JP2017103109A - 冷却部材及び蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】冷却部材の製造コストを低減する。【解決手段】冷却部材２０は、冷媒２１と、冷媒２１を吸収する吸収部材２６と、可撓性を有するシート部材２３，２４が接合され、冷媒２１及び吸収部材２６を密閉状態で封入する封入体２２と、封入体２２の熱を受けて外部に放熱する放熱部３５と、を備える。【選択図】図６

Description

本明細書に記載された技術は、冷却部材及び蓄電モジュールに関する。

従来、ヒートパイプとして特許文献１に記載のものが知られている。このヒートパイプは、金属材料で作られたパイプの内部に伝熱流体が液密に封入されている。

特開平１１−２３１６９号公報

上記の構成によると、伝熱流体を封入するために、パイプには強度が必要とされていた。その理由は、伝熱流体が発熱体から熱を受けて蒸発すると、伝熱流体の体積が増大し、パイプ内の圧力が高まるからである。パイプ内に伝熱流体を液密に封入し、且つ、比較的に強度の高いパイプを用いると、製造コストが高くなるという問題がある。

本明細書に開示された技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、冷却部材の製造コストを低減することを目的とする。

本明細書に記載された冷却部材は、冷媒と、前記冷媒を吸収する吸収部材と、可撓性を有するシート部材が接合され、前記冷媒及び前記吸収部材を密閉状態で封入する封入体と、前記封入体の熱を受けて外部に放熱する放熱部と、を備える。
上記構成によれば、冷媒が蒸発すると封入体内の圧力が上昇する。すると、可撓性を有するシート部材が変形することにより封入体の内容積が増大して封入体内の圧力が下がる。これにより、内容積が変化しない金属製の容器によって冷却部材を形成する場合に比べて、封入体内の耐圧性を低くすることができる。よって、冷却部材の製造コストを低減することができる。また、封入体の熱は、放熱部によって外部に放熱されるため、放熱性を向上させることができる。

本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記放熱部は、前記封入体の端部側が挿通される溝部を有する。
このようにすれば、放熱部の溝部の内壁が封入体の端部側の外面と対向することで、放熱部における封入体の熱を受ける面積を増やすことができるため、放熱性を向上させることができる。

前記放熱部は、気体又は液体の循環により外部に熱を放熱する。
このようにすれば、放熱部の放熱性を向上させることができる。

前記冷却部材と、少なくとも外面の一部が前記冷却部材と接触する蓄電素子と、を備えた蓄電モジュールとする。
このようにすれば、蓄電素子の熱を放熱部で放熱することができる。

前記蓄電素子を収容し、前記蓄電素子の外面に接触する内面を有するケースを備え、前記放熱部は、前記ケースに設けられている蓄電モジュールとする。
このようにすれば、蓄電素子の熱をケースにより放熱することができる。

前記蓄電素子の外面に接触した状態で前記蓄電素子を挟持する一対の挟持板を備え、前記挟持板は、前記放熱部に接触している蓄電モジュールとする。
このようにすれば、蓄電素子の熱を挟持板を介して放熱部から放熱することができる。

本明細書に記載された技術によれば、冷却部材の製造コストを低減することができる。

実施形態１の蓄電モジュールを示す斜視図 蓄電モジュールを示す平面図 蓄電モジュールを示す正面図 図３のＡ−Ａ断面図 図４の一部を拡大した図 図３のＢ−Ｂ断面図 図３のＣ−Ｃ断面図 蓄電モジュールを示す側面図 蓄電モジュールの分解斜視図 蓄電素子群を示す正面図 伝熱パックを示す斜視図 伝熱パックの分解斜視図 実施形態２の蓄電モジュールを示す斜視図 蓄電モジュールを示す平面図 図１４のＤ−Ｄ断面図 蓄電モジュールを示す正面図 蓄電モジュールを示す側面図 蓄電モジュールを示す背面図

＜実施形態１＞
実施形態１について、図１から図１２を参照しつつ説明する。
本実施形態に係る蓄電モジュール１０は、図７に示すように、複数（本実施形態では６つ）の蓄電素子１１と、蓄電素子１１を冷却する冷却部材２０とを備えている。以下の説明においては、Ｘ方向を右方とし、Ｙ方向を前方とし、Ｚ方向を上方として説明する。

