加热板制造技术

电化学电池的柔性加热器例如在汽车应用中可直接附接到电池的袋式电池单体以进行快速直接加热。与电动车辆兼容的高压操作是通过如下方式来提供：通过纵向延伸的槽沟分离正温度系数加热材料，其中纵向延伸的槽沟控制电流主要在纵向上流动，从而减小此材料中的热点产生的趋势。

Heating plate

The flexible heater of the electrochemical cell, for example, can be directly attached to the battery pack of the battery in the automotive application for rapid and direct heating. The high voltage operation compatible with the electric vehicle is provided by the following way: to heat the material by separating the positive temperature coefficient through the longitudinal groove trench, in which the longitudinal extended groove control current flows mainly in the longitudinal direction, thus reducing the trend of the hot spot in this material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】加热板相关申请的交叉引用本申请主张2015年7月31日申请并且全文以引用方式并入本文中的第62/199,581号美国临时申请的权益。
本专利技术涉及电加热器，并且明确地说，涉及适用于高压的厚膜聚合物电加热器。
技术介绍
电动车辆和混合电动车辆将电池用于能量存储。在此应用中，电池可经受包含零下温度的一定范围的存储温度。在低温下，许多类型的电池(包含锂离子电池)的可用电力实质上减少，并且电池效率降低。2014年4月10日申请的同在申请中的第61/977,802号美国专利申请(转让给本受让人并以引用方式并入本文)描述呈柔性衬底的形式的电动车辆电池的加热器，其中所述柔性衬底在上覆有交叉梳状导电电极的衬底上具有“厚膜”聚合物正温度系数(PTC)材料。电极可用于经由提供可与电池紧密集成的柔性加热器单元的正温度系数材料施加电流，以在低温下实现电池的变暖。这些柔性加热器通常是在相对低的电压(例如，小于100伏)下使用；然而，在汽车应用中，可需要较高操作电压，以便与在较高电压下操作的电动车辆电力系统兼容并通过针对给定量的电力减少电流流动的量而降低布线成本和重量。
技术实现思路
本专利技术者已确定，标准厚膜聚合物加热器设计在高压(例如，330伏DC到1000伏DC)下操作时可展现电流分布的极端不均一性，从而导致热点以及过早损坏的潜在风险。虽然PTC材料具有自然电流调节性质，但仍发生此不均匀电流流动。本专利技术通过在PTC材料内产生实行并联电流流动而不收敛的一组电流隔离“槽沟”而解决此高压非均匀电流密度问题。在一些实施例中，绝缘沟道通过浮动总线而周期性地桥接，其中浮动总线用于恢复穿过PTC材料的隔离部分的均匀电流流动。结果是产生了柔性厚膜聚合物加热器，其中所述柔性厚膜聚合物加热器能够以提高的温度均匀性在较高电压下操作。具体来说，在一个实施例中，本专利技术提供电池的加热器板，具有：柔性聚合物衬底；以及导电电极，在加热器端子与沿着纵轴间隔开的电极指之间连通。具有比导电电极高的电阻的正温度系数材料将电极指电互连并在电极指之间延伸。正温度系数材料具有多个绝缘槽沟，其中绝缘槽沟阻断跨越槽沟穿过正温度系数材料的电流流动，槽沟被定位且设定大小成相比穿过正温度系数材料垂直于纵轴的电流流动，促进穿过正温度系数材料沿着纵轴的电流流动。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征是为汽车应用等提供高效率电池单体加热器，其中高效率电池单体加热器可在将热点的产生减到最少的同时利用可用高压电力。槽沟可以是正温度系数材料中的间隙，其中沿着纵轴测量的纵向长度至少五倍于垂直于纵轴测量的槽沟的横向高度。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征是通过策略性地设置的绝缘间隙在优选方向上灵活性地引导电流。槽沟可在包夹的多对电极指之间连续地延伸。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征是将穿过正温度系数材料的电流流动完全分离到一组独立纵向沟道中。槽沟沿着纵轴遵循蜿蜒路径。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征是通过改变电流流动的横向路径而减小PTC材料中的局部横向变化的影响。加热器板可还包含浮动电极，其中浮动电极在正温度系数材料的部分被槽沟分离的横向范围中跨越正温度系数材料横向延伸。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征是通过提供低电阻横向浮动电极导体来允许进行电流流动的横向再调整和再均衡而不产生热点。浮动电极可桥接至少一个槽沟。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征是提供简单构造，其中所述简单构造在浮动电极与PTC材料之间的连接故障的情形下消除热点产生。正温度系数材料可以是导电墨水。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征是提供适应于厚膜PTC材料的方法，其中厚膜PTC材料可展现因高压操作而加剧的一些过程变化。