特許 6972298 空間の温度分布を検出するセンサおよびセンサユニットの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6972298

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】空間の温度分布を検出するセンサおよびセンサユニットの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 1/14 20210101AFI20211111BHJP

   G01K 7/18 20060101ALI20211111BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20211111BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20211111BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   G01K1/14 E

   G01K7/18 Z

   G01K1/14 L

   H01M10/48 301

   H01M8/0432

   H01M8/04 N

【請求項の数】15

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2020-503997(P2020-503997)

(86)(22)【出願日】2018年3月20日

(65)【公表番号】特表2020-528555(P2020-528555A)

(43)【公表日】2020年9月24日

(86)【国際出願番号】EP2018056961

(87)【国際公開番号】WO2019020220

(87)【国際公開日】20190131

【審査請求日】2020年1月24日

(31)【優先権主張番号】17182978.1

(32)【優先日】2017年7月25日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】516284998

【氏名又は名称】ヘレウス ネクセンソス ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｒａｅｕｓ Ｎｅｘｅｎｓｏｓ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】カールハインツ ヴィーナント

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン ディートマン

(72)【発明者】

【氏名】カイ−ウルリヒ ボルト

(72)【発明者】

【氏名】ディーター トイシュ

(72)【発明者】

【氏名】マーティン ブライフス

(72)【発明者】

【氏名】ウーヴェ ヘルマン

(72)【発明者】

【氏名】マティアス ムツィオール

【審査官】 平野 真樹

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５１２０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０５８２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０９３５７２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｋ １／１４，７／００−７／４２

Ｈ０１Ｍ ８／０４，８／０４３２，１０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空間の温度分布を検出するセンサユニットであって、前記センサユニットは、
第１表面と、少なくとも部分的に前記第１表面の反対側にある第２表面と、を備えかつ少なくとも部分的にフレキシブルに構成されている少なくとも１つの基板（３、３’’）と、
少なくとも１つの測定体（１５’’’）に前記センサユニットを取り付けるために、前記第１表面にかつ／または前記第２表面に少なくとも部分的に配置されている少なくとも１つの接着剤と、
前記基板（３、３’’）の前記第２表面に配置されている少なくとも１つのセンサフィールドと、
を有し、
前記センサフィールドは、温度を検出するようにそれぞれ適合されておりかつ前記基板（３、３’’）の前記第２表面の異なる位置に配置されている少なくとも２つのセンサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）を有し、
前記センサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）は、少なくとも部分的に、前記第１表面にかつ／または前記第２表面に配置されている共通の中央の導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）から構成されている、
センサユニット。

【請求項2】

前記第２表面の少なくとも１つのセンサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）は、前記第２表面の少なくとも１つの導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）により、電気的に接触接続されている、
請求項１記載のセンサユニット。

【請求項3】

前記第２表面の少なくとも１つのセンサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）は、前記第１表面の少なくとも１つの導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）により、電気的に接触接続されており、
前記基板（３、３’’）を貫通する少なくとも１つのビア点により、前記第２表面の前記センサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）と前記第１表面の前記導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）とを電気接続する、
請求項２記載のセンサユニット。

【請求項4】

前記センサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）は、抵抗素子を有する、
請求項３記載のセンサユニット。

【請求項5】

少なくとも２つの導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）は、少なくとも部分的に交差し、
２つの前記導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）が交差する領域において、少なくとも１つの絶縁層（８）が、２つの前記導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）間に配置されている、
請求項３または４記載のセンサユニット。

【請求項6】

前記導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）は、前記センサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）に接触接続するために銀材料および／または銅材料を含む、それぞれ少なくとも１つの接続手段を有する、
請求項３から５までのいずれか１項記載のセンサユニット。

【請求項7】

前記基板（３、３’’）は、フレキシブルシートを有する、
請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサユニット。

【請求項8】

前記接着剤は、少なくとも１つの接着フィルム（１１ａ、１１ａ’’、１１ｂ、１１ｎ’’）を有する、
請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサユニット。

【請求項9】

前記センサユニットは、前記基板（３、３’’）の前記第２表面に少なくとも部分的に配置される、少なくとも１つの一体型または複数構成型に構成された段差解消シート（１７’’’’、１７ａ’’’’’、１７ｎ’’’’’）を有する、
請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサユニット。

