JP2006185727A

JP2006185727A - 温度測定装置

Info

Publication number: JP2006185727A
Application number: JP2004377811A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Ogami; 悦夫大上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】冷却風などの冷却媒体の温度や流速の影響を軽減し、正確な電池の温度を測定することができる温度測定装置を提供する。
【解決手段】温度測定装置である温度センサ１００は、電池モジュール１０，１０ｂの表面に当接して温度を測定する測定部１１０と、電池モジュール１０，１０ｂの表面に当接する第１当接面１１１および第２当接面１１２を除いて測定部１１０を取り囲む断熱部１２０と、を備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、電池用の温度測定装置に関し、特に、冷却媒体の影響を軽減した温度測定装置に関する。

複数の電池を所定の間隔に配列し、電池間に冷却風を流通させて、電池を冷却する組電池が知られている。この組電池において、電池の温度を測定するために電池表面に配置された温度センサが開示されている（特許文献１、特に、図１９のブロック温度センサ９３ａ〜９３ｄを参照）。
特開２００４−６４１３号公報

しかしながら、電池表面に温度センサを取り付ける場合、冷却風などの冷却媒体の温度や流速の影響を受けやすいため、正確な電池の温度を測定することが難しいという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。したがって、本発明は、冷却風などの冷却媒体の温度や流速の影響を軽減し、正確な電池の温度を測定することができる温度測定装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するための本発明は、以下の構成を備える。

本発明の温度測定装置は、電池表面に当接して温度を測定する測定部と、前記電池表面に当接する側の面を除いて前記測定部を取り囲む断熱部と、を備えることを特徴とする。

本発明の温度測定装置によれば、電池表面に当接する側の面を除いて測定部を取り囲む断熱部を有するので、電池間の冷却通路内に設置する場合であっても、冷却媒体の温度や流速の影響を軽減して、電池の温度を測定することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

（温度センサが適用される電池モジュールについて）
まず、本実施の形態の温度センサ（温度測定装置）の内容を説明する前提として、温度センサが適用される電池モジュール（電池）の構成について概説する。

図１は組電池を組み立てる際の単位ユニットである電池モジュールの一例を示す斜視図、図２は図１に示される電池モジュールを上下反転し、さらに分解して示す斜視図、図３は扁平型電池を示す斜視図である。

図１および図２に示すように、電池モジュール１０は、セルユニット（電池要素）２０と、該セルユニット２０を収納する電池外装体３０とを有する。

セルユニット２０は、図３に示すような正極板、負極板、およびセパレータを積層した積層体と電解液とから成る発電要素をラミネートフィルム等の外装体内に封止すると共に電極端子としての正負極の電極タブ４１、４２を外装体外部へ導出した扁平型電池４０を複数枚（図２に示す例では８枚）正負極を交互に積層して直列に接続してなる。セルユニット２０は、各扁平型電池４０から延びる電極タブ４１、４２を保持する絶縁スペーサ２１と、正負の出力端子２２、２３とを含む。絶縁スペーサ２１には、電圧測定端子に接続されるコネクタを差し込む差込口２４が設けられている。

電池外装体３０は、一面が開口した容器３１と、該容器３１の開口を閉じる蓋体３２とを有する。

容器３１は、略矩形の基面３３と、該基面３３の外周縁から略垂直に伸びる側面３４とを含む。側面３４には、セルユニット２０収納時に、上記差込口２４や正負の出力端子２２、２３を露出するための切り欠き部３４ａ、３４ｂ、３４ｃが設けられている。

蓋体３２は、縁部が、たとえば、カシメ加工によって、容器３１の側面３４に巻き締められている（図１拡大図参照）。

容器３１および蓋体３２は、比較的薄肉の鋼板またはアルミニウム板から形成され、プレス加工によって所定形状が付与されている。

セルユニット２０の収納時には、セルユニット２０の絶縁スペーサ２１に設けられた貫通孔２５と、基面３３および蓋体３２に設けられた孔３６との位置が一致する。

電池モジュール１０を複数個、縦に積層および横に配列することによって、組電池５０が構成される。

図４は、組電池の概略構成を示す斜視図である。図４に示す組電池５０おいては、蓋体３２を下に向けた状態で電池モジュール１０を積層および配列している。図中では、電池モジュール１０を３段積層し、４列配列している。

