(57)【要約】      （修正有）【課題】ペルチェ素子を種々の形状の電池表面に広い面積で接触させて、ペルチェ素子と電池との熱伝導を理想的な状態として、ペルチェ素子で効率よく電池を加熱又は冷却できる電源装置を提供する。【解決手段】電源装置は、二次電池と、二次電池の表面に接触されて二次電池を冷却又は加温するペルチェ素子１と、このペルチェ素子１の通電状態と通電方向をコントロールする制御回路とを備える。ペルチェ素子１は、複数のｎ型半導体５とｐ型半導体６を隣接して配設して、隣接して配設されるｎ型半導体５とｐ型半導体６の両面を可撓性のある導電プレート７で電気接続している。電源装置は、ペルチェ素子１を可撓性のあるプレート状として、二次電池の表面に面接触状態で配設している。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池(2)と、二次電池(2)の表面に接触されて二次電池(2)を冷却又は加温するペルチェ素子(1)と、このペルチェ素子(1)の通電状態と通電方向をコントロールする制御回路(3)とを備える電源装置であって、
ペルチェ素子(1)が、複数のｎ型半導体(5)とｐ型半導体(6)を隣接して配設して、隣接して配設されるｎ型半導体(5)とｐ型半導体(6)の両面を可撓性のある導電プレート(7)で電気接続して、ペルチェ素子(1)を可撓性のあるプレート状として、二次電池(2)の表面に面接触状態で配設している電源装置。
【請求項２】
ｎ型半導体(5)とｐ型半導体(6)とを電気接続する可撓性のある導電プレート(7)が導電性プラスチックである請求項１に記載される電源装置。
【請求項３】
可撓性のある導電プレート(7)の表面に絶縁シート(8)を積層している請求項１に記載される電源装置。
【請求項４】
二次電池(2)が円筒型電池で、可撓性のあるプレート状のペルチェ素子(1)を円筒型電池の表面に配設している請求項１に記載される電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池をペルチェ素子で冷却又は加熱する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、低温と高温で電気特性が低下する。温度が非常に低くなると、電池を所定の電流で放電できなくなる。また、実質的に放電できる容量も相当に小さくなる。反対に電池温度が異常に高くなる状態で充放電すると、電池の劣化が甚だしくなって寿命が著しく短くなる。この弊害は、電池温度が異常に低いときに設定温度まで加温し、反対に電池温度が異常に高くなると、設定温度まで冷却して解消できる。このことを実現するために、たとえば車両用の電源装置は、電池を加温するためのヒーターと、電池を冷却するための強制送風機構を備えている。しかしながら、この電源装置は、電池を加温する機構と、電池を冷却する機構の両方を装備する必要があって、構造が複雑になる。
【０００３】
この欠点を解消するために、ペルチェ素子を使用する電源装置が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１７６４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上の公報に記載される電源装置は、ペルチェ素子に流す電流の方向を切り換えて、二次電池を加温又は冷却する。ペルチェ素子が、電流の方向で冷却と加熱に切り換えできるからである。したがって、この電源装置は、ペルチェ素子を二次電池の冷却と加熱の両方に利用できる。
【０００５】
図１は、ペルチェ素子２１の動作原理を示す概略図である。ペルチェ素子２１は、この図の矢印で示す方向に電流を流すと、ｐ型半導体２６とｎ型半導体２５を接続している上面の金属プレート２７が冷却され、ｐ型半導体２６とｎ型半導体２５の下面の金属プレート２８は加熱される。したがって、図においてｐ型半導体２６とｎ型半導体２５の上面を電池の表面に接触して、矢印で示す方向に通電すると、ペルチェ素子２１は電池を冷却する。同じようにペルチェ素子を電池に接触させて、電流の方向を矢印と逆にすると、ペルチェ素子は電池との接触面が加温されて、電池を加温する。したがって、ペルチェ素子は、電流の方向を切り換える簡単な方法で電池の冷却と加熱の両方をできる。
【０００６】
ただ、ペルチェ素子が電池を効率よく冷却又は加熱するためには、ペルチェ素子と電池との接触面積を大きくする必要がある。しかしながら、ペルチェ素子は可撓性がないので、二次電池の表面に広い面積で接触させるのが難しい。とくに、円筒型電池のように表面を湾曲面とする電池には、広い面積で接触できない欠点がある。また角型電池においても、全面に広い面積でペルチェ素子を接触するのが難しい欠点があった。
