JP2021005508A - 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
【課題】熱源の種々の形態に順応可能であって、放熱効率に優れ、かつ隣り合う熱源への伝熱を低減可能な放熱構造体、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、隙間を空けて配置される複数の熱源からの放熱を高めるための1または2以上の放熱部材8と、隣り合う熱源同士の隙間に配置されて、1つの熱源とその隣に位置する熱源との断熱性を高めるための1または2以上の断熱部材13とを備え、放熱部材8は熱源からの熱を伝えるための熱伝導シート20と、熱伝導シート20の内方に備えられ熱伝導シート20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21と、を備える放熱構造体1、およびそれを備えるバッテリー30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、あるいは冷却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)、立方晶窒化ホウ素(cBN)等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、冷却ファンの配置は、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よ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、電気自動車が普及してきている。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が必要となる。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重要である。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。このような構造のバッテリーでは、バッテリーセルは、ゴムシートを通じて筐体に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。
しかし、上述のような従来のバッテリーにおいて、ゴムシートは、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、バッテリーセルから筐体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が、複数のバッテリーセル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非平滑な表面状態を含む)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。加えて、バッテリーセルが何らかの要因で発熱した際に、その熱が他のバッテリーセルに伝搬することを防止し、バッテリー全体への延焼を防ぐことも望まれている。
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、放熱効率に優れ、かつ隣り合う熱源への伝熱を低減可能な放熱構造体、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、隙間を空けて配置される複数の熱源からの放熱を高めるための1または2以上の放熱部材と、隣り合う前記熱源同士の隙間に配置されて1つの前記熱源とその隣に位置する前記熱源との断熱性を高めるための1または2以上の断熱部材と、を備え、前記放熱部材は、前記熱源からの熱を伝えるための熱伝導シートと、前記熱伝導シートの内方に備えられ、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、を備える。
(2)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記クッション部材は、長尺状の中実若しくは中空の部材であって、前記熱伝導シートは、前記クッション部材の長さ方向に向かってスパイラル状に巻かれている。
(3)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記クッション部材は、前記熱伝導シートの内側に配置され、前記熱伝導シートと前記クッション部材は、一体にてスパイラル状に一方向に進行する形態を有する。
(4)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記断熱部材は、前記熱源に接触する面に配置される2つの熱伝導層と、2つの前記熱伝導層の間に配置される断熱層と、を備える。
(5)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記断熱部材は、前記放熱部材を並べた平面に対して立てて配置されており、前記断熱部材と前記放熱部材との間には隙間が設けられており、前記放熱部材を前記平面に向けて圧縮すると、前記放熱部材が前記断熱部材に接触可能である。
(6)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記断熱部材は、前記放熱部材を並べた平面に対して立てて配置されており、前記断熱部材と前記放熱部材の前記熱伝導シートとは密着若しくは接続されている。
(7)別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、前記放熱部材を並べて配置する底部シートを、さらに備え、前記断熱部材は、前記底部シート上に立てて配置されている。
(8)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記底部シートは、前記底部シートの厚さ方向に貫通する開口部を備え、前記放熱部材は、前記開口部を橋渡しするように前記底部シートに固定されている。
(9)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記底部シートは、前記底部シートの厚さ方向に貫通する開口部を備え、前記断熱部材は、前記開口部を橋渡しするように前記底部シートに固定されている。
(10)別の実施形態に係る放熱構造体は、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。
(11)別の実施形態に係る放熱構造体において、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。
(12)上記目的を達成するための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、2以上の熱源としてのバッテリーセルを備え、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、上述のいずれかの放熱構造体を備え、前記断熱部材は、少なくとも2つの前記バッテリーセルの間に配置されている。
