JP6627594B2 - 冷却部材、及び蓄電モジュール - Google Patents

Description

本明細書に開示された技術は、冷却部材、及び蓄電モジュールに関する。

従来、冷却部材（例えば、ヒートパイプ）として特許文献１に記載のものが知られている。このヒートパイプは、金属材料で作られたパイプの内部に伝熱流体が液密に封入されている。

特開平１１−２３１６９号公報

上記の構成によると、伝熱流体を封入するために、パイプには強度が必要とされていた。なぜならば、伝熱流体が発熱体から熱を受けて蒸発すると、伝熱流体の体積が増大し、パイプ内の圧力が高まるからである。パイプ内に伝熱流体を液密に封入し、且つ、比較的に強度の高いパイプを用いることは、製造コストの増大を招いていた。

上記の問題を解決する仮想的な技術として、シート部材が液密に接合された封入体と、前記封入体内に封入された冷媒と、前記封入体内に配されると共に前記冷媒を吸収する吸収部材と、を備える冷却部材が、考えられた。

しかし、上記の仮想的な技術によると、冷媒が蒸発すると封入体内の圧力が上昇して、シート部材が膨張する。すると、膨張したシート部材の内部に、液化した冷媒が溜まることが懸念される。シート部材の内部に溜まった冷媒は、冷却に関与しなくなるので、冷却部材の冷却性能が低下することが懸念された。

本明細書に開示された技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、冷却部材の冷却性能を向上させることを目的とする。

本明細書に開示された技術は、冷却部材であって、シート部材が液密に接合された封入体と、前記封入体の内部に封入された冷媒と、前記封入体内に配されて、前記冷媒を吸収する吸収部材と、を備え、前記封入体には、気体状態の前記冷媒が凝縮する凝縮領域が設けられており、前記凝縮領域においては、前記封入体の内面のうち、少なくとも鉛直方向の下側に位置する領域に前記吸収部材が貼着されており、前記シート部材と前記吸収部材とは、前記吸収部材に離散的に形成された熱融着部において熱融着されている。

上記の構成によれば、気体状態の冷媒が凝縮領域に移動すると、封入体のうち凝縮領域に該当する部分が膨張する。すると、膨張した領域のうち鉛直方向の下方に位置する領域には、液体となった冷媒が流下する。このとき、膨張した領域における封入体の内面のうち、少なくとも鉛直方向の下側に位置する領域には吸収部材が貼着されているので、液体となった冷媒は吸収部材に吸収される。この結果、液体状態の冷媒が凝縮領域に溜まることが抑制される。これにより、冷却に寄与しない冷媒の発生を抑制することができるので、冷却部材の冷却効率を向上させることができる。

本明細書に開示された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。

前記凝縮領域においては、前記封入体の内面のうち、鉛直方向の上側に位置する領域に前記吸収部材が貼着されていることが好ましい。

上記の構成によれば、凝縮領域において、封入体の内面のうち、鉛直方向の上側に位置する部分で液化した冷媒は、直ちに吸収部材に吸収される。これにより、冷却に寄与しない冷媒の発生を確実に抑制することができるので、冷却部材の冷却効率をより向上させることができる。

前記封入体の内面全体には、前記吸収部材が貼着されていることが好ましい。

上記の構成によれば、吸収部材と、シート部材との位置合わせを容易に行うことができるので、冷却部材の製造工程を簡略化することができる。

本明細書に開示された技術は、上記の冷却部材と、少なくとも外面の一部が前記冷却部材と接触する蓄電素子と、を備えた蓄電モジュールである。

上記の構成によれば、蓄電素子を冷却部材によって効率よく冷却することができる。

本明細書に開示された技術によれば、冷却部材の冷却効率を向上させることができる。

実施形態１に係る蓄電モジュールを示す断面図 吸収部材の製造工程を示す平面図 吸収部材を示す平面図 吸収部材を示す一部拡大断面図 実施形態２に係る蓄電モジュールを示す断面図 吸収部材の製造工程を示す平面図 仮想的な技術に係る蓄電モジュールを示す断面図

＜実施形態１＞
本明細書に開示された技術の実施形態１を、図１から図４を参照しつつ説明する。本実施形態に係る蓄電モジュール１０は、ケース１１と、ケース１１の内部に収容された蓄電素子１２と、ケース１１の内部に収容されると共に蓄電素子１２の外面の一部に接触する冷却部材１３と、を備える。以下の説明においては、Ｘ方向を右方とし、Ｙ方向を前方とし、Ｚ方向を上方として説明する。また、同一形状をなす複数の部材については、一部の部材について符号を付し、他の部材については符号を省略することがある。

