WO2024252491A1 - バッテリ冷暖装置 - Google Patents

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正道 菅原
浩忠 吉谷
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TBK Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cooling and heating device.
  • Patent Document 1 shows an invention in which a vapor chamber is placed in close contact with the battery cell, and a thermoelectric element such as a Peltier element is placed in close contact with the vapor chamber to heat or cool it.
  • the present invention was made in consideration of such problems, and aims to provide a battery cooling/heating device that can individually adjust the temperature of multiple batteries, even when the cooling or heating demands of each battery change.
  • the first invention has a battery, a heat conductive member connected to the battery at one end for heat exchange, a thermoelectric element connected to the other end of the heat conductive member for heat exchange, a temperature detection unit that detects at least the temperature of the battery, and a control unit that switches at least the amount of current flowing through the thermoelectric element and the polarity of the current according to the temperature detected by the temperature detection unit, and the thermoelectric element forms a high-temperature heating surface and a cooling surface that is lower in temperature than the heating surface in a state where a current flows through the thermoelectric element, thereby cooling or heating the battery.
  • the battery cooling/heating device preferably includes a plurality of the batteries, a plurality of the thermal conductive members respectively connected to the plurality of batteries, a plurality of the thermoelectric elements respectively connected to the plurality of thermal conductive members, and a plurality of the temperature detection units which detect at least the temperatures of the plurality of batteries, respectively, and preferably controls the cooling and heating of the plurality of batteries by the control unit.
  • the second invention includes a battery, a heat transfer member connected to the battery at one end and capable of performing heat exchange, a thermoelectric element connected to the other end of the heat transfer member and performing heat exchange, a temperature detection unit that detects at least the temperature of the battery, a heat exchange unit connected to the thermoelectric element and performing heat exchange, a heat medium that is a fluid that transports heat, a circulation flow path through which the heat medium circulates and which is formed so that the heat exchange unit and the heat medium can exchange heat, and a pressure delivery device that pressure-feeds the heat medium into the circulation flow path.
  • the battery includes a heat supply device that heats or cools the heat medium, and a control unit that controls at least the amount of current flowing through the thermoelectric element, the polarity of the current, the pumping device, and the heat supply device according to the temperature detected by the temperature detection unit.
  • a control unit controls at least the amount of current flowing through the thermoelectric element, the polarity of the current, the pumping device, and the heat supply device according to the temperature detected by the temperature detection unit.
  • the device includes a plurality of the batteries, the heat transfer member connected to each of the batteries, a plurality of the thermoelectric elements connected to each of the heat transfer members, a plurality of the heat exchange units connected to each of the thermoelectric elements, a plurality of the temperature detection units that detect at least the temperatures of the batteries, a plurality of branch flow paths that branch off in parallel from the circulation flow path and merge back into the circulation flow path, and a plurality of control valves that can be controlled to adjust the flow rate of the heat medium in each of the branch flow paths, and it is preferable that in the plurality of branch flow paths, each of the heat exchange units and the heat medium passing through the plurality of branch flow paths are installed so as to be able to exchange heat, and the control unit controls the plurality of control valves.
  • the heat supply device has a cooling section that cools the heat medium and a heating section that heats the heat medium, a cooling flow path that branches off from the circulation flow path and rejoins the circulation flow path and includes the cooling section, a heating flow path that includes the heating section, and a switching control valve that switches the flow path to the cooling flow path or the heating flow path, and that the control section further controls the switching control valve.
  • the current flowing to the thermoelectric element is controlled by a control unit, generating a heating surface and a cooling surface in the thermoelectric element, and the surface connected to the thermally conductive member becomes the heating surface, thereby allowing the battery to be heated.
  • the surface connected to the thermally conductive member becomes the cooling surface, allowing the battery to be cooled.
  • the temperature detection unit detects the temperatures of the battery and the thermally conductive member, allowing cooling or heating operations to be performed according to the detected temperature.
  • the battery cooling/heating device has multiple batteries, each of which is connected to a thermal conductive member and a thermoelectric element, and is configured to detect the temperature of each battery and the thermal conductive member. This makes it possible to individually manage the temperature of each battery and adjust the temperature.
  • the battery can be heated or cooled by controlling the current flowing to the thermoelectric element by the control unit.
  • a circulation flow path is configured so that the heat medium heated or cooled by the heat supply device can exchange heat with the thermoelectric element, so that the temperature difference generated between the surface connecting the thermal conductive member and the thermoelectric element and the surface connecting the thermoelectric element and the heat exchange unit is reduced.
  • thermoelectric element when the thermoelectric element is performing a heating operation, a cooled surface with a lower temperature than the surface connecting the thermoelectric element and the thermal conductive member is generated on the opposite surface, and the effect of the heating operation can be improved by heating the cooling surface with the heated heat medium. In this way, the effect of cooling or heating the battery can be improved.
  • the battery cooling/heating device has multiple batteries, and is configured so that multiple temperature detection units detect the temperatures of each battery and multiple heat conductive members, and the control unit controls the thermoelectric element according to each of the detected temperatures, thereby making it possible to manage the temperature of the multiple batteries individually. Also, in multiple branch flow paths that branch off in parallel from the circulation flow path, each battery is configured to be able to exchange heat with the heat medium flowing in the branch flow path through a heat exchange unit, thereby reducing the temperature difference generated by passing a current through the thermoelectric element, and improving the cooling or heating effect of the battery.
  • the switching control valve can be used to switch between a cooling flow path including a cooling section and a heating flow path including a heating section. Even when both a cooling section and a heating section are provided, the cooling or heating operation can be performed to reduce the temperature difference that occurs when a current flows through the thermoelectric element, between the surface connecting the thermally conductive member and the thermoelectric element, and the surface connecting the thermoelectric element and the heat exchange section. This can improve the cooling or heating effect of the battery.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example in which a battery temperature regulation system according to the present invention is applied to an electric vehicle.
  • 1 is a configuration diagram showing a battery temperature regulating system according to a first embodiment
  • 2 is a block diagram illustrating control of the battery temperature regulating system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating control of the battery temperature regulating system according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a battery temperature regulating system according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating control of a battery temperature regulating system according to a second embodiment.
  • 10 is a flowchart illustrating control of a battery temperature regulating system according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a battery temperature regulating system according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating control of a battery temperature regulating system according to a third embodiment.
  • 10 is a flowchart illustrating control of a battery temperature regulating system according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a configuration diagram showing a battery temperature regulating system according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating control of a battery temperature regulating system according to a fourth embodiment.
  • 10 is a flowchart illustrating control of a battery temperature regulating system according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 shows the main components of the electric vehicle 200 related to the battery cooling/heating system SYS, but does not show all of the configuration of the electric vehicle 200.
  • the electric vehicle 200 includes a plurality of batteries BT1 to BTn, a battery cooling/heating system SYS according to the present embodiment that manages the temperatures of the batteries BT1 to BTn, a heat supply device 202, and an electronic control unit ECU.
  • the electric vehicle 200 converts electricity stored in the plurality of batteries BT1 to BTn (hereinafter, collectively referred to as "batteries BT") into AC and drives a drive motor (not shown).
  • the drive force of the drive motor is controlled by controlling the voltage.
  • the electricity stored in the battery BT is also used to drive other electric actuators and electronic devices.
  • the battery BT is the object of temperature adjustment by the battery cooling/heating device SYS according to the present embodiment.
  • the battery has an optimal temperature range for operation, and stable operation is guaranteed within that temperature range.
  • the battery exceeds the upper limit of the temperature range and becomes overheated, this leads to battery deterioration.
  • the speed of chemical reactions inside the battery decreases, thereby reducing battery performance.
  • the battery BT has an optimal temperature range for such operation, and in temperature adjustment by the control unit TCU (described later), it is preferable to set a threshold value for determining whether to control heating or cooling based on the upper and lower limits of this temperature range.
  • the electronic control unit ECU communicates with various electronic devices installed in the electric vehicle 200, and controls the engine, transmission, brakes, and other electronic devices through a combination of hardware and software.
  • the electronic control unit ECU communicates with the control unit TCU, which will be described later.
  • the heat supply device 202 is a device capable of adjusting the temperature inside the electric vehicle 200, and is, for example, an electric fan, a radiator, or a semiconductor ceramic heater such as a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater.
  • An electric fan cools an object by rotating the fan electrically.
  • a radiator is a device that flows the fluid to be cooled inside and exchanges heat between the surrounding air and the fluid, and cools the object by cooling the internal fluid with the wind while driving.
  • a PTC heater is a heating device that is made by mixing highly conductive particles such as semiconductor particles and carbon particles, and is designed to change the ease of electrical flow depending on the temperature.
  • the battery cooling/heating device SYS is a device in which the control unit TCU adjusts the temperature of the battery BT by heating or cooling it based on temperature information received from the temperature detection unit T.
  • the battery cooling/heating devices SYS(1) to SYS(4) according to each embodiment will be explained using their respective configuration diagrams.
  • the battery cooling/heating system SYS (1) includes a battery BT, a heat conductive member 2, a thermoelectric element 3, a temperature detection unit T, and a control unit TCU.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the battery cooling/heating system SYS (1).
  • the heat conductive member 2 is connected to the battery BT at one end side A of the heat conductive member 2, and heat exchange between the heat conductive member 2 and the battery BT is performed at the one end side A.
  • the thermoelectric element 3 is connected to the other end side B of the heat conductive member 2, and heat exchange between the heat conductive member 2 and the thermoelectric element 3 is performed at the other end side B.
  • Heat conduction is performed between the other end side B and the one end side A of the heat conductive member 2.
  • the control unit TCU controls the thermoelectric element 3 according to the temperature detected by the temperature detection unit T.
  • the approximate ranges of the one end side A and the other end side B are respectively surrounded by dashed lines.
  • the approximate positions detected by the temperature detection unit T are indicated by circles, and this is the same in Figs. 5, 8 and 11 which are configuration diagrams in the second to fourth embodiments described later.
  • the thermally conductive member 2 has a high thermal conductivity and is a member that enables thermal conduction between one end side A and another end side B separated from one end side A on the thermally conductive member 2 without the need for power. By using a heat pipe as the thermally conductive member 2, high-speed heat conduction is possible.
  • the thermally conductive member 2 is connected to the battery BT at one end side A and performs heat exchange, and is connected to the thermoelectric element 3 at the other end side B and performs heat exchange.
  • the thermoelectric element 3 is connected to the heat conducting member 2 at the other end B and exchanges heat.
  • the thermoelectric element 3 is an element made of two different types of metals or semiconductors, and is configured so that a temperature difference occurs between the surface in contact with the heat conducting member 2 and the opposite surface when a current flows.
  • the temperature is adjusted by adjusting the amount of current flowing to the thermoelectric element 3, and the temperature relationship generated between the surface in contact with the heat conducting member 2 and the back surface is reversed by reversing the direction of the current flowing to the thermoelectric element 3.
  • the side with a higher temperature will be called the heating surface
  • the cooling surface the side with a lower temperature than the heating surface
  • the back side becomes the cooling surface
  • the surface where the heat conducting member 2 and the thermoelectric element 3 contact is the cooling surface
  • the surface where the heat conducting member 2 and the thermoelectric element 3 contact is the cooling surface due to the reversal of the polarity of the current
  • the back side becomes the heating surface.
  • the polarity reversal and current adjustment are controlled by the control unit TCU, which will be described later.
  • a Peltier element can be used as the thermoelectric element 3.
  • the temperature detection unit T detects the temperature of the battery BT. In addition to the temperature of the battery BT, it also detects the temperature near one end side A and the other end side B of the heat conduction member 2. This configuration makes it possible to detect the temperature of the heat conduction member 2 after heat exchange between the heat conduction member 2 and the battery BT, and the temperature of the heat conduction member 2 after heat exchange between the thermoelectric element 3 and the heat conduction member 2, allowing for more accurate temperature management. This also applies to the following embodiments, and redundant explanations will be omitted. Accurate and high-speed control is possible when adjusting the temperature of the battery BT.
