特開 2024-153316 温度センサ及び温度センサ組立体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024153316

(43)【公開日】2024-10-29

(54)【発明の名称】温度センサ及び温度センサ組立体

(51)【国際特許分類】

   G01K 1/14 20210101AFI20241022BHJP

   G01K 7/22 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

G01K1/14 E

G01K7/22 J

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067129

(22)【出願日】2023-04-17

(71)【出願人】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】松島 知宏

(72)【発明者】

【氏名】田中 健太

【テーマコード（参考）】

2F056

【Ｆターム（参考）】

2F056CE01

2F056QF05

2F056QF08

(57)【要約】

【課題】温度センサを小型化する。
【解決手段】温度センサ７は、車載バッテリのセルの温度検出に用いられるものであり、ケース２に組み付けられてバスバモジュール１を構成する。温度センサ７は、ＦＰＣ３と、ＦＰＣ３に表面実装されたチップサーミスタ４と、バッテリセルの上面９に接触する金属製の受熱部品５と、受熱部品５に組み付けられ、受熱部品５との間にＦＰＣ３を挟んだ弾性部材６と、を備えている。弾性部材６は、受熱部品５が適切な圧力でバッテリセルの上面９に接触するように受熱部品５を押し付けるためのものであり、ゴム材で構成されている。弾性部材６には、ＦＰＣ３のチップサーミスタ４が実装された部位と非接触になるように空洞６４が設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレキシブルプリント基板と、
前記フレキシブルプリント基板に表面実装されたチップサーミスタと、
被測温部に接触する金属製の受熱部品と、
前記受熱部品に組み付けられ、前記受熱部品との間に前記フレキシブルプリント基板を挟んだ弾性部材と、を備え、
前記弾性部材に、前記フレキシブルプリント基板の前記チップサーミスタが実装された部位と非接触になるように空洞が設けられている
ことを特徴とする温度センサ。

【請求項2】

前記受熱部品は、前記被測温部に接触する枠状の接触部を備え、
前記フレキシブルプリント基板が前記接触部と前記弾性部材との間に挟まれて、前記チップサーミスタが前記接触部に囲まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の温度センサと、前記温度センサを保持した状態で前記被測温部に取り付けられるケースと、を備え、
前記ケースは、前記被測温部と対向する対向壁を備え、該対向壁に前記温度センサの保持孔が形成され、
前記弾性部材は、前記保持孔に圧入された圧入係止部と、前記受熱部品との間に前記フレキシブルプリント基板を挟んだ板部と、前記圧入係止部と前記板部との間の中間部と、を備え、
前記板部から前記中間部にかけて前記空洞が設けられている
ことを特徴とする温度センサ組立体。

【請求項4】

前記ケースは、前記対向壁から前記板部に向かって延びた立壁を備え、
前記ケースが前記被測温部に取り付けられた状態で、前記立壁と前記板部との間に間隔が設けられており、前記空洞における前記対向壁から前記板部に向かう方向の寸法が前記間隔よりも大きく形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の温度センサ組立体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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、及び、該温度センサがケースに組み付けられた温度センサ組立体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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（特許文献１を参照）。

【0003】

上述した温度センサの一例として、図９に示すものがある。この温度センサ５００は、サーミスタ５０４が実装されたＦＰＣ５０３と、サーミスタ５０４を囲み、バッテリセル上面に接触する金属製の受熱部品５０５と、受熱部品５０５に組み付けられた樹脂部５０６と、を備えている。樹脂部５０６は、バッテリ上面に取り付けられるケースに係止する一対の係止バネ部５６１を備えている。

【0004】

このような温度センサ５００は、前記ケースに係止した一対の係止バネ部５６１のバネ性によって、適切な圧力で受熱部品５０５がバッテリセル上面に接触する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－１７６３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した従来の温度センサ５００においては、さらなる小型化が求められており、改善の余地があった。

