(57)【要約】【課題】充放電する電池から発生する熱を電力に変換して利用することにより、熱として無駄に廃棄する電力エネルギーを少なくして、電力を有効に使用する。【解決手段】電源装置は、充電又は放電している電池１の熱を電力に変換する熱電変換素子２と、この熱電変換素子２で発電された電力を電池１の充放電電力に供給するコントローラ３とを備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電又は放電している電池（１）の熱を電力に変換する熱電変換素子（２）と、この熱電変換素子（２）で発電された電力を電池の充放電電力に供給するコントローラ（３）とを備える電池の電源装置。
【請求項２】
リフレッシュ放電している電池（１）の電力を蓄える蓄電器（４）と、リフレッシュ放電している電池（１）の熱を電力に変換する熱電変換素子（２）と、この熱電変換素子（２）で発電される電力を蓄電器（４）に供給して蓄えるコントローラ（３）とを備え、
リフレッシュ放電している電池（１）の電力と熱電変換素子（２）の電力の両方を蓄電器（４）に蓄え、蓄えた電力でリフレッシュ放電した電池（１）を再充電するようにしてなる電池の電源装置。
【請求項３】
蓄電器（４）が二次電池又はコンデンサーである請求項２に記載される電池の電源装置。
【請求項４】
リフレッシュ放電している電池（１）の熱を電力に変換する第１熱電変換素子（２Ａ）に加えて、ラインインピーダンスによる発生熱を電力に変換する第２熱電変換素子（２Ｂ）と、蓄電器の熱を電力に変換する第３熱電変換素子（２Ｃ）と、回路構成部品による発生熱を電力に変換する第４熱電変換素子（２Ｄ）の少なくとも１つを備える請求項２に記載される電池の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池を充放電するときに発生する熱を有効に利用する電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池は、充放電するときに化学反応により熱が発生する。また、電池を動作させる回路や線路インピーダンスも、流れる電流によってジュール熱を発生させる。熱は電池や回路部品を劣化させ、あるいは故障させる原因となる。このため、熱を外部に有効に放熱して、電池や回路部品を冷却する必要がある。電池や回路の熱は、供給する電力の一部が有効に使用されずに熱に変換されたものであるから、これを放熱するとエネルギーの損失となって外部に廃棄されることになる。
【０００３】
さらに、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池等は、浅い充放電を繰り返すと、メモリ効果により実質的に使用できる容量が小さくなる。この状態は、電池を深く放電するリフレッシュ放電で解消できる。リフレッシュ放電は、電池に負荷抵抗を接続して強制的に放電される。このとき、負荷抵抗には多量のジュール熱が発生するので、強制冷却して熱を放散する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
強制冷却して冷却することは大切であるが、このことはエネルギー損失となって、電気エネルギーを無駄に消費する。とくに、リフレッシュ放電にあっては、放電した後に再充電するが、放電した電力を熱として完全に廃棄するので、再充電するために、多量の電気エネルギーを必要とする。
【０００５】
リフレッシュ放電は、電池を放電した後に再充電するので、電池に蓄えていた電気エネルギーをいかにして有効に利用できるかが大切である。さらに、リフレッシュ放電に限らず、限られた電気エネルギーを有効に使用することが要求されるハイブリッドカーや電気自動車等にあっては、電池に蓄えている電気エネルギーを有効に利用することが大切である。
【０００６】
本発明は、電池に蓄えている電力をできるかぎり有効に利用することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、充放電する電池から発生する熱を電力に変換して利用することにより、熱として無駄に廃棄する電力エネルギーを少なくして、電力を極めて有効に使用できる電池の電源装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の電源装置は、充電又は放電している電池１の熱を電力に変換する熱電変換素子２と、この熱電変換素子２で発電された電力を電池１の充放電電力に供給するコントローラ３とを備える。熱電変換素子２は、電池１の熱を回収して電力に変換する。電池１を充電しているときに発生する熱電変換素子２の出力は、充電回路の出力に加えられて電池１の充電に使用される。また、電池１を放電させて負荷に電力を供給しているときに発生する熱電変換素子２の出力は、電池１の出力に加算されて負荷に供給される。
【０００８】
本発明の請求項２の電源装置は、リフレッシュ放電している電池１の電力を蓄える蓄電器４と、リフレッシュ放電している電池１の熱を電力に変換する熱電変換素子２と、この熱電変換素子２で発電される電力を蓄電器４に供給して蓄えるコントローラ３とを備える。熱電変換素子２は、リフレッシュ放電している電池１の熱を電力に変換して、放電している電池１の出力と、熱電変換素子２の電力の両方を蓄電器４に蓄える。蓄電器４は、蓄えた電力でリフレッシュ放電した電池１を再充電する。蓄電器４は、二次電池又はコンデンサー、あるいは電池とコンデンサーを並列に接続したものである。
