JP7116653B2 - 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー - Google Patents

Description

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。

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、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、２０４０年までにガソリン車とディーゼル車から完全に電気自動車に切り替えることを宣言している。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。

特開２００８－２４３９９９

バッテリー等の熱源から冷却部材への熱の移動を促進するには、熱の移動経路を高熱伝導性の材料で形成すること、及び熱源と当該高熱伝導性の材料との熱抵抗を下げることが必要になる。本発明者は、先に、グラファイト製のシートを熱の移動経路に利用して、グラファイト製のシートにそれより柔らかなゴム状弾性体を積層した放熱構造体を開発した。かかる放熱構造体を折りたたみ、あるいは筒状にして、バッテリー等の熱源と冷却部材との間、あるいは熱源同士の隙間に配置すると、放熱構造体が熱源あるいは冷却部材に密着しやすく、かつ熱の移動経路も構築しやすくなる。加えて、熱源を取り除いた際に放熱構造体が弾性的に元の形状に復活しやすくなる。

バッテリー等の熱源から冷却部材への熱の移動をさらに促進するには、熱源とグラファイト製のシートとの間の熱抵抗をさらに下げる必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、放熱効率により優れる放熱構造体及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、熱源と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であって、炭素を含むシートであって、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、前記熱伝導シートに少なくとも部分的に包まれ若しくは接触するクッション部材と、前記熱伝導シートにおける少なくとも前記熱源と接触する面に備えられる熱伝導性オイルと、を備える。

（２）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導性オイルは、シリコーンオイルと、前記シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の１以上からなる熱伝導性フィラーとを含む。

（３）別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、完全に閉じた状態若しくは一部に開口部を有する状態の筒状の前記熱伝導シートの内側に、前記クッション部材を備え、前記熱伝導シートの外側に前記熱伝導性オイルを備える。

（４）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記クッション部材は、シリコーンゴムである。

（５）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導シートは、グラファイトのフィラーと、樹脂とを含むシートである。

（６）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熱源としての複数のバッテリーセルを備えたバッテリーであって、上述のいずれかの放熱構造体を備え、前記放熱構造体は、炭素を含むシートであって、前記バッテリーは、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、前記熱伝導シートに少なくとも部分的に包まれ若しくは接触するクッション部材と、前記熱伝導シートにおける少なくとも前記熱源と接触する面に備えられる熱伝導性オイルと、を備える。

（７）別の実施形態に係るバッテリーは、好ましくは、前記放熱構造体を前記筐体内に複数個備え、前記筐体内の１または２以上の前記バッテリーセルを前記放熱構造体上に載置している。

本発明によれば、放熱効率により優れる放熱構造体及びそれを備えたバッテリーを提供できる。

図１は、第１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それぞれ示す。 図２は、図１の放熱構造体の上に２個のバッテリーセルが載った状態の斜視図を示す。 図３は、図１の放熱構造体およびその変形例の各６面図（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）を示す。 図４は、第２実施形態に係る放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図を示す。 図５は、第３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（５Ａ）および同断面図中のＡ０部分の拡大図（５Ｂ）を、それぞれ示す。 図６は、第４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（６Ａ）、当該放熱構造体の６面図（６Ｂ）および放熱構造体の縦断面拡大図（６Ｃ）を、それぞれ示す。 図７は、第５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（７Ａ）、同断面図中のＡ１部分の拡大図（７Ｂ）および同断面図中のＢ１部分の拡大図（７Ｃ）を、それぞれ示す。 図８は、第６実施形態に係る放熱構造体にバッテリーセルを装着する状況の斜視図及びその一部Ｃの拡大図をそれぞれ示す。 図９は、第７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（９Ａ）および当該（９Ａ）中の熱伝導シートの断面形状を模式的に表した図（９Ｂ）をそれぞれ示す。

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。

（第１実施形態）
図１は、第１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それぞれ示す。図２は、図１の放熱構造体の上に２個のバッテリーセルが載った状態の斜視図を示す。

