WO2025248610A1 - 電池システム - Google Patents

Abstract

電池システムは、扁平状の形状を有する外装体に電極及び電解質を含む電池材料が封止されたパウチ型の複数の電池セルが積層されてなる組電池と、扁平状の形状を有し、それぞれが複数の電池セルのうち対応する電池セルの間に配置され且つ対応する電池セルと熱交換する、複数の熱交換器と、それぞれが複数の熱交換器のうち対応する熱交換器に接続される、複数の熱電変換素子と、複数の電池セルの温度に基づいて、複数の熱電変換素子のそれぞれの通電量を制御する制御装置と、を備える。

Description

電池システム

　本開示は、電池システムに関する。

　電気自動車の駆動用電池は、十分なパフォーマンスを発揮するために温度管理が適切に行われる必要がある。

　例えば特許文献１には、少なくとも２つの電池と、２つの電池の間に配置され、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面と第２面を有する熱電変換素子と、２つの電池のうち少なくとも一方と熱電変換素子との間に配置され、流入する熱媒体と熱交換を行う熱交換器とを有し、第１面は、２つの電池の一方と熱的に接続され、第２面は、熱交換器と熱的に接続されることを特徴とする電池モジュールが開示されている。

特開２０１３－１６１７１０号公報

　電気自動車の駆動に用いられる電池パックの冷却方法は、主に空冷と水冷とに分類される。空冷の場合、電池パックに含まれる複数の電池セルの間に空気の流路が設けられ、冷却された空気が当該流路を通過する。可能な限り低い温度の空気を通過させるために車室内の底部又はエアコンから冷却された空気が取り込まれることが多い。電池セルを冷却した後の空気は車外へ排気される。電池パックの外部には、冷却ファン及び吸排気ダクトを搭載するためのスペースが必要となる。冷却能力を向上させるためには、冷却された空気が通過する流路を広くして冷却ファンの出力を増加させることが必要であるが、電池システムのためのスペース及び冷却ファンの消費電力が増大してしまう。一方、水冷の場合、冷却水により電池セルよりも低温にされた冷却プレートが電池パックの下面に敷かれ、その上に電池パックが載置されたり冷却水が通過するジャケットが電池セルの側面に接触させられたり等、冷却アイテムとの接触により電池セルが冷却される。電池パックの外部には、水ポンプ、ラジエータ、水配管及びリザーブタンク等が設けられ、冷却水が充填される。そのため、電池システムのサイズ及び重量は、空冷の場合に比べて大きくなることが多い。

　電池パックの昇温方法も、電池パックを冷却する場合と同様に熱交換の媒体として空気又は水が用いられることが多い。空気を昇温させる場合、電池パック内に取り込まれる空気としてエアコンの暖気が用いられたり、電池パック内に電気ヒーターが設けられて電池パック内の空気が温められたりする。ただし、電池パックを空気により温めるには長時間を要するため、ブラグドイン充電中に電池パックを昇温させ、車両の走行開始時に電池パックが十分に温まっているような時間管理が必要である。一方、水が用いられる場合、熱交換に用いられる水がヒーターにより温められると共に、温められた水が冷えないようにラジエータをバイパスする機構を追加することが必要である。水を温めるにも時間を要するため、空気が用いられる場合と同様に車両の走行開始前に昇温を開始するという時間管理が必要となる。

　ここで、電気自動車の駆動に用いられる電池としては、エネルギー密度及びパワー密度に優れたリチウムイオン電池が用いられる場合が多かった。しかしながら、リチウムイオン電池は十分なパフォーマンスを発揮する温度範囲が狭いため、リチウムイオン電池から全固体電池へ移行することが予測されている。これに伴い、電池の薄型化及び軽量化が可能であり、且つ、形状自由性及び放熱特性に優れるパウチ型の電池セルを積層してなる電池パックが注目されている。

　しかしながら、パウチ型の電池セルにより電池パックを構成する場合、熱交換の媒体として水を用いることは困難である。また、パウチ型の電池セルはラミネートフィルム等の外装体により封止されているものの、何らかの外力を受けて外装体の封止が破れた場合であっても固体電解質に水が接触することを防止する必要がある。一方、熱交換の媒体として空気が用いられる場合、以下の点を考慮する必要がある。すなわち、（i）エアコンとの協調により冷却時の吸気温度を電池セルの目標温度よりも十分に低くする点、（ii）エアコン又はプラグドイン充電との協調等により、昇温時の吸気温度を電池セルの目標温度よりも十分に高くする点、（iii）電池セルの温度のばらつきが電池の出力制限及び劣化のばらつきに影響を及ぼすため、電池パック内の全ての電池セルの温度が目標温度に素早く収束するように空気の流路及び風量を設定する点を考慮する必要がある。

