JP6871183B2 - Heat dissipation structure and battery with it - Google Patents
Heat dissipation structure and battery with it Download PDFInfo
- Publication number
- JP6871183B2 JP6871183B2 JP2018004621A JP2018004621A JP6871183B2 JP 6871183 B2 JP6871183 B2 JP 6871183B2 JP 2018004621 A JP2018004621 A JP 2018004621A JP 2018004621 A JP2018004621 A JP 2018004621A JP 6871183 B2 JP6871183 B2 JP 6871183B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- conductive sheet
- cushion member
- heat radiating
- radiating structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title claims description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 47
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 37
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 17
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 15
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 14
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 10
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 10
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 7
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 7
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 3
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 1
- 229920000181 Ethylene propylene rubber Polymers 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006311 Urethane elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229920003049 isoprene rubber Polymers 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000012056 semi-solid material Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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。 The present invention relates to a heat radiating structure and a battery including the heat radiating structure.
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。 Control systems for automobiles, aircraft, ships, and household or commercial electronic devices are becoming more accurate and complex, and the density of small electronic components on circuit boards is increasing. .. As a result, it is strongly desired to solve the failure and shortening of the life of electronic components due to heat generation around the circuit board.
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)。 In order to realize quick heat dissipation from the circuit board, conventionally, the circuit board itself is made of a material having excellent heat dissipation, a heat sink is attached, or a means of driving a heat dissipation fan is used alone or in combination. It is done. Of these, a method in which the circuit board itself is made of a material having excellent heat dissipation, for example, diamond, aluminum nitride (AlN), cBN, or the like, makes the cost of the circuit board extremely high. Further, the arrangement of the heat radiating fan causes problems such as failure of the rotating device called the fan, maintenance necessity for preventing the failure, and difficulty in securing the installation space. On the other hand, the heat radiating fin is a simple one that can increase the surface area and further improve the heat radiating property by forming many columnar or flat plate-shaped protruding parts using a metal having high thermal conductivity (for example, aluminum). Since it is a member, it is widely used as a heat-dissipating component (see Patent Document 1).
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。 By the way, at present, there are active movements around the world to gradually convert conventional gasoline-powered vehicles or diesel-powered vehicles to electric vehicles for the purpose of reducing the burden on the global environment. In particular, in addition to European countries such as France, the Netherlands and Germany, China has also declared that it will completely switch from gasoline and diesel vehicles to electric vehicles by 2040. The spread of electric vehicles has issues such as the development of high-performance batteries and the installation of a large number of charging stations. In particular, technological development for enhancing the charge / discharge function of lithium-based automobile batteries has become a major issue. It is well known that the above-mentioned automobile battery cannot fully exert its charge / discharge function at a high temperature of 60 degrees Celsius or higher. For this reason, it is important to improve the heat dissipation of the battery as well as the circuit board described above.
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。 In order to quickly dissipate heat from the battery, place the water-cooled pipe in a metal housing with excellent thermal conductivity such as aluminum, place a large number of battery cells in the housing, and place the battery cell and the bottom of the housing. A structure in which an adhesive rubber sheet is sandwiched between the two is adopted. Hereinafter, description will be made with reference to the drawings.
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。
FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of a conventional battery. The
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。
However, the heat dissipation structure of the
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a heat radiating structure that is adaptable to various forms of a heat source, is lightweight, and has excellent heat radiating efficiency, and a battery provided with the heat radiating structure. With the goal.
(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。 (1) The heat radiating structure according to the embodiment for achieving the above object is a heat radiating structure that enhances heat radiating from a heat source, and has a shape that proceeds while being wound in a spiral shape for transferring heat from the heat source. A heat conductive sheet and a cushion member provided on the annular back surface of the heat conductive sheet and easily deformed according to the surface shape of the heat source as compared with the heat conductive sheet, and penetrate in the traveling direction while winding the heat conductive sheet. Has a through-passage.
