(57)【要約】【課題】熱電変換素子の第１面と第２面の温度差を小さくすることができる温度調節装置を提供すること。【解決手段】温度調節装置２０は、送風機２９と、吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面２４ａ及び第２面２４ｂを有する熱電変換素子２４と、制御装置３２を備える。送風機２９の周囲には、熱電変換素子２４の第２面２４ｂと熱交換される熱媒体が流通する第１の流路４１と、制御装置３２と熱交換される熱媒体が流通する第２の流路４２と、第１の流路４１と第２の流路４２を繋ぐ連通路４３が形成されている。制御装置３２は、第１面２４ａが吸熱を行うときには熱媒体が第１の流路４１に取り込まれ、第１面２４ａが放熱を行うときには熱媒体が第２の流路４２に取り込まれるように送風機２９を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有し、前記第１面により被温調体を温度調節する熱電変換素子と、
内部を流通する熱媒体が前記第２面と熱交換されるように設けられる第１の流路と、
前記第１の流路と連通する第２の流路と、
前記第１の流路又は前記第２の流路に前記熱媒体を供給する供給源と、
前記供給源、前記被温調体及び前記熱電変換素子のうち、少なくとも一つの制御を行うとともに、前記第２の流路の内部を流通する熱媒体と熱交換されるように設けられる制御装置と、を備えた温度調節装置であって、
前記供給源からの熱媒体の供給先を前記第１の流路又は前記第２の流路に切り替える切替手段を備え、
前記制御装置は、前記第１面が吸熱を行うときには前記熱媒体の供給先が前記第１の流路となり、前記第１面が放熱を行うときには前記熱媒体の供給先が前記第２の流路となるように前記切替手段を制御することを特徴とする温度調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有する熱電変換素子を備えた温度調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の温度調節装置としては、例えば、特許文献１に記載の二次電池システムが知られている。
特許文献１に記載の二次電池システムにおいて、二次電池（被温調体）には、二次電池の温度を検出する温度検出部及び二次電池の加熱又は冷却を行うペルチェ素子（熱電変換素子）が設けられている。ペルチェ素子は、二つの金属片をＮ型半導体とＰ型半導体とで接合した素子であり、半導体に電流を流すことにより一方の金属片が冷却され、他方の金属片が加熱される。そして、ペルチェ素子は、一方の金属片が二次電池と対向するように設置され、一方の金属片を加熱又は冷却することにより、二次電池の温度調節を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８２８７８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、ペルチェ素子は、一方の金属片と他方の金属片との温度差が大きいと、熱電変換効率が低下する。このため、ペルチェ素子においては、一方の金属片と他方の金属片の温度差を小さくすることが望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、熱電変換素子の第１面と第２面の温度差を小さくすることができる温度調節装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有し、前記第１面により被温調体を温度調節する熱電変換素子と、内部を流通する熱媒体が前記第２面と熱交換されるように設けられる第１の流路と、前記第１の流路と連通する第２の流路と、前記第１の流路又は前記第２の流路に前記熱媒体を供給する供給源と、
前記供給源、前記被温調体及び前記熱電変換素子のうち、少なくとも一つの制御を行うとともに、前記第２の流路の内部を流通する熱媒体と熱交換されるように設けられる制御装置と、を備えた温度調節装置であって、前記供給源からの熱媒体の供給先を前記第１の流路又は前記第２の流路に切り替える切替手段を備え、前記制御装置は、前記第１面が吸熱を行うときには前記熱媒体の供給先が前記第１の流路となり、前記第１面が放熱を行うときには前記熱媒体の供給先が前記第２の流路となるように前記切替手段を制御することを要旨とする。
【０００７】
