(57)【要約】【課題】  蓄電モジュールおよび冷却プレート間に挟持される伝熱シートの反力を低減する。【解決手段】  第１工程で冷却プレート１２あるいは蓄電モジュール１３に接触する受圧面２１ａと、受圧面２１ａに直交して該受圧面２１ａの周囲を囲む自由面２１ｂとからなる伝熱シート２１を製造し、第２工程で伝熱シート２１の要求反力を決定し、第３工程で伝熱シート２１を複数枚に切断して自由面２１ｂの面積Ｆに対する受圧面２１ａの面積Ａの比率（形状係数Ｓ）を減少させることで、伝熱シート２１が発生する反力を要求反力以下に低減するので、蓄電モジュール１３やその固定部が伝熱シート２１から受ける反力で損傷するのを未然に防止することができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却プレート（１２）と蓄電モジュール（１３）との間に挟持される伝熱シート（２１）を製造する伝熱シートの製造方法であって、
前記冷却プレート（１２）あるいは前記蓄電モジュール（１３）に接触する受圧面（２１ａ）と、前記受圧面（２１ａ）に直交して該受圧面（２１ａ）の周囲を囲む自由面（２１ｂ）とからなる前記伝熱シート（２１）を製造する第１工程と、
前記伝熱シート（２１）の要求反力を決定する第２工程と、
前記伝熱シート（２１）の自由面（２１ｂ）の面積（Ｆ）に対する前記受圧面（２１ａ）の面積（Ｍ）の比率を減少させることで、前記伝熱シート（２１）が発生する反力を前記要求反力以下に低減する第３工程とを含むことを特徴とする伝熱シートの製造方法。
【請求項２】
前記第３工程において前記伝熱シート（２１）を複数に切断することを特徴とする、請求項１に記載の伝熱シートの製造方法。
【請求項３】
前記第３工程において前記伝熱シート（２１）の自由面（２１ｂ）を波形に形成することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の伝熱シートの製造方法。
【請求項４】
前記伝熱シート（２１）を厚さ方向に対して直交する方向にスライスして複数の分割片（２１′）に分割し、前記分割片（２１′）の端部を交互に異なる形状に切断した後、前記分割片（２１′）を再び積層することで、前記伝熱シート（２１）の自由面（２１ｂ）を波形に形成することを特徴とする、請求項３に記載の伝熱シートの製造方法。
【請求項５】
冷却プレート（１２）と蓄電モジュール（１３）との間に挟持される伝熱シート（２１）を製造する伝熱シートの製造方法であって、
前記冷却プレート（１２）あるいは前記蓄電モジュール（１３）に接触する受圧面（２１ａ）と、前記受圧面（２１ａ）に直交して該受圧面（２１ａ）の周囲を囲む自由面（２１ｂ）とからなる前記伝熱シート（２１）を製造する第１工程と、
前記伝熱シート（２１）の要求反力を決定する第２工程と、
前記伝熱シート（２１）の反力が前記要求反力以下になるように前記伝熱シート（２１）の形状係数（Ｓ）を低減する第３工程とを含み、
前記形状係数（Ｓ）は前記受圧面（２１ａ）の面積（Ｍ）を前記自由面（２１ｂ）の面積（Ｆ）で除したものであることを特徴とする伝熱シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却プレートと蓄電モジュールとの間に挟持される伝熱シートを製造する伝熱シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の蓄電セル（角形電池）および複数のホルダ（セパレータ）を交互に積層した蓄電モジュール（組電池）の冷却面と、内部を冷媒が流れる冷却プレートとの間に、弾性を有するとともに熱伝導性および電気絶縁性に優れた伝熱シート（熱伝導シート）を挟持し、伝熱シートを弾性変形させて蓄電モジュールの冷却面および冷却プレートを密着させることで、発熱した蓄電モジュールの熱を冷却プレートに効率的に伝達して冷却性能を高めるものが、下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３４７７５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、蓄電モジュールは伝熱シートを圧縮して弾性変形させた状態で冷却プレートに固定されるため、圧縮された伝熱シートの反力が蓄電モジュールおよび冷却プレートに加わることで、蓄電モジュールを構成する蓄電セルが損傷したり、蓄電モジュールを冷却プレートに固定する固定部が損傷したりする可能性がある。これを防止するには、伝熱シートの反力をできるだけ低減することが望ましい。