(2)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記クッション部材は、長尺状の中実若しくは中空の部材であって、前記熱伝導シートは、前記クッション部材の長さ方向に向かってスパイラル状に巻かれている。
(3)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記クッション部材は、前記熱伝導シートの内側に配置され、前記熱伝導シートと前記クッション部材は、一体にてスパイラル状に一方向に進行する形態を有する。
(4)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記断熱部材は、前記熱源に接触する面に配置される2つの熱伝導層と、2つの前記熱伝導層の間に配置される断熱層と、を備える。
(5)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記断熱部材は、前記放熱部材を並べた平面に対して立てて配置されており、前記断熱部材と前記放熱部材との間には隙間が設けられており、前記放熱部材を前記平面に向けて圧縮すると、前記放熱部材が前記断熱部材に接触可能である。
(6)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記断熱部材は、前記放熱部材を並べた平面に対して立てて配置されており、前記断熱部材と前記放熱部材の前記熱伝導シートとは密着若しくは接続されている。
(7)別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、前記放熱部材を並べて配置する底部シートを、さらに備え、前記断熱部材は、前記底部シート上に立てて配置されている。
(8)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記底部シートは、前記底部シートの厚さ方向に貫通する開口部を備え、前記放熱部材は、前記開口部を橋渡しするように前記底部シートに固定されている。
(9)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記底部シートは、前記底部シートの厚さ方向に貫通する開口部を備え、前記断熱部材は、前記開口部を橋渡しするように前記底部シートに固定されている。
(10)別の実施形態に係る放熱構造体は、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。
(11)別の実施形態に係る放熱構造体において、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。
(12)上記目的を達成するための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、2以上の熱源としてのバッテリーセルを備え、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、上述のいずれかの放熱構造体を備え、前記断熱部材は、少なくとも2つの前記バッテリーセルの間に配置されている。
本発明によれば、熱源の種々の形態に順応可能であって、放熱効率に優れ、かつ隣り合う熱源への伝熱を低減可能な放熱構造体、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。
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。
1.放熱構造体
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る放熱構造体の平面図および側面図をそれぞれ示す。図2は、図1の放熱構造体の部分斜視図を示す。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る放熱構造体の平面図および側面図をそれぞれ示す。図2は、図1の放熱構造体の部分斜視図を示す。
(1)概略構成
第1実施形態に係る放熱構造体1は、隙間を空けて配置される複数の熱源からの放熱を高めるための1または2以上の放熱部材8と、隣り合う熱源同士の隙間に配置されて1つの熱源とその隣に位置する熱源との断熱性を高めるための1または2以上の断熱部材13と、を備える。放熱部材8は、熱源からの熱を伝えるための熱伝導シート20と、熱伝導シート20の内方に備えられ、熱伝導シート20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21と、を備える。放熱部材は、「伝熱部材」と称しても良い。
第1実施形態に係る放熱構造体1は、隙間を空けて配置される複数の熱源からの放熱を高めるための1または2以上の放熱部材8と、隣り合う熱源同士の隙間に配置されて1つの熱源とその隣に位置する熱源との断熱性を高めるための1または2以上の断熱部材13と、を備える。放熱部材8は、熱源からの熱を伝えるための熱伝導シート20と、熱伝導シート20の内方に備えられ、熱伝導シート20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21と、を備える。放熱部材は、「伝熱部材」と称しても良い。
この実施形態では、放熱構造体1は、好ましくは、2以上の長尺状の放熱部材8を、それらの長さ方向と直交する方向に、隙間16(隙間16の大きさ: t1)をあけて並べた状態(横並びの状態ともいう)で、底部シート10の一方の面上に固定されている。放熱部材8同士の隙間16は、好ましくは、放熱部材8の上方からの押圧によって放熱部材8の直径が80%になるまで扁平状態になっても放熱部材8同士が接触しないほどの距離である。放熱部材8同士の隙間16を過度に大きくすると、熱源との接触面積の減少の他、絶縁体としての空気が大量に存在して熱源から冷却部位への熱伝達を妨げる可能性もあるためである。ただし、放熱部材8が十分に柔軟であれば、隙間16は、ゼロであっても良く、その場合には放熱部材8同士が常に密着した状態となる。
断熱部材13は、厚さの薄い板状部材である。断熱部材13は、放熱部材8同士の間において、底部シート10の前記一方の面上に立てて固定されている。断熱部材13は、底部シート10に、好ましくは2以上備えられている。2以上の断熱部材13における断熱部材13間の領域は、熱源(例えば、後述するバッテリーセル)を挿入可能な大きさである。断熱部材13と放熱部材との隙間15(隙間の大きさ: t2)は、好ましくは、放熱部材8の上方からの押圧によって放熱部材8の直径が80%になるまで扁平すると消失する大きさである。隙間15は、好ましくは、前記隙間16より小さい。隙間15は、ゼロであっても良く、その場合には放熱部材8と断熱部材13とが常に密着した状態となる。