【0007】

そこで、本発明は、温度センサを小型化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の温度センサは、フレキシブルプリント基板と、前記フレキシブルプリント基板に表面実装されたチップサーミスタと、被測温部に接触する金属製の受熱部品と、前記受熱部品に組み付けられ、前記受熱部品との間に前記フレキシブルプリント基板を挟んだ弾性部材と、を備え、前記弾性部材に、前記フレキシブルプリント基板の前記チップサーミスタが実装された部位と非接触になるように空洞が設けられていることを特徴とする。

【0009】

本発明の温度センサ組立体は、前記温度センサと、前記温度センサを保持した状態で前記被測温部に取り付けられるケースと、を備え、前記ケースは、前記被測温部と対向する対向壁を備え、該対向壁に前記温度センサの保持孔が形成され、前記弾性部材は、前記保持孔に圧入された圧入係止部と、前記受熱部品との間に前記フレキシブルプリント基板を挟んだ板部と、前記圧入係止部と前記板部との間の中間部と、を備え、前記板部から前記中間部にかけて前記空洞が設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、温度センサを小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態にかかる温度センサ組立体の斜視図である。

【図2】図１中のＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【図3】図１の温度センサの正面図である。

【図4】図３の温度センサの断面図である。

【図5】図１の温度センサ組立体の組み立て方法を説明するための図であり、ケースに弾性部材を組み付ける様子を示す図である。

【図6】図５のケースに組み付けられた弾性部材に受熱部品を組み付ける様子を示す図である。

【図7】図６の弾性部材に受熱部品を組み付ける際のケースの立壁の作用を説明する図である。

【図8】参考例の温度センサの断面図である。

【図9】従来の温度センサの正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一実施形態にかかる「温度センサ」及び「温度センサ組立体」について、図１～７を参照して説明する。

【0013】

図１～４に示す温度センサ７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の温度検出に用いられるものであり、図２に示すようにバッテリセルの上面（被測温部に相当する）９に設置される。前記バッテリは、複数のバッテリセルが直列に接続されて構成されており、当該バッテリの上面に合成樹脂製のケース２が取り付けられている。

【0014】

ケース２には、複数の温度センサ７や、隣接したバッテリセルの電極同士を接続することで複数のバッテリセルを直列に接続した複数のバスバが取り付けられている。このようにケース２に温度センサ７が組み付けられたものが「温度センサ組立体」である。本例では、ケース２に複数の温度センサ７だけでなく複数のバスバ等が取り付けられているので、これを「バスバモジュール」と呼称し、符号１を付す。即ち、バスバモジュール１は、「温度センサ組立体」に相当する。

【0015】

温度センサ７は、フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと呼称する）３と、ＦＰＣ３に表面実装されたチップサーミスタ４と、バッテリセルの上面９に接触する金属製の受熱部品５と、受熱部品５に組み付けられた弾性部材６と、を備えている。

【0016】

ＦＰＣ３は、柔軟な薄いフィルムに回路が形成された周知のものである。ＦＰＣ３は、帯状に形成されており、その一端部にチップサーミスタ４が表面実装されている。そして、ＦＰＣ３の一端部が受熱部品５に接合されている。ＦＰＣ３の他端部は、バッテリの制御ユニットに接続されている。なお、図１においては、バッテリの制御ユニット側に延びた（図１の右側に延びた）ＦＰＣ３の他端側部分の図示を省略している。

【0017】

受熱部品５は、バッテリセルの上面９に接触する接触部５１と、弾性部材６に取り付けられた取付部５２と、を備えている。

【0018】

接触部５１は、四角枠状に形成されており、弾性部材６の後述の板部６２との間にＦＰＣ３の一端部を挟んでいる。また、ＦＰＣ３の一端部は、機械的固定のために接触部５１に接合されている。

【0019】

取付部５２は、図２，６に示すように、接触部５１の外縁部から弾性部材６の後述の板部６２側に延びている。取付部５２は、板部６２に形成された係止孔６５に圧入されている。取付部５２の先端部には、係止孔６５から抜けないようにするための抜け止め突起５２ａが形成されている。

