26)은, (도 2에 도시되는) 핑거들(18)의 위치에서 축들(20)과 정렬되는, 좁은 냉각 구역들(29)에 의해 분리된다. 이러한 냉각 구역들(29)은, 전류가 최저 저항의 경로를 추구함에 따라, PTC 재료(14)에서 나오는 전류의 핑거들(18) 내로의 경로 분할(shunting)을 초래한다.

지금부터 도 4를 참조하면, 도 2의 후막 중합체 히터(10)가, 고전압에서, 예를 들어 300 볼트에서, 작동될 때, 인접한 직사각형 가열 영역들(예를 들어, 26a 및 26b)이, 예상된 규칙적인 전류 분포의 붕괴를 나타내도록, 축(20)을 가로질러 병합될 수 있을 것이다. 이러한 붕괴는, 가열 영역들(26a 및 26b)의 상측 단부들로부터의 전류를 가로채서, 이 전류를 축(20)의 핑거들 아래의 가열 영역들(26)의 다른 영역들보다 더 뜨거운 핫스팟 위치(27)로 보내며, 그리고 후막 중합체 히터(10)에 의해 제공되는 열의 균일성에 부정적으로 영향을 미친다.

지금부터 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에서, 핑거들(18) 사이의 PTC 재료(14)의 구성을 변경한 고전압 후막 중합체 히터(10)가, 구성될 수 있을 것이다. (예를 들어, 핑거들(18a 및 18b) 사이의) 이러한 변경은, PTC 재료(14)내에 전류-절연 모트들(30)을 도입한다. 절연 모트들(30)은, 예를 들어, PTC 재료(14)를 제거함에 의해, 그리고 절연 모트들(30)의 구역에서 기판(12)을 노출시킴에 의해, 생성될 수 있을 것이다. 모트들(30)은, 인접한 핑거들(18) 사이에서 또는 그러한 경로의 일부에서, 연속적으로 연장될 수 있을 것이다. 일반적으로, 모트들(30)은, 종방향 축에 수직으로 측정되는 모트들(30)의 횡방향 높이보다 적어도 5배 더 큰, 종방향 축(23)을 따라 측정되는 종방향 길이를 구비할 것이다.

절연 모트들(30)은, 대략 종방향 전류 축(23)을 따라 연장되며, 그리고 결과적으로 대략 축(23)을 따르도록 전류의 국부적 방향을 강제한다. 절연 모트들(30)은, 축(23)을 따라 연장되는 PTC 재료의 많은 수의 구별된 도전성 통로들(conductive traces)(31)을 생성하도록, PTC 재료(14) 위에서 종방향 전류 축(23)에 수직인 방향으로 주기적으로 이격될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, PTC 재료의 통로들(31)은, 축(23)에 평행한 지그재그형(비선형) 경로로 이어지는, (종방향 전류 축(23)에 수직인) 실질적으로 균일한 폭의 것일 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이, 절연 모트들(30)은, 축(23)을 따라 실질적으로 독립적인 라인들을 강제하며, 그리고 전류가 예를 들어 도 4에 도시된 가열 영역들(26) 사이의 축(20)의 교차 영역 상에서 수렴하는 것을 방지한다. 이러한 실시예에서, 핑거들(18)의 개수는, 핑거들(18)의 도전성 재료의 가능한 절약을 제공하도록, 가열의 균일함을 희생하지 않는 가운데, 크게 감소되었다는 것을 알아야 한다. 다른 양태에서, 후막 중합체 히터(10)는, 후막 중합체 히터(10)와 유사할 수 있을 것이다. 본 실시예는, 330 볼트 DC 내지 1000 볼트 DC 사이의 전압에서 작동할 수 있으며, 그리고 그러한 범위 이내의 전압에서 개선된 열적 균일성을 제공하는 것으로 확인되었다.