  • a temperature sensor such as a thermistor can be used as the temperature detection unit T. The temperature detected by the temperature detection unit T is transmitted to the control unit TCU by wire or wirelessly.
  • FIG. 3 is a block diagram explaining the control in the control unit TCU.
  • the control unit TCU controls the thermoelectric element 3 according to the temperature received from the temperature detection unit T. It controls the amount of current and the polarity of the current for the thermoelectric element 3.
  • the control unit TCU is preferably configured to perform two-way wired or wireless communication with the electronic control unit ECU of the electric vehicle 200.
  • the electronic control unit ECU can receive information such as the battery temperature and use it for other controls. Information can also be received from the electronic control unit ECU and used for controlling the control unit TCU.
  • Wired communication such as CAN (Controller Area Network) communication can be used for communication between the control unit TCU and the electronic control unit ECU. This is the same in the second to fourth embodiments.
  • the control unit TCU also has a comparison unit 20 and a command unit 21.
  • the comparison unit 20 determines control according to the temperature detected by the temperature detection unit T.
  • the comparison unit 20 has a cooling threshold temperature Ta that determines whether to start a cooling operation to eliminate the overheated state of the battery BT when the temperature exceeds the optimal temperature range for driving the battery BT, and a heating threshold temperature Tb that determines whether to start a heating operation to eliminate the excessive cooling state.
  • the cooling threshold temperature Ta and the heating threshold temperature Tb are values that are determined based on the upper and lower limits of the optimal temperature range for driving the battery BT.
  • the command unit 21 transmits control signals to each control mechanism using the signal line L1 according to the comparison result of the comparison unit 20.
  • the signal line La is a signal line for receiving temperatures from the temperature detection unit T on one end side A
  • the signal line Lb is a signal line for receiving temperatures from the temperature detection unit T on the other end side B
  • the signal line Lc is a signal line for receiving temperatures from the temperature detection unit T in the battery BT.
  • the signal line L1 is also a signal line for transmitting control signals to the thermoelectric element.
  • control in the control unit TCU is explained using the flowchart in Figure 4.
  • the control unit TCU receives information on the temperature Tx1 of the battery BT from the temperature detection unit T (step ST1), compares it with the cooling threshold temperature Ta (step ST2), and if it is determined that Tx1>Ta, controls the polarity of the thermoelectric element 3 so that the contact surface between the thermal conductive member 2 and the thermoelectric element 3 becomes the cooling surface, and adjusts the current (step ST3). Then, while detecting the temperature Tx1 of the battery BT, the temperature Ty1 near one end side A of the thermal conductive member 2, and the temperature Tz1 near the other end side B, it compares Tx1 with Ta (step ST4).
  • Steps ST3 and ST4 are repeated, and when the temperature Tx1 falls below Ta and Tb ⁇ Tx1 ⁇ Ta is satisfied, the current to the thermoelectric element 3 is stopped to stop the cooling operation (step ST5).
  • the comparison unit 20 compares it with the heating threshold temperature Tb (step ST6). If it is determined that Tx1 ⁇ Tb, the polarity is controlled so that the contact surface between the thermal conductive member 2 and the thermoelectric element 3 becomes the heating surface, and a current is passed through the thermoelectric element 3 (step ST7). Then, while detecting the temperature Tx1 of the battery BT, the temperature Ty1 near one end side A of the thermal conductive member 2, and the temperature Tz1 near the other end side B, the comparison unit 20 compares Tx1 with Tb (step ST8). Steps ST7 and ST8 are repeated, and when the temperature Tx1 exceeds Tb and Tb ⁇ Tx1 ⁇ Ta is satisfied, the current to the thermoelectric element 3 is stopped and the heating operation is stopped (step ST9).
  • the temperature of the battery BT can be managed.
  • the battery cooling/heating device SYS(2) according to the second embodiment is an embodiment in which a plurality of batteries BT according to the first embodiment are included, and will be described with reference to the configuration diagram of FIG. 5.
  • the battery cooling/heating device SYS(2) according to the second embodiment includes a plurality of batteries BT1 to BTn, a plurality of heat conductive members 2(1) to 2(n), a plurality of thermoelectric elements 3(1) to 3(n), a plurality of temperature detection units T1 to Tn, and a control unit TCU.
  • FIG. 5 components having the same functions as those in FIG. 2 are given the same symbols, and duplicated descriptions will be omitted.
  • FIG. 5 components having the same functions as those in FIG. 2 are given the same symbols, and duplicated descriptions will be omitted.
  • the batteries BT1 to BTn are each connected to the heat conductive member 2 and the battery BT at one end side A, and connected to the heat conductive members 2(1) to 2(n) and the thermoelectric elements 3(1) to 3(n) at the other end side B.
  • the heat conduction members 2(1) to 2(n) are not limited to being provided one by one for the battery BT, and heat exchange may be performed for one battery BT using a plurality of heat conduction members 2.
  • the thermoelectric element 3 is also configured to be in contact with the plurality of heat conduction members 2.
  • FIG. 6 is a block diagram explaining the control in the control unit TCU.
  • the control unit TCU controls the thermoelectric element 3 according to the temperature received from the temperature detection units T1 to Tn. It controls the amount of current and the polarity of the current for the thermoelectric element 3.
  • the control unit TCU has a comparison unit 20 and a command unit 21, as in the first embodiment, and detects the temperatures of the batteries BT1-BTn and the vicinity of one end side A and the vicinity of the other end side B of the thermally conductive member 2 using temperature detection units T1-Tn, respectively, and compares them with the cooling threshold temperature Ta and the heating threshold temperature Tb, as in the first embodiment, and controls each of the thermoelectric elements 3(1)-3(n) depending on the comparison result.
  • the control unit TCU receives the temperature from the temperature detection unit T and sends control signals to each control mechanism using signal lines La(1)-La(n), Lb(1)-Lb(n), Lc(1)-Lc(n), and L1(1)-L1(n).
  • Signal lines La(1) to La(n) are on one end side A, signal lines Lb(1) to Lb(n) are on the other end side B, and signal lines Lc(1) to Lc(n) are signal lines for receiving temperature signals from temperature detection units T1 to Tn in battery BT. Signal lines L1(1) to L1(n) are signal lines for transmitting control signals to thermoelectric elements 3(1) to 3(n).
  • control in the control unit TCU is explained using the flowchart in Figure 7.
  • the control unit TCU receives information on the temperature Tx2 of the battery BT2 from the temperature detection unit T2 (step ST11), compares it with the cooling threshold temperature Ta in the comparison unit 20 (step ST12), and if it is determined that Tx2>Ta, controls the polarity of the thermoelectric element 3(2) so that the contact surface between the thermal conductive member 2(2) and the thermoelectric element 3(2) becomes the cooling surface, and adjusts the current (step ST13).
  • Step ST14 while detecting the temperature Tx2 of the battery BT2, the temperature Ty2 near one end side A of the thermal conductive member 2(2), and the temperature Tz2 near the other end side B, it compares Tx2 with Ta (step ST14). Steps ST13 and ST14 are repeated, and when temperature Tx2 eventually falls below Ta and Tb ⁇ Tx2 ⁇ Ta is satisfied, the current to thermoelectric element 3(2) is stopped to stop the cooling operation (step ST15).
  • the heating operation will be described with reference to FIG. 7.
  • the temperature Tx2 of the battery BT is received from the temperature detection unit T2 (step ST11), it is compared with the heating threshold temperature Tb (step ST16). If it is determined that Tx2 ⁇ Tb, the polarity is controlled so that the contact surface between the thermal conductive member 2(2) and the thermoelectric element 3(2) becomes the heating surface for the thermoelectric element 3(2), and the current is adjusted (step ST17). Then, while detecting the temperature Tx2 of the battery BT2, the temperature Ty2 near one end side A of the thermal conductive member 2(2), and the temperature Tz2 near the other end side B, Tx2 and Tb are compared (step ST18). Steps ST17 and ST18 are repeated, and when the temperature Tx2 exceeds Tb and Tb ⁇ Tx2 ⁇ Ta is satisfied, the current to the thermoelectric element 3(2) is stopped and the heating operation is stopped (step ST19).
  • the battery cooling/heating device SYS (3) according to the third embodiment is a modified example of the first embodiment.
  • the battery cooling/heating device SYS (3) according to the third embodiment will be described with reference to the configuration diagram of Fig. 8.
  • Fig. 8 components having the same functions as those in Fig. 2 are denoted by the same symbols, and duplicated descriptions will be omitted.
  • the battery cooling/heating device SYS (3) includes a battery BT, a heat conductive member 2, a thermoelectric element 3, a heat exchanger 5, a temperature detector T, a pumping device 6, a circulation path 7 through which a heat medium 10 passes, a heat supply device 202, and a storage section 9.
  • the heat conductive member 2 and the battery BT are connected at one end A
  • the thermoelectric element 3 is connected at the other end B.
  • the heat exchanger 5 is connected to the rear surface of the surface where the thermoelectric element 3 and the heat conductive member 2 come into contact, and the temperature of the rear surface of the thermoelectric element 3 is adjusted by the heat medium 10 (not shown) flowing through the circulation path 7 that passes through the heat exchanger 5.
  • the temperature detector T detects the temperature of the battery BT and the vicinity of one end A and the other end B of the heat conductive member 2.
  • the thermally conductive member 2 has a high thermal conductivity and is a member that enables thermal conduction between one end side A and another end side B separated from one end side A on the thermally conductive member 2 without the need for power. By using a heat pipe as the thermally conductive member 2, high-speed heat conduction is possible.
  • the thermally conductive member 2 is connected to the battery BT at one end side A and performs heat exchange, and is connected to the thermoelectric element 3 at the other end side B and performs heat exchange.
  • thermoelectric element 3 is connected to the heat conducting member 2 at the other end B and exchanges heat.
  • the thermoelectric element 3 is an element made of two different types of metals or semiconductors, and is configured so that a temperature difference occurs between the surface in contact with the heat conducting member 2 and the opposite surface when a current is flowing.
  • the thermoelectric element 3 is controlled by a control unit TCU, which will be described later.
  • a heat exchange unit 5 is connected to the surface behind the surface connected to the heat conducting member 2.
  • the temperature detection unit T detects the temperature of the battery BT. In addition to the temperature of the battery BT, it also detects the temperatures near one end side A and near the other end side B of the thermally conductive member 2. The temperature detected by the temperature detection unit T is transmitted to the control unit TCU by wire or wirelessly.
  • the temperature detection unit T may also be configured to detect the temperature of the surface behind the surface where the thermoelectric element 3 is connected to the thermally conductive member 2. This configuration makes it easier to determine when to start control to reduce the temperature difference between the surface behind and the surface connected to the thermally conductive member 2.
  • the heat medium 10 is a fluid that is heated or cooled by heat exchange in the heat supply device 202, and transfers the heat by moving itself.
  • an LLC Long Life Coolant
  • the heat medium 10 is used for both cooling and heating purposes, it is preferable that the fluid be usable for both purposes. It is also preferable that the material does not corrode the material that constitutes the flow path.
  • the heat medium 10 circulates through the circulation flow path 7.
  • the circulation flow path 7 is a path through which the heat medium 10 flows.
  • the circulation flow path 7 is a flow path that circulates from the heat supply device 202 through the heat exchange section 5, and is provided with a storage section 9 midway along the flow path.
  • the circulation flow path 7 is configured so that the heat medium 10 heated or cooled by the heat supply device 202 exchanges heat in the heat exchange section 5.
  • the heat medium 10 is heated by the heat supply device 202, carries the heat to the heat exchange section 5, and imparts heat to the surface behind the surface where the thermoelectric element 3 and the thermally conductive member 2 come into contact in the heat exchange section 5.
  • the heat field body 10 is cooled by the heat supply device 202, and takes heat from the above-mentioned surface behind in the heat exchange section 5.