第１実施形態に係る放熱構造体２５は、熱源の一例であるバッテリーセル２０と冷却部材（例えば、冷却水）１５との間にあってバッテリーセル２０から冷却部材１５に熱を伝導させてバッテリーセル２０からの放熱を可能とする放熱構造体である。放熱構造体２５は、炭素を含むシートであって、バッテリーセル２０と冷却部材１５との間に配置可能な熱伝導シート３０と、熱伝導シート３０に少なくとも部分的に包まれ若しくは接触するクッション部材３１と、熱伝導シート３０における少なくともバッテリーセル２０と接触する面に備えられる熱伝導性オイル３３と、を備える。熱伝導性オイル３３は、熱伝導シート３０とバッテリーセル２０の底部との間の熱抵抗を低下させ、バッテリーセル２０の底部から熱伝導シート３０への熱伝導性をより高めるのに寄与する。

熱伝導シート３０は、好ましくは、バッテリーセル２０と冷却部材１５との間に配置される部位において、開口３２を冷却部材１５に向けた縦断面逆さＣ形状を有する。クッション部材３１は、熱伝導シート３０の内部に配置されている。また、クッション部材３１は、放熱構造体２５の長さ方向（図１の紙面表側および裏側の方向）両端の内の少なくとも一端側を熱伝導シート３０から露出させている。図１のバッテリー１は、冷却部材１５を接触させる筐体１１内に熱源としての複数のバッテリーセル２０を備えている。なお、本願では、「断面」あるいは「縦断面」とは、バッテリー１の筐体１１の内部１４における上方開口面から底部１２へと垂直に切断する方向の断面を意味する。以下、（１）～（５）に分けて、バッテリー１および放熱構造体２５の構成部材について詳述する。

（１）バッテリーの構成の概略
この実施形態において、バッテリー１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２０を並べて備える。バッテリー１は、一方に開口する有底型の筐体１１を備える。筐体１１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２０の上方には、電極（図２を参照）が突出して設けられている。複数のバッテリーセル２０は、好ましくは、筐体１１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１１の底部１２には、冷却部材１５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１３が備えられている。放熱構造体２５は、バッテリーセル２０の下端と底部１２との間に挟まれる状態で筐体１１内に配置されている。

放熱構造体２５は、好ましくは、筐体１１内に複数個備えられ、筐体１１内の１または２以上のバッテリーセル２０を載置している。図１では、１個の放熱構造体２５は、その上に、２個のバッテリーセル２０を載置している。しかし、１個の放熱構造体２５は、１個のバッテリーセル２０だけを載置していても、あるいは３個以上のバッテリーセル２０を載置していても良い。

また、筐体１１内の複数個の放熱構造体２５は、好ましくは、バッテリーセル２０の載置に起因して圧縮されても互いに接触しない隙間（あるいは間隔）ｔをあけて配置されている。バッテリーセル２０の重量に起因して放熱構造体２５が上下方向に圧縮された際に、放熱構造体２５同士が互いに接触せずに十分に変形できるようにするためである。放熱構造体２５同士の間隔（前述のｔ、あるいは後述のＴ）は、放熱構造体２５の変形量と熱伝導量にもよるが、好ましくは２ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上である。

このような構造のバッテリー１では、バッテリーセル２０は、放熱構造体２５を通じて筐体１１（底部１２を含む）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１５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１５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。

（２）熱伝導シート
熱伝導シート３０は、この実施形態では、複数のバッテリーセル２０と底部１２との間において、図１の縦断面視にて逆さＣ形状を有する。ただし、熱伝導シート３０は、開口３２を備えない縦断面視にてＯ形状を有していても良い。また、熱伝導シート３０は、縦断面視にて、逆さＵ字形状若しくは逆さＶ字形状でも良い。このように、放熱構造体２５は、好ましくは、完全に閉じた状態若しくは一部に開口部（例えば、開口３２）を有する状態の筒状の熱伝導シート３０の内側に、クッション部材３１を備える。

熱伝導シート３０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（好ましくはグラファイトのフィラー）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３０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。グラファイト繊維、カーボン粒子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。

熱伝導シート３０は、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んでも良い。金属としては、アルミニウム、金、銀、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。

樹脂は、熱伝導シート３０の全質量に対して５０質量％を超えていても、あるいは炭素フィラーが上記全質量に対して５０質量％を超えていても良い。すなわち、熱伝導シート３０は、熱伝導に大きな支障が無い限り、樹脂を主材とし、あるいは炭素フィラーを主材としても良い。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２０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３０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３０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。

