JP2013145689A - 車両用電池パック及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェ素子を用いて効率良く電池温度を上昇させる技術を提供する。
【解決手段】 ペルチェ素子と、電池と、前記ペルチェ素子の放熱面から放熱される熱を前記電池に伝達する伝熱板と、前記電池から放熱される熱によって暖められた空気を前記ペルチェ素子の吸熱面に導くための第１の流路と、を有する車両用電池パック。ここで、前記ペルチェ素子および前記第１の流路は、前記電池よりも上側に配置され、前記第１の流路は、前記電池から放熱される熱によって暖められ、自然対流により上昇する空気を、ベンチュリ効果により前記吸熱面に導くための絞り形状部を有するとよい。
【選択図】図９

Description

本発明は、車両用電池パックの温度を調整する技術に関する。

近年、地球環境を意識した車両として、車両走行用の電動モータを搭載した電気自動車やハイブリッド自動車などが注目され、実用化されている。電動モータは、充放電可能な電池パックから出力される電力により駆動する。

また、例えばリチウムイオン電池等は、低温環境では内部抵抗が高くなり所望のエネルギを出力することができない。

電池の温度調整に関して、バッテリ温度が高温状態であると判定されるときには、ペルチェ素子の外側を発熱させバッテリと密着する内側が吸熱する方向に電流を流してバッテリ温度を下げ、逆にバッテリ温度が低温状態であると判定されるときには、ペルチェ素子の外側を吸熱させバッテリと密着する内側が発熱する方向に電流を流してバッテリ温度を上げる温度調整装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０８−１４７１８９号公報

特許文献１では、電池温度が適正温度に達しない低温状態にあると判定される時、ペルチェ素子の放熱によって電池を加熱し、電池温度を上昇させている。しかしながら、ペルチェ素子を用いて単に電池を加熱させるだけでは、ペルチェ素子への供給電力が大きく、昇温効率はよくない。

本願発明は、ペルチェ素子を用いて効率良く電池温度を上昇させる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係る電池パックは、（１）ペルチェ素子と、電池と、前記ペルチェ素子の放熱面から放熱される熱を前記電池に伝達する伝熱板と、前記電池から放熱される熱によって暖められた空気を前記ペルチェ素子の吸熱面に導くための第１の流路と、を有する。

（２）上記（１）の構成において、前記ペルチェ素子および前記第１の流路は、前記電池よりも上側に配置され、前記第１の流路は、前記電池から放熱される熱によって暖められ、自然対流により上昇する空気を、前記吸熱面に導くための絞り形状部を有する。（２）の構成によれば、絞り形状部によりベンチュリ効果が発生し、前記吸熱面を加熱できるため、暖められた空気を強制的に送風するための送風機などを省略することができる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記ペルチェ素子の吸熱面には、ヒートシンクが設けられており、前記第１の流路によって導かれた前記空気は、前記ヒートシンクに吹きつけられる。（３）の構成によれば、ヒートシンクによって、より多くの熱が吸収され、吸熱面を効果的に暖めることができる。

（４）上記（３）の構成において、前記電池を収容するパックケースを有し、前記電池は、それぞれが直管形状の複数の単電池を含み、前記伝熱板は、前記複数の単電池を径方向から保持しており、前記パックケースの上方には、互いに水平方向に並設され、前記ヒートシンクが位置する第１の送風路と、前記パックケースの内部の空気を導入するためのスリットが形成された第２の送風路と、が形成されており、前記第１の流路は、前記第１及び第２の送風路を仕切る隔壁を貫通して延びるように構成することができる。

（５）上記（４）の構成において、送風機と、前記送風機が動作することにより供給される空気を前記第１の送風路に導く第１の位置と、前記第２の送風路に導く第２の位置との間で動作する切換え弁と、を設けることができる。

（６）上記（５）の構成において、前記電池を昇温する際に、前記切換え弁を前記第１の位置に位置させた状態で前記送風機を駆動することにより、車室内の空気を前記第１の送風路に導く第１の動作を許容するコントローラを有していてもよい。（６）の構成によれば、車室内の空気を用いてヒートシンクを加熱することができる。

（７）上記（６）の構成において、前記コントローラは、前記第１の動作とともに、或いは前記第１の動作が所定時間実行され停止した後に、前記ペルチェ素子に対して通電する第２の動作を許容してもよい。（７）の構成によれば、ヒートシンクが暖められた状態でペルチェ素子を駆動できるため、電池をより早く昇温することができる。

（８）上記（６）又は（７）の構成において、前記コントローラは、前記電池を冷却する際に、前記切換え弁を前記第２の位置に位置させた状態で前記送風機を駆動することにより、車室内の空気を前記第２の送風路に導く第３の動作を許容してもよい。（８）の構成によれば、電池を昇温する際に用いられる流路と電池を冷却する際に用いられる流路とが一部共有されるため、車両用電池パックの構造を簡素化することができる。