各電池モジュール１０は、各電池モジュール間にスペーサ（不図示）を挟んで積層し、その後、積層した電池モジュールを貫通する通しボルト５１が貫通されて固定される。これにより、電池モジュール１０間に、隙間が形成される。この隙間は、後述する冷却媒体の通路となり、後述するように、この隙間内に、本実施の形態の温度センサが装着される。

通しボルト５１は、拘束板５２にも挿通されている。各電池モジュール１０は、拘束板５２により平面方向に固定される。電池モジュール１０同士は、正負の出力端子２２、２３を図示しない導電性の板により接続されて、電気的に接続される。

組電池５０は、使用時に発熱する。高温になりすぎると電池性能を低下してしまうので、組電池５０をたとえば車両に搭載する際には、冷却構造内に配置され、冷却されている。

図５は、組電池を冷却する冷却構造の一例を示す平面図である。

組電池５０の周囲には、冷却媒体を流通させるための経路が形成されている。ここでは、冷却媒体として空気が用いられる。ただし、冷却媒体は空気に限定されるものではない。冷却液等を流通させることもできる。

経路６１、６２は、組電池５０の両側に設けられている。冷却風は、図中矢印で示すように、経路６１から流入され、組電池５０を通り抜けて、反対側の経路６２から排出される。冷却風は、組電池５０を構成する電池モジュール１０間の隙間を通り抜ける。後述するように、本実施の形態の温度センサ１００は、この隙間内に装着される。

（温度センサについて）
次に、本実施の形態の温度センサについて説明する。

図６〜図８に、本実施の形態の温度センサの装着状態の一例を示す。

図６は、本実施の形態の温度センサが装着された電池モジュールの平面図を示す。図６に白抜き矢印で示すように、冷却風、電池モジュール１０と、図示しない上層の電池モジュール１０ｂとの間の隙間を流通する。温度センサ１００は、この電池モジュール１０と電池モジュール１０ｂとの間の隙間に装着される。

図７は図６に示す電池モジュールの７−７線に沿った断面図であり、図８は図６に示す電池モジュールの８−８線に沿った断面図である。なお、図７および図８では、理解の容易のため、電池モジュール１０のうち、電池外装体３０のみを示し、扁平型電池４０などの他の構成は省略している。

図７および図８に示されるとおり、温度センサ１００は、積層された電池モジュール１０，１０ｂ間の隙間３７内、すなわち冷却媒体が流通する通路内に装着される。特に、温度センサ１００は、電池モジュール（第１電池）１０と電池モジュール（第２電池）１０ｂとによって挟持される。具体的には、上記の図４に示されるように、電池モジュール１０，１０ｂに、通しボルト５１を貫通されて固定されるので、この固定の際に、電池モジュール１０，１０ｂ間に温度センサ１００を挟み込むことができる。なお、組電池５０をなす全ての電池モジュール１０に温度センサ１００を装着する必要は必ずしもなく、選択された一部の電池モジュールのみに温度センサ１００を装着することができる。

次に、本実施の形態の温度センサ１００の構成について説明する。

図９は、本実施の形態の温度センサ１００の概略構成を示す平面図であり、図１０は、図９に示す温度センサの１０−１０線に沿った断面図である。また、図１１は、電池モジュール１０，１０ｂ間の隙間３７に温度センサ１００を装着した状態を示す断面図である。

図９および図１０に示されるとおり、温度センサ１００は、電池表面に当接して温度を測定する測定部１１０と、測定部１１０が各電池モジュール１０，１０ｂに当接する側の面を除いて測定部１１０をを取り囲む断熱部１２０とを有している。

測定部１１０は、たとえば、サーミスタ、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、および熱電対などの温度検出素子である。なお、熱電対は定温源を必要とし、取り扱いが難しいので、サーミスタやＰＴＣ素子を測定部１１０として用いることが望ましい。