【０００７】
本発明は、従来のこのような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、ペルチェ素子を種々の形状の電池表面に広い面積で接触して、ペルチェ素子と電池との熱伝導を理想的な状態として、ペルチェ素子が効率よく電池を加熱又は冷却できる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。電源装置は、二次電池２と、二次電池２の表面に接触されて二次電池２を冷却又は加温するペルチェ素子１と、このペルチェ素子１の通電状態と通電方向をコントロールする制御回路３とを備える。ペルチェ素子１は、複数のｎ型半導体５とｐ型半導体６を隣接して配設して、隣接して配設されるｎ型半導体５とｐ型半導体６の両面を可撓性のある導電プレート７で電気接続している。電源装置は、ペルチェ素子１を可撓性のあるプレート状として、二次電池２の表面に面接触状態で配設している。
【０００９】
本発明の電源装置は、ｎ型半導体５とｐ型半導体６とを電気接続する可撓性のある導電プレート７を導電性プラスチックとすることができる。さらに、本発明の電源装置は、可撓性のある導電プレート７の表面に絶縁シート８を積層することができる。さらにまた、本発明の電源装置は、二次電池２を円筒型電池として、可撓性のあるプレート状のペルチェ素子１を円筒型電池の表面に配設することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電源装置は、ペルチェ素子を種々の形状の電池表面に広い面積で接触させて、ペルチェ素子と電池との熱伝導を理想的な状態として、ペルチェ素子で効率よく電池を加熱又は冷却できる特徴がある。それは、本発明の電源装置のペルチェ素子が、隣接して配設しているｎ型半導体とｐ型半導体の両面を、可撓性のある導電プレートで接続して、ペルチェ素子を可撓性のあるプレート状として、二次電池の表面に面接触状態で配設しているからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００１２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１３】
本発明の電源装置は、ハイブリッドカー、電気自動車、あるいは燃料電池車等の車両に搭載されて車両を走行させるモーターを駆動する電源装置として最適である。また、電動自転車や電動オートバイ、さらに電動工具等のように大電流で充放電される用途にも使用できる。車両に搭載される電源装置は、ペルチェ素子を接触させている電池からペルチェ素子に通電し、あるいは電装用のバッテリーからペルチェ素子に通電する。電動オートバイや電動自転車、あるいは電動工具は、ペルチェ素子を接触している電池からペルチェ素子に通電し、あるいは外部電源でペルチェ素子に通電する。
【００１４】
図２は電源装置の概略図である。この図の電源装置は、二次電池２と、二次電池２の表面に接触されて二次電池２を冷却又は加温するペルチェ素子１と、このペルチェ素子１の通電状態と通電方向をコントロールする制御回路３とを備える。
【００１５】
図の電源装置は、複数の二次電池２をケース４に収納している。ケース４は外気を換気できる換気構造としている。この電源装置は、ケース４内に換気する空気で、ペルチェ素子１の外側の熱を外部に放熱し、あるいはペルチェ素子１に空気から熱を供給する。ただし、本発明の電源装置は、必ずしもケースを換気構造とする必要はない。それは、ペルチェ素子の外側面に熱伝導材（図示せず）を接触させて、熱伝導材を介してペルチェ素子に熱を供給し、あるいはペルチェ素子の熱を外部に放熱できるからである。
【００１６】
ケース４に収納する二次電池２を図３と図４に示す。これ等の図に示す二次電池２は、複数の素電池を連結した電池モジュールである。電池モジュールは、充電できる複数の素電池を、直列に直線状に連結している。図の二次電池２は、円筒型電池である素電池を直線状に連結して電池モジュールとしている。円筒型電池は、表面の広い面積に、ペルチェ素子１を接触できる特徴がある。二次電池２である電池モジュールの表面に、ペルチェ素子１を接触させて、ケース４に収納している。
【００１７】
ペルチェ素子１は可撓性のあるシート状で、図５に示すように、二次電池２の外周面に巻き付けて接触させる。図のペルチェ素子１は、両側に沿って、直角に折曲している折曲片９を設けている。ペルチェ素子１は、図３ないし図５に示すように、二次電池２の表面に巻き付ける状態で、両側の折曲片９が積層される幅としている。すなわち、両側の折曲片９間の長さを、二次電池２の円周に等しくし、あるいは円周よりもわずかに狭くしている。幅を円周よりも狭くしているペルチェ素子１は、折曲片９を連結して、ペルチェ素子１を二次電池２の表面に密着できる。