【請求項10】

前記センサユニットは、前記基板（３、３’’）の前記第２表面において、前記段差解消シート（１７’’’’、１７ａ’’’’’、１７ｎ’’’’’）の切欠き領域に少なくとも部分的に配置されている少なくとも１つのカバーシート（１９’’’’’）を有する、
および／または、
前記センサユニットは、前記基板（３、３’’）の前記第２表面において、前記段差解消シート（１７’’’’、１７ａ’’’’’、１７ｎ’’’’’）の切欠き領域に少なくとも部分的に配置されている、少なくとも１つの注型材料（２１’’’’’）を有する、
請求項９記載のセンサユニット。

【請求項11】

測定体（１５’’’）において、空間の温度分布を検出するための、請求項１から１０までのいずれか１項の記載のセンサユニット（１、１’、１’’、１’’’）の使用方法。

【請求項12】

ガルバニ電池に配置された、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサユニット（１、１’、１’’、１’’’）を少なくとも１つ有するガルバニ電池。

【請求項13】

空間の温度分布を検出するセンサユニットの製造方法であって、以下のステップ、すなわち、
第１表面と、少なくとも部分的に前記第１表面の反対側にある第２表面と、を備えかつ少なくとも部分的にフレキシブルに構成されている少なくとも１つの基板（３、３’’）を準備するステップ（１０１０）と、
少なくとも１つの測定体（１５’’’）に前記センサユニットを取り付けるために、前記基板（３、３’’）の前記第１表面にかつ／または前記第２表面に少なくとも部分的に少なくとも１つの接着剤を配置するステップ（１０２０）と、
前記基板（３、３’’）の前記第２表面に少なくとも１つのセンサフィールドを配置するステップ（１０３０）と、
を有し、
前記センサフィールドは、温度を検出するようにそれぞれ適合されておりかつ前記基板（３、３’’）の前記第２表面の異なる位置に配置されている少なくとも２つのセンサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）を有し、
前記センサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）は、少なくとも部分的に、前記第１表面にかつ／または前記第２表面に配置されている共通の中央の導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）から構成されている、
方法。

【請求項14】

少なくとも１つのセンサフィールドを配置する前記ステップ（１０３０）は、
スクリーン印刷、彫刻印刷、パッド印刷を用いて、かつ／または、金、銀、白金から成る金属粒子および／または銀・パラジウム合金を含むインクをベースとしたインクジェット印刷を用いて、前記センサフィールドを配置すること、および／または、
前記第２表面への金属層の蒸着および／または前記金属層のレーザアブレーションを用いて前記センサフィールドを配置すること、および／または、
金属を含むエアロゾルのデポジットによるエアロゾルデポジット法を用いて前記センサフィールドを配置すること、
を有する、
請求項１３記載の方法。

【請求項15】

少なくとも１つのセンサフィールドの前記配置のステップ（１０３０）は、
前記センサフィールドに含まれている少なくとも２つのセンサ素子（５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’）のうちの少なくとも１つの電気的な接触接続のために、少なくとも１つの導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）を配置すること、および／または、
前記導体路（７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’）に少なくとも１つの接続手段を配置すること、
を有する、
請求項１３または１４記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空間の温度分布を検出するセンサユニットに関する。さらに、本発明は、センサユニットの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術では、個々のガルバニ電池において、またはセル積層体のガルバニ電池において、例えば燃料電池において、またはエネルギ蓄積器の、例えばバッテリのセルにおいて、セル温度を監視するために、上位概念記載の、温度測定のためのセンサユニットが使用される。急速な温度上昇は、セルにおける化学プロセスに影響を与え、これにより、最初にセルの効率が下がってしまうことがある。セルが長時間継続して過熱すると、セルに損傷が生じることがあり、この損傷は、セルの完全な破壊に結び付いてしまうことがある。セル積層体におけるセルのそれぞれの使用に依存して、セル積層体の１つのセルにかつ／または複数のセルに、温度監視のための複数のセンサ素子を配置可能である。