지금부터 도 6을 참조하면, 대안적인 실시예에서, 일련의 플로팅 버스 막대들(32)이, 각 쌍의 핑거들(18a 및 18b) 사이에 그리고 각 쌍의 핑거들(18a 및 18b)에 평행하게 배치될 수 있으며, 그리고 그들 사이에서 균등하게 이격될 수 있을 것이다. 중요하게, 플로팅 버스 막대들(32)은, 버스 도전체들(22)에 또는 핑거들(18)에 또는 서로에 대해, 전기적으로 연결되지 않는다. 플로팅 버스 막대들(32)은, 대략 전류의 경로에 수직으로 연장될 수 있으며 그리고 PTC 재료(14)의 복수의 통로들(31)에 걸친다. 이러한 플로팅 버스 막대들(32)은, 종방향 전류 축(23)에 수직인 방향으로 통로들(31) 사이에서 모트들(30)을 가로질러, PTC 재료(14)의 통로들(31) 사이에서 전류의 횡방향 재분배를 제공하는 역할을 한다. 플로팅 버스 막대들(32)의 재료는 일반적으로, PTC 재료(14)보다 훨씬 낮은 저항을 갖는 버스 도전체들(22) 및 핑거들(18)의 재료와 동일할 것이다. 플로팅 버스 막대들(32)은, 모트들(30)을 연결하거나 또는 PTC 재료(14)와 중첩될 수 있고, 그리고 그렇게 함으로써 본질적으로 그렇게 덮이는 PTC 재료(14)로부터 전류를 전도할 수 있을 것이다.

이러한 실시예에서, 각각의 플로팅 버스 막대(32) 사이 또는 플로팅 버스 막대들(32)과 핑거들(18) 사이의, 모트들(30) 및 통로들은, 종방향 전류 축(23)에 수직인 횡단 방향으로 서로 엇갈리게 될 수 있으며, 따라서, 주어진 열(36)[각 열은, 주어진 세트의 플로팅 버스 막대들(32) 사이 또는 플로팅 버스 막대들(32)과 핑거들(18) 사이에 놓임] 내의 PTC 재료(14)의 통로들(31)은, 단지 플로팅 버스 막대들(32) 또는 핑거들(18)에 의해서만 그리고 PTC 재료(14)의 직접적인 연결에 의하지 않고, 인접한 열(36) 내의 통로들(31)과 연결된다. 이러한 방식으로, 상이한 열들(36) 내의 통로들(31) 사이의 직접적인 전류로부터 야기되는 핫스팟들의 가능성이, 플로팅 버스 막대들(32)에 의한 완화 없이, 크게 감소된다.

본 실시예는, 330 볼트 DC 내지 1000 볼트 DC 사이의 전압에서 작동할 수 있으며, 그리고 그러한 범위 이내의 전압에서 개선된 열적 균일성을 제공하는 것으로 확인되었다.

지금부터 도 7을 참조하면, 도 6의 후막 중합체 히터(10)가 대안적으로, 열들(36) 사이에서 PTC 통로들(31)의 정렬 및 직접적인 연결을 허용할 수 있다는 것이, 인식될 것이다. 이러한 버전은, 전류를 재분배하기 위해 그리고 통로들(31) 사이에 양호한 연결을 제공할 수 있는 이러한 통로들 사이의 연결부(bridge)들에서 핫스팟들을 회피하기 위해, 핑거들(18) 또는 플로팅 버스 막대들(32)을 의존하며, 그리고 플로팅 버스 막대들(32)의 낮은 저항이, 예를 들어 적합한 접촉 면적에 의해, 보장된다.

지금부터 도 8을 참조하면, 도 5의 PTC 재료(14)의 지그재그형 통로들(31)이, 축(23)에 나란하게 연장되는 부드러운 사인곡선형 패턴을 포함하는, 다양한 다른 비-직선형 형상들을 취할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 그럼에도 불구하고 평균적으로 종방향 축(23)을 따라 이어지는 이러한 파동형 패턴들은, 총체적으로 "구불구불한 형상"으로 지칭될 것이다. 통로들(31)은 또한, 직선형 이며 그리고 축(23)에 대해 평행할 수 있을 것이다.

