JP2019096399A - バッテリモジュール及び電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェ素子を用いて組電池２の温度を適切に制御できるバッテリモジュール及び電動車両を提供すること。【解決手段】バッテリモジュール１は、積層された複数の単電池セル２１を備える組電池２と、電流が流れると吸熱面３１Ｌ，３１Ｒで吸熱し発熱面３２Ｌ，３２Ｒで発熱する板状のペルチェ素子３Ｌ，３Ｒと、組電池２と吸熱面３１Ｌ，３１Ｒとを接続する熱伝導部材４Ｌ，４Ｒと、組電池２、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ、及び熱伝導部材４Ｌ，４Ｒを収容する筐体７と、を備え、発熱面３２Ｌ，３２Ｒは筐体７の側板７３Ｌ，７３Ｒに接し、組電池２の外周面のうち吸熱面３１Ｌ，３１Ｒと対向する側面２４Ｌ，２４Ｒと吸熱面３１Ｌ，３１Ｒとの間及び組電池２の底面２３と筐体７の底板７２との間には、熱伝導部材４Ｌ，４Ｒよりも熱伝導率が低い断熱部材６が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリモジュールに関する。より詳しくは、積層された複数の単電池を備える組電池と、この組電池を収容する筐体と、を備えるバッテリモジュール及びこのバッテリモジュールを電源とする電動車両に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両は、バッテリモジュールから供給される電力を用いてモータを駆動することによって走行する。バッテリモジュールは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電が可能な単電池を複数積層して構成される組電池と、この組電池を収容する箱状の筐体と、を備える。

ところで組電池は、充放電に伴って発熱する。このためバッテリモジュールには、組電池を充放電に適した温度に維持するための冷却構造が設けられる。しかしながら冷却水を用いて組電池の温度を調整する場合、冷却水が通流する配管や冷却水を圧送するためのポンプ等を設ける必要があり、また冷却水の漏れを防ぐためのシール構造も設ける必要がある。このため、バッテリモジュールの全体の重量や体積が増加してしまうおそれがある。

そこで例えば特許文献１には、ペルチェ素子を用いて組電池の温度を調整するバッテリモジュールが提案されている。特許文献１のバッテリモジュールでは、組電池及びペルチェ素子は、全体に断熱材が配された筐体の内部に設けられる。ペルチェ素子の発熱面は、筐体の内壁面に接し、この発熱面と反対側の吸熱面は、組電池を構成する各単電池と熱交換が可能な伝熱板に接する。

特開２００８−４７３７１号公報

しかしながら特許文献１のバッテリモジュールでは、全面に断熱材が配された筐体の内部に組電池を設けるため、筐体内部に熱がこもってしまい、効率的に組電池を冷却できない場合がある。また特許文献１のバッテリモジュールでは、組電池の側面とペルチェ素子の吸熱面とが対向しているため、組電池の熱が伝熱板を介さず吸熱面に直に伝わってしまうため、ペルチェ素子を用いて組電池の温度を適切に制御できない場合がある。

本発明は、熱電素子を用いて組電池の温度を適切に制御できるバッテリモジュール及び車両を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るバッテリモジュール（例えば、後述のバッテリモジュール１，１Ａ，１Ｂ）は、積層された複数の単電池（例えば、後述の単電池セル２１）を備える組電池（例えば、後述の組電池２）と、電流が流れると吸熱面（例えば、後述の吸熱面３１Ｌ，３１Ｒ）で吸熱し発熱面（例えば、後述の発熱面３２Ｌ，３２Ｒ）で発熱する板状の熱電素子（例えば、後述のペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ）と、前記組電池と前記吸熱面とを接続する熱伝導材（例えば、後述の熱伝導部材４Ｌ，４Ｒ）と、前記組電池、前記熱電素子、及び前記熱伝導材を収容する筐体（例えば、後述の筐体７）と、を備え、前記発熱面は前記筐体の内周面に接し、前記組電池の外周面のうち前記吸熱面と対向する第１外周面（例えば、後述の側面２４Ｌ，２４Ｒ）と前記吸熱面との間及び前記組電池の外周面のうち前記第１外周面とは別の第２外周面（例えば、後述の底面２３）と前記筐体の内周面との間には、前記熱伝導材よりも熱伝導率が低い断熱材（例えば、後述の断熱部材６）が設けられていることを特徴とする。

（２）この場合、前記断熱材と前記第２外周面との間には、電流が流れると発熱する板状のヒータ（例えば、後述の電気ヒータ２６）が設けられていることが好ましい。

（３）この場合、前記熱電素子と第１直流電源（例えば、後述の第１バッテリ８１、共通バッテリ８６）とを接続する第１電力線（例えば、後述の第１電力線８４）に設けられ、閉成すると前記第１直流電源と前記熱電素子とを導通し開成すると前記第１直流電源と前記熱電素子とを遮断する熱電素子リレー（例えば、後述のペルチェ素子リレー８２）と、を備え、前記熱電素子リレーは、前記ヒータを流れるヒータ電流が動作電流より小さい場合には閉成し、前記ヒータ電流が前記動作電流より大きい場合には開成することが好ましい。

（４）この場合、前記ヒータは、温度が高くなるほど内部抵抗が大きくなるＰＴＣヒータであり、前記熱電素子リレーは、それぞれ前記第１電力線に接続された固定接点（例えば、後述の固定接点８２１）及び可動接点（例えば、後述の可動接点８２２）と、前記ＰＣＴヒータと第２直流電源とを接続する第２電力線（例えば、後述の第２電力線９３）に設けられ、当該第２電力線を流れる電流を用いて前記可動接点を駆動する接点駆動部（例えば、後述の電磁コイル８２３）と、を備えることが好ましい。

