具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述根据本公开的温度感测带的示例性 实施例。然而，温度感测带可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限 于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将温度感测带的某 些示例性方面传达给本领域技术人员。

参照图1A，示出了示出根据本公开的示例性实施例的温度感测带(以下称 为“带10”)的顶视图。带10可以包括电绝缘的柔性衬底，示出为衬底12。衬 底12可以由介电材料的条形成，其一侧或两侧具有粘合材料，以允许将带10粘 合至表面(例如，电气设备的表面)。在各种非限制性实施例中，衬底12可以是 透明胶带、聚氯乙烯(PVC)胶带、聚酯薄膜等。

多个温度感测元件14可以设置在衬底12上并且可以沿着衬底12的长度彼 此间隔开。每个温度感测元件14可以包括桥接一对相邻的叉指电极的一定量的 可变电阻材料16，如下文进一步描述的。通过示例的方式，带10在图1A中示 出为包括总共四个温度感测元件。在各种实施例中，在不背离本公开的情况下， 带10可包括更多或更少数量的温度感测元件14，其中温度感测元件14的总数 通常由带10的长度和温度感测元件14之间的距离决定。虽然温度感测元件14 在图1A中示出为沿着衬底12的长度彼此均匀地间隔开，但是带10的各种实施 例可以包括沿着衬底12的长度以不规则的间隔设置的温度感测元件14，这诸如 可以由带10的特定应用的要求所决定。

带10还可以包括设置在衬底12上的多个柔性导体18。柔性导体18可以在 温度感测元件14之间延伸并且可以电连接到温度感测元件14，如下文进一步描 述的。柔性导体18可以由细长段的柔性导电材料形成，其可以粘合、印刷或以 其他方式施加到衬底12上。此类材料的示例包括但不限于铜网、银胶(silver epoxy)、各种类型的金属线或带、导电油墨等。

参照图1B，示出了详细的顶视图，其示出了温度感测元件14中的一个和带 10的周围部分。为了以下描述的清楚起见，可变电阻材料16被示出为透明的。 应当理解，图1A中所示的所有温度感测元件14与图1B中所示的温度感测元 件14基本相同，并且因此图1B中所示的温度感测元件14的以下描述应适用于 图1A中所示的所有温度感测元件14。

温度感测元件14可以包括电极20a、20b，该电极20a、20b以相对布置设 置在衬底12上并且(例如，通过焊料、导电粘合剂等)电连接到相邻的柔性导 体(柔性导体18)的端部。电极20a、20b中的每个可以包括多个指部或齿部 (tine)22a、20b。电极20a的齿部22a可以与电极20b的齿部22b以叉指状的、 间隔开的关系设置，以在它们之间限定出蜿蜒曲折的间隙24。在带10的一些实 施例中，电极20a、20b可以设置在中间衬底(例如，一段FR-4)上，该衬底可 以转而设置在衬底12上并粘合到衬底12上。在带10的其他实施例中，电极 20a、20b可以是柔性导体18的整体的、连续的部分。例如，相邻的柔性导体18 的相对端部可以被切割、印刷或以其他方式形成为限定叉指状的齿部22a、20b。 在带10的其他实施例中，可以省略齿部22a、20b，并且柔性导体18的相邻端 部可以替代地以平坦边缘或具有各种其他轮廓或形状的边缘终止，这些边缘彼 此间隔开，并以相对的关系设置以在它们之间限定间隙。

可变电阻材料16可以设置在齿部22a、22b上并且可以桥接和/或填充间隙 24，从而将齿部22a连接到齿部22b。在各种实施例中，可变电阻材料16可以 是正温度系数(PTC)材料，其具有在可变电阻材料16达到预定的“激活温度” 时可以急剧增大的电阻。在其他实施例中，可变电阻材料16可以是负温度系数 (NTC)材料，其具有在可变电阻材料16达到预定的“激活温度”时可以急剧 减小的电阻。在特定的非限制性实施例中，可变电阻材料16可以是由悬浮在聚 合物树脂中的导电颗粒(例如，导电陶瓷颗粒)形成的聚合物正温度系数(PPTC) 材料。在一些实施例中，可变电阻材料16(PTC或NTC)可以以流体墨水或化 合物的形式施加到齿部22a、20b上，其然后可以固化以形成固体物质，该固体 物质部分地覆盖和/或包封齿部22a、20b。

可以想到的是，可以以常规的带卷的方式来将带10卷起并将其存储，并且 可以从卷上分配(即，展开)和切下期望长度的带10，以用于应用中。

参照图2，示出了实施上述带(带10)的示例性电气设备100的示意图。电 气设备100可以包括可以由带10保护的一个或多个组件(以下称为“受保护组 件”)。在图2所示的示例性实施例中，受保护组件是具有多个串联电连接的电 池单元112的电池110。电池110可以连接到负载114以向其供应电力。在各种 示例中，电池110可以是锂离子电池、锂聚合物电池、镍氢可再充电电池等。本 公开内容在这方面不受限制，并且可以预期的是，受保护组件可以可替选地是或 者可以可替选地包括可以受益于过流或过热保护的多种电源和/或电气设备中的 任何一种。