（９）上記（５）の構成において、前記スリットを開閉する第１の蓋部材と、前記パックケースの下端部を形成する下壁部に形成された開口部であって、各前記単電池の冷却に用いられた空気を排気するための排気ダクトに連通する前記開口部を開閉する第２の蓋部材と、を設けることができる。

（１０）上記（９）の構成において、前記電池を昇温する際に、前記切換え弁を前記第１の位置に位置させた状態で前記送風機を駆動するとともに、前記第１及び第２の蓋部材を閉じ位置に位置させた状態で車室内の空気を前記第１の送風路に導く第１の動作と、前記第１の動作が所定時間行われ停止した後に、前記第１及び第２の蓋部材のうち前記第１の蓋部材のみを開き位置に移動させた状態で前記ペルチェ素子に対する通電を許容する第２の動作と、前記電池を冷却する際に、前記切換え弁を前記第２の位置に位置させた状態で前記送風機を駆動するとともに、前記第１及び第２の蓋部材を開き位置に位置させた状態で車室内の空気を前記第２の送風路に導く第３の動作と、を許容するコントローラを設けることができる。（１０）の構成によれば、電池を昇温する際に、排気ダクトからパックケースの内部に冷気が流入するのを抑制できる。

本願発明によれば、ペルチェ素子を用いて効率良く電池温度を上昇させることができる。

車両のハードウェア構成の一部を示す図である。 実施形態の電池ユニットを示す図である。 実施形態の組電池を示す図である。 第１実施形態の電池パックを示す斜視図であり、送風ダクトの内部構成を示す図である。 第１実施形態の送風ダクトの平面を示す図であり、流路Ｗ１を例示した図である。 第１実施形態の送風ダクトの平面を示す図であり、流路Ｗ２を例示した図である。 第１実施形態の電池パックを示す図であり、電池ユニット内から第１送風ダクトＲ１に至るまでの流路Ｗ３を例示した図である。 流路３が形成された状態での通風ダクトの平面を示す図である。 図７のＡ−Ａ断面を示す図である。 電池パックに対しての制御を示すフローチャートである。 第２実施形態での電池パックの一例を示す断面図である。

以下、本実施形態の態様を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態である車両の一部におけるハード構成を示すブロック図である。同図において、点線の矢印は信号の流れる方向を示している。車両３００は、電池パック１からの出力を用いてモータを駆動する駆動経路と、エンジンによる駆動経路とを有し、車両３００の外部電源を用いて電池パック１を充電可能なプラグインハイブリッド車両である。ただし、車両３００は、車両外部の外部電源を用いてバッテリを充電可能であって、エンジンを省略した電気車両であってもよい。また、車両３００は、車両外部の外部電源を用いた電池パック１の充電が不可能なハイブリッド車両であってもよい。

車両３００は、電池パック１と、充電器２２と、平滑用コンデンサＣ１、Ｃ２と、電圧コンバータ３２と、インバータ３３と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２と、動力分割プラネタリーギヤＰ１と、リダクションプラネタリーギヤＰ２と、減速機Ｄと、エンジン３４と、リレー３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、補機バッテリ４２と、吸気ファン（送風機に相当する）４４と、ＥＣＵ５０と、監視ユニット５１と、インレット６２とを含む。

車両３００は、さらに、電源ラインＰＬ１と、接地ラインＳＬとを含む。電池パック１は、リレー３１を構成するシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐを介して、電圧コンバータ３２に接続されている。電池パック１のプラス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが接続され、電池パック１のマイナス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが接続されている。また、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよびプリチャージ抵抗３１Ａは、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂに対して並列に接続されている。

これらのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ、ＳＭＲ−Ｂ、ＳＭＲ−Ｐは、コイルに対して通電したときに接点が閉じるリレーである。ＳＭＲがオンとは通電状態を意味し、ＳＭＲがオフとは非通電状態を意味する。

ＥＣＵ５０は、電流遮断時、すなわちイグニッションスイッチがＯＦＦ位置になるときには、全てのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ、ＳＭＲ−Ｂ、ＳＭＲ−Ｐをオフする。すなわち、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ、ＳＭＲ−Ｂ、ＳＭＲ−Ｐのコイルに対する励磁電流をオフにする。なお、イグニッションスイッチは、ＯＦＦ位置、ＯＮ位置の順に切り替わる。

ＥＣＵ（コントローラに相当する）５０は、車両３００全体の制御を司る。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＭＰＵであってもよいし、これらのＣＰＵなどにおいて実行される処理の少なくとも一部を回路的に実行するＡＳＩＣ回路を含んでも良い。また、ＣＰＵなどの個数は、単数であってもよいし、或いは複数であってもよい。したがって、例えば、吸気ファン４４の駆動を制御するＣＰＵと、後述するペルチェ素子１２の駆動を制御するＣＰＵと、後述するダンパ２１の駆動を制御するＣＰＵとが異なっていても良い。ＥＣＵ５０は、補機バッテリ４２から電力が供給されることにより、起動する。

