WO2019155683A1 - 熱交換装置 - Google Patents

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WO2019155683A1
WO2019155683A1 PCT/JP2018/037766 JP2018037766W WO2019155683A1 WO 2019155683 A1 WO2019155683 A1 WO 2019155683A1 JP 2018037766 W JP2018037766 W JP 2018037766W WO 2019155683 A1 WO2019155683 A1 WO 2019155683A1
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heat
heat exchange
interposition
battery stack
heat source
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PCT/JP2018/037766
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康光 大見
竹内　雅之
義則　毅
功嗣 三浦
井上　誠司
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株式会社デンソー
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    • F28F13/02—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by influencing fluid boundary
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This disclosure relates to a heat exchange device.
  • Patent Document 1 discloses a heat exchange device that dissipates heat of a battery stack to the outside in order to cool the battery stack.
  • the battery stack is an assembled battery formed in a substantially rectangular parallelepiped shape by stacking a plurality of battery cells, and is a heat source part that generates self-heating during charging and discharging.
  • the heat exchange device of Patent Document 1 includes a metal plate for radiating the heat of the battery stack to the outside. This metal plate is fixed to the side surface of the battery stack extending in parallel with the stacking direction of the battery cells by an adhesive.
  • an adhesive material having a relatively high thermal conductivity is adopted, and this adhesive material is used as an interposition part that promotes heat transfer between the battery stack and the metal plate.
  • This disclosure is intended to provide a heat exchange device that can dissipate heat evenly from the entire heat source unit as much as possible.
  • the heat exchange device is disposed between the heat exchange unit that moves the heat of the heat source unit and the heat source unit and the heat exchange unit, and heat between the heat source unit and the heat exchange unit.
  • An interposition part that promotes movement.
  • the interposition part has a surface layer formed of a deformable material, and an intermediate layer formed of a material having a higher thermal conductivity than the surface layer,
  • the intermediate layer has an intermediate layer side groove that allows the surface layer to enter when the interposition part is sandwiched between the heat source part and the heat exchange part.
  • the intermediate layer has the intermediate layer side groove portion, a part of the surface layer can enter the intermediate layer side groove portion. And the air between a surface layer and a heat-source part or between a surface layer and a heat exchange part can be moved in an intermediate
  • the heat exchange device 1 of the present embodiment is used for cooling the battery stack BS.
  • the battery stack BS is mounted on an electric vehicle and supplies power to an electric motor for traveling.
  • the heat exchange device 1 according to the present embodiment functions to radiate the heat generated by the battery stack BS to the outside air in order to cool the battery stack BS. Therefore, the heat source part of this embodiment is the battery stack BS.
  • the battery stack BS is formed by electrically connecting a plurality of battery cells BC in series.
  • the battery cell BC is a chargeable / dischargeable secondary battery (for example, a lithium ion battery or a lead storage battery).
  • Each battery cell BC is formed in a flat, substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIG.
  • the plurality of battery cells BC are stacked in a certain direction (in the stacking direction in FIG. 1) with the flat surfaces adjacent to each other.
  • the plurality of stacked battery cells BC are integrated into a block shape by the fastening member 5 to form a battery stack BS.
  • the external shape of the battery stack BS is also formed in a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • some battery cells BC etc. are abbreviate
  • the up and down arrows in FIG. 1 and the like indicate the up and down directions in a state where the heat exchange device 1 is applied to the battery stack BS.
  • This type of battery cell BC generates heat during operation (that is, during charging and discharging). Further, the battery cell BC is likely to deteriorate due to a temperature rise due to self-heating. For this reason, it is desirable that any battery cell BC is cooled so as not to exceed a predetermined reference temperature. That is, it is desirable for the entire battery stack BS to dissipate heat uniformly from all the battery cells BC and to cool all the battery cells BC equally.
  • the heat exchanging device 1 has a heat exchanging unit 2 that moves the heat of the battery stack BS.
  • the heat exchanging portion 2 of the present embodiment is a flat multi-hole tube formed of a plate-like metal (aluminum in the present embodiment) that has excellent heat conductivity.
  • the heat exchanging unit 2 has the same size as the bottom surface of the battery stack BS extending in the stacking direction of the battery cells BC, and is arranged in parallel so that the flat surface overlaps with the bottom surface of the battery stack BS.
  • a flow path through which the working fluid flows is formed inside the heat exchange unit 2.
  • the heat of the battery stack BS is radiated to the working fluid, and the battery stack BS is cooled.
  • the heat of the working fluid is radiated to the battery stack BS, and the battery stack BS is heated and warmed up.
  • the interposition part 3 includes, in order from the bottom surface of the battery stack BS toward the flat surface of the heat exchange part 2, a heat conductive grease 31 that forms a surface layer on the battery stack BS side, and an intermediate layer It has a three-layer structure in which the intermediate member 41 that forms the surface and the heat conductive grease 31 that forms the surface layer on the heat exchange section 2 side are arranged.
  • the heat conductive grease 31 is obtained by mixing a heat radiation filler made of a material having a relatively high thermal conductivity with a grease (silicone grease in the present embodiment) that has a relatively small change in viscosity with respect to a temperature change.
  • a heat radiation filler made of a material having a relatively high thermal conductivity
  • a grease silicon grease in the present embodiment
  • metal powder specifically, aluminum powder, alumina powder
  • the heat conductive grease 31 is formed of a deformable material.
  • the intermediate member 41 is formed by bending a thin plate made of metal (in this embodiment, aluminum).
  • the intermediate member 41 is formed in a size that overlaps the entire bottom surface of the battery stack BS and the entire flat surface of the heat exchanging unit 2 when viewed from the vertical direction perpendicular to the stacking direction. Further, the heat conduction grease 31 is applied between the battery stack BS and the intermediate member 41 and between the heat exchange unit 2 and the intermediate member 41.
  • the heat conduction grease 31 is drawn in a spiral shape with a part omitted, but the actual heat conduction grease 31 is applied as shown in FIG. 1. Not a translation.
  • the actual heat conduction grease 31 is uniform so as to spread over the entire area between the bottom surface of the battery stack BS and the upper surface of the intermediate member 41 and between the lower surface of the intermediate member 41 and the upper flat surface of the heat exchange unit 2. Has been applied.
  • the intermediate member 41 is bent so as to be elastically deformable when the interposition part 3 is sandwiched between the battery stack BS and the heat exchange part 2.
  • the intermediate member 41 of the present embodiment is alternately formed with a surface facing the bottom surface of the battery stack BS and a surface facing the flat surface of the heat exchange unit 2. It is bent like this. In other words, when viewed from the horizontal direction perpendicular to the stacking direction, the intermediate member 41 is bent so that a triangular shape having a base on the upper side and a triangular shape having a base on the lower side are alternately repeated. Yes.
  • the intermediate member 41 has a plurality of intermediates into which the heat conduction grease 31 enters when the interposition part 3 is sandwiched between the battery stack BS and the heat exchange part 2.
  • a layer-side groove 41a is formed.
  • the intermediate layer side groove 41a extends perpendicular to the stacking direction of the battery cells BC. Both end portions of the intermediate layer side groove 41a communicate with the outside (that is, the atmosphere).
  • the opening for allowing the heat conduction grease 31 to enter the intermediate layer side groove 41a is formed at a portion forming a triangular apex in a cross section viewed from a direction perpendicular to the stacking direction.
  • the thermal conductivity of the intermediate member 41 is higher than the thermal conductivity of the thermal conductive grease 31.
  • the thermal conductivity (240 W / mK) of the aluminum intermediate member 41 of the present embodiment is at least 20 times the thermal conductivity of the thermal conductive grease 31.
  • the thickness dimension t1 is thinner than the thickness dimension t2 of the intermediate member 41 both on the battery stack BS side and on the heat exchange part 2 side.
  • the thickness dimension can be defined as the dimension of the distance from the heat exchange part 2 to the battery stack BS in the direction perpendicular to the flat surface of the heat exchange part 2.
  • each battery cell BC and the outer surface of the heat exchange part 2 are subjected to insulation treatment. For this reason, the insulation between each battery cell BC and the heat exchange part 2 is ensured.
  • an insulation treatment it is possible to employ a means for applying an insulating paint to the outer surface of the battery cell BC or the like, or a means for attaching an insulating film having an insulating property to the outer surface of the battery cell BC or the like. it can.