(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。 (2) The heat radiating structure according to another embodiment preferably further includes an adhesive layer on the annular surface of the heat conductive sheet, and is a cushion member, a heat conductive sheet, and an adhesive layer from the gangway to the outside in the radial direction. It is configured in order.
(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。 (3) In the heat radiating structure according to another embodiment, the cushion member is preferably a spiral cushion member that is spirally wound along the annular back surface of the heat conductive sheet.
(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。 (4) In the heat dissipation structure according to another embodiment, preferably, the cushion member is a tubular cushion member having a through path in the length direction thereof, and the heat conductive sheet is an outer surface of the tubular cushion member. Is wound in a spiral shape.
(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。 (5) The battery according to one embodiment is a battery having one or more battery cells as heat sources in a housing having a structure for flowing a cooling member, and has a heat dissipation structure that enhances heat dissipation from the heat source. A heat conductive sheet that travels while spirally winding around the heat dissipation structure to transfer heat from the heat source, and an annular back surface of the heat conductive sheet, which has a surface shape of the heat source compared to the heat conductive sheet. It is provided with a cushion member that is easily deformed according to the above, and has a through path that penetrates in the direction of traveling while winding the heat conductive sheet.
(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。 (6) In the battery according to another embodiment, preferably, the heat radiating structure further includes an adhesive layer on the annular surface of the heat conductive sheet, and the cushion member, the heat conductive sheet, from the through path to the outside in the radial direction. It is configured in the order of the adhesion layer.
(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。 (7) In the battery according to another embodiment, preferably, the cushion member is a spiral cushion member that is spirally wound along the annular back surface of the heat conductive sheet, and the heat radiating structure is at least a heat source. It is placed between the cooling member and the cooling member.
(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。 (8) In the battery according to another embodiment, preferably, the cushion member is a tubular cushion member having a through path in the length direction thereof, and the heat conductive sheet spirals the outer surface of the tubular cushion member. It is wound in a shape, and the heat radiating structure is arranged at least between the heat source and the cooling member.
(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。 (9) In the battery according to another embodiment, preferably, the cushion member is a tubular cushion member having a through path in the length direction thereof, and the heat conductive sheet spirals the outer surface of the tubular cushion member. It is wound in a shape, and the tubular cushion member is configured so that the cooling member can flow through the through path, and the heat dissipation structure is placed between the heat source and the housing and / or between the heat sources. It is arranged.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a heat radiating structure that is adaptable to various forms of a heat source, is lightweight and has excellent heat radiating efficiency, and a battery including the heat radiating structure.
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。 Next, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments described below does not limit the invention according to the claims, and all of the elements and combinations thereof described in each embodiment are the means for solving the present invention. Is not always required.
(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。
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a vertical cross-sectional view (1A) of the heat radiating structure according to the first embodiment and a battery including the heat radiating structure, and a heat radiating structure before and after compressing the heat radiating structure by the battery cell in the (1A). The cross-sectional view (1B) of the morphological change is shown respectively.
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
The heat
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。
Next, the schematic configuration of the battery and the constituent members of the
(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。
(1) Outline of Battery Configuration In this embodiment, the
(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。
(2) Heat Conductive Sheet The heat
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。
When the heat
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。
The heat
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。
It does not matter whether the heat
(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。
(3) Cushion member The important functions of the
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。
The
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。
The
(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。
(4) Adhesion layer The
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。
The
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。
The
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。 FIG. 2 shows a diagram for explaining a part of the method of manufacturing the heat radiating structure of FIG.
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。
First, the
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。
The
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。 FIG. 3 shows a perspective view of a state in which the heat radiating structure is arranged directly under the battery cell.
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。
As shown in FIG. 3, each
(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。
(Second Embodiment)
Next, the heat radiating structure according to the second embodiment and the battery including the heat radiating structure will be described. The same reference numerals are given to the parts common to the first embodiment, and duplicate description will be omitted.
