JPWO2019230107A1 - Heat dissipation structure and battery - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量でかつ周辺に配置される部品の損傷を抑制可能な放熱構造体、および当該放熱構造体を備えるバッテリーを提供する。【解決手段】本発明は、バッテリー20と冷却部材26との間にあってバッテリー20から冷却部材26に熱を伝導させてバッテリー20からの放熱を可能とする放熱構造体1であって、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも1つを含み、バッテリー20と冷却部材26との間に配置可能な熱伝導シート2と、バッテリー20と熱伝導シート2との間に備えられ、熱伝導シート2に比べてバッテリー20の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材3と、を備え、クッション部材3は、ゴム状弾性体に、ゴム状弾性体より熱伝導性の高いフィラーを含有する放熱構造体1およびそれを備えるバッテリーに関する。【選択図】図2APROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat radiating structure which is lightweight and capable of suppressing damage to parts arranged in the vicinity thereof, and a battery provided with the heat radiating structure. The present invention is a heat dissipation structure 1 located between a battery 20 and a cooling member 26, which conducts heat from the battery 20 to the cooling member 26 to enable heat dissipation from the battery 20, and is made of metal or carbon. Alternatively, a heat conductive sheet 2 containing at least one of ceramics and capable of being arranged between the battery 20 and the cooling member 26, and a heat conductive sheet 2 provided between the battery 20 and the heat conductive sheet 2 are provided as compared with the heat conductive sheet 2. A cushion member 3 that is easily deformed according to the surface shape of 20 is provided, and the cushion member 3 includes a heat-dissipating structure 1 and a heat-dissipating structure 1 in which a rubber-like elastic body contains a filler having a higher thermal conductivity than the rubber-like elastic body. Regarding the battery to be equipped. [Selection diagram] FIG. 2A
Description
本出願は、2018年5月29日に日本国において出願された特願2018−102088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。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-10288 filed in Japan on May 29, 2018, and the contents of the application are incorporated herein by reference. In addition, the contents described in the patents, patent applications and documents cited in the present application are incorporated herein by reference.
本発明は、放熱構造体およびそれを備えるバッテリーに関する。 The present invention relates to a heat radiating structure and a battery including the heat radiating structure.
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。 Control systems for automobiles, aircraft, ships, and household or commercial electronic devices are becoming more accurate and complex, and the density of small electronic components on circuit boards is increasing. .. As a result, it is strongly desired to solve the failure and shortening of the life of electronic components due to heat generation around the circuit board.
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)。 In order to realize quick heat dissipation from the circuit board, conventionally, the circuit board itself is made of a material having excellent heat dissipation, a heat sink is attached, or a cooling fan is driven by a single means or a combination of multiple means. It is done. Of these, a method in which the circuit board itself is made of a material having excellent heat dissipation, for example, diamond, aluminum nitride (AlN), cBN, or the like, makes the cost of the circuit board extremely high. In addition, the arrangement of the cooling fan causes problems such as failure of the rotating device called the fan, maintenance necessity for preventing the failure, and difficulty in securing the installation space. On the other hand, the heat radiating fin is a simple one that can increase the surface area and further improve the heat radiating property by forming a large number of columnar or flat plate-shaped projecting portions using a metal having high thermal conductivity (for example, aluminum). Since it is a member, it is widely used as a heat-dissipating component (see Patent Document 1).
しかしながら、上述のような放熱フィンは、金属で形成されているため重量が大きくなりがちであった。また、金属製の突出部位により熱源や冷却部材など周辺に配置される部品を傷付けてしまう虞があった。 However, since the heat radiation fins as described above are made of metal, the weight tends to be large. In addition, there is a risk that the protruding portion made of metal may damage parts arranged in the vicinity such as a heat source and a cooling member.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、軽量でかつ周辺に配置される部品の損傷を抑制可能な放熱構造体、および当該放熱構造体を備えるバッテリーを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat radiating structure that is lightweight and capable of suppressing damage to parts arranged in the vicinity, and a battery provided with the heat radiating structure. ..
