(57)【要約】【課題】発熱部品の熱エネルギを薄型電池に均一に伝導して発熱部品の温度上昇を小さくしながら、温度上昇に起因する電池の劣化を最小限にする。【解決手段】電池パックは、内蔵する薄型電池１のフラット面１Ａに、熱結合状態であって面接触状態にある放熱シート２を備え、放熱シート２は、フラット面１Ａに面接触状態にある電池接着部２Ａと、薄型電池１の外周から突出している突出部２Ｂとを有し、突出部２Ｂは、発熱部品３を熱結合状態であって面接触状態にある部品接着部２Ｃを表面に有し、部品接着部２Ｃに固定される発熱部品３の熱エネルギを、放熱シート２を介して薄型電池１に熱伝導する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部品を有する電子機器に内蔵されて電力を供給する薄型電池と、
前記薄型電池のフラット面に、熱結合状態であって面接触状態にある放熱シートとを備え、
前記放熱シートは、前記フラット面に所定の面積で面接触状態にある電池接着部と、前記薄型電池の外周から突出してなる突出部とを有し、
前記突出部は、前記発熱部品に熱結合状態であって面接触状態にある部品接着部を有し、
前記発熱部品の熱エネルギを、前記放熱シートを介して前記薄型電池に熱伝導することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載される電池パックであって、
前記電池接着部に、前記フラット面の一部を露出させて、前記発熱部品から前記薄型電池への熱伝導の距離を長くする開口部を設けてなることを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項２に記載される電池パックであって、
前記開口部が、前記発熱部品から前記電池接着部に熱伝導される熱エネルギの熱伝導方向において、前記突出部側に偏在して配置されてなることを特徴とする電池パック。
【請求項４】
請求項２又は３に記載される電池パックであって、
前記開口部の幅方向開口位置（Ｗ１）と、前記部品接着部の幅方向位置（Ｗ２）とが、前記電池接着部と前記突出部との境界ラインの両側に少なくとも一部を互いに対向させる位置に配置してなることを特徴とする電池パック。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載される電池パックであって、
前記開口部の面積を、前記フラット面の１０％以上であって７０％以下としてなることを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれかに記載される電池パックであって、
前記放熱シートは、厚さ方向の熱伝導率よりも表面方向の熱伝導率が大きいことを特徴とする電池パック。
【請求項７】
請求項６に記載される電池パックであって、
前記放熱シートをグラファイトシートとすることを特徴とする電池パック。
【請求項８】
請求項２ないし５のいずれかに記載される電池パックであって、
前記放熱シートをアルミニウム製、銅製の何れかの金属シートとすることを特徴とする電池パック。
【請求項９】
請求項２ないし８のいずれかに記載される電池パックであって、
前記電子機器が携帯電話、スマートフォン、タブレット、電子ブック、ノート型パソコンの何れかの携帯機器であって、前記発熱部品をＣＰＵとすることを特徴とする電池パック。
【請求項１０】
請求項２ないし９のいずれかに記載される電池パックであって、
前記薄型電池を、金属製の外装缶を外装ケースとする角形電池、又はラミネートフィルムを外装ケースとするラミネート電池の何れかとすることを特徴とする電池パック。
【請求項１１】
請求項２ないし１０のいずれかに記載される電池パックであって、
前記発熱部品を半導体素子とすることを特徴とする電池パック。
【請求項１２】
発熱部品と
電力を供給する薄型電池と、
前記薄型電池のフラット面に、熱結合状態であって面接触状態にある放熱シートとを備え、
前記放熱シートは、前記フラット面に所定の面積で面接触状態にある電池接着部と、前記薄型電池の外周から突出してなる突出部を有し、
前記突出部は、前記発熱部品に熱結合状態であって面接触状態にある部品接着部を有し、
前記発熱部品の熱エネルギを、前記放熱シートを介して前記薄型電池に熱伝導することを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
請求項１２に記載される電子機器であって、
前記電池接着部に、前記フラット面の一部を露出させて、前記発熱部品から前記薄型電池への熱伝導の距離を長くする開口部を設けてなることを特徴とする電子機器。
【請求項１４】
請求項１３に記載される電子機器であって、
前記放熱シートが、一方の面を前記薄型電池に面接触状態にあり、他方の面を当該電子機器の外装ケースの内面に熱結合状態に配置しており、前記発熱部品の熱エネルギが前記放熱シートの表面に沿って前記薄型電池に熱伝導され、かつ前記放熱シートの表面に熱伝導される熱エネルギが前記外装ケースを介して外部に放熱されることを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載される電子機器あって、