导电电极可以是具有比正温度系数材料低的电阻的导电墨水。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征是提供用于制造加热器板的简单印刷过程。本专利技术的其它特征和优点对于本领域的技术人员来说将在查阅具体实施方式、权利要求书和附图之后变得明显，在附图中，相同附图标记用于表示相同特征。附图说明图1是根据本专利技术的袋型电池单体的分解立体图，其中袋型电池单体具有附接到电池单体壁的集成加热器元件；图2是简化的现有技术柔性膜加热器的俯视平面图，示出上覆有交叉梳状导电电极的PTC材料并且还示出柔性膜加热器的不同层的局部横截面图；图3是在低压下操作的图2的柔性膜加热器的PTC材料的通过实验获得的热成像图的简化表示，示出传导电极之间的均匀且受约束的加热；图4是与图3类似的图，示出图2的柔性膜加热器在300伏下的操作以及表示例如可产生热点的电流分布的中断的“M”形加热图案的发生；图5是本专利技术的第一实施例的与图2类似的图，其中本专利技术的第一实施例在PTC材料内并有用于在高压下实行较均匀的电流流动的非直线电流并联隔离槽沟；图6是与图2和图5类似的图，示出使用交错的电流并联隔离槽沟和浮动母线以促进电流均匀性的替代实施例；图7是图6的替代实施例的局部图，其中浮动母线之间的PTC材料保持对准且并未交错；图8是图5的替代实施例的局部图，示出非直线电流并联隔离槽沟的替代图案；以及图9是图6的替代实施例的局部图，示出跨越有限数量的电流隔离槽沟的浮动母线的使用。在详细解释本专利技术的实施例之前，应理解，本专利技术的应用不限于以下描述中所阐述或附图中所图示的部件的构造和布置的细节。本专利技术能够具有其它实施例，并且以各种方式实践或进行。并且，应理解，本文所使用的用语和术语是出于描述的目的且不应视为限制性的。“包含”和“包括”及其变化的使用希望涵盖之后列出的项目与其等同物以及额外项目与其等同物。具体实施方式现参照图1，适用于组装到用于例如汽车等电动车辆中的电池中的袋式电池单体8可具有大体上扁平的棱柱外形因素，其中所述大体上扁平的棱柱外形因素具有上矩形袋壁11a和下矩形袋壁11b。上矩形袋壁11a和下矩形袋壁11b将通常由柔性绝缘聚合物片构造而成，其中所述柔性绝缘聚合物片可围绕接缝周边15密封以提供限定封闭体积17的袋。封闭体积17可固持被选择成提供电化学存储并释放电力的各种板、隔膜和电解质。具体来说，体积17可固持上集电板19a(例如，具有板区域以装配在体积17内的金属箔或其它导体)以及延伸的接片电极21a，其中延伸的接片电极21a突出超出上矩形袋壁11a和下矩形袋壁11b的接缝周边15以用于上集电板19a的外部连接。上集电板19a将被定位成邻近于上矩形袋壁11a。类似地，下集电板19b可被定位成邻近于下矩形袋壁11b，并且可同样具有装配在体积17内的板区域以及接片电极21b，其中接片电极21b突出超出接缝周边15并相对于接片电极21a移位，例如，在接缝周边15的一个边缘的相对左侧和右侧上。上集电板19a和下集电板19b可包夹包括以下各者的堆叠：邻近于上集电板19a的负电极材料19c、邻近于下集电板19b的正电极材料19d以及处于负电极材料19c与正电极材料19d之间的隔膜19e。通常，个别袋式电池单体10将固持单个正电极材料19d和负电极材料19c。如上所述的袋式电池单体的构造可按照第2012/0263987号美国专利申请的描述，其中所述美国专利申请名为“高能锂离子二次电池(High-EnergyLithium-IonSecondaryBatteries)”，转让给Envia本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池的加热器板，包括：柔性聚合物衬底；导电电极，在加热器端子与沿着纵轴间隔开的电极指之间连通；以及正温度系数材料，具有比所述导电电极高的电阻，并将所述电极指电互连并在所述电极指之间延伸，所述正温度系数材料具有多个绝缘槽沟，所述绝缘槽沟阻断跨越所述槽沟穿过所述正温度系数材料的电流流动，所述槽沟被定位且设定大小成相比穿过所述正温度系数材料垂直于所述纵轴的电流流动，促进穿过所述正温度系数材料沿着所述纵轴的电流流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.31 US 62/199,5811.一种电池的加热器板，包括：柔性聚合物衬底；导电电极，在加热器端子与沿着纵轴间隔开的电极指之间连通；以及正温度系数材料，具有比所述导电电极高的电阻，并将所述电极指电互连并在所述电极指之间延伸，所述正温度系数材料具有多个绝缘槽沟，所述绝缘槽沟阻断跨越所述槽沟穿过所述正温度系数材料的电流流动，所述槽沟被定位且设定大小成相比穿过所述正温度系数材料垂直于所述纵轴的电流流动，促进穿过所述正温度系数材料沿着所述纵轴的电流流动。2.根据权利要求1所述的电池的加热器板，其中所述槽沟是所述正温度系数材料中的间隙，沿着所述纵轴测量的纵向长度至少五倍于垂直于所述纵轴测量的所述槽沟的横向高度。3.根据权利要求1所述的电池的加热器板，其中所述槽沟在包夹的多对电极指之间连续地延伸。4.根据权利要求2所述的电池的加热器板，其中每一电极指之间的所述正温度系数材料由在每一纵向位置处重叠的多个横向间隔开的槽沟分离。5.根据权利要求4所述的电池的加热器板，其中所述多个横向间隔开的槽沟是至少五个槽沟。6.根据权利要求5所述的电池的加热器板，其中所述槽沟沿着所述纵轴遵循蜿蜒路径。7.根据权利要求1所述的电池的加热器板，还包含浮动电极，所述浮动电极在所述正温度系数材料的部分被槽沟分离的横向范围中跨越所述正温度系数材料横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华·F·伯尔加耶夫斯基，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US