【0020】

弾性部材６は、受熱部品５が適切な圧力でバッテリセルの上面９に接触するように受熱部品５を押し付けるためのものである。従来のセル用温度センサは、この押し付けを樹脂スプリングやコイルスプリングを用いて行っていたが、本例の温度センサ７においては小型化のために以下に説明する弾性部材６を用いている。

【0021】

弾性部材６は、本例ではゴム材で構成されている。弾性部材６は、図２～５に示すように、ケース２の後述の保持孔２１に圧入された圧入係止部６１と、受熱部品５の接触部５１との間にＦＰＣ３の一端部を挟んだ板部６２と、圧入係止部６１と板部６２との間の中間部６３と、を備えている。

【0022】

圧入係止部６１は、保持孔２１よりも大きく形成された頭部６１ａ及び基部６１ｃと、保持孔２１よりも小さく形成されたくびれ部６１ｂと、を備えている。基部６１ｃは中間部６３に繋がっており、くびれ部６１ｂは基部６１ｃの中間部６３と反対側に繋がっており、頭部６１ａはくびれ部６１ｂの基部６１ｃと反対側に繋がっている。圧入係止部６１は、頭部６１ａが弾性変形した状態で保持孔２１を通過し、通過後に変形から復帰することで図２に示すように保持孔２１に係止する。

【0023】

板部６２は、接触部５１の外形よりも大きい矩形板状に形成されている。板部６２の一端部には、取付部５２が圧入された係止孔６５が形成されている。板部６２の他端部には、ＦＰＣ３が通された溝６６が形成されている。

【0024】

ＦＰＣ３の一端部は、図１，２に示すように、チップサーミスタ４の実装面が接触部５１に接触し、裏面が板部６２に接触する向きで接触部５１と板部６２の間に挟まれている。そして、チップサーミスタ４が枠状の接触部５１に囲まれて、バッテリセルの上面９に対向している。

【0025】

中間部６３は、板部６２側を底面とする円錐状の外形に形成されている。

【0026】

このような弾性部材６は、従来のセル用温度センサの樹脂スプリングやコイルスプリングと同等の押し付け機能が備わっており、かつ、温度センサ７の小型化・低背化を実現している。このため、ケース２における温度センサ７の搭載スペースは、従来品よりも高さ方向の寸法（対向壁２０とバッテリセル上面９との対向方向の寸法）が小さくなっている。

【0027】

また、弾性部材６には、ＦＰＣ３のチップサーミスタ４が実装された部位と非接触になるように空洞６４が設けられている。本例では、板部６２から中間部６３にかけて空洞６４が設けられている。

【0028】

図８の参考例の温度センサ４０７は、弾性部材４０６に空洞６４が設けられていない。このような温度センサ４０７は、常時ＦＰＣ３と弾性部材４０６が接触し、チップサーミスタ４が力を受け続けるので、クラックが発生する恐れがある。その点、本例の温度センサ７は、空洞６４が設けられているためチップサーミスタ４へ力が加わらず、破損を防ぐことができる。

【0029】

ケース２は、バッテリセルの上面９と対向する対向壁２０と、対向壁２０から板部６２に向かって延びた立壁２２，２３と、を備えている。

【0030】

対向壁２０には、温度センサ７の圧入係止部６１が係止する保持孔２１が形成されている。保持孔２１は、対向壁２０を貫通した長方形の孔である。

【0031】

立壁２２は、保持孔２１の外周にＣ字状に形成されている。この立壁２２は、板部６２における空洞６４の外周部分と対向している。立壁２３は、直線状に形成されている。この立壁２３は、板部６２における係止孔６５よりも外側部分と対向している。