図１１に示されるとおり、測定部１１０は、電池モジュール１０，１０ｂの双方の電池表面に当接するように構成される。換言すれば、測定部１１０が電池モジュール１０に当接する側の第１当接面１１１と、測定部１１０が電池モジュール１０ｂに当接する側の第２当接面１１２とが存在する。ここで、当接面（第１当接面および第２当接面）は、測定部１１０が実際に電池表面に当接する部分を少なくとも含む面である。このように、測定部１１０が、電池モジュール１０，１０ｂの双方の電池表面に当接する結果、測定部１１０は、電池モジュール１０，１０ｂの各表面温度を同時に測定することができる。また、測定部１１０の構成によっては、電池モジュール１０の表面温度と電池モジュール１０ｂの表面温度が平均化された温度を測定することもできる。

なお、図１１に示されるとおり、電池表面に垂直な方向（図面上で上下方向）に沿う測定部１１０の厚さＨ_１は、隙間３７の幅ＣＬと同一となるように設計される。具体的には、電池モジュール１０，１０ｂ間の隙間３７の幅ＣＬは、上述したとおり、電池モジュール１０，１０ｂ間に交互に配置される環状のセパレータの厚さによって決定されているので、測定部１１０の厚さＨ_１とセパレータの厚さとが同一となるように設計される。

次に、断熱部１２０を説明する。本実施の形態の断熱部１２０は、断熱材であるとともに弾性材である。すなわち、断熱部１２０は断熱弾性材で形成されている。断熱弾性材としては、各種のゴムおよび樹脂の中から適宜に選択される。たとえば、弾性および耐温度性の観点から、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ・ＥＰＤＭゴム）やシリコーンゴムを採用することができる。また、断熱性を高める見地からは、断熱弾性材として、ゴム内部に気泡を含む発泡ゴムを採用することができる。

断熱部１２０は、図１０に示されるとおり、上述した第１当接面１１１に対応して第１開口１２１を有し、第２当接面１１２に対応して第２開口１２２を有する。この結果、断熱部１２０は、測定部１１０によって温度が検出される電池表面側に開口１１２，１２２を有する。言い換えれば、本実施の形態の断熱部１２０は、電池表面に沿って測定部１１０を取り囲む環形状をしている。

また、断熱部１２０は、電池表面に垂直な方向に沿う自由長Ｈ_２が、電池モジュール１０，１０ｂ間の隙間３７の幅ＣＬよりも長くなるように構成される。この結果、図１１に示されるとおり、温度センサ１００が電池モジュール１０，１０ｂによって挟持された場合に、断熱部１２０が収縮変形され、反発力によって温度センサ１００の位置を固定することができる。また、反発力によって、断熱部１２０と各電池モジュール１０，１０ｂの表面との密着性が向上し、冷却媒体が温度センサ内に進入することを防止できる。なお、温度センサ１００を着脱自在に取り付けて、温度センサ１００の取り付け位置を何度でも変更可能にする見地からは、断熱部１２０による反発力のみによって温度センサ１００を固定することが望ましいが、着脱自在に取り付ける必要がない場合には、断熱材１２０による反発力と接着材とを併用して、温度センサ１００の位置を固定することもできる。

また、測定部１１０と断熱部１２０との間には、断熱用の空間１２３が設けられることが望ましい。特に、測定部１１０が断熱部１２０に直接的に接触しないように、測定部１１０および断熱部１２０の形状が決定され、測定部１１０および断熱部１２０が配置される。

また、温度センサ１００は、図９〜図１１に示されるとおり、測定部１１０と断熱部１２０とを物理的に連結する１または複数の連結部１３０を備えていてもよい。しかしながら、連結部１３０を介した測定部１１０と断熱部１２０との間の熱伝導を低減する観点からは、連結部１３０の数が少ない方が望ましく、また、連結部１３０が存在しなくてもよい。

