JP2011033358A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象物に密着させて設置可能であると共に、部分的に密着度が異なっていても表面温度を正確に測定可能である温度センサを提供すること。
【解決手段】 測定対象物Ｂ上に設置される赤外線吸収膜２と、該赤外線吸収膜２上に互いに間隔を空けて複数設置された感熱素子３と、感熱素子３に接続された配線４と、を備えている。これにより、赤外線吸収膜２が設置された測定対象物Ｂの表面から放射される赤外線を点ではなく面として赤外線吸収膜２が吸収すると共に、その発熱を赤外線吸収膜２上に複数分布した感熱素子３で検出することで、設置表面の平均温度又は設置表面の温度分布を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリー等の測定対象物上に設置して該測定対象物の表面温度を測定する温度センサに関する。

従来、測定対象物の表面温度を測定する際には、例えば測定対象物の表面にサーミスタ素子等の温度センサを設置して温度測定を行っている。この場合、温度センサを設置したポイント（点）での温度を測定することになるため、測定対象物の表面全体や一定領域の温度分布について温度測定するには、複数の温度センサを測定対象物の表面に設置する必要があった。

また、測定対象物の表面を面として捉えて温度を測定する方法としては、赤外線イメージセンサなどの光学手法を用いて、測定対象物の表面から放射される輻射による赤外線を受けて温度測定する方法も知られている。例えば、特許文献１には、測定対象物であるヒートローラの表面温度を非接触で測定する温度センサであって、ヒートローラの表面に近接して非接触で保持される赤外線透過性フィルム上に赤外線吸収ガラスで溶封されたサーミスタ素子を有する非接触温度センサが提案されている。

特開２００４−２０５４１７号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、複数の温度センサを測定対象物に設置する場合、全ての温度センサを測定対象物に同様に密着させ、各温度センサの密着度を一様にすることが難しいと共に経年変化による位置ずれや密着度の変化によって、測定対象物に関係なく計測に温度分布が生じる等の誤差が発生する不都合がある。
また、赤外線イメージセンサ等の光学手法を使用する場合は、一定の視野角を得るために、測定対象物との距離をある程度確保した状態で設置しなければならず、設置自由度が少なく狭い場所等に設置することが難しいという問題があった。
特に、ハイブリッド車両や電気自動車等のバッテリーの温度計測では、制御のためバッテリーモジュール全体の温度分布を知りたいという要求があると共に、バッテリーモジュールの小型化に伴って温度センサの設置スペースに制限があり、上記従来の技術では実現が困難であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、測定対象物に密着させて設置可能であると共に、部分的に密着度が異なっていても表面温度を正確に測定可能である温度センサを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度センサは、測定対象物上に設置される赤外線吸収膜と、該赤外線吸収膜上に互いに間隔を空けて複数設置された感熱素子と、前記感熱素子に接続された配線と、を備えていることを特徴とする。

この温度センサでは、測定対象物上に設置される赤外線吸収膜と、該赤外線吸収膜上に互いに間隔を空けて複数設置された感熱素子と、を備えているので、赤外線吸収膜が設置された測定対象物の表面から放射される赤外線を点ではなく面として赤外線吸収膜が吸収すると共に、その発熱を赤外線吸収膜上に複数分布した感熱素子で検出することで、設置表面の平均温度又は設置表面の温度分布を検出することができる。すなわち、赤外線吸収膜が測定対象物に部分的に密着していない場合でも、設置表面から放射される赤外線を密着度にかかわらず吸収するため、表面温度を正確に検出可能である。このため、全体の高い密着性が必要でなく、設置コストが軽減可能であると共に、経年変化等による位置ずれや密着度の低下が生じても、高い測定精度を維持することができる。

また、本発明の温度センサは、前記感熱素子上に設置された赤外線反射膜を備え、前記感熱素子が、前記赤外線吸収膜と前記赤外線反射膜とに挟まれていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、感熱素子上に設置された赤外線反射膜を備え、感熱素子が、赤外線吸収膜と赤外線反射膜とに挟まれているので、赤外線反射膜によって測定対象物以外からの赤外線による干渉を削減することができ、より高精度な温度測定が可能になる。

また、本発明の温度センサは、前記赤外線吸収膜が、主材の樹脂よりも赤外線吸収性の高いフィラーが含有された樹脂フィルムであることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、赤外線吸収膜が、主材の樹脂よりも赤外線吸収性の高いフィラーが含有された樹脂フィルムであるので、赤外線吸収膜として感熱素子との絶縁性が確保されると共に、フィラーによって赤外線吸収効果も得ることができる。

