JP6929464B2 - 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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クロスリファレンス

本出願は、２０１７年１２月２６日に日本国において出願された特願２０１７−２４８６５７および２０１８年１月２３日にオランダ王国において出願されたＮ２０２０３０６に基づき優先権を主張し、当該出願に記載された内容は、本明細書に援用する。また、本願において引用した特許、特許出願及び文献に記載された内容は、本明細書に援用する。

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望まれている。

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

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

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

図７は、従来のバッテリーの概略断面図を示す。図７のバッテリー１００は、多数のバッテリーセル１０１を、アルミニウム若しくはアルミニウム基合金から成る筐体１０２の内底面１０３上に備える。筐体１０２の底部１０４には、冷却水を流すための水冷パイプ１０５が備えられている。バッテリーセル１０１は、底部１０４との間にゴムシート（例えば、室温硬化型シリコーンゴム製のシート）１０６を挟んで筐体１０２内に固定されている。このような構造のバッテリー１００では、バッテリーセル１０１は、ゴムシート１０６を通じて筐体１０２に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。

特開２００８−２４３９９９

しかし、図７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。また、バッテリーセルの下面は種々の形状をとり得ることから、バッテリーセルの形状に依らない高い伝熱効率を実現する要望もある。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、バッテリーのみならず回路基板や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、熱源の形状や材質を問わず放熱効率に優れる放熱構造体及びそれを備えたバッテリーを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するための一実施形態に係る放熱構造体は、熱源と冷却部材との間にあって熱源から冷却部材に熱を伝導させて熱源からの放熱を可能とする放熱構造体であって、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つを含み、熱源と冷却部材との間に配置可能な熱伝導シートと、熱伝導シートに少なくとも部分的に包まれるクッション部材と、を備える。

（２）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、上述の熱伝導シートは、熱源と冷却部材との間に配置される部位において、断面Ｏ形状若しくは開口を冷却部材に向けた逆さＣ形状を有し、クッション部材は、熱伝導シートの内部に配置されている。

（３）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、上述のいずれかのクッション部材は、放熱構造体の長さ方向両端の内の少なくとも一端側を熱伝導シートから露出させている。

（４）別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、上述のいずれかの熱伝導シートと、熱源および冷却部材の周囲の少なくともいずれか一方とを密着固定するためのゴムシートを、さらに備える。

（５）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、上述のゴムシートは、シリコーンゴム製のシートである。

（６）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、上述のいずれかの熱伝導シートは、炭素フィラーと、樹脂とを含むシートである。

（７）別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、上述のいずれかの熱伝導シート若しくはクッション部材を加熱するために給電可能な通電用電極を、さらに備える。

（８）一実施形態に係るバッテリーは、冷却部材を接触させる筐体内に熱源としての複数のバッテリーセルを備えたバッテリーであって、上述のいずれかの放熱構造体を備え、放熱構造体は、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つを含み、バッテリーセルと冷却部材との間に配置可能な熱伝導シートと、熱伝導シートに少なくとも部分的に包まれるクッション部材と、を備える。

（９）別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、上述の放熱構造体は、筐体内に複数個備えられ、筐体内の１または２以上のバッテリーセルを載置している。

（１０）別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、上述の複数個の放熱構造体は、バッテリーセルの載置に起因して圧縮されても互いに接触しない距離をあけて配置されている。

本発明によれば、熱源の形状や材質を問わず放熱効率に優れる放熱構造体及びそれを備えたバッテリーを提供できる。

図１は、第１実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図をそれぞれ示す。 図２は、図１の放熱構造体の上に２個のバッテリーセルが載った状態の斜視図を示す。 図３は、図１の放熱構造体およびその変形例の各６面図（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）を示す。 図４は、第２実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図をそれぞれ示す。 図５は、第３実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図（５Ａ）および当該放熱構造体の６面図（５Ｂ）を、それぞれ示す。 図６は、本発明に係る放熱構造体の各種変形例の各６面図（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）を示す。 図７は、従来のバッテリーの概略断面図を示す。