ハイブリッドシステム起動時（メイン電源接続時）、すなわち、たとえば運転者がブレーキペダルを踏み込んでプッシュ式のスタートスイッチを押し込むと、ＥＣＵ５０は、最初にシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンにする。次に、ＥＣＵ５０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてプリチャージを実行する。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｐにはプリチャージ抵抗３１Ａが接続されている。このため、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてもインバータ３３への入力電圧は緩やかに上昇し、突入電流の発生を防止できる。

イグニッションスイッチがＯＮ位置からＯＦＦ位置に切り替わると、ＥＣＵ５０は、先ずシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオフし、続いてシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフする。これにより、電池パック１とインバータ３３との間の電気的な接続が遮断され、電源遮断状態となる。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ、ＳＭＲ−Ｇ、ＳＭＲ−Ｐは、ＥＣＵ５０から与えられる制御信号に応じて導通／非導通状態が制御される。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続され、ライン間電圧を平滑化する。また、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、組電池１から供給される電力を降圧して、補機バッテリ４２を充電したり、或いは吸気ファン４４に電力を供給する。

電圧コンバータ３２は、コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。コンデンサＣ２は、電圧コンバータ３２によって昇圧された電圧を平滑化する。インバータ３３は、電圧コンバータ３２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。リダクションプラネタリーギヤＰ２は、モータジェネレータＭＧ２で得られた動力を減速機Ｄに伝達して、車両３００を駆動する。動力分割プラネタリーギヤＰ１は、エンジン３４で得られた動力を二経路に分割し、一方は減速機Ｄを介して車輪に伝達され、他方はモータジェネレータＭＧ１を駆動して発電を行う。

このモータジェネレータＭＧ１において発電された電力は、モータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられることでエンジン３４を補助する。また、リダクションプラネタリーギヤＰ２は、車両減速時に、減速機Ｄを介して伝達される動力をモータジェネレータＭＧ２に伝達し、モータジェネレータＭＧ２を発電機として駆動する。このモータジェネレータＭＧ２で得られた電力は、インバータ３３において三相交流から直流電圧に変換され、電圧コンバータ３２に伝達される。このとき、ＥＣＵ５０は、電圧コンバータ３２が降圧回路として動作するように制御する。電圧コンバータ３２で降圧された電力は、電池パック１に蓄電される。

監視ユニット５１は、電池パック１の電圧、電流及び温度に関する情報を取得する。監視ユニット５１は、電池パック１とともにユニット化されてもよい。監視ユニット５１は、電池パック１から取得した情報をＥＣＵ５０に対して出力する。ＥＣＵ５０は、監視ユニット５１から取得した情報に基づき、組電池１の充放電を制御し、或いは吸気ファン４４の駆動を制御する。

ここで、吸気ファン４４は、回転動作に応じて車室内の空気を電池パック１に対して供給する。

充電器２２は、リレー３１を介して、電池パック１に接続されている。リレー３１が開いた状態である場合には、電池パック１が、電圧コンバータ３２、充電器２２等から電気的に遮断される。リレー３１が閉じた状態である場合には、電池パック１が、電圧コンバータ３２、充電器２２等と電気的に接続される。

ＥＣＵ５０は、車両外部の商用電源から組電池１に対して充電が行われるときに、充電器２２を駆動するための駆動信号を生成して出力する。インレット６２は、車両３００の側部に設けられていても良い。インレット６２には、車両３００と外部電源とを連結する充電ケーブルのコネクタが接続される。なお、本願発明は、インレット６２及びコネクタを接続しない非接触充電に適用することもできる。

次に、図２及び図３を参照しながら、電池パック１について説明する。ここで、図２は、電池パックの一部を構成する電池ユニットの分解斜視図であり、図３は、電池パックに収容される組電池の斜視図である。また、図２以降の各図に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交する三軸であり、以降の説明や図面において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸は一致している。

電池パック１は、電池ユニット１００を含む。電池ユニット１００は、組電池群Ａと、パックケース２０と、固定板２３とを含む。組電池群Ａは、複数の組電池（電池に相当する）１０をＸ軸方向に並べることにより構成されている。隣接する組電池１０は、電気的に直列に接続されている。ただし、一部の組電池１０が互いに電気的に並列に接続されていてもよい。

組電池群ＡのＸ軸方向の端面には、フランジ部１０ａが形成されている。フランジ部１０ａは、Ｘ−Ｙ面に沿って延びている。フランジ部１０ａには、締結ボルト１８を締結するための開口部が形成されている。組電池群Ａは、フランジ部１０ａに形成された開口部に対して締結ボルト１８を締結することにより、固定版２３に対して固定される。固定板２３は、電池パック１の搭載位置（例えば、ラゲージルーム）に固定される。ここで、ラゲージルームとは、車両のリア席の車両後方に形成された荷室のことである。

