(57)【要約】【課題】消費電力を抑えることができる熱電素子駆動装置を提供すること。【解決手段】熱電素子駆動装置１０は、Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子を備えるペルチェモジュール１６と、ペルチェモジュール１６の吸熱側温度及び放熱側温度を検出する第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６と、吸熱側温度と放熱側温度の温度差［Δｔ］を検出する制御部１４を備える。また、熱電素子駆動装置１０は、ペルチェモジュール１６のＣＯＰ、及び電流値［Ｉ］を関連付けたデータを吸熱側温度と放熱側温度の温度差別に記憶する記憶部１９を備える。制御部１４は、検出された温度差［Δｔ］において、ペルチェモジュール１６の要求熱量が得られる複数の電流値［Ｉ］と、ＣＯＰとに基づいて、ペルチェモジュール１６に供給する電流値［Ｉ］を選択する制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電素子と、
前記熱電素子の吸熱側温度及び放熱側温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出された前記吸熱側温度と前記放熱側温度の温度差を検出する温度差検出部と、
前記熱電素子のエネルギー消費効率、及び前記熱電素子への供給電気エネルギー量を関連付けたデータを前記吸熱側温度と前記放熱側温度の温度差別に記憶する記憶部と、
前記温度差検出部によって検出された温度差において、前記熱電素子の要求熱量が得られる複数の供給電気エネルギー量と、前記複数の供給電気エネルギー量における前記エネルギー消費効率とに基づいて、前記熱電素子に供給する供給電気エネルギー量を選択する制御を行う制御部と、を備える熱電素子駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記吸熱側温度と前記放熱側温度の温度差別のデータのうち、前記供給電気エネルギー量を小さくすると前記エネルギー消費効率が上がる特性を示す温度差のデータを使って制御を行う請求項１に記載の熱電素子駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電素子への供給電気エネルギー量を制御可能な熱電素子駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、車両の原動機となる電動機（モータ）への供給電力を蓄える蓄電池が搭載されている。そして、この種の車両には、蓄電池が低温環境下や高温環境下で使用されることを考慮し、蓄電池の温度を適正範囲に維持するための温度調整装置が装備されている。このような温度調整装置としては、ペルチェ素子（熱電素子）を用いたペルチェ素子駆動装置（例えば、特許文献１参照）が挙げられ、このペルチェ素子駆動装置により、蓄電池と熱交換を行うための熱媒体を加温又は冷却し、その加温後又は冷却後の熱媒体により蓄電池の温度が適正範囲に維持される。
【０００３】
一般に、ペルチェ素子は、電気的にほぼ一定の抵抗値をとるとされているが、実際には吸熱側温度と放熱側温度との温度差が小さいときは抵抗値が小さく電流が流れやすく、温度差が大きいときは抵抗値が大きくなり、電流が流れにくくなる。このため、温度差が小さくなるようなペルチェ素子駆動装置の起動時には、定常時よりも電流が多く流れてしまい、その電流値がペルチェ素子の定格を越えてしまう。そこで、特許文献１のペルチェ素子駆動装置は、ペルチェ素子の吸熱側温度と放熱側温度を検出し、その温度差に基づいて印加電圧を調整し、ペルチェ素子に流れる電流の大きさを制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５３８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１のペルチェ素子駆動装置は、温度差に応じて供給する電流の大きさを制御しているだけであり、温度差に応じて決められた一定の大きさの電流が供給される。このため、例えば、温度差が小さく、小電流で足りる場合であっても一定の電流が供給されてしまい、消費電力が不必要に大きくなってしまう恐れがある。
【０００６】
