JP7430248B2 - Energy storage device structure and heat dissipation method for energy storage device structure - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法に関する。 The present invention relates to a power storage device structure and a heat dissipation method for the power storage device structure.

近年、開発・改良が進められている電気自動車は、各種の蓄電池(例えば、リチウムイオン2次電池等の各種バッテリーを用いたバッテリーセル)やキャパシタ等といった蓄電デバイスを大量に搭載し、充放電を繰り返す過程で大きな発熱を生じる。発熱により蓄電デバイスの劣化が促進されてしまうため、蓄電デバイスの劣化制御のためには、蓄電デバイスの周囲の温度を適切な範囲内に維持することが重要となる。そこで、蓄電デバイスの周囲の温度を適切な範囲内とするための技術が、各種提案されている。 Electric vehicles, which have been developed and improved in recent years, are equipped with a large number of power storage devices such as various storage batteries (for example, battery cells using various batteries such as lithium-ion secondary batteries) and capacitors, and are capable of charging and discharging. A large amount of heat is generated during the repeated process. Since heat generation accelerates the deterioration of the power storage device, it is important to maintain the temperature around the power storage device within an appropriate range in order to control the deterioration of the power storage device. Therefore, various techniques have been proposed for keeping the temperature around the power storage device within an appropriate range.

例えば、蓄電デバイスの一種である電池モジュールの熱損傷を抑制するために、以下の特許文献1では、角型電池が積層された電池積層体において、積層方向に隣り合う角型電池の間に電池間セパレータを設ける技術が開示されている。かかる技術において、電池間セパレータの一例として、断熱部材/熱伝導部材/断熱部材という積層構造を有するものが開示されている。 For example, in order to suppress thermal damage to a battery module, which is a type of electricity storage device, in Patent Document 1 below, in a battery stack in which prismatic batteries are stacked, batteries are placed between adjacent prismatic batteries in the stacking direction. A technique for providing a space separator has been disclosed. In this technology, as an example of an inter-battery separator, one having a laminated structure of a heat insulating member/thermal conductive member/insulating member is disclosed.

また、以下の特許文献2では、隣り合って複数存在する電池(バッテリーセル)から発生した熱を、バッテリーケース上部に貼付された放熱部材へ伝達することで、バッテリーの放熱を制御する技術が開示されている。かかる技術において、放熱部材として、アルミニウム、鉄、ステンレス、チタン等の金属を用いた例が開示されている。 Additionally, Patent Document 2 below discloses a technology for controlling heat dissipation of a battery by transmitting heat generated from a plurality of adjacent batteries (battery cells) to a heat dissipation member attached to the upper part of the battery case. has been done. In this technique, examples have been disclosed in which metals such as aluminum, iron, stainless steel, and titanium are used as heat radiating members.

国際公開第2019/167689号International Publication No. 2019/167689 特開2013-109975号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-109975

しかしながら、上記特許文献1及び特許文献2に開示された技術を用いたとしても、バッテリーセルをはじめとする各種の蓄電デバイスの周囲の温度をより効率良く制御するという観点において、未だ改善の余地があった。 However, even if the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are used, there is still room for improvement in terms of more efficiently controlling the temperature around various power storage devices including battery cells. there were.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、蓄電デバイスの周囲の温度をより効率良く制御することが可能な、蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power storage device structure and a power storage device that can more efficiently control the temperature around the power storage device. An object of the present invention is to provide a method for dissipating heat from a structure.

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、異方的な熱伝導特性を有する炭素繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastic:CFRP)部材(以下、単に「CFRP部材」と略記することがある。)を蓄電デバイスに対して熱的に接続させて、蓄電デバイスからの放熱を実現することに想到した。
かかる知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
In order to solve the above problems, the inventors of the present invention conducted extensive studies and developed a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) member (hereinafter simply referred to as "CFRP member") having anisotropic heat conduction characteristics. We came up with the idea of thermally connecting a battery (which may sometimes occur) to a power storage device to dissipate heat from the power storage device.
The gist of the present invention, which was completed based on this knowledge, is as follows.

(1)1又は複数の蓄電デバイスと、配向した炭素強化繊維を有する炭素繊維強化プラスチック部材と、を備え、前記炭素繊維強化プラスチック部材は、前記1又は複数の蓄電デバイスの少なくとも1つの面上に配置され、前記蓄電デバイスと熱的に接続されており、前記炭素強化繊維の配向方向における前記炭素繊維強化プラスチック部材の少なくとも片方の端部は、当該端部の全面が雰囲気中に露出するか、又は、当該端部の少なくとも一部が、冷媒もしくは放熱機構の少なくとも何れかに接しており、前記炭素繊維強化プラスチック部材を平面視したときに、雰囲気中に露出している前記端部又は前記冷媒もしくは放熱機構に向かう方向を0°方向と定義し、前記0°方向に直交する方向を90°方向と定義し、前記炭素繊維強化プラスチック部材に含まれる前記炭素強化繊維の延伸方向について、0°方向成分及び90°方向成分をそれぞれ算出したときに、前記炭素繊維強化プラスチック部材の全体に含まれる前記炭素強化繊維の延伸方向における前記0°方向成分が、40%以上である、蓄電デバイス構造体。
(2)前記炭素繊維強化プラスチック部材は、当該炭素繊維強化プラスチック部材の少なくとも一方の面に金属層が設けられている金属積層CFRP部材である、(1)に記載の蓄電デバイス構造体。
(3)前記放熱機構は、アルミニウム製ヒートシンク、又は、金属製のブロックに冷媒を通す冷却機構である、(2)に記載の蓄電デバイス構造体。
(4)前記蓄電デバイスの配置された前記金属積層CFRP部材が複数存在し、かつ、前記放熱機構に対して並列に接続されている、(2)又は(3)に記載の蓄電デバイス構造体。
(5)前記蓄電デバイスは、前記金属積層CFRP部材のうち、前記炭素繊維強化プラスチック部材に対して熱的に直に接続されている、(2)~(4)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(6)前記蓄電デバイスは、前記金属積層CFRP部材のうち、前記金属層に対して熱的に直に接続されている、(2)~(4)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(7)前記金属層の厚みは、5.0μm~1.5mmである、(2)~(6)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(8)前記炭素繊維強化プラスチック部材の厚みは、0.1~5.0mmである、(2)~(7)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(9)前記金属層は、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、又は、チタンからなる金属箔もしくは金属板である、(2)~(8)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(10)前記炭素強化繊維は、ピッチ系炭素強化繊維である、(2)~(9)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(11)複数の前記蓄電デバイスが、互いに対向するように配置され、前記放熱機構に対し、前記複数の蓄電デバイスが熱的に接続されており、前記炭素繊維強化プラスチック部材は、前記複数の蓄電デバイスの少なくとも1つ以上に対し、隣り合う他の前記蓄電デバイスと対向する少なくとも1つの面上に設けられ、かつ、前記放熱機構に対して熱的に接続されている、(1)に記載の蓄電デバイス構造体。
(12)前記炭素強化繊維は、ピッチ系炭素強化繊維である、(11)に記載の蓄電デバイス構造体。
(13)前記放熱機構には、溝部が設けられており、前記炭素繊維強化プラスチック部材は、前記溝部に嵌合されている、(11)又は(12)に記載の蓄電デバイス構造体。
(14)前記炭素繊維強化プラスチック部材が設けられた前記蓄電デバイスと、当該蓄電デバイスに隣り合う他の前記蓄電デバイスと、の間に、断熱部材が設けられる、(11)~(13)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(15)隣り合う前記蓄電デバイスにおいて、他の前記蓄電デバイスに対向する側の面上には、前記炭素繊維強化プラスチック部材が設けられており、前記蓄電デバイスの側には、ピッチ系炭素強化繊維を有する前記炭素繊維強化プラスチック部材が設けられており、前記他の蓄電デバイスの側には、ピッチ系炭素強化繊維以外の炭素強化繊維を有する前記炭素繊維強化プラスチック部材が設けられている、(11)~(14)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(16)前記放熱機構は、前記蓄電デバイスから伝達された熱を冷却する冷却装置、又は、前記蓄電デバイスを収納する蓄電デバイスケースの少なくとも何れかである、(11)~(15)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(17)前記炭素繊維強化プラスチック部材における、前記面法線方向に対して直交する方向の熱伝導率は、50~300W/m・Kである、(1)~(16)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(18)前記炭素繊維強化プラスチック部材は、熱伝導率が0.1W/m・K以上である接着剤又はグリースの少なくとも何れかを介して、他の部材に熱的に接続される、(1)~(17)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(19)前記蓄電デバイスは、バッテリーセルである、(1)~(18)の何れか1つに記載の蓄電デバイス構造体。
(20)1又は複数の蓄電デバイスの少なくとも1つの面上に対し、配向した炭素強化繊維を有する炭素繊維強化プラスチック部材を配置して、前記炭素繊維強化プラスチック部材と前記蓄電デバイスとを熱的に接続し、前記炭素強化繊維の配向方向における前記炭素繊維強化プラスチック部材の少なくとも片方の端部を、当該端部の全面が雰囲気中に露出させるか、又は、当該端部の少なくとも一部を、冷媒もしくは放熱機構の少なくとも何れかに接触させ、前記炭素繊維強化プラスチック部材を平面視したときに、雰囲気中に露出している前記端部又は前記冷媒もしくは放熱機構に向かう方向を0°方向と定義し、前記0°方向に直交する方向を90°方向と定義し、前記炭素繊維強化プラスチック部材に含まれる前記炭素強化繊維の延伸方向について、0°方向成分及び90°方向成分をそれぞれ算出したときに、前記炭素繊維強化プラスチック部材の全体に含まれる前記炭素強化繊維の延伸方向における前記0°方向成分が、40%以上である、蓄電デバイス構造体の放熱方法。
(1) One or more power storage devices and a carbon fiber-reinforced plastic member having oriented carbon-reinforced fibers, wherein the carbon fiber-reinforced plastic member is arranged on at least one surface of the one or more power storage devices. arranged and thermally connected to the electricity storage device, at least one end of the carbon fiber-reinforced plastic member in the orientation direction of the carbon-reinforced fibers is such that the entire surface of the end is exposed to the atmosphere, or Or, at least a part of the end portion is in contact with at least one of the refrigerant or the heat radiation mechanism, and the end portion or the refrigerant is exposed in the atmosphere when the carbon fiber reinforced plastic member is viewed from above. Alternatively, the direction toward the heat dissipation mechanism is defined as the 0° direction, the direction perpendicular to the 0° direction is defined as the 90° direction, and the direction in which the carbon reinforced fibers included in the carbon fiber reinforced plastic member are drawn is 0°. An electricity storage device structure, wherein the 0° direction component in the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the entire carbon fiber reinforced plastic member is 40% or more when the directional component and the 90° direction component are respectively calculated. .
(2) The electricity storage device structure according to (1), wherein the carbon fiber reinforced plastic member is a metal laminated CFRP member in which a metal layer is provided on at least one surface of the carbon fiber reinforced plastic member.
(3) The power storage device structure according to (2), wherein the heat radiation mechanism is an aluminum heat sink or a cooling mechanism that passes a coolant through a metal block.
(4) The power storage device structure according to (2) or (3), wherein a plurality of the metal laminated CFRP members on which the power storage devices are arranged are present and connected in parallel to the heat dissipation mechanism.
(5) The electricity storage device according to any one of (2) to (4), wherein the electricity storage device is directly thermally connected to the carbon fiber reinforced plastic member of the metal laminated CFRP member. Energy storage device structure.
(6) The electricity storage device structure according to any one of (2) to (4), wherein the electricity storage device is directly thermally connected to the metal layer of the metal laminated CFRP member. body.
(7) The electricity storage device structure according to any one of (2) to (6), wherein the metal layer has a thickness of 5.0 μm to 1.5 mm.
(8) The electricity storage device structure according to any one of (2) to (7), wherein the carbon fiber reinforced plastic member has a thickness of 0.1 to 5.0 mm.
(9) The electricity storage device structure according to any one of (2) to (8), wherein the metal layer is a metal foil or metal plate made of copper, aluminum, iron, stainless steel, or titanium.
(10) The electricity storage device structure according to any one of (2) to (9), wherein the carbon reinforced fiber is a pitch-based carbon reinforced fiber.
(11) A plurality of the power storage devices are arranged to face each other, the plurality of power storage devices are thermally connected to the heat dissipation mechanism, and the carbon fiber reinforced plastic member is arranged to face the power storage devices. The device according to (1), wherein the device is provided on at least one surface facing the other adjacent electricity storage device, and is thermally connected to the heat dissipation mechanism. Energy storage device structure.
(12) The electricity storage device structure according to (11), wherein the carbon reinforced fiber is a pitch-based carbon reinforced fiber.
(13) The electricity storage device structure according to (11) or (12), wherein the heat dissipation mechanism is provided with a groove, and the carbon fiber reinforced plastic member is fitted into the groove.
(14) Any of (11) to (13), wherein a heat insulating member is provided between the electricity storage device provided with the carbon fiber reinforced plastic member and another electricity storage device adjacent to the electricity storage device. The electricity storage device structure according to item 1.
(15) In the adjacent electricity storage devices, the carbon fiber reinforced plastic member is provided on the side facing the other electricity storage device, and the pitch-based carbon reinforced plastic member is provided on the side of the electricity storage device. The carbon fiber reinforced plastic member having carbon reinforced fibers other than pitch-based carbon reinforced fibers is provided on the side of the other electricity storage device, (11) ) to (14).
(16) Any one of (11) to (15), wherein the heat dissipation mechanism is at least either a cooling device that cools the heat transferred from the electricity storage device or an electricity storage device case that houses the electricity storage device. 1. The electricity storage device structure according to item 1.
(17) Any one of (1) to (16), wherein the carbon fiber reinforced plastic member has a thermal conductivity of 50 to 300 W/m·K in a direction perpendicular to the surface normal direction. The electricity storage device structure described in .
(18) The carbon fiber reinforced plastic member is thermally connected to another member via at least one of an adhesive or grease having a thermal conductivity of 0.1 W/m·K or more. ) to (17).
(19) The electricity storage device structure according to any one of (1) to (18), wherein the electricity storage device is a battery cell.
(20) A carbon fiber-reinforced plastic member having oriented carbon-reinforced fibers is arranged on at least one surface of one or more power storage devices, and the carbon fiber-reinforced plastic member and the power storage device are thermally bonded. At least one end of the carbon fiber-reinforced plastic member in the direction of orientation of the carbon-reinforced fibers is exposed to the atmosphere, or at least a portion of the end is exposed to a refrigerant. Alternatively, when the carbon fiber reinforced plastic member is brought into contact with at least one of the heat dissipation mechanisms and the carbon fiber reinforced plastic member is viewed from above, the end exposed in the atmosphere or the direction toward the refrigerant or the heat dissipation mechanism is defined as the 0° direction. , when the direction perpendicular to the 0° direction is defined as the 90° direction, and the 0° direction component and the 90° direction component are respectively calculated with respect to the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the carbon fiber reinforced plastic member. A heat dissipation method for a power storage device structure, wherein the 0° direction component in the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the entire carbon fiber reinforced plastic member is 40% or more.

以上説明したように本発明によれば、蓄電デバイスの周囲の温度をより効率良く制御することが可能となる。 As explained above, according to the present invention, it becomes possible to control the temperature around the electricity storage device more efficiently.

本発明者らが得た知見について説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining findings obtained by the present inventors. 本発明者らが得た知見について説明するためのグラフ図である。It is a graph diagram for explaining the knowledge obtained by the present inventors. 本発明の第1実施形態に係る金属積層CFRP部材を説明するための模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a metal laminated CFRP member according to a first embodiment of the present invention. 第1実施形態に係る金属積層CFRP部材を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a metal laminated CFRP member according to a first embodiment. CFRP部材における炭素強化繊維の配向方向について説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the orientation direction of carbon-reinforced fibers in a CFRP member. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a first embodiment. 炭素繊維強化プラスチック部材の熱伝導率の測定方法を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method for measuring thermal conductivity of a carbon fiber reinforced plastic member. 炭素繊維強化プラスチック部材の熱伝導率の測定方法を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method for measuring thermal conductivity of a carbon fiber reinforced plastic member. 接着剤及びグリースの熱伝導率の測定方法を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method of measuring thermal conductivity of adhesive and grease. 本発明の第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体の構成を模式的に示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a power storage device structure according to a second embodiment of the present invention. 第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体について説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a second embodiment. 第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体について説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a second embodiment. 第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体について説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a second embodiment. 第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体について説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a second embodiment. 第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体ついて説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a second embodiment. 第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体について説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a second embodiment. 第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体について説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a second embodiment. 第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体について説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a power storage device structure according to a second embodiment. 実験例1における実施例及び比較例について説明するためのグラフ図である。3 is a graph diagram for explaining an example and a comparative example in Experimental Example 1. FIG. 実験例1における実施例及び比較例について説明するためのグラフ図である。3 is a graph diagram for explaining an example and a comparative example in Experimental Example 1. FIG. 実験例1における実施例及び比較例について説明するためのグラフ図である。3 is a graph diagram for explaining an example and a comparative example in Experimental Example 1. FIG. 実験例2における実施例及び比較例について説明するためのグラフ図である。FIG. 7 is a graph diagram for explaining an example and a comparative example in Experimental Example 2. 実験例2における実施例及び比較例について説明するためのグラフ図である。FIG. 7 is a graph diagram for explaining an example and a comparative example in Experimental Example 2. 実験例2における実施例及び比較例について説明するためのグラフ図である。FIG. 7 is a graph diagram for explaining an example and a comparative example in Experimental Example 2.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that, in this specification and the drawings, components having substantially the same functional configurations are designated by the same reference numerals and redundant explanation will be omitted.

(本発明者らが得た知見について)
本発明の各実施形態に係る蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイスの放熱方法について説明するに先立ち、本発明者らが行った検証により得られた知見について、図1A及び図1Bを参照しながら簡単に説明する。
図1Aは、本発明者らが得た知見について説明するための説明図であり、図1Bは、本発明者らが得た知見について説明するためのグラフ図である。
(Regarding findings obtained by the inventors)
Before explaining the power storage device structure and the heat dissipation method of the power storage device according to each embodiment of the present invention, the knowledge obtained through the verification conducted by the present inventors will be briefly explained with reference to FIGS. 1A and 1B. explain.
FIG. 1A is an explanatory diagram for explaining the findings obtained by the present inventors, and FIG. 1B is a graph diagram for explaining the findings obtained by the present inventors.

本発明者らは、蓄電デバイスの一例としてのバッテリーセル(より詳細には、リチウムイオン2次電池)の温度管理について検討するために、図1Aに示したような放熱機構を準備した。より詳細には、放熱機構として機能するアルミフィンの表面に、放熱シート及びプラスチック樹脂を介して、蓄電デバイスの一例としてのリチウムイオン2次電池を設置した。その後、リチウムイオン2次電池の表面に熱伝導体を設けた場合と設けない場合とで、稼働中(放電中)のリチウムイオン2次電池の温度上昇に起因してアルミフィンの温度がどのように変化するのかを、熱電対を用いて計測した。この際、熱伝導体としては、アルミニウム(Al)と、CFRP部材と、を用いた。なお、CFRP部材としては、リチウムイオン2次電池からアルミフィンに向かう方向に炭素強化繊維が配向した、一方向材を用いた。 The present inventors prepared a heat dissipation mechanism as shown in FIG. 1A in order to study temperature management of a battery cell (more specifically, a lithium ion secondary battery) as an example of a power storage device. More specifically, a lithium ion secondary battery as an example of a power storage device was installed on the surface of an aluminum fin functioning as a heat dissipation mechanism via a heat dissipation sheet and a plastic resin. After that, the temperature of the aluminum fin changes depending on whether a thermal conductor is provided on the surface of the lithium-ion secondary battery or not, due to the temperature rise of the lithium-ion secondary battery during operation (discharging). Using a thermocouple, we measured whether the At this time, aluminum (Al) and a CFRP member were used as the heat conductor. Note that as the CFRP member, a unidirectional material in which carbon reinforcing fibers were oriented in the direction from the lithium ion secondary battery to the aluminum fins was used.

得られた結果を、図1Bに示した。図1Bにおいて、横軸は、測定時間(秒)であり、縦軸は、アルミフィン温度(℃)である。熱伝導体を設置しなかった場合と比較して、熱伝導体を設置した場合の方が、アルミフィン温度は高い値を示している。この結果より、リチウムイオン2次電池の表面に熱伝導体を設けた方が、リチウムイオン2次電池で発生した熱を、より多くアルミフィンに伝達できていることがわかる。 The obtained results are shown in FIG. 1B. In FIG. 1B, the horizontal axis is measurement time (seconds), and the vertical axis is aluminum fin temperature (° C.). The aluminum fin temperature shows a higher value when a heat conductor is installed compared to when a heat conductor is not installed. This result shows that by providing a heat conductor on the surface of the lithium ion secondary battery, more heat generated in the lithium ion secondary battery can be transferred to the aluminum fins.

また、Alを含む各種金属の高い熱伝導率を考えると、熱伝導体としてAlを設けた場合のアルミファン温度の方が、CFRP部材を設けた場合のアルミファン温度よりも、高い値を示すであろうことが予測された。しかしながら、得られた測定結果は、図1Bに示したように、CFRP部材を設けた場合のアルミフィン温度の方が、Alを設けた場合のアルミフィン温度よりも高い値を示した。 Furthermore, considering the high thermal conductivity of various metals including Al, the temperature of the aluminum fan when Al is provided as a thermal conductor is higher than the temperature of the aluminum fan when CFRP members are provided. It was predicted that this would happen. However, as shown in FIG. 1B, the obtained measurement results showed that the aluminum fin temperature when the CFRP member was provided was higher than the aluminum fin temperature when Al was provided.

この結果について本発明者らが考察したところ、Alの場合には、リチウムイオン2次電池で発生した熱がアルミフィンまで到達するまでの間にAlから放熱されてしまうと推測された。一方で、CFRP部材の場合には、良好な熱伝導体である炭素強化繊維がマトリックス樹脂中に埋没しているという構造に起因して、アルミフィンに到達するまでの間に放熱がさほど発生せずに、より多くの熱量が効率よくアルミフィンまで到達したものと推測された。 When the inventors considered this result, it was estimated that in the case of Al, the heat generated in the lithium ion secondary battery is radiated from the Al before it reaches the aluminum fins. On the other hand, in the case of CFRP members, due to the structure in which the carbon reinforced fibers, which are good thermal conductors, are buried in the matrix resin, there is not much heat dissipation before reaching the aluminum fins. It is presumed that more heat efficiently reached the aluminum fins.

このように、CFRP部材は、炭素強化繊維が配向している方向への熱伝導率は高い一方で、CFRP部材の厚み方向への熱伝導率は低いと考えられる。そのため、CFRP部材を適切に用いることで、リチウムイオン2次電池をはじめとする各種の蓄電デバイスの温度管理をより簡便に行うことが可能となるとの知見を得ることができた。 In this way, it is considered that the CFRP member has a high thermal conductivity in the direction in which the carbon reinforced fibers are oriented, but a low thermal conductivity in the thickness direction of the CFRP member. Therefore, we were able to obtain the knowledge that by appropriately using CFRP members, it is possible to more easily manage the temperature of various power storage devices including lithium ion secondary batteries.

また、上記のように熱伝導性に異方性を有し、熱伝導性が低い方向については、蓄電デバイスが異常発熱したときに、その熱を隣の蓄電デバイスに伝播させることを防止する効果があると考えられる。そのため、蓄電デバイスの劣化や発火を抑制して、安全性がより高まる。かかる観点は、車載の大型電池においては、特に重要な効果となる。なお、ここでいう「異常発熱」とは、蓄電デバイス内において、何らかの原因で発生した、通常運転時よりも高い温度になることを指し、例えば、蓄電デバイスに釘を突き刺して強制短絡させた際の急激な発熱や、電極や活物質の異常部分に起因する局所的な短絡や抵抗値の増大による温度上昇が挙げられる。このような異常発熱で発生した熱が、隣の蓄電デバイスに伝播すると、その隣の蓄電デバイスの温度上昇を誘発し、劣化や異常発熱の原因となる。そのため、上記のような熱伝播を防止することは、非常に重要である。 In addition, as mentioned above, in the direction where the thermal conductivity is anisotropic and the thermal conductivity is low, when a power storage device generates abnormal heat, it has the effect of preventing the heat from propagating to the neighboring power storage device. It is thought that there is. Therefore, the deterioration and ignition of the power storage device are suppressed, further increasing safety. This point of view is particularly important for large-sized batteries installed in vehicles. Note that "abnormal heat generation" here refers to a temperature higher than that during normal operation that occurs for some reason within the power storage device. For example, when a nail is inserted into the power storage device to cause a forced short circuit. These include rapid heat generation, local short circuits caused by abnormal parts of the electrodes or active materials, and temperature rises due to increases in resistance. When the heat generated by such abnormal heat generation propagates to an adjacent power storage device, it induces a temperature rise in the adjacent power storage device, causing deterioration and abnormal heat generation. Therefore, it is very important to prevent the above-mentioned heat propagation.