熱伝導シート３０は、後述のクッション部材３１よりも熱伝導性に優れているのが好ましく、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート３０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３０に好ましくはグラファイトと、グラファイトより結晶性の低いカーボンとを含ませて、熱伝導シート３０中に電流が流れやすいネットワークを形成するようにしている。

しかし、熱伝導シート３０は、必ずしも導電性に優れていることを要せず、導電性が低く、高熱伝導性を有するだけでも良い。その場合、熱伝導シート３０を、ＡｌＮ、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（グラファイトより導電性は低い）などを含むシートとしても良い。熱伝導シート３０は、湾曲性（若しくは屈曲性）のあるシートであれば、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、熱伝導シート３０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。

放熱構造体２５は、熱伝導シート３０を外皮として、その内部空間にクッション部材３１を備える。熱伝導シート３０は、その一部に開口３２を備えて、クッション部材３２を外に露出させても良い。

（３）クッション部材
クッション部材３１は、熱伝導シート３０に包まれ若しくは接触する弾性体である。よって、「クッション部材」という文言に代えて「弾性体」あるいは「ゴム状弾性体」という文言を使用しても良い。クッション部材３１は、バッテリーセル２０と底部１２との間にあってクッション性を発揮させる機能と、熱伝導シート３０に加わる荷重によって熱伝導シート３０が破損等しないようにする保護部材としての機能とを有する。クッション部材３１は、熱伝導シート３０に比べて低熱伝導性の部材である。

クッション部材３１は、その内部に気泡を有するスポンジ状の部材、あるいは気泡を含まないゴム状弾性体のいずれでも良いが、より好ましくはスポンジ状の部材である。クッション部材３１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。クッション部材３１は、熱伝導シート３０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。この実施形態では、クッション部材３１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。クッション部材３１は、その熱伝導性を少しでも高めるために、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。また、クッション部材３１は、その内部に、放熱構造体２５の長さ方向（図１の紙面表裏方向）に貫通する穴を備えたチューブ形状を有する部材でも良い。

（４）熱伝導性オイル
熱伝導性オイル３３は、熱伝導シート３０の表面、少なくともバッテリーセル２０と熱伝導シート３０とが接触する面に備えられている。本願において、熱伝導性オイル３３の「オイル」は、非水溶性の常温（２０～２５℃の範囲の任意の温度）で液状若しくは半固形状の可燃物質をいう。「オイル」という文言に代え、「グリース」あるいは「ワックス」を用いることもできる。熱伝導性オイル３３は、バッテリーセル２０から熱伝導シート３０に熱を伝える際に熱伝導の障害にならない性質のオイルである。熱伝導性オイル３３には、炭化水素系のオイル、シリコーンオイルを用いることができる。熱伝導性オイル３３は、好ましくは、シリコーンオイルと、シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の１以上からなる熱伝導性フィラーとを含む。

シリコーンオイルは、好ましくは、シロキサン結合が２０００以下の直鎖構造の分子から成る。シリコーンオイルは、ストレートシリコーンオイルと、変性シリコーンオイルとに大別される。ストレートシリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルを例示できる。変性シリコーンオイルとしては、反応性シリコーンオイル、非反応性シリコーンオイルを例示できる。反応性シリコーンオイルは、例えば、アミノ変性タイプ、エポキシ変性タイプ、カルボキシ変性タイプ、カルビノール変性タイプ、メタクリル変性タイプ、メルカプト変性タイプ、フェノール変性タイプ等の各種シリコーンオイルを含む。非反応性シリコーンオイルは、ポリエーテル変性タイプ、メチルスチリル変性タイプ、アルキル変性タイプ、高級脂肪酸エステル変性タイプ、親水性特殊変性タイプ、高級脂肪酸含有タイプ、フッ素変性タイプ等の各種シリコーンオイルを含む。シリコーンオイルは、耐熱性、耐寒性、粘度安定性、熱伝導性に優れたオイルであるため、熱伝導シート３０の表面に塗布して、バッテリーセル２０と熱伝導シート３０との間に介在させる熱伝導性オイル３３として特に好適である。

熱伝導性オイル３３は、好ましくは、油分以外に、金属、セラミックスまたは炭素の１以上からなる熱伝導性フィラーを含む。金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、ベリリウム、タングステンなどを例示できる。セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、キュービック窒化ホウ素、ヘキサゴナル窒化ホウ素などを例示できる。炭素としては、ダイヤモンド、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブなどを例示できる。

