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公開番号2025121547
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-20
出願番号2024017004
出願日2024-02-07
発明の名称放熱構造
出願人三菱自動車工業株式会社
代理人個人
主分類H01M 10/6551 20140101AFI20250813BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】熱源体の温度によってその放熱量を変化させることができる放熱構造を提供する。
【解決手段】放熱構造10Aは、温度による体積変化率が異なる第1部材14と第2部材16とが結合されて構成され、放熱構造10Aの表面積は温度により変化する。熱源体12の温度の高低に応じて放熱構造10Aの表面積を変化させて放熱構造10Aによる放熱量を変化させることができるため、熱源体12の温度を適切な範囲に維持する上で有利となる。熱源体12の温度が高温になれば放熱構造10Aの表面積が大きくなって熱源体12の放熱を効率よく行なうことができ、熱源体12の温度が低温になれば放熱構造10Aの表面積が小さくなって熱源体12の過剰な放熱を抑制することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
熱源体に接触して配置され前記熱源体の熱を放熱する放熱構造であって、
前記放熱構造は、温度による体積変化率が異なる第１部材と第２部材とが結合されて構成され、
前記放熱構造の表面積は温度により変化する、
ことを特徴とする放熱構造。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１部材は、軸で構成され、
前記第２部材は、前記軸の断面積よりも大きな断面積を有しこの断面積と直交する方向に延在する孔が設けられた部材で構成され、
前記放熱構造は、前記孔に前記軸が結合することで構成され、
第１温度では、前記第１部材の全長は、前記孔の軸心方向に沿った前記第２部材の高さと等しく、
前記第１部材の体積変化率と前記第２部材の体積変化率とは、前記第１温度よりも高い第２温度で、前記第１部材の長手方向の部分が前記孔の外部に突出する差異を有している、
ことを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
【請求項３】
前記第１部材は、軸で構成され、
前記第２部材は、前記軸の断面積よりも大きな断面積を有しこの断面積と直交する方向に延在する孔が設けられた部材で構成され、
前記放熱構造は、前記孔に前記軸が結合することで構成され、
第１温度では、前記第１部材の全長は、前記孔の軸心方向に沿った前記第２部材の高さと等しく、
前記第１部材の体積変化率と前記第２部材の体積変化率とは、前記第１温度よりも高い第２温度で、前記第１部材は前記孔の内部に没入する差異を有している、
ことを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
【請求項４】
前記第１部材は、複数設けられ、
前記第２部材の前記孔は複数設けられ、
前記放熱構造は、前記複数の孔に前記複数の第１部材が結合することで構成されている、
ことを特徴とする請求項２または３記載の放熱構造。
【請求項５】
前記第１部材は、軸で構成され、
前記第２部材は、前記軸の断面積よりも大きな断面積を有しこの断面積と直交する方向に延在する孔が設けられた部材で構成され、
前記放熱構造は、前記孔に前記軸が結合することで構成され、
前記第１部材の体積変化率と前記第２部材の体積変化率とは、前記第１温度よりも高い第２温度で、前記第１部材の体積増加に比べて第２部材は大きく体積増加する差異を有している、
ことを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
【請求項６】
前記放熱構造の表面積は、温度が高くなると大きくなるように変化する、
ことを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
【請求項７】
前記放熱構造は、前記熱源体に接触して配置される取り付け面を有し、
前記第１部材の端部と前記第２部材の端部とは前記取り付け面上に位置している、
ことを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
【請求項８】
前記熱源体は電池セルであり、
前記取り付け面は前記電池セルの表面に接触して配置されている、
ことを特徴とする請求項７記載の放熱構造。
【請求項９】
前記熱源体は電池セルの端面に設けられた柱状の正極端子であり、
前記取り付け面は前記正極端子の表面に接触して配置されている、
ことを特徴とする請求項７記載の放熱構造。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱構造に関する。
続きを表示（約 6,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、熱源体の熱を放熱する放熱構造としてヒートシンクが知られている。
ヒートシンクは、一般的に熱源体に接触する板状のベースプレートと、ベースプレートに設けられ空気中に熱を逃がす複数のフィンとを備えている（特許文献１参照）。