  • the interposition part 3 is formed in advance by applying the heat conductive grease 31 to the surface of the intermediate member 41 on the battery stack BS side and the surface on the heat exchange part 2 side (interposition part forming step).
  • the interposition part 3 formed in the interposition part forming step is arranged so as to be sandwiched between the bottom surface of the battery stack BS and the flat surface of the heat exchange part 2 (interposition part nipping step).
  • the heat exchange part 2 is pressed against the battery stack BS side (pressing step).
  • the heat conduction grease 31 indicated by dot hatching on both surfaces of the intermediate member 41 is pressed until it enters the intermediate layer side groove 41 a.
  • the intermediate member 41 of the interposition part 3 may have a part that comes into contact with the battery cell BC or the heat exchange part 2.
  • the battery stack BS, the intervening portion 3 and the heat exchanging portion 2 are fixed using an insulating fixing member (for example, a resin band member) or the like.
  • the heat exchange device 1 is formed by the above steps.
  • the operation of the heat exchange device 1 of the present embodiment will be described.
  • the battery stack BS When the battery stack BS generates heat by charging / discharging the working fluid having a predetermined temperature through the flow path of the heat exchange section 2, the heat generated by the battery stack BS is exchanged through the interposition section 3. Heat is transferred to part 2. The heat generated by the battery stack BS is absorbed by the working fluid. Thereby, in the heat exchange apparatus 1, the battery stack BS can be cooled.
  • the heat of the working fluid is transferred via the interposition part 3 to the battery stack BS. Heat is transferred to. Thereby, in the heat exchange apparatus 1, the battery stack BS can also be heated and warmed up.
  • the battery stack BS which is a heat source part of the present embodiment is formed by stacking a plurality of battery cells BC
  • the battery stack BS is in contact with the bottom surface of the battery stack BS where the interposition part 3 comes into contact due to a dimensional error of the plurality of battery cells BC. Steps and recesses are formed. And when air remains in such a recessed part, the thermal resistance of the said part will increase.
  • the heat of the battery stack BS cannot be transferred to the heat exchanging unit 2, so that there is a possibility that heat can not be evenly dissipated from the entire battery stack BS. That is, there is a possibility that some of the battery cells BC cannot be cooled.
  • the intervening portion 3 is formed by a heat conductive grease 31 and an intermediate member 41 so as to have a three-layer structure.
  • the intermediate member 41 has the intermediate
  • the air between the heat conduction grease 31 and the battery stack BS or the air between the heat conduction grease 31 and the heat exchange unit 2 is moved into the intermediate layer side groove 41a together with the heat conduction grease 31, and Then, it can be discharged to the outside from both ends of the intermediate layer side groove 41a. Therefore, it is possible to prevent air from remaining between the heat conductive grease 31 and the bottom surface of the battery stack BS or between the heat conductive grease 31 and the flat surface of the heat exchange unit 2.
  • the battery stack BS and the heat exchanging unit 2 are connected via the intermediate member 41 formed of a material having higher thermal conductivity than the thermal conductive grease 31. Heat transfer between them. That is, the region having high thermal resistance is not locally formed by the air moved into the intermediate layer side groove 30a, and the thermal resistance in the region where the intermediate member 41 is interposed during heat transfer is relatively stable. Value.
  • the thermal conductivity of the intermediate member 41 that is an intermediate layer is set to be 20 times or more the thermal conductivity of the thermal conductive grease 31 that is a surface layer. It has been confirmed that variation in thermal resistance can be suppressed to such an extent that deterioration of the battery cell BC can be suppressed.
  • the heat of the battery stack BS can be dissipated from the entire battery stack BS substantially evenly.
  • an intermediate layer side groove 41a for allowing the heat conduction grease 31 to enter is formed. Accordingly, when the heat exchange device 1 is manufactured (specifically, during the pressing step), the air between the heat conductive grease 31 and the bottom surface of the battery stack BS, or the heat conductive grease 31 and the heat exchange unit 2. The air between the flat surfaces can be pushed out with a relatively small pressing force.
  • an intermediate member 41 that elastically deforms when the interposition part 3 is sandwiched between the battery stack BS and the heat exchange part 2 is employed.
  • the shape of the intermediate member 41 itself can be deformed so as to be adapted to a step or a recess formed on the bottom surface of the battery stack BS.
  • the heat conductive grease 31 since the thickness dimension t1 of the heat conductive grease 31 is thinner than the thickness dimension t2 of the intermediate member 41, the heat conductive grease 31 having a lower thermal conductivity than the intermediate member 41. The amount of use can be reduced. Therefore, the heat transfer from the battery stack BS to the heat exchange unit 2 can be improved.
  • the heat exchange device 1 when the heat exchange device 1 is manufactured (specifically, during the pressing step), since the heat conduction grease 31 enters the intermediate layer side groove 30a, the heat conduction grease 31 exchanges heat with the battery stack BS. The amount that protrudes from between the part 2 and the outside is reduced. Therefore, the process of removing the protruding grease is unnecessary, and the productivity of the heat exchange device 1 can be improved.
  • the intermediate member 41 formed by bending a thin metal plate is used as the intermediate layer of the interposition part 3, but the intermediate layer is not limited to this. .
  • middle layer applicable to the heat exchange apparatus 1 of this embodiment is demonstrated.
  • an intermediate member 42 obtained by bending a metal thin plate into a wave shape may be employed.
  • an intermediate layer side groove 42a is formed by a portion bent in a wave shape.
  • the degree of deformation with respect to the pressing force can be increased. Therefore, the intermediate member 42 is likely to be deformed into a shape suitable for a step or a recess formed on the bottom surface of the battery stack BS.
  • the intermediate layer side groove 43a is formed by the space formed between the convex portions 43b and 43c and the space inside the convex portions 43b and 43c.
  • the shape of each convex part 43b, 43c is not limited to a truncated cone shape, and may be formed in a prismatic shape, a cylindrical shape, or a hemispherical shape.
  • an intermediate member 44 formed of a metal porous material may be employed.
  • the intermediate layer side groove is formed by the porous 44a formed between the metals. Since the intermediate member 44 is formed of a porous material, it is easy to adjust the degree of deformation with respect to the pressing force by adjusting the material and adjusting the density of the porous 44a.
  • the metal thin plate is cut, a plurality of cut-and-raised portions 45 b that protrude toward the bottom surface side of the battery stack BS, and the cut-and-raised portion that protrudes toward the flat surface side of the heat exchange portion 2.
  • an intermediate layer side groove 45a is formed between the cut and raised portions 45b and 45c.
  • the intermediate member 45 by increasing the area of each cut and raised portion 45b, 45c, the contact area with the heat conductive grease 31 is increased, and the thermal resistance between the heat conductive grease 31 and the intermediate member 45 is further increased. Can be reduced.
  • a heat conductive sheet 32 is employed as a surface layer.
  • the heat conductive sheet 32 is formed of a silicone resin that combines electrical insulation and high heat conductivity. Therefore, the heat conductive sheet 32 is formed of a deformable material.
  • the heat conductive sheet 32 is formed in a plate shape and has a size that overlaps the entire bottom surface of the battery stack BS and the entire flat surface of the heat exchange unit 2 when viewed from the vertical direction perpendicular to the stacking direction of the battery stack. Is formed.
  • the intermediate member 42 formed by bending a metal thin plate described as a modification of the first embodiment into a wave shape is used as the intermediate layer.
  • Other configurations and operations of the heat exchange device 1 are the same as those in the first embodiment. Therefore, also in the heat exchange apparatus 1 of this embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.
  • the heat conductive sheet 32 is adopted as the surface layer, when the heat exchange device 1 is manufactured (specifically, at the time of the pressing step) than when the heat conductive grease 31 is adopted. ) Surface layer thickness dimension change is small.
  • the intermediate member 42 is employed in the present embodiment, the degree of deformation with respect to the pressing force is greater than that of the intermediate member 41 described in the first embodiment.
  • the change in the thickness dimension of the heat conductive sheet 32 which is the surface layer can be suppressed as compared with the case where the heat conductive grease 31 is employed.
  • positioned can be suppressed further.
  • the heat of the battery stack BS can be dissipated more evenly from the entire battery stack BS.
  • a heat conducting grease 31 is employed as the interposition part 3. Furthermore, the groove part forming member 6 is arrange
  • the groove forming member 6 is made of a metal having excellent heat conductivity (in this embodiment, aluminum).
  • the groove forming member 6 has a plurality of convex portions 6a that protrude from the bottom surface side of the battery stack BS to the heat exchanging portion 2 side.