　これらの対策として、ペルチェ素子等の熱電変換素子を用いて電池パックの温度管理を行うことが考えられる。しかしながら、特許文献１のように２つの電池の間に熱電変換素子を配置する構成をパウチ型の電池セルに適用すると、電池セルは充放電により膨張及び圧縮するため熱電変換素子にかかる荷重も変動する。熱電変換素子は、耐荷重が大きくなく破損して異常動作する恐れがあり、また電源が短絡する恐れもある。また、パウチ型の電池セルの一部分に熱電変換素子が直接取り付けられる場合、電池セルの表面において荷重のばらつきが発生し、電池セルの内部において電流密度のバランスが崩れる恐れがある。これに対して、熱電変換素子の接触面を電池セルの表面と同等の大きさにすることが考えられるが、温度調整の性能がオーバースペックになると共に、電池パックのサイズ、重量及びコストが増大してしまう。

　また、特許文献１のように熱交換器としてフィンが用いられる場合、冷却能力を向上させるためにはフィンを大型化することにより熱容量を増大させる必要があり、コンパクトな電池システムを構成することが困難である。特にパウチ型の電池セルは、円筒型又は角型の電池セルに比べて厚さが薄いこともあり、２つのパウチ型の電池セルの間に熱電変換素子及びフィンを配置すると、電池セルの積層方向の大きさの増大が顕著となる。

　かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、パウチ型の電池セルが積層されてなるコンパクトな電池システムにおいて温度管理の精度を向上させる技術を提供することにある。

　本開示の一実施形態に係る電池システムは、扁平状の形状を有する外装体に電極及び電解質を含む電池材料が封止されたパウチ型の複数の電池セルが積層されてなる組電池と、扁平状の形状を有する複数の熱交換器であって、上記複数の熱交換器のそれぞれは、上記複数の電池セルのうち対応する電池セルの間に配置され、且つ、上記対応する電池セルと熱交換する、複数の熱交換器と、複数の熱電変換素子であって、上記複数の熱電変換素子のそれぞれは、上記複数の熱交換器のうち対応する熱交換器に接続される、複数の熱電変換素子と、上記複数の電池セルの温度に基づいて、上記複数の熱電変換素子のそれぞれの通電量を制御する制御装置と、を備える。

　本開示の一実施形態によれば、パウチ型の電池セルが積層されてなるコンパクトな電池システムにおいて温度管理の精度を向上させることができる。

本開示の一実施形態に係る制御装置を備えた車両の構成例を示す模式図である。 第１の実施の形態に係る電池システムが備える組電池を車体上方から見た図である。 図２に示される冷却用熱交換器及び冷却用熱電変換素子の配置を説明する図である。 図２に示される加熱用熱交換器及び加熱用熱電変換素子の配置を説明する図である。 図２に示される電池システムの回路図である。 図５に示される電池システムによる電池セルの冷却を説明する図である。 図５に示される電池システムによる電池セルの昇温を説明する図である。 熱電変換素子に通電しない場合における電池セルの温度分布を説明する図である。 熱電変換素子の通電量を一定とした場合における電池セルの温度分布を説明する図である。 図５に示される電池システムによる電池セルの温度均等化の一例を説明する図である。 図５に示される電池システムによる電池セルの温度均等化の一例を説明する図である。 図５に示される電池システムによる電池セルの温度均等化の一例を説明する図である。 本開示の一実施形態に係る電池システムに適用可能な空冷システムを説明する図である。 バネ部材に対する荷重の設定範囲を説明する図である。 第１の実施の形態に係る電池システムが備える制御装置の構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る電池システムが備える制御装置の動作例を説明するフローチャートである。 第２の実施の形態に係る電池システムによる電池セルの冷却を説明する図である。 第２の実施の形態に係る電池システムによる電池セルの昇温を説明する図である。 第２の実施の形態に係る電池システムによる電池セルの温度均等化の一例を説明する図である。 第２の実施の形態に係る電池システムによる電池セルの温度均等化の一例を説明する図である。 第２の実施の形態に係る電池システムによる電池セルの温度均等化の一例を説明する図である。 第２の実施の形態に係る電池システムによる電池セルの温度均等化の一例を説明する図である。