（蓄電素子１１）
複数の蓄電素子１１は、当該蓄電素子１１の厚みの薄い方向に一列に並べて配されている。各蓄電素子１１は、一対のラミネートシート１２の間に蓄電要素を挟み、ラミネートシート１２の端縁部を、熱溶着等の公知の手法により液密に接合して形成されている。蓄電素子１１の下端縁からは、厚みの薄い金属箔状をなす正極端子１３と、負極端子１４とが、ラミネートシート１２の内面と液密状態で、ラミネートシート１２の内側から外側へと導出されている。正極端子１３及び負極端子１４は、それぞれ内部の蓄電要素と電気的に接続されている。

隣り合う蓄電素子１１は反対向きに配置されており、隣り合う蓄電素子１１における正極端子１３と負極端子１４とが互いに近づく方向に折り曲げられて上下に重ねられており、この重ねられた状態でレーザー溶接、超音波用溶接、ロウ付け等の公知の手法により電気的に接続されている。これにより、複数の蓄電素子１１は直列に接続されている。

本実施形態においては、蓄電素子１１として、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを用いてもよく、必要に応じて任意の蓄電素子１１を適宜に選択できる。直列接続の端部の正極端子１３及び負極端子１４には、それぞれ金属板材からなる電力端子１６がレーザー溶接、超音波用溶接、ロウ付け等の公知の手法により接続されている。

（冷却部材２０）
冷却部材２０は、複数の蓄電素子１１の熱を受ける複数（本実施形態では５つ）の伝熱パック２０Ａと、伝熱パック２０Ａの熱を受けて外部に放熱する放熱部３５を有するケース３０と、を備える。
（伝熱パック２０Ａ）
複数の伝熱パック２０Ａは、同一構成であって、隣り合う蓄電素子１１の間に密着状態で挟まれており、図１２に示すように、液体と気体とに状態が変化する冷媒２１と、液密に形成され、内部に冷媒２１が封入される封入体２２と、封入体２２の内部に配されて冷媒２１を吸収する吸収部材２６とを備えている。複数の蓄電素子１１は、隣り合う蓄電素子１１間に各伝熱パック２０Ａが配された状態で蓄電素子群１０Ａ（図９参照）を構成する。

（冷媒２１）
冷媒２１は、例えば、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロケトン、フッ素不活性液体、水、メタノール、エタノール等のアルコールからなる群から選ばれる１つ、又は複数を用いることができる。冷媒２１は、絶縁性を有していてもよく、また、導電性を有していてもよい。

（封入体２２）
封入体２２は、図１２に示すように、略長方形状をなす２枚のシート部材２３，２４を、接着、溶着、溶接等の公知の手法により液密に接合してなる。各シート部材２３，２４は、金属製シートの両面に合成樹脂製のフィルムが積層されてなる。金属製シートを構成する金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等、必要に応じて任意の金属を適宜に選択できる。合成樹脂製のフィルムを構成する合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド等、必要に応じて任意の合成樹脂を適宜に選択できる。

シート部材２３，２４の左右の両端部には、図５に示すように、封入体２２の内部の圧力が上昇した際に、シート部材２３，２４間の間隔を広げる方向に拡開変形する拡開部２５が形成されている。拡開部２５は、シート部材２３，２４が接合された状態で封入体２２の内方に折れ曲がった状態とされており、冷媒２１が蒸発して気体になると、拡開部２５が拡開変形して、シート部材２３，２４の外面が放熱部３５の内側に形成された溝部３７の内壁面に面当たり状態で接触する（ほぼ同一平面で接触する。図５の破線参照）。これにより、シート部材２３，２４間の間隔が大きくなって封入体２２の内容積が増大するので、封入体２２の内圧が減少し、封入体２２に要求される物理的な強度をパイプ等よりも低減させても問題は生じない。

（吸収部材２６）
封入体２２の内部には、図１２に示すように、冷媒２１を吸収可能な吸収部材２６が配されている。吸収部材２６は略長方形のシート状をなしている。吸収部材２６は、冷媒２１を吸収可能な材料により形成されており、例えば、繊維状の織物等としてもよく、また、不織布でもよい。不織布の形態としては、繊維シート、ウェブ（繊維だけで構成された薄い膜状のシート）、又はバット（毛布状の繊維）であってもよい。吸収部材２６を構成する材料としては、天然繊維でもよく、また、合成樹脂からなる合成繊維であってもよく、また、天然繊維と合成繊維の双方を用いたものであってもよい。

（ケース３０）
ケース３０は、図９に示すように、蓄電素子群１０Ａの全体を覆うものであり、略長方形状をなすロアケース３１と、ロアケース３１の上方側に取り付けられるアッパーケース３２とを備える。アッパーケース３２は、蓄電素子群１０Ａの側面を覆う角筒状の本体３３と、本体３３の上方（アッパーケース３２の上部）に設けられて表面積が大きくされた放熱部３５とを有する。本体３３のうち、前面部３３Ａと後面部３３Ｂの内面は、蓄電素子１１の面に接触状態とされている。