  • the convex portion 6a extends perpendicular to the stacking direction of the battery cells BC. Thereby, between the adjacent convex parts 6a, the groove part 6b extended in the same direction as the convex part 6a is formed.
  • the groove part 6b is a part into which the heat conduction grease 31 enters when the heat conduction grease 31 is sandwiched between the battery stack BS and the heat exchange part 2.
  • the end of the groove 6b in the longitudinal direction is not blocked, and the groove 6b communicates with the outside air.
  • Other configurations and operations of the heat exchange device 1 are the same as those in the first embodiment.
  • the groove portion 6b is provided, when the heat exchange device 1 is manufactured (specifically, during the pressing step), a part of the heat conduction grease 31 is removed. It can be made to penetrate into the groove 6b. And the air between the heat conductive grease 31 and the battery stack BS can be moved into the groove 6b together with the heat conductive grease 31, and discharged to the outside. Therefore, it can suppress that air remains between the heat conductive grease 31 and battery stack BS.
  • the heat conductive grease 31 moves into the groove 6b, so that a part of the groove forming member 6 having excellent heat conductivity bites into the heat conductive grease 31. .
  • the contact area of the groove part formation member 6 and the heat conductive grease 31 can be increased, the increase in the variation in the thermal resistance between the heat conductive grease 31 and the battery stack BS can be suppressed.
  • the heat of the battery stack BS can be dissipated as evenly as possible from the entire battery stack BS.
  • all the battery cells BC can be evenly heated and warmed up.
  • the heat exchange device is disposed between the heat exchange unit 2 that moves the heat of the heat source unit (battery stack BS), the heat source unit, and the heat exchange unit, and the heat source unit and the heat exchange unit.
  • an interposition part 3 that promotes heat transfer between the two.
  • the interposition part is formed of a deformable material, and at least one of the heat source part and the heat exchange part is formed by allowing the interposition part to enter when the interposition part is sandwiched between the heat source part and the heat exchange part. It has the groove part 6b which suppresses that air remains between an interposition part and a heat-source part, or between an interposition part and a heat exchange part.
  • the heat source part and the heat exchanging part has the groove part 6b
  • the intervening part and the heat source part are interposed or interposed.
  • the air between the heat exchanger and the heat exchanger can be discharged to the outside through the groove 6b.
  • the air from remaining between the interposition part and the heat source part or between the interposition part and the heat exchange part. Furthermore, even if air remains in the groove 6b, the contact area between the interposed portion and the groove can be increased by the penetration of the interposed portion into the groove 6b. Or an increase in variation in thermal resistance between the intervening portion and the heat exchanging portion can be suppressed.
  • a heat conductive sheet 33 is employed as the interposition part 3.
  • an interposition portion side protrusion 33 a is formed on the surface facing the battery stack BS and the surface facing the heat exchange portion 2.
  • the interposition part side protrusion part 33a is a part crushed when the heat conductive sheet 33 is sandwiched between the battery stack BS and the heat exchange part 2.
  • the interposition part side protrusion part 33a is formed in the shape extended perpendicularly
  • Other configurations and operations of the heat exchange device 1 are the same as those in the first embodiment.
  • the heat conductive sheet 33 has the interposition part side protrusion 33a
  • the heat conduction sheet 33 and the battery stack BS are crushed when the interposition part side protrusion 33a is crushed.
  • the air between the heat conductive sheet 33 and the heat exchange part 2 can be discharged to the outside from both ends of the interposition part side groove part.
  • the heat of the battery stack BS can be dissipated as evenly as possible from the entire battery stack BS.
  • all the battery cells BC can be evenly heated and warmed up.
  • the heat exchange device is disposed between the heat exchange unit 2 that moves the heat of the heat source unit (battery stack BS), the heat source unit, and the heat exchange unit, and the heat source unit and the heat exchange unit. And an interposition part 3 that promotes heat transfer between the two.
  • the interposition part is formed of a deformable material, and when the interposition part is sandwiched between the heat source part and the heat exchange part, it is crushed between the interposition part and the heat source part or interposed It has the interposition part side protrusion part 33a which suppresses that air remains between a part and a heat exchange part.
  • the interposition part 3 since the interposition part 3 has the interposition part side protrusion part 33a, when the interposition part side protrusion part 33a is crushed, the interposition part 3 and the heat source part are brought into close contact, and the interposition part 3 And the heat exchange unit 2 can be brought into close contact with each other.
  • the interposition part side protrusion part 33 a that extends perpendicularly to the stacking direction of the battery cells BC as the interposition part side protrusion part on the heat conductive sheet 33 that is the interposition part 3.
  • the interposition part side protrusion part is not limited to this. Below, the modification of the heat conductive sheet applicable to the heat exchange apparatus 1 of this embodiment is demonstrated.
  • a heat conductive sheet 34 formed with a cylindrical interposition part side protrusion 34 a that protrudes to the bottom surface side of the battery stack BS may be employed.
  • the shape of the interposition part side protrusion part 34a is not limited to a columnar shape, and may be formed in a truncated cone shape, a prismatic shape, or a hemispherical shape.
  • the heat exchange device 1 When the heat exchange device 1 is manufactured (specifically, during the pressing step) by eliminating the intervening portion side protruding portion of the surface facing the heat exchange portion 2 like the heat conductive sheets 34 and 35.
  • the pressing force can be reduced.
  • the flat surface of the heat exchange unit 2 has relatively little unevenness. For this reason, even if the protruding portion on the surface facing the heat exchanging portion 2 is eliminated, air hardly remains between the heat conductive sheet 32 and the heat exchanging portion 2, and a portion having a high heat resistance is locally formed. Hateful.
  • a thermal conductive grease 31 is applied to the flat surface of the thermal conductive sheet 32 described in the second embodiment, thereby interposing an interposer-side protruding portion similar to the thermal conductive sheets 33 to 35.
  • the heat exchange unit 2 is arranged in parallel so as to overlap with the side surface in the horizontal direction of the battery stack BS and the side surface spreading in the stacking direction. .
  • the heat exchange part 2 and the interposition part 3 are arrange
  • the interposition part 3 of the present embodiment includes a heat conductive sheet 32 that forms a surface layer, an intermediate member 41 that forms an intermediate layer, and a surface layer in order from the side surface side of the battery stack BS toward the flat surface of the heat exchange part 2.
  • the heat conductive sheet 32 to be formed has a three-layer structure.
  • the heat conductive sheet 32 is the same as that described in the second embodiment.
  • the intermediate member 41 is obtained by adding a holding portion 41b and a positioning portion 41c to those described in the first embodiment.
  • the holding part 41b of the intermediate member 41 is a part that holds the surface layer.
  • the positioning portion 41c is a part temporarily fixed to the battery stack BS in order to determine a relative position with respect to the battery stack BS.
  • the holding portion 41b is formed by a cut-and-raised portion that protrudes toward the heat conductive sheet 32 from a portion of the intermediate member 41 that forms an upper end portion of the intermediate layer side groove 41a. Then, as shown in FIG. 14, the heat conductive sheet 32 on the battery stack BS side and the heat conductive sheet 32 on the heat exchange unit 2 side are held by the intermediate member 41 by causing the holding part 41 b to bite into the heat conductive sheet 32. ing.
  • the positioning portion 41c is formed by a bent portion that is bent from a part on the upper side of the intermediate member 41 to the battery stack BS side. And as shown in FIG. 14, the relative position with respect to the battery stack BS of the intermediate member 41 which hold
  • the positioning portion 41c may be temporarily fixed to the battery stack BS by means of adhesion, caulking, or the like as long as the performance of the battery stack BS is not degraded.
  • Other configurations and operations of the heat exchange device 1 are the same as those in the first embodiment. Therefore, also in the heat exchange apparatus 1 of this embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.
  • the intermediate member 41 since the intermediate member 41 has the holding portion 41b, when forming the interposition portion 3 (specifically, during the interposition portion forming step), the intermediate member 41 and the heat conduction sheet 32 are formed. Can be easily integrated.
  • the intermediate member 41 has the positioning portion 41c, the entire interposition portion 3 can be temporarily fixed to the battery stack BS for positioning. Therefore, as in the present embodiment, the productivity when manufacturing the heat exchange device 1 that radiates the heat of the battery stack BS from the side surface of the battery stack BS can be improved.