蓄電モジュール１０は、蓄電素子１２と冷却部材１３との積層方向が上方に向く姿勢で配置されている。上方とは、鉛直上方であってもよいし、また、鉛直上方でなくても、実質的に鉛直上方と認められるものであってもよい。

（ケース１１）
図１に示すように、ケース１１は、全体として略直方体形状をなしている。ケース１１は、右方に開口すると共に右方から見て略長方形状をなす第１ケース１４と、第１ケース１４の右側に取り付けられるものであって、断面形状が略長方形状をなすと共に左方に開口する箱状の第２ケース１５と、を備える。第２ケース１５の左端縁は、第１ケース１４の右端縁の形状に倣った形状を有している。

第１ケース１４、及び第２ケース１５は、それぞれ、合成樹脂、金属等、任意の材料により形成することができる。第１ケース１４、及び第２ケース１５は、それぞれ異なる材料で形成されてもよく、また、同一の材料で形成される構成としてもよい。

第１ケース１４と第２ケース１５とは、ロック部材と被ロック部材との係合構造、ねじ止め構造、接着材による接着等、公知の手法によって互いに組み付けることができる。また、第１ケース１４、及び第２ケース１５が金属からなる場合には、レーザー溶接、ロウ付け等の公知の手法により接合することができる。本実施形態においては、第１ケース１４、及び第２ケース１５は、互いに液密でない状態で組み付けられている。なお、第１ケース１４、及び第２ケース１５は、互いに液密に組み付けられていてもよい。

ケース１１の左端部寄りの位置には、上下両方向に突出する一対の電力端子１７が配されている。電力端子１７は金属板材からなる。

（蓄電素子１２）
蓄電素子１２は、一対の電池用ラミネートシートの間に図示しない蓄電要素を挟んで、電池用ラミネートシートの側縁を、熱溶着等の公知の手法により液密に接合してなる。図１に示すように、蓄電素子１２の左端縁からは、金属箔状をなす正極端子２４と、負極端子２５とが、電池用ラミネートシートの内面と液密状態で、電池用ラミネートシートの内側から外側へと突出している。正極端子２４と負極端子２５とは前後方向に間隔を開けて並んで配されている。正極端子２４及び負極端子２５は、それぞれ、蓄電要素と電気的に接続されている。

図１に示すように、蓄電素子１２は、上下方向に複数（本実施形態では６つ）並べて配されている。上下方向に隣り合う蓄電素子１２は、一の正極端子２４の隣に他の負極端子２５が位置し、また、一の負極端子２５の隣に他の正極端子２４が位置するように配されている。隣り合って位置する正極端子２４と負極端子２５とは、互いに近づく方向に折り曲げられ、正極端子２４と負極端子２５とが左右方向に重ねられた状態でレーザー溶接、超音波用溶接、ロウ付け等の公知の手法により電気的に接続されている。これにより、複数の蓄電素子１２は直列に接続されている。

本実施形態においては、蓄電素子１２として、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の二次電池を用いてもよく、また、蓄電素子１２としては、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを用いてもよい。このように蓄電素子１２としては、必要に応じて任意の蓄電素子１２を適宜に選択できる。

（冷却部材１３）
冷却部材１３は、液密に形成された封入体２６の内部に冷媒２７が封入されてなる。封入体２６内に封入される冷媒２７の量は、必要に応じて適宜に選択できる。本実施形態においては、冷媒２７は、後述する吸収部材３７に吸収されているため、冷媒２７を示す符号は吸収部材３７を指示するように記載している。冷媒２７は、例えば、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロケトン、フッ素不活性液体、水、メタノール、エタノール等のアルコールからなる群から選ばれる１つ、又は複数を用いることができる。冷媒２７は、絶縁性を有していてもよく、また、導電性を有していてもよい。冷却部材１３の左右方向の長さ寸法は、蓄電素子１２の左右方向の長さ寸法よりも大きく設定されている。

（封入体２６）
図３に示すように、封入体２６は、前後方向に細長く延びた略長方形状をなす１枚のシート部材３２を、前後方向の略中央位置を折り返して、シート部材３２の側縁を、接着、溶着、溶接等の公知の手法により液密に接合してなる。

シート部材３２は、金属製シート３３の片面に合成樹脂製のフィルム３４が積層されてなる。金属製シート３３を構成する金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等、必要に応じて任意の金属を適宜に選択できる。合成樹脂製のフィルム３４を構成する合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド等、必要に応じて任意の合成樹脂を適宜に選択できる。