（５）この場合、前記バッテリモジュールは、前記第１電力線を含む第１直流電源回路（例えば、後述の第１直流電源回路８）に設けられた第１スイッチ（例えば、後述の第１スイッチ８３）と、前記第２電力線を含む第２直流電源回路（例えば、後述の第２直流電源回路９）に設けられた第２スイッチ（例えば、後述の第２スイッチ９２）と、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを駆動する電子制御ユニット（例えば、後述の温調コントローラ５）と、をさらに備えることが好ましい。

（６）この場合、前記バッテリモジュールは、前記第１電力線を含む第１直流電源回路（例えば、後述の第１直流電源回路８Ａ）及び前記第２電力線を含む第２直流電源回路（例えば、後述の第２直流電源回路９Ａ）に設けられ、閉成すると前記熱電素子と前記第１直流電源と前記熱電素子リレーとを含む第１閉回路及び前記ヒータと前記第２直流電源と前記熱電素子リレーとを含む第２閉回路を形成する二連スイッチ（例えば、後述の二連スイッチ８５）と、前記二連スイッチを駆動する電子制御ユニット（例えば、後述の温調コントローラ５Ａ）と、をさらに備えることが好ましい。

（７）この場合、前記第１直流電源と前記第２直流電源とは同一の共通直流電源（例えば、後述の共通バッテリ８６）であり、前記熱電素子及び前記ヒータは、前記共通直流電源に対し並列に接続され、バッテリモジュールは、前記共通直流電源の一方の極と前記第１電力線及び前記第２電力線を接続する接続点（例えば、後述の接続点８８）とを接続する共通電力線（例えば、後述の共通電力線８９）に設けられた共通スイッチ（例えば、後述の共通スイッチ９５）と、前記共通スイッチを駆動する電子制御ユニット（例えば、後述の温調コントローラ５Ｂ）と、をさらに備えることが好ましい。

（８）本発明に係る電動車両（例えば、後述の電動車両Ｖ）は、（１）から（７）の何れかに記載のバッテリモジュール（例えば、後述のバッテリモジュール１，１Ａ，１Ｂ）と、前記筐体のうち前記発熱面が接する部分に走行風を導く冷却ダクト（例えば、後述の冷却ダクトＤＬ，ＤＲ）と、を備えることを特徴とする。

（１）本発明に係るバッテリモジュールは組電池と、吸熱面及び発熱面を有する板状の熱電素子と、組電池と吸熱面とを接続する熱伝導材と、これらを収容する筐体を備える。また熱電素子は、その発熱面が筐体の内周面に接するように筐体に設ける。これによりバッテリモジュールによれば、組電池で充放電を行うことによって生じた熱は、熱伝導材を介して熱電素子の吸熱面に伝達し、さらに熱電素子によって筐体に放熱されるので、組電池の温度を充放電に適した温度で維持できる。また本発明のバッテリモジュールでは、組電池の外周面のうち吸熱面と対向する第１外周面と吸熱面との間及びこの第１外周面とは別の第２外周面と筐体の内周面との間には、熱伝導材よりも熱伝導率が低い断熱材を設ける。これにより、組電池で発生した熱が上記のように熱伝導材を介さずに第１外周面から直に吸熱面に伝達したり、筐体の外部の熱が組電池の第２外周面から直に伝達したりするのを抑制できる。よってバッテリモジュールによれば、組電池に対する熱の授受の経路を、熱伝導材を介した経路に絞ることができるので、熱電素子を用いて組電池の温度を適切に制御できる。

（２）本発明に係るバッテリモジュールでは、組電池の第２外周面と断熱材との間に板状のヒータを設ける。これにより、組電池を冷却する必要がある場合には、筐体の外部の熱が第２外周面から直に伝達するのを防止しつつ、組電池を加温する必要がある場合には、ヒータで発生した熱で直に組電池を加温できる。特に本発明では、ヒータと筐体との間には、断熱材が設けられている。このため、ヒータで発生した熱を、筐体を介して外部に放熱させることなく組電池に伝達できるので、組電池を効率的に加温できる。

（３）本発明に係るバッテリモジュールでは、熱電素子と第１直流電源とを接続する第１電力線に熱電素子リレーを設ける。またこの熱電素子リレーは、ヒータ電流が動作電流より小さい場合には閉成しヒータ電流が動作電流より大きい場合には開成するもの、すなわちヒータ電流に応じて開閉するノーマルクローズ型のリレーとする。これにより、ヒータ電流が小さい場合、すなわち組電池を加温する必要が無い場合には熱電素子による冷却が実行され、ヒータ電流が大きい場合、すなわち組電池を加温する必要がある場合には熱電素子による冷却が停止される。これによりバッテリモジュールによれば、簡易な電子制御ユニットでヒータ及び熱電素子による組電池の温調制御を実現できる。

（４）本発明に係るバッテリモジュールでは、ヒータとしてＰＴＣヒータを用い、熱電素子リレーの固定接点及び可動接点を第１電力線に接続し、熱電素子リレーの接点駆動部をＰＴＣヒータと第２直流電源とを接続する第２電力線に設ける。これにより、暖機が不要な程度に組電池の温度が高い場合には、ＰＴＣヒータの内部抵抗が大きくなり、ヒータ電流が動作電流よりも小さくなるので、熱電素子による冷却が自動的に実行される。また暖機が必要な程度に組電池の温度が低い場合には、ＰＴＣヒータの内部抵抗が小さくなり、ヒータ電流が動作電流よりも大きくなるので、熱電素子による冷却が自動的に停止される。これによりバッテリモジュールによれば、ヒータ電流も積極的に制御する必要が無くなるので、さらに簡易な電子制御ユニットでヒータ及び熱電素子による組電池の温調制御を実現できる。