底部シート10は、好ましくは、2以上の放熱部材8を横並びの状態にした集合体の略外周を囲う部材である。この実施形態において、底部シート10は、より好ましくは、薄い板若しくはフィルム状の枠の内部に、底部シート10の厚さ方向に貫通する開口部11を備えている。放熱部材8は、開口部11上に浮いた状態で、底部シート10の片面に固定されている。すなわち、放熱部材8は、開口部11を橋渡しするように底部シート10に固定されている。また、断熱部材13も、また、底部シート10上に立てて配置されている。ただし、底部シート10は、2以上の放熱部材8の長さ方向の少なくとも一端部若しくは両端部を固定するバー形状の部材であっても良い。底部シート10は、好ましくは、その厚さが、熱源から底部シート10の面に対して垂直にかかる押圧により変形した放熱部材8の厚さよりも薄くなるよう形成されている。このため、放熱部材8を開口部11に向けて押圧すると、放熱部材8は、押圧方向(すなわち、底部シート10の厚さ方向)の一部を、開口部11に沈み込ませるように撓むことができる。
放熱構造体1は、複数の放熱部材8をそれらの長さ方向と直交する方向に並べた状態で連結する糸7(連結部材の一例)を備える。この実施形態では、連結部材としての糸7は、2本の放熱部材8の両端部をそれぞれ一体的に底部シート10に固定している。断熱部材13は、2本の放熱部材8ごとに配置されている。このため、糸7は、断熱部材13を底部シート10に固定するためには用いられずに、もっぱら放熱部材8のみを底部シート10に固定するために用いられている。糸7は、底部シート10の内部に固定されているが、底部シート10をその厚さ方向に貫通して放熱部材8を固定していても良い。また、変形例として、糸7を2本の放熱部材8から底部シート10を貫通して輪状に構成しても良い。また、糸7は、放熱部材8を一本単位で底部シート10に固定する連結部材であっても良い。さらには、糸7は、放熱部材8から断熱部材13を貫通して、さらに底部シート10に埋め込むか、あるいは底部シート10を貫通させて輪状にして、放熱部材8と断熱部材13の両方を底部シート10に固定しても良い。
次に、放熱構造体1の各構成要素について説明する。
(2)熱伝導シート
熱伝導シート20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90質量%以上を炭素から構成されるシートである。例えば、熱伝導シート20に、樹脂を焼成して成るグラファイト製のフィルムを用いることもできる。ただし、熱伝導シート20は、炭素と樹脂とを含むシートであっても良い。その場合、樹脂は、合成繊維でも良く、その場合には、樹脂として好適にはアラミド繊維を用いることができる。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、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20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20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。
熱伝導シート20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90質量%以上を炭素から構成されるシートである。例えば、熱伝導シート20に、樹脂を焼成して成るグラファイト製のフィルムを用いることもできる。ただし、熱伝導シート20は、炭素と樹脂とを含むシートであっても良い。その場合、樹脂は、合成繊維でも良く、その場合には、樹脂として好適にはアラミド繊維を用いることができる。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、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20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20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。
熱伝導シート20を炭素と樹脂とを備えるシートとする場合には、当該樹脂が熱伝導シート20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20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)、芳香族ポリアミド(アラミド繊維)等を好適に挙げることができる。樹脂は、熱伝導シート20の成形前の状態において、炭素フィラーの隙間に、例えば粒子状あるいは繊維状に分散している。熱伝導シート20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20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、Al2O3、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20は、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート20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20は、好ましくは、グラファイトの帯状の板であり、熱伝導性と導電性に優れる材料から成る。熱伝導シート20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、0.02〜3mmが好ましく、0.03〜0.5mmがより好ましい。ただし、熱伝導シート20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。
熱伝導シート20は、好ましくは、長尺状のクッション部材21の長さ方向に向かってスパイラル状に巻かれている。熱伝導シート20の幅と長さについては、特に制約はなく、クッション部材21の外側面を巻きながらクッション部材21の長さ方向に進行させ、当該外側面の全面若しくは大部分の面を覆うことのできる幅と長さであれば良い。
(3)クッション部材
