JP2019125665A - 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー - Google Patents

Abstract

【課題】熱源の種々の形態に順応可能であって、軽量でかつ放熱効率に優れる放熱構造体、および当該放熱構造体を備えるバッテリーを提供する。【解決手段】本発明は、熱源２０からの放熱を高める放熱構造体２５であって、熱源２０からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シート３０と、熱伝導シート３０の環状裏面に備えられ、熱伝導シート３０に比べて熱源２０の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材３１とを備え、熱伝導シート３０の巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路３２を有する放熱構造体２５、およびそれを備えるバッテリー１に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、放熱構造体およびそれを備えるバッテリーに関する。

自動車、航空機、船舶あるいは家庭用若しくは業務用電子機器の制御システムは、より高精度かつ複雑化してきており、それに伴って、回路基板上の小型電子部品の集積密度が増加の一途を辿っている。この結果、回路基板周辺の発熱による電子部品の故障や短寿命化を解決することが強く望まれている。

回路基板からの速やかな放熱を実現するには、従来から、回路基板自体を放熱性に優れた材料で構成し、ヒートシンクを取り付け、あるいは放熱ファンを駆動するといった手段を単一で若しくは複数組み合わせて行われている。これらの内、回路基板自体を放熱性に優れた材料、例えばダイヤモンド、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ｃＢＮなどから構成する方法は、回路基板のコストを極めて高くしてしまう。また、放熱ファンの配置は、ファンという回転機器の故障、故障防止のためのメンテナンスの必要性や設置スペースの確保が難しいという問題を生じる。これに対して、放熱フィンは、熱伝導性の高い金属（例えば、アルミニウム）を用いた柱状あるいは平板状の突出部位を数多く形成することによって表面積を大きくして放熱性をより高めることのできる簡易な部材であるため、放熱部品として汎用的に用いられている（特許文献１を参照）。

ところで、現在、世界中で、地球環境への負荷軽減を目的として、従来からのガソリン車あるいはディーゼル車を徐々に電気自動車に転換しょうとする動きが活発化している。特に、フランス、オランダ、ドイツをはじめとする欧州諸国の他、中国でも、２０４０年までにガソリン車とディーゼル車から完全に電気自動車に切り替えることを宣言している。電気自動車の普及には、高性能バッテリーの開発の他、多数の充電スタンドの設置などの課題がある。特に、リチウム系の自動車用バッテリーの充放電機能を高めるための技術開発が大きな課題となっている。上記自動車バッテリーは、摂氏６０度以上の高温下では充放電の機能を十分に発揮できないことが良く知られている。このため、先に説明した回路基板と同様、バッテリーにおいても、放熱性を高めることが重要視されている。

バッテリーの速やかな放熱を実現するには、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製の筐体に水冷パイプを配置し、当該筐体にバッテリーセルを多数配置し、バッテリーセルと筐体の底面との間に密着性のゴムシートを挟んだ構造が採用されている。以下、図を参照して説明する。

図９は、従来のバッテリーの概略断面図を示す。図９のバッテリー１００は、多数のバッテリーセル１０１を、アルミニウム若しくはアルミニウム基合金から成る筐体１０２の内底面１０３上に備える。筐体１０２の底部１０４には、冷却水を流すための水冷パイプ１０５が備えられている。バッテリーセル１０１は、底部１０４との間にゴムシート（例えば、室温硬化型シリコーンゴム製のシート）１０６を挟んで筐体１０２内に固定されている。このような構造のバッテリー１００では、バッテリーセル１０１は、ゴムシート１０６を通じて筐体１０２に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。

特開２００８−２４３９９９

しかし、図９に示すような従来のバッテリー１００の放熱構造には、次のような解決すべき課題がある。ゴムシート１０６は、アルミニウムやグラファイトと比べて熱伝導性が低いため、バッテリーセル１０１から筐体１０２に効率よく熱を移動させることが難しい。また、ゴムシート１０６に代えてグラファイト等のスペーサを挟む方法も考えられる。しかし、複数のバッテリーセル１０１の下面が平らではなく段差を有することから、バッテリーセル１０１とスペーサとの間に隙間が生じ、伝熱効率が低下する。かかる一例にもみられるように、バッテリーセルは種々の形態（段差等の凹凸あるいは表面状態を含む）をとり得ることから、バッテリーセルの種々の形態に順応可能であって高い伝熱効率を実現することの要望が高まっている。さらには、バッテリーセルの容器の材質をより軽量なものにすることが要望されており、バッテリーセルの軽量化に対応した放熱構造体が望まれている。これは、バッテリーセルのみならず、回路基板、電子部品あるいは電子機器本体のような他の熱源にも通じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱源の種々の形態に順応可能であって、軽量でかつ放熱効率に優れる放熱構造体、および当該放熱構造体を備えるバッテリーを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するための一実施形態に係る放熱構造体は、熱源からの放熱を高める放熱構造体であって、熱源からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シートと、熱伝導シートの環状裏面に備えられ、熱伝導シートに比べて熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材とを備え、熱伝導シートの巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路を有する。

