JP2021096895A - 熱伝導体およびそれを備えるバッテリー - Google Patents
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Abstract
【課題】熱源の表面形態に順応可能であって、熱伝導率に優れ、かつ部分的に高温となる部分から積極的な放熱を可能とする熱伝導体、および当該熱伝導体を備えるバッテリーを提供する。【解決手段】本発明は、1または2以上の第1熱伝導部材10を配置している第1熱伝導部材群Z1と、第1熱伝導部材群10の少なくとも両側に1または2以上の第2熱伝導部材20を配置している第2熱伝導部材群Z2と、を備え、第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材20の内の少なくとも第1熱伝導部材10は、クッション部材12と、クッション部材12の表面の少なくとも一部を覆うと共にクッション部材12よりも熱伝導性の高い熱伝導シート13と、を備え、第1熱伝導部材群Z1の領域は、第2熱伝導部材群Z2の領域に比べて高い熱伝導性を有する熱伝導体1、およびそれを備えるバッテリー100に関する。【選択図】図1
Description
本発明は、熱伝導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、電気自動車の普及が進んでいる。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。
また、一列に並んだ複数個のバッテリーセルの内、中央近傍のバッテリーセルが最も放熱し難く、列の端のバッテリーセルが最も放熱しやすい傾向がある。このため、列の中央に近いほど放熱を積極的に行い、部分的に高温となる状況を防ぐ必要がある。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、熱源の表面形態に順応可能であって、熱伝導率に優れ、かつ部分的に高温となる部分から積極的な放熱を可能とする熱伝導体、および当該熱伝導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熱伝導体は、1または2以上の第1熱伝導部材を配置している第1熱伝導部材群と、前記第1熱伝導部材群の少なくとも両側に1または2以上の第2熱伝導部材を配置している第2熱伝導部材群と、を備え、
前記第1熱伝導部材および前記第2熱伝導部材の内の少なくとも前記第1熱伝導部材は、クッション部材と、前記クッション部材の表面の少なくとも一部を覆うと共に前記クッション部材よりも熱伝導性の高い熱伝導シートと、を備え、
前記第1熱伝導部材群の領域は、前記第2熱伝導部材群の領域に比べて高い熱伝導性を有する。
(2)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記第2熱伝導部材は、前記第1熱伝導部材と異なる形態を有する平板状のシートであっても良い。
(3)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記第2熱伝導部材は、前記クッション部材を備えているが、前記熱伝導シートを備えていなくても良い。
(4)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記第1熱伝導部材同士の隙間の平均値は、前記第2熱伝導部材同士の隙間の平均値に比べて小さくとも良い。
(5)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記クッション部材は、長さ方向に貫通する第1貫通路を有し、前記熱伝導シートは、前記クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回していても良い。
(6)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記第1熱伝導部材は、長さ方向に貫通する第2貫通路を有し、前記クッション部材と前記熱伝導シートとは、一体となってスパイラル状に巻回して前記第2貫通路を形成していても良い。
(7)別の実施形態に係る熱伝導体は、好ましくは、前記第1熱伝導部材と前記第2熱伝導部材とを連結する連結部材を備えていても良い。
(8)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記連結部材は、糸で構成されていても良い。
(9)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、冷却機能を有する筐体内に、熱源としてのセルを複数個備えたバッテリーであって、前記セルと前記筐体との間に、上述のいずれかの熱伝導体を備える。
前記第1熱伝導部材および前記第2熱伝導部材の内の少なくとも前記第1熱伝導部材は、クッション部材と、前記クッション部材の表面の少なくとも一部を覆うと共に前記クッション部材よりも熱伝導性の高い熱伝導シートと、を備え、
前記第1熱伝導部材群の領域は、前記第2熱伝導部材群の領域に比べて高い熱伝導性を有する。
(2)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記第2熱伝導部材は、前記第1熱伝導部材と異なる形態を有する平板状のシートであっても良い。
(3)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記第2熱伝導部材は、前記クッション部材を備えているが、前記熱伝導シートを備えていなくても良い。
(4)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記第1熱伝導部材同士の隙間の平均値は、前記第2熱伝導部材同士の隙間の平均値に比べて小さくとも良い。
(5)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記クッション部材は、長さ方向に貫通する第1貫通路を有し、前記熱伝導シートは、前記クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回していても良い。
(6)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記第1熱伝導部材は、長さ方向に貫通する第2貫通路を有し、前記クッション部材と前記熱伝導シートとは、一体となってスパイラル状に巻回して前記第2貫通路を形成していても良い。
(7)別の実施形態に係る熱伝導体は、好ましくは、前記第1熱伝導部材と前記第2熱伝導部材とを連結する連結部材を備えていても良い。
(8)別の実施形態に係る熱伝導体において、好ましくは、前記連結部材は、糸で構成されていても良い。