図３を参照して、組電池１０は、単電池群Ｂと、散熱板（伝熱板に相当する）１３とを含む。単電池群Ｂは、複数の単電池１１を有する。単電池１１は、発電要素を収容した直管形状のケース１１ａと、ケース１１ａの長手方向における一端部に形成された正極端子１１ｂと、ケース１１ａの長手方向における他端部に形成された負極端子１１ｃとを含む。複数の単電池１１は、径方向に配列されている。複数の単電池１１は、互いに電気的に並列に接続されていてもよい。単電池１１は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池、或いはキャパシタであってもよい。また、単電池１１は、単一の発電要素から構成される電池セル、或いは複数の発電要素を接続した電池モジュールであってもよい。

散熱板１３は、単電池１１の径方向から単電池群Ｂを保持する。散熱板１３と各単電池１１との間には、絶縁層があってもよい。散熱板１３は、中実の金属（例えば、アルミニウム）であってもよい。ここで、中実の金属とは、内部が金属で満たされ、内部に中空がない金属体のことである。散熱板１３が中実の金属で構成されることにより、単電池１１から発生した熱を、散熱板１３を介して他の単電池１１に伝熱することができる。これにより、単電池１１間における温度バラツキが抑制される。

散熱板１３のＺ軸方向の端面には、ペルチェ素子１２が設けられている。ペルチェ素子１２は、Ｐ型熱電半導体及びＮ型熱電半導体と、これらの半導体を挟みこむ一対の銅電極とを含む。ペルチェ素子１２は、熱交換器に一種であり、Ｐ型熱電半導体及びＮ型熱電半導体に電流を流すことにより、一方の銅電極（つまり、吸熱面に相当する）から他方の銅電極（つまり、発熱面に相当する）に向けて熱を移動させる。当該一方の銅電極にはヒートシンク１４が形成されており、当該他方の銅電極には散熱板１３が接触している。したがって、ペルチェ素子１２に対して電流を流すことにより、ヒートシンク１４から散熱板１３に対して熱が移動し、散熱板１３を介して、各単電池１１の温度を上昇させることができる。なお、ペルチェ素子１２は、散熱板１３に複数設けられていてもよい。この場合、複数のペルチェ素子１２は、一体的に熱交換を行うペルチェモジュールを構成する。

なお、ペルチェ素子１２は、図１における補機バッテリ４２、或いは電池パック１から供給される電力により動作させてもよい。

ヒートシンク１４は、複数の凹凸構造を有するフィンにより形成されている。ヒートシンク１４は、熱伝導性の高い、例えばアルミニウム、銅であってもよい。ヒートシンク１４に対して暖かい空気を供給することにより、各単電池１１をより確実に昇温させることができる。

再び図２を参照して、組電池群Ａは、パックケース２０の内部に収められている。パックケース２０は、第１の枠体２１と、第２の枠体２２とを含む。パックケース２０は、さらに、各組電池１０を収容する収容空間を形成するための仕切り板１０ｂを備える。

第１の枠体２１の上壁部には、パックケース２０の内外における空気の移動を許容する複数のスリット２１ａが形成されている。各スリット２１ａは、単電池１１の長手方向（つまり、Ｙ軸方向）に延びている。複数のスリット２１ａは、単電池１１の長手方向に対して直交する水平方向（つまり、Ｘ軸方向）に並んでいる。各スリット２１ａはそれぞれ対応する組電池１０の収容空間に連通している。すなわち、四つのスリット２１ａを一組として、それぞれが対応する組電池１０の収容空間に連通している。

第１の枠体２１の上壁部におけるＹ軸方向の端部には、第１の切欠部２１ｂが形成されている。第２の枠体２２の上壁部におけるＹ軸方向の端部には、第２の切欠部２２ｂが形成されている。第１の枠体２１及び第２の枠体２２が一体化された際に、これらの第１の切欠部２１ｂ及び第２の切欠部２２ｂによって形成される開口部からヒートシンク１４の少なくとも一部がパックケース２０の外部に露出する。ただし、ヒートシンク１４のみならず、ペルチェ素子１２の一部または全部がパックケース２０の外部に露出していてもよい。

電池パック１は、さらに送風ダクト２００を含む。図４〜図６を参照しながら、送風ダクト２００について詳細に説明する。図４は、電池パック１の概略斜視図であり、送風ダクト２００の一部を透過して図示する。図５、図６は、送風ダクト２００の一部を透過して図示する平面図であり、図５はヒートシンク１４の昇温時に対応しており、図６は各組電池１０の冷却時に対応している。矢印は、空気の流れる方向を示している。

送風ダクト２００は、組電池１０の並設方向（つまり、Ｘ軸方向）に沿って延びる第１の送風ダクト（第１の送風路に相当する）Ｒ１と、第２の送風ダクト（第２の送風路に相当する）Ｒ２と、を含む。第１の送風ダクトＲ１及び第２の送風ダクトＲ２は、隔壁ＷＬ１を介して水平方向に並設されている。第１の送風ダクトＲ１の内部には、ヒートシンク１４が位置する。第２の送風ダクトＲ２の下端部は、パックケース２０の外壁を兼ねており、複数のスリット２１ａはこの外壁部分に形成されている。吸気ファン４４が作動すると、第１の送風ダクトＲ１の内部には矢印で示す流路Ｗ１が形成され、第２の送風ダクトＲ２の内部には矢印で示す流路Ｗ２が形成される。

