TW202109963A - 散熱結構體以及具備該散熱結構體的電池 - Google Patents

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Abstract

本發明提供能適應熱源的各種狀態、輕量、散熱效率優異且富於彈性變形性、並且能抑制因來自熱源的擠壓所致的破損的散熱結構體和具備其的電池。本發明涉及將提高來自熱源(20)的散熱的多個散熱構件(28)連結而成的散熱結構體(25)和具備其的電池(1)，散熱構件(28)具備：熱傳導片材(30)，傳遞來自熱源(20)的熱，且為呈螺旋狀捲繞行進的形狀；緩衝構件(31)，設置於熱傳導片材(30)的環狀背面側，與熱傳導片材(30)相比容易根據熱源(20)的表面形狀變形；黏結層(33)，是將熱傳導片材(30)與緩衝構件(31)之間進行固定的層，比熱傳導片材(30)更容易彈性變形；和貫通路(32)，在熱傳導片材(30)捲繞行進的方向上貫通，多個散熱構件(28)以在與熱傳導片材(30)捲繞行進的方向垂直的方向上排列的狀態通過連結構件(35)而連結。

Description

散熱結構體以及具備該散熱結構體的電池
本發明涉及散熱結構體以及具備該散熱結構體的電池。
汽車、飛機、船舶或者家庭用或業務用電子設備的控制系統更高精度且複雜化，與之相伴，電路基板上的小型電子構件的集聚密度不斷增加。其結果，強烈期望解決由電路基板周邊的發熱引起的電子構件的故障、短壽命化。
為了實現從電路基板的快速散熱，一直以來，將由散熱性優異的材料構成電路基板自身且安裝散熱器或者驅動冷卻風扇的方法單獨或組合多個而進行。其中，由散熱性優異的材料例如金剛石、氮化鋁（AlN）、立方晶氮化硼（cBN）等構成電路基板自身的方法會使電路基板的成本非常高。另外，冷卻風扇的配置會產生風扇這一旋轉設備的故障、用於防止故障的維護的必要性、設置空間的確保困難的問題。對此，散熱片是通過形成大量使用熱傳導性高的金屬（例如鋁）的柱狀或平板狀的突出部位而能夠增大表面積並進一步提高散熱性的簡易的構件，因此作為散熱構件被廣泛地使用（參照專利文獻1）。
然而，現在，在世界範圍內，以減輕對地球環境的負荷為目的，將以往的將汽油車或柴油車逐漸轉換為電動汽車的行動變得活躍。特別是，以法國、荷蘭、德國為代表的歐洲各國之外，在中國也正在普及電動汽車。電動汽車的普及除了高性能電池的開發之外，還需要大量設置充電站等。特別是，用於提高鋰系的汽車用電池的充放電功能的技術開發是重要的。眾所周知，上述汽車電池在攝氏60度以上的高溫下無法充分發揮充放電的功能。因此，與先前說明的電路基板相同，在電池中也重視提高散熱性。
為了實現電池的快速散熱，採用如下結構，在鋁等熱傳導性優異的金屬制框體上配置水冷管，在該框體上配置多個電池單元，在電池單元與框體的底面之間夾持密合性的橡膠片材。在這樣的構造的電池中，電池單元通過橡膠片材向框體傳熱，通過水冷有效地進行除熱。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2008－243999
有鑑於此，吾等發明人乃潛心進一步研究，並著手進行研發及改良，期以一較佳發明以解決上述問題，且在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。
（發明要解決的課題）
但是，在上述這樣的以往的電池中，橡膠片材與鋁、石墨相比熱傳導性低，因此難以使熱從電池單元高效地移動至框體。此外，也考慮到夾持石墨等間隔件來代替橡膠片材的方法，但由於多個電池單元的下表面不平坦而具有高低差，因此在電池單元與間隔件之間產生間隙，傳熱效率降低。如在這樣的一例中所看到的那樣，由於電池單元可能採用各種形態（包括高低差等凹凸或者表面狀態），因此能夠適應電池單元的各種形態且實現高傳熱效率的期望提高。進而，期望電池單元的容器的材質更輕量且可彈性變形，期望使電池單元輕量化、去除電池單元時恢復成接近於原來的形狀的形狀的散熱結構體。因此，也考慮在由橡膠等形成的筒狀的緩衝構件的外側面卷附石墨等熱傳導性高的片材的方法，但是在散熱結構體受到來自電池單元的擠壓而被壓扁時，有可能由於緩衝構件的應力而導致在該片材產生龜裂，因而還期望抑制因來自電池單元的擠壓所致的散熱結構體的破損。這不僅適用於電池單元，而且適用於電路基板、電子構件或者電子設備主體這樣的其它熱源。
本發明是鑑於上述課題而完成的發明，其目的在於提供一種能夠適應熱源的各種形態，輕量、散熱效率優異且富於彈性變形性，並且能夠抑制因來自熱源的擠壓所致的破損的散熱結構體以及具備該散熱結構體的電池。
（用於解決課題的技術方案）
（1）用於實現上述目的的一個實施方式涉及的散熱結構體為將提高來自熱源的散熱的多個散熱構件連結而成的散熱結構體，上述散熱構件具備，熱傳導片材，其用於傳遞來自上述熱源的熱，且為一邊捲繞成螺旋狀一邊行進的形狀；緩衝構件，其設置於上述熱傳導片材的環狀背面側，與上述熱傳導片材相比容易根據上述熱源的表面形狀而變形；黏結層，其是對上述熱傳導片材與上述緩衝構件之間進行固定的層，比上述熱傳導片材更容易彈性變形；以及貫通路，其在上述熱傳導片材一邊捲繞一邊行進的方向上貫通，上述多個散熱構件以在與上述熱傳導片材一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上排列的狀態通過連結構件而連結。
