JP5651930B2

JP5651930B2 - 温度センサ

Info

Publication number: JP5651930B2
Application number: JP2009132767A
Authority: JP
Inventors: 中村　賢蔵; 賢蔵中村; 長友　憲昭; 憲昭長友; 元貴石川
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2029-06-02
Also published as: JP2010281578A

Description

本発明は、測定対象物に近接させて該測定対象物の温度を測定する温度センサに関する。

一般に、自動車等の内部には各部の温度を検出するために多くの温度センサが搭載されている。例えば、ハイブリッド車両や電気自動車等のバッテリーとして複数のセル（単電池）を組み込んだ組電池において、各セルの温度を測定するため、個別のセルに対応させて複数の温度センサを配置している。

また、組立後の組電池のユニットで温度分布を測定し、温度の最大及び最小箇所を特定することで、温度分布を推定し、管理する技術も知られている。
従来、例えば特許文献１には、複数のセルを組み込んだ組電池において、冷却風の上流端と下流端とに複数の温度センサを配置して上流端で最も温度の低いセルの温度と下流端で最も温度の高いセルの温度とを検出する技術が提案されている。このように取り付けられる温度センサは、従来、サーミスタにリード線を接続したものが使用されている。

特開２００４−１３５４２４号公報（段落番号００１７、図３）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来、個別セルの温度監視を行わず、実測から温度の最大点と最小点とを求めてその箇所に温度センサを配置する方法では、ユニットの温度分布を最終の製品構成の状態で特定するために、予め実験などが必要であった。この場合、セルの劣化状態によっては、初期の温度分布から大きく変化する場合があり、長期にわたって高精度にかつ安定的に温度を管理することが困難であった。このため、やはり個別のセルに対してそれぞれ温度センサで個別に温度測定を行うことが望まれている。
しかしながら、この場合、複数の温度センサを個別セルに密着状態に固定して取り付ける必要があり、取付作業が手間であると共に取付工数が増大してしまう不都合があった。また、取り付けられる従来の温度センサは、サーミスタにリード線を接続したものであるため、リード線による重量増加やリード線とサーミスタとの接続部分が振動により劣化してしまう等の問題があった。
さらに、組電池のユニットは小型化が要望されており、小型化に伴って部品密度が高くなると共に温度センサを配置するスペースが狭くなり、従来の温度センサを設置することが困難になってきている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、軽量かつ薄型で取付性及び耐振性に優れていると共に多少の位置ずれでも正確な温度測定が可能な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、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルム上に設けられた薄膜状又は薄板状の感熱素子と、前記絶縁性フィルム上にパターン形成され前記感熱素子に接続された導電性の配線膜と、前記感熱素子の直上に直接又は絶縁性フィルムを介して積層された赤外線吸収膜と、を備えていることを特徴とする。

この温度センサでは、絶縁性フィルム上に、薄膜状又は薄板状の感熱素子、配線膜及び赤外線吸収膜を備えているので、全体が複数膜の積層で構成されたフィルム状又はテープ状とされ、軽量かつ薄型で柔軟性を有し、狭いスペースや湾曲したスペース等の多様な箇所に容易に取付が可能である。特に、組電池のユニット等を組み立てた後からでも、所定箇所の隙間等に容易に設置可能である。すなわち、組電池のユニット等において熱溜まりを防止するための隙間部分等に挿入することも可能であることから、ユニットの製品形状を先に決定でき、設計・試作工数も軽減することもできる。
また、赤外線吸収膜による赤外線吸収に基づいて感熱素子が温度を測定するので、測定対象物に貼り付ける等の接触固定を行わなくても、近接状態に設置しておけば、多少の位置ずれが生じても正確に温度を測定可能であり、取付作業及び取付工数が軽減される。すなわち、設置時に測定対象物との距離が多少変わっても、測定対象物からの輻射による赤外線を十分に赤外線吸収膜で吸収できるので、精度良く温度測定ができる。また、設置時に多少の傾きや歪みがあっても、測定対象物が赤外線吸収膜における赤外線検出の視野角範囲内にあれば、精度良く温度測定ができる。
さらに、配線としてリード線ではなく、絶縁性フィルムにパターン形成で一体化された配線膜を採用しているため、重量の増加を抑制し、配線の耐振性を向上させることができる。

また、本発明の温度センサは、前記感熱素子が、前記絶縁性フィルム上に成膜された薄膜サーミスタ素子であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、感熱素子が、絶縁性フィルム上に成膜された薄膜サーミスタ素子であるので、チップサーミスタよりもさらに薄い感熱素子とすることが可能であり、全体としてより軽量かつ薄型で柔軟性を有することができる。