本実施の形態では、測定部１１０と断熱部１２０とを連結しつつ断熱部１２０を貫通する１本の連結部１３０を備えている。本実施の形態の連結部１３０は、管形状をしており、測定部１１０からの信号線（被覆導線など）１３１が連結部１３０の内部を通って伸延する。この結果、測定部１１０から伸延した信号線１３１が断熱部１２０を貫通することとなる。なお、信号線１３１を包む外皮（鞘）をそのまま連結部１３０として用いることもできる。言い換えれば、連結部１３０は、測定部１１０と断熱部１２０とを物理的に連結して取り扱いを容易なものとしつつ、信号線１３１を案内する案内部材として兼用される。

なお、連結部１３０を通じた熱伝導を軽減する見地からは、連結部１３０自体も、断熱材で形成することが望ましい。また、連結部１３０は、接着材を用いて断熱部１２０に固着してもよい。さらに、連結部１３０が短いなどの原因によって連結部１３０の先端が冷却媒体に晒される場合には、連結部１３０の先端を樹脂などを用いて封止することができる。

以上のような構成を有する温度センサ１００は、たとえば、以下のように製造することができる。まず、連結部１３０や信号線１３１が付随した測定部１１０と、樹脂成形された断熱部１２０とが別途用意される。このとき、断熱部１２０には、連結部１３０が挿入される貫通孔が形成される。続いて、連結部１３０を貫通孔に挿入し、必要に応じて、連結部１３０を、接着材を用いて断熱部１２０に固着し、連結部１３０の先端を樹脂などを用いて封止する。この結果、温度センサ１００が構成される。

また、別の製造方法として、連結部１３０および信号線１３１が付随した測定部１１０を用意し、インサート成形（アウトサート成形）を用いて、連結部１３０に樹脂を付着固定して断熱部１２０を成型し、一体化することによって、温度センサ１００を製造することもできる。なお、これら以外の製造方法によって、温度センサ１００が製造されてもよいことは、もちろんである。

以上のように構成される本実施の形態の温度センサ１００によれば、以下の効果を達成することができる。

測定部１１０が電池表面に当接する側の面である第１当接面１１１および第２当接面１１２を除いて測定部１１０を取り囲む断熱部１２０を備えるので、電池モジュール１０，１０ｂ間の冷却通路内に設置する場合であっても、冷却媒体の温度や流速の影響を軽減して、電池の温度を測定することが可能となる。

特に、温度センサ１００は、冷却媒体が流通する通路をなす電池モジュール１０（第１電池）と電池モジュール１０ｂ（第２電池）との間の隙間３７内に装着される。すなわち、温度センサ１００を電池モジュール１０に対して後付することができる。したがって、一部の電池モジュール１０にのみ温度センサを装着する場合であっても、温度センサ１００の装着の有無に応じて、電池モジュール１０の容器３１や蓋体３２を変更する必要がなく、容器３１や蓋体３２の仕様を統一することができる。この結果、電池モジュール１０の部品種類を増やす必要がなくなり、電池モジュール１０の生産性を向上することができる。

また、電池モジュール１０（第１電池）と電池モジュール１０ｂ（第２電池）との間の隙間３７内の任意の位置に温度センサ１００を装着することができ、温度測定位置の変更も容易となる。特に、温度センサ１００を電池モジュール１０（第１電池）と電池モジュール１０ｂとによって挟持する場合には、一旦、取り付けた温度センサ１００の位置を再度変更することが容易である。また、通しボルト５１を貫通させることによって、各電池モジュール１０を積層方向に固定する工程において同時に温度センサ１００を挟持することができるので、温度センサ１００を取り付けるための工程作業の増加が抑制される。

測定部１１０は、電池モジュール１０（第１電池）と電池モジュール１０ｂ（第２電池）の双方の電池表面に当接するので、一つの温度センサ１００により、複数の電池モジュール１０，１０ｂの温度の状態を監視することができる。さらに、測定部１１０が、電池モジュール１０（第１電池）と電池モジュール１０ｂ（第２電池）の双方の電池表面に当接することによって、測定部１１０と断熱部１２０とが直接的に接触しない構造を実現しやすくなる。特に、断熱部１２０の形状を電池表面に沿って測定部１１０を取り囲む環形状とすることによって、測定部１１０と断熱部１２０とが直接的に接触しない構造を実現することができる。

