JP2020129436A - 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー - Google Patents
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Abstract
Description
(2)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記固定部材は、前記複数の放熱部材の前記長さ方向の両端部を固定する。
(3)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記固定部材は、前記放熱部材の長さ方向と直交する方向に並んだ前記複数の放熱部材を囲むように形成される。
(4)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記固定部材は、その厚さが、前記熱源からの押圧により変形した前記放熱部材の厚さより薄くなるよう形成される。
(5)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記クッション部材は、前記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。
(6)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、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。
(7)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記複数の放熱部材を前記長さ方向と直交する方向に並べた状態で連結する連結部材を備え、前記連結部材は、糸で構成される。
(8)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記連結部材は、前記複数の放熱部材の間に、撚りが加えられた撚り部を備える。
(9)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導シートの表面に、当該表面に接触する熱源から当該表面への熱伝導性を高めるための熱伝導性オイルを有する。
(10)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導性オイルは、シリコーンオイルと、前記シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の1以上からなる熱伝導性フィラーとを含む。
(11)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、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、上述のいずれかに記載の放熱構造体を備える。
図1は、第1実施形態に係る放熱構造体の平面図(1A)、当該(1A)におけるA−A線断面図(1B)、および当該断面図中の領域Bの拡大図(1C)をそれぞれ示す。図2は、図1(1A)に示す放熱構造体を矢印C方向から見た側面図(2A)、当該(1A)に示す放熱構造体を矢印D方向から見た側面図(2B)、および当該側面図(2B)中の領域Eの拡大図(2C)をそれぞれ示す。図3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(3A)および当該(3A)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(3B)をそれぞれ示す。
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(単に、セルと称しても良い。)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。冷却部材は、冷却媒体あるいは冷却剤と称しても良い。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。
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。樹脂を合成繊維とすることもでき、その場合には、好適に、アラミド繊維を用いることもできる。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。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、カーボン粒子あるいはカーボンファイバーといった各種フィラーも、すべて、炭素フィラーの概念に含まれる。
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。回復力は、弾性変形性による。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。
連結部材35は、例えば、糸やゴム等、少なくとも複数の放熱部材28の間に位置する部分が変形自在な材料で構成された部材である。本実施形態において、連結部材35は、糸で構成されることが好ましく、バッテリーセル20からの放熱による温度上昇に耐え得る糸であることがより好ましい。より具体的には、連結部材35は、120℃程度の高温に耐え得る糸であって、天然繊維、合成繊維、カーボン繊維、金属繊維等の繊維からなる撚糸で構成されることが好ましい。また、連結部材35は、好ましくは、複数の放熱部材28の間に、撚りが加えられた撚り部37を備える(図1(1C)参照)。放熱構造体25は、放熱部材28がバッテリーセル20により圧縮され扁平した形態となっても、放熱部材28の変形に追従して連結部材35が撓むため、バッテリーセル20の表面に追従・密着することができる。また、放熱構造体25は、複数の放熱部材28の間に撚り部37を備えることにより、バッテリーセル20の表面への追従・密着性をより高めることができる。なお、連結部材35は、必ずしも、撚り部37を有していなくても良い。