ヒートシンクの放熱性能、すなわち、放熱量は、ヒートシンクの材料や表面積などによって決定された固定値となっており、放熱量を調整することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－２２０５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電動車に搭載されるバッテリーを構成する電池セルは充放電によって発熱することから、電池セルの性能を維持するためにその温度を適切な範囲に制御する必要がある。そこで、電池セルを熱源体として考え、ヒートシンクを用いて電池セルの放熱を行なうことが考えられる。
しかしながら、低温環境下では放熱量が固定されたヒートシンクによって電池セルが過度に放熱され、電池セルの温度が適切な範囲を下回ってしまうことが懸念される。
したがって、従来の放熱量が固定されたヒートシンクを用いた場合には、電池セルの温度を適切な範囲に制御することは困難である。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は熱源体の温度によってその放熱量を変化させることができる放熱構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一実施の形態は、熱源体に接触して配置され前記熱源体の熱を放熱する放熱構造であって、前記放熱構造は、温度による体積変化率が異なる第１部材と第２部材とが、それら第１部材と第２部材が結合されて構成され、前記放熱構造の表面積は温度により変化することを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記第１部材は、軸で構成され、前記第２部材は、前記軸の断面積よりも大きな断面積を有しこの断面積と直交する方向に延在する孔が設けられた部材で構成され、前記放熱構造は、前記孔に前記軸が結合することで構成され、第１温度では、前記第１部材の全長は、前記孔の軸心方向に沿った前記第２部材の高さと等しく、前記第１部材の体積変化率と前記第２部材の体積変化率とは、前記第１温度よりも高い第２温度で、前記第１部材の長手方向の部分が前記孔の外部に突出する差異を有していることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記第１部材は、軸で構成され、前記第２部材は、前記軸の断面積よりも大きな断面積を有しこの断面積と直交する方向に延在する孔が設けられた部材で構成され、前記放熱構造は、前記孔に前記軸が結合することで構成され、第１温度では、前記第１部材の全長は、前記孔の軸心方向に沿った前記第２部材の高さと等しく、前記第１部材の体積変化率と前記第２部材の体積変化率とは、前記第１温度よりも高い第２温度で、前記第１部材は前記孔の内部に没入する差異を有していることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記第１部材は、複数設けられ、前記第２部材の前記孔は複数設けられ、前記放熱構造は、前記複数の孔に前記複数の第１部材が結合することで構成されていることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記第１部材は、軸で構成され、前記第２部材は、前記軸の断面積よりも大きな断面積を有しこの断面積と直交する方向に延在する孔が設けられた部材で構成され、前記放熱構造は、前記孔に前記軸が結合することで構成され、前記第１部材の体積変化率と前記第２部材の体積変化率とは、前記第１温度よりも高い第２温度で、前記第１部材の体積増加に比べて第２部材は大きく体積増加する差異を有していることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記放熱構造の表面積は、温度が高くなると大きくなるように変化することを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記放熱構造は、前記熱源体に接触して配置される取り付け面を有し、前記第１部材の端部と前記第２部材の端部とは前記取り付け面上に位置していることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記熱源体は電池セルであり、前記取り付け面は前記電池セルの表面に接触して配置されていることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記熱源体は電池セルの端面に設けられた柱状の正極端子であり、前記取り付け面は前記正極端子の表面に接触して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一実施の形態によれば、温度による体積変化率が異なる第１部材と第２部材とが結合されて構成され、放熱構造の表面積は温度により変化する。
したがって、熱源体の熱が第１部材と第２部材に伝達されると、熱源体の温度の高低に応じて放熱構造の表面積を変化させて放熱構造による放熱量を変化させることができるため、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上で有利となる。
