WO2019181481A1 - 放熱構造体およびそれを装着したバッテリー - Google Patents

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cooling pipe
heat
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cooling
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工 須田
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信越ポリマー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation structure that promotes heat dissipation from a heating element and a battery equipped with the heat dissipation structure.
  • the circuit board itself is made of a material with excellent heat dissipation, and a means such as attaching a heat sink or driving a cooling fan is combined singly or in combination.
  • a means such as attaching a heat sink or driving a cooling fan is combined singly or in combination.
  • the method of configuring the circuit board itself from a material having excellent heat dissipation, such as diamond, aluminum nitride (AlN), cBN, etc. increases the cost of the circuit board extremely.
  • the arrangement of the cooling fan causes problems such as failure of a rotating device called a fan, necessity of maintenance for preventing the failure, and securing of installation space.
  • the heat radiation fin can easily increase heat dissipation by increasing the surface area by forming a large number of columnar or flat projections using a metal having high thermal conductivity (for example, aluminum). Therefore, it is widely used as a heat dissipating component (see Patent Document 1).
  • water cooling pipes are arranged in a metal casing with excellent thermal conductivity such as aluminum, and a large number of battery cells are arranged in the casing.
  • a structure in which an adhesive rubber sheet is sandwiched between the two is employed.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a conventional battery.
  • the battery 100 of FIG. 9 includes a large number of battery cells 101 on an inner bottom surface 103 of a housing 102 made of aluminum or an aluminum-based alloy.
  • the bottom 104 of the housing 102 is provided with a water cooling pipe 105 for flowing cooling water.
  • the battery cell 101 is fixed in the housing 102 with a rubber sheet (for example, a room temperature curable silicone rubber sheet) 106 sandwiched between the battery cell 101 and the bottom 104.
  • the battery cell 101 transfers heat to the housing 102 through the rubber sheet 106 and is effectively removed by water cooling.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat dissipation structure that is light in weight and excellent in heat dissipation efficiency, and a battery including the heat dissipation structure.
  • a heat dissipation structure is a state in which one or two or more cooling pipes for flowing a coolant and a single cooling pipe are reciprocated at a predetermined interval. Or one or two or more connecting members that cross and connect the cooling pipes in a state where two or more cooling pipes are arranged at predetermined intervals.
  • the connecting member is disposed so as to sew both the front and back surfaces of the cooling pipe disposed at a predetermined interval.
  • the connecting member is arranged so as to be sewn in order from the surface of the cooling pipe at a predetermined position to the back surface of the adjacent cooling pipe, and the connecting member, the cooling pipe, Is plain weave.
  • the heat dissipating structure preferably further includes a long heat dissipating member that is arranged in the length direction of the cooling pipe and is in contact with the cooling pipe, and the long heat dissipating member is a rubber-like elastic body.
  • the elongated heat dissipating member is one or more members in contact with one or two directions of the outer surface of the cooling pipe.
  • the connecting member is a sheet including a metal, a carbon-based material, or ceramics.
  • a battery according to an embodiment includes the heat dissipation structure according to any one of the above and one or a plurality of battery cells, and the heat dissipation structure includes at least a battery cell and a housing for storing the battery cell. It is placed between the body.
  • the battery according to another embodiment preferably includes a plurality of battery cells, and the heat dissipation structure is further disposed between the plurality of battery cells.
  • thermoelectric structure that is lightweight and excellent in heat dissipation efficiency, and a battery including the heat dissipation structure.
  • FIG. 1A is a plan view of a heat dissipation structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B shows a front view of the heat dissipation structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A shows a partially enlarged front view of the heat dissipation structure of FIG. 1B.
  • FIG. 2B shows a partially enlarged front view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 1B.
  • FIG. 2C shows a partially enlarged front view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 1B.
  • FIG. 3A shows a plan view of a heat dissipation structure according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A shows a plan view of a heat dissipation structure according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B shows an enlarged front view of a part of the heat dissipation structure according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A shows a partially enlarged front view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 3B.
  • FIG. 4B shows a partially enlarged front view of a modified example of the heat dissipation structure of FIG. 3B.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a situation in which the battery cell in FIG. 5 is arranged on the heat dissipation structure.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a battery according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A shows a schematic plan view of the heat dissipation structure of FIG. 1A.
  • FIG. 8B shows a schematic plan view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 1A.
  • FIG. 8C shows a schematic plan view of a variation of the heat dissipation structure of FIG. 1A.
  • FIG. 8D shows a schematic plan view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 1A.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a conventional battery.
  • FIG. 1A is a plan view of a heat dissipation structure according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B shows a front view of the heat dissipation structure.
  • the heat dissipation structure 10 intersects the cooling pipe 11 in a state in which two or more cooling pipes 11 for flowing the coolant 12 and two or more cooling pipes 11 are arranged at predetermined intervals.
  • the connecting member 13 is preferably a member that enables heat conduction of the cooling pipe 11, and more preferably a member that enables heat conduction of the cooling pipes 11 that are adjacent or run side by side.
  • “intersection” means a positional relationship other than parallel, and is not limited to a relationship that intersects at a right angle, but includes a case where they intersect at any angle as long as they intersect.
  • the “predetermined interval” does not mean a specific width, and does not mean a constant width.
  • the predetermined interval between the cooling pipes 11 may be the same as the width of the cooling pipe 11, and may be arranged side by side with an interval exceeding or less than the width. Is preferred.
  • the heat dissipation structure 10 has a structure in which 13 cooling pipes 11 are arranged at predetermined intervals, and the cooling pipes 11 are connected by 16 connecting members 13 arranged in the length direction of the cooling pipe 11. .
  • the number, form, and constituent materials of the connecting members 13 are selected so that the heat radiating structure 10 of this embodiment is lighter than the case where the outer region of the heat radiating structure 10 is configured by only the cooling pipe 11. It is preferable.
  • the density of the connecting member 13 is preferably smaller than the density of the cooling pipe 11.
  • the thickness of the connecting member 13 is preferably smaller than the thickness of the cooling pipe 11.
  • the number of cooling pipes 11 is not limited to 13 as long as it is 2 or more.
  • the number of the cooling pipes 11 may be less than 13 and another member (for example, a long heat radiation member described later) may be disposed. Further, the cooling pipes 11 and the separate members may be alternately disposed, or two or more separate members may be disposed between the cooling pipes 11.
  • the number of connecting members 13 is not limited to 16 as long as it is two or more.
  • the connecting member 13 is arranged so as to sew both the front and back surfaces of the plurality of cooling pipes 11 arranged at a predetermined interval. More specifically, the connecting member 13 is arranged so as to sew in order from the surface of the cooling pipe 11 at a predetermined position to the back surface of the adjacent cooling pipe 11.
  • the heat dissipation structure 10 has a structure in which the connecting member 13 and the cooling pipe 11 are plain woven.
  • the connecting member 13 is a sheet containing a metal, a carbon-based material, or ceramics.
  • a more preferable connecting member 13 is a composite sheet in which a filler of a metal, a carbon-based material, or a ceramic is dispersed in a sheet having a thermoplastic resin or cellulose as a base material.
  • Examples of the metal include aluminum, an aluminum alloy, iron, an iron alloy, copper, a copper alloy, and SUS.