(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、熱源と冷却部材との間にあって熱源から冷却部材に熱を伝導させて熱源からの放熱を可能とする放熱構造体であって、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも1つを含み、熱源と冷却部材との間に配置可能な熱伝導シートと、熱源と熱伝導シートとの間に備えられ、熱伝導シートに比べて熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材と、を備え、クッション部材は、ゴム状弾性体に、当該ゴム状弾性体より熱伝導性の高いフィラーを含有する。 (1) The heat dissipation structure according to the embodiment for achieving the above object is a heat dissipation structure that is located between the heat source and the cooling member and conducts heat from the heat source to the cooling member to enable heat dissipation from the heat source. A heat conductive sheet containing at least one of metal, carbon or ceramics and can be arranged between the heat source and the cooling member, and provided between the heat source and the heat conductive sheet, and is provided between the heat source and the heat conductive sheet, and is a heat source as compared with the heat conductive sheet. The cushion member includes a cushion member that is easily deformed according to the surface shape of the above, and the cushion member contains a filler having a higher thermal conductivity than the rubber-like elastic body in the rubber-like elastic body.
(2)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、クッション部材は、その長さ方向に窪む凹部を有する棒状クッション部材である。 (2) In the heat dissipation structure according to another embodiment, the cushion member is preferably a rod-shaped cushion member having a recess recessed in the length direction thereof.
(3)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、凹部は、クッション部材をその長さ方向に貫通する貫通路であり、クッション部材は、貫通路を有する筒状クッション部材である。 (3) In the heat radiating structure according to another embodiment, preferably, the recess is a through-passage that penetrates the cushion member in the length direction thereof, and the cushion member is a tubular cushion member having a through-passage.
(4)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、クッション部材は、第1クッション部材と、第1クッション部材の外側面を覆う第2クッション部材と、を備え、第2クッション部材は、第1クッション部材に比べて熱伝導性が高い。 (4) In the heat radiating structure according to another embodiment, preferably, the cushion member includes a first cushion member and a second cushion member that covers the outer surface of the first cushion member, and the second cushion member is , Higher thermal conductivity than the first cushion member.
(5)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、第1クッション部材は、ゴム状弾性体で形成され、第2クッション部材は、フィラーを含有するゴム状弾性体で形成されている。 (5) In the heat radiating structure according to another embodiment, preferably, the first cushion member is formed of a rubber-like elastic body, and the second cushion member is formed of a rubber-like elastic body containing a filler. ..
(6)別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、クッション部材は、熱伝導シート上に複数個設けられている。 (6) In the heat radiating structure according to another embodiment, preferably, a plurality of cushion members are provided on the heat conductive sheet.
(7)一実施形態に係るバッテリーは、冷却部材を接触させる筐体内に、1または2以上の熱源としてのバッテリーセルを備えたバッテリーであって、熱源と冷却部材との間にあって熱源から冷却部材に熱を伝導させて熱源からの放熱を可能とする放熱構造体を備え、放熱構造体は、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも1つを含み、熱源と冷却部材との間に配置可能な熱伝導シートと、熱源と熱伝導シートとの間に備えられ、熱伝導シートに比べて熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材と、を備え、クッション部材は、ゴム状弾性体に、ゴム状弾性体より熱伝導性の高いフィラーを含有する。 (7) The battery according to the embodiment is a battery having one or more battery cells as heat sources in a housing that contacts the cooling members, and is located between the heat source and the cooling member and is a cooling member from the heat source. A heat radiating structure that conducts heat to the heat source to enable heat dissipation from the heat source is provided, and the heat radiating structure contains at least one of metal, carbon, or ceramics, and is heat conduction that can be arranged between the heat source and the cooling member. A cushion member provided between the sheet and the heat source and the heat conductive sheet and easily deformed according to the surface shape of the heat source as compared with the heat conductive sheet is provided, and the cushion member is a rubber-like elastic body and a rubber-like material. Contains a filler that has higher thermal conductivity than an elastic body.
(8)別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、クッション部材は、その長さ方向に窪む凹部を有する棒状クッション部材である。 (8) In the battery according to another embodiment, the cushion member is preferably a rod-shaped cushion member having a recess recessed in the length direction thereof.