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。 FIG. 4 is a vertical sectional view (4A) of the heat radiating structure according to the second embodiment and a battery provided with the heat radiating structure, a perspective view (4B) of a state in which the heat radiating structure is arranged directly under the battery cell, and a heat radiating structure. The plan view (4C) of the body is shown respectively.
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。
The
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。
Specifically, in this embodiment, the
(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。
(Third Embodiment)
Next, the heat radiating structure according to the third embodiment and the battery including the heat radiating structure will be described. The same reference numerals are given to the parts common to each of the above-described embodiments, and duplicate description will be omitted.
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。 FIG. 5 shows a vertical cross-sectional view (5A) of the heat radiating structure according to the third embodiment and a battery including the heat radiating structure, and a perspective view (5B) of a situation in which a cooling member flows through the heat radiating structure.
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。
The
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。
In FIG. 5, the running water pipes connected to both sides of the
(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。
(Fourth Embodiment)
Next, the heat radiating structure according to the fourth embodiment and the battery including the heat radiating structure will be described. The same reference numerals are given to the parts common to each of the above-described embodiments, and duplicate description will be omitted.
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。 FIG. 6 shows a vertical cross-sectional view of the heat radiating structure according to the fourth embodiment and a battery including the heat radiating structure, and a perspective view of a situation in which a cooling member flows through the heat radiating structure.
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。
In the
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。
Although the
(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。
(Fifth Embodiment)
Next, the heat radiating structure according to the fifth embodiment and the battery including the heat radiating structure will be described. The same reference numerals are given to the parts common to each of the above-described embodiments, and duplicate description will be omitted.
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。 FIG. 7 shows a vertical cross-sectional view of the heat radiating structure according to the fifth embodiment and a battery including the heat radiating structure. FIG. 8 shows a part (8A) of the manufacturing state of the heat radiating structure of FIG. 7 and a plan view (8B) of the heat radiating structure completed by the manufacturing method of the (8A).
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。
The
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。
An example of a method for manufacturing the
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。
First, a
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。
The
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。
The
(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。
(Action / effect of each embodiment)
As described above, the
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。
Therefore, the
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。
Further, the
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。
Further, in the
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。
Further, the
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。
Further, in the
(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。
(Other embodiments)
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to these, and can be implemented in various modifications.
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。
For example, the heat source includes not only the
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。
Further, the
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。
Further, the plurality of components of each of the above-described embodiments can be freely combined except when they cannot be combined with each other. For example, the
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。 The heat dissipation structure according to the present invention can be used not only for automobile batteries, but also for various electronic devices such as automobiles, industrial robots, power generation devices, PCs, and household electric appliances. Further, the battery according to the present invention can be used not only as a battery for automobiles but also as a rechargeable battery for home use and a battery for electronic devices such as PCs.
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。 1,1a, 1b, 1c, 1d ... Battery, 11 ... Housing, 15 ... Cooling member, 20 ... Battery cell (an example of heat source), 25, 25a, 25b, 25c, 25d ... .. Heat dissipation structure, 30 ... heat conductive sheet, 31 ... cushion member, 32, 33 ... through-passage, 34 ... adhesion layer.
Claims (9)
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。 A heat dissipation structure that enhances heat dissipation from a heat source.
A heat conductive sheet that travels while winding in a spiral shape to transfer heat from the heat source,
A cushion member provided on the annular back surface of the heat conductive sheet and easily deformed according to the surface shape of the heat source as compared with the heat conductive sheet.
With
A heat radiating structure having a through-passage that penetrates in a traveling direction while winding the heat conductive sheet.
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。 An adhesion layer is further provided on the annular surface of the heat conductive sheet, and the heat conductive sheet is further provided with an adhesion layer.
The heat radiating structure according to claim 1, wherein the cushion member, the heat conductive sheet, and the adhesion layer are configured in this order from the gangway to the outside in the radial direction.
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。 The cushion member is a tubular cushion member having the gangway in the length direction thereof.
The heat radiating structure according to claim 1 or 2, wherein the heat conductive sheet spirally winds an outer surface of the tubular cushion member.