また、第１部材を軸で構成し、第２部材を孔が設けられた部材で構成し、第１温度では、第１部材の全長が孔の軸心方向に沿った第２部材の高さと等しく、第１部材の体積変化率と第２部材の体積変化率とが、第１温度よりも高い第２温度で、第１部材の長手方向の部分が孔の外部に突出する差異を有するようにすると、放熱構造の温度が高くなるほど、第１部材の軸が孔の外部に突出する量が増加することで放熱構造の表面積が拡大するため、放熱構造による放熱量が高くなることから、熱源体を効果的に放熱させることができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。また、放熱構造の温度が低くなるほど、第１部材の軸が孔の外部に突出する量が減少することで放熱構造の表面積が減少するため、放熱構造による放熱量が低くなることから、熱源体の過剰な放熱を抑制することができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。
また、第１部材を軸で構成し、第２部材を軸の断面積よりも大きな断面積を有しこの断面積と直交する方向に延在する孔が設けられた部材で構成し、第１温度では、第１部材の全長は、孔の軸心方向に沿った第２部材の高さと等しく、第１部材の体積変化率と第２部材の体積変化率とは、第１温度よりも高い第２温度で、第１部材は孔の内部に没入する差異を有するようにすると、放熱構造の温度が高くなるほど、孔の内周面が露出する面積が増加し、これにより、放熱構造の表面積が拡大するため、放熱構造による放熱量が高くなることから、熱源体を効果的に放熱させることができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。また、放熱構造の温度が低くなるほど、第１部材の軸が孔の内部に没入する量が減少することで放熱構造の表面積が減少するため、放熱構造による放熱量が低くなることから、熱源体の過剰な放熱を抑制することができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。
また、第１部材を複数設け、第２部材の孔を複数設け、放熱構造を複数の孔に複数の第１部材が結合することで構成すると、放熱構造の表面積を大きく確保でき、放熱構造による放熱量をより高める上で有利となり、熱源体を効果的に放熱させることができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。
また、第１部材を軸で構成し、第２部材を軸の断面積よりも大きな断面積を有しこの断面積と直交する方向に延在する孔が設けられた部材で構成し、第１部材の体積変化率と第２部材の体積変化率とは、第１温度よりも高い第２温度で、第１部材の体積増加に比べて第２部材は大きく体積増加する差異を有するようにすると、放熱構造の温度が上昇するほど、第２部材の表面積が増加し、放熱構造の表面積が拡大するため、放熱構造による放熱量が高くなることから、熱源体を効果的に放熱させることができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。また、放熱構造の温度が低くなるほど、放熱構造の表面積が減少するため、放熱構造による放熱量が低くなることから、熱源体の過剰な放熱を抑制することができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。
また、放熱構造の表面積が、温度が高くなると大きくなるように変化すると、温度が高くなるほど放熱構造による放熱量が高くなることから、熱源体を効果的に放熱させることができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。また、温度が低くなるほど放熱構造の表面積が小さくなって放熱量が低くなることから、熱源体の過剰な放熱を抑制することができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。
また、第１部材の端部と第２部材の端部とを取り付け面上に位置させると、第１部材と第２部材の双方を熱源体に安定した状態で接触させることができ、熱源体から放熱構造に対して効率的に熱を伝導させる上で有利となり、熱源体を効果的に放熱させることができ、熱源体の温度を適切な範囲に維持する上でより有利となる。
また、熱源体が電池セルであり、取り付け面を電池セルの表面に接触して配置させると、電池セルの表面のうち高温となる箇所や範囲に放熱構造を配置することができる。そのため、電池セルのうち高温となる箇所や範囲の温度の状態に応じて放熱構造の放熱量を適切に調整することができるので、電池セルの温度を電池セルの性能が確保される適切な温度範囲に維持する上で有利となる。
また、熱源体は電池セルの端面に設けられた柱状の正極端子であり、取り付け面が正極端子の表面に接触して配置されていると、正極端子の温度が高くなりやすい電池セルの場合、正極端子の温度によって放熱構造の放熱量を変えることができるため、電池セルを適切に放熱することで電池セルの温度を電池セルの性能が確保される適切な温度範囲に維持する上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１の実施の形態に係る放熱構造を模式的に示す斜視図であり、（Ａ）は第１温度Ｔ１、（Ｂ）は第２温度Ｔ２に対応している。