【0003】

これについて、例えば、米国特許出願公開第２０１３／０２３０７５５号明細書には、セル積層体におけるセル間に配置することができかつ端部に温度センサを接続可能なフレキシブル線路が記載されている。

【0004】

セル温度を検出する別の温度センサユニットは、米国特許出願公開第２０１３／０００４８１１号明細書に記載されている。この温度センサユニットは、バッテリセルのケーシングに接続可能な端子を備えた抵抗温度計が配置されたフレキシブル基板を有する。

【0005】

しかしながら従来技術から公知の温度センサユニットは、極めて複雑でありかつスペースを要する構造を有する。また公知の温度センサユニットによって可能になるのは、多くの場合、セル／セル積層体の特定の位置における温度値の検出だけである。さらに、公知の温度センサユニットは、困難を伴わなければ、セル／セル積層体に配置できないことが多い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって本発明の課題は、改善された温度センサユニットと、改善された温度センサユニットの製造方法と、を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この課題は、本発明により、請求項１が対象とする温度センサユニットによって解決される。

【0008】

空間の温度分布を検出する本発明によるセンサユニットは、このために以下を有する。すなわち、
第１表面と、少なくとも部分的に第１表面の反対側にある第２表面と、を備えかつ少なくとも部分的にフレキシブルに構成されている少なくとも１つの基板と、
少なくとも１つの測定体にセンサユニットを取り付けるために、第１表面にかつ／または第２表面に少なくとも部分的に配置されている少なくとも１つの接着剤と、
基板の第２表面に配置されている少なくとも１つのセンサフィールドと、
を有する。

【0009】

本発明の関連において、「空間的な温度分布」という用語は、１つまたは複数の測定体に沿った少なくとも２つの位置における少なくとも２つの温度値の検出を示すために使用可能である。温度値の検出は、同時または順次に行うことが可能である。「異なる位置」という用語は、例えば「異なる領域」または「異なる箇所」のような用語と交換可能に使用可能である。

【0010】

少なくとも部分的にフレキシブルに構成されている基板とは、力の作用下で少なくとも特定の領域において実質的に破壊することなくその形状を変更し得る基板のことであると理解することができる。実施形態に応じて、作用する力がなくなると、基板は、元の形状に戻るか、または変化させられた形状に止まる。また、使用される実施形態に応じて、基板のすべての領域または特定の領域だけをフレキシブルに構成し、これによりこの基板を測定体の幾何学形状に適合させることも可能である。

【0011】

一般に、複数の異なる測定体において温度を測定するために、本発明によるセンサユニットを配置可能である。測定体は、使用に応じて、バッテリセル、燃料電池、または例えばモータのような熱を発する別の物体でも、センサにおける加熱素子、または例えば電子たばこまたはエアロゾル蒸発器における加熱装置のような加熱装置であってよい。

【0012】

少なくとも１つの測定体にセンサユニットを容易に取り付けるために、本発明では、基板の第１表面にかつ／または第２表面に少なくとも部分的に接着剤を配置する。

【0013】

接着剤としては、基板と測定体との機械的な結合を生じさせる任意の手段のことであると理解可能である。例えば、接着剤として接着フィルムを使用可能である。択一的または付加的には、最初のうちは液状で基板の第１および／または第２表面に被着され、次に測定体に接合される接着剤を使用することも可能である。

【0014】

温度分布を測定するため、センサユニットは、基板の第２表面に配置されているセンサフィールドを有する。センサフィールドは、センサ素子と、電気線路と、選択的には絶縁層とを含んでいてよい。センサ素子は、互いに依存せずに測定体の異なる位置に配置可能である。択一的または付加的には、センサフィールドは、１つまたは複数の測定体に沿った少なくとも２つの位置において少なくとも２つの温度値を特定するように適合化された、つながった構造を有するセンサ素子を含んでいてもよい。

【0015】

センサユニットは、付加的に、センサ素子と、電気線路と、選択的には絶縁層とを含むことができかつ基板の第１表面に配置されている第２センサフィールドを有していてよい。

【0016】

さらに有利には、本発明によるセンサユニットを使用することにより、個別センサユニットそれ自体を使用するのに比べてコスト的な利点が得られる。というのは、個別センサユニットは、個別に位置決めし、接触接続させなければならないからである。

