KR20190026630A - 온도 감지 테이프 - Google Patents
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Abstract
온도 감지 테이프(temperature sensing tape)는 가요성 전기 절연 기판(flexible, electrically insulating substrate), 기판 상에 배치된 복수의 온도 감지 소자(a plurality of temperature sensing elements disposed on the substrate)를 포함(including)하고, 각 온도 감지 소자(each temperature sensing element)는, 그 사이에 갭을 한정하도록 대향하고 이격된 관계로 배열된 제 1 전극 및 제 2 전극(a first electrode and a second electrode arranged in a confronting, spaced-apart relationship to define a gap therebetween)을 포함(including)하고, 및 상기 갭 내에 배치되고 상기 제 1 전극을 상기 제 2 전극에 연결하는 가변 저항 재료(a variable resistance material disposed within the gap and connecting the first electrode to the second electrode)를 포함하고, 상기 온도 감지 소자 중 적어도 하나의 제 1 전극(the first electrode of at least one of the temperature sensing elements)은 가요성 전기 전도체(a flexible electrical conductor)에 의해 인접한 온도 감지 소자의 제 2 전극(the second electrode of an adjacent temperature sensing element)에 연결(connected)된다.
Description
본 발명은 일반적으로 온도 감지 장치(temperature sensing devices)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 가변 저항 재료(variable resistance material)로 형성된 복수의 집적된 온도 감지 소자들(integrated temperature sensing elements)을 구비하는 온도 감지 테이프(temperature sensing tape)에 관한 것이다.
전기 장치들(Electrical devices)은 온도 과부하 및 과전류 상태가 지속되도록 허용되는 경우, 손상될 수 있다. 따라서, 전기 장치가 온도 감지 장치(temperature sensing devices)를 구비하는 것이 일반적이며, 상기 온도 감지 장치는 전기 장치의 표면 상의 여러 위치들에서 온도 변화를 측정하는 데 사용될 수 있다. 측정된 온도가 미리 결정된 임계치를 초과할 경우, 온도 과부하 또는 과전류 상태(overtemperature/overcurrent condition)가 진정되거나 또는 치유될 때까지, 전기 장치는 자동적으로 차단(shut off)될 수 있으며, 이에 따라 전기 장치에 대한 손상을 완화시킬 수 있다.
일부 전기 장치는 넓은 표면적을 가지거나, 수많은 상호 연결된 부품들을 포함하며, 이렇게 상호 연결된 부품들은 개별적으로 온도 과부하 및/또는 과전류 상태를 경험할 수 있다. 이러한 장치에서, 전기 장치의 표면상의 다양한 개별 위치들에서 온도를 측정하는 것이나, 분산된 방식으로 전기 장치의 복수의 구성 요소들의 표면상의 온도를 측정하는 것이 필요할 수 있다. 그러나, 단일 전기 장치에서 종래의 복수의 분리된 온도 감지 소자를 구현하는 것은 상당히 비쌀 수 있고, 및/또는 주어진 장치 형성 요인으로 인하여 가용하지 않은 공간을 요구할 수 있다.
이러한 고려 사항 및 다른 고려 사항과 관련되어, 본 개선들이 유용할 수 있다.
본 과제의 해결 수단(요약)은 이하의 "발명의 상세한 설명"에서 보다 자세하게 기술될 개념들을 단순화된 형태로 소개하기 위하여 제공된다. 이 요약은 청구되는 대상의 주요 특징 또는 필수적인 특징을 식별하도록 의도된 것은 아니며, 청구되는 대상의 범위를 결정하는 것을 돕도록 의도된 것도 아니다.