これによれば、熱電変換素子の第１面が吸熱を行い、第２面が放熱を行うときには、先ず、第１の流路に熱媒体が流れた後、第２の流路に熱媒体が供給される。第１面が吸熱を行い、第２面が放熱を行うときには、第１面の温度が低下し、第２面の温度が上昇する。熱電変換素子の第２面の温度が上昇するときに第２面に熱媒体を供給することで、第２面と熱媒体との熱交換により第２面の温度が低下し、第１面と第２面の温度差が小さくなる。また、第２面と熱交換された後の熱媒体は、第２の流路に供給されて制御装置と熱交換される。第２の流路に供給された熱媒体は、第２面と熱交換された後の熱媒体であり、第１の流路に供給されたときに比べて温度が高くなっているが、第２の流路にこの熱媒体を供給しない場合に比べて、制御装置に対する冷却効率を向上させることができる。したがって、熱電変換素子の第１面と第２面の温度差を低減しつつ、制御装置の冷却も行うことができる。また、熱電変換素子の第１面が放熱を行い、第２面が吸熱を行うときには、先ず、第２の流路に熱媒体が流れた後、第１の流路に熱媒体が供給される。第１面が放熱を行い、第２面が吸熱を行うときには、第１面の温度が上昇し、第２面の温度が低下する。第２の流路に供給された熱媒体は、制御装置と熱交換されて制御装置を冷却した後、第１の流路に供給される。このため、第１の流路に供給される熱媒体は、制御装置との熱交換によって加熱された熱媒体となる。この熱媒体が第２面と熱交換されることにより、第２面が加熱されて、第１面と第２面の温度差を小さくすることができる。したがって、第１面と第２面の温度差を小さくしつつ、制御装置の冷却を行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱電変換素子の第１面と第２面の温度差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における温度調節装置を示す概要図。
【図２】実施形態における制御装置が行う制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を具体化した一実施形態について図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、電池モジュール１１に温度調節装置２０を設けることで構成されている。
【００１１】
電池モジュール１１は、ケース１２に電池１３（二次電池）を収容してなる。ケース１２の温度調節装置２０側の側壁には、嵌合孔１３ａが形成されている。嵌合孔１３ａには、第１の熱交換器２１が嵌合されている。第１の熱交換器２１は、平板状の基部２２に対して複数のプレート状のフィン２３を一定の間隔をおいて並設して形成されている。そして、基部２２が嵌合孔１３ａに嵌合されるとともに、フィン２３がケース１２の内部に突出するように第１の熱交換器２１が設けられている。第１の熱交換器２１の基部２２において、フィン２３の並設面と反対側の面には、複数（本実施形態では３個）の熱電変換素子２４（ペルチェ素子）が設けられている。熱電変換素子２４は、吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面２４ａ及び第２面２４ｂを有しており、第１面２４ａが第１の熱交換器２１の基部２２に熱的に接合されている。
【００１２】
熱電変換素子２４の第２面２４ｂには、第２の熱交換器２５の基部２６が熱的に接合されている。第２の熱交換器２５は、平板状の基部２６に対して複数のプレート状のフィン２７を一定の間隔をおいて並設して形成されている。第２の熱交換器２５は、収容ケース２８に覆われている。具体的にいえば、収容ケース２８の電池モジュール１１側の側壁には、嵌合孔２８ａが形成されるとともに、この嵌合孔２８ａに第２の熱交換器２５の基部２６が嵌合されることで第２の熱交換器２５は収容ケース２８に設けられている。第２の熱交換器２５のフィン２７は、収容ケース２８内に突出している。収容ケース２８の底部には、収容ケース２８の内部に熱媒体を取り込む供給孔２８ｂが形成されている。
【００１３】
収容ケース２８の内部には、供給源としての送風機２９（クロスフローファン）が設けられている。送風機２９は、回転軸３０と、回転軸３０の回転に伴い回転する複数のブレード３１とを有する。送風機２９を挟んで、第２の熱交換器２５と反対側には、制御装置３２を収容した制御装置用ケース３３が設けられている。本実施形態の制御装置３２は、例えば、電池１３の直流電力の電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、送風機２９及び熱電変換素子２４の制御を行うコントローラ等をまとめてユニット化したものであり、電池１３の放電や、熱電変換素子２４及び送風機２９の駆動に伴い発熱する。
【００１４】