【0017】

本発明により、はじめて可能になったのは、簡単かつスペースを節約し、複雑な測定体における種々異なる位置において温度値を並行して検出できるようにする統合化可能なセンサユニットを提供することである。

【0018】

一実施例において、センサフィールドは、温度を検出するようにそれぞれ適合化されておりかつ基板の第２表面の異なる位置に配置されている少なくとも２つのセンサ素子を有する。

【0019】

２つのセンサ素子は、少なくとも部分的に互いに接続可能であり、例えば、センサ素子は共通のアースを有していてよい。択一的には、センサ素子は、互いに依存せずに接触接続されていてよい。センサフィールドは、計画されている使用分野には依存して、２つのセンサ素子だけではなく、より多くのセンサ素子を有していてもよい。

【0020】

有利には、センサフィールドに複数のセンサ素子を使用することにより、測定体の異なる位置において温度値を検出可能である。

【0021】

一実施例では、第２表面の少なくとも１つのセンサ素子は、第２表面の少なくとも１つの導体路により、電気的に接触接続されており、かつ／または、第２表面の少なくとも１つのセンサ素子は、第１表面の少なくとも１つの導体路により、電気的に接触接続されており、基板を貫通する少なくとも１つのビア点により、第２表面のセンサ素子と、第１表面の導体路とを電気接続する。

【0022】

センサ素子の電気的な接触接続は、センサ素子も配置されている、基板の同じ側に、センサ素子を接触接続させるためのそれぞれの導体路も配置されているように行うことが可能である。これとは択一的にまたは付加的に、基板の反対側の第１表面にも導体路を配置することができ、ビア点を用いて、この導体路を第２表面のセンサ素子の端子に電気的に接触接続させることができる。この関連において「ビア点」という用語は、そこ以外では導電性でない基板の材料を貫通して、基板の第１表面から、基板の第２表面まで延在しかつ第１表面の導体路と、第２表面の導体路との間で電気接続を形成する導電性の領域のことであると理解可能である。

【0023】

有利には、基板の第１表面に少なくとも部分的に導体路を配置することにより、スペース節約して基板にセンサ素子を配置することができる。このような配置構成により、作製されるセンサユニットをコンパクトに構成することが可能である。

【0024】

別の一実施例において、センサ素子は、少なくとも部分的に、第１表面にかつ／または第２表面に配置されている共通の中央の導体路から構成可能である。

【0025】

例えば、アース端子を共通の導体路として構成可能であり、これにより、コンパクトでありかつ材料を節約する構造を得ることができる。

【0026】

別の一実施例において、センサ素子は、抵抗素子を有し、特に白金である導電性材料から成る特にメアンダ状の抵抗線を有する。

【0027】

有利には、基板にメアンダ状の抵抗線を配置することにより、コンパクトでありかつ材料を節約する構造に有効な極めて薄いセンサ素子を形成可能である。

【0028】

一実施例において、抵抗素子は、第２表面に印刷されておりかつ／または蒸着されている。

【0029】

特に有利には、基板に抵抗素子を直接、印刷することにより、対応して製造される個数の少ないセンサユニットも、生産手段のコストのかかる変更を行うことなく、コスト的に有利に製造可能である。抵抗素子を印刷しようとする場合、センサユニットの全体設計プロセスをデジタルで行うことも可能であり、これにより、企画からプロトタイプまでの時間を格段に短くすることが可能である。

【0030】

別の一実施例においてセンサ素子は、フリップチップを有する。フリップチップとして構成されている温度センサは、例えば、独国特許出願公開第１０２０１１１０３８２８号明細書に記載されている。フリップチップは、コンタクトフィールドに固定される、導体路間のブリッジを形成し、センサフィールドに、例えば温度センサを簡単に取り付けることができる。

【0031】

センサフィールドの導体路は、導電性材料、例えば、金属、導電性金属酸化物、導電性粒子が充填されたポリマまたは本質的に導電性であるポリマを含んでいてよい。

【0032】

一実施例において、少なくとも２つの導体路は、少なくとも部分的に交差し、２つの導体路が交差している領域において、少なくとも１つの絶縁層が、２つの導体路の間に配置されている。

