WO2012124446A1 - 電池モジュール - Google Patents

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WO2012124446A1
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sealed case
heat medium
conversion element
medium passage
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真一 会沢
尚也 横町
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株式会社 豊田自動織機
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more particularly to a battery module capable of adjusting heating and cooling of a plurality of batteries housed in a case.
  • the temperature control device of Patent Document 1 includes a thermoelectric conversion device (thermoelectric conversion element) having a first surface and a second surface that act in opposition to heat dissipation and heat absorption according to the polarity of energization.
  • the first surface is thermally coupled to one or more accumulators, and the second surface is thermally coupled to a thermal enhancement medium that facilitates the thermal action of the surface.
  • thermoelectric conversion device 51 is attached to the metal plate 53 in the state which a 1st surface contacts the metal plate 53 which contacted the surface of the storage battery 52.
  • the thermoelectric conversion device 51 is provided in a pump chamber 54 that is used by circulating a fluid as a thermal action promoting medium.
  • the second surface of the thermoelectric conversion device 51 is exposed to the pump chamber 54.
  • the fan 55 a of the pump 55 is disposed in the pump chamber 54 so as to face the second surface of the thermoelectric conversion device 51.
  • the fan 55 a is supported by a bearing portion 55 c at the center of the suction port 55 b following the back portion of the pump chamber 54 so as to be rotatable by a support shaft 56.
  • a magnet 55e is embedded in the blade of the fan 55a.
  • the fan 55a is rotated by the action of the stator 57 disposed around the suction port 55b.
  • the discharge port 55 d protrudes along the tangential direction at the outer peripheral portion of the pump chamber 54.
  • the periphery of the metal plate 53 and the pump chamber 54 is covered with a heat insulating material (not shown).
  • Patent Document 1 proposes various methods for thermal coupling between the first surface of the thermoelectric conversion device 51 and the storage battery 52. These methods include, for example, a method in which the first surface of the thermoelectric conversion device 51 and the surface of the storage battery 52 are in direct contact with each other, in addition to the method performed through the metal plate 53 in contact with the surface of the storage battery 52, or the storage battery 52. Including a method of performing through a fluid circulating on the surface of the substrate.
  • thermoelectric conversion device 51 and the storage battery 52 are thermally coupled via the metal plate 53
  • the surface of the metal plate 53 that is not in contact with the first surface of the thermoelectric conversion device 51 In order to prevent the heat from being transferred to other than the storage battery 52, heat insulation means such as covering the thermoelectric conversion device 51 with a heat insulating material is required. Further, in the method in which the first surface of the thermoelectric conversion device 51 is in contact with all the storage batteries 52, the thermoelectric conversion device 51 having a large area is required, and the cost increases.
  • thermoelectric conversion device 51 in addition to the means for circulating the thermal action promoting medium of the thermoelectric conversion device 51, a means for circulating the fluid is also required. It becomes more complex and costly.
  • thermoelectric conversion device 51 is provided in the pump chamber 54 for circulating the fluid as the thermal action promoting medium as in Patent Document 1
  • the size of the apparatus is increased, and the installation location is secured from the viewpoint of securing the installation space.
  • the degree of freedom becomes small.
  • the purpose of the present invention is to adjust the temperature of the entire gas in the sealed case to the target temperature in a short time compared to the case where the thermoelectric conversion element is simply attached to the outer surface of the sealed case without increasing the size of the device,
  • An object of the present invention is to provide a battery module capable of efficiently adjusting heating and cooling of a plurality of batteries housed in a sealed case.
  • one embodiment of the present invention provides a battery module including a sealed case that houses a plurality of batteries.
  • the heat medium passage is formed in the sealed case so as to be recessed inward from the outer surface of the sealed case.
  • the thermoelectric conversion element has a first surface and a second surface that act in opposition to heat dissipation and heat absorption according to the polarity of energization.
  • the thermoelectric conversion element is attached to the outer surface of the sealed case that forms the heat medium passage on the first surface.
  • the “heat medium” means a fluid that transfers heat.
  • the battery module is used with a thermoelectric conversion element connected to a DC power source.
  • the first surface of the thermoelectric conversion element attached to the sealed case is switched between the heat dissipation state and the heat absorption state.
  • the gas in the sealed case is heated, and when the first surface is in an endothermic state, the gas in the sealed case is cooled.
  • the temperature of the plurality of batteries housed in the sealed case is adjusted to a target temperature range via the gas in the sealed case.
  • heat dissipation on the first surface is efficiently performed by cooling the second surface.
  • thermoelectric conversion element when the first surface of the thermoelectric conversion element is in an endothermic state, heat absorption on the second surface is efficiently performed by promoting heat dissipation of the second surface. Cooling and heat dissipation of the second surface of the thermoelectric conversion element is performed by contacting a heat medium having a temperature at which heat is transmitted from the second surface. For example, gas (air) as the heat medium is passed through the heat medium passage. It is done by supplying to. In the configuration in which the thermoelectric conversion element is simply attached to the outer surface of the sealed case, it is difficult to efficiently supply the heat medium to the second surface of the thermoelectric conversion element.
  • thermoelectric conversion element when the thermoelectric conversion element is attached to the heat medium passage, the heat medium is simply and efficiently supplied to the second surface of the thermoelectric conversion element. Therefore, compared with the case where the thermoelectric conversion element is simply mounted on the outer surface of the sealed case without increasing the size of the device, the temperature of the entire gas in the sealed case is adjusted to the target temperature in a short time, and The heating and cooling of the accommodated batteries can be adjusted.