（５）本発明に係るバッテリモジュールでは、第１直流電源回路に第１スイッチを設け、第２直流電源回路に第２スイッチを設け、これら２つのスイッチを電子制御ユニットで駆動する。これにより、バッテリモジュールによれば、第１及び第２スイッチを駆動する簡易な電子制御ユニットで組電池の温調制御を実現できる。

（６）本発明に係るバッテリモジュールでは、第１直流電源回路及び第２直流電源回路に二連スイッチを設け、この二連スイッチを電子制御ユニットで駆動する。これにより、バッテリモジュールによれば、二連スイッチを駆動する簡易な電子制御ユニットで組電池の温調制御を実現できる。また本発明のバッテリモジュールでは、二連スイッチを用いることにより、上記（５）の発明と比較してスイッチの数を減らすことができるので、その分、バッテリモジュール全体の構成を小さくできる。

（７）本発明に係るバッテリモジュールでは、第１直流電源と第２直流電源とを同一の共通直流電源とし、さらに熱電素子及びヒータをこの共通直流電源に対し並列に接続し、この共通直流電源の一方の極と第１電力線及び第２電力線を接続する接続点とを接続する共通電力線に共通スイッチを設け、さらにこの共通スイッチを電子制御ユニットで駆動する。これにより、バッテリモジュールによれば、共通スイッチを駆動する簡易な電子制御ユニットで組電池の温調制御を実現できる。また本発明のバッテリモジュールでは、共通直流電源と共通スイッチとを用いることにより、上記（５）の発明と比較して電源及びスイッチの数を減らすことができるので、その分、バッテリモジュール全体の構成を小さくできる。

（８）本発明に係る電動車両は、上記バッテリモジュールと、その筐体のうち発熱面が接する部分に走行風を導く冷却ダクトと、を備える。上述のようにバッテリモジュールでは、組電池で発生した熱は、熱伝導材及び熱電素子を介して筐体に放熱される。よってこの電動車両では、冷却ダクトを用いて走行風を筐体に導くことにより、簡易な構成で筐体の放熱を促し、組電池を充放電に適した温度に維持することができる。また本発明の電動車両では、走行風を用いることにより、電動車両が走行中であって組電池の発熱が顕著になるタイミングに合せて組電池の冷却を促進できる。

本発明の第１実施形態に係るバッテリモジュール及びこれを電源とする電動車両の構成を示す図である。 バッテリモジュールの制御回路の構成を示す図である。 第２実施形態に係るバッテリモジュールの制御回路の構成を示す図である。 第３実施形態に係るバッテリモジュールの制御回路の構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るバッテリモジュール１及びこのバッテリモジュール１を電源として搭載する電動車両Ｖの構成を示す図である。

電動車両Ｖは、電力を蓄える蓄電装置であるバッテリモジュール１と、このバッテリモジュール１から供給される電力を用いて駆動される走行モータ（図示せず）と、この走行モータに連結された駆動輪（図示せず）と、を備える。このバッテリモジュール１は、例えば車外、より具体的にはフロアパネルの下方側に設けられる。また電動車両Ｖは、バッテリモジュール１から供給される電力を用いて走行する際に発生する走行風を、バッテリモジュール１の発熱面である後述の第１側板７３Ｌ及び第２側板７３Ｒに導く第１冷却ダクトＤＬ及び第２冷却ダクトＤＲを備える。

バッテリモジュール１は、複数の単電池セル２１と、これら単電池セル２１を積層方向に沿って積層して構成される組電池２と、板状の熱電素子としての第１ペルチェ素子３Ｌ及び第２ペルチェ素子３Ｒと、組電池２と各ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを接続する第１熱伝導部材４Ｌ及び第２熱伝導部材４Ｒと、電気ヒータ２６と、組電池２の少なくとも一部を覆う板状の断熱部材６と、これら組電池２、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ、熱伝導部材４Ｌ，４Ｒ、電気ヒータ２６、及び断熱部材６を収容する箱状の筐体７と、を備える。なお図１には、バッテリモジュール１の一部を組電池２の積層方向に対し垂直な断面に沿って破断した図を示す。

筐体７は、組電池２よりもやや大きな略立方体状の箱体であり、板状の天板７１と、この天板７１に対向する板状の底板７２と、これら天板７１及び底板７２に対し垂直に延びる板状の第１側板７３Ｌ及び第２側板７３Ｒと、を備える。これら板７１，７２，７３Ｌ，７３Ｒには、例えばアルミニウム等の金属が用いられる。

単電池セル２１は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電が可能な二次電池であり、板状である。各単電池セル２１は、正極端子及び負極端子が設けられた端子面を鉛直方向上方側に向けて積層した状態で、筐体７内に収容されている。組電池２は、上記のような単電池セル２１を積層して構成されており、その全体形状は略立方体状である。組電池２の外周面のうち頂面２２は、各単電池セル２１の端子面によって構成される。組電池２の外周面のうち頂面２２に対向する底面２３は、各単電池セル２１の底面によって構成さる。また組電池２の外周面のうち頂面２２及び底面２３に対し垂直な第１側面２４Ｌ及び第２側面２４Ｒは、それぞれ各単電池セル２１の側面によって構成される。組電池２は、頂面２２が天板７１と対向し、底面２３が底板７２と対向し、第１側面２４Ｌが第１側板７３Ｌと対向し、かつ第２側面２４Ｒが第２側板７３Ｒと対向するように筐体７内に収容される。