収容ケース２８の内部において、送風機２９の周囲には、熱媒体が流通する温度調節用流路４０が形成されている。温度調節用流路４０は、送風機２９と第２の熱交換器２５との間に形成された第１の流路４１と、送風機２９と制御装置３２との間に形成された第２の流路４２と、第１の流路４１と第２の流路４２を繋ぐ連通路４３とから形成されている。第１の流路４１は、内部を流通する熱媒体が熱電変換素子２４の第１面２４ａと熱交換されるように設けられている。第２の流路４２は、内部を流通する熱媒体が制御装置３２と熱交換されるように設けられている。また、第２の熱交換器２５のフィン２７は、供給孔２８ｂから収容ケース２８の内部及び収容ケース２８の内部から供給孔２８ｂに向けて熱媒体の流れる方向に沿ってフィン２７の長手方向が延びるように設置されている。また、第２の熱交換器２５のフィン２７は、回転軸３０の軸方向に並設されている。
【００１５】
送風機２９と供給孔２８ｂの間には、供給孔２８ｂから収容ケース２８の内部に供給された熱媒体が送風機２９に直接供給されることを防止する仕切板５１が設けられている。
送風機２９は、供給孔２８ｂから収容ケース２８の内部に取り込まれた熱媒体を温度調節用流路４０に供給する。送風機２９は、回転軸３０の回転方向が変更されることで、ブレード３１の回転方向が変更され、これに伴い熱媒体の流れる向きが変更される。本実施形態において、送風機２９の回転軸３０の回転方向が正方向のときには、供給孔２８ｂを介して第１の流路４１に熱媒体が取り込まれる（第１の流路４１に熱媒体が供給される）。第１の流路４１に熱媒体が取り込まれると、矢印Ｙ１に示すように、熱媒体は、第１の流路４１→連通路４３→第２の流路４２の順に温度調節用流路４０を流通する。送風機２９の回転軸３０の回転方向が逆方向のときには、供給孔２８ｂを介して第２の流路４２に熱媒体が取り込まれる（第２の流路４２に熱媒体が供給される）。第２の流路４２に熱媒体が取り込まれると、矢印Ｙ２に示すように、熱媒体は、第２の流路４２→連通路４３→第１の流路４１の順に温度調節用流路４０を流通する。したがって、本実施形態において、送風機２９は、熱媒体の供給先を第１の流路４１又は第２の流路４２に切り替える切替手段として機能している。
【００１６】
電池１３には、温度センサ３４が設けられており、温度センサ３４は、制御装置３２に信号接続されている。また、制御装置３２は、送風機２９及び熱電変換素子２４に信号接続されている。そして、制御装置３２は、温度センサ３４から入力される電池１３の温度情報に基づいて電池１３、熱電変換素子２４及び送風機２９の制御を行う。本実施形態の温度調節装置２０は、第１の熱交換器２１、熱電変換素子２４、第２の熱交換器２５、送風機２９、第１の流路４１、連通路４３、第２の流路４２及び制御装置３２から構成されている。
【００１７】
次に、本実施形態の温度調節装置２０の作用を、制御装置３２が行う制御とともに説明する。
図２に示すように、制御装置３２は、温度センサ３４から入力された電池１３の温度から、電池１３の温度調節が必要か否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的にいえば、制御装置３２は、温度センサ３４により計測された電池１３の温度が予め設定された規定温度範囲か否かを判断し、規定温度範囲内の温度であれば温度調節は不要と判定し、規定温度範囲の温度でなければ温度調節が必要と判定する。この規定温度範囲は、電池１３の温度が放電に支障をきたす低温側温度より高く、電池１３の劣化を促進する高温側温度より低い範囲の温度である。ステップＳ１０の判定結果が肯定の場合、すなわち、電池１３の温度が規定温度範囲から外れ温度調節が必要なとき、制御装置３２はステップＳ２０に移行する。一方、ステップＳ１０の判定結果が否定の場合、すなわち、電池１３の温度が規定温度範囲内にあり、温度調節が不要なとき、制御装置３２はステップＳ７０に移行する。
【００１８】
ステップＳ２０において、制御装置３２は、電池１３の冷却が必要か否かを判定する。制御装置３２は、ステップＳ１０において電池１３の温度が規定温度範囲の低温側温度よりも低ければ電池１３の冷却が不要、すなわち、電池１３の加熱が必要であると判定し、電池１３の温度が規定温度範囲の高温側温度よりも高ければ電池１３の冷却が必要であると判定する。ステップＳ２０の判定結果が肯定の場合、制御装置３２は、ステップＳ３０に移行する。一方、ステップＳ２０の判定結果が否定の場合、制御装置３２はステップＳ５０に移行する。
【００１９】