【0033】

絶縁層は、短絡を回避するために、例えば、絶縁性材料、例えば絶縁性の金属酸化物またはポリマ、特にポリイミドを含んでいてよい。

【0034】

さらに別の一実施例において、導体路は、センサ素子に接触接続するために銀材料および／または銅材料を含む、それぞれ少なくとも１つの接続手段、特に少なくとも１つの接続パッドを有する。

【0035】

有利には、センサユニットと、評価手段、例えばコントローラとを接続するために、接続パッドに接続手段、例えば銅心線をはんだ付けすることが可能である。

【0036】

別の一実施例において、基板は、フレキシブルシート、特にポリイミドシートを有する。

【0037】

有利には、フレキシブルシートにより、電子構造の振動を減衰させ、金属製のリード線における裂けおよび接触接続箇所における接続部の破壊を阻止する。さらに有利には、センサユニットは、フレキシブルシートによって変形可能であり、センサユニットの表面に適合させることができる。

【0038】

一実施例において、接着剤は、少なくとも１つの接着フィルムを有する。

【0039】

有利には、接着フィルムにより、簡単かつコスト的に有利に、測定体の表面にセンサユニットを固定可能である。接着フィルムは、第１および／または第２表面全体にわたって延在するか、または第１および／または第２表面の部分領域だけにわたって延在してよい。

【0040】

別の一実施例では、フリップチップとして構成されている温度センサが、基板の第２表面に固定されている。フリップチップの、基板とは反対側を向いた面は、接着フィルムを介して測定体に直接、接続されている。

【0041】

接着フィルムは、粘着性材料を有していてよく、例えば、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリウレタン、シリコーンまたエポキシなどのポリマを有していてよい。センサユニットを測定体に固定するために、ポリイミドテープをベースとする両面接着フィルム、特に高耐熱性接着フィルムを使用することも可能である。

【0042】

別の一実施例においてセンサユニットは、基板の第２表面に少なくとも部分的に配置される、少なくとも１つの一体型または複数構成型に構成された段差解消シートを有し、特に、ポリマ、導体プレート材料、特にフェルール紙またはグラス繊維強化エポキシを含む段差解消シートを有する。

【0043】

段差解消シートの厚さは、少なくとも、基板に固定されかつ選択的には接着層を備えたセンサ素子の高さに対応してよい。段差解消シートの厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ〜１ｍｍである。さらに、段差解消シートは、センサ素子を少なくとも部分的に包囲するために、切欠き部を有していてよい。段差解消シートは、一体型または複数構成型に構成されていてよい。

【0044】

例えば、切欠き部がセンサ素子を少なくとも部分的に包囲するように、基板において段差解消シートを位置決めすることができる。段差解消シートは、接着またはホットプレスにより、基板と接合可能である。段差解消シートを複数構成型で構成することの利点は、センサユニットのフレキシビリティが保たれることである。

【0045】

センサユニットに段差解消シートを被着することにより、有利に達成可能であるのは、センサユニットを容易に取り扱えるようにすることである。例えば、センサユニットと、測定体とを接続する際に、特に、測定体の幅の狭いスリットにセンサユニットを挿入する間に、センサ素子は、機械的な損傷から保護される。この実施形態の別の利点は、差し込みの際にセンサユニットと、測定体とが引っかかってしまうことが阻止されることである。

【0046】

さらに、上で挙げた実施例においてセンサユニットは、
基板の第２表面において、段差解消シートの切欠き領域に少なくとも部分的に配置されており、特にセンサフィールドに配置されている少なくとも１つのカバーシート、および／または
基板の第２表面において、段差解消シートの切欠き領域に少なくとも部分的に配置されており、特にセンサフィールドに配置されている、少なくとも１つの注型材料、特にケイ素化合物を有する。

【0047】

カバーシートも一体型または複数構成型に構成可能であり、少なくとも部分的に段差解消シートおよびセンサ素子をカバーしてよい。これにより、有利には、接触接続領域への水分の侵入を阻止することができる。カバーシートも、接着シートとして構成可能である。択一的または付加的には、水分の侵入を阻止するために、段差解消シートの少なくとも１つの切欠き部において、注型材料により、特にケイ素化合物により、少なくとも１つのセンサ素子をカバーすることが可能である。この際に特に有利であるのは、ケイ素化合物が、良好な熱伝導率を有する場合である。