クッション部材21の重要な機能は、変形容易性と回復力である。回復力は、クッション部材21の弾性変形性に依る。変形容易性は、熱源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るようなバッテリーセルの場合には、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21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21の重要な機能は、変形容易性と回復力である。回復力は、クッション部材21の弾性変形性に依る。変形容易性は、熱源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るようなバッテリーセルの場合には、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21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21は、長尺状の中実若しくは中空の部材であり、好ましくは、スパイラル状に巻回される熱伝導シート20の筒内に備えられる筒状部材である。ただし、クッション部材21は、中実状の部材、例えば円柱状の部材であっても良い。クッション部材21の長さ方向に形成されている貫通路(広義には、中空領域ともいう)22は、この実施形態では、クッション部材21の長さ方向に貫通している。ただし、貫通路22の長さ方向の両端の少なくとも一方を閉塞しても良い。なお、貫通路22の両端を閉塞すると、クッション部材21には、閉塞状の中空領域が形成される。
クッション部材21は、放熱部材8に接触する熱源が平坦でない場合でも、熱伝導シート20と熱源との接触を良好にする機能を有する。さらに、貫通路22は、クッション部材21の変形を容易にし、加えて放熱構造体1の軽量化に寄与する。クッション部材21は、熱源等からの熱伝導シート20に加わる荷重によって熱伝導シート20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。クッション部材21は、熱伝導シート20に比べて弾性変形しやすく、熱源等からの押圧及びその開放による変形に起因して、割れや亀裂が入りにくい。このため、クッション部材21は、熱伝導シート20に亀裂が生じる事態を抑制することができる。この実施形態では、クッション部材21は、熱伝導シート20に比べて低熱伝導性の部材である。
クッション部材21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21は、熱伝導シート20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21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21は、その熱伝導性を少しでも高めるために、ゴム中にAl2O3、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21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弾性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21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。クッション部材21は、樹脂やゴム等から形成されたスポンジあるいはソリッド(スポンジのような多孔質ではない構造のもの)で構成することも可能である。
(4)断熱部材
断熱部材13は、熱源からの熱が隣の熱源に伝わりにくいようにする断熱機能を有する。断熱部材13としては、ガラスウール、セルロースファイバー、発泡ゴム(発泡ウレタンエラストマーなど)、炭化コルク、シリカ等を好適に例示できる。断熱部材13としては、空気を含むものがより好ましい。また、断熱部材13に、ハロゲン系難燃剤を加えても良い。断熱部材13は、熱源からの熱に起因して膨張する部材であっても良い。特に、断熱部材13は、厚さ方向に膨張するのが好ましい。断熱部材13と放熱部材8との接触を容易にして、断熱部材13から放熱部材8への熱伝達を可能にするためである。これは、後述の断熱部材13a,13bについても同様である。
断熱部材13は、熱源からの熱が隣の熱源に伝わりにくいようにする断熱機能を有する。断熱部材13としては、ガラスウール、セルロースファイバー、発泡ゴム(発泡ウレタンエラストマーなど)、炭化コルク、シリカ等を好適に例示できる。断熱部材13としては、空気を含むものがより好ましい。また、断熱部材13に、ハロゲン系難燃剤を加えても良い。断熱部材13は、熱源からの熱に起因して膨張する部材であっても良い。特に、断熱部材13は、厚さ方向に膨張するのが好ましい。断熱部材13と放熱部材8との接触を容易にして、断熱部材13から放熱部材8への熱伝達を可能にするためである。これは、後述の断熱部材13a,13bについても同様である。
(5)底部シート
底部シート10は、その一方の面に2以上の放熱部材8を並べて配置するためのシートであり、後述の「平面」の一例である。この実施形態では、底部シート10は、略中央部に、開口部11を備える枠部材である。断熱部材13は、底部シート10上に立てて配置されている。断熱部材13は、開口部11を橋渡しするように底部シート10に固定されている。放熱部材8も、開口部11を橋渡しするように底部シート10に固定されている。
底部シート10は、その一方の面に2以上の放熱部材8を並べて配置するためのシートであり、後述の「平面」の一例である。この実施形態では、底部シート10は、略中央部に、開口部11を備える枠部材である。断熱部材13は、底部シート10上に立てて配置されている。断熱部材13は、開口部11を橋渡しするように底部シート10に固定されている。放熱部材8も、開口部11を橋渡しするように底部シート10に固定されている。
底部シート10の構成材料には、特に制約はなく、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂あるいは電子線硬化性樹脂を好適に用いることができる。底部シート10は、放熱部材8および断熱部材13、あるいは放熱部材8のみを固定するシートである。底部シート10は、断熱部材13と接触している場合には、熱伝導性の高いシートであるのが好ましい。その場合、例えば、底部シート10は、前述の熱伝導シート20と同様の材料から構成されるのが好ましい。また、底部シート10を、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド等の樹脂フィルム中にAl2O3、AlN、cBN、hBN、ダイヤモンドの粒子等に代表される熱伝導性の高いフィラーを分散させた複合フィルムとしても良い。
(6)連結部材
連結部材の一例である糸7は、2以上の放熱部材8を連結して、放熱部材8の自由な動きを規制する部材である。糸7は、好ましくは、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。糸7は、放熱部材8が熱源等の加重を受けて扁平形状になっても、それを許容するだけの柔軟性あるいは輪の空間領域を備えるのが好ましい。
連結部材の一例である糸7は、2以上の放熱部材8を連結して、放熱部材8の自由な動きを規制する部材である。糸7は、好ましくは、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。糸7は、放熱部材8が熱源等の加重を受けて扁平形状になっても、それを許容するだけの柔軟性あるいは輪の空間領域を備えるのが好ましい。