前記電子機器が携帯電話、スマートフォン、タブレット、電子ブック、ノート型パソコンの何れかの携帯機器であって、前記発熱部品をＣＰＵとすることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に内蔵される発熱部品の熱エネルギを効率よく放熱する電池パックと、この電池パックを内蔵する電子機器に関し、とくに携帯電話、スマートフォン、タブレット、電子ブック、ノート型パソコンなどの携帯用の電子機器に最適な電池パックと電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池を電源として内蔵する電子機器は、中央処理装置（ＣＰＵ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、トランジスタ、ダイオードなどの半導体素子を内蔵している。これ等の半導体素子は、動作中に通電されてジュール熱で発熱する。半導体素子は、温度が設定値よりも高くなると正常な動作をしなくなるので、設定温度よりも高くならないように放熱している。とくに、近年の電子機器は、ほとんど例外なくＣＰＵを内蔵するが、このＣＰＵは、膨大なデータを高速処理するにしたがって消費電力が大きくなって発熱量も大きくなり、相当な放熱が要求される。これまでの電子機器は、ＣＰＵ等の発熱部品の放熱を外装ケースに熱伝導して、外装ケースから外部に放熱している。ただ、電子機器の外装ケースは、プラスチック等の熱伝導特性に好ましくない材質が多く、外部に効率よく放熱するのが難しい欠点がある。とくに、一時的に多量に発生する熱エネルギを速やかに放熱するのが特に難しい欠点がある。外装ケースをアルミニウム製などの金属ケースとして放熱量を大きくできるが、電子機器が重くなる欠点がある。
また、電子機器の外装ケースに急激な温度上昇が生じると、使用者はやけどをしたり、高温になった外装ケースに驚いたりすることとなる。
【０００３】
これらの欠点を解消するために、電子機器に内蔵している電池に熱エネルギを熱伝導する構造の機器が開発されている。（特許文献１及び２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７３５４号公報
【特許文献２】特開２０００−３２３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内蔵している発熱部品の熱エネルギを電池に熱伝導する電子機器は、電池の寿命を相当に短くする弊害がある。とくに、従来の電子機器は、円筒形電池の局部に熱エネルギを伝導するので、電池の温度が局部的に高くなって、電池の寿命を著しく短くする弊害がある。
【０００６】
本発明は、従来の電子機器が有する以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、発熱部品の熱エネルギを薄型電池に均一に伝導して発熱部品の温度上昇を小さくしながら、温度上昇に起因する電池の劣化を最小限にできる電池パックと電子機器とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電池パックは、発熱部品３を有する電子機器に内蔵されて電力を供給する薄型電池１と、薄型電池１のフラット面１Ａに、熱結合状態であって面接触状態にある放熱シート２を備える。放熱シート２は、フラット面１Ａに所定の面積で面接触状態にある電池接着部２Ａと、薄型電池１の外周から突出している突出部２Ｂとを有する。突出部２Ｂは、発熱部品３に熱結合状態であって面接触状態にある部品接着部２Ｃを有し、発熱部品３の熱エネルギを、放熱シート２を介して薄型電池１に熱伝導する。
【０００８】
本発明の電池パックは、電池接着部２Ａに、フラット面１Ａの一部を露出させて、発熱部品３から薄型電池１への熱伝導の距離を長くする開口部４を設けることができる。
【０００９】
本発明の電池パックは、開口部４が、発熱部品３から電池接着部２Ａに熱伝導される熱エネルギの熱伝導方向において、突出部２Ｂ側に偏在して配置することができる。
【００１０】
本発明の電池パックは、図２に示すように、開口部４の幅方向開口位置（Ｗ１）と、部品接着部２Ｃの幅方向位置（Ｗ２）とが、電池接着部２Ａと突出部２Ｂとの境界ラインの両側に少なくとも一部を互いに対向させる位置に配置することができる。開口部４の幅方向開口位置（Ｗ１）及び部品接着部２Ｃの幅方向位置（Ｗ２）は、図２に示すように、発熱部品３から電池接着部２Ａに熱伝導される熱エネルギの熱伝導方向（図において矢印Ｃで示す）に直交する幅方向の位置である。
【００１１】
本発明の電池パックは、開口部４の面積を、フラット面１Ａの１０％以上であって７０％以下とすることができる。
【００１２】
本発明の電池パックは、放熱シート２は、厚さ方向の熱伝導率よりも表面方向の熱伝導率を大きくすることができる。
【００１３】