  • the heat medium passage preferably includes a groove.
  • the groove can be easily formed as compared with the case where the heat medium passage is configured by a hole.
  • the thermoelectric conversion element can be easily attached.
  • the groove extends so as to penetrate the sealed case and is open at the upper part and both sides of the sealed case. According to this structure, since the groove
  • the heat medium passage is preferably provided in the center of the sealed case.
  • the center of the sealed case does not mean the center exactly, but means the center and the vicinity of the center. Moreover, what is necessary is just to be the center or the center vicinity in at least any one direction of the width direction, an up-down direction, and the front-back direction.
  • the gas in the sealed case is heated or cooled by the thermoelectric conversion element, but convection hardly occurs in the sealed case.
  • the heat transferred to the gas in contact with the surface of the sealed case to which the first surface of the thermoelectric conversion element is attached is sequentially transferred to the gas at a position far from the thermoelectric conversion element by heat conduction. Therefore, if the heat medium passage is provided in the center of the sealed case, the entire gas in the sealed case can be brought to the target temperature in a short time compared to the case where the heat medium passage is provided on one side of the sealed case. Reach.
  • the heat medium passage includes a hole extending so as to penetrate the sealed case. According to this configuration, heat exchange by the heat medium can be efficiently performed through the holes.
  • the heat medium passage is preferably formed so that the cross-sectional area of the inlet is larger than the cross-sectional area of the attachment portion of the thermoelectric conversion element. According to this structure, the outside air sent toward the heat medium passage can be sent to the portion where the thermoelectric conversion element is attached more efficiently.
  • the part to which the thermoelectric conversion element is attached is made of metal and the other part is formed of an insulating material. According to this configuration, heat exchange between the thermoelectric conversion element and the gas in the sealed case can be efficiently performed as compared with a configuration in which the entire sealed case 11 is formed of an insulating material (heat insulating material).
  • the at least one thermoelectric conversion element includes two thermoelectric conversion elements, the heat medium passage includes a pair of side surfaces facing each other, and the two thermoelectric conversion elements are respectively attached to the pair of side surfaces of the heat medium passage.
  • heating and cooling of a plurality of batteries can be efficiently adjusted by the two thermoelectric conversion elements.
  • each thermoelectric conversion element is exposed to the heat medium passage. Since the second surface is exposed to the heat medium passage, heat exchange by the heat medium flowing through the heat medium passage can be efficiently performed.
  • the temperature of the entire gas in the sealed case is adjusted to the target temperature in a short time compared to the case where the thermoelectric conversion element is simply attached to the outer surface of the sealed case without increasing the size of the device. It is possible to provide a battery module capable of efficiently adjusting heating and cooling of a plurality of batteries housed in a sealed case.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention
  • (b) is a schematic view seen from the opening side with a lid removed
  • (c) is a line 1C-1C of (b)
  • (A), (b) is the schematic which shows the battery module of another embodiment from which the structure of a heat-medium channel
  • (A) is a plane sectional view showing a battery module of another embodiment, (b) is a sectional view taken along line 5B-5B in (a).
  • the fragmentary sectional view which shows the temperature control apparatus of the storage battery of a prior art.
  • FIGS. 1 and 2 a battery module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the battery module 10 includes a plurality of secondary batteries 12 housed in a sealed case 11.
  • the sealed case 11 includes a case body 11a having a substantially rectangular parallelepiped outer shape. The opening of the case body 11a is covered with a lid 11b in a sealed state.
  • the case body 11a and the lid body 11b are formed of a material having insulating properties and heat insulating properties, for example, resin.
  • a seal member 13 is fixed to the surface of the case body 11a facing the lid 11b.
  • the lid 11b The sealed state in the sealed case 11 is maintained in a state of being fixed to the case main body 11 a with the screw 14.
  • FIG. 1C hatching indicating a cross section of the secondary battery 12 is omitted.
  • the heat medium passage 15 is formed so as to be recessed inward from the outer surface of the sealed case 11.
  • the heat medium passage 15 is provided at the center in the width direction of the sealed case 11 (left-right direction in FIG. 1A).
  • the heat medium passage 15 is formed by a groove having a rectangular cross section opened at the upper part and both the front and rear sides.
  • the heat medium passage 15 extends so as to penetrate the sealed case 11.
  • the heat medium passage 15 is formed by a pair of side surfaces and a bottom portion facing each other.
  • the space in the heat medium passage 15 communicates with the outside air.
  • Two thermoelectric conversion elements 16 are attached to the heat medium passage 15.
  • thermoelectric conversion element 16 has a first surface and a second surface that act in opposition to heat dissipation and heat absorption according to the polarity of energization.
  • the first surface is attached to the outer surface of the sealed case 11 forming the side surface of the groove.
  • thermoelectric conversion element 16 a Peltier element is used.
  • the Peltier element includes, for example, a plurality of P-type semiconductors and a plurality of N-type semiconductors that are electrically connected in series and are arranged in parallel thermally.
  • the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are disposed between electrically insulating heat transfer plates made of ceramics, and are integrated by sealing with a resin sealing material.
  • a cylindrical battery is used for the secondary battery 12. As shown in FIG. 1C, a plurality of secondary batteries 12 are arranged at equal intervals in the sealed case 11 with a gap therebetween. A positioning member 17 is provided in the sealed case 11, and the secondary battery 12 is accommodated in the sealed case 11 while being positioned by the positioning member 17.
  • the cylindrical secondary battery 12 includes, for example, a nickel metal hydride battery, a lithium battery, and a nickel cadmium battery.