本発明は、消費電力を抑えることができる熱電素子駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、熱電素子と、前記熱電素子の吸熱側温度及び放熱側温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された前記吸熱側温度と前記放熱側温度の温度差を検出する温度差検出部と、前記熱電素子のエネルギー消費効率、及び前記熱電素子への供給電気エネルギー量を関連付けたデータを前記吸熱側温度と前記放熱側温度の温度差別に記憶する記憶部と、前記温度差検出部によって検出された温度差において、前記熱電素子の要求熱量が得られる複数の供給電気エネルギー量と、前記複数の供給電気エネルギー量における前記エネルギー消費効率とに基づいて、前記熱電素子に供給する供給電気エネルギー量を選択する制御を行う制御部と、を備える。
【０００８】
これによれば、制御部は、温度差検出部によって検出された温度差において、熱電素子の要求熱量が得られる複数の供給電気エネルギー量と、エネルギー消費効率とに基づいて熱電素子に供給する供給電気エネルギー量を選択する。熱電素子は、供給電気エネルギー量が大きくても小さくても同じ出力を出力させることができる。このため、複数ある供給電気エネルギー量の中でも、エネルギー消費効率が高くなるように、熱電素子に供給する供給電気エネルギー量を選択することにより、要求熱量を出力させるために不必要な電気エネルギーが供給されることを無くし、熱電素子の消費電力を抑えることができる。
【０００９】
また、前記制御部は、前記吸熱側温度と前記放熱側温度の温度差別のデータのうち、前記供給電気エネルギー量を小さくすると前記エネルギー消費効率が上がる特性を示す温度差のデータを使って制御を行ってもよい。
【００１０】
これによれば、制御部は、熱電素子に供給する電気エネルギー量を小さくしてもエネルギー消費効率が上がらない特性を示す温度差のデータを使っての制御は行わない。よって、制御部による無駄な制御を減らし、制御部の負荷を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、消費電力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の熱電素子駆動装置の構成を示すブロック図。
【図２】ペルチェモジュールを示す側面図。
【図３】（ａ）は実施形態における電流とＣＯＰと各温度差Δｔとの関係を示すグラフ、（ｂ）は比較例における電流とＣＯＰと各温度差Δｔとの関係を示すグラフ。
【図４】各温度差ΔｔでのＣＯＰと電流値との関係を示す図。
【図５】別例のペルチェモジュール駆動装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の熱電素子駆動装置を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
ＥＶやＰＨＶなどの車両には、図１に示すように、電池モジュール１１が搭載されている。電池モジュール１１は、複数個の二次電池ＤＡをケース内に収容して構成されている。また、本実施形態の二次電池ＤＡは、リチウムイオン電池である。そして、二次電池ＤＡに蓄えられている電力は、車両の駆動源として駆動する駆動部に供給される。
【００１４】
車両には、電池モジュール１１を構成する二次電池ＤＡの温度を制御する温調部１３と、温調部１３の動作を制御する制御部１４と、が搭載されている。温調部１３は、熱媒体となる外気を取り込んで電池モジュール１１に供給する送風機１５と、取り込んだ外気を電池モジュール１１に導く図示しない導入路に設けられているとともに取り込んだ外気を所定の温度に加温又は冷却するペルチェモジュール１６と、を備えている。所定の温度とは、二次電池ＤＡの温度を設定温度（目標温度）とするために必要な温度である。なお、二次電池ＤＡの温度は、二次電池ＤＡの表面に取着された温度センサＳによって検出され、温度センサＳの計測結果は、制御部１４に入力される。
【００１５】
また、制御部１４は、温調部１３の動作を制御するための各種処理を実行し、その処理結果をもとに送風機１５とペルチェモジュール１６の動作を制御する。制御部１４は、熱媒体を所定の温度とするために必要な熱量をペルチェモジュール１６が出力し得るようにペルチェモジュール１６に対して供給する電気エネルギー量（電流量）を制御する。ペルチェモジュール１６は、電池モジュール１１から供給される電流量に応じた熱量を発生する。