本発明の電池パックは、放熱シート２をグラファイトシートとし、あるいは、アルミニウム製、銅製の何れかの金属シートとすることができる。
【００１４】
本発明の電池パックは、これを内蔵させる電子機器が携帯電話、スマートフォン、タブレット、電子ブック、ノート型パソコンの何れかの携帯機器であって、発熱部品３をＣＰＵとすることができる。
【００１５】
本発明の電池パックは、薄型電池１を、金属製の外装缶を外装ケースとする角形電池、又はラミネートフィルムを外装ケースとするラミネート電池の何れかとすることができる。また、本発明の電池パックは、発熱部品３を半導体素子とすることができる。
【００１６】
本発明の電子機器は、発熱部品３と、電力を供給する薄型電池１と、この薄型電池１のフラット面１Ａに熱結合状態であって面接触状態にある放熱シート２とを備える。放熱シート２は、フラット面１Ａに所定の面積で面接触状態にある電池接着部２Ａと、薄型電池１の外周から突出する突出部２Ｂを有する。突出部２Ｂは、発熱部品３に熱結合状態であって面接触状態にある部品接着部２Ｃを有し、発熱部品３の熱エネルギを、放熱シート２を介して薄型電池１に熱伝導する。
【００１７】
本発明の電子機器は、電池接着部２Ａに、フラット面１Ａの一部を露出させて、発熱部品３から薄型電池１への熱伝導の距離を長くする開口部４を設けることができる。
【００１８】
本発明の電子機器は、放熱シート２が、一方の面を薄型電池１に面接着状態にあり、他方の面を当該電子機器の外装ケースの内面に熱結合状態に配置して、発熱部品３の熱エネルギが放熱シート２の表面に沿って薄型電池１に熱伝導され、かつ放熱シート２の表面に熱伝導される熱エネルギが外装ケースを介して外部に放熱されることができる。
【００１９】
本発明の電子機器は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、電子ブック、ノート型パソコンの何れかの携帯機器であって、発熱部品３をＣＰＵとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電池パック及び電子機器は、発熱部品の熱エネルギを薄型電池に均一に伝導することで発熱部品の温度上昇を小さくし、しかも温度上昇に起因する薄型電池の劣化を最小限にできる特徴がある。
それは、以上の電池パック及び電子機器が、放熱シートを薄型電池のフラット面に所定の面積で面接触させると共に、この放熱シートに突出部を設けてこの突出部に発熱部品を熱結合状態に固定しているからである。この電池パックは、発熱部品の熱エネルギを放熱シートを介して薄型電池のフラット面に広い面積に拡散して伝導をする。薄型電池は外装ケースの内部に正負の電極板を密に積層する構造から、単位面積の熱容量はプラスチック製の外装ケースよりも大きく、発熱部品の熱エネルギを効率よく吸収して発熱部品の温度上昇を小さくする。薄型電池は発熱部品の熱エネルギを吸収して温度上昇するが、従来の電子機器のように円筒形電池の局部に熱伝導するのではない。熱エネルギは薄型電池のフラット面に拡散して伝導される。このため、薄型電池の局部的な温度上昇はなく、広い面積のフラット面の温度をより均一化させる状態で、熱エネルギを吸収する。このため、薄型電池は多量の熱エネルギを吸収しながら温度上昇を最小限度に制限して、温度上昇に起因する劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例にかかる電子機器の断面図である。
【図２】図１の電子機器に内蔵される電池パックの平面図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかる電池パックの平面図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかる電池パックの平面図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかる電池パックの平面図である。
【図６】本発明の他の実施例にかかる電池パックの平面図である。
【図７】図４に示す電池パックの温度特性と容量維持率を示すグラフである。
【図８】図５に示す電池パックの温度特性と容量維持率を示すグラフである。
【図９】図６に示す電池パックの温度特性と容量維持率を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例にかかる電池パックの熱伝導状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例にかかる電池パックの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１の断面図に示す電子機器は、プラスチック製の外装ケース５の内部に、電源回路に電力を供給するための薄型電池１と放熱シート２からなる電池パックを内蔵している。電子機器は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、電子ブック、ノート型パソコンなどの携帯機器である。ただ、電子機器は、携帯電話やスマートフォンなどの携帯機器に限らず、他の携帯機器、あるいは薄型電池を内蔵するゲーム機やウォークマン（登録商標）等とすることもできる。