  • thermoelectric conversion element 16 is connected to a DC power source 20 via a wiring 18 and a changeover switch 19. Outside air is blown toward the heat medium passage 15 by the blower 21.
  • the battery module 10 is used.
  • the changeover switch 19 and the blower 21 are controlled by the control device 22.
  • a sensor (not shown) for detecting the temperature of the battery module 10 is provided in the vicinity of the battery module 10.
  • the control device 22 determines whether the sealed case 11 should be heated or cooled based on the detection signal of the sensor, and controls the changeover switch 19.
  • the battery module 10 supplies electric power to the electrical equipment (not shown) to which electric power is to be supplied via wiring.
  • the changeover switch 19 seals the thermoelectric conversion element 16 with respect to the thermoelectric conversion element 16 except when the environmental temperature is low enough to hinder the driving of the secondary battery 12, such as in a cold region or at low temperatures in winter. It is hold
  • the second surface opposite to the first surface attached to the sealed case 11 of the thermoelectric conversion element 16 is held in a heat dissipation state. If the heat radiation of the second surface is performed efficiently, the heat absorption of the surface on the heat absorption side is also performed efficiently. Since the outside air is blown from the blower 21 to the heat medium passage 15 provided with the thermoelectric conversion element 16, the outside air flows through the heat medium passage 15 while being in contact with the heat radiation surface of the thermoelectric conversion element 16. As a result, the heat dissipation surface of the thermoelectric conversion element 16 is always in contact with new outside air, so that the heat dissipation surface is efficiently dissipated. Therefore, the heat absorption of the heat absorption surface is also efficiently performed, and the air in the sealed case 11 is cooled. The temperature in the sealed case 11 is adjusted so that the secondary battery 12 is cooled by the cooled air and does not rise above a predetermined temperature.
  • the changeover switch 19 is attached to the thermoelectric conversion element 16 and the sealed case 11 of the thermoelectric conversion element 16.
  • the first surface is switched to supply DC power so as to dissipate heat.
  • the portion of the sealed case 11 to which the thermoelectric conversion element 16 is attached is forcibly heated, and the air in the sealed case 11 is also forcibly heated.
  • the second surface of the thermoelectric conversion element 16 facing the heat medium passage 15 is in an endothermic state, but the outside air in the heat medium passage 15 that absorbs heat is constantly replaced with new outside air by the action of the blower 21.
  • the endothermic effect of the endothermic surface is efficiently performed, and the heat dissipation effect of the first surface is also efficiently performed.
  • the air in the airtight case 11 is heated, the secondary battery 12 is heated with the heated air, and the temperature of the secondary battery 12 is adjusted in the temperature range suitable for a drive.
  • thermoelectric conversion element 16 In the configuration in which the thermoelectric conversion element 16 is simply attached to the outer surface of the sealed case 11, even if the outside air as the heat medium is blown toward the thermoelectric conversion element 16 by the blowing means such as the blower 21, the second of the thermoelectric conversion element 16 is used. It is difficult to efficiently supply outside air to the surface. For this reason, by using a pump with a pump chamber that covers the thermoelectric conversion element 16 as in the apparatus of Patent Document 1, a guide is provided outside the portion where the thermoelectric conversion element 16 is attached. It is necessary to circulate the medium. However, when the thermoelectric conversion element 16 is attached to the heat medium passage 15, the heat medium is simply and efficiently supplied to the second surface of the thermoelectric conversion element 16. Therefore, compared with the case where the thermoelectric conversion element 16 is simply attached to the outer surface of the sealed case 11, the temperature of the entire gas in the sealed case 11 is adjusted to the target temperature in a short time without increasing the size of the apparatus.
  • thermoelectric conversion element 16 has a first surface and a second surface that act to oppose heat dissipation and heat absorption according to the polarity of energization.
  • the first surface of the thermoelectric conversion element 16 is attached to the outer surface of the sealed case 11 that forms the heat medium passage 15.
  • thermoelectric conversion element 16 is simply attached to the outer surface of the sealed case 11 without increasing the size of the device, the temperature of the entire gas in the sealed case 11 is adjusted to the target temperature in a short time, Heating and cooling of the plurality of secondary batteries 12 accommodated in the sealed case 11 can be adjusted.
  • thermoelectric conversion element 16 A groove is formed as the heat medium passage 15. Therefore, the formation becomes easier as compared with the case where the heat medium passage 15 is configured by holes. Moreover, attachment of the thermoelectric conversion element 16 becomes easy.
  • the heat medium passage 15 is provided in the center of the sealed case 11.
  • the gas in the sealed case 11 is heated or cooled by the thermoelectric conversion element 16, but convection hardly occurs in the sealed case 11.
  • the heat transferred to the gas in contact with the surface of the sealed case 11 to which the first surface of the thermoelectric conversion element 16 is attached is sequentially transferred to the gas at a position far from the thermoelectric conversion element 16 by heat conduction. Therefore, since the heat medium passage 15 is provided in the center of the sealed case 11, the entire gas in the sealed case 11 is shorter than the case where the heat medium passage 15 is provided at one side of the sealed case 11. Reach the desired temperature in time.
  • thermoelectric conversion elements 16 are respectively attached to both wall surfaces of the groove constituting the heat medium passage 15, in a shorter time than when the thermoelectric conversion elements 16 having the same area are attached to one wall surface.
  • the entire gas in the sealed case 11 reaches the target temperature.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and may be embodied as follows, for example.