（2）另一實施方式涉及的散熱結構體中，優選上述黏結層是構成為在樹脂層的兩面具備黏結劑的多層的層。
（3）另一實施方式涉及的散熱結構體中，優選上述緩衝構件是在其長度方向上具有上述貫通路的筒狀緩衝構件，上述熱傳導片材繞著上述筒狀緩衝構件的外側面捲繞成螺旋狀。
（4）另一實施方式涉及的散熱結構體中，優選上述緩衝構件為沿著上述熱傳導片材的上述環狀背面而捲繞成螺旋狀的螺旋狀緩衝構件。
（5）另一實施方式涉及的散熱結構體中，優選上述連結構件由絲線構成，並在上述多個散熱構件之間具備經加拈而成的拈合部，上述多個散熱構件在與上述熱傳導片材一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上用上述絲線連結。
（6）另一實施方式涉及的散熱結構體中，優選上述多個散熱構件隔開上述散熱構件的圓換算直徑的0.114倍以上的間距而配置。
（7）另一實施方式涉及的散熱結構體中，優選在上述熱傳導片材的表面具有熱傳導性油，上述熱傳導性油用於提高從與該表面接觸的熱源向該表面的熱傳導性。
（8）另一實施方式涉及的散熱結構體中，優選上述熱傳導性油含有矽油、以及熱傳導性比上述矽油高且含有金屬、陶瓷或碳中的1種以上的熱傳導性填料。
（9）一個實施方式涉及的電池在具有流過冷卻構件的結構的框體內具備1個或2個以上的作為熱源的電池單元，在上述電池單元與上述框體之間具備上述中任一項所述的散熱結構體。
（發明效果）
根據本發明，能夠提供一種能夠適應熱源的各種形態，輕量、散熱效率優異且富於彈性變形性，並且能夠抑制因來自熱源的擠壓所致的破損的散熱結構體以及具備該散熱結構體的電池。
關於吾等發明人之技術手段，茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明，俾供  鈞上深入瞭解並認同本發明。
接著，參照附圖對本發明的各實施方式進行說明。應予說明，以下說明的各實施方式並不限定於專利請求保護的範圍涉及的發明，此外，各實施方式中說明的各要素及其組合的全部未必是本發明的解決手段所必需的。
（第一實施方式）
圖1A表示第一實施方式涉及的散熱結構體的俯視圖，圖1B表示圖1A中的A－A線截面圖，圖1C表示圖1B中的區域B的放大圖。圖2A表示第一實施方式涉及的散熱結構體和具備該散熱結構體的電池的縱截面圖，圖2B表示利用圖2A中的電池單元壓縮散熱結構體前後的散熱結構體的形態變化的截面圖。
如圖2A所示，電池1具有如下結構，即：在接觸冷卻構件15的框體11內具備多個電池單元20。散熱結構體25優選設置在作為熱源的一例的電池單元20的接近冷卻構件15的一側的端部（下端部）與接近冷卻構件15的一側的框體11的一部分（底部12）之間。在此，散熱結構體25載置有11個電池單元20，但載置於散熱結構體25的電池單元20的個數不限定於11個。此外，對於構成電池1所具備的散熱結構體25的散熱構件28的個數，也沒有特別限定。
散熱結構體25是將提高來自電池單元20的散熱的多個散熱構件28連結而成的結構體。散熱構件28具備：熱傳導片材30，其用於傳遞來自電池單元20的熱，且為一邊捲繞成螺旋狀一邊行進的形狀；緩衝構件31，其設置於熱傳導片材30的環狀背面側，與熱傳導片材30相比容易根據電池單元20的表面形狀而變形；黏結層33，其是對熱傳導片材30與緩衝構件31之間進行固定的層，比熱傳導片材30更容易彈性變形；以及貫通路32，其在熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向上貫通。此外，多個散熱構件28以在與熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上排列的狀態通過連結構件35而連結。其中，熱傳導片材30優選含有與緩衝構件31相比熱傳導性優異的材料。緩衝構件31優選為在其長邊方向具有貫通路32的筒狀緩衝構件。熱傳導片材30對該筒狀緩衝構件的外側面以螺旋狀進行捲繞。此外，散熱結構體25優選在熱傳導片材30的表面和／或其內部具有用於提高從與該表面接觸的電池單元20向該表面的熱傳導性的熱傳導性油。構成散熱結構體25的多個散熱構件28在未載置電池單元20的狀態下具有大致圓筒形狀，但若載置電池單元20，則被其重量壓縮而成為扁平的形態。
熱傳導片材30是一邊繞著散熱構件28的外側面捲繞成螺旋狀一邊向大致圓筒的長度方向行進的帶狀的片材。熱傳導片材30是含有金屬、碳或者陶瓷中的至少1種的片材，具有使來自電池單元20的熱傳導至冷卻構件15的功能。應予說明，本申請中，所謂“截面”或“縱截面”，是指從電池1的框體11的內部14的上方開口面向底部12垂直地切斷的方向的截面。
接著，對電池1的概略構成和散熱結構體25的構成構件更加詳細地進行說明。
（1）電池的構成的概略
本實施方式中，電池1例如為電動汽車用電池，其具備大量的電池單元（也可以簡稱為單元）20。電池1優選具備一側開口的有底型框體11。框體11優選由鋁或者鋁基合金構成。電池單元20配置於框體11的內部14。在電池單元20的上方突出設置有電極（未圖示）。多個電池單元20優選在框體11內從其兩側利用螺絲等在壓縮的方向施加力，使其互相密合（未圖示）。在框體11的底部12，為了使作為冷卻構件15的一例的冷卻水流過，具備一個或多個水冷管13。冷卻構件也可以稱為冷卻介質或冷卻劑。電池單元20以在與底部12之間夾持散熱結構體25的方式配置於框體11內。在這樣的結構的電池1中，電池單元20通過散熱結構體25向框體11傳熱，通過水冷而有效地除熱。應予說明，冷卻構件15不限定於冷卻水，也可解釋為還包含液氮、乙醇等有機溶劑。冷卻構件15在用於冷卻的狀況下不限於液體，也可以為氣體或固體。