  • the holding portion 41b is formed by the cut-and-raised portion protruding from the portion forming the upper end of the intermediate layer side groove portion 41a to the heat conductive sheet 32 side. It is not limited. For example, as shown in FIG. 15, a plurality of cut-and-raised portions 46 a projecting to the side surface of the battery stack BS as a holding portion on a metal thin plate, and a cut-and-raised portion 46 b projecting to the flat surface side of the heat exchange unit 2. You may employ
  • the heat source unit is the battery stack BS
  • the heat source unit is not limited to the battery stack BS.
  • the heat exchanging device 1 can be widely applied to heat source parts other than the battery stack BS, which are desired to uniformly dissipate heat from the whole and to be uniformly cooled.
  • the present invention can be widely applied to a heat source unit that desirably heats up the whole evenly during warm-up.
  • the working fluid inlet side of the outdoor heat exchanger that exchanges heat between the working fluid and the outside air at the outlet of the flat multi-hole tube
  • a working fluid circulation circuit in which the inlet side of the flat multi-hole tube is connected to the working fluid outlet of the outdoor heat exchanger.
  • a water pump or the like that pumps the working fluid may be disposed in the circulation circuit.
  • a plate-shaped metal heat transfer member that transfers heat or cold generated by a Peltier element or a vapor compression refrigeration cycle apparatus may be adopted. According to this, not only can the heat source part move the heat source part to cool the heat source part, but also the heat source part can move the heat source part to heat the heat source part to warm up the heat source part. And the temperature of a heat-source part can be maintained in the range of a desired temperature range.
  • thermosiphon may be configured in which the flat multi-hole tube is an evaporation unit that evaporates the refrigerant, and the outdoor heat exchanger is a condensation unit that condenses the refrigerant.
  • the working fluid can be naturally circulated without the need for a water pump or the like, and the heat of the heat source unit can be continuously transferred to the outside (that is, outside air).
  • the heat exchanging unit 2 is arranged so as to overlap with the side surface of the battery stack BS, and is flat so that the working fluid flows from the lower side to the upper side. It is desirable to form a multi-hole tube flow path.
  • a heat sink in which fins for heat radiation promotion are formed on a plate-shaped metal heat transfer member may be adopted.
  • the surface on the side contacting the interposition part 3 of the heat sink is a flat surface.
  • the groove forming member 6 formed as a separate member with respect to the battery stack BS has been described, but the groove forming member 6 may be formed integrally with the battery stack BS. . More specifically, the groove forming member 6 may be formed in the case of the battery cell BC. Moreover, the groove part formation member may be arrange
  • the effect similar to 4th Embodiment can be acquired by making the heat conductive sheet 32 function as an interposition part side protrusion part demonstrated in 4th Embodiment. Furthermore, since the plurality of heat conductive sheets 32 can be held on the thin plate 47, the same effect as in the fifth embodiment can be obtained.

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Abstract

熱交換装置は、熱源部（ＢＳ）の有する熱を移動させる熱交換部（２）と、熱源部と熱交換部との間に配置されて、熱源部と熱交換部との間の熱移動を促進させる介在部（３）と、を備える。介在部は、変形可能な材料で形成された表面層（３１、３２）、および表面層よりも熱伝導率の高い材料で形成された中間層（４１、４２、４３、４４、４５）を有する。中間層は、介在部が熱源部と熱交換部との間に挟持された際に表面層を侵入させる中間層側溝部（４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａ）を有している。

Description

熱交換装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年２月７日に出願された日本特許出願２０１８－２００７１号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、熱交換装置に関する。
　従来、特許文献１に、電池スタックを冷却するために、電池スタックの有する熱を外部に放熱させる熱交換装置が開示されている。電池スタックは、複数の電池セルを積層することによって略直方体形状に形成された組電池であって、充放電時に自己発熱を伴う熱源部である。さらに、特許文献１の熱交換装置は、電池スタックの有する熱を外部へ放熱させるための金属板を備えている。この金属板は、接着材によって、電池セルの積層方向に平行に広がる電池スタックの側面に固定されている。