（２）別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、熱伝導シートの環状表面に密着層をさらに備え、貫通路から径方向外側に向かって、クッション部材、熱伝導シート、密着層の順に構成されている。

（３）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、クッション部材は、熱伝導シートの環状裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材である。

（４）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、クッション部材は、その長さ方向に貫通路を有する筒状クッション部材であって、熱伝導シートは、筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回している。

（５）一実施形態に係るバッテリーは、冷却部材を流す構造を持つ筐体内に、１または２以上の熱源としてのバッテリーセルを備えたバッテリーであって、熱源からの放熱を高める放熱構造体を備え、放熱構造体に、熱源からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シートと、熱伝導シートの環状裏面に備えられ、熱伝導シートに比べて熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材とを備え、熱伝導シートの巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路を有する。

（６）別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、放熱構造体は、熱伝導シートの環状表面に密着層をさらに備え、貫通路から径方向外側に向かって、クッション部材、熱伝導シート、密着層の順に構成されている。

（７）別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、クッション部材は、熱伝導シートの環状裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材であり、放熱構造体を、少なくとも熱源と冷却部材との間に配置している。

（８）別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、クッション部材は、その長さ方向に貫通路を有する筒状クッション部材であって、熱伝導シートは、筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回しており、放熱構造体を、少なくとも熱源と冷却部材との間に配置している。

（９）別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、クッション部材は、その長さ方向に貫通路を有する筒状クッション部材であって、熱伝導シートは、筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回しており、筒状クッション部材は貫通路に冷却部材を流すことができるように構成されており、放熱構造体を、熱源と筐体との間、および／または熱源同士の間に配置している。

本発明によれば、熱源の種々の形態に順応可能であって、軽量でかつ放熱効率に優れる放熱構造体、および当該放熱構造体を備えるバッテリーを提供できる。

図１は、第１実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図（１Ａ）および当該（１Ａ）中のバッテリーセルによって放熱構造体を圧縮する前後の放熱構造体の形態変化の断面図（１Ｂ）をそれぞれ示す。 図２は、図１の放熱構造体の製造方法の一部を説明するための図を示す。 図３は、バッテリーセルの直下に放熱構造体を配置した状態の斜視図を示す。 図４は、第２実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図（４Ａ）、バッテリーセルの直下に放熱構造体を配置した状態の斜視図（４Ｂ）および放熱構造体の平面図（４Ｃ）を、それぞれ示す。 図５は、第３実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図（５Ａ）および当該放熱構造体に冷却部材が流れる状況の斜視図（５Ｂ）を、それぞれ示す。 図６は、第４実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図および当該放熱構造体に冷却部材が流れる状況の斜視図を示す。 図７は、第５実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図を示す。 図８は、図７の放熱構造体の製造状況の一部（８Ａ）および当該（８Ａ）の製造方法によって完成した放熱構造体の平面図（８Ｂ）をそれぞれ示す。 図９は、従来のバッテリーの概略断面図を示す。

次に、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図（１Ａ）および当該（１Ａ）中のバッテリーセルによって放熱構造体を圧縮する前後の放熱構造体の形態変化の断面図（１Ｂ）をそれぞれ示す。

バッテリー１は、図１に示すように、冷却部材１５を接触させる筐体１１内に複数のバッテリーセル２０を備えた構造を有する。放熱構造体２５は、熱源の一例であるバッテリーセル２０の冷却部材１５に近い側の端部（下端部）と冷却部材１５に近い側の筐体１１の一部（底部１２）との間に備えられている。ここでは、１個の放熱構造体２５は、２個のバッテリーセル２０を載置しているが、放熱構造体２５に載置するバッテリーセル２０の個数は２個に限定されない。

放熱構造体２５は、バッテリーセル２０からの放熱を高める構造体である。放熱構造体２５は、バッテリーセル２０からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シート３０と、熱伝導シート３０の環状裏面に備えられ、熱伝導シート３０に比べてバッテリーセル２０の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材３１とを備える。放熱構造体２５は、熱伝導シート３０の巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路３２を有する。また、放熱構造体２５は、好ましくは、熱伝導シート３０の環状表面に密着層３４をさらに備え、貫通路３２から径方向外側に向かって、クッション部材３１、熱伝導シート３０、密着層３４の順に構成されている。ここでは、熱伝導シート３０は、好ましくは、クッション部材３１に比べて熱伝導性に優れる材料からなる。クッション部材３１は、好ましくは、その長さ方向に貫通路３２を有する筒状クッション部材である。熱伝導シート３０は、当該筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回している。放熱構造体２５は、バッテリーセル２０を載置していない状態では略円筒形状を有しているが、バッテリーセル２０を載置するとその重さで圧縮され扁平した形態になる。