【０００９】
本発明の電源装置は、リフレッシュ放電している電池１の熱を電力に変換する第１熱電変換素子２Ａに加えて、ラインインピーダンスによる発生熱を電力に変換する第２熱電変換素子２Ｂと、蓄電器４の熱を電力に変換する第３熱電変換素子２Ｃと、回路構成部品による発生熱を電力に変換する第４熱電変換素子２Ｄの少なくとも一つを備える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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池１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。
【００１１】
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、「特許請求の範囲の欄」、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。
【００１２】
図１に示す電源装置は、電池１と、この電池１の発生熱を回収して電力に変換する熱電変換素子２と、リフレッシュ放電する電池１の電力を蓄える蓄電器４と、熱電変換素子２の出力を充放電電力に供給するコントローラ３と、電池１を充電する外部電源５を備える。さらに、図の電源装置は、電池１が負荷６に供給する電力を制御するスイッチング回路７も備える。
【００１３】
電池は充電できる全ての二次電池であるが、とくに、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池のように、浅い充放電を繰り返すとメモリ効果で実質容量が低下するタイプのものが適している。ただし本発明は、リチウムイオン二次電池のように、メモリ効果が問題とならない電池であっても、電池の発生熱を熱電変換素子で電力に変換して充放電の出力に供給することで、省エネルギーにできる。電池は、単数の二次電池とすることもできるが、複数の二次電池を、直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続して、出力を大きくしたものに特に有効である。電池１は大出力になれば、電流が大きくなって発生熱が大きくなるからである。
【００１４】
熱電変換素子２は、電池１を充放電するときに発生する熱を回収して電力に変換する、すなわちゼーベック効果により熱を電力に変換する素子である。ただし、本発明の電源装置は、熱電変換素子として、熱を電力に変換できる全ての素子を使用することができる。図の電源装置は、電池１と、この電池１が充放電され、あるいはリフレッシュ放電されるときに発生する熱を電力に変換する第１熱電変換素子２Ａと、ラインインピーダンスによる発生熱を電力に変換する第２熱電変換素子２Ｂと、リフレッシュ放電する電池１の電力を蓄える蓄電器４に発生する熱を電力に変換する第３熱電変換素子２Ｃと、さらに電源装置を動作させる回路に発生する熱を電力に変換する第４熱電変換素子２Ｄとを備える。
【００１５】
第１熱電変換素子２Ａは、電池１の熱を有効に伝導して回収できるように、電池１に密着して装置される。第２熱電変換素子２Ｂは、電池１の充放電電流が流れるラインに密着して固定されて、ラインに発生するジュール熱を回収して電力に変換する。第３熱電変換素子２Ｃは、蓄電器４の熱を有効に回収して電力に変換できるように、蓄電器４に密着して固定される。第４熱電変換素子２Ｄは、電源装置を動作させる回路の熱を有効に回収して電力に変換できるようにこれ等の回路に密着して固定される。これ等の熱電変換素子２は、熱伝導の優れた接続材を介して、電池、充放電ライン、蓄電器４等に接着される。
【００１６】
コントローラ３は、熱電変換素子２の出力を充放電電力に供給できる電圧に変更する電圧変換回路（図示せず）を内蔵している。熱電変換素子２は、熱を吸収して直流電力を出力するが、その出力電圧は発電電力により変化する。電圧変換回路は、熱電変換素子２の直流出力を充放電の電力に供給できる直流電圧に変換する。電圧変換回路は、熱電変換素子２の出力を最も効率よく電池１の充放電電力に供給できる電圧に変換する。電圧変換回路はＤＣ／ＤＣインバータである。この電圧変換回路は、熱電変換素子２の直流出力を所定の周期の交流に変換するスイッチング回路と、スイッチング回路から出力される交流を電圧変換するトランスと、トランスで出力される交流を整流して直流にする整流回路と、整流回路の出力をフィードバックして直流の出力電圧を制御する制御回路とを備えている。
【００１７】
外部電源５は、電池１を充電するときに電池１に充電電流を供給する。この外部電源５は、コントローラ３に制御されて電池１に充電電流を供給する。コントローラ３は電池１の満充電を検出すると、充電電流を遮断する。さらに、コントローラ３は電池１のリフレッシュ放電を制御する。電池１のリフレッシュ放電は、電池１を放電させて電池電圧が最低電圧になると放電を停止させる。電池１のリフレッシュ放電される電力は、蓄電器４に蓄えられる。
【００１８】
蓄電器４は、二次電池又はコンデンサー、あるいは二次電池にコンデンサーを並列に接続したものである。蓄電器４は、リフレッシュ放電させる電池１の電力を蓄えることができる容量を有する。複数の二次電池を備える電源装置は、二次電池を２系列に分離して、一方の二次電池をリフレッシュ放電するときに他方の二次電池を充電し、これを切り換えて、両方の二次電池をリフレッシュ放電することができる。この電源装置は、電池１の一部を蓄電器４に併用すると共に、蓄電器４として使用する電池１を交互に切り換えて、全ての電池１をリフレッシュ放電する。この電源装置は、リフレッシュ放電するために専用の蓄電器を設ける必要がなく、全体を簡単にできる。