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、蓄電モジュールおよび冷却プレート間に挟持される伝熱シートの反力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、冷却プレートと蓄電モジュールとの間に挟持される伝熱シートを製造する伝熱シートの製造方法であって、前記冷却プレートあるいは前記蓄電モジュールに接触する受圧面と、前記受圧面に直交して該受圧面の周囲を囲む自由面とからなる前記伝熱シートを製造する第１工程と、前記伝熱シートの要求反力を決定する第２工程と、前記伝熱シートの自由面の面積に対する前記受圧面の面積の比率を減少させることで、前記伝熱シートが発生する反力を前記要求反力以下に低減する第３工程とを含むことを特徴とする伝熱シートの製造方法が提案される。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第３工程において前記伝熱シートを複数に切断することを特徴とする伝熱シートの製造方法が提案される。
【０００８】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記第３工程において前記伝熱シートの自由面を波形に形成することを特徴とする伝熱シートの製造方法が提案される。
【０００９】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記伝熱シートを厚さ方向に対して直交する方向にスライスして複数の分割片に分割し、前記分割片の端部を交互に異なる形状に切断した後、前記分割片を再び積層することで、前記伝熱シートの自由面を波形に形成することを特徴とする伝熱シートの製造方法が提案される。
【００１０】
また請求項５に記載された発明によれば、冷却プレートと蓄電モジュールとの間に挟持される伝熱シートを製造する伝熱シートの製造方法であって、前記冷却プレートあるいは前記蓄電モジュールに接触する受圧面と、前記受圧面に直交して該受圧面の周囲を囲む自由面とからなる前記伝熱シートを製造する第１工程と、前記伝熱シートの要求反力を決定する第２工程と、前記伝熱シートの反力が前記要求反力以下になるように前記伝熱シートの形状係数を低減する第３工程とを含み、前記形状係数は前記受圧面の面積を前記自由面の面積で除したものであることを特徴とする伝熱シートの製造方法が提案される。
【００１１】
尚、実施の形態のバッテリモジュール１３は本発明の蓄電モジュールに対応する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、第１工程で冷却プレートあるいは蓄電モジュールに接触する受圧面と、受圧面に直交して該受圧面の周囲を囲む自由面とからなる伝熱シートを製造し、第２工程で伝熱シートの要求反力を決定し、第３工程で伝熱シートの自由面の面積に対する受圧面の面積の比率を減少させることで、伝熱シートが発生する反力を要求反力以下に低減するので、蓄電モジュールやその固定部が伝熱シートから受ける反力で損傷するのを未然に防止することができる。
【００１３】
また請求項２の構成によれば、第３工程において伝熱シートを複数に切断するので、伝熱シートの自由面の面積に対する受圧面の面積の比率を減少させることができる。
【００１４】
また請求項３の構成によれば、第３工程において伝熱シートの自由面を波形に形成するので、伝熱シートの自由面の面積に対する受圧面の面積の比率を減少させることができる。
【００１５】
また請求項４の構成によれば、伝熱シートを厚さ方向に対して直交する方向にスライスして複数の分割片に分割し、分割片の端部を交互に異なる形状に切断した後、分割片を再び積層することで、伝熱シートの自由面を波形に形成するので、深い波形を容易に形成することができる。
【００１６】
また請求項５の構成によれば、第１工程で冷却プレートあるいは蓄電モジュールに接触する受圧面と、受圧面に直交して該受圧面の周囲を囲む自由面とからなる伝熱シートを製造し、第２工程で伝熱シートの要求反力を決定し、第３工程で伝熱シートの反力が要求反力以下になるように伝熱シートの形状係数を低減する。形状係数は受圧面の面積を自由面の面積で除したものであるので、蓄電モジュールや冷却プレートが伝熱シートから受ける反力で損傷するのを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】バッテリモジュールの斜視図。
【図２】バッテリモジュールの分解斜視図。