熱伝導シート３０は、放熱構造体２５の外側面をスパイラル状に巻回しながら略円筒の長さ方向に進行する帯状のシートである。熱伝導シート３０は、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つを含むシートであってバッテリーセル２０からの熱を冷却部材１５へと伝導させる機能を有する。なお、本願では、「断面」あるいは「縦断面」とは、バッテリー１の筐体１１の内部１４における上方開口面から底部１２へと垂直に切断する方向の断面を意味する。

次に、バッテリーの概略構成および放熱構造体２５の構成部材について、より詳しく説明する。

（１）バッテリーの構成の概略
この実施形態において、バッテリー１は、例えば、電気自動車用のバッテリーであって、多数のバッテリーセル２０を備える。バッテリー１は、一方に開口する有底型の筐体１１を備える。筐体１１は、好ましくは、アルミニウム若しくはアルミニウム基合金から成る。バッテリーセル２０は、筐体１１の内部１４に配置される。バッテリーセル２０の上方には、電極（不図示）が突出して設けられている。複数のバッテリーセル２０は、好ましくは、筐体１１内において、その両側からネジ等を利用して圧縮する方向に力を与えられて、互いに密着するようになっている（不図示）。筐体１１の底部１２には、冷却部材１５の一例である冷却水を流すために、１または複数の水冷パイプ１３が備えられている。バッテリーセル２０は、底部１２との間に、放熱構造体２５を挟むようにして筐体１１内に配置されている。このような構造のバッテリー１では、バッテリーセル２０は、放熱構造体２５を通じて筐体１１に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。なお、冷却部材１５は、冷却水に限定されず、液体窒素、エタノール等の有機溶剤も含むように解釈される。冷却部材１５は、冷却に用いられる状況下にて、液体であるとは限らず、気体あるいは固体でも良い。

（２）熱伝導シート
熱伝導シート３０は、好ましくは炭素を含むシートであり、さらに好ましくは炭素フィラーと樹脂とを含むシートである。本願でいう「炭素」は、グラファイト、グラファイトより結晶性の低いカーボンブラック、膨張黒鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンドに近い構造を持つダイヤモンドライクカーボン等の炭素（元素記号：Ｃ）から成る如何なる構造のものも含むように広義に解釈される。熱伝導シート３０は、この実施形態では、樹脂に、グラファイト繊維やカーボン粒子を配合分散した材料を硬化させた薄いシートとすることができる。グラファイト繊維やカーボン粒子に代えて、膨張黒鉛性のフィラーを用いても良い。膨張黒鉛は、化学反応を用いて鱗片状の黒鉛に物質を挿入した黒鉛層間化合物を急熱して層間の物質がガス化し、その時に生じたガスの放出によって黒鉛の層間が広がり、層の積み重なり方向に膨張した状態になった黒鉛をいう。また、熱伝導シート３０は、メッシュ状に編んだカーボンファイバーであっても良く、さらには混紡してあっても混編みしてあっても良い。なお、グラファイト繊維、カーボン粒子、カーボンファイバーあるいは膨張黒鉛製のフィラーも、すべて、炭素フィラーの概念に含まれる。

熱伝導シート３０に樹脂を含む場合には、当該樹脂が熱伝導シート３０の全質量に対して５０質量％を超えていても、あるいは５０質量％以下であっても良い。すなわち、熱伝導シート３０は、熱伝導に大きな支障が無い限り、樹脂を主材とするか否かを問わない。樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂を好適に使用できる。熱可塑性樹脂としては、熱源の一例であるバッテリーセル２０からの熱を伝導する際に溶融しない程度の高融点を備える樹脂が好ましく、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を好適に挙げることができる。樹脂は、熱伝導シート３０の成形前の状態において、炭素フィラーの隙間に、例えば粒子状に分散している。熱伝導シート３０は、炭素フィラー、樹脂の他、熱伝導をより高めるためのフィラーとして、ＡｌＮあるいはダイヤモンドを分散していても良い。また、樹脂に代えて、樹脂よりも柔軟なエラストマーを用いても良い。

熱伝導シート３０は、また、上述のような炭素に代えて若しくは炭素と共に、金属および／またはセラミックスを含むシートとすることができる。金属としては、アルミニウム、銅、それらの内の少なくとも１つを含む合金などの熱伝導性の比較的高いものを選択できる。また、セラミックスとしては、ＡｌＮ、ｃＢＮ、ｈＢＮなどの熱伝導性の比較的高いものを選択できる。

熱伝導シート３０は、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート３０の熱伝導率は、好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以上である。この実施形態では、熱伝導シート３０は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅あるいはステンレススチールの帯状の板であり、熱伝導性と導電性に優れる材料から成る。熱伝導シート３０は、湾曲性（若しくは屈曲性）に優れるシートであるのが好ましく、その厚さに制約はないが、０．３〜５ｍｍが好ましく、０．３〜１ｍｍがより好ましい。ただし、熱伝導シート３０の熱伝導率は、その厚さが増加するほど低下するため、シートの強度、可撓性および熱伝導性を総合的に考慮して、その厚さを決定するのが好ましい。