【００２３】
図１の電子機器は発熱部品３を内蔵している。発熱部品３は中央処理装置（ＣＰＵ）である。ただ、本発明は発熱部品３をＣＰＵに特定するものではなく、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、トランジスタ、ダイオードなどの他の半導体素子とすることができ、また抵抗器などとすることもできる。発熱部品３は、流れる電流のジュール熱で発熱する。したがって、発熱部品３の発熱量は、流れる電流の二乗と電気抵抗の積に比例して大きくなり、流れる電流によって変動する。
【００２４】
図２は電池パックを示し、この図２の電池パックは、電子機器の電源回路に電力を供給する薄型電池１と、薄型電池１のフラット面１Ａに、熱結合状態であって面接触状態に接着してなる放熱シート２を備える。薄型電池１は、金属製の外装缶を外装ケースとする角形電池、又はラミネートフィルムを外装ケースとするラミネート電池の何れかで、対向して設けられる広い平面状であるフラット面１Ａを両面に有する。薄型電池１は、対向するフラット面１Ａの間に、これと平行な姿勢で、正負の電極板（図示せず）を積層して密閉している。薄型電池１は、厚さに比較してフラット面１Ａの横幅と縦幅が広く、フラット面１Ａに放熱シート２を接着して、放熱シート２を広い面積で熱結合状態に固定できる。
【００２５】
放熱シート２は、熱伝導の優れたシートで、グラファイトシート、アルミニウムや銅等の金属を薄く圧延した金属シートである。グラファイトシートは極めて優れた熱伝導特性（７００〜１９５０Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するので、発熱部品３の熱エネルギを効率よく薄型電池１のフラット面１Ａに熱伝導する。また、グラファイトシートは、厚さ方向の熱伝導に比較して、表面方向の熱伝導が極めて優れているので、発熱部品３の熱エネルギを、表面と平行な表面方向に速やかに熱伝導して、薄型電池１のフラット面１Ａに均一に伝導する。また、グラファイトシートは、薄型電池１のアルミ製の外装ケース（約２３０Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率が高いので、薄型電池１の外装ケースで熱伝導するよりも速やかにグラファイトシート全面に熱伝導する。そのため、発熱部品３の熱エネルギを薄型電池１のフラット面１Ａに均一に伝導することができる。放熱シート２は、例えばグラファイトシートのように、厚さ方向に比較して、表面方向の熱伝導が優れているシートが適している。それは、発熱部品３の熱エネルギを速やかに薄型電池１のフラット面１Ａに均一に熱伝導するからである。この特性は、グラファイトシートに限らず、繊維にグラファイト等の熱伝導粉末を添加して抄紙された放熱紙等で実現できる。
【００２６】
図１と図２の電池パックは、薄型電池１の片方のフラット面１Ａの外周部と開口部４を除くほぼ全面に放熱シート２を積層している。ただし、放熱シート２は、好ましくは片方のフラット面１Ａの２０％以上の面積に接着して固定される。放熱シート２は、粘着層を介して、あるいは接着層を介して薄型電池１のフラット面１Ａに接着される。
【００２７】
また、図示しないが、薄型電池１の両面のフラット面１Ａに放熱シート２をＵ曲して接着することもできる。あるいは、発熱部品３から薄型電池１の両面のフラット面１Ａに２枚の放熱シート２を接着することもできる。薄型電池１両面のフラット面１Ａに放熱シート２を接着する電池パックは、薄型電池１の全体をより均一な温度にできる特徴がある。放熱シート２が広い面積で薄型電池１のフラット面１Ａに接着されて、薄型電池１の全体により均一に、しかも効率よく熱エネルギを熱伝導できるからである。
【００２８】
放熱シート２は、薄型電池１のフラット面１Ａに接着される電池接着部２Ａと、薄型電池１の外周から外部に突出する突出部２Ｂとを有する。突出部２Ｂは、電子機器の発熱部品３を熱結合状態であって面接触状態に固定する部品接着部２Ｃを表面に設けている。発熱部品３は、放熱シート２の部品接着部２Ｃに接着して固定され、あるいは弾性的に押圧されて熱結合状態であって面接触状態に固定される。
【００２９】
電池接着部２Ａは、面接触状態で薄型電池１のフラット面１Ａに熱結合状態で接着して固定され、部品接着部２Ｃも発熱部品３の表面に面接触状態で接着して、あるいは弾性的に押圧されて密着状態に固定される。導電性のある放熱シート２は、絶縁層を介して薄型電池１のフラット面１Ａと発熱部品３の表面に固定される。放熱シート２を薄型電池１と発熱部品３の表面に接着する粘着層や接着層は、優れた熱伝導特性の粘着材や接着剤が使用される。
【００３０】
