(57)【要約】【課題】熱電変換素子の夫々の面により熱交換される熱媒体を流通させることができ、かつ、部品点数を削減すること。【解決手段】電池パック１１には、電池用温度調節機構２１が設けられている。第１熱交換器２２の供給部２２ａと第２熱交換器２３の排出部２３ｂは第１流通路２４によって接続されている。また、第２熱交換器２３の供給部２３ａと第１熱交換器２２の排出部２２ｂは、第２流通路２５によって接続されている。第１流通路２４及び第２流通路２５には、ペルチェ素子２７が設けられている。また、第２流通路２５にはポンプ２６が設けられている。第１熱交換器２２、第２熱交換器２３、第１流通路２４、第２流通路２５、ポンプ２６及びペルチェ素子２７は閉回路を構成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電の極性に応じて放熱と吸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と、前記第１面により熱交換された熱媒体が供給される第１熱交換器と、前記第２面により熱交換された熱媒体が供給される第２熱交換器と、前記第１熱交換器により熱交換された気体及び前記第２熱交換器により熱交換された気体の少なくともいずれか一方を電池に向けて送風する送風機と、前記送風機により送風された前記第１熱交換器により熱交換された気体又は前記第２熱交換器により熱交換された気体が流通するダクトと、を備えた電池用温度調節機構であって、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器を前記熱電変換素子の第１面を介して接続する第１流通路と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器を前記熱電変換素子の第２面を介して接続する第２流通路と、
前記第１流通路、前記第２流通路、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器により形成される閉回路に設けられ、前記閉回路内を流通する熱媒体を循環させる単一の循環機構と、を備えたことを特徴とする電池用温度調節機構。
【請求項２】
前記送風機は前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に送風を行う単一の送風機であることを特徴とする請求項１に記載の電池用温度調節機構。
【請求項３】
前記ダクトは、前記第１熱交換器により熱交換された気体が流通される単一のダクトであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池用温度調節機構。
【請求項４】
前記熱媒体は液状の熱媒体であるとともに、前記循環機構はポンプであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電池用温度調節機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換素子を用いて電池の温度調節を行う電池用温度調節機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池（電池）の大電流での充電及び放電や二次電池の大容量化が要求されるようになっている。しかし、大電流での充電及び放電は二次電池内部の大きな発熱を伴うことから二次電池の温度が上昇し、二次電池の性能の劣化を促進してしまう。また、二次電池によっては環境温度が低いと放電性能が低下する。このため、二次電池を規定温度に温度調節することが必要である。二次電池の温度調節を行うものとして、例えば、熱電セル（ペルチェ素子）を採用した温度制御モジュールが挙げられる（特許文献１参照）。
【０００３】
この温度制御モジュールにおいて、バッテリユニット（二次電池）はケーシングによって区画されたコンパートメント内に設置されるとともに、ケーシングには熱電セルが設けられている。熱電セルは、第１の面がコンパートメントの内部を流れる第１の流体と接触しうるようにコンパートメントの境界領域に設置されている。また、熱電セルは、第２の面がケーシングの外部を流れる第２の流体と接触しうるように設置されている。コンパートメント内には、第１の移送路が形成されるとともに、第１の移送路には第１の移送装置が設けられている。また、ケーシング内には、第２の移送路が形成されるとともに、第２の移送路には第２の移送装置が設けられている。
【０００４】
そして、第１の移送装置が駆動されると、第１の流体は、第１の移送路を流通し、熱電セルの第１面により熱交換された後に、バッテリユニットを温度調節する。また、第２の移送装置が駆動されると、第２の流体は、第２の移送路を流通し、熱電セルの第２面により熱交換された後に、ケーシング外に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０２０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１では、熱電セルの第１面により熱交換される第１の流体を第１の移送路に流通させるために第１の移送装置が必要である。更に、熱電セルの第２面により熱交換される第２の流体を第２の移送路に流通させるために第２の移送装置が必要である。このため、熱電セルの第１面により熱交換される第１の流体と熱電セルの第２面により熱交換される第２の流体を各移送路に流通させるための部品点数が多くなっている。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱電変換素子の夫々の面により熱交換される熱媒体を流通させることができ、かつ、部品点数を削減することができる電池用温度調節機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、通電の極性に応じて放熱と吸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と、前記第１面により熱交換された熱媒体が供給される第１熱交換器と、前記第２面により熱交換された熱媒体が供給される第２熱交換器と、前記第１熱交換器により熱交換された気体及び前記第２熱交換器により熱交換された気体の少なくともいずれか一方を電池に向けて送風する送風機と、前記送風機により送風された前記第１熱交換器により熱交換された気体又は前記第２熱交換器により熱交換された気体が流通するダクトと、を備えた電池用温度調節機構であって、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器を前記熱電変換素子の第１面を介して接続する第１流通路と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器を前記熱電変換素子の第２面を介して接続する第２流通路と、前記第１流通路、前記第２流通路、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器により形成される閉回路に設けられ、前記閉回路内を流通する熱媒体を循環させる単一の循環機構と、を備えたことを要旨とする。
【０００９】
これによれば、熱電変換素子の第１面により熱交換される熱媒体は、第１流通路を流通し、第１熱交換器に供給される。また、熱電変換素子の第２面により熱交換される熱媒体は、第２流通路を流通し、第２熱交換器に供給される。したがって、熱電変換素子の夫々の面により熱交換される熱媒体は、各流通路を流通する。そして、第１熱交換器により熱交換された気体又は第２熱交換器により熱交換された気体は、ダクトを介して電池に送風され、電池の温度調節がなされる。また、第１流通路、第２流通路、第１熱交換器及び第２熱交換器により一つの閉回路が形成されている。したがって、熱媒体が流通する経路が一つになるため、単一の循環機構を用いて熱媒体を流通させることができ、部品点数を削減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電池用温度調節機構において、前記送風機は前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に送風を行う単一の送風機であることを要旨とする。
【００１１】
これによれば、単一の送風機を用いて第１熱交換器及び第２熱交換器に送風を行うことができ、部品点数を削減することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電池用温度調節機構において、前記ダクトは、前記第１熱交換器により熱交換された気体が流通される単一のダクトであることを要旨とする。
【００１２】
これによれば、単一のダクトを用いて第１熱交換器により熱交換された気体を電池に向けて流通させることができ、部品点数を削減することができる、
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電池用温度調節機構において、前記熱媒体は液状の熱媒体であるとともに、前記循環機構はポンプであることを要旨とする。
【００１３】
これによれば、熱伝導率の高い液状の熱媒体を用いることにより、熱電変換素子との熱交換及び、熱交換器における気体との熱交換が促進される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱電変換素子の夫々の面により熱交換される熱媒体を流通させることができ、かつ、部品点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態における電池モジュールを示すブロック図。
【図２】実施形態における熱交換器とファンの関係を示す斜視図。
【図３】（ａ），（ｂ）は、別例の電池用温度調節機構に用いられるダクトの模式斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、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に示すように電池モジュール１０は、複数の二次電池（図示略）からなる電池としての電池パック１１に電池用温度調節機構２１を設けることにより構成されている。
【００１７】
電池用温度調節機構２１は、第１熱交換器２２に供給された熱媒体を第１熱交換器２２で熱交換された後に第２熱交換器２３に供給し、第２熱交換器２３で熱交換された後に第１熱交換器２２に戻す閉回路構成となっている。そして、電池パック１１に対して第１熱交換器２２で熱交換された熱媒体を供給して、電池パック１１の冷却又は加熱を行う電池用温度調節機構である。
【００１８】
第１熱交換器２２及び第２熱交換器２３は、熱媒体の入口となる供給部２２ａ，２３ａ及び熱媒体の出口となる排出部２２ｂ，２３ｂを有している。第１熱交換器２２の供給部２２ａと第２熱交換器２３の排出部２３ｂは第１流通路２４によって接続されている。また、第２熱交換器２３の供給部２３ａと第１熱交換器２２の排出部２２ｂは、第２流通路２５によって接続されている。各流通路２４，２５としては、例えば、パイプやダクトなどが用いられる。そして、第２流通路２５には、熱媒体を循環させる単一の循環機構としてのポンプ２６が設けられている。本実施形態では、熱媒体として液状の熱媒体が用いられる。
【００１９】
第１流通路２４及び第２流通路２５には熱電変換素子としてのペルチェ素子２７が設けられている。詳細には、ペルチェ素子２７は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用を行う第１面２７ａ及び第２面２７ｂを有している。そして、ペルチェ素子２７は、第１流通路２４の外面に第１面２７ａが密着し、かつ、第２流通路２５の外面に第２面２７ｂが密着した状態で固定されている。すなわち、第１流通路２４は、第１熱交換器２２と第２熱交換器２３をペルチェ素子２７の第１面２７ａを介して接続している。また、第２流通路２５は、第１熱交換器２２と第２熱交換器２３をペルチェ素子２７の第２面２７ｂを介して接続している。ペルチェ素子２７には、ペルチェ素子２７に流れる電流の極性を制御する図示しない制御装置が接続されている。
【００２０】
第１熱交換器２２、第２熱交換器２３、第１流通路２４、第２流通路２５、ペルチェ素子２７及びポンプ２６は、一つの閉回路を構成している。すなわち、ペルチェ素子２７の第１面２７ａにより熱交換される熱媒体と、第２面２７ｂにより熱交換される熱媒体は、単一のポンプ２６の駆動により同一の閉回路内を流通する。
【００２１】
図２に示すように、第１熱交換器２２と第２熱交換器２３は、密着するように並設されている。第１熱交換器２２には、図示しない通風孔が電池パック１１に向けて形成されている。単一のダクト２８及び単一の送風機２９は、第１熱交換器２２及び第２熱交換器２３を挟むように配設されている。送風機２９は、第１熱交換器２２及び第２熱交換器２３に送風を行えるように配設されている。具体的には、送風機２９は、第１熱交換器２２及び第２熱交換器２３に十分な送風を行えるような送風範囲を有する送風機であり、第１熱交換器２２と第２熱交換器２３の中間部に対応するように配設されている。送風機２９としては、例えば、ファンやブロワなどが用いられる。
【００２２】
上記したように、電池用温度調節機構２１は、ポンプ２６、ダクト２８及び送風機２９を一つずつ有している。
次に、本実施形態における電池用温度調節機構２１の作用について説明する。
【００２３】
電池パック１１を冷却する場合、制御装置は、ペルチェ素子２７の第１面２７ａが吸熱側、第２面２７ｂが放熱側となるようにペルチェ素子２７に通電を行う。ペルチェ素子２７の第１面２７ａが吸熱を行うと第１流通路２４を介して、第２熱交換器２３の排出部２３ｂからペルチェ素子２７までの区間を流通する熱媒体が冷却される。一方で、第２面２７ｂが放熱を行うと第２流通路２５を介して、第１熱交換器２２の排出部２２ｂからペルチェ素子２７までの区間を流通する熱媒体が加熱される。そして、ポンプ２６が駆動されることにより第１熱交換器２２には、供給部２２ａからペルチェ素子２７の第１面２７ａにより冷却された熱媒体が供給される。第１熱交換器２２に供給された熱媒体は、第１熱交換器２２の周囲の気体を冷却する。第１熱交換器２２により冷却された気体は、送風機２９による送風によって通気孔を介してダクト２８に供給されるとともに、ダクト２８を介して電池パック１１に流通する。そして、電池パック１１は、この気体によって冷却される。
【００２４】
第１熱交換器２２の排出部２２ｂから排出された熱媒体は、第２流通路２５を流通し、ペルチェ素子２７の第２面２７ｂにより加熱された後、供給部２３ａから第２熱交換器２３に供給される。そして、第２熱交換器２３に供給された熱媒体は、第２熱交換器２３の周囲の気体を加熱する。第２熱交換器２３により加熱された気体は送風機２９による送風によって電池用温度調節機構２１外部に排出される。そして、第２熱交換器２３の排出部２３ｂから排出された熱媒体は、ペルチェ素子２７の第１面２７ａにより更に冷却された後、供給部２２ａから第１熱交換器２２に供給される。第１熱交換器２２に供給される熱媒体の温度は、外気温よりも低くなっている。
【００２５】
電池パック１１を加熱する場合、制御装置は、ペルチェ素子２７の第１面２７ａが放熱側、第２面２７ｂが吸熱側となるようにペルチェ素子２７に流れる電流の極性を切り替える。ペルチェ素子２７の第１面２７ａが放熱を行うと第１流通路２４を介して第１流通路２４内の熱媒体が加熱される一方で、第２面２７ｂが吸熱を行うと第２流通路２５を介して第２流通路２５内の熱媒体が冷却される。そして、ポンプ２６が駆動されることにより第１熱交換器２２には、供給部２２ａからペルチェ素子２７の第１面２７ａにより加熱された熱媒体が供給される。第１熱交換器２２に供給された熱媒体は、第１熱交換器２２の周囲の気体を加熱する。第１熱交換器２２により加熱された気体は、送風機２９による送風によって通気孔を介してダクト２８に供給されるとともに、ダクト２８を介して電池パック１１に流通する。そして、電池パック１１は、この気体によって加熱される。
【００２６】
第１熱交換器２２の排出部２２ｂから排出された熱媒体は、第２流通路２５を流通し、ペルチェ素子２７の第２面２７ｂにより冷却された後、供給部２３ａから第２熱交換器２３に供給される。そして、第２熱交換器２３に供給された熱媒体は、第２熱交換器２３の周囲の気体を冷却する。第２熱交換器２３により冷却された気体は送風機２９による送風によって電池用温度調節機構２１外部に排出される。そして、第２熱交換器２３の排出部２３ｂから排出された熱媒体は、ペルチェ素子２７の第１面２７ａにより更に加熱された後、供給部２２ａから第１熱交換器２２に供給される。第１熱交換器２２に供給される熱媒体の温度は、外気温よりも高くなっている。
【００２７】
第１熱交換器２２、第２熱交換器２３、第１流通路２４、第２流通路２５、ペルチェ素子２７及びポンプ２６により形成される閉回路を流通する熱媒体は、第１熱交換器２２、第２熱交換器２３、ペルチェ素子２７の第１面２７ａ及び第２面２７ｂと熱交換される。このため、閉回路を流通する熱媒体の温度は４段階に変化する。
【００２８】
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）第１流通路２４、第２流通路２５、第１熱交換器２２及び第２熱交換器２３により閉回路が形成されている。そして、ペルチェ素子２７は、第１流通路２４の外面に第１面２７ａが密着し、かつ、第２流通路２５の外面に第２面２７ｂが密着した状態で固定されている。ペルチェ素子２７の第１面２７ａにより熱交換される熱媒体は、第１流通路２４を流通し、第１熱交換器２２に供給される。また、ペルチェ素子２７の第２面２７ｂにより熱交換される熱媒体は、第２流通路２５を流通し、第２熱交換器２３に供給される。したがって、ペルチェ素子２７の夫々の面により熱交換される熱媒体は、同一の閉回路を流通する。そして、第１熱交換器２２により熱交換された気体は、ダクト２８を介して電池パック１１に送風され、電池パック１１の温度調節がなされる。熱媒体が流通する経路が一つになっているため、単一のポンプ２６を用いて熱媒体を循環させることができ、部品点数を削減することができる。
【００２９】
（２）単一の送風機２９を用いて第１熱交換器２２及び第２熱交換器２３に送風を行っている。このため、部品点数を削減することができる。
（３）単一のダクト２８を用いて第１熱交換器２２により熱交換された気体を電池パック１１に流通させることができる。このため、部品点数を削減することができる。
【００３０】
（４）閉回路を流通する熱媒体として液状の熱媒体を用いている。液状の熱媒体は、気体の熱媒体に比べて熱伝導率が高いため、ペルチェ素子２７との熱交換及び、熱交換器２２，２３における気体との熱交換が促進される。
【００３１】
（５）第１熱交換器２２から排出された熱媒体は、ペルチェ素子２７の第２面２７ｂにより熱交換される。ペルチェ素子２７の第２面２７ｂと熱交換を行う熱媒体は、第１熱交換器２２と熱交換した後の熱媒体となるが、十分に冷却（又は加熱）された状態なので、ペルチェ素子２７の第２面２７ｂは冷却（又は加熱）される。このため、ペルチェ素子２７の第１面２７ａとペルチェ素子２７の第２面２７ｂの温度差は、小さくなる。ペルチェ素子２７の第１面２７ａとペルチェ素子２７の第２面２７ｂの温度差は、小さいことが望ましく、ペルチェ素子２７の第１面２７ａとペルチェ素子２７の第２面２７ｂの温度差が大きくなることにより熱電変換効率が低減される。このため、ペルチェ素子２７の第１面２７ａとペルチェ素子２７の第２面２７ｂの温度差を小さくすることにより、熱電変換効率が向上されている。
【００３２】
なお、上記各実施形態は、以下のように変更してもよい。
○  図３（ａ），（ｂ）に従って、別例について説明する。なお、すでに説明した実施形態と同一構成については同一符号を付すなどしてその重複する説明を省略又は簡略する。図３（ａ）に示すように、第１熱交換器２２に対応して第１ダクト３１を設けるとともに第２熱交換器２３に対応して第２ダクト３２を設けてもよい。なお、この場合、第１熱交換器２２及び第２熱交換器２３には、ともに図示しない通風孔が電池パック１１に向けて形成される。第１ダクト３１及び第２ダクト３２の一側面には、開口部３１ａ，３２ａが形成されている。また、第１ダクト３１と第２ダクト３２における熱交換器２２，２３側には、第１ダクト３１と第２ダクト３２を連通させる連通路３３が形成されている。連通路３３には、各ダクト３１，３２を選択的に開閉することのできる板状の切替弁３４が設けられている。そして、第１熱交換器２２により熱交換された熱媒体を電池パック１１に流通させる場合は、図３（ｂ）に示すように、第２ダクト３２内の熱媒体が電池パック１１に流通しないように（第２ダクト３２が閉じられるように）切替弁３４を切り替える。第２ダクト３２に供給される気体は、第２ダクト３２に形成された開口部３２ａから第２ダクト３２外部に排出される。また、第１ダクト３１に供給される気体は、ダクト３１，３２を介して電池パック１１に流通し、電池パック１１の温度調節がなされる。第２熱交換器２３により熱交換された熱媒体を電池パック１１に流通させる場合は、第１ダクト３１が閉じられるように切替弁３４を切り替える。ダクト３１，３２をこのように構成することにより、ペルチェ素子２７の通電の極性を変更することなく、電池パック１１の加熱又は電池パック１１の冷却を切り替えることができる。すなわち、電池パック１１を冷却する場合と、電池パック１１を加熱する場合とで、ペルチェ素子２７の第１面２７ａと第２面２７ｂの放熱と吸熱の作用を切り替えない。このため、ペルチェ素子２７の第１面２７ａと第２面２７ｂの吸放熱の切り替えに伴う、熱媒体の温度変化を待つことなく、適切に電池パック１１の温度を調節することができる。また、電池用温度調節機構をこのように構成することにより、実施形態における電池用温度調節機構２１と同様に、単一の送風機を用いて電池パック１１の温度調節を行うことができる。また、単一のポンプを用いて電池パック１１の温度調節を行うことができる。したがって、部品点数が削減される。
【００３３】
○  実施形態において、閉回路を流通する熱媒体として気体の熱媒体を用いても良い。この場合、循環機構として送風機が用いられる。
○  各熱交換器２２，２３に対応して個別の送風機を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１１…電池パック、２１…電池用温度調節機構、２２…第１熱交換器、２３…第２熱交換器、２４…第１流通路、２５…第２流通路、２６…ポンプ、２７…ペルチェ素子、２７ａ…第１面、２７ｂ…第２面、２８…ダクト、２９…送風機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013098082.tif 000005