（2）熱傳導片材
熱傳導片材30優選為包含碳的片材，進一步優選為包含碳填料和樹脂的片材。也能夠將樹脂製成合成纖維，在這種情況下，也可以適當地使用芳綸纖維。本申請所謂的“碳”可廣義地解釋為包含由石墨、結晶性比石墨低的炭黑、膨脹石墨、金剛石、具有接近金剛石的結構的類金剛石碳等碳（元素符號：C）構成的任何結構。熱傳導片材30在該實施方式中可以是使在樹脂中配合分散有石墨纖維、碳顆粒的材料固化而成的薄片。熱傳導片材30可以是編織為網眼狀的碳纖維，此外可以混紡也可以混編。應予說明，石墨纖維、碳顆粒或者碳纖維的各種填料也全部包含在碳填料的概念中。
在熱傳導片材30中包含樹脂的情況下，該樹脂相對於熱傳導片材30的總質量可以超過50質量%，或者可以為50質量%以下。即，只要熱傳導片材30對熱傳導沒有大的障礙，則與是否以樹脂為主材無關。作為樹脂，例如，可優選使用熱塑性樹脂。作為熱塑性樹脂，優選具備在傳導來自熱源的一個示例即電池單元20的熱時不會熔化的程度的高熔點的樹脂，例如，可優選舉出聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醯胺醯亞胺（PAI）、芳香族聚醯胺（芳綸纖維）等。樹脂在熱傳導片材30的成型前的狀態中在碳填料的間隙例如分散成顆粒狀或者纖維狀。熱傳導片材30除了碳填料、樹脂以外，也可以分散AlN或金剛石來作為用於進一步提高熱傳導的填料。此外，也可以使用比樹脂柔軟的彈性體來代替樹脂。另外，熱傳導片材30也可以替換上述那樣的碳或與碳一起製成包含金屬和/或陶瓷的片材。作為金屬，可選擇鋁、銅、包含它們中的至少一種的合金等熱傳導性較高的金屬。另外，作為陶瓷，可選擇AlN、cBN、hBN等熱傳導性較高的陶瓷。
熱傳導片材30無論導電性是否優異均可。熱傳導片材30的熱傳導率優選為10W／mK以上。該實施方式中，熱傳導片材30優選為石墨的帶狀的板，由熱傳導性和導電性優異的材料構成。熱傳導片材30優選為彎曲性（或者彎曲性）優異的片材，其厚度沒有限制，優選為0.02～3mm，更優選為0.03～0.5mm。其中，由於熱傳導片材30的熱傳導率隨著其厚度的增加而降低，因此優選綜合考慮片材的強度、可撓性和熱傳導性來決定其厚度。
（3）緩衝構件
緩衝構件31的重要功能為變形容易性和恢復力。恢復力取決於彈性變形性。變形容易性是為了追隨電池單元20的形狀而需要的特性，特別是在將鋰離子電池等半固體物、具有液體性狀的內容物等收納於容易變形的封裝件那樣的電池單元20的情況下，多數情況下在設計尺寸上為不規則形狀或者無法提高尺寸精度。因此，用於保持緩衝構件31的變形容易性、追隨力的恢復力的保持是重要的。
緩衝構件31在該實施方式中為具備貫通路32的筒狀緩衝構件。貫通路32使緩衝構件31的變形變得容易，另外有助於散熱結構體25的輕量化，此外，具有提高熱傳導片材30與電池單元20的下端部的接觸的功能。緩衝構件31除了在電池單元20與底部12之間發揮緩衝性以外，還具有作為使熱傳導片材30不會由於對熱傳導片材30施加的負荷而破損等的保護構件的功能。緩衝構件31與熱傳導片材30相比容易彈性變形，不易由於來自電池單元20的擠壓及其放開所引起的變形而產生裂紋、龜裂。該實施方式中，緩衝構件31是熱傳導性比熱傳導片材30低的構件。
緩衝構件31優選構成為包含：矽橡膠、聚氨酯橡膠、異戊二烯橡膠、乙烯丙烯橡膠、天然橡膠、乙烯丙烯二烯橡膠、丁腈橡膠（NBR）或苯乙烯丁二烯橡膠（SBR）等熱固化性彈性體；聚氨酯系、酯系、苯乙烯系、烯烴系、丁二烯系、氟系等熱塑性彈性體、或者它們的複合物等。緩衝構件31優選由不因在熱傳導片材30傳遞的熱而熔融或分解等而能夠維持其形態的程度的耐熱性高的材料構成。該實施方式中，緩衝構件31更優選由聚氨酯系彈性體中含浸有有機矽的材料、或者矽橡膠構成。為了稍微提高其熱傳導性，緩衝構件31也可以在橡膠中分散有AlN、cBN、hBN、金剛石的顆粒等為代表的填料而構成。緩衝構件31可以在其內部含有氣泡，也可以不含有氣泡。此外，“緩衝構件”是指富於柔軟性且能夠與熱源的表面密合的可彈性變形的構件，上述含義中，也可以稱為“橡膠狀彈性體”。此外，作為緩衝構件31的變形例，也可以不使用上述橡膠狀彈性體而使用金屬構成。緩衝構件31也可以由樹脂、橡膠等形成的海綿或者實心材料（並非如海綿那樣的多孔的結構的材料）構成。
（4）黏結層
黏結層33在本申請中是配置於熱傳導片材30與緩衝構件31之間的層。黏結層33可廣義地解釋為也包含在由熱傳導片材30和緩衝構件31夾持後不容易剝離的黏接層。黏結層33可以配置在緩衝構件31的外側面的整面，或者在所述外側面上僅配置在與熱傳導片材30的接觸部位。此外，黏結層33也可以存在於捲繞成螺旋狀的熱傳導片材30彼此的間隙中。黏結層33除了在樹脂膜的兩面塗布有黏結劑或者黏接劑的形態的雙面膠帶以外，也可以是使在未固化狀態下為液態或半固態的黏結劑或者黏接劑固化而成的層。採用雙面膠帶的形態的黏結層33是構成為在樹脂層的兩面具備黏結劑的多層的層。這樣的黏結層33在底部12與電池單元20之間夾持散熱構件28並沿上下方向壓縮散熱構件28時，作為抑制熱傳導片材30的裂紋的破損抑制材料（或者破損緩和材料）而發揮功能。