带10可以粘合到电池110，其中温度感测元件14设置在电池110的相应电 池单元(电池单元112)的表面上。特别地，每个温度感测元件14可以被定位 为处于电池单元112中相应一个的热影响下，使得电池单元112中的一个的温 度的升高可以导致设置在其上的温度感测元件14中的相应一个的温度的升高。

电气设备100还可以包括控制元件116(例如，诸如ASIC、微处理器等的 数字控制元件)，其可以电连接到带10的柔性导体18并且可以被配置为监视带 10中的电阻，如下面进一步描述的。控制元件116还可以可操作地连接到断连 开关118(例如，FET、继电器等)，该断连开关118可以电串联连接在电池110 和负载114中间。

在电气设备100的正常操作期间，电池110可以向负载114供应电力，并且 电池单元112的温度可以在正常操作范围内(例如，小于80摄氏度)。然而，在 发生过热或过流状况时，电池单元112中的一个或多个的温度可能升高到正常 操作范围之上，该升高转而导致带10的相应温度感测元件14的温度升高。如 果温度感测元件14中的一个或多个的温度升高到激活温度以上，则带10中的 电阻可能急剧增大(如果可变电阻材料16是PTC材料的话)或急剧减小(如果 可变电阻材料16是NTC材料的话)。电池单元112温度的升高可能是由于暴露 于外部热源(例如，在室外处于太阳下的电气设备100)引起的，或者是由于因 电池110的内部故障而导致的过流状况引起的。

控制元件116可以被配置为监视带10的电阻并且相应地控制电气设备100 的操作。例如，假设可变电阻材料16是PTC材料，如果控制元件116在带10 中测量出相对低的电阻(指示温度感测元件14的温度低于激活温度)，则控制 元件116可以确定电池单元112的温度在正常的、安全的操作范围内。然而，如 果控制元件116在带10中测量出相对较高的电阻(指示温度感测元件14中的 一个或多个的温度高于激活温度)，则控制元件116可以确定电池单元112中的 一个或多个的温度已超出正常的、安全的操作范围。如果控制元件116确定电池 单元112中的一个或多个的温度已经超过正常的、安全的操作范围，则控制元件116可以断开断连开关118，从而阻止电气设备100中电流的流动并防止或减轻 如果过热或过流状况被允许持续存在而可能以其他方式导致的损坏。

在另外的非限制性实施例中，受保护组件可以包括具有电池组的电动工具、 电动踏板车或其他电动车辆、膝上型计算机、笔记本计算机、大电池系统。本实 施例的柔性带提供的优点是能够方便地将多个温度传感器的传感器以及熔断器 元件放置在具有任意形状的三维物体中的任意合适位置处。

关于前述实施例，在一些变型中，衬底12可以在带10的底侧上具有粘合 剂，以用于附接到受保护设备。在一些实施例中，可以将粘合剂仅施加到温度感 测元件14下方的部分，以改善与受保护设备的表面的热接触。在特定实施例中， 具有高热导率的添加剂(诸如高热导率粉末)可以被布置在粘合剂内，以提高粘 合剂的热导率，并因此在温度感测元件14与被监测或受保护设备之间提供更好 的热接触。高热导率材料的非限制性示例包括本征(低电导率)ZnO、Al₂O₃、 AlN、金刚石浆料、或高热导率导电颗粒(包括陶瓷、金属或碳基颗粒)、纤维 等。

在本公开的另外的实施例中，带式传感器可以用于另外的应用，包括setP^TM温度传感器设备(setP是Littelfuse公司的商标)等等，其中在高于功能材料感 测操作条件的温度下可能产生永久断开。换句话说，“TTape”传感器或传感器组 件可以被部署用于温度感测和温度保护，以在高于诸如PTC材料的TTape材料 稳定操作的温度范围的温度下实现稳定的“关闭”响应特性。

作为说明，pPTC类型材料提供了良好的温度传感器能力，包括在高于跳闸 温度的情况下有效切断电流。但是，pPTC材料可能会在显著高于跳闸温度的情 况下明显遭受电阻负温度系数(NTC)特性，并且在长时间暴露时可能会在短期 状态下失效。

对于关键区域的应用(诸如锂电池的温度感测)，被发送到控制板的用于给 定电池组的“关闭”信号被维持一定的持续时间是有用的，以便避免产生麻烦的 跳闸现象，并确保系统“知道”系统处于具有严重NTC特性的高温位置，而不 是低温安全区域。这种情况对于以数字响应模式“0”和“1”操作的传感器尤其 重要，并提供了扩展区域“1”的能力。