  • thermoelectric conversion element 16 having the same size as that of the above embodiment to the bottom of the heat medium passage 15 is enlarged. Therefore, the mounting operation of the thermoelectric conversion element 16 becomes easy.
  • the heat medium passage 15 is not limited to a groove, and may be a hole penetrating the sealing case 11 along the front-rear direction as shown in FIG.
  • the heat medium passage 15 may extend in parallel with the axial direction of the secondary battery 12 as shown in FIG. 4 instead of extending in the direction orthogonal to the axial direction of the secondary battery 12.
  • the number of the secondary batteries 12 that can be accommodated in the sealed case 11 even when the size of the sealed case 11 is almost the same as that of the configuration in which the heat medium passage 15 extends in a direction orthogonal to the axial direction of the secondary battery 12. Can be increased.
  • all the secondary batteries 12 housed in the sealed case 11 may be connected in parallel and connected to a common plus terminal and minus terminal. Also, all the secondary batteries 12 are connected in series, or as shown in FIGS. 5A and 5B, a set of a plurality of secondary batteries 12 connected in series is connected in parallel. May be.
  • the heat medium passage 15 is provided in the center of the sealed case 11 is not limited to the center in the strict sense, but includes the case where it is provided near the center.
  • the secondary batteries 12 are arranged in a grid pattern, when the number of secondary batteries 12 constituting the columns and rows of the secondary batteries 12 is an odd number, the position of the heat medium passage 15 is strictly speaking. Not near the center but near or near the center. Even when the number of the secondary batteries 12 constituting the column or row of the secondary batteries 12 is an even number, the number of the secondary batteries 12 disposed on both sides of the heat medium passage 15 is not the same, but different positions.
  • a heat medium passage 15 may be provided. For example, when the number of secondary batteries 12 constituting one row is ten, four secondary batteries 12 are arranged on one side across the heat medium passage 15 and six secondary batteries are arranged on the other side. 12 may be arranged.
  • the shape of the groove constituting the heat medium passage 15 is not limited to a rectangular cross section, and may be, for example, a V shape or a trapezoidal shape.
  • the cross section of the heat medium passage 15 is not constant, and the cross section of the inlet 23, that is, the gas inlet, may be larger than the cross section of the attachment portion of the thermoelectric conversion element 16. .
  • the outside air sent toward the heat medium passage 15 by the blower 21 (air blowing means) is efficiently sent to the portion where the thermoelectric conversion element 16 is attached.