以下では、かかる知見に基づき完成された、本発明の各実施形態に係る蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法について、詳細に説明する。 Below, the electricity storage device structure and the heat dissipation method of the electricity storage device structure according to each embodiment of the present invention, which were completed based on this knowledge, will be described in detail.

本発明の各実施形態に係る蓄電デバイス構造体は、炭素繊維強化プラスチック部材を平面視したときに、雰囲気中に露出している端部又は冷媒もしくは放熱機構に向かう方向を0°方向と定義し、0°方向に直交する方向を90°方向と定義し、炭素繊維強化プラスチック部材に含まれる炭素強化繊維の延伸方向について、0°方向成分及び90°方向成分をそれぞれ算出したときに、炭素繊維強化プラスチック部材の全体に含まれる炭素強化繊維の延伸方向における0°方向成分が、40%以上である。 In the electricity storage device structure according to each embodiment of the present invention, when the carbon fiber reinforced plastic member is viewed from above, the end exposed in the atmosphere or the direction toward the refrigerant or the heat radiation mechanism is defined as the 0° direction. , the direction orthogonal to the 0° direction is defined as the 90° direction, and when calculating the 0° direction component and the 90° direction component in the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the carbon fiber reinforced plastic member, the carbon fiber The 0° direction component in the stretching direction of the carbon reinforced fibers contained in the entire reinforced plastic member is 40% or more.

更に、本発明の各実施形態に係る蓄電デバイス構造体では、炭素強化繊維の配向方向におけるCFRP部材の少なくとも片方の端部は、当該端部の全面が雰囲気中に露出するか、又は、当該端部の少なくとも一部が、冷媒もしくは放熱機構の少なくとも何れかに接している。 Furthermore, in the electricity storage device structure according to each embodiment of the present invention, at least one end of the CFRP member in the orientation direction of the carbon-reinforced fibers is such that the entire surface of the end is exposed to the atmosphere, or the end is exposed to the atmosphere. At least a portion of the portion is in contact with at least either the refrigerant or the heat radiation mechanism.

本発明の各実施形態に係る蓄電デバイス構造体は、上記のような特徴を有することで、CFRP部材の異方的な熱伝導特性を利用して、蓄電デバイスの周囲の温度をより効率良く制御することが可能となる。 The power storage device structures according to the embodiments of the present invention have the above-mentioned features, and thereby utilize the anisotropic heat conduction properties of the CFRP member to more efficiently control the temperature around the power storage device. It becomes possible to do so.

また、本発明の各実施形態に係る蓄電デバイス構造体は、以下の各実施形態に示したような特徴を更に備えることで、各実施形態において示したような更なる特徴を実現することも可能となる。 In addition, the electricity storage device structure according to each embodiment of the present invention can also realize further features as shown in each embodiment by further including the features shown in each embodiment below. becomes.

ここで、本発明の各実施形態において、「熱的に接続された」とは、「熱伝導が可能なように接続された」という状態を表している。また、「熱伝導が可能」な状態とは、より詳細には、互いに接続される2つの部材間の熱抵抗値が1.0以下であることを意味している。 Here, in each embodiment of the present invention, "thermally connected" refers to a state of "connected so that heat conduction is possible." Moreover, the state in which "thermal conduction is possible" more specifically means that the thermal resistance value between two members connected to each other is 1.0 or less.

以下では、本発明の各実施形態に係る蓄電デバイス構造体について、図面を参照しながら、より詳細に説明する。なお、以下の説明において特に断りのない限り、各実施形態に係る蓄電デバイス構造体が示す効果を損なわない範囲内で、一方の実施形態で示した蓄電デバイス構造体の構成の一部を、他方の実施形態で示した蓄電デバイス構造体の構成に適用することも可能である。 Hereinafter, power storage device structures according to each embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. Note that, unless otherwise specified in the following description, a part of the structure of the power storage device structure shown in one embodiment may be replaced with the other, within a range that does not impair the effects of the power storage device structure according to each embodiment. It is also possible to apply to the configuration of the power storage device structure shown in the embodiment.

≪第1実施形態≫
上記のように、蓄電デバイスの劣化制御のためには、蓄電デバイスの周囲の温度を適切な範囲内に維持することが重要となるが、蓄電デバイスの温度を制御するにあたって、各種の放熱機構等に熱を伝える際に、各種の金属等の熱伝導部材を併用することが考えられる。
≪First embodiment≫
As mentioned above, in order to control the deterioration of power storage devices, it is important to maintain the temperature around the power storage devices within an appropriate range. It is conceivable to use heat conductive members such as various metals in combination when transmitting heat to.

例えば、単純に熱伝導部材を蓄電デバイスに貼り付けることを想起した場合、銅やアルミニウム等の金属材料を単体で用いると重量が重くなり、重量を軽くしようと金属材料を薄くすると、性能や剛性が不十分となる。剛性が不足すると、水冷機構や空冷機構等の放熱機構に接続する際に不具合が生じたり、剥き出しで露出された金属材料が折れたり曲がったりしてしまう。 For example, if we think of simply attaching a heat conductive member to a power storage device, using metal materials such as copper or aluminum alone will result in heavy weight, and if we make the metal material thinner to reduce the weight, performance and rigidity will increase. becomes insufficient. If the rigidity is insufficient, problems may occur when connecting to a heat dissipation mechanism such as a water cooling mechanism or an air cooling mechanism, or the exposed metal material may break or bend.

また、熱伝導部材として、CFRP部材を用いることも考えられるが、CFRP部材は高価な素材であるため、CFRP部材を単独で使用すると、蓄電デバイスの高コスト化につながってしまう可能性がある。 Further, it is possible to use a CFRP member as the heat conductive member, but since the CFRP member is an expensive material, using the CFRP member alone may lead to an increase in the cost of the power storage device.

このような観点から、以下に示す第1実施形態では、CFRP部材の少なくとも一方の面上に金属層を積層させて金属積層CFRP部材とすることに着想し、蓄電デバイス構造体を実現するに至った。これにより、高熱伝導性と低コスト化とを両立させた蓄電デバイス構造体を実現することが可能となる。 From this point of view, in the first embodiment described below, we came up with the idea of laminating a metal layer on at least one surface of a CFRP member to form a metal-laminated CFRP member, and realized an electricity storage device structure. Ta. This makes it possible to realize a power storage device structure that has both high thermal conductivity and low cost.

この際に、本発明者らが鋭意検討した結果、金属積層CFRP部材の配置の仕方等に着目することで、蓄電デバイスの周囲の温度をより効率良く制御可能なだけでなく、より優れた熱伝導性を示しつつ、剛性、軽量性及びコスト性も併せ持つ蓄電デバイス構造体を提供可能であることに想到した。以下に示す第1実施形態では、蓄電デバイスの周囲の温度をより効率良く制御可能なだけでなく、より優れた熱伝導性を示しつつ、剛性、軽量性及びコスト性も併せ持つ蓄電デバイス構造体について、詳細に説明する。 At this time, as a result of intensive study by the present inventors, by focusing on the arrangement of the metal laminated CFRP members, it was possible to not only control the temperature around the electricity storage device more efficiently, but also achieve better thermal performance. The inventors have come up with the idea that it is possible to provide a power storage device structure that exhibits conductivity while also being rigid, lightweight, and cost-effective. The first embodiment described below describes a power storage device structure that not only can control the temperature around the power storage device more efficiently but also exhibits superior thermal conductivity while also being rigid, lightweight, and cost-effective. , will be explained in detail.

(蓄電デバイス構造体について)
以下では、図2A~図12を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体について、詳細に説明する。
図2A及び図2Bは、本実施形態に係る金属積層CFRP部材を説明するための模式図である。図3は、CFRP部材における炭素強化繊維の配向方向について説明するための模式図である。図4A~図9は、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体を説明するための模式図である。図10及び図11は、炭素繊維強化プラスチック部材の熱伝導率の測定方法を説明するための説明図である。図12は、接着剤及びグリースの熱伝導率の測定方法を説明するための説明図である。
(About the power storage device structure)
The power storage device structure according to the first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 2A to 12.
2A and 2B are schematic diagrams for explaining the metal laminated CFRP member according to this embodiment. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the orientation direction of carbon reinforced fibers in a CFRP member. 4A to 9 are schematic diagrams for explaining the electricity storage device structure according to this embodiment. FIGS. 10 and 11 are explanatory diagrams for explaining a method for measuring the thermal conductivity of a carbon fiber reinforced plastic member. FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a method for measuring the thermal conductivity of adhesives and grease.

第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体は、1又は複数の蓄電デバイスと、配向した炭素強化繊維を有する炭素繊維強化プラスチック部材と、を備え、炭素繊維強化プラスチック部材は、1又は複数の蓄電デバイスの少なくとも1つの面上に配置され、蓄電デバイスと熱的に接続されており、炭素強化繊維の配向方向における炭素繊維強化プラスチック部材の少なくとも片方の端部は、当該端部の全面が雰囲気中に露出するか、又は、当該端部の少なくとも一部が、冷媒もしくは放熱機構の少なくとも何れかに接しており、炭素繊維強化プラスチック部材を平面視したときに、雰囲気中に露出している端部又は冷媒もしくは放熱機構に向かう方向を0°方向と定義し、0°方向に直交する方向を90°方向と定義し、炭素繊維強化プラスチック部材に含まれる炭素強化繊維の延伸方向について、0°方向成分及び90°方向成分をそれぞれ算出したときに、炭素繊維強化プラスチック部材の全体に含まれる炭素強化繊維の延伸方向における0°方向成分が、40%以上である蓄電デバイス構造体において、炭素繊維強化プラスチック部材が、当該炭素繊維強化プラスチック部材の少なくとも一方の面に金属層が設けられている金属積層CFRP部材である形態を具体化したものである。 The power storage device structure according to the first embodiment includes one or more power storage devices and a carbon fiber reinforced plastic member having oriented carbon reinforced fibers, and the carbon fiber reinforced plastic member includes one or more power storage devices. and is thermally connected to the electricity storage device, and at least one end of the carbon fiber-reinforced plastic member in the orientation direction of the carbon-reinforced fibers is such that the entire surface of the end is exposed to the atmosphere. The end portion is exposed or at least a part of the end portion is in contact with at least one of the refrigerant or the heat dissipation mechanism, and the end portion is exposed to the atmosphere when the carbon fiber reinforced plastic member is viewed from above. The direction toward the refrigerant or heat dissipation mechanism is defined as the 0° direction, the direction perpendicular to the 0° direction is defined as the 90° direction, and the 0° direction component is defined as the direction in which the carbon reinforced fibers included in the carbon fiber reinforced plastic member are drawn. In a power storage device structure in which the 0° direction component in the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the entire carbon fiber reinforced plastic member is 40% or more when calculating the 90° direction component and the 90° direction component, the carbon fiber reinforced plastic This embodiment embodies a configuration in which the member is a metal laminated CFRP member in which a metal layer is provided on at least one surface of the carbon fiber reinforced plastic member.

<金属積層CFRP部材10>
以下では、便宜的に、図2Aに示した座標系を参照しながら、説明を行うものとする。
本実施形態に係る蓄電デバイス構造体は、リチウムイオン2次電池等の各種のバッテリーやキャパシタ等といった蓄電デバイスと、かかる蓄電デバイスに設けられた部材と、で構成されている。この際に、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体では、図2A及び図2Bに示したような、特定のCFRP部材が採用されている。
<Metal laminated CFRP member 10>
For convenience, the following description will be made with reference to the coordinate system shown in FIG. 2A.
The power storage device structure according to the present embodiment includes a power storage device such as various batteries such as a lithium ion secondary battery, a capacitor, and the like, and members provided in the power storage device. At this time, the electricity storage device structure according to this embodiment employs a specific CFRP member as shown in FIGS. 2A and 2B.

すなわち、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体では、図2Aに模式的に示したように、炭素強化繊維を含む炭素繊維強化プラスチック(CFRP)部材111と、CFRP部材111の一方の表面に設けられた金属層113と、を有する金属積層CFRP部材110が用いられる。 That is, in the electricity storage device structure according to the present embodiment, as schematically shown in FIG. 2A, a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) member 111 containing carbon reinforced fibers and a A metal laminated CFRP member 110 having a metal layer 113 is used.

ここで、本実施形態に係るCFRP部材111において、炭素強化繊維の配向方向は、CFRP部材111の表面法線方向に対して直交する方向となっており、例えば図2Aに示した例では、炭素強化繊維は、図2Aのx軸方向に配向している。 Here, in the CFRP member 111 according to the present embodiment, the orientation direction of the carbon reinforced fibers is a direction perpendicular to the surface normal direction of the CFRP member 111. For example, in the example shown in FIG. The reinforcing fibers are oriented in the x-axis direction of FIG. 2A.

なお、炭素強化繊維の配向方向とは、CFRP部材111に含まれる1本1本の炭素強化繊維の方向ではなく、CFRP部材111の全体としての炭素強化繊維の配向方向(換言すれば、平均化してマクロ的に見たときの炭素強化繊維の配向方向)である。 Note that the orientation direction of the carbon-reinforced fibers is not the direction of each individual carbon-reinforced fiber included in the CFRP member 111, but the orientation direction of the carbon-reinforced fibers of the CFRP member 111 as a whole (in other words, the average direction). This is the orientation direction of carbon reinforced fibers when viewed macroscopically.

より詳細には、CFRP部材111を上方(例えば、図2Aにおけるz軸方向)から平面視したときに、雰囲気中に露出している端部又は冷媒もしくは放熱機構に向かう方向(例えば、図2Aにおけるx軸方向)を0°方向と定義し、0°方向に直交する方向(例えば、図2Aにおけるy軸方向)を90°方向と定義する。その上で、炭素繊維強化プラスチック部材に含まれる炭素強化繊維の延伸方向について、0°方向成分及び90°方向成分をそれぞれ算出したときに、炭素繊維強化プラスチック部材の全体に含まれる炭素強化繊維の延伸方向における0°方向成分は、40%以上となっている。 More specifically, when the CFRP member 111 is viewed from above (for example, the z-axis direction in FIG. 2A), the end exposed in the atmosphere or in the direction toward the refrigerant or the heat dissipation mechanism (for example, the z-axis direction in FIG. 2A) x-axis direction) is defined as the 0° direction, and a direction perpendicular to the 0° direction (for example, the y-axis direction in FIG. 2A) is defined as the 90° direction. Then, when calculating the 0° direction component and the 90° direction component with respect to the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the carbon fiber reinforced plastic member, the carbon reinforced fibers included in the entire carbon fiber reinforced plastic member are calculated. The 0° direction component in the stretching direction is 40% or more.

本実施形態において、0°方向成分の割合が40%未満となる場合には、CFRP部材111は、所望の冷却性能を発現させることができない。0°方向成分の割合を40%以上とすることで、CFRP部材111は、所望の冷却性能を発現するようになる。0°方向成分の割合は、好ましくは通常のクロス材が使用可能な50%以上であり、より好ましくは60%以上であり、その上限値は100%であってもよい。 In this embodiment, when the proportion of the 0° direction component is less than 40%, the CFRP member 111 cannot exhibit the desired cooling performance. By setting the proportion of the 0° direction component to 40% or more, the CFRP member 111 can exhibit desired cooling performance. The proportion of the 0° direction component is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, at which a normal cloth material can be used, and the upper limit thereof may be 100%.

ここで、CFRP部材111における炭素強化繊維の延伸方向は、3次元X線顕微鏡システム(X線CTシステム)を用いて測定することが可能である。例えばZEISS社製 Xradia520を使用して、CFRP部材111のX線CT像を取得し、画像の再構築により得られる3次元画像から、炭素強化繊維の延伸方向を求めることができる。また、再構築した画像を解析し、炭素強化繊維の延伸方向の0°方向成分及び90°方向成分の割合を算出することができる。以下、0°方向成分及び90°方向成分の算出方法について、図3を参照しながら詳細に説明する。 Here, the stretching direction of the carbon reinforced fibers in the CFRP member 111 can be measured using a three-dimensional X-ray microscope system (X-ray CT system). For example, an X-ray CT image of the CFRP member 111 is acquired using Xradia520 manufactured by ZEISS, and the stretching direction of the carbon-reinforced fibers can be determined from the three-dimensional image obtained by reconstructing the image. Furthermore, by analyzing the reconstructed image, it is possible to calculate the ratio of the 0° direction component and the 90° direction component in the drawing direction of the carbon reinforced fiber. Hereinafter, a method for calculating the 0° direction component and the 90° direction component will be described in detail with reference to FIG. 3.

0°方向成分の割合は、次のように算出することとする。以下では、CFRP部材111の全体において、2種類の繊維の延伸方向が含まれている例を示す。まず、図3のような0°方向とのなす角(鋭角)θを有する第1の延伸方向と、0°方向とのなす角(鋭角)θを有する第2の延伸方向のそれぞれについて、三角関数を用いて0°方向成分と90°方向成分に分解する。これにより、CFRP部材111の各厚み位置(例えば、図2Aにおけるz方向に沿った各位置)での0°方向成分の値の絶対値と、CFRP部材111の各厚み位置での90°方向成分の値の絶対値を算出する。 The proportion of the 0° direction component is calculated as follows. Below, an example will be shown in which the entire CFRP member 111 includes two types of fiber stretching directions. First, for each of the first stretching direction having an angle (acute angle) θ 1 with the 0° direction and the second stretching direction having an angle (acute angle) θ 2 with the 0° direction as shown in FIG. , using trigonometric functions to decompose it into a 0° direction component and a 90° direction component. As a result, the absolute value of the 0° direction component at each thickness position of the CFRP member 111 (for example, each position along the z direction in FIG. 2A), and the 90° direction component at each thickness position of the CFRP member 111. Calculate the absolute value of the value.

次に、CFRP部材111の厚み方向に沿って、各厚み位置での0°方向成分を合計する(積分する)ことで、CFRP部材111の全体における0°方向成分の値を算出する。同様に、CFRP部材111の厚み方向に沿って、各厚み位置での90°方向成分を合計する(積分する)ことで、CFRP部材111の全体における90°方向成分の値を算出する。そして、ここで算出されたCFRP部材111の全体における0°方向成分の値と90°方向成分の値とを更に合計し、当該合計値に対する、CFRP部材111の全体における0°方向成分の割合を算出する。 Next, by summing (integrating) the 0° direction components at each thickness position along the thickness direction of the CFRP member 111, the value of the 0° direction component for the entire CFRP member 111 is calculated. Similarly, by summing (integrating) the 90° direction components at each thickness position along the thickness direction of the CFRP member 111, the value of the 90° direction component for the entire CFRP member 111 is calculated. Then, the values of the 0° direction component and the 90° direction component of the entire CFRP member 111 calculated here are further summed, and the ratio of the 0° direction component of the entire CFRP member 111 to the total value is calculated. calculate.

なお、CFRP部材111が、複数のCFRPが積層された積層構造を有している場合、上記の各厚み位置での0°方向成分及び90°方向成分は、1層あたりの0°成分及び90°成分と考えることができる。 In addition, when the CFRP member 111 has a laminated structure in which a plurality of CFRPs are laminated, the 0° direction component and 90° direction component at each thickness position described above are the 0° component and 90° direction component per layer. It can be thought of as a component.

例えば、CFRP部材111が、6層のCFRPから構成された積層構造を有しているものとする。この際に、例えば角θが30°である場合には、cos30°が0°方向成分であり、sin30°が90°方向成分である。すなわち、1層あたりの0°方向成分は約0.866であり、1層あたりの90°方向成分は、0.5である。CFRP部材111が6層構造である場合、層全体における0°方向成分は5.2であり、90°方向成分は3.0である。CFRP部材111の全体の0°方向成分の値である5.2は、CFRP部材111の全体における0°方向成分及び90°方向成分の合計値である8.2の約63%であり、これがCFRP部材111の全体における0°方向成分の割合である。なお、延伸方向が0°方向である場合の0°方向成分の値はcos0°、すなわち1であり、90°方向成分の値はsin0°、すなわち0である。また、延伸方向が90°方向である場合の0°方向成分の値はcos90°、すなわち0であり、90°方向成分の値はsin90°、すなわち1である。 For example, assume that the CFRP member 111 has a laminated structure composed of six layers of CFRP. In this case, for example, when the angle θ 1 is 30°, cos 30° is a 0° direction component, and sin 30° is a 90° direction component. That is, the 0° direction component per layer is approximately 0.866, and the 90° direction component per layer is 0.5. When the CFRP member 111 has a six-layer structure, the 0° direction component of the entire layer is 5.2, and the 90° direction component is 3.0. The value of the 0° direction component of the entire CFRP member 111, 5.2, is approximately 63% of 8.2, which is the total value of the 0° direction component and the 90° direction component of the entire CFRP member 111. This is the proportion of the 0° direction component in the entire CFRP member 111. Note that when the stretching direction is the 0° direction, the value of the 0° direction component is cos 0°, that is, 1, and the value of the 90° direction component is sin 0°, that is, 0. Further, when the stretching direction is 90°, the value of the 0° direction component is cos90°, that is, 0, and the value of the 90° direction component is sin90°, that is, 1.

なお、積層構造を有しているCFRP部材111の各層が略同一の厚みにより形成されている場合は、上述した方法で算出することが可能であるが、各層の厚みが異なる場合には、各層の厚みを重みとして、上記割合を算出する。例えば、n層が積層したCFRP部材111のうち、一方の側からk番目の層の0°方向成分の値をx、かかる層の厚みをtとした場合、CFRP部材111の全体における0°方向成分の合計値は、x×t+・・・+x×tとなる。90°方向成分の合計値についても、同様に算出することができる。 Note that if each layer of the CFRP member 111 having a laminated structure is formed with approximately the same thickness, calculation can be performed using the method described above. However, if each layer has a different thickness, each layer The above ratio is calculated using the thickness as a weight. For example, if the value of the 0° direction component of the kth layer from one side of the CFRP member 111 in which n layers are laminated is x k and the thickness of this layer is t k , then the value of 0 in the entire CFRP member 111 is The total value of the ° direction components is x 1 ×t 1 +...+x n ×t n . The total value of the 90° direction components can also be calculated in the same way.

また、本実施形態に係る金属積層CFRP部材110において、金属層113は、図2Bに示したように、CFRP部材111の両面に形成されていてもよい。 Furthermore, in the metal laminated CFRP member 110 according to this embodiment, the metal layer 113 may be formed on both sides of the CFRP member 111, as shown in FIG. 2B.

CFRP部材111は、上述のように、良好な熱伝導体である炭素強化繊維がマトリックス樹脂中に埋没しているという構造を有している。そのため、CFRP部材111は、炭素強化繊維の配向方向に熱を良好に伝達する一方で、CFRP部材111の厚み方向(例えば、図2Aのz軸方向)には、熱を伝達させにくいという特性を発現する。ただし、CFRP部材111の厚み方向への熱伝達を完全に遮断するものではないため、ある程度の時間の経過とともに、厚み方向へ熱を伝達することができる。また、CFRP部材111の厚み方向への熱伝達効率は、アルミニウム等の各種金属の熱伝達効率よりは低いため、アルミニウム等の各種金属と比較して、伝達している熱が途中で放熱される現象は抑制される。 As described above, the CFRP member 111 has a structure in which carbon reinforced fibers, which are good thermal conductors, are embedded in the matrix resin. Therefore, the CFRP member 111 has a characteristic that while it transfers heat well in the orientation direction of the carbon reinforced fibers, it is difficult to transfer heat in the thickness direction of the CFRP member 111 (for example, the z-axis direction in FIG. 2A). manifest. However, since heat transfer in the thickness direction of the CFRP member 111 is not completely blocked, heat can be transferred in the thickness direction over a certain amount of time. In addition, the heat transfer efficiency in the thickness direction of the CFRP member 111 is lower than that of various metals such as aluminum, so the heat being transferred is radiated midway compared to various metals such as aluminum. The phenomenon is suppressed.

ここで、本実施形態に係るCFRP部材111のx軸方向の熱伝導率は、50~300W/m・Kの範囲内であることが好ましい。図2Aに示したx軸方向の熱伝導率が上記の範囲内となることで、後述する蓄電デバイス120で発生する熱を、より確実にCFRP部材111の端部へと伝達させることができる。 Here, the thermal conductivity of the CFRP member 111 according to the present embodiment in the x-axis direction is preferably within the range of 50 to 300 W/m·K. When the thermal conductivity in the x-axis direction shown in FIG. 2A falls within the above range, heat generated in the power storage device 120 described below can be more reliably transmitted to the end of the CFRP member 111.

図2Aのx軸方向の熱伝導率が50W/m・K未満となる場合には、後述する蓄電デバイス120で発生する熱を、十分にCFRP部材111の端部まで伝達させることができずに、蓄電デバイス120を十分に冷却できない可能性が生じうる。CFRP部材111のx軸方向の熱伝導率は、100W/m・K以上であることがより好ましく、150W/m・K以上であることが更に好ましい。 When the thermal conductivity in the x-axis direction in FIG. 2A is less than 50 W/m·K, heat generated in the electricity storage device 120 described later cannot be sufficiently transmitted to the end of the CFRP member 111. , there is a possibility that the power storage device 120 cannot be sufficiently cooled. The thermal conductivity of the CFRP member 111 in the x-axis direction is more preferably 100 W/m·K or more, and even more preferably 150 W/m·K or more.