根据一些实施例，提供了在高于PPTC稳定性的温度范围的温度下具有稳定 的“关闭响应”的TTape传感器组件。图3A和图3B分别示出了具有和不具有 逻辑“1”状态扩展的基于PPTC的传感器的电阻曲线和逻辑状态特性。在图3A 的示例中，带30提供有一系列温度感测元件，诸如如前所述的温度感测元件14， 其被设置在“IN”线上。在图3A的电阻曲线(虚线)的示例中，与理想响应曲 线I不同，高于点A时，电阻由于远高于跳闸温度时的PPTC材料的NTC特性 而迅速减小。因此，高于点A，测量出的电阻不再指示逻辑“1”状态，并且如 果逻辑“1”状态未持续足够的持续时间，则系统可能错误地认为存在安全状态。

在图3B中，带40提供有设置在“IN”线上的一系列温度感测元件(诸如 如前所述的温度感测元件14)，以及设置在“OUT”线上的相应的熔断器元件， 其中温度感测元件可以与邻近的熔断器元件配对以形成有效地扩展逻辑“1”状 态的温度范围的感测区域，如图3B所示。在该示例中，在PPTC材料的电阻减 小到检测到的总电阻下降到逻辑“1”阈值以下的点之前，带40可以在高于点A 时熔断。因此，逻辑“1”状态的检测可以持续。

关于图3C提供了诸如带40的带的操作的更多细节。指示逻辑“0”或逻辑 “1”状态的不同体系的精确温度仅是示例性的。如所示出的，在操作期间，当 带显示低于约57.5℃的温度时，获得逻辑“0”状态，在该状态下，被监视的设 备可被视为在正常条件下操作。因此，如由检测系统电压Vcc的检测器所表示 的电阻保持较低。在所示的示例中，小于30％Vcc的任何电压值都被检测器或 监视器的逻辑视为表示逻辑“0”状态。此外，为了提供适当的辨别力，任何大 于70％Vcc的电压值都可以视为指示逻辑“1”状态。

在图3C的示例中，带可以包括PPTC传感器，其具有60℃的触发温度。 因此，当带显示出高于约57.5℃且低于约60℃的温度时，进入过渡状态，其中 逻辑状态可能不确定，因为Vcc在30％至70％之间。在60℃以上，进入逻辑 “1”状态，其中带电阻显著增大，诸如在一些实施例中增大了10倍、100倍、 1000倍、10000倍。电阻的大幅度增大导致高得多的Vcc，例如满Vcc的约85％。 另外，在高于60℃的跳闸温度的温度范围内，电阻可能会达到稳定水平，其中 逻辑1体系持续存在。

在约85℃时，熔断器元件可能会熔断，从而导致带电阻随着电阻曲线302 (虚线)进一步增大，其中电阻具有接近100％Vcc(诸如95％Vcc)的值。当带 进一步加热到例如185℃时，电阻保持在高值，并且监视器仍然检测到逻辑“1” 状态。值得注意地，根据一些实施例，熔断器元件的熔断温度可以被选择为位于 基于PPTC的传感器的“NTC温度”附近，其中，PPTC材料的电阻根据升高的 温度而开始减小。因此，如PPTC曲线304(虚线)所示，在不存在在85℃时 发生熔断的熔断器元件的情况下，对于仅具有PPTC传感器的带，其电阻以及因此检测到的Vcc可能会在高于85℃时迅速降低。在85℃和150℃之间的温度 下，PPTC曲线304示出Vcc下降到低于逻辑“1”的值，并因此产生假阴性(false negative)，因为该监视器不再感测到带正在经历高温。通过提供一种在PPTC电 阻已经降低到足以离开逻辑“1”状态之前增大带的电阻的熔断器元件，避免了 假阴性。

根据本公开的各种实施例，可以以如下方式执行在高于PTC稳定性的温度 下具有稳定的“关闭”响应的温度传感器的构造，其中PTC感测区域被布置在 可熔断元件附近或与可熔断元件直接接触，该可熔元件在比PTC触发响应稍高 或高得多的温度下触发。这种解决方案的示例在下面的图4A、图4B和图4C中 示出。在各种非限制性实施例中，取决于pPTC材料的选择，TTape的pPTC触 发响应温度可以在50℃至100℃的范围内。在各种非限制性实施例中，提供在 pPTC材料附近的可熔断(可熔)元件可以由焊料元件构造，该焊料元件的成分 可以被调整以产生90℃至150℃或甚至更高的熔断温度。可以通过调节熔断器 合金成分(其中改变诸如SnBi、In、InSn、SnPb的已知合金和其他合金)来实 现对可熔熔断器的触发温度的控制。

