本技术涉及测量，特别是涉及一种压力传感器、电池单体和用电设备。
背景技术：
1、压力传感器是将被施加的压力以电信号的形式输出的元件。其特点是结构简单，功率小，动态响应快。被广泛应用于各种领域。例如可嵌入电池内，以用于探测电池内部的电极膨胀等行为，反映电池内部结构的演变过程，实时掌握电池工作状态。随着新能源技术的发展，电池类型变多，对电池性能的要求变高，检测需求也增多。而现有压力传感器适型化程度低。因此，需要增强压力传感器的适用性。
技术实现思路
1、本技术主要解决的技术问题是提供一种压力传感器、电池单体和用电设备。能够使压力传感器适用多种压力下的检测环境，进而可有效增大压力传感器的检测量程，并能够提高压力传感器的检测灵敏度。
2、第一方面，本技术提供了一种压力传感器，压力传感器包括电极层和敏感层，敏感层包括基体层以及凸出于基体层的不同高度的至少两种凸起结构，每种凸起结构均包括至少一个凸起，每个凸起均位于基体层朝向电极层的一侧，且每个凸起与电极层的接触面积均被配置为随电极层所受压力的变化而变化。通过设置不同高度的两种凸起结构，使得每种高度的凸起结构的压力敏感范围差异化设置，能够使压力传感器适用多种压力下的检测环境，进而可有效增大压力传感器的检测量程，并能够提高压力传感器的检测灵敏度。
3、本技术的一些实施例中，沿凸起结构的高度方向，至少部分高度相对较低的凸起结构与电极层间隔设置，且被配置为在受到的压力大于预定阈值后与电极层接触。通过上述方式，可以在高度相对较高的凸起结构被压缩到一定程度后，再使得高度相对较低的凸起结构与电极层接触，可以使得高度相对较高的凸起结构的压力敏感范围与高度相对较低的凸起结构的压力敏感范围有效错开，进而进一步增大检测量程和灵敏度。
4、本技术的一些实施例中，沿凸起结构的高度方向，高度最高的凸起结构被配置为与电极层始终接触。通过在塌陷明显的位置增补微结构，可有效延缓电阻的急剧下降，从而提升传感器的量程。能够利用高度最高的凸起结构为敏感层提供支撑，可有效降低敏感层塌陷所带来的不利影响。
5、本技术的一些实施例中，高度最高的凸起结构设置于敏感层的中部区域和/或角落区域。中部区域和角落区域为相对容易塌陷的区域，特别是敏感层面积较大时，中部区域较容易塌陷。通过将高度较高的凸起结构设置于相对容易塌陷的角落和中部区域，可更有效地为敏感层提供支撑。
6、本技术的一些实施例中，凸起具有垂直于凸起的高度方向的横截面，在从基体层到电极层的方向上，凸起的横截面逐渐变小。通过这种设置，使得凸起在受压力被压缩时，与电极层的接触面积逐渐变化，能够有效提高凸起的接触面积对压力的敏感度。当高一级微结构受压力作用达到压缩极限之后，低一级微结构增补接触电极，通过微结构分级分压，可大幅提升传感器的在大量程之内的灵敏度，能更好分辨压力变化。
7、本技术的一些实施例中，凸起呈球缺状设置。通过这种设置，利用球缺外表面的弧形特性，可进一步有效提高凸起的接触面积对压力的敏感性。
8、本技术的一些实施例中，每种凸起结构包括多个凸起，且同一种凸起结构的多个凸起间隔设置于以预设参考点为中心的环形参考线上。通过将同一高度的凸起排布于环形参考线上，在设计过程可以利用环形参考线为单位进行设计考量，降低凸起的排布复杂度。
9、本技术的一些实施例中，预设参考点设置于敏感层受压力作用的最大形变区。通过将环形参考线的中心设置最大形变区，并利用敏感层的形变相对于最大形变区的规律设置适当的环形参考线，可进一步降低凸起结构的排布复杂度。
10、本技术的一些实施例中，预设参考点设置于敏感层的中部区域。通过将预设参考点设置于敏感层的中部区域，能够在四周预留更多的空间来进行环形参考线的设置。以进一步降低凸起结构的排布复杂度。
11、本技术的一些实施例中，每种凸起结构包括多个凸起，且同一种凸起结构的多个凸起间隔设置形成多组环状结构，每组环状结构的多个凸起均位于一个环形参考线上。通过将同一高度的凸起进行分组，并利用环形参考线为单位进行规划。特别是敏感层面积较大时，凸起结构数量较多时，分组规划可以进一步降低凸起结构的排布复杂度。
12、本技术的一些实施例中，同一环形参考线上的同一高度的凸起的数量不少于三个。通过这种设置，增加了接触面积的变化梯度，有利于提升压力传感器的灵敏度。
13、本技术的一些实施例中，不同高度的凸起结构位于不同的环形参考线上。利用不同的环形参考线对不同高度的凸起结构进行规划，降低凸起结构的排布复杂度。