第１の送風ダクトＲ１は、上流側の端部が車室内に連通している。したがって、吸気ファン４４が作動すると、車室内の暖かい空気が第１の送風ダクトＲ１の内部に吸気され、この吸気された空気によりヒートシンク１４を暖めることができる。すなわち、第１の送風ダクトＲ１は、極低温の組電池１０を昇温する際の昇温経路として使用される。

第２の送風ダクトＲ２は、終端部が側壁ＷＬ２により閉塞されている。したがって、吸気ファン４４が作動すると、車室内の空気が第２の送風ダクトＲ２の内部に吸気され、この吸気された空気がスリット２１ａを介してパックケース２０の内部に流入する。これにより、各組電池１０を冷却することができる。すなわち、第２の送風ダクトＲ２は、発熱した各組電池１０を冷却する際の冷却経路として使用される。

第１の送風ダクトＲ１及び第２の送風ダクトＲ２は、漸減ダクト（第１の流路に相当する）１５を介して連通している。漸減ダクト１５は、隔壁ＷＬ１を貫通して延びている。漸減ダクト１５は、個々の組電池１０に対応して設けられている。漸減ダクト１５は、始端部が第２の送風ダクトＲ２の内部に位置しており、終端部が第１の送風ダクトＲ１の内部に位置している。漸減ダクト１５は、始端部から終端部に向かって内径が徐々に縮小する絞り形状に形成されている。漸減ダクト１５の作用効果については、後述する。

送風ダクト２００の上流側には、ダンパ（切換え弁に相当する）２１が設けられている。ダンパ２１は、Ｚ軸方向に延びる軸周りに回転する。図４は、ダンパ２１が第２の送風ダクトＲ２を塞ぐ位置に位置する状態を示している。この場合、吸気ファン４４によって吸気された空気は、ダンパ２１により第２の送風ダクトＲ２への流入が禁止され、第１の送風ダクトＲ１に流入する。ダンパ２１が軸周りに回転して、第１の送風ダクトＲ１を塞ぐ位置に移動すると、吸気ファン４４により吸気された空気は、ダンパ２１により第１の送風ダクトＲ１への流入が禁止され、第２の送風ダクトＲ２に流入する。ダンパ２１は図示しないモータから伝達される動力により回転させることができる。ＥＣＵ５０は、当該モータの駆動を制御してもよい。

極低温の環境下に車両を放置している場合、各組電池１０の温度は、地面からの冷気等により冷やされて車室内の温度よりも相対的に低温となる。ここで、車両を放置しているとは、車両のＩＧスイッチがオフされ、車室内のエアコンが停止している状態を意味する。
この場合、図５に図示するように第２の送風ダクトＲ２を塞ぐ位置にダンパ２１を位置させることにより、車室内の空気が第１の送風ダクトＲ１に吸気され、ペルチェ素子１２の吸熱面を加熱することができる。

一方、各組電池１０が充放電により発熱している場合には、充放電に伴う化学反応により各組電池１０の温度は高温となる。この場合、図６に示すように第１の送風ダクトＲ１を塞ぐ位置にダンパ２１を位置させることにより、車室内の空気が第２の送風ダクトＲ２に吸気される。第２の送風ダクトＲ２に吸気された空気は、スリット２１ａを介して、パックケース２０の内部に流入する。パックケース２０の内部に流入した空気は、単電池１１の間に形成された隙間を移動して、各単電池１１を冷却する。

ここで、 漸減ダクト１５の最小断面積（つまり、第１の送風ダクトＲ１側の開口面積）は、スリット２１ａの総面積（四つのスリット２１ａの総面積）よりも小さくするのが好ましい。これにより、第２の送風ダクトＲ２から漸減ダクト１５に向かう流路の圧力損失が、第２の送風ダクトＲ２からスリット２１ａを介してパックケース２０の内部に向かう流路の圧力損失よりも大きくなる。その結果、電池パック１の冷却時にパックケース２０の内部に向かう空気の一部が、漸減ダクト１５を介して第１の送風ダクトＲ１に流出するのを抑制できる。また、電池パック１の冷却時に第２の送風ダクトＲ２の内部を流れる空気の移動方向に対して、漸減ダクト１５を斜設もしくは垂直に配置することにより、第１の送風ダクトＲ１に空気が流出することをさらに効果的に抑制することができる。

次に、各単電池１１から放熱された熱によって暖められた空気をヒートシンク１４に導く漸減ダクト１５の作用効果について、図７〜図９を参照しながら詳細に説明する。図７は、上記図４に対応した斜視図である。図８は、上記図５、図６に対応した平面図である。図９は、図７のＡ−Ａ面で電池パックを切断した断面図である。図７〜図９の矢印は、各組電池１０により暖められた空気の流路Ｗ３を示している。