熱伝導性オイル３３は、バッテリーセル２０と熱伝導シート３０との間に介在する他、熱伝導シート３０と筐体１１（特に底部１２）との間に介在する方が好ましい。熱伝導性オイル３３は、熱伝導シート３０の全面に塗布されていても、同シート３０の一部分に塗布されていても良い。熱伝導性オイル３３を熱伝導シート３０に存在させる方法は、特に制約されることなく、スプレーを用いた噴霧、刷毛等を用いた塗布、熱伝導性オイル３３中への熱伝導シート３０の浸漬など、如何なる方法によるものでも良い。

（５）バッテリーセルのその他構成
バッテリーセル２０は、放熱構造体２５と接する側と反対側（図１，２では上方）に、電極２１，２２を備える。放熱構造体２５の充電若しくは放電時に発する熱は、バッテリーセル２０の下方端部（底部）から放熱構造体２５の熱伝導シート３０、筐体１１の底部１２、冷却部材１５へと伝わる。こうして、バッテリーセル２０の効果的な除熱が実現する。バッテリーセル２０の筐体は、硬質樹脂、金属、セラミックスのみならず、アルミニウム等の薄い金属を樹脂にて挟み込んだラミネート構造のやわらかい袋であっても良い。

図３は、図１の放熱構造体およびその変形例の各６面図（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）を示す。図３では、熱伝導性オイル３３を備える前の放熱構造体２５の各種形状を示す。

（３Ａ）の放熱構造体２５は、図１，２に示す構造であって、略直方体のクッション部材３１の長さ方向の両端面および底面の一部を除き、熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する。具体的には、放熱構造体２５の天面２５ａ、左右両側面２５ｃ，２５ｄは熱伝導シート３０にて覆われている。放熱構造体２５の正面２５ｅおよび背面２５ｆは、クッション部材３１の面を露出している。放熱構造体２５の底面２５ｂは、放熱構造体２５の幅方向中央領域に開口３２を形成するように、熱伝導シート３０にて覆われている。クッション部材３１はその開口３２から露出している。この実施形態では、クッション部材３１は、熱伝導シート３０から外方に突出していないが、クッション部材３１の底面を当該外方に向かって熱伝導シート３０と面一な位置まで、さらには熱伝導シート３０よりも外方向に突出していても良い。

（３Ｂ）の放熱構造体２５は、（３Ａ）の放熱構造体２５の第１変形例であって、略直方体のクッション部材３１の長さ方向の両端面を除き、熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する。具体的には、放熱構造体２５の天面２５ｇ、底面２５ｈおよび左右両側面２５ｉ，２５ｊは熱伝導シート３０にて覆われている。放熱構造体２５の正面２５ｋおよび背面２５ｌは、クッション部材３１の面を露出している。

（３Ｃ）の放熱構造体２５は、（３Ａ）の放熱構造体２５の第２変形例であって、略直方体のクッション部材３１の底面の一部を除き、熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する。具体的には、放熱構造体２５の天面２５ｍ、左右両側面２５ｏ，２５ｐ、正面２５ｑおよび背面２５ｒは熱伝導シート３０にて覆われている。放熱構造体２５の底面２５ｎの一部は、開口３２を有しており、その開口３２からクッション部材３１の面を露出している。放熱構造体２５の底面２５ｎは、その略中央部に開口３２を有する。この実施形態では、クッション部材３１は、熱伝導シート３０から外方に突出していないが、クッション部材３１の底面を当該外方に向かって熱伝導シート３０と面一な位置まで、さらには熱伝導シート３０よりも外方向に突出していても良い。

（３Ｄ）の放熱構造体２５は、（３Ａ）の放熱構造体２５の第３変形例であって、略直方体のクッション部材３１の全面を熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する。具体的には、放熱構造体２５の天面２５ｓ、裏面２５ｔ、左右両側面２５ｕ，２５ｖ、正面２５ｗおよび背面２５ｘは熱伝導シート３０にて覆われている。

