JP2013168011A - ペルチェ素子の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェ素子の劣化後も効率良くペルチェ素子を使用する。
【解決手段】温度制御装置11は、ペルチェ素子12の吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈの少なくとも一方を算出する熱量算出手段（ＣＰＵ16）と、ペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒを演算する演算手段（ＣＰＵ16）と、ペルチェ素子に供給する電流量を制御するペルチェ素子駆動部14とを備える。Ｑｃ＝−Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔc×Ｉ−Ｋ（Ｔh−Ｔc）、Ｑｈ＝Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔh×Ｉ−Ｋ（Ｔh−Ｔc）、但し、Ｉ：電流、Ｒ：ペルチェ素子の抵抗、Ｓ：ゼーベック係数、Ｔc：ペルチェ素子の吸熱側温度、Ｔh：ペルチェ素子の放熱側温度、Ｋ：ペルチェ素子の熱伝達率である。熱量算出手段は、演算手段により演算された熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒを用いて吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈの少なくとも一方を算出し、算出された吸熱量Ｑｃ又は放熱量Ｑｈに基づいてペルチェ素子の効率が最大となる電流量を算出可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペルチェ素子の制御装置に係り、詳しくはペルチェ素子の劣化を考慮したペルチェ素子の制御装置に関する。

温度制御装置として種々のものが使用されているが、装置の体積が小さく、騒音、振動が発生しない等の利点を有するものとして、ペルチェ素子を用いた温度制御装置がある。ペルチェ素子の温度制御方式として、温度算出部と、温度算出部により算出した温度によりペルチェ素子に供給する電流又は電圧を制御して供給する電源部を設け、ペルチェ素子の被温度制御側となる他方の接合部の温度を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。温度算出部は、ペルチェ素子の被温度制御側の接合部と反対側となる一方の接合部の温度を検出する温度センサと、ペルチェ素子に加わる電圧を検出する電圧センサと、ペルチェ素子に流れる電流を検出する電流センサとが検出したそれらの値及び物理定数から、被温度制御側となる他方の接合部の温度を算出する。

特開２０００−３０５６３２号公報

ペルチェ素子の効率（ＣＯＰ）は、ペルチェ素子の劣化に伴って変化し、ペルチェ素子の効率（ＣＯＰ）と電流との関係を、劣化前と劣化後について例示すると、図４に示すように変化する。なお、ペルチェ素子の効率（ＣＯＰ）は次式で表わされる。

ＣＯＰ＝Ｑ（Ｗ）／Ｐ（Ｗ）
但し、Ｑ：ペルチェ素子が移動させた熱量（ペルチェ効果で移動した熱量）、Ｐ：ペルチェ素子に供給した電力（投入エネルギー）
ペルチェ素子を効率良く使用するためにはＣＯＰ最大となる電流値で使用する必要がある。ところが、従来は、ペルチェ素子の劣化を考慮せずに、ペルチェ素子に対する供給電流量を設定していた。そのため、ペルチェ素子の劣化前に、図４に実線で示すＣＯＰ曲線に基づいてＣＯＰ最大となる電流値を設定し、その電流値に相当する電流量をペルチェ素子に供給するように制御を継続する。しかし、ペルチェ素子の劣化後は、ＣＯＰ曲線は図４に二点鎖線で示すように変化するため、同じ電流量を供給してもその電流量はＣＯＰ最大となる電流量ではなく、効率良くペルチェ素子を駆動することはできない。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ペルチェ素子の劣化後も効率良くペルチェ素子を使用することができるペルチェ素子の制御装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ペルチェ素子を用いて温度制御を行う温度制御装置のペルチェ素子の制御装置であって、次式に基づいて前記ペルチェ素子の吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈの少なくとも一方を算出する熱量算出手段を備える。

