JPWO2019111909A1 - 温度測定装置および温度測定機構 - Google Patents
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Abstract
温度測定装置は、感温部の温度を電気的に測定する電気式温度測定器と、感温部に埋設されたエラストマー材料製の伝熱部と、伝熱部の片面を覆うエラストマー材料製の断熱部とを備える。伝熱部の熱伝導率は、断熱部の熱伝導率よりも高い。断熱部には、取付け位置に取り付けるための取付け部が形成されている。
Description
本発明は、温度測定装置および温度測定機構に関する。
特許文献１および２は、自動車に搭載されるバッテリーの温度を測定する技術を開示する。
被検温物の温度を正確かつ迅速に測定することの需要が高まっている。また、例えば、バッテリーのような外部からの電気の流れを避けるべき被検温物については、温度測定において電気の流れを与えないことが重要である。さらに、被検温物に対して、温度測定装置の感温部が大きな接触圧を与えないことが望ましい場合がある。しかし、被検温物と感温部との距離が大きいと、温度を正確かつ迅速に測定するのが難しい。
そこで、本発明は、被検温物の温度を正確かつ迅速に測定することができ、被検温物に電気が流れるおそれを低減することができ、被検温物に与える接触圧が小さい温度測定装置および温度測定機構を提供する。
本発明のある態様に係る温度測定装置は、感温部を有しており、前記感温部の温度を電気的に測定する電気式温度測定器と、前記感温部が埋設されたエラストマー材料製の伝熱部と、前記伝熱部の片面を覆うエラストマー材料製の断熱部とを備え、前記伝熱部の熱伝導率は、前記断熱部の熱伝導率よりも高く、前記断熱部には、取付け位置に取り付けるための取付け部が形成されている。
この態様においては、高い熱伝導率を有する伝熱部により、被検温物から感温部に良好に熱が伝導される一方で、伝熱部の片面を覆う断熱部により、伝熱部の熱が伝導で逃げにくい。したがって、被検温物の温度を正確かつ迅速に測定することが可能である。また、感温部は伝熱部に埋設されているので、被検温物と感温部の電気的接触が避けられる。したがって、例えば、バッテリーのような外部からの電気の流れを避けるべき被検温物に対して、電気式温度測定器から電気が流れるおそれを低減することができる。さらに、断熱部と伝熱部がエラストマー材料から形成されていることにより、伝熱部が被検温物に接触しても、被検温物に対する接触圧は小さい。さらにまた、断熱部が弾性の高いエラストマー材料から形成されていることにより、断熱部に形成された取付け部を取付け位置に取り付けることが容易である。
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る温度測定装置１は、自動車（例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車）に搭載されるバッテリーユニット２のバッテリー（被検温物）３の温度を測定するために使用される。バッテリーユニット２は、バッテリー３と、バッテリー３を収容する金属製のケース４を備える。バッテリー３は、例えば二次バッテリーであり、例えばラミネートタイプのリチウムイオンバッテリーである。以下の説明では、温度測定装置１とバッテリーユニット２の組合せを温度測定機構と呼ぶことがある。
バッテリーユニット２のケース４は、薄い直方体の形状を有する。ケース４の天井板には、温度測定装置１を配置するための取付け穴（取付け位置）４ａが形成されている。取付け穴４ａは、天井板を貫通する円形の穴であって、温度測定装置１により閉塞される。
温度測定装置１は、電気式温度測定器６と、電気式温度測定器６の感温部８を覆う弾性材料部１６とを有する。電気式温度測定器６は、サーミスター式温度計でもよいし、熱電対式温度計でもよいし、測温抵抗体式温度計でもよいし、静電容量式温度計でもよい。