また、放熱構造体２５は、上述の各放熱構造体２５の形態に限定されることなく変形可能であって、例えば、略直方体のクッション部材３１の長さ方向の両端面の内の一端面を除き、熱伝導シート３０にて被覆した構造を有する放熱構造体２５を用いることもできる。クッション部材３１の一部が熱伝導シート３０から露出していると、放熱構造体２５にバッテリーセル２０が載置した際に、クッション部材３１の変形の余地が広がる。

次に、この実施形態に係るバッテリー１の組み立て方法（＝製造方法）を例示する。

（ａ）ＰＰＳ等に代表される樹脂材料と、グラファイト製フィラーおよび／またはグラファイトより低結晶性のカーボン製フィラー（粒子、繊維等の形態が好ましい）を液体（例えば、水）の中で撹拌して紙漉きと同様の方式でフェルト状シートを作製する。
（ｂ）続いて、フェルト状シートを、図１の熱伝導シート３０と同一若しくはこれに類似した断面形状になるように成形する。
（ｃ）熱伝導シート３０の内方にクッション部材３１を入れる。この際に、クッション部材３１と熱伝導シート３０とを耐熱性の接着剤、両面テープ若しくはビス等の固定手段を用いて固定しても、あるいは何らの固定手段も用いずに固定しても良い。
（ｄ）次に、熱伝導シート３０の表面（クッション部材３１と接する面とは反対側の面）に熱伝導性オイル３３を塗布して放熱構造体２５を完成する。
（ｅ）最後に、放熱構造体２５をバッテリー１内に組み込む。放熱構造体２５は、底部１２との間に熱伝導性オイル３３、耐熱性の接着剤あるいは両面テープを介在させ、あるいは何らの介在物も用いずに底部１２に載置可能である。上記製造方法は、第２実施形態およびそれ以降の実施形態でも同様に採用可能である。なお、第２実施形態以降において、上記（ｃ）に代えて、熱伝導シート３０にクッション部材３１を接触若しくは接着させても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る放熱構造体およびそれを備えたバッテリーの第２実施形態について説明する。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、第１実施形態における説明を代用することとし、重複した説明を省略する。

図４は、第２実施形態に係る放熱構造体を備え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１ａは、第１実施形態におけるバッテリーセル２０より大型の１つのバッテリーセル２０ａを複数個の放熱構造体２５によって支える構成を有する点で第１実施形態に係るバッテリー１と異なり、それら以外の点で共通する。以下、第１実施形態と異なる点を主に説明する。

第２実施形態に係るバッテリー１ａでは、第１実施形態と同様の構造を有する５個の放熱構造体２５上に、１個のバッテリーセル２０ａが載置されている。放熱構造体２５は、バッテリーセル２０ａの重みで圧縮される。これによって、熱伝導シート３０とバッテリーセル２０ａとの間、および熱伝導シート３０と筐体１１の底部１２との間がともに密着し、熱伝導性を高めることができる。なお、筐体１１内の各放熱構造体２５は、バッテリーセル２０ａの載置に起因して圧縮されても互いに接触しない間隔ｔをあけて配置されている。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る放熱構造体およびそれを備えたバッテリーの第３実施形態について説明する。第３実施形態において、前述の各実施形態と共通する部分については、当該各実施形態における説明を代用することとし、重複した説明を省略する。

図５は、第３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（５Ａ）および同断面図中のＡ０部分の拡大図（５Ｂ）を、それぞれ示す。

第３実施形態に係るバッテリー１ｂは、第１実施形態で説明した放熱構造体２５の上部をバッテリーセル２０，２０間に延出させた構造を有する放熱構造体２６を備える。放熱構造体２６は、熱伝導シート３０を逆さＣ形状に丸めて、その内部にクッション部材３１を備える。また、放熱構造体２６は、バッテリーセル２０，２０間に延出する延出部３５を備える。延出部３５は、熱伝導シート３０の内部にクッション部材３１を備える細長い形状を有する。放熱構造体２６は、バッテリーセル２０，２０およびバッテリーセル２０の底部から冷却部材１５に熱を伝導させてバッテリーセル２０の除熱を可能とする放熱構造体である。複数個の放熱構造体２６は、第１実施形態における放熱構造体２５と同様、バッテリーセル２０を載置して水平方向に延びても互いに衝突しない間隔ｔを空けて、底部１２の内底面に配置されている。