（5）連結構件
連結構件35例如是由絲線、橡膠等使至少位於多個散熱構件28之間的部分自由變形的材料構成的構件。本實施方式中，連結構件35優選由絲線構成，更優選為能夠承受來自電池單元20的散熱導致的溫度上升的絲線。更具體而言，連結構件35優選由拈線構成，該拈線為能夠承受120℃左右的高溫的絲線且由天然纖維、合成纖維、碳纖維、金屬纖維等纖維構成。此外，連結構件35優選在多個散熱構件28之間具備經加拈而成的拈合部37（參照圖1C）。即使散熱結構體25的散熱構件28被電池單元20壓縮而成為扁平的形態，連結構件35也會追隨散熱構件28的變形而彎曲，因此能夠追隨並密合於電池單元20的表面。此外，散熱結構體25在多個散熱構件28之間具備拈合部37，由此可進一步提高對於電池單元20的表面的追隨性及密合性。應予說明，連結構件35可以不必具有拈合部37。
散熱構件28彼此間的間隙L1在散熱構件28受到來自電池單元20的擠壓而壓扁時變窄。在散熱構件28幾乎不被壓壞的情況下，熱傳導片材30與電池單元20和底部12的密合性有可能變低。適合於降低上述風險的在散熱構件28的上下方向，即從電池單元20的底朝向底部12的面的垂線方向壓縮時的厚度至少為散熱構件28的管徑（＝圓換算直徑：D）的80%。在此，所謂“圓換算直徑”，是指與將散熱構件28在與其長度方向垂直地切斷時的管截面的面積相同的面積的正圓的直徑。在散熱構件28為具有正圓截面的圓筒的情況下，其直徑與圓換算直徑相同。如果散熱構件28受到上述壓縮，則能夠視為以與電池單元20和底部12相接的面為平面、且以散熱構件28間的間隙L1的方向為大致圓弧截面的方式變形（參照圖1C）。在散熱構件28被壓扁為相當於圓換算直徑D的80%的0.8D的厚度的情況下，計算散熱構件28在間隙L1的方向上擴展何種程度。如圖1C所示，在壓扁的散熱構件28中，在其左右方向上存在的半圓弧的長度的總長為0.8πD。此外，與底部12相接的平面的長度是從散熱構件28的管周長減去上述的半圓弧的長度的總長而得的長度的一半，因此為（πD－0.8πD）／2＝0.314D。在平面的左右方向上擴展的圓弧部分的長度為0.4D×2＝0.8D。因此，被壓扁的散熱構件28從原來的散熱構件28在間隙L1的方向上擴展的距離為0.314D＋0.8D－D＝0.114D。如果充分增大間隙L1，則散熱構件28不會與相鄰的散熱構件28接觸。相反，如果間隙L1過小，則即使散熱構件28在上下方向上被壓縮，也有可能與相鄰的散熱構件28接觸而不會進一步壓扁。如果將間隙L1設為散熱構件28的圓換算直徑D的11.4%以上，則在散熱構件28被壓縮為圓換算直徑D的80%的厚度而變形時，能夠防止散熱構件28彼此接觸而成為該變形的障礙。應予說明，該實施方式中，將間隙L1設為0.6D。
（6）熱傳導性油
熱傳導性油優選包含矽油、以及熱傳導性比矽油高且由金屬、陶瓷或碳中的1種以上構成的熱傳導性填料。熱傳導片材30微觀上具有間隙（孔或者凹部）。通常，在該間隙中存在空氣，有可能對熱傳導性造成不良影響。熱傳導性油填埋該間隙，代替空氣而存在，具有提高熱傳導片材30的熱傳導性的功能。
熱傳導性油設置於熱傳導片材30的表面、至少電池單元2與熱傳導片材30接觸的面。本申請中，熱傳導性油的“油”是指非水溶性的常溫（20～25℃的範圍的任意的溫度）下為液狀或者半固體狀的可燃物質。也可以使用“油脂（grease）”或者“蠟”來代替“油”這樣的用語。熱傳導性油為從電池單元20向熱傳導片材30傳遞熱時不會成為熱傳導的障礙的性質的油。熱傳導性油可使用烴系的油、矽油。熱傳導性油優選包含矽油、以及熱傳導性比矽油高且由金屬、陶瓷或碳中的1種以上構成的熱傳導性填料。
矽油優選由矽氧烷鍵為2000以下的直鏈結構的分子構成。矽油大致分為普通矽油（straight silicone oil）和改性矽油。作為普通矽油，可例示二甲基矽油、甲基苯基矽油、甲基氫矽油。作為改性矽油，可例示反應性矽油、非反應性矽油。反應性矽油例如包含氨基改性型、環氧改性型、羧基改性型、甲醇改性型、甲基丙烯酸改性型、巰基改性型、酚改性型等各種矽油。非反應性矽油包含聚醚改性型、甲基苯乙烯基改性型、烷基改性型、高級脂肪酸酯改性型、親水性特殊改性型、含高級脂肪酸型、氟改性型等各種矽油。由於矽油是耐熱性、耐寒性、黏度穩定性、熱傳導性優異的油，因此特別適合作為塗布於熱傳導片材30的表面而介於電池單元20與熱傳導片材30之間的熱傳導性油。
熱傳導性油優選除了油分以外還包含由金屬、陶瓷或碳中的1種以上構成的熱傳導性填料。作為金屬，可例示金、銀、銅、鋁、鈹、鎢等。作為陶瓷，可例示氧化鋁、氮化鋁、立方氮化硼、六方氮化硼等。作為碳，可以例示金剛石、石墨、類金剛石碳、無定形碳、碳納米管等。
熱傳導性油優選除了介於電池單元20與熱傳導片材30之間以外，還介於熱傳導片材30與框體11之間。熱傳導性油可以塗布於熱傳導片材30的整面，也可以塗布於熱傳導片材30的一部分。使熱傳導性油存在於熱傳導片材30的方法沒有特別限制，可以採用使用噴霧器（spray）的噴霧、使用毛刷等的塗布、熱傳導片材30浸漬在熱傳導性油中等任意的方法。應予說明，熱傳導性油對於散熱結構體25或者電池1而言不是必需的構成，是可適當地具備的追加構成。這在第二實施方式以後也是相同的。