また、測定部１１０と断熱部１２０との間に、断熱用の空間１２３が形成されることによって、冷却媒体に晒されている断熱部１２０と測定部１１０との間の熱伝導を軽減することができる。したがって、より正確に、電池モジュール１０，１０ｂの表面温度を測定することができる。

さらに、断熱部１２０は、弾性材料で形成されており、特に、電池表面に垂直な方向に沿う自由長Ｈ_２が隙間３７の幅ＣＬよりも長いので、温度センサ１００が電池モジュール１０，１０ｂによって挟持された場合に、断熱部１２０が収縮されることに起因する反発力によって、温度センサ１００を固定することができる。また、反発力によって断熱部１２０と各電池モジュール１０，１０ｂの表面との密着性が向上し、冷却媒体が温度センサ内に進入することを防止できる。

測定部１１０から伸延した信号線１３１が断熱部１２０を貫通しているので、温度センサ１００を隙間３７に装着した後において、信号線１３１を外部に取り出すことが容易になる。また、測定部１１０と断熱部１２０とを連結しつつ断熱部１２０を貫通する連結部１３０が備えられ、信号線１３１が、連結部１３０の内部を通って伸延するので、測定部１１０と断熱部１２０とを物理的に連結して取り扱いを容易なものにするとともに、信号線１３１を案内することができる。

(変形例）
次に、本実施の形態の変形例を示す。図１２は、第１変形例を示している。第１変形例の温度センサ２００では、測定部２１０が、１つの電池モジュール１０にのみ当接する。すなわち、測定部２１０が電池モジュール１０に当接する側の面である第１当接面２１１のみが存在し、測定部２１０が電池モジュール１０ｂに当接する側の面である第２当接面は存在しない。言い換えれば、測定部２１０は、電池モジュール１０，１０ｂのどちらか一方の電池表面にのみ当接するように構成される。

断熱部２２０は、測定部２１０が電池モジュール１０に当接する側の面である第１当接面２１１を除いて、測定部２１０をを取り囲む。すなわち、断熱部２２０は、第１当接面２１１に対応して１つの開口２２１を有する。この場合も、断熱部２２０の内径を測定部２１０の外形よりも短くし、測定部２１０を断熱部２２０の中央に配置することによって、測定部２１０と断熱部２２０との間に、断熱用の空間２２３を設けることができる。

なお、連結部２３０および信号線２３１など他の構成については、図９〜図１１に示した場合と同様であるので説明を省略する。

以上のような第１変形例によっても、冷却媒体の温度や流速の影響を軽減して、電池の温度を測定することが可能となり、温度センサの装着の有無に応じて、電池モジュール１０の容器３１や蓋体３２などの部品を変更する必要がなく、部品仕様を統一できるという効果を奏する。

図１３および図１４は、第２変形例および第３変形例を示している。

第２変形例における温度センサ３００では、図９〜図１１に示される温度センサと同様に、測定部３１０が、電池モジュール１０，１０ｂの双方の電池表面に当接するように構成され、測定部３１０が、電池モジュール１０，１０ｂの双方の電池表面温度を測定するものである。第２変形例における温度センサ３００では、図９〜図１１に示される温度センサと異なり、断熱部３２０を、弾性体以外の断熱材料で形成している。

第２変形例の温度センサ３００は、電池モジュール１０，１０ｂ間の隙間３７に接着材３６０を用いて固定することもできる。また、測定部３１０の電池表面に垂直な方向に沿う厚さＨ_１のみならず、断熱部３２０の電池表面に垂直な方向に沿う厚さＨ_２についても隙間３７の幅ＣＬと同様となるように設計することで、電池モジュール１０，１０ｂによって温度センサ３２０を挟持して固定することもできる。