固定部材50は、複数の放熱部材28をその長さ方向と直交する方向(図1のX方向)に並べた状態で固定可能な部材であって、複数の放熱部材28の長さ方向(図1のY方向)の少なくとも一端部を固定する。固定部材50は、好ましくは、複数の放熱部材28の長さ方向の両端部を固定し、当該長さ方向と直交する方向に並んだ複数の放熱部材28を囲むように形成される。すなわち、固定部材50は、複数の放熱部材28の長さ方向および放熱部材28を並べる方向(幅方向)を囲むように形成される枠54を備え、枠54の対向2辺(放熱部材28の長さ方向に位置する2辺)にて各放熱部材28を固定している。放熱部材28の両端部は、好ましくは、枠54の上述の対向2辺上に配置され、糸52で縫い付けて固定される。枠54で囲まれた開口部分55は、熱源の一例であるバッテリーセル20によって放熱部材28を底部12に向けて押圧可能な領域である。開口部分55は、バッテリーセル20を挿通可能なほどに十分な大きさを有しているのが好ましい。しかし、開口部分55は、バッテリーセル20を挿通不可な大きさであっても良い。固定部材50は、好ましくは、樹脂あるいはゴムで形成され、より好ましくは、PETフィルムで形成される。糸52は、その材料に特に制約はないが、バッテリーセル20からの放熱による温度上昇に耐え得る糸であることが好ましい。糸52は、好ましくは、ミシン等を用いて複数の放熱部材28を上述の対向2辺に縫い付ける。糸52の縫い方は、特に限定されず、手縫い、本縫い、千鳥縫い、単環縫い、二重環縫い、縁かがり縫い、扁平縫い、安全縫い、オーバーロック等の如何なる縫い方でも良い。また、JIS L 0120の規定する表示記号によれば、好適な縫い方として、「101」、「209」、「301」、「304」、「401」、「406」、「407」、「410」、「501」、「502」、「503」、「504」、「505」、「509」、「512」、「514」、「602」および「605」の各種縫い目を構成する縫い方を例示できる。
熱伝導性オイルは、好ましくは、シリコーンオイルと、シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の1以上からなる熱伝導性フィラーとを含む。熱伝導シート30は、微視的に、隙間(孔あるいは凹部)を有する。通常、当該隙間には空気が存在し、熱伝導性に悪影響を及ぼす可能性が有る。熱伝導性オイルは、その隙間を埋めて、空気に代わって存在することになり、熱伝導シート30の熱伝導性を向上させる機能を有する。
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。
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。
以上説明したように、放熱構造体25,25a,25b(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複数の放熱部材28,28aが連結された放熱構造体であって、放熱部材28,28a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、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と、を備える。また、放熱構造体25等は、複数の放熱部材28,28aをその長さ方向と直交する方向に並べた状態で固定可能な部材であって、複数の放熱部材28,28aの長さ方向の少なくとも一端部を固定する固定部材50を備える。
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。
Claims (11)
- 熱源からの放熱を高める複数の放熱部材が連結された放熱構造体であって、
前記放熱部材は、
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、
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と、
を備え、
前記複数の放熱部材をその長さ方向と直交する方向に並べた状態で固定可能な部材であって、前記複数の放熱部材の前記長さ方向の少なくとも一端部を固定する固定部材を備える放熱構造体。 - 前記固定部材は、前記複数の放熱部材の前記長さ方向の両端部を固定する請求項1に記載の放熱構造体。
- 前記固定部材は、前記放熱部材の長さ方向と直交する方向に並んだ前記複数の放熱部材を囲むように形成される請求項1または2に記載の放熱構造体。
- 前記固定部材は、その厚さが、前記熱源からの押圧により変形した前記放熱部材の厚さより薄くなるよう形成される請求項1から3のいずれか1項に記載の放熱構造体。
- 前記クッション部材は、前記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から4のいずれか1項に記載の放熱構造体。 - 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から4のいずれか1項に記載の放熱構造体。
- 前記複数の放熱部材を前記長さ方向と直交する方向に並べた状態で連結する連結部材を備え、
前記連結部材は、糸で構成される請求項1から6のいずれか1項に記載の放熱構造体。 - 前記連結部材は、前記複数の放熱部材の間に、撚りが加えられた撚り部を備える請求項7に記載の放熱構造体。
- 前記熱伝導シートの表面に、当該表面に接触する熱源から当該表面への熱伝導性を高めるための熱伝導性オイルを有する請求項1から8のいずれか1項に記載の放熱構造体。
- 前記熱伝導性オイルは、シリコーンオイルと、前記シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の1以上からなる熱伝導性フィラーとを含む請求項9に記載の放熱構造体。
- 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、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、請求項1から10のいずれか1項に記載の放熱構造体を備えるバッテリー。
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