  • ceramics include metal oxides, hydroxides, and nitrides. Examples of more preferable materials for ceramics include alumina, aluminum hydroxide, aluminum nitride, hBN, cBN, and silicon carbide. Examples of the carbon-based material include diamond, diamond-like carbon, amorphous carbon, and graphite.
  • the filler in the connecting member 13 may be included in any ratio with respect to the total volume of the connecting member 13, but is preferably in the range of 2 to 70% by volume, more preferably 5 to 20% by volume.
  • the filler may have any shape such as granular, acicular, fibrous, or plate-like.
  • the connecting member 13 preferably has a function of transferring heat between the cooling tubes 11 in addition to a function of connecting and fixing the cooling tubes 11.
  • the connecting member 13a in the connecting member 13 is a front, back, front, back, front, front, from the left side to the right side of FIG. 1A among the 13 cooling pipes 11 constituting the heat dissipation structure 10 of FIG. 1A.
  • the back, front, back, front, back, front, back, front and back are arranged in contact with the front and back surfaces of the cooling pipe 11 alternately.
  • the connecting member 13b in the connecting member 13 is the back, front, back, front, front, from the left side of FIG. 1A to the right side of the 13 cooling pipes 11 constituting the heat dissipation structure 10 of FIG. 1A.
  • the back, front, back, front, back, front, back, front, back, front, back are arranged in contact with the front and back surfaces of the cooling pipe 11 alternately.
  • the connecting members 13 a and the connecting members 13 b are alternately arranged in the length direction of the cooling pipe 11. In this way, the 13 cooling pipes 11 are sandwiched from the front and back directions by the eight connecting members 13a and the eight connecting members 13b arranged in a direction substantially perpendicular thereto, and are knitted. ing.
  • connection member 13a and 13b and the cooling pipe 11 may be fixed by fixing means other than the adhesive.
  • the cooling pipe 11 may be tied and fixed by the connecting members 13a and 13b at the crossing positions of the connecting members 13a and 13b and the cooling pipe 11.
  • the coolant 12 is not limited to cooling water, but is interpreted to include organic solvents such as liquid nitrogen and ethanol.
  • the coolant 12 is not necessarily a liquid under the conditions used for cooling, and may be a gas or a solid.
  • the cooling pipe 11 is composed of, for example, one or two or more composites of resin, rubber-like elastic body, metal, or ceramics. A more preferable material for the cooling pipe 11 is a metal or rubber-like elastic body.
  • the metal the same metal as the filler that can be included in the connecting member 13 can be used.
  • the rubber-like elastic body is preferably a thermoset such as silicone rubber, urethane rubber, acrylic rubber, isoprene rubber, ethylene propylene rubber, natural rubber, ethylene propylene diene rubber, nitrile rubber (NBR) or styrene butadiene rubber (SBR).
  • thermoplastic elastomers include urethane-based, ester-based, styrene-based, olefin-based, butadiene-based, fluorine-based thermoplastic elastomers, or composites thereof. Ceramics or metal may be dispersed in the rubber-like elastic body. Further, a flame retardant may be included in the rubber-like elastic body to make the cooling pipe 11 difficult to burn.
  • FIG. 2A shows a partially enlarged front view of the heat dissipation structure of FIG. 1B.
  • FIG. 2B shows a partially enlarged front view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 1B.
  • FIG. 2C shows a partially enlarged front view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 1B.
  • the heat dissipation structure 10 has a configuration in which the cooling pipe 11 and the connecting member 13 are plain woven.
  • the connecting member 13a and the connecting member 13b are arranged in the length direction of the cooling pipe 11,
  • the member 13a is fixed to one surface (front surface) of all the cooling tubes 11, and the connecting member 13b is fixed to the other surface (back surface) of all the cooling tubes 11.
  • Each of the connecting member 13a and the connecting member 13b may be one or plural.
  • the connecting members 13a and 13b and the cooling pipe 11 are preferably fixed with an adhesive or the like so that the cooling pipe 11 does not move freely.
  • 2C includes a connecting member 13 including a plurality of bag-like portions into which the cooling pipes 11 are inserted in a state where a plurality of cooling pipes 11 are arranged in the width direction.
  • the connecting member 13 and the cooling pipe 11 are preferably fixed with an adhesive or the like, but may not be fixed.
  • the connecting member 13 is made of a flexible material, the interval between the cooling pipes 11 can be easily changed, and the shape of the heat dissipation structure 10b can be freely changed.
  • FIG. 3A shows a plan view of a heat dissipation structure according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B shows an enlarged front view of a part of the heat dissipation structure.
  • the heat dissipation structure 10c according to the second embodiment is a state in which two or more cooling pipes 11 and two or more cooling pipes 11 are arranged at predetermined intervals. 2 and two or more connecting members 13 that cross and connect to the cooling pipe 11.
  • the connecting member 13 is preferably a member that enables heat conduction of the cooling pipe 11, and more preferably a member that enables heat conduction of the cooling pipes 11 that are adjacent or run side by side.
  • the heat radiating structure 10 c is different from the heat radiating structure 10 in that the heat radiating structure 10 c further includes a long heat radiating member 15 that is arranged in the length direction of the cooling pipe 11 and that contacts the cooling pipe 11.
  • the predetermined intervals between the cooling pipes 11 are preferably arranged side by side at intervals exceeding the width of the cooling pipe 11 from the viewpoint of securing an intervening space for the elongated heat radiating member 15.
  • the elongated heat radiation member 15 is a member including a heat conductive material 11b having higher heat conductivity than the rubber elastic body 11a in the rubber elastic body 11a.
  • “long shape” means a shape that is long in one direction.
  • the long heat radiation member 15 is a rectangular parallelepiped long in one direction.
  • the long radiating member 15 preferably has a thickness equal to or greater than the total thickness of the cooling pipe 11 and the connecting member 13, and a contact surface of the heat generating body (for example, a battery cell described later) with the heat radiating structure 10c.
  • the compression allowance is more than the unevenness.
  • the rubber-like elastic body 11a is preferably thermosetting such as silicone rubber, urethane rubber, acrylic rubber, isoprene rubber, ethylene propylene rubber, natural rubber, ethylene propylene diene rubber, nitrile rubber (NBR) or styrene butadiene rubber (SBR).
  • Elastomer which is composed of thermoplastic elastomer such as urethane, ester, styrene, olefin, butadiene, and fluorine, or a composite thereof.
  • the rubber-like elastic body 11a is preferably made of a material having high heat resistance that can maintain its form without being melted or decomposed by heat from a heat source (also referred to as a heating element) that is a heat release target.
  • a heat source also referred to as a heating element
  • the rubber-like elastic body 11a is more preferably silicone rubber, acrylic rubber, urethane rubber, or any two or more composites thereof.
  • the heat conductive material (also referred to as heat conductive filler) 11b the same filler as the above-described filler dispersed in the connecting member 13 can be used.
  • the long heat radiation member 15 needs to be in close contact with a heating element (for example, a battery cell to be described later), it is preferable that the elongated heat radiation member 15 has adhesiveness to the heating element. Therefore, the rubber hardness of the long heat radiating member 15 measured by an Asker rubber hardness meter C type (ASKAR-C) is preferably 10 to 20 degrees. The same applies to a long heat radiation member 16 described later.
  • ASKAR-C Asker rubber hardness meter C type
  • the long heat radiation member 15 is fixed by the connecting member 13 in such a manner that the single cooling pipe 11 is sandwiched from both sides thereof. More specifically, the two long radiating members 15 are arranged so as to sandwich the single cooling pipe 11 from the left and right sides of the single cooling pipe 11, that is, from both sides in the direction in which the cooling pipes 11 are arranged. .