(9)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、冷却機能を有する筐体内に、熱源としてのセルを複数個備えたバッテリーであって、前記セルと前記筐体との間に、上述のいずれかの熱伝導体を備える。
本発明によれば、熱源の表面形態に順応可能であって、熱伝導率に優れ、かつ部分的に高温となる部分から積極的な放熱を可能とする熱伝導体、および当該熱伝導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.熱伝導体
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る熱伝導体の斜視図を示す。図2は、図1の熱伝導体の正面図および該正面図の一部Aの拡大図をそれぞれ示す。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る熱伝導体の斜視図を示す。図2は、図1の熱伝導体の正面図および該正面図の一部Aの拡大図をそれぞれ示す。
この実施形態に係る熱伝導体1は、6本の第1熱伝導部材10を配置している第1熱伝導部材群Z1と、第1熱伝導部材群Z1の少なくとも両側にそれぞれ1つ、合計2つの第2熱伝導部材20を配置している第2熱伝導部材群Z2と、を備える。すなわち、第2熱伝導部材20は、第1熱伝導部材10の長さ方向に直交する方向に一列に並べられた第1熱伝導部材群Z1の両側にそれぞれ1つずつ配置されている。第1熱伝導部材群Z1の領域は、第2熱伝導部材群Z2の領域に比べて高い熱伝導性を有する。この意味は次の通りである。熱伝導体1の厚さ方向から熱源が接触したときに、1つの第1熱伝導部材群Z1に存在する全ての第1熱伝導部材10の方が、1つの第2熱伝導部材群Z2に存在する全ての第2熱伝導部材20よりも、熱源からの熱を他の部位(例えば、熱伝導体1を挟んで熱源と反対側にある部位)に伝える性能に優れる。
第1熱伝導部材10は、好ましくは長尺状の部材であり、より好ましくは長尺の筒状部材である。第2熱伝導部材20は、好ましくは平板状のシートである。熱伝導体1は、1つの第2熱伝導部材20、6本の第1熱伝導部材10を一列に並べた上述の第1熱伝導部材群、1つの第2熱伝導部材20の順に並ぶ板状の形態を有する。
熱伝導体1は、好ましくは、第1熱伝導部材10と第2熱伝導部材20とを連結する連結部材30を備える。このため、熱伝導体1から第1熱伝導部材10または第2熱伝導部材20が脱落するリスクを低減できる。この実施形態では、連結部材30は、第1熱伝導部材10同士も連結している。
次に、熱伝導体1の主要な構成要素である第1熱伝導部材10、第2熱伝導部材20および連結部材30に加え、その他について詳述する。
(1)第1熱伝導部材
第1熱伝導部材10は、クッション部材12と、クッション部材12の表面の少なくとも一部を覆うと共にクッション部材12よりも熱伝導性の高い熱伝導シート13と、を備える。クッション部材12は、熱伝導部材1がその厚さ方向に圧縮を受けた際に、第1熱伝導部材10を圧縮変形容易にするための部材である。例えば、後述するように、熱伝導体1の上に1または2以上の熱源を載せた際に、クッション部材12は、当該熱源の表面形状または熱源からの押圧に合わせて変形容易である。クッション部材12は、熱伝導シート13よりも柔軟性に優れる部材であり、好ましくは、弾性変形しやすい部材である。この結果、第1熱伝導部材10は、変形容易な、より好ましくは弾性変形容易な部材になる。この実施形態では、クッション部材12は、その長さ方向に貫通する第1貫通路11を備える。クッション部材12は、第1貫通路11に代えて、長さ方向の一端を閉じた細長い凹部を備えていても良い。熱伝導シート13は、クッション部材12の外側面を覆う筒状の部材である。第1熱伝導部材10の数は、6本に限定されず、1本、2〜5本、あるいは7本以上でも良く、特に制約はない。第1熱伝導部材10の数に制約が無い点は、後述の各実施形態でも同様である。第1熱伝導部材10は、好ましくは、互いに隙間をあけて連結部材30によって連結されている。これによって、第1熱伝導部材10が熱伝導体1の厚さ方向から圧縮されても、隣の第1熱伝導部材10に接触して、当該圧縮が過度に制約される可能性が低くなる。
(1.1)熱伝導シート
熱伝導シート13は、好ましくは炭素を含む、より好ましくは炭素を90質量%以上含むシートであり、さらにより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13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13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。
第1熱伝導部材10は、クッション部材12と、クッション部材12の表面の少なくとも一部を覆うと共にクッション部材12よりも熱伝導性の高い熱伝導シート13と、を備える。クッション部材12は、熱伝導部材1がその厚さ方向に圧縮を受けた際に、第1熱伝導部材10を圧縮変形容易にするための部材である。例えば、後述するように、熱伝導体1の上に1または2以上の熱源を載せた際に、クッション部材12は、当該熱源の表面形状または熱源からの押圧に合わせて変形容易である。クッション部材12は、熱伝導シート13よりも柔軟性に優れる部材であり、好ましくは、弾性変形しやすい部材である。この結果、第1熱伝導部材10は、変形容易な、より好ましくは弾性変形容易な部材になる。この実施形態では、クッション部材12は、その長さ方向に貫通する第1貫通路11を備える。クッション部材12は、第1貫通路11に代えて、長さ方向の一端を閉じた細長い凹部を備えていても良い。熱伝導シート13は、クッション部材12の外側面を覆う筒状の部材である。第1熱伝導部材10の数は、6本に限定されず、1本、2〜5本、あるいは7本以上でも良く、特に制約はない。第1熱伝導部材10の数に制約が無い点は、後述の各実施形態でも同様である。第1熱伝導部材10は、好ましくは、互いに隙間をあけて連結部材30によって連結されている。これによって、第1熱伝導部材10が熱伝導体1の厚さ方向から圧縮されても、隣の第1熱伝導部材10に接触して、当該圧縮が過度に制約される可能性が低くなる。
(1.1)熱伝導シート