延出部３５は、図５（５Ｂ）に示すように、熱伝導シート３０の外表面に熱伝導性オイル３３を有する。この結果、バッテリーセル２０の側面に熱伝導性オイル３３が接触する。これによって、熱伝導シート３０とバッテリーセル２０の側面との間の熱抵抗が低下し、バッテリーセル２０の側面から熱伝導シート３０への熱伝導性をより高めることができる。なお、延出部３５は、その内部にクッション部材３１を備えるが、クッション部材３１を備えずに、その内部を空洞としても良い。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る放熱構造体およびそれを備えたバッテリーの第４実施形態について説明する。第４実施形態において、前述の各実施形態と共通する部分については、当該各実施形態における説明を代用することとし、重複した説明を省略する。

図６は、第４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（６Ａ）、当該放熱構造体の６面図（６Ｂ）および放熱構造体の縦断面拡大図（６Ｃ）を、それぞれ示す。なお、図６（６Ｂ）では、熱伝導性オイル３３を備える前の放熱構造体４５の各面を示す。

第４実施形態に係るバッテリー１ｃは、縦断面視にて略平行四辺形の放熱構造体４５によってバッテリーセル２０を支えている点で第１実施形態に係るバッテリー１と異なり、それら以外の点で共通する。以下、第１実施形態と異なる点を主に説明する。

放熱構造体４５は、図６に示すように、両端面を略平行四辺形とする柱状のクッション部材３１の全周囲を熱伝導シート３０にて被覆し、さらにその外面に熱伝導性オイル３３を備えた構造を有する。熱伝導性オイル３３は、熱伝導シート３０の全面に塗布されているが、バッテリーセル２０の接する側の面のみ、これに加えて筐体１１の底部１２の内面と接する側の面に塗布されても良い。（６Ａ）では、放熱構造体４５の縦断面が描かれている。筐体１１内には、４個の放熱構造体４５が配置されている。各放熱構造体４５は、２個のバッテリーセル２０を載置している。放熱構造体４５は、バッテリーセル２０の重みで底部１２側に若干倒れ、圧縮される。熱伝導シート３０は、筐体１１の底部１２とバッテリーセル２０の底部に面接触しているため、バッテリーセル２０から底部１２へと熱を伝えやすい。放熱構造体４５同士は、放熱構造体４５が底部１２側に倒れるように圧縮されても互いに衝突しない程度の間隔Ｔをあけて離間配置されている。放熱構造体４５は、２個のバッテリーセル２０を配置しているが、１個若しくは３個以上のバッテリーセル２０を載置していても良い。

放熱構造体４５は、天面４５ａ、底面４５ｂ、左右両側面４５ｃ，４５ｄ、正面４５ｅおよび背面４５ｆの６面全てを熱伝導シート３０にて覆われている。クッション部材３１は、放熱構造体４５の外には露出していない。しかし、第１実施形態で説明した各種放熱構造体２５のように（図２を参照）、放熱構造体４５は、クッション部材３１が外に露出する構造を有していても良い。

（第５実施形態）
次に、本発明に係る放熱構造体およびそれを備えたバッテリーの第５実施形態について説明する。第５実施形態において、前述の各実施形態と共通する部分については、当該各実施形態における説明を代用することとし、重複した説明を省略する。

図７は、第５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（７Ａ）、同断面図中のＡ１部分の拡大図（７Ｂ）および同断面図中のＢ１部分の拡大図（７Ｃ）を、それぞれ示す。

第５実施形態に係る放熱構造体２７は、バッテリー１ｄ内のバッテリーセル２０と冷却部材１５との間にあって、バッテリーセル２０から冷却部材１５に熱を伝導させるための放熱構造体である。放熱構造体２７は、筐体１１の内側面とバッテリーセル２０との間、バッテリーセル２０，２０同士の間、さらには筐体１１の内底面に配置される熱伝導シート３０を備える。バッテリーセル２０の底部と、筐体１１における底部１２の内底面との間であって熱伝導シート３０に部分的に囲まれた領域には、クッション部材３１が配置されている。筐体１１の内側面とバッテリーセル２０との間における熱伝導シート３０は、折り返しの無い第２延出部３６である。バッテリーセル２０，２０同士の間に存在する熱伝導シート３０は、折り返しのある延出部３５である。