  • the connecting member 13 intersects a plurality of sets of the cooling pipe 11 and the elongated heat radiating member 15 and connects the plurality of sets.
  • the connecting member 13 and the set of the cooling pipe 11 and the elongated heat radiating member 15 are woven in the same manner as the heat radiating structure 10.
  • the connecting member 13 may cross the long heat radiating member 15 and connect the long heat radiating member 15.
  • the height of the long heat radiation member 15 is preferably equal to or greater than the outer diameter of the cooling pipe 11. In the situation where the contact between the heat source and the long heat dissipation member 15 is more preferential than the contact between the heat source and the cooling pipe 11, the long heat dissipation member 15 extends from the heat source to the long heat dissipation member 15. The heat is transferred to the cooling pipe 11 via, thereby contributing to more efficient heat dissipation.
  • the connecting member 13 is preferably a member having a lower adhesiveness than the elongated heat radiating member 15. As described above, the long heat radiation member 15 is preferably a member exhibiting high adhesiveness.
  • the adhesiveness of the long heat radiating member 15 is too high, it is easily adhered to the heating element, and handling may be difficult.
  • the heat dissipating structure 10c is incorporated into a battery having a heating element as a battery cell, excessive stickiness of the elongated heat dissipating member 15 may make it difficult to incorporate.
  • the connecting member 13 having relatively low adhesiveness is knitted together with the long heat dissipation member 15, the adhesiveness of the heat dissipation structure 10c as a whole can be reduced.
  • the connecting member 13 also has such a function. The same applies to a long heat radiation member 16 described later.
  • the long heat radiation member 15 may be disposed so as to be sandwiched from both sides in the vertical direction of the cooling pipe 11 (both sides in a direction perpendicular to both the direction in which the cooling pipes 11 are arranged and the length direction of the cooling pipe 11).
  • the long heat dissipation member 15 is two members that are in contact with two directions on the outer surface of the cooling pipe 11, but may be three or more members.
  • the number of the long heat radiation members 15 is preferably the same as or more than the number of the cooling pipes 11.
  • the long heat radiating member 15 itself is a member having excellent thermal conductivity, and if the cooling pipe 11 is reduced, the external piping and the pumping capacity can be reduced, leading to low cost, especially when the cooling pipe 11 is metallic. The reason is that it contributes to weight reduction of the heat dissipation structure 10c.
  • the number of the long heat radiation members 15 may be smaller than the number of the cooling pipes 11.
  • FIG. 4A shows a partially enlarged front view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 3B.
  • FIG. 4B shows a partially enlarged front view of a modified example of the heat dissipation structure of FIG. 3B.
  • the heat dissipation structure 10d in FIG. 4A includes one long heat dissipation member 15 from a set of one cooling pipe 11 of the heat dissipation structure 10c in FIG. 3B and two long heat dissipation members 15 sandwiching it. It has a structure that is excluded. For this reason, the connecting member 13 intersects a set of one cooling pipe 11 and one long heat radiating member 15 to connect a plurality of sets.
  • the elongated heat radiation member 15 is two or more members that are in contact with one direction of the outer surface of the cooling pipe 11.
  • the heat dissipation structure 10e of FIG. 4B is an L-shaped angle obtained by adding a portion extending in the direction in which the cooling pipes 11 are arranged to one long heat dissipation member 15 constituting each set of the heat dissipation structure 10d of FIG. 4A.
  • a long heat radiation member 16 having a shape is provided.
  • the long heat radiating member 16 is also present on the surface of the cooling pipe 11 that is in contact with the heat source (also referred to as the upper surface or the front surface). For this reason, the long heat radiating member 16 transmits heat from the heat source to the cooling pipe 11 via the long heat radiating member 16 and contributes to realizing more efficient heat radiation.
  • the connecting member 13 intersects a set of one cooling pipe 11 and one long heat dissipating member 16 and connects a plurality of sets.
  • the elongated heat radiating member 16 is two or more members in contact with the two directions on the outer surface of the cooling pipe 11.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a situation in which the battery cell in FIG. 5 is arranged on the heat dissipation structure.
  • the arrow W indicates the direction in which the coolant flows.
  • the heat dissipation structure 10 is provided in a battery 20 on which one or a plurality of battery cells (an example of a heat source or a heating element) 30 is mounted.
  • the battery 20 is a battery for an electric vehicle, for example.
  • the battery 20 includes a bottomed casing 21 that opens to one side.
  • the housing 21 is preferably made of aluminum or an aluminum-based alloy.
  • the battery cell 30 is disposed inside the housing 21.
  • the heat dissipation structure 10 is disposed at least between the battery cell 30 and the casing 21 that stores the battery cell 30.
  • the heat dissipation structure 10 is a structure for conducting heat from the battery cell 30 in the battery 20 to the coolant 12 that passes through the cooling pipe 11 that is a component of the heat dissipation structure 10.
  • the heat dissipation structure 10 is provided between the battery cell 30 and the bottom portion 22.
  • electrodes 31 and 32 protrude from the battery cell 30.
  • the plurality of battery cells 30 are preferably in close contact with each other by applying a force in the direction of compression using screws or the like from both sides in the housing 21 (not shown).
  • the cooling pipe 11 constituting the heat dissipation structure 10 is deformed or the like even if the bottom is not completely flat. It becomes easy to adhere.
  • a battery cell in which an electrolytic solution is sealed in a container having a laminate structure in which a metal sheet such as aluminum is sandwiched between resin sheets can be suitably used.
  • the weight of the battery 20 can be reduced by reducing the weight of the battery cell 30.
  • the heat dissipating structure 10 has a configuration in which the cooling pipes 11 are in direct contact with the battery cells 30, and the cooling pipes 11 are connected to each other by a connecting member 13, preferably a connecting member 13 having high thermal conductivity. And high heat dissipation can be realized.
  • the connecting member 13 is a sheet having excellent thermal conductivity, the bottom portion of the battery cell 30 can contact the cooling pipe 11 and the connecting member 13, so even if there is a portion that does not directly contact the cooling pipe 11, the connecting member As long as it is in contact with 13, heat can be radiated to the coolant 12.
  • FIG. 7 shows a longitudinal sectional view of a battery according to a second embodiment of the present invention.
  • the heat dissipation structure 10 is disposed between the plurality of battery cells 30 and the housing 21, and the heat dissipation structure 10 is also disposed between the plurality of battery cells 30. Yes. There are a plurality of heat dissipating structures 10, and one or a plurality of heat dissipating structures 10 are inserted between a sheet laid on the inner bottom surface of the bottom portion 22, between the battery cells 30, and between the battery cells 30 and the inner surface of the housing 21. Sheet.
  • the heat dissipation structure 10 may be a single sheet having a long shape in the direction (width direction) in which a plurality of cooling pipes 11 are arranged. In that case, it is preferable to dispose the heat dissipation structure 10 in the interior 24 along a path that surrounds the outer periphery of the battery cell 30. Except for the points described above in the battery 20a, the configuration is the same as that of the battery 20 according to the first embodiment. For this reason, common portions are described in the first embodiment, and redundant descriptions in this embodiment are omitted.
  • FIG. 8A shows a schematic plan view of the heat dissipation structure of FIG. 1A.