지금부터 도 9를 참조하면, 대안적인 실시예에서, 플로팅 버스 막대들(32)이, 축(23)에 수직인 그들의 길이를 따라 세그먼트들로 분할될 수 있을 것이고, 각 세그먼트는, 종방향 전류 축(23)에 수직으로의 전류의 이동을 추가로 방지하기 위해, 상이한 열들(36)의 단지 제한된 개수의 PTC 통로들(31)만을 연결한다[예를 들어, 제1 열(36) 내의 하나의 PTC 통로(31)가 제2 열(36) 내의 단지 하나의 PTC 통로(31)에 연결될 수 있음].

이러한 다양한 기법들은, 예를 들어, 핑거들(18a 및 18b) 사이에서 균등하게 이격되는 도 6에 도시된 유형의 플로팅 버스 막대들(32)에 의해 또한 걸쳐지지만 그러한 핑거들(18)과 평행하지 않은, 도 5의 통로들(31)을 갖도록, 조합될 수 있을 것이다.

일반적으로, 저항은, 문맥이 요구하는 바에 따라, 벌크 저항 또는 공중 저항(aerial resistance) 또는 이들 양자 모두를 지칭한다.

특정 전문용어가, 단지 참조의 목적으로 본 명세서에 사용되며, 그리고 그에 따라 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, "상측", "하측", "위", 및 "아래"와 같은 용어는, 참조하게 되는 도면들에서의 방향들을 참조한다. "앞", "뒤", "전방", "하부" 및 "측방"과 같은 용어들은, 논의 중인 구성요소를 설명하는 본문 및 연관된 도면들을 참조함에 의해 명백해지는, 일관적이지만 임의의 것인 기준 프레임 내부에서 구성요소의 부분들의 방향을 설명한다. 그러한 전문용어는, 이상에 구체적으로 언급되는 단어들, 그들의 파생어들, 및 유사한 의미의 단어들을 포함할 수 있을 것이다. 유사하게, 용어들 "제1", "제2" 및 구조물들을 지칭하는 다른 그러한 수치적 용어들은, 문맥에 의해 명백하게 지시되지 않는 한 순서 또는 순번을 의미하지 않는다.

본 개시 및 예시적인 실시예들의 요소들 및 특징부들을 소개할 때, 부정관사, 정관사 및 "상기"는, 하나 이상의 그러한 요소 또는 특징부가 존재한다는 것을 의미하도록 의도된다. 용어들 "포함하는", "구비하는", 및 "갖는"은, 포괄적인 것으로 그리고, 구체적으로 언급된 것들과 상이한 부가적 요소들 또는 특징부들이 존재할 수 있다는 것을 의미하도록, 의도된다. 더불어, 본 명세서에서 설명되는 방법 단계들, 프로세스들, 및 작동들은, 실행의 순서로서 구체적으로 식별되지 않는 한, 논의되거나 예시된 특정 순서에 따른 그들의 실행을 반드시 요구하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을, 이해해야 한다. 부가적인 또는 대안적인 단계들이 채택될 수 있다는 것을, 또한 이해해야 한다.

본 발명의 다양한 특징들이 뒤따르는 청구항들에 기술된다. 본 발명은, 그의 적용에 관하여, 본 명세서에 기술되는 구성 및 구성요소들의 배열들에 대한 세부사항들로 제한되지 않는다는 것을, 이해해야 한다. 본 발명은, 다른 실시예들을 가능하게 하며 그리고 다양한 방식으로 실행되거나 수행될 수 있다. 상기한 것에 대한 변형들 및 수정들이 본 발명의 범위 이내에 놓인다. 본 명세서에 개시되고 한정되는 본 발명은, 본문 및/또는 도면으로부터 언급된 또는 명백한 2 이상의 개별적인 특징들의 모든 대안적인 조합들로 확장된다는 것이 또한 이해된다. 모든 이러한 상이한 조합들은, 본 발명의 다양한 대안적인 양태들을 구성한다. 본 명세서에 설명되는 실시예들은, 본 발명을 실행하기 위해 공지되는 그리고 다른 당업자들이 본 발명을 활용할 수 있도록 할, 최상의 모드들을 설명한다.

특허들 및 비-특허 공개문헌들을 포함하는, 본 명세서에서 설명되는 모든 공개문헌들은, 그들 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.