図２の電池パックは、薄型電池１のフラット面１Ａの一部を露出させて、発熱部品３から薄型電池１への熱伝導の距離を長くし、薄型電池１全体の温度分布を均一化する開口部４を設けている。開口部４は、薄型電池１のフラット面１Ａの温度差を少なくするために設けられるので、放熱シート２を積層する状態で放熱部品３からの輻射熱を含めて最も温度が高くなる領域に設けられる。つまり、薄型電池１と放熱部品３が最も接近する領域である。
【００３１】
薄型電池１のフラット面１Ａに接着される放熱シート２は、部品接着部２Ｃに近い領域で温度が高くなる。薄型電池１のフラット面１Ａ全面の温度差を小さくするために、図２に示す放熱シート２は、発熱部品３から電池接着部２Ａに熱伝導される熱エネルギの熱伝導方向（矢印Ｃで示す方向）において、突出部２Ｂ側に偏在して開口部４を配置している。熱エネルギが突出部２Ｂから電池接着部２Ａに熱伝導されるので、放熱シート２の電池接着部２Ａは、突出部２Ｂ側で温度が高くなるからである。図２の放熱シート２は、熱伝導方向の中央部（一点鎖線で示す）よりも突出部２Ｂ側に開口部４を設けている。
【００３２】
さらに、図２の放熱シート２は、開口部４の幅方向開口位置（Ｗ１）と、部品接着部２Ｃの幅方向位置（Ｗ２）とを、一部あるいは全体を、電池接着部２Ａと突出部２Ｂとの境界ラインの両側に互いに対向させる位置に配置している。開口部４の幅方向開口位置（Ｗ１）は、図２において矢印Ｃで示すように、発熱部品３から電池接着部２Ａに熱伝導される熱エネルギの熱伝導方向に直交する幅方向の開口位置であり、部品接着部２Ｃの幅方向位置（Ｗ２）は、矢印Ｃで示す熱エネルギの熱伝導方向に直交する幅方向の固定位置である。図２の放熱シート２は、開口部４の幅方向開口位置（Ｗ１）の寸法を部品接着部２Ｃの幅方向位置（Ｗ２）の寸法よりも大きくしている。ただ、図示しないが、幅方向開口位置（Ｗ１）を幅方向位置（Ｗ２）よりも小さくすることもでき、また同じにすることもできる。図２の放熱シート２は、電池接着部２Ａと突出部２Ｂの両方に跨がるように開口部４を設けている。
【００３３】
図３の放熱シート２は、複数の開口部４を設けている。この放熱シート２は、開口部４の密度を部分的に変化させて、薄型電池１の温度分布をより均等化する。この図４の放熱シート２は、部品接着部２Ｃに接近する領域で開口部４を大きく、部品接着部２Ｃから離れるにしたがって開口部４を小さくしている。この放熱シート２は、発熱部品３を固定する部品接着部２Ｃに接近する領域に近づくにしたがって、開口部４を開口する単位面積の開口率を次第に大きく、部品接着部２Ｃから離れるにしたがって小さくして、薄型電池１のフラット面１Ａの温度分布を均等化している。すなわち、部品接着部２Ｃに接近して、温度が高くなる部位の開口率を高くして、放熱シート２からフラット面１Ａに熱伝導される熱エネルギを小さくすると共に、フラット面１Ａからの放熱量を大きくしている。図２と図３の放熱シート２は、電池接着部２Ａと突出部２Ｂの両方に跨るように開口部４を設けている。図示しないが、開口部４は、突出部２Ｂに設けることなく電池接着部２Ａにのみ設けることもでき、また突出部２Ｂにのみ設けることができる。部品接着部２Ｃに設けられる開口部４は、電池接着部２Ａとの境界ラインに接近する位置、図２においては、境界ラインの中央部に設けて、薄型電池１の局部的な温度上昇を少なく制限する。
【００３４】
放熱シート２の形状により、薄型電池１のフラット面１Ａの温度と、熱源である発熱部品３の温度と、薄型電池１の容量維持率の変化を検討した。図４〜図６は、放熱シート２の形状を変更した実験例である。図４〜図６の実験例は、発熱部品３の消費電力を３Ｗ、放熱シート２を１７μｍの厚みのグラファイトシート、薄型電池１のフラット面１Ａが縦×横を９０ｍｍ×５５ｍｍ、薄型電池１の厚さを４ｍｍ、放熱シート２の横幅を５３ｍｍ、放熱シート２の突出部２Ｂの突出量を３０ｍｍとする放熱シート２を使用しておこなっている。ここで、グラファイトシートの厚みを１７μｍとしたが、１０〜５０μｍの厚みであれば同等の特性を得ることができる。
【００３５】
そして、図７〜図９は、図４〜図６の放熱シート２の形状によって、薄型電池１のフラット面１Ａの温度と、熱源である発熱部品３の温度と、薄型電池１の容量維持率とが変化する状態を示している。図７のグラフは、図４に示すように、開口部４を設けない放熱シート２を薄型電池１のフラット面１Ａに接着する面積、言い換えると、フラット面１Ａにおいて放熱シート２が接着されない面積（図４においてハッチングで表示）を変化させて温度や容量維持率が変化する特性を示している。ここで、図７の横軸は、フラット面１Ａにおいて放熱シート２が接着されない面積を、フラット面１Ａに対する面積比として、「電池上未添付面積」として示している。そして、図８のグラフは、図５に示すように、開口部４を設けている放熱シート２を薄型電池１のフラット面１Ａの全面に接着して、開口部４によって露出するフラット面１Ａの面積（図５においてハッチングで表示）を変化させて温度や容量維持率が変化する特性を示している。そして、図９のグラフは、図６に示すように、開口部４を設けている放熱シート２を薄型電池１のフラット面１Ａの６０％の領域に接着して、開口部４によって露出するフラット面１Ａの面積（図６においてハッチングで表示）を変化させて温度や容量維持率が変化する特性を示している。ここで、図８と図９の横軸は、開口部４から露出するフラット面１Ａの露出面積を、フラット面１Ａに対する面積比として、「電池上穴開き面積」として示している。