一方、x軸方向の熱伝導率が300W/m・Kを超えるものは、商業ベースでは殆ど製造されておらず、コスト高となることから、CFRP部材111のx軸方向の熱伝導率は、300W/m・K以下であることが好ましい。 On the other hand, those whose thermal conductivity in the x-axis direction exceeds 300 W/m·K are hardly manufactured on a commercial basis and are expensive, so the thermal conductivity in the x-axis direction of the CFRP member 111 is It is preferable that it is 300 W/m·K or less.

一般に、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)に用いられる炭素強化繊維は、ピッチ系の炭素強化繊維と、PAN系の炭素強化繊維と、に大別される。本実施形態にCFRP部材111は、ピッチ系の炭素強化繊維を含有していることが好ましい。ピッチ系の炭素強化繊維を用いることで、より優れた熱伝達効率を実現することが可能となる。 In general, carbon reinforced fibers used in carbon fiber reinforced plastics (CFRP) are broadly classified into pitch-based carbon reinforced fibers and PAN-based carbon reinforced fibers. In this embodiment, the CFRP member 111 preferably contains pitch-based carbon reinforced fibers. By using pitch-based carbon reinforced fibers, it is possible to achieve better heat transfer efficiency.

また、炭素強化繊維は、連続的に延伸している炭素繊維(連続繊維とも呼ばれる。)を含むもの、例えば2~100mm程度の長さに裁断された炭素繊維(チョップド糸とも呼ばれる。)を含むもの、0.05~0.30mm程度の長さに裁断された炭素繊維(ミルドファイバーとも呼ばれる。)を含むものなど、様々なものが存在する。本実施形態では、これら繊維のいずれを用いることも可能であるし、複数種類の繊維を組み合わせて使用することも可能である。 Furthermore, carbon reinforced fibers include carbon fibers that are continuously drawn (also called continuous fibers), such as carbon fibers that are cut into lengths of about 2 to 100 mm (also called chopped yarn). There are various types, including those containing carbon fibers (also called milled fibers) cut into lengths of about 0.05 to 0.30 mm. In this embodiment, any of these fibers can be used, or a combination of multiple types of fibers can be used.

また、CFRP部材111に用いられるマトリックス樹脂は、熱可塑性のマトリックス樹脂であってもよいし、熱硬化性のマトリックス樹脂であってもよいが、耐熱性の高い樹脂であることが好ましい。ここでいう「耐熱性が高い」とは、蓄電デバイス120で発生しうる熱に暴露された場合であっても、CFRP部材111の形状が保持可能な程度の耐熱性を有することをいう。このような耐熱性の高い樹脂を用いることで、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体の性能が低下することを防止することが可能となる。 Further, the matrix resin used for the CFRP member 111 may be a thermoplastic matrix resin or a thermosetting matrix resin, but is preferably a resin with high heat resistance. Here, "high heat resistance" means that the CFRP member 111 has a heat resistance that allows the shape of the CFRP member 111 to be maintained even when exposed to heat that can be generated by the power storage device 120. By using such a resin with high heat resistance, it is possible to prevent the performance of the electricity storage device structure according to the present embodiment from deteriorating.

上記のような耐熱性を有する熱硬化性のマトリックス樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂を挙げることができる。また、上記のような耐熱性を有する熱可塑性のマトリックス樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ナイロン12樹脂、ナイロン6樹脂、ポリカーボネート樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、PBT(ポリブチレンテレフタレート)樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、フェノキシ樹脂等を挙げることができる。上記のマトリックス樹脂のうち特に耐熱性の高いものとしては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、PEEK樹脂を挙げることができる。 Examples of the thermosetting matrix resin having heat resistance as described above include phenol resin, epoxy resin, and melamine resin. In addition, examples of the thermoplastic matrix resin having heat resistance as described above include polypropylene resin, nylon 12 resin, nylon 6 resin, polycarbonate resin, PEEK (polyether ether ketone) resin, and PBT (polybutylene terephthalate) resin. , PPS (polyphenylene sulfide) resin, phenoxy resin, and the like. Among the above matrix resins, those having particularly high heat resistance include epoxy resins, phenol resins, melamine resins, and PEEK resins.

本実施形態に係るCFRP部材111において、強化繊維密度(VF:Volume Fraction)は、例えば、連続繊維(CFRPの一端から他端まで連続で繋がった繊維)の場合、40~65%の範囲であることが好ましい。また、チョップド糸などの不連続繊維(25~100mm長など)の場合は20~50%強化繊維密度が上記の範囲内となることがこのましい。これにより、コストの増加を抑制しながら、より効率の良い熱伝導を実現することが可能となり、後述する放熱機構140に向かう方向の熱伝導率を、より確実に上述した熱伝導率の範囲内とすることが可能となる。使用する繊維が連続繊維の場合は、強化繊維密度は、より好ましくは50~60%の範囲内である。また、使用する繊維が不連続繊維の場合は、強化繊維密度は、より好ましくは30~45%の範囲である。 In the CFRP member 111 according to the present embodiment, the reinforcing fiber density (VF: Volume Fraction) is, for example, in the range of 40 to 65% in the case of continuous fibers (fibers continuously connected from one end of the CFRP to the other end). It is preferable. Further, in the case of discontinuous fibers such as chopped yarn (25 to 100 mm length, etc.), it is preferable that the reinforcing fiber density is within the above range of 20 to 50%. This makes it possible to realize more efficient heat conduction while suppressing an increase in cost, and more reliably keeps the thermal conductivity in the direction toward the heat dissipation mechanism 140, which will be described later, within the range of the thermal conductivity described above. It becomes possible to do this. When the fibers used are continuous fibers, the reinforcing fiber density is more preferably within the range of 50 to 60%. Furthermore, when the fibers used are discontinuous fibers, the reinforcing fiber density is more preferably in the range of 30 to 45%.

また、本実施形態に係るCFRP部材111を、炭素強化繊維が図2Aのx軸方向に配向している一方向性のCFRPで構成することで、蓄電デバイス120で発生した熱を、更に確実にCFRP部材111の端部へと伝達することが可能となる。 Furthermore, by configuring the CFRP member 111 according to the present embodiment with unidirectional CFRP in which carbon-reinforced fibers are oriented in the x-axis direction in FIG. It becomes possible to transmit the signal to the end of the CFRP member 111.

一方、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体の剛性をより向上させる場合には、クロス材を用いたCFRPや、疑似等方積層材を用いたCFRPと、上記の一方向性のCFRPと、を組み合わせて、CFRP部材111を構成してもよい。 On the other hand, in order to further improve the rigidity of the electricity storage device structure according to the present embodiment, CFRP using a cloth material, CFRP using a quasi-isotropic laminated material, and the above-mentioned unidirectional CFRP are used. The CFRP member 111 may be configured in combination.

また、CFRP部材111を構成する際に、炭素強化繊維に加えて、ガラス繊維又はアラミド繊維の少なくとも何れかを更に用いてもよい。この際、CFRP部材111を構成するマトリックス樹脂中に、炭素強化繊維に加えて、ガラス繊維やアラミド繊維を含有させてもよい。しかしながら、CFRP部材111を製造する際に、マトリックス樹脂中に炭素強化繊維が保持されたCFRPプリプレグと、マトリックス樹脂中にガラス繊維又はアラミド繊維が保持されたCFRPプリプレグと、を準備しておき、これらCFRPプリプレグを所望の積層状態となるように積層したうえでCFRP部材111とする方が簡便である。この際、ガラス繊維が用いられたCFRPプリプレグや、アラミド繊維が用いられたCFRPプリプレグは、1層程度用いるようにすることが好ましい。 Furthermore, when configuring the CFRP member 111, in addition to carbon reinforced fibers, at least one of glass fibers and aramid fibers may be further used. At this time, the matrix resin constituting the CFRP member 111 may contain glass fibers or aramid fibers in addition to carbon reinforced fibers. However, when manufacturing the CFRP member 111, a CFRP prepreg in which carbon reinforced fibers are held in a matrix resin and a CFRP prepreg in which glass fibers or aramid fibers are held in a matrix resin are prepared. It is easier to form the CFRP member 111 by laminating CFRP prepregs in a desired laminated state. At this time, it is preferable to use about one layer of CFRP prepreg using glass fiber or CFRP prepreg using aramid fiber.

また、金属層113は、図2A及び図2Bに示したように、上記のようなCFRP部材111の少なくとも一方の表面に設けられる。かかる金属層113は、優れた熱伝導性を示し、また薄く加工することができ、実使用において容易に破損することがなく、経済的に入手が困難ではない金属で構成されることが好ましい。このような金属として、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、チタン、及び、これらの合金を挙げることができる。 Moreover, the metal layer 113 is provided on at least one surface of the CFRP member 111 as described above, as shown in FIGS. 2A and 2B. The metal layer 113 is preferably made of a metal that exhibits excellent thermal conductivity, can be processed to be thin, is not easily damaged in actual use, and is not economically difficult to obtain. Examples of such metals include copper, aluminum, iron, stainless steel, titanium, and alloys thereof.

また、本実施形態に係る金属層113は、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、又は、チタンからなる金属箔もしくは金属板であることが好ましい。 Further, the metal layer 113 according to this embodiment is preferably a metal foil or metal plate made of copper, aluminum, iron, stainless steel, or titanium.

このような金属層113をCFRP部材111の少なくとも一方の表面に設けることで、コストの高いCFRPの厚みを薄くしながら、金属積層CFRP部材110全体としての剛性を担保することが可能となる。また、CFRP部材111を併用することで、上記のような金属材料を単体で用いる場合よりも金属の厚みを薄くすることができるため、蓄電デバイス構造体の軽量化を図ることも可能となる。すなわち、本実施形態に係る金属積層CFRP部材110を用いることで、優れた熱伝導性を示しつつ、剛性、軽量性及びコスト性をより向上させることが可能となる。 By providing such a metal layer 113 on at least one surface of the CFRP member 111, it is possible to ensure the rigidity of the metal laminated CFRP member 110 as a whole while reducing the thickness of the expensive CFRP. Further, by using the CFRP member 111 in combination, the thickness of the metal can be made thinner than when using the above-mentioned metal material alone, so it is also possible to reduce the weight of the electricity storage device structure. That is, by using the metal laminated CFRP member 110 according to this embodiment, it is possible to further improve rigidity, lightness, and cost efficiency while exhibiting excellent thermal conductivity.

また、近年、自動車の電動化が進み、磁場や電磁波による自動車用電子機器への悪影響が懸念されており、特に電気自動車のように大型電池を搭載した自動車では、走行中に常に大電流が流れていることもあり、電磁波シールド性が強いニーズとなっている。この点で、本実施形態に係る金属積層CFRP部材110は、CFRP部材111の表面に、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、又は、チタンからなる金属層113が形成されているため、優れた電磁波シールド性を更に担保することが可能となる。すなわち、本実施形態に係る金属積層CFRP部材110を用いることで、熱伝導部材と電磁波シールド部材という、従来用いられている2つの部材を1つの部材で代用することが可能となり、優れた熱伝導性及び電磁波シールド性を示しつつ、剛性、軽量性及びコスト性をより向上させることが可能となる。なお、ここでいう電磁波シールド性とは、100kHz~100GHzの周波数帯に属する電磁波に対するシールド性に着目したものである。 In addition, in recent years, the electrification of automobiles has progressed, and there are concerns about the negative effects of magnetic fields and electromagnetic waves on automobile electronic devices.Especially in automobiles equipped with large batteries such as electric cars, large currents constantly flow during driving. Therefore, there is a strong need for electromagnetic shielding properties. In this respect, the metal laminated CFRP member 110 according to the present embodiment has an excellent electromagnetic wave shield because the metal layer 113 made of copper, aluminum, iron, stainless steel, or titanium is formed on the surface of the CFRP member 111. This makes it possible to further ensure the quality of the product. In other words, by using the metal laminated CFRP member 110 according to the present embodiment, it is possible to replace the two conventionally used members, the heat conductive member and the electromagnetic shielding member, with one member, resulting in excellent heat conduction. This makes it possible to further improve rigidity, lightness, and cost efficiency while exhibiting electromagnetic shielding properties and electromagnetic wave shielding properties. Note that the electromagnetic wave shielding property referred to here is focused on shielding property against electromagnetic waves belonging to the frequency band of 100 kHz to 100 GHz.

ここで、CFRP部材111の厚み(図2A及び図2Bにおけるz軸方向の厚み)dは、0.1~5.0mmの範囲内であることが好ましい。CFRP部材111の厚みを上記の範囲内とすることで、剛性、軽量性及びコスト性を担保しつつ、後述する蓄電デバイス120で発生した熱を、より効率よく伝達することが可能となる。CFRP部材111の厚みdは、より好ましくは0.4~2.5mmの範囲内である。 Here, the thickness d of the CFRP member 111 (thickness in the z-axis direction in FIGS. 2A and 2B) is preferably within the range of 0.1 to 5.0 mm. By setting the thickness of the CFRP member 111 within the above range, it becomes possible to more efficiently transmit heat generated in the power storage device 120 described below while ensuring rigidity, lightness, and cost efficiency. The thickness d of the CFRP member 111 is more preferably within the range of 0.4 to 2.5 mm.

また、金属層113の厚み(図2A及び図2Bにおけるz軸方向の厚み)dは、CFRP部材111の片面当たり、5.0μm~1.5mmの範囲内であることが好ましい。金属層113の厚みdを上記の範囲内とすることで、剛性、軽量性及びコスト性と、電磁波シールド性と、をより並立させることが可能となる。金属層113の厚みdは、より好ましくは10.0μm~0.5mmの範囲内である。厚みdが5.0μm未満である場合には、金属層とCFRPとを複合化する効果が弱まるため好ましくなく、厚みdが1.5mmを超える場合には、全体としての質量が増加し、CFRPの剛性と軽量性とを両立する特性が活かせないため好ましくない。 Further, the thickness d M of the metal layer 113 (thickness in the z-axis direction in FIGS. 2A and 2B) is preferably within the range of 5.0 μm to 1.5 mm per one side of the CFRP member 111. By setting the thickness dM of the metal layer 113 within the above range, it becomes possible to further achieve rigidity, lightness, cost efficiency, and electromagnetic wave shielding properties. The thickness d M of the metal layer 113 is more preferably in the range of 10.0 μm to 0.5 mm. If the thickness dM is less than 5.0 μm, the effect of compounding the metal layer and CFRP will be weakened, which is undesirable, and if the thickness dM exceeds 1.5 mm, the overall mass will increase. , which is not preferable because the characteristics of CFRP that achieve both rigidity and lightness cannot be utilized.

<蓄電デバイス構造体11について>
本実施形態に係る蓄電デバイス構造体11は、上記のような金属積層CFRP部材110を蓄電デバイスの表面に配置して、蓄電デバイス120と金属積層CFRP部材110とを熱的に接続したものである。
<About the electricity storage device structure 11>
The power storage device structure 11 according to the present embodiment is such that the metal laminated CFRP member 110 as described above is arranged on the surface of the power storage device, and the power storage device 120 and the metal laminated CFRP member 110 are thermally connected. .

かかる蓄電デバイス構造体11は、図4A~図4Dに模式的に示したように、1層の金属層113を有するCFRP部材110(図4A及び図4B)の表面に対し、蓄電デバイス120を配置したものであってもよいし、2層の金属層113を有するCFRP部材110(図4C)の表面に対し、蓄電デバイス120を配置したものであってもよいし、CFRP部材110に金属層113を内挿したものに対し、蓄電デバイスを配置したもの(図4D)であってもよい。 As schematically shown in FIGS. 4A to 4D, this power storage device structure 11 has a power storage device 120 arranged on the surface of a CFRP member 110 (FIGS. 4A and 4B) having one metal layer 113. The electricity storage device 120 may be arranged on the surface of the CFRP member 110 (FIG. 4C) having two metal layers 113, or the CFRP member 110 may have two metal layers 113. It is also possible to interpolate the power storage device with the power storage device (FIG. 4D).

ここで、本実施形態に係る蓄電デバイス120は、各種の蓄電デバイスを用いることが可能である。このような蓄電デバイス120として、例えば、リチウムイオン2次電池、リチウムイオンキャパシタ、鉛蓄電池等を挙げることができる。また、蓄電デバイス120の大きさや容量については、特に限定されるものではない。 Here, various types of power storage devices can be used as the power storage device 120 according to the present embodiment. Examples of such power storage device 120 include a lithium ion secondary battery, a lithium ion capacitor, a lead acid battery, and the like. Further, the size and capacity of power storage device 120 are not particularly limited.

本実施形態に係る蓄電デバイス構造体11は、図4A~図4Dに示したように、蓄電デバイス120で発生した熱を、金属層113からCFRP部材111へと伝達させて、更に、CFRP部材111の面内方向(図4A~図4Dにおけるx軸方向)に伝達させる点に特徴がある。 As shown in FIGS. 4A to 4D, the power storage device structure 11 according to the present embodiment transmits heat generated in the power storage device 120 from the metal layer 113 to the CFRP member 111, and It is characterized in that it is transmitted in the in-plane direction (the x-axis direction in FIGS. 4A to 4D).

従来、熱伝導部材としてCFRP部材を用いる場合には、蓄電デバイス等で発生した熱を、CFRP部材の厚み方向(換言すれば、CFRP部材の表面法線方向)に伝達させるものであった。しかしながら、図1Bに示したように、CFRP部材は、炭素強化繊維の配向方向に異方的な熱伝導性を示すものであるため、従来のようなCFRP部材の配置は、CFRP部材の優れた熱伝導性を利用しきれていなかった。 Conventionally, when using a CFRP member as a heat conductive member, heat generated by an electricity storage device or the like was transferred in the thickness direction of the CFRP member (in other words, in the normal direction to the surface of the CFRP member). However, as shown in Figure 1B, the CFRP member exhibits anisotropic thermal conductivity in the orientation direction of the carbon-reinforced fibers. Thermal conductivity was not fully utilized.

また、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体11では、蓄電デバイス120が配置されている側の金属積層CFRP部材110の少なくとも片方の端部の全面(全周及び端面)が雰囲気中に露出するか、又は、端部の少なくとも一部が冷媒もしくは放熱機構に接続もしくは接しているようにする。 In addition, in the power storage device structure 11 according to the present embodiment, the entire surface (the entire circumference and end surface) of at least one end of the metal laminated CFRP member 110 on the side where the power storage device 120 is arranged is exposed to the atmosphere. Or, at least a portion of the end portion is connected to or in contact with a refrigerant or a heat dissipation mechanism.

以下では、まず、図4A~図4Dを参照しながら、金属積層CFRP部材110の少なくとも片方の端部の全面が雰囲気中に露出する場合について、詳細に説明する。 In the following, a case where the entire surface of at least one end of the metal laminated CFRP member 110 is exposed to the atmosphere will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4D.

金属積層CFRP部材110の少なくとも片方の端部の全面が雰囲気中に露出する場合、金属積層CFRP部材110では、蓄電デバイス120が配置されている側の表面であっても、例えば図4A~図4Dにおいて破線で囲った領域のように、蓄電デバイス120に覆われておらずに、雰囲気中(例えば、大気中)に剥き出しとなった部分が存在するようになる。これにより、CFRP部材111による面内方向への熱伝達に加えて、金属層113の表面からの放熱も活用できるようになり、より優れた熱伝導性を実現することが可能となる。また、金属積層CFRP部材110は、CFRP部材111と金属層113とで剛性が担保されているため、金属積層CFRP部材110が剥き出しとなった部分であっても、折れや曲げ等の変形が生じることはない。 When the entire surface of at least one end of the metal laminated CFRP member 110 is exposed to the atmosphere, even if the surface of the metal laminated CFRP member 110 is on the side where the power storage device 120 is arranged, for example, FIGS. 4A to 4D Like the area surrounded by the broken line in , there is a part that is not covered by the power storage device 120 and is exposed to the atmosphere (for example, the atmosphere). This makes it possible to utilize heat radiation from the surface of the metal layer 113 in addition to the in-plane heat transfer by the CFRP member 111, making it possible to achieve better thermal conductivity. In addition, since the metal laminated CFRP member 110 has rigidity ensured by the CFRP member 111 and the metal layer 113, deformation such as bending or bending occurs even in the exposed portion of the metal laminated CFRP member 110. Never.

なお、図4A~図4Dでは、金属積層CFRP部材110のx軸方向の一方の端部が雰囲気中に露出するように、蓄電デバイス120が配設されているが、金属積層CFRP部材110のx軸方向の両方の端部が雰囲気中に露出するように、蓄電デバイス120が配設されていてもよい。 Note that in FIGS. 4A to 4D, the power storage device 120 is arranged such that one end of the metal laminated CFRP member 110 in the x-axis direction is exposed to the atmosphere; Power storage device 120 may be arranged such that both ends in the axial direction are exposed to the atmosphere.

また、金属積層CFRP部材110の表面において、蓄電デバイス120が占める面積率(蓄電デバイス120の被覆率)は、金属積層CFRP部材110の少なくとも片方の端部の少なくとも一部に冷媒又は放熱機構が存在しうることも考慮し、例えば、40~100%の範囲内であることが好ましい。このような面積率とすることで、熱伝導性と断熱性との両立が可能となる。金属積層CFRP部材110の表面において、蓄電デバイス120が占める面積率は、より好ましくは、75~100%の範囲内である。 Furthermore, on the surface of the metal laminated CFRP member 110, the area ratio occupied by the power storage device 120 (coverage rate of the power storage device 120) is determined by the presence of a refrigerant or a heat dissipation mechanism in at least a portion of at least one end of the metal laminated CFRP member 110. For example, it is preferably within the range of 40% to 100%, taking into consideration the possibility that the By setting such an area ratio, it is possible to achieve both thermal conductivity and heat insulation. The area ratio occupied by the power storage device 120 on the surface of the metal laminated CFRP member 110 is more preferably within the range of 75 to 100%.

ただし、図4A~図4Dで示したように、金属積層CFRP部材110のx軸方向の一方の端部が雰囲気中に露出している場合は、効率よく冷却することが可能である。そのため、蓄電デバイス120が占める面積率が40%未満であっても、その分高価なCFRPの使用量を抑えることができるようになる。この結果、コストまで含めた総合力では、面積率が40%以上であってもx軸方向の一方の端部が雰囲気中に露出していないものと比べると、優れている。 However, as shown in FIGS. 4A to 4D, when one end of the metal laminated CFRP member 110 in the x-axis direction is exposed to the atmosphere, efficient cooling is possible. Therefore, even if the area ratio occupied by power storage device 120 is less than 40%, the amount of expensive CFRP used can be reduced accordingly. As a result, in terms of overall strength including cost, even if the area ratio is 40% or more, it is superior to a structure in which one end in the x-axis direction is not exposed to the atmosphere.

また、金属積層CFRP部材110のx軸方向の一方の端部が冷媒又は放熱機構に接続又は接している場合には、冷却効率が高いため、放熱機構の冷却能力に応じて、好ましい面積率の下限を小さくすることもできる。 In addition, when one end of the metal laminated CFRP member 110 in the x-axis direction is connected to or in contact with a refrigerant or a heat dissipation mechanism, the cooling efficiency is high. The lower limit can also be made smaller.

本実施形態に係る金属積層CFRP部材110を蓄電デバイス120の面上に配置する際に、金属積層CFRP部材110と蓄電デバイス120との界面に、熱伝導性に優れた熱伝導シート(図示せず。)を配置してもよい。このような熱伝導シートを介して金属積層CFRP部材110を蓄電デバイス120の面上に配置することで、蓄電デバイス120と金属積層CFRP部材110との熱接続を、より確実に確立させることが可能となる。このような熱伝導シートとして、例えば、デクセリアルズ株式会社製の高熱伝導率シートEX10000F7を挙げることができる。 When placing the metal laminated CFRP member 110 according to this embodiment on the surface of the power storage device 120, a thermally conductive sheet (not shown) with excellent thermal conductivity is placed at the interface between the metal laminated CFRP member 110 and the power storage device 120. ) may be placed. By arranging the metal laminated CFRP member 110 on the surface of the power storage device 120 via such a thermally conductive sheet, it is possible to establish a thermal connection between the power storage device 120 and the metal laminated CFRP member 110 more reliably. becomes. As such a thermally conductive sheet, for example, a high thermal conductivity sheet EX10000F7 manufactured by Dexerials Co., Ltd. can be mentioned.