14、本技术的一些实施例中，至少部分凸起被配置为在沿其所在的环形参考线移动后能够与其他高度的凸起部分重叠。通过这种设置，有利于提高凸起结构的排布密度，进而提升压力传感器的灵敏度。
15、本技术的一些实施例中，环形参考线包括圆、椭圆、多边形中的一种。利用图形到中心的等距性，能够降低排布复杂度。
16、本技术的一些实施例中，凸起具有垂直于凸起的高度方向的横截面，高度相对较小的凸起结构的凸起的最大横截面尺寸小于高度相对较大的凸起结构的凸起的最大横截面尺寸。使高度相对较小的凸起结构能够更容易发生形变，进而接触面积的变化受压力影响更为敏感，进而提高高度相对较小的凸起结构与电极层接触时的灵敏度。
17、本技术的一些实施例中，高度相对较小的凸起结构的数量大于高度相对较大的凸起结构的数量。通过增大高度相对较小的凸起结构的数量，可增加相对较小的凸起结构的整体分担的压力，同时增加相对较小的凸起结构的接触面积随压力的变化率。进而能够提高检测灵敏度。
18、本技术的一些实施例中，多个凸起结构具有至少三种不同高度。通过凸起结构分级分压，可大幅提升传感器的在大量程之内的灵敏度，能更好分辨压力变化。通过设置多种高度，能够增大量程以及灵敏度。
19、本技术的一些实施例中，至少两种不同高度的两个相邻高度中，相对较大的高度和相对较小的高度之间的差值与相对较大的高度的比值为0.3-0.8。通过这种设置，可以提高接触面积变化的连续性，提高灵敏度。
20、本技术的一些实施例中，多个凸起结构的高度为5-200μm；可选地，多个凸起结构的高度为10-50μm。通过将高度设置在上述范围内，避免高度相对较大的凸起结构分担过多的压力，提高高度相对较小的凸起结构的接触面积的压力敏感性，可使得压力传感器具有较高的量程。
21、本技术的一些实施例中，敏感层的材料包括柔性基材以及散布于柔性基材内的导电颗粒。能够使凸起结构具有导电性和弹性，形变恢复能力更好。
22、本技术的一些实施例中，导电颗粒包括石墨颗粒和碳纳米管颗粒。所选颗粒具有较高导电率，且可以做到纳米级，分散更均匀，灵敏度更高。
23、本技术的一些实施例中，电极层包括以叉指方式设置的第一电极和第二电极。选用基于叉指的共面电极，可以在有效降低传感器厚度的同时，不影响敏感层受压力的变形能力，获得灵敏的电阻变化采集能力。
24、本技术的一些实施例中，第一电极包括多个并排且间隔设置的第一电极条，第二电极包括多个并排且间隔设置的第二电极条，至少部分第一电极条设置于第二电极条之间的间隔区域内，第一电极条和第二电极条的宽度为10-200μm，相邻的第一电极条和第二电极条的间隔距离为5-200μm；可选地，第一电极条和第二电极条的宽度为50-150μm，相邻的第一电极条和第二电极条的间隔距离为20-80μm。通过合理的设置电极条的宽度和间距，便于凸起结构在第一电极和第二电极之间形成导电网络，提高传感器的检测灵敏度。
25、本技术的一些实施例中，凸起结构具有垂直于凸起结构的高度方向的横截面，凸起结构的最大横截面尺寸大于或等于间隔距离的1.5倍。通过这种设置，有利于利用一个凸起结构即可直接与相邻的第一电极条和第二电极条形成电连接。
26、第二方面，本技术提供了一种电池单体，电池单体包括外壳以及上述任意一实施例的压力传感器，压力传感器设置于外壳内部。能够实现对电池内部信息的获取，所获取数据更准确。
27、第三方面，本技术提供了一种用电设备，包括前述的电池单体。能够实现对电池内部信息的获取，所获取数据更准确。
28、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
1.一种压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括：
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，高度最高的所述凸起结构设置于所述敏感层的中部区域和/或角落区域。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述凸起具有垂直于所述凸起的高度方向的横截面，在从所述基体层到所述电极层的方向上，每个所述凸起的横截面逐渐变小。