また、本発明の温度センサは、前記赤外線吸収膜の表面に絶縁膜が被覆されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、赤外線吸収膜の表面に絶縁膜が被覆されているので、導電性の赤外線吸収膜であっても、被膜された絶縁膜によって感熱素子との絶縁性を確保することができる。

また、本発明の温度センサは、複数の前記感熱素子が感熱抵抗素子であり、互いに前記配線で電気的に直列に接続されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、サーミスタ素子等の感熱抵抗素子である複数の感熱素子が配線で電気的に直列に接続されているので、配線の抵抗値を測定することで、全ての感熱素子の抵抗変化を含む抵抗値が得られ、設置表面における平均温度を容易に検出可能である。

また、本発明の温度センサは、前記配線が感熱抵抗素子であり、前記感熱素子毎に個別に接続された複数の個別測定線を備えていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、配線が、サーミスタ素子等の感熱抵抗素子である感熱素子毎に個別に接続された複数の個別測定線を備えているので、各個別測定線によって対応する感熱素子が設置された箇所の温度を個別に測定することができると共に、各感熱素子の設置位置に応じて表面の温度分布を得ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、測定対象物上に設置される赤外線吸収膜と、該赤外線吸収膜上に互いに間隔を空けて複数設置された感熱素子と、を備えているので、密着度のばらつきや経年変化があっても設置表面全体の温度又は表面の温度分布を検出することができる。
したがって、本発明の温度センサをバッテリーの表面に設置する際に密着度にばらつき等があっても、バッテリー表面の平均温度や温度分布を正確にかつ長期にわたって安定して測定することが可能である。

本発明に係る温度センサの第１実施形態において、バッテリーに設置した温度センサを示す断面図である。 第１実施形態において、温度センサを示す平面図である。 本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す平面図である。 第２実施形態において、温度センサを示す断面図である。

以下、本発明に係る温度センサの第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、例えばバッテリーを測定対象物Ｂとしてその温度を測定するものであり、測定対象物Ｂ上に設置される赤外線吸収膜２と、該赤外線吸収膜２上に互いに間隔を空けて複数設置された感熱素子３と、感熱素子３に接続された配線４と、感熱素子３上に設置された赤外線反射膜５と、を備えている。

すなわち、上記感熱素子３は、赤外線吸収膜２と赤外線反射膜５とに挟まれている。
複数の感熱素子３は、サーミスタ素子等の感熱抵抗素子であり、互いに配線４で電気的に直列に接続されている。したがって、配線４の一対の端部間における抵抗値を測定することで、直列接続された全ての感熱素子３の抵抗変化を含めた抵抗値が得られ、この抵抗値から設置表面の平均温度が算出可能である。なお、本実施形態では、６つの感熱素子３が、赤外線吸収膜２上に互いに分散配置されて接着されており、リード線等の配線４で互いに接続されている。

上記感熱素子３は、例えば薄板状のチップサーミスタが採用可能である。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、感熱素子３として、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。

上記赤外線吸収膜２は、例えば樹脂材料のみからなる膜やシートよりも高い赤外線吸収率を有し、平面方向に熱が伝導され易い膜又はシートである。例えば、赤外線吸収膜２としては、例えばカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含むフィルムや赤外線吸収性ガラス膜（二酸化珪素を７１％含有するホーケー酸ガラス膜など）が採用可能であるが、本実施形態では、主材の樹脂よりも赤外線吸収性の高いアルミナ等のフィラーが含有された樹脂フィルムを採用している。すなわち、このフィラー入り樹脂フィルムである赤外線吸収膜２は、フィラーによる赤外線吸収効果と樹脂による感熱素子３に対する絶縁性とを兼ね備えている。

上記赤外線反射膜５は、絶縁材料のみからなる膜やシートよりも低い赤外線放射率を有し、特に鏡面加工されて赤外線を反射させる膜が好ましい。例えば、赤外線反射膜５として、鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等が採用可能である。この赤外線反射膜５は、赤外線吸収膜２よりも若干大きなサイズでこれを覆うように形成されている。

なお、フレキシブル基板の裏面に形成した銅箔を赤外線反射膜５とすると共に、フレキシブル基板の表面に銅箔等をパターン形成して配線４とし、該配線４上に各感熱素子３を半田等で接合させて構成しても構わない。この場合、感熱素子３、配線４及び赤外線反射膜５を一体に構成することができる。

このように本実施形態の温度センサ１は、測定対象物Ｂ上に設置される赤外線吸収膜２と、該赤外線吸収膜２上に互いに間隔を空けて複数設置された感熱素子３と、を備えているので、赤外線吸収膜２が設置された測定対象物Ｂの表面から放射される赤外線を点ではなく面として赤外線吸収膜２が吸収すると共に、その発熱を赤外線吸収膜２上に複数分布した感熱素子３で検出することで、設置表面の平均温度又は設置表面の温度分布を検出することができる。