また、本実施形態に係る金属積層CFRP部材110を蓄電デバイス120の面上に配置する際に、例えば図5に模式的に示したように、熱伝導率が0.1W/m・K以上である接着剤又はグリース130の少なくとも何れかにより、金属積層CFRP部材110を蓄電デバイス120に対して、熱的に接続させてもよい。接着剤又はグリース130の熱伝導率は、より好ましくは3.0W/m・K以上である。このような接着剤又はグリース130を用いることで、蓄電デバイス120に対して、金属積層CFRP部材110を、より確実に熱接続させることが可能となる。ここで、上記のような熱伝導率を有する接着剤又はグリース130に関し、セメダイン株式会社製SX1008、SX1010、RH96Lのような接着剤や、信越化学工業株式会社製G-777のような熱伝導グリースを例示することができる。また、上記のような接着剤又はグリースに対して、更に各種のフィラー等を混合した上で使用してもよい。 Further, when placing the metal laminated CFRP member 110 according to the present embodiment on the surface of the electricity storage device 120, for example, as schematically shown in FIG. Metal laminated CFRP member 110 may be thermally connected to power storage device 120 using an adhesive or at least one of grease 130 . The thermal conductivity of the adhesive or grease 130 is more preferably 3.0 W/m·K or more. By using such an adhesive or grease 130, it becomes possible to thermally connect the metal laminated CFRP member 110 to the power storage device 120 more reliably. Here, regarding the adhesive or grease 130 having thermal conductivity as described above, adhesives such as SX1008, SX1010, and RH96L manufactured by Cemedine Co., Ltd., and thermal conductive grease such as G-777 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. can be exemplified. Furthermore, the adhesive or grease described above may be used in combination with various fillers and the like.

また、本実施形態に係る金属積層CFRP部材110を蓄電デバイス120の面上に配置する際に、金属積層CFRP部材110を、蓄電デバイス120以外の箇所(図示せず。)で固定した上で、金属積層CFRP部材110が蓄電デバイス120の面と接触するようにしてもよい。また、ネジや各種の固定治具(図示せず。)を用いて、本実施形態に係る金属積層CFRP部材110を、蓄電デバイス120の面上に固定してもよい。 Furthermore, when placing the metal laminated CFRP member 110 according to the present embodiment on the surface of the power storage device 120, the metal laminated CFRP member 110 is fixed at a location (not shown) other than the power storage device 120, and then, The metal laminated CFRP member 110 may be in contact with the surface of the power storage device 120. Further, the metal laminated CFRP member 110 according to this embodiment may be fixed on the surface of the power storage device 120 using screws or various fixing jigs (not shown).

続いて、金属積層CFRP部材110の少なくとも片方の端部の少なくとも一部が冷媒もしくは放熱機構に接続もしくは接している場合について、詳細に説明する。なお、以下で説明する態様においても、上記のような接着剤又はグリース130を適用したり、上記のような蓄電デバイス120の固定方法を適用したりすることが可能である。 Next, a case where at least a portion of at least one end of the metal laminated CFRP member 110 is connected to or in contact with a refrigerant or a heat radiation mechanism will be described in detail. Note that also in the embodiment described below, it is possible to apply the adhesive or grease 130 as described above, or to apply the method of fixing the power storage device 120 as described above.

本実施形態に係る蓄電デバイス構造体1は、図6Aに模式的に示したように、金属積層CFRP部材110における炭素強化繊維の配向方向側の端面(図6Aでは、x軸方向の端面)に対し、更に、放熱機構140が設けられることが好ましい。換言すれば、CFRP部材111の炭素強化繊維の延伸方向の向かう先に、放熱機構140が存在していることが好ましい。このような配置で放熱機構140を設けることで、CFRP部材111の異方的な熱伝導特性をより効率よく活用することが可能となり、蓄電デバイス120の温度をより精度よく制御することが可能となる。 As schematically shown in FIG. 6A, the power storage device structure 1 according to the present embodiment has an end surface in the orientation direction of the carbon reinforced fibers of the metal laminated CFRP member 110 (an end surface in the x-axis direction in FIG. 6A). On the other hand, it is preferable that a heat radiation mechanism 140 is further provided. In other words, it is preferable that the heat dissipation mechanism 140 exists at the end of the CFRP member 111 in the stretching direction of the carbon reinforced fibers. By providing the heat dissipation mechanism 140 in such an arrangement, it becomes possible to utilize the anisotropic heat conduction characteristics of the CFRP member 111 more efficiently, and it becomes possible to control the temperature of the electricity storage device 120 with more precision. Become.

この際、図6Aに示したように、雰囲気中に露出している金属積層CFRP部材110の端面に直接放熱機構140が接していてもよいし、図6Bに示したように、冷媒150を介して放熱機構140に接続されていてもよい。また、放熱機構140や冷媒150の少なくとも何れかが金属積層CFRP部材110の端面と接続されている場合には、図6Cに一例を示したように、金属積層CFRP部材110の端部の全面が雰囲気中に露出していなくともよい。 At this time, as shown in FIG. 6A, the heat dissipation mechanism 140 may be in direct contact with the end face of the metal laminated CFRP member 110 exposed in the atmosphere, or as shown in FIG. It may be connected to the heat dissipation mechanism 140. Furthermore, when at least one of the heat dissipation mechanism 140 and the refrigerant 150 is connected to the end surface of the metal laminated CFRP member 110, the entire end of the metal laminated CFRP member 110 is It does not need to be exposed in the atmosphere.

なお、ここでいう放熱機構とは、アルミニウム製ヒートシンク、又は、金属製のブロックに冷媒を通す冷却装置であり、具体的には、アルミブロックにフィンを取り付け、熱を逃がして冷却するヒートシンク及びそれに類するもの、金属製のブロックに冷媒を通して冷却する装置及びそれに類するもの、並びに、これらに接続されて熱を伝導するもの(例えば、アルミニウムや銅等の金属製の板やパイプ、等)が挙げられる。 The heat dissipation mechanism referred to here is an aluminum heat sink or a cooling device that passes a coolant through a metal block. Specifically, it is a heat sink that attaches fins to an aluminum block and cools it by dissipating heat. Similar items, equipment that cools metal blocks by passing refrigerant through them, and similar items, and items that are connected to these and conduct heat (e.g., metal plates and pipes made of aluminum, copper, etc.) .

また、冷媒150が液体の場合は水冷となり、気体の場合は空冷となる。更に、上記のような熱伝導率を有する接着剤又はグリース130も、冷媒150として機能しうる。なお、冷媒は、水、油、又は、ゲル状の物質をいい、これらの冷媒が管内、又は、プール内に満たされていて、かかる状態の冷媒に直接上記端部が接している形態を含む。ゲル状物質の場合は、冷媒としてのみならず、放熱機構への熱伝達部材として用いることもできる。この場合、上記端部は、ゲル状物質のみと接してもよく、ゲル状物質及び放熱機構の両方と接してもよい。 Further, when the refrigerant 150 is a liquid, it is water-cooled, and when it is a gas, it is air-cooled. Further, an adhesive or grease 130 having a thermal conductivity as described above may also function as a coolant 150. Note that the refrigerant refers to water, oil, or a gel-like substance, and includes a configuration in which these refrigerants are filled in a pipe or a pool, and the end portion is in direct contact with the refrigerant in such a state. . In the case of a gel-like substance, it can be used not only as a refrigerant but also as a heat transfer member to a heat radiation mechanism. In this case, the end portion may be in contact with only the gel material, or may be in contact with both the gel material and the heat dissipation mechanism.

ここで、図6A~図6Cでは、一組の金属積層CFRP部材110を介して蓄電デバイス120を、放熱機構140に対して熱的に接続させている。また、図7Aに例示したように、複数組の金属積層CFRP部材110及び蓄電デバイス120を、隣り合う金属積層CFRP部材110及び蓄電デバイス120の組との間に空隙を設けながら、1つの放熱機構140に熱的に接続させてもよい。換言すれば、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体11として、複数組の金属積層CFRP部材110及び蓄電デバイス120が放熱機構140に並べて配置されたものを実現してもよい。 Here, in FIGS. 6A to 6C, the power storage device 120 is thermally connected to the heat dissipation mechanism 140 via a set of metal laminated CFRP members 110. Further, as illustrated in FIG. 7A, multiple sets of metal laminated CFRP members 110 and power storage devices 120 can be connected to one heat dissipation mechanism while providing a gap between adjacent sets of metal laminated CFRP members 110 and power storage devices 120. 140 may be thermally connected. In other words, the electricity storage device structure 11 according to the present embodiment may be realized in which a plurality of sets of metal laminated CFRP members 110 and electricity storage devices 120 are arranged side by side in the heat dissipation mechanism 140.

更に、図7Aでは、蓄電デバイス120が放熱機構140と接していない場合を例に挙げて図示を行ったが、図7Bに示したように、蓄電デバイス120が放熱機構140と接していてもよい。 Furthermore, although FIG. 7A illustrates a case where the power storage device 120 is not in contact with the heat dissipation mechanism 140, as shown in FIG. 7B, the power storage device 120 may be in contact with the heat dissipation mechanism 140. .

また、図7Aでは、隣り合う金属積層CFRP部材110及び蓄電デバイス120の組が空隙を介して配置されている場合を図示したが、図7Cに示したように、隣り合う金属積層CFRP部材110及び蓄電デバイス120の組が接触していてもよい。 Further, in FIG. 7A, a case is illustrated in which a set of adjacent metal laminated CFRP members 110 and power storage devices 120 are arranged with a gap in between, but as shown in FIG. 7C, adjacent metal laminated CFRP members 110 and The sets of power storage devices 120 may be in contact.

更に、図7Dに模式的に示したように、複数組の金属積層CFRP部材110及び蓄電デバイス120を並べて配置させる際に、隣り合う金属積層CFRP部材110及び蓄電デバイス120の間に、各種の断熱部材160又は応力緩和部材170の少なくとも何れかを設けてもよい。 Furthermore, as schematically shown in FIG. 7D, when multiple sets of metal laminated CFRP members 110 and power storage devices 120 are arranged side by side, various types of heat insulation are applied between adjacent metal laminated CFRP members 110 and power storage devices 120. At least either the member 160 or the stress relaxation member 170 may be provided.

断熱部材160を設けることで、隣り合う蓄電デバイス120間での熱移動を、遮断することが可能となり、蓄電デバイス120の熱暴走を防止することが可能となる。 By providing the heat insulating member 160, it becomes possible to block heat transfer between adjacent power storage devices 120, and it becomes possible to prevent thermal runaway of power storage devices 120.

このような断熱部材160は、蓄電デバイス120間の熱移動を遮断可能なものであれば、各種の素材を用いて構成することが可能である。このような素材として、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ナイロン樹脂、ポリスチレン樹脂のような各種の樹脂素材、不織布、グラスウール、ロックウール、セルロースファイバー、ウレタンフォーム、エアロゲル、ガラス繊維強化樹脂、アラミド繊維強化樹脂等を挙げることができる。 Such a heat insulating member 160 can be constructed using various materials as long as they can block heat transfer between power storage devices 120. Examples of such materials include various resin materials such as polypropylene resin, polybutylene terephthalate resin, polycarbonate resin, epoxy resin, phenoxy resin, nylon resin, and polystyrene resin, nonwoven fabric, glass wool, rock wool, cellulose fiber, and urethane foam. , airgel, glass fiber reinforced resin, aramid fiber reinforced resin, etc.

また、応力緩和部材170を設けることで、並べて配置された蓄電デバイス120同士を押し付ける応力が作用した際に、かかる応力の局所集中を緩和させることが可能となる。このような応力緩和部材170は、ゴム系材料や発泡材料により実現することができる。このような応力緩和部材170の具体例として、例えば、エチレン系、プロピレン系、ブタジエン系、イソプロピレン系、アクリル系、シリコン系、ウレタン系、スチレン系、ポリウレア系、ポリエステル系のエラストマーや合成ゴム、及び、これらの発泡体を挙げることができる。 Further, by providing the stress relaxation member 170, when stress that presses the power storage devices 120 arranged side by side acts, it is possible to relieve the local concentration of stress. Such a stress relaxation member 170 can be realized using a rubber material or a foam material. Specific examples of such stress relaxation members 170 include ethylene-based, propylene-based, butadiene-based, isopropylene-based, acrylic-based, silicone-based, urethane-based, styrene-based, polyurea-based, polyester-based elastomers, synthetic rubber, And these foams can be mentioned.

図8に示したように、金属積層CFRP部材110を放熱機構140に熱的に接続する際に、金属積層CFRP部材110が放熱機構140の内部に入り込んでいてもよい。図7に示したような構造は、例えば、放熱機構140に溝部を設け、かかる溝部に金属積層CFRP部材110を嵌め込むことで実現することができる。図7に示したように金属積層CFRP部材110を放熱機構140に接続することで、金属積層CFRP部材110と放熱部材140との接触面積を増やすことが可能となり、蓄電デバイス120をより確実に冷却することが可能となる。 As shown in FIG. 8, when the metal laminated CFRP member 110 is thermally connected to the heat radiation mechanism 140, the metal laminated CFRP member 110 may be inserted into the heat radiation mechanism 140. The structure shown in FIG. 7 can be realized, for example, by providing a groove in the heat dissipation mechanism 140 and fitting the metal laminated CFRP member 110 into the groove. By connecting the metal laminated CFRP member 110 to the heat dissipation mechanism 140 as shown in FIG. 7, it is possible to increase the contact area between the metal laminated CFRP member 110 and the heat dissipation member 140, thereby cooling the electricity storage device 120 more reliably. It becomes possible to do so.

更に、熱伝導性をより向上させるために、金属積層CFRP部材110の端面と、溝部の形状を斜めにすることで、金属積層CFRP部材110と放熱機構140との接触面積を増加させてもよい。また、金属積層CFRP部材110の端面の粗度を上げて(端面の粗度を粗くして)、金属積層CFRP部材110と放熱機構140との接触面積を増加させてもよい。例えば、傾斜面と放熱機構140の端面とのなす角が15°~45°となるように形状を変化させることで、蓄電デバイス120をより一層確実に冷却することが可能となる。 Furthermore, in order to further improve thermal conductivity, the contact area between the metal laminated CFRP member 110 and the heat dissipation mechanism 140 may be increased by making the end face of the metal laminated CFRP member 110 and the shape of the groove oblique. . Furthermore, the contact area between the metal laminated CFRP member 110 and the heat dissipation mechanism 140 may be increased by increasing the roughness of the end face of the metal laminated CFRP member 110 (roughening the end face roughness). For example, by changing the shape so that the angle between the inclined surface and the end surface of the heat dissipation mechanism 140 is 15° to 45°, the power storage device 120 can be cooled more reliably.

本実施形態に係る金属積層CFRP部材110を放熱機構140に熱的に接続する際に、図6A等に示したように、金属積層CFRP部材110を放熱機構140に直接接触させてもよいし、図9に模式的に示したように、金属積層CFRP部材110と放熱機構140との界面に、熱伝導性に優れた熱伝導シート180を配置してもよい。このような熱伝導シート180を介して金属積層CFRP部材を放熱機構140の面上に配置することで、放熱機構140と金属積層CFRP部材110との熱接続を、より確実に確立させて、蓄電デバイス120をより確実に冷却することが可能となる。このような熱伝導シート180として、例えば、デクセリアルズ株式会社製の高熱伝導率シートEX10000F7を挙げることができる。 When thermally connecting the metal laminated CFRP member 110 according to this embodiment to the heat dissipation mechanism 140, the metal laminated CFRP member 110 may be brought into direct contact with the heat dissipation mechanism 140, as shown in FIG. 6A etc. As schematically shown in FIG. 9, a thermally conductive sheet 180 having excellent thermal conductivity may be disposed at the interface between the metal laminated CFRP member 110 and the heat dissipation mechanism 140. By arranging the metal laminated CFRP member on the surface of the heat dissipation mechanism 140 via such a thermally conductive sheet 180, the thermal connection between the heat dissipation mechanism 140 and the metal laminated CFRP member 110 is established more reliably, and power storage It becomes possible to cool the device 120 more reliably. An example of such a thermally conductive sheet 180 is a high thermal conductivity sheet EX10000F7 manufactured by Dexerials Co., Ltd.

なお、図5~図9では、図4Aに例示した積層構造を有する蓄電デバイス構造体を例に挙げながら説明を行ったが、図4B、図4C及び図4Dに例示した積層構造を有する蓄電デバイス構造体についても同様に実施することが可能である。 In addition, in FIGS. 5 to 9, the explanation was given while taking as an example the power storage device structure having the laminated structure illustrated in FIG. 4A, but the power storage device having the laminated structure illustrated in FIGS. 4B, 4C, and 4D Similar implementation is possible for structures.

また、蓄電デバイス120が過度に冷却された際に蓄電デバイス120の稼働に適した温度まで蓄電デバイス120を加熱するために、上記の放熱機構140に替えて、放熱機能及び加熱機能を兼ね備えた温度制御機構を設けてもよい。これにより、より高度な蓄電デバイス120の温度制御が可能となる。 In addition, in order to heat the power storage device 120 to a temperature suitable for the operation of the power storage device 120 when the power storage device 120 is excessively cooled, a temperature control device that has both a heat radiation function and a heating function may be used instead of the heat radiation mechanism 140 described above. A control mechanism may also be provided. This enables more sophisticated temperature control of power storage device 120.

次に、図10及び図11を参照しながら、本実施形態に係るCFRP部材111の熱伝導率の測定方法について、簡単に説明する。
本実施形態において、CFRP部材111の熱伝導率は、直線フィン温度分布フィッティング(Straight Fin Temperature Fitting:SFTF)法により測定する。
Next, a method for measuring the thermal conductivity of the CFRP member 111 according to this embodiment will be briefly described with reference to FIGS. 10 and 11.
In this embodiment, the thermal conductivity of the CFRP member 111 is measured by a straight fin temperature distribution fitting (SFTF) method.

ここで、金属積層CFRP部材110が既に蓄電デバイス120の面上に配設されている場合には、蓄電デバイス120の表面から金属積層CFRP部材110を取り外し、更に、金属層113を除去した上で、熱伝導率を測定する。具体的には、金属積層CFRP部材110が蓄電デバイス120に接着剤又はグリースを介して接触している場合には、蓄電デバイス120の垂直方向(図2Aにおけるz軸方向)に金属積層CFRP部材110をはがし、接着剤又はグリースを拭き取った上で、更に金属層113を剥離することで、測定に供することができる。また、金属積層CFRP部材110が蓄電デバイス120に接着剤により接着されている場合には、スクレーパ等の器具を用いて蓄電デバイス120から金属積層CFRP部材110をはがし、更に、金属層113をはがす。その後、金属層113が存在した面を研磨することで、CFRP部材111の表面を露出させ、表面を平滑化する。 Here, if the metal laminated CFRP member 110 is already disposed on the surface of the power storage device 120, the metal laminated CFRP member 110 is removed from the surface of the power storage device 120, and the metal layer 113 is further removed. , measure thermal conductivity. Specifically, when the metal laminated CFRP member 110 is in contact with the power storage device 120 via adhesive or grease, the metal laminated CFRP member 110 is in contact with the power storage device 120 in the vertical direction (z-axis direction in FIG. 2A). By peeling off the metal layer 113, wiping off the adhesive or grease, and then peeling off the metal layer 113, it can be used for measurement. Further, when the metal laminated CFRP member 110 is bonded to the power storage device 120 with an adhesive, the metal laminated CFRP member 110 is peeled off from the power storage device 120 using a tool such as a scraper, and the metal layer 113 is further peeled off. Thereafter, the surface where the metal layer 113 was present is polished to expose the surface of the CFRP member 111 and smooth the surface.

その後、蓄電デバイス120の表面に最も近い面を測定面とし、この測定面と、熱流を入力する部位と、を除いた部位の全てを、断熱材で被覆しておく。これにより、SFTF法に供するCFRP部材111の試験片を得ることができる。 Thereafter, the surface closest to the surface of power storage device 120 is set as the measurement surface, and all regions except this measurement surface and the region into which the heat flow is input are covered with a heat insulating material. Thereby, a test piece of the CFRP member 111 to be subjected to the SFTF method can be obtained.

図10は、SFTF法の原理を説明するための説明図である。
図10の上段に示したような、長さLt[m]、断面積A[m]=H×t、周囲長さP[m]=2×(Lt+H+t)の平板試験片の一方の端部を加熱し、他方の端部を冷却したときの定常時の試験片について、熱流の入力部位における境界温度T=Tx0と、試験片の周囲空気からの温度上昇分布T(i=1~n:温度測定点数)と、を測定する。
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the principle of the SFTF method.
One end of a flat plate specimen with length Lt [m], cross-sectional area A [m 2 ] = H x t, and peripheral length P [m] = 2 x (Lt + H + t) as shown in the upper part of Fig. 10. Regarding the test piece at steady state when one end is heated and the other end is cooled, the boundary temperature T 0 =T x0 at the heat flow input part and the temperature rise distribution T i (i= 1 to n: number of temperature measurement points).

一方、直線フィンの温度分布に関する解析解Txiを与える直線フィンの温度分布解析式は、試験片の1端温度固定・片端面断熱の境界条件を用いて、以下の式(101)で与えられる。そこで、得られた測定値Txiと、式(101)で与えられる直線フィンの温度上昇の解析解Txとを比較して、以下の式(103)で規定される標準偏差σを算出し、この標準偏差が最小となるように、解析式中のパラメータmを決定する。 On the other hand, the temperature distribution analytical formula for the straight fin that gives the analytical solution T xi regarding the temperature distribution of the straight fin is given by the following formula (101) using the boundary conditions of fixed temperature at one end and heat insulation at one end of the test piece. . Therefore, the obtained measured value T xi is compared with the analytical solution Tx of the temperature rise of the straight fin given by the equation (101), and the standard deviation σ specified by the following equation (103) is calculated, The parameter m in the analytical formula is determined so that this standard deviation is minimized.

また、着目する試料の面内方向熱伝導率(図10における長さLt方向の熱伝導率)をkと表すこととする。この場合に、式(101)で表される解析式中のパラメータmは、試験片表面から周囲空気への平均熱伝達率hを用いて、以下の式(105)のように表される。 Further, the in-plane thermal conductivity (thermal conductivity in the length Lt direction in FIG. 10) of the sample of interest is expressed as k p . In this case, the parameter m in the analytical equation expressed by equation (101) is expressed as the following equation (105) using the average heat transfer coefficient h m from the test piece surface to the surrounding air. .

また、平均熱伝達率hは、垂直平板自然対流熱伝達率及び放射熱伝達率の理論式を用いて、以下の式(107)~式(111)のように表される。ここで、以下の式(107)~式(111)において、hnmは、高さHの垂直平板に対する自然対流熱伝達率であり、hrmは、放射率εの表面からの放射熱伝達率である。また、k、v、β、Prは、それぞれ、空気の熱伝導率、動粘性係数、膨張率、プラントル数である。また、gは、重力加速度であり、σ’は、ステファン・ボルツマン定数(=5.67×10-8W/m・K)である。T,Tは、それぞれ絶対温度で表した試験片の平均温度と外気温度である。ΔTmは、試験片の平均温度上昇であり、フィン効率φ(0.8)及びx=0での温度上昇ΔTを用いてΔT・φにより求めることができる。 Further, the average heat transfer coefficient h m is expressed as the following equations (107) to (111) using the theoretical equations of the vertical plate natural convection heat transfer coefficient and the radiation heat transfer coefficient. Here, in the following equations (107) to (111), h nm is the natural convection heat transfer coefficient for a vertical flat plate of height H, and h rm is the radiation heat transfer coefficient from the surface with emissivity ε. It is. Moreover, ka , v a , β, and Pr are the thermal conductivity, kinematic viscosity coefficient, expansion coefficient, and Prandtl number of air, respectively. Furthermore, g is the gravitational acceleration, and σ' is the Stefan-Boltzmann constant (=5.67×10 −8 W/m 2 ·K 4 ). T m and T a are the average temperature of the test piece and the outside temperature, respectively, expressed in absolute temperature. ΔTm is the average temperature rise of the test piece, and can be determined from ΔT 0 ·φ using the fin efficiency φ (0.8) and the temperature increase ΔT 0 at x=0.

Figure 0007430248000001
Figure 0007430248000001

実際のCFRP部材の熱伝導率を測定する際には、対象となるCFRP部材を、幅20mm×長さ200mmの大きさに切り出した後、図11に示したような積層構造を構成して、片端にヒータを設置し、ヒータ出力を、10Vで1.6Wに設定する。その後、CFRP部材の面内の温度分布をサーモカメラで撮影し、得られた熱画像を温度分布に変換して、試験長と表面温度の関係を確認する。得られた試験長と表面温度の関係を、上記の直線フィン温度分布フィッティング法で解析することで、着目するCFRP部材の熱伝導率を得ることができる。 When measuring the thermal conductivity of an actual CFRP member, the target CFRP member is cut out into a size of 20 mm wide x 200 mm long, and then a laminated structure as shown in Fig. 11 is constructed. A heater is installed at one end, and the heater output is set to 1.6W at 10V. After that, the in-plane temperature distribution of the CFRP member is photographed with a thermo camera, the obtained thermal image is converted into a temperature distribution, and the relationship between the test length and the surface temperature is confirmed. The thermal conductivity of the CFRP member of interest can be obtained by analyzing the relationship between the obtained test length and surface temperature using the linear fin temperature distribution fitting method described above.