熱伝導シート13は、好ましくは炭素を含む、より好ましくは炭素を90質量%以上含むシートであり、さらにより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13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13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13に樹脂を含む場合には、当該樹脂が熱伝導シート13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13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13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13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、Al2O3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13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、Al2O3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13は、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート13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13は、好ましくは、グラファイト、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13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13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。
この実施形態では、熱伝導シート13は、シートの体積に対して50体積%以上、好ましくは80体積%以上、より好ましくは90体積%以上を占めるグラファイトを含む。グラファイトに代えて、非晶質炭素; アルミニウムおよび銅に代表される金属; アルミナおよび窒化アルミニウムに代表されるセラミックスを用いた熱伝導シート13を用いても良い。
(1.2)クッション部材
クッション部材12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、第1熱伝導部材10と接する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てあ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12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12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、第1熱伝導部材10と接する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てあ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12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12は、この実施形態では第1貫通路11を備える筒状クッション部材である。クッション部材12は、熱源の下端部が平坦でない場合でも、熱伝導シート13と当該下端部との接触を良好にする。さらに、第1貫通路11は、クッション部材12の変形を容易にし、加えて熱伝導体1の軽量化に寄与し、また、熱伝導シート13と熱源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12は、熱伝導体1の厚さ方向両側の部材の間にある熱伝導体1にクッション性を付与する機能の他に、熱伝導シート13に加わる荷重によって熱伝導シート13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12は、熱伝導シート13に比べて低熱伝導性の部材である。なお、この実施形態では、第1貫通路11は、断面円形状に形成されているが、第1貫通路11の断面形状は円に限定されず、例えば、多角形、楕円形、長円形、半円形、頂点が丸みを帯びた略多角形等であっても良い。また、第1貫通路11は、例えば、断面円形状が上下または左右に2つに分割された2つの断面半円形状の貫通路等、複数の貫通路から構成されていても良い。
クッション部材12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12は、熱伝導シート13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12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12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、Al2O3、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12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。例えば、クッション部材12は、多孔を有するスポンジ状のもの、あるいは孔を含まないソリッド状のものでも良い。「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12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12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12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12として熱伝導シート13の裏面に配置しても良い。
(2)第2熱伝導部材
この実施形態では、第2熱伝導部材20は、第1熱伝導部材1と異なる形態を有する平板状のシートである。また、第2熱伝導部材20は、クッション部材12の上述の選択肢の1つの材料から構成可能である。第2熱伝導部材20は、この実施形態では、クッション部材を備えているが、熱伝導シート13を備えていない。しかし、第1熱伝導部材群Z1の領域が第2熱伝導部材群Z2の領域よりも高い熱伝導性を有するならば、第2熱伝導部材20は、第1熱伝導部材10と同様に熱伝導シート13を備えていても良い。第2熱伝導部材20は、その内部に空間あるいは貫通路を備えていても良い。第2熱伝導部材20は、好ましくは、熱伝導体1の片面側に熱源を載せた際に、第1熱伝導部材10と同じ高さ(完全同一の高さである必要はない)になる程度の柔軟性を備えている。
