特許 7068135 シート型伝熱器および熱処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-06

(45)【発行日】2022-05-16

(54)【発明の名称】シート型伝熱器および熱処理システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6556 20140101AFI20220509BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20220509BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20220509BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20220509BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20220509BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220509BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20220509BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6556

H01M10/6567

H01M10/613

H01M10/615

H01M10/625

H05K7/20 P

B32B15/08 E

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2018198566

(22)【出願日】2018-10-22

(65)【公開番号】P2020068066

(43)【公開日】2020-04-30

【審査請求日】2021-08-04

(73)【特許権者】

【識別番号】501428187

【氏名又は名称】昭和電工パッケージング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109911

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義仁

(74)【代理人】

【識別番号】100071168

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 久義

(74)【代理人】

【識別番号】100099885

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 健市

(72)【発明者】

【氏名】南谷 広治

【審査官】赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１５７７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－８２０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－５３２６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６０－１０／６６７

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｂ３２Ｂ １５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属層の少なくとも片面側に樹脂層が設けられた外包ラミネート材が扁平な袋状に形成された外包袋を備え、前記外包袋内に流入された熱媒体が前記外包袋内を通って前記外包袋の外部に流出するようにしたシート型伝熱器であって、
前記外包袋における厚さ方向に対向する一対の外包ラミネート材間に、その一対の外包ラミネート材の間隔を保持するための付勢手段が設けられていることを特徴とするシート型伝熱器。

【請求項2】

前記外包袋における厚さ方向に対し直交する方向を平面方向として、
前記付勢手段が前記外包袋内において平面方向に分散して複数設けられている請求項１に記載のシート型伝熱器。

【請求項3】

対向する一対の前記外包ラミネート材のうち少なくともいずれか一方の外包ラミネート材に、前記付勢手段が固定されている請求項１または２に記載のシート型伝熱器。

【請求項4】

対向する一対の前記外包ラミネート材の双方に前記付勢手段が固定されている請求項１～３のいずれか１項に記載のシート型伝熱器。

【請求項5】

前記樹脂層は前記外包ラミネート材の内面側に設けられた内面側樹脂層を含み、その内面側樹脂層が熱融着性樹脂によって構成される一方、
前記付勢手段における少なくとも前記外包ラミネート材と接触する部分が熱融着性樹脂によって構成され、
前記外包ラミネート材の熱融着樹脂と前記付勢手段の熱融着性樹脂とが熱融着されることによって前記付勢手段が前記外包ラミネート材に固定されている請求項３または４に記載のシート型伝熱器。

【請求項6】

前記外包袋がその内部を流通する熱媒体の圧力によって厚さ方向に膨張収縮変形するように構成される一方、
熱媒体が前記外包袋内を流通しない非作動状態での前記外包袋の厚さに対し、熱媒体が前記外包袋内を流通している作動状態での前記外包袋の厚さが、５００％未満に設定されている請求項１～５のいずれか１項に記載のシート型伝熱器。

【請求項7】

前記樹脂層は前記外包ラミネート材の外面側に設けられた外面側樹脂層を含む請求項１～６のいずれか１項に記載のシート型伝熱器。

【請求項8】

前記外包材内における前記付勢手段が設けられていない部分に伝熱フィンが設けられている請求項１～７のいずれか１項に記載のシート型伝熱器。

【請求項9】

熱処理対象部材を冷却または加熱するようにした熱処理システムであって、
請求項１～８のいずれか１項に記載のシート型伝熱器を備え、
前記熱処理対象部材が前記シート型伝熱器の外包ラミネート材に接触または接触可能な状態に配置されていることを特徴とする熱処理システム。

【請求項10】

熱処理対象部材を冷却または加熱するようにした熱処理システムであって、
請求項４に記載のシート型伝熱器を備え、
前記外包袋がその内部を流通する熱媒体の圧力によって厚さ方向に膨張収縮変形するように構成され、
その外包袋の膨張収縮変形によって、前記外包ラミネート材が前記熱処理対象部材に対し接離するように構成されていることを特徴とする熱処理システム。

【請求項11】

前記熱処理対象部材は、複数の単電池を備えた電池パックによって構成されている請求項９または１０に記載の熱処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、金属層に樹脂層が積層されたラミネート材を外包袋としてその内部に熱媒体を流通させて熱処理対象部材の冷却や加熱を行うようにしたシート型伝熱器およびそれを用いた熱処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等においては、電動機を駆動するための電力を供給する電池パック（バッテリー装置）が搭載されている。このような自動車用の電池パックとしては、リチウム二次電池等の各種の二次電池からなる複数個の小型単電池（セル）が直列または並列に多数接続されて組電池（電池モジュール）の形態としたものが一般に用いられている。自動車用電池パックとしてのリチウムイオン電池は、性能や寿命を十分に確保するには適度な温度域で使用することが望まれる。