  • the heat exchange unit 5 is installed in contact with the rear surface of the surface where the thermoelectric element 3 and the thermal conductive member 2 are connected, and the heat medium 10 exchanges heat with the rear surface as the heat medium 10 passes through the heat exchange unit 5.
  • the thermoelectric element 3 is configured so that a temperature difference occurs between the surface where the thermoelectric element 3 and the thermal conductive member 2 are in contact with each other while a current is flowing (hereinafter referred to as the "contact surface") and the rear surface (hereinafter referred to as the "non-contact surface").
  • the contact surface is a cooling surface due to a cooling operation
  • the non-contact surface is a heating surface having a higher temperature than the cooling surface.
  • the battery BT can be cooled more efficiently. Also, when the contact surface is a heating surface due to a heating operation, the non-contact surface can be heated by the heat exchange unit 5, so that the battery BT can be heated more efficiently.
  • the pumping device 6 pumps the heat medium 10 in the circulation flow path 7 to form a flow in a fixed direction.
  • the pumping device 6 can change the pressure during pumping and the pumping speed of the heat medium 10, and is controlled by the control unit TCU.
  • the installation position can be changed as appropriate.
  • An electric water pump can be used as the pumping device 6.
  • FIG. 9 is a block diagram explaining the control in the control unit TCU.
  • the control unit TCU controls the thermoelectric element 3, the heat supply device 202, and the pressure supply device 6 according to the temperature received from the temperature detection unit T.
  • the thermoelectric element 3 it controls the amount of current and the polarity of the current.
  • control unit TCU is configured to perform two-way wired or wireless communication with the electronic control unit ECU of the electric vehicle 200.
  • the control unit TCU also has a comparison unit 20 and a command unit 21.
  • the control unit TCU determines control according to the comparison result of the comparison unit 20 comparing the temperature detected by the temperature detection unit T.
  • the comparison unit 20 compares the temperature detected by the temperature detection unit T with the cooling threshold temperature Ta and the heating threshold temperature Tb determined based on this temperature range to determine whether the temperature detected by the temperature detection unit T is in the optimal temperature range for driving the battery BT.
  • the control unit TCU is also configured to control the pumping device 6 and the heat supply device 202 so that the thermoelectric element 3 heats or cools the non-contact surface with the heat conductive member 2 as necessary. In that case, the non-contact surface may be detected by the temperature detection unit T as described above.
  • the command unit 21 transmits control signals for controlling each mechanism via the signal lines L1 to L3 according to the comparison result of the comparison unit 20.
  • Signal line La is a signal line for receiving the temperature from the temperature detection unit T on one end side A
  • signal line Lb is a signal line for receiving the temperature from the temperature detection unit T on the other end side B
  • signal line Lc is a signal line for receiving the temperature from the temperature detection unit T in the battery BT.
  • signal line L1 is a signal line for transmitting a control signal to the thermoelectric element 3
  • signal line L2 is a signal line for transmitting a control signal to the heat supply device 202
  • signal line L3 is a signal line for transmitting a control signal to the pressure supply device 6.
  • the heat supply device 202 is installed in the circulation flow path 7 so as to be capable of exchanging heat with the heat medium 10, and heats or cools the heat medium 10.
  • control in the control unit TCU is explained using the flowchart in Figure 10.
  • the control unit TCU receives information on the temperature Tx3 of the battery BT from the temperature detection unit T (step ST21), and compares it with the cooling threshold temperature Ta in the comparison unit 20 (step ST22). If it is determined that Tx3>Ta, it operates the pumping device 6 and the heat supply device 202 to cool the heat medium 10, and cools the non-contact surface of the thermoelectric element 3 in the heat exchange unit 5 (step ST23). In addition, the polarity is controlled so that the contact surface with the thermoelectric element 3 becomes the cooling surface, and the current is adjusted (step ST24).
  • step ST25 the comparison unit 20 compares Tx3 with Ta (step ST25). Steps ST23 to ST25 are repeated, and when the temperature Tx3 falls below Ta and Tb ⁇ Tx3 ⁇ Ta is satisfied, the current to the thermoelectric element 3 is stopped (step ST26), and the operation of the pumping device 6 and the heat supply device 202 is stopped (step ST27).
  • the cooling operation of the non-contact surface in step ST24 may be performed as necessary.
  • a temperature detection unit T may be provided for the non-contact surface, and whether or not to execute step ST24 may be determined depending on the obtained temperature.
  • the comparison unit 20 compares it with the heating threshold temperature Tb (step ST28). If it is determined that Tx3 ⁇ Tb, the pressure supply device 6 is operated, the heat supply device 202 is operated to heat the heat medium 10, and the non-contact surface of the thermoelectric element 3 is heated in the heat exchange unit 5 (step ST29). In addition, the polarity of the thermoelectric element 3 is controlled so that the contact surface between the thermal conductive member 2 and the thermoelectric element 3 becomes the heating surface, and the current is passed and adjusted (step ST30).
  • the comparison unit 20 compares Tx3 with Tb while detecting the temperature Tx3 of the battery BT, the temperature Ty3 near one end side A of the thermal conductive member 2, and the temperature Tz3 near the other end side B (step ST31). Steps ST29 to ST31 are repeated, and when the temperature Tx3 exceeds Tb and Tb ⁇ Tx3 ⁇ Ta is reached, the current to the thermoelectric element 3 is stopped (step ST32), and the operation of the pumping device 6 is stopped to stop the heat supply device (step ST33). Note that the heating operation of the non-contact surface in step ST24 may be performed as necessary, similar to the cooling operation.
  • the temperature of the battery BT can be managed.
  • a battery cooling/heating device SYS (4) of the fourth embodiment is an embodiment in which a plurality of batteries BT of the third embodiment are included, and will be described with reference to the configuration diagram of Fig. 11.
  • the area surrounded by a dashed line indicates the area indicated by the lead-out line.
  • the battery cooling/heating device SYS(4) includes a plurality of batteries BT1 to BTn, a plurality of heat conductive members 2(1) to 2(n), a plurality of thermoelectric elements 3(1) to 3(n), a plurality of heat exchange units 5(1) to 5(n), a temperature detection unit T1 to Tn, a circulation flow path 7, a plurality of branch flow paths 8(1) to 8(n) branching from the circulation flow path 7, a heat supply device 202, a cooling flow path 7a branching from the circulation flow path 7 and passing through a cooling unit 202a, a heating flow path 7b branching from the circulation flow path 7 and passing through a heating unit 202b, a plurality of control valves SV1 to SVn, a rotation control valve RV, a pressure-feeding device 6, a control unit TCU, and a storage unit 9.
  • the heat supply device 202 includes a cooling unit 202a and a heating unit 202b. In FIG. 11, the same symbols are used for components having
  • the flow path through which the heat transfer medium 10 passes branches from the circulation flow path 7 into branch flow paths 8(1) to 8(n), then merges back into the circulation flow path 7, and is then branched by the rotary control valve RV into a flow path that passes through the cooling flow path 7a passing through the cooling section 202a or the heating flow path 7b passing through the heating section 202b, before rejoining the circulation flow path 7 and circulating.
  • the heat conduction member 2 is connected to the battery BT at one end side A of the heat conduction member 2, and the heat conduction member 2 is connected to the thermoelectric element 3 at the other end side B.
  • the heat conduction members 2 are not limited to being installed one per battery BT as long as heat is conducted evenly on the same battery BT, and heat exchange may be performed by multiple heat conduction members 2 for one battery BT.
  • the thermoelectric element 3 is also configured to be in contact with the multiple heat conduction members 2.
  • the temperature detection unit T detects the temperatures of each battery BT and the vicinity of one end side A and the vicinity of the other end side B of the heat conduction member 2.
  • a heat exchange unit 5 is connected to the surface behind the surface where the thermoelectric element 3 and heat conduction member 2 come into contact.
  • the heat exchanger 200 also includes a circulation flow path 7 through which the heat medium 10 (not shown) circulates, branch flow paths 8(1) to 8(n) which branch in parallel from the circulation flow path 7 and merge again with the circulation flow path 7, a pumping device 6 which forms a flow in a fixed direction on the circulation flow path 7, a storage section 9, and the above-mentioned heat supply device 202.
  • a battery BT, a heat conductive member 2, a thermoelectric element 3, and a heat exchange section 5 are each provided so that the heat medium 10 flowing through the branch flow path 8 can exchange heat with the heat exchange section 5.
  • the branch flow paths 8(1) to 8(n) are each provided with a control valve SV1 to SVn which adjusts the flow rate of the heat medium 10.
  • the thermal conduction members 2(1)-2(n), thermoelectric elements 3(1)-3(n), temperature detection units T1-Tn, and heat exchange units 5(1)-5(n) connected to the batteries BT1-BTn, respectively, are represented.
  • the thermal conduction member, thermoelectric element, and temperature detection unit connected to the second battery BT2 are represented as the thermal conduction member 2(2), thermoelectric element 3(2), temperature detection unit T2, and heat exchange unit 5(2), respectively.
  • the control valves SV1 to SVn are installed in each of the multiple branch flow paths 8(1) to 8(n).
  • the control valves SV1 to SVn (hereinafter also referred to as SV) can adjust the flow rate of the heat medium 10 from upstream to downstream and open and close the flow path by moving the valve body.
  • the valve body of the control valve SV is controlled by the control unit TCU.
  • a solenoid valve electromagnettic valve
  • the heat supply device 202 has a cooling section 202a that cools the heat medium 10 and a heating section 202b that heats it.
  • a cooling flow path 7a that passes through the cooling section 202a and a heating flow path 7b that passes through the heating section 202b are configured to be switchable by a switching control valve RV so that the heat medium 10 can be heat exchanged in the cooling section 202a and the heating section 202b, respectively, by branching off from the circulation flow path 7 and rejoining the circulation flow path 7.
  • the switching control valve RV is a control valve that can switch between multiple flow paths using a valve body, and switches between the cooling flow path 7a that passes through the cooling section 202a and the heating flow path 7b that passes through the heating section 202b. This switching is controlled by the control unit TCU.
  • a rotary valve in which the rotation of the rotor, which is the valve body, can be controlled from outside can be used as the switching control valve RV.
  • FIG. 12 is a block diagram explaining the control in the control unit TCU.
  • the control unit TCU controls the thermoelectric element 3, the pumping device 6, the control valves SV1 to SVn, the switching control valve RV, and the heat supply device 202 according to the temperatures received from the temperature detection units T1 to Tn.
  • the thermoelectric element 3 it controls the amount of current and the polarity of the current.
  • control unit TCU is configured to perform two-way wired or wireless communication with the electronic control unit ECU of the electric vehicle 200.
  • the control unit TCU has a comparison unit 20 and a command unit 21.
  • the control unit TCU determines control according to the comparison result of the comparison unit 20 comparing the temperature detected by the temperature detection unit T.
  • the comparison unit 20 compares the temperature detected by the temperature detection unit T with the cooling threshold temperature Ta and the heating threshold temperature Tb determined based on this temperature range to determine whether the temperature detected by the temperature detection unit T is in the optimal temperature range for driving the battery BT.
  • the control unit TCU is configured to control the pumping device 6 and the heat supply device 202 so that the thermoelectric element 3 heats or cools the non-contact surface with the heat conductive member 2 as necessary. In that case, the non-contact surface may be detected by the temperature detection unit T as described above.
  • the command unit 21 transmits control signals for controlling each mechanism via signal lines L1(1) to L1(n), L2a, L2b, L3, L4(1) to L4(n), and L5 according to the comparison result of the comparison unit 20.
  • Signal lines La(1) to La(n) are signal lines for receiving temperatures from the temperature detectors T1 to Tn at one end A
  • signal lines Lb(1) to Lb(n) are signal lines for receiving temperatures from the temperature detectors T1 to Tn at the other end B
  • signal lines Lc(1) to Lc(n) are signal lines for receiving temperatures from the temperature detectors T1 to Tn in the battery BT.