Ｑｃ＝−Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔc ×Ｉ−Ｋ（Ｔh −Ｔc ）
Ｑｈ＝Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔh ×Ｉ−Ｋ（Ｔh −Ｔc ）
但し、Ｉ：電流、Ｒ：ペルチェ素子の抵抗、Ｓ：ゼーベック係数、Ｔc ：ペルチェ素子の吸熱側温度、Ｔh ：ペルチェ素子の放熱側温度、Ｋ：ペルチェ素子の熱伝達率
また、前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び前記ペルチェ素子の抵抗Ｒを演算する演算手段と、前記ペルチェ素子に供給する電流量を制御するペルチェ素子駆動部とを備え、前記熱量算出手段は、前記演算手段により演算された前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び前記ペルチェ素子の抵抗Ｒを用いて前記吸熱量Ｑｃ及び前記放熱量Ｑｈの少なくとも一方を算出し、該算出された前記吸熱量Ｑｃ又は前記放熱量Ｑｈに基づいて前記ペルチェ素子の効率が最大となる電流量を算出可能である。

この発明では、ペルチェ素子を冷却用に使用する場合は、熱量算出手段は演算手段により演算されたペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及びペルチェ素子の抵抗Ｒを用いてペルチェ素子の吸熱量Ｑｃを算出する。また、ペルチェ素子を加熱用に使用する場合は、熱量算出手段は演算手段により演算されたペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及びペルチェ素子の抵抗Ｒを用いてペルチェ素子の放熱量Ｑｈを算出する。ペルチェ素子の劣化に伴って変化するペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒは、吸熱量Ｑｃあるいは放熱量Ｑｈを算出する毎に演算されるため、ペルチェ素子の劣化に伴ってペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの値が変化しても、正しい吸熱量Ｑｃあるいは放熱量Ｑｈが算出される。したがって、ペルチェ素子の劣化後も効率良くペルチェ素子を使用することができる。そして、ペルチェ素子駆動部が、吸熱量Ｑｃあるいは放熱量Ｑｈに基づいてペルチェ素子の効率が最大となるようにペルチェ素子に供給する電流量を制御すれば、ペルチェ素子の劣化に拘わらず最大効率でペルチェ素子を駆動することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記演算手段は、前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋと前記ペルチェ素子の抵抗Ｒとの関係を示すマップを備えており、前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び前記ペルチェ素子の抵抗Ｒの一方をその都度、センサの実測値に基づいて演算し、他方を前記マップから演算する。この発明では、ペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの両方をその都度、センサの実測値に基づいて演算する構成に比べて、センサの数を減らすことができ、製造コストや装置の体格を減少させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記演算手段は、前記ペルチェ素子の抵抗Ｒをその都度、電圧センサ及び電流センサの実測値に基づいて演算し、前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋを前記マップから演算する。

ペルチェ素子の制御を行う場合、電圧センサ及び電流センサの少なくとも一方は必要なため、ペルチェ素子を用いて温度制御を行う温度制御装置には電圧センサ及び電流センサの少なくとも一方が装備されており、電圧センサ及び電流センサの両方を装備したものも多い。したがって、この発明では、新たに電圧センサ及び電流センサの両方を設けなくても、吸熱量Ｑｃあるいは放熱量Ｑｈに基づいてペルチェ素子の効率が最大となる電流量を算出することができる。

本発明によれば、ペルチェ素子の劣化後も効率良くペルチェ素子を使用することができるペルチェ素子の制御装置を提供することができる。

第１の実施形態の構成を示すブロック図。 ペルチェ素子の熱伝達率Ｋとペルチェ素子の抵抗Ｒとの関係を示すマップ。 制御装置の処理を示すフローチャート。 ペルチェ素子の劣化に伴う効率と電流との関係を示すグラフ。 第２の実施形態の制御装置の処理を示すフローチャート。

（第１の実施形態）
以下、本発明を電池の温度制御を行う温度制御装置に具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。

図１に示すように、温度制御対象となる電池としての電池モジュール１０の温度を制御する温度制御装置１１は、ペルチェ素子１２、電源部１３、ペルチェ素子駆動部１４及び制御装置１５を備えている。電池モジュール１０はケース内に複数の電池（図示せず）が収容されている。ペルチェ素子１２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１２ａ及び第２面１２ｂを有するとともに、第１面１２ａが電池モジュール１０の壁面に接合されている。また、ペルチェ素子１２は、第２面１２ｂが二点鎖線で示す流体ダクトに接合されている。