圖3A~圖3C表示用於說明圖1A的散熱結構體的製造方法的一部分的圖。
首先，使緩衝構件31成型。接著，將黏結層33配置於緩衝構件31的外側面。接著，將帶狀的熱傳導片材30以夾著黏結層33的方式在緩衝構件31的外側面捲繞成螺旋狀。此時，可以在緩衝構件31未完全固化的未固化狀態下，將熱傳導片材30捲繞於緩衝構件31的外側面，其後，通過加溫使緩衝構件31完全固化。然後，如果有帶狀的熱傳導片材30從緩衝構件31的兩端突出的部分則進行切割。最後，在熱傳導片材30的表面塗布熱傳導性油。應予說明，也可以將黏結層33配置於熱傳導片材30的背面（朝向緩衝構件31的一側的面），將帶黏結層33的熱傳導片材30捲繞於緩衝構件31的外側面。
這樣製成的散熱構件28具有與緩衝構件31的外側面相比僅突出熱傳導片材30的厚度的量的形態。但是，熱傳導片材30和緩衝構件31也可以齊平。另外，熱傳導性油只要塗布於熱傳導片材30中至少與電池單元20接觸的面即可。將熱傳導片材30的從緩衝構件31的兩端伸出的部分進行切割的工序以及塗布熱傳導性油的工序並不限定於在上述的定時進行，只要是至少在緩衝構件31上捲繞熱傳導片材30後，可以隨時進行。另外，熱傳導片材30也可以在使緩衝構件31完全固化的狀態下捲繞在其外側面。
散熱結構體25通過以下方式製造：將通過上述的製造方法製造的多個散熱構件28以在與熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上排列的狀態利用連結構件35進行連結。更具體而言，散熱結構體25在將多個散熱構件28排列的狀態下通過以手工縫製的方式縫製絲線而連結。此時，多個散熱構件28優選將間隙L1設為0.114D以上而排列（參照圖1C）。此外，優選在多個散熱構件28之間以形成拈合部37的方式縫製。如此，由於散熱結構體25的多個散熱構件28被連結成簾狀，因此在被電池單元20壓縮的狀態下，散熱構件28追隨於電池單元20的表面而在上下左右方向上被壓扁，且在除去了電池單元20的狀態下能夠通過散熱構件28的彈性力而恢復為原來的形狀。此外，散熱結構體25通過將多個散熱構件28連結成簾狀，能夠抑制散熱構件28例如因汽車的振動等而出現不均勻的情況，施工性變高。此外，散熱結構體25由於各散熱構件28具有在緩衝構件31的外側面將熱傳導片材30捲繞成螺旋狀的結構，因此不會過度限制緩衝構件31的變形。
（第二實施方式）
接著，對第二實施方式涉及的散熱結構體以及具備該散熱結構體的電池進行說明。對與上述實施方式共通的部分標記相同的符號而省略重複說明。
圖4A表示第二實施方式涉及的散熱結構體的俯視圖，圖4B表示圖4A中的C－C線截面圖，圖4C表示圖4B中的區域D的放大圖。圖5A表示第二實施方式涉及的散熱結構體的截面圖，圖5B表示利用圖5A中的電池單元壓縮散熱結構體前後的散熱結構體的形態變化的截面圖。
第二實施方式所涉及的電池1a與第一實施方式所涉及的電池1不同，具備將多個散熱構件28以連結構件35a連結而成的散熱結構體25a。對於連結構件35a以外的構成與第一實施方式共通，因此省略說明。
連結構件35a與第一實施方式相同，例如為由絲線、橡膠等使至少位於多個散熱構件28之間的部分自由變形的材料構成的構件。本實施方式中，連結構件35a優選由絲線構成，更優選為能夠承受來自電池單元20的散熱導致的溫度上升的絲線。連結構件35a是使用縫紉機等縫製多個散熱構件28的構件。連結構件35a的縫製方法沒有特別限定，可以為手工縫製（hand sewing）、鎖式線跡縫製（lock sewing）、鋸齒形線跡縫製（zigzag sewing）、單線鏈式線跡縫製（single chain sewing）、雙線鏈式線跡縫製（double chain sewing）、鎖邊縫紉（serging sewing）、扁平縫線跡縫製（flatlock sewing）、安全縫線跡縫製（safty sewing）、鎖邊縫製（overlock）等任意的縫製方法。此外，根據JISL0120規定的標記符號，作為優選的縫製方法，可例示構成“101”、“209”、“301”、“304”、“401”、“406”、“407”、“410”、“501”、“502”、“503”、“504”、“505”、“509”、“512”、“514”、“602”和“605”的各種針腳的縫製方法。應予說明，連結構件35a與第一實施方式涉及的連結構件35不同，在多個散熱構件28之間不具備拈合部37。
散熱結構體25a可通過以下方式製造，將通過與第一實施方式相同的製造方法製造的多個散熱構件28以在與熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上排列的狀態利用連結構件35a連結。更具體而言，散熱結構體25a在將多個散熱構件28排列的狀態下通過使用縫紉機等利用絲線進行縫製而連結。此時，散熱構件28以多個散熱構件28間的間隙L2比先前闡述的L1小的方式間隔排列（參照圖4C）。具體而言，將L2設定為散熱構件28的圓換算直徑D的11.4%的距離（＝0.114D）。在該條件下，散熱構件28能夠在上下方向上壓扁至圓換算直徑D的約80%的厚度。若將間隙L2設為0.114D以上，則在散熱構件28壓縮變形為其圓換算直徑D的80%以下的厚度時，相鄰的散熱構件28不會成為該變形的障礙。應予說明，多個散熱構件28之間的間隙L2越窄，在利用縫紉機等進行縫製時越能夠更加穩定地連結多個散熱構件28。散熱構件28在相鄰的散熱構件28彼此接觸的位置為止具有在上下左右方向上被壓扁的餘地，能夠追隨且密合於電池單元20的表面。散熱結構體25a能夠在除去電池單元20的狀態下通過散熱構件28的彈性力而恢復為原來的形狀。散熱結構體25a通過將多個散熱構件28連結成簾狀，例如可抑制散熱構件28因汽車的振動等而出現不均勻的情況，施工性變高。特別是，散熱結構體25a由於使用縫紉機等將多個散熱構件28利用連結構件35a進行連結，因此在構成散熱結構體25a的散熱構件28的個數多的情況下，施工性變得更高。