(9)別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、凹部は、クッション部材をその長さ方向に貫通する貫通路であり、クッション部材は、貫通路を有する筒状クッション部材である。 (9) In the battery according to another embodiment, preferably, the recess is a through-passage that penetrates the cushion member in the length direction thereof, and the cushion member is a tubular cushion member having a through-passage.
(10)別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、クッション部材は、第1クッション部材と、第1クッション部材の外側面を覆う第2クッション部材と、を備え、第2クッション部材は、第1クッション部材に比べて熱伝導性が高い。 (10) In the battery according to another embodiment, preferably, the cushion member includes a first cushion member and a second cushion member that covers the outer surface of the first cushion member, and the second cushion member is a first cushion member. 1 Higher thermal conductivity than cushion members.
(11)別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、第1クッション部材は、ゴム状弾性体で形成され、第2クッション部材は、フィラーを含有するゴム状弾性体で形成されている。 (11) In the battery according to another embodiment, preferably, the first cushion member is formed of a rubber-like elastic body, and the second cushion member is formed of a rubber-like elastic body containing a filler.
(12)別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、クッション部材は、熱伝導シート上に複数個設けられ、筐体内の1または2以上のバッテリーセルを載置している。 (12) In the battery according to another embodiment, preferably, a plurality of cushion members are provided on the heat conductive sheet, and one or more battery cells in the housing are placed.
本発明によれば、軽量でかつ周辺に配置される部品の損傷を抑制可能な放熱構造体、および当該放熱構造体を備えるバッテリーを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a heat radiating structure that is lightweight and capable of suppressing damage to parts arranged in the vicinity, and a battery including the heat radiating structure.
1・・・放熱構造体、2・・・熱伝導シート、3・・・クッション部材、10・・・バッテリーセル(熱源の一例)、20・・・バッテリー、21・・・筐体、26・・・冷却部材、31・・・貫通路(凹部の一例)、32・・・第1クッション部材、33・・・第2クッション部材、40・・・熱源。 1 ... Heat dissipation structure, 2 ... Heat conduction sheet, 3 ... Cushion member, 10 ... Battery cell (an example of heat source), 20 ... Battery, 21 ... Housing, 26. ... Cooling member, 31 ... Through path (example of recess), 32 ... 1st cushion member, 33 ... 2nd cushion member, 40 ... Heat source.
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。 Next, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments described below does not limit the invention according to the claims, and all of the elements and combinations thereof described in each embodiment are the means for solving the present invention. Is not always required.
図1Aは、本実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図を示す。図1Bは、バッテリーセルによって放熱構造体を圧縮した場合の本実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図を示す。図2Aは、本実施形態に係る放熱構造体の斜視図を示す。図2Bは、当該放熱構造体のクッション部材の縦断面図を示す。 FIG. 1A shows a vertical sectional view of a heat radiating structure according to the present embodiment and a battery including the heat radiating structure. FIG. 1B shows a vertical sectional view of a heat radiating structure according to the present embodiment when the heat radiating structure is compressed by a battery cell, and a battery including the heat radiating structure. FIG. 2A shows a perspective view of the heat radiating structure according to the present embodiment. FIG. 2B shows a vertical cross-sectional view of the cushion member of the heat dissipation structure.