【0003】

このような状況下にあって、自動車用の電池パックは、充電と放電とが繰り返されるために大きな発熱を伴うのでその場合冷却が必要となることがある一方、寒冷地でも使用されるのでその場合には加熱が必要となることもある。このため従来の電池パックにおいて、冷却／加熱用に水冷式や空冷式の伝熱器が組み込まれたものが周知である。この電池パックの伝熱器の一例として、熱媒体が流通する扁平な金属製等の伝熱チューブが採用されており、その伝熱チューブに電池パックの各単電池が接触するように配置されており、伝熱チューブ内を流通する熱媒体を介して、各単電池が冷却または加熱されるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第３８０３９０４０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記従来の自動車用電池パックは一般に、小型単電池を直列または並列に多数接続された電池モジュールの形態に形成されおり、このような電池パックにおいては、各単電池の寸法に誤差があるとともに、各電池が充放電によって膨張伸縮するため、多数の単電池のサイズにバラツキが発生する。このような電池パックの熱処理システムにおいては、各単電池のサイズにバラツキがあるため、伝熱チューブが、多数の単電池全てに均等に密着させることが困難であり、伝熱チューブと一部の単電池との間に隙間や接触不良が生じてしまい、その一部の単電池に対し十分に冷却または加熱することができず、効率良く熱交換することができないという課題があった。

【0006】

一方、伝熱チューブと各単電池との間に上記特許文献１に示すような熱伝導材料（サーマルインターフェースマテリアル）を充填して熱交換効率を向上させる技術も提案されているが、熱伝導材料を使用する分、コストの増大を来すばかりか、未だ十分な熱交換効率を得ることが困難であるというのが現状である。

【0007】

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数の単電池を備えた電池パック等の熱処理対象部材に隙間なく密着させることができて、十分な熱交換効率を得ることができるシート型伝熱器および熱処理システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を備えるものである。

【0009】

［１］金属層の少なくとも片面側に樹脂層が設けられた外包ラミネート材が扁平な袋状に形成された外包袋を備え、前記外包袋内に流入された熱媒体が前記外包袋内を通って前記外包袋の外部に流出するようにしたシート型伝熱器であって、
前記外包袋における厚さ方向に対向する一対の外包ラミネート材間に、その一対の外包ラミネート材の間隔を保持するための付勢手段が設けられていることを特徴とするシート型伝熱器。

【0010】

［２］前記外包袋における厚さ方向に対し直交する方向を平面方向として、
前記付勢手段が前記外包袋内において平面方向に分散して複数設けられている前項１に記載のシート型伝熱器。

【0011】

［３］対向する一対の前記外包ラミネート材のうち少なくともいずれか一方の外包ラミネート材に、前記付勢手段が固定されている前項１または２に記載のシート型伝熱器。

【0012】

［４］対向する一対の前記外包ラミネート材の双方に前記付勢手段が固定されている前項１～３のいずれか１項に記載のシート型伝熱器。

【0013】

［５］前記樹脂層は前記外包ラミネート材の内面側に設けられた内面側樹脂層を含み、その内面側樹脂層が熱融着性樹脂によって構成される一方、
前記付勢手段における少なくとも前記外包ラミネート材と接触する部分が熱融着性樹脂によって構成され、
前記外包ラミネート材の熱融着樹脂と前記付勢手段の熱融着性樹脂とが熱融着されることによって前記付勢手段が前記外包ラミネート材に固定されている前項３または４に記載のシート型伝熱器。

【0014】

［６］前記外包袋がその内部を流通する熱媒体の圧力によって厚さ方向に膨張収縮変形するように構成される一方、
熱媒体が前記外包袋内を流通しない非作動状態での前記外包袋の厚さに対し、熱媒体が前記外包袋内を流通している作動状態での前記外包袋の厚さが、５００％未満に設定されている前項１～５のいずれか１項に記載のシート型伝熱器。

【0015】

［７］前記樹脂層は前記外包ラミネート材の外面側に設けられた外面側樹脂層を含む前項１～６のいずれか１項に記載のシート型伝熱器。

【0016】

［８］前記外包材内における前記付勢手段が設けられていない部分に伝熱フィンが設けられている前項１～７のいずれか１項に記載のシート型伝熱器。

【0017】

［９］熱処理対象部材を冷却または加熱するようにした熱処理システムであって、
前項１～８のいずれか１項に記載のシート型伝熱器を備え、
前記熱処理対象部材が前記シート型伝熱器の外包ラミネート材に接触または接触可能な状態に配置されていることを特徴とする熱処理システム。