また、本発明の温度センサは、前記感熱素子が、前記絶縁性フィルム上の複数箇所に設けら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、感熱素子が、絶縁性フィルム上の複数箇所に設けられているので、測定点の数及び位置に対応した複数の感熱素子を同一の絶縁性フィルム上に設けることで、一つの温度センサで複数箇所又は複数の測定対象物の温度を測定可能になる。特に、複数のセルで構成される組電池等でも、一つの温度センサで複数の個別セルの温度をそれぞれ測定することができると共に、個別セル毎に配線を個別に行う必要がなく、取付作業がさらに容易になり、取付工数も大幅に削減可能である。

さらに、本発明の温度センサは、複数の前記感熱素子のうち少なくとも一つが、前記赤外線吸収膜が積層されていない温度補償用素子であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、複数の感熱素子のうち少なくとも一つが、赤外線吸収膜が積層されていない温度補償用素子であるので、温度補償用素子を周囲の雰囲気温度を測定するリファレンス用とすることができる。したがって、温度補償用素子と他の感熱素子との検出相対値から、他の感熱素子における赤外線の検出精度を向上させることができる。

また、本発明の温度センサは、前記感熱素子の前記赤外線吸収膜が積層された面の反対面に、直接又は絶縁性フィルムを介して積層された赤外線反射膜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、感熱素子の赤外線吸収膜が積層された面の反対面に、直接又は絶縁性フィルムを介して積層された赤外線反射膜を備えているので、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、前記感熱素子及び前記配線膜が、一対の前記絶縁性フィルム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、感熱素子及び配線膜が、一対の絶縁性フィルムに挟まれているので、感熱素子及び配線膜が露出せず、これらを絶縁性フィルムで保護することができると共にさらに配線の耐振性が向上する。

また、本発明の温度センサは、前記絶縁性フィルムが、赤外線透過性フィルムで形成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、絶縁性フィルムが、赤外線透過性フィルムで形成されているので、赤外線吸収膜の周囲の絶縁性フィルム自体による赤外線吸収を極力抑制して、周囲からの熱伝導による感熱素子への影響を低減することができる。

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、絶縁性フィルム上に、薄膜状又は薄板状の感熱素子、配線膜及び赤外線吸収膜を備えているので、軽量かつ薄型で取付性及び耐振性に優れていると共に多少の位置ずれでも正確な温度測定が可能になる。したがって、組電池のユニットにおいて、狭いセル間にも本発明の温度センサを挿入して設置可能であると共に、複数の個別セルを一つの温度センサでそれぞれ正確にかつ長期にわたって安定して温度測定することができる。

本発明に係る温度センサの第１実施形態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、複数のセルの温度を測定するために設置された温度センサを示す説明図である。本発明に係る温度センサの第３実施形態を示す平面図である。本発明に係る温度センサの第３実施形態における他の例を示す平面図である。

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、例えばハイブリッド車両や電気自動車等の組電池を構成するセルＳを測定対象物としてその温度を測定するものであり、セルＳに近接した状態で設置される。
この温度センサ１は、長方形テープ状の第１の絶縁性フィルム２Ａ及び第２の絶縁性フィルム２Ｂと、第１の絶縁性フィルム２Ａ上に設けられた薄膜状又は薄板状の感熱素子３と、第１の絶縁性フィルム２Ａ上に銅箔等でパターン形成され感熱素子３に接続された一対の導電性の配線膜４と、感熱素子３の直上に第２の絶縁性フィルム２Ｂを介して積層された赤外線吸収膜５と、を備えている。

また、この温度センサ１は、感熱素子３の赤外線吸収膜５が積層された面の反対面に、第１の絶縁性フィルム２Ａを介して積層された赤外線反射膜６を備えている。すなわち、感熱素子３の直下であって第１の絶縁性フィルム２Ａの感熱素子３が設けられた面の反対面（第１の絶縁性フィルム２Ａの背面側）に、赤外線反射膜６が設けられている。

上記第２の絶縁性フィルム２Ｂは、第１の絶縁性フィルム２Ａとの間に感熱素子３及び配線膜４を挟んだ状態で第１の絶縁性フィルム２Ａ上に貼り付けられている。すなわち、感熱素子３及び配線膜４は、一対の絶縁性フィルムに挟まれている。なお、これら第１の絶縁性フィルム２Ａ及び第２の絶縁性フィルム２Ｂは、赤外線透過性フィルムで形成されている。なお、本実施形態では、第１の絶縁性フィルム２Ａ及び第２の絶縁性フィルム２Ｂがポリイミド樹脂シートで形成されている。