　以下、添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

　＜１．第１の実施の形態＞
　（１－１．車両の全体構成）
　図１を参照して、本開示の一実施形態に係る電池システム１００を備えた車両１の全体構成の一例を説明する。

　車両１は、前輪に伝達される駆動トルクを生成する駆動力源としての駆動用モータ２から出力される駆動トルクを前輪に伝達する二輪駆動の四輪自動車である。

　なお、駆動輪の組み合わせ及び駆動方法は限定されるものではない。例えば、車両１は、後輪駆動車であってもよく、四輪駆動車であってもよい。また、車両１は、例えば前輪駆動用モータ及び後輪駆動用モータを含む２つの駆動用モータを備えた電気自動車であってもよい。また、車両１は、それぞれの車輪に対応する駆動用モータを備えた電気自動車であってもよい。

　車両１に備えられた駆動用モータ２は、差動機構３及び前輪駆動軸４Ｆを介して前輪に伝達される駆動トルクを出力する。駆動用モータ２は、三相交流式のモータとして構成されてもよい。この場合、三相交流電流がステータ（不図示）に供給されることにより形成される回転磁界によりロータ（不図示）が回転し、駆動トルクが出力される。また、駆動用モータ２は、三相交流電流がステータに供給されていない状態で前輪駆動軸４Ｆを介して伝達される前輪の回転トルクを受けてロータが回転することにより回生発電を行う機能を有してもよい。

　車両１に備えられるブレーキ装置５ＬＦ，５ＲＦ，５ＬＲ，５ＲＲ（以下、特に区別を要しない場合は「ブレーキ装置５」と総称する）を備える。ブレーキ装置５は、それぞれの車輪に制動力を付与する。ブレーキ装置５は、例えば油圧式のブレーキ装置であってもよい。この場合、後述する車両制御装置７により液圧ユニット（不図示）の駆動が制御されることによって、それぞれのブレーキ装置５に供給される油圧が調節される。ブレーキ装置５は、駆動用モータ２による回生ブレーキと併用されてもよい。

　車両１に備えられた電動ステアリング装置６は、前輪駆動軸４Ｆに設けられる。電動ステアリング装置６は、電動モータ（不図示）及びギヤ機構（不図示）を含み、車両制御装置７により制御されることによって前輪の操舵角を調節する。なお、車両制御装置７は、車両１のドライバによるステアリングホイールの操舵角に基づいて電動ステアリング装置６を制御する。ここで、車両１が自動運転制御を実行可能な車両である場合、車両制御装置７は、手動運転中には、ドライバによるステアリングホイールの操舵角に基づいて電動ステアリング装置６を制御する。一方、車両制御装置７は、自動運転中には、公知又は任意の方法により設定される操舵角又は操舵角速度に基づいて電動ステアリング装置６を制御する。

　車両制御装置７は、駆動用モータ２、ブレーキ装置５及び電動ステアリング装置６を制御する一つ又は複数の電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を含む。なお、車両制御装置７の一部又は全部の構成は、後述する制御装置４０に備えられてもよい。

　この他、車両１は、前方撮像カメラ及び後方撮像カメラ等を含む周囲環境センサ（不図示）を備えてもよい。また、車両１は、車両１の操作状態及び挙動を検出する車両状態センサ（不図示）を備えてもよい。また、車両１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等の測位衛星からの衛星信号を受信するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）センサ（不図示）を備えてもよい。また、車両１は、車両１のドライバに対して種々の情報を通知する通知装置（不図示）を備えてもよい。

　（１－２．電池システムの構成）
　車両１に備えられる電池システム１００は、少なくとも、組電池１０と、複数の熱交換器２０と、複数の熱電変換素子３０と、制御装置４０と、を備える。以下、図２乃至図５を参照して、電池システム１００を詳細に説明する。

　　（組電池）
　図２は、パウチ型の電池セル１１ａ乃至１１ｎが積層されてなる組電池１０を含む電池パックの内部を示す。組電池１０は、扁平状の形状を有する外装体に電極及び電解質等を含む電池材料が封止されたパウチ型の複数の電池セル１１ａ乃至１１ｎ（以下、「電池セル１１」と表記する場合もある。）が積層されてなる。本実施形態において、複数の電池セル１１のそれぞれの外装体は、例えばラミネートフィルム等のフィルムにより作製されており、第１の主表面Ｓ１と第１の主表面Ｓ１に対向する第２の主表面Ｓ２とを含む。なお、第１の主表面Ｓ１及び第２の主表面Ｓ２の短手方向は車高方向Ｚに沿うことが好ましく、第１の主表面Ｓ１及び第２の主表面Ｓ２の長手方向は車長方向Ｘ又は車幅方向Ｙに沿うことが好ましい。