本実施形態に係る封入体２６は、シート部材３２のうち合成樹脂製のフィルム３４が積層された面同士が重ね合わされた状態で、熱融着されてなる。

封入体２６の外面は、蓄電素子１２と伝熱的に接触する接触部３０が形成されている。

冷却部材１３のうち、蓄電素子１２よりも右方に突出した部分は、気体状態の冷媒２７が凝縮して液体へと相変化するための凝縮領域４０とされる。この凝縮領域４０においては、封入体２６の内部において、気体状態となって比較的に温度の高い冷媒２７が放熱して液体へと相変化する。このとき放散される凝縮熱が、シート部材３２に伝達され、シート部材３２の外面から、冷却部材１３の外部へと熱が放散される。

（吸収部材３７）
封入体２６の内部には、吸収部材３７が配されている。吸収部材３７は略長方形のシート状をなしている。

吸収部材３７は、冷媒２７を吸収可能な材料により形成されている。吸収部材３７は、冷媒２７を吸収可能な材料を繊維状に加工したものを織物としたものであってもよく、また、不織布としたものであってもよい。不織布の形態としては、繊維シート、ウェブ（繊維だけで構成された薄い膜状のシート）、又はバット（毛布状の繊維）であってもよい。吸収部材３７を構成する材料としては、天然繊維でもよく、また、合成樹脂からなる合成繊維であってもよく、また、天然繊維と合成繊維の双方を用いたものであってもよい。

吸収部材３７を構成する材料としては、鉛直方向に配した吸収部材３７の下端を冷媒２７内に浸漬した後、６０秒後における、冷媒２７が吸収部材３７を上方に移動した際の、冷媒２７の上端位置と、冷媒２７の液面と、の間の高さ寸法が５ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、冷媒２７の吸収性を向上させることができるので、冷却部材１３の冷却性能を向上させることができる。

吸収部材３７は、封入体２６内に配された状態で、封入体２６の接触部３０と比べて、同等又は広い領域に配されている。本実施形態においては、吸収部材３７は、封入体２６内において、接触部３０よりもやや広い領域に配されている。

図２及び図４に示すように、吸収部材３７と、シート部材３２とは、吸収部材３７に離散的に形成された熱融着部４３において、熱融着されている。詳細には、吸収部材３７と、シート部材３２のフィルム３４とが、加熱されることによって熱融着部４３において熱融着されている。

熱融着部４３は離散的に形成されているので、吸収部材３７のうち、冷媒２７を吸収可能な領域が、熱融着部４３と異なる部分に維持されている。

図１に示すように、凝縮領域４０において、封入体２６の内面のうち、鉛直方向の下方に位置する領域には、吸収部材が貼着されている。

吸収部材は、シート部材３２に貼着されているので、シート部材３２が変形した場合でも、シート部材３２に追従して変形することができる。

（実施形態の作用、効果）
本実施形態の作用、効果を説明する前に、図７を用いて、仮想的な技術に係る問題について説明する。なお、図７に表された部材に付された符号は、特に言及しない限り、実施形態に表された部材に付された符号と同じものと用いた。図７に示すように、蓄電モジュール１０のケース１１を水平に配置した場合、以下のような問題が生じる。

蓄電素子１２で発生した熱が冷却部材１３に伝達され、更に、冷却部材１３の内部に封入された冷媒２７に伝達されると、冷媒２７が蒸発して気体になる。すると、封入体２６の内部の圧力が増大する。すると、シート部材３２が変形することにより、封入体２６の内容積が増大する。特に、冷却部材１３のうち、蓄電素子１２に挟まれていない領域においては、封入体２６が膨張した状態になる。

気化した冷媒２７は、封入体２６が膨張した部分において液化して下方に流下する。すると、封入体２６が膨張した部分の下方に、液化した冷媒２７が溜まる。この冷媒２７は、蓄電素子１２と冷却部材１３とが伝熱的に接触する接触部３０に戻ることはできないので、蓄電素子１２の冷却に関与することができなくなる。このような冷媒２７が各冷却部材１３において発生すると、冷却部材１３の冷却効率が低下するという問題が生じる。

上記の問題に鑑み、本明細書に開示された技術に係る蓄電モジュール１０は、以下の構成を有する。シート部材３２が液密に接合された封入体２６と、封入体２６の内部に封入された冷媒２７と、封入体２６内に配されて、冷媒２７を吸収する吸収部材３７と、を備え、封入体２６には、気体状態の冷媒２７が凝縮する凝縮領域４０が設けられており、凝縮領域４０においては、封入体２６の内面のうち、少なくとも鉛直方向の下側に位置する領域に吸収部材３７が貼着されている。