ステップＳ３０において、制御装置３２は、熱電変換素子２４の第１面２４ａが吸熱を行い、第２面２４ｂが放熱を行うように熱電変換素子２４に電流を供給し、ステップＳ４０に移行する。ステップＳ３０において、熱電変換素子２４の第１面２４ａが吸熱を行うことで、第１面２４ａの温度は低下する。そして、ケース１２内の熱媒体が第１の熱交換器２１を介して第１面２４ａと熱交換されて冷却され、この熱媒体によって電池１３が冷却される。一方、熱電変換素子２４の第２面２４ｂが放熱を行うことで、第２面２４ｂの温度は上昇する。
【００２０】
ステップＳ４０において、制御装置３２は、送風機２９の回転軸３０が正方向に回転するように送風機２９を制御する。そして、送風機２９の回転軸３０が正方向に回転することで、熱媒体が供給孔２８ｂを介して収容ケース２８の内部に取り込まれ、この熱媒体は、仕切板５１によって送風機２９への流通を阻害されて第１の流路４１に取り込まれる。第１の流路４１に取り込まれた熱媒体は、第１の流路４１を流通することで第２の熱交換器２５を介して熱電変換素子２４の第２面２４ｂと熱交換されて、第２面２４ｂを冷却する。そして、第１の流路４１を流通した後の熱媒体は、連通路４３を介して第２の流路４２を流通することで、制御装置用ケース３３を介して制御装置３２と熱交換される。制御装置３２は、第２の流路４２を流通する熱媒体と熱交換されることで冷却される。なお、制御装置３２と熱交換される熱媒体は、熱電変換素子２４の第２面２４ｂと熱交換された後の熱媒体であり、第２面２４ｂによって加熱された熱媒体であるが、この熱媒体を第２の流路４２に流通させない場合に比べて、制御装置３２に対する冷却効率が向上する。
【００２１】
一方、冷却が不要な場合、ステップＳ５０において、制御装置３２は、熱電変換素子２４の第１面２４ａが放熱を行い、第２面２４ｂが吸熱を行うように熱電変換素子２４に電流を供給し、ステップＳ６０に移行する。ステップＳ５０において、熱電変換素子２４の第１面２４ａが放熱を行うことで、第１面２４ａの温度が上昇し、ケース１２内の熱媒体が加熱されて電池１３が加熱される。一方、熱電変換素子２４の第２面２４ｂが吸熱を行うことで、第２面２４ｂの温度は低下する。
【００２２】
ステップＳ６０において、制御装置３２は、送風機２９の回転軸３０が逆方向に回転するように送風機２９を制御し、処理を終了する。送風機２９の回転軸３０が逆方向に回転することで、熱媒体が供給孔２８ｂを介して収容ケース２８の内部に取り込まれ、この熱媒体は、仕切板５１によって送風機２９への流通を阻害されて第２の流路４２に取り込まれる。第２の流路４２に取り込まれた熱媒体は、第２の流路４２を流通することで制御装置用ケース３３を介して制御装置３２と熱交換されて、制御装置３２を冷却する。そして、第２の流路４２を流通した後の熱媒体は、連通路４３を介して第１の流路４１を流通することで、第２の熱交換器２５を介して熱電変換素子２４の第２面２４ｂと熱交換される。第１の流路４１を流通する熱媒体は、制御装置３２との熱交換によって加熱された熱媒体となるため、制御装置３２と熱交換されていない熱媒体と比べて、効率よく熱電変換素子２４の第２面２４ｂを加熱することができる。
【００２３】
ステップＳ７０において、制御装置３２は、熱電変換素子２４及び送風機２９が駆動している場合には、熱電変換素子２４及び送風機２９を停止し、熱電変換素子２４及び送風機２９が停止している場合には、停止状態を維持する。
【００２４】
なお、ステップＳ３０とステップＳ４０は、ほぼ同一のタイミングで処理が行われる。同様に、ステップＳ５０とステップＳ６０も、ほぼ同一のタイミングで処理が行われる。すなわち、熱電変換素子２４の第１面２４ａ及び第２面２４ｂの吸熱と放熱の作用が反転するのに同期して送風機２９の回転軸３０の回転方向、すなわち、熱媒体の流通方向も反転する。
【００２５】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）制御装置３２は、熱電変換素子２４の第１面２４ａが吸熱を行い、第２面２４ｂが放熱を行うときには、第１の流路４１から連通路４３を介して第２の流路４２に熱媒体が流通するように送風機２９の回転軸３０を正回転させる。これにより、温度調節用流路４０を流通する熱媒体は、熱電変換素子２４の第２面２４ｂ→制御装置３２の順に熱交換されて、第２面２４ｂ及び制御装置３２が冷却される。また、制御装置３２は、熱電変換素子２４の第１面２４ａが放熱を行い、第２面２４ｂが吸熱を行うときには、第２の流路４２から連通路４３を介して第１の流路４１に熱媒体が流通するように送風機２９の回転軸３０を逆回転させる。これにより、温度調節用流路４０を流通する熱媒体は、制御装置３２→第２面２４ｂの順に熱交換される。制御装置３２は、第２の流路４２を流通する熱媒体で冷却される。熱電変換素子２４の第２面２４ｂは、第１の流路４１を流通する制御装置３２と熱交換されることで加熱された熱媒体と熱交換されることで、加熱される。したがって、第１面２４ａと第２面２４ｂの温度差を小さくしつつ、制御装置３２の冷却を行うことができる。すなわち、熱電変換素子２４の熱電変換効率の低下を抑えつつ、制御装置３２の冷却も行える。