(7)熱伝導性オイル
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20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20の熱伝導性を向上させる機能を有する。
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20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20の熱伝導性を向上させる機能を有する。
熱伝導性オイルは、熱伝導シート20の表面、少なくとも熱源等と熱伝導シート20とが接触する面に備えられている。本願において、熱伝導性オイルの「オイル」は、非水溶性の常温(20〜25℃の範囲の任意の温度)で液状若しくは半固形状の可燃物質をいう。「オイル」という文言に代え、「グリース」あるいは「ワックス」を用いることもできる。熱伝導性オイルは、熱源から熱伝導シート20に熱を伝える際に熱伝導の障害にならない性質のオイルである。熱伝導性オイルには、炭化水素系のオイル、シリコーンオイルを用いることができる。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。
シリコーンオイルは、好ましくは、シロキサン結合が2000以下の直鎖構造の分子から成る。シリコーンオイルは、ストレートシリコーンオイルと、変性シリコーンオイルとに大別される。ストレートシリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルを例示できる。変性シリコーンオイルとしては、反応性シリコーンオイル、非反応性シリコーンオイルを例示できる。反応性シリコーンオイルは、例えば、アミノ変性タイプ、エポキシ変性タイプ、カルボキシ変性タイプ、カルビノール変性タイプ、メタクリル変性タイプ、メルカプト変性タイプ、フェノール変性タイプ等の各種シリコーンオイルを含む。非反応性シリコーンオイルは、ポリエーテル変性タイプ、メチルスチリル変性タイプ、アルキル変性タイプ、高級脂肪酸エステル変性タイプ、親水性特殊変性タイプ、高級脂肪酸含有タイプ、フッ素変性タイプ等の各種シリコーンオイルを含む。シリコーンオイルは、耐熱性、耐寒性、粘度安定性、熱伝導性に優れたオイルであるため、熱伝導シート20の表面に塗布して、熱源等と熱伝導シート20との間に介在させる熱伝導性オイルとして特に好適である。熱伝導性オイルは、好ましくは、油分以外に、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を含む。金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、ベリリウム、タングステンなどを例示できる。セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、キュービック窒化ホウ素、ヘキサゴナル窒化ホウ素などを例示できる。炭素としては、ダイヤモンド、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブなどを例示できる。
熱伝導性オイルは、熱源と熱伝導シート20との間に介在する他、熱伝導シート20と冷却部位との間に介在する方が好ましい。熱伝導性オイルは、熱伝導シート20の全面に塗布されていても、熱伝導シート20の一部分に塗布されていても良い。熱伝導性オイルを熱伝導シート20に存在させる方法は、特に制約されることなく、スプレーを用いた噴霧、刷毛等を用いた塗布、熱伝導性オイル中への熱伝導シート20の浸漬など、如何なる方法によるものでも良い。なお、熱伝導性オイルは、放熱構造体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3は、図1の放熱構造体の領域BのA−A線断面図であって、放熱部材上から底部シートに向けて押圧する前後の状況の変化を示す。
この実施形態では、断熱部材13の下端面は、底部シート10上の凹部14に嵌め込まれている。断熱部材13と底部シート10とを接着剤を用いて固定しても良い。放熱部材8上を押圧する前には、放熱部材8同士の間、さらには、放熱部材8と断熱部材13との間には、それぞれ隙間16(t1>0)および隙間15(t2>0)がある。放熱部材8の上に熱源(例えば、後述のバッテリーセル)を載せて、放熱部材8の上から底部シート10に向かって押圧すると(すなわち、矢印P方向に押圧すると)、放熱部材8が押圧方向に圧縮され、放熱部材8を並べた方向に伸びる。この結果、放熱部材8同士、および放熱部材8と断熱部材13は、それぞれ接触する。すなわち、隙間16および隙間15は、ともにゼロとなる。隙間16および隙間15は、放熱部材8の押圧方向の高さが押圧前の80%に圧縮された際にゼロとなる大きさである。加えて、放熱部材8は、底部シート10の開口部11に沈む。この結果、放熱部材8の押圧方向の面24は、底部シート10を敷いた面(冷却面)に接触する。以上のように、断熱部材13は、放熱部材8を並べた平面に対して立てて配置されており、断熱部材13と放熱部材8との間には隙間15が設けられている。放熱部材8を前記平面に向けて圧縮すると、放熱部材8が断熱部材13に接触する。このような構成によれば、熱源から断熱部材13に伝わった熱は、放熱部材8を経由して冷却面へと伝わる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る放熱構造体について説明する。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2実施形態に係る放熱構造体について説明する。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、本発明の第2実施形態に係る放熱構造体の平面図およびその一部Cの拡大図をそれぞれ示す。
第2実施形態に係る放熱構造体1aは、第1実施形態に係る放熱構造体1と類似の構造を有するが、全ての放熱部材8の両端部を糸7aで縫って底部シート10に固定している点と、断熱部材13の長さ(放熱部材8の長さ方向の距離)を糸7aの固定位置の間に収まる大きさとしている点において、第1実施形態に係る放熱構造体1と異なる。ただし断熱部材13の長さは、当該長さ方向の開口部11の長さよりも大きい。断熱部材13を底部シート10の対向する二辺に固定できるようにするためである。