【0018】

［１０］熱処理対象部材を冷却または加熱するようにした熱処理システムであって、
前項４に記載のシート型伝熱器を備え、
前記外包袋がその内部を流通する熱媒体の圧力によって厚さ方向に膨張収縮変形するように構成され、
その外包袋の膨張収縮変形によって、前記外包ラミネート材が前記熱処理対象部材に対し接離するように構成されていることを特徴とする熱処理システム。

【0019】

［１１］前記熱処理対象部材は、複数の単電池を備えた電池パックによって構成されている前項９または１０に記載の熱処理システム。

【発明の効果】

【0020】

発明［１］のシート型伝熱器によれば、付勢手段の付勢力によって外包ラミネート材を熱処理対象部材に確実に密着させることができるため、熱処理対象部材と外包袋内の熱媒体との間の伝熱性を十分に向上させることができ、効率良く熱交換することができる。

【0021】

発明［２］のシート型伝熱器によれば、外包袋内に複数の付勢手段が分散して配置されているため、外包ラミネート材のほぼ全域において熱処理対象部材に密着させることができ、一層効率良く熱交換することができる。

【0022】

発明［３］のシート型伝熱器によれば、付勢手段が外包ラミネート材に固定されているため、付勢手段の位置ずれを防止できて、付勢手段が偏った状態に配置されるのが防止でき、外包ラミネート材を熱処理対象部材に対しより安定した状態に密着させることができる。

【0023】

発明［４］のシート型伝熱器によれば、付勢手段が、熱媒体の流通により外包袋の膨張変形時にはその膨張を抑制するように付勢するとともに、熱媒体の流通停止により外包袋の収縮変形時には外包袋の厚さを確保するように作用するため、膨張時と収縮時との間の外包袋の弾性変形量を小さくでき、外包袋の外包ラミネート材が必要以上に伸縮するのを抑制できて、外包ラミネート材へのストレスを軽減することができる。このため短期間のうちに外包ラミネート材の伸びが戻らなくなり、外包ラミネート材２０に有害なたるみ等の塑性変形や疲労破壊が生じるような不具合を確実に防止でき、耐久性も十分に向上させることができる。

【0024】

発明［５］のシート型伝熱器によれば、付勢手段を外包ラミネート材に対し熱融着によって確実に固定することができる。

【0025】

発明［６］のシート型伝熱器によれば、外包袋の膨張収縮による弾性変形量を所定の範囲内に調整できるため、外包ラミネート材に有害なたるみ等の塑性変形や疲労破壊が生じるような不具合をより確実に防止でき、耐久性をより一層向上させることができる。

【0026】

発明［７］のシート型伝熱器によれば、外包ラミネート材の外面側に外面側樹脂層が設けられているため、その外面側樹脂層が保護層として機能し、十分な耐食性を得ることができ、ひいては耐久性をさらに向上させることができる。

【0027】

発明［８］のシート型伝熱器によれば、外包袋内に伝熱フィンが配置されているため、伝熱性をより一層向上させることができる。

【0028】

発明［９］の熱処理システムによれば、上記発明のシート型伝熱器が採用されているため、上記と同様に効率良く熱交換することができる。

【0029】

発明［１０］の熱処理システムによれば、外包袋の膨張収縮変形によって、外包ラミネート材が熱処理対象部材に対し接離するように構成しているため、熱処理対象部材に対する熱供給時には外包ラミネート材が熱処理対象部材に密着する一方、熱供給停止時には離間することになる。このため、熱処理対象部材に対する熱の供給／遮断の切替を遅延なく適切に行うことができ、より一層熱交換効率を向上させることができる。

【0030】

発明［１１］の熱処理システムによれば、電池パックを適切に冷却または加熱できるようにした電力供給システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1A】図１Ａはこの発明の第１実施形態である自動車用電池パックの熱処理システムにおいて非作動状態の側面断面図である。

【図1B】図１Ｂは第１実施形態である自動車用電池パックの熱処理システムにおいて作動状態の側面断面図である。

【図2】図２は第１実施形態の自動車用電池パックの熱処理システムに適用されたシート型伝熱器を示す図であって、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）の２Ｂ－２Ｂ線断面図、図（ｃ）は図（ａ）の２Ｃ－２Ｃ線断面図である。