본 발명에 따른 온도 감지 테이프(temperature sensing tape)의 예시적인 실시예는 전기 절연 기판(electrically insulating substrate), 상기 기판 상에 배치(disposed)되고 제1 전극(first electrode)에서 종단되는(terminating) 제1 도체(first conductor), 상기 기판 상에 배치되고 제2 전극(second electrode)에서 종단되는 제2 도체(second conductor) - 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 마주 보면서 서로 간격을 유지하도록 이격되어 배치됨(disposed in a confronting, spaced-apart relationship to define a gap therebetween) -, 및 상기 간격 내에 배치되고 상기 제1 전극을 상기 제2 전극에 연결(connecting)시키는 가변 저항 재료(variable resistance material)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 온도 감지 테이프의 다른 예시적인 실시예는 유연하고 전기적으로 절연된 기판(flexible, electrically insulating substrate), 상기 기판 상에 배치된 복수의 온도 감지 소자들(temperature sensing elements)을 포함할 수 있고, 상기 각각의 온도 감지 소자는, 마주 보면서 서로 간격을 유지하도록 이격되어 배치된 제1 전극 및 제2 전극, 및 상기 간격 내에 배치되고 상기 제1 전극을 상기 제2 전극에 연결시키는 가변 저항 재료를 포함하고, 상기 온도 감지 소자들 중 적어도 하나의 상기 제1 전극은, 유연 전기 도체(flexible electrical conductor)에 의해 인접한 온도 감지 소자(adjacent temperature sensing element)의 상기 제2 전극에 연결된다.
도 1a는 본 발명에 따른 온도 감지 테이프의 예시적 실시예를 도시한 상면도(top view)이고,
도 1b는 도 1a에 도시된 온도 감지 테이프의 온도 감지 소자를 도시한 상세 상면도(detailed top view)이며,
도 2는 도 1a에 도시된 온도 감지 테이프를 구현하는 전기 장치의 예시적 실시예를 도시 한 개략도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 온도 감지 테이프의 온도 감지 소자를 도시한 상세 상면도(detailed top view)이며,
도 2는 도 1a에 도시된 온도 감지 테이프를 구현하는 전기 장치의 예시적 실시예를 도시 한 개략도이다.
이제, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 온도 감지 테이프의 예시적인 실시예를 보다 더 상세히 설명할 것이다. 하지만, 온도 감지 테이프는 많은 형태로 상이하게 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 제시되는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 제공된 이 실시예들은 온도 감지 테이프의 특정하게 예시적인 측면을 당업자에게 전달할 수 있을 것이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 온도 감지 테이프(10)(이하, "테이프(10)(the tape 10)")를 도시하는 상면도가 도시된다. 테이프(10)는 유연하고 전기적으로 절연된 기판(12)을 포함할 수 있다. 기판(12)은 테이프(10)가 표면(예를 들어, 전기 장치의 표면)에 부착되게 하는 하나 또는 두 개의 측면 상에 접착성 재료(adhesive material)를 구비하는 유전체 재료의 스트립(strip of dielectric material)으로 형성될 수 있다. 다양하게 한정되지 않는(non-limiting) 실시예들에서, 기판(12)은 스카치 테이프(Scotch Tape), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride)(PVC) 테이프, 마일라(Mylar) 등일 수 있다.
복수의 온도 감지 소자들(14)은 기판(12) 상에 배치될 수 있고 기판(12)의 길이를 따라 서로 이격될 수 있다. 각각의 온도 감지 소자들(14)은, 아래에서 더 설명될 인접하여 맞물리는 한 쌍의 전극들을 서로 연결하는(bridging) 복수의 가변 저항 재료(16)를 포함할 수 있다. 예로서, 도 1a에 도시된 테이프(10)는 4 개의 온도 감지 소자들(14)을 모두 포함한다. 다양한 실시예에서, 테이프(10)는 본 명세서를 벗어나지 않고, 더 많거나 적은 수의 온도 감지 소자들(14)을 포함할 수 있으며, 온도 감지 소자(14)의 전체 개수는 테이프(10)의 길이 및 온도 감지 소자들(14) 사이의 거리에 의해 지정(dictated)될 수 있다. 도 1a에 도시된 온도 감지 소자(14)는 기판(12)의 길이를 따라 서로 균일하게 이격될 수 있는 반면에, 다양한 실시예들에서 테이프(10)는 기판(12)의 길이를 따라 불규칙한 간격으로(irregular intervals) 배치된 온도 감지 소자(14)를 포함할 수 있으며, 이는 테이프(10)의 특정한 적용예의 필요에 의해서 지정될 수 있다.