この実施形態では、第2熱伝導部材20は、第1熱伝導部材1と異なる形態を有する平板状のシートである。また、第2熱伝導部材20は、クッション部材12の上述の選択肢の1つの材料から構成可能である。第2熱伝導部材20は、この実施形態では、クッション部材を備えているが、熱伝導シート13を備えていない。しかし、第1熱伝導部材群Z1の領域が第2熱伝導部材群Z2の領域よりも高い熱伝導性を有するならば、第2熱伝導部材20は、第1熱伝導部材10と同様に熱伝導シート13を備えていても良い。第2熱伝導部材20は、その内部に空間あるいは貫通路を備えていても良い。第2熱伝導部材20は、好ましくは、熱伝導体1の片面側に熱源を載せた際に、第1熱伝導部材10と同じ高さ(完全同一の高さである必要はない)になる程度の柔軟性を備えている。
第2熱伝導部材20の形状は、この実施形態では、薄い直方体である。しかし、第2熱伝導部材20の形状は、円板、六角面を有する薄い板などの如何なる形状でも良い。第2熱伝導部材20は、この実施形態では、第1熱伝導部材群Z1をその両側から挟む2個の部材である。しかし、第2熱伝導部材20の数は、2個に限定されない。第1熱伝導部材群Z1を、それぞれ7個の第2熱伝導部材20にて挟んでも良い。その場合、熱伝導体1は、合計14個の第2熱伝導部材20を備える。また、第1熱伝導部材群Z1の両側に配置される第2熱伝導部材20の数は、同一でなくとも良い。すなわち、第2熱伝導部材群Z2を構成する第2熱伝導部材20の数は、第1熱伝導部材群Z1の両側で同数である必要はない。例えば、第1熱伝導部材群Z1の片側に4個の第2熱伝導部材20を並べ、当該片側の反対側に3個の第2熱伝導部材20を並べても良い。
(3)連結部材
連結部材30は、この実施形態では、糸であるが、例えば、ゴムのように複数の第1熱伝導部材10の間、第1熱伝導部材10と第2熱伝導部材20との間、および/または複数の第2熱伝導部材20の間に位置する部分が伸縮可能な材料で構成された部材でも良い。連結部材30は、少なくとも、第1熱伝導部材10と第2熱伝導部材20とを連結する部材である。この実施形態において、糸は、熱源からの放熱による温度上昇に耐え得る材料で構成されていることがより好ましい。より具体的には、糸は、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。糸は、第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材20を連結して一体化させることができる連結部材30であれば、1本であるか2本以上であるかを問わない。
連結部材30は、この実施形態では、糸であるが、例えば、ゴムのように複数の第1熱伝導部材10の間、第1熱伝導部材10と第2熱伝導部材20との間、および/または複数の第2熱伝導部材20の間に位置する部分が伸縮可能な材料で構成された部材でも良い。連結部材30は、少なくとも、第1熱伝導部材10と第2熱伝導部材20とを連結する部材である。この実施形態において、糸は、熱源からの放熱による温度上昇に耐え得る材料で構成されていることがより好ましい。より具体的には、糸は、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。糸は、第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材20を連結して一体化させることができる連結部材30であれば、1本であるか2本以上であるかを問わない。
(4)その他
熱伝導性オイル
熱伝導シート13は、好ましくは、その表面、少なくとも熱源と接触する面に、熱伝導性オイルを備える。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13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。熱伝導シート13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13の熱伝導性を向上させる機能を有する。
熱伝導性オイル
熱伝導シート13は、好ましくは、その表面、少なくとも熱源と接触する面に、熱伝導性オイルを備える。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13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。熱伝導シート13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13の熱伝導性を向上させる機能を有する。
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13の表面に塗布して、熱源と熱伝導シート13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、より好ましくは、熱伝導シート13の外表面全体に存在する。ただし、熱伝導性オイルは、熱伝導シート13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13に存在させる方法は、特に制約はなく、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13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、熱伝導体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。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る熱伝導体について説明する。
次に、第2実施形態に係る熱伝導体について説明する。
第2実施形態において、第1実施形態と共通する部分については重複した説明をせず、前述の第1実施形態における説明を適用する。
図3は、第2実施形態に係る熱伝導体の正面図を示す。