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

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図をそれぞれ示す。

第１実施形態に係る放熱構造体２５は、熱源の一例であるバッテリーセル２０と冷却部材（例えば、冷却水）１５との間にあってバッテリーセル２０から冷却部材１５に熱を伝導させてバッテリーセル２０からの放熱を可能とする放熱構造体である。冷却部材は、冷却媒体と称しても良い。放熱構造体２５は、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つを含み、バッテリーセル２０と冷却部材１５との間に配置可能な熱伝導シート３０と、熱伝導シート３０に少なくとも部分的に包まれるクッション部材３１と、を備える。

熱伝導シート３０は、好ましくは、バッテリーセル２０と冷却部材１５との間に配置される部位において、縦断面Ｏ形状若しくは開口３２を冷却部材１５に向けた縦断面逆さＣ形状を有する。クッション部材３１は、熱伝導シート３０の内部に配置されている。また、クッション部材３１は、放熱構造体２５の長さ方向（図１の紙面表側および裏側の方向）両端の内の少なくとも一端側を熱伝導シート３０から露出させている。図１のバッテリー１は、冷却部材１５を接触させる筐体１１内に熱源としての複数のバッテリーセル２０を備えている。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。

（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（図２を参照）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。

放熱構造体２５は、好ましくは、筐体１１内に複数個備えられ、筐体１１内の１または２以上のバッテリーセル２０を載置している。図１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、１個のバッテリーセル２０を載置していても、あるいは３個以上のバッテリーセル２０を載置していても良い。

また、筐体１１内の複数個の放熱構造体２５は、バッテリーセル２０の載置に起因して圧縮されても互いに接触しない距離ｔをあけて配置されている。隣接する放熱構造体２５同士の衝突を回避する必要からである。放熱構造体２５同士の間隔（前述のｔ、あるいは後述のＴ）は、放熱構造体２５の変形量と熱伝導量にもよるが、好ましくは５ｍｍ、より好ましくは２ｍｍである。

このような構造のバッテリー１では、バッテリーセル２０は、放熱構造体２５を通じて筐体１１に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。なお、冷却部材１５は、冷却水に限定されず、液体窒素、エタノール等の有機溶剤も含むように解釈される。冷却部材１５は、冷却に用いられる状況下にて、液体であるとは限らず、気体あるいは固体でも良い。

（２）熱伝導シート
熱伝導シート３０は、この実施形態では、複数のバッテリーセル２０と底部１２との間において、縦断面視にてＯ形状若しくは逆さＣ形状を有する。逆さＣ形状は、逆さＵ形状と称しても良い。図１では、逆さＣ形状の熱伝導シート３０の形態を例示している。熱伝導シート３０は、縦断面視にて、逆さＵ字形状若しくは逆さＶ字形状でも良い。しかし、底部１２に熱伝導シート３０の端面ではなく、外面側を接触させる方が熱伝導性を高めるため、熱伝導シート３０は、縦断面視にてＯ形状若しくは逆さＣ形状を有する方が好ましい。

熱伝導シート３０は、好ましくは炭素を含むシートであり、さらに好ましくは炭素フィラーと樹脂とを含むシートである。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。グラファイト繊維、カーボン粒子あるいは膨張黒鉛製のフィラーも、すべて、炭素フィラーの概念に含まれる。

熱伝導シート３０は、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んでも良い。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。

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

熱伝導シート３０は、後述のクッション部材３１よりも熱伝導性に優れているのが好ましく、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に好ましくはグラファイトと、グラファイトより結晶性の低いカーボンとを含ませて、熱伝導シート３０中に電流が流れやすいネットワークを形成するようにしている。

しかし、熱伝導シート３０は、必ずしも導電性に優れていることを要せず、熱伝導性を有するだけでも良い。その場合、熱伝導シート３０を、ＡｌＮ、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（グラファイトより導電性は低い）などを含むシートとしても良い。熱伝導シート３０は、湾曲性（若しくは屈曲性）のあるシートであれば、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。

放熱構造体２５は、熱伝導シート３０を外皮として、その内部空間にクッション部材３１を備える。熱伝導シート３０は、その一部に開口３２を備えて、クッション部材３１を外に露出させても良い。

（３）クッション部材
クッション部材３１は、熱伝導シート３０に包まれる弾性体である。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と、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とを有する。クッション部材３１は、熱伝導シート３０に比べて低熱伝導性の部材である。