【0048】

本発明では、測定体において、特にバッテリまたは燃料電池の異なるセルにおいて、空間の温度分布を検出するための、本発明によるセンサユニットの使用も提案される。

【0049】

本発明により、ガルバニ電池に配置された、本発明による少なくとも１つのセンサユニットを有するガルバニ電池、特にバッテリセルまたは燃料電池も提案される。

【0050】

さらに、本発明により、空間の温度分布を検出するセンサユニットの製造方法が提案され、この方法は、以下のステップ、すなわち、
第１表面と、少なくとも部分的にこの第１表面の反対側にある第２表面と、を備えかつ少なくとも部分的にフレキシブルに構成されている少なくとも１つの基板を準備するステップと、
少なくとも１つの測定体にセンサユニットを取り付けるために、基板の第１表面にかつ／または第２表面に少なくとも部分的に少なくとも１つの接着剤を配置するステップと、
基板の第２表面に少なくとも１つのセンサフィールドを配置するステップと、
を有する。

【0051】

一実施例において、少なくとも１つのセンサフィールドを配置するステップは、
スクリーン印刷、彫刻印刷、パッド印刷を用いて、かつ／または、金、銀、白金から成る金属粒子および／または銀・パラジウム合金を含むインクをベースとしたインクジェット印刷を用いて、センサフィールドを配置すること、および／または
第２表面への金属層の蒸着および／または金属層のレーザアブレーションを用いてセンサフィールドを配置すること、および／または
金属、特に貴金属を含むエアロゾルのデポジットによるエアロゾルデポジット法を用いてセンサフィールドを配置すること、を有する。

【0052】

例えば、インクジェットを用いたセンサフィールドの印刷用には、金属粒子、特にナノ金属粒子をベースとするインクジェットインクを使用可能である。金ナノ粒子の製造は、例えば、独国特許出願公開第１０２０１３０１６２８０号明細書から公知であり、導電性の耐酸化構造を形成するのに特に適している。

【0053】

センサフィールド内において、このセンサフィールドを含むセンサ素子は、異なる材料から成る電気線路および絶縁層を有していてよい。例えば、センサ素子は、貴金属を有していてよく、電気線路は、銅または銀を有していてよく、絶縁層はポリイミドを有していてよい。

【0054】

別の一実施例において、少なくとも１つのセンサフィールドを配置するステップは、
センサフィールドに含まれている少なくとも２つのセンサ素子のうちの少なくとも１つの電気的な接触接続のために、少なくとも１つの導体路、特に複数の導体路を配置すること、および／または
導体路に少なくとも１つの接続手段、特に少なくとも１つの接続パッドを配置することを有する。

【0055】

本発明の別の特徴および利点は、本発明の好ましい実施形態が概略図面に基づいて説明されている以下の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0056】

【図1】本発明の一実施形態によるセンサユニットの第２表面の概略図である。

【図2】本発明の一実施形態によるセンサフィールドの概略接続方式を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態によるセンサユニットの第２表面および第１表面の概略図である。

【図4】本発明の一実施形態によるセンサユニットが配置された測定体の概略平面図である。

【図5】図４に示した実施形態によるセンサユニットが配置された測定体の領域の概略側面図である。

【図6】本発明の一実施形態による一体型の段差解消シートが配置されたセンサユニットの第２表面の概略図である。

【図7】本発明の一実施形態による複数構成型の段差解消シートが配置されたセンサユニットの第２表面の概略図である。

【図8】本発明の一実施形態によるセンサユニットの製造方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0057】

図１には、本発明の一実施形態によるセンサユニット１の第２表面の概略図が示されている。

【0058】

図示した実施形態では、測定体（図示せず）の異なる３つの位置における３つの温度値を特定するために、基板３の図示した第２表面において３つのセンサ素子５ａ〜５ｎがセンサフィールドに配置されている。別の実施形態では、センサフィールドが、２つだけのセンサ素子を含むことも、または３つよりも多くのセンサ素子を含むことも可能である。予想される使用分野に依存して、基板の幾何学形状および基板におけるセンサ素子の配置は、図１に示したものとは異なる選択をすることも可能である。例えば、別の実施形態では、円形または楕円形に基板を形成することも可能である。