図３に示すように、電気式温度測定器６は、感温部８と、感温部８に接続された複数の配線１２と、配線１２が固定されたテープ状のフレキシブルプリント基板１０とを備え、感温部８の温度を電気的に測定する。感温部８は、サーミスターでもよいし、熱電対でもよいし、測温抵抗体でもよいし、キャパシターでもよい。電気式温度測定器６は、感温部８の温度を電気的に測定するための電気回路（図示せず）を備え、配線１２はこの電気回路に接続されている。この電気回路は、電気式温度測定器６の種類に応じて異なる。フレキシブルプリント基板１０は、例えば、ポリイミド、ポリアミドなどの樹脂材料から形成されている。
図１から図３に示すように、弾性材料部１６は、エラストマー材料製の伝熱部１８と、エラストマー材料製の断熱部２０とを備える。伝熱部１８と断熱部２０の両方は、平面図において円形の輪郭を有しており、互いに同心に配置されている。伝熱部１８は、感温部８のほぼ全体を覆う。すなわち、感温部８は伝熱部１８に埋設されている。断熱部２０は、伝熱部１８の片面を覆うとともに、伝熱部１８の外周を包囲する。断熱部２０は伝熱部１８に直接接合されている。
伝熱部１８および断熱部２０の両方は、好ましくは、電気的絶縁性が高いエラストマー材料から形成されている。好ましい材料の抵抗率は、例えば０．１ＴΩ・ｍ以上である。
伝熱部１８の熱伝導率は、断熱部２０の熱伝導率よりも高い。伝熱部１８の好ましい熱伝導率は、０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
断熱部２０には、取付け部２２が形成されており、取付け部２２をケース４の取付け穴４ａに取り付けることが可能である。断熱部２０の取付け部２２は、円環状であって、円形の伝熱部１８の外周を包囲する。取付け部２２は、断熱部２０の側面に形成された周溝２４を有する。周溝２４には、ケース４の取付け穴４ａの縁部４ｂが嵌め入れられる。
この弾性材料部１６の中央には、伝熱部１８と断熱部２０が重なった重なり部分２６が設けられる。弾性材料部１６の外端には、断熱部２０の取付け部２２が設けられる。重なり部分２６と取付け部２２との間の中間部分２８の厚さは、重なり部分２６の厚さよりも小さい。
この実施形態では、重なり部分２６において、断熱部２０の厚さが小さくされており、重なり部分２６が軽量化および小型化されている。但し、重なり部分２６において、断熱部２０の厚さを大きくして、断熱性を高めてもよい。
断熱部２０と伝熱部１８には、フレキシブルプリント基板１０の端部１０ａが埋設されている。フレキシブルプリント基板１０上の配線１２の端部も断熱部２０と伝熱部１８に埋設されている。
この実施形態では、感温部８は、配線１２の端部とともにフレキシブルプリント基板１０の端部１０ａの片面に固定されており、端部１０ａの他の面は伝熱部１８の底部から露出している。但し、端部１０ａの全体が伝熱部１８に埋設されていてもよい。また、感温部８をフレキシブルプリント基板１０には固定せず、感温部８全体が伝熱部１８で覆われていてもよい。
上記のように、この実施形態に係る温度測定装置１においては、エラストマー材料製の伝熱部１８が電気式温度測定器６の感温部８の全体を覆い、エラストマー材料製の断熱部２０が伝熱部１８の片面を覆う。高い熱伝導率を有する伝熱部１８により、バッテリー（被検温物）３から感温部８に良好に熱が伝導される一方で、伝熱部１８の片面を覆う断熱部２０により、伝熱部１８の熱が伝導で逃げにくい。したがって、被検温物の温度を正確かつ迅速に測定することが可能である。
また、感温部８は伝熱部１８に埋設され、感温部８と被検温物との間には、フレキシブルプリント基板１０の端部１０ａが介在するので、被検温物と感温部８の電気的接触が避けられる。したがって、例えば、バッテリー３のような外部からの電気の流れを避けるべき被検温物に対して、電気式温度測定器６から電気が流れるおそれを低減することができる。
さらに、断熱部２０と伝熱部１８がエラストマー材料から形成されていることにより、伝熱部１８が被検温物に接触しても、被検温物に対する接触圧は小さい。ラミネートタイプのリチウムイオンバッテリーは、薄い部品から構成されており、部品の損傷または性能低下を回避するために、大きな力を与えないことが望ましい。しかし、被検温物の損傷または性能低下を避けるために、電気式温度測定器６を被検温物から離間させたのでは、被検温物の温度を正確かつ迅速に測定するのが難しい。この実施形態では、伝熱部１８が被検温物に接触しても、被検温物に対する接触圧が小さいので、伝熱部１８が被検温物に接触した状態で、被検温物の温度を正確かつ迅速に測定することができる。