第2実施形態に係る熱伝導体1aは、シート状の第2熱伝導部材40と、第2熱伝導部材40の長さ方向中央領域に備えられ6本の第1熱伝導部材10を有する第1熱伝導部材群Z1と、を備える。熱伝導体1aは、第1熱伝導部材群Z1の少なくとも両側に、第2熱伝導部材群Z2を備える。第2熱伝導部材40の第2熱伝導部材群Z2は、同部材40の第1熱伝導部材群Z1よりも低い熱伝導率を有する部分となっている。第1熱伝導部材群Z1の領域は、第2熱伝導部材群Z2の領域に比べて高い熱伝導性を有する。この意味は次の通りである。熱伝導体1aの厚さ方向から熱源が接触したときに、第1熱伝導部材群Z1の方が、第2熱伝導部材群Z2に存在する第2熱伝導部材40よりも、熱源からの熱を他の部位(例えば、熱伝導体1aを挟んで熱源と反対側にある部位)に伝える性能に優れる。第1熱伝導部材10は、第2熱伝導部材40よりも高い熱伝導性を有する。第2熱伝導部材40の第2熱伝導部材群Z2の部分は、好ましくは、第1実施形態における第2熱伝導部材20と同様の材料から構成される。第1熱伝導部材群Z1は、第1実施形態と同様、6本の第1熱伝導部材10を有する。この実施形態では、長尺状の第1熱伝導部材10の長さと、第2熱伝導部材40の幅(図3の紙面の表裏方向の距離)とは、同一、若しくはほぼ同一である。ここで、「ほぼ同一」とは、第2熱伝導部材40の幅が、第1熱伝導部材10の長さに対して、プラスマイナス10%以下の範囲にあることを意味する。しかし、第1熱伝導部材10は、シート状の第2熱伝導部材40の一方向(長さ方向:図3の左右方向)の中央に限定されず、第2熱伝導部材40の面内の中央に配置されていても良い。
第1熱伝導部材10は、第2熱伝導部材40に対して接着剤などで固定されている。この実施形態では、接着剤(または接着剤の固化した状態の接着層)は、連結部材の一形態である。第2熱伝導部材40は、第1熱伝導部材群Z1を固定している領域よりも、第1熱伝導部材群Z1の両側の領域の方を厚くした部材でも良い。その場合、熱伝導体1aは、第1熱伝導部材10を第2熱伝導体40の片面に固定している点を除き、第1実施形態に係る熱伝導体1と類似した形態を有する。第1熱伝導部材10は、好ましくは、互いに隙間をあけて第2熱伝導部材40上に固定されている。これによって、第1熱伝導部材10が熱伝導体1aの厚さ方向から圧縮されても隣の第1熱伝導部材10に接触して、過度に圧縮制限される可能性が低くなる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る熱伝導体について説明する。
次に、第3実施形態に係る熱伝導体について説明する。
第3実施形態において、前述の各実施形態と共通する部分については重複した説明をせず、前述の各実施形態における説明を適用する。
図4は、第3実施形態に係る熱伝導体の正面図および該正面図の一部Bの拡大図をそれぞれ示す。
第3実施形態に係る熱伝導体1bは、第2熱伝導体10aを、第1熱伝導部材10と類似する長尺の筒状部材とする点を除き、第1実施形態に係る熱伝導体1と共通する。熱伝導体1bは、6本の第1熱伝導部材10の両側に、6本ずつの第2熱伝導部材10aを備える。第1熱伝導部材10同士、第2熱伝導部材10a同士、および第1熱伝導部材10と第2熱伝導部材10aとの間は、連結部材30の一形態である糸によって連結されている。第1熱伝導部材群Z1は、6本の第1熱伝導部材10を有する。2つの第2熱伝導部材群Z2は、それぞれ6本ずつの第2熱伝導部材10aを有する。
第2熱伝導部材10aは、第1熱伝導部材10と異なり、熱伝導シート13を備えていない。第2熱伝導部材10aは、熱伝導シート13を備えていない点を除き、第1熱伝導部材10と同様の構成を有する。すなわち、第2熱伝導部材10aは、筒状のクッション部材12であり、第1熱伝導部材10よりも低い熱伝導性を有する。第1熱伝導部材群Z1の領域は、第2熱伝導部材群Z2の領域に比べて高い熱伝導性を有する。この意味は次の通りである。熱伝導体1bの厚さ方向から熱源が接触したときに、1つの第1熱伝導部材群Z1に存在する全ての第1熱伝導部材10の方が、1つの第2熱伝導部材群Z2に存在する全ての第2熱伝導部材10aよりも、熱源からの熱を他の部位(例えば、熱伝導体1bを挟んで熱源と反対側にある部位)に伝える性能に優れる。
第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10aは、好ましくは、それぞれ隣の部材との間に隙間をあけて連結部材30によって連結されている。これによって、第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10aが熱伝導体1bの厚さ方向から圧縮されても、隣の第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10aに接触して、当該圧縮が過度に制約される可能性が低くなる。第2熱伝導部材10aは、好ましくは、熱伝導体1bの片面側に熱源を載せた際に、第1熱伝導部材10と同じ高さ(完全同一の高さである必要はない)になる程度の柔軟性を備えている。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態に係る熱伝導体について説明する。
次に、第4実施形態に係る熱伝導体について説明する。
第4実施形態において、前述の各実施形態と共通する部分については重複した説明をせず、前述の各実施形態における説明を適用する。
図5は、第4実施形態に係る熱伝導体の平面図、正面図および該正面図の一部Cの拡大図をそれぞれ示す。
第4実施形態に係る熱伝導体1cは、好ましくは、第1熱伝導部材10の長さ方向に直交する一方向の両側に、5本ずつの第2熱伝導部材10を備える。第1熱伝導部材10の数は、5本である。すなわち、熱伝導体1cは、5本の第2熱伝導部材10、5本の第1熱伝導部材10、5本の第2熱伝導部材10の順に並べた構成を有する。第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10は、ともに、クッション部材12と、クッション部材12の表面の少なくとも一部を覆う熱伝導シート13と、を備える。
第1熱伝導部材10と第2熱伝導部材10は、それ単体では、同じ熱伝導性を有する。しかし、熱伝導体1cの全体における熱伝導性の分布をみると、5本の第1熱伝導部材10を有する第1熱伝導部材群Z1の領域は、各5本の第2熱伝導部材10を有する第2熱伝導部材群Z2の領域よりも高い熱伝導性を有する。この理由は、以下の通りである。第1熱伝導部材10同士の隙間t1は、第2熱伝導部材10同士の隙間t2よりも小さい。このため、熱伝導体1cの厚さ方向上方から、複数個の同じ大きさの熱源を載せた場合、中央(またはその左右も含む領域)に位置する1または2以上の熱源は、該中央の左右両側の1または2以上の熱源に比べて、熱伝導部材(第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10を総称)に接する面積が大きくなる。したがって、該中央に位置する熱源ほど、熱伝導部材を介して他の部位に熱を伝導させやすくなる。