  • FIG. 8B shows a schematic plan view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 1A.
  • FIG. 8C shows a schematic plan view of a variation of the heat dissipation structure of FIG. 1A.
  • FIG. 8D shows a schematic plan view of a modification of the heat dissipation structure of FIG. 1A.
  • FIG. 8A has a structure in which a plurality of cooling pipes 11 and a plurality of connecting members 13a and 13b are plain-woven as already described.
  • the heat dissipating structure 10f in FIG. 8B is common to the heat dissipating structure 10 in FIG. 8A in terms of a plain weave structure, but the heat dissipating structure 10 in FIG. 8A in that the cooling pipe 11 is a single tube reciprocating in a bellows shape.
  • 8C is the same as the heat dissipation structure 10 in FIG. 8A in terms of a plain weave structure, but the heat dissipation structure in FIG. 8A in that the connecting member 13 is a single sheet reciprocating in a bellows shape. It differs from the body 10.
  • the heat dissipating structure 10h of FIG. 8D is common to the heat dissipating structure 10 of FIG. 8A in terms of a plain weave structure, but a sheet in which one cooling pipe 11 and one connecting member 13 reciprocate like a bellows. Is different from the heat dissipation structure 10 of FIG. 8A.
  • the heat radiating structures 10f, 10g, and 10h are in a state where one or two or more cooling pipes 11 for flowing the coolant 12 and one cooling pipe 11 are reciprocated at a predetermined interval, or two or more cooling pipes. In a state where the tubes 11 are arranged side by side at a predetermined interval, one or two or more connecting members 13 that allow heat conduction between the adjacent cooling tubes 11 and are connected to intersect the cooling tubes 11 are provided.
  • the number of the cooling pipes 11 constituting the heat radiating structures 10, 10f, 10g, 10h is one or plural.
  • the cooling pipe 11 and the connecting member 13 are not limited to plain weave, and the heat dissipating structure may be configured by another weaving method (for example, twill weave, satin weave, etc.). In that case, at least one of the cooling pipe 11 and the connecting member 13 constituting the heat dissipation structure may be one as in the heat dissipation structures 10f, 10g, and 10h. 2B and 2C, the heat radiating structure is formed by using the cooling pipes 11 and the connecting members 13 constituting the heat radiating structures 10f, 10g, and 10h of FIGS. 8B to 8D. It may be produced.
  • heat dissipating structures 10 etc. the temperature distribution in the area where the heat dissipating structures 10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, and 10h (referred to as “heat dissipating structures 10 etc.”) is monitored in advance, and the temperature is higher. It is also possible to use the heat dissipation structure 10 or the like in which the cooling pipes 11 are concentrated in the region. That is, the heat dissipating structure 10 and the like may have different integration densities of the cooling pipes 11 in the plane area.
  • the long heat radiation members 15 and 16 have a thickness equal to or greater than the thickness of the cooling pipe 11 (may be an outer diameter) and have a compression allowance equal to or greater than the unevenness of the contact surface of the heat generating element with the heat dissipation structure 10c. Things can be used. Further, when the cooling pipe 11 or the long heat radiation members 15 and 16 are used in one heat radiation structure 10 or the like, it is not always necessary to make them all the same size. However, if the same size of the cooling pipe 11 or the long heat radiation members 15 and 16 are used, they can be used as a standardization member when the heat radiation structure 10 or the like is used for various objects to be cooled and areas to be cooled. As a result, the cooling pipe 11 or the long heat radiation members 15 and 16 can be easily recycled.