  • Signal lines L1(1) to L1(n) are signal lines for transmitting control signals to the thermoelectric elements.
  • Signal line L2a is a signal line for the cooling unit 202a
  • signal line L2b is a signal line for the heating unit 202b
  • L3 is a signal line for transmitting control signals to the pumping device 6
  • L4(1) to L4(n) are signal lines for transmitting control valves SV1 to SVn
  • signal line L5 is a signal line for transmitting control signals to the switching control valve RV.
  • control in the control unit TCU is explained using the flowchart in Figure 13.
  • the cooling operation will be described with reference to FIG. 13.
  • the control when a temperature Tx4 exceeding the cooling threshold temperature Ta is detected from the temperature detection unit T2 of the battery BT2 will be described.
  • the pumping device 6 operates at a low speed or is stopped depending on the temperature
  • the control valves SV1 to SVn are controlled to pass a low amount of water
  • the rotary control valve RV passes water to the cooling unit 7a, circulating the heat medium 10 through the cooling unit 202a.
  • control unit TCU When the control unit TCU receives information on the temperature Tx4 of the battery BT2 from the temperature detection unit T2 (step ST41), it compares it with the cooling threshold temperature Ta (ST42). If it is determined that Tx4>Ta, it controls the polarity of the thermoelectric element 3(2) so that the contact surface between the heat conductive member 2(2) and the thermoelectric element 3(2) becomes the cooling surface, and adjusts the current (step ST43). In addition, it operates the pumping device 6 at high speed, fully opens the control valve SV2 to allow water to flow, and switches the switching control valve RV to the cooling flow path 7a to allow the water to pass through the cooling unit 202a.
  • step ST44 while exchanging heat with the radiator as the cooling unit 202a, it operates the electric fan to cool the heat medium 10, and cools the non-contact surface of the thermoelectric element 3(2) in the heat exchange unit 5(2) (step ST44). Then, while detecting the temperature Tx4 of the battery BT2, the temperature Ty4 near one end side A of the heat conductive member 2(2), and the temperature Tz4 near the other end side B, Tx4 is compared with Ta (step ST45).
  • Steps ST43 to ST45 are repeated, and when the temperature Tx4 falls below Ta and Tb ⁇ Tx4 ⁇ Ta is satisfied, the current to the thermoelectric element 3(2) is stopped (step ST46), the control valve SV2 is controlled to pass water at a low rate, the pumping device 6 is slowed down or stopped, and the electric fan as the cooling unit 202a is stopped (step ST47).
  • the cooling operation of the non-contact surface in step ST44 may be performed as necessary. In that case, a temperature detection unit T may be provided for the non-contact surface, and whether or not to execute step ST44 may be determined according to the obtained temperature.
  • the heating control will be described when the temperature detection unit T2 in the battery BT2 detects a temperature Tx4 below the heating threshold temperature Tb.
  • the pumping device 6 operates at a low speed or is stopped depending on the temperature, the control valves SV1 to SVn are adjusted to allow a low amount of water to pass, and the switching control valve RV passes water through the cooling flow path 7a, and the heat medium 10 circulates through a radiator or the like as the cooling unit 202a.
  • the control unit TCU receives the temperature Tx4 of the battery BT2 from the temperature detection unit T2 (step ST41), compares it with the heating threshold temperature Tb in the comparison unit 20 (step ST48), and if it is determined that Tx4 ⁇ Tb, controls the polarity of the thermoelectric element 3(2) so that the contact surface between the heat conductive member 2(2) and the thermoelectric element 3(2) becomes the heating surface, and adjusts the current (step ST49).
  • the pumping device 6 is operated at high speed, the control valve SV2 is fully opened to allow water to flow, the switching control valve RV is switched to the heating flow path 7b, the PTC heater of the heating unit 202b is operated to heat the heat medium 10, and the non-contact surface of the thermoelectric element 3(2) is heated in the heat exchange unit 5(2) (step ST50). Then, while detecting the temperature Tx4 of the battery BT2, the temperature Ty1 in the vicinity of one end side A of the thermal conductive member 2(2), and the temperature Tz1 in the vicinity of the other end side B, the comparison unit 20 compares Tx4 with Tb (step ST51).
  • Steps ST49 to ST51 are repeated, and when the temperature Tx4 exceeds Tb and Tb ⁇ Tx4 ⁇ Ta is satisfied, the current to the thermoelectric element 3(2) is stopped (step ST52), the control valve SV2 is controlled to pass water at a low rate, the pumping device 6 is slowed down or stopped, the switching control valve RV is switched to the cooling flow path 7a, and the PTC heater as the heating unit 202b is stopped (step ST53).
  • the heating operation of the non-contact surface in step ST53 may be performed as necessary.
  • a temperature detection unit T may be provided for the non-contact surface, and whether or not to execute step ST50 may be determined according to the obtained temperature.
