JP2019002876A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】被測温部に傾いて設置されても、傾きに対しての測温性能の変動を小さくすることができる温度センサを提供する。【解決手段】温度センサ１は、サーミスタ５と、サーミスタ５の一対のリード部に電気接続された一対の電線６と、被測温部であるバッテリセル上面に接触する金属製の集熱部材８と、これらと一体化された樹脂部７と、を備えている。集熱部材８は、互いに間隔をあけて対向配置され、互いの間にサーミスタ５の素子部を位置付ける一対の平板部と、これら一対の平板部同士を繋いだ曲面形状の接触面８１と、を有している。樹脂部７は、絶縁性の合成樹脂で構成されており、サーミスタ５及び集熱部材８を保持した保持部７０と、一対の係止アーム７１と、一対の把持部７２と、を一体に有している。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車載バッテリのセルの温度検出等に用いられる温度センサに関するものである。

従来より、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載されるバッテリは、高電圧を得るために複数のバッテリセルが直列に接続されて構成されている。このようなバッテリは、過充電、過放電を防止するために、バッテリセルに温度センサが装着されて温度監視が行われている。

上述した温度センサとして、例えば、特許文献１に開示されたものがある。図９〜１１に示すように、この温度センサ３０１は、集熱部材３０８と、サーミスタ５と、これらと一体化された樹脂部７と、備えている。

集熱部材３０８は、金属板にプレス加工が施されて得られるものであり、図１０に示すように、長方形板状の接触面３８１と、接触面３８１の対向する長辺それぞれから立設した一対の側壁３８２と、を備えている。接触面３８１は、図１１に示すように、バッテリセル１００の上面１００ａに当接する。

サーミスタ５は、図１０に示すように、素子部５１と、一対のリード部５２と、を備えている。素子部５１は、集熱部材３０８の一対の側壁３８２間に配置され、かつ、接触面３８１及び一対の側壁３８２と間隔をあけて配置されている。

樹脂部７は、集熱部材３０８及びサーミスタ５を保持した保持部７０と、一対の係止アーム７１と、を備えている。一対の係止アーム７１は、バッテリ上面に取り付けられる樹脂製プレート（図１１において、図示は省略している）に係止する。

特開２０１１−１７６３８号公報

上記樹脂製プレートは、バッテリへの取り付け公差等によってセル１００の上面１００ａに対して傾きを生じることがあった。従来の温度センサ３０１は、係止アーム７１の撓み方向の傾きについては係止アーム７１によって吸収できるが、前記撓み方向に対して垂直方向の傾きについては吸収することが困難であった。

したがって、従来の温度センサ３０１においては、上記樹脂製プレートの取り付け公差等によって、図１２に示すように、前記撓み方向に対して垂直方向に傾いた場合、セル１００の上面１００ａに面接触すべき接触面３８１が点接触または線接触することになり、接触面３８１における上面１００ａへの接触面積及び接触箇所が大きく変動して、測温誤差が生じてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、被測温部に傾いて設置されても、傾きに対しての測温性能の変動を小さくすることができる温度センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の温度センサは、サーミスタと、被測温部に接触する接触面を有する金属製の集熱部材と、を備え、前記集熱部材は、少なくとも一つの断面における前記接触面の形状が円弧状であることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも一つの断面における接触面の形状が円弧状であるので、温度センサが前記断面に対して平行方向に傾いて被測温部に設置された場合に、接触面における被測温部への接触面積及び接触箇所が殆ど変らず、傾きに対しての側温性能の変動（測温誤差）を接触面が平坦な従来品よりも小さくすることができる。また、本発明によれば、少なくとも一つの断面における接触面の形状が円弧状であるので、前記断面における接触面の形状が平坦である場合と比較して、前記断面における接触面の端部からサーミスタまでの距離を小さくすることができ（前記断面における接触面の端部をサーミスタに近付けることができ）、そのために、集熱部材からサーミスタに効率良く熱を伝えることができる。よって、測温性能を高めることができる。