また、接着剤及びグリースの熱伝導率は、以下のような、ASTM5470に準拠した熱抵抗測定法により測定することができる。
図12の上段左側の図に示したように、上部メーターバーと下部メーターバーの間に、着目する試料を挟み、上部メーターバー側のヒータに電力を加える。一方、下部メーターバー側のテストヘッドは、水冷等の方法により、一定温度に保持する。その上で、上部メーターバーと下部メーターバーの位置と温度との関係から、試料の熱抵抗を求める。具体的には、図中のT1~T4に示す位置に熱電対を装着しておき、T1~T2で得られる温度から算出される温度勾配に基づき、試料の上部メーターバー側の表面温度を算出する。また、T3~T4で得られる温度から算出される温度勾配に基づき、試料の下部メーターバー側の表面温度を算出する。これにより、試料の内部での温度差ΔTを算出する。また、ヒータからの発熱量Q[W]を用いることで、試料の熱抵抗を求めることができる。
Further, the thermal conductivity of adhesives and greases can be measured by the following thermal resistance measurement method based on ASTM5470.
As shown in the diagram on the upper left side of FIG. 12, the sample of interest is sandwiched between the upper meter bar and the lower meter bar, and power is applied to the heater on the upper meter bar side. On the other hand, the test head on the lower meter bar side is maintained at a constant temperature by water cooling or other methods. Then, determine the thermal resistance of the sample from the relationship between the positions of the upper and lower meter bars and the temperature. Specifically, thermocouples are attached to the positions indicated by T1 to T4 in the figure, and the surface temperature on the upper meter bar side of the sample is calculated based on the temperature gradient calculated from the temperatures obtained at T1 to T2. do. Furthermore, the surface temperature of the sample on the lower meter bar side is calculated based on the temperature gradient calculated from the temperatures obtained at T3 to T4. Thereby, the temperature difference ΔT inside the sample is calculated. Further, by using the amount of heat generated from the heater Q [W], the thermal resistance of the sample can be determined.

試料の厚みを変えながら、上記のようにして試料の熱抵抗を算出し、得られた結果を、図12の下段に示したような試料の厚みと熱抵抗とで規定される座標平面にプロットする。その後、得られたプロットの分布を最小二乗法により直線近似し、直線の傾きを算出する。得られた傾きの逆数が、着目する試料の熱伝導率となる。 Calculate the thermal resistance of the sample as described above while changing the sample thickness, and plot the obtained results on a coordinate plane defined by the sample thickness and thermal resistance as shown in the lower part of Figure 12. do. Thereafter, the distribution of the obtained plot is linearly approximated by the least squares method, and the slope of the straight line is calculated. The reciprocal of the obtained slope becomes the thermal conductivity of the sample of interest.

上記のような熱伝導率の測定方法は、トランジスタ法やモデルヒーター法と異なり、上部メーターバー側の印加圧力を変えることが可能であるため、印加圧力に対しての熱抵抗を再現性良く評価することが可能である。実際の測定では、厚みが0.5mm、1.0mm、1.5mmである薄膜を作製し、20mm角に切断する。その後、切断した試料を、メーターバーに挟んで測定すればよい。この際、メーターバーの材質は、SUS304(20mm角)とし、測定時の荷重を3kg/cmとする。その上で、熱抵抗と厚みの関係から傾きを算出し、傾きの逆数から熱伝導率を算出すればよい。 Unlike the transistor method or model heater method, the thermal conductivity measurement method described above allows for changing the applied pressure on the upper meter bar side, making it possible to evaluate thermal resistance against applied pressure with good reproducibility. It is possible to do so. In actual measurements, thin films with thicknesses of 0.5 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm are prepared and cut into 20 mm square pieces. Thereafter, the cut sample may be placed between meter bars and measured. At this time, the material of the meter bar is SUS304 (20 mm square), and the load at the time of measurement is 3 kg/cm 2 . Then, the slope may be calculated from the relationship between the thermal resistance and the thickness, and the thermal conductivity may be calculated from the reciprocal of the slope.

また、着目する接着剤やグリースが少量しか得られなかった場合には、着目する接着剤やグリースを、適切な有機溶剤に溶解し、溶解しなかったフィラー粒子を抽出する。取出したフィラー粒子を、蛍光X線による成分分析、及び、X線回折による結晶構造解析に供することで、フィラー粒子の種類を同定する。また、マトリックス樹脂の組成に関しては、得られた樹脂溶液を、赤外分光法により観察することで、マトリックス樹脂の種類を同定する。また、取り出したフィラー量とマトリックス量から、熱伝導率を下記の式(121)により算出することができる。 Alternatively, if only a small amount of the adhesive or grease of interest is obtained, the adhesive or grease of interest is dissolved in an appropriate organic solvent, and the undissolved filler particles are extracted. The extracted filler particles are subjected to component analysis using fluorescent X-rays and crystal structure analysis using X-ray diffraction to identify the type of filler particles. Regarding the composition of the matrix resin, the type of matrix resin is identified by observing the obtained resin solution using infrared spectroscopy. Furthermore, the thermal conductivity can be calculated from the extracted filler amount and matrix amount using the following equation (121).

ここで、以下の式(121)において、λmatrixは、マトリックス樹脂の熱伝導率であり、λfillerは、フィラー粒子の熱伝導率であり、λcompositeは、コンポジットの熱伝導率である。また、φは、フィラーの含有量(体積分率)であり、xは、フィラーの形状因子(真球のとき、x=2で最小となる。)である。 Here, in the following equation (121), λ matrix is the thermal conductivity of the matrix resin, λ filler is the thermal conductivity of the filler particles, and λ composite is the thermal conductivity of the composite. Moreover, φ is the content (volume fraction) of the filler, and x is the shape factor of the filler (when it is a perfect sphere, it is minimum at x=2).

Figure 0007430248000002
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以上、図2A~図12を参照しながら、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体1について、詳細に説明した。 The electricity storage device structure 1 according to the present embodiment has been described in detail above with reference to FIGS. 2A to 12.

(蓄電デバイス構造体の製造方法について)
以上説明したような蓄電デバイス構造体は、以下のようにして製造することができる。まず、所定の炭素強化繊維及びマトリックス樹脂を含有するCFRPプリプレグを準備し、所的の枚数積層することで所望の厚みとする。その上で、得られた積層プリプレグをホットプレス成型又はオートグレーブ成型することで、CFRP部材とする。得られたCFRP部材の表面に対して、更に、先だって説明したような金属素材(例えば、金属箔や金属板)を配置することで、金属積層CFRP部材とする。
(About the manufacturing method of the electricity storage device structure)
The electricity storage device structure as explained above can be manufactured as follows. First, CFRP prepreg containing predetermined carbon reinforcing fibers and matrix resin is prepared, and a predetermined number of sheets are laminated to obtain a desired thickness. Thereafter, the obtained laminated prepreg is hot press molded or autograve molded to form a CFRP member. A metal laminated CFRP member is obtained by further arranging a metal material (for example, a metal foil or a metal plate) as described above on the surface of the obtained CFRP member.

得られた金属積層CFRP部材を、蓄電デバイスの表面に対し、必要に応じて、接着剤やグリースを用いながら配置し、更に、必要に応じて、金属積層CFRP部材の端部に、冷媒又は放熱機構を設置する。これにより、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体を製造することができる。 The obtained metal laminated CFRP member is placed on the surface of the electricity storage device using adhesive or grease as necessary, and further, if necessary, a coolant or heat dissipation is applied to the end of the metal laminated CFRP member. Install a mechanism. Thereby, the electricity storage device structure according to this embodiment can be manufactured.

以上、図2A~図12を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法について、詳細に説明した。 The power storage device structure and the heat dissipation method for the power storage device structure according to the first embodiment of the present invention have been described in detail above with reference to FIGS. 2A to 12.

≪第2実施形態≫
各種の蓄電デバイスが電気自動車等に実装される場合、複数の蓄電デバイスが用いられる可能性が高い。この際、上記特許文献1及び特許文献2に開示された技術を用いたとしても、隣り合って複数存在する蓄電デバイスの周囲の温度を効率よく低下させつつ、蓄電デバイスの異常発熱時の安全性を担保するという観点において、未だ改善の余地があった。
≪Second embodiment≫
When various power storage devices are installed in an electric vehicle or the like, there is a high possibility that a plurality of power storage devices will be used. In this case, even if the technology disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 is used, it is possible to efficiently reduce the temperature around a plurality of power storage devices that are adjacent to each other, while ensuring safety in the event of abnormal heat generation of the power storage devices. There was still room for improvement from the perspective of ensuring security.

このような観点から、以下に示す第2実施形態では、複数の蓄電デバイスが隣り合って存在するような状況下において、隣り合って複数存在する蓄電デバイスの周囲の温度をより効率よく冷却可能な蓄電デバイス構造体とその放熱方法について着目した。以下に示す第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体により、隣り合って複数存在する蓄電デバイスの周囲の温度を、より効率よく冷却することが可能となる。 From this point of view, in the second embodiment described below, in a situation where a plurality of power storage devices exist next to each other, the temperature around the plurality of power storage devices that are adjacent to each other can be cooled more efficiently. We focused on the power storage device structure and its heat dissipation method. With the power storage device structure according to the second embodiment described below, it is possible to more efficiently cool down the temperature around a plurality of adjacent power storage devices.

(蓄電デバイス構造体について)
以下では、図13~図19を参照しながら、本発明の第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体について、詳細に説明する。
図13は、本実施形態に係るバッテリーセル冷却機構の構成を模式的に示した説明図である。図14~図19は、本実施形態に係るバッテリーセル冷却機構について説明するための模式図である。
(About the power storage device structure)
Hereinafter, a power storage device structure according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 13 to 19.
FIG. 13 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the battery cell cooling mechanism according to this embodiment. 14 to 19 are schematic diagrams for explaining the battery cell cooling mechanism according to this embodiment.

第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体は、複数の蓄電デバイスと、配向した炭素強化繊維を有する炭素繊維強化プラスチック部材と、を備え、炭素繊維強化プラスチック部材は、複数の蓄電デバイスの少なくとも1つの面上に配置され、蓄電デバイスと熱的に接続されており、炭素強化繊維の配向方向における炭素繊維強化プラスチック部材の少なくとも片方の端部は、当該端部の全面が雰囲気中に露出するか、又は、当該端部の少なくとも一部が、冷媒もしくは放熱機構の少なくとも何れかに接しており、炭素繊維強化プラスチック部材を平面視したときに、雰囲気中に露出している端部又は冷媒もしくは放熱機構に向かう方向を0°方向と定義し、0°方向に直交する方向を90°方向と定義し、炭素繊維強化プラスチック部材に含まれる炭素強化繊維の延伸方向について、0°方向成分及び90°方向成分をそれぞれ算出したときに、炭素繊維強化プラスチック部材の全体に含まれる炭素強化繊維の延伸方向における0°方向成分が、40%以上である蓄電デバイス構造体において、複数の蓄電デバイスが、互いに対向するように配置され、放熱機構に対し、複数の蓄電デバイスが熱的に接続されており、炭素繊維強化プラスチック部材は、複数の蓄電デバイスすくなくとも1つ以上に対し、隣り合う他の蓄電デバイスと対向する少なくとも1つの面上に設けられ、かつ、放熱機構に対して熱的に接続されている形態を具体化したものである。
The power storage device structure according to the second embodiment includes a plurality of power storage devices and a carbon fiber reinforced plastic member having oriented carbon reinforced fibers, and the carbon fiber reinforced plastic member includes at least one of the plurality of power storage devices. The carbon fiber reinforced plastic member is disposed on one surface and is thermally connected to the electricity storage device, and at least one end of the carbon fiber reinforced plastic member in the direction of orientation of the carbon reinforced fibers is exposed entirely to the atmosphere. Or, at least a part of the end portion is in contact with at least one of the refrigerant or the heat dissipation mechanism, and when the carbon fiber reinforced plastic member is viewed from above, the end portion or the refrigerant or the end portion is exposed in the atmosphere. The direction toward the heat dissipation mechanism is defined as the 0° direction, and the direction perpendicular to the 0° direction is defined as the 90° direction. In a power storage device structure in which the 0° direction component in the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the entire carbon fiber reinforced plastic member is 40% or more when the ° direction component is calculated, a plurality of power storage devices A plurality of power storage devices are arranged to face each other and are thermally connected to the heat dissipation mechanism, and the carbon fiber reinforced plastic member is connected to at least one of the plurality of power storage devices and other adjacent power storage devices. This embodiment embodies a configuration in which the heat dissipation mechanism is provided on at least one surface facing the heat dissipation mechanism and is thermally connected to the heat dissipation mechanism.

以下では、便宜的に、図13に示した座標系を参照しながら、説明を行うものとする。
本実施形態に係る蓄電デバイス構造体は、複数の蓄電デバイス(例えば、バッテリーセル)を冷却するための冷却機構として機能する。この蓄電デバイス構造体21は、図13に模式的に示したように、x軸方向に沿って配設された、複数の蓄電デバイスの一例としての複数のバッテリーセル210と、複数のバッテリーセル210に熱的に接続された熱冷却機構220と、複数のバッテリーセル210の少なくとも1つ以上に対し、隣り合う他のバッテリーセル210と対向する少なくとも1つの面上に設けられており、熱冷却機構220に対して熱的に接続されている炭素繊維強化プラスチック(CFRP)部材230と、を備える。
For convenience, the following description will be made with reference to the coordinate system shown in FIG. 13.
The power storage device structure according to this embodiment functions as a cooling mechanism for cooling a plurality of power storage devices (for example, battery cells). As schematically shown in FIG. 13, this power storage device structure 21 includes a plurality of battery cells 210, which are an example of a plurality of power storage devices, and a plurality of battery cells 210 arranged along the x-axis direction. A thermal cooling mechanism 220 is provided on at least one surface facing another adjacent battery cell 210 with respect to at least one or more of the plurality of battery cells 210. a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) member 230 thermally connected to 220 .

バッテリーセル210としては、電気エネルギーを蓄積・放出する各種のバッテリーセルを用いることが可能である。このようなバッテリーセル210として、例えば、各種のリチウムイオン2次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等を挙げることができる。かかるバッテリーセル210は、所望の蓄電量を実現するために、例えば図13のx軸方向に沿って、所定の間隙を設けながら複数配設されている。かかるバッテリーセル210は、露出した状態であってもよいし、バッテリーケース等の容器に収容された状態であってもよい。 As the battery cell 210, it is possible to use various battery cells that store and release electrical energy. Examples of such battery cells 210 include various lithium ion secondary batteries, nickel hydride batteries, nickel cadmium batteries, and the like. A plurality of such battery cells 210 are arranged with predetermined gaps provided, for example, along the x-axis direction in FIG. 13 in order to realize a desired amount of electrical storage. The battery cell 210 may be exposed or housed in a container such as a battery case.

熱冷却機構220は、放熱機構の一例であり、熱的に接続されている各種の部材から伝達された熱を冷却する部材である。この熱冷却機構220は、例えば金属製のブロックに冷媒を通す冷却装置等のように、各種の部材から伝達された熱を、水等の各種の冷媒を用いて冷却するものであってもよい。また、例えばアルミニウム製ヒートシンク(より具体的にはアルミフィン)などのように、各種の部材から伝達された熱を、蓄電デバイス構造体21の外部に放出するものであってもよい。また、熱冷却機構220は、例えば、上記のような各種の冷却装置に熱的に接続されているバッテリーケース(バッテリーセル210を収容するもの)のように、熱冷却機能が実装されている何らかの部材であってもよい。なお、冷媒は、水、油、又は、ゲル状の物質をいい、ゲル状物質の場合は、冷媒としてのみならず熱伝達部材として用いることもできる。 Thermal cooling mechanism 220 is an example of a heat dissipation mechanism, and is a member that cools heat transferred from various members that are thermally connected. This thermal cooling mechanism 220 may be one that cools the heat transferred from various members using various refrigerants such as water, such as a cooling device that passes a refrigerant through a metal block. . Alternatively, it may be a heat sink made of aluminum (more specifically, an aluminum fin) that releases heat transferred from various members to the outside of the power storage device structure 21. Further, the thermal cooling mechanism 220 may be a device equipped with a thermal cooling function, such as a battery case (accommodating the battery cell 210) that is thermally connected to the various cooling devices described above. It may be a member. Note that the refrigerant refers to water, oil, or a gel-like substance, and in the case of a gel-like substance, it can be used not only as a refrigerant but also as a heat transfer member.

複数のバッテリーセル210で発生した熱は、バッテリーセル210から直接熱冷却機構220まで伝達されたり、詳述するCFRP部材230等を介して熱冷却機構220まで伝達されたりして、蓄電デバイス構造体21の外部へと放出される。 The heat generated in the plurality of battery cells 210 is transmitted directly from the battery cells 210 to the thermal cooling mechanism 220, or is transmitted to the thermal cooling mechanism 220 via a CFRP member 230, etc., which will be described in detail, and is transferred to the electricity storage device structure. It is released to the outside of 21.

CFRP部材230は、バッテリーセル210で発生した熱を熱冷却機構220まで伝達させるための熱伝導体として機能する。かかるCFRP部材230は、上述のように、良好な熱伝導体である炭素強化繊維がマトリックス樹脂中に埋没しているという構造を有している。そのため、CFRP部材230は、炭素強化繊維の配向方向に熱を良好に伝達する一方で、CFRP部材230の厚み方向には、熱を伝達させにくいという特性を発現する。ただし、CFRP部材230の厚み方向への熱伝達を完全に遮断するものではないため、ある程度の時間の経過とともに、厚み方向へ熱を伝達することができる。また、CFRP部材230の厚み方向への熱伝達効率は、アルミニウム等の各種金属の熱伝達効率よりは低いため、アルミニウム等の各種金属と比較して、伝達している熱が途中で放熱される現象は抑制される。 The CFRP member 230 functions as a thermal conductor for transmitting heat generated in the battery cell 210 to the thermal cooling mechanism 220. As described above, the CFRP member 230 has a structure in which carbon reinforced fibers, which are good thermal conductors, are embedded in the matrix resin. Therefore, the CFRP member 230 exhibits a characteristic that, while it transfers heat well in the orientation direction of the carbon-reinforced fibers, it is difficult to transfer heat in the thickness direction of the CFRP member 230. However, since heat transfer in the thickness direction of the CFRP member 230 is not completely blocked, heat can be transferred in the thickness direction over a certain amount of time. In addition, the heat transfer efficiency in the thickness direction of the CFRP member 230 is lower than that of various metals such as aluminum, so the heat being transferred is radiated midway compared to various metals such as aluminum. The phenomenon is suppressed.

ここで、本実施形態に係るCFRP部材230の熱冷却機構220に向かう方向(図13におけるz軸方向)の熱伝導率は、50~300W/m・Kの範囲内であることが好ましい。熱冷却機構220に向かう方向の熱伝導率が上記の範囲内となることで、バッテリーセル210で発生する熱を、より確実に熱冷却機構220へ伝達させることができる。 Here, the thermal conductivity of the CFRP member 230 according to the present embodiment in the direction toward the thermal cooling mechanism 220 (z-axis direction in FIG. 13) is preferably within the range of 50 to 300 W/m·K. When the thermal conductivity in the direction toward the thermal cooling mechanism 220 is within the above range, the heat generated in the battery cell 210 can be more reliably transferred to the thermal cooling mechanism 220.

熱冷却機構220に向かう方向の熱伝導率が50W/m・K未満となる場合には、バッテリーセル210で発生する熱を十分に熱冷却機構220に伝達させることができずに、バッテリーセル210を十分に冷却できない可能性が生じうる。CFRP部材230の熱冷却機構220に向かう方向の熱伝導率は、100W/m・K以上であることがより好ましく、150W/m・K以上であることが更に好ましい。 If the thermal conductivity in the direction toward the thermal cooling mechanism 220 is less than 50 W/m·K, the heat generated in the battery cell 210 cannot be sufficiently transferred to the thermal cooling mechanism 220, and the battery cell 210 may not be able to cool down sufficiently. The thermal conductivity of the CFRP member 230 in the direction toward the thermal cooling mechanism 220 is more preferably 100 W/m·K or more, and even more preferably 150 W/m·K or more.

一方、熱冷却機構220に向かう方向の熱伝導率が300W/m・Kを超えるものは、商業ベースでは殆ど製造されておらず、コスト高となることから、CFRP部材230の熱冷却機構220に向かう方向の熱伝導率は、300W/m・K以下であることが好ましい。 On the other hand, those whose thermal conductivity in the direction toward the thermal cooling mechanism 220 exceeds 300 W/m·K are hardly manufactured on a commercial basis and are expensive, so the thermal cooling mechanism 220 of the CFRP member 230 is The thermal conductivity in the direction is preferably 300 W/m·K or less.

第1実施形態においても言及したように、一般に、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)に用いられる炭素強化繊維は、ピッチ系の炭素強化繊維と、PAN系の炭素強化繊維と、に大別される。本実施形態に係る炭素繊維強化プラスチック部材230は、ピッチ系の炭素強化繊維を含有していることが好ましい。ピッチ系の炭素強化繊維を用いることで、より優れた熱伝達効率を実現することが可能となる。 As mentioned in the first embodiment, carbon reinforced fibers used in carbon fiber reinforced plastics (CFRP) are generally classified into pitch-based carbon reinforced fibers and PAN-based carbon reinforced fibers. The carbon fiber reinforced plastic member 230 according to this embodiment preferably contains pitch-based carbon reinforced fibers. By using pitch-based carbon reinforced fibers, it is possible to achieve better heat transfer efficiency.

また、炭素強化繊維は、連続的に延伸している炭素繊維(連続繊維とも呼ばれる。)を含むもの、例えば2~100mm程度の長さに裁断された炭素繊維(チョップド糸とも呼ばれる。)を含むもの、0.05~0.30mm程度の長さに裁断された炭素繊維(ミルドファイバーとも呼ばれる。)を含むものなど、様々なものが存在する。本実施形態では、これら繊維のいずれを用いることも可能であるし、複数種類の繊維を組み合わせて使用することも可能である。 Furthermore, carbon reinforced fibers include carbon fibers that are continuously drawn (also called continuous fibers), such as carbon fibers that are cut into lengths of about 2 to 100 mm (also called chopped yarn). There are various types, including those containing carbon fibers (also called milled fibers) cut into lengths of about 0.05 to 0.30 mm. In this embodiment, any of these fibers can be used, or a combination of multiple types of fibers can be used.

また、CFRP部材230に用いられるマトリックス樹脂は、熱可塑性のマトリックス樹脂であってもよいし、熱硬化性のマトリックス樹脂であってもよいが、耐熱性の高い樹脂であることが好ましい。ここでいう「耐熱性が高い」とは、バッテリーセル210で発生しうる熱に暴露された場合であっても、CFRP部材230の形状が保持可能な程度の耐熱性を有することをいう。このような耐熱性の高い樹脂を用いることで、蓄電デバイス構造体21の性能が低下することを防止して、より確実なバッテリーセルの冷却を実現することが可能となる。 Further, the matrix resin used for the CFRP member 230 may be a thermoplastic matrix resin or a thermosetting matrix resin, but is preferably a resin with high heat resistance. Here, "high heat resistance" means that the CFRP member 230 has heat resistance to the extent that it can maintain its shape even when exposed to heat that can be generated by the battery cells 210. By using such a resin with high heat resistance, it is possible to prevent the performance of the power storage device structure 21 from deteriorating and achieve more reliable cooling of the battery cells.

上記のような耐熱性を有する熱硬化性のマトリックス樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂を挙げることができる。また、上記のような耐熱性を有する熱可塑性のマトリックス樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ナイロン12樹脂、ナイロン6樹脂、ポリカーボネート樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、PBT(ポリブチレンテレフタレート)樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、フェノキシ樹脂等を挙げることができる。上記のマトリックス樹脂のうち特に耐熱性の高いものとしては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、PEEK樹脂を挙げることができる。 Examples of the thermosetting matrix resin having heat resistance as described above include phenol resin, epoxy resin, and melamine resin. In addition, examples of the thermoplastic matrix resin having heat resistance as described above include polypropylene resin, nylon 12 resin, nylon 6 resin, polycarbonate resin, PEEK (polyether ether ketone) resin, and PBT (polybutylene terephthalate) resin. , PPS (polyphenylene sulfide) resin, phenoxy resin, and the like. Among the above matrix resins, those having particularly high heat resistance include epoxy resins, phenol resins, melamine resins, and PEEK resins.

本実施形態に係るCFRP部材230において、強化繊維密度(VF:Volume Fraction)は、例えば、連続繊維(CFRPの一端から他端まで連続で繋がった繊維)の場合は40~65%の範囲内であることが好ましく、チョップド糸などの不連続繊維(25~100mm長など)の場合は20~50%の範囲内であることが好ましい。強化繊維密度が上記の範囲内となることで、コストの増加を抑制しながら、より効率の良い熱伝導を実現することが可能となり、熱冷却機構220に向かう方向の熱伝導率を、より確実に上述した熱伝導率の範囲内とすることが可能となる。強化繊維密度は、使用する繊維が連続繊維の場合、より好ましくは50~60%の範囲内であり、不連続繊維の場合、より好ましくは30~45%の範囲内である。 In the CFRP member 230 according to the present embodiment, the reinforcing fiber density (VF: Volume Fraction) is, for example, within the range of 40 to 65% in the case of continuous fibers (fibers continuously connected from one end of the CFRP to the other end). In the case of discontinuous fibers such as chopped yarn (25 to 100 mm length, etc.), it is preferably within the range of 20 to 50%. By setting the reinforcing fiber density within the above range, it is possible to achieve more efficient heat conduction while suppressing an increase in cost, and the thermal conductivity in the direction toward the thermal cooling mechanism 220 is more reliable. It is possible to keep the thermal conductivity within the above-mentioned range. The reinforcing fiber density is more preferably within the range of 50 to 60% when the fibers used are continuous fibers, and more preferably within the range of 30 to 45% when the fibers are discontinuous fibers.