根据本公开的实施例，为了产生逻辑“1”状态的扩展，高热切断(HTX) 区域可以紧邻传感器的PTC元件定位或与传感器的PTC元件共置(co—located)， 如图4A、图4B和图4C所示。在一些实施例中，PTC材料可以位于“IN”线 上，而熔断器元件可以位于“OUT”线上，如图4A所示。现在转向图4A，示 出了根据本公开的实施例布置的带50。在该示例中，感测区域60布置在衬底12 的一部分上，其中该感测区域包括布置在“IN”线54上的印刷温度指示器(PTI) 62和布置在“OUT”线56上的高温切断(HTX)元件64。印刷温度指示器62 可以与上述温度感测元件14相似或相同地布置。在这种布置和其他布置中，HTX 和PTI组件之间的间距的最小值可以在75μm至1mm之间的范围内，最大间距 没有特定的上限。另外，在一些实施例中，取决于电阻率和其他要求，用于图4A 的PTI 62的电极配置可以类似于图2的配置或者可以具有包含简单的平面间隙 的更简单的结构。

然而，在一些实施例中，可以使用更简单的温度感测元件，其具有相对的电 极，该相对的电极通常是平面电极，而不是叉指电极或弯曲电极。实施例不限于 此上下文。HTX元件64可以是合适的可熔熔断器元件，其中针对给定的应用， 将熔断温度设计为合适的温度。

在操作中，当在感测区域60中超过PTI 62的跳闸温度时，带50的电阻将 迅速增大，并且连接到带50的系统(参见图2)将指示逻辑“1”以产生用于控 制组件(诸如电池组)的关闭信号。如果触发PTI 62跳闸温度的过热事件未导 致感测区域60超过HTX元件64的熔断温度，则当温度降低到低于PTI 62的跳 闸温度的低温时(产生逻辑“0”信号)，包括电池组在内的系统可能会重置。如 果触发逻辑“1”信号的过热事件持续到在检测区域60中超过HTX元件64的 熔断温度的程度，则HTX元件64将熔断，从而在包括“IN”线52和“OUT” 线54的导电电路中创建永久断连。

在图4B所示的其他实施例中，PPTC材料和熔断器元件可以位于“IN”线 上。在图4B中，带70与带50类似地布置，除了感测区域76以PTI 62和HTX 元件64被定位为沿“IN”线54彼此电串联为特征之外。从功能的角度看，在 操作中，带70可以类似于如上所述的带50进行响应。

在其他实施例中，“IN”线和“OUT”线可以线性地布置在衬底12上，如图 4C的带80所示，其中传感器区域82如所示的那样布置，并且可以与图4A和 图4B的实施例类似地操作。

根据各种实施例，可以根据应用来选择示例性带中的PTI元件和HTX元件 之间的间隔。例如，在各种非限制性实施例中，假设PTI元件和HTX元件的尺 寸范围在0.1mm至10mm的范围内，则间隔可以在0.1mm至1000mm的范围 内。

图5示出了根据本公开的实施例的逻辑流程500。在框502处，将温度感测 带粘合到要监视的组件的受保护区域。在一些实施例中，受保护区域可以是多个 不同的区域。在一些实施例中，要监视的组件可以是电池。温度感测带可以包括 一个或多个感测区域(诸如给定的感测区域和附加感测区域)，其中给定的感测 区域与受保护区域重叠。感测区域可以包括布置在电路中的温度感测元件和以 熔化温度为特征的可熔熔断器元件。在一些实施例中，多个不同的感测区域被布 置为与将温度感测带粘合到组件上的受保护区域重叠。这样，一个或多个感测区 域被布置为与组件良好地热接触。

在框504处，当温度感测带的电阻位于第一阈值以下时，确定与逻辑“0” (或可替选地逻辑“1”)相对应的安全状态。在框506处，当温度感测带的电阻 高于第二阈值时，确定与逻辑“1”(或可替选地逻辑“0”)相对应的不安全状态。 第二阈值通常可以大于第一阈值。

本领域普通技术人员将认识到，相对于传统的温度感测设备，带10可以以 较低的成本和较少的复杂性制造和实施在电气设备中。

如本文使用的，以单数形式陈述的且随同单词“一”或“一个”的元件或步 骤应理解为没有排除元件或步骤的复数形式，除非这种排除被清楚地声明。此外， 对本公开的“一个实施例”的提及并不意图解释为排除并入有所叙述特征的额外 实施例的存在。

尽管本公开参考某些实施例，但是在不脱离如所附一个或多个权利要求所 限定的本公开的范围的情况下，可以对所描述的实施例进行多种修改、变更和改 变。因此，本公开不应受限于所描述的实施例，而是具有由所附权利要求的语言 及其等效方案限定的完整范围。