上記感熱素子３は、薄膜サーミスタ素子又は薄板状のチップサーミスタが採用可能である。本実施形態では、感熱素子３として、例えばＭｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ_３Ｏ_４−Ｃｏ_３Ｏ_４系複合金属酸化物）又はＭｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物にＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕの少なくとも一種類を含む複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ_３Ｏ_４−Ｃｏ_３Ｏ_４−Ｆｅ_２Ｏ_３系複合金属酸化物）からなる複合金属酸化物膜（サーミスタ薄膜）と、この複合金属酸化物膜上に形成され配線膜４に接続された櫛形電極等の電気抵抗測定用の金属電極（図示略）と、を備えた薄膜サーミスタ素子を採用している。

上記赤外線吸収膜５は、第２の絶縁性フィルム２Ｂよりも高い赤外線吸収率を有する材料で形成され、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）で形成されている。すなわち、この赤外線吸収膜５によってセルＳからの輻射による赤外線を吸収する。そして、赤外線を吸収した赤外線吸収膜５から第２の絶縁性フィルム２Ｂを介した熱伝導によって、直下の感熱素子３の温度が変化するようになっている。この赤外線吸収膜５は、感熱素子３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。

上記赤外線反射膜６は、第１の絶縁性フィルム２Ａよりも低い赤外線放射率を有する材料で形成され、例えば、鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成されている。この赤外線反射膜６は、感熱素子３及び赤外線吸収膜５よりも若干大きなサイズでこれらを覆うように形成されている。

このように本実施形態の温度センサ１は、第１の絶縁性フィルム２Ａ上に、薄膜状又は薄板状の感熱素子３、配線膜４及び赤外線吸収膜５を備えているので、全体が複数膜の積層で構成されたフィルム状又はテープ状とされ、軽量かつ薄型で柔軟性を有し、狭いスペースや湾曲したスペース等の多様な箇所に容易に取付が可能である。特に、組電池のユニット等を組み立てた後からでも、所定箇所の隙間等に容易に設置可能である。すなわち、組電池のユニット等において熱溜まりを防止するための隙間部分等に挿入することも可能であることから、ユニットの製品形状を先に決定でき、設計・試作工数も軽減することもできる。
なお、感熱素子３として、薄膜サーミスタ素子を採用することで、チップサーミスタよりもさらに薄い感熱素子とすることが可能であり、全体としてより軽量かつ薄型で柔軟性を有することができる。

また、赤外線吸収膜５による赤外線吸収に基づいて感熱素子３が温度を測定するので、測定対象物のセルＳに貼り付ける等の接触固定を行わなくても、近接状態に設置しておけば、多少の位置ずれが生じても正確に温度を測定可能であり、取付作業及び取付工数が軽減される。すなわち、設置時に測定対象物のセルＳとの距離が多少変わっても、セルＳからの輻射による赤外線を十分に赤外線吸収膜５で吸収できるので、精度良く温度測定ができる。
さらに、配線としてリード線ではなく、第１の絶縁性フィルム２Ａにパターン形成で一体化された配線膜４を採用しているため、重量の増加を抑制し、配線の耐振性を向上させることができる。

また、感熱素子３の赤外線吸収膜５が積層された面の反対面に、第１の絶縁性フィルム２Ａを介して積層された赤外線反射膜６を備えているので、赤外線反射膜６によって測定対象物のセルＳ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。なお、この赤外線反射膜６は、ケースなどで温度センサ１の背面側が保護されている場合は削除しても構わない。

また、感熱素子３及び配線膜４が、第１の絶縁性フィルム２Ａ及び第２の絶縁性フィルム２Ｂに挟まれているので、感熱素子３及び配線膜４が露出せず、これらを絶縁性フィルムで保護することができると共にさらに配線の耐振性が向上する。

次に、本発明に係る温度センサの第２実施形態及び第３実施形態について、図３から図５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、一つの感熱素子３だけを備えているのに対し、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、感熱素子３が、第１の絶縁性フィルム２Ａ上の複数箇所に設けられている点である。

すなわち、第２実施形態の温度センサ２１では、図４に示すように、測定対象物のセルＳが例えば４つ配列されている場合、図３に示すように、各セルＳに対応して４つの感熱素子３が互いに所定間隔を空けて一列に配列されて長方形テープ状の第１の絶縁性フィルム２Ａ上に形成されている。また、各感熱素子３には、それぞれ一対の配線膜４が接続されている。したがって、第１の絶縁性フィルム２Ａ上には、４対の配線膜４がパターン形成されている。

このように第２実施形態の温度センサ２１では、感熱素子３が、第１の絶縁性フィルム２Ａ上の複数箇所に設けられているので、測定点の数及び位置に対応した複数の感熱素子３を同一の第１の絶縁性フィルム２Ａ上に設けることで、一つの温度センサ２１で複数箇所又は複数の測定対象物の温度を測定可能になる。すなわち、複数のセルＳで構成される組電池でも、一つの温度センサ２１で複数の個別セルＳの温度をそれぞれ測定することができると共に、個別セルＳ毎に配線を個別に行う必要がなく、取付作業がさらに容易になり、取付工数も大幅に削減可能である。