本発明の第１の実施形態にかかる温度センサの斜視図である。 図１の温度センサを構成するサーミスタ及び集熱部材の斜視図である。 図１の温度センサの正面図である。 図１の温度センサが被測温部に設置された状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態にかかる温度センサの斜視図である。 図５の温度センサを構成するサーミスタ及び集熱部材の斜視図である。 図５の温度センサの正面図である。 図５の温度センサが被測温部に設置された状態を示す図である。 従来の温度センサの斜視図である。 図９の温度センサを構成するサーミスタ及び集熱部材の斜視図である。 図９の温度センサが被測温部に設置された状態を示す図である。 図９の温度センサが傾いて被測温部に設置された状態を示す図である。

本発明の第１の実施形態にかかる温度センサについて、図１〜４を参照して説明する。

図１，３，４に示す温度センサ１は、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されるバッテリのセル１００の温度検出に用いられるものであり、セル１００の上面（被測温部に相当する）１００ａに設置される。また、図４において図示は省略しているが、バッテリの上面には、温度センサ１をセル１００の上面１００ａに取り付けるための樹脂製プレートが取り付けられている。

図１，３，４中の矢印Ｘは温度センサ１の幅方向であり、矢印Ｙ温度センサ１の高さ方向であり、矢印Ｚは温度センサ１の奥行方向であり、これら矢印Ｘ、矢印Ｙ、矢印Ｚは互いに直交している。

温度センサ１は、サーミスタ５と、サーミスタ５に電気接続された一対の電線６と、集熱部材８と、これらと一体化された樹脂部７と、を備えている。

サーミスタ５は、図２に示すように、素子部５１と、素子部５１から突出した一対のリード部５２と、を備えている。一対のリード部５２は、一対の電線６の芯線と、それぞれ接合されている。また、リード部５２と電線６の芯線との接合箇所は、熱収縮チューブ４で覆われている。

集熱部材８は、金属板にプレス加工が施されて得られるものである。集熱部材８は、図２，４に示すように、矢印Ｚ方向に互いに間隔をあけて対向配置された一対の平板部８２と、これら一対の平板部８２同士を繋いだ曲面部８１と、を有している。

曲面部８１は、セル１００の上面１００ａに接触する（正確には、曲面部８１のうち、後述する保持部７０の底部から露出した部分が上面１００ａに接触し得る部分である。）。以下、曲面部８１を接触面８１と称する。

集熱部材８は、図４に示すように、側面視における接触面８１の形状が円弧状であり、本実施形態では半円形状である。すなわち、集熱部材８は、少なくとも一つの断面（図１，３，４中のＹ−Ｚ断面）における接触面８１の形状が円弧状である。

図２〜４に示すように、サーミスタ５は、素子部５１が一対の平板部８２間に配置され、矢印Ｙ方向に延びた一対のリード部５２の先端側が一対の平板部８２よりも上側に配置されている。また、素子部５１は、絶縁のために接触面（曲面部）８１及び一対の平板部８２と間隔をあけて配置されている。

樹脂部７は、絶縁性の合成樹脂で構成されており、図１に示すように、保持部７０と、一対の係止アーム７１と、一対の把持部７２と、を一体に有している。上記サーミスタ５及び集熱部材８は、インサート成形によって樹脂部７と一体化されている。

保持部７０は、サーミスタ５及び集熱部材８を保持した部位であり、外形がブロック状に形成されている。サーミスタ５の素子部５１は、保持部７０内に埋設されている。保持部７０は、集熱部材８と素子部５１との間（一対の平板部８２間）に隙間なく充填されており、集熱部材８とサーミスタ５とを絶縁している。一対のリード部５２は、保持部７０の上面から突出している。集熱部材８は、一対の平板部８２が保持部７０内に埋設されており、接触面８１の中央部分（一対の平板部８２の対向方向の中央部分）が保持部７０の底部において露出している。

一対の係止アーム７１は、接触面８１をバッテリセル１００の上面１００ａに接触させた状態を維持するための部位であり、本実施形態においては、バッテリ上面に取り付けられる樹脂製プレートに係止する。一対の係止アーム７１は、保持部７０の上面から接触面８１と反対側に延び、接触面８１側に折り返され、その先で接触面８１と反対側に再度折り返されている。一対の係止アーム７１は、図３中の矢印Ｘと平行な矢印Ｋ方向に弾性変形自在である。すなわち、一対の係止アーム７１は、上記少なくとも一つの断面（図１，３，４中のＹ−Ｚ断面）と直交する方向に弾性変形自在である。