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。 A battery having one or more battery cells as a heat source in a housing having a structure for flowing a cooling member.
It is equipped with a heat dissipation structure that enhances heat dissipation from the heat source.
In the heat dissipation structure,
A heat conductive sheet that travels while winding in a spiral shape to transfer heat from the heat source,
A cushion member provided on the annular back surface of the heat conductive sheet and easily deformed according to the surface shape of the heat source as compared with the heat conductive sheet.
With
A battery having a through-passage that penetrates in a traveling direction while winding the heat conductive sheet.
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。 The cushion member is a spiral cushion member that is spirally wound along the annular back surface of the heat conductive sheet.
The battery according to claim 5 or 6, wherein the heat radiating structure is arranged at least between the heat source and the cooling member.
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。 The cushion member is a tubular cushion member having the gangway in the length direction thereof.
The heat conductive sheet spirally winds the outer surface of the tubular cushion member.
The battery according to claim 5 or 6, wherein the heat radiating structure is arranged at least between the heat source and the cooling member.
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。
The cushion member is a tubular cushion member having the gangway in the length direction thereof.
The heat conductive sheet spirally winds the outer surface of the tubular cushion member.
The tubular cushion member is configured so that the cooling member can flow through the gangway.
The battery according to claim 5 or 6, wherein the heat radiating structure is arranged between the heat source and the housing, and / or between the heat sources.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018004621A JP6871183B2 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Heat dissipation structure and battery with it |
CN201920046745.XU CN209658354U (en) | 2018-01-16 | 2019-01-11 | Heat-radiating structure and the battery for having it |
CN201910027292.0A CN110048041B (en) | 2018-01-16 | 2019-01-11 | Heat dissipation structure and battery provided with same |
US16/247,585 US10720681B2 (en) | 2018-01-16 | 2019-01-15 | Heat dissipation structure and battery provided with the same |
EP19152019.6A EP3512033B1 (en) | 2018-01-16 | 2019-01-16 | Heat dissipating structure and battery provided with the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018004621A JP6871183B2 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Heat dissipation structure and battery with it |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019125665A JP2019125665A (en) | 2019-07-25 |
JP6871183B2 true JP6871183B2 (en) | 2021-05-12 |
Family
ID=67399045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018004621A Active JP6871183B2 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Heat dissipation structure and battery with it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6871183B2 (en) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220013830A1 (en) * | 2018-11-21 | 2022-01-13 | Shin-Etsu Polymer Co., Ltd. | Heat dissipating structure and battery provided with the same |
JP7254661B2 (en) * | 2019-08-22 | 2023-04-10 | 信越ポリマー株式会社 | Heat dissipation structure and battery with same |
JP7029571B2 (en) * | 2019-11-27 | 2022-03-03 | 信越ポリマー株式会社 | Heat conductive member and battery equipped with it |
JP7441643B2 (en) * | 2019-12-23 | 2024-03-01 | 信越ポリマー株式会社 | Cell unit, battery including the same, and battery manufacturing method |
JP7416613B2 (en) * | 2019-12-23 | 2024-01-17 | 信越ポリマー株式会社 | Multilayer sheet and cell unit equipped with the same |
JP2021111481A (en) * | 2020-01-08 | 2021-08-02 | 信越ポリマー株式会社 | Heat conductor and battery including the same |
KR20210094924A (en) * | 2020-01-22 | 2021-07-30 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Battery module |
JP7402705B2 (en) * | 2020-02-07 | 2023-12-21 | 信越ポリマー株式会社 | Thermal conductive structure and battery equipped with the same |
JP7402716B2 (en) * | 2020-03-09 | 2023-12-21 | 信越ポリマー株式会社 | Heat dissipation structure and battery equipped with the same |