  • the battery temperature adjustment system configured as described above can provide a battery cooling/heating device that can adjust the temperature of multiple batteries by cooling and heating individually, even when the cooling or heating requirements for each battery change due to different usage conditions.

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Abstract

バッテリ（ＢＴ）と、バッテリ（ＢＴ）と一端側で繋がって熱交換を行うことが可能な熱伝導部材（２）と、熱伝導部材（２）の他端側と繋がって熱伝導部材（２）と熱交換を行う熱電素子（３）と、少なくともバッテリ（ＢＴ）と、熱伝導部材（２）の温度を検出する温度検出部（Ｔ）と、温度検出部（Ｔ）で検出した温度に応じて、少なくとも熱電素子（３）に流す電流の量と電流の極性を切り替える制御部（ＴＣＵ）とを有し、熱電素子（３）は、熱電素子（３）に電流が流れることで、熱電素子（３）に温度の高い加熱面と加熱面よりも温度の低い冷却面を形成し、バッテリ（ＢＴ）の冷却または加熱を行う。

Description

バッテリ冷暖装置
　本発明は、バッテリ冷暖装置に関する。
　電気自動車市場の成長に伴い、バッテリ性能の向上が求められている。電気自動車には、駆動用モータや電動アクチュエータ、センサなどの様々な電子機器類に電力供給を行うため、多数のバッテリモジュールが搭載されている。バッテリの過熱は、バッテリの寿命や使用可能時間だけでなく、安全性にも影響を与える。また、寒冷地では、バッテリの内部抵抗が高くなるためバッテリの性能低下、場合によっては破損する場合もある。そのため、搭載するバッテリが適正な温度状態を保つように管理し調整する必要がある。発熱したバッテリを冷却するシステムとして、特許文献１では、バッテリセルにべーパーチャンバーを密着して配設し、ベーパーチャンバーにペルチェ素子などからなる熱電素子を密着して加熱または冷却する発明が示されている。
特許第６７０４５９５号公報
　しかし、電気自動車に搭載されたバッテリは、様々な動作や作動制御機器類に電力を供給するため、それぞれ電力供給対象からの要求に応じ、それぞれが異なる使用条件によって使用されるため、バッテリはそれぞれ異なる発熱状態になる。そのため、バッテリに対して効率的に温度調整を行うためには、個々のバッテリに対して適正な温度管理を行う必要がある。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリに対して、それぞれのバッテリの冷却または加熱要求が変化した場合でも、個別に温度調整が可能なバッテリ冷暖装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、第１の発明は、バッテリと、前記バッテリと一端側で繋がって熱交換を行うことが可能な熱伝導部材と、前記熱伝導部材の他端側と繋がって熱交換を行う熱電素子と、少なくとも前記バッテリの温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部で検出した温度に応じて、少なくとも前記熱電素子に流す電流の量と電流の極性とを切り替える制御部とを有し、前記熱電素子は、前記熱電素子に電流が流れた状態で、前記熱電素子に温度の高い加熱面と前記加熱面よりも温度の低い冷却面を形成し、前記バッテリの冷却または加熱を行う。
　上記の本発明に係るバッテリ冷暖装置において、好ましくは、前記バッテリを複数備え、前記複数のバッテリとそれぞれ繋がる複数の前記熱伝導部材と、前記複数の熱伝導部材とそれぞれ繋がる複数の前記熱電素子と、少なくとも前記複数のバッテリの温度をそれぞれ検出する複数の前記温度検出部とを有して構成され、前記制御部により、前記複数のバッテリの冷却および加熱を制御することが好ましい。
　上記課題を解決するため、第２の発明は、バッテリと、前記バッテリと一端側で繋がって熱交換を行うことが可能な熱伝導部材と、前記熱伝導部材の他端側と繋がって熱交換を行う熱電素子と、少なくとも前記バッテリの温度を検出する温度検出部と、前記熱電素子と繋がって熱交換を行う熱交換部と、熱を運搬する流体である熱媒体と、前記熱媒体が循環し、前記熱交換部と前記熱媒体とが熱交換可能に形成される循環流路と、前記循環流路に前記熱媒体を圧送する圧送装置と、前記熱媒体を加熱または冷却する熱供給装置と、前記温度検出部で検出した温度に応じて、少なくとも前記熱電素子に流す電流の量と、電流の極性と、前記圧送装置と、前記熱供給装置とを制御する制御部とを有し、前記熱電素子に電流が流れた状態で、前記熱電素子と前記熱伝導部材とが繋がる面と、前記熱交換部と前記熱電素子とが繋がる面とに温度差を発生し、前記温度差を小さくするように、前記制御部による制御を行い、前記バッテリの冷却または加熱を行う。
　上記の本発明に係るバッテリ冷暖装置において、好ましくは、前記バッテリを複数備え、前記複数のバッテリとそれぞれ繋がる前記熱伝導部材と、前記複数の熱伝導部材とそれぞれ繋がる複数の前記熱電素子と、前記複数の熱電素子とそれぞれ繋がる複数の前記熱交換部と、少なくとも前記複数のバッテリの温度をそれぞれ検出する複数の前記温度検出部と、前記循環流路から並列に分岐して再び前記循環流路に合流する複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路において前記熱媒体の流量をそれぞれ調整する制御が可能な複数の制御弁とを有し、前記複数の分岐流路において、それぞれの前記複数の熱交換部と、前記複数の分岐流路を通過する前記熱媒体とが熱交換可能に設置され、前記制御部は、前記複数の制御弁を制御することが好ましい。
　上記の本発明に係るバッテリ冷暖装置において、好ましくは、前記熱供給装置が、前記熱媒体の冷却を行う冷却部と、前記熱媒体の加熱を行う加熱部とを有し、前記循環流路から分岐し再び前記循環流路に合流する前記冷却部を含む冷却流路と、前記加熱部を含む加熱流路と、前記冷却流路もしくは前記加熱流路への流路を切り替える切替制御弁とを有し、前記制御部がさらに前記切替制御弁を制御することが好ましい。
　第１の発明に係るバッテリ冷暖装置によれば、熱電素子へ流れる電流を制御部によって制御することにより、熱電素子に加熱面と冷却面が発生し、熱伝導部材と繋がる面が加熱面となるように制御することで、バッテリを加熱することができる。また、熱電素子へ流れる電流の極性を反転させることで、熱伝導部材と繋がる面が冷却面となり、バッテリを冷却することができる。また、温度検出部がバッテリと、熱伝導部材の温度を検出することで、検出した温度に応じて冷却または加熱操作を行うことができる。
　上記バッテリ冷暖装置において、バッテリを複数有し、それぞれに熱伝導部材と、熱電素子とが繋がり、それぞれのバッテリと、熱伝導部材の温度を検出するように構成される。このことにより、それぞれのバッテリの温度を個別に管理し温度調整を行うことができる。
　第２の発明に係るバッテリ冷暖装置によれば、熱電素子へ流れる電流を制御部によって制御することにより、バッテリを加熱または冷却することができる。また、熱電素子に電流が流れた状態で、熱伝導部材と熱電素子とが繋がる面と、熱電素子と熱交換部とが繋がる面とに発生する温度差を小さくするように、熱供給装置で加熱もしくは冷却された熱媒体と熱電素子とが熱交換可能に循環流路が構成されることによって、熱電素子が冷却操作を行っている際にその反対側の面には、熱電素子と熱伝導部材とが繋がる面よりも温度の高い加熱面が発生し、その加熱面を冷却された熱媒体によって冷却することで、冷却操作の効果を上げることができる。また、熱電素子が加熱操作を行っている際にその反対側の面には、熱電素子と熱伝導部材とが繋がる面よりも温度の低い冷却面が発生し、その冷却面を加熱された熱媒体によって加熱することで、加熱操作の効果を上げることができる。このようにして、バッテリの冷却または加熱の効果をあげることができる。
　上記バッテリ冷暖装置において、バッテリを複数有し、複数の温度検出部によって、それぞれのバッテリと、複数の熱伝導部材の温度を検出し、その検出したそれぞれの温度に応じて、制御部が熱電素子を制御するように構成されることで、複数のバッテリを個別に温度管理することができる。また、循環流路から並列に複数に分岐した分岐流路おいて、それぞれのバッテリが熱交換部を通して分岐流路を流れる熱媒体と熱交換可能に構成されることにより、熱電素子に電流を流すことで発生する温度差を小さくし、バッテリの冷却または加熱の効果をあげることができる。
　上記バッテリ冷暖装置において、切替制御弁によって、冷却部を含む冷却流路と、加熱部を含む加熱流路へ切り替え可能に構成されることで、冷却部と加熱部をそれぞれ有する場合にも、熱電素子に電流が流れた状態で発生する、熱伝導部材と熱電素子とが繋がる面と、熱電素子と熱交換部とが繋がる面との温度差を小さくするように、冷却または加熱操作を行うことができる。それによって、バッテリの冷却または加熱の効果をあげることができる。
本発明に係るバッテリ温度調整システムを電気自動車に適用した一例を示す概略図である。 第１実施形態に係るバッテリ温度調整システムを示す構成図である。 第１実施形態に係るバッテリ温度調整システムの制御を説明するブロック図である。 第１実施形態に係るバッテリ温度調整システムの制御を説明するフローチャートである。 第２実施形態に係るバッテリ温度調整システムを示す構成図である。 第２実施形態に係るバッテリ温度調整システムの制御を説明するブロック図である。 第２実施形態に係るバッテリ温度調整システムの制御を説明するフローチャートである。 第３実施形態に係るバッテリ温度調整システムを示す構成図である。 第３実施形態に係るバッテリ温度調整システムの制御を説明するブロック図である。 第３実施形態に係るバッテリ温度調整システムの制御を説明するフローチャートである。 第４実施形態に係るバッテリ温度調整システムを示す構成図である。 第４実施形態に係るバッテリ温度調整システムの制御を説明するブロック図である。 第４実施形態に係るバッテリ温度調整システムの制御を説明するフローチャートである。
　以下、本発明に係る実施形態を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する実施形態は、本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく改良または変形が行われても良い。
　まず、本実施形態に係るバッテリ冷暖システムＳＹＳを備えた電気自動車２００を図１の模式図に基づいて説明する。なお、図１には、バッテリ冷暖システムＳＹＳに係る電気自動車２００の主要な構成要素を示しており、電気自動車２００が有する全ての構成を示したものではない。
　電気自動車２００は、複数のバッテリＢＴ１～ＢＴｎと、バッテリＢＴ１～ＢＴｎの温度管理を行う本実施形態に係るバッテリ冷暖システムＳＹＳと、熱供給装置２０２と、電子制御装置ＥＣＵとを備えている。電気自動車２００は、複数のバッテリＢＴ１～ＢＴｎ（以下、まとめて呼ぶ場合は「バッテリＢＴ」ともいう）に蓄えられた電気を交流に変換し、図示していない駆動用モータを駆動する。また、電圧をコントロールすることで駆動用モータの駆動力を制御する。バッテリＢＴに蓄えられた電気は、その他の電動アクチュエータや電子機器の駆動にも使われる。バッテリＢＴは、本実施形態に係るバッテリ冷暖装置ＳＹＳの温度調整の対象物である。バッテリは種類によって駆動に最適な温度範囲を有しており、その温度範囲では安定した駆動を保証されている。しかし、温度範囲の上限値を超えてバッテリが過熱状態になると、バッテリの劣化に繋がる。また、温度範囲の下限値を下回る低温状態では、バッテリの内部での化学反応の速度が低下するためバッテリ性能が低下する。例えば寒冷地の急速充電において、バッテリの温度が３０～５０℃の環境では３０分の充電で満充電の３０～４０％まで回復することができるのに対し、１０℃以下では充電量が低下し、さらに０℃以下では著しく低下して、同じ３０分の充電で回復するのは１０％未満である。このように、気温の低下に伴い充電能力が低下する。バッテリＢＴはこのような駆動に最適な温度範囲を有しており、後述する制御部ＴＣＵによる温度調整において、この温度範囲の上限値および下限値に基づいた加熱または冷却のための制御の判定をするための閾値を設けることが好ましい。
　電子制御装置ＥＣＵは、電気自動車２００に搭載した様々な電子機器と通信を行い、ハードウェアとソフトウェアの協働により、エンジンやトランスミッション、ブレーキ、その他電子機器等の制御を行う。電子制御装置ＥＣＵは、後述する制御部ＴＣＵと通信を行う。