図９を参照して、ペルチェ素子１２に電流を流すと、ペルチェ素子１２の吸熱面から発熱面に向かって熱が移動して発熱面が暖められる。ペルチェ素子１２の発熱面は、散熱板１３に接触しているため、発熱面の熱が散熱板１３に伝熱される。これにより、散熱板１３に保持される各単電池１１を昇温することができる。

単電池１１に伝熱した熱の一部は、単電池１１の外面から放熱され、パックケース２０の内部の空気が暖められる。暖められた空気は、自然対流により上昇し、パックケース２０に設けられたスリット２１ａから第２の送風ダクトＲ２に流出する。第２の送風ダクトＲ２に流出した暖かい空気は、漸減ダクト１５のベンチュリ効果により、漸減ダクト１５に引き込まれ、第１の送風ダクトＲ１の内部に位置するヒートシンク１４に吹きつけられる。なお、パックケース２０の下端部には、各組電池１０の冷却に用いられた空気を排気するための排気ダクト１９に連通する開口部２１ｃが形成されている。

ここで、ペルチェ素子１２は、発熱面と吸熱面との温度差が拡大することにより成績係数（ＣＯＰ）が低下する特性がある。成績係数とは、暖房器具のエネルギ消費効率をチェックするための係数であり、加熱能力（Ｗ）を加熱消費電力（Ｗ）で除することにより算出される。本実施形態では、漸減ダクト１５を設けることにより、暖かい空気をヒートシンク１４に吹き付け、吸熱面を加熱しているため、発熱面と吸熱面との温度差の拡大が抑制される。これにより、効率よく組電池１０を加熱することができる。すなわち、通常、ペルチェ素子１２が駆動されることにより、吸熱面と発熱面との温度差は徐々に拡大するが、本実施形態では、吸熱面が加熱されるため、温度差の拡大を抑制することができる。

さらに、各単電池１１から放熱された熱によって昇温した空気がヒートシンク１４に吹き付けられるため、空気を昇温するための独立した熱源を省略することができる。これにより、エネルギ消費量及びコストを削減することができる。

また、ヒートシンク１４に吹きつけられる暖かい空気は、空気の自然対流と漸減ダクト１５のベンチュリ効果とにより自然にヒートシンク１４に供給されるため、空気を送風するための送風機が不要となる。これにより、エネルギ消費量及びコストを削減することができる。

図８を参照して、ペルチェ素子１２を用いて各組電池１０を昇温する場合、ダンパ２１は、第２の送風ダクトＲ２を塞ぐ位置に位置する。これにより、パックケース２０から第２の送風ダクトＲ２に流入した暖かい空気が、第２の送風ダクトＲ２の上流側に移動して、流出するのを抑制できる。その結果、各単電池１１により暖められた空気を、ヒートシンク１４に対して集中的に吹き付けることができる。

このように、本実施形態のダンパ２１は、組電池１０を冷却するための冷却経路を形成する機能と、ヒートシンク１４を車室内の空気を用いて暖めるための加熱経路を形成する機能と、各単電池１１により暖められた空気を漸減ダクト１５により多く向かわせるための機能とを備えるため、機能の集約化により電池パック１の構成を簡素化することができる。

次に、図１０のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ５０が行う処理について説明する。ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、ＩＧスイッチがオンされたか否かを判別する。ＩＧスイッチがオンされた場合（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２において、監視ユニット５１を介してパックケース２０の内部の温度を取得する。ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、パックケース２０の内部の温度が低温温度を示す閾値である第１の閾値以下であるかを判定する。第１の閾値は、温度が低くなると入出力特性が低下する電池の特性に基づき適宜設定することができる。

パックケース２０の内部の温度が第１の閾値以下である場合（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４において第２の送風ダクトＲ２を塞ぐ位置にダンパ２１を移動させ、ステップＳ１０５において吸気ファン４４を作動させる。これにより、車室内の空気が第１の送風ダクトＲ１に吸気され、ヒートシンク１４が暖められる。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ５０は、吸気ファン４４の作動時間が所定時間に達したか否かを判定する。所定時間が経過した場合（ステップＳ１０６、Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ヒートシンク１４がある程度暖められたものと判別し、ステップＳ１０７において、吸気ファン４４を停止するとともに、ペルチェ素子１２に対する通電を許容する。

ペルチェ素子１２に対する通電が行われることにより、ヒートシンク１４の熱がペルチェ素子１２の吸熱面から発熱面に移動し、散熱板１３を介して各単電池１１を加熱することができる。また、吸気ファン４４が停止することにより、漸減ダクト１５から第１の送風ダクトＲ１に流入した暖かい空気が、ヒートシンク１４に吹き付けられずに第１の送風ダクトＲ１から排気されることを抑制できる。さらに、吸気ファン４４が停止することにより、消費電力を削減することができる。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ５０は、パックケース２０の内部の温度が第１の閾値を超えたか否かを判別する。パックケース２０の内部の温度が第１の閾値を超えた場合（ステップＳ１０８、Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０９において、ＥＣＵ５０は、ペルチェ素子１２に対する通電を停止する。これにより、ペルチェ素子１２に対する電力の供給が断たれるため、電力消費量を削減することができる。パックケース２０の内部の温度が第１の閾値を超えていない場合（ステップＳ１０８、Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０７に戻ってペルチェ素子１２に対する通電を継続する。