さらにまた、断熱部２０が弾性の高いエラストマー材料から形成されていることにより、断熱部２０に形成された取付け部２２を取付け穴４ａに取り付けることが容易である。
また、この実施形態では、断熱部２０が伝熱部１８の外周を包囲するので、伝熱部１８の熱がさらに伝導で逃げにくい。また、取付け部２２ひいては取付け穴４ａは、断熱部２０の全周にわたって設けられるので、取付け部２２と取付け穴４ａとの間の隙間を周方向全体にわたって、なくすことができ、伝熱部１８の熱が伝達または放射によって逃げにくい。
この実施形態では、断熱部２０の高い弾性を利用して、取付け部２２の周溝２４を取付け穴４ａの縁部４ｂに容易に取り付けることができる。また、この取付け構造では、この取付け構造では、縁部４ｂが周溝２４に嵌め入れられることにより、取付け部２２と取付け穴４ａとの間の隙間をなくすことができ、伝熱部１８の熱がさらに伝達または放射によって逃げにくい。
この実施形態では、伝熱部１８と断熱部２０が重なった重なり部分２６と取付け部２２との間の中間部分２８の厚さが、重なり部分２６の厚さよりも小さい。したがって、中間部分２８の柔軟性が高いので、伝熱部１８が被検温物に接触しても、被検温物に対する接触圧を低減することができる。
この実施形態では、配線１２の端部とフレキシブルプリント基板１０の端部１０ａが断熱部２０と伝熱部１８に埋設されている。したがって、電気式温度測定器６の製造において、感温部８を容易に伝熱部１８に埋設することができる。
この実施形態に係る温度測定機構によれば、感温部８が埋設された伝熱部１８または感温部１８が固定されたフレキシブルプリント基板１０の端部１０ａが被検温物に直接接触させられるので、被検温物の温度を正確かつ迅速に測定することが可能である。
この実施形態に係る温度測定装置１の温度測定性能を調べるための実験を行った。また、比較例に係る温度測定装置の温度測定性能を調べるための実験を行った。
図４は、比較例に係る温度測定装置を示す。この温度測定装置は、棒状のサーミスター３８と、サーミスター３８を支持するワイヤーハーネス４０とを備える。ワイヤーハーネス４０の内部には、サーミスター３８に接続される複数の配線が配置されている。これらの配線は、サーミスター３８の温度を電気的に測定するための電気回路（図示せず）に接続されている。サーミスター３８は、ラミネートタイプのリチウムイオンバッテリー３を収容するケース３０の開口部３０ａを通じて、ケース３０の内部に挿入された。但し、バッテリー３の損傷または性能低下を避けるために、サーミスター３８とバッテリー３の間には、間隔が設けられた。間隔は２０ｍｍであった。ケース３０の材料と厚さは、実施形態のケース４のそれらと同じである。
一方、実施形態に係る温度測定装置１では、感温部８はチップ型のサーミスターであった。伝熱部１８は、熱伝導性シリコーンゴムで形成し、断熱部２０は、断熱性シリコーンゴムで形成した。伝熱部１８の熱伝導率は、０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、断熱部２０の熱伝導率は、０．１５９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。伝熱部１８と断熱部２０の抵抗率は、０．１ＴΩ・ｍであった。感温部８とバッテリー３との間には、フレキシブルプリント基板１０の端部１０ａが介在させられた（感温部８とバッテリー３との間隔は、フレキシブルプリント基板１０の厚さであった）。
実験結果を図５に示す。図５において、線Ｌ１は実際の温度を示す。実際の温度は、バッテリー３に接触させた熱電対で測定した。この時、アルミホイルで熱電対を覆い、外気の影響を受けないようにした。線Ｌ２は実施形態に係る温度測定装置１によるバッテリー３の温度測定結果を示す。線Ｌ３は比較例に係る温度測定装置によるバッテリー３の温度測定結果を示す。実施形態によれば、測定された温度の定常状態において、実際の温度との差は２℃程度であり、実際の温度変化に対する測定の遅れは３０秒程度であった。