　熱供給装置２０２は、電気自動車２００の車内の温度調整が可能な装置であり、例えば電動ファンやラジエータ、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータなどの半導体セラミックヒータなどである。電動ファンは、電動でファンが回転することで対象物の冷却を行う。また、ラジエータは、冷却対象の流体を内部に流し、周囲の空気と流体とが熱交換を行う装置であり、走行中の風によって内部の流体が冷却されることで対象物の冷却を行う。ＰＴＣヒータは、半導体粒子とカーボン粒子などの導電性の高い粒子が配合され、温度によって電気の流れやすさが変化するように作られた加熱装置である。これらの加熱または冷却可能な熱供給装置２０２は、本実施形態に係るバッテリ冷暖装置ＳＹＳにおいて、後述する熱媒体１０を加熱または冷却を行う装置として用いられる。
　本実施形態に係るバッテリ冷暖装置ＳＹＳは、温度検出部Ｔから受信した温度情報を元に、制御装置ＴＣＵが加熱または冷却を行うことでバッテリＢＴの温度調整を行う装置である。以下より、各実施形態に係るバッテリ冷暖装置ＳＹＳ（１）～ＳＹＳ（４）についてそれぞれ構成図を用いて説明する。
（第１実施形態）
　第１実施形態に係るバッテリ冷暖システムＳＹＳ（１）は、バッテリＢＴと、熱伝導部材２と、熱電素子３と、温度検出部Ｔと、制御部ＴＣＵとを備えている。図２は、バッテリ冷暖システムＳＹＳ（１）の概略を示す構成図である。図２において、熱伝導部材２の一端側Ａにおいて熱伝導部材２とバッテリＢＴとが繋がっており、一端側Ａにおいて熱伝導部材２とバッテリＢＴとの熱交換が行われる。また、熱伝導部材２の他端側Ｂには熱電素子３が繋がっており、他端側Ｂにおいて熱伝導部材２と熱電素子３との熱交換が行われる。熱伝導部材２における他端側Ｂと一端側Ａとでは熱伝導が行われる。制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔで検出した温度に応じて熱電素子３を制御する。図２では、一端側Ａと他端側Ｂのおよその範囲をそれぞれ破線で囲んで示している。また、温度検出部Ｔが検出するおよその位置を丸記号で示しており、後述する第２～第４実施形態における構成図である図５、図８、図１１でも同様である。
　熱伝導部材２は、高い熱伝導率を有し、熱伝導部材２上において、動力を要することなく、一端側Ａと、一端側Ａと離れた他端側Ｂとの熱伝導を可能にする部材である。熱伝導部材２としては、ヒートパイプを用いることで、高速な熱の伝導が可能となる。熱伝導部材２は、一端側ＡでバッテリＢＴと繋がり熱交換を行い、他端側Ｂでは熱電素子３と繋がり熱交換を行う。
　熱電素子３は、熱伝導部材２と他端側Ｂで繋がり熱交換を行う。熱電素子３は、異なる２種の金属または半導体によって構成される素子であり、電流が流れた状態で、熱伝導部材２と接触する面と、その反対側の面とで温度差が生じるように構成されている。熱電素子３へ流れる電流の量を調整することで、温度の調整を行い、また、熱電素子３へ流れる電流の向きを反転させることで、熱伝導部材２と接触する面と、その裏側の面とで発生していた温度の関係が逆転する。以降、温度の高い方を加熱面、加熱面よりも温度の低い方を冷却面と呼ぶことにする。熱伝導部材２と熱電素子と３が接触する面が加熱面であるとき、その裏側は冷却面となり、電流の極性の反転により、熱伝導部材２と熱電素子３とが接触する面が冷却面であるとき、その裏側は加熱面となる。このように、バッテリＢＴに対する冷却と加熱の操作を切り替えることができる。この極性の反転や、電流の調整は、後述する制御部ＴＣＵによって制御される。熱電素子３としては、例えばペルチェ素子を用いることができる。
　温度検出部Ｔは、バッテリＢＴの温度を検出する。また、バッテリＢＴの温度に加えて、熱伝導部材２の一端側Ａの近傍および他端側Ｂの近傍との温度を検出している。このように構成することで、熱伝導部材２とバッテリＢＴとが熱交換したあとの熱伝導部材２の温度と、熱電素子３と熱伝導部材２とが熱交換したあとの熱伝導部材２の温度を検出することができ、より精度の高い温度管理を行うことができる。このことは、以降の実施形態でも同様であり、重複する説明は省略する。バッテリＢＴに対する温度調整時に正確かつ高速な制御が可能となる。温度検出部Ｔとしては、サーミスタなどの温度センサを用いることができる。温度検出部Ｔで検出した温度は、制御部ＴＣＵに有線または無線によって送信される。
　図３は制御部ＴＣＵにおける制御について説明するブロック図である。制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔから受信した温度に応じて、熱電素子３を制御する。熱電素子３に対しては、電流の量や電流の極性を制御する。
　また、制御部ＴＣＵは、電気自動車２００の電子制御装置ＥＣＵと双方向での有線または無線通信を行うように構成されることが好ましい。制御部ＴＣＵと電子制御装置ＥＣＵとが互いに通信を行うことで、バッテリ温度などの情報を電子制御装置ＥＣＵが受け取って別の制御に用いることができる。また、電子制御装置ＥＣＵからの情報を受け取って制御部ＴＣＵの制御に利用することもできる。制御部ＴＣＵと電子制御装置ＥＣＵとの間の通信としては、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信などの有線通信を用いることができる。このことは第２～第４実施形態でも同様である。
　また、制御部ＴＣＵは、比較部２０と指令部２１とを有する。比較部２０は、温度検出部Ｔで検出した温度に応じた制御を判断する。比較部２０は、バッテリＢＴの駆動に最適な温度範囲を超え、バッテリＢＴの過熱状態を解消するための冷却操作を開始することを判断する冷却閾値温度Ｔａと、過度な冷却状態を解消するための加熱操作を開始することを判断する加熱閾値温度Ｔｂとを有する。この冷却閾値温度Ｔａと、加熱閾値温度Ｔｂは、バッテリＢＴの駆動に最適な温度範囲の上限値および下限値に基づいて決められる値である。指令部２１は、比較部２０の比較結果に応じて、信号線Ｌ１を用いて、各制御機構への制御信号の送信を行う。信号線Ｌａは一端側Ａにおける温度検出部Ｔ、信号線Ｌｂは他端側Ｂにおける温度検出部Ｔ、信号線ＬｃはバッテリＢＴにおける温度検出部Ｔからの温度を受信するための信号線である。また、信号線Ｌ１は熱電素子に対して制御信号を送信するための信号線である。
　制御部ＴＣＵにおける制御について図４のフローチャートを用いて説明する。
　まず、冷却操作について図４を用いて説明する。制御部ＴＣＵは、温度検出部ＴからバッテリＢＴの温度Ｔｘ１の情報を受信する（ステップＳＴ１）と、冷却閾値温度Ｔａと比較し（ステップＳＴ２）、Ｔｘ１＞Ｔａと判定されると、熱電素子３に対して熱伝導部材２と熱電素子３との接触面が冷却面になるように極性を制御し、電流を調整する（ステップＳＴ３）。そして、バッテリＢＴの温度Ｔｘ１と、熱伝導部材２の一端側Ａの近傍の温度Ｔｙ１と、他端側Ｂの近傍の温度Ｔｚ１とを検出しながら、Ｔｘ１とＴａとの比較を行う（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ３とステップＳＴ４を繰り返し、やがて、温度Ｔｘ１がＴａを下回り、Ｔｂ＜Ｔｘ１＜Ｔａとなったら熱電素子３への電流を停止して冷却操作を停止する（ステップＳＴ５）。なお、冷却操作を停止する温度は、設計による。Ｔｘ１＝Ｔａとしてもよい。
　次に、加熱操作について図４を用いて説明する。温度検出部ＴからバッテリＢＴの温度Ｔｘ１の情報を受信すると（ステップＳＴ１）、比較部２０において加熱閾値温度Ｔｂと比較し（ステップＳＴ６）、Ｔｘ１＜Ｔｂと判定されると、熱電素子３に対して熱伝導部材２と熱電素子３との接触面が加熱面になるように極性を制御し、電流を流す（ステップＳＴ７）。そして、バッテリＢＴの温度Ｔｘ１と、熱伝導部材２の一端側Ａの近傍の温度Ｔｙ１と、他端側Ｂの近傍の温度Ｔｚ１とを検出しながら、比較部２０においてＴｘ１とＴｂとの比較を行う（ステップＳＴ８）。ステップＳＴ７、ステップＳＴ８を繰り返し、やがて、温度Ｔｘ１がＴｂを上回り、Ｔｂ＜Ｔｘ１＜Ｔａとなったら熱電素子３への電流を停止して加熱操作を停止する（ステップＳＴ９）。
　このようにして、バッテリＢＴの温度を管理することができる。
（第２実施形態）
　第２実施形態に係るバッテリ冷暖装置ＳＹＳ（２）は、実施形態１におけるバッテリＢＴを複数有する場合についての実施形態であり、図５の構成図を用いて説明する。第２実施形態に係るバッテリ冷暖装置ＳＹＳ（２）は、複数のバッテリＢＴ１～ＢＴｎと、複数の熱伝導部材２（１）～２（ｎ）と、複数の熱電素子３（１）～３（ｎ）と、複数の温度検出部Ｔ１～Ｔｎと、制御部ＴＣＵとを備えている。図５は、図２と同様の機能をもつ構成要素に対して同じ記号を付しており、重複する説明は省略する。図５において、バッテリＢＴ１～ＢＴｎは、それぞれ一端側Ａにおいて熱伝導部材２とバッテリＢＴが繋がっており、他端側Ｂにおいてそれぞれ熱伝導部材２（１）～２（ｎ）および熱電素子３（１）～３（ｎ）と繋がっている。なお、熱伝導部材２（１）～２（ｎ）は同一のバッテリＢＴ上で均等に熱伝導が行われる限りはバッテリＢＴに対して１つずつ設置されることに限定されず、１つのバッテリＢＴに対し複数の熱伝導部材２によって熱交換を行うようにしてもよい。その場合は、熱電素子３もその複数の熱伝導部材２と接触するように構成する。
　図６は制御部ＴＣＵにおける制御について説明するブロック図である。制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔ１～Ｔｎから受信した温度に応じて、熱電素子３を制御する。熱電素子３に対しては、電流の量や電流の極性を制御する。
　制御部ＴＣＵは、第１実施形態と同様に、比較部２０と指令部２１とを有し、バッテリＢＴ１～ＢＴｎと、熱伝導部材２における一端側Ａの近傍と、他端側Ｂの近傍の温度を、温度検出部Ｔ１～Ｔｎによってそれぞれ検出し、第１実施形態と同様に冷却閾値温度Ｔａと、加熱閾値温度Ｔｂと比較を行い、その比較結果に応じてそれぞれの熱電素子３（１）～３（ｎ）に対して制御を行う。制御部ＴＣＵにおける温度検出部Ｔからの温度の受信や、各制御機構への制御信号の送信は、信号線Ｌａ（１）～Ｌａ（ｎ）、Ｌｂ（１）～Ｌｂ（ｎ）、Ｌｃ（１）～Ｌｃ（ｎ）、Ｌ１（１）～Ｌ１（ｎ）を用いて行われる。信号線Ｌａ（１）～Ｌａ（ｎ）は一端側Ａ、信号線Ｌｂ（１）～Ｌｂ（ｎ）は他端側Ｂ、信号線Ｌｃ（１）～Ｌｃ（ｎ）はバッテリＢＴにおける温度検出部Ｔ１～Ｔｎからの温度を受信するための信号線である。また、信号線Ｌ１（１）～Ｌ１（ｎ）は熱電素子３（１）～３（ｎ）に対して制御信号を送信するための信号線である。
　制御部ＴＣＵにおける制御について図７のフローチャートを用いて説明する。
　まず、冷却操作について図７を用いて説明する。例として、バッテリＢＴ２に温度検出部Ｔ２から冷却閾値温度Ｔａを超える温度Ｔｘ２を検出した場合の制御について説明する。制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔ２からバッテリＢＴ２の温度Ｔｘ２の情報を受信する（ステップＳＴ１１）と、比較部２０において冷却閾値温度Ｔａと比較し（ステップＳＴ１２）、Ｔｘ２＞Ｔａと判定されると、熱電素子３（２）に対して熱伝導部材２（２）と熱電素子３（２）との接触面が冷却面になるように極性を制御し、電流を調整する（ステップＳＴ１３）。そして、バッテリＢＴ２の温度Ｔｘ２と、熱伝導部材２（２）の一端側Ａの近傍の温度Ｔｙ２と、他端側Ｂの近傍の温度Ｔｚ２とを検出しながら、Ｔｘ２とＴａとの比較を行う（ステップＳＴ１４）。ステップＳＴ１３、ステップＳＴ１４を繰り返し、やがて、温度Ｔｘ２がＴａを下回り、Ｔｂ＜Ｔｘ２＜Ｔａとなったら熱電素子３（２）への電流を停止して冷却操作を停止する（ステップＳＴ１５）。
　次に、加熱操作について図７を用いて説明する。温度検出部Ｔ２からバッテリＢＴの温度Ｔｘ２の情報を受信すると（ステップＳＴ１１）、加熱閾値温度Ｔｂと比較し（ステップＳＴ１６）、Ｔｘ２＜Ｔｂと判定されると、熱電素子３（２）に対して熱伝導部材２（２）と熱電素子３（２）との接触面が加熱面になるように極性を制御し、電流を調整する（ステップＳＴ１７）。そして、バッテリＢＴ２の温度Ｔｘ２と、熱伝導部材２（２）の一端側Ａの近傍の温度Ｔｙ２と、他端側Ｂの近傍の温度Ｔｚ２とを検出しながら、Ｔｘ２とＴｂとを比較を行う（ステップＳＴ１８）。ステップＳＴ１７、ステップＳＴ１８を繰り返し、やがて、温度Ｔｘ２がＴｂを上回り、Ｔｂ＜Ｔｘ２＜Ｔａとなったら熱電素子３（２）への電流を停止して加熱操作を停止する（ステップＳＴ１９）。