【0059】

図１にさらに示されているのは、第２表面のセンサ素子５ａ〜５ｎが、第２表面の導体路７ａ〜７ｎによって電気的に接触接続されていることである。導体路が交差する領域では、短絡を回避するために、下側にある導体路と上側にある導体路との間に少なくとも１つの絶縁層８が被着されている。図示した実施形態において絶縁層８は、実質的に円形に構成されており、かつ実質的に、導体路が交差する領域だけに配置されている。図示しない実施形態において、絶縁層は、基板の別の領域にわたって延在していてもよく、例えば、第１面の導体路と、その上に配置されている第２面の交差する導体路とを電気的に絶縁するために、絶縁層は、第１面の導体路全面にわたって延在していてよい。

【0060】

導体路７ａ〜７ｎの端部には、センサ素子に接触接続するための接続パッド９ａ〜９ｎが配置されている。接続パッド９ａ〜９ｎには、センサユニット１と評価手段（図示せず）とを接続するために、接続手段、例えば銅心線をはんだ付け可能である。別の実施形態では、基板に直接、評価手段を配置することも可能である。

【0061】

図１には、接着剤としての２つの接着フィルム１１ａ、１１ｂも示されている。２つの接着フィルムは、第２表面に配置されており、これにより、センサユニット１は、第２表面により、測定体に配置可能である。別の実施形態では、図示した実施形態とは択一的またはこれに付加的に、第２表面とは反対側にある第１表面にも接着剤を配置することが可能である。当業者には、接着剤としてただ１つの接着フィルムだけまたは２つよりも多くの接着フィルムを使用できることも公知である。

【0062】

図２には、本発明の一実施形態によるセンサフィールドの概略接続方式が示されている。

【0063】

図示した実施形態において、センサ素子５ａ’〜５ｎ’は、導電性材料から成るメアンダ状の抵抗線を有する。確実に測定するためには、例えば白金を使用可能である。というのは、白金は、特に、わずかな経年変化しか呈しないからであり、またこれにより、わずかな許容差で温度を測定できるからである。

【0064】

センサ素子５ａ’〜５ｎ’は、それぞれの温度値を特定できるようにするために、それぞれ１つの共通のアース端子および別の端子を有する。

【0065】

有利にはセンサフィールドに複数のセンサ素子を使用することにより、測定体の異なる位置において温度値を検出可能である。

【0066】

図３ａには、本発明の別の実施形態によるセンサユニット１’’の第２表面の概略図が示されている。図３ａに示したセンサユニット１’’の構造は、実質的に、図１に示したセンサユニット１の構造に対応する。しかしながら、図３ａに示したセンサユニット１’’は、図１に示したセンサユニット１とは異なり、基板３’’を貫通するビア点１３ａ’’〜１３ｎ’’を有する。

【0067】

これらのビア点１３ａ’’〜１３ｎ’’によって可能になるのは、センサ素子５ａ’’〜５ｎ’’に接触接続するそれぞれの導体路の一部分が、センサ素子５ａ’’〜５ｎ’’と同様に、基板３’’の同じ側に、すなわち第２表面に配置されるように、センサ素子５ａ’’〜５ｎ’’の電気的な接触接続を行うことである。別の導体路は、反対側にある第１表面に配置されている。図３ｂには、共通のアース端子が、第１表面に配置されていることが示されている。しかしながら、図示しない実施形態では、すべてのセンサ素子またはセンサ素子の一部だけが、第１表面に延在する導体路に接触接続することも可能である。センサ素子と導体路との間の電気接続は、これに対応して、ビア点を用いて形成可能である。

【0068】

図３ｂでは、接着剤としての３つの接着フィルム１１ａ’’〜１１ｎ’’も示されている。これらの接着フィルム１１ａ’’〜１１ｎ’’は、第１表面によってセンサユニット１’’を測定体（図示せず）に配置できるように第１表面に配置されている。択一的な実施形態では、３つよりも多くの、または３つよりも少ない接着フィルムを使用することも可能である。例えば、第１表面全面に接着フィルムを配置可能である。