（第三實施方式）
接著，對第三實施方式涉及的散熱結構體以及具備該散熱結構體的電池進行說明。對與前述的各實施方式共通的部分標記相同的符號而省略重複說明。
圖6表示第三實施方式涉及的散熱結構體和具備該散熱結構體的電池的縱截面圖。圖7A表示圖6的散熱結構體的製造狀況的一部分，圖7B表示通過圖7A的製造方法而完成的散熱結構體的俯視圖。
第三實施方式涉及的電池1b具備與配置在第一實施方式涉及的電池1內的散熱結構體25不同的散熱結構體25b，除此以外，具有與電池1共通的結構。該實施方式中使用的散熱結構體25b利用連結構件35連結多個與第一實施方式涉及的散熱構件28不同的散熱構件28a。散熱構件28a具備螺旋狀的緩衝構件31a，該緩衝構件31a與第一實施方式涉及的筒狀緩衝構件31不同，是配置於熱傳導片材30的背面側的帶狀的緩衝構件，並與熱傳導片材30一起捲繞成螺旋狀。黏結層33配置在熱傳導片材30與螺旋狀的緩衝構件31a之間。
具備上述的螺旋狀的緩衝構件31a（以後也稱為“螺旋狀緩衝構件31a”或簡稱為“緩衝構件31a”）的散熱結構體25b的製造方法的一例以下所示。
首先，製造由具有大致相同的寬度的熱傳導片材30和緩衝構件31a這兩層構成的層疊體50。黏結層33可預先配置於熱傳導片材30或緩衝構件31a，或者在將兩者30、31a附著時進行夾持。接著，在熱傳導片材30的表面塗布熱傳導性油。然後，將塗布有熱傳導性油的層疊體50以螺旋狀（也可以稱為線圈狀）以在一個方向上行進的方式捲繞。如此，完成將層疊體50捲繞成螺旋狀的細長形狀的散熱構件28a。熱傳導性油可以在製造層疊體50之前塗布在熱傳導片材30上，也可以在最後塗布在熱傳導片材30上。另外，層疊體50優選在緩衝構件31a未完全固化的未固化狀態下，將熱傳導片材30層疊於緩衝構件31a，其後，通過加熱使緩衝構件31a完全固化而形成。
散熱結構體25b可通過以下方式製造，在將多個散熱構件28a以在與熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上排列的狀態利用連結構件35進行連結。應予說明，將多個散熱構件28a用連結構件35進行連結的方法與第一實施方式相同，因此省略詳細的說明。
散熱構件28a具備在其長度方向上貫通的貫通路32，但與第一實施方式涉及的散熱構件28不同，在散熱構件28a的外側面方向上也貫通。由於散熱構件28a為螺旋狀，因此與上述散熱構件28相比，在散熱構件28a的長度方向上（圖7B的白箭頭方向）容易伸縮。
散熱結構體25b不僅可配置於電池單元20與框體11的底部12之間，而且也可配置於電池單元20與框體11的內側面的間隙、和／或電池單元20彼此的間隙。
（各實施方式的作用及效果）
如以上說明所示，散熱結構體25、25a、25b（在統稱散熱結構體的情況下，也稱為“散熱結構體25等”）是將提高來自電池單元20的散熱的多個散熱構件28、28a（在統稱散熱構件時，也稱為“散熱構件28等”）連結而成的散熱結構體，散熱構件28等具備：熱傳導片材30，其用於傳遞來自電池單元20的熱，且為一邊捲繞成螺旋狀一邊行進的形狀；緩衝構件31、31a（在統稱緩衝構件的情況下，也稱為“緩衝構件31等”），其設置於熱傳導片材30的環狀背面側，與熱傳導片材30相比容易根據電池單元20的表面形狀而變形；黏結層33，其是將熱傳導片材30與緩衝構件31等之間進行固定的層，比熱傳導片材30更容易彈性變形；以及貫通路32，其在熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向上貫通，多個散熱構件28等以在與熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上排列的狀態通過連結構件35、35a而連結。
通過如此構成散熱構造體25等，成為能夠適應電池單元20的各種形態、散熱效率優異、富於彈性變形性、且能夠抑制因來自電池單元20的擠壓所致的破損的結構體。另外，散熱結構體25等由於貫通路32而變得更加輕量。
此外，黏結層33是構成為在樹脂層的兩面具備黏結劑的多層的層。因此，能夠將熱傳導片材30和緩衝構件31等夾著黏結層33而容易地固定。
此外，構成散熱結構體25、25a的緩衝構件31是在其長度方向上具有貫通路32的筒狀緩衝構件。熱傳導片材30繞著筒狀緩衝構件31的外側面捲繞成螺旋狀。電池1、1a使上述散熱結構體25、25a與電池單元20接觸而設置於框體11。熱傳導片材30部分覆蓋筒狀緩衝構件31的外側面，並且在筒狀緩衝構件31的長度方向上捲繞成螺旋狀。電池1、1a將散熱結構體25、25a至少配置在電池20與冷卻構件15之間。因此，散熱結構體25、25a不易受到熱傳導片材30的限制，能夠追隨電池單元20的表面的凹凸等而變形。