第１ペルチェ素子３Ｌは、組電池２の第１側面２４Ｌに沿って延びる板状である。第１ペルチェ素子３Ｌは、吸熱面３１Ｌを備える金属と発熱面３２Ｌを備える金属とを接合して構成され、これら金属の接合部に直流の電流が流れると吸熱面３１Ｌで吸熱しかつ発熱面３２Ｌで発熱する。この第１ペルチェ素子３Ｌは、発熱面３２Ｌが筐体７の第１側板７３Ｌに接し、かつ吸熱面３１Ｌが組電池２の第１側面２４Ｌに対向するように、筐体７の内部のうち、組電池２の第１側面２４Ｌと筐体７の第１側板７３Ｌとの間に設けられる。

第２ペルチェ素子３Ｒは、組電池２の第２側面２４Ｒに沿って延びる板状である。第２ペルチェ素子３Ｒは、吸熱面３１Ｒを備える金属と発熱面３２Ｒを備える金属とを接合して構成され、これら金属の接合部に直流の電流が流れると吸熱面３１Ｒで吸熱しかつ発熱面３２Ｒで発熱する。この第２ペルチェ素子３Ｒは、発熱面３２Ｒが筐体７の第２側板７３Ｒに接し、かつ吸熱面３１Ｒが組電池２の第２側面２４Ｒに対向するように、筐体７の内部のうち、組電池２の第２側面２４Ｒと筐体７の第２側板７３Ｒとの間に設けられる。

第１熱伝導部材４Ｌは、組電池２の頂面２２と第１ペルチェ素子３Ｌの吸熱面３１Ｌとを接続し、組電池２で発生した熱を吸熱面３１Ｌへ伝達する。第１熱伝導部材４Ｌは、積層方向に沿って延び組電池２を構成する全ての単電池セル２１と接する電池接続部４１Ｌと、第１ペルチェ素子３Ｌの吸熱面３１Ｌに接して沿って延びる板状の伝熱板４２Ｌとを備える。この第１熱伝導部材４Ｌには、例えばアルミニウム等の金属が用いられる。

第２熱伝導部材４Ｒは、組電池２の頂面２２と第２ペルチェ素子３Ｒの吸熱面３１Ｒとを接続し、組電池２で発生した熱を吸熱面３１Ｒへ伝達する。第２熱伝導部材４Ｒは、積層方向に沿って延び組電池２を構成する全ての単電池セル２１と接する電池接続部４１Ｒと、第２ペルチェ素子３Ｒの吸熱面３１Ｒに接して沿って延びる板状の伝熱板４２Ｒとを備える。この第２熱伝導部材４Ｒには、第１熱伝導部材４Ｌと同じ材料、例えばアルミニウム等の金属が用いられる。

以上のように、筐体７の側板７３Ｌ，７３Ｒにペルチェ素子３Ｌ，３Ｒの発熱面３２Ｌ，３２Ｒが設けられ、組電池２の頂面２２は、熱伝導部材４Ｌ，４Ｒを介してペルチェ素子３Ｌ，３Ｒの吸熱面３１Ｌ，３１Ｒに接続される。従ってバッテリモジュール１では、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒに電流を流し、その吸熱面３１Ｌ，３１Ｒから発熱面３２Ｌ，３２Ｒへ熱を輸送させることにより、組電池２で発生した熱を、熱伝導部材４Ｌ，４Ｒ及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを介して、筐体７の側板７３Ｌ，７３Ｒから放熱させることができる。したがってバッテリモジュール１において、筐体７の側板７３Ｌ，７３Ｒは、組電池２の充放電によって発熱する発熱面となっている。

電気ヒータ２６は、板状であり、ヒータ電流が流れると発熱する。電気ヒータ２６は、その発熱面が組電池２の底面２３に対向するように、筐体７の内部のうち、組電池２の底面２３と底板７２との間に設けられる。なおこの電気ヒータ２６には、その温度が高くなるほど内部抵抗が大きくなり、ヒータ電流が流れにくくなる特性を有する所謂ＰＴＣヒータが好ましく用いられる。

断熱部材６は、シート状であり、組電池２及び電気ヒータ２６の少なくとも一部を覆う。断熱部材６は、上述の熱伝導部材４Ｌ，４Ｒや筐体７よりも熱伝導率が低い材料、より具体的には、ウレタンやセルロース等の樹脂製の断熱材やグラスウールやロックウール等の難燃性の断熱材等、既知の材料が用いられる。

断熱部材６は、組電池２及び電気ヒータ２６の少なくとも一部、より具体的には、組電池２及び電気ヒータ２６のうち、組電池２の頂面２２を除く部分を覆う。断熱部材６は、組電池２の底面２３に設けられた電気ヒータ２６とこれに対向する筐体７の底板７２との間に設けられた底部６１と、組電池２の第１側面２４Ｌとこれに対向する第１ペルチェ素子３Ｌの吸熱面３１Ｌ及び第１熱伝導部材４Ｌの伝熱板４２Ｌとの間に設けられた第１側部６２Ｌと、組電池２の第２側面２４Ｒとこれに対向する第２ペルチェ素子３Ｒの吸熱面３１Ｒ及び第２熱伝導部材４Ｒの伝熱板４２Ｒとの間に設けられた第２側部６２Ｒと、を備える。