（Ａ）は図１のＡ－Ａ線断面図であり第１温度Ｔ１に対応し、（Ｂ）は図１（Ｂ）のＢ－Ｂ線断面図であり、第２温度Ｔ２に対応している。
第１の実施の形態の放熱構造が電池セルに設けられた第２の実施の形態を示す斜視図である。
電池セルがモジュールケースに収容された状態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は平面図を示す。
第３の実施の形態に係る放熱構造を模式的に示す斜視図であり、（Ａ）は第１温度Ｔ１、（Ｂ）は第２温度Ｔ２に対応している。
（Ａ）は図５のＡ－Ａ線断面図であり第１温度Ｔ１に対応し、（Ｂ）は図５（Ｂ）のＢ－Ｂ線断面図であり、第２温度Ｔ２に対応している。
第４の実施の形態に係る放熱構造を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は第１温度Ｔ１に対応する斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の縦断面図、（Ｃ）は第２温度Ｔ２に対応する斜視図、（Ｄ）は（Ｃ）の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１（Ａ）、図２（Ａ）に示すように、本実施の形態の放熱構造１０Ａは、発熱する熱源体１２に接触して配置されて熱源体１２の熱を放熱するものである。
放熱構造１０Ａは、温度による体積変化率が異なる第１部材１４と第２部材１６とが結合されて構成されている。
本実施の形態では第１部材１４は断面矩形状の軸１４０２で構成され、複数設けられている。
第２部材１６は、軸１４０２の断面積よりも大きな断面積と、軸１４０２の長さと同一寸法の厚さを有し平坦な上面１６０１を有する矩形板状の部材で構成され、矩形板状の部材には厚さ方向に貫通する複数の孔１６０２が設けられている。
孔１６０２の断面形状は第１部材１４が結合可能な矩形状を呈し、複数の孔１６０２には軸１４０２が結合されている。
放熱構造１０Ａは、第２部材１６の厚さ方向の一方の面において、第１部材１４の下端部１４０４と第２部材１６の下端部１６０４との双方が同一面上に位置しており、この面が放熱構造１０Ａの取り付け面１８として形成されている。
なお、軸１４０２の断面形状と孔１６０２の断面形状は矩形状に限定されるものではなく、それら軸１４０２と孔１６０２の断面形状は例えば正円、楕円、３角形、５角形以上の多角形、あるいは、不定形など従来公知の様々な形状であってもよいことは無論である。
【０００９】
図２（Ａ）に示すように、放熱構造１０Ａの熱源体１２への取り付けは、放熱構造１０Ａの取り付け面１８を熱源体１２の表面１２０２に接触させて配置することにより行なう。
放熱構造１０Ａの熱源体１２への取り付けは、図示しないブラケットを用いてもよく、あるいは、取り付け面１８を熱源体１２の表面１２０２に放熱性を有する接着剤で接着することでなされてもよく、従来公知の様々な取り付け構造が採用可能である。
実施の形態では、熱源体１２が矩形板状を呈しその平坦な上面（表面）１２０２が放熱構造１０Ａの取り付け面１８に接触する場合について説明するが、熱源体１２が平坦な側面を有している場合、取り付け面１８をその側面に取り付けてもよく、放熱構造１０Ａの取り付け箇所は限定されない。
【００１０】
図１（Ａ）、図２（Ａ）に示すように、第１温度Ｔ１では、第１部材１４の全長は、孔１６０２の軸心方向に沿った第２部材１６の高さ（第２部材１６の厚さ）と等しい。すなわち、第２部材１６の上面１６０１と複数の第１部材１４の上端面とは同一平面上に位置している。
そして、第１部材１４の体積変化率と第２部材１６の体積変化率とは、第１温度Ｔ１よりも高い第２温度Ｔ２で、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）に示すように、第１部材１４の長手方向の部分が孔１６０２の外部に突出する、言い換えると、第１部材１４の上端面寄りの部分が第２部材１６の上面１６０１の上方に突出する差異を有している。すなわち、本実施の形態では第２部材１６は、複数の第１部材１４を支持する支持部材として機能している。
本実施の形態では、第１部材１４および第２部材１６は、何れも温度が上昇するにつれて体積が大きくなる正の熱膨張を示す材料で形成されており、第１部材１４の熱膨張係数が第２部材１６の熱膨張係数よりも大きい値となっている。
本実施の形態では、第１部材１４および第２部材１６は放熱構造１０Ａとして用いるので、第１部材１４および第２部材１６を構成する材料は、共に高い熱伝導性を有していることが好ましい。
このような第１部材１４の材料として、例えば、アルミ、ジュラルミン、亜鉛などの金属材料が採用可能である。
また、第２部材１６の材料として、例えば、タングステン、クロム鋼などの金属材料が採用可能である。
したがって、第１温度Ｔ１における放熱構造１０Ａの表面積よりも第２温度Ｔ２における放熱構造１０Ａの表面積は、第２部材１６の孔１６０２から突出した第１部材１４の軸１４０２の周面の面積の分大きくなるように変化する。言い換えると、放熱構造１０Ａの表面積は、温度が高くなると大きくなるように変化する。
（【００１１】以降は省略されています）

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