　ここで、この種の電池スタックでは、いずれかの電池セルの冷却が不充分になってしまうと、当該電池セルの出力が低下して電池スタック全体としての性能が低下してしまう。このため、電池スタックのような熱源部の冷却に用いられる熱交換装置においては、熱源部の全体から均等に放熱させて、熱源部の全体を均等に冷却できることが望ましい。
　そこで、特許文献１の熱交換装置では、比較的熱伝導率の高い接着材を採用し、この接着材を電池スタックと金属板との間の熱移動を促進させる介在部としている。これにより、複数の電池セルの寸法誤差等によって金属板が固定される電池スタックの側面に凹部が形成されていたとしても、凹部内に接着材を充填することによって全ての電池セルと金属板とを熱的に接続させて、いずれの電池セルについても良好に冷却しようとしている。
特許第５８５２０９２号公報
　しかしながら、特許文献１の熱交換装置のように、複数の電池セルの寸法誤差等によって形成される凹部内に接着材を充填しようとしても、接着材の内部に気泡が残留していると、当該気泡が残留している部位の熱抵抗が高くなってしまう。その結果、電池スタックの全体から均等に放熱させることができなくなってしまい、一部の電池セルを良好に冷却することができなくなってしまう。
　本開示は、熱源部の全体から極力均等に放熱させることのできる熱交換装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様において、熱交換装置は、熱源部の有する熱を移動させる熱交換部と、熱源部と熱交換部との間に配置されて、熱源部と熱交換部との間の熱移動を促進させる介在部と、を備える。
　介在部は、変形可能な材料で形成された表面層、および表面層よりも熱伝導率の高い材料で形成された中間層を有し、
　中間層は、介在部が熱源部と熱交換部との間に挟持された際に表面層を侵入させる中間層側溝部を有している。
　これによれば、中間層が中間層側溝部を有しているので、表面層の一部を中間層側溝部に侵入させることができる。そして、表面層と熱源部の間、あるいは表面層と熱交換部の間の空気を、表面層とともに、中間層側溝部内へ移動させて外部に排出することができる。
　従って、表面層と熱源部との間、あるいは、表面層と熱交換部との間に空気が残留してしまうことを抑制することができる。さらに、中間層側溝部内に空気が残留してしまったとしても、表面層よりも熱伝導率の高い材料で形成された中間層を介して熱源部と熱交換部との間の熱移動を行わせることができる。
　その結果、熱源部の全体から極力均等に放熱させることの可能な熱交換装置を提供することができる。
第１実施形態の熱交換装置の分解斜視図である。 図１のＩＩ矢視図であって、第１実施形態の熱交換装置の模式的な拡大側面図である。 第１実施形態の中間部材の変形例の外観斜視図である。 第１実施形態の中間部材の別の変形例の外観斜視図である。 第１実施形態の中間部材の別の変形例の外観斜視図である。 第１実施形態の中間部材の別の変形例の外観斜視図である。 第２実施形態の熱交換装置の分解斜視図である。 図７のＶＩＩＩ矢視図であって、第２実施形態の熱交換装置の模式的な拡大側面図である。 第３実施形態の熱交換装置の模式的な側面図である。 第４実施形態の熱交換装置の分解斜視図である。 第４実施形態の介在部の変形例の外観斜視図である。 第４実施形態の介在部の別の変形例の外観斜視図である。 第５実施形態の熱交換装置の分解斜視図である。 図１３のＸＩＶ矢視図であって、第５実施形態の熱交換装置の模式的な拡大正面図である。 第５実施形態の介在部の変形例の外観斜視図である。 他の実施形態の介在部の外観斜視図である。
　（第１実施形態）
　以下、図面を用いて、第１実施形態を説明する。本実施形態の熱交換装置１は、電池スタックＢＳの冷却に用いられている。この電池スタックＢＳは、電気自動車に搭載されて、走行用電動モータ等に電力を供給するものである。本実施形態の熱交換装置１は、電池スタックＢＳを冷却するために、電池スタックＢＳが発生させた熱を外気に放熱させる機能を果たす。従って、本実施形態の熱源部は、電池スタックＢＳである。
　電池スタックＢＳは、複数の電池セルＢＣを電気的に直列に接続して形成したものである。電池セルＢＣは、充放電可能な二次電池（例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池）である。それぞれの電池セルＢＣは、図１に示すように、扁平な略直方体形状に形成されている。複数の電池セルＢＣは、平坦面同士を隣接させた状態で一定の方向（図１では、積層方向）に積層配置されている。
　積層配置された複数の電池セルＢＣは、締結部材５によってブロック状に一体化されて、電池スタックＢＳを形成している。このため、電池スタックＢＳの外観形状も略直方体形状に形成されている。なお、図１等の分解斜視図では、図示の明確化のため一部の電池セルＢＣ等を省略している。また、図１等における上下の各矢印は、熱交換装置１を電池スタックＢＳに適用した状態における上下の各方向を示している。
　この種の電池セルＢＣは、作動時（すなわち、充放電時）に発熱を伴う。さらに、電池セルＢＣは、自己発熱等による温度上昇によって劣化が進行しやすい。このため、いずれの電池セルＢＣも予め定めた基準温度を超えないように冷却されることが望ましい。つまり、電池スタックＢＳ全体としては、全ての電池セルＢＣから均等に放熱させて、全ての電池セルＢＣが均等に冷却されることが望ましい。
　次に、熱交換装置１は、電池スタックＢＳの有する熱を移動させる熱交換部２を有している。本実施形態の熱交換部２は、伝熱性に優れる板状の金属（本実施形態では、アルミニウム）で形成された扁平多穴チューブである。熱交換部２は、電池セルＢＣの積層方向に広がる電池スタックＢＳの底面と同等の大きさで、平坦面が電池スタックＢＳの底面と重合するように平行に配置されている。
　熱交換部２の内部には、作動流体が流通する流路が形成されている。この流路を流通する作動流体の温度が電池スタックＢＳよりも低い場合には、電池スタックＢＳの有する熱が作動流体に放熱されて、電池スタックＢＳが冷却される。また、この流路を流通する作動流体の温度が電池スタックＢＳよりも高い場合には、作動流体の有する熱が電池スタックＢＳに放熱されて、電池スタックＢＳが加熱されて暖機される。
　電池スタックＢＳの底面と熱交換部２との間には、電池スタックＢＳと熱交換部２との間の熱移動を促進させる介在部３が配置されている。介在部３は、図１、図２に示すように、電池スタックＢＳの底面から熱交換部２の平坦面へ向かって順に、電池スタックＢＳ側の表面層を形成する熱伝導グリス３１、中間層を形成する中間部材４１、熱交換部２側の表面層を形成する熱伝導グリス３１が配置された三層構造になっている。
　熱伝導グリス３１は、温度変化に対する粘度の変化が比較的少ないグリス（本実施形態では、シリコーングリス）に、比較的熱伝導率の高い材料で形成された放熱フィラーを混ぜたものである。放熱フィラーとしては、金属粉末（具体的には、アルミニウムの粉末、アルミナの粉末）、カーボンナノチューブ、セラミックスの粉末等を採用することができる。従って、熱伝導グリス３１は、変形可能な材料で形成されている。
　中間部材４１は、金属製（本実施形態では、アルミニウム製）の薄板を折り曲げることによって形成されたものである。中間部材４１は、積層方向に垂直な上下方向から見たときに、電池スタックＢＳの底面および熱交換部２の平坦面の全域と重なり合う大きさに形成されている。さらに、熱伝導グリス３１は、電池スタックＢＳと中間部材４１との間、および熱交換部２と中間部材４１との間の全域に塗布されている。
　なお、図１では、図示の明確化のため、熱伝導グリス３１を、一部を省略した螺旋状に描いているが、実際の熱伝導グリス３１は、図１に示すように塗布されている訳ではない。実際の熱伝導グリス３１は、電池スタックＢＳの底面と中間部材４１の上面との間、および中間部材４１の下面と熱交換部２の上側の平坦面との間の全域に広がるように一様に塗布されている。
　また、中間部材４１は、介在部３が電池スタックＢＳと熱交換部２との間に挟持された際に、弾性変形可能に折り曲げられている。
　より具体的には、本実施形態の中間部材４１は、図２に示すように、電池スタックＢＳの底面に対向する面、および熱交換部２の平坦面に対向する面が交互に形成されるように折り曲げられている。換言すると、中間部材４１は、積層方向に垂直な水平方向から見たときに、上側に底辺を有する三角形状と下側に底辺を有する三角形状が連続的に交互に繰り返されるように折り曲げられている。
　そして、このように折り曲げられていることによって、中間部材４１には、介在部３が電池スタックＢＳと熱交換部２との間に挟持された際に、熱伝導グリス３１が侵入する複数の中間層側溝部４１ａが形成されている。
　中間層側溝部４１ａは、電池セルＢＣの積層方向に対して垂直に延びている。中間層側溝部４１ａの両端部は外部（すなわち、大気）に連通している。中間層側溝部４１ａへ熱伝導グリス３１を侵入させる開口部は、積層方向に垂直な方向から見た断面において、三角形状の頂部を形成する部位に形成される。
　また、中間部材４１の熱伝導率は、熱伝導グリス３１の熱伝導率よりも高くなっている。具体的には、本実施形態のアルミニウム製の中間部材４１の熱伝導率（２４０Ｗ／ｍＫ）は、熱伝導グリス３１の熱伝導率の少なくとも２０倍以上となっている。
　また、図２に示すように、介在部３が電池スタックＢＳと熱交換部２との間に挟持された際に、熱交換部２の平坦面に水平方向から見ると、熱伝導グリス３１の厚み寸法ｔ１は、電池スタックＢＳ側においても、熱交換部２側においても、いずれも中間部材４１の厚み寸法ｔ２よりも薄くなっている。厚み寸法は、熱交換部２の平坦面に垂直な方向で、熱交換部２から電池スタックＢＳへ至る距離の寸法と定義することができる。