6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述凸起呈球缺状设置。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的压力传感器，其特征在于，每种所述凸起结构包括多个所述凸起，且同一种所述凸起结构的多个所述凸起间隔设置于以预设参考点为中心的环形参考线上。
8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，所述预设参考点设置于所述敏感层受压力作用的最大形变区。
9.根据权利要求7或8所述的压力传感器，其特征在于，所述预设参考点设置于所述敏感层位于边缘区域内侧的中部区域。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的压力传感器，其特征在于，每种所述凸起结构包括多个所述凸起，且同一种所述凸起结构的多个所述凸起间隔设置形成多组环状结构，每组环状结构的多个所述凸起均位于一个所述环形参考线上。
11.根据权利要求7-10任意一项所述的压力传感器，其特征在于，同一所述环形参考线上的同一高度的所述凸起的数量不少于三个。
12.根据权利要求7-11任意一项所述的压力传感器，其特征在于，不同高度的所述凸起结构位于不同的所述环形参考线上。
13.根据权利要求7-12任意一项所述的压力传感器，其特征在于，至少部分所述凸起被配置为在沿其所在的所述环形参考线移动后能够与其他高度的所述凸起部分重叠。
14.根据权利要求7-13任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述环形参考线包括圆、椭圆、多边形中的一种。
15.根据权利要求1-14任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述凸起具有垂直于所述凸起的高度方向的横截面，高度相对较小的所述凸起结构的所述凸起的最大横截面尺寸小于高度相对较大的所述凸起结构的所述凸起的最大横截面尺寸。
16.根据权利要求1-15任意一项所述的压力传感器，其特征在于，高度相对较小的所述凸起结构的数量大于所述高度相对较大的所述凸起结构的数量。
17.根据权利要求1-16任意一项所述的压力传感器，其特征在于，多个所述凸起结构具有至少三种不同高度。
18.根据权利要求1-17任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述至少两种不同高度的两个相邻高度中，相对较大的高度和相对较小的高度之间的差值与所述相对较大的高度的比值为0.3-0.8。
19.根据权利要求1-18任意一项所述的压力传感器，其特征在于，多个所述凸起结构的高度为5-200μm。
20.根据权利要求1-19任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述敏感层的材料包括柔性基材以及散布于所述柔性基材内的导电颗粒。
21.根据权利要求20所述的压力传感器，其特征在于，所述导电颗粒包括石墨颗粒和碳纳米管颗粒。
22.根据权利要求1-21任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述电极层包括以叉指方式设置的第一电极和第二电极。
23.根据权利要求22所述的压力传感器，其特征在于，所述第一电极包括多个并排且间隔设置的第一电极条，所述第二电极包括多个并排且间隔设置的第二电极条，至少部分所述第一电极条设置于所述第二电极条之间的间隔区域内，所述第一电极条和所述第二电极条的宽度为10-200μm，相邻的所述第一电极条和所述第二电极条的间隔距离为5-200μm。
24.根据权利要求22或23所述的压力传感器，其特征在于，
25.根据权利要求23或24所述的压力传感器，其特征在于，所述凸起具有垂直于所述凸起的高度方向的横截面，所述凸起的最大横截面尺寸大于或等于所述间隔距离的1.5倍。
26.一种电池单体，其特征在于，所述电池单体包括外壳以及如权利要求1-25任意一项所述的压力传感器，所述压力传感器设置于所述外壳内部。
27.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求26所述的电池单体。