另外，在散熱結構體25b中，緩衝構件31a是沿著熱傳導片材30的環狀背面捲繞成螺旋狀的螺旋狀緩衝構件。電池1b至少將散熱結構體25b配置在電池20與冷卻構件15之間。散熱結構體25b也可以配置在框體11的內側面與電池單元20之間和/或電池單元20彼此之間。散熱結構體25b的整體成為螺旋形狀，因此，更容易適應電池單元20的各種尺寸。更具體而言，如下所示。即使在具備剛性高的熱傳導片材30的情況下，也能夠以低負荷使熱傳導片材30變形，使熱傳導片材30追隨並密合於電池單元20的表面。進而，即使是部分不同的量的變形量，密合追隨性也變得良好。另外，由於緩衝構件31a也被切成螺旋狀，因此能夠發生各旋轉一周的螺旋大致獨立那樣的變形。因此，散熱結構體25b能夠提高局部變形的自由度。此外，散熱結構體25b不僅具備貫通路32，還具備從貫通路32貫通至側面的螺旋狀的貫通槽，因此變得更輕量。
此外，連結構件35由絲線構成，在多個散熱構件28等之間具有經加拈的拈合部37。多個散熱構件28等在與熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上利用絲線進行連結。因此，散熱結構體25等由於多個散熱構件28等被連結成簾狀，因此能夠抑制散熱構件28等例如因汽車的振動等而出現不均勻的情況，施工性變高。
此外，多個散熱構件28等隔開散熱構件28等的圓換算直徑D的0.114倍以上的間距而配置。連結構件35優選在多個散熱構件28等之間可收縮或變形。因此，即使散熱構件28等被電池單元20壓縮為原本的高度的80％的情況下，相鄰的散熱構件28等彼此也不會重合而成為扁平的狀態，因此能夠進一步提高對電池單元20的表面的追隨性及密合性。通過使散熱構件28等彼此充分壓縮變形，從而在施加了來自電池單元20的重量時，能夠使電池單元20與散熱構件28等充分密合，由此，能夠進一步提高電池單元20與散熱構件28等之間的熱傳導性。
另外，在熱傳導片材30的表面具有熱傳導性油，其用於提高從與該表面接觸的電池單元20向該表面的熱傳導性。熱傳導片材30微觀上具有間隙（孔或凹部）。通常，在該間隙存在空氣，有可能對熱傳導性產生不良影響。熱傳導性油填埋其間隙而代替空氣而存在，具有提高熱傳導片材30的熱傳導性的功能。
此外，熱傳導性油包含矽油、以及熱傳導性比矽油高且由金屬、陶瓷或碳中的1種以上構成的熱傳導性填料。由於矽油為耐熱性、耐寒性、黏度穩定性、熱傳導性優異的油，因此特別優選塗布於熱傳導片材30的表面而作為介於電池單元20與熱傳導片材30之間的熱傳導性油。此外，由於熱傳導性油含有熱傳導性填料，因此可提高熱傳導片材30的熱傳導性。
電池1、1a、1b在具有流過冷卻構件15的結構的框體11內具備1個或2個以上作為熱源的電池單元20，且具備上述散熱結構體25等。散熱結構體25等將提高來自電池單元20的散熱的多個散熱構件28等進行了連結，在散熱構件28等具備：熱傳導片材30，其用於傳遞來自電池單元20的熱，且為一邊捲繞成螺旋狀一邊行進的形狀；緩衝構件31等，其設置於熱傳導片材30的環狀背面，與熱傳導片材30相比容易根據電池單元20的表面形狀而變形；黏結層33，其是將熱傳導片材30與緩衝構件31等之間進行固定的層，比熱傳導片材30容易彈性變形；貫通路32，其在熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向上貫通。多個散熱構件28等以在與熱傳導片材30一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上排列的狀態通過連結構件35、35a而連結。通過如此構成電池1、1a、1b，從而成為具備能夠適應電池單元20的各種形態、散熱效率優異且富於彈性變形性、並且能夠抑制因來自電池單元20的擠壓所致的破損的散熱結構體25等的電池。另外，電池1、1a，1b由於貫通路32而變得更加輕量。
（其它實施方式）
如上所述，對本發明的優選各實施方式進行了說明，但本發明不限定於這些實施方式，可進行各種變形而實施。
圖8分別表示在散熱結構體上以使電池單元的側面接觸的方式橫置時的截面圖、其部分放大圖以及在充放電時電池單元膨脹時的部分截面圖。
在第一實施方式中，對將電池單元20設為縱向而使散熱結構體25與其下端接觸的狀況進行了說明，但電池單元20的配置方式並不限定於此。如圖8所示，也可以以使電池單元20的側面與散熱結構體25的各散熱構件28接觸的方式配置電池單元20。電池單元20在充電和放電時溫度上升。如果電池單元20的容器自身由富於柔軟性的材料形成，則電池單元20特別是側面有可能膨脹。在這樣的情況下，如圖8所示，由於構成散熱結構體25的各散熱構件28可根據電池單元20的外表面的形狀而變形，因此在充放電時也可將散熱性維持得高。應予說明，電池單元20的配置方式不限定於第一實施方式，對於前述的各實施方式，也同樣地可以以使電池單元20的側面與散熱結構體25等的各散熱構件28等接觸的方式配置電池單元20。
此外，熱源不僅包含電池單元20，而且包含全部電路基板、電子設備主體等發熱的對象物。例如，熱源也可以是電容器和IC芯片等電子構件。同樣地，冷卻構件15不僅可以是冷卻用水，也可以是有機溶劑、液氮、冷卻用氣體。另外，散熱結構體25等也可以配置於電池1等以外的結構物，例如電子設備、家電、發電裝置等。