また、本実施形態に係るCFRP部材230において、炭素強化繊維は、熱冷却機構220に向かう方向(図13におけるz軸方向)に配向している。 Further, in the CFRP member 230 according to the present embodiment, the carbon reinforced fibers are oriented in the direction toward the thermal cooling mechanism 220 (the z-axis direction in FIG. 13).

ここで、炭素強化繊維の配向方向とは、CFRP部材230に含まれる1本1本の炭素強化繊維の方向ではなく、CFRP部材230の全体としての炭素強化繊維の配向方向(換言すれば、平均化してマクロ的に見たときの炭素強化繊維の配向方向)である。 Here, the orientation direction of carbon-reinforced fibers is not the direction of each individual carbon-reinforced fiber included in the CFRP member 230, but the orientation direction of the carbon-reinforced fibers of the CFRP member 230 as a whole (in other words, the average (orientation direction of carbon-reinforced fibers when viewed macroscopically).

より詳細には、CFRP部材230を上方(例えば、図13におけるx軸方向)から平面視したときに、雰囲気中に露出している端部又は冷媒もしくは放熱機構に向かう方向(例えば、図13におけるz軸方向)を0°方向と定義し、0°方向に直交する方向(例えば、図13におけるy軸方向)を90°方向と定義する。その上で、炭素繊維強化プラスチック部材に含まれる炭素強化繊維の延伸方向について、0°方向成分及び90°方向成分をそれぞれ算出したときに、炭素繊維強化プラスチック部材の全体に含まれる炭素強化繊維の延伸方向における0°方向成分は、40%以上となっている。 More specifically, when the CFRP member 230 is viewed from above (for example, the x-axis direction in FIG. 13), the end exposed in the atmosphere or in the direction toward the refrigerant or the heat dissipation mechanism (for example, in the direction of the heat dissipation mechanism in FIG. 13) z-axis direction) is defined as the 0° direction, and a direction perpendicular to the 0° direction (for example, the y-axis direction in FIG. 13) is defined as the 90° direction. Then, when calculating the 0° direction component and the 90° direction component with respect to the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the carbon fiber reinforced plastic member, the carbon reinforced fibers included in the entire carbon fiber reinforced plastic member are calculated. The 0° direction component in the stretching direction is 40% or more.

本実施形態において、0°方向成分の割合が40%未満となる場合には、CFRP部材230は、所望の冷却性能を発現させることができない。0°方向成分の割合を40%以上とすることで、CFRP部材230は、所望の冷却性能を発現するようになる。0°方向成分の割合は、好ましくは通常のクロス材が使用可能な50%以上であり、より好ましくは60%以上であり、その上限値は100%であってもよい。 In this embodiment, if the proportion of the 0° direction component is less than 40%, the CFRP member 230 cannot exhibit the desired cooling performance. By setting the proportion of the 0° direction component to 40% or more, the CFRP member 230 can exhibit desired cooling performance. The proportion of the 0° direction component is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, at which a normal cloth material can be used, and the upper limit thereof may be 100%.

なお、上記のような0°方向成分の割合は、第1実施形態で説明した方法と同様にして、特定することが可能である。 Note that the ratio of the 0° direction component as described above can be specified in the same manner as the method described in the first embodiment.

これにより、バッテリーセル210で発生した熱を、より確実に熱冷却機構220へと伝達することが可能となる。また、本実施形態に係るCFRP部材230を、炭素強化繊維が熱冷却機構220に向かう方向に配向している一方向性のCFRPで構成することで、バッテリーセル210で発生した熱を、更に確実に熱冷却機構220へと伝達することが可能となる。 Thereby, the heat generated in the battery cells 210 can be more reliably transferred to the thermal cooling mechanism 220. Furthermore, by configuring the CFRP member 230 according to the present embodiment with unidirectional CFRP in which carbon-reinforced fibers are oriented in the direction toward the thermal cooling mechanism 220, heat generated in the battery cell 210 can be more reliably dissipated. It becomes possible to transmit the heat to the cooling mechanism 220.

一方、蓄電デバイス構造体21の剛性及びバッテリーセル210の保護をより向上させる場合には、クロス材を用いたCFRPや、疑似等方積層材を用いたCFRPを用いて、CFRP部材230を構成してもよい。 On the other hand, in order to further improve the rigidity of the power storage device structure 21 and the protection of the battery cells 210, the CFRP member 230 may be constructed using CFRP using a cloth material or CFRP using a quasi-isotropic laminated material. You can.

また、CFRP部材230を構成する際に、炭素強化繊維に加えて、ガラス繊維又はアラミド繊維の少なくとも何れかを更に用いてもよい。この際、CFRP部材230を構成するマトリックス樹脂中に、炭素強化繊維に加えて、ガラス繊維やアラミド繊維を含有させてもよい。しかしながら、CFRP部材230を製造する際に、マトリックス樹脂中に炭素強化繊維が保持されたCFRPプリプレグと、マトリックス樹脂中にガラス繊維又はアラミド繊維が保持されたCFRPプリプレグと、を準備しておき、これらCFRPプリプレグを所望の積層状態となるように積層したうえでCFRP部材230とするのが簡便である。この際、ガラス繊維が用いられたCFRPプリプレグや、アラミド繊維が用いられたCFRPプリプレグは、1層程度用いるようにすることが好ましい。 Further, when configuring the CFRP member 230, in addition to carbon reinforced fibers, at least one of glass fibers and aramid fibers may be further used. At this time, the matrix resin constituting the CFRP member 230 may contain glass fibers or aramid fibers in addition to carbon reinforced fibers. However, when manufacturing the CFRP member 230, a CFRP prepreg in which carbon reinforced fibers are held in a matrix resin and a CFRP prepreg in which glass fibers or aramid fibers are held in a matrix resin are prepared. It is convenient to stack CFRP prepregs in a desired stacked state and then form the CFRP member 230. At this time, it is preferable to use about one layer of CFRP prepreg using glass fiber or CFRP prepreg using aramid fiber.

上記のようなCFRP部材230は、図13における左から2番目のバッテリーセル210に例示したように、複数のバッテリーセル210の少なくとも1つ以上に対して、隣り合う他のバッテリーセル210と対向する少なくとも1つの面上に設けられ、熱冷却機構220に対して熱的に接続されている。これにより、CFRP部材230が設けられたバッテリーセル210で発生した熱を、熱冷却機構220に伝達させて、バッテリーセル210を冷却することができる。 The CFRP member 230 as described above, as illustrated in the second battery cell 210 from the left in FIG. It is provided on at least one surface and is thermally connected to the thermal cooling mechanism 220 . Thereby, heat generated in the battery cell 210 provided with the CFRP member 230 can be transferred to the thermal cooling mechanism 220 to cool the battery cell 210.

また、CFRP部材230は、図13における右から2番目のバッテリーセル210に例示したように、隣り合う他のバッテリーセル210と対向する2つの面上に設けられてもよい。更に、図14に例示したように、CFRP部材230は、複数のバッテリーセル210の全てに対して設けられてもよい。 Further, the CFRP member 230 may be provided on two surfaces facing other adjacent battery cells 210, as illustrated in the second battery cell 210 from the right in FIG. Furthermore, as illustrated in FIG. 14, the CFRP member 230 may be provided for all of the plurality of battery cells 210.

ここで、本実施形態において、CFRP部材230の厚み(図13におけるx軸方向の厚み)は、0.1~5.0mmの範囲内であることが好ましい。CFRP部材230の厚みを上記の範囲内とすることで、バッテリーセル210で発生した熱を、より効率よく熱冷却機構220に伝達することが可能となる。バッテリーセルの面上に設けられたCFRP部材230においては、熱冷却機構220に近づくほど、バッテリーセル210からの伝熱量が加算されて、その内部の熱流束が増加する。従って、バッテリーセル210が大きくなり、その面上に設けられたCFRP部材230の長さが長くなる場合は、CFRP部材230の厚み(熱冷却機構220へ向かう方向に垂直な断面の面積)をより厚くすることが好ましい。また、自動車用のバッテリーなどで、走行時の振動等の影響に耐えて形状を維持するという剛性面をより考慮する場合は、CFRP部材230の厚みは、より好ましくは0.4~2.5mmの範囲内である。 Here, in this embodiment, the thickness of the CFRP member 230 (thickness in the x-axis direction in FIG. 13) is preferably within the range of 0.1 to 5.0 mm. By setting the thickness of the CFRP member 230 within the above range, it becomes possible to more efficiently transfer the heat generated in the battery cell 210 to the thermal cooling mechanism 220. In the CFRP member 230 provided on the surface of the battery cell, the closer the member is to the thermal cooling mechanism 220, the more the amount of heat transferred from the battery cell 210 is added, and the heat flux inside the member increases. Therefore, if the battery cell 210 becomes larger and the length of the CFRP member 230 provided on its surface becomes longer, the thickness of the CFRP member 230 (the area of the cross section perpendicular to the direction toward the thermal cooling mechanism 220) should be increased. It is preferable to make it thick. In addition, when considering the rigidity aspect of maintaining the shape while enduring the effects of vibrations during driving, etc. for automobile batteries, the thickness of the CFRP member 230 is more preferably 0.4 to 2.5 mm. is within the range of

また、CFRP部材230は、任意の形状を取りうる。例えば、上述のように、熱冷却機構220の方向への長さが長くなると、熱冷却機構220に近づくほど、冷却能力を増強することが好ましい。そのため、熱冷却機構220に近づくほど厚みを増加させたテーパー構造など、形状を工夫することが可能である。 Moreover, the CFRP member 230 can take any shape. For example, as described above, when the length in the direction of the thermal cooling mechanism 220 becomes longer, it is preferable to increase the cooling capacity as it approaches the thermal cooling mechanism 220. Therefore, it is possible to devise a shape such as a tapered structure in which the thickness increases closer to the thermal cooling mechanism 220.

また、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体21において、バッテリーセル210は、図13に示したy軸方向に奥行を有しているが、CFRP部材230は、バッテリーセル210のyz平面に平行な片側の面の全てを被覆していてもよいし、被覆していない部分が存在していてもよい。本実施形態において、CFRP部材230の被覆率は、好ましくは40%以上であり、より好ましくは50%以上である。 Furthermore, in the power storage device structure 21 according to the present embodiment, the battery cell 210 has a depth in the y-axis direction shown in FIG. The entire surface of one side may be covered, or there may be an uncovered portion. In this embodiment, the coverage of the CFRP member 230 is preferably 40% or more, more preferably 50% or more.

本実施形態に係るCFRP部材230をバッテリーセル210の面上に配置する際に、CFRP部材230とバッテリーセル210との界面に、熱伝導性に優れた熱伝導シート(図示せず。)を配置してもよい。このような熱伝導シートを介してCFRP部材230をバッテリーセル210の面上に配置することで、バッテリーセル210とCFRP部材230との熱接続を、より確実に確立させることが可能となる。このような熱伝導シートとして、例えば、デクセリアルズ株式会社製の高熱伝導率シートEX10000F7を挙げることができる。 When placing the CFRP member 230 according to this embodiment on the surface of the battery cell 210, a thermally conductive sheet (not shown) with excellent thermal conductivity is placed at the interface between the CFRP member 230 and the battery cell 210. You may. By arranging the CFRP member 230 on the surface of the battery cell 210 via such a thermally conductive sheet, it becomes possible to establish a thermal connection between the battery cell 210 and the CFRP member 230 more reliably. As such a thermally conductive sheet, for example, a high thermal conductivity sheet EX10000F7 manufactured by Dexerials Co., Ltd. can be mentioned.

本実施形態に係るCFRP部材230をバッテリーセル210の面上に配置する際に、例えば図15に模式的に示したように、熱伝導率が0.1W/m・K以上である接着剤又はグリース240の少なくとも何れかにより、CFRP部材230をバッテリーセル210に対して、熱的に接続させてもよい。接着剤又はグリース240の熱伝導率は、より好ましくは3.0W/m・K以上である。このような接着剤又はグリース240を用いることで、バッテリーセル210に対して、CFRP部材230を、より確実に熱接続させることが可能となる。ここで、上記のような熱伝導率を有する接着剤又はグリース240に関し、セメダイン株式会社製SX1008、SX1010、RH96Lのような接着剤や、信越化学工業株式会社製G-777のような熱伝導グリースを例示することができる。また、上記のような接着剤又はグリースに対して、更に各種のフィラー等を混合した上で使用してもよい。 When arranging the CFRP member 230 according to this embodiment on the surface of the battery cell 210, for example, as schematically shown in FIG. The CFRP member 230 may be thermally connected to the battery cell 210 using at least one of the greases 240. The thermal conductivity of the adhesive or grease 240 is more preferably 3.0 W/m·K or more. By using such an adhesive or grease 240, it becomes possible to thermally connect the CFRP member 230 to the battery cell 210 more reliably. Here, regarding the adhesive or grease 240 having thermal conductivity as described above, adhesives such as SX1008, SX1010, and RH96L manufactured by Cemedine Co., Ltd., and thermal conductive grease such as G-777 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. can be exemplified. Furthermore, the adhesive or grease described above may be used in combination with various fillers and the like.

なお、例えば自動車のような移動体に搭載される場合には、振動に耐えうるように、適宜接着剤又はグリース240の厚みを変更することが好ましい。その際、厚みは薄すぎないことが好ましく、例えば、G-777のような熱伝導グリースを使用した場合には接着0.25mm以上の厚みとすることが好ましい。 Note that when the device is mounted on a moving object such as a car, it is preferable to change the thickness of the adhesive or grease 240 as appropriate so that it can withstand vibrations. In this case, it is preferable that the thickness is not too thin; for example, when thermally conductive grease such as G-777 is used, it is preferable that the thickness is 0.25 mm or more for adhesion.

また、本実施形態に係るCFRP部材230をバッテリーセル210の面上に配置する際に、CFRP部材230を、バッテリーセル210以外の箇所(図示せず。)で固定した上で、CFRP部材230がバッテリーセル210の面と接触するようにしてもよい。また、ネジや各種の固定治具(図示せず。)を用いて、本実施形態に係るCFRP部材230を、バッテリーセル210の面上に固定してもよい。 Further, when placing the CFRP member 230 according to the present embodiment on the surface of the battery cell 210, the CFRP member 230 is fixed at a location other than the battery cell 210 (not shown), and then the CFRP member 230 is It may also be in contact with the surface of the battery cell 210. Further, the CFRP member 230 according to this embodiment may be fixed on the surface of the battery cell 210 using screws or various fixing jigs (not shown).

一方、本実施形態に係るCFRP部材230を熱冷却機構220に熱的に接続する際に、CFRP部材230を熱冷却機構220に直接接触させてもよい。また、図16に模式的に示したように、CFRP部材230と熱冷却機構220との界面に、熱伝導性に優れた熱伝導シート250を配置してもよい。このような熱伝導シート250を介してCFRP部材230を熱冷却機構220の面上に配置することで、熱冷却機220とCFRP部材230との熱接続をより確実に確立させて、バッテリーセル210をより確実に冷却することが可能となる。このような熱伝導シート250として、例えば、デクセリアルズ株式会社製の高熱伝導率シートEX10000F7を挙げることができる。 On the other hand, when thermally connecting the CFRP member 230 according to this embodiment to the thermal cooling mechanism 220, the CFRP member 230 may be brought into direct contact with the thermal cooling mechanism 220. Further, as schematically shown in FIG. 16, a thermally conductive sheet 250 having excellent thermal conductivity may be disposed at the interface between the CFRP member 230 and the thermal cooling mechanism 220. By arranging the CFRP member 230 on the surface of the thermal cooling mechanism 220 via such a thermally conductive sheet 250, the thermal connection between the thermal cooler 220 and the CFRP member 230 is established more reliably, and the battery cell 210 can be cooled more reliably. As such a thermally conductive sheet 250, for example, a high thermal conductivity sheet EX10000F7 manufactured by Dexerials Co., Ltd. can be mentioned.

また、図17Aに模式的に示したように、熱冷却機構220の表面に溝部221を設けておき、CFRP部材230を、かかる溝部221に嵌合させてもよい。このような溝部221を介した嵌合を実現することで、CFRP部材230をより確実に熱冷却機構220に熱接続させることが可能となる。 Alternatively, as schematically shown in FIG. 17A, a groove 221 may be provided on the surface of the thermal cooling mechanism 220, and the CFRP member 230 may be fitted into the groove 221. By realizing such fitting via the groove portion 221, it becomes possible to thermally connect the CFRP member 230 to the thermal cooling mechanism 220 more reliably.

更に、熱伝導性をより向上させるために、図17Bに模式的に示したように、CFRP部材230の端面と、溝部221の形状を斜めにすることで、CFRP部材230と熱冷却機構220との接触面積を増加させてもよい。また、CFRP部材230の端面の粗度を上げて(端面の粗度を粗くして)、CFRP部材230と熱冷却機構220との接触面積を増加させてもよい。例えば、傾斜面と熱冷却機構220の端面とのなす角が15°~45°となるように形状を変化させることで、CFRP部材230をより一層確実に熱冷却機構220に熱接続させることが可能となる。なお、このような接触面積を増加させた上での熱接続方法は、熱冷却機構220との接続のみならず、バッテリーセル210との接続にも適用することが可能である。 Furthermore, in order to further improve thermal conductivity, as schematically shown in FIG. 17B, the end faces of the CFRP member 230 and the shapes of the grooves 221 are made oblique, thereby making it easier to connect the CFRP member 230 and the thermal cooling mechanism 220. The contact area may be increased. Furthermore, the contact area between the CFRP member 230 and the thermal cooling mechanism 220 may be increased by increasing the roughness of the end surface of the CFRP member 230 (roughening the roughness of the end surface). For example, by changing the shape so that the angle between the inclined surface and the end face of the thermal cooling mechanism 220 is 15° to 45°, the CFRP member 230 can be thermally connected to the thermal cooling mechanism 220 more reliably. It becomes possible. Note that such a method of thermal connection by increasing the contact area can be applied not only to the connection with the thermal cooling mechanism 220 but also to the connection with the battery cell 210.

なお、CFRP部材230を、バッテリーセル210や熱冷却機構220に接続する際に、図15~図17Bに示したような熱接続方法を適宜組み合わせて採用してもよい。 Note that when connecting the CFRP member 230 to the battery cell 210 or the thermal cooling mechanism 220, the thermal connection methods shown in FIGS. 15 to 17B may be combined as appropriate.

本実施形態に係る蓄電デバイス構造体21では、図18Aに模式的に示したように、CFRP部材230が設けられたバッテリーセル210と、当該バッテリーセル210に隣り合う他のバッテリーセル210との間に、断熱部材260が設けられていてもよい。このような断熱部材260を設けることで、隣り合うバッテリーセル210間での熱移動を遮断することが可能となり、バッテリーセル210の熱暴走をより確実に防止することが可能となる。 In the electricity storage device structure 21 according to the present embodiment, as schematically shown in FIG. 18A, between a battery cell 210 provided with a CFRP member 230 and another battery cell 210 adjacent to the battery cell 210, A heat insulating member 260 may also be provided. By providing such a heat insulating member 260, it becomes possible to block heat transfer between adjacent battery cells 210, and it becomes possible to more reliably prevent thermal runaway of battery cells 210.

このような断熱部材260は、バッテリーセル210間の熱移動を遮断可能なものであれば、各種の素材を用いて構成することが可能である。このような素材として、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ナイロン樹脂、ポリスチレン樹脂のような各種の樹脂素材、不織布、グラスウール、ロックウール、セルロースファイバー、ウレタンフォーム、エアロゲル、ガラス繊維強化樹脂、アラミド繊維強化樹脂等を挙げることができる。 Such a heat insulating member 260 can be constructed using various materials as long as they can block heat transfer between battery cells 210. Examples of such materials include various resin materials such as polypropylene resin, polybutylene terephthalate resin, polycarbonate resin, epoxy resin, phenoxy resin, nylon resin, and polystyrene resin, nonwoven fabric, glass wool, rock wool, cellulose fiber, and urethane foam. , airgel, glass fiber reinforced resin, aramid fiber reinforced resin, etc.

また、図18Bに模式的に示したように、隣り合うバッテリーセル210の間に存在する間隙を、バッテリーセル210の面上に設けられるCFRP部材230と、断熱部材260と、を用いて充填するようにしてもよい。図18Bに示したような充填構造を実現することで、隣り合うバッテリーセル210間での熱移動を、より確実に遮断することが可能となる。 Further, as schematically shown in FIG. 18B, the gap existing between adjacent battery cells 210 is filled using a CFRP member 230 provided on the surface of the battery cell 210 and a heat insulating member 260. You can do it like this. By realizing the filling structure as shown in FIG. 18B, it becomes possible to block heat transfer between adjacent battery cells 210 more reliably.

本実施形態に係る蓄電デバイス構造体21では、図19に模式的に示したように、バッテリーセル210の面上に、ピッチ系の炭素強化繊維を含むCFRPであるピッチ系CFRP部材231と、ピッチ系CFRP部材231の面上に設けられる、PAN系の炭素強化繊維を含むCFRPであるPAN系CFRP部材233と、を設けて、CFRP部材230としてもよい。この場合に、ピッチ系CFRP部材231については、ピッチ系の炭素強化繊維の配向方向を、熱冷却機構220に向かう方向とすることが好ましく、ピッチ系の炭素強化繊維の配向方向が熱冷却機構220に向かう方向である一方向材とすることが、より好ましい。また、PAN系CFRP部材233の配向方向については、特に規定するものではなく、一方向材を用いてPAN系CFRP部材233を構成してもよく、クロス材を用いてPAN系CFRP部材233を構成してもよい。更に、複数のCFRPを積層して、上記のようなCFRP部材を構成してもよい。このように、ピッチ系CFRP部材231上にPAN系CFRP部材233を積層することで、CFRP部材230の剛性を向上させることが可能となるとともに、より高価なピッチ系の炭素強化繊維の使用量を抑制して、コストダウンを図ることが可能となる。 In the electricity storage device structure 21 according to the present embodiment, as schematically shown in FIG. The CFRP member 230 may include a PAN-based CFRP member 233 which is a CFRP containing PAN-based carbon reinforced fibers and is provided on the surface of the CFRP member 231 . In this case, for the pitch-based CFRP member 231, it is preferable that the orientation direction of the pitch-based carbon reinforced fibers be the direction toward the thermal cooling mechanism 220; It is more preferable to use a unidirectional material in the direction of . Further, the orientation direction of the PAN-based CFRP member 233 is not particularly defined, and the PAN-based CFRP member 233 may be constructed using a unidirectional material, or the PAN-based CFRP member 233 may be constructed using a cross material. You may. Furthermore, a CFRP member as described above may be constructed by laminating a plurality of CFRPs. In this way, by laminating the PAN-based CFRP member 233 on the pitch-based CFRP member 231, it is possible to improve the rigidity of the CFRP member 230, and to reduce the amount of more expensive pitch-based carbon reinforced fiber used. This makes it possible to reduce costs.

また、図19に示したようなCFRP部材230の表面に、図18A及び図18Bに示したような断熱部材260を設けてもよい。 Further, a heat insulating member 260 as shown in FIGS. 18A and 18B may be provided on the surface of the CFRP member 230 as shown in FIG. 19.

また、図19に示したようなPAN系CFRP部材233に替えて、プラスチック部材やセラミックス部材を配置してもよいし、PAN系CFRP部材233の表面に、プラスチック部材やセラミックス部材を配置してもよい。 Further, instead of the PAN-based CFRP member 233 shown in FIG. 19, a plastic member or a ceramic member may be arranged, or a plastic member or a ceramic member may be arranged on the surface of the PAN-based CFRP member 233. good.

次に、CFRP部材230の熱伝導率の測定方法について、簡単に説明する。
本実施形態において、炭素繊維強化プラスチック部材230の熱伝導率は、直線フィン温度分布フィッティング(Straight Fin Temperature Fitting:SFTF)法により測定する。
Next, a method for measuring the thermal conductivity of the CFRP member 230 will be briefly described.
In this embodiment, the thermal conductivity of the carbon fiber reinforced plastic member 230 is measured by a straight fin temperature distribution fitting (SFTF) method.

ここで、SFTF法によるCFRP部材230の熱伝導率の測定方法は、第1実施形態で示した測定方法と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。なお、かかる測定方法に関し、第1実施形態における「金属積層CFRP部材110」との記載を「CFRP部材230」と読み替え、更に、金属層113に関連した言及については無いものとして、測定を実施すればよい。 Here, since the method for measuring the thermal conductivity of the CFRP member 230 using the SFTF method is the same as the measuring method shown in the first embodiment, detailed explanation will be omitted below. Regarding this measurement method, the description of "metal laminated CFRP member 110" in the first embodiment should be read as "CFRP member 230", and further, the measurement should be carried out assuming that there is no mention of the metal layer 113. Bye.

以上、図13~図19を参照しながら、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体21について、詳細に説明した。 The electricity storage device structure 21 according to the present embodiment has been described in detail above with reference to FIGS. 13 to 19.