【００３６】
薄型電池１片面のフラット面１Ａに開口部４を設けない放熱シート２を接着してフラット面１Ａに接着する面積を変化させる電池パック（図４）は、図７に示すように、放熱シート２のフラット面１Ａへの接着面積が増加するにしたがって、言い換えると、電池上未添付面積が減少するにしたがって、熱源温度、すなわち発熱部品３の温度は低下し、フラット面１Ａの温度差は小さくなり、薄型電池１の８００サイクル後の容量維持率は低下する。８００サイクル後の容量維持率は、フラット面１Ａに放熱シート２を接着しない薄型電池１の８００サイクル後の容量維持率を基準としてこの電池に対する容量維持率を示している。図７に示すグラフのデータを表１に示す。
ここで、薄型電池１が満充電から放電されて放電禁止電圧になるまでの容量を放電し、その容量を充電した時を１サイクルとする。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
図７の曲線Ａは、薄型電池１のフラット面１Ａに放熱シート２を接着しない面積の比率である電池上未添付面積、すなわち、フラット面１Ａに対する電池接着部２Ａが接着されていない領域の面積比によって熱源温度、すなわち発熱部品３の温度が変化する状態を示している。熱源温度として表示される発熱部品３の表面温度は、電池上未添付面積によって、４０℃〜７８℃に低下する。フラット面１Ａの全面に放熱シート２を接着する電池パックでは、発熱部品３の温度が４０℃となる。この図７において、電池上未添付面積を１００％とする電池パック、すなわち放熱シート２をフラット面１Ａに接着しない電池パックは、発熱部品３の温度が９０℃となる。したがって、放熱シート２を薄型電池１のフラット面１Ａの全面に接着して、発熱部品３の温度は最大で５０℃も低下する。
【００３９】
フラット面１Ａの全面に放熱シート２を接着する電池パック（電池上未添付面積が０％）は、発熱部品３の熱エネルギを薄型電池１に吸収させるので、薄型電池１の８００サイクル後のサイクル容量維持率が、曲線Ｂで示すように、放熱シート２を接着しない状態の８４％に対して、７８％と６ポイント低下する。また、図４において、電池接着部２Ａの部品接着部２Ｃに近い領域Ａの温度上昇は１３℃、部品接着部２Ｃから離れた薄型電池１の隅部の領域Ｂの温度上昇は約６℃となって、フラット面１Ａの温度差は７℃と大きくなる。
なお、表１の電池温度上昇の欄において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表示する温度は、図４に示す領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄにおける電池の上昇温度をそれぞれ示している。
【００４０】
電池パックは、図５と図６に示すように、放熱シート２に開口部４を設けて、フラット面１Ａの温度差を小さくできる。この状態を図８と図９に示している。図８は、図５に示すように、開口部４のある放熱シート２をフラット面１Ａの全面に接着している温度特性を示している。図９は、図６に示すように、開口部４のある放熱シート２をフラット面１Ａの６０％の領域に接着している温度特性を示している。
【００４１】
図８の特性の電池パックは、図５に示すように、放熱シート２の電池接着部２Ａに開口部４を設けている。図５の放熱シート２も、電池接着部２Ａと突出部２Ｂの両方に跨がるように開口部４を設けている。この電池パックは、開口部４の領域においてフラット面１Ａが露出し、開口部４を設けない領域で電池接着部２Ａがフラット面１Ａに接着されている。さらに、この放熱シート２は、図５に示すように、開口部４の両側において１０ｍｍ幅でフラット面１Ａに接着され、開口部４の面積を変化させるために、部品接着部２Ｃから離れる方向（図において矢印Ｘで表示）、すなわち、熱伝導方向の長さを変化させ、さらに、開口部４が先端まで延びる状態では、両横に横幅を広くして、穴開き面積を１００％まで大きくしている。図８に示すグラフのデータを表２に示す。
なお、表２の電池温度上昇の欄において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表示する温度は、図５に示す領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄにおける電池の上昇温度をそれぞれ示している。
【００４２】
【表２】
2017123212.tif 000004
【００４３】