　このようにして、バッテリＢＴ１～ＢＴｎの温度を管理することができる。
　（第３実施形態）
　第３実施形態に係るバッテリ冷暖装置ＳＹＳ（３）は、実施形態１の変形例である。実施形態３に係るバッテリ冷暖装置ＳＹＳ（３）を、図８の構成図を用いて説明する。図８には、図２と同様の機能をもつ構成要素に対して同じ記号を付しており、重複する説明は省略する。なお、矢印は熱媒体１０の流れの方向を示している。
　バッテリ冷暖装置ＳＹＳ（３）は、バッテリＢＴと、熱伝導部材２と、熱電素子３と、熱交換部５と、温度検出部Ｔと、圧送装置６と、熱媒体１０が通る循環流路７と、熱供給装置２０２と、貯留部９とを備えている。図８において、一端側Ａにおいて熱伝導部材２とバッテリＢＴが繋がっており、他端側Ｂには熱電素子３が繋がっている。また、熱電素子３と熱伝導部材２とが接触する面の裏側の面に熱交換部５が繋がり、熱交換部５を通る循環流路７を流れる熱媒体１０（不図示）によって、熱電素子３の前記裏側の面の温度調整を行っている。温度検出部Ｔは、バッテリＢＴと、熱伝導部材２の一端側Ａの近傍および他端側Ｂの近傍の温度を検出している。
　熱伝導部材２は、高い熱伝導率を有し、熱伝導部材２上において、動力を要することなく、一端側Ａと、一端側Ａと離れた他端側Ｂとの熱伝導を可能にする部材である。熱伝導部材２としては、ヒートパイプを用いることで、高速な熱の伝導が可能となる。熱伝導部材２は、一端側ＡでバッテリＢＴと繋がり熱交換を行い、他端側Ｂでは熱電素子３と繋がり熱交換を行う。
　前述と同様に、熱電素子３は、熱伝導部材２と他端側Ｂで繋がり熱交換を行う。熱電素子３は、異なる２種の金属または半導体によって構成される素子であり、電流が流れた状態で、熱伝導部材２と接触する面と、その反対側の面とで温度差が生じるように構成されている。熱電素子３は、後述する制御部ＴＣＵによって制御される。熱電素子３において、熱伝導部材２とつながる面の裏側の面には熱交換部５が繋がっている。
　前述と同様に、温度検出部Ｔは、バッテリＢＴの温度を検出する。また、バッテリＢＴの温度に加えて、熱伝導部材２の一端側Ａの近傍および他端側Ｂの近傍との温度を検出している。温度検出部Ｔで検出した温度は、制御部ＴＣＵに有線または無線によって送信される。また、温度検出部Ｔは、熱電素子３が熱伝導部材２とつながる面の裏側の面の温度も検出するように構成してもよい。このように構成することで、裏側の面と、熱伝導部材２とつながる面との温度差を小さくするための制御を開始する判断がしやすくなる。
　熱媒体１０は、熱供給装置２０２において熱交換を行うことで加熱または冷却され、自身が移動することでその熱を移動させる流体である。このような熱媒体１０としては、冷却用としては、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ　Ｌｉｆｅ　Ｃｏｏｌａｎｔ）などを用いることができる。また、冷却用としても加熱用としても用いる場合は、どちらでも使用可能な流体であることが望ましい。また、流路を構成する物質を腐食しない物質であることが望ましい。熱媒体１０は、循環流路７を循環する。
　循環流路７は、熱媒体１０が流れる通り道である。循環流路７は、熱供給装置２０２から熱交換部５を通って循環する流路であり、流路の途中に貯留部９を備えている。循環流路７は、熱供給装置２０２で加熱または冷却された熱媒体１０が熱交換部５において熱交換するように構成されている。加熱操作の場合、熱媒体１０は、熱供給装置２０２で加熱され、その熱を熱交換部５まで運び、熱交換部５において熱電素子３と熱伝導部材２とが接触する面の裏側の面に熱を与える。冷却操作の場合、熱場体１０は、熱供給装置２０２で冷却されて、熱交換部５において上記裏側の面から熱を奪う。
　熱交換部５は、熱電素子３と熱伝導部材２とがつながる面の裏側の面と接触して設置され、熱媒体１０が熱交換部５を通過することで、熱媒体１０と上記裏側の面とが熱交換を行う。第１実施形態において説明したように、熱電素子３は、熱電素子３と熱伝導部材２とが電流が流れた状態で接触する面（以下、「接触面」という）と、その裏側の面（以下、「非接触面」という）とに温度差が生じるように構成されている。接触面が冷却操作により冷却面である場合、非接触面は冷却面よりも温度の高い加熱面となっている。非接触面を接触面と同様に熱交換部５によって冷却することで、より効率よくバッテリＢＴを冷却することができる。また、接触面が加熱操作により加熱面である場合、非接触面を熱交換部５によって加熱することで、より効率よくバッテリＢＴを加熱することができる。
　圧送装置６は、循環流路７において熱媒体１０を圧送し、一定方向の流れを形成する。圧送装置６は、圧送時の圧力や熱媒体１０の圧送速度を変えることができ、制御部ＴＣＵによって制御される。設置する位置は適宜変更可能である。圧送装置６としては、電動ウォーターポンプを用いることができる。
　図９は制御部ＴＣＵにおける制御について説明するブロック図である。制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔから受信した温度に応じて、熱電素子３と、熱供給装置２０２と、圧送装置６とを制御する。熱電素子３に対しては、電流の量や電流の極性を制御する。
　また、制御部ＴＣＵは、電気自動車２００の電子制御装置ＥＣＵと双方向での有線または無線通信を行うように構成されることが好ましい。
　また、制御部ＴＣＵは、比較部２０と指令部２１とを有する。制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔで検出した温度を比較部２０で比較した比較結果に応じて制御を判断する。比較部２０は、温度検出部Ｔで検出した温度が、バッテリＢＴの駆動に最適な温度範囲であるかを判定するために、この温度範囲に基づいて決められた冷却閾値温度Ｔａおよび加熱閾値温度Ｔｂと大小関係を比較する。また、熱電素子３が熱伝導部材２との非接触面を必要に応じて加熱または冷却を行うため、制御部ＴＣＵが圧送装置６と熱供給装置２０２を制御するように構成する。その場合、前述のようにこの非接触面を温度検出部Ｔで検出してもよい。熱交換部５が制御可能である場合は、熱交換部５を制御するようにしてもよい。指令部２１は、比較部２０の比較結果に応じて、信号線Ｌ１～Ｌ３によって各機構を制御する制御信号を送信する。信号線Ｌａは一端側Ａにおける温度検出部Ｔ、信号線Ｌｂは他端側Ｂにおける温度検出部Ｔ、信号線ＬｃはバッテリＢＴにおける温度検出部Ｔからの温度をそれぞれ受信するための信号線である。また、信号線Ｌ１は熱電素子３、信号線Ｌ２は熱供給装置２０２、信号線Ｌ３は圧送装置６に対して制御信号を送信するための信号線である。
　熱供給装置２０２は、循環流路７において、熱媒体１０と熱交換可能に設置され、熱媒体１０を加熱または冷却する。
　制御部ＴＣＵにおける制御について図１０のフローチャートを用いて説明する。
　まず、冷却操作について説明する。制御部ＴＣＵは、温度検出部ＴからバッテリＢＴの温度Ｔｘ３の情報を受信する（ステップＳＴ２１）と、比較部２０において冷却閾値温度Ｔａと比較し（ステップＳＴ２２）、Ｔｘ３＞Ｔａと判定されると、圧送装置６を稼働し、熱供給装置２０２を稼働して熱媒体１０を冷却し、熱交換部５において熱電素子３の非接触面を冷却する（ステップＳＴ２３）。また、熱電素子３に対して接触面が冷却面になるように極性を制御し、電流を流し調整する（ステップＳＴ２４）。そして、バッテリＢＴの温度Ｔｘ３と、熱伝導部材２の一端側Ａの近傍の温度Ｔｙ３と、他端側Ｂの近傍の温度Ｔｚ３とを検出しながら、比較部２０においてＴｘ３とＴａとの比較行う（ステップＳＴ２５）。ステップＳＴ２３～ステップＳＴ２５を繰り返し、やがて、温度Ｔｘ３がＴａを下回り、Ｔｂ＜Ｔｘ３＜Ｔａとなったら、熱電素子３への電流を停止し（ステップＳＴ２６）、圧送装置６と、熱供給装置２０２の稼働を停止する（ステップＳＴ２７）。なお、ステップＳＴ２４の非接触面の冷却操作については、必要に応じて行うようにしてもよい。その際、非接触面に対して温度検出部Ｔを設け、得られる温度に応じてステップＳＴ２４を実行するかどうかを決めるようにしても良い。
　次に、加熱操作について説明する。温度検出部ＴからバッテリＢＴの温度Ｔｘ３の情報を受信すると（ステップＳＴ２１）、比較部２０において加熱閾値温度Ｔｂと比較し（ステップＳＴ２８）、Ｔｘ３＜Ｔｂと判定されると、圧送装置６を稼働し、熱供給装置２０２を稼働して熱媒体１０を加熱し、熱交換部５において熱電素子３の非接触面を加熱する（ステップＳＴ２９）。また、熱電素子３に対して熱伝導部材２と熱電素子３との接触面が加熱面になるように極性を制御し、電流を流し調整する（ステップＳＴ３０）。また、そして、バッテリＢＴの温度Ｔｘ３と、熱伝導部材２の一端側Ａの近傍の温度Ｔｙ３と、他端側Ｂの近傍の温度Ｔｚ３とを検出しながら、比較部２０においてＴｘ３とＴｂとの比較を行う（ステップＳＴ３１）。ステップＳＴ２９～ステップＳＴ３１を繰り返し、やがて、温度Ｔｘ３がＴｂを上回り、Ｔｂ＜Ｔｘ３＜Ｔａとなったら、熱電素子３への電流を停止し（ステップＳＴ３２）、圧送装置６の稼働を停止して熱供給装置を停止する（ステップＳＴ３３）。なお、ステップＳＴ２４の非接触面の加熱操作については、冷却操作と同様に、必要に応じて行うようにしてもよい。
　このようにして、バッテリＢＴの温度を管理することができる。
（第４実施形態）
　第４実施形態のバッテリ冷暖装置ＳＹＳ（４）は、第３実施形態のバッテリＢＴを複数有する場合の実施形態であり、図１１の構成図を用いて説明する。図１１において、破線で囲まれた範囲は、引き出し線が指し示す範囲を示している。第４実施形態に係るバッテリ冷暖装置ＳＹＳ（４）は、複数のバッテリＢＴ１～ＢＴｎと、複数の熱伝導部材２（１）～２（ｎ）と、複数の熱電素子３（１）～３（ｎ）と、複数の熱交換部５（１）～５（ｎ）と、温度検出部Ｔ１～Ｔｎと、循環流路７と、循環流路７から複数に分岐する分岐流路８（１）～８（ｎ）と、熱供給装置２０２と、循環流路７から分岐して冷却部２０２ａを通る冷却流路７ａと、循環流路７から分岐して加熱部２０２ｂを通る加熱流路７ｂと、複数の制御弁ＳＶ１～ＳＶｎと、回転制御弁ＲＶと、圧送装置６と、制御部ＴＣＵと、貯留部９とを備えている。熱供給装置２０２は、冷却部２０２ａと加熱部２０２ｂとを備えている。図１１は、図８と同様の機能をもつ構成要素に対して同じ記号を付しており、重複する説明は省略する。
　本実施形態において、熱媒体１０が通る流路は、循環流路７から分岐流路８（１）～８（ｎ）に分岐した後に再び循環流路７に合流し、回転制御弁ＲＶによって、冷却部２０２ａを通る冷却流路７ａもしくは加熱部２０２ｂを通る加熱流路７ｂを通る流路に分岐し、再び循環流路７に合流して循環している。
　図１１において、バッテリＢＴ１～ＢＴｎは、それぞれ熱伝導部材２の一端側Ａにおいて熱伝導部材２とバッテリＢＴが繋がっており、他端側Ｂにおいて熱伝導部材２と熱電素子３と繋がっている。なお、熱伝導部材２は同一のバッテリＢＴ上で均等に熱伝導が行われる限りはバッテリＢＴに対して１つずつ設置されることに限定されず、１つのバッテリＢＴに対し複数の熱伝導部材２によって熱交換を行うようにしてもよい。その場合は、熱電素子３もその複数の熱伝導部材２と接触するように構成する。温度検出部Ｔは、それぞれのバッテリＢＴと、熱伝導部材２の一端側Ａの近傍および他端側Ｂの近傍との温度を検出している。熱電素子３と熱伝導部材２とが接触する面の裏側の面には熱交換部５が繋がっている。また、熱媒体１０（不図示）が循環する循環流路７と、循環流路７から並列に複数に分岐し再び循環流路７に合流する分岐流路８（１）～８（ｎ）と、循環流路７上において、一定方向への流れを形成する圧送装置６と、貯留部９と、上述した熱供給装置２０２とを有している。分岐流路８を流れる熱媒体１０と熱交換部５とが熱交換可能となるように、バッテリＢＴと、熱伝導部材２と、熱電素子３と、熱交換部５とがそれぞれ設置される。また、分岐流路８（１）～８（ｎ）には、熱媒体１０の流量を調整する制御弁ＳＶ１～ＳＶｎがそれぞれ設置されている。なお、バッテリＢＴ１～ＢＴｎそれぞれに繋がる熱伝導部材２（１）～２（ｎ）、熱電素子３（１）～３（ｎ）、温度検出部Ｔ１～Ｔｎ、熱交換部５（１）～５（ｎ）と表記し、例えば、２番目のバッテリＢＴ２に繋がっている熱伝導部材および熱電素子、温度検出部はそれぞれ、熱伝導部材２（２）、熱電素子３（２）、温度検出部Ｔ２、熱交換部５（２）と表記する。