【００１６】
送風機１５から供給される外気は、ペルチェモジュール１６の発生する熱量に応じて所定の温度に熱交換される。図２に示すように、ペルチェモジュール１６は、Ｐ型熱電素子３３とＮ型熱電素子３４が交互に電気的に直列に接続されている。また、ペルチェモジュール１６は、Ｐ型熱電素子３３とＮ型熱電素子３４を電気的に接続するための第１電極３１ａを一面に備える第１基板３１と、Ｐ型熱電素子３３とＮ型熱電素子３４を電気的に接続するための第２電極３２ａを一面に備える第２基板３２とを備える。そして、Ｐ型熱電素子３３及びＮ型熱電素子３４は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用をする第１面３３ａ，３４ａが第１電極３１ａに電気的に接続されるとともに、第１面３３ａ，３４ａと逆の作用をする第２面３３ｂ，３４ｂが第２電極３２ａに電気的に接続されている。
【００１７】
第１基板３１には、ペルチェモジュール１６の第１面３３ａ，３４ａ側の温度を検出する第１温度センサ３５が設けられるとともに、第２基板３２には、ペルチェモジュール１６の第２面３３ｂ，３４ｂ側の温度を検出する第２温度センサ３６が設けられている。第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６の計測結果は、制御部１４に入力される。制御部１４は、入力した各温度センサ３５，３６の計測結果をもとにペルチェモジュール１６における吸熱側温度と放熱側温度の温度差を算出する。よって、本実施形態では、制御部１４が温度差検出部を構成している。  
【００１８】
温調部１３は、熱媒体として外気を取り込み、その外気をペルチェモジュール１６の第１面３３ａ，３４ａ側で所定の温度に加温又は冷却し、第１面３３ａ，３４ａ側で熱交換した後の外気を、導入路を介して電池モジュール１１のケース内に供給する。制御部１４は、外気を所定の温度に加温する場合、第１面３３ａ，３４ａが放熱側（加温面）となるようにペルチェモジュール１６を動作させる。一方、制御部１４は、外気を所定の温度に冷却する場合、第１面３３ａ，３４ａが吸熱側（冷却面）となるようにペルチェモジュール１６を動作させる。
【００１９】
制御部１４には、記憶部１９が設けられている。記憶部１９には、ペルチェモジュール１６におけるＰ型熱電素子３３及びＮ型熱電素子３４に供給する電流値［Ｉ］を制御するための制御プログラムや、温調部１３の動作を制御するための制御プログラムが記憶されている。また、記憶部１９には、ペルチェモジュール１６に供給する電流値［Ｉ］を選択するためのデータが記憶されている。図４に示すように、このデータは、ペルチェモジュール１６の放熱側温度と吸熱側温度の温度差［Δｔ］と、電流値［Ｉ］と、ＣＯＰとを対応付けて構成されている。
【００２０】
データは、例えば、１０度（Δｔ１０）、２０度（Δｔ２０）、３０度（Δｔ３０）、４０度（Δｔ４０）、５０度（Δｔ５０）、６０度（Δｔ６０）、７０度（Δｔ７０）の７種類の温度差［Δｔ］毎に複数のＣＯＰと、そのＣＯＰを得るための電流値［Ｉ］が対応付けられている。制御部１４は、ペルチェモジュール１６における吸熱側温度と放熱側温度の温度差［Δｔ］を算出すると、その温度差［Δｔ］に対応するデータを使ってペルチェモジュール１６に供給する電流値［Ｉ］を選択する制御を行う。
【００２１】
なお、ＣＯＰは、ペルチェモジュール１６に供給される電力に基づいてペルチェモジュール１６から出力される熱量を、ペルチェモジュールに供給される電力で除算して得られるエネルギー消費効率を言う。また、ＣＯＰは、ペルチェモジュール１６の実験によって得られ、ペルチェモジュール１６の組成などの種類によって値が異なる。さらに、ペルチェモジュール１６に一定の出力を出力可能とする電流値［Ｉ］は複数存在する。
【００２２】
例えば、要求熱量５００（Ｗ）の場合、ＣＯＰが２．０であれば、供給する電力は２５０Ｗとなり、ＣＯＰが５．０であれば、供給する電力は１００Ｗとなる。そして、ペルチェモジュール１６の抵抗値は、ほぼ一定とみなすことができるので、ＣＯＰ５．０のときにペルチェモジュール１６に供給される電流値［Ｉ］は、ＣＯＰ２．０のときにペルチェモジュール１６に供給される電流値［Ｉ］より小さくなる。
【００２３】