  • the heat medium passage 15 may be formed so that the cross-sectional area gradually decreases from the inlet 23 toward the attachment portion of the thermoelectric conversion element 16. In this case, the outside air sent toward the heat medium passage 15 by the blower 21 (air blowing means) is sent to the portion where the thermoelectric conversion element 16 is attached more efficiently.
  • the secondary battery 12 may be accommodated side by side as shown in FIGS. 5A and 5B instead of being accommodated in an upright manner.
  • the secondary battery 12 is not limited to a cylindrical battery, and may be a square battery.
  • the battery is not limited to a secondary battery, but may be applied to a fuel cell.
  • the portion 24 to which the thermoelectric conversion element 16 is attached may be made of metal and the other portion may be formed of an insulating material (heat insulating material).
  • heat exchange between the thermoelectric conversion element 16 and the gas in the sealed case 11 is efficiently performed as compared with a configuration in which the entire sealed case 11 is formed of an insulating material (heat insulating material).
  • the heat medium passage 15 may not be open to the outside air.
  • the upper part of the heat medium passage 15 may be covered with a cover, and a cooling water circuit may be connected to the front and rear, and the cooling water may be circulated through the heat medium passage 15.

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Abstract

電池モジュール（１０）の密閉ケース（１１）内には複数の電池（１２）が収容されている。熱媒通路（１５）が、密閉ケース（１１）の外面から内方に窪むように形成されている。熱電変換素子（１６）は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用をする第１の面と、第２の面とを有する。熱電変換素子（１６）が第１の面にて熱媒通路（１５）を形成する密閉ケース（１１）の外面に取り付けられている。

Description

電池モジュール
　本発明は、電池モジュールに係り、詳しくはケース内に収容された複数の電池の加温及び冷却を調整可能な電池モジュールに関する。
　近年、二次電池の大電流での充電・放電及び大容量化が要求されている。ニッケル水素電池を始めとする高エネルギー密度の二次電池の開発が活発に行われている。しかし、大電流での充電・放電は電池内部で大きな発熱を伴う。また、限られたスペースに多数の電池を収容することから電池温度が上昇し、電池性能の劣化を促進してしまうという問題がある。また、二次電池によっては環境温度が低いと機能しなくなり、寒冷地では加熱が必要になる。
　そのため、従来、蓄電池、即ち二次電池の昇温を十分に抑制することができ、加温にも好適な蓄電池の温度調節装置が提案されている。例えば、特許文献１参照。特許文献１の温度調節装置は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用をする第１の面と、第２の面とを持った熱電変換デバイス（熱電変換素子）を備える。第１の面は１つ又は複数の蓄電池と熱結合されるとともに、第２の面はその面の熱作用を促進する熱作用促進媒体と熱結合される。
　具体的には、ケースに蓄電池が収容され、熱電変換デバイスが第１の面を上向きにしてケースの底部に取り付けられている。そして、図８に示すように、熱電変換デバイス５１は、蓄電池５２の表面に接触した金属板５３に第１の面が接触する状態で金属板５３に取り付けられている。また、熱電変換デバイス５１は、熱作用促進媒体としての流体を循環させて使用するポンプ室５４内に設けられている。熱電変換デバイス５１の第２の面は、ポンプ室５４に露出している。ポンプ５５のファン５５ａは、熱電変換デバイス５１の第２の面と対向するようにポンプ室５４内に配置されている。ファン５５ａはポンプ室５４の背部に続く吸入口５５ｂの中心にある軸受部５５ｃに支軸５６によって回転できるように支持されている。ファン５５ａの羽根に磁石５５ｅが埋設されている。吸入口５５ｂの外回りに配置されたステータ５７からの作用でファン５５ａが回転される。吐出口５５ｄはポンプ室５４の外周部において接線方向に沿って突出している。なお、金属板５３及びポンプ室５４の周囲は図示しない断熱材で覆われている。
　また、特許文献１には、熱電変換デバイス５１の第１の面と蓄電池５２との熱結合の各種方法が提案されている。それらの方法は、蓄電池５２の表面に接触した金属板５３を介して行う方法に加えて、例えば、熱電変換デバイス５１の第１の面と蓄電池５２の表面とを直接接触させる方法、あるいは蓄電池５２の表面を循環する流体を介して行う方法を含む。
特開２００３－７３５６号公報
　ところが、熱電変換デバイス５１の第１の面と蓄電池５２との熱結合を金属板５３を介して行う方法では、熱電変換デバイス５１の第１の面と接触していない部分の金属板５３の表面から熱が蓄電池５２以外に伝達されるのを抑制するため、熱電変換デバイス５１を断熱材で被覆する等の断熱手段が必要になる。また、全ての蓄電池５２に熱電変換デバイス５１の第１の面が接触される方法では、大きな面積を有する熱電変換デバイス５１が必要となり、コストが高くなる。また、蓄電池５２の表面を循環する流体を介して熱結合が行われる方法では、熱電変換デバイス５１の熱作用促進媒体を循環させる手段に加えて、その流体を循環させる手段も必要となり、装置がより複雑になるとともにコストも高くなる。