【図3】図３は第１実施形態のシート型伝熱器に適用された付勢手段（ばね部）を示す図であって、図（ａ）は正面図、図（ｂ）は平面図である。

【図4】図４はこの発明の第２実施形態である自動車用電池パックの熱処理システムに適用されたシート型伝熱器を示す図であって、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）の４Ｂ－４Ｂ線断面図である。

【図5】図５は第２実施形態のシート型伝熱器に適用された付勢手段（ばね部）を示す図であって、図（ａ）は正面図、図（ｂ）は平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

＜第１実施形態＞
図１Ａおよび図１Ｂはこの発明の第１実施形態であるシート型伝熱器が適用された自動車用電池パックの熱処理システムを示す側面断面図、図２はその自動車用電池パックの熱処理システムにおけるシート型伝熱器１を示す図である。

【0033】

これらの図に示すように、この自動車用電池パックの熱処理システムは、複数の小型単電池５１が並列に配置された組電池によって構成された電池パック（電池モジュール）５と、その電池パック５の各単電池５１を冷却または加熱するためのシート型伝熱器１とを備えている。

【0034】

シート型伝熱器１は、扁平な袋状の外包袋２と、外包袋２の内部に配置された付勢手段としての複数の付勢手段としてのばね部３とを備えている。外包袋２は、平面視矩形状に形成されており、２枚（一対）の外包ラミネート材２０，２０がその外周縁部が熱接着（熱融着）によって接合一体化されることにより形成されている。

【0035】

また外包袋２の長さ方向（図２の左右方向）の両端部には、バルブ等とも称される出入口パイプ１１，１１が設けられている。この出入口パイプ１１，１１は硬質合成樹脂によって構成されており、外包袋２を構成する２枚の外包ラミネート材２０，２０の両端部間に挟み込まれた状態で、出入口パイプ１１，１１の外周面と各外包ラミネート材２０，２０の内面とが熱接着（熱融着）されることによって、両出入口パイプ１１，１１が外包袋２に気密および水密を確保しつつ貫通した状態に取り付けられている。なお出入口パイプ１１は、外包袋２との接着性を向上させるために、後述する外包袋２の内面側樹脂層２３を構成する樹脂と同種の樹脂によって構成するのが好ましい。

【0036】

外包袋２の内部の空間部は、熱媒体流路２５として構成されている。そして、２つの出入口パイプ１１，１１のうち、一方の出入口パイプ１１から熱媒体、例えば冷却用の冷水等の冷媒や、加熱用の温水等の熱媒が外包袋２内の熱媒体流路２５に流入され、その流入された熱媒体が熱媒体流路２５を通って他方の出入口パイプ１１から外包袋２の外部に流出されるように構成されている。

【0037】

本第１実施形態において外包ラミネート材２０は、柔軟性～可撓性を有するラミネートシートによって構成されている。ラミネートシートは、金属箔製の金属層２１と、その金属層２１の外面側に接着剤を介して積層された樹脂フィルム～樹脂シート製の外面側樹脂層２２と、金属層２１の内面側に接着剤を介して積層された樹脂フィルム～樹脂シート製の内面側樹脂層２３とを備えている。なお本実施形態において、「箔」という用語は、フィルム、薄板、シートも含む意味で用いられている。

【0038】

金属層２１としては、銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔、メッキ加工した銅箔、ニッケル箔と銅箔とがクラッドされたニッケル・銅クラッドメタルの中から選択されたものを好適に用いることができる。なお本実施形態において、「銅」「アルミニウム」「ニッケル」という用語は、それらの合金も含む意味で用いられている。

【0039】

金属層２１は、伝熱層や集熱層とも称されるものであり、厚みが８μｍ～３００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは１００μｍ以下のものを用いるのが良い。

【0040】

外面側樹脂層２２を構成する樹脂としては、ポリエステル系樹脂、延伸ナイロン、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等）の中から選択される樹脂を好適に用いることができる。

【0041】

外面側樹脂層２２は、絶縁層、被覆層とも称されるものであり、厚みが１μｍ～１００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは３０μｍ以下のものを用いるのが良い。

【0042】

内面側樹脂層２３を構成する樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂（無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ））等のポリオレフィン系樹脂、その変性樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等の熱融着性の樹脂フィルムや樹脂塗工膜を好適に用いることができる。

【0043】

内面側樹脂層２３は、熱融着性樹脂層とも称されるものであり、厚みが２０μｍ～５０００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは１０００μｍ以下のものを用いるのが良い。

【0044】

図２および図３に示すように外包袋２の内部に配置されるばね部３は、コイルばね（コイルスプリング）によって構成されるばね本体３１と、ばね本体３１の両端に固定される平面視円板状の取付板３５，３５とを備えている。