【図３】伝熱シートの形状を示す図。（比較例および第１、第２の実施の形態）
【図４】伝熱シートの受圧面積および自由面積の説明図。
【図５】伝熱シートの形状を示す図。（第３の実施の形態）
【図６】伝熱シートの形状を示す図。（第４の実施の形態）
【図７】伝熱シートの製造方法の説明図。（第４の実施の形態）
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１および図２に示すように、電気自動車に搭載されるバッテリパック１１は、冷却プレート１２上に複数のバッテリモジュール１３…を支持して構成されるもので、図１および図２には冷却プレート１２の一部と、２個のバッテリモジュール１３，１３とが示されている。本実施の形態では２個のバッテリモジュール１３，１３が一体化されているが、各々のバッテリモジュール１３の構造は実質的に同一である。
【００２０】
バッテリモジュール１３は、各々が直方体をなす複数個（実施の形態では１２個）のリチウムイオンバッテリよりなるバッテリセル１４…を合成樹脂製の中間ホルダ１５…を挟んで積層するとともに、積層方向両端に位置する２個のバッテリセル１４，１４の外側にそれぞれ合成樹脂製の端部ホルダ１６，１６を積層して構成される。
【００２１】
各バッテリモジュール１３の一対の端部ホルダ１６，１６の積層方向外面に一対のエンドプレート１７，１７が重ね合わされ、それら一対のエンドプレート１７，１７を締結バンド１８で締結することで、１２個のバッテリセル１４…、１１個の中間ホルダ１５…および２個の端部ホルダ１６，１６が強固に一体化される。尚、２個のバッテリモジュール１３，１３に対して２本の締結バンド１８，１８が共有される。またバッテリセル１４…、中間ホルダ１５…および端部ホルダ１６，１６の当接面は接着剤により固定される。
【００２２】
バッテリモジュール１３の上面には図示しない複数のバスバーを保持したバスバープレート１９が固定されており、このバスバープレート１９によって各バッテリセル１４…の端子どうしが電気的に接続される。そして並置された２個のバッテリモジュール１３，１３の上面が共通の合成樹脂製のカバー２０で覆われる。
【００２３】
バッテリモジュール１３を構成する１２個のバッテリセル１４…の下面は、即ちバッテリモジュール１３…の下面は、冷却プレート１２の上面に対向する冷却面を構成しており、これらの冷却面と冷却プレート１２の上面との間に１枚の矩形状の伝熱シート２１が挟持される。伝熱シート２１の材質は熱伝導性に優れた合成樹脂（例えば、シリコーンゴム）であり、圧力が加わると押し潰されて任意の形状に変形可能である。
【００２４】
伝熱シート２１の下面と冷却プレート１２の上面との間には絶縁シート２２が配置される。絶縁シート２２は、非導電性および撥水性を有するＰＰ（ポリプロピレン）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の合成樹脂製で浅いトレー状に構成されており、その内部にバッテリモジュール１３の下部が嵌合する。従って、伝熱シート２１の上面はバッテリセル１４…の冷却面に当接し、伝熱シート２１の下面は絶縁シート２２の上面に当接することになる。絶縁シート２２の肉厚は極めて薄いため、殆ど熱伝達の妨げになることはない。
【００２５】
冷却プレート１２は熱電導性に優れた金属製の中空部材であって、上壁部１２ａおよび下壁部１２ｂ間に冷媒（例えば、冷却空気）が流れる冷媒通路１２ｃが区画される。冷却プレート１２の冷媒通路１２ｃには図示せぬ冷却ファンにより吸い込まれた冷却空気が流れており、バッテリセル１４…の冷却面から伝熱シート２１および絶縁シート２２を介して上壁部１２ａに伝達された熱が冷却空気との間で熱交換することで、バッテリセル１４…の冷却が図られる。
【００２６】
下面に伝熱シート２１および絶縁シート２２を取り付けられたバッテリモジュール１３は冷却プレート１２の上壁部１２ａに載置され、エンドプレート１７，１７の取付フランジ１７ａ…を貫通するボルト２３…で冷却プレート１２の取付ボス１２ｄ…に固定される。その際に、バッテリモジュール１３が押し付けられた伝熱シート２１が上下方向に圧縮されて押し潰され、伝熱シート２１の上面およびバッテリモジュール１３の冷却面間の隙間と、伝熱シート２１の下面および冷却プレート１２の上壁部１２ａ間の隙間とが消滅し、バッテリモジュール１３から冷却プレート１２への熱伝達が効率良く行われることで、バッテリモジュール１３の冷却性能が向上する。
【００２７】