クッション部材３１は、その内部に気泡を有するスポンジ状の部材、あるいは気泡を含まないゴム状弾性体のいずれでも良いが、より好ましくはスポンジ状の部材である。クッション部材３１は、好ましくは、シリコーンゴム、ウレタンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）あるいはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の熱硬化性エラストマー； ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系、フッ素系等の熱可塑性エラストマー、あるいはそれらの複合物等を含むように構成される。クッション部材３１は、熱伝導シート３０を伝わる熱によって溶融あるいは分解等せずにその形態を維持できる程度の耐熱性の高い材料から構成されるのが好ましい。この実施形態では、クッション部材３１は、より好ましくは、ウレタン系エラストマー中にシリコーンを含浸したもの、あるいはシリコーンゴムにより構成される。クッション部材３１は、その熱伝導性を少しでも高めるために、ゴム中にＡｌＮ、ｃＢＮ、ｈＢＮ、ダイヤモンドの粒子等に代表されるフィラーを分散して構成されていても良い。

図２は、図１の放熱構造体の上に２個のバッテリーセルが載った状態の斜視図を示す。

バッテリーセル２０は、放熱構造体２５と接する側と反対側（図１，２では上方）に、電極２１，２２を備える。バッテリーセル２０の充電若しくは放電時に発する熱は、バッテリーセル２０の下方端部から放熱構造体２５の熱伝導シート３０（図２の矢印Ｆを参照）、筐体１１の底部１２、冷却部材１５へと伝わる。こうして、バッテリーセル２０の効果的な除熱が実現する。

図３は、図１の放熱構造体およびその変形例の各６面図（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）を示す。

図３中の（３Ａ）の放熱構造体２５は、図１，２に示す構造であって、略直方体のクッション部材３１の長さ方向の両端面および底面の一部を除き、熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する。具体的には、放熱構造体２５の天面２５ａ、左右両側面２５ｃ，２５ｄは熱伝導シート３０にて覆われている。放熱構造体２５の正面２５ｅおよび背面２５ｆは、クッション部材３１の面を露出している。放熱構造体２５の底面２５ｂは、放熱構造体２５の幅方向中央領域に開口３２を形成するように、熱伝導シート３０にて覆われている。クッション部材３１はその開口３２から露出している。この実施形態では、クッション部材３１は、熱伝導シート３０から外方に突出していないが、クッション部材３１の底面を当該外方に向かって熱伝導シート３０と面一な位置まで、さらには熱伝導シート３０よりも外方向に突出していても良い。

図３中の（３Ｂ）の放熱構造体２５は、図３中の（３Ａ）の放熱構造体２５の第１変形例であって、略直方体のクッション部材３１の長さ方向の両端面を除き、熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する。具体的には、放熱構造体２５の天面２５ｇ、底面２５ｈおよび左右両側面２５ｉ，２５ｊは熱伝導シート３０にて覆われている。放熱構造体２５の正面２５ｋおよび背面２５ｌは、クッション部材３１の面を露出している。

図３中の（３Ｃ）の放熱構造体２５は、図３中の（３Ａ）の放熱構造体２５の第２変形例であって、略直方体のクッション部材３１の底面の一部を除き、熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する。具体的には、放熱構造体２５の天面２５ｍ、左右両側面２５ｏ，２５ｐ、正面２５ｑおよび背面２５ｒは熱伝導シート３０にて覆われている。放熱構造体２５の底面２５ｎの一部は、開口３２を有しており、その開口３２からクッション部材３１の面を露出している。放熱構造体２５の底面２５ｎは、その略中央部に開口３２を有する。この実施形態では、クッション部材３１は、熱伝導シート３０から外方に突出していないが、クッション部材３１の底面を当該外方に向かって熱伝導シート３０と面一な位置まで、さらには熱伝導シート３０よりも外方向に突出していても良い。

図３中の（３Ｄ）の放熱構造体２５は、図３中の（３Ａ）の放熱構造体２５の第３変形例であって、略直方体のクッション部材３１の全面を熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する。具体的には、放熱構造体２５の天面２５ｓ、裏面２５ｔ、左右両側面２５ｕ，２５ｖ、正面２５ｗおよび背面２５ｘは熱伝導シート３０にて覆われている。