【0045】

ばね本体３１を構成するコイルばねの材質としては、特に限定されるものではなく、一般的な鉄鋼等やリン青鋼等の金属の他に、ゴムやプラスチック等の非金属を用いるようにしても良い。

【0046】

取付板３５の一面（内面側）には、中央部が膨出するようにばね本体取付凸部３６が一体に形成されている。このばね本体取付凸部３６をばね本体３５の両端部に嵌め込んだ状態で、取付板３５，３５がばね本体３１の両端部に固定されている。

【0047】

取付板３５の材質としては、熱融着性の樹脂を用いるのが良く、より好ましくは外装ラミネート材２０の内面側樹脂層２３と同種の樹脂を用いるのが好ましい。すなわちこのような樹脂を用いることによって、後述するようにばね部３の取付板３５を外装ラミネート材２０の内面側樹脂層２３に熱融着する際に、その融着を確実に行うことができるからである。もっとも本発明においては、ばね部３を外装ラミネート材２０に接着剤を用いて接着しても良く、さらに本発明においては、後述の説明から理解できるようにばね部３を外装ラミネート材２０に必ずしも固定する必要がないため、取付板３５等、ばね部３における外装ラミネート材２０と接触する部分の材質は、特に限定されるものではない。

【0048】

このばね部３が外包袋２の内部に複数配置されて、各ばね部３の両端、つまり取付板３５が熱融着によって外装ラミネート材２０の内面側樹脂層２３に接着固定される。

【0049】

ここで本第１実施形態において、外包袋２の厚さ方向に直交する方向（図２（ａ）の上下左右方向）を平面方向としたとき、複数のばね部３は、外包袋２の内部において千鳥状に配置されることにより、平面方向に分散した状態に配置されている。

【0050】

なお図示は省略するが、外包袋２の内部には、ばね部３が配置されていない部分に伝熱フィンが設けられている。伝熱フィンとしては、その材質は特に限定されるものではないが、より伝熱性を確保するには、金属製や金属ラミネート製のものを用いるのが好ましい。金属製の伝熱フィンを用いる場合には外包袋２の外包ラミネート材２０における金属層２１に、アーク溶接や高周波シール等によって接合一体化するようにすれば良い。なお伝熱フィンは、一対の外包ラミネート材２０，２０のうちいずれか一方に固定するものである。

【0051】

本第１実施形態において、シート型伝熱器１は以上の構成を備えており、２本の出入口パイプ１１のいずれか一方の出入口パイプ１１に外管として熱媒体流入管が連結固定されるとともに、他方の出入口パイプ１１に外管として熱媒体流出管が連結固定される。

【0052】

そして冷媒流入管から一方の出入口パイプ１１を介して外包袋２内に熱媒体が流入されると、その熱媒体が外包袋２内の熱媒体流路２５を通って他方の出入口パイプ１１を介して冷媒流出管に流出される。こうして外包袋２（熱媒体流路２５）内に熱媒体を循環させた状態、つまり作動状態では図１Ｂに示すように、熱媒体流路２５内を流通する熱媒体の水圧（流体圧）が上昇することにより、外包袋２が厚さ方向に拡大して、一対の外包ラミネート材２０，２０が離間するように膨張変形する。この膨張変形時には、ばね部３が伸長して伸長状態となるため、その弾性復元力によって引張力が作用して、膨張変形が抑制されて過度に膨張しないようになっている。

【0053】

また外包袋２内への熱媒体の流入を停止した状態、つまり非作動状態では図１Ａに示すように、外包袋２内の流体圧が低下することにより、外包袋２が厚さ方向に縮小して、一対の外包ラミネート材２０，２０が接近するように収縮変形する。この収縮変形時には、ばね部３が自然状態～少し圧縮した状態となり一対の外包ラミネート材２０，２０間のスペーサとして機能し、その間の間隔が保持されて、外包袋２が所定の厚さに保持される。なお非作動状態で外包袋２が収縮変形した状態であっても、ばね部３は圧縮変形可能な状態となっており、外力等によってばね部３を圧縮変形させつつ、外包袋２をさらに収縮変形させることは可能である。

【0054】

以上の構成のシート型伝熱器１における外包袋２の外包ラミネート材２０の外面に、電池パック５の複数の単電池５１の各端面が対向するように、電池パック５にシート型伝熱器１が組み込まれることにより本第１実施形態の熱処理システムが形成されている。この熱処理システムでは図１Ａに示すように、外包袋２が収縮している非作動状態において、各単電池５１と、外包ラミネート材２０の外面との間に隙間Ｓが形成されている。