次に、バッテリモジュール１の回路構成について説明する。
図２は、本実施形態にバッテリモジュール１のペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ及び電気ヒータ２６の制御回路の構成を示す回路図である。

バッテリモジュール１は、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒと第１バッテリ８１とを接続する第１直流電源回路８と、電気ヒータ２６と第２バッテリ９１とを接続する第２直流電源回路９と、これら電源回路８，９を制御する電子制御ユニットである温調コントローラ５と、を備える。なお、第１バッテリ８１及び第２バッテリ９１には、それぞれ組電池２とは別のバッテリを用いてもよいし、組電池２を流用してもよい。

第１直流電源回路８において、２つのペルチェ素子３Ｌ，３Ｒは、第１バッテリ８１に対し並列に接続されている。従って各ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒには、第１バッテリ８１からの直流の電力が同時に供給される。また第１直流電源回路８において、第１バッテリ８１の負極とペルチェ素子３Ｌ，３Ｒとを接続する第１電力線８４には、ペルチェ素子リレー８２と第１スイッチ８３とが直列に設けられている。

ペルチェ素子リレー８２の構成については、第２直流電源回路９の構成とともに後に詳細に説明する。第１スイッチ８３は、温調コントローラ５から送信される指令信号に応じて開閉する電磁スイッチである。第１スイッチ８３は、閉成すると第１バッテリ８１とペルチェ素子３Ｌ，３Ｒとを接続し、第１バッテリ８１とペルチェ素子３Ｌ，３Ｒとペルチェ素子リレー８２との閉回路を形成する。第１スイッチ８３は、開成すると第１バッテリ８１とペルチェ素子３Ｌ，３Ｒとの接続を遮断する。またこの第１スイッチ８３には、外部からの指令信号が無い状態では、開成するノーマルオープン式の電磁スイッチが用いられる。

第２直流電源回路９において、第２バッテリ９１の負極と電気ヒータ２６とを接続する第２電力線９３には、ペルチェ素子リレー８２と第２スイッチ９２とが直列に設けられている。

第２スイッチ９２は、温調コントローラ５から送信される指令信号に応じて開閉する電磁スイッチである。第２スイッチ９２は、閉成すると第２バッテリ９１と電気ヒータ２６とを接続し、第２バッテリ９１と電気ヒータ２６とペルチェ素子リレー８２との閉回路を形成する。第２スイッチ９２は、開成すると第２バッテリ９１と電気ヒータ２６との接続を遮断する。またこの第２スイッチ９２には、外部からの指令信号が無い状態では、開成するノーマルオープン式の電磁スイッチが用いられる。

ペルチェ素子リレー８２は、第２直流電源回路９を流れるヒータ電流を用いて開閉する電磁スイッチである。ペルチェ素子リレー８２は、それぞれ第１直流電源回路８の第１電力線８４に接続された固定接点８２１及び可動接点８２２と、第２直流電源回路９の第２電力線９３に接続された電磁コイル８２３と、を備える。

ペルチェ素子リレー８２は、電磁コイル８２３を流れるヒータ電流が動作電流より小さい場合には接点８２１，８２２が接触することによって閉成し、電磁コイル８２３を流れるヒータ電流が上記動作電流より大きい場合には接点８２１，８２２が離間することによって開成する、所謂ノーマルクローズ型の電磁スイッチが用いられる。

温調コントローラ５は、電動車両Ｖが起動されたことに応じて第１スイッチ８３及び第２スイッチ９２を共に閉成する。これにより、電気ヒータ２６及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを用いた組電池２の温度制御が以下の手順で実行される。先ず、第２スイッチ９２を閉成すると、第２バッテリ９１と電気ヒータ２６とが接続され、第２直流電源回路９１Ａをヒータ電流が流れ始める。上述のようにＰＴＣヒータである電気ヒータ２６の内部抵抗は、組電池２とほぼ等しい温度である電気ヒータ２６の温度が高くなるほど大きくなる。このためヒータ電流は、組電池２の温度が高くなるほど小さくなり従って電気ヒータ２６の発熱量が少なくなるように自動的に調整される。

ここで組電池２の温度が、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを用いた冷却が不要な程度に低い場合、ヒータ電流はペルチェ素子リレー８２の動作電流より大きくなるため、ペルチェ素子リレー８２は開成される。このため、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒと第１バッテリ８１とが遮断され、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒには電流が流れなくなるため、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを用いた組電池２の冷却は自動的に停止する。

また組電池２の温度が、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを用いた冷却が必要な程度に高い場合、ヒータ電流はペルチェ素子リレー８２の動作電流より小さくなるため、ペルチェ素子リレー８２は閉成される。このため、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒと第１バッテリ８１とが接続され、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒには第１バッテリ８１から供給される電流が流れるため、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを用いた組電池２の冷却が自動的に実行される。

また温調コントローラ５は、電動車両Ｖが停止されたことに応じて第１スイッチ８３及び第２スイッチ９２を共に開成する。これにより、電気ヒータ２６及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒへの電力の供給が停止するため、上記温度制御が停止する。

なお、以上のようなバッテリモジュール１の制御回路のうち、第１直流電源回路８、第２直流電源回路９、及び温調コントローラ５は、組電池２やペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ等とともに筐体７の内部に収容される。