隙間t1は、隙間t2より小さいため、熱源を複数ならべた状態の中央に位置する熱源ほど、熱伝導部材を介して放熱しやすくなる。なお、複数の隙間t1は全て完全同一の隙間でなくとも良い。同様に、複数の隙間t2も、全て完全同一の隙間でなくとも良い。ただし、任意のt1とt2とを比較したときに、常に、t1はt2より小さい。複数の隙間t1同士に差がある場合、および/または複数の隙間t2同士に差がある場合であっても、隙間t1の平均値は、隙間t2の平均値に比べて小さい。
第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材20の断面(端面と称しても良い)は長円形である。第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材20において、熱伝導体1cの厚さ方向の面は、第1実施形態に比べて平面に近い。このため、熱伝導体1cの厚さ方向から熱源を載せた際に、熱源と第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材20との接触面積をより広くできる。
また、連結部材50は、第1実施形態にて用いられる糸ではなく、テープ(シートとも称する)である。連結部材50は、好ましくは、接着層55を介して、熱伝導体1cの厚さ方向片面側から、第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10に固定されている。連結部材50は、好ましくは、グラファイト製若しくは金属を含む導電性のシートである。連結部材50として、グラファイト製の繊維若しくは導電性に優れた金属製の繊維によってなるシートを用いても良い。連結部材50は、好ましくは、第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10を、各長さ方向の両端側にて固定する。ただし、連結部材50は、当該両端側のみならず、上記各長さ方向の一端側、あるいは当該両端側に加えて上記各長さ方向の別の位置を固定しても良い。連結部材50は、好ましくは、少なくとも、熱伝導体1cの長さ方向に伸縮可能なシートである。第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10が熱伝導体1cの厚さ方向から圧縮を受けて幅方向に潰れた際に、連結部材50も追従して伸びることを可能にするためである。連結部材50は、熱伝導シート13の上述材料の選択肢と同様の材料から構成されていても良い。接着層55は、導電性に優れるフィラーを含む層であるのが好ましい。しかし、接着層55の成分は、上述のフィラーを含むものに限定されない。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態に係る熱伝導体について説明する。
次に、第5実施形態に係る熱伝導体について説明する。
第5実施形態において、前述の各実施形態と共通する部分については重複した説明をせず、前述の各実施形態における説明を適用する。
図6は、第5実施形態に係る熱伝導体の平面図および該熱伝導体を構成している熱伝導部材の拡大端面図をそれぞれ示す。
第5実施形態に係る熱伝導体1dは、第1熱伝導部材10と第2熱伝導部材10とを同一の形態とする点で、熱伝導体1cと共通する。しかし、熱伝導体1dの第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10は、クッション部材12の外側面をスパイラル状に巻く熱伝導シート13aを備える点、および第2熱伝導部材10が互いに隙間t2をあけて配置されている第2熱伝導部材群Z2のさらに外側に隙間t3(t2<t3)をあけて配置されている第3熱伝導部材群Z3を有する点で、熱伝導体1dは熱伝導体1cと主に異なる。
第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10を構成するクッション部材12は、それらの長さ方向に貫通する第1貫通路11を有する。熱伝導シート13aは、上述したように、クッション部材12の外側面をスパイラル状に巻回している。熱伝導シート13aをスパイラル状にクッション部材12の外側面を巻くと、熱伝導体1dの厚さ方向に圧縮を受けても、熱伝導シート13aが変形しやすく、断裂するリスクを低減できる。
熱伝導体1dは、4本の第1熱伝導部材10を備える第1熱伝導部材群Z1と、その左右両側に備えられる各3本の第2熱伝導部材10を備える第2熱伝導部材群Z2と、さらにその外側に備えられる各4本の第2熱伝導部材10を備える第3熱伝導部材群Z3と、を備える。熱伝導体1dは、その長さ方向(図6の左右方向)に、合計18本の熱伝導部材を、連結部材50にて固定した構成を有する。第1実施形態では、熱伝導性の異なる領域は、第1熱伝導部材群Z1と第2熱伝導部材群Z2の2種類であり、合計3箇所である。しかし、この実施形態では、熱伝導性の異なる領域は、第1熱伝導部材群Z1と第2熱伝導部材群Z2と第3熱伝導部材群Z3の3種類であり、合計5箇所である。この実施形態では、同じ構造の熱伝導部材を、熱伝導体1dの中央領域では隙間t1をあけて、該中央領域の左右外側では隙間t2をあけて、さらにその左右両側では隙間t3をあけて配置している(t1<t2<t3)。この結果、第1熱伝導部材群Z1の領域は、第2熱伝導部材群Z2の領域および第3熱伝導部材群Z3の領域に比べて高い熱伝導性を有する。また、第2熱伝導部材群Z2の領域は、第3熱伝導部材群Z3の領域に比べて高い熱伝導性を有する。このような熱伝導体1dの構成によって、熱伝導体1dの長さ方向の中央から両端に向かって、熱源に対して熱伝導性の異なる領域を段階的に形成できる。
連結部材50は、熱伝導体1cの連結部材50と異なり、熱伝導体1dの長さ方向両側に突出する突出部51を備える。このため、突出部51を把持して、熱伝導体1dを配置しやすい。なお、突出部51は、熱伝導体1dの長さ方向片側のみに設けられていても良い。
図7は、図6の熱伝導部材の変形例の製造過程を示す。
熱伝導体1dを構成する第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10は、長さ方向に貫通する第2貫通路11aを有し、クッション部材12aと熱伝導シート13aとは、一体となってスパイラル状に巻回して第2貫通路11aを形成していても良い。このように、第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材10は、帯状の熱伝導シート13aの裏面に帯状のクッション部材12aを備えた積層シート60をスパイラル状に巻いた部材であっても良い。
2.バッテリー
(第1実施形態)
図8は、第1実施形態に係るバッテリーの縦断面図を示す。
(第1実施形態)
図8は、第1実施形態に係るバッテリーの縦断面図を示す。