（３）クッション部材
クッション部材３１の重要な機能は変形容易性と回復力である。変形容易性は、バッテリーセル２０の形状に追従するために必要な特性であり、特にリチウムイオンバッテリーなどの半固形物、液体的性状も持つ内容物などを変形しやすいパッケージに収めてあるようなバッテリーセル２０の場合には、設計寸法的にも不定形または寸法精度があげられない場合が多い。このため、クッション部材３１の変形容易性や追従力を保持するための回復力の保持は重要である。

クッション部材３１は、この実施形態では貫通路３２を備える筒状クッション部材である。クッション部材３１は、複数のバッテリーセル２０の下端部が平坦でない場合でも、熱伝導シート３０と当該下端部との接触を良好にする。さらに、貫通路３２は、クッション部材３１の変形を容易にするのに寄与し、熱伝導シート３０とバッテリーセル２０の下端部との接触を高める機能を有する。クッション部材３１は、バッテリーセル２０と底部１２との間にあってクッション性を発揮させる機能の他に、熱伝導シート３０に加わる荷重によって熱伝導シート３０が破損等しないようにする保護部材としての機能も有する。この実施形態では、クッション部材３１は、熱伝導シート３０に比べて低熱伝導性の部材である。

クッション部材３１は、好ましくは、シリコーンゴム、ウレタンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）あるいはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の熱硬化性エラストマー； ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系、フッ素系等の熱可塑性エラストマー、あるいはそれらの複合物等を含むように構成される。クッション部材３１は、熱伝導シート３０を伝わる熱によって溶融あるいは分解等せずにその形態を維持できる程度の耐熱性の高い材料から構成されるのが好ましい。この実施形態では、クッション部材３１は、より好ましくは、ウレタン系エラストマー中にシリコーンを含浸したもの、あるいはシリコーンゴムにより構成される。クッション部材３１は、その熱伝導性を少しでも高めるために、ゴム中にＡｌＮ、ｃＢＮ、ｈＢＮ、ダイヤモンドの粒子等に代表されるフィラーを分散して構成されていても良い。クッション部材３１は、その内部に気泡を含むものの他、気泡を含まないものでも良い。また、「クッション部材」は、柔軟性に富み、熱源の表面に密着可能に変形可能な部材を意味し、かかる意味では「ゴム状弾性体」と読み替えることもできる。さらに、クッション部材３１の変形例としては、上記ゴム状弾性体ではなく、金属を用いて構成することもできる。例えば、クッション部材は、バネ鋼で構成することも可能である。さらに、クッション部材として、コイルバネを配置することも可能である。また、スパイラル状に巻いた金属をバネ鋼にしてクッション部材として熱伝導シート３０の環状裏面に配置しても良い。

（４）密着層
密着層３４は、熱伝導シート３０の環状表面にさらに備えることのできる層である。放熱構造体２５は、貫通路３２から径方向外側に向かって、クッション部材３１、熱伝導シート３０、密着層３４の順に構成されている。第１実施形態および第２実施形態以降では、密着層３４は、熱伝導シート３０のみの表面に備えられているが、クッション部材３１にも備えることができる。さらには、クッション部材３１の表面に熱伝導シート３０をスパイラル状に巻回した筒状体に、密着層３４の一形態としての筒を被せても良い。

密着層３４は、上述のクッション部材３１と同様の様々な種類の弾性体にて形成可能であるが、バッテリーセル２０からの熱を速やかに熱伝導シート３０に伝える必要から、熱伝導性に優れたシリコーンゴムを含むシートであるのが好ましい。密着層３４をシリコーンゴムにて主に構成する場合、ＡｌＮ、アルミニウム等の高熱伝導性のフィラーをシリコーンゴム中に分散させるのが好ましい。また、シリコーンゴム製の密着層３４としては、粘着性を高めるために、二官能性のシリコーン生ゴムにシリコーンレジンを組み合わせたシリコーンゴムを例示できる。当該シリコーンレジンは、好適には、ＭＱレジンを例示できる。ＭＱレジンとは、Ｓｉの４本の結合手に酸素原子を結合させた構造の４方分岐型のＱユニットだけを架橋させ、末端の反応性を止めるために、Ｓｉの１本の結合手に酸素原子を結合させた構造の一方分岐型のＭユニットを加えたレジンである。また、シリコーンレジンとしては、水酸基を多く結合するものを使用した方が、シリコーンゴムの粘着性を高めることができるので好ましい。