バッテリー20は、図1Aおよび図1Bに示すように、冷却部材26を接触させる筐体21内に複数のバッテリーセル10を備えた構造を有する。放熱構造体1は、熱源の一例であるバッテリーセル10の冷却部材(例えば、冷却水)26に近い側の端部(下端部)と冷却部材26に近い側の筐体21の一部(底部22)との間に備えられている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
放熱構造体1は、バッテリーセル10から冷却部材26に熱を伝導させてバッテリーセル10からの放熱を可能とする構造体である。放熱構造体1は、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも1つを含み、バッテリーセル10と冷却部材26との間に配置可能な熱伝導シート2と、バッテリーセル10と熱伝導シート2との間に備えられ、熱伝導シート2に比べて熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材3と、を備える。クッション部材3は、ゴム状弾性体に、ゴム状弾性体より熱伝導性の高いフィラーを含有する。また、クッション部材3は、好ましくは、その長さ方向に貫通する貫通路31を有する筒状クッション部材である。クッション部材3は、好ましくは、第1クッション部材32と、第1クッション部材32の外側面を覆う第2クッション部材33と、を備える。第2クッション部材33は、第1クッション部材32に比べて熱伝導性が高い。
The
熱伝導シート2は、バッテリーセル10からの熱を冷却部材26へと伝導させる機能を有する。図1Aおよび図1Bのバッテリー20は、冷却部材26を接触させる筐体21内に熱源としての複数のバッテリーセル10を備えている。クッション部材3は、熱伝導シート2上に複数個設けられ、複数のバッテリーセル10を載置している。なお、本願では、「断面」あるいは「縦断面」とは、バッテリー20の筐体21の内部24における上方開口面から底部22へと垂直に切断する方向の断面を意味する。
The heat
次に、バッテリー20の概略構成および放熱構造体1の構成部材について、より詳しく説明する。
Next, the schematic configuration of the
(1)バッテリーの構成の概略
本実施形態において、バッテリー20は、例えば、電気自動車用のバッテリーであって、多数のバッテリーセル10を備える。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10は、筐体21の内部24に配置される。バッテリーセル10の上方には、電極11,12(図3参照)が突出して設けられている。複数のバッテリーセル10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)。筐体21の底部22には、冷却部材26の一例である冷却水を流すために、1または複数の水冷パイプ25が備えられている。バッテリーセル10は、底部22との間に、放熱構造体1を挟むようにして筐体21内に配置されている。このような構造のバッテリー20では、バッテリーセル10は、放熱構造体1を通じて筐体21に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。なお、冷却部材26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。冷却部材26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。(1) Outline of Battery Configuration In the present embodiment, the
(2)熱伝導シート
熱伝導シート2は、好ましくは炭素を含むシートであり、さらに好ましくは炭素フィラーと樹脂とを含むシートである。本願でいう「炭素」は、グラファイト、グラファイトより結晶性の低いカーボンブラック、膨張黒鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンドに近い構造を持つダイヤモンドライクカーボン等の炭素(元素記号:C)から成る如何なる構造のものも含むように広義に解釈される。熱伝導シート2は、この実施形態では、樹脂に、グラファイト繊維やカーボン粒子を配合分散した材料を硬化させた薄いシートとすることができる。グラファイト繊維やカーボン粒子に代えて、膨張黒鉛性のフィラーを用いても良い。膨張黒鉛は、化学反応を用いて鱗片状の黒鉛に物質を挿入した黒鉛層間化合物を急熱して層間の物質がガス化し、その時に生じたガスの放出によって黒鉛の層間が広がり、層の積み重なり方向に膨張した状態になった黒鉛をいう。また、熱伝導シート2は、メッシュ状に編んだカーボンファイバーであっても良く、さらには混紡してあっても混編みしてあっても良い。なお、グラファイト繊維、カーボン粒子、カーボンファイバーあるいは膨張黒鉛製のフィラーも、すべて、炭素フィラーの概念に含まれる。(2) Heat Conductive Sheet The heat
熱伝導シート2に樹脂を含む場合には、当該樹脂が熱伝導シート2の全質量に対して50質量%を超えていても、あるいは50質量%以下であっても良い。すなわち、熱伝導シート2は、熱伝導に大きな支障が無い限り、樹脂を主材とするか否かを問わない。樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂を好適に使用できる。熱可塑性樹脂としては、熱源の一例であるバッテリーセル10からの熱を伝導する際に溶融しない程度の高融点を備える樹脂が好ましく、例えば、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)等を好適に挙げることができる。樹脂は、熱伝導シート2の成形前の状態において、炭素フィラーの隙間に、例えば粒子状に分散している。熱伝導シート2は、炭素フィラー、樹脂の他、熱伝導をより高めるためのフィラーとして、AlNあるいはダイヤモンドを分散していても良い。また、樹脂に代えて、樹脂よりも柔軟なエラストマーを用いても良い。