2以上の放熱部材8は、この実施形態では、放熱部材8の貫通路22に糸7aを到達するように縫って連結されている。糸7aによって放熱部材8を縫って連結するには、手で縫っても、あるいはソーイングマシンを使って縫っても良い。糸7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。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る放熱構造体について説明する。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。
次に、第3実施形態に係る放熱構造体について説明する。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、本発明の第3実施形態に係る放熱構造体の平面図および側面図をそれぞれ示す。
第3実施形態に係る放熱構造体1bは、第1実施形態に係る放熱構造体1と類似の構造を有するが、底部シート10bに開口部11を備えていない点において、第1実施形態に係る放熱構造体1と異なる。底部シート10bに開口部11を設けていないため、熱源からの熱は、放熱部材8から底部シート10bを経由して、底部シート10bを敷いた冷却面へと伝達する。したがって、底部シート10bは、熱伝導シート20と同等若しくはそれ以上の熱伝導性を有するのが好ましい。このため、底部シート10bの構成材料の選択肢は、好ましくは、前述した熱伝導シート20の構成材料の選択肢と同様である。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態に係る放熱構造体について説明する。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。
次に、第4実施形態に係る放熱構造体について説明する。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、断熱部材の変形例を示す。
この実施形態に係る放熱構造体の断熱部材13a,13bは、前述の各実施形態に係る放熱構造体1,1a,1bを構成する断熱部材13の変形例である。断熱部材13aは、ガラスウール製の断熱層27の両面をグラファイト含有ゴム製の熱伝導層26で挟んだ三層構造を有する。すなわち、断熱部材13aは、熱源に接触する面に配置される2つの熱伝導層26と、2つの熱伝導層26の間に配置される断熱層27と、を備える。このような構造によって、熱源からの熱は、熱伝導層26から放熱部材8(加えて底部シート10,10b)へと伝わる。断熱層27は、その両側にある熱源間の熱を遮断する。
また、断熱部材13bは、グラファイト含有ゴム製の熱伝導層26の両面をガラスウール製の断熱層27で挟んだ三層構造を有する。すなわち、断熱部材13bは、熱源に接触する面に配置される2つの断熱層27と、2つの断熱層27の間に配置される熱伝導層26と、を備える。このような構造によって、熱源からの熱は、断熱層27によって遮断され、主に放熱部材8(加えて底部シート10,10b)へと伝わる。断熱層27を通過して熱伝導層26に伝わった熱は、底部シート10,10bへと伝わる。このため、底部シート10,10bは、熱伝導性の高い材料から構成されるのが好ましい。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態に係る放熱構造体について説明する。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。
次に、第5実施形態に係る放熱構造体について説明する。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、本発明の第5実施形態に係る各種放熱構造体の一部断面図を示す。
放熱構造体1c,1d,1eにおいて、断熱部材13,13a,13bは、放熱部材8を並べた平面(底部シート10)に対して立てて配置されている。断熱部材13,13a,13bと放熱部材8の熱伝導シート20とは密着若しくは接続されている。以下、各種構造について説明する。
(7A)は、放熱部材8の熱伝導シート20の一端Sを断熱部材13の表面に接続した構造を有する放熱構造体1cの図3と類似の側面図を示す。放熱構造体1cは、2本の放熱部材8、断熱部材13、2本の放熱部材8の順に並べて配置している。断熱部材13は、1本の放熱部材8の熱伝導シート20の一端Sと接続されている。接続方法は、接着、嵌め込み、糸等による縫合などの如何なる方法でも良い。この結果、熱源から断熱部材13に伝わった熱は、熱伝導シート20を経由して、底部シート10を敷いている冷却面へと伝わることができる。
(7B)は、放熱部材8の熱伝導シート20の一端Sを断熱部材13aの表面に接続した構造を有する放熱構造体1dの図3と類似の側面図を示す。放熱構造体1dは、2本の放熱部材8、断熱部材13a、2本の放熱部材8の順に並べて配置している。断熱部材13aの熱伝導層26は、1本の放熱部材8の熱伝導シート20の一端Sと接続されている。接続方法は、接着、嵌め込み、糸等による縫合などの如何なる方法でも良い。この結果、熱源から断熱部材13aの熱伝導層26に伝わった熱は、熱伝導シート20を経由して、底部シート10を敷いている冷却面へと伝わることができる。
(7C)は、放熱部材8の熱伝導シート20の一端Sを断熱部材13bの内部に位置する熱伝導層26に接続した構造を有する放熱構造体1eの図3と類似の側面図を示す。放熱構造体1eは、2本の放熱部材8、断熱部材13b、2本の放熱部材8の順に並べて配置している。断熱部材13bの熱伝導層26は、1本の放熱部材8の熱伝導シート20の一端Sと接続されている。断熱層27は、好ましくは、断熱部材13bにおける放熱部材8の高さより高い領域にある熱伝導層26だけを被覆している。ただし、一端Sと熱伝導層26との接続が可能であれば、断熱層27が熱伝導層26の全面を被覆していても良い。接続方法は、接着、嵌め込み、糸等による縫合などの如何なる方法でも良い。この結果、熱源から断熱部材13bの断熱層27から熱伝導層26に伝わった熱は、熱伝導シート20を経由して、底部シート10を敷いている冷却面へと伝わることができる。
断熱部材13,13a,13bと熱伝導シート20との接続部分は、熱伝導シート20の一端Sのみならず、熱伝導シート20の長さ方向の両端でも良い。また、一端Sまたは両端と断熱部材13,13a,13bとの接続に代えて密着させることもできる。また、底部シート10を底部シート10bに代えても良い。さらに、放熱構造体1c,1d,1eは、底部シート10,10bを備えていなくとも良い。
2.放熱構造体の製造方法
次に、本発明に係る放熱構造体の好適な製造方法の一例を説明する。
次に、本発明に係る放熱構造体の好適な製造方法の一例を説明する。
図8は、本発明の各実施形態に係る放熱構造体を構成している放熱部材の製造工程を説明するための図を示す。