　パウチ型の電池セル１１の電極タブ１２ａ乃至１２ｍ（正極タブ及び負極タブ）は互いが対向する位置に配置され、全ての電池セル１１が電気的に直列接続される。それぞれの電池セル１１には、温度センサＴａ乃至Ｔｎ（不図示）がそれぞれ備えられ、温度センサＴａ乃至Ｔｎの検出結果は制御装置４０へ送信される。ただし、電池システム１００をコンパクト化する観点から、複数の電池セル１１のうちセル温度が実質的に同一と見做すことができる電池セル群に対して１つの温度センサが備えられてもよい。

　組電池１０は、駆動用モータ２に電力を供給する。組電池１０は、例えば定格電圧が２００Ｖ～８００Ｖ程度である全固体電池等の充放電可能に構成された二次電池である。ここで、全固体電池は、巻回工法により製作される円筒型及び角型等の電池セルにより構成されるのではなく、積層工法により製作されるパウチ型の電池セル１１により構成されるのが主体となる。これは、全固体電池の固体電解質が充放電サイクル中に微細な変形又は膨張を起こす可能性があるため、比較的堅いケースを有する円筒型及び角型等の電池セルが用いられると、変形又は膨張による応力が内部に集中して組電池１０の性能及び寿命に影響を及ぼす可能性があるからである。また、電解液よりも熱伝導率の低い固体電解質は円筒型及び角型等の電池セルにおいては熱管理が難しいため、全固体電池はパウチ型の電池セル１１が適している。ただし、本開示における組電池１０は、全固体電池が好適であるが、必ずしも全固体電池に限定されず、リチウムイオン電池等が適用されてもよい。なお、組電池１０の定格電圧は、駆動用モータ２に電力を供給することが可能であれば特に限定されない。また、図２に示される電池セル１１の数は１４個であるが、本開示における電池セル１１の数は特に限定されず、任意に設定可能である。

　　（熱交換器）
　複数の熱交換器２０のそれぞれは、扁平状の形状を有する。それぞれの熱交換器２０は、複数の電池セル１１のうち対応する電池セルの間に配置され、且つ、対応する電池セルと熱交換する。それぞれの熱交換器２０は、車高方向Ｚの下側（フロア側）から上側（ルーフ側）に向かって熱を移動させる。

　本実施形態において、複数の熱交換器２０は、複数の冷却用熱交換器２１ａ乃至２１ｈ（以下、「冷却用熱交換器２１」と表記する場合もある。）と、複数の加熱用熱交換器２２ａ乃至２２ｇ（以下、「加熱用熱交換器２２」と表記する場合もある。）と、を含む。図６も参照して、複数の冷却用熱交換器２１のうち対応する冷却用熱交換器２１ｂの主表面は、電池セル１１ｃの外装体の第１の主表面Ｓ１に熱的に接触する。以下、「対応」とは、例えば冷却用熱交換器２１ｂによる冷却対象となる電池セル１１ｃに対応して配置されることを意味する。図７も参照して、複数の加熱用熱交換器２２のうち対応する加熱用熱交換器２２ｂの主表面は、電池セル１１ｃの外装体の第２の主表面Ｓ２に熱的に接触する。以下、「対応」とは、例えば加熱用熱交換器２２ｂによる加熱対象となる電池セル１１ｃに対応して配置されることを意味する。なお、第１の主表面Ｓ１及び第２の主表面Ｓ２は、冷却対象又は加熱対象となる同一の電池セル１１ｃにおいて互いに対向するように定義され、車長方向Ｘ又は車幅方向Ｙに沿った順序は電池セル１１毎に定義可能である。冷却用熱交換器２１ａ，２１ｃ乃至２１ｈ及び加熱用熱交換器２２ａ，２２ｃ乃至２２ｇについても同様である。すなわち、本実施形態において、車両１を上から見て、冷却用熱交換器２１の主表面（好ましくは主表面の短手方向）と加熱用熱交換器２２の主表面（好ましくは主表面の短手方向）とがそれぞれ車高方向Ｚに沿うように交互に配置される。また、冷却用熱交換器２１と加熱用熱交換器２２との間において、それぞれの電池セル１１の第１の主表面Ｓ１（好ましくは第１の主表面Ｓ１の短手方向）及び第２の主表面Ｓ２（好ましくは第２の主表面Ｓ２の短手方向）が車高方向Ｚに沿うように、電池セル１１が１つ又は複数ずつ配置される。これにより、冷却用熱交換器２１は、その両側に配置された電池セル１１を冷却することができる。一方、加熱用熱交換器２２は、その両側に配置された電池セル１１を加熱することができる。