【0055】

以上のように構成された本第１実施形態の自動車用電池パックの熱処理システムにおいて、電池パック５の各単電池５１を冷却または加熱する場合、シート型伝熱器１を作動させて、冷却用または加熱用の熱媒体を外包袋２内に循環させる。これにより図１Ｂに示すように、外包袋２が膨張するため、外包ラミネート材２０が全ての単電池５１に隙間なく密着する。こうして各単電池５１は、それに密着した外包ラミネート材２０を介して、循環する熱媒体によって冷却または加熱される。

【0056】

この熱処理システムによれば、外包袋２を膨張させて外包ラミネート材２０を各単電池５１に密着させるようにしているため、寸法誤差や充放電の繰り返しにより、各単電池５１のサイズにバラツキが生じたとしても、外包ラミネート材２０を全ての単電池５１に隙間なく密着させることができる。その上さらにばね部３の復元力によって、膨張変形する外包袋２を収縮方向に付勢するようにしているため、外包ラミネート材２０の平面方向全域において偏りなく均等に膨張するようになり、外包ラミネート材２０の一部、例えば中央部のみが他の部分よりも異常に膨張する等の不具合を防止でき、この点からも、外包ラミネート材２０を全ての単電池５１に隙間なく密着させることができる。このようにシート型伝熱器１を全ての単電池５１に隙間なく均等に密着させることができるため、各単電池５１および熱媒体間の伝熱性を十分に向上させることができ、効率良く熱交換することができる。

【0057】

また本第１実施形態の熱処理システムにおいては、ばね部３が外包袋２の膨張変形時には膨張を抑制するように付勢するとともに、収縮変形時には外包袋２の厚さを確保するように作用するため、膨張時と収縮時との間の外包袋２の弾性変形量を小さくでき、外包袋２の外包ラミネート材２０が必要以上に伸縮するのを抑制できて、ラミネート材２０へのストレスも軽減することができる。このため短期間のうちに外包ラミネート材２０の伸びが戻らなくなり、外包ラミネート材２０に有害なたるみ等の塑性変形や、疲労破壊が生じるような不具合を確実に防止でき、耐久性も十分に向上させることができる。

【0058】

また本第１実施形態の熱処理システムにおいては、熱媒体を流入している作動時にはシート型伝熱器１の外包ラミネート材２０が各単電池５１に密着して熱が供給される一方、熱媒体の流入を停止している非作動時には外包ラミネート材２０が各単電池５１から離間して熱の供給が遮断されるようにしているため、熱媒体の流入を停止すると直ちに、供給が遮断されるとともに、熱媒体の流入を開始すると直ちに、熱の供給が開始される。従って、熱の供給／遮断の切替を遅延なく適切に行うことができ、複雑かつ微妙な温度制御も可能となるため、単電池５１等の熱処理対象部材の温度管理をより一層適確に行うことができ、より一層熱交換効率を向上させることができる。

【0059】

また本第１実施形態の熱処理システムにおいては、ばね部３を外包袋２に融着固定しているため、ばね部３が位置ずれするような不具合も防止でき、製品価値を一層向上させることができる。

【0060】

ここで本実施形態では、シート型伝熱器１において非作動時の外包袋２の厚さに対し、作動時の外包袋２の厚さを５００％未満に設定するのが良く、より好ましくは１５０％以下に設定するのが良い。すなわち外包袋２の厚さを上記の範囲に設定する場合には、電池パック５の各単電池５１のサイズにバラツキがあったとしても、外包袋２の外包ラミネート材２０を各単電池５１により一層確実に密着させることができつつも、外包材２の膨張範囲を制限することができるため、外包ラミネート材２０に有害なたるみ等の塑性変形や疲労破壊が生じるような不具合をより確実に防止で、耐久性をより一層向上させることができる。

【0061】

＜第２実施形態＞
図４はこの発明の第２実施形態である自動車用電池パックの熱処理システムに適用されたシート型伝熱器１を示す図、図５はその第２実施形態のシート型伝熱器１に適用されたばね部３を示す図である。

【0062】

両図に示すようにこの第２実施形態においてはシート型伝熱器１に適用される付勢手段としてのばね部３が、ポリエチレン樹脂等の合成樹脂の一体成形品によって構成されている。このばね部３は、複数の板ばね３２が上下に積み重ねるように配置された状態で一体成形されたばね本体３１と、ばね本体３１の両端に一体成形された取付板３５，３５とを備えている。このばね部３においては、上記と同様な理由、つまり外包ラミネート材２０の内面側樹脂層２３との熱融着性を考慮して、内面側樹脂層２３の樹脂と同種の樹脂によって構成するのが好ましい。