  • the plurality of constituent elements of the above-described embodiments can be freely combined except when they cannot be combined with each other.
  • the above-described various heat dissipation structures including the heat dissipation structures 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, and 10h may be mounted on the batteries 20 and 20a.
  • the plurality of heat dissipation structures mounted on the battery 20a may be any two or more of the above.
  • the present invention can be used, for example, in various electronic devices such as automobiles, industrial robots, power generation devices, PCs, and household appliances in addition to automobile batteries.

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Abstract

【課題】　軽量でかつ放熱効率に優れる放熱構造体、およびそれを備えたバッテリーを提供する。　【解決手段】　本発明は、冷却材１２を流すための１本または２本以上の冷却管１１と、１本の冷却管１１を所定間隔で往復配置し、若しくは２本以上の冷却管１１を所定間隔で並べて配置した状態において、冷却管１１に交差して連結する１または２以上の連結部材１３と、を備える放熱構造体１０、およびそれを備えるバッテリー２０に関する。

Description

放熱構造体およびそれを装着したバッテリー クロスリファレンス
　本出願は、２０１８年３月１９日に日本国において出願された特願２０１８－０５１３１１に基づき優先権を主張し、当該出願に記載された内容は、本明細書に援用する。また、本願において引用した特許、特許出願及び文献に記載された内容は、本明細書に援用する。
　本発明は、発熱体からの放熱を促進する放熱構造体およびそれを装着したバッテリーに関する。
　自動車、航空機、船舶あるいは家庭用若しくは業務用電子機器の制御システムは、より高精度かつ複雑化してきており、それに伴って、回路基板上の小型電子部品の集積密度が増加の一途を辿っている。この結果、回路基板周辺の発熱による電子部品の故障や短寿命化を解決することが強く望まれている。
　回路基板からの速やかな放熱を実現するには、従来から、回路基板自体を放熱性に優れた材料で構成し、ヒートシンクを取り付け、あるいは冷却ファンを駆動するといった手段を単一で若しくは複数組み合わせて行われている。これらの内、回路基板自体を放熱性に優れた材料、例えばダイヤモンド、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ｃＢＮなどから構成する方法は、回路基板のコストを極めて高くしてしまう。また、冷却ファンの配置は、ファンという回転機器の故障、故障防止のためのメンテナンスの必要性や設置スペースの確保が難しいという問題を生じる。これに対して、放熱フィンは、熱伝導性の高い金属（例えば、アルミニウム）を用いた柱状あるいは平板状の突出部位を数多く形成することによって表面積を大きくして放熱性をより高めることのできる簡易な部材であるため、放熱部品として汎用的に用いられている（特許文献１を参照）。
　ところで、現在、世界中で、地球環境への負荷軽減を目的として、従来からのガソリン車あるいはディーゼル車を徐々に電気自動車に転換しょうとする動きが活発化している。特に、フランス、オランダ、ドイツをはじめとする欧州諸国の他、中国でも、電気自動車が近年普及してきている。電気自動車の普及には、高性能バッテリーの開発の他、多数の充電スタンドの設置などの課題がある。特に、リチウム系の自動車用バッテリーの充放電機能を高めるための技術開発が大きな課題となっている。上記自動車バッテリーは、摂氏６０度以上の高温下では充放電の機能を十分に発揮できないことが良く知られている。このため、先に説明した回路基板と同様、バッテリーにおいても、放熱性を高めることが重要視されている。
　バッテリーの速やかな放熱を実現するには、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製の筐体に水冷パイプを配置し、当該筐体にバッテリーセルを多数配置し、バッテリーセルと筐体の底面との間に密着性のゴムシートを挟んだ構造が採用されている。以下、図を参照して説明する。
　図９は、従来のバッテリーの概略断面図を示す。図９のバッテリー１００は、多数のバッテリーセル１０１を、アルミニウム若しくはアルミニウム基合金から成る筐体１０２の内底面１０３上に備える。筐体１０２の底部１０４には、冷却水を流すための水冷パイプ１０５が備えられている。バッテリーセル１０１は、底部１０４との間にゴムシート（例えば、室温硬化型シリコーンゴム製のシート）１０６を挟んで筐体１０２内に固定されている。このような構造のバッテリー１００では、バッテリーセル１０１は、ゴムシート１０６を通じて筐体１０２に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。
特開２００８－２４３９９９
　しかし、図９に示すようなバッテリー１００の軽量化の要求に応えるには、ゴムシート１０６のさらなる軽量化を図る必要がある。また、バッテリーセル１０１からの放熱性をより高める必要もある。これは、バッテリー１００のみならず回路基板や電子機器本体のような他の熱源に対しても同様である。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、軽量でかつ放熱効率に優れる放熱構造体、およびそれを備えたバッテリーを提供することを目的とする。
（１）上記目的を達成するための一実施形態に係る放熱構造体は、冷却材を流すための１本または２本以上の冷却管と、１本の冷却管を所定間隔で往復配置した状態、若しくは２本以上の冷却管を所定間隔で並べて配置した状態において、冷却管に交差して連結する１または２以上の連結部材と、を備える。
（２）別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、連結部材は、所定間隔で配置される冷却管の表裏両面を縫うように配置されている。
（３）別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、連結部材は、所定位置の冷却管の表面から隣の冷却管の裏面へと順に縫うように配置され、連結部材と冷却管とが平織りされている。
（４）別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、冷却管の長さ方向に並んで冷却管に接する長尺状放熱部材をさらに備え、長尺状放熱部材は、ゴム状弾性体に当該ゴム状弾性体より熱伝導性の高い熱伝導材を含む部材であって、連結部材は、冷却管と長尺状放熱部材との複数個のセット若しくは長尺状放熱部材に交差して、当該複数個のセット同士を連結する。
（５）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、長尺状放熱部材は、冷却管の外側面の一方向若しくは二方向に接する１または２以上の部材である。
（６）別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、連結部材は、金属、炭素系材料あるいはセラミックスを含むシートである。
（７）一実施形態に係るバッテリーは、上述のいずれかに記載の放熱構造体と、１または複数のバッテリーセルとを備え、放熱構造体は、少なくとも、バッテリーセルと、バッテリーセルを格納する筐体との間に配置されている。
（８）別の実施形態に係るバッテリーは、好ましくは、バッテリーセルを複数備え、放熱構造体は、さらに、複数のバッテリーセル同士の間に配置される。
　本発明によれば、軽量でかつ放熱効率に優れる放熱構造体、およびそれを備えたバッテリーを提供できる。