　また、特許文献１のように熱電変換デバイス５１が、熱作用促進媒体としての流体を循環させるためのポンプ室５４内に設けられる構成では、装置が大型化して設置スペースの確保の点から設置箇所の自由度が小さくなるという問題がある。
　本発明の目的は装置を大型化せずに、熱電変換素子を単に密閉ケースの外面に取り付けた場合に比べて、密閉ケース内の気体全体の温度を短時間で目的の温度に調整して、密閉ケース内に収容された複数の電池の加温及び冷却を効率的に調整可能な電池モジュールを提供することにある。
　前記の目的を達成するため、本発明の一態様は、複数の電池を収容する密閉ケースを備える電池モジュールを提供する。そして、熱媒通路は、密閉ケースの外面から内方に窪むように密閉ケースに形成される。熱電変換素子は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用をする第１の面と、第２の面とを有する。熱電変換素子が第１の面にて熱媒通路を形成する密閉ケースの外面に取り付けられている。ここで、「熱媒」とは熱の伝達を行う流体を意味する。
　電池モジュールは、熱電変換素子が直流電源に接続されて使用される。直流電源から供給される直流の流れる方向を切り換えることにより、密閉ケースに取り付けられた熱電変換素子の第１の面が放熱状態と吸熱状態とに切り換えられる。第１の面が放熱状態になると密閉ケース内の気体が加熱され、第１の面が吸熱状態になると密閉ケース内の気体が冷却される。密閉ケース内に収容された複数の電池の温度は、密閉ケース内の気体を介して目的の温度範囲内に調整される。熱電変換素子の第１の面が放熱状態のとき、第２の面を冷却することにより第１の面での放熱が効率良く行われる。これに対して、熱電変換素子の第１の面が吸熱状態のとき、第２の面の放熱を促進させることにより第２の面での吸熱が効率良く行われる。熱電変換素子第２方の面の冷却及び放熱は、第２の面から熱が伝達される温度の熱媒を接触させることで行われ、例えば、熱媒としての気体（空気）を熱媒通路に供給することで行われる。熱電変換素子が単に密閉ケースの外面に取り付けられた構成では、熱電変換素子の第２の面に熱媒を効率良く供給し難い。しかし、熱電変換素子が熱媒通路に取り付けられている場合、熱電変換素子の第２の面に熱媒が簡単に効率良く供給される。したがって、装置を大型化せずに、熱電変換素子を単に密閉ケースの外面に取り付けた場合に比べて、密閉ケース内の気体全体の温度を短時間で目的の温度に調整して、密閉ケース内収容された複数の電池の加温及び冷却を調整することができる。
　熱媒通路は溝を含むことが好ましい。この構成では、熱媒通路が孔で構成された場合に比べて、溝の形成が容易になる。また、熱電変換素子の取り付けも容易になる。
　溝は密閉ケースを貫通するように延びるとともに、密閉ケースの上部及び両側において開放されていることが好ましい。この構成によれば、溝が三方向で開放されているため、熱媒による熱交換を効率的に行うことができる。
　熱媒通路は密閉ケースの中央に設けられていることが好ましい。ここで、「密閉ケースの中央」とは厳密に中央を意味するのではなく、中央及び中央付近を意味する。また、幅方向、上下方向、前後方向の少なくともいずれか一つの方向において中央又は中央付近であればよい。密閉ケース内の気体は熱電変換素子によって加熱または冷却されるが、密閉ケース内では対流が起こり難い。熱電変換素子の第１の面が取り付けられた密閉ケースの面に接触している気体に伝達された熱は、熱伝導により熱電変換素子から遠い位置の気体へと順に伝達される。したがって、熱媒通路が密閉ケースの中央に設けられていると、熱媒通路が密閉ケースの一方に片寄って設けられた場合に比べて、密閉ケース内の気体全体が短時間で目的の温度に達する。
　熱媒通路は密閉ケースを貫通するように延びる孔を含むことが好ましい。この構成によれば、孔を通じて熱媒による熱交換を効率的に行うことができる。
　熱媒通路は、入口の断面積が熱電変換素子の取り付け部の断面積より大きく形成されていることが好ましい。この構成によれば、熱媒通路に向かって送られる外気をより効率良く熱電変換素子の取り付けられた部分に送ることができる。
　密閉ケースは、熱電変換素子が取り付けられる部分が金属製で他の部分が絶縁材で形成されていることが好ましい。この構成によれば、密閉ケース１１全体が絶縁材（断熱材）で形成された構成に比べて、熱電変換素子と密閉ケース内の気体との熱交換を効率良く行うことができる。
　少なくとも一つの熱電変換素子は二つの熱電変換素子を含み、熱媒通路は互いに対向する一対の側面を含み、二つの熱電変換素子は、熱媒通路の一対の側面にそれぞれ取り付けられていることが好ましい。この構成よれば、二つの熱電変換素子によって、複数の電池の加温及び冷却を効率的に調整することができる。
　各熱電変換素子の第２の面は熱媒通路に露出していることが好ましい。第２の面が熱媒通路に露出するため、熱媒通路を流れる熱媒による熱交換を効率的に行うことができる。
　本発明によれば、装置を大型化せずに、熱電変換素子を単に密閉ケースの外面に取り付けた場合に比べて、密閉ケース内の気体全体の温度を短時間で目的の温度に調整して、密閉ケース内に収容された複数の電池の加温及び冷却を効率的に調整可能な電池モジュールを提供することができる。
（ａ）は本発明の一実施形態に係る電池モジュールを示す概略斜視図、（ｂ）は蓋を取り外した状態で開口側から見た概略図、（ｃ）は（ｂ）の１Ｃ－１Ｃ線における概略断面図。 電池モジュールの使用状態を示す概略平面図。 （ａ），（ｂ）は熱媒通路の構成が異なる別の実施形態の電池モジュールを示す概略図。 別の実施形態の電池モジュールを示す概略図。 （ａ）は別の実施形態の電池モジュールを示す平断面図、（ｂ）は（ａ）の５Ｂ－５Ｂ線における断面図。 拡大した入口を有する溝を備える実施形態の電池モジュールを示す概略図。 熱電変換素子が金属に取り付けられる実施形態の電池モジュールを示す概略図。 従来技術の蓄電池の温度調節装置を示す部分断面図。
　以下、本発明一実施形態に係る電池モジュールを図１及び図２にしたがって説明する。
　図１に示すように、電池モジュール１０は、密閉ケース１１内に複数の二次電池１２が収容されている。図１（ａ）に示すように、密閉ケース１１は、略直方体状の外形を有するケース本体１１ａを含む。ケース本体１１ａの開口部が蓋体１１ｂにより密閉状態で覆われている。ケース本体１１ａ及び蓋体１１ｂは絶縁性及び断熱性を有する材質、例えば、樹脂で形成されている。図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、ケース本体１１ａの蓋体１１ｂと対向する面にはシール部材１３が固定され、図１（ａ）に示すように、蓋体１１ｂがケース本体１１ａに対してねじ１４で固定された状態で密閉ケース１１内の密閉状態を保つようになっている。なお、図１（ｃ）では二次電池１２の断面を示すハッチングが省略している。