另外，散熱構件28b中的螺旋狀的緩衝構件31a並不限定於與熱傳導片材30的寬度相同，也可以大於或者小於熱傳導片材30的寬度。
另外，上述的各實施方式的多個構成要素除了不能相互組合的情況以外，可自由組合。例如，也可以配置第二實施方式涉及的散熱構件28來代替第三實施方式涉及的散熱構件28a。
產業上的可利用性
本發明涉及的散熱結構體例如除了可用於例如汽車用電池以外，還可用於汽車、工業用機器人、發電裝置、PC、家庭用電器等各種電子設備。另外，本發明涉及的電池除了可用於汽車用電池以外，還可用於家庭用可充放電的電池、PC等電子設備用電池。
綜上所述，本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題，並達致預期之目的與功效，且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性，誠屬專利法所稱之發明無誤，爰依法提出申請，懇祈  鈞上惠予詳審並賜准發明專利，至感德馨。
惟以上所述者，僅為本發明之數種較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
〔本發明〕 1、1a、1b:電池 11:框體 12:底部 13:水冷管 14:內部 15:冷卻構件 20:電池單元（熱源的一例） 25、25a、25b:散熱結構體 28、28a:散熱構件 30:熱傳導片材 31、31a:緩衝構件 32:貫通路 33:黏結層 35、35a:連結構件 37:拈合部 50:層疊體
[圖1A]表示第一實施方式涉及的散熱結構體的俯視圖; [圖1B]表示圖1A中的A－A線截面圖; [圖1C]表示圖1B中的區域B的放大圖; [圖2A]表示第一實施方式涉及的散熱結構體和具備該散熱結構體的電池的縱截面圖; [圖2B]表示利用圖2A中的電池單元壓縮散熱結構體前後的散熱結構體的形態變化的截面圖; [圖3A]表示用於說明圖1A的散熱結構體的製造方法的一部分的圖; [圖3B]表示用於說明圖1A的散熱結構體的製造方法的一部分的圖; [圖3C]表示用於說明圖1A的散熱結構體的製造方法的一部分的圖; [圖4A]表示第二實施方式涉及的散熱結構體的俯視圖; [圖4B]表示圖4A中的C－C線截面圖; [圖4C]表示圖4B中的區域D的放大圖; [圖5A]表示第二實施方式涉及的散熱結構體和具備該散熱結構體的電池的縱截面圖; [圖5B]表示利用圖5A中的電池單元壓縮散熱結構體前後的散熱結構體的形態變化的截面圖; [圖6]表示第三實施方式涉及的散熱結構體和具備該散熱結構體的電池的縱截面圖; [圖7A]表示圖6的散熱結構體的製造狀況的一部分; [圖7B]表示通過圖7A的製造方法而完成的散熱結構體的俯視圖; [圖8]分別表示在散熱結構體上以使電池單元的側面接觸的方式橫置時的截面圖、其部分放大圖以及在充放電時電池單元膨脹時的部分截面圖;
25:散熱結構體
28:散熱構件
30:熱傳導片材
35:連結構件
37:拈合部

Claims (9)

  1. 一種散熱結構體，其特徵在於， 所述散熱結構體為將提高來自熱源的散熱的多個散熱構件連結而成的散熱結構體， 所述散熱構件具備： 熱傳導片材，其用於傳遞來自所述熱源的熱，且為一邊捲繞成螺旋狀一邊行進的形狀； 緩衝構件，其設置於所述熱傳導片材的環狀背面側，且與所述熱傳導片材相比容易根據所述熱源的表面形狀而變形； 黏結層，其是對所述熱傳導片材與所述緩衝構件之間進行固定的層，比所述熱傳導片材容易彈性變形；以及 貫通路，其在所述熱傳導片材一邊捲繞一邊行進的方向上貫通， 所述多個散熱構件以在與所述熱傳導片材一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上排列的狀態通過連結構件而連結。
  2. 如請求項1所述之散熱結構體，其中， 所述黏結層是構成為在樹脂層的兩面具備黏結劑的多層的層。
  3. 如請求項1或2所述之散熱結構體，其中， 所述緩衝構件是在其長度方向上具有所述貫通路的筒狀緩衝構件， 所述熱傳導片材繞著所述筒狀緩衝構件的外側面捲繞成螺旋狀。
  4. 如請求項1或2所述之散熱結構體，其中， 所述緩衝構件為沿著所述熱傳導片材的所述環狀背面而捲繞成螺旋狀的螺旋狀緩衝構件。
  5. 如請求項1或2所述之散熱結構體，其中， 所述連結構件由絲線構成，並在所述多個散熱構件之間具備經加拈而成的拈合部， 所述多個散熱構件在與所述熱傳導片材一邊捲繞一邊行進的方向垂直的方向上用所述絲線連結。
  6. 如請求項1或2所述之散熱結構體，其中， 所述多個散熱構件被配置為隔開所述散熱構件的圓換算直徑的0.114倍以上的間距。
  7. 如請求項1或2所述之散熱結構體，其中， 在所述熱傳導片材的表面具有熱傳導性油，所述熱傳導性油用於提高從與該表面接觸的熱源向該表面的熱傳導性。
  8. 如請求項7所述之散熱結構體，其中， 所述熱傳導性油含有矽油和熱傳導性填料，所述熱傳導性填料的熱傳導性比所述矽油的熱傳導性高，且所述熱傳導性填料含有金屬、陶瓷或碳中的1種以上。
  9. 一種電池，其特徵在於，所述電池在具有流過冷卻構件的結構的框體內具備1個或2個以上的作為熱源的電池單元，在所述電池單元與所述框體之間具備如請求項1至8項中任一項所述之散熱結構體。
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