一対の把持部７２は、一対の係止アーム７１に連なり、接触面８１と反対側に延びている。一対の把持部７２は、一対の係止アーム７１を上記樹脂製プレート等に係止させる際に把持する部位であり、一対の把持部７２を互いに近付けるように把持することで、一対の係止アーム７１の間隔を狭めることができる。

上記構成の温度センサ１は、接触面８１にて受熱したセル１００の熱が集熱部材８全体に拡がり、この熱が集熱部材８全体から素子部５１に伝わることでセル１００の温度を検出する。この温度センサ１は、図９〜１１に示した従来の温度センサ３０１の集熱部材３０８に改良が加えられたものであり、測温性能が向上しているとともに、傾きに対しての測温性能の変動が小さくなっている。その改良点及び作用効果について以下に説明する。

上記改良点は、接触面８１の形状であり、従来の平坦な接触面３８１が曲面に変更されたことである。すなわち、従来の温度センサ３０１の接触面３８１は、図９に示すとおり平坦であったため、接触面３８１の両端部３８３から素子部５１までの距離Ｄ１（図１１を参照。）が大きかった。これに対し、本実施形態の温度センサ１の接触面８１は、図４に示すとおり素子部５１に沿った曲面となっているので、接触面８１の両端部（接触面８１における平板部８２との境界部）から素子部５１までの距離が従来品のＤ１よりも小さくなっている。このことにより、従来品よりも集熱部材８から素子部５１に効率良く熱を伝えることができ、測温性能が向上している。

また、上記樹脂製プレートは、バッテリへの取り付け公差等によってセル１００の上面１００ａに対して傾きを生じることがあった。従来の温度センサ３０１及び本実施形態の温度センサ１は、係止アーム７１の撓み方向（図３における矢印Ｋ方向）の傾きについては係止アーム７１によって吸収できるが、前記撓み方向に対して垂直方向（図３における紙面に対して面直方向の矢印Ｚ方向）の傾きについては吸収することが困難であった。

従来の温度センサ３０１においては、上記樹脂製プレートの取り付け公差等によって前記撓み方向に対して垂直方向に傾いた場合（図１２を参照。）、接触面３８１が平坦であるがゆえに、セル１００の上面１００ａに面接触すべき接触面３８１が点接触または線接触することになり、接触面３８１における上面１００ａへの接触面積及び接触箇所が大きく変動して、測温誤差が生じてしまうという問題があった。

これに対し、本実施形態の温度センサ１は、接触面８１が曲面となっているので、前記撓み方向に対して垂直方向に傾いた場合でも、接触面８１におけるセル１００への接触面積及び接触箇所が殆ど変らず、傾きに対しての側温性能の変動（測温誤差）を接触面が平坦な従来品よりも小さくすることができる。

本発明の第２の実施形態にかかる温度センサについて、図５〜８を参照して説明する。図５〜８において、前述した第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

図５，７，８に示す温度センサ１０１は、集熱部材１０８及び樹脂部１０７の形状が、前述した第１の実施形態の温度センサ１の集熱部材８及び樹脂部７と異なっており、それ以外は第１の実施形態の温度センサ１と同一形状である。

集熱部材１０８は、金属板に絞り加工が施されて得られるものである。集熱部材１０８は、図６に示すように、半球面１８１と、該半球面１８１の外縁部から延びた円筒部１８２と、を有している。

半球面１８１は、セル１００の上面１００ａに接触する（正確には、半球面１８１のうち、後述する保持部１７０の底部から露出した部分が上面１００ａに接触し得る部分である。）。以下、半球面１８１を接触面１８１と称する。