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。 図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る放熱構造体の正面図を示す。 図２Ａは、図１Ｂの放熱構造体の一部拡大正面図を示す。 図２Ｂは、図１Ｂの放熱構造体の変形例の一部拡大正面図を示す。 図２Ｃは、図１Ｂの放熱構造体の変形例の一部拡大正面図を示す。 図３Ａは、本発明の第２実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。 図３Ｂは、本発明の第２実施形態に係る放熱構造体の一部の拡大正面図を示す。 図４Ａは、図３Ｂの放熱構造体の変形例の一部拡大正面図を示す。 図４Ｂは、図３Ｂの放熱構造体の変形例の一部拡大正面図を示す。 図５は、本発明の第１実施形態に係るバッテリーの縦断面図を示す。 図６は、図５中のバッテリーセルを放熱構造体上に配置する状況の斜視図を示す。 図７は、本発明の第２実施形態に係るバッテリーの縦断面図を示す。 図８Ａは、図１Ａの放熱構造体の概略平面図を示す。 図８Ｂは、図１Ａの放熱構造体の変形例の概略平面図を示す。 図８Ｃは、図１Ａの放熱構造体の変形例の概略平面図を示す。 図８Ｄは、図１Ａの放熱構造体の変形例の概略平面図を示す。 図９は、従来のバッテリーの概略断面図を示す。
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ・・・放熱構造体、１１・・・冷却管、１１ａ・・・ゴム状弾性体、１１ｂ・・・熱伝導材、１２・・・冷却材、１３，１３ａ，１３ｂ・・・連結部材、１５，１６・・・長尺状放熱部材、２０，２０ａ・・・バッテリー、２１・・・筐体、３０・・・バッテリーセル。
　次に、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。
１．放熱構造体
（１）第１実施形態
　図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。図１Ｂは、当該放熱構造体の正面図を示す。
　第１実施形態に係る放熱構造体１０は、冷却材１２を流すための２本以上の冷却管１１と、２本以上の冷却管１１を所定間隔で並べて配置した状態において、冷却管１１に交差して連結する２以上の連結部材１３と、を備える。連結部材１３は、好ましくは、冷却管１１の熱伝導を可能とする部材、さらに好ましくは、隣り合う若しくは併走する冷却管１１の熱伝導を可能とする部材である。本明細書では、「交差」は、平行以外の位置関係を意味し、直角で交わる関係に限定されず、交わる限り如何なる角度で交わる場合も含む。また、「所定間隔」は、特定の幅を意味するものではなく、また、一定の幅であることも意味しない。冷却管１１同士の所定間隔は、冷却管１１の幅と同一、当該幅を超えるあるいは当該幅未満のいずれの間隔で並べて配置されていても良いが、当該幅未満の間隔で並べて配置される方が好ましい。
　この実施形態に係る放熱構造体１０は、１３本の冷却管１１を所定間隔で並べて、それら冷却管１１を、冷却管１１の長さ方向に並ぶ１６本の連結部材１３によって連結する構造を有する。放熱構造体１０の外形領域を冷却管１１のみで構成する場合と比べて、この実施形態の放熱構造体１０の方が軽量となるように、連結部材１３の数、形態および構成材料が選択されるのが好ましい。さらには、連結部材１３の密度は、好ましくは、冷却管１１の密度より小さい。連結部材１３の厚さは、好ましくは、冷却管１１の厚さに比べて小さい。冷却管１１の数は、２本以上であれば１３本に限定されない。さらには、冷却管１１の数を１３本より少なくして、少なくした分の数の別部材（例えば、後述の長尺状放熱部材など）を配置しても良い。また、冷却管１１と当該別部材とを交互に配置し、若しくは冷却管１１の間に２本以上の別部材を配置しても良い。また、連結部材１３の数は、２本以上であれば１６本に限定されない。
　連結部材１３は、所定間隔で配置される複数の冷却管１１の表裏両面を縫うように配置されている。より具体的には、連結部材１３は、所定位置の冷却管１１の表面から隣の冷却管１１の裏面へと順に縫うように配置されている。この実施形態では、放熱構造体１０は、連結部材１３と冷却管１１とを平織りした構造を有する。連結部材１３は、金属、炭素系材料あるいはセラミックスを含むシートである。より好ましい連結部材１３は、熱可塑性樹脂やセルロースを母材とするシート内に、金属、炭素系材料あるいはセラミックスのフィラーを分散させた複合シートである。金属としては、アルミニウム、アルミニウム系合金、鉄、鉄系合金、銅、銅系合金あるいはＳＵＳを例示できる。また、セラミックスとしては、金属の酸化物、水酸化物若しくは窒化物を挙げることができる。セラミックスのより好適な材料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ｈＢＮ、ｃＢＮあるいは炭化ケイ素等を例示できる。また、炭素系材料としては、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、非晶質炭素若しくはグラファイト等を例示できる。連結部材１３中のフィラーは、連結部材１３の全体積に対して如何なる比率で含まれていても良いが、好ましくは２～７０体積％の範囲、より好ましくは５～２０体積％である。フィラーは、粒状、針状、繊維状、板状等の如何なる形状でも良い。連結部材１３は、複数本の冷却管１１を連結して固定する機能に加え、好ましくは、複数の冷却管１１の間において熱を伝える機能を有する。
　連結部材１３の内の連結部材１３ａは、図１Ａの放熱構造体１０を構成する１３本の冷却管１１の内、図１Ａの左側から右側に向かって、表、裏、表、裏、表、裏、表、裏、表、裏、表、裏、表の順に交互に冷却管１１の表面と裏面とに接しながら配置される。また、連結部材１３の内の連結部材１３ｂは、図１Ａの放熱構造体１０を構成する１３本の冷却管１１の内、図１Ａの左側から右側に向かって、裏、表、裏、表、裏、表、裏、表、裏、表、裏、表、裏の順に交互に冷却管１１の表面と裏面とに接しながら配置される。連結部材１３ａと連結部材１３ｂは、冷却管１１の長さ方向に交互に配置される。このように、１３本の冷却管１１は、これと略直角方向に配置される各８本の連結部材１３ａと８本の連結部材１３ｂとによって表裏方向から挟まれ、編みこまれた状態となっている。
　連結部材１３ａ，１３ｂと冷却管１１との接触部分には、好ましくは接着剤が介在されている。このため、放熱構造体１０は、容易にくずれない。なお、接着剤以外の固定手段にて、連結部材１３ａ，１３ｂと冷却管１１とが固定されていても良い。また、連結部材１３ａ，１３ｂと冷却管１１との交差位置において、連結部材１３ａ，１３ｂにより冷却管１１を縛って固定するようにしても良い。また、冷却管１１の長さ方向に沿って、連結部材１３ａと連結部材１３ｂとを順に交互配置せずに、連結部材１３ａまたは連結部材１３ｂのいずれかを連続配置しても良い。
　冷却材１２は、冷却水に限定されず、液体窒素、エタノール等の有機溶剤も含むように解釈される。冷却材１２は、冷却に用いられる状況下にて、液体であるとは限らず、気体あるいは固体でも良い。冷却管１１は、例えば、樹脂、ゴム状弾性体、金属あるいはセラミックスの内の１つ若しくは２以上の複合体から構成される。冷却管１１のより好適な材料は、金属あるいはゴム状弾性体である。金属としては、連結部材１３中に含まれ得るフィラーと同様の金属を用いることができる。ゴム状弾性体としては、好ましくは、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）あるいはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の熱硬化性エラストマー；　ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系、フッ素系等の熱可塑性エラストマー、あるいはそれらの複合物等を例示できる。上記ゴム状弾性体中に、セラミックスや金属を分散させても良い。また、ゴム状弾性体に、難燃剤を含有させて、冷却管１１を燃えにくくしても良い。
　図２Ａは、図１Ｂの放熱構造体の一部拡大正面図を示す。図２Ｂは、図１Ｂの放熱構造体の変形例の一部拡大正面図を示す。図２Ｃは、図１Ｂの放熱構造体の変形例の一部拡大正面図を示す。
　図２Ａの放熱構造体１０は、冷却管１１を、その幅方向に複数並べた状態において、連結部材１３ａと連結部材１３ｂとを冷却管１１の長さ方向に交互に配置し、かつ冷却管１１の表側の面と裏側の面とを交互に縫うように連結部材１３ａ，１３ｂを備える。放熱構造体１０は、冷却管１１と連結部材１３とを平織りした構成を有する。
　これに対して、図２Ｂの放熱構造体１０ａは、冷却管１１を、その幅方向に複数並べた状態において、連結部材１３ａと連結部材１３ｂとを冷却管１１の長さ方向に配置し、連結部材１３ａを全ての冷却管１１の一方の面（表側の面）に固定し、連結部材１３ｂを全ての冷却管１１の他方の面（裏側の面）に固定している。連結部材１３ａおよび連結部材１３ｂは、それぞれ１枚でも、複数枚でも良い。連結部材１３ａ，１３ｂと冷却管１１とは、好ましくは、冷却管１１が自由に動くことのないように接着剤等で固定されている。