図５に示す電池パックは、表２と図８に示すように、穴開き面積を２０％〜８０％に変化して、フラット面１Ａの温度差が２．２℃（２０％）、２．１℃（４０％）、１．６℃（６０％）、１．９℃（８０％）と小さくなる。薄型電池１は、開口部４を最適値として、フラット面１Ａの温度差を最も小さくできる。放熱シート２の開口部４は、薄型電池１の温度差を小さくするために有効であるが、開口部４を大きくすると発熱部品３の温度が上昇する。それは、放熱シート２と薄型電池１フラット面１Ａとの熱伝導面積が小さくなって、発熱部品３から薄型電池１に熱伝導する熱エネルギが減少するからである。
【００４４】
図８と表２に示すように、穴開き面積を２０％から８０％として、熱源温度として表示される発熱部品３の温度は曲線Ａで示すように、５２．２℃（２０％）、７０．９℃（４０％）、８１．０℃（６０％）、８５．０℃（８０％）にできる。さらに、薄型電池１の８００サイクル後のサイクル容量維持率は、曲線Ｂで示すように、開口部４を大きくして、穴開き面積を大きくするにしたがって、すなわち薄型電池１への熱伝導エネルギを少なくするにしたがって容量維持率は放熱シート２を接着しない状態の８４％に近く、すなわち劣化が小さくなる。
【００４５】
図９は、図６に示すように、開口部４のある放熱シート２をフラット面１Ａの６０％の領域に接着している電池パックの温度特性と容量維持率を示している。図６の放熱シート２も、電池接着部２Ａと突出部２Ｂの両方に跨がるように開口部４を設けている。この電池パックは、図６に示すように、フラット面１Ａの４０％の領域には放熱シート２が接着されず、また残りの６０％の領域においては、開口部４においてフラット面１Ａは露出し、開口部４を設けない領域で電池接着部２Ａがフラット面１Ａの６０％の領域に接着されている。さらに、この放熱シート２は、図６に示すように、開口部４の両側において１０ｍｍ幅でフラット面１Ａに接着され、開口部４の面積を変化させるために、部品接着部２Ｃから離れる方向（図において矢印Ｘで表示）、すなわち、熱伝導方向の長さを変化させて、開口部４が先端まで延びる状態では、両側に横幅を広くして、穴開き面積を６０％まで大きくしている。図９に示すグラフのデータを表３に示す。
なお、表３の電池温度上昇の欄において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表示する温度は、図６に示す領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄにおける電池の上昇温度をそれぞれ示している。
【００４６】
【表３】
2017123212.tif 000005
【００４７】
図６に示す電池パックは、表３と図９に示すように、穴開き面積を１０％〜４０％に変化して、フラット面１Ａの温度差を５．０℃（１０％）、１．９℃（２０％）、２．９℃（４０％）にできる。さらに、この電池パックは、穴開き面積を１０％〜４０％として、熱源温度として表示される発熱部品３の温度を曲線Ａで示すように、６７．７℃〜７８．２℃に低下できる。また、薄型電池１の８００サイクル後のサイクル容量維持率は、曲線Ｂで示すように、開口部４を大きくするにしたがって、すなわち薄型電池１への熱伝導エネルギを少なくするにしたがって容量維持率は放熱シート２を接着しない状態の８４％に近く、すなわち劣化が小さくなる。
【００４８】
以上の図７〜図９と表１〜３は、消費電力を３Ｗとする発熱部品３の温度を示しているので、発熱部品３の消費電力が小さくなると温度上昇も小さくなる。また、薄型電池１フラット面１Ａの面積が大きくなると、発熱部品３への熱伝導量が増加して、発熱部品３の温度上昇は小さくなる。したがって、放熱シート２の開口部４は、薄型電池１に許容される温度差、発熱部品３に許容される温度上昇、発熱部品３の消費電力、薄型電池１フラット面１Ａの面積などを考慮して、用途に最適な値に設定される。放熱開口を大きくして、薄型電池１の温度上昇をより小さくでき、また、放熱開口を小さくして、発熱部品３の温度上昇を小さくできるからである。
【００４９】
図１０は、発熱部品３の熱エネルギが熱伝導されて外部に放熱される状態を示している。この図は、グラファイトシートのように、厚さ方向に比較して、表面方向の熱伝導が優れている放熱シート２の熱伝導状態を示している。発熱部品３の熱エネルギは、矢印Ｂで示す方向よりも、矢印Ａで示す放熱シート２の表面方向に速やかに伝導されて、薄型電池１のフラット面１Ａに熱伝導される。矢印Ａで示す表面方向に速やかに熱伝導される熱エネルギは、放熱シート２の表面で均一に拡散されて、薄型電池１のフラット面１Ａの広い面積に均一に伝導される。発熱部品３の殆どの熱エネルギが、放熱シート２の表面方向に熱伝導されて、厚さ方向の熱伝導が小さいからである。この熱伝導特性の放熱シート２は、発熱部品３を固定している部分の温度が局部的に異常に高くなるのを防止して、薄型電池１フラット面１Ａ全面の温度差を小さく、かつ発熱部品３と薄型電池１フラット面１Ａとの温度差を小さくする。したがって、図１０の断面図に示すように、放熱シート２の同じ面に発熱部品３と薄型電池１とを固定して、放熱シート２上面の温度の局部的な上昇を小さくできる。このことは、放熱シート２を外装ケース５の内面に密着して熱結合状態としながら、放熱シート２による外装ケース５の局部的な温度上昇も小さくできる特徴がある。