When the heat
熱伝導シート2は、また、上述のような炭素に代えて若しくは炭素と共に、金属および/またはセラミックスを含むシートとすることができる。金属としては、アルミニウム、銅、それらの内の少なくとも1つを含む合金などの熱伝導性の比較的高いものを選択できる。また、セラミックスとしては、AlN、cBN、hBNなどの熱伝導性の比較的高いものを選択できる。
The heat
熱伝導シート2は、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート2の熱伝導率は、好ましくは10W/mK以上である。この実施形態では、熱伝導シート2は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅あるいはステンレススチールの帯状の板であり、熱伝導性と導電性に優れる材料から成る。熱伝導シート2は、湾曲性(若しくは屈曲性)に優れるシートであるのが好ましく、その厚さに制約はないが、0.05〜5mmが好ましく、0.065〜0.5mmがより好ましい。ただし、熱伝導シート2の熱伝導率は、その厚さが増加するほど低下するため、シートの強度、可撓性および熱伝導性を総合的に考慮して、その厚さを決定するのが好ましい。
It does not matter whether the heat
(3)クッション部材
クッション部材3の重要な機能は変形容易性と回復力である。変形容易性は、バッテリーセル10の形状に追従するために必要な特性であり、特にリチウムイオンバッテリーなどの半固形物、液体的性状も持つ内容物などを変形しやすいパッケージに収めてあるようなバッテリーセル10の場合には、設計寸法的にも不定形または寸法精度があげられない場合が多い。このため、クッション部材3の変形容易性や追従力を保持するための回復力の保持は重要である。(3) Cushion member The important functions of the
本実施形態において、クッション部材3は、図2Bに示すように、貫通路31を備える筒状クッション部材である。クッション部材3は、複数のバッテリーセル10の下端部が平坦でない場合でも、熱伝導シート2と当該下端部との接触を良好にする。さらに、貫通路31は、クッション部材3の変形を容易にするのに寄与し、熱伝導シート2とバッテリーセル10の下端部との接触を高める機能を有する。クッション部材3は、バッテリーセル10と底部22との間にあってクッション性を発揮させる機能の他に、熱伝導シート2に加わる荷重によって熱伝導シート2が破損等しないようにする保護部材としての機能も有する。この実施形態では、クッション部材3は、熱伝導シート2に比べて低熱伝導性の部材である。
In the present embodiment, the
クッション部材3は、貫通路31から径方向外側に向かって、第1クッション部材32、第2クッション部材33の順に構成された二重構造の筒状部材である。第1クッション部材32は、好ましくは、シリコーンゴム、ウレタンゴム、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。第1クッション部材32は、熱伝導シート2を伝わる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。本実施形態では、第1クッション部材32は、より好ましくは、ウレタン系エラストマー中にシリコーンを含浸したもの、あるいはシリコーンゴムにより構成される。第2クッション部材33は、第1クッション部材32に比べて熱伝導性が高い材料で構成される。具体的には、第2クッション部材33は、その熱伝導性を高めるために、上述のようなゴム中に、AlN、cBN、hBN、ダイヤモンドの粒子等に代表されるフィラーを分散して構成される。本実施形態では、第2クッション部材33は、バッテリーセル10からの熱を速やかに熱伝導シート2に伝える必要から、より好ましくは、熱伝導性に優れたシリコーンゴムに、当該フィラーを分散して構成される。第2クッション部材33は、その厚さに制約はないが、0.3〜5mmが好ましく、0.3〜1mmがより好ましい。ただし、第2クッション部材33の熱伝導率は、その厚さが増加するほど低下する。また、フィラーを含有する第2クッション部材33は、フィラーを含有しない第1クッション部材32に比べてゴムの柔軟性が低下する。そのため、バッテリーセル10表面の凹凸あるいはゴム硬度および熱伝導性を総合的に考慮して、その厚さを決定するのが好ましい。
The
本実施形態のクッション部材3は、第2クッション部材33にのみフィラーが分散されて構成されているので、第1クッション部材32及び第2クッション部材33ともにフィラーが分散されている場合に比べて、製造コストを抑えることができるとともに、ゴムの柔軟性の低下を抑制することができる。クッション部材3は、その内部に気泡を含むものの他、気泡を含まないものでも良い。また、「クッション部材」は、柔軟性に富み、熱源の表面に密着可能に変形可能な部材を意味し、かかる意味では「ゴム状弾性体」と読み替えることもできる。
Since the
図3は、バッテリーセルの直下に放熱構造体を配置する状態の斜視図を示す。 FIG. 3 shows a perspective view of a state in which the heat radiating structure is arranged directly under the battery cell.