尚、伝熱シート２１の下面と冷却プレート１２の上壁部１２ａとの間には絶縁シート２２が介在するが、絶縁シート２２は極めて薄い合成樹脂製であって容易に変形可能であるため、絶縁シート２２が介在することで熱伝達を妨げる隙間が発生することはない。
【００２８】
次に、図３に基づいて伝熱シート２１の製造方法を説明する。
【００２９】
図３（Ａ）は伝熱シート２１の比較例（従来例）を示すもので、その伝熱シート２１はバッテリモジュール１３の冷却面と略同じ寸法の矩形状に切断されている。伝熱シート２１の寸法は、実施の形態において厚さが３ｍｍ、長辺が４００ｍｍ、短辺が１００ｍｍであって、絶縁シート２２の上面に重なる大きさである。比較例のように、バッテリモジュール１３の冷却面の全面が伝熱シート２１に重なると、バッテリモジュール１３の冷却面および冷却プレート１２の上壁部１２ａ間に挟持されて圧縮された伝熱シート２１の反力が過大になり、バッテリモジュール１３を構成するバッテリセル１４…や、バッテリモジュール１３を冷却プレート１２に固定するエンドプレート１７，１７の取付フランジ１７ａ…等が損傷する可能性がある。
【００３０】
図３（Ｂ）に示す第１の実施の形態では、射出成形により、比較例の伝熱シート２１の短辺を１００ｍｍから７０ｍｍに縮小した４００ｍｍ×７０ｍｍの伝熱シート素材２１′を製造し、その伝熱シート素材２１′を長辺に沿う方向に切断することで、４００ｍｍ×１４ｍｍの５枚の伝熱シート２１…を製造し、その５枚の伝熱シート２１…を比較例の伝熱シート２１と同じ大きさの４００ｍｍ×１００ｍｍのスペース上に等間隔で配置する。その結果、バッテリモジュール１３の冷却面は、等間隔で配置された５枚の伝熱シート２１…に当接することになる。
【００３１】
図３（Ｃ）に示す第２の実施の形態では、射出成形により、比較例の伝熱シート２１の長辺を４００ｍｍから２５０ｍｍに縮小した２５０ｍｍ×１００ｍｍの伝熱シート素材２１′を製造し、その伝熱シート素材２１′を短辺に沿う方向に切断することで、２０．８ｍｍ×１００ｍｍの１２枚の伝熱シート２１…を製造し、その１２枚の伝熱シート２１…を比較例の伝熱シート２１と同じ大きさの４００ｍｍ×１００ｍｍのスペース上に等間隔で配置する。その結果、バッテリモジュール１３の冷却面は、等間隔で配置された１２枚の伝熱シート２１…に当接することになる。
【００３２】
図４は、長辺がＡ、短辺がＢ、厚さがＴの１枚の伝熱シート２１を示すもので、その上面および下面がそれぞれ受圧面２１ａを構成し、受圧面２１ａの４辺に接する四つの側面が自由面２１ｂを構成する。受圧面２１ａの面積Ｍは伝熱シート２１の上面の面積あるいは下面の面積に対応するもので、Ｍ＝Ａ×Ｂで与えられる。また自由面２１ｂの面積Ｆは四つの側面の面積の和に対応するもので、Ｆ＝２×Ｔ×（Ａ＋Ｂ）で与えられる。形状係数ＳはＳ＝Ｍ／Ｆで定義されるもので、圧縮された伝熱シート２１が発生する反力の大きさを表すパラメータとなる。即ち、形状係数Ｓが大きいほど、伝熱シート２１が圧縮されたときの反力が大きくなり、形状係数Ｓが小さいほど、伝熱シート２１が圧縮されたときの反力が小さくなる。本実施の形態では、伝熱シート２１を切断して複数の小さい伝熱シート２１…に分割することで、形状係数Ｓ、つまり反力を低減する。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１から明らかなように、比較例の受圧面２１ａの面積Ｍは４００００ｍｍ2 、自由面２１ｂの面積Ｆは３０００ｍｍ2 、形状係数Ｓは１３．３になる。一方、第１の実施の形態の５枚の伝熱シート２１…の受圧面２１ａの面積Ｍの総和は２８０００ｍｍ2 、５枚の伝熱シート２１…の自由面２１ｂの面積Ｆの総和は１２４００ｍｍ2 、形状係数Ｓは２．３になり、比較例に比べて形状係数Ｓが大幅に低減したことが分かる。また第２の実施の形態の１２枚の伝熱シート２１…の受圧面２１ａの面積Ｍの総和は２５０００ｍｍ2 、１２枚の伝熱シート２１…の自由面２１ｂの面積Ｆの総和は８７００ｍｍ2 、形状係数Ｓは２．９になり、比較例に比べて形状係数Ｓが大幅に低減したことが分かる。
【００３５】
伝熱シート２１の分割の仕方は以下のようにして決められる。即ち、バッテリセル１４…の強度やバッテリモジュール１３の冷却プレート１２に対する固定部の強度から、伝熱シート２１が発生する反力の許容される上限値（要求反力）が求められる。表１に示すように、形状係数Ｓが１３．３である比較例の伝熱シート２１は、その実反力１０ｋＮであることが実験的に知られているため、例えば要求反力が３ｋＮであれば、その要求反力を満たす形状係数Ｓを算出することができ、この形状係数Ｓを満たすように伝熱シート２１を適宜の形状に分割すれば良い。