一方、ステップＳ１０２で取得されたパックケース２０の内部の温度が、第１の閾値を超えている場合（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、パックケース２０の内部の温度と、高温を示す閾値である第２の閾値とを比較する（ステップＳ１１０）。第２の閾値は、温度が高くなると劣化が進行する単電池１１の特性に基づき適宜設定することができる。ここで、パックケース２０の内部の温度が第２の閾値以上である場合（ステップＳ１１０、Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１１において、第１の送風ダクトＲ１を閉塞する位置にダンパ２１を移動させ、ステップＳ１１２において、吸気ファン４４を駆動する。これにより、第２の送風ダクトＲ２に吸気された空気を用いて、各組電池１０を冷却することができる。

ステップＳ１０２で取得されるパックケース２０の内部の温度が第２の閾値を下回る場合（ステップＳ１１０、Ｎｏ）、各組電池１０の温度は許容温度内であるため処理はそのまま終了する。

（変形例１）
上述の実施形態では、単電池１１によって暖められた空気をヒートシンク１４に吹き付ける方法として漸減ダクト１５によるベンチュリ効果を利用したが、本発明はこれに限るものではなく、他の方法であってもよい。当該他の方法は、例えば、スリット２１ａと第１の送風ダクトＲ１とを繋ぐ漸減形状ではないダクト（例えば、断面積が一定のダクト）を設ける方法であってもよい。この場合、電池パック１は、単電池１１によって暖められた空気を強制的にヒートシンク１４に吹き付けるための送風機を備えていてもよい。

（変形例２）
上述のフローチャートでは、パックケース２０の内部の温度に基づき、各組電池１０の温調制御を行ったが、単電池１１に設けられた温度センサの検出温度に基づき各組電池１０の温調制御を行ってもよい。

（変形例３）
上述のフローチャートでは、ペルチェ素子１２に対して通電する前に車室内の空気を吸気してヒートシンク１４を加熱するプレ加熱を行ったが、本発明はこれに限るものではなく、プレ加熱を省略することもできる。この方法であっても、単電池１１から放熱された熱を用いてヒートシンク１４が加熱される。

（変形例４）
上述のフローチャートでは、前記プレ加熱が停止した後にペルチェ素子１２に対する通電を許容したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、前記プレ加熱とともにペルチェ素子１２に対する通電を行ってもよい。すなわち、前記プレ加熱の開始と同時にペルチェ素子１２に対する通電を許容し、或いはプレ加熱の実行中にペルチェ素子１２に対する通電を許容してもよい。

（変形例５）
上述の実施形態では、ペルチェ素子１２の吸熱面に対してヒートシンク１４を接触させたが、本発明はこれに限るものではなく、ヒートシンク１４を省略してペルチェ素子１２の吸熱面に暖かい空気を直接吹き付ける構成であってもよい。

（第２実施形態）
図１１を参照して、本実施形態は、実施形態１の構成に加えて、スリット２１ａを開閉する蓋体（第１の蓋体に相当する）１７ａを備える。蓋体１７ａは、Ｘ軸方向に延びる回転軸１７１ａ周りに回転する。蓋体１７ａは、図示しないモータにより駆動してもよい。ＥＣＵ５０は、当該モータの駆動を制御する。

本実施形態は、さらに開口部２１ｃを開閉する蓋体（第２の蓋体に相当する）１７ｂを備える。蓋体１７ｂは、Ｘ軸方向に延びる回転軸１７１ｂ周りに回転する。蓋体１７ｂは、図示しないモータにより駆動してもよい。ＥＣＵ５０は、当該モータの駆動を制御する。

ＥＣＵ５０は、実施形態１のプレ加熱（ステップＳ１０４参照）を行う際に、蓋体１７ａ及び１７ｂを閉じ位置に移動させる。蓋体１７ａが閉じ位置に位置することにより、第１の送風ダクトＲ１に供給された暖かい空気が漸減ダクト１５を介して、第２の送風ダクトＲ２に流入することを抑制できる。その結果、第１の送風ダクトＲ１に集中的に暖かい空気が供給されるため、ヒートシンク１４を早期に暖めることができる。また、蓋体１７ｂが開き位置に位置することにより、排気ダクト１９からパックケース２０の内部に冷気が入り込むことを抑制できる。