(蓄電デバイス構造体の製造方法について)
以上説明したような蓄電デバイス構造体は、以下のようにして製造することができる。まず、所定の炭素強化繊維及びマトリックス樹脂を含有するCFRPプリプレグを準備し、所的の枚数積層することで所望の厚みとする。その上で、得られた積層プリプレグをホットプレス成型又はオートグレーブ成型することで、CFRP部材とする。
(About the manufacturing method of the electricity storage device structure)
The electricity storage device structure as explained above can be manufactured as follows. First, CFRP prepreg containing predetermined carbon reinforcing fibers and matrix resin is prepared, and a predetermined number of sheets are laminated to obtain a desired thickness. Thereafter, the obtained laminated prepreg is hot press molded or autograve molded to form a CFRP member.

得られたCFRP部材を、バッテリーセルの表面に対し、必要に応じて、接着剤やグリースを用いながら配置する。一体化されたCFRP部材及びバッテリーセルを、必要な個数だけ、熱冷却機構に対して熱的に接続する。これにより、本実施形態に係る蓄電デバイス構造体を製造することができる。 The obtained CFRP member is placed on the surface of the battery cell using an adhesive or grease as necessary. A required number of integrated CFRP members and battery cells are thermally connected to a thermal cooling mechanism. Thereby, the electricity storage device structure according to this embodiment can be manufactured.

(蓄電デバイス構造体の冷却方法について)
以上説明したような蓄電デバイス構造体を利用した、放熱方法の一例としての冷却方法について、以下で簡単に説明する。
本実施形態に係る蓄電デバイス構造体の冷却方法は、複数のバッテリーセルを冷却するための冷却方法であり、隣り合うバッテリーセルが互いに対向するように設けられた、複数のバッテリーセルのそれぞれを、熱冷却機構に対して熱的に接続し、複数のバッテリーセルの少なくとも1つ以上に対し、隣り合う他のバッテリーセルと対向する少なくとも1つの面上に、CFRP部材を設け、CFRP部材を、熱冷却機構に対して熱的に接続する。これにより、バッテリーセルの周囲の温度を、より効率よく冷却することが可能となる。
(About cooling method of power storage device structure)
A cooling method as an example of a heat dissipation method using the electricity storage device structure as described above will be briefly described below.
The method for cooling a power storage device structure according to the present embodiment is a cooling method for cooling a plurality of battery cells, and each of the plurality of battery cells, which are provided so that adjacent battery cells face each other, A CFRP member is thermally connected to the thermal cooling mechanism, and a CFRP member is provided on at least one surface of at least one of the plurality of battery cells facing another adjacent battery cell, and the CFRP member is thermally connected to the thermal cooling mechanism. Thermal connection to the cooling mechanism. This makes it possible to more efficiently cool down the temperature around the battery cell.

以上、図13~図19を参照しながら、本発明の第2実施形態に係る蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法について、詳細に説明した。 The power storage device structure and the heat dissipation method for the power storage device structure according to the second embodiment of the present invention have been described in detail above with reference to FIGS. 13 to 19.

以下では、実施例及び比較例を示しながら、本発明に係る蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法について、具体例を挙げながら説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係る蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法の一例にすぎず、本発明に係る蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法が、下記の例に限定されるものではない。 Hereinafter, the power storage device structure and the heat dissipation method for the power storage device structure according to the present invention will be described while giving specific examples while showing Examples and Comparative Examples. Note that the examples shown below are only examples of the heat dissipation method for the power storage device structure and the power storage device structure according to the present invention, and the heat dissipation method for the power storage device structure and the power storage device structure according to the present invention are as follows. It is not limited to this example.

(実験例1)
以下に示す実験例1は、本発明の第1実施形態で示した蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法についての実験結果を示したものである。
(Experiment example 1)
Experimental Example 1 shown below shows experimental results regarding the power storage device structure and the heat dissipation method of the power storage device structure shown in the first embodiment of the present invention.

[車載用バッテリーセル及びモジュール]
バッテリーセルには、車載用に市販されている角形セル(長さ44mm×幅171mm×高さ115mm)を使用し、上記セル8個で構成されたモジュール(長さ190mm×幅400mm×高さ130mm)を作製した。セルの間隔は、任意に設定して配置した。なお、ここでいう「セルの間隔」は、隣り合うセルの壁面と壁面の間の距離を指す。
[Automotive battery cells and modules]
For the battery cells, we used commercially available prismatic cells for automotive use (44 mm in length x 171 mm in width x 115 mm in height), and a module (190 mm in length x 400 mm in width x 130 mm in height) composed of 8 of the above cells. ) was created. The cell spacing was arbitrarily set and arranged. Note that the "cell spacing" here refers to the distance between the wall surfaces of adjacent cells.

[充放電試験装置]
作製したモジュールの充放電試験には、日鉄テックスエンジ株式会社製のEVT60V120Aを使用した。
[Charge/discharge test device]
EVT60V120A manufactured by Nippon Steel TexEngine Co., Ltd. was used for the charge/discharge test of the manufactured module.

[冷却装置]
放熱機構の一例としての冷却装置には、純アルミブロックから削り出したアルミフィン(長さ190mm×幅400mm×高さ40mm、厚み7mmのフィンを10本備える。)又は、自作の水冷装置(長さ190mm×幅400mm×高さ40mm)を使用し、その上にバッテリーモジュールを載せて、バッテリーの充放電を実施した。
[Cooling system]
The cooling device, which is an example of a heat dissipation mechanism, includes aluminum fins cut from a pure aluminum block (190 mm long x 400 mm wide x 40 mm high, with 10 fins 7 mm thick), or a self-made water cooling device (with long fins). A battery (190 mm wide x 400 mm wide x 40 mm high) was used, a battery module was placed on it, and the battery was charged and discharged.

[CFRPプリプレグの作製]
マトリックス樹脂となる熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂組成物を準備した。かかるエポキシ樹脂組成物を、ピッチ系炭素繊維からなる強化繊維基材(UD材:日本グラファイトファイバー社製炭素強化繊維XN80、XN90)、又は、PAN系炭素繊維からなる強化繊維基材(UD材:東レ株式会社製 M60J)に含浸し、エポキシ樹脂CFRPプリプレグを作成した。いずれのプリプレグにおいても、加熱成型後のCFRPのVFが60%となるように、樹脂を含浸した。
[Production of CFRP prepreg]
An epoxy resin composition was prepared as a thermosetting resin serving as a matrix resin. The epoxy resin composition is applied to a reinforcing fiber base material made of pitch-based carbon fiber (UD material: carbon reinforced fiber XN80, XN90 manufactured by Nippon Graphite Fiber Co., Ltd.) or a reinforcing fiber base material made of PAN-based carbon fiber (UD material: M60J (manufactured by Toray Industries, Inc.) was impregnated to create an epoxy resin CFRP prepreg. All prepregs were impregnated with resin so that the VF of CFRP after heat molding was 60%.

[CFRPの成型]
作製したCFRPプリプレグを、所望の厚み及び繊維配向となるように積層し、剥離紙を挟んで平坦な金属板とともに真空バッグに入れて、オートクレーブにて成型した。CFRPの成型条件は、オートクレーブで4気圧をかけながら、130℃で2時間保持して成型した。
[CFRP molding]
The produced CFRP prepregs were laminated to have the desired thickness and fiber orientation, placed in a vacuum bag together with a flat metal plate with a release paper in between, and molded in an autoclave. The CFRP molding conditions were as follows: 4 atm pressure was applied in an autoclave, and the temperature was held at 130° C. for 2 hours.

[金属層]
金属層として、厚み0.02mmの銅箔、及び、アルミニウム箔を準備した。
[Metal layer]
Copper foil and aluminum foil with a thickness of 0.02 mm were prepared as metal layers.

[金属層積層CFRPの成型]
作製したCFRPプリプレグと金属層を、所望の厚み、繊維配向及び構成となるように積層し、剥離紙を挟んで平坦な金属板とともに真空バッグに入れて、オートクレーブにて4気圧をかけながら、130℃で2時間保持して成型した。
[Molding of metal layer laminated CFRP]
The produced CFRP prepreg and metal layer were laminated to have the desired thickness, fiber orientation and structure, and placed in a vacuum bag together with a flat metal plate with release paper in between, and heated in an autoclave at 130°C while applying 4 atm. It was held at ℃ for 2 hours and molded.

得られた金属積層CFRP部材を、信越化学社製シリコーングリース(G-777、熱伝導率3.3W/(m・K))を使用して、セルに貼付した。この時、直方体である角形セルにおいて、CFRPが貼付されるセルの側面の全面にCFRPを(すなわち面積率100%で)貼付した。また、貼付したCFRPをバッテリーモジュール下に設置されているアルミフィン及び水冷装置に信越化学社製シリコーングリース(G-777、熱伝導率3.3W/(m・K))を使用して接続した。 The obtained metal laminated CFRP member was attached to the cell using silicone grease (G-777, thermal conductivity 3.3 W/(m·K)) manufactured by Shin-Etsu Chemical. At this time, in the rectangular parallelepiped cell, CFRP was attached to the entire side surface of the cell (ie, at an area ratio of 100%). In addition, the attached CFRP was connected to the aluminum fins and water cooling device installed under the battery module using silicone grease (G-777, thermal conductivity 3.3 W/(m K)) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. .

なお、作製した蓄電デバイス構造体の詳細な構成は、以下の表1に示した通りであるが、以下の表1における比較例3は、アルミフィンの上に設置されているものの、熱伝導体がアルミフィンから5mm離されて接続されていない。また、以下の表1における実施例16は、いずれの冷却機構の上にも設置されておらず、熱伝導体がセルから5mmはみ出して空気中に剥き出しで露出されている。 The detailed configuration of the fabricated power storage device structure is shown in Table 1 below, but in Comparative Example 3 in Table 1 below, although it is installed on an aluminum fin, there is no thermal conductor. is 5mm away from the aluminum fin and is not connected. Further, in Example 16 in Table 1 below, the heat conductor was not installed on any cooling mechanism, and the heat conductor protruded from the cell by 5 mm and was exposed to the air.

また、以下の表1に示す実施例1~18及び比較例1~7は、複数のセルが連なった(並べて配置された)モジュールの形態にて、それぞれ充放電及び温度測定を実施し、実施例19及び比較例8~9は、単一のセルにて、それぞれ充放電及び温度測定を実施した。 In addition, in Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 7 shown in Table 1 below, charging/discharging and temperature measurements were performed respectively in the form of a module in which a plurality of cells were connected (arranged side by side). In Example 19 and Comparative Examples 8 and 9, charging/discharging and temperature measurement were performed using a single cell.

◇冷却性能評価
熱電対を、セル表面の任意の位置にカプトンテープを使用して貼付し、充放電に伴う温度上昇を測定した。充放電条件は、電池の容量を1時間で完全充電(又は放電)させる電流の大きさを1Cと定義した際に、3Cの電流になるように設定し、充放電を実施した。
◇Cooling performance evaluation A thermocouple was attached to any position on the cell surface using Kapton tape, and the temperature rise due to charging and discharging was measured. The charging and discharging conditions were set to a current of 3C, where the magnitude of the current that completely charges (or discharges) the capacity of the battery in 1 hour is defined as 1C, and charging and discharging were performed.

上記のような測定条件において、熱伝導材を貼付していない状態の充放電における最高温度と初期温度の差を基準温度差とし(比較例1、2、3、8)、評価したい実施例及び比較例における最高温度と初期温度の差が、基準温度差と比べて何パーセント小さくなるか(バッテリー温度低減率)を計算して、その値が1%以上であれば温度低減効果があるとした。すなわち、基準温度差がT℃のときに、着目する実施例又は比較例と初期温度との温度差がT℃であった場合には、((T―T)/T)×100で求まる値が、バッテリー温度低減率となる。バッテリー温度低減率が1%以上であった場合をAとし、バッテリー温度低減率が1%未満であった場合をBとした。評点「A」を合格とした。 Under the above measurement conditions, the difference between the maximum temperature and the initial temperature during charging and discharging with no thermally conductive material attached is used as the reference temperature difference (Comparative Examples 1, 2, 3, 8), and the example and Calculate the percent difference between the maximum temperature and the initial temperature in the comparative example compared to the reference temperature difference (battery temperature reduction rate), and if the value is 1% or more, it is considered that there is a temperature reduction effect. . In other words, when the reference temperature difference is T 0 °C and the temperature difference between the example or comparative example of interest and the initial temperature is T 1 °C, ((T 0 - T 1 )/T 0 ) The value obtained by multiplying by 100 is the battery temperature reduction rate. The case where the battery temperature reduction rate was 1% or more was rated A, and the case where the battery temperature reduction rate was less than 1% was rated B. A score of "A" was considered a pass.

◇異常発熱セル発生時の温度評価
セルが複数スタックされたモジュールにおける、異常発熱したセルが発生した時の温度評価として、隣接するセルの最高温度を計測し、熱伝導板がCFRP単体であるときと比較して何%の温度変化であったかによって、評価した。
◇Temperature evaluation when abnormal heat generation cells occur In a module with multiple stacked cells, temperature evaluation when abnormal heat generation cells occur is to measure the maximum temperature of adjacent cells, and when the heat conduction plate is a single CFRP. The evaluation was based on the percentage of temperature change compared to .

かかる評価では、まず、表2で示される実施例と比較例の組合せについて、評価を行った。上記の8つのセルが連なったモジュールを用い、26℃の環境下で中央2つのセルが500kW/hの一定発熱量で発熱した際に、加熱開始後2000秒のときの隣接するセルの最高温度を計測し、その水準の温度とした。隣接するセル温度は、当然ながら低い方が(すなわち、温度変化の値が小さい方が)好ましく、100%以下を評点「A」とし、100%よりも大きい場合を評点「B」とした。評点「A」を合格とした。得られた結果を表2にまとめて示した。 In this evaluation, first, the combinations of Examples and Comparative Examples shown in Table 2 were evaluated. Using a module in which the above eight cells are connected, when the two central cells generate heat at a constant heat value of 500 kW/h in an environment of 26°C, the maximum temperature of the adjacent cells at 2000 seconds after the start of heating. was measured and set as the temperature at that level. Naturally, it is preferable that the adjacent cell temperature is lower (that is, the value of the temperature change is smaller), and a score of 100% or less was given as "A", and a case where it was greater than 100% was given a score of "B". A score of "A" was considered a pass. The obtained results are summarized in Table 2.

以下の表2に示したように、異常発熱セル発生時の温度評価は、表2に示した範囲の厚みにおいては、CFRP、銅箔積層CFRPを用いた場合の方が、Al、断熱材、空気を用いた場合よりも優れた結果となることが明らかとなった。かかる知見より、異常発熱セル発生時の温度評価は、表1に示した各実施例については、表2に示した結果に基づき評点「A」と評価し、表1に示した各比較例については、評点「B」と評価した。かかる対応については、図20A~図20Cを参照しながら以下で改めて詳述する。 As shown in Table 2 below, in the temperature evaluation when abnormal heating cells occur, in the thickness range shown in Table 2, when using CFRP or copper foil laminated CFRP, Al, heat insulating material, It became clear that the results were better than when using air. Based on this knowledge, the temperature evaluation at the time of abnormal heating cell occurrence was evaluated as "A" for each example shown in Table 1 based on the results shown in Table 2, and for each comparative example shown in Table 1. rated it as "B". Such measures will be described in detail below with reference to FIGS. 20A to 20C.

◇熱伝導板の電磁波シールド性評価
周波数が1GHz以下の周波数帯においては、ASTM D 4935に準拠して測定し、それ以上の周波数帯においては、キーコム社製電磁波透過減衰量測定装置DPS10-02を用いて、それぞれ電磁波の透過減衰量(すなわち、シールド性)を測定した。CFRP単体(下記、比較例2)と比較して、透過する電磁波が1/10以下に減衰した場合を、電磁波シールド性の効果があるとしてAとし、これよりも減衰しなかった場合を効果なしとしてBとした。評点「A」を合格とした。
◇Evaluation of electromagnetic wave shielding properties of thermal conductive plates In frequency bands below 1 GHz, measurements are made in accordance with ASTM D 4935, and in frequency bands above that, electromagnetic wave transmission attenuation measuring device DPS10-02 manufactured by Keycom Co., Ltd. is used. The transmission attenuation of electromagnetic waves (i.e., shielding property) was measured using the following methods. When compared to CFRP alone (Comparative Example 2 below), when the transmitted electromagnetic waves are attenuated to 1/10 or less, it is considered to have an electromagnetic shielding effect and is considered A, and when it is not attenuated more than this, there is no effect. It was designated as B. A score of "A" was considered a pass.

その上で、冷却性能、異常発熱セル発生時の温度評価、及び、電磁波シールド性の評価が全て合格であったものを、総合評価結果「A」とし、何れかが不合格であったものを総合評価結果「B」とした。得られた結果を、表1にまとめて示した。 Then, those that passed all of the cooling performance, temperature evaluation at the time of abnormal heating cell generation, and electromagnetic shielding evaluation will be given an overall evaluation result of "A", and those that have failed in any of them will be given an overall evaluation result of "A". The overall evaluation result was ``B''. The obtained results are summarized in Table 1.

Figure 0007430248000003
Figure 0007430248000003

Figure 0007430248000004
Figure 0007430248000004

セルが複数並べて配置されたモジュールにおいて、異常発熱したセルに隣接するセルの最高温度を計測した代表的な結果を、図20A~図20Cに示した。これは、表2で示される実施例と比較例のうち、セルとセルの間隙に対し、銅箔を積層したCFRP(銅箔積層CFRP)、CFRP、アルミニウム、断熱材、又は、空気が挿入された、セルの間隔がそれぞれ0.5mm、2.0mm、5.0mmのときの温度測定結果である。図20A~図20Cにおいて、横軸が時間を示し、縦軸が温度を示している。なお、図20A及び図20Cでは、銅箔積層CFRPの温度測定結果と、CFRPの温度測定結果がほぼ同じ挙動を示したため、図面上では2つの曲線が重なって見えている。 In a module in which a plurality of cells are arranged side by side, typical results of measuring the maximum temperature of a cell adjacent to a cell that has abnormally generated heat are shown in FIGS. 20A to 20C. Among the examples and comparative examples shown in Table 2, this is because CFRP laminated with copper foil (copper foil laminated CFRP), CFRP, aluminum, heat insulating material, or air is inserted between the cells. In addition, these are the temperature measurement results when the cell spacing was 0.5 mm, 2.0 mm, and 5.0 mm, respectively. In FIGS. 20A to 20C, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature. Note that in FIGS. 20A and 20C, the temperature measurement results of the copper foil laminated CFRP and the temperature measurement results of the CFRP exhibited almost the same behavior, so the two curves appear to overlap in the drawings.

図20A~図20Cのそれぞれにおいて、時間が経つにつれて各水準とも温度が上昇するが、そのプロファイルは大きく異なる。まず、銅箔積層CFRP、CFRP、及び、アルミニウムは、それぞれ熱伝導性が高いため、比較的短時間で隣接するセルの温度が上昇する。しかしながら、熱を逃がす方向にも伝導するため、経過時間が長くなったときは、この抜熱の効果が大きくなって、温度上昇は鈍くなる。アルミニウムよりもCFRPの方が温度の上昇を抑制出来ているのは、熱伝導に異方性があることから、隣のセルへの伝熱はアルミよりも小さくなり、放熱機構方向への伝熱は、アルミニウムと同等かそれ以上であったためである。また、銅箔のように熱伝導性の良い金属箔をCFRPに積層すると、更にその性能は向上していることがわかる。 In each of FIGS. 20A to 20C, the temperature increases at each level over time, but the profiles are significantly different. First, since copper foil laminated CFRP, CFRP, and aluminum each have high thermal conductivity, the temperature of adjacent cells increases in a relatively short time. However, since heat is also conducted in the direction in which heat is released, as the elapsed time becomes longer, the effect of heat removal becomes greater and the temperature rise becomes slower. The reason why CFRP is able to suppress temperature increases better than aluminum is because there is anisotropy in heat conduction, so heat transfer to neighboring cells is smaller than with aluminum, and heat transfer in the direction of the heat dissipation mechanism. This is because it was equivalent to or better than aluminum. Furthermore, it can be seen that when a metal foil with good thermal conductivity such as copper foil is laminated on CFRP, its performance is further improved.

これに対し、断熱材や空気は、熱をほとんど伝えないために、初期の温度上昇は鈍い。しかしながら、時間が経過すると放熱機構への伝熱量や空気中への放熱量が少ないため、異常発熱セルの温度が非常に高くなる。それに伴って隣接するセルの温度も急激に高くなり、最終的には、熱を伝導する材料を貼付した場合と比較すると、より高温になってしまう。 In contrast, insulation materials and air conduct little heat, so the initial temperature rise is slow. However, as time passes, the temperature of the abnormal heating cell becomes extremely high because the amount of heat transferred to the heat radiating mechanism and the amount of heat radiated into the air are small. As a result, the temperature of adjacent cells also rises rapidly, ultimately resulting in a higher temperature than when a heat-conducting material is attached.

このように、本発明に係る積層構成では、断熱材や空気は当然ながら、熱を伝導するアルミニウムやCFRPと比較しても、隣接するセルへの熱伝播を防止しながら抜熱する、効率的な温度制御がなされていることがわかる。そしてこれは、少なくとも図20A~図20Cで示されるような厚み範囲において成立しており、本質的に、そのような性質を持っていることが判る。このことから、この表2の構成に関わらず、本発明の金属箔が積層したCFRP積層構成であれば、CFRPやアルミニウムのような熱伝導材、及び、断熱材に対し、全て有意に性能が優れることがわかる。 In this way, in the laminated structure according to the present invention, not only the heat insulating material and the air but also the heat conductive materials such as aluminum and CFRP can be compared with heat conductors such as aluminum and CFRP. It can be seen that the temperature is well controlled. This holds true at least in the thickness range shown in FIGS. 20A to 20C, and it can be seen that the film essentially has such properties. From this, regardless of the configuration in Table 2, the CFRP laminated configuration in which the metal foil of the present invention is laminated has significant performance against thermally conductive materials such as CFRP and aluminum, and heat insulating materials. I know it's excellent.

上記表1、表2から明らかなように、本発明の実施例に対応する蓄電デバイス構造体は、総合評価が合格となる一方で、本発明の比較例に対応する蓄電デバイス構造体は、冷却性能、電磁波シールド性の何れかの評価、又は、異常発熱セル発生時の温度評価の何れかの評価が不合格であることがわかる。 As is clear from Tables 1 and 2 above, the electricity storage device structure corresponding to the example of the present invention passed the overall evaluation, while the electricity storage device structure corresponding to the comparative example of the invention It can be seen that any of the evaluations of performance, electromagnetic shielding property, or temperature evaluation at the time of occurrence of an abnormal heat generating cell failed.

(実験例2)
以下に示す実験例2は、本発明の第2実施形態で示した蓄電デバイス構造体及び蓄電デバイス構造体の放熱方法についての実験結果を示したものである。
(Experiment example 2)
Experimental Example 2 shown below shows experimental results regarding the power storage device structure and the heat dissipation method of the power storage device structure shown in the second embodiment of the present invention.

[車載用バッテリーセル及びモジュール]
バッテリーセルには、車載用に市販されている角形セル(長さ44mm×幅171mm×高さ115mm)を使用し、上記セル8個で構成されたモジュール(長さ190mm×幅400mm×高さ130mm)を作製した。セル間の隙間は、任意設定した。
[Automotive battery cells and modules]
For the battery cells, we used commercially available prismatic cells for automotive use (44 mm in length x 171 mm in width x 115 mm in height), and a module (190 mm in length x 400 mm in width x 130 mm in height) composed of 8 of the above cells. ) was created. The gap between cells was set arbitrarily.

[充放電試験装置]
作製したモジュールの充放電試験には、日鉄テックスエンジ株式会社製のEVT60V120Aを使用した。
[Charge/discharge test equipment]
EVT60V120A manufactured by Nippon Steel TexEngine Co., Ltd. was used for the charge/discharge test of the manufactured module.

[冷却装置]
熱冷却機構として機能する冷却装置には、自作したアルミフィン(長さ190mm×幅400mm×高さ40mm、フィン厚み7mm×10個)、又は、自作の水冷装置(長さ190mm×幅400mm×高さ40mm)を使用し、その上にバッテリーモジュールを載せて、バッテリーの充放電を実施した。このようにして実現されるバッテリーセル冷却機構は、概ね図14に例示したような構造を有している。
[Cooling system]
The cooling device that functions as a thermal cooling mechanism includes self-made aluminum fins (length 190 mm x width 400 mm x height 40 mm, fin thickness 7 mm x 10 pieces), or self-made water cooling device (length 190 mm x width 400 mm x height). A battery module was placed on top of the battery module, and the battery was charged and discharged. The battery cell cooling mechanism realized in this manner generally has a structure as illustrated in FIG. 14.

