JP2013178977A - ペルチェ素子による温度調節機能付きバッテリー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変化による電池への悪影響を防止すること可能なバッテリー装置を提供することにある
【解決手段】 低温時にペルチェ素子による温度調節機能によりリチウムイオン電池を加温することで、低温による電池の性能低下を防止することができる。
さらに、高温下における充電時に発熱による熱暴走が生じ易い鉛電池等の場合は、ペルチェ素子による温度調節機能によりリチウムイオン電池を冷却することで、熱暴走を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ペルチェ素子による温度調節機能を設けたバッテリー装置に関するものである。

現在では、各種電気機器を電源のないところでも使用するためにバッテリーが多用されている。弱電力しか使用しないパソコンや音響機器においては、乾電池やニッケル水素電池が一般的である。しかしながら中程度以上の電力が必要とされる電気機器においては、リチウムイオン電池や鉛蓄電池が一般的に用いられている。特に重量当たりの性能が高いリチウムイオン電池は広く用いられている。
一方、従来から、アウトドア用や車載用の冷蔵庫として、小型コンプレッサーを使用した冷蔵庫が知られている。また、より軽量で冷却だけでなく加温することも可能なペルチェ素子ユニットを利用した冷温蔵庫も知られている。
特開２００２−６２０１５

リチウムイオン電池には、常温では重量当たりの性能が高いが低温下ではその性能が著しく低下してしまうため、特に車両の動力源など屋外使用する場合には性能が不安定となる欠点があった。

この発明は、上記のような問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、温度変化による電池への悪影響を防止することが可能なバッテリー装置を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するために、ペルチェ素子による温度調節機能を設けたことを特徴とするバッテリー装置である。

本発明のバッテリー装置では、低温時にペルチェ素子による温度調節機能により電池を加温することで、低温時の性能低下を防止することができる。

さらに、高温下での充電時に過充電による熱暴走が生じ易い鉛電池等の場合は、ペルチェ素子による温度調節機能により電池を冷却することで、熱暴走を防止することができる。

以下に、この発明を具体化した一実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１に示される本発明のバッテリー装置は、ケース、リチウムイオン電池、ペルチェ素子ユニット、内部熱交換器、内部送風機、外部熱交換器、外部送風機、温度センサーおよび制御装置からなる電動二輪車搭載用のバッテリー装置である。

合金製のケース内部には、リチウムイオン電池が固定されており、電池の外部または内部には温度が測定できるように、制御装置と結線された温度センサーが貼り付けてある。
ケースの下部は一部分が凹状に変形してあり、この部分にはペルチェ素子ユニットの上部がケースに接する状態で固定されている。ペルチェ素子ユニットの下部には、ユニットの底に接するように外部熱交換器が、さらにその下部には外部送風機が固定されている。
一方、ケース内側から見て凸状に変形した上記部分には、内部熱交換器が、さらにその上部には内部送風機が固定されている。

ケースの下部には制御装置が固定されており、制御装置の側面には図示しない電源供給用の端子がある。この端子と外部電源を接続することにより、電池の充電および本発明のバッテリー装置の温度調節機能が作動する。
一方、本発明のバッテリー装置を搭載した車両が走行する際には、車両の全ての機器と本発明のバッテリー装置の温度調節機能が、リチウムイオン電池から制御装置を経て供給される電力により作動する。

本発明のバッテリー装置は、寒冷時には図１に示す状態で車両等に搭載する。寒冷時には、制御装置が温度センサーからの信号を判断して、内部熱交換器を加温し、外部熱交換器を冷却するようにペルチェ素子ユニットを自動的に作動させる。さらに、内部送風機および外部送風機からの風を送ることで、熱交換効率を高めることができる。

本発明のバッテリー装置は、温暖時には図２に示す状態で車両等に搭載する。制御装置が温度センサーからの信号を判断して、内部熱交換器を冷却し、外部熱交換器を加温するようにペルチェ素子ユニットを自動的に作動させる。さらに、内部送風機および外部送風機からの風を送ることで、熱交換効率を高めることができる。

上記のように、寒冷時と温暖時とで車両に搭載する上下方向を変えることで、内部熱交換器の熱交換効率を改善することができる。具体的には、寒冷時には内部熱交換器により温められた周囲の空気は上昇するため、内部熱交換器が電池の下方に位置するように設置することが好適である。反対に、温暖時には内部熱交換器により冷やされた周囲の空気は下降するため、内部熱交換器が電池の上方に位置するように設置することが好適である。同様に、電池の充電時には過充電による熱暴走の恐れがあるため、温暖時と同様に内部熱交換器が電池の上方に位置するように設置することが好適である。

図３に示される本発明のバッテリー装置は、ケースをアルミニウム合金製に変更し、ケースと電池を密接させて設置した電動二輪車搭載用のバッテリー装置である。

このように熱交換効率の高い金属ケースと電池を密接させることで、内部熱交換器および内部送風機を省略し小型化することができる。

上記の実施例は、電動二輪車搭載用のバッテリー装置であるが、他の用途に応用する際や、効率を改善する目的で、以下のように変更することもできる。
・電池を、鉛電池やニッケル水素電池など他の種類に変更すること
・バッテリー装置を、電動二輪車や車両の動力源以外の用途に利用すること
・ケースを金属以外の材料に変更し、熱伝導率や強度を改善すること
・ケースに、搬送用の車輪や持ち手を加えること
・電池の温度が２０℃以上３０℃以下の温度範囲となるように制御すること
・温度センサーを複数設置し、温度範囲を細かく制御すること
・ペルチェ素子ユニットをケースの各面に増設すること
・内部送風機および外部送風機の風速、風向を変化させること
・ケースを貫通する穴を設け、ここへペルチェ素子ユニットを設置しケースの内部と外部に直接露出させること
・ペルチェ素子ユニットまたはケースに、必要に応じて断熱材を施すこと

ペルチェ素子による温度調節機能を設けたことにより、温度変化による電池への悪影響を防止することができる。

本発明のバッテリー装置の寒冷時の使用例 本発明のバッテリー装置の温暖時または充電時の使用例 ケースをアルミニウム合金製に変更した本発明のバッテリー装置

１ ケース
２ リチウムイオン電池
３ ペルチェ素子ユニット
４ 内部熱交換器
５ 内部送風機
６ 外部熱交換器
７ 外部送風機
８ 温度センサー
９ 制御装置

Claims (1)

1. ペルチェ素子による温度調節機能を設けたことを特徴とするバッテリー装置

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