そして、熱電素子駆動装置１０の起動時のように、吸熱側温度と放熱側温度の温度差［Δｔ］が小さいほどＣＯＰは高くなり、温度差［Δｔ］が大きいほどＣＯＰが低くなる傾向にある。また、温度差［Δｔ］が３０度、４０度、５０度、６０度、７０度の場合は、供給される電流値［Ｉ］が大きいとＣＯＰが高い傾向にある。よって、温度差［Δｔ］が１０度の場合と、２０度の場合は、要求熱量が得られる複数の電流値［Ｉ］のうち、最も低い電流値［Ｉｍ］を選択すれば、ＣＯＰが最も高い電流値［Ｉ］を選択できる。しかし、温度差［Δｔ］が３０度以上の場合は、要求熱量が得られる複数の電流値［Ｉ］のうち、最も低い電流値［Ｉｍ］を選択しても、必ずしもＣＯＰが最も高い電流値［Ｉ］を選択できるわけではない。
【００２４】
図３（ａ）に本実施形態における制御部１４によって、ペルチェモジュール１６に供給される電流値［Ｉ］の選択を行ったときのＣＯＰの変化を示し、図３（ｂ）に制御部１４による電流値［Ｉ］の選択を行わないときのＣＯＰの変化を示す。なお、各熱電素子３３，３４の温度をセル温度として示す。図３（ａ）に示すように、本実施形態では、制御部１４は、放熱側温度と吸熱側温度の温度差［Δｔ］が小さい（温度差［Δｔ］が１０度と２０度）ときに、ペルチェモジュール１６に、最大ＣＯＰの電流値［Ｉｍ］を供給するように制御する。一方、制御部１４は、温度差［Δｔ］が大きい（温度差［Δｔ］が３０度以上）ときは、制御部１４は、ペルチェモジュール１６に供給される電流を一定に制御する。
【００２５】
図３（ｂ）に示すように、制御部１４による電流値［Ｉ］の制御を行わない場合は、一定の電流値［Ｉ］がペルチェモジュール１６に供給される。このため、温度差［Δｔ］が小さいときであっても、ペルチェモジュール１６には定常時と同じ電流値［Ｉ］が供給され、ＣＯＰが実施形態より小さくなっている。
【００２６】
以下、制御部１４が、消費電力（供給される電流）を抑えるために実行する制御（作用）を説明する。
二次電池ＤＡの温度を制御するために制御部１４は、所定の制御周期毎（数ミリ秒毎）に温度センサＳの計測結果に基づき二次電池ＤＡの温度を把握する。そして、二次電池ＤＡの温度を設定温度にするために、制御部１４は、温調部１３のペルチェモジュール１６に所要の熱量を出力するように要求する。次に、制御部１４は、第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６の計測結果に基づき温度差［Δｔ］を把握する。
【００２７】
続いて、制御部１４は、温調開始時のように温度差［Δｔ］が１０度や２０度の場合は、データを用いて、把握した温度差［Δｔ］において、要求熱量を得られる複数の電流値［Ｉ］を算出し、最も小さい電流値［Ｉｍ］を選択する。次に、制御部１４は、選択した電流値［Ｉｍ］の電流を電池モジュール１１からペルチェモジュール１６に供給させる。これにより、ペルチェモジュール１６の第１面３３ａ，３４ａは、制御部１４によって選択された電流値［Ｉｍ］に応じて要求熱量を出力する。
【００２８】
そして、制御部１４によって把握される温度差［Δｔ］が３０度以上になると、制御部１４は、ペルチェモジュール１６に供給する電流値［Ｉ］を調整する制御を停止し、一定の電流値［Ｉ］を電池モジュール１１からペルチェモジュール１６に供給させる。
【００２９】
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）制御部１４の記憶部１９に、ペルチェモジュール１６の吸熱側温度と放熱側温度の温度差［Δｔ］別のＣＯＰ、及びペルチェモジュール１６に供給する電流値［Ｉ］を関連付けたデータを記憶させた。そして、制御部１４は、把握したペルチェモジュール１６の温度差［Δｔ］において、ペルチェモジュール１６の要求熱量が得られる複数の電流値［Ｉ］のうち最も低い電流値［Ｉｍ］をデータから選択する制御を行う。このため、ペルチェモジュール１６に最小の電流値［Ｉｍ］で要求熱量を出力させることができる。したがって、所定の要求熱量を出力させるために、不必要な電流がペルチェモジュール１６に供給されることを無くし、ペルチェモジュール１６での消費電力を抑えることができる。また、最小の電流値［Ｉｍ］で要求熱量が出力されるため、ＣＯＰも最大になり、ペルチェモジュール１６を効率良く駆動させることができる。
【００３０】