ペルチェ素子１２はペルチェ素子駆動部１４を介して電源部１３に接続されている。ペルチェ素子駆動部１４は、制御装置１５からの指令に基づいてペルチェ素子１２に供給する電流量を制御する。また、ペルチェ素子駆動部１４は、図示しない切換えスイッチを備え、切換えスイッチの切り換えにより、電池モジュール１０の冷却時には第１面１２ａが吸熱側となるように、電池モジュール１０の加熱時には第１面１２ａが放熱側となるようにペルチェ素子１２に対する通電方向を変更して、電源部１３から直流を供給する。

制御装置１５は、ＣＰＵ１６及び記憶装置（メモリ）１７を備えている。記憶装置１７には、制御装置１５がペルチェ素子１２の吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈの少なくとも一方を算出し、算出された吸熱量Ｑｃ又は放熱量Ｑｈに基づいてペルチェ素子１２の効率が最大となる電流量を算出する熱量算出手段として機能するためのプログラムと、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及びペルチェ素子１２の抵抗Ｒを演算する演算手段として機能するためのプログラムと、制御装置１５がペルチェ素子１２を制御するためのプログラムとが記憶されている。

また、記憶装置１７には、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋと抵抗Ｒとの関係を示すマップが記憶されている。マップとして、例えば、図２に示すように、対応するペルチェ素子１２の抵抗Ｒと熱伝達率Ｋとが一対一で表されたものが記憶されている。なお、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒとの関係は、ヴィーデマン＝フランツ則からＫ＝Ｌ×｛（Ｔh ＋Ｔc ）／２｝×Ｌｐ／（Ｒ×Ａ）で表わされる。但し、Ｌ：ローレンツ数、Ｔc ：ペルチェ素子の吸熱側温度、Ｔh ：ペルチェ素子の放熱側温度、Ｌｐ：ペルチェ素子１２の長さ、Ａ：ペルチェ素子１２の断面積である。したがって、予めペルチェ素子１２について劣化試験を行い、熱伝達率Ｋと抵抗Ｒとの関係を示すマップを得ることができる。即ち、制御装置１５は、熱量算出手段及び演算手段として機能する。

制御装置１５は、次式に基づいてペルチェ素子１２の吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈを算出する。
Ｑｃ＝−Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔc ×Ｉ−Ｋ（Ｔh −Ｔc ）・・・（１）
Ｑｈ＝Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔh ×Ｉ−Ｋ（Ｔh −Ｔc ）・・・（２）
但し、Ｉ：電流、Ｒ：ペルチェ素子の抵抗、Ｓ：ゼーベック係数、Ｔc ：ペルチェ素子の吸熱側温度、Ｔh ：ペルチェ素子の放熱側温度、Ｋ：ペルチェ素子の熱伝達率である。

第１面１２ａの近傍には温度センサ１８ａが、第２面１２ｂの近傍には温度センサ１８ｂがそれぞれ設けられ、制御装置１５には両温度センサ１８ａ，１８ｂの検出信号が入力される。また、ペルチェ素子１２とペルチェ素子駆動部１４とを接続する配線にはペルチェ素子１２に印加される電圧を検出する電圧センサ１９と、ペルチェ素子１２に供給される電流量を検出する電流センサ２０とが設けられ、制御装置１５には電圧センサ１９及び電流センサ２０の検出信号が入力される。

次に前記のように構成された温度制御装置１１の作用を説明する。
温度制御装置１１は、例えば、車両に搭載されたバッテリとしての電池モジュール１０の温度制御に使用される。電池モジュール１０が使用される場合、急速充電時や急速放電時に電池の発熱が大きくなる。そのため、寒冷地や冬季の低温時等のように環境温度が電池の駆動に支障を来すほど低い場合を除き、切換えスイッチはペルチェ素子１２に第１面１２ａが吸熱側となるように電源部１３から電力が供給される状態に接続された状態に切り換えられる。また、電池モジュール１０内の熱媒体の温度が電池の駆動に支障を来すほど低く、電池の加熱を必要とする場合は、切換えスイッチはペルチェ素子１２の第１面１２ａが放熱側（発熱側）となるように電源部１３から電力が供給される状態に切り換えられる。