また、放熱構造体２５は、上述の各放熱構造体２５の形態に限定されることなく変形可能であって、例えば、略直方体のクッション部材３１の長さ方向の両端面の内の一端面を除き、熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する放熱構造体２５を用いることもできる。クッション部材３１の一部が熱伝導シート３０から露出していると、放熱構造体２５にバッテリーセル２０が載置した際に、クッション部材３１の変形の余地が広がる。

（４）バッテリーの好適な組み立て方法
次に、この実施形態に係るバッテリー１の組み立て方法（＝製造方法）を例示する。

（ａ）ＰＰＳ等に代表される樹脂材料と、グラファイト製フィラーおよび／またはグラファイトより低結晶性のカーボン製フィラー（粒子、繊維等の形態が好ましい）を液体（例えば、水）の中で撹拌して紙漉きと同様の方式でフェルト状シートを作製する。
（ｂ）続いて、フェルト状シートを、図１の熱伝導シート３０と同一若しくはこれに類似した断面形状になるように成形する。
（ｃ）熱伝導シート３０の内方にクッション部材３１を入れて放熱構造体２５を完成する。この際に、クッション部材３１と熱伝導シート３０とを耐熱性の接着剤、両面テープ若しくはビス等の固定手段を用いて固定しても、あるいは何らの固定手段も用いずに固定しても良い。
（ｄ）最後に、放熱構造体２５をバッテリー１内に組み込む。放熱構造体２５は、底部１２との間に耐熱性の接着剤や両面テープを介在させ、あるいは何らの介在物も用いずに底部１２に載置可能である。上記製造方法は、第２実施形態およびそれ以降の実施形態でも同様に採用可能である。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る放熱構造体およびそれを備えたバッテリーの第２実施形態について説明する。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、第１実施形態における説明を代用することとし、重複した説明を省略する。

図４は、第２実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図をそれぞれ示す。

第２実施形態に係るバッテリー１ａは、第１実施形態におけるバッテリーセル２０より大型の１つのバッテリーセル２０ａを複数個の放熱構造体２５によって支える構成を有する点で第１実施形態に係るバッテリー１と異なり、それら以外の点で共通する。以下、第１実施形態と異なる点を主に説明する。

第２実施形態に係るバッテリー１ａでは、第１実施形態と同様の構造を有する５個の放熱構造体２５上に、１個のバッテリーセル２０ａが載置されている。放熱構造体２５は、バッテリーセル２０ａの重みで圧縮される。これによって、熱伝導シート３０とバッテリーセル２０ａとの間、および熱伝導シート３０と筐体１１の底部１２との間がともに密着し、熱伝導性を高めることができる。なお、筐体１１内の各放熱構造体２５は、バッテリーセル２０ａの載置に起因して圧縮されても互いに接触しない距離ｔをあけて配置されている。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る放熱構造体およびそれを備えたバッテリーの第３実施形態について説明する。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、当該各実施形態における説明を代用することとし、重複した説明を省略する。

図５は、第３実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図（５Ａ）および当該放熱構造体の６面図（５Ｂ）を、それぞれ示す。

第３実施形態に係るバッテリー１ｂは、縦断面視にて略平行四辺形の放熱構造体４５によってバッテリーセル２０を支えている点で第１実施形態に係るバッテリー１と異なり、それら以外の点で共通する。以下、第１実施形態と異なる点を主に説明する。

放熱構造体４５は、図５に示すように、両端面を略平行四辺形とする柱状のクッション部材３１の全周囲を熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する。図５中の（５Ａ）では、放熱構造体４５の縦断面が描かれている。筐体１１内には、４個の放熱構造体４５が配置されている。各放熱構造体４５は、２個のバッテリーセル２０を載置している。放熱構造体４５は、バッテリーセル２０の重みで底部１２側に若干倒れ、圧縮される。熱伝導シート３０は、筐体１１の底部１２とバッテリーセル２０の底部に面接触しているため、バッテリーセル２０から底部１２へと熱を伝えやすい。放熱構造体４５同士は、放熱構造体４５が底部１２側に倒れるように圧縮されても互いに衝突しない程度の距離Ｔをあけて離間配置されている。放熱構造体４５は、２個のバッテリーセル２０を配置しているが、１個若しくは３個以上のバッテリーセル２０を載置していても良い。