すなわち、赤外線吸収膜２が測定対象物Ｂに部分的に密着していない場合でも、設置表面から放射される赤外線を密着度にかかわらず吸収するため、表面温度を正確に検出可能である。このため、全体の高い密着性が必要でなく、設置コストが軽減可能であると共に、経年変化等による位置ずれや密着度の低下が生じても、高い測定精度を維持することができる。

また、感熱素子３上に設置された赤外線反射膜５を備え、感熱素子３が、赤外線吸収膜２と赤外線反射膜５とに挟まれているので、赤外線反射膜５によって測定対象物Ｂ以外からの赤外線による干渉を削減することができ、より高精度な温度測定が可能になる。
さらに、感熱抵抗素子である複数の感熱素子３が配線４で電気的に直列に接続されているので、配線４の抵抗値を測定することで、全ての感熱素子３の抵抗変化を含む抵抗値が得られ、設置表面における平均温度を容易に検出可能である。

次に、本発明に係る温度センサの第２実施形態について、図３及び図４を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、複数の感熱素子３が配線４で電気的に直列に接続されているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１は、図３及び図４に示すように、複数の感熱素子３がサーミスタ素子等の感熱抵抗素子であり、配線２４が、感熱素子３毎に個別に接続された複数の個別測定線２４ｂを備えている点である。また、第２実施形態の温度センサ２１では、赤外線吸収膜２２と赤外線反射膜２５とが導電性材料で形成されていると共に、赤外線吸収膜２２と赤外線反射膜２５との表面に絶縁膜２７が被覆されている点でも第１実施形態と異なっている。

すなわち、第２実施形態では、配線４が、各感熱素子３の一対の端子電極（図示略）のうち一方に接続されたコモン線２４ａと、各感熱素子３の他方の端子電極に個別に接続された複数の個別測定線２４ｂと、で構成されている。したがって、６つの感熱素子３のうち任意の感熱素子３を選んで測定する場合、対応する個別測定線２４ｂとコモン線２４ａとの間で抵抗値を測定すれば、対応する感熱素子３の抵抗値、すなわちその感熱素子３が設置された箇所における温度を個別に測定可能である。

また、第２実施形態の赤外線吸収膜２２は、例えばカーボンブラックを含む導電性シートであると共に、赤外線反射膜２５は、銅箔等である。このように赤外線吸収膜２２及び赤外線反射膜２５が、導電性を有しているため、直接、感熱素子３に接触させないように、赤外線吸収膜２２及び赤外線反射膜２５の表面を絶縁膜２７で覆っている。この絶縁膜２７は、例えば樹脂で形成され、好ましくは赤外線透過性フィルムで形成されている。

このように第２実施形態の温度センサ２１では、配線２４が、感熱素子３毎に個別に接続された複数の個別測定線２４ｂを備えているので、各個別測定線２４ｂによって対応する感熱素子３が設置された箇所の温度を個別に測定することができると共に、各感熱素子３の設置位置に応じて表面の温度分布を得ることができる。
また、赤外線吸収膜２２及び赤外線反射膜２５の表面に絶縁膜２７が被覆されているので、導電性の赤外線吸収膜２２及び赤外線反射膜２５であっても、被膜された絶縁膜２７によって感熱素子３との絶縁性を確保することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、感熱素子としては、上述したようにチップサーミスタ等のサーミスタ素子が用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。

１，２１…温度センサ、２，２２…赤外線吸収膜、３…感熱素子、４…配線、５，２５…赤外線反射膜、２４ａ…コモン線、２４ｂ…個別測定線、２７…絶縁膜、Ｂ…測定対象物

Claims (6)

1. 測定対象物上に設置される赤外線吸収膜と、
   該赤外線吸収膜上に互いに間隔を空けて複数設置された感熱素子と、
   前記感熱素子に接続された配線と、を備えていることを特徴とする温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサにおいて、
   前記感熱素子上に設置された赤外線反射膜を備え、
   前記感熱素子が、前記赤外線吸収膜と前記赤外線反射膜とに挟まれていることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
   前記赤外線吸収膜が、主材の樹脂よりも赤外線吸収性の高いフィラーが含有された樹脂フィルムであることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記赤外線吸収膜の表面に絶縁膜が被覆されていることを特徴とする温度センサ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   複数の前記感熱素子が感熱抵抗素子であり、互いに前記配線で電気的に直列に接続されていることを特徴とする温度センサ。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   複数の前記感熱素子が感熱抵抗素子であり、前記配線が、前記感熱素子毎に個別に接続された複数の個別測定線を備えていることを特徴とする温度センサ。

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