테이프(10)는 기판(12) 상에 배치된 복수의 유연한 도체(18)를 더 포함할 수 있다. 유연한 도체(18)는 아래에서 더 설명될 온도 감지 소자들(14) 사이에서 연장될 수 있고, 전기적으로 연결될 수 있다. 유연한 도체(18)는 기판(12)에 부착되거나, 기판(12) 상에 인쇄되거나, 또는 달리 적용될 수 있는, 탄성, 전기 도전성 재료(flexible, electrically conductive material)의 연장된 세그먼트들(elongated segments)로 형성될 수 있다. 이러한 재료의 예는 구리 메쉬(copper mesh), 은 에폭시(silver epoxy), 다양한 유형의 금속 와이어(metal wire) 또는 리본(ribbon)_, 도전성 잉크(conductive ink) 등을 포함할 수 있고, 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.
도 1b를 참조하면, 온도 감지 소자들(14) 중 하나와 테이프(10)의 주변 부분을 도시하는 상세 상면도가 도시된다. 가변 저항 재료(16)는 이하의 설명의 명확성을 위해 투명한 것으로 도시된다. 도 1a에 도시된 온도 감지 소자(14) 모두가 도 1b에 도시된 온도 감지 소자(14)와 실질적으로 동일하다는 것과, 이에 따라 도 1b에 도시된 온도 검출 소자(14)에 대한 이하의 설명은 도 1a에 도시된 온도 감지 소자(14) 모두에 적용되어야 하는 것을 이해할 수 있을 것이다.
온도 감지 소자(14)는 마주 보는 배치로 기판(12) 상에 배치되고, 인접한 유연한 도체들(18)의 단부에 전기적으로 연결되는(예를 들어, 납땜(solder), 도전성 접착제(conductive adhesive) 등으로) 전극(20a, b)을 포함할 수 있다. 전극들(20a, b)의 각각은 복수의 핑거들(fingers) 또는 타인들(tines)(22a, b)을 포함할 수 있다. 전극(20a)의 타인(22a)은 전극(20b)의 타인(22b)과 맞물리고(interdigitated), 이격되도록 배치되어(spaced-apart relationship) 그 사이에서 구불구불한 간격(conductive adhesive)(24)을 정의(define)할 수 있다. 테이프(10)의 어떤 실시예에서는, 전극(20a, b)은 중간 기판(intermediate substrate)(예를 들어, FR-4의 세그먼트) 상에 배치될 수 있고, 상기 중간 기판은 기판(12) 상에 차례로 배치되어 부착될 수 있다. 테이프(10)의 다른 실시예에서, 전극(20a, b)은 유연한 도체(18)의 전체적으로, 인접한 부분들(integral, contiguous portions)일 수 있다. 예를 들어, 인접한 유연한 도체(18)의 마주 보는 단부는 절단되거나, 인쇄되거나, 또는 다르게 형성되어 맞물리는 타인들(22a, b)을 정의(define)할 수 있다. 테이프(10)의 다른 실시예에서, 타인들(22a, 22b)은 생략될 수 있고, 유연한 도체(18)의 인접한 단부들(adjacent ends)은 편평한 에지들에서(in flat edges) 또는 다양한 다른 윤곽 또는 형상(contours or shapes)을 가지는 에지들에서 대신에 종단될 수 있고, 상기 에지들은 서로 이격되고 마주 보도록 배치되어 사이의 간격을 정의한다(disposed in a confronting relationship to define a gap therebetween).