放熱部３５は、図７に示すように、複数（本実施形態では５つ）の放熱フィン３６が等間隔を空けて並んで形成されている。放熱フィン３６の内側（内部）は、伝熱パック２０Ａ（の封入体２２）の端部側が挿通される溝部３７とされている。溝部３７は、伝熱パック２０Ａの位置に応じて、等間隔に並んで配されており、下方側に開口している。溝部３７の隙間の間隔（溝部３７の並び方向における対向する溝壁間の間隔）は、内圧が低い状態の伝熱パック２０Ａの厚みよりも大きくされている。蓄電素子１１の熱は、この蓄電素子１１に接触した伝熱パック２０Ａに伝わり、冷媒２１が気化して封入体２２の内圧が上昇し、図５に示すように、拡開部２５が拡開する。これにより、シート部材２３，２４の外面が溝部３７の内壁面に面当たり状態で接触することで、封入体２２の熱が放熱部３５に伝熱され、放熱部３５から外部の空間に放熱される。

ロアケース３１、及びアッパーケース３２は、熱伝導性の高い材料が用いられ、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属とすることができる。ロアケース３１、及びアッパーケース３２は、同一の材料で形成しても、異なる材料で形成してもよい。また、例えば、ケース３０における放熱部３５を熱伝導性の高い材料で形成し、放熱部３５以外の部分を放熱部３５とは異なる材料で形成してもよい。ロアケース３１とアッパーケース３２とは、レーザー溶接、ロウ付け、ロック部材と被ロック部材との係合構造、ねじ止め構造、接着材による接着等の公知の手法により接合することができる。また、本実施形態では、ロアケース３１及びアッパーケース３２は、互いに液密でない状態で組み付けられているが、互いに液密に組み付けられていてもよい。

本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
冷却部材２０は、冷媒２１と、冷媒２１を吸収する吸収部材２６と、可撓性を有するシート部材２３，２４が接合され、冷媒２１及び吸収部材２６を密閉状態で封入する封入体２２と、封入体２２の熱を受けて外部に放熱する放熱部３５と、を備える。

本実施形態によれば、冷媒２１が蒸発すると封入体２２内の圧力が上昇する。すると、可撓性を有するシート部材２３，２４が変形することにより封入体２２の内容積が増大して封入体２２内の圧力が下がる。これにより、内容積が変化しない金属製の容器によって冷却部材２０を形成する場合に比べて、封入体２２内の耐圧性を低くすることができる。よって、冷却部材２０の製造コストを低減することができる。また、蓄電素子１１から封入体２２に伝わった熱は、放熱部３５によって外部に放熱されるため、放熱性を向上させることができる。

また、放熱部３５は、封入体２２の端部側が挿通される溝部３７を有する。
このようにすれば、放熱部３５における溝部３７の内壁面が封入体２２の端部側の外面と対向することで、放熱部３５における封入体２２の熱を受ける面積を増やすことができるため、放熱性を向上させることができる。

また、冷却部材２０と、少なくとも外面の一部が冷却部材２０と接触する蓄電素子１１と、を備えた蓄電モジュール１０である。
このようにすれば、蓄電モジュール１０における蓄電素子１１の熱を放熱部３５から放熱することができる。

また、蓄電素子１１を収容し、蓄電素子１１の外面に接触する内面を有するケース３０を備え、放熱部３５は、ケース３０に設けられている。
このようにすれば、蓄電モジュール１０における蓄電素子１１の熱をケース３０により放熱することができる。

＜実施形態２＞
実施形態２を図１３ないし図１８を参照して説明する。実施形態１の放熱部５０は、自然空冷式で冷却する構成であったが、実施形態２の放熱部５０は、水冷式で冷却するものである。以下では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

蓄電モジュール４０は、図１５に示すように、複数（本実施形態では６つ）の蓄電素子１１と、蓄電素子１１を冷却する冷却部材４１とを備えている。
冷却部材４１は、伝熱パック２０Ａと、伝熱パック２０Ａの熱を受け、外部に放熱するジャケット部４３と、蓄電素子群１０Ａを挟持する一対の挟持板５５と、を備えている。