第１面１２ａが吸熱状態になると電池モジュール１０の壁面が冷却されて、電池モジュール１０内に収容されている電池が冷却される。また、第１面１２ａが放熱状態になると電池モジュール１０の壁面が加熱されて、電池モジュール１０内に収容されている電池が加熱される。第１面１２ａが吸熱状態のときに第２面１２ｂは放熱状態になって温度が上がるが、第２面１２ｂはダクトを流れる流体によって冷却されて第２面１２ｂの放熱を促進されることにより第１面１２ａでの吸熱が効率良く行われる。また、第１面１２ａが放熱状態のときに第２面１２ｂは吸熱状態になって温度が下がるが、第２面１２ｂはダクトを流れる流体によって温度の低下が抑制されて第２面１２ｂの吸熱が促進されることにより第１面１２ａでの放熱が効率良く行われる。そのため、ペルチェ素子１２は電池モジュール１０を冷却する場合でも、電池モジュール１０を加熱する場合でも支障なく冷却あるいは加熱が行われ、電池モジュール１０内の電池の温度が放電や充電に適した温度に調整される。

制御装置１５は、ペルチェ素子１２の効率（ＣＯＰ）が最大となる電流量をペルチェ素子１２に供給するようにペルチェ素子駆動部１４を制御するが、その電流量を演算するには、ペルチェ素子１２の吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈを（１）の式あるいは（２）の式により算出する必要がある。しかし、吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈの演算に使用する式にはペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒが含まれており、熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒはペルチェ素子１２の劣化に伴って変化する。そのため、従来技術のようにペルチェ素子１２の劣化を考慮せずに、熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの値としてそれぞれ一定の値を使用した場合は、常に図４のグラフにおいて実線で示す曲線におけるＣＯＰの最大値に対応する電流値となるようにペルチェ素子１２に電流を供給するように制御する。その結果、ペルチェ素子１２が劣化した状態では、その電流量は図４に鎖線で示す曲線におけるＣＯＰの最大値に対応する電流値とは異なる値となり、ペルチェ素子１２は効率良く冷却あるいは加熱を行うことができない。

この実施形態では、制御装置１５は、図３に示すフローチャートにしたがってペルチェ素子１２に供給する電流量を演算して、その電流量をペルチェ素子１２に供給するようにペルチェ素子駆動部１４を制御する。詳述すると、先ずステップＳ１で、電圧センサ１９、電流センサ２０及び両温度センサ１８ａ，１８ｂの検出信号を入力する。次に、ステップＳ２でそのときの電圧Ｅｎと、電流ＩｎからＲｎ＝Ｅｎ／Ｉｎの式により抵抗Ｒｎを演算する。次にステップＳ３で図２のマップを使用して抵抗Ｒｎに対応した熱伝達率Ｋｎを演算する。次にステップＳ４で（１）あるいは（２）の式を用いて、電池モジュール１０を冷却する場合は吸熱量Ｑｃを算出し、電池モジュール１０を加熱する場合は放熱量Ｑｈを演算する。即ち、ペルチェ素子１２の劣化により変化した抵抗Ｒの項と熱伝達率Ｋの項を修正して吸熱量Ｑｃあるいは放熱量Ｑｈを再計算する。次に、算出された吸熱量Ｑｃ又は放熱量Ｑｈに基づいてステップＳ５でＣＯＰが最大となる電流量を演算し、ステップＳ６でＣＯＰが最大となる電流量でペルチェ素子１２を駆動する指令信号をペルチェ素子駆動部１４に送る。その結果、ペルチェ素子１２が劣化しているか否かに拘らず、ペルチェ素子１２はＣＯＰが最大となる状態で駆動される。

熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの両方を温度センサ１８ａ，１８ｂ、電圧センサ１９及び電流センサ２０の検出データから演算してもよい。しかし、この実施形態では、ペルチェ素子１２の劣化時にはペルチェ素子１２の抵抗Ｒと熱伝達率Ｋとが相関を持って変化し、個体差も大きくないことを利用して、抵抗Ｒ及び熱伝達率Ｋの一方を制御時点の検出データから演算し、他方は予め実験で求めたマップを利用して演算する。具体的には、例えば、ペルチェ素子１２の抵抗Ｒｎを電圧センサ１９で検出された電圧Ｅｎと、電流センサ２０で検出された電流ＩｎからＲｎ＝Ｅｎ／Ｉｎの式で演算する。そして、その抵抗Ｒｎの値を使用して、図２のマップから熱伝達率Ｋｎを演算する。