가변 저항 재료(16)는 타인들(22a, 22b) 상에 배치될 수 있고, 간격(24)을 브리지하고 및/또는 채울(fill) 수 있고, 이에 따라 타인(22a)을 타인(22b)에 연결시킬 수 있다. 다양한 실시예에서, 가변 저항 재료(16)는 정 온도 계수(positive temperature coefficient)(PTC) 재료(material)일 수 있고, 상기 정 온도 계수(PTC) 재료는 가변 저항 재료(16)가 미리 정의된 "활성화 온도(activation temperature)"에 도달할 경우, 급격히 증가할 수 있는 전기 저항을 가진다. 다른 실시예에서, 가변 저항 재료 가변 저항 재료(16)는 부 온도 계수(negative temperature coefficient)(NTC) 재료일 수 있고, 상기 부 온도 계수(NTC)는 미리 정의된 "활성화 온도"에 도달할 경우 급격히 감소할 수 있는 전기 저항을 가진다. 특정한 비 제한적인 실시예에서, 가변 저항 재료(16)는 중합의 정 온도 계수(a polymeric positive temperature coefficient)(PPTC) 재료일 수 있고, 상기 PPTC 재료는 고분자 수지에 현탁되는(suspended in a polymer resin) 도전성 입자(예를 들어, 도전성 세라믹 입자(conductive ceramic particle))로 형성된다. 일부 실시예들에서, 가변 저항 재료(16)(PTC 또는 NTC)는 유체 잉크(fluidic ink)로서 타인들(22a, b)에 인가(applied)될 수 있고, 또는 후속적으로 경화되어 타인들(22a, b)을 부분적으로 덮고(covers) 및/또는 감싸는(envelopes) 고체 덩어리(solid mass)를 형성하는 복합체(compound)로서 타인들(22a, b)에 인가될 수 있다.
테이프(10)는 종래의 테이프 롤(roll of tape)의 방식으로 감길 수 있고(rolled) 저장될 수 있다는 것과, 테이프(10)의 바람직한 길이(desired length)가 실제 적용하여 사용되기 위해, 롤로부터 제공되고(즉, 펼쳐지고) 절단될 수 있다.
도 2를 참조하면, 전술된 테이프(10)를 구현하는 예시적인 전기 장치(100)의 개략도가 도시된다. 전기 장치(100)는 테이프(10)에 의해 보호될 수 있는 하나 이상의 구성 요소(이하, "보호된 구성 요소(the protected component)")를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 예시적 실시예에서, 보호된 구성 요소는 연속하여 전기적으로 연결된(electrically connected in series) 복수의 셀들(cells)(112)을 구비하는 배터리(110)이다. 배터리(110)는 전력을 공급하기 위해 부하(load)(114)에 연결될 수 있다. 다양한 예에서, 배터리(110)는 리튬 이온 배터리(Li-ion battery), 리튬 폴리머 배터리(Li-Polymer battery), 니켈 수소 합금 재충전식 배터리(Ni-MH rechargeable battery) 등일 수 있다. 본 발명은 이와 관련하여 한정되지 않으며, 보호된 구성 요소는 또 달리 과전류 또는 온도 과부하 보호로부터 유익할 수 있는 임의의 다양한 전력 원 및/또는 전기 장치일 수 있고, 또는 또 달리 상기 다양한 전력소스(electrical power sources) 및/또는 전기 장치를 포함할 수 있다.
테이프(10)는 배터리(110)의 각각의 셀(112)의 표면 상에 배치된 온도 감지 소자(14)와 함께 배터리(110)에 부착될 수 있다. 특히, 각각의 온도 감지 소자(14)는 셀들(112) 중 각각의 하나의 열 영향 하에서 있도록, 배치될 수 있으므로, 셀들(112) 중 하나의 온도에서의 증가는 위에 배치된 온도 감지 소자(14)의 각각의 하나의 온도에서의 증가를 야기할 수 있다.
전기 장치(100)는 제어 소자(control element)(116)(예를 들어, ASIC, 마이크로프로세서 등과 같은 디지털 제어 소자)를 더 포함할 수 있고, 상기 제어 소자(116)는 테이프(10)의 유연한 도체(18)에 전기적으로 연결될 수 있고, 아래에서 더 설명될 테이프(10)의 저항을 모니터하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 제어 소자(116)는 배터리(110)와 부하(114) 중간에 전기적으로 연속으로 연결(connected in electrical series intermediate)될 수 있는 차단 스위치(disconnect switch)(118)(예를 들어, FET, 릴레이(relay) 등)에 동작하도록 연결(operatively connected)될 수 있다.