一方、比較例によれば、測定された温度の定常状態において、実際の温度との差は１０℃程度であり、実際の温度変化に対する測定の遅れは１０分程度であった。実施形態に係る温度測定装置１は、バッテリー３の温度を正確かつ迅速に測定することができるのに対して、比較例に係る温度測定装置では、温度の測定性能が実施形態よりも劣ることが確認された。これは、比較例に係る温度測定装置では、サーミスター３８はバッテリー３に直接接触せず周辺部の温度を測定しており、ケース３０の開口部３０ａから熱が伝達および放射によって逃げたことによると考えられる。
他の変形例
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
例えば、本発明の用途は、ラミネートタイプのリチウムイオンバッテリーの温度測定に限定されないし、自動車のバッテリーの温度測定にも限定されない。
また、温度測定装置１を配置する位置は、天井板に限られない。例えば、ケース４の底板に取付け穴を形成して、その取付け穴に弾性材料部１６を取り付けてもよい。
本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。
条項１． 感温部を有しており、前記感温部の温度を電気的に測定する電気式温度測定器と、
前記感温部に埋設されたエラストマー材料製の伝熱部と、
前記伝熱部の片面を覆うエラストマー材料製の断熱部とを備え、
前記伝熱部の熱伝導率は、前記断熱部の熱伝導率よりも高く、
前記断熱部には、取付け位置に取り付けるための取付け部が形成されている
ことを特徴とする温度測定装置。
前記感温部に埋設されたエラストマー材料製の伝熱部と、
前記伝熱部の片面を覆うエラストマー材料製の断熱部とを備え、
前記伝熱部の熱伝導率は、前記断熱部の熱伝導率よりも高く、
前記断熱部には、取付け位置に取り付けるための取付け部が形成されている
ことを特徴とする温度測定装置。
条項２． 前記断熱部の前記取付け部は、前記伝熱部の外周を包囲する
ことを特徴とする条項１に記載の温度測定装置。
ことを特徴とする条項１に記載の温度測定装置。
この場合には、断熱部が伝熱部の外周を包囲するので、伝熱部の熱がさらに伝導で逃げにくい。また、取付け部ひいては取付け位置は、断熱部の全周にわたって設けられるので、取付け部と取付け位置との間の隙間を周方向全体にわたって、なくすことができ、伝熱部の熱が伝達または放射によって逃げにくい。
条項３． 前記断熱部の前記取付け部は、前記断熱部の側面に形成された周溝を有する
ことを特徴とする条項２に記載の温度測定装置。
ことを特徴とする条項２に記載の温度測定装置。
この場合には、断熱部の高い弾性を利用して、取付け部の周溝を取付け位置に容易に取り付けることができる。また、この取付け構造では、嵌め合わせによって、取付け部と取付け位置との間の隙間をなくすことができ、伝熱部の熱がさらに伝達または放射によって逃げにくい。
条項４． 前記伝熱部と前記断熱部が重なった重なり部分と、前記取付け部との間の中間部分の厚さが、前記重なり部分の厚さよりも小さい
ことを特徴とする条項１から３のいずれか１項に記載の温度測定装置。
ことを特徴とする条項１から３のいずれか１項に記載の温度測定装置。
この場合には、中間部分の柔軟性が高いので、伝熱部が被検温物に接触しても、被検温物に対する接触圧を低減することができる。
条項５． 前記電気式温度測定器は、前記感温部に接続された配線と、前記配線が固定されたフレキシブルプリント基板とを備え、
前記配線の端部と前記フレキシブルプリント基板の端部が前記断熱部と前記伝熱部に埋設されている
ことを特徴とする条項１から４のいずれか１項に記載の温度測定装置。
前記配線の端部と前記フレキシブルプリント基板の端部が前記断熱部と前記伝熱部に埋設されている
ことを特徴とする条項１から４のいずれか１項に記載の温度測定装置。
この場合には、電気式温度測定器の製造において、感温部を容易に伝熱部に埋設することができる。
条項６． 条項１から５のいずれか１項に記載の温度測定装置と、