　また、それぞれの電池セルＢＣの外表面および熱交換部２の外表面には、絶縁処理が施されている。このため、それぞれの電池セルＢＣと熱交換部２との間の絶縁性が確保されている。このような絶縁処理としては、電池セルＢＣ等の外表面に絶縁性を有する塗料を塗布する手段や、電池セルＢＣ等の外表面に絶縁性を有する絶縁フィルムを貼り付ける手段を採用することができる。
　次に、本実施形態の熱交換装置１の製造方法について説明する。まず、中間部材４１の電池スタックＢＳ側の面および熱交換部２側の面に熱伝導グリス３１を塗布することによって予め介在部３を形成する（介在部形成工程）。介在部形成工程にて形成された介在部３を電池スタックＢＳの底面と熱交換部２の平坦面との間に挟み込むように配置する（介在部挟持工程）。
　その後、熱交換部２を電池スタックＢＳ側に押し当てる（押し当て工程）。押し当て工程では、図２に示すように、中間部材４１の両面の点ハッチングで示す熱伝導グリス３１が中間層側溝部４１ａに侵入するまで押し当てる。押し当て工程時に、介在部３の中間部材４１に、電池セルＢＣや熱交換部２に接触してしまう部位が存在してもよい。
　さらに、押し当て工程の後、絶縁性を有する固定部材（例えば、樹脂製の帯状部材）等を用いて、電池スタックＢＳ、介在部３、および熱交換部２を固定する。以上の工程によって、熱交換装置１が形成される。
　次に、本実施形態の熱交換装置１の作動を説明する。熱交換部２の流路に所定の温度の作動流体を流通させた状態で、電池スタックＢＳが充放電することによって発熱すると、電池スタックＢＳの発生させた熱が介在部３を介して熱交換部２に伝熱される。そして、電池スタックＢＳの発生させた熱は、作動流体に吸熱される。これにより、熱交換装置１では、電池スタックＢＳを冷却することができる。
　また、電池スタックＢＳの充放電前のように、作動流体の温度が電池スタックＢＳの温度よりも低くなっている際には、作動流体の有する熱が、介在部３を介して、電池スタックＢＳに伝熱される。これにより、熱交換装置１では、電池スタックＢＳを加熱して暖機することもできる。
　ところで、本実施形態の熱源部である電池スタックＢＳは、複数の電池セルＢＣを積層配置したものなので、複数の電池セルＢＣの寸法誤差等によって介在部３が当接する電池スタックＢＳの底面には、段差や凹部が形成されてしまう。そして、このような凹部に空気が残留していると、当該部位の熱抵抗が増加してしまう。
　その結果、当該部位では、電池スタックＢＳの有する熱を熱交換部２へ伝熱させることができなくなってしまうので、電池スタックＢＳの全体から均等に放熱させることができなくなってしまうおそれがある。すなわち、一部の電池セルＢＣを冷却することができなくなってしまうおそれがある。
　これに対して、本実施形態の熱交換装置１では、介在部３として、熱伝導グリス３１および中間部材４１によって、三層構造に形成されたものを採用している。そして、中間部材４１が中間層側溝部４１ａを有しているので、熱交換装置１を製造する際に（具体的には、押し当て工程時に）、熱伝導グリス３１の一部を中間層側溝部４１ａに侵入させることができる。
　そして、熱伝導グリス３１と電池スタックＢＳとの間の空気、あるいは熱伝導グリス３１と熱交換部２との間の空気を、熱伝導グリス３１とともに、中間層側溝部４１ａ内に移動させ、さらに、中間層側溝部４１ａの両端部から外部に排出させることができる。従って、熱伝導グリス３１と電池スタックＢＳの底面との間、あるいは、熱伝導グリス３１と熱交換部２の平坦面との間に空気が残留してしまうことを抑制することができる。
　さらに、中間層側溝部３０ａ内に空気が残留していたとしても、熱伝導グリス３１よりも熱伝導率の高い材料で形成された中間部材４１を介して電池スタックＢＳと熱交換部２との間の熱移動を行わせることができる。つまり、中間層側溝部３０ａ内に移動した空気によって、局所的に熱抵抗の高い部位が形成されてしまうことがなく、熱移動時に中間部材４１が介在する領域の熱抵抗は、比較的安定した値となる。
　ここで、本発明者等の試験検討によれば、中間層である中間部材４１の熱伝導率を、表面層である熱伝導グリス３１の熱伝導率の２０倍以上としておくことで、一部の電池セルＢＣが劣化してしまうことを抑制できる程度に、熱抵抗のバラツキを抑制できることが確認されている。
　従って、本実施形態の熱交換装置１によれば、電池スタックＢＳの有する熱を電池スタックＢＳの全体から略均等に放熱させることができる。換言すると、本実施形態の熱交換装置１によれば、全ての電池セルＢＣから極力均等に放熱させて、全ての電池セルＢＣを極力均等に冷却することができる。
　このような効果は、作動流体の温度が電池スタックＢＳよりも低くなっており、電池スタックＢＳの冷却が行われる際のみに得られるものではない。すなわち、作動流体の温度が電池スタックＢＳよりも高くなっており、電池スタックＢＳを加熱して暖機する際には、全ての電池セルＢＣを極力均等に加熱することができる。
　また、本実施形態の中間部材４１では、熱伝導グリス３１を侵入させる中間層側溝部４１ａが形成されている。従って、熱交換装置１を製造する際に（具体的には、押し当て工程時に）、熱伝導グリス３１と電池スタックＢＳの底面との間の空気、あるいは、熱伝導グリス３１と熱交換部２の平坦面との間の空気を、比較的小さな押し当て力で押し出すことができる。
　また、本実施形態の熱交換装置１では、中間部材４１として、介在部３が電池スタックＢＳと熱交換部２との間に挟持された際に弾性変形するものを採用している。これによれば、中間部材４１自体の形状を、電池スタックＢＳの底面に形成される段差や凹部に適合するように変形させることができる。
　また、本実施形態の熱交換装置１では、熱伝導グリス３１の厚み寸法ｔ１が、中間部材４１の厚み寸法ｔ２よりも薄くなっているので、中間部材４１より熱伝導率の低い熱伝導グリス３１の使用量を低減させることができる。従って、電池スタックＢＳから熱交換部２への伝熱性を向上させることができる。
　さらに、熱交換装置１を製造する際に（具体的には、押し当て工程時に）、熱伝導グリス３１を中間層側溝部３０ａ内に侵入させるので、熱伝導グリス３１が電池スタックＢＳと熱交換部２との間から外部へはみ出してしまう量が少なくなる。従って、はみ出したグリスを除去する工程が不要となり、熱交換装置１の生産性を向上させることができる。
　ここで、本実施形態では、介在部３の中間層として、図１、図２に示すように、金属製の薄板を折り曲げた中間部材４１を採用しているが、中間層はこれに限定されない。以下に、本実施形態の熱交換装置１に適用可能な中間層の変形例を説明する。
　例えば、図３に示すように、金属製の薄板を波状に折り曲げた中間部材４２を採用してもよい。中間部材４２では、波状に折り曲げられた部位によって、中間層側溝部４２ａが形成されている。中間部材４２では、押し当て力に対する変形度合を大きくすることができる。従って、中間部材４２は、電池スタックＢＳの底面に形成される段差や凹部に適合する形状に変形しやすい。
　また、図４に示すように、金属製の薄板に電池スタックＢＳの底面側に突出する凸部４３ｂ、および熱交換部２の平坦面側に突出する凸部４３ｃを交互に形成した中間部材４３を採用してもよい。この場合は、各凸部４３ｂ、４３ｃ同士の間に形成される空間、および各凸部４３ｂ、４３ｃの内側の空間によって中間層側溝部４３ａが形成される。各凸部４３ｂ、４３ｃの形状は、円錐台状に限定されることなく、角柱状、円柱状、半球状に形成されていてもよい。
　また、図５に示すように、金属製の多孔質材（金属スポンジ、焼結金属、発泡金属、金属メッシュ）で形成された中間部材４４を採用してもよい。この場合は、金属間に形成された多孔４４ａによって中間層側溝部が形成される。中間部材４４は、多孔質材で形成されているので、材料の調整および多孔４４ａの密度を調整することによって、押し当て力に対する変形度合を調整しやすい。
　また、図６に示すように、金属製の薄板に切り込み加工を施し、電池スタックＢＳの底面側に突出する複数の切り起こし部４５ｂ、および熱交換部２の平坦面側に突出する切り起こし部４５ｃを形成した中間部材４５を採用してもよい。この場合は、切り起こし部４５ｂ、４５ｃ同士の間に中間層側溝部４５ａが形成される。
　中間部材４５では、各切り起こし部４５ｂ、４５ｃの面積を拡大させることによって、熱伝導グリス３１との接触面積を増大させて、熱伝導グリス３１と中間部材４５との間の熱抵抗をより一層低減させることができる。
　（第２実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態に対して、図７、図８に示すように、介在部３の構成を変更した例を説明する。なお、図７は、第１実施形態で説明した図１に対応する図面であり、図８は、第１実施形態で説明した図２に対応する図面である。図７、図８では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。
　まず、本実施形態では、図７、図８に示すように、表面層として熱伝導シート３２を採用している。熱伝導シート３２は、電気絶縁性と高い熱伝導性とを兼ね備えるシリコーン樹脂で形成されている。従って、熱伝導シート３２は、変形可能な材料で形成されている。熱伝導シート３２は、板状に形成されており、電池スタックの積層方向に垂直な上下方向から見たときに、電池スタックＢＳの底面および熱交換部２の平坦面の全域と重なり合う大きさに形成されている。
　また、本実施形態では中間層として、第１実施形態の変形例として説明した金属製の薄板を波状に折り曲げることによって形成した中間部材４２を採用している。その他の熱交換装置１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の熱交換装置１においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　さらに、本実施形態では、表面層として熱伝導シート３２を採用しているので、熱伝導グリス３１を採用する場合よりも、熱交換装置１を製造する際（具体的には、押し当て工程時）の表面層の厚み寸法の変化が少ない。これに加えて、本実施形態では、中間部材４２を採用しているので、第１実施形態で説明した中間部材４１よりも押し当て力に対する変形度合が大きい。