放熱構造体４５は、天面４５ａ、底面４５ｂ、左右両側面４５ｃ，４５ｄ、正面４５ｅおよび背面４５ｆの６面全てを熱伝導シート３０にて覆われている。クッション部材３１は、放熱構造体４５の外には露出していない。しかし、第１実施形態で説明した各種放熱構造体２５のように（図３を参照）、放熱構造体４５は、クッション部材３１が外に露出する構造を有していても良い。

（発熱機能付き放熱構造体）
図６は、本発明に係る放熱構造体の各種変形例の各６面図（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）を示す。

以下の放熱構造体２５の各種変形例は、上述のバッテリー１，１ａ，１ｂの少なくとも１つに備えることができる。

（１）第１変形例
図６中の（６Ａ）の放熱構造体２５は、図３中の（３Ａ）の放熱構造体２５に通電加熱機構を加えた第１変形例である。第１変形例の放熱構造体２５は、熱伝導シート３０若しくはクッション部材３１を加熱するために給電可能な通電用電極（単に、「電極」ともいう。）５１，５２を備える。電極５１，５２は、天面２５ａ上に離間配置されており、電極５１から電極５２の方向（黒太矢印の方向）に電流を流すように設置されている。電極５１，５２は、この例では、ゴムシート５０の内部に埋設されている。ただし、電極５１，５２は、熱伝導シート３０とゴムシート５０との間に挟まれていても良い。ゴムシート５０は、熱伝導シート３０と、バッテリーセル２０の周囲とを密着固定する機能をも持つ。ゴムシート５０は、電気伝導性のシートであって、かつ抵抗加熱可能な材料にて構成されている。このため、ゴムシート５０は、電極５１から電極５２に電流を流れるシートとして機能してゴムシート５０自身の電気抵抗に起因して発熱する。ゴムシート５０は、熱伝導シート３０と比べて電気伝導性に優れている必要がある。それは、電極５１と電極５２との間に電圧を加えた際に、熱伝導シート３０に対して優先的にゴムシート５０に電流が流れるようにするためである。

ゴムシート５０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、通電加熱可能であって、かつバッテリーセル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ゴムから主に構成されるのが好ましい。ゴムシート５０をシリコーンゴムにて主に構成する場合、グラファイトやアルミニウム等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、これに加えて、ＡｌＮやアルミナ等のフィラーをシリコーンゴム中に分散させるのがさらに好ましい。また、シリコーンゴム製のゴムシート５０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。

ゴムシート５０は、好ましくは、バッテリーセル２０と熱伝導シート３０との密着性を高める機能を持つ。ゴムシート５０は、電気伝導性、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。ゴムシート５０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、ゴムシート５０の厚さは、好ましくは０．３〜５ｍｍ、より好ましくは０．７〜３ｍｍ、さらにより好ましくは１〜２．５ｍｍである。ただし、ゴムシート５０の厚さは、電極５１，５２の厚さ、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。

（２）第２変形例
図６中の（６Ｂ）の放熱構造体２５は、電極５１，５２の取り付け位置や形状を第１変形例と異なるようにして、ゴムシート５０を備えない第２変形例である。すなわち、熱伝導シート３０は、電極５１から電極５２への給電により、熱伝導シート３０自身の電気伝導性（電気抵抗性といっても良い）を利用して発熱する。電極５１，５２は、左右両側面２５ｃ，２５ｄ上に離間配置されており、電極５１から電極５２の方向（黒太矢印の方向）に電流を流すように設置されている。この場合、熱伝導シート３０は、筐体１１よりも高い電気伝導性を有する。筐体１１に電気が流れるのは好ましくないからである。ただし、筐体１１と熱伝導シート３０との間の絶縁性を担保できる場合には、熱伝導シート３０より筐体１１の方が高い電気伝導性を有していても良い。熱伝導シート３０は、好ましくは、炭素フィラーと、樹脂とを含むシートである。炭素フィラーは、好ましくは、グラファイト等の電気伝導性を有するフィラーである。また、熱伝導シート３０をアルミニウム等の電気伝導性と熱伝導性にともに優れる材料で構成することもできる。