密着層３４は、バッテリーセル２０と熱伝導シート３０との密着性、あるいは冷却部材１５の周囲（底部１２、筐体１１の側壁など））と熱伝導シート３０との密着性を高める機能を持つ。密着層３４は、耐熱性および粘着性があれば特に硬度を問わないが、特にシリコーンゴムを主材とするシートであれば、ショアＯＯ基準（ショアオーオー基準）にて６０度以下、好ましくは４０度以下、さらに好ましくは１０度以下である。密着層３４が低硬度であるほど、バッテリーセル２０表面の凹凸を吸収しやすいからである。また、密着層３４の厚さは、熱抵抗を過度に高くしないためには、好ましくは０．００５〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．０１〜０．３ｍｍ、さらにより好ましくは０．０２〜０．２ｍｍである。一方、密着層３４の厚さは、接着力を高めるには大きい方が好ましい。密着層３４の接着力を高めると、放熱構造体２５がバッテリーセル２０の膨張および収縮に追従しやすくなるというメリットが得られる。特に、後述の放熱構造体２５ｄ（図８を参照）のように、熱伝導シート３０のみならず放熱構造体２５ｄの全体をスパイラル形状にした場合には、放熱構造体２５ｄ自体がバッテリーセル２０の膨張と収縮に追従できる。密着層３４の熱抵抗を低くすることと接着力を高めることの調和の観点では、密着層３４の厚さは、好ましくは０．０２〜１．０ｍｍ、さらに好ましくは０．０５〜０．７ｍｍ、さらにより好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。ただし、密着層３４の厚さは、バッテリーセル２０表面の凹凸あるいはゴム硬度等の条件に応じて決定するのが好ましい。密着層３４は、放熱構造体２５側ではなく、放熱構造体２５と接触するバッテリーセル２０側等に備えても良い。なお、密着層３４は、放熱構造体２５あるいはバッテリー１にとって必須の構成ではなく、好適に備えることのできる追加的な構成である。これは、第２実施形態以降でも同様である。

図２は、図１の放熱構造体の製造方法の一部を説明するための図を示す。

まず、クッション部材３１を成形する。次に、密着層３４を備える帯状の熱伝導シート３０を、密着層３４と反対側の面に接着剤あるいは接着シート等を供してクッション部材３１の外側面にスパイラル状に巻く。このとき、クッション部材３１の外側面が粘着性を有していれば、接着剤等は不要である。最後に、密着層３４付きの帯状の熱伝導シート３０のクッション部材３１の両端からはみ出した部分があればカットする。こうして出来上がった放熱構造体２５は、クッション部材３１の外側面よりも密着層３４および熱伝導シート３０の各厚さ分だけ突出した形態を有する。ただし、後述の例のように、熱伝導シート３０とクッション部材３１、あるいは密着層３４とクッション部材３１とは、面一であっても良い。

なお、密着層３４は、放熱構造体２５の製造工程の最後に形成しても良い。例えば、密着層３４を備えていない帯状の熱伝導シート３０をクッション部材３１の外側面にスパイラル状に巻いた後に、少なくとも熱伝導シート３０の表面に対して密着層３４を形成するようにしても良い。密着層３４の形成方法としては、少なくとも熱伝導シート３０の表面に、硬化後に密着層３４となる液状の硬化性組成物を塗布し、あるいは筒状の密着層３４を、熱伝導シート３０を巻いた後のクッション部材３１の上から被せる方法などを例示できる。

図３は、バッテリーセルの直下に放熱構造体を配置した状態の斜視図を示す。

図３に示すように、筐体１１内の各放熱構造体２５は、２個のバッテリーセル２０の電極２１，２２と反対側に位置する下端部と接触し、上下方向に圧縮された状態にある。放熱構造体２５は、クッション部材３１の外側面に熱伝導シート３０をスパイラル状に巻いた構造を有しており、クッション部材３１の変形に対して過度に拘束しない。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーについて説明する。第１実施形態と共通する部分については同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図４は、第２実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図（４Ａ）、バッテリーセルの直下に放熱構造体を配置した状態の斜視図（４Ｂ）および放熱構造体の平面図（４Ｃ）を、それぞれ示す。

第２実施形態に係る放熱構造体２５ａは、１個のバッテリーセル２０を載置するのに十分な径を有する筒状体である点、および放熱構造体２５ａにおいて密着層３４の外面とクッション部材３１（筒状クッション部材）の外面とが面一となっている点において、第１実施形態に係る放熱構造体２５と異なり、それら以外を共通とする。

具体的には、この実施形態では、放熱構造体２５ａは、バッテリー１ａの筐体１１内において、バッテリーセル２０と同じ個数だけ配置されている。また、密着層３４付きの熱伝導シート３０はクッション部材３１の外側面から若干内方に食い込んで、密着層３４の外表面とクッション部材３１の外表面とが面一となっている。また、熱伝導シート３０の表面とクッション部材３１との表面とを面一とし、密着層３４が外側にわずかに突出していても良い。放熱構造体２５ａの上にバッテリーセル２０を載置したときに、放熱構造体２５ａは、第１実施形態に係る放熱構造体２５と同様、バッテリーセル２０の重みで上下方向に圧縮される。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーについて説明する。前述の各実施形態と共通する部分については同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図５は、第３実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図（５Ａ）および当該放熱構造体に冷却部材が流れる状況の斜視図（５Ｂ）を、それぞれ示す。