延出部３５は、熱伝導シート３０の折り返した内部に空洞Ｇを備える。また、延出部３５の外表面、すなわちバッテリーセル２０の側面に接する熱伝導シート３０の外表面には、熱伝導性オイル３３を備える（７Ｂを参照）。また、筐体１１の底部１２の内底面であと接する側の熱伝導シート３０の表面にも熱伝導性オイル３３が備えられている（７Ｃを参照）。７Ｃに示す部分への熱伝導性オイル３３はオプションとしても良い。熱伝導性オイル３３は、延出部３５の外表面、第２延出部３６の両面、熱伝導シート３０のバッテリーセル２０の底部と接する面にそれぞれ存在するのが好ましい。バッテリーセル２０と熱伝導シート３０との間に熱伝導性オイル３３を存在させることによって、両者２０，３０間の熱抵抗を低下させ、バッテリーセル２０から筐体１１（特に底部１２や側面）への熱伝導を促進できるからである。

（第６実施形態）
次に、本発明に係る放熱構造体およびそれを備えたバッテリーの第６実施形態について説明する。第６実施形態において、前述の各実施形態と共通する部分については、当該各実施形態における説明を代用することとし、重複した説明を省略する。

図８は、第６実施形態に係る放熱構造体にバッテリーセルを装着する状況の斜視図及びその一部Ｃの拡大図をそれぞれ示す。

第６実施形態に係る放熱構造体２８は、複数のブックスタンドを横に並べたような構造を有する。熱伝導シート３０は、複数の延出部３５を襞のように立設させた状態でバッテリー１の底部１２に配置される。放熱構造体２８は、前述の放熱構造体２７と異なり、バッテリーセル２０の底部と筐体１１の底部１２との間に、クッション部材３１を備えずに、熱伝導シート３０を挟んでいる。延出部３５は、底部１２側に開口する逆Ｕ字若しくは逆Ｖ字の形状を有し、その折り返された内部にクッション部材３１を備える。バッテリーセル２０は、延出部３５同士の間に配置される。なお、複数の延出部３５の一部（特に、筐体１１の内壁面側の延出部３５）は、クッション部材３１を備えていない熱伝導シート３０のみから構成されていても良い。

延出部３５を含む熱伝導シート３０における少なくともバッテリーセル２０と接する面には、熱伝導性オイル３３が塗布されている。加えて、熱伝導シート３０における筐体１１の底部１２と接する面にも熱伝導性オイル３３を塗布しても良い。これによって、両者２０，３０間の熱抵抗を低下させ、バッテリーセル２０から筐体１１（特に底部１２や側面）への熱伝導を促進できる。

（第７実施形態）
次に、本発明に係る放熱構造体およびそれを備えたバッテリーの第７実施形態について説明する。第７実施形態において、前述の各実施形態と共通する部分については、当該各実施形態における説明を代用することとし、重複した説明を省略する。

図９は、第７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（９Ａ）および当該（９Ａ）中の熱伝導シートの断面形状を模式的に表した図（９Ｂ）をそれぞれ示す。

第７実施形態に係る放熱構造体２９およびバッテリー１ｅは、熱伝導シート３０が各バッテリーセル２０を被覆する形態以外、第１実施形態に係る放熱構造体２５およびバッテリー１と共通する。以下、熱伝導シート３０が各バッテリーセル２０を被覆する形態について、主に説明する。

図９に示すように、放熱構造体２９を構成する熱伝導シート３０は、各バッテリーセル２０の外周囲を一周若しくは一周に近い状態で被覆している。具体的には、熱伝導シート３０は、図９（９Ａ）の右側のバッテリーセル２０の下面を延出部５１および延出部５１から折り返された接触部位５２にて被覆し、同バッテリーセル２０の右側面を接触部位５３にて被覆し、同バッテリーセル２０の上面を接触部位５４にて被覆し、同バッテリーセル２０の左側面を接触部位５５にて被覆している。これに連続して、熱伝導シート３０は、図９（９Ａ）の右から２番目のバッテリーセル２０の下面を延出部５１および延出部５１から折り返された接触部位５２にて被覆し、同バッテリーセル２０の右側面を接触部位５３にて被覆し、同バッテリーセル２０の上面を接触部位５４にて被覆し、同バッテリーセル２０の左側面を接触部位５５にて被覆している。このような被覆を、バッテリー１における図９（９Ａ）の右側から左側に並ぶ他のバッテリーセル２０に対しても同様に行う。最後に、熱伝導シート３０は、図９（９Ａ）の左側のバッテリーセル２０の下面を延出部（これを「接触部位」と称することもできる）５１にて被覆し、同バッテリーセル２０の左側面を接触部位５６にて被覆し、同バッテリーセル２０の上面を接触部位５７にて被覆する。このように、熱伝導シート３０を図９（９Ｂ）の矢印で示す方向にバッテリーセル２０の外周囲に巻いていくと、一枚の熱伝導シート３０にて複数のバッテリーセル２０を連続して被覆できる。上記の各接触部位５１，５２，５３，５４，５５は、１個のバッテリーセル２０を覆うと共にその覆う方向を反転して折り返して当該１個のバッテリーセル２０とは別のバッテリーセル２０を覆う部位である。上記別のバッテリーセル２０は、上記１個のバッテリーセル２０の隣に配置されているのが好ましいが、別の位置に配置されていても良い。