本実施形態の電動車両Ｖ及びバッテリモジュール１によれば、以下の効果を奏する。
（１）バッテリモジュール１は組電池２と、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒと、組電池２とペルチェ素子３Ｌ，３Ｒの吸熱面とを接続する熱伝導部材４Ｌ，４Ｒと、これらを収容する筐体７を備える。またペルチェ素子３Ｌ，３Ｒは、その発熱面３２Ｌ，３２Ｒが筐体７の側板７３Ｌ，７３Ｒに接するように筐体７に設ける。これによりバッテリモジュール１によれば、組電池２で充放電を行うことによって生じた熱は、熱伝導部材４Ｌ，４Ｒを介してペルチェ素子３Ｌ，３Ｒの吸熱面に伝達し、さらにペルチェ素子３Ｌ，３Ｒによって筐体７に放熱されるので、組電池２の温度を充放電に適した温度で維持できる。またバッテリモジュール１では、組電池２の側面２４Ｌ，２４Ｒと吸熱面３１Ｌ，３１Ｒとの間及び底面２３と筐体７の底板７２との間には、熱伝導部材４Ｌ，４Ｒよりも熱伝導率が低い断熱部材６を設ける。これにより、組電池２で発生した熱が上記のように熱伝導部材４Ｌ，４Ｒを介さずに側面２４Ｌ，２４Ｒから直に吸熱面３１Ｌ，３１Ｒに伝達したり、筐体７の外部の熱が組電池２の底面２３から直に伝達したりするのを抑制できる。よってバッテリモジュール１によれば、組電池２に対する熱の授受の経路を、熱伝導部材４Ｌ，４Ｒを介した経路に絞ることができるので、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを用いて組電池２の温度を適切に制御できる。

（２）バッテリモジュール１では、組電池２の底面２３と断熱部材６との間に板状の電気ヒータ２６を設ける。これにより、組電池２を冷却する必要がある場合には、筐体７の外部の熱が底面２３から直に伝達するのを防止しつつ、組電池２を加温する必要がある場合には、電気ヒータ２６で発生した熱で直に組電池２を加温できる。特にバッテリモジュール１では、電気ヒータ２６と筐体７との間には、断熱部材６が設けられている。このため、電気ヒータ２６で発生した熱を、筐体７を介して外部に放熱させることなく組電池２に伝達できるので、組電池２を効率的に加温できる。

（３）バッテリモジュール１では、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒと第１バッテリ８１とを接続する第１電力線８４にペルチェ素子リレー８２を設ける。またこのペルチェ素子リレー８２は、ヒータ電流が動作電流より小さい場合には閉成しヒータ電流が動作電流より大きい場合には開成するもの、すなわちヒータ電流に応じて開閉するノーマルクローズ型のリレーとする。これにより、ヒータ電流が小さい場合、すなわち組電池２を加温する必要が無い場合にはペルチェ素子３Ｌ，３Ｒによる冷却が実行され、ヒータ電流が大きい場合、すなわち組電池２を加温する必要がある場合にはペルチェ素子３Ｌ，３Ｒによる冷却が停止される。これによりバッテリモジュール１によれば、簡易な温調コントローラ５で電気ヒータ２６及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒによる組電池２の温調制御を実現できる。

（４）バッテリモジュール１では、電気ヒータ２６としてＰＴＣヒータを用い、ペルチェ素子リレー８２の固定接点８２１及び可動接点８２２を第１電力線８４に接続し、ペルチェ素子リレー８２の電磁コイル８２３を電気ヒータ２６と第２バッテリ９１とを接続する第２電力線９３に設ける。これにより、暖機が不要な程度に組電池２の温度が高い場合には、電気ヒータ２６の内部抵抗が大きくなり、ヒータ電流が動作電流よりも小さくなるので、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒによる冷却が自動的に実行される。また暖機が必要な程度に組電池２の温度が低い場合には、電気ヒータ２６の内部抵抗が小さくなり、ヒータ電流が動作電流よりも大きくなるので、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒによる冷却が自動的に停止される。これによりバッテリモジュール１によれば、ヒータ電流も積極的に制御する必要が無くなるので、さらに簡易な温調コントローラ５で電気ヒータ２６及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒによる組電池２の温調制御を実現できる。

（５）バッテリモジュール１では、第１直流電源回路８に第１スイッチ８３を設け、第２直流電源回路９に第２スイッチ９２を設け、これら２つのスイッチ８３，９２を温調コントローラ５で駆動する。これにより、バッテリモジュール１によれば、簡易な温調コントローラ５で組電池２の温調制御を実現できる。

（６）電動車両Ｖは、バッテリモジュール１と、その筐体７のうち発熱面３２Ｌ，３２Ｒが接する部分に走行風を導く冷却ダクトＤＬ，ＤＲと、を備える。上述のようにバッテリモジュール１では、組電池２で発生した熱は、熱伝導部材４Ｌ，４Ｒ及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを介して筐体７に放熱される。よってこの電動車両Ｖでは、冷却ダクトＤＬ，ＤＲを用いて走行風を筐体７に導くことにより、簡易な構成で筐体７の放熱を促し、組電池２を充放電に適した温度に維持することができる。また電動車両Ｖでは、走行風を用いることにより、電動車両Ｖが走行中であって組電池２の発熱が顕著になるタイミングに合せて組電池２の冷却を促進できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図３は、本実施形態に係るバッテリモジュール１Ａのペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ及び電気ヒータ２６の制御回路の構成を示す回路図である。なお以下の説明において、第１実施形態のバッテリモジュール１と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