上記の構成によれば、気体状態の冷媒２７が凝縮領域４０に移動すると、封入体２６のうち凝縮領域４０に該当する部分が膨張する。すると、膨張した領域のうち鉛直方向の下方に位置する領域には、液体となった冷媒２７が流下する。このとき、膨張した領域における封入体２６の内面のうち、少なくとも鉛直方向の下側に位置する領域には吸収部材３７が貼着されているので、液体となった冷媒２７は吸収部材３７に吸収される。この結果、液体状態の冷媒２７が凝縮領域４０に溜まることが抑制される。これにより、冷却に寄与しない冷媒２７の発生を抑制することができるので、冷却部材１３の冷却効率を向上させることができる。

また、本実施形態に係る蓄電モジュール１０は、冷却部材１３と、少なくとも外面の一部が冷却部材１３と接触する蓄電素子１２と、を備える。

上記の構成により、蓄電素子１２を冷却部材１３によって効率よく冷却することができる。

＜実施形態２＞
続いて、実施形態２に係る蓄電モジュールについて図５及び図６を参照しつつ説明する。本実施形態においては、図６に示すように、シート部材３２の内面のうち、シート部材３２同士が接合される領域を除く全面に、吸収部材３７が熱融着されている。

上記の構成により、図５に示すように、凝縮領域４０において、封入体２６の内面のうち、鉛直方向の上側に位置する領域にも、吸収部材３７が貼着されている。

上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態によれば、凝縮領域４０においては、封入体２６の内面のうち、鉛直方向の上側に位置する領域に吸収部材３７が貼着されている。

上記の構成によれば、凝縮領域４０において、封入体２６の内面のうち、鉛直方向の上側に位置する部分で液化した冷媒２７は、直ちに吸収部材３７に吸収される。これにより、冷却に寄与しない冷媒の発生を確実に抑制することができるので、冷却部材１３の冷却効率をより向上させることができる。

また、本実施形態によれば、封入体２６の内面全体には、吸収部材３７が貼着されている。

上記の構成によれば、シート部材３２と、吸収部材３７との位置合わせが容易になるので、封入体２６の製造工程を簡略化することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書に開示された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に開示された技術の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１に係る冷却部材１３においては、シート部材３２は金属製シート３３の片面に合成樹脂が積層されたラミネートフィルムとされる構成とされたが、これに限られず、シート部材３２は金属製シート３３両面に合成樹脂が積層された構成とされてもよく、また、シート部材３２は、金属製シート３３からなる構成としてもよい。この場合、シート部材３２は、接着、溶接、ロウ接等により液密に接合される構成とすることができる。また、シート部材３２は、合成樹脂製のシートからなる構成としてもよい。合成樹脂製のシートを構成する合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド等、必要に応じて任意の合成樹脂を適宜に選択できる。

（２）本実施形態においては、封入体２６内には１つの吸収部材３７が配される構成としたが、これに限られず、封入体２６内には、２つ以上の吸収部材３７が配される構成としてもよい。

（３）本実施形態においては、吸収部材は、シート部材３２に熱融着する構成としたが、これに限られず、吸収部材は、シート部材３２に接着される構成としてもよい。

１０：蓄電モジュール
１２：蓄電素子
１３：冷却部材
２６：封入体
２７：冷媒
３７：吸収部材
４０：凝縮領域
４３：熱融着部

Claims (4)

1. シート部材が液密に接合された封入体と、
   前記封入体の内部に封入された冷媒と、
   前記封入体内に配されて、前記冷媒を吸収する吸収部材と、を備え、
   前記封入体には、気体状態の前記冷媒が凝縮する凝縮領域が設けられており、
   前記凝縮領域においては、前記封入体の内面のうち、少なくとも鉛直方向の下側に位置する領域に前記吸収部材が貼着されており、
   前記シート部材と前記吸収部材とは、前記吸収部材に離散的に形成された熱融着部において熱融着されている、冷却部材。
2. 前記凝縮領域においては、前記封入体の内面のうち、鉛直方向の上側に位置する領域に前記吸収部材が貼着されている、請求項１に記載の冷却部材。
3. 前記封入体の内面全体には、前記吸収部材が貼着されている、請求項１または請求項２に記載の冷却部材。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却部材と、
   少なくとも外面の一部が前記冷却部材と接触する蓄電素子と、
   を備えた蓄電モジュール。

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