ペルチェ素子１２の劣化はそれほど急激に進むものではないため、前回のペルチェ素子１２の制御時点から所定時間内であれば制御のたびに熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒを演算する必要はない。しかし、前回のペルチェ素子１２の制御時点から所定時間内でない場合は、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒを演算して、ペルチェ素子１２の劣化後の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒを使用してペルチェ素子１２の吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈを（１）の式あるいは（２）の式により算出する必要がある。そのため、制御装置１５は、前回のペルチェ素子１２の制御時点から所定時間以上経過している場合に、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの演算を行ってペルチェ素子１２に供給する電流量を演算するが、所定時間未満の場合は前回演算した電流量でペルチェ素子１２を駆動するようにペルチェ素子駆動部１４に指令信号を送る。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ペルチェ素子１２の制御装置１５は、ペルチェ素子１２の吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈを算出する熱量算出手段（ＣＰＵ１６）と、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒを演算する演算手段（ＣＰＵ１６）と、ペルチェ素子１２に供給する電流量を制御するペルチェ素子駆動部１４とを備え備える。熱量算出手段は次式を用いて吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈを算出する。

Ｑｃ＝−Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔc ×Ｉ−Ｋ（Ｔh −Ｔc ）・・・（１）
Ｑｈ＝Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔh ×Ｉ−Ｋ（Ｔh −Ｔc ）・・・（２）
但し、Ｉ：電流、Ｒ：ペルチェ素子の抵抗、Ｓ：ゼーベック係数、Ｔc ：ペルチェ素子の吸熱側温度、Ｔh ：ペルチェ素子の放熱側温度、Ｋ：ペルチェ素子の熱伝達率
また、熱量算出手段は、演算手段により演算されたペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒを用いて吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈの少なくとも一方を算出し、算出された吸熱量Ｑｃ又は放熱量Ｑｈに基づいてペルチェ素子１２の効率が最大となる電流量を算出可能である。したがって、ペルチェ素子１２の劣化後も効率良くペルチェ素子１２を使用することができる。

（２）演算手段（ＣＰＵ１６）は、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋとペルチェ素子１２の抵抗Ｒとの関係を示すマップを備えており、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの一方をその都度、センサの実測値に基づいて演算し、他方をマップから演算する。したがって、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの両方をその都度、センサの実測値に基づいて演算する構成に比べて、センサの数を減らすことができ、製造コストや装置の体格を減少させることができる。

（３）演算手段（ＣＰＵ１６）は、ペルチェ素子１２の抵抗Ｒをその都度、電圧センサ１９及び電流センサ２０の実測値に基づいて演算し、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋをマップから演算する。ペルチェ素子１２の制御を行う場合、電圧センサ１９及び電流センサ２０の少なくとも一方は必要なため、ペルチェ素子１２を用いて温度制御を行う温度制御装置１１には電圧センサ１９及び電流センサ２０の少なくとも一方が装備されており、電圧センサ１９及び電流センサ２０の両方を装備したものも多い。したがって、この実施形態では、新たに電圧センサ１９及び電流センサ２０の両方を設けなくても、吸熱量Ｑｃあるいは放熱量Ｑｈを算出し、算出された吸熱量Ｑｃ又は放熱量Ｑｈに基づいてペルチェ素子１２の効率が最大となる電流量を算出することができる。

（４）制御装置１５は、前回のペルチェ素子１２の制御時点から所定時間以上経過している場合に、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの演算を行ってペルチェ素子１２に供給する電流量を演算し、所定時間未満の場合は前回演算した電流量でペルチェ素子１２を駆動するようにペルチェ素子駆動部１４に指令信号を送る。したがって、毎回ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの演算を行う構成に比べて、ＣＰＵ１６の演算量を低減することができる。