（３）第３変形例
図６中の（６Ｃ）の放熱構造体２５は、電極５１，５２の取り付け位置を第２変形例と異なるようにした第３変形例である。電極５１，５２は、第１変形例と直角に向きを変えて天面２５ａ上に離間配置されており、電極５１から電極５２の方向（黒太矢印の方向）に電流を流すように設置されている。熱伝導シート３０は、電極５１から電極５２への給電により、熱伝導シート３０自身の電気伝導性を利用して発熱する点は第２変形例と共通する。

（４）その他
なお、ゴムシート５０と同様の低硬度のゴムシートを、熱伝導シート３０と底部１２との間に介在させても良い。この場合、ゴムシートは、熱伝導シート３０と冷却部材１５の周囲（底部１２など）とを密着固定する機能をも持つ。当該ゴムシートは、バッテリーセル２０から熱伝導シート３０を伝わってきた熱を底部１２に伝えやすくする機能を有すれば足り、高い電気伝導性を要しない。また、当該ゴムシートは、放熱構造体２５やバッテリー１，１ａ，１ｂにとって必須の構成要素ではない。

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

例えば、熱源は、バッテリーセル２０，２０ａ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２５，４５は、バッテリー１，１ａ，１ｂ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２５，４５は、その一部（熱伝導シート３０のみ、若しくは熱伝導シート３０とクッション部材３１）を、バッテリーセル２０同士の隙間に挿入させていても良い。

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３実施形態において、第２実施形態のような１個のバッテリーセル２０ａを複数個の放熱構造体４５によって支えても良い。図６の放熱構造体２５の各種変形例を、第２実施形態または第３実施形態における放熱構造体２５，４５に代えて用いることもできる。

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 バッテリー、１１ 筐体、１２ 底部（冷却部材の周囲の一例、冷却部材に近い側の筐体の一部の一例）、１５ 冷却部材、２０，２０ａ バッテリーセル（熱源の一例）、２５，４５ 放熱構造体、３０ 熱伝導シート、３１ クッション部材、３２ 開口、５０ ゴムシート、５１，５２ 通電用電極

Claims (10)

1. 熱源と冷却部材との間にあって前記熱源から前記冷却部材に熱を伝導させて前記熱源からの放熱を可能とする放熱構造体であって、
   金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つを含み、前記熱源と前記冷却部材との間に配置可能な熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートに少なくとも部分的に包まれるクッション部材と、
   を備え、
   前記熱伝導シートは、前記熱源と前記冷却部材との間に配置される部位において、開口を前記冷却部材に向けた逆さＣ形状を有し、
   前記クッション部材は、前記熱伝導シートの内部に配置されており、
   前記熱伝導シートは、前記クッション部材の天面と、左右両側面と、底面の一部である前記開口を除く部分とを覆っており、
   前記クッション部材は、前記開口から前記熱伝導シートの外方に突出していないことを特徴とする放熱構造体。
2. 前記開口は、前記放熱構造体の幅方向中央領域に形成さ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。
3. 前記クッション部材は、前記放熱構造体の長さ方向両端の内の少なくとも一端側を前記熱伝導シートから露出させていることを特徴とする請求項１または２に記載の放熱構造体。
4. 前記熱伝導シートと、前記熱源および前記冷却部材の周囲の少なくともいずれか一方とを密着固定するためのゴムシートを、さらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放熱構造体。
5. 前記ゴムシートは、シリコーンゴム製のシートであることを特徴とする請求項４に記載の放熱構造体。
6. 前記熱伝導シートは、炭素フィラーと、樹脂とを含むシートであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の放熱構造体。
7. 前記熱伝導シート若しくは前記クッション部材を加熱するために給電可能な通電用電極を、さらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の放熱構造体。
8. 冷却部材を接触させる筐体内に熱源としての複数のバッテリーセルを備えたバッテリーであって、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の放熱構造体を備え、
   前記放熱構造体は、
   金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つを含み、前記バッテリーセルと前記冷却部材との間に配置可能な熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートに少なくとも部分的に包まれるクッション部材と、を備えることを特徴とするバッテリー。
9. 前記放熱構造体は、前記筐体内に複数個備えられ、前記筐体内の１または２以上の前記バッテリーセルを載置していることを特徴とする請求項８に記載のバッテリー。
10. 前記複数個の前記放熱構造体は、前記バッテリーセルの載置に起因して圧縮されても互いに接触しない距離をあけて配置されていることを特徴とする請求項９に記載のバッテリー。
    

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