前記取付け部が取り付けられたケースと、
前記ケース内に配置されて、前記伝熱部が直接接触させられた被検温物とを備える
ことを特徴とする温度測定機構。
前記取付け部が取り付けられたケースと、
前記ケース内に配置されて、前記伝熱部が直接接触させられた被検温物とを備える
ことを特徴とする温度測定機構。
この温度測定機構によれば、感温部が埋設された伝熱部が被検温物に直接接触させられるので、被検温物の温度を正確かつ迅速に測定することが可能である。
１ 温度測定装置
２ バッテリーユニット
３ バッテリー（被検温物）
４ ケース
４ａ 取付け穴（取付け位置）
４ｂ 縁部
６ 電気式温度測定器
８ 感温部
１０ フレキシブルプリント基板
１０ａ 端部
１２ 配線
１６ 弾性材料部
１８ 伝熱部
２０ 断熱部
２２ 取付け部
２４ 周溝
２６ 重なり部分
２８ 中間部分
２ バッテリーユニット
３ バッテリー（被検温物）
４ ケース
４ａ 取付け穴（取付け位置）
４ｂ 縁部
６ 電気式温度測定器
８ 感温部
１０ フレキシブルプリント基板
１０ａ 端部
１２ 配線
１６ 弾性材料部
１８ 伝熱部
２０ 断熱部
２２ 取付け部
２４ 周溝
２６ 重なり部分
２８ 中間部分
この実施形態では、断熱部２０の高い弾性を利用して、取付け部２２の周溝２４を取付け穴４ａの縁部４ｂに容易に取り付けることができる。また、この取付け構造では、縁部４ｂが周溝２４に嵌め入れられることにより、取付け部２２と取付け穴４ａとの間の隙間をなくすことができ、伝熱部１８の熱がさらに伝達または放射によって逃げにくい。
条項１． 感温部を有しており、前記感温部の温度を電気的に測定する電気式温度測定器と、
前記感温部が埋設されたエラストマー材料製の伝熱部と、
前記伝熱部の片面を覆うエラストマー材料製の断熱部とを備え、
前記伝熱部の熱伝導率は、前記断熱部の熱伝導率よりも高く、
前記断熱部には、取付け位置に取り付けるための取付け部が形成されている
ことを特徴とする温度測定装置。
前記感温部が埋設されたエラストマー材料製の伝熱部と、
前記伝熱部の片面を覆うエラストマー材料製の断熱部とを備え、
前記伝熱部の熱伝導率は、前記断熱部の熱伝導率よりも高く、
前記断熱部には、取付け位置に取り付けるための取付け部が形成されている
ことを特徴とする温度測定装置。
Claims (6)
- 感温部を有しており、前記感温部の温度を電気的に測定する電気式温度測定器と、
前記感温部に埋設されたエラストマー材料製の伝熱部と、
前記伝熱部の片面を覆うエラストマー材料製の断熱部とを備え、
前記伝熱部の熱伝導率は、前記断熱部の熱伝導率よりも高く、
前記断熱部には、取付け位置に取り付けるための取付け部が形成されている
ことを特徴とする温度測定装置。 - 前記断熱部の前記取付け部は、前記伝熱部の外周を包囲する
ことを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。 - 前記断熱部の前記取付け部は、前記断熱部の側面に形成された周溝を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の温度測定装置。 - 前記伝熱部と前記断熱部が重なった重なり部分と、前記取付け部との間の中間部分の厚さが、前記重なり部分の厚さよりも小さい
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の温度測定装置。 - 前記電気式温度測定器は、前記感温部に接続された配線と、前記配線が固定されたフレキシブルプリント基板とを備え、
前記配線の端部と前記フレキシブルプリント基板の端部が前記断熱部と前記伝熱部に埋設されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の温度測定装置。 - 請求項１から５のいずれか１項に記載の温度測定装置と、
前記取付け部が取り付けられたケースと、
前記ケース内に配置されて、前記伝熱部が直接接触させられた被検温物とを備える
ことを特徴とする温度測定機構。
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