　また、図２Ｃの放熱構造体１０ｂは、冷却管１１を、その幅方向に複数並べた状態において、各冷却管１１を挿入する袋状部位を複数個備える連結部材１３を備える。連結部材１３と冷却管１１とは好ましくは接着剤等で固定されているが、固定されていなくても良い。連結部材１３が柔軟性に富む材料から構成されている場合には、冷却管１１同士の間隔は容易に変化でき、放熱構造体１０ｂの形状も自由に変えることができる。
（２）第２実施形態
　次に、本発明の第２実施形態に係る放熱構造体について説明する。第２実施形態において、第１実施形態と共通する部分については、同一符号を用いるとともに、第１実施形態の説明をかりて重複した説明を省略する。
　図３Ａは、本発明の第２実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。図３Ｂは、当該放熱構造体の一部の拡大正面図を示す。
　第２実施形態に係る放熱構造体１０ｃは、第１実施形態に係る放熱構造体１０と同様に、２本以上の冷却管１１と、２本以上の冷却管１１を所定間隔で並べて配置した状態において、冷却管１１に交差して連結する２以上の連結部材１３と、を備える。連結部材１３は、好ましくは、冷却管１１の熱伝導を可能とする部材、さらに好ましくは、隣り合う若しくは併走する冷却管１１の熱伝導を可能とする部材である。放熱構造体１０ｃが放熱構造体１０と異なる点は、冷却管１１の長さ方向に並んで、冷却管１１に接する長尺状放熱部材１５をさらに備えている点である。冷却管１１同士の所定間隔は、長尺状放熱部材１５の介在スペースを確保する点から、冷却管１１の幅を超える間隔で並べて配置される方が好ましい。
　長尺状放熱部材１５は、一部Ａの拡大図に示すように、ゴム状弾性体１１ａに、ゴム状弾性体１１ａより熱伝導性の高い熱伝導材１１ｂを含む部材である。本明細書では、「長尺状」とは、一方向に長い形状を意味する。長尺状放熱部材１５は、一方向に長い直方体である。長尺状放熱部材１５は、好ましくは、冷却管１１と連結部材１３との総厚以上の厚さを有し、かつ発熱体（例えば、後述のバッテリーセル）の放熱構造体１０ｃとの接触面の凹凸以上の圧縮代を有する。
　ゴム状弾性体１１ａは、好ましくは、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）あるいはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の熱硬化性エラストマー；　ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系、フッ素系等の熱可塑性エラストマー、あるいはそれらの複合物等を含むように構成される。ゴム状弾性体１１ａは、放熱対象たる熱源（発熱体ともいう）からの熱によって溶融あるいは分解等せずにその形態を維持できる程度の耐熱性の高い材料から構成されるのが好ましい。この実施形態では、ゴム状弾性体１１ａは、より好ましくは、シリコーンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、あるいはこれらの任意の２以上の複合物である。熱伝導材（熱伝導フィラーと称することもできる）１１ｂには、連結部材１３中に分散されている上述のフィラーと同様のものを使用できる。長尺状放熱部材１５は、発熱体（例えば、後述のバッテリーセル）と密着する必要から、発熱体に対して粘着性を有するのが好ましい。したがって、長尺状放熱部材１５のアスカーゴム硬度計Ｃ型（ＡＳＫＡＲ－Ｃ）にて測定されるゴム硬度は、好ましくは１０～２０度である。後述の長尺状放熱部材１６も同様である。
　長尺状放熱部材１５は、１本の冷却管１１をその両側から挟む形態で連結部材１３によって固定される。より詳細には、２つの長尺状放熱部材１５は、１本の冷却管１１の左右両側、すなわち、冷却管１１の並ぶ方向の両側から１本の冷却管１１を挟むように配置されている。連結部材１３は、冷却管１１と長尺状放熱部材１５との複数個のセットに交差して、当該複数個のセット同士を連結している。連結部材１３と、冷却管１１および長尺状放熱部材１５のセットとは、放熱構造体１０と同様、平織りされている。なお、連結部材１３は、長尺状放熱部材１５に交差して、長尺状放熱部材１５を連結しても良い。長尺状放熱部材１５の高さは、冷却管１１の外径と同一若しくはそれ以上である方が好ましい。長尺状放熱部材１５は、熱源と冷却管１１との接触よりも、熱源と長尺状放熱部材１５との接触の方が優先的になりやすい状況下で、熱源から長尺状放熱部材１５を経由して冷却管１１へと熱を伝え、より効率的な放熱を実現するのに寄与する。連結部材１３は、好ましくは、長尺状放熱部材１５よりも低粘着性の部材である。長尺状放熱部材１５は、前述のように、好ましくは高粘着性を発揮する部材である。しかし、長尺状放熱部材１５の粘着性が高すぎると、発熱体と容易に接着してしまい、取り扱いが困難な場合がある。例えば、発熱体をバッテリーセルとするバッテリー内に放熱構造体１０ｃを組み込む際に、長尺状放熱部材１５の過度な粘着性が組み込みを困難にすることもある。比較的粘着性の低い連結部材１３を長尺状放熱部材１５と一緒に編み込むと、放熱構造体１０ｃ全体としての粘着性を低くすることができる。連結部材１３はこのような機能も併せ持つ。後述の長尺状放熱部材１６も同様である。長尺状放熱部材１５は、冷却管１１の上下方向両側（冷却管１１の並ぶ方向と冷却管１１の長さ方向とに共に直交する方向の両側）から挟むように配置されても良い。図３の例では、長尺状放熱部材１５は、冷却管１１の外側面の二方向に接する２つの部材であるが、３つ以上の部材であっても良い。また、長尺状放熱部材１５の数は、好ましくは、冷却管１１の数と同数若しくはそれ以上である。長尺状放熱部材１５がそれ自体で熱伝導性に優れる部材であること、冷却管１１を少なくすると外部配管やポンプ能力を低減できて低コストにつながること、特に冷却管１１を金属性の場合には放熱構造体１０ｃの軽量化に寄与すること、などがその理由である。ただし、長尺状放熱部材１５の数は、冷却管１１の数より少なくても良い。
　図４Ａは、図３Ｂの放熱構造体の変形例の一部拡大正面図を示す。図４Ｂは、図３Ｂの放熱構造体の変形例の一部拡大正面図を示す。
　図４Ａの放熱構造体１０ｄは、図３Ｂの放熱構造体１０ｃの１本の冷却管１１とそれを挟む２本の長尺状放熱部材１５のセットから、１本の長尺状放熱部材１５を除いた構造を有する。このため、連結部材１３は、１本の冷却管１１と１本の長尺状放熱部材１５とのセットに交差して、複数個のセット同士を連結している。長尺状放熱部材１５は、冷却管１１の外側面の一方向に接する２以上の部材である。
　図４Ｂの放熱構造体１０ｅは、図４Ａの放熱構造体１０ｄの各セットを構成する１本の長尺状放熱部材１５に、冷却管１１の並ぶ方向に延出する部分を加えたＬ字アングル形状の長尺状放熱部材１６を有する。長尺状放熱部材１６は、冷却管１１の熱源と接する側の面（上側あるいは表側の面ともいう）にも存在する。このため、長尺状放熱部材１６は、熱源から長尺状放熱部材１６を経由して冷却管１１へと熱を伝え、より効率的な放熱を実現するのに寄与する。連結部材１３は、１本の冷却管１１と１本の長尺状放熱部材１６とのセットに交差して、複数個のセット同士を連結している。長尺状放熱部材１６は、冷却管１１の外側面の二方向に接する２以上の部材である。
２．バッテリー
（１）第１実施形態
　図５は、本発明の第１実施形態に係るバッテリーの縦断面図を示す。図６は、図５中のバッテリーセルを放熱構造体上に配置する状況の斜視図を示す。図６中、矢印Ｗは、冷却材の流れる方向を示す。
　図５に示すように、放熱構造体１０は、１または複数のバッテリーセル（熱源あるいは発熱体の一例）３０を搭載したバッテリー２０に備えられている。バッテリー２０は、例えば、電気自動車用のバッテリーである。バッテリー２０は、一方に開口する有底型の筐体２１を備える。筐体２１は、好ましくは、アルミニウム若しくはアルミニウム基合金から成る。バッテリーセル３０は、筐体２１の内部２４に配置される。
　放熱構造体１０は、少なくとも、バッテリーセル３０と、バッテリーセル３０を格納する筐体２１との間に配置されている。放熱構造体１０は、バッテリー２０内のバッテリーセル３０から、自身の構成要素である冷却管１１を通る冷却材１２に熱を伝導させるための構造体である。図５に示すように、放熱構造体１０は、バッテリーセル３０と底部２２との間に備えられている。図６に示すように、バッテリーセル３０の上方には、電極３１，３２が突出して設けられている。複数のバッテリーセル３０は、好ましくは、筐体２１内において、その両側からネジ等を利用して圧縮する方向に力を与えられて、互いに密着するようになっている（不図示）。