バッテリモジュール１Ａは、第１直流電源回路８Ａと、第２直流電源回路９Ａと、温調コントローラ５Ａと、を備える。なお、本実施形態においても、第１バッテリ８１及び第２バッテリ９１には、それぞれ組電池２とは別のバッテリを用いてもよいし、組電池２を流用してもよい。

第１直流電源回路８Ａの第１電力線８４及び第２直流電源回路９Ａの第２電力線９３には、二連スイッチ８５が設けられている。二連スイッチ８５は、温調コントローラ５Ａから送信される指令信号に応じて開閉する電磁スイッチである。二連スイッチ８５は、閉成すると、第１バッテリ８１及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを接続すると同時に第２バッテリ９１及び電気ヒータ２６を接続し、第１バッテリ８１とペルチェ素子３Ｌ，３Ｒとペルチェ素子リレー８２との閉回路と、第２バッテリ９１と電気ヒータ２６とペルチェ素子リレー８２との閉回路とを同時に形成する。二連スイッチ８５は、開成すると、第１バッテリ８１及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒを遮断すると同時に第２バッテリ９１及び電気ヒータ２６を遮断する。またこの二連スイッチ８５には、外部からの指令信号が無い状態では、開成するノーマルオープン式の電磁スイッチが用いられる。

温調コントローラ５Ａは、電動車両が起動されたことに応じて二連スイッチ８５を閉成する。これにより、第１実施形態と同様の手順によりペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ及び電気ヒータ２６を用いた組電池２の温度制御が自動的に実行される。また温調コントローラ５Ａは、電動車両が停止されたことに応じて二連スイッチ８５を開成する。これにより、第１実施形態と同様に、電気ヒータ２６及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒへの電力の供給が停止するため、上記温度制御が停止する。

なお、以上のようなバッテリモジュール１Ａの制御回路のうち、第１直流電源回路８Ａ、第２直流電源回路９Ａ、及び温調コントローラ５Ａは、組電池２やペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ等とともに筐体の内部に収容される。

本実施形態の電動車両及びバッテリモジュール１Ａによれば、以下の効果を奏する。
（７）バッテリモジュール１Ａでは、第１直流電源回路８Ａ及び第２直流電源回路９Ａに二連スイッチ８５を設け、この二連スイッチ８５を温調コントローラ５Ａで駆動する。これにより、バッテリモジュール１Ａによれば、二連スイッチ８５を駆動する簡易な温調コントローラ５Ａで組電池２の温調制御を実現できる。またバッテリモジュール１Ａでは、二連スイッチ８５を用いることにより、第１実施形態のバッテリモジュール１と比較してスイッチの数を減らすことができるので、その分、バッテリモジュール１Ａ全体の構成を小さくできる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図４は、本実施形態に係るバッテリモジュール１Ｂのペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ及び電気ヒータ２６の制御回路の構成を示す回路図である。なお以下の説明において、第１実施形態のバッテリモジュール１と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

バッテリモジュール１Ｂは、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒと共通バッテリ８６とを接続する第１直流電源回路８Ｂと、電気ヒータ２６と共通バッテリ８６とを接続する第２直流電源回路９Ｂと、これら電源回路８Ｂ，９Ｂを制御する温調コントローラ５Ｂと、を備える。

第１直流電源回路８Ｂにおいて、２つのペルチェ素子３Ｌ，３Ｒは、共通バッテリ８６に対し並列に接続される。第２直流電源回路９Ｂにおいて、電気ヒータ２６は、上記２つのペルチェ素子３Ｌ，３Ｒと並列になるように共通バッテリ８６に接続される。

また第１直流電源回路８Ｂにおいてペルチェ素子３Ｌ，３Ｒから延びる第１電力線８４と、第２直流電源回路９Ｂにおいて電気ヒータ２６から延びる第２電力線９３とは、接続点８８において接続されている。また共通バッテリ８６の負極と接続点８８とは共通電力線８９によって接続されており、またこの共通電力線８９には共通スイッチ９５が設けられている。

共通スイッチ９５は、温調コントローラ５Ｂから送信される指令信号に応じて開閉する電磁スイッチである。共通スイッチ９５は、閉成すると共通バッテリ８６とペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ及び電気ヒータ２６とを接続し、共通バッテリ８６とペルチェ素子３Ｌ，３Ｒとペルチェ素子リレー８２との閉回路と、共通バッテリ８６と電気ヒータ２６とペルチェ素子リレー８２との閉回路と、を形成する。共通スイッチ９５は、開成すると共通バッテリ８６とペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ及び電気ヒータ２６との接続を遮断する。またこの共通スイッチ９５には、外部からの指令信号が無い状態では、開成するノーマルオープン式の電磁スイッチが用いられる。

温調コントローラ５Ｂは、電動車両が起動されたことに応じて共通スイッチ９６を閉成する。これにより、第１実施形態と同様の手順によりペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ及び電気ヒータ２６を用いた組電池２の温度制御が自動的に実行される。また温調コントローラ５Ｂは、電動車両が停止されたことに応じて共通スイッチ９６を開成する。これにより、第１実施形態と同様に、電気ヒータ２６及びペルチェ素子３Ｌ，３Ｒへの電力の供給が停止するため、上記温度制御が停止する。

なお、以上のようなバッテリモジュール１Ｂの制御回路のうち、第１直流電源回路８Ｂ、第２直流電源回路９Ｂ、及び温調コントローラ５Ｂは、組電池２やペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ等とともに筐体の内部に収容される。