バッテリーの各実施形態では、特筆しない限り、「断面」あるいは「縦断面」とは、バッテリーの筐体111の内部114における上方開口面から底部112へと垂直に切断した際の切断面を意味する。また、「上」は筐体111の開口面の方向を、「下」は筐体111の底部112の方向を、それぞれ意味する。
第1実施形態に係るバッテリー100は、例えば、電気自動車用のバッテリーであり、冷却剤115を接触させる筐体111内に複数のセル120(熱源の一例)を備えた構造を有する。この実施形態では、バッテリー100は、セル120a、セル120b、セル120c、セル120d、セル120e、セル120f、セル120gおよびセル120hの合計8個のセル120を備える。ここでは、セルを総称する場合には「セル120」と示す。また、各セルについて言及するときには、例えば、「セル120a」、「セル120b」のように示す。
熱伝導体1は、好ましくは、セル120の冷却剤115に近い側の端部(下端部)と、冷却剤115に近い側の筐体111の一部(底部112)との間に備えられている。全てのセル120は、熱伝導体1の上に接触している。すなわち、熱伝導体1に接触していないセル120は存在しない。8個のセル120は、筐体111内にて、熱伝導体1の長さ方向、すなわち、1つの第2熱伝導部材群Z2から第1熱伝導部材群Z1を経て別の第2熱伝導部材群Z2へと向かう方向に、一列に並べられている。8個のセル120の内の中央のセル120d,120eは、第1熱伝導部材群Z1の上に存在する。当該中央のセル120d,120eの両側にあるセル120c,120fは、第1熱伝導部材群Z1と第2熱伝導部材群Z2の上に存在する。セル120c〜120fの両側にあるセル120a,120b,120g,120hは、第2熱伝導部材群Z2の上に存在する。図中の温度分布曲線Lに示すように、8個のセル120の列の中心にあるセル120d,120eは、8個のセル120の中で最も高温になりやすい。セル120d,120eは、それらの両側のセルに挟まれており、放熱困難な環境下にあるためである。セル120d,120eを第1熱伝導部材群Z1に接触させることによって、他のセル120よりも積極的に底部112に熱伝導させて冷却する方が好ましい。一方、充放電中、一列に並ぶ8個のセル120の内で端に位置するセル120a,120hおよびその内側に位置するセル120b,120gは、セル120d,120eに比べて低温である。このため、セル120a,120b,120g,120hは、第1熱伝導部材群Z1よりも熱伝導性の低い第2熱伝導部材群Z2の上に配置されている。
熱伝導体1は、8個のセル120を載置しているが、当該セル120の個数は8個に限定されない。セル120は、1個、2〜7個、または9個以上でも良い。セル120は、第1熱伝導部材群Z1と、その両側に配置される第2熱伝導部材群Z2との合計数(3個)若しくは当該合計数以上である方が好ましい。また、セル120の個数と、第1熱伝導部材10および第2熱伝導部材20の総数とは、この実施形態では同一(8個)であるが、いずれが多くとも良い。
筐体111の上方開口面は、閉鎖されていても良い。筐体111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。セル120は、好ましくは、筐体111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111の底部112には、冷却剤115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113が備えられている。冷却剤は、冷却媒体あるいは冷却部材と称しても良い。セル120は、底部112との間に、熱伝導体1を挟むようにして筐体111内に配置されている。このような構造のバッテリー100では、セル120は、熱伝導体1を通じて筐体111に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。なお、冷却剤115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。冷却剤115は、冷却に用いられる状況下にて、液体であるとは限らず、気体若しくは固体でも良い。
このように、バッテリー100は、冷却機能を有する筐体111内に、熱源としてのセル120を複数個備え、セル120と筐体111(この実施形態では底部112)との間に熱伝導体1を備える。一列に並ぶ複数のセル120の内の中央に位置するセル(この実施形態では、セル120d,120e)を熱伝導体1における最も熱伝導性の高い第1熱伝導部材群Z1に接触させることによって、最も高温になりやすい当該中央に位置するセル120d,120eの冷却を促進できる。この結果、セル120の過熱、さらには爆発のリスクを低減できる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係るバッテリーについて説明する。
次に、第2実施形態に係るバッテリーについて説明する。
図9は、第2実施形態に係るバッテリーの縦断面図および該縦断面図の一部Dの拡大図をそれぞれ示す。
第2実施形態に係るバッテリー100は、第1実施形態と異なり、熱伝導体1に代えて、熱伝導体1cを備えている。8個のセル120は、筐体111内にて、熱伝導体1の長さ方向、すなわち、1つの第2熱伝導部材群Z2から第1熱伝導部材群Z1を経て別の第2熱伝導部材群Z2へと向かう方向に、一列に並べられている。8個のセル120の内の中央のセル120d,120eは、第1熱伝導部材群Z1の上に存在する。当該中央のセル120d,120eの両側にあるセル120c,120fは、第1熱伝導部材群Z1と第2熱伝導部材群Z2の上に存在する。セル120c〜120fの両側にあるセル120a,120b,120g,120hは、第2熱伝導部材群Z2の上に存在する。第1熱伝導部材群Z1および第2熱伝導部材群Z2は、共に、同じ形態の熱伝導部材を備えている。しかし、第1熱伝導部材群Z1では、熱伝導部材間の隙間は、第2熱伝導部材群Z2に比べて狭い。このため、第1熱伝導部材群Z1の領域では、第2熱伝導部材群Z2の領域に比べて、セル120と接触する面積が大きくなる。この結果、第1熱伝導部材群Z1の領域の方が第2熱伝導部材群Z2に比べて高い熱伝導性を有する。図中の温度分布曲線Lに示すように、8個のセル120の列の中心にあるセル120d,120eは、8個のセル120の中で最も高温になりやすい。このため、最も高温になりやすい当該中心にあるセル120d,120eの冷却を促進できる。したがって、セル120の過熱、さらには爆発のリスクを低減できる。
なお、バッテリー100に、他の実施形態(変形例も含む)に係る熱伝導体1a,1b,1dを備えても良い。