　熱媒通路１５は、密閉ケース１１の外面から内方に窪むように形成されている。熱媒通路１５は密閉ケース１１の幅方向（図１（ａ）の左右方向）における中央に設けられている。この実施形態では、熱媒通路１５は上部、前後の両側において開放された断面矩形状の溝で形成されている。熱媒通路１５は、密閉ケース１１を貫通するよう延びている。熱媒通路１５は、互いに対向する一対の側面と底部とによって形成されている。熱媒通路１５内の空間は、外気と連通している。熱媒通路１５には二つの熱電変換素子１６が取り付けられている。各熱電変換素子１６は通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用をする第１の面と、第２の面とを有する。第１の面が溝の側面を形成する密閉ケース１１の外面に取り付けられている。
　熱電変換素子１６としてはペルチェ素子が使用されている。ペルチェ素子は、例えば、電気的に直列に接続されかつ熱的に並列に配置された複数のＰ型半導体と複数のＮ型半導体とを含む。Ｐ型半導体及びＮ型半導体は、セラミックスよりなる電気的絶縁性の伝熱板の間に配設され、樹脂封止材で封止して一体化されている。
　二次電池１２には円筒形電池が使用されている。図１（ｃ）に示すように、密閉ケース１１内には複数の二次電池１２が互いに隙間を有する状態で等間隔に配列されている。密閉ケース１１内には位置決め部材１７が設けられ、二次電池１２は位置決め部材１７で位置決めされた状態で密閉ケース１１内に収容されている。円筒型の二次電池１２は、例えば、ニッケル水素電池、リチウム電池、ニッケルカドミウム電池を含む。
　次に前記のように構成された電池モジュール１０の作用を説明する。
　図２に示すように、熱電変換素子１６が配線１８及び切換えスイッチ１９を介して直流電源２０に接続されている。ブロア２１により外気が熱媒通路１５に向けて吹き付けられている。この状態で電池モジュール１０は使用される。切換えスイッチ１９及びブロア２１は制御装置２２により制御される。電池モジュール１０の近傍には、電池モジュール１０の温度を検出するセンサ（図示しない）が設けられている。なお、制御装置２２は該センサの検出信号に基づいて、密閉ケース１１内を加熱すべきか冷却すべきかを判断して切換えスイッチ１９を制御する。また、電池モジュール１０は、電力を供給すべき電機機器（図示しない）に配線を介して電力を供給する。
　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二次電池１２の発熱が大きくなる。そのため、寒冷地や冬季の低温時のように環境温度が二次電池１２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１９は熱電変換素子１６に対して、熱電変換素子１６の密閉ケース１１に対して取り付けられた第１の面が吸熱する状態になるように直流電力を供給するように保持される。その結果、密閉ケース１１の熱電変換素子１６が取り付けられた部分が強制的に冷却されて密閉ケース１１内の空気も強制的に冷却される。
　熱電変換素子１６の密閉ケース１１に取り付けられた第１の面と反対側の第２の面は放熱状態に保持されている。第２の面の放熱が効率良く行われれば吸熱側の面の吸熱も効率良く行われる。熱電変換素子１６が設けられている熱媒通路１５にはブロア２１から外気が吹き付けられるため、外気が熱電変換素子１６の放熱面に接触しながら熱媒通路１５を流れるようになる。その結果、熱電変換素子１６の放熱面は常に新たな外気と接触するため放熱面の放熱が効率良く行われる。そのため、吸熱面の吸熱も効率良く行われて密閉ケース１１内の空気が冷却される。冷却された空気によって二次電池１２が冷却されて所定の温度以上に上がらないように密閉ケース１１内の温度が調整される。
　一方、電池モジュール１０の使用環境温度が二次電池１２の駆動に支障を来すほど低い場合、切換えスイッチ１９は熱電変換素子１６に対して、熱電変換素子１６の密閉ケース１１に対して取り付けられた第１の面が放熱するように直流電力を供給するように切り換えられる。その結果、密閉ケース１１の熱電変換素子１６が取り付けられた部分が強制的に加熱されて密閉ケース１１内の空気も強制的に加熱される。このとき、熱電変換素子１６の熱媒通路１５に面した第２の面は吸熱状態になるが、吸熱される熱媒通路１５内の外気はブロア２１の作用によって絶えず新たな外気と入れ替わる。そのため、吸熱面の吸熱作用が効率良く行われて第１の面の放熱作用も効率良く行われる。そして、密閉ケース１１内の空気が加熱され、加熱された空気によって二次電池１２が加温されて、二次電池１２の温度が駆動に適した温度範囲内に調整される。
　熱電変換素子１６が単に密閉ケース１１の外面に取り付けられた構成では、ブロア２１等の送風手段で熱媒としての外気を熱電変換素子１６に向かって送風しても、熱電変換素子１６の第２の面に外気を効率良く供給し難い。そのため、熱電変換素子１６の取り付けられた部分の外側にガイド部を突出するように設けたり、特許文献１の装置のように熱電変換素子１６を覆うポンプ室を設けてポンプを用いることにより、熱媒を循環したりする必要がある。しかし、熱電変換素子１６が熱媒通路１５に取り付けられている場合は、熱電変換素子１６の第２の面に熱媒が簡単に効率良く供給される。そのため、熱電変換素子１６を単に密閉ケース１１の外面に取り付けた場合に比べて、装置を大型化しなくても密閉ケース１１内の気体全体の温度が短時間で目的の温度に調整される。
　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）電池モジュール１０において、密閉ケース１１内に複数の二次電池１２が収容されている。熱媒通路１５が、密閉ケース１１の外面から内方に窪むように形成されている。熱電変換素子１６は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用をする第１の面と、第２の面とを有する。熱電変換素子１６の第１の面が熱媒通路１５を形成する密閉ケース１１の外面に取り付けられている。したがって、装置を大型化せずに、熱電変換素子１６を単に密閉ケース１１の外面に取り付けた場合に比べて、密閉ケース１１内の気体全体の温度を短時間で目的の温度に調整して、密閉ケース１１内に収容された複数の二次電池１２の加温及び冷却を調整することができる。
　（２）熱媒通路１５として溝が形成されている。したがって、熱媒通路１５が孔で構成された場合に比べて形成が容易になる。また、熱電変換素子１６の取り付けも容易になる。