バッテリーセル10は、放熱構造体1と接する側と反対側(図1,3では上方)に、電極11,12を備える。放熱構造体1は、熱伝導シート2上に、バッテリーセル10の長手方向(図3の奥行き方向)に平行に複数のクッション部材3が配置されている。なお、ここでは、熱伝導シート2上に10個のクッション部材3が配置されているが、熱伝導シート2に配置されるクッション部材3の個数は10個に限定されない。また、放熱構造体1に配置されるバッテリーセル10の個数についても、特に限定されない。
The
図1Aおよび図1Bに示すように、筐体21内の放熱構造体1は、バッテリーセル10の電極11,12と反対側に位置する下端部と接触し、当該下端部と筐体21の底部22との間で、上下方向に圧縮された状態となる。この状態において、図1Bに示すように、クッション部材3が変形するため、バッテリーセル10の下端部と熱伝導シート2との接触が良好になる。バッテリー20の充電若しくは放電時に発する熱は、バッテリーセル10の下端部からクッション部材3、熱伝導シート2、筐体21の底部22、冷却部材26へと伝わる。こうして、バッテリーセル10の効果的な除熱が実現する。なお、放熱構造体1は、クッション部材3をバッテリーセル10側に、熱伝導シート2を冷却部材26側(底部22側と称しても良い)にそれぞれ向けて筐体21内に配置されても良い。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
(実施形態の作用・効果)
以上説明したように、放熱構造体1は、バッテリー20と冷却部材26との間にあってバッテリー20から冷却部材26に熱を伝導させてバッテリー20からの放熱を可能とするものであって、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも1つを含み、バッテリー20と冷却部材26との間に配置可能な熱伝導シート2と、バッテリー20と熱伝導シート2との間に備えられ、熱伝導シート2に比べてバッテリー20の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材3と、を備える。また、クッション部材3は、ゴム状弾性体に、ゴム状弾性体より熱伝導性の高いフィラーを含有する。(Action / effect of the embodiment)
As described above, the
このため、従来のような金属性の放熱フィン等に比べて、軽量になり、かつ、放熱構造体1の周辺に配置される部品の損傷を抑制することができる。また、クッション部材3に起因して、バッテリーセル20の種々の形態に順応可能となる。
Therefore, it is lighter than the conventional metal heat-dissipating fins and the like, and damage to parts arranged around the heat-dissipating
また、クッション部材3は、その長さ方向に貫通する貫通路31を有する筒状クッション部材である。このため、クッション部材3の変形容易性が高められ、複数のバッテリーセル10の下端部が平坦でない場合でも、熱伝導シート2と当該下端部との接触を良好にできる。また、放熱構造体1は貫通路31に起因してより軽量となる。
Further, the
また、クッション部材3は、第1クッション部材32と、第1クッション部材32の外側面を覆う第2クッション部材33と、を備え、第2クッション部材33は、第1クッション部材31に比べて熱伝導性が高い。具体的には、第1クッション部材32はゴム状弾性体で形成され、第2クッション部材は、ゴム状弾性体より熱伝導性の高いフィラーを含有するゴム状弾性体で形成されている。このため、バッテリー20の充電若しくは放電時に発する熱は、バッテリーセル10から熱伝導シート2への熱伝導性をより高めることができる。また、フィラーを含有しない第1クッション部材32を第2クッション部材33の内側に設けることにより、クッション部材の変形容易性の低下を抑制することができる。
Further, the
また、クッション部材3は、熱伝導シート2上に複数個設けられているため、熱伝導シート2上のクッション部材の表面積が大きくなり、バッテリーセル10の効果的な除熱が実現する。
Further, since a plurality of
(その他の実施形態)
上述のように、本発明の好適な各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、種々変形して実施可能である。(Other embodiments)
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to these, and can be implemented in various modifications.