この実施形態に係るバッテリー１ｂは、放熱構造体２５ｂを、第１実施形態に係るバッテリー１に備える水冷パイプ１３に代用して、筐体１１に備える。すなわち、放熱構造体２５ｂは、その貫通路内に冷却部材（冷却媒体と称しても良い）１３を流す冷却管としての機能をも有する。図５（５Ａ）に示すように、筐体１１は、好ましくは、底部１２の内底面に、放熱構造体２５ｂを嵌め込む凹部を備える。ここでは、１個のバッテリーセル２０は、１個の放熱構造体２５ｂと接触するように筐体１１内に配置されている。放熱構造体２５ｂを構成するクッション部材３１は、バッテリーセル２０の重みで貫通路３２を閉塞させないのに十分な硬度を有するのが好ましい。

図５は、放熱構造体２５ｂの両側に接続する流水用のパイプを省略しているが、放熱構造体２５ｂの端部同士を流水用のパイプで接続すると、１個の放熱構造体２５ｂの端部から冷却水等の冷却部材１３を流し、複数の放熱構造体２５ｂを経由する冷却経路を構築できる。また、一個の長い放熱構造体２５ｂを用意して、その放熱構造体２５ｂをスネーク状に往復するように配置することにより、放熱構造体２５ｂの一端から他端に冷却水等の冷却部材を流すこともできる。すなわち、放熱構造体２５ｂを水冷パイプそのものとして使用できる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーについて説明する。前述の各実施形態と共通する部分については同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図６は、第４実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図および当該放熱構造体に冷却部材が流れる状況の斜視図を示す。

この実施形態に係るバッテリー１ｃは、放熱構造体２５ｃをバッテリーセル２０の下端部ではなくバッテリーセル２０と筐体１１の内部１４の内側面との隙間、およびバッテリーセル２０同士の隙間に備える。図６では、放熱構造体２５ｃの長さ方向を紙面表裏方向となるようにして複数個配置している。しかし、１個の長い放熱構造体２５ｃをスネーク状に往復するように配置して、上記隙間に配置しても良い。その場合、放熱構造体２５ｃは、上記隙間の数だけで足りる。さらには、１個の長い放熱構造体２５ｃを１つの隙間にスネーク状に配置して、その隣の隙間にてスネーク状に配置するという形式ですべての隙間に配置するようにすれば、放熱構造体２５ｃの数は１個のみで足りる。

なお、放熱構造体２５ｃは、図６では、バッテリーセル２０の下端部と筐体１１の底部１２の内底面との間に配置されていないが、配置するようにしても良い。また、放熱構造体２５ｃは、１個のバッテリーセル２０の外周を巻くように配置されていても良い。その際に、放熱構造体２５ｃは、バッテリーセル２０の外周を巻回してから続いて隣のバッテリーセル２０の外周を巻回するようにしても良い。放熱構造体２５ｃは、先に説明した放熱構造体２５ｂと同様、冷却部材１５を貫通路３２に流して用いられている。しかし、第１実施形態のように筐体１１の底部１２等に水冷パイプ１３を配置し、放熱構造体２５ｃに冷却部材１５を流さなくても良い。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーについて説明する。前述の各実施形態と共通する部分については同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図７は、第５実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図を示す。図８は、図７の放熱構造体の製造状況の一部（８Ａ）および当該（８Ａ）の製造方法によって完成した放熱構造体の平面図（８Ｂ）をそれぞれ示す。

第５実施形態に係るバッテリー１ｄは、第１実施形態に係るバッテリー１内に配置される放熱構造体２５と異なる放熱構造体２５ｄを備え、その他についてはバッテリー１と共通した構造を有する。この実施形態に用いられる放熱構造体２５ｄは、クッション部材３１を、筒状クッション部材とせずに、熱伝導シート３０の裏側に備えられる帯状のクッション部材であって熱伝導シート３０と共にスパイラル状に巻回されているスパイラル状のクッション部材とする。

上述のスパイラル状のクッション部材３１（「スパイラル状クッション部材」ともいう）を備える放熱構造体２５ｄの製造方法の一例は、次の通りである。

まず、略同等の幅を持つ密着層３４、熱伝導シート３０およびクッション部材３１の三層からなる積層体４０を製造する。次に、積層体４０をスパイラル状（コイル状と称しても良い）に、一方向に進行するように巻回する。こうして、積層体４０をスパイラル状に巻回した細長い形状の放熱構造体２５ｄが完成する。なお、密着層３４は、最後に熱伝導シート３０上に塗布して形成するようにしても良い。

放熱構造体２５ｄは、その長さ方向に貫通する貫通路３３を備えているが、第１実施形態に係る放熱構造体２５と異なり、放熱構造体２５ｄの外側面方向にも貫通している。このため、放熱構造体２５ｄの貫通路３３は、冷却水等の冷却部材１５を流すのに適してはいない。しかし、放熱構造体２５ｄの形状そのものがスパイラル状であるため、上述の放熱構造体２５に比べて、放熱構造体２５ｄの長さ方向（図８（８Ｂ）の白矢印方向）に伸縮容易である。