（５）温度制御装置１１は、電気自動車やハイブリット自動車等に搭載されて、走行モータの電源に使用される電池モジュール１０の温度制御用に使用される。走行モータは使用電力が大きく、放電時の発熱量も大きい。そのため、ペルチェ素子１２の劣化による熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの変化を考慮しないと、ペルチェ素子１２をＣＯＰ（効率）が最大となる状態で駆動することはできず、バッテリの満充電の状態から走行可能な距離が短くなる。しかし、この実施形態の温度制御装置１１を使用することにより、バッテリの満充電の状態から走行可能な距離が長くなる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図５にしたがって説明する。この実施形態では、制御装置１５の記憶装置１７がペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋと抵抗Ｒとの関係を示すマップを備えておらず、ＣＰＵ１６がペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの両方をその都度、センサの実測値に基づいて演算する点が第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。

そこで、制御装置１５がペルチェ素子駆動部１４を制御する手順を図５に示すフローチャートにしたがって説明する。制御装置１５は、先ずステップＳ１で、電圧センサ１９、電流センサ２０及び両温度センサ１８ａ，１８ｂの検出信号を入力する。次に、ステップＳ２でその検出電圧Ｅと、検出電流ＩからＲ＝Ｅ／Ｉの式により抵抗Ｒを演算する。

次にステップＳ３において、次式により熱伝達率Ｋを演算する。
Ｋ＝Ｌ×｛（Ｔh ＋Ｔc ）／２｝×Ｌｐ／（Ｒ×Ａ）・・・（３）
但し、Ｌ：ローレンツ数、Ｔc ：ペルチェ素子の吸熱側温度、Ｔh ：ペルチェ素子の放熱側温度、Ｌｐ：ペルチェ素子１２の長さ、Ａ：ペルチェ素子１２の断面積である。また、抵抗Ｒの値にはステップＳ２で演算した抵抗Ｒの値を使用する。

次にステップＳ４で（１）あるいは（２）の式を用いて、電池モジュール１０を冷却する場合は吸熱量Ｑｃを算出し、電池モジュール１０を加熱する場合は放熱量Ｑｈを演算する。次にステップＳ５でＣＯＰが最大となる電流量を演算し、ステップＳ６でＣＯＰが最大となる電流量でペルチェ素子１２を駆動する指令信号をペルチェ素子駆動部１４に送る。その結果、ペルチェ素子１２が劣化しているか否かに拘らず、ペルチェ素子１２はＣＯＰが最大となる状態で駆動される。

したがって、この実施形態の温度制御装置１１においては、第１の実施形態の（１）及び（４），（５）と同様の効果を得ることができる他に次の効果を得ることができる。
（６）制御装置１５は、電圧センサ１９、電流センサ２０及び両温度センサ１８ａ，１８ｂの検出信号を入力し、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの両方をその都度、センサの実測値に基づいて演算する。したがって、予め試験を行って、ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋとペルチェ素子１２の抵抗Ｒとの関係を示すマップを準備して、記憶装置１７にそのマップを記憶させておく必要がない。

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。
○ ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋは、（３）式を使用せずに次のようにして算出してもよい。例えば、ペルチェ素子１２の被温度制御側となる面にフィンを設け、フィンを介して媒体の温度を制御するとともに、その媒体を介して温度制御対象の温度調整を行う構成とする。そして、ペルチェ素子１２を起動させない時のフィンへ流入する前の媒体の温度（Ｔin）と、フィンから流出した媒体の温度（Ｔout ）から算出されるＱと、ペルチェ素子１２を起動させない時のペルチェ素子１２の両面の温度（Ｔh ，Ｔc ）とを下式に代入することで算出する。

Ｋ＝Ｑ（Ｔin，Ｔout ）／（Ｔh −Ｔc ）・・・（４）
○ ペルチェ素子１２を用いて温度制御を行う温度制御装置１１の温度制御対象は電池モジュール１０に限らない。例えば、インバータ等の半導体装置を温度制御対象としてもよい。

○ 温度制御装置１１は、車両に限らず電車や船舶等の移動体に搭載された電源としての電池モジュール１０の温度制御に使用されるものに限らず、所定の位置に設置される機器の温度制御に使用してもよい。