　冷却用熱交換器２１としては、例えば冷却用平型ヒートパイプが採用可能である。また、加熱用熱交換器２２としては、例えば加熱用平型ヒートパイプが採用可能である。電池セル１１の間に平型ヒートパイプが配置される構成により、電池システム１００を最小限のサイズアップ（主に電池セル１１の積層方向）により構成することができる。ここで、ヒートパイプは、液体が気体に変化するときに吸収する潜熱又は気体が液体に変化するときに放出する潜熱を利用して、ある場所の熱を別の場所に伝導することができる部品である。具体的には、ヒートパイプは、例えば金属製のパイプの内部に作動液が封入されており、動力を必要とせずに動作することができ、温度差が比較的小さい状況であっても動作することができる、サーモサイフォン式のヒートパイプである。サーモサイフォン式の場合、電池セル１１の上下に熱電変換素子３０をそれぞれ配置することができるため、電池パックの車高方向Ｚに沿った長さは延びるものの、電池パックの車長方向Ｘ又は車幅方向Ｙに沿った長さを抑えることができる。そのため、車両１のセンタートンネル内に電池パックを配置することができる。平型ヒートパイプは、当該ヒートパイプを複数用意し、それぞれのヒートパイプの蒸発部を一端側とし、それぞれのヒートパイプの凝縮部を他端側とし、それぞれのヒートパイプの長手方向に垂直な方向に沿ってそれぞれのヒートパイプを複数並べて配置及び固定してなる、扁平状の形状を有する。ただし、本開示における熱交換器２０としては、ヒートパイプに限定されず、金属プレート、グラファイトシート、セラミックプレート又はベイパーチャンバ等が採用可能である。

　　（熱電変換素子）
　複数の熱電変換素子３０のそれぞれは、複数の熱交換器２０のうち対応する熱交換器に接続される。なお、図２に示される熱電変換素子３０としては、ペルチェ素子が採用可能であるが、本開示はこれに限定されず、カーボンナノチューブを用いた熱電変換素子が採用されてもよい。

　具体的には図３及び図６を参照して、複数の冷却用熱電変換素子３１のうち対応する冷却用熱電変換素子３１ｂの吸熱面３３は、複数の冷却用熱交換器２１のうち対応する冷却用熱交換器２１ｂに熱的に接触する。より具体的には、複数の冷却用熱電変換素子３１のうち対応する冷却用熱電変換素子３１ｂの吸熱面３３は、複数の冷却用熱交換器２１のうち対応する冷却用熱交換器２１ｂの凝縮部２４と接触する。ここで、冷却用熱交換器２１ｂの蒸発部２３は、電池セル１１ｂの外装体の第２の主表面Ｓ２及び電池セル１１ｃの外装体の第１の主表面Ｓ１に熱的に接触する。図２も参照して、接触抵抗を低減する観点から、シリコンシート等の熱伝導部材７５を介して冷却用熱電変換素子３１ｂの吸熱面３３と冷却用熱交換器２１ｂの凝縮部２４とが密着させられてもよい。また、冷却用熱電変換素子３１ｂの吸熱面３３の温度をより低下させる観点から、冷却用熱電変換素子３１ｂの加熱面３４がヒートシンク７１ｂと接触するよう、ヒートシンク７１ｂが取り付けられてもよい。この場合についても接触抵抗を低減する観点から、シリコンシート等の熱伝導部材７５を介して冷却用熱電変換素子３１ｂの加熱面とヒートシンク７１ｂとが密着させられてもよい。なお、冷却用熱電変換素子３１以外の冷却用熱電変換素子３１ａ，３１ｃ乃至３１ｈ及びヒートシンク７１ａ，７１ｃ乃至７１ｈについても同様に考えることができるので説明を省略する。