一方、プレ加熱が終了すると（ステップＳ１０７参照）、ＥＣＵ５０は、蓋体１７ａ及び蓋体１７ｂのうち蓋体１７ａのみを閉じ位置から開き位置に移動させる。これにより、スリット２１ａが開かれるため、各単電池１１によって暖められた空気を第２の送風ダクトＲ２に導入することができる。その結果、実施形態１で説明したように、ヒートシンク１４に温風が吹き付けられ、ペルチェ素子１２の吸熱面と発熱面との温度差の拡大を抑制しながら、効率よく各単電池１１を暖めることができる。また、蓋体１７ｂは閉じ位置に位置するため、排気ダクト１９からパックケース２０の内部に冷気が入り込むことを抑制できる。その結果、各単電池１１とこれらの周囲にある空気（つまり、パックケース２０内部の空気）との温度差の拡大が抑制され、各単電池１１の放熱量を減らすことができる。

一方、ＥＣＵ５０は、組電池１０の冷却が必要な場合には、蓋体１７ａ及び蓋体１７ｂを開き位置に移動させる。これにより、スリット２１ａからパックケース２０の内部に空気が導入され、各単電池１１を冷却することができる。

１０ 組電池 １１ 単電池 １２ ペルチェ素子 １３ 散熱板
１４ ヒートシンク １５ 漸減ダクト ２１ ダンパ ２１ａ スリット
２０ パックケース ４４ 吸気ファン ５０ ＥＣＵ
１００ 電池ユニット ２００ 送風ダクト ３００ 車両

Claims (11)

1. ペルチェ素子と、
   電池と、
   前記ペルチェ素子の放熱面から放熱される熱を前記電池に伝達する伝熱板と、
   前記電池から放熱される熱によって暖められた空気を前記ペルチェ素子の吸熱面に導くための第１の流路と、
   を有する車両用電池パック。
2. 前記ペルチェ素子および前記第１の流路は、前記電池よりも上側に配置され、
   前記第１の流路は、前記電池から放熱される熱によって暖められ、自然対流により上昇する空気を、前記吸熱面に導くための絞り形状部を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電池パック。
3. 前記ペルチェ素子の吸熱面には、ヒートシンクが設けられており、
   前記第１の流路によって導かれた前記空気は、前記ヒートシンクに吹きつけられることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電池パック。
4. 前記電池を収容するパックケースを有し、
   前記電池は、それぞれが直管形状の複数の単電池を含み、
   前記伝熱板は、前記複数の単電池を径方向から保持しており、
   前記パックケースの上方には、互いに水平方向に並設され、前記ヒートシンクが位置する第１の送風路と、前記パックケースの内部の空気を導入するためのスリットが形成された第２の送風路と、が形成されており、
   前記第１の流路は、前記第１及び第２の送風路を仕切る隔壁を貫通して延びていることを特徴とする請求項３に記載の車両用電池パック。
5. 送風機と、
   前記送風機が動作することにより供給される空気を前記第１の送風路に導く第１の位置と、前記第２の送風路に導く第２の位置との間で動作する切換え弁と、
   を有することを特徴とする請求項４に記載の車両用電池パック。
6. 前記電池を昇温する際に、前記切換え弁を前記第１の位置に位置させた状態で前記送風機を駆動することにより、車室内の空気を前記第１の送風路に導く第１の動作を許容するコントローラを有することを特徴とする請求項５に記載の車両用電池パック。
7. 前記コントローラは、前記第１の動作とともに、或いは前記第１の動作が所定時間実行され停止した後に、前記ペルチェ素子に対して通電する第２の動作を許容することを特徴とする請求項６に記載の車両用電池パック。
8. 前記コントローラは、前記電池を冷却する際に、前記切換え弁を前記第２の位置に位置させた状態で前記送風機を駆動することにより、車室内の空気を前記第２の送風路に導く第３の動作を許容することを特徴とする請求項６又は７に記載の車両用電池パック。
9. 前記スリットを開閉する第１の蓋部材と、
   前記パックケースの下端部を形成する下壁部に形成された開口部であって、各前記単電池の冷却に用いられた空気を排気するための排気ダクトに連通する前記開口部を開閉する第２の蓋部材と、を有することを特徴とする請求項５に記載の車両用電池パック。
10. 前記電池を昇温する際に、前記切換え弁を前記第１の位置に位置させた状態で前記送風機を駆動するとともに、前記第１及び第２の蓋部材を閉じ位置に位置させた状態で車室内の空気を前記第１の送風路に導く第１の動作と、前記第１の動作が所定時間行われ停止した後に、前記第１及び第２の蓋部材のうち前記第１の蓋部材のみを開き位置に移動させた状態で前記ペルチェ素子に対する通電を許容する第２の動作と、
    前記電池を冷却する際に、前記切換え弁を前記第２の位置に位置させた状態で前記送風機を駆動するとともに、前記第１及び第２の蓋部材を開き位置に位置させた状態で車室内の空気を前記第２の送風路に導く第３の動作と、を許容するコントローラを有することを特徴とする請求項９に記載の車両用電池パック。
11. 請求項１乃至１０のうちいずれか一つに記載の車両用電池パックを搭載した車両。

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