【００５０】
放熱シート２は、発熱部品３の熱エネルギを薄型電池１に熱伝導して、発熱部品３の熱エネルギを薄型電池１に吸収させる。熱エネルギを吸収した薄型電池１は温度上昇するが、吸収した熱エネルギを経時的に外部に放熱して温度を低下させる。発熱部品３は、ジュール熱で発熱するので、消費電流によって発熱量が変化する。たとえば、携帯電話などの電子機器のＣＰＵは、たとえば画像処理などで処理するデータ量が多くなると消費流量が大きくなって一時的に発熱量が多くなる。発熱部品３の温度が上昇すると、熱エネルギは放熱シート２を介して薄型電池１に熱伝導される。薄型電池１は、発熱部品３の熱エネルギを吸収して、発熱部品３の温度上昇を小さくする。
【００５１】
薄型電池１の熱容量はプラスチック製の外装ケース５よりも大きい。それは、薄型電池１の単位重量に対する熱容量がプラスチックよりも大きく、また、薄型電池１が外装ケース５よりも熱いからである。したがって、発熱部品３の熱エネルギを放熱シート２に熱伝導して薄型電池１に吸収させる放熱構造は、発熱部品３の熱エネルギを外装ケース５に熱伝導する放熱構造に比較して、発熱部品３の温度上昇を小さくできる。薄型電池１は、発熱部品３の熱エネルギを吸収して温度が上昇する。温度上昇した薄型電池１は、フラット面１Ａに接着している放熱シート２を介して吸収した熱エネルギを外装ケース５から外部に放熱する。この状態で、薄型電池１は温度差が小さく、フラット面１Ａに接着している放熱シート２を介して、外装ケース５から外部に均一に放熱される。
【００５２】
したがって、放熱シート２を介してＣＰＵ等の発熱部品３の熱エネルギを薄型電池１に熱伝導して吸収させる電池パックは、一時的な発熱を薄型電池１に吸収して発熱部品３の急激な温度上昇を小さくし、薄型電池１に吸収される熱エネルギを経時的に外装ケース５から外部に放熱して、薄型電池１の平均的な温度上昇を小さくすることができる。すなわち、薄型電池１に発熱部品３の熱エネルギを一時的に吸収させて、すなわち、薄型電池１が熱エネルギを一時的に吸収するバッファーの作用をして、発熱部品３の急激な温度上昇を小さくする。
【００５３】
図１の断面図に示す電子機器は、放熱シート２の片方の面（図において下面）を薄型電池１に接着して、他方の面（図において上面）を電子機器の外装ケース５の内面に熱結合状態に配置している。この電子機器は、発熱部品３の熱エネルギを放熱シート２の表面に沿って薄型電池１に熱伝導して薄型電池１に吸収させる。薄型電池１に吸収された熱エネルギは、放熱シート２と外装ケース５を介して外装ケース５から外部に放熱される。
【００５４】
放熱シート２は、図１１に示すように、複数の薄型電池１に発熱部品３の熱エネルギを熱伝導することができる。この図の電池パックは、２個の薄型電池１を接近して並べて、両方の薄型電池１のフラット面１Ａに放熱シート２を接着している。この電池パックは、発熱部品３の熱エネルギを２個の薄型電池１に熱伝導するので、発熱部品３の温度上昇をより小さくできる特徴がある。さらに、図示しないが、放熱シート２は３個以上の薄型電池１のフラット面１Ａに接着して、発熱部品３の熱エネルギを各々の薄型電池１に熱伝導することもできる。図１１の電池パックは２個の薄型電池１の境界部分に部品接着部２Ｃを設けている。この電池パックは、発熱部品３の熱エネルギをバランスよく各々の薄型電池１に熱伝導するので、２個の薄型電池１の温度差を小さくできる。ただ、図示しないが、放熱シート２を複数の薄型電池１のフラット面１Ａに接着して、発熱部品３を薄型電池１の境界部分以外の位置に固定して、発熱部品３の熱エネルギを各々の薄型電池１に熱伝導することもできる。この構造は、電池接着部２Ａに開口部４を設けて、温度差を小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の電池パックと電子機器は、内蔵するＣＰＵなどの発熱部品３の温度上昇を小さくしながら使用することが大切な機器に便利に使用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１…薄型電池    １Ａ…フラット面
２…放熱シート  ２Ａ…電池接着部  ２Ｂ…突出部  ２Ｃ…部品接着部
３…発熱部品
４…開口部
５…外装ケース
【図１】
2017123212.tif 000006
【図２】
2017123212.tif 000007
【図３】
2017123212.tif 000008
【図４】
2017123212.tif 000009
【図５】
2017123212.tif 000010
【図６】
2017123212.tif 000011
【図７】
2017123212.tif 000012
【図８】
2017123212.tif 000013
【図９】
2017123212.tif 000014
【図１０】
2017123212.tif 000015
【図１１】
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