○ 温度制御装置１１は、温度制御対象の温度制御としてペルチェ素子１２により冷却及び加熱の両方を行うものに限らず、冷却のみあるいは加熱のみを行う構成であってもよい。冷却のみを行う構成では、熱量算出手段はペルチェ素子１２の吸熱量Ｑｃを算出し、加熱のみを行う構成では、熱量算出手段はペルチェ素子１２の放熱量Ｑｈを算出する。例えば、電池モジュール１０が温度制御対象であっても、その使用環境が高温地帯に限る場合は冷却のみで、電池モジュール１０の温度を適正温度に制御することができる。

○ 制御装置１５は、前回のペルチェ素子１２の制御時点からの経過時間に拘わらず、毎回ペルチェ素子１２の熱伝達率Ｋ及び抵抗Ｒの演算を行う構成であってもよい。
○ 制御装置１５は、ペルチェ素子１２の劣化を考慮して演算した吸熱量Ｑｃあるいは放熱量Ｑｈに基づいてペルチェ素子１２に供給する電流量を設定すればよく、必ずしも常にＣＯＰ最大となる電流量を供給するようにペルチェ素子駆動部１４に指令信号を送る必要はない。例えば、短時間で目的温度まで加熱あるいは冷却を行いたい場合、効率を考慮せず、ＣＯＰ最大とならない電流量を供給するようにペルチェ素子駆動部１４に指令信号を送るようにしてもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のペルチェ素子の制御装置は、前回の吸熱量Ｑｃあるいは放熱量Ｑｈの算出時から前記ペルチェ素子の使用時間が予め設定された時間以上のときに、吸熱量Ｑｃあるいは放熱量Ｑｈを新たに算出する。

（２）請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか１項に記載のペルチェ素子の制御装置であって、温度制御の対象は複数の単電池を備えた電池モジュールである。

（３）電源に使用される電池モジュールの温度制御用にペルチェ素子が使用された温度制御装置を搭載した移動体であって、ペルチェ素子の制御装置として請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１），（２）のいずれか１項に記載のペルチェ素子の制御装置を搭載している移動体。

１１…温度制御装置、１２…ペルチェ素子、１４…ペルチェ素子駆動部、１５…制御装置、１９…電圧センサ、２０…電流センサ。

Claims (3)

1. ペルチェ素子を用いて温度制御を行う温度制御装置のペルチェ素子の制御装置であって、
   次式に基づいて前記ペルチェ素子の吸熱量Ｑｃ及び放熱量Ｑｈの少なくとも一方を算出する熱量算出手段と、
   Ｑｃ＝−Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔc ×Ｉ−Ｋ（Ｔh −Ｔc ）
   Ｑｈ＝Ｉ^２×Ｒ／２＋Ｓ×Ｔh ×Ｉ−Ｋ（Ｔh −Ｔc ）
   但し、Ｉ：電流、Ｒ：ペルチェ素子の抵抗、Ｓ：ゼーベック係数、Ｔc ：ペルチェ素子の吸熱側温度、Ｔh ：ペルチェ素子の放熱側温度、Ｋ：ペルチェ素子の熱伝達率
   前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び前記ペルチェ素子の抵抗Ｒを演算する演算手段と、
   前記ペルチェ素子に供給する電流量を制御するペルチェ素子駆動部と
   を備え、
   前記熱量算出手段は、前記演算手段により演算された前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び前記ペルチェ素子の抵抗Ｒを用いて前記吸熱量Ｑｃ及び前記放熱量Ｑｈの少なくとも一方を算出し、該算出された前記吸熱量Ｑｃ又は前記放熱量Ｑｈに基づいて前記ペルチェ素子の効率が最大となる電流量を算出可能であることを特徴とするペルチェ素子の制御装置。
2. 前記演算手段は、前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋと前記ペルチェ素子の抵抗Ｒとの関係を示すマップを備えており、前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋ及び前記ペルチェ素子の抵抗Ｒの一方をその都度、センサの実測値に基づいて演算し、他方を前記マップから演算する請求項１に記載のペルチェ素子の制御装置。
3. 前記演算手段は、前記ペルチェ素子の抵抗Ｒをその都度、電圧センサ及び電流センサの実測値に基づいて演算し、前記ペルチェ素子の熱伝達率Ｋを前記マップから演算する請求項２に記載のペルチェ素子の制御装置。