JP7402716B2 - 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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Description
熱源からの放熱を高める複数の放熱部材が連結された放熱構造体であって、
前記放熱部材は、
前記熱源からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シートと、
前記熱伝導シートの環状裏面に備えられ、前記熱伝導シートに比べて前記熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材と、
前記熱伝導シートの巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路と、
を備え、
前記複数の放熱部材は、前記熱伝導シートの巻回しながら進行する方向と直交する方向に並んだ状態で連結部材により連結されている放熱構造体。
上記放熱構造体は、放熱性と柔軟性に優れる部材であり、さらに、放熱構造体と熱源との位置決めを容易かつ確実にすることも求められている。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。
(2)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記連結部材は、前記複数の放熱部材の前記長手方向の少なくとも一端部を連結しても良い。
(3)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記連結部材は、前記複数の放熱部材の前記長手方向の少なくとも両端部を連結しても良い。
(4)別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、隣接する他の前記放熱構造体と嵌合可能に構成されており、前記固定部材は、前記他の放熱構造体の前記固定部材と嵌合可能な嵌合部を備えても良い。
(5)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記固定部材は、その厚さが、前記熱源からの押圧により変形した前記放熱部材の厚さより薄くなるよう形成されても良い。
(6)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記クッション部材は、前記長手方向に前記貫通路を有する筒状クッション部材であって、前記熱伝導シートは、前記筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回していても良い。
(7)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記クッション部材は、前記熱伝導シートの前記環状裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材であっても良い。
(8)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記連結部材は、糸で構成されても良い。
(9)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導シートの表面に、当該表面に接触する熱源から当該表面への熱伝導性を高めるための熱伝導性オイルを有しても良い。
(10)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導性オイルは、シリコーンオイルと、前記シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の1以上からなる熱伝導性フィラーとを含んでも良い。
(11)一実施形態に係るバッテリーは、冷却部材を流す構造を持つ筐体内に、1または2以上の熱源としてのバッテリーセルを備えたバッテリーであって、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、上述のいずれかの放熱構造体を備える。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。図2は、図1におけるA-A線断面図およびその一部Cの拡大図をそれぞれ示す。図3は、図1に示す放熱構造体を矢印B方向から見た側面図およびその一部Dの拡大図をそれぞれ示す。なお、この実施形態において、放熱部材の長手方向をY方向、当該長手方向に直交する方向をX方向とする(図1参照)。また、この実施形態において、熱源は、図2の紙面上方に配置され、冷却部材は、図2の紙面下方に配置されるものとする。以後の実施形態においても同様である。
第1実施形態に係る放熱構造体1は、熱源からの放熱を高める複数の放熱部材20が連結された部材である。放熱部材20は、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21と、熱伝導シート21の環状裏面に備えられ、熱伝導シート21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22と、熱伝導シート21の巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路23と、を備える。また、放熱構造体1は、複数の放熱部材20をその長手方向と直交する方向(図1に示すX方向)に沿って並べた状態で連結する連結部材30と、連結部材30を固定する固定部材10と、を備える。固定部材10は、複数の放熱部材20を並べた状態において、放熱部材20の長手方向(図1に示すY方向)両側および/または短手方向(図1に示すX方向)両側に配置される一対の部材である。放熱部材20は、「熱伝導部材」または「伝熱部材」と称しても良い。
熱伝導シート21は、その構成材料を問わないが、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21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21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21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21は、メッシュ状に編んだカーボンファイバーであっても良く、さらには混紡してあっても混編みしてあっても良い。なお、グラファイト繊維、カーボン粒子あるいはカーボンファイバーといった各種フィラーも、すべて、炭素フィラーの概念に含まれる。