【００１８】
図３と図４は、ペルチェ素子１の折曲片９を貫通する止ネジ１０を、ケース４の周壁に設けたネジ穴１１にねじ込んで固定している。この構造は、止ネジ１０でペルチェ素子１を二次電池２の周囲に固定し、さらに、表面にペルチェ素子１を接触している二次電池２をケース４に固定できる。すなわち、止ネジ１０は、ペルチェ素子１を二次電池２に固定し、さらに二次電池２をケース４に固定するふたつの作用をする。このため、止ネジ１０をねじ込んで、ペルチェ素子１を二次電池２に固定しながら、二次電池２をケース４に固定できるので、組み立てを簡単にできる。
【００１９】
ただ、本発明は、ペルチェ素子を二次電池に接触して固定する構造を、図３ないし図５に示す構造には特定しない。ペルチェ素子は、接着して二次電池の表面に固定することができ、また、図示しないがケースの内面にペルチェ素子を固定し、このケースに二次電池を収納して、ペルチェ素子を二次電池の表面に接触させることもできるからである。
【００２０】
さらに、本発明の電源装置は、二次電池を円筒型電池には特定しない。二次電池２には、図６に示すように、角型電池も使用できる。角型電池の外装缶は、コーナー部において小さい曲率半径で湾曲される。このため、角型電池の表面に接触されるペルチェ素子１は、外装缶の小さい曲率半径で変形できる可撓性のあるシート状のものを使用する。このペルチェ素子１は、角型電池の全周に接触する状態で、二次電池２の表面に広い面積で接触して固定される。
【００２１】
ペルチェ素子１は、図７と図８に示す独特の構造で、可撓性のあるシート状としている。これ等の図に示すペルチェ素子１は、複数のｎ型半導体５とｐ型半導体６を隣接して配設している。隣接して配設しているｎ型半導体５とｐ型半導体６は、両面を可撓性のある導電プレート７で電気接続している。図のペルチェ素子１は、ｐ型半導体６とｎ型半導体５を交互に配設して、縦横に配列している。縦横に配列されるｐ型半導体６とｎ型半導体５は、隣接するもの同士を互いに離して配設している。隣接するｐ型半導体６とｎ型半導体５は、導電プレート７で接続している。導電プレート７は、折り曲げできるように可撓性のある導電性プラスチック、あるいは薄い金属板である。さらに、導電プレート７に可撓性と伸縮性のある導電性プラスチックを使用すると、ペルチェ素子１をさらに変形しやすくなる。
【００２２】
ペルチェ素子１は、高さが等しい複数のｐ型半導体６とｎ型半導体５を同一面に配列して、その両側に第１表面１Ａと第２表面１Ｂを設けている。ｐ型半導体６とｎ型半導体５は、第１表面１Ａと第２表面１Ｂに位置する導電プレート７で接続している。ペルチェ素子１は、図７と図８に示す方向に電流を流すと、第１表面１Ａにある全ての導電プレート７Ａは、ｎ型半導体５からｐ型半導体６に電流を流し、第２表面１Ｂにある全ての導電プレート７Ｂは、ｐ型半導体６からｎ型半導体５に電流を流す。電流の方向を図に示す方向から逆にすると、第１表面１Ａの導電プレート７Ａは、ｐ型半導体６からｎ型半導体５に電流を流し、第２表面１Ｂの導電プレート７Ｂは、ｎ型半導体５からｐ型半導体６に電流を流す。
【００２３】
ペルチェ素子１は、図１の動作原理図に示すように、ｎ型半導体５からｐ型半導体６に電流を流すように接続している導電プレート７が吸熱（冷却）して、その反対側が放熱（加熱）される。したがって、第１表面１Ａを冷却する状態では、第１表面１Ａの全ての導電プレート７Ａは、ｎ型半導体５からｐ型半導体６に電流を流す必要がある。このことを実現するために、第１表面１Ａの全ての導電プレート７Ａは、ｐ型半導体６とｎ型半導体５との間で同じ方向に電流を流すように接続して、全ての導電プレート７が吸熱し、あるいは放熱するようにしている。
【００２４】
第１表面１Ａの全ての導電プレート７Ａは、ペルチェ素子１を平面状とする状態で同一平面に位置する。また、第２表面１Ｂの全ての導電プレート７Ｂも、ペルチェ素子１を平面状とする状態で同一平面に位置する。同一平面に配設される第１表面１Ａにある全ての導電プレート７Ａには、絶縁シート８を積層している。同一平面に配設される第２表面１Ｂにある全ての導電プレート７Ｂにも、絶縁シート８を積層している。絶縁シート８には、優れた絶縁特性があって、熱伝導特性に優れ、しかも可撓性のあるシートが適している。絶縁シート８には、好ましくは熱伝導に優れた可撓性のシート、たとえばプラスチックシートを使用する。絶縁シート８は、隣に配置される導電プレート７を絶縁状態で連結して、ペルチェ素子１全体を可撓性のあるシート状としている。