第３変形例における温度センサ４００は、図１２に示される第１変形例の温度センサと同様に、測定部４１０が、１つの電池モジュール１０にのみ当接するものである。この場合も、第２変形例と同様に、断熱部４２０を、弾性体以外の断熱材料で形成することができる。また、第３変形例における温度センサ４００も、たとえば、電池モジュール１０，１０ｂ間の隙間３７に接着材４６０を用いて固定することもできる
なお、第２変形例および第３変形例における連結部３３０，４３０および信号線３３１，４３１など他の構成については、図９〜図１１に示した場合と同様であるので説明を省略する。

以上のような第２変形例および第３変形例によっても、冷却媒体の温度や流速の影響を軽減して、電池の温度を測定することが可能となり、温度センサの装着の有無に応じて、電池モジュール１０の容器３１や蓋体３２などの部品を変更する必要がなく、部品仕様を統一できるという効果を奏する。

以上のように、本実施の形態の温度センサおよび第１〜第３変形例の温度センサについて説明したが、本発明の電池用温度検出装置としての温度センサは、これらの場合に限られず、当業者によって、種々の追加、省略、および変形が可能であることはもちろんである。

たとえば、断熱部の幅を増加したり、断熱部を２重に構成してもよい。また、断熱部による断熱効果が高ければ、測定部と断熱部との間に断熱用の空間を形成することなく、測定部と断熱部とを密着させるように構成することもできる。

組電池を組み立てる際の単位ユニットである電池モジュールの一例を示す斜視図である。図１に示される電池モジュールを上下反転し、さらに分解して示す斜視図である。扁平型電池を示す斜視図である。組電池の概略構成を示す斜視図である。組電池を冷却する冷却構造の一例を示す平面図である。本実施の形態の温度センサの装着状態の一例を示す図である。図６に示す電池モジュールの７−７線に沿った電池外装体の断面図である。図６に示す電池モジュールの８−８線に沿った電池外装体の断面図である。本実施の形態の温度センサの概略構成を示す平面図である。図９に示す温度センサの１０−１０線に沿った断面図である。図９に示す温度センサを電池モジュール間の隙間に装着した状態を示す断面図である。第１変形例の温度センサを示す断面図である。第２変形例の温度センサを電池モジュール間の隙間に装着した状態を示す断面図である。第３変形例の温度センサを電池モジュール間の隙間に装着した状態を示す断面図である。

符号の説明

１０，１０ｂ電池モジュール（第１電池、第２電池）、
３７隙間（冷却通路）、
１００，２００，３００，４００温度センサ（温度検出装置）、
１１０，２１０，３１０，４１０測定部、
１２０，２２０，３２０，４２０断熱部、
１３０，２３０，３３０，４３０連結部、
１３１，２３１，３３１，４３１信号線。

１１１第１当接面、
１１２第２当接面。

Claims

電池表面に当接して温度を測定する測定部と、
電池表面に当接する側の面を除いて前記測定部を取り囲む断熱部と、を備えることを特徴とする温度測定装置。
冷却媒体が流通する通路をなす第１および第２電池間の隙間内に装着されることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
前記第１および第２電池によって挟持されることを特徴とする請求項２に記載の温度測定装置。
前記測定部は、前記第１および第２電池の双方の電池表面に当接し、
前記断熱部は、前記電池表面に沿って前記測定部を取り囲む環形状をしていることを特徴とする請求項３に記載の温度測定装置。
前記断熱部は、弾性材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜４に記載の温度測定装置。
前記断熱部は、前記電池表面に垂直な方向に沿う自由長が前記隙間の幅よりも長いことを特徴とする請求項５に記載の温度測定装置。
前記測定部と前記断熱部との間には、断熱用の空間が形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の温度測定装置。
前記測定部から伸延した信号線が前記断熱部を貫通していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の温度測定装置。
前記測定部と前記断熱部とを連結しつつ断熱部を貫通する連結部を有し、
前記信号線が、前記連結部の内部を通って伸延することを特徴とする請求項８に記載の温度測定装置。
前記電池は、内部に電池要素を収容しており、組電池を構成するために複数個が配列される電池モジュールであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の温度測定装置。