전기 장치(100)의 정상 동작 동안, 배터리(110)는 부하(114)에 전력을 공급할 수 있고, 셀(112)의 온도는 정상 동작 범위(예를 들어, 섭씨 80도 미만) 내 일 수 있다. 하지만, 온도 과부하 및 과전류 상태의 발생에 따라, 하나 이상의 셀(112)의 온도는 정상 동작 범위 이상으로(above the normal operating range) 증가할 수 있으며, 이는 차례로 테이프(10)의 각각의 온도 감지 소자(14)의 온도가 증가하게 할 수 있다. 온도 감지 소자(14) 중 하나 이상의 온도가 활성화 온도 이상으로 증가할 경우, 테이프(10)의 저항은 급격히 증가(가변 저항 재료(16)가 PTC 재료인 경우)하거나 급격히 감소(가변 저항 재료 NTC 재료인 경우)할 수 있다. 예를 들어, 셀(112)의 온도에서의 증가는 외부 열원(external heat source)에 대한 노출(예를 들어, 전기 장치(100)가 햇볕에 놓임(sitting out in the sun)) 또는 배터리(110) 내 내부 결함에 의해 야기된 과전류 상태가 원인일 수 있다.
제어 소자(116)는 테이프(10)의 저항을 모니터링하고 이에 따라 장치(100)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가변 저항 재료(16)가 PTC 재료라고 가정하고, 제어 소자(116)가 테이프(10)에서 비교적 낮은 저항을 측정할 경우, 즉, 온도 감지 소자(14)의 온도가 활성화 온도 미만임을 나타낼 경우, 제어 소자(116)는 셀(112)의 온도가 정상적이고 안전한 동작 범위 내에 있다는 것을 결정할 수 있다. 그러나, 제어 소자(116)가 테이프(10)에서 비교적 높은 저항을 측정하는 경우, 즉, 하나의 이상의 온도 감지 소자(14)의 온도가 활성화 온도 이상임을 나타낼 경우, 제어 소자(116)는 하나 이상의 셀(112)의 온도가 정상적이고 안전한 동작 범위를 초과(exceeded)한다는 것을 결정할 수 있다. 제어 소자(116)가 하나 이상의 셀(112)의 온도가 정상적이고 안전한 동작 범위를 초과한다는 것을 결정할 경우, 제어 소자(116)는 차단 스위치(118)를 오픈하고, 이로써 전기 장치(100)에서 전류의 흐름을 막고, 또는 그렇지 않으면 온도 과부하 및 과전류 상태가 지속되도록 허용할 경우 초래될 수 있는 손상을 방지하거나 완화시킬 수 있다.
당업자에 의해 테이프(10)가 종래의 온도 감지 장치에 비해 낮은 비용과 적은 복잡도로 전기 장치에서 제조되고 구현될 수 있음을 이해될 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, 단수로 언급되고 "하나" 또는 "한 개"("a" or "an")라는 단어와 함께 진행된 요소 또는 단계는, 제외가 명시적으로 언급되지 않는 한, 복수의 요소 또는 단계를 제외하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서의 "일 실시예(one embodiment)"에 대한 언급은 언급된 특징을 통합하기도 하는 부가적인 실시예의 존재를 제외하는 것으로 해석되도록 의도한 것은 아니다.
본 명세서는 특정 실시예를 참조하지만, 첨부된 청구 범위에 정의된 바와 같은 본 명세서의 영역 및 범위를 벗어나지 않으면서, 설명된 실시예에 대해 수많은 수정, 개조 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 명세서는 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 다음의 청구항 범위의 언어 및 그 등가물에 의해 정의된 전체 범위를 가지는 것으로 의도된다.