　制御弁ＳＶ１～ＳＶｎは、複数の分岐流路８（１）～８（ｎ）にそれぞれ１つずつ設置される。制御弁ＳＶ１～ＳＶｎ（以下、ＳＶともいう）は、弁体が移動することで上流から下流への熱媒体１０の流量の調整や流路の開閉を行うことができる。制御弁ＳＶの弁体の制御は、制御部ＴＣＵによって行われる。このような制御弁ＳＶとしては、ソレノイドバルブ（電磁弁）を用いることができる。
　熱供給装置２０２は熱媒体１０の冷却を行う冷却部２０２ａと、加熱を行う加熱部２０２ｂをそれぞれ有している。冷却部２０２ａおよび加熱部２０２ｂにて熱媒体１０がそれぞれ熱交換可能となるように循環流路７から分岐して再び循環流路７に合流するように、冷却部２０２ａを通る冷却流路７ａと、加熱部２０２ｂを通る加熱流路７ｂとが、切替制御弁ＲＶによって切替可能に構成されている。
　切替制御弁ＲＶは、弁体によって複数の流路への切り替えが可能な制御弁であり、冷却部２０２ａを通る冷却流路７ａと、加熱部２０２ｂを通る加熱流路７ｂとを切り替える。この切り替えは制御部ＴＣＵによって制御される。切替制御弁ＲＶとしては、弁体である回転子の回転を外部から制御可能なロータリーバルブを用いることができる。
　図１２は制御部ＴＣＵにおける制御について説明するブロック図である。制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔ１～Ｔｎから受信した温度に応じて、熱電素子３と、圧送装置６と、制御弁ＳＶ１～ＳＶｎと、切替制御弁ＲＶと、熱供給装置２０２とを制御する。熱電素子３に対しては、電流の量や電流の極性を制御する。
　また、制御部ＴＣＵは、電気自動車２００の電子制御装置ＥＣＵと双方向での有線または無線通信を行うように構成されることが好ましい。
　制御部ＴＣＵは、比較部２０と指令部２１とを有する。制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔで検出した温度を比較部２０で比較した比較結果に応じて制御を判断する。比較部２０は、温度検出部Ｔで検出した温度が、バッテリＢＴの駆動に最適な温度範囲であるかを判定するために、この温度範囲に基づいて決められた冷却閾値温度Ｔａおよび加熱閾値温度Ｔｂと大小関係を比較する。また、熱電素子３が熱伝導部材２との非接触面を必要に応じて加熱または冷却を行うため、制御部ＴＣＵが圧送装置６と熱供給装置２０２を制御するように構成する。その場合、前述のようにこの非接触面を温度検出部Ｔで検出してもよい。熱交換部５が制御可能である場合は、熱交換部５を制御するようにしてもよい。指令部２１は、比較部２０の比較結果に応じて、信号線Ｌ１（１）～Ｌ１（ｎ）、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ３、Ｌ４（１）～Ｌ４（ｎ）、Ｌ５によって各機構を制御する制御信号を送信する。信号線Ｌａ（１）～Ｌａ（ｎ）は一端側Ａにおける温度検出部Ｔ１～Ｔｎ、信号線Ｌｂ（１）～Ｌｂ（ｎ）は他端側Ｂにおける温度検出部Ｔ１～Ｔｎ、信号線Ｌｃ（１）～Ｌｃ（ｎ）はバッテリＢＴにおける温度検出部Ｔ１～Ｔｎからの温度を受信するための信号線である。また、信号線Ｌ１（１）～Ｌ１（ｎ）は熱電素子に対して制御信号を送信するための信号線である。また、信号線Ｌ２ａは冷却部２０２ａ、信号線Ｌ２ｂは加熱部２０２ｂ、Ｌ３は圧送装置６、Ｌ４（１）～Ｌ４（ｎ）は制御弁ＳＶ１～ＳＶｎ、信号線Ｌ５は切替制御弁ＲＶに対して制御信号を送信するための信号線である。
　制御部ＴＣＵにおける制御について図１３のフローチャートを用いて説明する。
　まず、冷却操作について図１３を用いて説明する。例として、バッテリＢＴ２に温度検出部Ｔ２から冷却閾値温度Ｔａを超える温度Ｔｘ４を検出した場合の制御について説明する。通常作動時、圧送装置６は低速作動、もしくは温度によっては停止しており、制御弁ＳＶ１～ＳＶｎは低量での通水となるように制御され、回転制御弁ＲＶを冷却部７ａへ通水して冷却部２０２ａを通って熱媒体１０が循環している。
　制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔ２からバッテリＢＴ２の温度Ｔｘ４の情報を受信すると（ステップＳＴ４１）、冷却閾値温度Ｔａと比較し（ＳＴ４２）、Ｔｘ４＞Ｔａと判定されると、熱電素子３（２）に対して熱伝導部材２（２）と熱電素子３（２）との接触面が冷却面になるように極性を制御し、電流を調整する（ステップＳＴ４３）。また、圧送装置６を高速作動させ、制御弁ＳＶ２を全開にして通水を行い、切替制御弁ＲＶを冷却流路７ａへ切り替えて冷却部２０２ａを通るように制御する。そして、冷却部２０２ａとしてラジエータとの熱交換を行いながら、電動ファンを稼働して熱媒体１０を冷却し、熱交換部５（２）において熱電素子３（２）の非接触面を冷却する（ステップＳＴ４４）。そして、バッテリＢＴ２の温度Ｔｘ４と、熱伝導部材２（２）の一端側Ａの近傍の温度Ｔｙ４と、他端側Ｂの近傍の温度Ｔｚ４とを検出しながら、Ｔｘ４とＴａとの比較を行う（ステップＳＴ４５）。ステップＳＴ４３～ステップＳＴ４５を繰り返し、やがて、温度Ｔｘ４がＴａを下回り、Ｔｂ＜Ｔｘ４＜Ｔａとなったら、熱電素子３（２）への電流を停止し（ステップＳＴ４６）、制御弁ＳＶ２を低量での通水となるように制御し、圧送装置６を低速もしくは稼働を停止し、冷却部２０２aとしての電動ファンを停止する（ステップＳＴ４７）。なお、ステップＳＴ４４の非接触面の冷却操作については、必要に応じて行うようにしてもよい。その際、非接触面に対して温度検出部Ｔを設け、得られる温度に応じてステップＳＴ４４を実行するかどうかを決めるようにしても良い。
　次に、加熱操作について図１３を用いて説明する。加熱についても、例として、バッテリＢＴ２において温度検出部Ｔ２から加熱閾値温度Ｔｂを下回る温度Ｔｘ４を検出した場合の制御について説明する。通常作動時、圧送装置６は低速作動、もしくは温度によっては停止しており、制御弁ＳＶ１～ＳＶｎは低量での通水となるように調整され、切替制御弁ＲＶにより冷却流路７ａへ通水されて冷却部２０２aとしてのラジエータなどを通って熱媒体１０が循環している。
　制御部ＴＣＵは、温度検出部Ｔ２からバッテリＢＴ２の温度Ｔｘ４を受信し（ステップＳＴ４１）、比較部２０において加熱閾値温度Ｔｂと比較し（ステップＳＴ４８）、Ｔｘ４＜Ｔｂと判定されると、熱電素子３（２）に対して熱伝導部材２（２）と熱電素子３（２）との接触面が加熱面になるように極性を制御し、電流を調整する（ステップＳＴ４９）。また、圧送装置６を高速作動させ、制御弁ＳＶ２を全開にして通水を行い、切替制御弁ＲＶを加熱流路７ｂへ切り替え、加熱部２０２ｂのＰＴＣヒータを稼働して熱媒体１０を加熱し、熱交換部５（２）において熱電素子３（２）の非接触面を加熱する（ステップＳＴ５０）。そして、バッテリＢＴ２の温度Ｔｘ４と、熱伝導部材２（２）の一端側Ａの近傍の温度Ｔｙ１と、他端側Ｂの近傍の温度Ｔｚ１とを検出しながら、比較部２０においてＴｘ４とＴｂとの比較行う（ステップＳＴ５１）。ステップＳＴ４９～ステップＳＴ５１を繰り返し、やがて、温度Ｔｘ４がＴｂを上回り、Ｔｂ＜Ｔｘ４＜Ｔａとなったら、熱電素子３（２）への電流を停止し（ステップＳＴ５２）、制御弁ＳＶ２を低量での通水となるよう制御し、圧送装置６を低速もしくは稼働を停止し、切替制御弁ＲＶを冷却流路７ａに切り替え、加熱部２０２ｂとしてのＰＴＣヒータを停止する（ステップＳＴ５３）。なお、冷却操作と同様に、ステップＳＴ５３の非接触面の加熱操作については、必要に応じて行うようにしてもよい。その際、非接触面に対して温度検出部Ｔを設け、得られる温度に応じてステップＳＴ５０を実行するかどうかを決めるようにしても良い。また、加熱部２０２ｂを停止した際に、切替制御弁ＲＶを冷却流路７ａに切り替えるようにするかどうかは、任意である。
　以上のように構成されたバッテリ温度調整システムによれば、複数のバッテリに対して異なる使用条件によってそれぞれの冷却または加熱要求が変化した場合でも、個別に冷却および加熱により温度調整することが可能なバッテリ冷暖装置を提供することができる。
　以上、バッテリ温度調整システムの実施形態について述べたが、本発明は本実施形態に限定されない。閾値に対して判断を行う順番は異なっていてもよい。また、図中の不等号は、「＜」や「＞」を用いたが、「≦」や「≧」であってもよい。また、複数の条件を組み合わせても良い。
ＳＹＳ、ＳＹＳ（１）～（４）　バッテリ冷暖装置
ＢＴ　　　　　　　　　　　　　バッテリ
Ｔ　　　　　　　　　　　　　　温度検出部
２　　　　　　　　　　　　　　熱伝導部材
３　　　　　　　　　　　　　　熱電素子
５　　　　　　　　　　　　　　熱交換部
６　　　　　　　　　　　　　　圧送装置
７　　　　　　　　　　　　　　循環流路
８　　　　　　　　　　　　　　分岐流路
９　　　　　　　　　　　　　　貯留部
ＴＣＵ　　　　　　　　　　　　制御部
ＥＣＵ　　　　　　　　　　　　電子制御装置
２０２　　　　　　　　　　　　熱供給装置
ＳＶ　　　　　　　　　　　　　制御弁
ＲＶ　　　　　　　　　　　　　切替制御弁
Ｌａ～Ｌｃ、Ｌ１～Ｌ５　　　　信号線

Claims (5)

  1. 　バッテリと、
    　前記バッテリと一端側で繋がって熱交換を行うことが可能な熱伝導部材と、
    　前記熱伝導部材の他端側と繋がって熱交換を行う熱電素子と、
    　少なくとも前記バッテリの温度を検出する温度検出部と、
    　前記温度検出部で検出した温度に応じて、少なくとも前記熱電素子に流す電流の量と電流の極性とを切り替える制御部とを有し、
    　前記熱電素子は、前記熱電素子に電流が流れた状態で、前記熱電素子に温度の高い加熱面と前記加熱面よりも温度の低い冷却面を形成し、前記バッテリの冷却または加熱を行うバッテリ冷暖装置。
  2. 　前記バッテリを複数備え、
    　前記複数のバッテリとそれぞれ繋がる複数の前記熱伝導部材と、前記複数の熱伝導部材とそれぞれ繋がる複数の前記熱電素子と、少なくとも前記複数のバッテリの温度をそれぞれ検出する複数の前記温度検出部とを有して構成され、
    　前記制御部により、前記複数のバッテリの冷却および加熱を制御する請求項１に記載のバッテリ冷暖装置。
  3. 　バッテリと、
    　前記バッテリと一端側で繋がって熱交換を行うことが可能な熱伝導部材と、
    　前記熱伝導部材の他端側と繋がって熱交換を行う熱電素子と、
    　少なくとも前記バッテリの温度を検出する温度検出部と、
    　前記熱電素子と繋がって熱交換を行う熱交換部と、
    　熱を運搬する流体である熱媒体と、
    　前記熱媒体が循環し、前記熱交換部と前記熱媒体とが熱交換可能に形成される循環流路と、
    　前記循環流路に前記熱媒体を圧送する圧送装置と、
    　前記熱媒体を加熱または冷却する熱供給装置と、
    　前記温度検出部で検出した温度に応じて、少なくとも前記熱電素子に流す電流の量と、電流の極性と、前記圧送装置と、前記熱供給装置とを制御する制御部とを有し、
    　前記熱電素子に電流が流れた状態で、前記熱電素子と前記熱伝導部材とが繋がる面と、前記熱交換部と前記熱電素子とが繋がる面とに温度差を発生し、前記温度差を小さくするように、前記制御部による制御を行い、冷却または加熱を行うバッテリ冷暖装置。
  4. 　前記バッテリを複数備え、
    　前記複数のバッテリとそれぞれ繋がる前記熱伝導部材と、前記複数の熱伝導部材とそれぞれ繋がる複数の前記熱電素子と、前記複数の熱電素子とそれぞれ繋がる複数の前記熱交換部と、少なくとも前記複数のバッテリの温度をそれぞれ検出する複数の前記温度検出部と、
    　前記循環流路から並列に分岐して再び前記循環流路に合流する複数の分岐流路と、
    　前記複数の分岐流路において前記熱媒体の流量をそれぞれ調整する制御が可能な複数の制御弁とを有し、
    　前記複数の分岐流路において、それぞれの前記複数の熱交換部と、前記複数の分岐流路を通過する前記熱媒体とが熱交換可能に設置され、
    　前記制御部は、前記複数の制御弁を制御する請求項３に記載のバッテリ冷暖装置。
  5. 　前記熱供給装置が、前記熱媒体の冷却を行う冷却部と、前記熱媒体の加熱を行う加熱部とを有し、
    　前記循環流路から分岐し再び前記循環流路に合流する前記冷却部を含む冷却流路と、前記加熱部を含む加熱流路と、
    　前記冷却流路もしくは前記加熱流路への流路を切り替える切替制御弁とを有し、
    　前記制御部は前記切替制御弁を制御する請求項４に記載のバッテリ冷暖装置。
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