JP7402717B2 (en) * | 2020-03-09 | 2023-12-21 | 信越ポリマー株式会社 | Heat dissipation structure and battery equipped with the same |
JP7394666B2 (en) * | 2020-03-12 | 2023-12-08 | 信越ポリマー株式会社 | Heat dissipation structure and battery equipped with the same |
JP7399760B2 (en) * | 2020-03-16 | 2023-12-18 | 信越ポリマー株式会社 | Heat dissipation structure and battery equipped with the same |
JP7399764B2 (en) * | 2020-03-19 | 2023-12-18 | 信越ポリマー株式会社 | Heat dissipation structure and battery equipped with the same |
JP2021166141A (en) * | 2020-04-07 | 2021-10-14 | 信越ポリマー株式会社 | Heat dissipation structure and battery including the same |
KR20220154715A (en) * | 2020-05-28 | 2022-11-22 | 신에츠 폴리머 가부시키가이샤 | Heat dissipation structure and battery having the same |
WO2022034759A1 (en) * | 2020-08-12 | 2022-02-17 | 信越ポリマー株式会社 | Heat dissipation member, heat dissipation structure, and battery |
CN113036292B (en) * | 2021-03-05 | 2022-07-08 | 安徽通盛能源科技有限公司 | Temperature control structure and temperature control mode based on low-temperature locomotive lithium battery |
CN113879707B (en) * | 2021-09-05 | 2022-11-11 | 国网宁夏电力有限公司培训中心 | Data acquisition and storage tool for electric power marketing |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09321468A (en) * | 1996-05-30 | 1997-12-12 | Toshiba Corp | Heat radiating device |
WO2005083783A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Jisouken Co., Ltd. | Heat dissipating sheet |
JP2013004783A (en) * | 2011-06-17 | 2013-01-07 | Sony Corp | Heat radiation structure and display device |
JP6020786B2 (en) * | 2012-01-05 | 2016-11-02 | 三菱自動車工業株式会社 | Secondary battery cell and secondary battery module |
JP6267571B2 (en) * | 2014-04-23 | 2018-01-24 | 日立建機株式会社 | Cooling structure for work machine and power storage device mounted on the work machine |
-
2018
- 2018-01-16 JP JP2018004621A patent/JP6871183B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019125665A (en) | 2019-07-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6871183B2 (en) | Heat dissipation structure and battery with it | |
CN110048041B (en) | Heat dissipation structure and battery provided with same | |
US11495842B2 (en) | Heat dissipating structure and battery provided with the same | |
JP6894933B2 (en) | Heat dissipation structure and battery with it | |
JP6851289B2 (en) | Heat dissipation structure and battery with it | |
JP2021500695A (en) | Heat dissipation structure and battery with it | |
JP6994122B2 (en) | Heat dissipation structure and battery with it | |
JP2020191171A (en) | Heat dissipation structure and battery including the same | |
JP6857783B2 (en) | Heat dissipation structure and battery with it | |
JP7190311B2 (en) | Thermal structure and battery | |
JP2020187885A (en) | Heat dissipation structure and battery including the same | |
JP2020009579A (en) | Heat dissipation structure and battery | |
JP7394666B2 (en) | Heat dissipation structure and battery equipped with the same | |
JP2022012195A (en) | Heat dissipation structure and battery with the same | |
WO2022034759A1 (en) | Heat dissipation member, heat dissipation structure, and battery | |
JP2021166140A (en) | Heat dissipation member, heat dissipation structure, and battery | |
NL2020306B1 (en) | Heat dissipating structure and battery provoded with the same | |
JP2021125409A (en) | Heat conductive structure and battery including the same | |
JP2019220261A (en) | Heat dissipation structure and battery | |
TW202130035A (en) | Heat dissipation structure and battery having the structure | |
JP2022187504A (en) | Heat dissipation structure, battery, and electronic device | |
JP2021018937A (en) | Heat dissipation structure and battery comprising the same | |
JP2020191169A (en) | Heat dissipation structure and battery including the same | |
JP2020135952A (en) | Heat radiation structure, and battery including the same | |
JP2020202272A (en) | Heat dissipation structure and battery having the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200414 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210303 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210330 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210415 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6871183 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |