(57)【要約】【課題】継続して熱電変換モジュールを使用することが可能となる電池温度調節装置を提供する。【解決手段】電池温度調節装置１０は、ペルチェモジュール４０（ペルチェ素子）とファン５０とコントローラ７０を備える。コントローラ７０は、ペルチェモジュール４０の異常を検出した場合、ペルチェ素子への電流を停止または制限するとともに、ペルチェ温度調節面および電池温度調節面のうち放熱する面と接合される接合層が溶融しない温度になるよう接合層を冷却する外気をファン５０から供給する。【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吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面と第２面を有する熱電変換素子と前記熱電変換素子と接合層を介して接合される電極とを有する熱電変換モジュールと、
前記熱電変換モジュールに熱媒体を供給する熱媒体供給器と、
前記熱電変換モジュールの異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段において前記熱電変換モジュールの異常を検出した場合、少なくとも、前記熱電変換素子への電流を停止または制限するか、前記第１面および前記第２面のうち放熱する面と接合される接合層が溶融しない温度になるよう該接合層を冷却する熱媒体を、前記熱媒体供給器から供給する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電池温度調節装置。
【請求項２】
前記異常検出手段は、前記熱電変換素子の接合層の温度が閾値を超えると前記熱電変換モジュールが異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載の電池温度調節装置。
【請求項３】
前記熱電変換素子はペルチェ素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の電池温度調節装置。
【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た電池温度調節装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池温度調節装置として、ペルチェモジュールが使用されている（例えば、特許文献１）。特許文献１においては、車両のキャビンから取り込まれた空気の流路における電池の上流側にペルチェ素子が配置され、検出された電池の温度に応じて、取り込まれた空気を加熱または冷却するようにペルチェ素子を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１０８２９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、ペルチェモジュールが経年劣化した場合、経年劣化により異常発熱が発生してはんだが溶融し、これにより大部分が短絡してしまいペルチェモジュール全体が使用できなくなってしまう。また、ペルチェモジュールの一部が短絡した場合、短絡した部分が異常発熱して短絡部分のはんだが溶融し、これにより大部分が短絡してしまいペルチェモジュール全体が使用できなくなってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、継続して熱電変換モジュールを使用することが可能となる電池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】
請求項１に記載の発明では、通電の極性に応じて吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面と第２面を有する熱電変換素子と前記熱電変換素子と接合層を介して接合される電極とを有する熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールに熱媒体を供給する熱媒体供給器と、前記熱電変換モジュールの異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段において前記熱電変換モジュールの異常を検出した場合、少なくとも、前記熱電変換素子への電流を停止または制限するか、前記第１面および前記第２面のうち放熱する面と接合される接合層が溶融しない温度になるよう該接合層を冷却する熱媒体を、前記熱媒体供給器から供給する制御手段と、を備えたことを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、異常検出手段により、熱電変換モジュールの異常が検出される。異常検出手段において熱電変換モジュールの異常を検出した場合、制御手段により、少なくとも、熱電変換素子への電流が停止または制限されるか、第１面および第２面のうち放熱する面と接合される接合層が溶融しない温度になるよう該接合層を冷却する熱媒体が、熱媒体供給器から供給される。これにより、継続して熱電変換モジュールを使用することが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電池温度調節装置において、前記異常検出手段は、前記熱電変換素子の接合層の温度が閾値を超えると前記熱電変換モジュールが異常であると判定することを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、異常検出手段により、熱電変換素子の接合層の温度が閾値を超えると熱電変換モジュールが異常であると判定される。これにより、熱電変換素子の接合層の異常を検出することができる。
【００１０】
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の電池温度調節装置において、前記熱電変換素子はペルチェ素子であるとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、継続して熱電変換モジュールを使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の電池温度調節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構成図。
【図３】電池温度調節装置の作用を説明するためのフローチャート。
【図４】電池温度調節装置の作用を説明するためのタイムチャート。
【図５】別例における閾値の設定方法を説明するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
ＥＶやＰＨＶなどの車両には、図１に示す電池温度調節装置１０が搭載されている。電池温度調節装置１０は、電池モジュール２０を構成する二次電池２１の温度を調節する。電池温度調節装置１０は、温度調節部３０と、温度調節部３０のペルチェモジュール４０を駆動する駆動回路６０と、駆動回路６０および温度調節部３０のファン（送風機）５０を制御するコントローラ７０を備えている。
【００１４】
電池モジュール２０は、複数個の二次電池２１をケース内に収容して構成されている。また、温度調節部３０は、二次電池２１と熱交換する熱媒体を所定の温度に加温または冷却する。温度調節部３０はペルチェモジュール４０とファン５０を備えている。ファン５０は、熱媒体となる外気を取り込んでペルチェモジュール４０を介して電池モジュール２０に供給する。つまり、熱媒体供給器としてのファン５０によりペルチェモジュール４０および二次電池２１に熱媒体としての空気を供給することができる。
【００１５】
ペルチェモジュール４０は、ファン５０により取り込んだ外気を電池モジュール２０に導く図示しない導入路（二次電池２１への空気の流路）に配置されている。そして、ペルチェモジュール４０の熱電変換素子としてのペルチェ素子４１（図２参照）は、ファン５０により取り込んだ外気を所定の温度に加温または冷却する。所定の温度とは、二次電池２１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２１の温度は、二次電池２１の表面に取着された温度センサ（図示せず）によって検出され、温度センサの計測結果は、コントローラ７０に入力される。
【００１６】
コントローラ７０は、駆動回路６０および温度調節部３０のファン５０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ファン５０の動作を制御する。また、コントローラ７０は駆動回路６０を制御してペルチェモジュール４０に対して供給する電流値を制御する。ペルチェモジュール４０は、駆動回路６０を介して電池モジュール２０から供給される電流値に応じた熱量を発生する。コントローラ７０による通電電流の指令値は、二次電池２１の温度や外気の温度等が、ペルチェモジュール４０の後述する接合層４４，４５が溶融しない温度になるように設定される。
【００１７】
そして、ペルチェモジュール４０の発生する熱量に応じてファン５０から供給される外気が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４０は、Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子としてのペルチェ素子４１が交互に電気的に直列に接続された状態で使用される。ペルチェ素子４１は、通電の極性に応じて吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面としてのペルチェ温度調節面４１ａと第２面としての電池温度調節面４１ｂを有する。また、ペルチェモジュール４０は、ペルチェ素子４１の一端面を電気的に接続するための第１電極４２ａを一面に備える第１基板４２と、ペルチェ素子４１の他端面を電気的に接続するための第２電極４３ａを一面に備える第２基板４３とを備える。
【００１８】
そして、ペルチェ素子４１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接合面としてのペルチェ温度調節面４１ａ（一端面）が、はんだよりなる接合層４４を介して第１電極４２ａに電気的に接続されている。また、ペルチェ素子４１において、ペルチェ温度調節面４１ａと逆の作用をする接合面としての電池温度調節面４１ｂ（他端面）が、はんだよりなる接合層４５を介して第２電極４３ａに電気的に接続されている。
【００１９】
このように、熱電変換モジュールとしてのペルチェモジュール４０は、ペルチェ素子４１と、ペルチェ素子４１と接合層４４，４５を介して接合される電極４２ａ，４３ａとを有する。さらに、ペルチェ温度調節面４１ａには、接合層４４、第１電極４２ａおよび第１基板４２を介してペルチェ側熱交換器４６が接合されるとともに、電池温度調節面４１ｂには、接合層４５、第２電極４３ａおよび第２基板４３を介して温度調節側熱交換器４７が接合されている。ペルチェ側熱交換器４６は、第１基板４２に接合される基部４６ａと、この基部４６ａに並設された複数のフィン４６ｂとからなり、ペルチェ温度調節面４１ａで発生した熱は、接合層４４、第１電極４２ａおよび第１基板４２を介してペルチェ側熱交換器４６（フィン４６ｂ）に伝達されるとともに、フィン４６ｂで熱媒体と熱交換される。
【００２０】
温度調節側熱交換器４７は第２基板４３に接合される基部４７ａと、この基部４７ａに並設された複数のフィン４７ｂとからなる。そして、電池温度調節面４１ｂで発生した熱は、接合層４５、第２電極４３ａおよび第２基板４３を介して温度調節側熱交換器４７に伝達されるとともに、フィン４７ｂで熱媒体と熱交換される。
【００２１】
温度調節部３０は、熱媒体となる外気を取り込み、その外気をペルチェモジュール４０の温度調節側熱交換器４７（電池温度調節面４１ｂ）で所定の温度に加温または冷却（熱交換）し、温度調節側熱交換器４７で熱交換した後の外気を図示しない導入路を介して電池モジュール２０のケース内に供給する。そして、ケース内に供給された外気により、二次電池２１の温度調節が行われる。詳しくは、外気の温度や二次電池２１の温度に応じてペルチェモジュール４０に供給する電流指令値が変えられる。
【００２２】
コントローラ７０は、温度調節部３０によって外気を所定の温度に加温する場合、電池温度調節面４１ｂが加温面となるようにペルチェモジュール４０を駆動させる。一方、コントローラ７０は、外気を所定の温度に冷却する場合、電池温度調節面４１ｂが冷却面となるようにペルチェモジュール４０を駆動させる。
【００２３】
第１基板４２の端部には、温度センサ４８が取り付けられるとともに、この温度センサ４８はコントローラ７０に接続されている。また、第２基板４３の端部には温度センサ４９が取り付けられるとともに、この温度センサ４９はコントローラ７０に接続されている。そして、各温度センサ４８，４９の計測結果である第１基板４２の温度および第２基板４３の温度は、コントローラ７０に入力される。
【００２４】
次に、このように構成した電池温度調節装置１０の作用について説明する。
コントローラ７０は図３の処理を実行する。
コントローラ７０はステップ１００において温度センサ４８，４９による温度を取り込む。この際、コントローラ７０は、ペルチェ素子４１を加熱用と冷却用で切り換えて使用しているので加熱側の温度（温度センサ４８による検出温度と温度センサ４９による検出温度のうちの高温側の検出温度）を異常判定用のための温度として用いる。
【００２５】
そして、ステップ１０１においてコントローラ７０は温度センサ４８，４９による加熱側の温度Ｔｐと閾値Ｔｔｈとを比較する。図４において、ｔ１のタイミング以前においては、加熱側の温度Ｔｐは閾値Ｔｔｈよりも低い状況となっており、ペルチェモジュール供給電流も高いレベルで推移しているとともにファン５０の流量は低いレベルで推移している。
【００２６】
コントローラ７０は、図３のステップ１０１において加熱側の温度Ｔｐが閾値Ｔｔｈよりも大きいと（図４のｔ１のタイミング）、ペルチェモジュール４０（ペルチェ素子４１）が異常であるとしてステップ１０２に移行する。つまり、コントローラ７０は、異常検出手段として機能する。
【００２７】
コントローラ７０はステップ１０２においてペルチェモジュール４０（ペルチェ素子４１）への電流を停止または制限するとともにファン５０の流量（外気の供給量）を増加する。つまり、コントローラ７０は、制御手段としても機能する。
【００２８】
このようにして、ペルチェモジュール４０の温度異常を診断すべく、加熱側の温度を判定値として用いて、閾値Ｔｔｈを超えているか否かによって異常診断を行う。そして、加熱側の温度Ｔｐが閾値Ｔｔｈを超えると、ペルチェモジュール４０に供給する電流を停止または制限するとともに、ファン５０の流量を増加させてペルチェモジュール４０とファン５０から供給される外気との熱交換を増進させる。
【００２９】
従って、従来、例えば、ペルチェモジュールの一部が短絡等によって想定以上に発熱してしまった場合、ペルチェ素子４１の表面の接合層４４，４５が融解して、大部分が短絡してしまい、ペルチェモジュールとしての機能が損なわれる虞がある。
【００３０】
しかしながら、本実施形態においてはペルチェモジュール４０の温度について異常の有無を判定し、異常検出時にはペルチェモジュール４０への電流を停止または制限するとともにファン流量を増加させてペルチェモジュール４０との熱交換を積極的に行うことにより、ペルチェモジュール４０の一部が短絡等したとしても、ペルチェモジュール４０の過度な温度上昇を抑制し、ペルチェモジュール４０（ペルチェ素子４１）を継続して使用できるようにする。
【００３１】
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
電池温度調節装置１０は、ペルチェモジュール４０（ペルチェ素子４１）とファン５０とコントローラ７０を備える。コントローラ７０は、ペルチェモジュール４０の異常を検出し、ペルチェモジュール４０の異常を検出した場合、ペルチェ素子４１への電流を停止または制限するとともにファン５０による外気の供給量を増やす。即ち、第１面としてのペルチェ温度調節面４１ａおよび第２面としての電池温度調節面４１ｂのうち放熱する面と接合される接合層４４，４５が溶融しない温度になるよう接合層４４，４５を冷却する熱媒体としての外気を、熱媒体供給器としてのファン５０から供給する。また、ペルチェ素子４１への電流を停止または制限することにより、ペルチェ素子４１自身の発熱が抑えられる。これにより、ペルチェモジュール４０の一部が短絡したり、ペルチェモジュールが経年劣化した場合においても、はんだが溶融して大部分が短絡する事態を回避して（ペルチェモジュール全体が使用できなくなることを回避して）継続してペルチェモジュール４０を使用することが可能となる。
【００３２】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・制御手段としてのコントローラ７０は、ペルチェモジュール４０の異常を検出した場合、ペルチェ素子４１への電流を停止または制限するとともに、ペルチェ温度調節面４１ａおよび電池温度調節面４１ｂのうち放熱する面と接合される接合層４４，４５が溶融しない温度になるよう接合層４４，４５を冷却する外気をファン５０から供給した。これに限定されることはなく、コントローラ７０は、ペルチェモジュール４０の異常を検出した場合、ペルチェ素子４１への電流を停止または制限のみを行ってもよい。あるいは、コントローラ７０は、ペルチェモジュール４０の異常を検出した場合、ペルチェ温度調節面４１ａおよび電池温度調節面４１ｂのうち放熱する面と接合される接合層４４，４５が溶融しない温度になるよう接合層４４，４５を冷却する外気をファン５０から供給のみを行ってもよい。要は、ペルチェモジュール４０の異常を検出した場合、コントローラ７０は、少なくとも、ペルチェ素子４１への電流を停止または制限するか、ペルチェ温度調節面４１ａおよび電池温度調節面４１ｂのうち放熱する面と接合される接合層４４，４５が溶融しない温度になるよう接合層４４，４５を冷却する外気をファン５０から供給すればよい。このように、少なくとも、ペルチェ素子４１への電流を停止または制限するか、ペルチェ温度調節面４１ａおよび電池温度調節面４１ｂのうち放熱する面と接合される接合層４４，４５が溶融しない温度になるよう接合層４４，４５を冷却する外気をファン５０から供給することにより、はんだ溶融を抑え、継続してペルチェモジュール４０を使用することが可能となる。
【００３３】
・図３，４においては、ペルチェモジュール４０への電流を停止または制限するための閾値（温度）と、ファン５０の流量を増量するための閾値（温度）とは、同じ値であった。これに代わり、ペルチェモジュール４０への電流を停止または制限するための閾値（温度）と、ファン５０の流量を増量するための閾値（温度）とは、異なる値を用いてもよい。
【００３４】
・検出した温度が固定の閾値を超えるとペルチェ素子への電流を停止または制限するとともにファン５０の流量を増加するようにしたが、これに限定されない。例えば、ペルチェ素子に供給される電流値に応じて閾値を変えるようにしてもよい。
【００３５】
具体的には、図５に示すように、ペルチェモジュールへの供給電流値（指令値）に対して想定されるペルチェモジュールの温度に所定値（例えば１０℃くらい）を加算した値を閾値として用いて、この閾値を超えていないか判定してもよい。例えば、３０℃見込みの場合、４０℃を超えると異常と判定する。
【００３６】
・他にも、異常検出手段としてのコントローラ７０は、ペルチェ素子４１の接合層４４，４５の温度が閾値を超えるとペルチェモジュール４０が異常であると判定するようにしてもよい。つまり、異常判定のための閾値として、接合層４４，４５が溶融する温度（例えば、はんだ溶融温度）に対しマイナス所定値（例えば１０℃くらい）を設定し、この閾値を超えていないか判定する。そして、このようにして異常を検出した場合、ペルチェ素子４１への電流を停止または制限するとともにファン５０による空気の供給量を増やすことにより、接合層４４，４５の溶融を未然に防止することができる。
【００３７】
・他にも、ペルチェモジュール４０に出入りする熱媒体（流体）の温度（具体的には入口温度と出口温度）を測定して、この熱媒体の温度の変化量から異常の有無を判定してもよい。つまり、ペルチェ素子に供給する電流に応じてペルチェ素子で発生する熱が変わり、ペルチェ素子と熱交換される熱媒体の温度も変わる。よって、熱媒体が高温になっていると異常と判断する。
【００３８】
・他にも、電流指令値に対するペルチェ温度変化率が閾値を超えていないか判定してもよい。
・温度測定を伴わずに異常を判定してもよい。
【００３９】
・熱媒体として空気を用いたが、熱媒体として液体（例えば、水）を用いてもよい。この場合、ファン（送風機）に代わりポンプを制御する。
・上記実施形態では接合層４４，４５をはんだで形成したが、はんだの代わりに、導電性ペーストや導電性接着剤を用いて接合層４４，４５を形成してもよい。
【００４０】
・上記実施形態では熱電変換素子としてペルチェ素子４１を用いたが、それ以外のものに変更してもよい。
・上記実施形態ではペルチェモジュール４０の構成として、ペルチェ素子（熱電変換素子）４１を第１基板４２と第２基板４３で挟む構成としたが、それ以外の構成に変更してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…電池温度調節装置、２１…二次電池、４０…ペルチェモジュール、４１…ペルチェ素子、４１ａ…ペルチェ温度調節面、４１ｂ…電池温度調節面、４２ａ…電極、４３ａ…電極、４４…接合層、４５…接合層、４８…温度センサ、４９…温度センサ、５０…ファン、７０…コントローラ。
【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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