【0063】

このばね部３が、外包袋２の内部に、長さ方向（図４（ａ）の左右方向）および幅方向（同図の上下方向）にそれぞれ適宜間隔をおいて複数並んで分散して配置された状態で、各ばね部３の両端部における取付板３５，３５が一対の外包ラミネート材２０の内面側樹脂層２３にそれぞれ熱融着によって固定されている。

【0064】

このシート型伝熱器１が上記第１実施形態と同様に自動車用電池パック５に組み付けられて、本第２実施形態の自動車用電池パックの熱処理システムが形成されている。

【0065】

この第２実施形態の自動車用電池パックの熱処理システムにおいて、他の構成は上記第１実施形態と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。

【0066】

この第２実施形態の自動車用電池パックの熱処理システムにおいても、上記と同様の作用効果を得ることができる。

【0067】

＜変形例＞
上記実施形態では、非作動状態においてシート型伝熱器１と電池パック５の単電池５１との間に隙間Ｓを設ける場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては、非作動状態であっても外包ラミネート材２０と単電池５１とを接触させて配置するようにしても良い。この場合、付勢手段としてのばね部３の圧縮に対する反発復元力、つまり伸長する方向への付勢力によって、外包ラミネート材２０を全ての単電池５１に隙間なく確実に密着させることができる。このため、上記と同様に、各単電池５１および熱媒体間の伝熱性を十分に向上させることができ、効率良く熱交換することができる。

【0068】

さらにこのように非作動状態において、ばね部３の付勢力によって外包ラミネート材２０を各単電池５１に弾性密着させる場合には、ばね部３を外包ラミネート材２０に必ずしも接着等により固定する必要がなく、ばね部３を外包ラミネート材２０に対し非固定状態（非接着状態）としておいても、ばね部３の付勢力によって外包ラミネート材２０を各単電池５１に確実に密着させることができる。従って本発明においては、ばね部３の両端部のうち、一端部だけを一方の外包ラミネート材２０に固定し、かつ他端部を他方の外包ラミネート材２０に対し非固定状態としても良いし、ばね部３の両端部を一対の外包ラミネート材２０，２０に対し共に非固定状態としても良い。

【0069】

もっとも外包袋２が膨張した際のばね部３による引張力を作用させたり、ばね部３の位置決めを行う場合には、上記実施形態のようにばね部３をラミネート材２０に融着等によって固定するのが好ましい。

【0070】

また上記実施形態においては、ばね部３のばね本体３１として、コイルばねや板ばねを用いる場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明において、ばね本体３１は、どのような構成でも良い。上記以外の構成としては例えば、形状が異なる渦巻ばねや形状や材質が異なる合成ゴムやシリコンゴム等を挙げることができる。

【0071】

また、上記実施形態においては付勢手段としてのばね部３が、ばね本体３１とその両端部に固定された取付板３５，３５とによって構成されているが、それだけに限られず、本発明において付勢手段は、取付板を必ずしも必要とするものではなく、ばね本体のみで構成するようにしても良い。

【0072】

また上記実施形態においては、外包袋３を２枚のラミネート材２０，２０によって形成する場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては例えば、１枚のラミネート材を２つ折りに折り重ねて、重なり合ったラミネート材（一対のラミネート材）のうち、折り返し部を除く外周縁部を熱融着等によって接着することにより、袋状の外包袋を形成するようにしても良い。従って本発明においては、外包袋を１枚のラミネート材によって構成しても良い。さらに言うまでもなく、本発明において外包袋を３枚以上のラミネート材によって構成するようにしても良い。

【0073】

また上記実施形態においては、ばね部３における取付板３５を外包ラミネート材２０の内面側樹脂層２３と同種の樹脂材料によって構成するようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、付勢手段の少なくとも外包ラミネート材２０の内面側樹脂層２３と接触する部分を、内面側樹脂層２３と同種の樹脂材料によって構成すれば、付勢手段を外包ラミネート材に接着することによって確実に固定することができる。

【0074】

また上記実施形態においては、本発明のシート型伝熱器（熱処理システム）を自動車用電池パック回りの熱対策として用いる場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては、熱対策を行う熱処理対象部材は限定されるものではない。上記自動車用電池パック以外の熱処理対象部材としては、例えば自動車の電動機、産業機械、家電、情報端末等の電力駆動機器の主電力を制御するための電力用半導体素子（パワーモジュール）回り、パーソナルコンピュータのＣＰＵ（中央演算処理装置）回り、家庭用または業務用蓄電池回り、パーソナルコンピュータの電池パック（電池モジュール）回り、液晶テレビ、有機ＥＬテレビ、プラズマテレビのディスプレイ回りの熱対策や、床暖房設備、寒冷地域での屋根、通路、道路等の融雪設備としても用いることもできる。