　図４及び図７を参照して、複数の加熱用熱電変換素子３２のうち対応する加熱用熱電変換素子３２ｂの加熱面３６は、複数の加熱用熱交換器２２のうち対応する加熱用熱交換器２２ｂに熱的に接触する。より具体的には、複数の加熱用熱電変換素子３２のうち対応する加熱用熱電変換素子３２ｂの加熱面３６は、複数の加熱用熱交換器２２のうち対応する加熱用熱交換器２２ｂの蒸発部２５と接触する。ここで、加熱用熱交換器２２ｂの凝縮部２６は、電池セル１１ｃの外装体の第２の主表面Ｓ２及び電池セル１１ｄの第１の主表面Ｓ１に熱的に接触する。図２も参照して、接触抵抗を低減する観点から、シリコンシート等の熱伝導部材７５を介して加熱用熱電変換素子３２ｂの加熱面３６と加熱用熱交換器２２ｂの蒸発部２５とが密着させられてもよい。また、加熱用熱電変換素子３２ｂの加熱面３６の温度をより低下させる観点から、加熱用熱電変換素子３２ｂの吸熱面３５がヒートシンク７２ｂと接触するよう、ヒートシンク７２ｂが取り付けられてもよい。この場合についても接触抵抗を低減する観点から、シリコンシート等の熱伝導部材７５を介して加熱用熱電変換素子３２ｂの吸熱面３５とヒートシンク７２ｂとが密着させられてもよい。なお、加熱用熱電変換素子３２ａ，３２ｃ乃至３２ｇ及びヒートシンク７２ａ，７２ｂ乃至７２ｇについても同様に考えることができるので説明を省略する。

　熱電変換素子３０のオン及びオフは、半導体スイッチ等の電子スイッチにより切り替えられてもよく、或いはリレー等の機械的スイッチにより切り替えられてもよいが、これらに限定されない。詳細については後述するが、熱電変換素子３０の通電量は、例えばＰＷＭ駆動にて制御装置４０により制御される。なお、図５乃至図７においては、２つの電池セル１１に対して１つの熱電変換素子３０が用いられるが、本開示はこれに限定されない。例えば、電池セル１１が３つ以上連続して配置されており、電池セル１１の電流が変化したり環境温度が変化したりしても電池セル１１の温度が実質的に同一と見做すことができる電池セル群が存在する場合、それぞれの電池セル群に対して１つの熱電変換素子３０が割り当てられてもよい。

　　（制御装置）
　制御装置４０は、複数の電池セル１１の温度に基づいて、複数の熱電変換素子３０のそれぞれの通電量を制御する。ここで、図６乃至図１２を参照して、制御装置４０による温度管理の一例を説明する。

　組電池１０の入出力性能を最大限に発揮させ、且つ、それぞれの電池セル１１の劣化の進行を抑制するためには、それぞれの電池セル１１の温度管理を適切に行うことが重要である。当該温度管理は、電池セル１１の冷却と電池セル１１の昇温と電池セル１１の温度均等化との３つに分類される。以下、それぞれの場合における制御装置４０による温度管理について説明する。

　まず、電池セル１１の冷却について説明する。電池セル１１の発熱量は、電池セル１１の電流値及び内部抵抗により変化し、電流値が大きいほど発熱量も大きくなる。電池セル１１の発熱量が放熱量を上回ると、時間経過と共に電池セル１１の温度は上昇してしまう。これを防ぐために電池セル１１の電流値を減らすことが考えられるが、車両１の走行性能が低下したり、電池パックの充電時間が延長したり等、ユーザの期待に反する恐れがある。そのため、電池セル１１を強制的に冷却することにより、所定の性能が維持される。

　本実施形態においては、冷却用平型ヒートパイプ等の冷却用熱交換器２１とペルチェ素子等の冷却用熱電変換素子３１との１セットを用いて２つの電池セル１１が冷却される。図３を参照しつつ上述したとおり、電池セル１１の外装体の第１の主表面Ｓ１が冷却用熱交換器２１の蒸発部２３に熱的に接触することにより、電池セル１１の熱が冷却用熱交換器２１の凝縮部２４に移動する。

　具体的には図６を参照して、冷却用熱電変換素子３１ｂのスイッチＳＷ１ｂが制御装置４０によりオフ状態（破線）からオン状態（実線）に切り替えられると、冷却用熱電変換素子３１ｂの吸熱面３３と加熱面３４とには温度差が発生する。冷却用熱電変換素子３１ｂの吸熱面３３において冷却用熱交換器２１ｂの熱が吸収されるため、冷却用熱交換器２１ｂとその両側に配置された電池セル１１ｂ，１１ｃとの温度が低下する。