クッション部材22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、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22の変形容易性や追従力を保持するための回復力の保持は重要である。
連結部材30は、好ましくは、複数の放熱部材20の長手方向の少なくとも一端部を連結する部材であり、より好ましくは、複数の放熱部材20の長手方向の少なくとも両端部を連結する部材である。連結部材30は、例えば、糸やゴム等、少なくとも複数の放熱部材20の間に位置する部分が変形自在な材料で構成された部材である。連結部材30は、糸で構成されることが好ましく、熱源からの放熱による温度上昇に耐え得る糸であることがより好ましい。より具体的には、連結部材30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。この実施形態において、連結部材30は、ミシン等を用いて複数の放熱部材20を縫い付ける部材である。連結部材30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。放熱構造体1は、放熱部材20が熱源からの押圧により圧縮され扁平した形態となっても、放熱部材20の変形に追従して連結部材30が撓むため、熱源に追従・密着することができる。
固定部材10は、連結部材30を固定する部材である。固定部材10は、複数の放熱部材20をその長手方向と直交する方向に並べた状態において、放熱部材20の短手方向の両側に配置される一対の部材である。固定部材10は、好ましくは、複数の放熱部材20とともに、ミシン等を用いて連結部材30で縫い付けられる。このようにして、連結部材30は、一対の固定部材10に固定される。一対の固定部材10は、熱源を挿通可能なほどに十分な距離だけ離間して配置されることが好ましい。しかし、一対の固定部材10の間の距離は、熱源を挿通不可な距離であっても良い。固定部材10は、好ましくは、樹脂あるいはゴムで形成され、より好ましくは、PETフィルムで形成される。
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21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21の熱伝導性を向上させる機能を有する。
次に、第2実施形態に係る放熱構造体について説明する。先の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。先の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。先の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1実施形態に係る放熱構造体1の好適な製造方法の一例を説明する。まず、放熱構造体1を構成している放熱部材20の好適な製造方法の一例を説明する。
次に、本実施形態に係るバッテリーについて説明する。
上述のように、本発明の好適な各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、種々変形して実施可能である。
Claims (11)
- 熱源からの放熱を高める複数の放熱部材が連結された放熱構造体であって、
前記放熱部材は、
前記熱源からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シートと、
前記熱伝導シートの環状裏面に備えられ、前記熱伝導シートに比べて前記熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材と、
前記熱伝導シートの巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路と、
を備え、
前記複数の放熱部材をその長手方向と直交する方向に沿って並べた状態で連結する連結部材と、
前記連結部材を固定する固定部材と、
を備え、
前記固定部材は、前記複数の放熱部材を並べた状態において、前記放熱部材の長手方向両側および/または短手方向両側に配置される一対の部材であることを特徴とする放熱構造体。 - 前記連結部材は、前記複数の放熱部材の前記長手方向の少なくとも一端部を連結することを特徴とする請求項1に記載の放熱構造体。
- 前記連結部材は、前記複数の放熱部材の前記長手方向の少なくとも両端部を連結することを特徴とする請求項2に記載の放熱構造体。
- 隣接する他の前記放熱構造体と嵌合可能に構成されており、
前記固定部材は、前記他の放熱構造体の前記固定部材と嵌合可能な嵌合部を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。 - 前記固定部材は、その厚さが、前記熱源からの押圧により変形した前記放熱部材の厚さより薄くなるよう形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の放熱構造体。
- 前記クッション部材は、前記長手方向に前記貫通路を有する筒状クッション部材であって、
前記熱伝導シートは、前記筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回している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。 - 前記クッション部材は、前記熱伝導シートの前記環状裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材である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。
- 前記連結部材は、糸で構成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項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ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の放熱構造体。
- 前記熱伝導性オイルは、シリコーンオイルと、前記シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の1以上からなる熱伝導性フィラーと、を含むことを特徴とする請求項9に記載の放熱構造体。
- 冷却部材を流す構造を持つ筐体内に、1または2以上の熱源としてのバッテリーセルを備えたバッテリーであって、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、請求項1から10のいずれか1項に記載の放熱構造体を備えるバッテリー。
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