【0032】

図２に示すように、ケース２がバッテリセルの上面９に取り付けられた状態で、立壁２２と板部６２との間には間隔Ｈ２が設けられており、立壁２３と板部６２との間には間隔Ｈ３が設けられている。間隔Ｈ２と間隔Ｈ３は等しい。また、ケース２がバッテリセルの上面９に取り付けられた状態で、弾性部材６の空洞６４における高さ寸法（対向壁２０から板部６２に向かう方向の寸法）Ｈ１は、間隔Ｈ２，Ｈ３よりも大きく形成されている。

【0033】

続いて、上記バスバモジュール１の組み立て方法の一例を説明する。まず、図５に示すように、弾性部材６の圧入係止部６１をケース２の保持孔２１に圧入して、弾性部材６をケース２に組み付ける。次に、図６に示すように、ケース２に組み付けられた弾性部材６の係止孔６５に、ＦＰＣ３が接合されている受熱部品５の取付部５２を圧入して、弾性部材６に受熱部品５を組み付ける。このような手順で複数の温度センサ７をケース２に組み付け、複数のバスバをケース２に組み付けて、バスバモジュール１を組み立てる。

【0034】

また、上述したように弾性部材６に受熱部品５を組み付ける際、弾性部材６は受熱部品５に押されることで弾性変形が生じる。即ち、受熱部品５の組み付け時に弾性部材６の逃げが発生する。逃げが発生すると組み付け辛くなるが、本例では、図７に示すように、立壁２２，２３が弾性部材６を支え、立壁２２，２３の先端面が受け面として作用する。このため、弾性部材６の係止孔６５近傍の弾性変形を抑制でき、また、弾性部材６が動くことを抑制でき、取付部５２を係止孔６５に圧入し易くなる。

【0035】

なお、図７においては、弾性部材６に力が加えられることで一時的に弾性変形して板部６２が立壁２２，２３に当接しているが、受熱部品５の組み付け後は、弾性変形が復元されて板部６２は立壁２２，２３と間隔をあける。

【0036】

また、バスバモジュール１をバッテリに取り付ける際は、バスバモジュール１をバッテリ上面に押し当てる操作を行うため、弾性部材６が上面側に圧縮される。即ち、弾性部材６が上面９側にストロークする。しかし、弾性部材６には空洞６４が設けられているため、弾性部材６はＦＰＣ３のチップサーミスタ４が実装された部位に接触しない。想定以上のストロークになった場合は、立壁２２，２３が板部６２に当接することで弾性部材６のそれ以上のストロークが規制される。即ち、上述したように空洞６４の高さ寸法Ｈ１が立壁２２，２３と板部６２との間隔Ｈ２，Ｈ３よりも大きく形成されているため、弾性部材６がストロークしてもＦＰＣ３の前記部位には接触せず、チップサーミスタ４に力が加わることがない。

【0037】

さらに、バスバモジュール１のバッテリ搭載状態においても、立壁２２，２３があることで温度センサ７の傾きが規制される。即ち、バスバモジュール１の取り付け後に何らかの外力が加わっても、バスバモジュール１の取り付け時と同様に、立壁２２，２３によって弾性部材６のストロークが規制され、温度センサ７の傾きが規制される。

【0038】

このように、温度センサ７を備えたバスバモジュール１は、ケース２における温度センサ７の搭載スペースが従来品よりも低くなっている。また、チップサーミスタ４の破損を防ぐ構造として、空洞６４及び立壁２２，２３が採用されている。さらに、立壁２２，２３は、バスバモジュール１の組み立てを容易にするための構造としても機能する上、組み立て後の温度センサ７の傾きを規制する。

【0039】

なお、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。

【符号の説明】

【0040】

１ バスバモジュール（温度センサ組立体）
２ ケース
３ フレキシブルプリント基板
４ チップサーミスタ
５ 受熱部品
６ 弾性部材
７ 温度センサ
９ バッテリセルの上面（被測温部）
２０ 対向壁
２２，２３ 立壁
６１ 圧入係止部
６２ 板部
６３ 中間部
６４ 空洞

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】