放熱構造体２５ｄは、バッテリーセル２０と筐体１１の底部１２との間のみならず、第４実施形態に係るバッテリー１ｃと同様に、バッテリーセル２０と筐体１１の内側面との隙間、および／またはバッテリーセル２０同士の隙間にも配置可能である。さらに、１本の長い放熱構造体２５ｄを用意して、１個のバッテリーセル２０の外周を巻き、あるいは１個のバッテリー２０の外周を巻いた後、その隣のバッテリーセル２０の外周を巻くというように、複数のバッテリー２０を連続して巻回することもできる。

（各実施形態の作用・効果）
以上説明したように、放熱構造体２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ（放熱構造体を総称する場合には、「放熱構造体２５等」とも称する。）は、バッテリーセル２０からの放熱を高める放熱構造体であって、バッテリーセル２０からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シート３０と、熱伝導シート３０の環状裏面に備えられ、熱伝導シート３０に比べてバッテリーセル２０の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材３１とを備え、熱伝導シート３０の巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路３２，３３を有する。また、バッテリー１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ（バッテリーを総称する場合には、「バッテリー１等」とも称する。）は、冷却部材１５を流す構造を持つ筐体１１内に１または２以上のバッテリーセル２０を備えると共に、バッテリーセル２０と接するように上記放熱構造体２５等を備える。

このため、放熱構造体２５等は、熱伝導シート３０の裏面側に配置されているクッション部材３１および貫通路３２，３３に起因して、バッテリーセル２０の種々の形態に順応可能で放熱効率にも優れた構造体となる。また、放熱構造体２５等は、貫通路３２，３３に起因してより軽量になる。

また、放熱構造体２５等は、熱伝導シート３０の環状表面に密着層３４をさらに備え、貫通路３２，３３から径方向外側に向かって、クッション部材３１、熱伝導シート３０、密着層３４の順に構成されている。このため、熱伝導シート３０が金属や炭素等の比較的合成の高い材料で構成している場合に、密着層３４を介してバッテリーセル２０の表面に熱伝導シート３０を接するようにすると、バッテリーセル２０から熱伝導シート３０への熱伝導性をより高めることができる。

また、放熱構造体２５ｄにおいて、クッション部材３１は、熱伝導シート３０の環状裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材である。バッテリー１ｄは、放熱構造体２５ｄを、少なくともバッテリー２０と冷却部材１５との間に配置している。放熱構造体２５ｄは、筐体１１の内側面とバッテリーセル２０との間および／またはバッテリーセル２０同士の間に配置されていても良い。放熱構造体２５ｄは、その全体がスパイラル形状になっているので、バッテリーセル２０の種々のサイズに、より適応しやすい。より具体的には、次のとおりである。剛性の高い熱伝導シート３０を備える場合でも、低荷重で熱伝導シート３０を変形させ、バッテリーセル２０の表面に追従・密着させることができる。さらに、部分的に異なる量の変形量であっても、密着追従性が良くなる。また、クッション部材３１もスパイラル状に切れているので、１回転ずつのスパイラルが概略独立しているかのような変形を起こすことができる。したがって、放熱構造体２５ｄは、局所的な変形の自由度を高くできる。加えて、放熱構造体２５ｄは、貫通路３３のみならず、貫通路３３から側面にも貫通するスパイラル状の貫通溝を備えているので、より軽量になる。

また、放熱構造体２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃを構成するクッション部材３１は、その長さ方向に貫通路３２を有する筒状クッション部材であって、熱伝導シート３０は、筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回している。バッテリー１，１ａ，１ｂ，１ｃは、かかる放熱構造体２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃをバッテリーセル２０に接触させて筐体１１に備える。熱伝導シート３０は、筒状クッション部材の外側面を部分的に覆っていて、かつスパイラル状に筒状クッション部材の長さ方向に巻回している。バッテリー１，１ａ，１ｂ，１ｃは、放熱構造体２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃを、少なくともバッテリー２０と冷却部材１５との間に配置している。このため、放熱構造体２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、熱伝導シート３０による拘束を受けにくく、バッテリーセル２０の表面の凹凸等に追従して変形可能となる。

また、バッテリー１，１ａ，１ｂ，１ｃでは、クッション部材３１は、その長さ方向に貫通路３２を有する筒状クッション部材であって、熱伝導シート３０は、筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回しており、筒状クッション部材は貫通路３２に冷却部材１５を流すことができるように構成されている。バッテリー１，１ａ，１ｂ，１ｃは、放熱構造体２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃを、バッテリーセル２０と筐体１１との間、および／またはバッテリーセル２０同士の間に配置している。このため、放熱構造体２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、水冷パイプ（冷却パイプとも称する）としての機能を併せ持つため、バッテリー１，１ａ，１ｂ，１ｃの筐体１１に水冷パイプ１３を備えなくとも良い。このことは、バッテリー１，１ａ，１ｂ，１ｃのさらなる軽量化にも寄与する。