　冷却用熱電変換素子３１ｂにヒートシンク７１ｂが取り付けられている場合、ヒートシンク７１ｂからの放熱により雰囲気温度が上昇する。ここで、冷却用熱電変換素子３１ｂが生成可能な温度差は決まっているため、ヒートシンク７１ｂの温度が上昇すると冷却用熱電変換素子３１ｂの吸熱面３３の温度も上昇してしまう。そこで、制御装置４０は、図１３に示されるような電池パックのケース１４に備えられる空冷システム９０を駆動させることによって、ヒートシンク７１ｂの温度を下げてもよい。空冷システム９０は、ケース１４外側の一端側に備えられ、且つ、ケース１４内に空気を取り込む吸気フィルタ９１と、ケース１４外側の当該一端側に対向する他端側に備えられ、且つ、ダクト９２を介してケース１４外へ空気を排出する換気ファン９３と、を備える。なお、吸気フィルタ９１、ダクト９２及び換気ファン９３は公知又は任意の構造を採用することができる。これにより、冷却用熱電変換素子３１ｂの吸熱面３３の温度が下がり、電池セル１１ｂ，１１ｃの冷却性能がさらに向上する。なお、制御装置４０は、スイッチＳＷ１ｂ以外のスイッチも同様に制御することにより、電池セル１１ｂ，１１ｃ以外の電池セル１１ａ，１１ｄ乃至１１ｎも冷却することができる。

　次に、電池セル１１の昇温について説明する。全固体電池の動作温度の範囲は低温側においてもリチウムイオン電池の動作温度の範囲よりも広いが、極低温環境における始動（出力、充電）においては使用できる入出力電力が常温時に比べて制限される。電気自動車においては、極低温環境における走行に備えてプラグドイン電力により電池セル１１を保温するシステムも存在する。しかしながら、熱交換の媒体として水又は空気が用いられると昇温が開始されてから電池セル１１が適温になるまでの時間が比較的長くなってしまう。

　これに対して、本実施形態においては、加熱用平型ヒートパイプ等の加熱用熱交換器２２とペルチェ素子等の加熱用熱電変換素子３２との１セットにより２つの電池セル１１が昇温される。具体的には図７を参照して、加熱用熱電変換素子３２ｂのスイッチＳＷ２ｂが制御装置４０によりオン状態に切り替えられると、加熱用熱電変換素子３２ｂの吸熱面３５と加熱面３６とには温度差が発生する。加熱用熱電変換素子３２ｂにより生成された熱は、加熱用熱交換器２２ｂを通して電池セル１１ｃ，１１ｄを加熱する。

　加熱用熱電変換素子３２ｂにヒートシンク７２ｂが取り付けられている場合、加熱用熱電変換素子３２ｂの吸熱面３５の温度は、ヒートシンク７２ｂの熱容量に起因して緩やかに下降し、その間に加熱面３６の温度も緩やかに下降する。吸熱面３５の温度が下がりきっていない間、加熱面３６の温度も相対的に高くなるので昇温速度が高まる。ヒートシンク７２ｂと周辺の空気との熱交換が平衡状態になると、加熱面３６の下降も止まり安定して加熱が行われる。なお、制御装置４０は、スイッチＳＷ２ｂ以外のスイッチも同様に制御することにより、電池セル１１ｃ，１１ｄ以外の電池セル１１ａ及び１１ｂ，１１ｅ乃至１１ｎも加熱することができる。

　電池セル１１の充放電が開始されると、電池セル１１の電流及び内部抵抗により電池セル１１の内部において発熱するため、加熱用熱電変換素子３２ｂのスイッチＳＷ２ａ乃至ＳＷ２ｇは制御装置４０によりオフ状態に切り替えられる。

　最後に、電池セル１１の温度均等化について説明する。電池セル１１の温度は劣化の進行に影響する。電池セル１１の温度が高いほど劣化の進みが早くなる。電池セル１１が劣化すると、放電容量の低下率又は内部抵抗の増加率に差が生じる。組電池１０の形状及び電池セル１１の配置等により温度分布はほぼ決まっており、組電池１０の中央部のような電池セル１１が密集する領域については通常通電時に温度が上がりやすく、それぞれの熱電変換素子３０への通電が停止されても温度が下がりにくい。一方、ケース１４の端部付近の電池セル１１は放熱しやすいため組電池１０の中央部に比べて温度が上がりにくく、それぞれの熱電変換素子３０への通電が停止された際に温度が下がりやすい。