【００２６】
（２）第１の流路４１に熱媒体を供給する送風機と第２の流路４２に熱媒体を供給する送風機を共通化している。すなわち、熱電変換素子２４の第２面２４ｂを加熱又は冷却する熱媒体を供給する送風機と、制御装置３２の冷却を行う熱媒体を供給する送風機を共通化している。このため、第１の流路４１に熱媒体を供給する送風機と第２の流路４２に熱媒体を供給する送風機を個別に設ける場合に比べて、部品点数を削減できる。
【００２７】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態において、被温調体として電池１３以外を採用してもよい。例えば、モータなどの電子機器を採用してもよいし、複数の二次電池からなる電池群を採用してもよい。
【００２８】
○  実施形態において、熱電変換素子２４の第１面２４ａによって加熱又は冷却された熱媒体で電池１３の温度調節を行ったが、第１面２４ａを電池１３に接するように配置して、第１面２４ａによって電池１３を直接温度調節してもよい。
【００２９】
○  実施形態において、送風機２９の回転軸３０の回転方向を反転させることで、第１の流路４１に熱媒体が取り込まれるか、第２の流路４２に熱媒体が取り込まれるか、すなわち、熱媒体の供給先を切り替えたが、これに限られない。例えば。収容ケース２８内に送風機２９からの熱媒体の流通方向を切り替えることのできるダンパーを設けて、ダンパーを切り替えることで熱媒体の供給先（第１の流路４１又は第２の流路４２）切り替えてもよい。この場合、ダンパーが切替手段として機能する。
【００３０】
○  実施形態において、液状の熱媒体を用いてもよい。この場合、供給源として、液状の熱媒体を温度調節用流路４０に供給できるポンプなどを用いる。
○  実施形態において、ステップＳ４０の処理及びステップＳ５０の処理を同期して行ったが、ステップＳ４０の処理とステップＳ５０の処理のタイミングをずらしてもよい。例えば、ステップＳ４０の処理を行った後、所定時間経過したときにステップＳ５０の処理を行ってもよい。ステップＳ４０の処理を行う前に、第１面２４ａが放熱を行い、第２面２４ｂが吸熱を行うように熱電変換素子２４が駆動していた場合には、ステップＳ４０の処理を行った直後には、第２面２４ｂの温度が熱媒体の温度よりも低い場合がある。このような場合に、第２面２４ｂに熱媒体を供給すると、第２面２４ｂの温度上昇を促進してしまうおそれがある。ステップＳ５０の処理のタイミングをずらすことで、第２面２４ｂの温度が第１の流路４１を流通する熱媒体の温度よりも高くなったときに熱媒体を供給することができる。
【００３１】
○  実施形態において、制御装置３２は、電池１３、熱電変換素子２４及び送風機２９のうち少なくとも一つを制御するものであればよい。
○  実施形態において、第１の熱交換器２１及び第２の熱交換器２５を設けず、熱電変換素子２４の第１面２４ａ及び第２面２４ｂが熱媒体と直接熱交換してもよい。
【００３２】
○  実施形態において、制御装置用ケース３３に制御装置用ケース３３内に熱媒体を流入させる流入口と、制御装置用ケース３３内の熱媒体を第２の流路４２に流出させる流出口を形成してもよい。これによれば、第２の流路４２に熱媒体が流れると、熱媒体は制御装置用ケース３３の内部を流通して、制御装置３２を冷却する。このため、熱媒体で制御装置３２を直接冷却することができ、冷却効率が向上する。
【００３３】
○  実施形態において、フィン２３，２７としてピン状のフィンなど、他の形状のフィンを用いてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００３４】
（イ）前記被温調体は二次電池であることを特徴とする請求項１に記載の温度調節装置。
【符号の説明】
【００３５】
１３…被温調体としての電池、２０…温度調節装置、２４…熱電変換素子、２４ａ…第１面、２４ｂ…第２面、２９…供給源としての送風機、３２…制御装置、４１…第１の流路、４２…第２の流路。
【図１】
2014038753.tif 000003
【図２】
2014038753.tif 000004