（その他の実施形態）
上述のように、本発明の好適な各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、種々変形して実施可能である。

例えば、熱源は、バッテリーセル２０のみならず、回路基板や電子機器本体などの熱を発する対象物を全て含む。例えば、熱源は、キャパシタおよびＩＣチップ等の電子部品であっても良い。同様に、冷却部材１５は、冷却用の水のみならず、有機溶剤、液体窒素、冷却用の気体であっても良い。また、放熱構造体２５等は、バッテリー１等以外の構造物、例えば、電子機器、家電、発電装置等に配置されていても良い。

また、放熱構造体２５ｄにおけるスパイラル状のクッション部材３１は、熱伝導シート３０の幅と同一に限定されず、熱伝導シート３０の幅に対して大きくても、あるいは小さくても良い。放熱構造体２５ｂは、底部１２に嵌め込み若しくは埋設される形態に限定されず、底部１２の内底面上に配置され、あるいは筐体１１の内側面に嵌め込み、埋設等の形態で配置されていても良い。密着層３４は、熱伝導シート３０の表側の面の全面ではなく、バッテリーセル２０等の熱源との接触領域のみに形成しても良い。例えば、熱伝導シート３０と筐体１１の底部１２との間に密着層３４を備えず、熱伝導シート３０とバッテリーセル２０との接触領域に密着層３４を備えるようにできる。

また、上述の各実施形態の複数の構成要素は、互いに組み合わせ不可能な場合を除いて、自由に組み合わせ可能である。例えば、第５実施形態に係る放熱構造体２５ｄを、第３実施形態に係る放熱構造体２５ｂに代えて配置しても良い。その場合、冷却部材１５は、筐体１１の底部１２や側壁に別途流す必要がある。

本発明に係る放熱構造体は、例えば、自動車用バッテリーの他、自動車、工業用ロボット、発電装置、ＰＣ、家庭用電化製品などの各種電子機器にも利用することができる。また、本発明に係るバッテリーは、自動車用のバッテリー以外に、家庭用の充放電可能なバッテリー、ＰＣ等の電子機器用のバッテリーにも利用できる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ・・・バッテリー、１１・・・筐体、１５・・・冷却部材、２０・・・バッテリーセル（熱源の一例）、２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ・・・放熱構造体、３０・・・熱伝導シート、３１・・・クッション部材、３２，３３・・・貫通路、３４・・・密着層。

Claims (9)

1. 熱源からの放熱を高める放熱構造体であって、
   前記熱源からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートの環状裏面に備えられ、前記熱伝導シートに比べて前記熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材と、
   を備え、
   前記熱伝導シートの巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路を有する放熱構造体。
2. 前記熱伝導シートの環状表面に密着層をさらに備え、
   前記貫通路から径方向外側に向かって、前記クッション部材、前記熱伝導シート、前記密着層の順に構成されている請求項１に記載の放熱構造体。
3. 前記クッション部材は、前記熱伝導シートの前記環状裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材である請求項１または２に記載の放熱構造体。
4. 前記クッション部材は、その長さ方向に前記貫通路を有する筒状クッション部材であって、
   前記熱伝導シートは、前記筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回している請求項１または２に記載の放熱構造体。
5. 冷却部材を流す構造を持つ筐体内に、１または２以上の熱源としてのバッテリーセルを備えたバッテリーであって、
   前記熱源からの放熱を高める放熱構造体を備え、
   前記放熱構造体に、
   前記熱源からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートの環状裏面に備えられ、前記熱伝導シートに比べて前記熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材と、
   を備え、
   前記熱伝導シートの巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路を有するバッテリー。
6. 前記放熱構造体は、前記熱伝導シートの環状表面に密着層をさらに備え、前記貫通路から径方向外側に向かって、前記クッション部材、前記熱伝導シート、前記密着層の順に構成されている請求項５に記載のバッテリー。
7. 前記クッション部材は、前記熱伝導シートの前記環状裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材であり、
   前記放熱構造体を、少なくとも前記熱源と前記冷却部材との間に配置している請求項５または６に記載のバッテリー。
8. 前記クッション部材は、その長さ方向に前記貫通路を有する筒状クッション部材であって、
   前記熱伝導シートは、前記筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回しており、
   前記放熱構造体を、少なくとも前記熱源と前記冷却部材との間に配置している請求項５または６に記載のバッテリー。
9. 前記クッション部材は、その長さ方向に前記貫通路を有する筒状クッション部材であって、
   前記熱伝導シートは、前記筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回しており、
   前記筒状クッション部材は前記貫通路に前記冷却部材を流すことができるように構成されており、
   前記放熱構造体を、前記熱源と前記筐体との間、および／または前記熱源同士の間に配置している請求項５または６に記載のバッテリー。