【００３６】
第１、第２の実施の形態の伝熱シート２１…は複数に分割されているため、それを所定間隔で配置する作業が面倒になる問題がある。図５に示す第３の実施の形態は、第１の実施の形態を改良したもので、伝熱シート２１の取り扱い性を高めるためのものである。即ち、第３の実施の形態の伝熱シート２１は、厚さ３ｍｍの伝熱シート２１のうち、厚さ０．５ｍｍの部分を残して５分割されており、それら５分割された実質的に２．５ｍｍの厚さを有する五つの部分が、厚さ０．５ｍｍの接続部によって一体に接続されることで、ばらばらになることが防止されて取り扱い性が向上する。
【００３７】
尚、第３の実施の形態に係る伝熱シート２１の凹み部分は、その表面の一部を歯具で削り取ることにより形成することができる。
【００３８】
表１に示すように、５分割された部分の厚さＴは、第１の実施の形態の３ｍｍから２．５ｍｍに減少するため、その自由面２１ｂの面積Ｆは第１の実施の形態の５／６に減少し、その分だけ形状係数Ｓは増加する。
【００３９】
図６に示す第４の実施の形態は、伝熱シート２１の厚さＴを変更することなく、自由面２１ｂの面積Ｆを増加させて形状係数Ｓを減少させるものである。そのために、第４の実施の形態では伝熱シート２１の四つの自由面２１ｂが波形に屈曲しており、例えば平坦面に比べて表面積を１．５倍（厚さＴ＝４．５ｍｍに相当）増加させることで、形状係数Ｓを２／３に低減している。
【００４０】
尚、伝熱シート２１の自由面２１ｂを波形に加工するには、第３の実施の形態と同様に歯具により削り取れば良い。また別の方法としては、図７に示すように、伝熱シート２１を厚さ方向に対して直交する方向にスライスして複数の分割片２１′…に分割し、分割片２１′…の端部を交互に異なる形状に切断した後、分割片２１′…を再び積層すれば良い。このとき分割片２１′…どうしを接着しても良い。この製造方法により、切削では加工が困難な深い波形を容易に形成することができる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態によれば、伝熱シート２１を複数に切断して縦横比（Ａ対Ｂの比）を増加させたり、長辺の長さＡや短辺の長さＢに対する厚さＴの比率を増加させたり、自由面２１ｂを波形に屈曲して実質的な厚さＴを増加させる等の手段により、自由面２１ｂの面積Ｆに対する受圧面２１ａの面積Ｍの比である形状係数Ｓを減少させるので、伝熱シート２１の反力を低減してバッテリセル１４…や、バッテリモジュール１３の固定部の損傷を未然に防止することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４３】
例えば、実施の形態のバッテリモジュール１３はリチウムイオンバッテリで構成されたものに限定されず、他種のバッテリやキャパシタで構成されたものであっても良い。
【００４４】
また本発明の蓄電モジュールは単一のバッテリモジュール１３で構成されるものに限定されず、複数のバッテリモジュール１３で構成されるものであっても良い。
【００４５】
また実施の形態では伝熱シート２１および冷却プレート１２間に絶縁シート２２を配置しているが、絶縁シート２２は省略することも可能である。
【００４６】
また第３および第４の実施の形態では、単純な矩形断面の伝熱シート２１を製造した後に、その断面形状が目的の形状となるように加工を施しているが、伝熱シート２１が最初から目的の断面形状となるように金型で射出成形しても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１２        冷却プレート
１３        バッテリモジュール（蓄電モジュール）
２１        伝熱シート
２１ａ      受圧面
２１ｂ      自由面
２１′      分割片
Ｆ          自由面の面積
Ｍ          受圧面の面積
Ｓ          形状係数
【図１】
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【図２】
2014157763.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014157763.tif 000009
【図７】
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