ジャケット部４３は、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属からなり、ベース部４４と、伝熱パック２０Ａの端部側を冷却する放熱部５０と、を有し、内部に冷却液が通るパイプ（図示しない）が複数回折り返しつつ内部の全体に亘って延びている。このパイプは、ベース部４４の内部を通されているが、例えば、放熱部５０の内部における溝部５１のない部分についてもパイプが通るようにしてもよい。ベース部４４には、図１３に示すように、冷却液の導入口４５と導出口４６が形成されている。下側の導入口４５から冷却液が導入され、上方の導出口４６から冷却液が導出され、図示しない放熱経路を通って冷却液が循環することで、冷却液に伝わった熱が外部に放熱される。本実施形態では、冷却液として水が用いられているが、これに限られず、油等の液体を用いてもよい。また、液体に限られず、気体を冷却剤として用いてもよい。また、冷却液として不凍液を用いてもよい。

放熱部５０は、伝熱パック２０Ａ（の封入体２２）の端部側が挿通される溝部５１が並んで形成されている。溝部５１は、伝熱パック２０Ａの位置に応じて等間隔に並んで形成されている。冷媒２１が気化して封入体２２が膨らむと、各シート部材２３，２４が溝部５１の溝壁に接触した状態となり、封入体２２の熱が放熱部５０に伝熱される。

一対の挟持板５５は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属板材からなり、図１３，図１６に示すように、各挟持板５５の端部には、Ｌ字状に屈曲された曲げ部５６が形成されている。曲げ部５６は、ベース部４４における放熱部５０側の面に、溶接やネジ留め等の公知の固定手段５６Ａで固定される。
一対の挟持板５５の間は、左右の両側について、複数の円柱の棒状の連結部材５７で連結されている。
これにより、蓄電素子群１０Ａにおける両端の蓄電素子１１の熱は、一対の挟持板５５に伝熱された後、ジャケット部４３に伝わるとともに、各蓄電素子１１の熱は伝熱パック２０Ａからジャケット部４３に伝わり、外部に放熱される。

実施形態２によれば、放熱部５０は、気体又は液体の循環により外部に熱を放熱する。
このようにすれば、放熱部５０の放熱性を向上させることができる。

また、蓄電素子１１の外面に接触した状態で複数の蓄電素子１１及び冷却部材４１としての伝熱パック２０Ａを挟持する一対の挟持板５５を備え、挟持板５５は、放熱部５０に接触している。
このようにすれば、複数の蓄電素子１１の熱を挟持板５５を介して放熱部５０から放熱することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書に開示された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に開示された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）シート部材２３，２４は、ラミネートフィルムに限られず、金属製シートからなる構成としてもよい。

（２）上記実施形態に係る冷却部材２０，４１は、蓄電モジュール１０，４０に使用されたが、これに限られず、冷却部材２０，４１は、電気接続箱、ＥＣＵ（electronic control unit）等、任意の発熱部品に使用することができる。

（３）上記実施形態においては、封入体２２は、２つのシート部材２３，２４を接合することにより形成したが、これに限られず、封入体２２は、１つのシート部材を折り曲げた状態で端縁を液密に接合して形成する構成としてもよく、また、３つ以上のシート部材を液密に接合して形成する構成としてもよい。
（４）放熱部３５，５０にファン等で送風して冷却する強制空冷式としてもよい。

１０，４０： 蓄電モジュール
１１： 蓄電素子
２０，４１： 冷却部材
２１： 冷媒
２２： 封入体
２３，２４： シート部材
２６： 吸収部材
３０： ケース
３５，５０： 放熱部
３６： 放熱フィン
３７，５１： 溝部
４３： ジャケット部
５５： 挟持板

Claims (6)

1. 冷媒と、
   前記冷媒を吸収する吸収部材と、
   可撓性を有するシート部材が接合され、前記冷媒及び前記吸収部材を密閉状態で封入する封入体と、
   前記封入体の熱を受けて外部に放熱する放熱部と、を備える冷却部材。
2. 前記放熱部は、前記封入体の端部側が挿通される溝部を有する、請求項１に記載の冷却部材。
3. 前記放熱部は、気体又は液体の循環により外部に熱を放熱する請求項１又は請求項２に記載の冷却部材。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却部材と、
   少なくとも外面の一部が前記冷却部材と接触する蓄電素子と、を備えた蓄電モジュール。
5. 前記蓄電素子を収容し、前記蓄電素子の外面に接触する内面を有するケースを備え、
   前記放熱部は、前記ケースに設けられている請求項４に記載の蓄電モジュール。
6. 前記蓄電素子の外面に接触した状態で前記蓄電素子を挟持する一対の挟持板を備え、前記挟持板は、前記放熱部に接触している請求項４に記載の蓄電モジュール。

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