Claims (14)

1. 배터리를 위한 히터 패널로서:
   가요성 중합체 기판;
   종방향 축을 따라 이격되는 전극 핑거들과 히터 단자들 사이를 연결하는, 도전성 전극들; 및
   도전성 전극들보다 더 높은 저항을 구비하며, 그리고 전극 핑거들을 전기적으로 상호연결하며 전극 핑거들 사이에서 연장되는, 양의 온도 계수 재료로서, 양의 온도 계수 재료는, 모트들을 가로지르는 양의 온도 계수 재료를 통한 전류를 차단하는, 복수의 절연 모트를 구비하고, 상기 모트들은, 양의 온도 계수 재료를 통한 종방향 축에 수직인 전류와 비교하여, 양의 온도 계수 재료를 통한 종방향 축을 따르는 전류를 촉진하도록 배치되고 크기 결정되는 것인, 양의 온도 계수 재료
   를 포함하는 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 모트들은, 종방향 축에 수직으로 측정되는 모트들의 횡방향 높이보다 적어도 5배 더 큰, 종방향 축을 따라 측정되는 종방향 길이를 구비하는 양의 온도 계수 재료 내의 간극들인 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 모트들은, 전극 핑거들의 인접한 쌍들 사이에서 연속적으로 연장되는 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
4. 제 2항에 있어서,
   각 전극 핑거 사이의 양의 온도 계수 재료는, 각 종방향 위치에서 중첩되는 복수의 횡방향으로 이격된 모트에 의해 분리되는 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 복수의 횡방향으로 이격된 모트는, 적어도 5개의 모트인 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
6. 제 5항에 있어서,
   모트들은, 종방향 축을 따라 구불구불한 경로를 따르는 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
7. 제 1항에 있어서,
   양의 온도 계수 재료의 부분들이 그 내부에 모트들에 의해 분리되는, 횡방향 범위 내에서 양의 온도 계수 재료를 가로질러 횡방향으로 연장되는 플로팅 전극들을 더 포함하는 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 플로팅 전극들은 적어도 하나의 모트에 연결되는 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
9. 제 1항에 있어서,
   서로 간의 열적 소통을 위해 가요성 중합체 기판에 부착되며 그리고 적어도 하나의 음극 및 양극 플레이트와 적어도 하나의 가요성 외측 중합체 벽을 포함하는, 전기화학적 전지를 더 포함하는 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
10. 제 1항에 있어서,
    50 볼트 초과의 전압을 제공하는, 히터 단자들과 소통하는, 전압 소스를 더 포함하는, 배터리를 위한 히터 패널.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 양의 온도 계수 재료는 도전성 잉크인 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 도전성 전극들은, 상기 양의 온도 계수 재료보다 더 낮은 저항을 갖는 도전성 잉크인 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
13. 제 1항에 있어서,
    단자들 사이의 총 저항은, 주위 온도에서 500 Ω 내지 10 KΩ인 것인, 배터리를 위한 히터 패널.
14. 복수의 전지 파우치를 구비하는 배터리 팩들을 가열하는 방법으로서:
    각 전지 파우치에 히터 패널을 부착하는 단계로서, 히터 패널은:
    가요성 중합체 기판,
    종방향 축을 따라 이격되는 전극 핑거들과 히터 단자들 사이를 연결하는, 도전성 전극들, 및
    도전성 전극들보다 더 높은 저항을 구비하며, 그리고 전극 핑거들을 전기적으로 상호연결하며 전극 핑거들 사이에서 연장되는, 양의 온도 계수 재료로서, 양의 온도 계수 재료는, 모트들을 가로지르는 양의 온도 계수 재료를 통한 전류를 차단하는, 복수의 절연 모트를 구비하고, 상기 모트들은, 양의 온도 계수 재료를 통한 종방향 축에 수직인 전류와 비교하여, 양의 온도 계수 재료를 통한 종방향 축을 따르는 전류를 촉진하도록 배치되고 크기 결정되는 것인, 양의 온도 계수 재료
    를 구비하는 것인, 히터 패널을 부착하는 단계; 및
    각 전지 파우치를 가열하기 위해 상기 히터 패널에 50 볼트 초과의 전압을 인가하는 단계
    를 포함하는 것인, 배터리 팩들을 가열하는 방법.

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