集熱部材１０８は、円筒部１８２の中心を通る全ての断面における接触面１８１の形状が円弧状であり、本実施形態では略半円である。

図７，８に示すように、サーミスタ５は、素子部５１が集熱部材１０８の内側に配置され、一対のリード部５２の先端側が円筒部１８２よりも上側に配置されている。また、素子部５１は、絶縁のために接触面（曲面部）１８１及び円筒部１８２と間隔をあけて配置されている。

樹脂部１０７は、絶縁性の合成樹脂で構成されており、図５に示すように、保持部１７０と、一対の係止アーム７１と、一対の把持部７２と、を一体に有している。上記サーミスタ５及び集熱部材１０８は、インサート成形によって樹脂部１０７と一体化されている。

保持部１７０は、サーミスタ５及び集熱部材１０８を保持した部位であり、外形が円柱状に形成されている。サーミスタ５の素子部５１は、保持部１７０内に埋設されている。保持部１７０は、集熱部材１０８と素子部５１との間に隙間なく充填されており、集熱部材１０８とサーミスタ５とを絶縁している。一対のリード部５２は、保持部１７０の上面から突出している。集熱部材１０８は、円筒部１８２が保持部１７０内に埋設されており、接触面１８１の外縁部を除くほぼ全域が保持部１７０の底部において露出している。

上記構成の温度センサ１０１は、接触面１８１にて受熱したセル１００の熱が集熱部材１０８全体に拡がり、この熱が集熱部材１０８全体から素子部５１に伝わることでセル１００の温度を検出する。

本実施形態の温度センサ１０１は、接触面１８１が、図７，８に示すとおり素子部５１に沿った半球面となっているので、接触面１８１の形状を平坦にした場合と比較して、接触面１８１の両端部（接触面１８１における円筒部１８２との境界部）から素子５１までの距離を小さくすることができ、集熱部材１０８から素子部５１に効率良く熱を伝えることができる。

また、本実施形態の温度センサ１０１は、素子部５１が集熱部材１０８で囲まれているので、集熱部材１０８から素子部５１に効率良く熱を伝えることができ、第１の実施形態の温度センサ１よりも測温性能が向上している。

さらに、本実施形態の温度センサ１０１は、接触面１８１が半球面となっているので、どの方向に傾いた場合でも、接触面１８１におけるセル１００への接触面積及び接触箇所が殆ど変らず、傾きに対しての側温性能の変動（測温誤差）を接触面が平坦な従来品よりも小さくすることができる。

上述した第１の実施形態の温度センサ１の集熱部材８は、側面視における接触面８１の形状が半円形状（円周を直径によって二分したもの）であったが、集熱部材８における被測温部への接触面は、側面視半円形状に限らず、側面視円弧状（円周の一部）であればよい。

上述した第２の実施形態の温度センサ１０１の集熱部材１０８は、接触面１８１が半球面（球をその中心を通る平面によって二分したものの表面）であったが、集熱部材１０８における被測温部への接触面は、半球面に限らず、球面（球の表面の一部）であってもよい。また、集熱部材１０８における被測温部への接触面は、サーミスタ５の素子部５１の形状に沿った楕円球面であってもよい。

尚、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１，１０１ 温度センサ
５ サーミスタ
８，１０８ 集熱部材
８１，１８１ 接触面

Claims (4)

1. サーミスタと、被測温部に接触する接触面を有する金属製の集熱部材と、を備え、
   前記集熱部材は、少なくとも一つの断面における前記接触面の形状が円弧状である
   ことを特徴とする温度センサ。
2. 前記集熱部材が、互いに間隔をあけて対向配置された一対の平板部と、該一対の平板部同士を繋いだ曲面部と、を有し、
   前記サーミスタが、素子部と、該素子部から突出した複数のリード部と、を有し、
   前記素子部が前記一対の平板部間に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記被測温部に直接的又は間接的に係止する係止アームをさらに備え、
   前記係止アームが、前記少なくとも一つの断面と直交する方向に弾性変形自在である
   ことを特徴とする請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記集熱部材が、半球面と、該半球面の外縁部から延びた円筒部と、を有し、
   前記サーミスタが、素子部と、該素子部から突出した複数のリード部と、を有し、
   前記素子部が前記集熱部材の内側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。

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