例えば、熱源は、バッテリーセル10のみならず、回路基板や電子機器本体などの熱を発する対象物を全て含む。例えば、熱源は、キャパシタおよびICチップ等の電子部品であっても良い。同様に、冷却部材26は、冷却用の水のみならず、有機溶剤、液体窒素、冷却用の気体であっても良い。また、放熱構造体1等は、バッテリー20等以外の構造物、例えば、電子機器、家電、発電装置等に配置されていても良い。
For example, the heat source includes not only the
また、本発明の放熱構造体1は、バッテリーセル10のみならず、多種多様な形状の熱源に採用可能である。図4は、円柱形状の熱源に本発明の放熱構造体を採用した場合における縦断面図を示す。図4に示すように、円柱形状の熱源40に本発明の放熱構造体1を採用する場合、熱伝導シート2のうちクッション部材3が配置されている面と反対側の面を、熱源40に巻きつけ、クッション部材3が配置されている面を冷却部材に圧接することにより、熱源40の効果的な除熱が実現可能となる。
Further, the
また、上述の実施形態では、熱伝導シート2上に複数のクッション部材3が配置されていたが、熱伝導シート2上に配置されるクッション部材3は1つであっても良い。
Further, in the above-described embodiment, a plurality of
また、上述の実施形態では、複数のクッション部材3は、熱伝導シート2上に互いに平行に配置されていたが、熱伝導シート2上に非平行に配置されていても良い。
Further, in the above-described embodiment, the plurality of
また、上述の実施形態におけるクッション部材3は、貫通路31を有する筒状のクッション部材であったが、貫通路31を有していなくても良い。また、クッション部材3の縦断面形状は円に限定されず、例えば、多角形であっても良い。
Further, although the
また、クッション部材3は、貫通路31に代えて、その長さ方向に窪む凹部を有する棒状クッション部材としても良い。クッション部材3は、その長さ方向における窪みが大きいほど、クッション部材3の変形容易性が高められる。このため、クッション部材3は、貫通路31の一方の開口部分を塞いだ凹部を有することがより好ましい。
Further, the
また、上述の実施形態におけるクッション部材3は、第1クッション部材32と第2クッション部材33とからなる二重構造であったが、第2クッション部材33のみで形成されていても良い。また、クッション部材3は三重構造以上の多重構造であっても良い。かかる場合、クッション部材3は、径方向外側に向かって、より熱伝導性の高い部材を採用することが好ましい。
Further, although the
また、上述の実施形態における第1クッション部材32は、シリコーンゴム等のフィラーを含まないゴム状弾性体であったが、第2クッション部材33と同様に、ゴム中に、AlN、cBN、hBN、ダイヤモンドの粒子等に代表されるフィラーを分散して構成されていても良い。かかる場合、第1クッション部材32に含有されるフィラーの量は、第2クッション部材33に含有されるフィラーの量より少なくなるように構成されることが好ましい。
Further, the
また、上述の実施形態では、第1クッション部材32と第2クッション部材33とは、フィラーの含有量により熱伝導性の差異を生じさせていたが、含有するフィラーの種類、または、クッション部材3の材質により熱伝導性の差異を生じさせても良い。例えば、第2クッション部材33に含有されるフィラーが、第1クッション部材32に含有されるフィラーより熱伝導性の高いフィラーであっても良い。また、第2クッション部材33が第1クッション部材32より熱伝導性の高い材質から構成されるようにクッション部材3が形成されていても良い。また、クッション部材3の表面および/または熱伝導シート2の表面であって熱源若しくは冷却部材26に接触する面側に、柔軟性の高いゴムシートを介在させても良い。ただし、その場合、当該ゴムシートの厚さを小さくする方が放熱構造体1の熱伝導性を高く維持できるので、好ましい。
Further, in the above-described embodiment, the
本発明に係る放熱構造体は、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。また、本発明に係るバッテリーは、自動車用のバッテリー以外に、家庭用の充放電可能なバッテリー、PC等の電子機器用のバッテリーにも利用できる。 The heat dissipation structure according to the present invention can be used not only for automobile batteries but also for various electronic devices such as automobiles, industrial robots, power generation devices, PCs, and household electric appliances. Further, the battery according to the present invention can be used not only as a battery for automobiles but also as a rechargeable battery for home use and a battery for electronic devices such as PCs.