（２）制御部１４の記憶部１９にはデータが予め記憶され、制御部１４はデータを用いて適正な電流値［Ｉｍ］を取得する。したがって、ペルチェモジュール１６の温度差［Δｔ］を用いて、適正な電流値［Ｉｍ］を演算によって取得する場合と比べると、制御部１４の負荷を軽減することができる。
【００３１】
（３）制御部１４は、ペルチェモジュール１６に供給する電流値［Ｉ］を小さくすればＣＯＰが上がる特性を示す温度差［Δｔ］のとき（本実施形態では温度差［Δｔ］が２０度以下のとき）にデータから電流値［Ｉｍ］を取得する。言い換えると、ペルチェモジュール１６に供給する電流値［Ｉ］を小さくしてもＣＯＰが上がらない温度差［Δｔ］のときは、制御部１４は、電流値［Ｉ］を取得する制御は行わない。よって、制御部１４による無駄な制御を減らし、制御部１４の負荷を軽減することができる。
【００３２】
（４）ペルチェモジュール１６は、車両に搭載された電池モジュール１１の二次電池ＤＡの温度を設定温度に調整する。ペルチェモジュール１６に供給される電流は、電池モジュール１１から供給される。そして、熱電素子駆動装置１０では、データを用いて最小の電流値［Ｉｍ］を選択する制御を行う。よって、二次電池ＤＡの温調のために消費される電池モジュール１１の電力を抑え、電池モジュール１１から車両の駆動部へ供給される電力の比率を高めることができる。
【００３３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、電池モジュール１１からペルチェモジュール１６に電流を供給するようにしたが、図５に示すように、電池モジュール１１の代わりに、別途設けた補助電源４０からペルチェモジュール１６に電流を供給するようにしてもよい。このように構成すると、ペルチェモジュール１６に供給される電流は、電池モジュール１１とは別の補助電源４０から供給される。よって、二次電池ＤＡの温調のために電池モジュール１１から電力が消費されることを無くし、電池モジュール１１からの車両の駆動部へ供給される電力の比率を高めることができる。
【００３４】
○  実施形態では、電池モジュール１１に設けた温度センサＳの計測結果に基づき二次電池ＤＡの温度を制御するようにしたが、これに限らない。例えば、温度センサＳの代わりに、二次電池ＤＡの出力量に基づき二次電池ＤＡの温度を制御するようにしてもよい。
【００３５】
○  実施形態では、データにおいて、各温度差［Δｔ］でのＣＯＰに対し、供給電気エネルギー量として電流値［Ｉ］を対応付けたが、供給電気エネルギー量としては電圧値又は電力を対応付けてもよい。
【００３６】
○  実施形態では、制御部１４は、ペルチェモジュール１６に供給する電流値［Ｉ］を小さくすればＣＯＰが上がる温度差［Δｔ］のとき、すなわち、温度差［Δｔ］が小さいとき（本実施形態では温度差［Δｔ］が２０度以下のとき）にデータから電流値［Ｉ］を取得する制御を行った。逆に、温度差［Δｔ］が３０度以上になると、制御部１４は、データから電流値［Ｉ］を取得する制御は行わないようにした。しかし、これに限らず、温度差［Δｔ］が３０度以上であっても、制御部１４によりデータから電流値［Ｉ］を取得する制御を行ってもよい。この場合、電流値［Ｉ］だけでなく、ＣＯＰも考慮して電流値［Ｉｍ］を選択するのが好ましい。
【００３７】
○  実施形態では、データに７種類の温度差［Δｔ］を設定したが、温度差［Δｔ］の種類は任意に変更してもよい。
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。
【００３８】
（イ）前記供給電気エネルギー量は電流である請求項１又は請求項２に記載の熱電素子駆動装置。
（ロ）前記熱電素子によって温度制御される電池モジュールを備え、前記電流は前記電池モジュールから供給される技術的思想（イ）に記載の熱電素子駆動装置。
【００３９】
（ハ）前記電流は、前記電池モジュールとは別の補助電源から供給される技術的思想（イ）又は（ロ）に記載の熱電素子駆動装置。
【符号の説明】
【００４０】
１４…温度差検出部としての制御部、１９…記憶部、３３…Ｐ型熱電素子、３４…Ｎ型熱電素子、３５…温度検出部としての第１温度センサ、３６…温度検出部としての第２温度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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