　従って、図８に示すように、熱伝導グリス３１を採用する場合よりも、表面層である熱伝導シート３２の厚み寸法の変化を抑制することができる。これにより、熱伝導シート３２が配置された領域の熱抵抗のバラツキをより一層抑制することができる。その結果、本実施形態の熱交換装置１によれば、電池スタックＢＳの有する熱を電池スタックＢＳの全体からより一層均等に放熱させることができる。
　（第３実施形態）
　本実施形態の熱交換装置１では、図９に示すように、介在部３として、熱伝導グリス３１を採用している。さらに、それぞれの電池セルＢＣのうち電池スタックＢＳの底面を形成する部位に溝部形成部材６が配置されている。溝部形成部材６は、伝熱性に優れる金属（本実施形態では、アルミニウム）で形成されている。
　溝部形成部材６は、電池スタックＢＳの底面側から熱交換部２側へ突出する複数の凸部６ａを有している。凸部６ａは、電池セルＢＣの積層方向に対して垂直に延びている。これにより、隣り合う凸部６ａの間には、凸部６ａと同じ方向に延びる溝部６ｂが形成されている。
　溝部６ｂは、熱伝導グリス３１が電池スタックＢＳと熱交換部２との間に挟持された際に、熱伝導グリス３１を侵入させる部位である。溝部６ｂの長手方向端部は閉塞されることなく、溝部６ｂは外気に連通している。その他の熱交換装置１の構成および作動は第１実施形態と同様である。
　本実施形態の熱交換装置１によれば、溝部６ｂを有しているので、熱交換装置１を製造する際に（具体的には、押し当て工程時に）、熱伝導グリス３１の一部を溝部６ｂに侵入させることができる。そして、熱伝導グリス３１と電池スタックＢＳとの間の空気を、熱伝導グリス３１とともに溝部６ｂ内に移動させて外部へ排出することができる。従って、熱伝導グリス３１と電池スタックＢＳとの間に空気が残留してしまうことを抑制することができる。
　さらに、溝部６ｂ内に空気が残留していたとしても、熱伝導グリス３１が溝部６ｂ内に移動することによって、伝熱性に優れる溝部形成部材６の一部が熱伝導グリス３１に食い込むことになる。これにより、溝部形成部材６と熱伝導グリス３１との接触面積を増大させることができるので、熱伝導グリス３１と電池スタックＢＳとの間の熱抵抗のバラツキの増加を抑制することができる。
　その結果、本実施形態の熱交換装置１によれば、電池スタックＢＳの有する熱を電池スタックＢＳの全体から極力均等に放熱させることができる。換言すると、本実施形態の熱交換装置１によれば、全ての電池セルＢＣから極力均等に放熱させて、全ての電池セルＢＣを均等に冷却することができる。また、第１実施形態と同様に、全ての電池セルＢＣを均等に加熱して暖機することもできる。
　第３実施形態において、熱交換装置は、熱源部（電池スタックＢＳ）の有する熱を移動させる熱交換部２と、熱源部と熱交換部との間に配置されて、熱源部と熱交換部との間の熱移動を促進させる介在部３と、を備える。介在部は、変形可能な材料で形成されており、熱源部および熱交換部の少なくとも一方は、介在部が熱源部と熱交換部との間に挟持された際に介在部を侵入させることによって介在部と熱源部との間、あるいは、介在部と熱交換部との間に空気が残留してしまうことを抑制する溝部６ｂを有している。
　これによれば、熱源部および熱交換部の少なくとも一方が溝部６ｂを有しているので、介在部の一部が溝部６ｂに侵入することによって、介在部と熱源部との間、あるいは、介在部と熱交換部との間の空気を溝部６ｂを介して外部へ排出することができる。
　従って、介在部と熱源部との間、あるいは、介在部と熱交換部との間に空気が残留してしまうことを抑制することができる。さらに、溝部６ｂ内に空気が残留してしまったとしても、介在部が溝部６ｂに侵入することによって、介在部と溝部との接触面積を増大させることができるので、介在部と熱源部との間、あるいは、介在部と熱交換部との間の熱抵抗のバラツキの増加を抑制することができる。
　その結果、熱源部の全体から極力均等に放熱させることの可能な熱交換装置を提供することができる。
　（第４実施形態）
　本実施形態の熱交換装置１では、図１０に示すように、介在部３として、熱伝導シート３３を採用している。熱伝導シート３３は、電池スタックＢＳに対向する表面、および熱交換部２に対向する表面に、介在部側突出部３３ａが形成されている。介在部側突出部３３ａは、熱伝導シート３３が電池スタックＢＳと熱交換部２との間に挟持された際に押しつぶされる部位である。
　介在部側突出部３３ａは、電池セルＢＣの積層方向に対して垂直に延びる形状に形成されている。このため、隣り合う介在部側突出部３３ａの間には、介在部側突出部３３ａと同じ方向に延びる介在部側溝部が形成されている。介在部側溝部の長手方向端部は閉塞されることなく、介在部側溝部は外気に連通している。その他の熱交換装置１の構成および作動は第１実施形態と同様である。
　本実施形態の熱交換装置１によれば、熱伝導シート３３が介在部側突出部３３ａを有しているので、介在部側突出部３３ａが押しつぶされることによって、熱伝導シート３３と電池スタックＢＳとの間の空気、および熱伝導シート３３と熱交換部２との間の空気を、介在部側溝部の両端部から外部に排出することができる。
　従って、熱伝導シート３２と電池スタックＢＳとの間、あるいは、熱伝導シート３２と熱交換部２との間に空気が残留してしまうことを抑制することができる。
　その結果、本実施形態の熱交換装置１によれば、電池スタックＢＳの有する熱を電池スタックＢＳの全体から極力均等に放熱させることができる。換言すると、本実施形態の熱交換装置１によれば、全ての電池セルＢＣから極力均等に放熱させて、全ての電池セルＢＣを均等に冷却することができる。また、第１実施形態と同様に、全ての電池セルＢＣを均等に加熱して暖機することもできる。
　第４実施形態において、熱交換装置は、熱源部（電池スタックＢＳ）の有する熱を移動させる熱交換部２と、熱源部と熱交換部との間に配置されて、熱源部と熱交換部との間の熱移動を促進させる介在部３と、を備える。
　介在部は、変形可能な材料で形成されているとともに、介在部が熱源部と熱交換部との間に挟持された際に押し潰されることによって介在部と熱源部との間、あるいは、介在部と熱交換部との間に空気が残留してしまうことを抑制する介在部側突出部３３ａを有している。
　これによれば、介在部３が介在部側突出部３３ａを有しているので、介在部側突出部３３ａが押しつぶされることによって、介在部３と熱源部とを密着させること、および介在部３と熱交換部２とを密着させることができる。
　従って、介在部３と熱源部との間、あるいは、介在部３と熱交換部２との間に空気が残留してしまうことを抑制することができる。そして、熱源部と熱交換部２との間に空気が残留して熱抵抗の高い部位が発生してしまうことを抑制することができる。
　その結果、熱源部の全体から極力均等に放熱させることのできる熱交換装置を提供することができる。
　ここで、本実施形態では、図１０に示すように、介在部３である熱伝導シート３３に介在部側突出部として、電池セルＢＣの積層方向に対して垂直に延びる介在部側突出部３３ａを形成した例を説明したが、介在部側突出部はこれに限定されない。以下に、本実施形態の熱交換装置１に適用可能な熱伝導シートの変形例を説明する。
　例えば、図１１に示すように、電池スタックＢＳの底面側に突出する円柱状の介在部側突出部３４ａを形成した熱伝導シート３４を採用してもよい。介在部側突出部３４ａの形状は、円柱状に限定されることなく、円錐台状、角柱状、半球状に形成されていてもよい。また、図１２に示すように、介在部側突出部３３ａを、電池スタックＢＳに対向する表面のみに形成した熱伝導シート３５を採用してもよい。
　熱伝導シート３４、３５のように、熱交換部２に対向する面の介在部側突出部を廃止することで、熱交換装置１を製造する際（具体的には、押し当て工程時）の押し当て力を軽減することができる。ここで、熱交換部２の平坦面は、比較的凹凸が少ない。このため、熱交換部２に対向する面の突出部を廃止しても、熱伝導シート３２と熱交換部２との間に空気は残留しにくく、局所的に熱抵抗の高い部位が形成されにくい。
　さらに、第２実施形態で説明した熱伝導シート３２の平坦面に対して、熱伝導グリス３１を塗布することによって、熱伝導シート３３～３５と同様の介在部側突出部を形成したものを介在部３として用いてもよい。この場合は、所望の位置に熱伝導グリス３１を透過させる孔が形成された版を用いたシルクスクリーン印刷やドット塗布によって、熱伝導シート３２に熱伝導グリス３１を塗布すればよい。
　（第５実施形態）
　本実施形態の熱交換装置１では、図１３に示すように、熱交換部２が電池スタックＢＳの水平方向の側面であって、積層方向に広がる側面と重合するように平行に配置されている。このため、熱交換部２および介在部３は、電池セルＢＣの積層方向および鉛直方向に平行に広がるように配置されている。
　本実施形態の介在部３は、電池スタックＢＳの側面側から熱交換部２の平坦面へ向かって順に、表面層を形成する熱伝導シート３２、中間層を形成する中間部材４１、表面層を形成する熱伝導シート３２が配置された三層構造になっている。熱伝導シート３２は第２実施形態で説明したものと同様のものである。中間部材４１は第１実施形態で説明したものに保持部４１ｂ、および位置決め部４１ｃを追加したものである。