Claims (12)
金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも1つを含み、前記熱源と前記冷却部材との間に配置可能な熱伝導シートと、
前記熱源と前記熱伝導シートとの間に備えられ、前記熱伝導シートに比べて前記熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材と、
を備え、
前記クッション部材は、ゴム状弾性体に、前記ゴム状弾性体より熱伝導性の高いフィラーを含有することを特徴とする放熱構造体。A heat dissipation structure that is located between a heat source and a cooling member and that conducts heat from the heat source to the cooling member to enable heat dissipation from the heat source.
A heat conductive sheet containing at least one of metal, carbon or ceramic and which can be arranged between the heat source and the cooling member.
A cushion member provided between the heat source and the heat conductive sheet and easily deformed according to the surface shape of the heat source as compared with the heat conductive sheet.
With
The cushion member is a heat-dissipating structure characterized in that the rubber-like elastic body contains a filler having a higher thermal conductivity than the rubber-like elastic body.
前記クッション部材は、前記貫通路を有する筒状クッション部材であることを特徴とする請求項2に記載の放熱構造体。The recess is a gangway that penetrates the cushion member in the length direction thereof.
The heat radiating structure according to claim 2, wherein the cushion member is a tubular cushion member having the gangway.
第1クッション部材と、
前記第1クッション部材の外側面を覆う第2クッション部材と、
を備え、
前記第2クッション部材は、前記第1クッション部材に比べて熱伝導性が高いことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の放熱構造体。The cushion member is
With the first cushion member
A second cushion member that covers the outer surface of the first cushion member,
With
The heat radiating structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the second cushion member has higher thermal conductivity than the first cushion member.
前記第2クッション部材は、フィラーを含有するゴム状弾性体で形成されていることを特徴とする請求項4に記載の放熱構造体。The first cushion member is formed of the rubber-like elastic body, and is formed of the rubber-like elastic body.
The heat radiating structure according to claim 4, wherein the second cushion member is formed of a rubber-like elastic body containing a filler.
前記熱源と前記冷却部材との間にあって前記熱源から前記冷却部材に熱を伝導させて前記熱源からの放熱を可能とする放熱構造体を備え、
前記放熱構造体は、
金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも1つを含み、前記熱源と前記冷却部材との間に配置可能な熱伝導シートと、
前記熱源と前記熱伝導シートとの間に備えられ、前記熱伝導シートに比べて前記熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材と、
を備え、
前記クッション部材は、ゴム状弾性体に、前記ゴム状弾性体より熱伝導性の高いフィラーを含有することを特徴とするバッテリー。A battery having one or more battery cells as heat sources in a housing that contacts the cooling member.
A heat radiating structure is provided between the heat source and the cooling member, which conducts heat from the heat source to the cooling member and enables heat dissipation from the heat source.
The heat dissipation structure is
A heat conductive sheet containing at least one of metal, carbon or ceramic and which can be arranged between the heat source and the cooling member.
A cushion member provided between the heat source and the heat conductive sheet and easily deformed according to the surface shape of the heat source as compared with the heat conductive sheet.
With
The cushion member is a battery characterized in that the rubber-like elastic body contains a filler having a higher thermal conductivity than the rubber-like elastic body.
前記クッション部材は、前記貫通路を有する筒状クッション部材であることを特徴とする請求項8に記載のバッテリー。The recess is a gangway that penetrates the cushion member in the length direction thereof.
The battery according to claim 8, wherein the cushion member is a tubular cushion member having the gangway.
第1クッション部材と、
前記第1クッション部材の外側面を覆う第2クッション部材と、
を備え、
前記第2クッション部材は、前記第1クッション部材に比べて熱伝導性が高いことを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載のバッテリー。The cushion member is
With the first cushion member
A second cushion member that covers the outer surface of the first cushion member,
With
The battery according to any one of claims 7 to 9, wherein the second cushion member has higher thermal conductivity than the first cushion member.
前記第2クッション部材は、フィラーを含有するゴム状弾性体で形成されていることを特徴とする請求項10に記載のバッテリー。The first cushion member is formed of the rubber-like elastic body.
The battery according to claim 10, wherein the second cushion member is formed of a rubber-like elastic body containing a filler.
The battery according to any one of claims 7 to 11, wherein a plurality of the cushion members are provided on the heat conductive sheet and one or more of the battery cells in the housing are placed.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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