放熱構造体２９を構成するクッション部材３１は、バッテリーセル２０の底部と、筐体１１の底部１２の内底面との間に配置されている。クッション部材３１は、熱伝導シート３０に包まれておらず、単に接触している。熱伝導シート３０は、バッテリーセル２０を順に巻回するようにバッテリーセル２０間に配置されている。熱伝導シート３０は、バッテリーセル２０と接する面側に、熱伝導性オイル３３を備える。これによって、熱伝導シート３０とバッテリーセル２０との間の熱抵抗を低下させ、バッテリーセル２０から筐体１１（特に側面）への熱伝導を促進できる。

（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。

例えば、熱源は、バッテリーセル２０，２０ａ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１５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２５，２６，２７，２８，２９，４５は、バッテリー１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ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。

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、第４実施形態において、第３実施形態のような延出部３５を放熱構造体４５上に形成しておき、バッテリーセル２０，２０間に挿入しても良い。第７実施形態において、クッション部材３１を熱伝導シート３０にて包んで第５実施形態のようにしても良い。

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。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ・・・バッテリー、１１・・・筐体、１２・・・底部（冷却部材の周囲の一例、冷却部材に近い側の筐体の一部の一例）、１５・・・冷却部材、２０，２０ａ・・・バッテリーセル（熱源の一例）、２５，２６，２７，２８，２９，４５・・・放熱構造体、３０・・・熱伝導シート、３１・・・クッション部材、３２・・・開口、３３・・・熱伝導性オイル。

Claims (6)

1. 熱源としてのバッテリーセルと冷却部材との間にあって前記バッテリーセルから前記冷却部材に熱を伝導させて前記バッテリーセルからの放熱を可能とする放熱構造体であって、
   炭素を含むシートであって、前記バッテリーセルと前記冷却部材との間に配置可能な熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートに少なくとも部分的に包まれ若しくは接触するクッション部材と、
   前記熱伝導シートにおける少なくとも前記バッテリーセルと接触する面に備えられる熱伝導性オイルと、
   を備え、
   前記放熱構造体は、完全に閉じた状態若しくは一部に開口部を有する状態の筒状の前記熱伝導シートの内側に前記クッション部材を備え、
   前記放熱構造体は、前記筒状の前記熱伝導シートから前記バッテリーセル同士の間に延出する延出部をさらに備え、
   前記延出部は、前記熱伝導シートの内側に前記クッション部材を備え、
   前記熱伝導性オイルは、前記筒状の前記熱伝導シートおよび前記延出部の外側の前記熱伝導シートの外表面に備えられている放熱構造体。
2. 前記熱伝導性オイルは、シリコーンオイルと、前記シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の１以上からなる熱伝導性フィラーとを含む請求項１に記載の放熱構造体。
3. 前記クッション部材は、シリコーンゴムである請求項１または２に記載の放熱構造体。
4. 前記熱伝導シートは、グラファイトのフィラーと、樹脂とを含むシートである請求項１から３のいずれか１項に記載の放熱構造体。
5. 冷却部材を接触させる筐体内に複数のバッテリーセルを備えたバッテリーであって、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の放熱構造体を備えるバッテリー。
6. 前記放熱構造体は、前記筐体内に複数個備えられ、前記筐体内の１または２以上の前記バッテリーセルを前記放熱構造体上に載置している請求項５に記載のバッテリー。

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