【００１９】
コントローラは以下の動作をして、発生熱を回収して電池の充放電電力に供給する。
（１）　電池を放電させるとき
コントローラ３は、負荷６と電池１との間に配置しているスイッチング回路７をオンにして、電池１を放電させる。電池１の放電電流は負荷６に供給される。このとき、電池１に発生する熱は、第１熱電変換素子２Ａに回収されて電力に変換される。第１熱電変換素子２Ａの出力は、コントローラ３で電圧調整されて負荷６に供給される。この状態で、電池１の出力と、第１熱電変換素子２Ａの出力の両方が負荷６に供給される。この状態でラインに発生する熱は第２熱電変換素子２Ｂで電力に変換され、さらに、回路に発生する熱は第４熱電変換素子２Ｄで電力に変換される。第２熱電変換素子２Ｂと第４熱電変換素子２Ｄで発生する電力は、コントローラ３で電圧変換されて負荷６に供給される。
なお、第１熱電変換素子２Ａ、第２熱電変換素子２Ｂ及び第４熱電変換素子２Ｄで発生する電力は、蓄電器４に供給して蓄電器４に蓄えるようにしても良い。この場合、蓄電器４に蓄えられた電力は、電池１の充電時において、電池１を充電する電力として、電池１に供給される。
【００２０】
（２）　電池を充電するとき
コントローラ３が外部電源５を制御して、外部電源５から電池１に電力を供給して電池１を充電する。充電される電池１に発生する熱は第１熱電変換素子２Ａで電力に変換される。第１熱電変換素子２Ａの出力は、コントローラ３で電圧調整されて電池１に供給される。この状態で、外部電源５の出力と、第１熱電変換素子２Ａの出力の両方が電池１に供給される。ラインに発生する熱は第２熱電変換素子２Ｂで電力に変換され、さらに、回路に発生する熱は第４熱電変換素子２Ｄで電力に変換される。第２熱電変換素子２Ｂと第４熱電変換素子２Ｄで発生する電力は、コントローラ３で電圧変換されて電池１に供給される。電池１が満充電されると、コントローラ３は電池１の充電を停止する。
【００２１】
（３）　電池１をリフレッシュ放電するとき
コントローラ３は、電池１を蓄電器４に接続して、電池１を放電させて放電電力を蓄電器４に供給する。蓄電器４は、電池１の放電電力を蓄える。放電される電池１に発生する熱は第１熱電変換素子２Ａで電力に変換される。第１熱電変換素子２Ａの出力は、コントローラ３で電圧調整されて蓄電器４に供給される。この状態で、電池１の放電電力と第１熱電変換素子２Ａの出力の両方が蓄電器４に供給して蓄えられる。蓄電器４に発生する熱は第３熱電変換素子２Ｃで電力に変換され、ラインに発生する熱は第２熱電変換素子２Ｂで電力に変換され、さらに、回路に発生する熱は第４熱電変換素子２Ｄで電力に変換される。第２熱電変換素子２Ｂと第３熱電変換素子２Ｃと第４熱電変換素子２Ｄで発生する電力は、コントローラ３で電圧変換されて蓄電器４に供給される。電池１が最低電圧まで放電されると、コントローラ３は電池１の放電を停止する。
【００２２】
リフレッシュ放電が完了すると、コントローラ３は蓄電器４に充電された電力で電池１を再充電する。電池１の再充電は、電池１が満充電されるまで充電され、あるいは蓄電器４の電力を完全に電池１に充電するまで行われる。蓄電器４の電力で電池１を満充電できないとき、外部電源５から電池１に充電電流を供給して電池１を充電する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の電池の電源装置は、充放電するときに発生する電池の熱を熱電変換素子で電力に変換して有効に利用するので、熱として無駄に廃棄していた電力エネルギーを有効利用して、電力を極めて有効に使用できる特徴がある。とくに、請求項１の電源装置は、充電又は放電している電池に発生する熱を熱電変換素子で電力に変換し、この熱電変換素子で発電された電力をコントローラでもって電池の充放電電力に供給するので、放電している電池は、電池の出力と熱電変換素子の両方の出力を負荷に供給でき、また充電している電池にあっては、電池の熱を熱電変換素子で電力に変換して、この電力を電池に供給して充電できる。
【００２４】
また、請求項２の電源装置は、リフレッシュ放電している電池の電力を蓄電器に蓄えることに加えて、リフレッシュ放電している電池の熱を熱電変換素子で電力に変換し、熱電変換素子の出力をコントローラでもって蓄電器に蓄える。このため、蓄電器には電池の放電電力のみでなく、電池の熱を電力に変換した電力をも蓄えることができる。さらに、蓄電器に蓄えられた電力は、リフレッシュ放電の完了した電池に供給されて、電池の再充電に利用される。このため、電池を極めて効率よく、省電力にリフレッシュ放電して再充電できる特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる電源装置のブロック図
【符号の説明】
１…電池
２…熱電変換素子　　２Ａ…第１熱電変換素子　２Ｂ…第２熱電変換素子
２Ｃ…第３熱電変換素子　２Ｄ…第４熱電変換素子
３…コントローラ
４…蓄電器
５…外部電源
６…負荷
７…スイッチング回路
【図１】
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