【００２５】
隣接して配置される導電プレート７は同電位でない。図７のペルチェ素子１は、全てのｐ型半導体６とｎ型半導体５を、導電プレート７を介して互いに直列に接続している。このため、隣接する導電プレート７が互いに接触すると、電流がバイパスされて、全てのｐ型半導体６とｎ型半導体５に通電できなくなる。したがって、縦横に配設している全てのｐ型半導体６とｎ型半導体５は、互いに絶縁して配置され、さらにこれを接続する導電プレート７も隣のものから絶縁される。第１表面１Ａと第２表面１Ｂの導電プレート７を絶縁シート８に積層して接着する構造は、絶縁シート８でｐ型半導体６とｎ型半導体５を絶縁位置に配置しながら、導電プレート７を絶縁状態で連結できる。
【００２６】
以上の構造のペルチェ素子１は、２枚の絶縁シート８の間に、導電プレート７で直列に接続している多数のｐ型半導体６とｎ型半導体５を配設して、全体を可撓性のあるシート状とする。シート状のペルチェ素子１は、図９に示すように、両側に折曲片９を設けると共に、全体を二次電池２に巻き付けて、電池の表面に接触して固定される。
【００２７】
図２に示す電源装置は、制御回路３が、二次電池２の温度を温度センサー１２で検出する。制御回路３は、検出温度が最低温度よりも低くなると、ペルチェ素子１に通電して二次電池２を加温する。このとき、ペルチェ素子１は、二次電池２との接触面が加熱される方向に通電する。二次電池２の温度が設定温度まで上昇すると、制御回路３はペルチェ素子１の通電を遮断する。また、制御回路３は、検出温度が最高温度よりも高くなると、ペルチェ素子１に通電して二次電池２を冷却する。このとき、ペルチェ素子１は、二次電池２との接触面が冷却される方向に通電する。二次電池２の温度が設定温度まで低下すると、制御回路３はペルチェ素子１の通電を遮断する。制御回路３は、二次電池２を電源としてペルチェ素子１に通電し、あるいは外部電源から供給される電力でペルチェ素子１に通電する。
【００２８】
ペルチェ素子１に通電して、二次電池２を加温するとき、ペルチェ素子１の内面である電池との対向面は加熱されて、外側面は冷却される。この状態において、ペルチェ素子１の外側面に熱エネルギーを供給するために、ケース４内に外気を換気して、空気の熱をペルチェ素子１の外側面に供給し、あるいはケース４を介してペルチェ素子１の外側面に熱エネルギーを供給する。また、ペルチェ素子１に通電して、二次電池２を冷却するとき、ペルチェ素子１の内面である電池との対向面は冷却されて、外側面は加熱される。この状態において、ペルチェ素子１の外側面を冷却するために、ケース４内に外気を換気して、ペルチェ素子１の熱を空気中に放熱し、あるいはケース４を介してペルチェ素子１の外側面の熱を放熱させる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ペルチェ素子の動作原理を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる電源装置の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施例にかかる電源装置の一部分解斜視図である。
【図４】図３に示す電源装置の分解斜視図である。
【図５】ペルチェ素子を曲げる状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施例にかかる電源装置の概略図である。
【図７】ペルチェ素子の構造を示す概略斜視図である。
【図８】ペルチェ素子の構造を示す概略断面図である。
【図９】図５に示すペルチェ素子を広げた状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…ペルチェ素子        １Ａ…第１表面          １Ｂ…第２表面
２…二次電池
３…制御回路
４…ケース
５…ｎ型半導体
６…ｐ型半導体
７…導電プレート        ７Ａ…導電プレート      ７Ｂ…導電プレート
８…絶縁シート
９…折曲片
１０…止ネジ
１１…ネジ穴
１２…温度センサー
２１…ペルチェ素子
２５…ｎ型半導体
２６…ｐ型半導体
２７…金属プレート
２８…金属プレート
【図１】
2006127920.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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