【0075】

＜実施例＞
図２に示すシート型伝熱器１に準拠して、以下のように実施例のシート型伝熱器１を製作した。

【0076】

（１）外包ラミネート材（基材）２０として、１００μｍ厚のアルミニウム箔（金属層２１）の一面（外面）に接着剤を介して１２μｍ厚のＰＥＴ製の外面側樹脂層２２が積層され、金属層２１の他面（内面）に接着剤を介して４０μｍ厚のＬＬＤＰＥ製の内面側樹脂層２３が積層されたシート材（PET12/接着剤/AL100/接着剤/LLDPE40）を、縦１６９ｍｍ×横１１９ｍｍでコーナーＲ４の金型を用いて深さ３ｍｍにエンボス成形したラミネートシートを２枚準備した。

【0077】

（２）ばね部（付勢手段）３の取付板３５として、直径１５ｍｍに打ち抜いた厚さ１ｍｍの架橋ポリエチレン製の取付板基材において、厚さ方向に０．５ｍｍから上部の位置を直径１０ｍｍに加工してばね本体取付凸部３６を形成した取付板３５を複数個準備した。またばね本体３１として、線径φ０．２ｍｍ、巻き部外径１２ｍｍ、高さ４ｍｍのステンレス製コイルばねを複数個準備した。そしてそのばね本体３１の両端に、取付板３５をそのばね本体取付凸部３５を利用して固定することにより、高さ６ｍｍのばね部（スプリング部）３を複数個準備した。

【0078】

上記（１）で製作した２枚の外包ラミネート材２０，２０のうち、一方の外包ラミネート材２０における内面側樹脂層２３の四隅および中央部周辺の４箇所に、上記（２）で製作したばね部３を配置するとともに、縦方向両端（長さ方向両端）に、内径φ８ｍｍの架橋ポリエチレン製の出入口パイプ（バルブ）１１，１１を設置した状態で、その一方の外包ラミネート材２０の上に、他方の外包ラミネート材２０を重ね合わせて、シール金型を用いて出入口パイプ１１，１１を含む、両外装ラミネート材２０，２０の外周縁部を熱融着して固定すると同時に、各ばね部３の取付板３５，３５と両外装ラミネート材２０，２０の内面側樹脂層２３，２３との間を熱融着して固定し、実施例のシート型伝熱器１を製作した。なお熱融着時の熱シールは、温度２００℃、圧力０．２ＭＰａで３秒間行った。

【0079】

【表1】

【0080】

上記実施例のシート型伝熱器１に対し、外包ラミネート材２０，２０の変形量に関する試験を実施した。すなわち、実施例のシート型伝熱器１の一方側の出入口パイプ１１から水を水圧０．２ＭＰａで外包袋２内に流入させて、他方側の出入口パイプ１１から流出させる通水処理を３分間保持した後、水圧を０ＭＰａまで戻すという操作を１サイクルの膨張収縮処理として、そのサイクルを５０回繰り返し行った。そして膨張収縮処理を所定の回数行った段階で、シート型伝熱器１における最も変形量が大きかった中央部の外包ラミネート材２０の厚みを測定した。

【0081】

その結果を表１に示す。表１から明らかなように、水圧をかけて外包ラミネート材２０が膨張した状態でのシート厚みと、水圧を取り除いて外包ラミネート材２０が収縮した状態でのシート厚みとのいずれの厚みにおいても、膨張収縮処理の回数にかかわらず、変形量はほぼ一定で変化がほとんど認められなかった。従って、実施例のシート型伝熱器１においては、長期間の使用により膨張収縮が繰り返されたとしても、外包ラミネート材２０にたるみ等の有害な塑性変形や疲労破壊が生じることがなく、十分な耐久性を備えているのが判る。

【産業上の利用可能性】

【0082】

この発明のシート型伝熱器は、自動車用の電池パックを冷却または加熱するための自動車用電池パックの熱処理システムとして好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0083】

１：シート型伝熱器
２：外包袋
２０：外包ラミネート材
２１：金属層
２２：外面側樹脂層（樹脂層）
２３：内面側樹脂層（樹脂層）
３：ばね部（付勢手段）
５：電池パック（電池モジュール）
Ｓ：隙間

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】