また、図４に示すように、複数並んだセルＳとケースＣとの隙間に温度センサ２１を挿入して設置することができ、温度センサ２１の設置時に多少の傾きや歪みがあっても、セルＳが赤外線吸収膜５における赤外線検出の視野角範囲内にあれば、精度良く温度測定ができる。
また、薄膜サーミスタ素子の感熱素子３を採用することにより、感熱素子３が膜状のため、温度差が生じる素子間の断面積を小さくできるので、同一フィルム上に構成された他の感熱素子３へ熱が伝わり難くなる。したがって、他の部分からの干渉が少なく検出感度が向上する。

次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、全ての感熱素子３がそれぞれ対応する各セルＳの温度を検出するものであるのに対し、第３実施形態の温度センサ３１では、図５に示すように、複数の感熱素子３のうち一つが、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６が積層されていない温度補償用素子３Ｈである点である。

すなわち、第３実施形態の温度センサ３１では、４つの感熱素子３のうち１つが、赤外線吸収膜５と赤外線反射膜６とに挟まれておらず、第１の絶縁性フィルム２Ａ及び第２の絶縁性フィルム２Ｂを介して周囲の雰囲気温度を測定する温度補償用素子３Ｈとされている。

このように第３実施形態では、複数の感熱素子３のうち一つが、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６が積層されていない温度補償用素子３Ｈであるので、温度補償用素子３Ｈを周囲の雰囲気温度を測定するリファレンス用とすることができる。したがって、温度補償用素子３Ｈと他の感熱素子３との検出相対値から、他の感熱素子３における赤外線の検出精度を向上させることができる。

なお、第３実施形態の他の例として、図６に示すように、リファレンス用の温度補償用素子３Ｈの直上に赤外線反射膜６を形成した温度センサ４１としても構わない。この場合、温度補償用素子３Ｈに照射されるセルＳからの赤外線を赤外線反射膜６で反射できるので、感度がさらに向上する。

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、上述したように、感熱素子及び配線膜を第１の絶縁性フィルムと第２の絶縁性フィルムとの２枚で挟むことが好ましいが、一枚の絶縁性フィルムの片面上に感熱素子及び配線膜を形成したものでも構わない。
また、上記実施形態では、赤外線吸収膜を絶縁性フィルムを介して感熱素子の直上に形成しているが、感熱素子との間に絶縁性を確保できれば感熱素子の上面に直接形成しても構わない。さらに、赤外線反射膜を、絶縁性フィルムを介して感熱素子の直下に形成しているが、感熱素子との間に絶縁性を確保できれば感熱素子の下面に直接形成しても構わない。

１，２１，３１，４１…温度センサ、２Ａ…第１の絶縁性フィルム、２Ｂ…第２の絶縁性フィルム、３…感熱素子、３Ｈ…温度補償用素子、４…配線膜、５…赤外線吸収膜、６…赤外線反射膜、Ｓ…セル（測定対象物）

Claims

絶縁性樹脂フィルムと、
該絶縁性樹脂フィルム上に設けられた薄膜状の感熱素子と、
前記絶縁性樹脂フィルム上にパターン形成され前記感熱素子に接続された導電性の配線膜と、
前記感熱素子の直上に直接又は絶縁性樹脂フィルムを介して積層された赤外線吸収膜と、を備え、
前記感熱素子が、前記絶縁性樹脂フィルム上に成膜された薄膜サーミスタ素子であり、
複数の前記感熱素子が、一列に配列された複数の測定対象物に対してそれぞれ対応する前記測定対象物に近接状態に対向配置されると共に、互いに所定間隔を空けて一列に配列されて長方形テープ状の前記絶縁性樹脂フィルム上に形成され、
全体が複数膜の積層で構成されたテープ状とされていることを特徴とする温度センサ。
請求項１に記載の温度センサにおいて、
複数の前記感熱素子のうち少なくとも一つが、前記赤外線吸収膜が積層されていない温度補償用素子であり、他の複数の前記感熱素子が、測定点の数及び位置に対応して設けられて複数個所又は複数の測定対象物の温度を測定可能であることを特徴とする温度センサ。
請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
前記感熱素子の前記赤外線吸収膜が積層された面の反対面に、直接又は絶縁性樹脂フィルムを介して積層された赤外線反射膜を備えていることを特徴とする温度センサ。
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、
前記感熱素子及び前記配線膜が、一対の前記絶縁性樹脂フィルムに挟まれていることを特徴とする温度センサ。
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、
前記絶縁性樹脂フィルムが、赤外線透過性フィルムで形成されていることを特徴とする温度センサ。