Claims (20)
- 전기 절연 기판;
상기 기판 상에 배치되고 제1 전극에서 종단되는 제1 도체;
상기 기판 상에 배치되고 제2 전극에서 종단되는 제2 도체 - 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 마주 보면서 서로 간격을 유지하도록 이격되어 배치됨 -; 및
상기 간격 내에 배치되고 상기 제1 전극을 상기 제2 전극에 연결시키는 가변 저항 재료
를 포함하는 온도 감지 테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 기판, 상기 제1 도체, 및 상기 제2 도체는 탄성 재료로 형성되는
온도 감지 테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 도체 및 상기 제2 도체는,
전기 도전성 와이어, 메쉬, 리본, 에폭시, 및 잉크 중 적어도 하나로 형성되는
온도 감지 테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 각각은 복수의 타인들을 포함하고,
상기 제1 전극의 상기 타인들은 상기 제2 전극의 상기 타인들과 맞물리는 관계로 배치되는
온도 감지 테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 적어도 일 측면에 배치된 접착성 재료
를 더 포함하는 온도 감지 테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 도체, 상기 제2 도체, 및 상기 가변 저항 재료는 온도 감지 소자를 정의하고,
상기 온도 감지 테이프는 상기 기판 상에 배치되고 서로 연속하여 전기적으로 연결된 복수의 온도 감지 소자들을 포함하는
온도 감지 테이프.
- 제6항에 있어서,
상기 온도 감지 소자들은 상기 기판의 길이를 따라 서로 균일하게 이격되는
온도 감지 테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 도체 및 상기 제1 전극은 단일의, 인접한 조각의 전기적 도전성 재료로부터 형성되고, 상기 제2 도체 및 상기 제2 전극은 단일의, 인접한 조각의 전기적 도전성 재료로부터 형성되는
온도 감지 테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 가변 저항 재료는 정 온도 계수(PTC) 재료인
온도 감지 테이프.
- 제9항에 있어서,
상기 가변 저항 재료는 중합의 정 온도 계수(PTC) 재료인
온도 감지 테이프.
- 제1항에 있어서,
상기 가변 저항 재료는 부 온도 계수(NTC) 재료인
온도 감지 테이프.
- 온도 감지 테이프로서,
유연하고 전기적으로 절연된 기판;
상기 기판 상에 배치된 복수의 온도 감지 소자들
을 포함하고,
상기 각각의 온도 감지 소자는,
마주 보면서 서로 간격을 유지하도록 이격되어 배치된 제1 전극 및 제2 전극; 및
상기 간격 내에 배치되고 상기 제1 전극을 상기 제2 전극에 연결시키는 가변 저항 재료
를 포함하고,
상기 온도 감지 소자들 중 적어도 하나의 상기 제1 전극은, 유연 전기 도체에 의해 인접한 온도 감지 소자의 상기 제2 전극에 연결되는
온도 감지 테이프.
- 제12항에 있어서,
상기 유연 전기 도체는 전기 전도성 와이어, 메쉬, 리본, 에폭시, 및 잉크 중 적어도 하나로 형성되는
온도 감지 테이프.
- 제12항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각은 복수의 타인들을 포함하고,
상기 제1 전극의 상기 타인들은 상기 제2 전극의 상기 타인들과 맞물리는 관계로 배치되는
온도 감지 테이프.
- 제12항에 있어서,
상기 기판의 적어도 일 측면에 배치된 접착성 재료
를 더 포함하는 온도 감지 테이프.
- 제12항에 있어서,
상기 온도 감지 소자는 서로 연속하여 전기적으로 연결된
온도 감지 테이프.
- 제12항에 있어서,
상기 온도 감지 소자들은 상기 기판의 길이를 따라 서로 균일하게 이격되는
온도 감지 테이프.
- 제12항에 있어서,
상기 가변 저항 재료는 정 온도 계수(PTC) 재료인
온도 감지 테이프.
- 제12항에 있어서,
상기 가변 저항 재료는 중합의 정 온도 계수(PTC) 재료인
온도 감지 테이프.
- 제12항에 있어서,
상기 가변 저항 재료는 부 온도 계수(NTC) 재료인
온도 감지 테이프.
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