本実施形態の電動車両及びバッテリモジュール１Ｂによれば、以下の効果を奏する。
（８）バッテリモジュール１Ｂでは、ペルチェ素子３Ｌ，３Ｒ及び電気ヒータ２６を共通バッテリ８６に対し並列に接続し、この共通バッテリ８６の負極と第１電力線８４及び第２電力線９３を接続する接続点８８とを接続する共通電力線８９に共通スイッチ９５を設け、さらにこの共通スイッチ９５を温調コントローラ５Ｂで駆動する。これにより、バッテリモジュール１Ｂによれば、共通スイッチ９５を駆動する簡易な温調コントローラ５Ｂで組電池２の温調制御を実現できる。またバッテリモジュール１Ｂでは、共通バッテリ８６と共通スイッチ９５とを用いることにより、第１実施形態のバッテリモジュール１と比較して電源及びスイッチの数を減らすことができるので、その分、バッテリモジュール１Ｂ全体の構成を小さくできる。

Ｖ…電動車両
ＤＬ，ＤＲ…冷却ダクト
１，１Ａ，１Ｂ…バッテリモジュール
２…組電池
２１…単電池セル（単電池）
２３…底面（第２外周面）
２４Ｌ，２４Ｒ…側面（第１外周面）
２６…電気ヒータ（ヒータ）
３Ｌ，３Ｒ…ペルチェ素子（熱電素子）
３１Ｌ，３１Ｒ…吸熱面
３２Ｌ，３２Ｒ…発熱面
４Ｌ，４Ｒ…熱伝導部材（熱伝導材）
２６…電気ヒータ（ヒータ）
６…断熱部材（断熱材）
７…筐体
７２…底板
７３Ｌ，７３Ｒ…側板
５，５Ａ，５Ｂ…温調コントローラ（電子制御ユニット）
８，８Ａ，８Ｂ…第１直流電源回路
８１…第１バッテリ（第１直流電源）
８２…ペルチェ素子リレー（熱電素子リレー）
８２１…固定接点
８２２…可動接点
８２３…電磁コイル（接点駆動部）
８３…第１スイッチ（第１スイッチ）
８４…第１電力線
８５…二連スイッチ
８６…共通バッテリ（共通直流電源）
８７…共通スイッチ
８８…接続点
８９…共通電力線
９，９Ａ，９Ｂ…第２直流電源回路
９１…第２バッテリ（第２直流電源）
９２…第２スイッチ
９３…第２電力線
９５…共通スイッチ

Claims (8)

1. 積層された複数の単電池を備える組電池と、
   電流が流れると吸熱面で吸熱し発熱面で発熱する板状の熱電素子と、
   前記組電池と前記吸熱面とを接続する熱伝導材と、
   前記組電池、前記熱電素子、及び前記熱伝導材を収容する筐体と、を備えるバッテリモジュールであって、
   前記発熱面は前記筐体の内周面に接し、
   前記組電池の外周面のうち前記吸熱面と対向する第１外周面と前記吸熱面との間及び前記組電池の外周面のうち前記第１外周面とは別の第２外周面と前記筐体の内周面との間には、前記熱伝導材よりも熱伝導率が低い断熱材が設けられていることを特徴とするバッテリモジュール。
2. 前記断熱材と前記第２外周面との間には、電流が流れると発熱する板状のヒータが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール。
3. 前記熱電素子と第１直流電源とを接続する第１電力線に設けられ、閉成すると前記第１直流電源と前記熱電素子とを導通し開成すると前記第１直流電源と前記熱電素子とを遮断する熱電素子リレーと、を備え、
   前記熱電素子リレーは、前記ヒータを流れるヒータ電流が動作電流より小さい場合には閉成し、前記ヒータ電流が前記動作電流より大きい場合には開成することを特徴とする請求項２に記載のバッテリモジュール。
4. 前記ヒータは、温度が高くなるほど内部抵抗が大きくなるＰＴＣヒータであり、
   前記熱電素子リレーは、それぞれ前記第１電力線に接続された固定接点及び可動接点と、前記ＰＣＴヒータと第２直流電源とを接続する第２電力線に設けられ、当該第２電力線を流れる電流を用いて前記可動接点を駆動する接点駆動部と、を備えることを特徴とする請求項３に記載のバッテリモジュール。
5. 前記第１電力線を含む第１直流電源回路に設けられた第１スイッチと、
   前記第２電力線を含む第２直流電源回路に設けられた第２スイッチと、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを駆動する電子制御ユニットと、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のバッテリモジュール。
6. 前記第１電力線を含む第１直流電源回路及び前記第２電力線を含む第２直流電源回路に設けられ、閉成すると前記熱電素子と前記第１直流電源と前記熱電素子リレーとを含む第１閉回路及び前記ヒータと前記第２直流電源と前記熱電素子リレーとを含む第２閉回路を形成する二連スイッチと、
   前記二連スイッチを駆動する電子制御ユニットと、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のバッテリモジュール。
7. 前記第１直流電源と前記第２直流電源とは同一の共通直流電源であり、
   前記熱電素子及び前記ヒータは、前記共通直流電源に対し並列に接続され、
   前記共通直流電源の一方の極と前記第１電力線及び前記第２電力線を接続する接続点とを接続する共通電力線に設けられた共通スイッチと、
   前記共通スイッチを駆動する電子制御ユニットと、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のバッテリモジュール。
8. 請求項１から７の何れかに記載のバッテリモジュールと、
   前記筐体のうち前記発熱面が接する部分に走行風を導く冷却ダクトと、を備えることを特徴とする電動車両。

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