　（３）熱媒通路１５は密閉ケース１１の中央に設けられている。密閉ケース１１内の気体は熱電変換素子１６によって加熱または冷却されるが、密閉ケース１１内では対流が起こり難い。熱電変換素子１６の第１の面が取り付けられた密閉ケース１１の面に接触している気体に伝達された熱が、熱伝導により熱電変換素子１６から遠い位置の気体へと順に伝達される。したがって、熱媒通路１５が密閉ケース１１の中央に設けられていることにより、熱媒通路１５が密閉ケース１１の一方に片寄って設けられた場合に比べて、密閉ケース１１内の気体全体が短時間で目的の温度に達する。
　（４）二つの熱電変換素子１６は熱媒通路１５を構成する溝の両壁面にそれぞれ取り付けられているため、同じ面積の熱電変換素子１６を片側の壁面に取り付けた場合に比べて短時間で密閉ケース１１内の気体全体が目的の温度に達する。
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化されてもよい。
　○　密閉ケース１１の外面に取り付けられる第１の面が二次電池１２の軸方向と平行に配置されることに代えて、図３（ａ）に示すように、二次電池１２の軸方向と直交する方向に沿って配置されてもよい。この場合、上記実施形態と同じ大きさの熱電変換素子１６を熱媒通路１５の底部に取り付けるためには、熱媒通路１５を構成する溝の幅が拡大される。そのため、熱電変換素子１６の取り付け作業が容易になる。
　○　熱媒通路１５は溝に限らず、図３（ｂ）に示すように密閉ケース１１を前後方向に沿って貫通する孔であってもよい。
　○　熱媒通路１５は、二次電池１２の軸方向と直交する方向に延びることに代えて、図４に示すように二次電池１２の軸方向と平行に延びてもよい。この場合、熱媒通路１５が、二次電池１２の軸方向と直交する方向に延びる構成に比べて、密閉ケース１１の大きさがほとんど同じでも密閉ケース１１内に収容できる二次電池１２の数を増やすことができる。
　○　電池モジュール１０において、密閉ケース１１内に収容された全ての二次電池１２が並列に接続されて共通のプラス端子及びマイナス端子に接続されてもよい。また、全ての二次電池１２が直列に接続されたたり、あるいは図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、直列に接続された複数の二次電池１２の組が並列に接続されてもよい。
　○　熱媒通路１５が密閉ケース１１の中央に設けられているとは、厳密な意味での中央に限らず、中央付近に設けられている場合も含む。例えば、二次電池１２が碁盤目状に配置される場合、二次電池１２の列及び行を構成する二次電池１２の数がそれぞれ奇数であるとき、熱媒通路１５の位置は厳密には中央ではなく中央寄りあるいは中央付近になる。また、二次電池１２の列あるいは行を構成する二次電池１２の数が偶数の場合でも、熱媒通路１５を挟んで両側に配置される二次電池１２の数が同じではなく、異なる位置に熱媒通路１５が設けられてもよい。例えば、一列を構成する二次電池１２の数が１０個の場合、熱媒通路１５を挟んで一方の側に４個の二次電池１２が配置され、他方の側に６個の二次電池１２が配置されてもよい。
　○　熱媒通路１５を構成する溝の形状は断面矩形状に限らず、例えば、Ｖ字状や台形状であってもよい。
　○　図６に示すように、熱媒通路１５は断面積が一定ではなく、入口２３、即ち気体の流入口の断面積が熱電変換素子１６の取り付け部の断面積より大きく形成されていてもよい。この場合、ブロア２１（送風手段）によって熱媒通路１５に向かって送られる外気が効率良く熱電変換素子１６の取り付けられた部分に送られる。また、熱媒通路１５の断面積が入口２３から熱電変換素子１６の取り付け部に向かって次第に小さくなるように形成されていてもよい。この場合、ブロア２１（送風手段）によって熱媒通路１５に向かって送られる外気がより効率良く熱電変換素子１６の取り付けられた部分に送られる。
　○　電池モジュール１０において、二次電池１２が立てて収容されることに代えて、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように横並べて収容されてもよい。
　○　二次電池１２は円筒形の電池に限らず、角形の電池であってもよい。
　○　電池は二次電池に限らず、燃料電池に適用されてもよい。
　○　図７に示すように、密閉ケース１１において、熱電変換素子１６の取り付けられる部分２４が金属製で他の部分が絶縁材（断熱材）で形成されてもよい。この場合、密閉ケース１１全体が絶縁材（断熱材）で形成された構成に比べて、熱電変換素子１６と密閉ケース１１内の気体との熱交換が効率良く行われる。
　○　熱媒通路１５は外気に対して開放されていなくてもよい。例えば、第一実施形態において、熱媒通路１５の上方がカバーで覆われるとともに前後に冷却水回路が接続され、熱媒通路１５に冷却水が流通されてもよい。

Claims (9)

  1. 　電池モジュールであって、
    　複数の電池を収容する密閉ケースと、
    　前記密閉ケースの外面から内方に窪むように前記密閉ケースに形成された熱媒通路と、
    　通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用をする第１の面と、第２の面とを有する少なくとも一つの熱電変換素子とを備え、
    　前記少なくとも一つの熱電変換素子が第１の面にて前記熱媒通路を形成する前記密閉ケースの外面に取り付けられていることを特徴とする電池モジュール。
  2. 　請求項１に記載の電池モジュールにおいて、前記熱媒通路は溝を含む電池モジュール。
  3. 　請求項２に記載の電池モジュールにおいて、前記溝は前記密閉ケースを貫通するように延びるとともに、前記密閉ケースの上部及び両側において開放されている電池モジュール。
  4. 　請求項１に記載の電池モジュールにおいて、前記熱媒通路は前記密閉ケースの中央に設けられている電池モジュール。
  5. 　請求項１に記載の電池モジュールにおいて、前記熱媒通路は前記密閉ケースを貫通するように延びる孔を含む電池モジュール。
  6. 　請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、前記熱媒通路は、入口の断面積が前記熱電変換素子の取り付け部の断面積より大きく形成されている電池モジュール。
  7. 　請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、前記密閉ケースは、前記熱電変換素子が取り付けられる部分が金属製で他の部分が絶縁材で形成されている電池モジュール。
  8. 　請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、前記少なくとも一つの熱電変換素子は二つの熱電変換素子を含み、前記熱媒通路は互いに対向する一対の側面を含み、前記二つの熱電変換素子は、前記熱媒通路の一対の側面にそれぞれ取り付けられている電池モジュール。
  9. 　請求項８に記載の電池モジュールにおいて、前記各熱電変換素子の前記第２の面は前記熱媒通路に露出している電池モジュール。
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