[CFRPプリプレグの作製]
マトリックス樹脂となる熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂組成物を準備した。かかるエポキシ樹脂組成物を、ピッチ系炭素繊維からなる強化繊維基材(UD材:日本グラファイトファイバー社製)、又は、PAN系炭素繊維からなる強化繊維基材(UD材:サカイオーベックス株式会社製)に含浸し、エポキシ樹脂CFRPプリプレグを作成した。いずれのプリプレグにおいても、加熱成型後のCFRPのVFが60%となるように、樹脂を含浸した。
[Production of CFRP prepreg]
An epoxy resin composition was prepared as a thermosetting resin serving as a matrix resin. The epoxy resin composition is applied to a reinforcing fiber base material made of pitch-based carbon fiber (UD material: manufactured by Nippon Graphite Fiber Co., Ltd.) or a reinforcing fiber base material made of PAN-based carbon fiber (UD material: manufactured by Sakai Orvex Co., Ltd.). ) to create an epoxy resin CFRP prepreg. All prepregs were impregnated with resin so that the VF of CFRP after heat molding was 60%.

[CFRPの成型]
作製したCFRPプリプレグを任意の厚み及び繊維配向となるように積層し、オートクレーブにて成型した。CFRPの成型条件は、オートクレーブで4気圧をかけながら、130℃で2時間保持して成型した。
[CFRP molding]
The produced CFRP prepregs were laminated to have arbitrary thickness and fiber orientation, and molded in an autoclave. The CFRP molding conditions were as follows: 4 atm pressure was applied in an autoclave, and the temperature was held at 130° C. for 2 hours.

得られたCFRPを、信越化学社製シリコーングリース(G-777、熱伝導率3.3W/(m・K))を使用して、セルに貼付した。この時、直方体である角形セルにおいて、CFRPが貼付されるセルの側面の全面にCFRPを(すなわち面積率100%で)貼付した。また、貼付したCFRPをバッテリーモジュール下に設置されているアルミフィン及び水冷装置に信越化学社製シリコーングリース(G-777、熱伝導率3.3W/(m・K))を使用して接続した。 The obtained CFRP was attached to the cell using silicone grease (G-777, thermal conductivity 3.3 W/(m·K)) manufactured by Shin-Etsu Chemical. At this time, in the rectangular parallelepiped cell, CFRP was attached to the entire side surface of the cell (ie, at an area ratio of 100%). In addition, the attached CFRP was connected to the aluminum fins and water cooling device installed under the battery module using silicone grease (G-777, thermal conductivity 3.3 W/(m K)) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. .

なお、バッテリーセル間に、以下の表3に示したような条件で熱伝導材及び断熱部材を配置した後に、表3に示したような幅の空隙が存在するようにした。また、ピッチ系炭素繊維を用いたCFRPと、PAN系炭素繊維を用いたCFRPとを組み合わせて用いる際には、ピッチ系炭素繊維を用いたCFRPがバッテリーセル側に位置するようにした。 Note that after the thermally conductive material and the heat insulating member were arranged between the battery cells under the conditions shown in Table 3 below, gaps having the widths shown in Table 3 were made to exist. Further, when using a combination of CFRP using pitch-based carbon fiber and CFRP using PAN-based carbon fiber, the CFRP using pitch-based carbon fiber was positioned on the battery cell side.

また、以下の表3に示した実施例20~26では、熱伝導材として複数のCFRPを組み合わせて用いる場合や、断熱部材を併用する場合について検証を行っている。これらの実施例において、繊維種及び断熱部材の欄に記載されている数字は、用いた部材の厚みの比率を示している。また、以下の表4に示した実施例及び比較例では、グリースの厚みは1.0mmに固定した上で、検証を行っている。 Furthermore, in Examples 20 to 26 shown in Table 3 below, the case where a plurality of CFRPs are used in combination as a thermally conductive material and the case where a heat insulating member is used together are verified. In these examples, the numbers written in the columns of fiber type and heat insulating member indicate the ratio of the thickness of the members used. Furthermore, in the Examples and Comparative Examples shown in Table 4 below, the thickness of the grease was fixed at 1.0 mm and then verified.

◇冷却性能評価
熱電対を、セル表面の任意の位置にカプトンテープを使用して貼付し、充放電に伴う温度上昇を測定した。充放電条件は、電池の容量を1時間で完全充電(または放電)させる電流の大きさを1Cと定義した際に、3Cの電流になるように設定し、充放電を実施した。
◇Cooling performance evaluation A thermocouple was attached to any position on the cell surface using Kapton tape, and the temperature rise due to charging and discharging was measured. The charging and discharging conditions were set to a current of 3C, where the magnitude of the current that completely charges (or discharges) the capacity of the battery in 1 hour is defined as 1C, and charging and discharging were carried out.

上記のような測定条件において、充放電における最高温度と初期温度の差分をとり、貼付前の状態の最高温度と初期温度の差分との割合(単位:%)を求め、100から引いた値を評価値として採用した。その値が1.0以上であれば、温度低減効果があるとして合格(評点A)とし、1.0未満であれば、温度低減効果がないとして不合格(評点B)とした。 Under the above measurement conditions, take the difference between the maximum temperature during charging and discharging and the initial temperature, calculate the ratio (unit: %) of the difference between the maximum temperature before pasting and the initial temperature, and subtract the value from 100. It was adopted as an evaluation value. If the value was 1.0 or more, it was determined that there was a temperature reduction effect and it was passed (score A), and if it was less than 1.0, it was determined that there was no temperature reduction effect and it was determined that it was not passed (score B).

◇異常発熱セル発生時の温度評価
セルが複数並べて配置されたモジュールにおける、異常発熱したセルが発生した時の影響として、隣のセルの最高温度を計測し、熱伝導板がCFRP単体であるときと比較して何%の温度変化であったかによって評価した。
◇Temperature evaluation when abnormal heat generation cells occur In a module where multiple cells are arranged side by side, when a cell generates abnormal heat generation, the maximum temperature of the adjacent cell is measured, and when the heat conduction plate is a single CFRP. The evaluation was based on the percentage of temperature change compared to

かかる評価では、まず、表4で示される実施例と比較例の組合せについて、評価を行った。上記の8つのセルが連なったモジュールを用い、26℃の環境下で中央2つのセルが500kW/hの一定発熱量で発熱した際に、加熱開始後2000秒のときの隣接するセルの最高温度を計測し、その水準の温度とした。隣接するセル温度は、当然ながら低い方が(すなわち、温度変化の値が小さい方が)好ましく、100%以下を評点「A」とし、100%よりも大きい場合を評点「B」とした。評点「A」を合格とした。得られた結果を表4にまとめて示した。 In this evaluation, first, the combinations of Examples and Comparative Examples shown in Table 4 were evaluated. Using a module in which the above eight cells are connected, when the two central cells generate heat at a constant heat value of 500 kW/h in an environment of 26°C, the maximum temperature of the adjacent cells at 2000 seconds after the start of heating. was measured and set as the temperature at that level. Naturally, it is preferable that the adjacent cell temperature is lower (that is, the value of the temperature change is smaller), and a score of 100% or less was given as "A", and a case where it was greater than 100% was given a score of "B". A score of "A" was considered a pass. The obtained results are summarized in Table 4.

以下の表4に示したように、異常発熱セル発生時の温度評価は、表4に示した範囲の厚みにおいては、CFRPを用いた場合の方が、Al、断熱材、空気を用いた場合よりも優れた結果となることが明らかとなった。かかる知見より、異常発熱セル発生時の温度評価は、表3に示した各実施例については、表4に示した結果に基づき評点「A」と評価し、表3に示した各比較例については、評点「B」と評価した。かかる対応については、図21A~図21Cを参照しながら以下で改めて詳述する。 As shown in Table 4 below, in the temperature evaluation when an abnormal heating cell occurs, in the thickness range shown in Table 4, the case using CFRP is better than the case using Al, insulation material, and air. It was found that the results were better than that of Based on this knowledge, the temperature evaluation at the time of abnormal heating cell occurrence was evaluated as "A" for each example shown in Table 3 based on the results shown in Table 4, and for each comparative example shown in Table 3. rated it as "B". Such measures will be explained in detail below with reference to FIGS. 21A to 21C.

その上で、冷却性能、及び、異常発熱セル発生時の温度評価が全て合格であったものを、総合評価結果Aとし、何れかが不合格であったものを総合評価結果Bとした。得られた結果を、表3にまとめて示した。 On top of that, a case in which the cooling performance and the temperature evaluation at the time of occurrence of an abnormal heat generating cell were all passed was set as a comprehensive evaluation result A, and a case in which any of them failed was set as a comprehensive evaluation result B. The obtained results are summarized in Table 3.

Figure 0007430248000005
Figure 0007430248000005

Figure 0007430248000006
Figure 0007430248000006

セルが複数並べて配置されたモジュールにおいて、異常発熱したセルに隣接するセルの最高温度を計測した代表的な結果を、図21A~図21Cに示した。これは、表4で示される実施例と比較例のうち、セルとセルの間隙に対し、CFRP、アルミニウム、断熱材、又は、空気が挿入された、セルの間隔がそれぞれ0.5mm、2.0mm、5.0mmのときの温度測定結果である。図21A~図21Cにおいて、横軸が時間を示し、縦軸が温度を示している。 In a module in which a plurality of cells are arranged side by side, typical results of measuring the maximum temperature of a cell adjacent to a cell that has abnormally generated heat are shown in FIGS. 21A to 21C. Among the examples and comparative examples shown in Table 4, CFRP, aluminum, heat insulating material, or air was inserted between the cells, and the cell spacing was 0.5 mm and 2.5 mm, respectively. These are the temperature measurement results at 0 mm and 5.0 mm. In FIGS. 21A to 21C, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature.

図21A~図21Cのそれぞれにおいて、時間が経つにつれて各水準とも温度が上昇するが、そのプロファイルは大きく異なる。まず、CFRP、及び、アルミニウムは、それぞれ熱伝導性が高いため、比較的短時間で隣接するセルの温度が上昇する。しかしながら、熱を逃がす方向にも伝導するため、経過時間が長くなったときは、この抜熱の効果が大きくなって、温度上昇は鈍くなる。アルミニウムよりもCFRPの方が温度の上昇を抑制出来ているのは、熱伝導に異方性があることから、隣のセルへの伝熱はアルミよりも小さくなり、冷却装置方向への伝熱は、アルミニウムと同等かそれ以上であったためである。 In each of FIGS. 21A to 21C, the temperature increases at each level as time passes, but the profiles are significantly different. First, since CFRP and aluminum each have high thermal conductivity, the temperature of adjacent cells increases in a relatively short time. However, since heat is also conducted in the direction in which heat is released, as the elapsed time becomes longer, the effect of heat removal becomes greater and the temperature rise becomes slower. The reason why CFRP is able to suppress the temperature rise better than aluminum is because there is anisotropy in heat conduction, so the heat transfer to neighboring cells is smaller than with aluminum, and the heat transfer towards the cooling device is smaller. This is because it was equivalent to or better than aluminum.

これに対し、断熱材や空気は、熱をほとんど伝えないために、初期の温度上昇は鈍い。しかしながら、時間が経過すると冷却機構への伝熱量や空気中への放熱量が少ないため、異常発熱セルの温度が非常に高くなる。それに伴って隣接するセルの温度も急激に高くなり、最終的には、熱を伝導する材料を貼付した場合と比較すると、より高温になってしまう。 In contrast, insulation materials and air conduct little heat, so the initial temperature rise is slow. However, as time passes, the temperature of the abnormal heating cell becomes extremely high because the amount of heat transferred to the cooling mechanism and the amount of heat radiated into the air are small. As a result, the temperature of adjacent cells also rises rapidly, ultimately resulting in a higher temperature than when a heat-conducting material is attached.

このように、本発明に係る積層構成では、断熱材や空気は当然ながら、熱を伝導するアルミニウムやCFRPと比較しても、隣接するセルへの熱伝播を防止しながら抜熱する、効率的な温度制御がなされていることがわかる。そしてこれは、少なくとも図21A~図21Cで示されるような厚み範囲において成立しており、本質的に、そのような性質を持っていることが判る。このことから、この表4の構成に関わらず、本発明のCFRP積層構成であれば、アルミニウムのような熱伝導材、及び、断熱材に対し、全て有意に性能が優れることがわかる。 In this way, in the laminated structure according to the present invention, not only the heat insulating material and the air but also the heat conductive materials such as aluminum and CFRP can be compared with heat conductors such as aluminum and CFRP. It can be seen that the temperature is well controlled. This holds true at least in the thickness range shown in FIGS. 21A to 21C, and it can be seen that the film essentially has such properties. From this, it can be seen that regardless of the configuration in Table 4, the CFRP laminated configuration of the present invention is significantly superior in performance to thermally conductive materials such as aluminum and heat insulating materials.

上記表3、表4から明らかなように、本発明の実施例に対応するバッテリーセルの冷却構造は、総合評価が合格となる一方で、本発明の比較例に対応するバッテリーセルの冷却構造は、冷却性能、異常発熱セル発生時の温度評価の何れかの評価が不合格であることがわかる。 As is clear from Tables 3 and 4 above, the overall evaluation of the cooling structure of the battery cell corresponding to the example of the present invention is passed, while the cooling structure of the battery cell corresponding to the comparative example of the present invention is , cooling performance, and temperature evaluation at the time of occurrence of abnormal heating cells.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea stated in the claims. It is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

11、21 蓄電デバイス構造体
110 金属積層CFRP部材
111、230 CFRP部材
113 金属層
120 蓄電デバイス
130、240 接着剤又はグリース
140 放熱機構
150 冷媒
160、260 断熱部材
170 応力緩和部材
180、250 熱伝導シート
210 バッテリーセル
220 熱冷却機構
221 溝部
231 ピッチ系CFRP部材
233 PAN系CFRP部材
11, 21 Energy storage device structure 110 Metal laminated CFRP member 111, 230 CFRP member 113 Metal layer 120 Energy storage device 130, 240 Adhesive or grease 140 Heat dissipation mechanism 150 Refrigerant 160, 260 Heat insulating member 170 Stress relaxation member 180, 250 Heat conductive sheet 210 Battery Cell 220 Thermal Cooling Mechanism 221 Groove 231 Pitch-based CFRP Member 233 PAN-based CFRP Member

Claims (18)

数の蓄電デバイスと、
配向した炭素強化繊維を有する炭素繊維強化プラスチック部材と、
を備え、
前記炭素繊維強化プラスチック部材は、前記複数の蓄電デバイスの少なくとも1つの面上に配置され、前記蓄電デバイスと熱的に接続されており、
前記炭素強化繊維の配向方向における前記炭素繊維強化プラスチック部材の少なくとも片方の端部は、当該端部の全面が雰囲気中に露出するか、又は、当該端部の少なくとも一部が、冷媒もしくは放熱機構の少なくとも何れかに接しており、
複数の前記蓄電デバイスが、互いに対向するように配置され、前記放熱機構に対し、前記複数の蓄電デバイスが熱的に接続されており、
前記炭素繊維強化プラスチック部材は、前記複数の蓄電デバイスの少なくとも1つ以上に対し、隣り合う他の前記蓄電デバイスと対向する少なくとも1つの面上に設けられ、かつ、前記放熱機構に対して熱的に接続されており、
前記炭素繊維強化プラスチック部材を平面視したときに、雰囲気中に露出している前記端部又は前記冷媒もしくは放熱機構に向かう方向を0°方向と定義し、前記0°方向に直交する方向を90°方向と定義し、前記炭素繊維強化プラスチック部材に含まれる前記炭素強化繊維の延伸方向について、0°方向成分及び90°方向成分をそれぞれ算出したときに、前記炭素繊維強化プラスチック部材の全体に含まれる前記炭素強化繊維の延伸方向における前記0°方向成分が、40%以上である、蓄電デバイス構造体。
multiple power storage devices;
a carbon fiber reinforced plastic member having oriented carbon reinforced fibers;
Equipped with
The carbon fiber reinforced plastic member is disposed on at least one surface of the plurality of power storage devices and is thermally connected to the power storage device,
At least one end of the carbon fiber-reinforced plastic member in the orientation direction of the carbon-reinforced fibers is such that the entire surface of the end is exposed to the atmosphere, or at least a portion of the end is exposed to a refrigerant or a heat dissipation mechanism. is in contact with at least one of
A plurality of the power storage devices are arranged to face each other, and the plurality of power storage devices are thermally connected to the heat radiation mechanism,
The carbon fiber reinforced plastic member is provided on at least one surface of at least one of the plurality of power storage devices that faces the other adjacent power storage device, and is thermally dissipated with respect to the heat dissipation mechanism. is connected to
When the carbon fiber reinforced plastic member is viewed from above, the end exposed in the atmosphere or the direction toward the refrigerant or heat radiation mechanism is defined as the 0° direction, and the direction perpendicular to the 0° direction is defined as the 90° direction. When the 0° direction component and the 90° direction component are respectively calculated with respect to the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the carbon fiber reinforced plastic member, The electricity storage device structure, wherein the 0° direction component in the stretching direction of the carbon reinforced fiber is 40% or more.
前記炭素繊維強化プラスチック部材は、当該炭素繊維強化プラスチック部材の少なくとも一方の面に金属層が設けられている金属積層CFRP部材である、請求項1に記載の蓄電デバイス構造体。 The electricity storage device structure according to claim 1, wherein the carbon fiber reinforced plastic member is a metal laminated CFRP member in which a metal layer is provided on at least one surface of the carbon fiber reinforced plastic member. 前記放熱機構は、アルミニウム製ヒートシンク、又は、金属製のブロックに冷媒を通す冷却機構である、請求項2に記載の蓄電デバイス構造体。 The power storage device structure according to claim 2, wherein the heat dissipation mechanism is an aluminum heat sink or a cooling mechanism that passes a coolant through a metal block. 前記蓄電デバイスの配置された前記金属積層CFRP部材が複数存在し、かつ、前記放熱機構に対して並列に接続されている、請求項2又は3に記載の蓄電デバイス構造体。 The power storage device structure according to claim 2 or 3, wherein a plurality of said metal laminated CFRP members on which said power storage devices are arranged exist and are connected in parallel to said heat dissipation mechanism. 前記蓄電デバイスは、前記金属積層CFRP部材のうち、前記炭素繊維強化プラスチック部材に対して熱的に直に接続されている、請求項2~4の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 5. The power storage device structure according to claim 2, wherein the power storage device is directly thermally connected to the carbon fiber reinforced plastic member of the metal laminated CFRP member. 前記蓄電デバイスは、前記金属積層CFRP部材のうち、前記金属層に対して熱的に直に接続されている、請求項2~4の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 5. The power storage device structure according to claim 2, wherein the power storage device is directly thermally connected to the metal layer of the metal laminated CFRP member. 前記金属層の厚みは、5.0μm~1.5mmである、請求項2~6の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 The electricity storage device structure according to any one of claims 2 to 6, wherein the metal layer has a thickness of 5.0 μm to 1.5 mm. 前記炭素繊維強化プラスチック部材の厚みは、0.1~5.0mmである、請求項2~7の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 The electricity storage device structure according to any one of claims 2 to 7, wherein the carbon fiber reinforced plastic member has a thickness of 0.1 to 5.0 mm. 前記金属層は、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、又は、チタンからなる金属箔もしくは金属板である、請求項2~8の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 The electricity storage device structure according to any one of claims 2 to 8, wherein the metal layer is a metal foil or metal plate made of copper, aluminum, iron, stainless steel, or titanium. 前記炭素強化繊維は、ピッチ系炭素強化繊維である、請求項~9の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 The electricity storage device structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon reinforced fiber is a pitch-based carbon reinforced fiber. 前記放熱機構には、溝部が設けられており、
前記炭素繊維強化プラスチック部材は、前記溝部に嵌合されている、請求項1~10の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。
The heat dissipation mechanism is provided with a groove,
The electricity storage device structure according to any one of claims 1 to 10 , wherein the carbon fiber reinforced plastic member is fitted into the groove.
前記炭素繊維強化プラスチック部材が設けられた前記蓄電デバイスと、当該蓄電デバイスに隣り合う他の前記蓄電デバイスと、の間に、断熱部材が設けられる、請求項1~1の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 According to any one of claims 1 to 11, a heat insulating member is provided between the electricity storage device provided with the carbon fiber reinforced plastic member and another electricity storage device adjacent to the electricity storage device. The electricity storage device structure described. 隣り合う前記蓄電デバイスにおいて、他の前記蓄電デバイスに対向する側の面上には、前記炭素繊維強化プラスチック部材が設けられており、
前記蓄電デバイスの側には、ピッチ系炭素強化繊維を有する前記炭素繊維強化プラスチック部材が設けられており、前記他の蓄電デバイスの側には、ピッチ系炭素強化繊維以外の炭素強化繊維を有する前記炭素繊維強化プラスチック部材が設けられている、請求項1~12の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。
In the adjacent electricity storage devices, the carbon fiber reinforced plastic member is provided on the surface facing the other electricity storage device,
The carbon fiber reinforced plastic member having pitch-based carbon reinforced fibers is provided on the power storage device side, and the carbon fiber reinforced plastic member having carbon reinforced fibers other than pitch-based carbon reinforced fibers is provided on the other power storage device side. The electricity storage device structure according to any one of claims 1 to 12 , further comprising a carbon fiber reinforced plastic member.
前記放熱機構は、前記蓄電デバイスから伝達された熱を冷却する冷却装置、又は、前記蓄電デバイスを収納する蓄電デバイスケースの少なくとも何れかである、請求項1~13の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 The heat dissipation mechanism is at least one of a cooling device that cools the heat transferred from the electricity storage device, or an electricity storage device case that houses the electricity storage device, according to any one of claims 1 to 13 . Energy storage device structure. 前記炭素繊維強化プラスチック部材における、前記面法線方向に対して直交する方向の熱伝導率は、50~300W/m・Kである、請求項1~14の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 The power storage device according to any one of claims 1 to 14 , wherein the carbon fiber reinforced plastic member has a thermal conductivity of 50 to 300 W/m·K in a direction perpendicular to the surface normal direction. Structure. 前記炭素繊維強化プラスチック部材は、熱伝導率が0.1W/m・K以上である接着剤又はグリースの少なくとも何れかを介して、他の部材に熱的に接続される、請求項1~15の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 Claims 1 to 15 , wherein the carbon fiber reinforced plastic member is thermally connected to another member via at least one of an adhesive or grease having a thermal conductivity of 0.1 W/m·K or more. The electricity storage device structure according to any one of the above. 前記蓄電デバイスは、バッテリーセルである、請求項1~16の何れか1項に記載の蓄電デバイス構造体。 The electricity storage device structure according to any one of claims 1 to 16 , wherein the electricity storage device is a battery cell. 数の蓄電デバイスの少なくとも1つの面上に対し、配向した炭素強化繊維を有する炭素繊維強化プラスチック部材を配置して、前記炭素繊維強化プラスチック部材と前記蓄電デバイスとを熱的に接続し、
前記炭素強化繊維の配向方向における前記炭素繊維強化プラスチック部材の少なくとも片方の端部を、当該端部の全面が雰囲気中に露出させるか、又は、当該端部の少なくとも一部を、冷媒もしくは放熱機構の少なくとも何れかに接触させ、
複数の前記蓄電デバイスを、互いに対向するように配置し、前記放熱機構に対し、前記複数の蓄電デバイスを熱的に接続させ、
前記炭素繊維強化プラスチック部材を、前記複数の蓄電デバイスの少なくとも1つ以上に対し、隣り合う他の前記蓄電デバイスと対向する少なくとも1つの面上に設け、かつ、前記放熱機構に対して熱的に接続させ、
前記炭素繊維強化プラスチック部材を平面視したときに、雰囲気中に露出している前記端部又は前記冷媒もしくは放熱機構に向かう方向を0°方向と定義し、前記0°方向に直交する方向を90°方向と定義し、前記炭素繊維強化プラスチック部材に含まれる前記炭素強化繊維の延伸方向について、0°方向成分及び90°方向成分をそれぞれ算出したときに、前記炭素繊維強化プラスチック部材の全体に含まれる前記炭素強化繊維の延伸方向における前記0°方向成分が、40%以上である、蓄電デバイス構造体の放熱方法。
A carbon fiber-reinforced plastic member having oriented carbon-reinforced fibers is arranged on at least one surface of the plurality of power storage devices, and the carbon fiber-reinforced plastic member and the power storage device are thermally connected;
At least one end of the carbon fiber-reinforced plastic member in the direction of orientation of the carbon-reinforced fibers is exposed entirely to the atmosphere, or at least a portion of the end is exposed to a refrigerant or a heat dissipation mechanism. contact with at least one of
A plurality of the power storage devices are arranged to face each other, and the plurality of power storage devices are thermally connected to the heat dissipation mechanism,
The carbon fiber reinforced plastic member is provided on at least one surface of at least one of the plurality of power storage devices facing the other adjacent power storage device, and the carbon fiber reinforced plastic member is provided thermally with respect to the heat dissipation mechanism. connect,
When the carbon fiber reinforced plastic member is viewed from above, the end exposed in the atmosphere or the direction toward the refrigerant or heat radiation mechanism is defined as the 0° direction, and the direction perpendicular to the 0° direction is defined as the 90° direction. When the 0° direction component and the 90° direction component are respectively calculated with respect to the stretching direction of the carbon reinforced fibers included in the carbon fiber reinforced plastic member, A heat dissipation method for a power storage device structure, wherein the 0° direction component in the stretching direction of the carbon reinforced fiber is 40% or more.
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