3.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。
上述の各実施形態では、熱伝導体1,1a,1b,1c,1d(以後、「熱伝導体1等」ともいう。)では、第1熱伝導部材群Z1とそれを挟む第2熱伝導部材群Z2とは、一方向のみに並んで連結されている。しかし、本発明は、第1熱伝導部材群Z1の径方向外側の全領域に第2熱伝導部材群Z2を備えた熱伝導体および当該熱伝導体を備えるバッテリーも含む。また、本発明は、第1熱伝導部材群Z1の径方向外側の三方向あるいは四方向に第2熱伝導部材群Z2を備えた熱伝導体および当該熱伝導体を備えるバッテリーも含む。
各実施形態に係る熱伝導体1等において、第2熱伝導部材群Z2を構成する第2熱伝導部材の種類は1種類である。しかし、第2熱伝導部材は、上述の第2熱伝導部材10,10a,20,40の任意の2種類以上を組み合わせたものでも良い。ただし、その場合でも、第1熱伝導部材群Z1の領域は、第2熱伝導部材群Z2の領域に比べて高い熱伝導性を有する。
第2熱伝導部材20,40は、平板状のシートであるが、これに代えて、表面に凹凸を備えたシート、表面に一方向に延びる1または2以上の溝を備えたシートであっても良い。クッション部材12は第1貫通路11を備えていなくとも良い。また、クッション部材12は、第1貫通路11につながるスリットであって、熱伝導部材の長さ方向に延びるスリットを有していても良い。上述の各実施形態では、熱伝導シート13は、クッション部材12の外側面を完全に覆う筒状シートである。しかし、熱伝導シート13は、熱伝導部材の長さ方向に延びるスリットを有し、クッション部材12の外側面を部分的に覆うシートでも良い。熱伝導体1等は、連結部材を備えずに、第1熱伝導部材群Z1と第2熱伝導部材群Z2とを分離したものでも良い。
先述の各実施形態では、セル120を縦にしてその下端に熱伝導体1等を接触せしめている状況について説明したが、セル120の配置形態は、これに限定されない。セル120の側面を熱伝導体1等に接触させるようにセル120を配置しても良い。
熱源は、セル120のみならず、回路基板、回路基板上の電子部品、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。また、熱伝導体1等は、バッテリー100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。
複数の熱伝導部材は、同じ長さを有していなくとも良い。熱伝導部材は、円筒形状若しくは円柱形状以外に、角柱形状若しくは楕円柱形状でも良い。また、スパイラル状のクッション部材12aは、熱伝導シート13aの幅と同一に限定されず、熱伝導シート13aの幅に対して大きくても、あるいは小さくても良い。熱伝導体1dは、第3熱伝導部材群Z3の片側若しくは両側に1または2以上の第N熱伝導部材群ZN(N=4以上)を備えた構造を有していても良い。これは、熱伝導体1d以外の熱伝導体1,1a,1b,1cでも同様である。ここで、第(N−1)熱伝導部材群Z(N−1)の領域は、第N熱伝導部材群ZNの領域よりも、高い熱伝導性を有する。
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。一例として、連結部材50は、熱伝導体1,1a,1bに使用しても良い。
本発明に係る熱伝導体は、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・・・熱伝導体、10・・・第1熱伝導部材,第2熱伝導部材、10a・・・第2熱伝導部材、11・・・第1貫通路、11a・・・第2貫通路、12,12a・・・クッション部材、13,13a・・・熱伝導シート、20・・・第2熱伝導部材、30・・・連結部材(一例:糸)、40・・・第2熱伝導部材、50・・・連結部材、100・・・バッテリー、111・・・筐体、112・・・底部、115・・・冷却剤、120,120a,120b,120c,120d,120e,120f,120g,120h・・・セル(熱源の一例)、t1,t2,t3・・・隙間、Z1・・・第1熱伝導部材群、Z2・・・第2熱伝導部材群、Z3・・・第3熱伝導部材群、Z(N−1)・・・第(N−1)熱伝導部材群、ZN・・・第N熱伝導部材群。
Claims (9)
- 1または2以上の第1熱伝導部材を配置している第1熱伝導部材群と、
前記第1熱伝導部材群の少なくとも両側に1または2以上の第2熱伝導部材を配置している第2熱伝導部材群と、を備え、
前記第1熱伝導部材および前記第2熱伝導部材の内の少なくとも前記第1熱伝導部材は、クッション部材と、前記クッション部材の表面の少なくとも一部を覆うと共に前記クッション部材よりも熱伝導性の高い熱伝導シートと、を備え、
前記第1熱伝導部材群の領域は、前記第2熱伝導部材群の領域に比べて高い熱伝導性を有することを特徴とする熱伝導体。 - 前記第2熱伝導部材は、前記第1熱伝導部材と異なる形態を有する平板状のシートであることを特徴とする請求項1に記載の熱伝導体。
- 前記第2熱伝導部材は、前記クッション部材を備えているが、前記熱伝導シートを備えていないことを特徴とする請求項1に記載の熱伝導体。
- 前記第1熱伝導部材同士の隙間の平均値は、前記第2熱伝導部材同士の隙間の平均値に比べて小さいことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の熱伝導体。
- 前記クッション部材は、長さ方向に貫通する第1貫通路を有し、
前記熱伝導シートは、前記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ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の熱伝導体。 - 前記第1熱伝導部材は、長さ方向に貫通する第2貫通路を有し、
前記クッション部材と前記熱伝導シートとは、一体となってスパイラル状に巻回して前記第2貫通路を形成していることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の熱伝導体。 - 前記第1熱伝導部材と前記第2熱伝導部材とを連結する連結部材を備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の熱伝導体。
- 前記連結部材は、糸で構成されていることを特徴とする請求項7に記載の熱伝導体。
- 冷却機能を有する筐体内に、熱源としてのセルを複数個備えたバッテリーであって、前記セルと前記筐体との間に、請求項1から8のいずれか1項に記載の熱伝導体を備えることを特徴とするバッテリー。
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