まず、中空のクッション部材21を成形する。次に、クッション部材21の外側面に接着剤を塗布する。次に、帯状の熱伝導シート20を、クッション部材21の外側面上にスパイラル状に巻いた後、熱伝導シート20がクッション部材21の両端からはみ出した部分があれば、そのはみ出した部分をカット若しくはクッション部材21ごとカットする。最後に、熱伝導シート20の表面に、熱伝導性オイルを塗布する。クッション部材21と熱伝導シート20との間に接着剤を介在させないで固定することも可能である。その場合には、完全硬化する前の状態のクッション部材21を用意して、その外側面に帯状の熱伝導シート20を巻く。その後、クッション部材21を加温して完全硬化させて、クッション部材21の外側面に熱伝導シート20を固定する。
熱伝導シート20のクッション部材21の両端からはみ出した部分をカットするカット工程および熱伝導性オイルを塗布する塗布工程は、上述のタイミングで行うことに限定されない。例えば、カット工程は、塗布工程後に行っても良い。
放熱構造体1,1a,1b,1c,1d,1eは、上述の製造方法により製造された2以上の放熱部材8を、熱伝導シート20の巻回しながら進行する方向(放熱部材8の長さ方向)と直交する方向に並べた状態で、糸7で連結し、底部シート10,10bに糸7で縫い付けることにより製造される。
図9は、本発明に係る放熱構造体の変形例の好適な製造工程を説明するための図を示す。
まず、帯状の積層シート28を製造する。帯状の積層シート28の製造において、熱伝導シート20とクッション部材21とは、好ましくは接着剤にて固定されている。次に、帯状の積層シート28を、スパイラル状に巻回しながら一方向に進行させて、長尺状の放熱部材8aを製造する。熱伝導シート20とクッション部材21との間に接着剤を介在させない製造方法としては、以下のような方法を例示できる。例えば、クッション部材21が完全には硬化していない未硬化状態で、熱伝導シート20をクッション部材21の上に貼る。その後、加温により、クッション部材21を完全に硬化させる。
帯状の積層シート28をスパイラル状に巻回した後、積層シート28の両端をカットして形状を整えても良い。最後に、熱伝導シート20の表面に、熱伝導性オイルを塗布する。放熱部材8aを固定部材に固定する方法は、図8に基づく説明と同様である。放熱部材8aは、その長さ方向に貫通する貫通路22を備えている。貫通路22は、上述の各実施形態における放熱部材8と異なり、放熱部材8aの外側面方向にも貫通している。このように、クッション部材21は、熱伝導シート20の内側に配置され、熱伝導シート20とクッション部材21は、一体にてスパイラル状に一方向に進行する形態を有する。放熱部材8aは、その全体がスパイラル状であるため、上述の放熱部材8に比べて、放熱部材8aの長さ方向に伸縮容易である。
3.バッテリー
次に、本発明の実施形態に係るバッテリーについて説明する。
次に、本発明の実施形態に係るバッテリーについて説明する。
図10は、本発明の実施形態に係るバッテリーの縦断面図(10A)および当該(10A)の領域Dの拡大図(10B)をそれぞれ示す。
この実施形態において、バッテリー30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。)40を備える。バッテリー30は、一方に開口する有底型の筐体31を備える。筐体31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40は、筐体31の内部34に配置される。バッテリーセル40の上方には、電極が突出して設けられている。複数のバッテリーセル40は、好ましくは、筐体31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固定されている(不図示)。筐体31の底部32には、冷却部材35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33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40は、底部32との間に、放熱構造体1を挟むようにして筐体31内に配置されている。また、バッテリーセル40同士の隙間には、放熱構造体1を構成する断熱部材13が存在する。このような構造のバッテリー30において、バッテリーセル40は、放熱構造体1を通じて筐体31(より具体的には、この実施形態では、底部32)に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。バッテリーセル40同士の熱の移動は、断熱部材13によって低減されている。このように、バッテリー30は、冷却部材35を流す構造を持つ筐体31内に、2以上の熱源としてのバッテリーセル40を備えたバッテリーであって、バッテリーセル40と筐体31との間に、放熱構造体1を備える。放熱構造体1を構成している断熱部材13は、少なくとも2つのバッテリーセル40の間に配置されている。なお、冷却部材35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35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。また、放熱構造体1は、9個のバッテリーセル40を載置しているが、バッテリーセル40の個数は9個に限定されない。また、放熱部材8の個数についても、特に限定されない。
放熱構造体1を構成する複数の放熱部材8は、バッテリーセル40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40を載置するとその重さで圧縮され扁平の形態(断面楕円形状)になる。なお、本願では、「縦断面」とは、バッテリー30の筐体31の内部34における上方開口面から底部32へと垂直に切断する方向の断面を意味する。
バッテリー30は、放熱構造体1のみならず、放熱構造体1a,1b,1c,1d,1e、後述の放熱構造体1f、さらには、断熱部材13を断熱部材13a,13bあるいは後述の断熱部材13fに代えた放熱構造体(以後、放熱構造体1を含めて「放熱構造体1等」と称することがある。)を搭載しても良い。
4.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。
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。
図11は、本発明の変形例に係る放熱構造体の側面図(11A)および部分斜視図(11B)をそれぞれ示す。
この変形例に係る放熱構造体1fは、第1実施形態に係る放熱構造体1の平板状の断熱部材13からL字状の断熱部材13fに代えたものである。これによって、バッテリーセル40を放熱部材8上に載せた際に、バッテリーセル40間のみならず、バッテリーセル40の一面(11Aでは後ろの面)から別のバッテリー内のバッテリーセルへの伝熱をも低減できる。なお、断熱部材13fは、バッテリーセル40の11Aにおける前面に対向するL字形状の部材でも良い。さらには、断熱部材は、バッテリーセル40の上述の後面と上述の前面にも対向するU字形状の部材でも良い。また、断熱部材は、バッテリーセル40の全側面を覆う枠体形状でも良い。