【0069】

図４には、本発明の一実施形態によるセンサユニット１’’’が配置された測定体１５’’’の概略側面図が示されている。

【0070】

図４に例示的に示したように、基板をフレキシブルに構成することにより、測定体１５’’’の種々異なる位置において、種々異なる温度値を検出可能である。図４に示した測定体１５’’’は、例えば、複数の層、例えば、複数のガルバニ電池を含むことができ、センサユニット１’’’は、これらの電池間を通って案内されている。

【0071】

図５には、センサユニット１’’’が配置された測定体１５’’’の領域の概略側面図が示されている。図示した部分は、すでに図４に示した測定体１５’’’の領域を示している。図５に示したように、少なくとも１つのセンサ素子５ａ’’’は、測定体１５’’’の２つの層の間に配置されている。

【0072】

図６には、本発明の一実施形態による一体型の段差解消シート１７’’’’が配置されたセンサユニット１’’’’の第２表面の概略図が示されている。

【0073】

図示した実施形態において、段差解消シート１７’’’’は、一体型に構成されており、実質的に基板の幾何学形状に対応し、かつ第２表面のセンサ素子５ａ’’’’〜５ｎ’’’’の周りの領域を覆っている。図示した実施形態において、センサ素子５ａ’’’’〜５ｎ’’’’は、白の外縁として示した、段差解消シート１７’’’’の切欠き部内にある。

【0074】

図７には、本発明の一実施形態による複数構成型の段差解消シート１７’’’’’が配置されたセンサユニット１’’’’’の第２表面の概略図が示されている。

【0075】

図示した実施形態において、段差解消シート１７ａ’’’’’〜１７ｎ’’’’’の部分は、少なくとも部分的に導体路を覆っており、センサ素子を少なくとも部分的に包囲している。

【0076】

図７において示されているのは、センサ素子の接触接続領域に水分が侵入することを阻止するために、カバーシート１９’’’’’によって少なくとも１つのセンサ素子を覆うことができることである。択一的または付加的に可能であるのは、図７に同様に示されているように、水分の侵入を阻止するために、センサ素子にかつ／または切欠き部の領域に注型材料２１’’’’’も配置することである。

【0077】

図８には、本発明の一実施形態によるセンサユニットの製造方法１０００が示されており、この方法は、以下のステップ、すなわち、
第１表面と、少なくとも部分的にこの第１表面の反対側にある第２表面と、を備えかつ少なくとも部分的にフレキシブルに構成されている少なくとも１つの基板を準備するステップ１０１０と、
少なくとも１つの測定体にセンサユニットを取り付けるために、基板の第１表面にかつ／または第２表面に少なくとも部分的に少なくとも１つの接着剤を配置するステップ１０２０と、
基板の第２表面に少なくとも１つのセンサフィールドを配置するステップ１０３０と、
を有する。

【0078】

本発明の別の特徴および利点は、本発明の好ましい実施形態が、概略図面に基づいて説明されている以下の説明から明らかになる。

【符号の説明】

【0079】

１、１’、１’’、１’’’、１’’’’、１’’’’’ センサユニット
３、３’’ 基板
５ａ、５ａ’、５ａ’’、５ａ’’’、５ａ’’’’、５ｎ、５ｎ’、５ｎ’’、５ｎ’’’’ センサ素子
７ａ、７ａ’’、７ｎ、７ｎ’’ 導体路
８ 絶縁層
９ａ、９ａ’、９ｎ、９ｎ’ 接続パッド
１１ａ、１１ａ’’、１１ｂ、１１ｎ’’ 接着フィルム
１３ａ’’、１３ｎ’’ ビア点
１５’’’ 測定体
１７’’’’、１７ａ’’’’’、１７ｎ’’’’’ 段差解消シート
１９’’’’’ カバーシート
２１’’’’’ 注型材料
１０００ センサユニットの製造方法
１０１０ 基板を準備するステップ
１０２０ 接着剤を配置するステップ
１０３０ センサフィールドを配置するステップ

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】