　図６に示すように、バッテリーセル３０の底部を放熱構造体１０上に配置すると、当該底部が完全に平面でなくとも、放熱構造体１０を構成する冷却管１１が変形等して当該底部に密着しやすくなる。バッテリーセル３０には、アルミニウムなどの金属製のシートを樹脂シートで挟んだラミネート構造を有する容器に電解液を封入したものを好適に用いることができる。バッテリーセル３０の軽量化を通じてバッテリー２０の軽量化を図ることができる。このような柔らかな容器を有するバッテリーセル３０を用いる場合、高硬度の放熱板では、バッテリーセル３０の底部と放熱板との間に隙間が生じてしまい、熱伝導が悪化しやすい。一方、図９の従来技術の方法を採用すると、ゴム状弾性体からなる放熱シートの重量が大きすぎ、バッテリー２０の軽量化を図ることが難しい。この実施形態に係る放熱構造体１０は、冷却管１１をバッテリーセル３０に直接接触させる構成とし、冷却管１１同士を連結部材１３、好ましくは熱伝導性の高い連結部材１３で連結して、軽量化と高放熱性を実現できる。特に、連結部材１３を熱伝導性に優れるシートとすると、バッテリーセル３０の底部は冷却管１１と連結部材１３に接触できるので、直接的に冷却管１１に接触しない部位があっても、連結部材１３にさえ接触していれば冷却材１２への放熱が可能となる。
（２）第２実施形態
　図７は、本発明の第２実施形態に係るバッテリーの縦断面図を示す。
　第２実施形態に係るバッテリー２０ａは、複数のバッテリーセル３０と筐体２１との間に放熱構造体１０を配置すると共に、複数のバッテリーセル３０同士の間にも放熱構造体１０を配置している。放熱構造体１０は、複数枚存在し、底部２２の内底面に敷くシートと、バッテリーセル３０同士の間、バッテリーセル３０と筐体２１の内側面との間にそれぞれ挿入される１または複数のシートとを含む。
　なお、放熱構造体１０は、冷却管１１を複数並べる方向（幅方向）に長い形状を有する１枚のシートでも良い。その場合、放熱構造体１０を、バッテリーセル３０の外周囲を包む経路で内部２４に配置するのが好ましい。バッテリー２０ａにおける上述の点以外は、第１実施形態に係るバッテリー２０の構成と共通する。このため、共通する部分については、第１実施形態における説明をかり、この実施形態での重複した説明を省略する。
３．放熱構造体の変形例
　次に、放熱構造体１０の各種変形例について説明する。
　図８Ａは、図１Ａの放熱構造体の概略平面図を示す。図８Ｂは、図１Ａの放熱構造体の変形例の概略平面図を示す。図８Ｃは、図１Ａの放熱構造体の変形例の概略平面図を示す。図８Ｄは、図１Ａの放熱構造体の変形例の概略平面図を示す。
　図８Ａの放熱構造体１０は、既に説明したように、複数本の冷却管１１と複数本の連結部材１３ａ，１３ｂとを平織りした構造を有する。図８Ｂの放熱構造体１０ｆは、平織り構造という点では図８Ａの放熱構造体１０と共通するが、冷却管１１が蛇腹状に往復する１本の管である点では図８Ａの放熱構造体１０と相違する。また、図８Ｃの放熱構造体１０ｇは、平織り構造という点では図８Ａの放熱構造体１０と共通するが、連結部材１３が蛇腹状に往復する１本のシートである点では図８Ａの放熱構造体１０と相違する。さらに、図８Ｄの放熱構造体１０ｈは、平織り構造という点では図８Ａの放熱構造体１０と共通するが、１本の冷却管１１と１本の連結部材１３とが共に蛇腹状に往復するシートである点では図８Ａの放熱構造体１０と相違する。放熱構造体１０ｆ，１０ｇ，１０ｈは、冷却材１２を流すための１本または２本以上の冷却管１１と、１本の冷却管１１を所定間隔で往復配置した状態、若しくは２本以上の冷却管１１を所定間隔で並べて配置した状態において、隣り合う冷却管１１の熱伝導を可能とするとともに冷却管１１に交差して連結する１または２以上の連結部材１３と、を備える。
　このように、放熱構造体１０，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを構成する冷却管１１は１本であるか複数であるかを問わない。連結部材１３も同様である。冷却管１１は、その幅方向に複数並ぶ配置を実現できれば良い。
４．その他の実施形態
　以上、本発明に係る放熱構造体およびそれを備えるバッテリーの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形して実施可能である。
　冷却管１１と連結部材１３とは、平織に限定されず、別の織り方（例えば、綾織、繻子織（朱子織）など）にて放熱構造体を構成しても良い。その場合、放熱構造体を構成する冷却管１１および連結部材１３は、放熱構造体１０ｆ，１０ｇ，１０ｈのように、少なくともいずれかを１本としても良い。また、図２Ｂおよび図２Ｃの各正面視となるように、図８Ｂ～図８Ｄの放熱構造体１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを構成する各冷却管１１と各連結部材１３とを用いて放熱構造体を作製しても良い。
　また、放熱構造体１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ（「放熱構造体１０等」という。）を配置するエリアの温度分布を予めモニタして、温度のより高い領域に冷却管１１を集中配置した放熱構造体１０等を用いることもできる。すなわち、放熱構造体１０等は、その平面積において、冷却管１１の集積密度の異なるものであっても良い。長尺状放熱部材１５，１６は、冷却管１１の厚さ（外径でも良い）以上の厚さを有し、かつ発熱体の放熱構造体１０ｃとの接触面の凹凸以上の圧縮代を有するものでも良い。また、冷却管１１または長尺状放熱部材１５，１６は、一つの放熱構造体１０等の中で用いられる場合に、必ずしも、全てを同一サイズとする必要はない。ただし、同一サイズの冷却管１１または長尺状放熱部材１５，１６を用いると、様々な冷却対象物、冷却対象領域に放熱構造体１０等を用いる際に標準化部材として使用できる。この結果、冷却管１１または長尺状放熱部材１５，１６のリサイクルが容易になる。
　また、上述の各実施形態の複数の構成要素は、互いに組み合わせ不可能な場合を除いて、自由に組み合わせ可能である。例えば、バッテリー２０，２０ａに、放熱構造体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを含む上述の種々の放熱構造体を搭載しても良い。バッテリー２０ａに搭載される複数の放熱構造体を、上述のいずれか任意の２種以上としても良い。また、放熱構造体１０ｃ，１０ｄ，１０ｅのように長尺状放熱部材１５，１６を備える構成を、放熱構造体１０ｆ，１０ｇ，１０ｈの平面構造を有する構造体に適用しても良い。
　本発明は、例えば、自動車用バッテリーの他、自動車、工業用ロボット、発電装置、ＰＣ、家庭用電化製品などの各種電子機器にも利用することができる。

 

Claims (8)

  1. 　冷却材を流すための１本または２本以上の冷却管と、
    　１本の前記冷却管を所定間隔で往復配置した状態、若しくは２本以上の前記冷却管を所定間隔で並べて配置した状態において、前記冷却管に交差して連結する１または２以上の連結部材と、
    を備える放熱構造体。
  2. 　前記連結部材は、所定間隔で配置される前記冷却管の表裏両面を縫うように配置されている請求項１に記載の放熱構造体。
  3. 　前記連結部材は、所定位置の前記冷却管の表面から隣の前記冷却管の裏面へと順に縫うように配置され、前記連結部材と前記冷却管とが平織りされている請求項２に記載の放熱構造体。
  4. 　前記冷却管の長さ方向に並んで前記冷却管に接する長尺状放熱部材をさらに備え、
    　前記長尺状放熱部材は、ゴム状弾性体に当該ゴム状弾性体より熱伝導性の高い熱伝導材を含む部材であって、
    　前記連結部材は、前記冷却管と前記長尺状放熱部材との複数個のセット若しくは前記長尺状放熱部材に交差して、当該複数個のセット同士若しくは前記長尺状放熱部材を連結する請求項１から３のいずれか１項に記載の放熱構造体。
  5. 　前記長尺状放熱部材は、前記冷却管の外側面の一方向若しくは二方向に接する１または２以上の部材である請求項４に記載の放熱構造体。
  6. 　前記連結部材は、金属、炭素系材料あるいはセラミックスを含むシートである請求項１から５のいずれか１項に記載の放熱構造体。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の放熱構造体と、
    　１または複数のバッテリーセルと、
    を備え、
    　前記放熱構造体は、少なくとも、前記バッテリーセルと、前記バッテリーセルを格納する筐体との間に配置されているバッテリー。
  8. 　前記バッテリーセルを複数備え、
    　前記放熱構造体は、さらに、複数の前記バッテリーセル同士の間に配置される請求項７に記載のバッテリー。

     
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