　中間部材４１の保持部４１ｂは、表面層を保持する部位である。また、位置決め部４１ｃは、電池スタックＢＳに対する相対位置を決定するために、電池スタックＢＳに仮固定される部位である。
　具体的には、保持部４１ｂは、中間部材４１のうち中間層側溝部４１ａの上方側の端部を形成する部位から熱伝導シート３２側に突出させた切り起こし部によって形成されている。そして、図１４に示すように、保持部４１ｂを熱伝導シート３２に食い込ませることによって、電池スタックＢＳ側の熱伝導シート３２および熱交換部２側の熱伝導シート３２が中間部材４１に保持されている。
　位置決め部４１ｃは、中間部材４１の上方側の一部から電池スタックＢＳ側へ折り曲げられた折り曲げ部によって形成されている。そして、図１４に示すように、位置決め部４１ｃを電池スタックＢＳの上面に乗せることによって、熱伝導シート３２を保持した中間部材４１、すなわち介在部３全体の電池スタックＢＳに対する相対位置が決定される。
　この際、電池スタックＢＳの性能低下を招かない範囲で、接着、かしめ等の手段によって、位置決め部４１ｃを電池スタックＢＳに仮固定してもよい。その他の熱交換装置１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の熱交換装置１においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　さらに、本実施形態では、中間部材４１が保持部４１ｂを有しているので、介在部３を形成する際に（具体的には、介在部形成工程時に）、中間部材４１と熱伝導シート３２とを容易に一体化することができる。
　これに加えて、中間部材４１が位置決め部４１ｃを有しているので、介在部３全体を電池スタックＢＳに対して仮固定して、位置決めすることができる。従って、本実施形態のように、電池スタックＢＳの側面から電池スタックＢＳの有する熱を放熱させる熱交換装置１を製造する際の生産性を向上させることができる。
　本実施形態では、中間層側溝部４１ａの上方側の端部を形成する部位から熱伝導シート３２側に突出させた切り起こし部によって保持部４１ｂを形成しているが、保持部４１ｂはこれに限定されない。例えば、図１５に示すように、金属製の薄板に保持部としての電池スタックＢＳの側面側に突出する複数の切り起こし部４６ａ、および熱交換部２の平坦面側に突出する切り起こし部４６ｂを形成した中間部材４６を採用してもよい。
　（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
　（１）上述の実施形態では、熱源部を電池スタックＢＳとした例を説明したが、熱源部は電池スタックＢＳに限定されない。熱交換装置１は、電池スタックＢＳ以外の熱源部であっても、全体から均等に放熱させて、全体を均等に冷却されることが望ましい熱源部に対して広く適用可能である。同様に、暖機時などに全体を均等に加熱することが望ましい熱源部に対して広く適用可能である。
　（２）上述の実施形態では、熱源部の有する熱を移動させる熱交換部２として、作動流体を流通させる扁平多穴チューブを採用した例を説明したが、熱交換部はこれに限定されない。
　例えば、上述の実施形態のように、熱交換部として扁平多穴チューブを採用する場合には、扁平多穴チューブの出口に作動流体と外気とを熱交換させる室外熱交換器の作動流体入口側に接続し、さらに、室外熱交換器の作動流体出口に扁平多穴チューブの入口側を接続した作動流体循環回路を形成すればよい。そして、循環回路に作動流体を圧送する水ポンプ等を配置してもよい。
　また、熱交換部として、ペルチェ素子や蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置にて生成された温熱あるいは冷熱が伝熱される板状の金属製の伝熱用部材を採用してもよい。これによれば、熱源部の有する温熱を移動させて熱源部を冷却できるだけでなく、熱源部の有する冷熱を移動させて熱源部を加熱して熱源部を暖機することができる。そして、熱源部の温度を所望の温度帯の範囲内に維持することができる。
　また、熱交換装置１を、熱源部を冷却するために用いる場合は、上述の作動流体循環回路を形成し、冷媒として蒸気圧縮式の冷凍サイクルで利用されるフロン系冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆ等）を採用してもよい。そして、扁平多穴チューブを、冷媒を蒸発させる蒸発部とし、室外熱交換器を冷媒を凝縮させる凝縮部とするサーモサイフォンを構成してもよい。
　これによれば、水ポンプ等を必要とすることなく、作動流体を自然循環させて、熱源部の有する熱を連続的に外部（すなわち、外気）へ移動させることができる。さらに、サーモサイフォンを構成する際には、第５実施形態と同様に、熱交換部２を電池スタックＢＳの側面と重合するように配置し、作動流体を下方側から上方側へ流すように扁平多穴チューブの流路を形成することが望ましい。
　また、熱交換装置１を、熱源部を冷却するために用いる場合は、板状の金属製の伝熱用部材に放熱促進用のフィンを形成したヒートシンクを採用してもよい。この場合は、ヒートシンクの介在部３に接する側の面が平坦面となっていることが望ましい。
　（３）上述の実施形態では、介在部３の中間層として、介在部３が電池スタックＢＳと熱交換部２との間に挟持された際に弾性変形する中間部材を採用した例を説明したが、塑性変形するものであってもよい。そして、押し当て工程時に塑性変形させるようにしてもよい。
　（４）上述の第３実施形態では、電池スタックＢＳに対して別部材で形成された溝部形成部材６について説明したが、溝部形成部材６は電池スタックＢＳに一体的に形成されていてもよい。より詳細には、溝部形成部材６は、電池セルＢＣのケースに形成されていてもよい。また、溝部形成部材は、熱交換部側にも配置されていてもよい。
　（５）上述の第５実施形態では、中間部材４１に保持部４１ｂを設けた例を説明したが、例えば、図１６に示すように、伝熱性に優れる金属（具体的には、アルミニウム）製の薄板４７の表面に、接着等の手段によって複数の円板状の熱伝導シート３２を固定したものを介在部３としてもよい。
　これによれば、熱伝導シート３２を、第４実施形態で説明した介在部側突出部として機能させることによって、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、薄板４７に複数の熱伝導シート３２を保持することができるので、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（６）上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態の中間層として、中間部材４１、４３～４５等を採用してもよい。例えば、第３実施形態の介在部３として、熱伝導シート３２等を採用してもよい。

 

Claims (8)

  1. 　熱源部（ＢＳ）の有する熱を移動させる熱交換部（２）と、
    　前記熱源部と前記熱交換部との間に配置されて、前記熱源部と前記熱交換部との間の熱移動を促進させる介在部（３）と、を備え、
    　前記介在部は、変形可能な材料で形成された表面層（３１、３２）、および前記表面層よりも熱伝導率の高い材料で形成された中間層（４１、４２、４３、４４、４５）を有し、
    　前記中間層は、前記介在部が前記熱源部と前記熱交換部との間に挟持された際に前記表面層を侵入させる中間層側溝部（４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａ）を有している熱交換装置。
  2. 　前記中間層は、前記介在部が前記熱源部と前記熱交換部との間に挟持された際に変形可能に形成されたものである請求項１に記載の熱交換装置。
  3. 　前記介在部が前記熱源部と前記熱交換部との間に挟持された際に、前記表面層の厚み寸法（ｔ１）は、前記中間層の厚み寸法（ｔ２）よりも薄くなっている請求項１または２に記載の熱交換装置。
  4. 　前記中間層の熱伝導率は、前記表面層の熱伝導率の２０倍以上である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換装置。
  5. 　前記中間層は、前記表面層を保持する保持部（４１ｂ）を有している請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換装置。
  6. 　前記中間層は、前記熱源部および前記熱交換部の少なくとも一方に対する相対位置を決定する位置決め部（４１ｃ）を有している請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換装置。
  7. 　前記介在部は、変形可能な材料で形成されているとともに、前記介在部が前記熱源部と前記熱交換部との間に挟持された際に押し潰されることによって前記介在部と前記熱源部との間、あるいは、前記介在部と前記熱交換部との間に空気が残留してしまうことを抑制する介在部側突出部（３３ａ、３４ａ）を有している請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換装置。
  8. 　前記介在部は、変形可能な材料で形成されており、
    　前記熱源部および前記熱交換部の少なくとも一方は、前記介在部が前記熱源部と前記熱交換部との間に挟持された際に前記介在部を侵入させることによって前記介在部と前記熱源部との間、あるいは、前記介在部と前記熱交換部との間に空気が残留してしまうことを抑制する溝部（６ｂ）を有している請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱交換装置。

     
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