例えば、熱源は、バッテリーセル40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。放熱構造体1等は、バッテリー30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1等を構成する複数の放熱部材8,8aは、その長さ方向の一方の端部のみが底部シート10,10bに固定されていても良い。また、放熱部材8,8aは、底部シート10を構成する4つの辺と糸7,7aにより固定されても良い。また、底部シート10は、平面視にて四角い枠形状の部材ではなく、楕円、円、三角若しくは五角以上の多角形の外形であってその内側に開口部分を有していても良い。また、底部シート10のバッテリーセル40側の面を、放熱部材8,8aのバッテリーセル40側の面と同じ位置にするように、底部シート10と放熱部材8,8aとを固定しても良い。さらに、放熱部材8,8aの高さ方向(バッテリーセル40から底部32に向かう方向)の中位置に底部シート10を固定しても良い。また、放熱構造体1等は、底部シート10,10bを備えていなくとも良い。その場合、断熱部材13,13a,13b,13fは、放熱部材8,8aに直結あるいはバッテリーセル40等の熱源に接続若しくは密着していても良い。
バッテリー30は、放熱部材8,8aの両方を備えた放熱構造体を配置したものでも良い。放熱部材8,8aの形状は、円筒あるいは円柱以外に、楕円筒、楕円柱、三角以上の角筒若しくは角柱のような他の形状でも良い。放熱部材は、上述の各実施形態の放熱部材8,8aに限定されない。放熱部材は、熱源からの熱を伝えるための熱伝導シートと、熱伝導シートの内方に備えられ、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るならば、以下のような各種形態の放熱部材を用いても良い。例えば、筒状のクッション部材の外側面を熱伝導シートで被覆した形態、筒状のクッション部材の外側面を熱伝導シートで一周以上被覆し、熱伝導シートの重複領域を非接着状態とした形態、縦にスリットの入った長尺クッション部材の外側面を熱伝導シートで被覆した形態、縦にスリットの入った長尺クッション部材の外側面を、同じく縦にスリットの入った熱伝導シートで被覆した形態の各種放熱部材を用いることができる。
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、放熱部材8aは、放熱構造体1等のいずれか1つの放熱構造体において、放熱部材8の一部若しくは全部に代えて用いることができる。
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,1e,1f・・・放熱構造体、7,7a・・・糸(連結部材の一例)、8,8a・・・放熱部材、10,10b・・・底部シート(平面の一例)、11・・・開口部、13,13a,13b,13f・・・断熱部材、15・・・隙間、16・・・隙間、20・・・熱伝導シート、21・・・クッション部材、22・・・貫通路、26・・・熱伝導層、27・・・断熱層、28・・・積層シート、30・・・バッテリー、31・・・筐体、32・・・底部、35・・・冷却部材、40・・・バッテリーセル(熱源の一例)。
Claims (12)
- 隙間を空けて配置される複数の熱源からの放熱を高めるための1または2以上の放熱部材と、
隣り合う前記熱源同士の隙間に配置されて1つの前記熱源とその隣に位置する前記熱源との断熱性を高めるための1または2以上の断熱部材と、
を備え、
前記放熱部材は、
前記熱源からの熱を伝えるための熱伝導シートと、
前記熱伝導シートの内方に備えられ、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、
を備えることを特徴とする放熱構造体。 - 前記クッション部材は、長尺状の中実若しくは中空の部材であって、
前記熱伝導シートは、前記クッション部材の長さ方向に向かってスパイラル状に巻かれていることを特徴とする請求項1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内側に配置され、
前記熱伝導シートと前記クッション部材は、一体にてスパイラル状に一方向に進行する形態を有する請求項1に記載の放熱構造体。 - 前記断熱部材は、
前記熱源に接触する面に配置される2つの熱伝導層と、
2つの前記熱伝導層の間に配置される断熱層と、
を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の放熱構造体。 - 前記断熱部材は、前記放熱部材を並べた平面に対して立てて配置されており、
前記断熱部材と前記放熱部材との間には隙間が設けられており、
前記放熱部材を前記平面に向けて圧縮すると、前記放熱部材が前記断熱部材に接触可能である請求項1から4のいずれか1項に記載の放熱構造体。 - 前記断熱部材は、前記放熱部材を並べた平面に対して立てて配置されており、
前記断熱部材と前記放熱部材の前記熱伝導シートとは密着若しくは接続されている請求項1から4のいずれか1項に記載の放熱構造体。 - 前記放熱部材を並べて配置する底部シートを、さらに備え、
前記断熱部材は、前記底部シート上に立てて配置されている請求項5または6に記載の放熱構造体。 - 前記底部シートは、前記底部シートの厚さ方向に貫通する開口部を備え、
前記放熱部材は、前記開口部を橋渡しするように前記底部シートに固定されている請求項7に記載の放熱構造体。 - 前記底部シートは、前記底部シートの厚さ方向に貫通する開口部を備え、
前記断熱部材は、前記開口部を橋渡しするように前記底部シートに固定されている請求項7または8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9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10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、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11のいずれか1項に記載の放熱構造体を備え、
前記断熱部材は、少なくとも2つの前記バッテリーセルの間に配置されているバッテリー。
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WO2022250478A1 (ko) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 | 주식회사 아모그린텍 | 배터리 팩용 단열시트 및 이를 구비한 배터리 팩 |
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