　図８は、電池セル１１を冷却することなく電池セル１１を放電させた場合における電池セル１１の温度分布の一例を示す。全ての電池セル１１が目標温度範囲を超え、且つ、組電池１０の中央部付近の電池セル１１ｄ乃至１１ｋの温度が比較的高く、組電池１０の両端付近の電池セル１１ａ，１１ｎの温度が最も低くなっている。図９は、図８の状態に対して冷却用熱電変換素子３１をそれぞれ同一の通電量にて制御装置４０により駆動させた場合における電池セル１１の温度分布の一例を示す。なお、図９に示される黒点はそれぞれの電池セル１１に対応して配置される冷却用熱電変換素子３１の通電量を示す（以下、同様である）。図８に比べて全体的に電池セル１１の温度が低下しているが、電池セル１１の温度のばらつきが依然として残っている。すなわち、電池セル１１ａ乃至１１ｎのうち電池セル１１ａ，１１ｎの温度は目標温度範囲に収まっていない。

　そこで、図１０に示されるように、制御装置４０は、それぞれの電池セル１１の温度が目標温度範囲に収まるように、それぞれの冷却用熱電変換素子３１の通電量を個別に制御する。電池パックの端部（ケース１４の内壁）に近づくほど電池セル１１は放熱しやすい。そのため、制御装置４０は、冷却用熱電変換素子３１と熱的に接触する電池セル１１について、電池パックのケース１４と電池セル１１との距離に基づいて冷却用熱電変換素子３１の通電量を制御してもよい。例えば、制御装置４０は、電池パックのケース１４と電池セル１１との距離が近づくにつれて、電池セル１１に熱的に接触する冷却用熱電変換素子３１の通電量が小さくなるよう制御してもよい。図１１に示されるように、昇温時もこれと同様に、制御装置４０は、全ての電池セル１１の温度が目標温度範囲に収まるようにそれぞれの加熱用熱電変換素子３２の通電量を個別に制御する。なお、図１１に示される白点はそれぞれの電池セル１１に対応して配置される加熱用熱電変換素子３２の通電量を示す（以下、同様である）。電池パックの端部（ケース１４の内壁等）に近づくほど電池セル１１は冷えやすい。そのため、制御装置４０は、加熱用熱電変換素子３２と熱的に接触する電池セル１１について、電池パックのケース１４と電池セル１１との距離に基づいて、加熱用熱電変換素子３２の通電量を制御してもよい。例えば、制御装置４０は、電池パックのケース１４と電池セル１１との距離が近づくにつれて、電池セル１１に熱的に接触する加熱用熱電変換素子３２の通電量が大きくなるよう制御してもよい。また、目標温度範囲を超過している電池セル１１ｄ乃至１１ｋと目標温度範囲を下回っている電池セル１１ａ，ｂ，ｍ，ｎとが混在している場合、図１２に示されるように、制御装置４０は、冷却用熱電変換素子３１と加熱用熱電変換素子３２とを組み合わせてそれぞれの通電量を制御することにより、全ての電池セル１１の温度を目標温度範囲内に収束させる。

　　（プレッシャープレート）
　図２を参照して、電池システム１００は、複数の電池セル１１の積層方向に沿った荷重を組電池１０の両端から加えるプレッシャープレート１５をさらに備えることが好ましい。具体的には、電池セル１１の間に熱交換器２０が挟まれた構造を有する組電池１０の両端側に２枚のプレッシャープレート１５がそれぞれ１枚ずつ配置される。２枚のプレッシャープレート１５のうちいずれか一方は、例えばケース１４に固定されたバネ部材１６に接続される。これにより、充放電を起因として電池セル１１の厚み変動が生じたり、温度変化を起因として電池セル１１の膨張又は圧縮が生じたりしても、バネ部材１６のバネ力により組電池１０全体が所定の範囲の荷重により抑え込まれる。所定の範囲は、組電池１０の積層方向の寸法変化により組電池１０が破損するほど過剰な荷重がかかったり、組電池１０への荷重が抜けすぎて電池セル１１と熱交換器２０との熱伝達効率が低下したりしないように、適宜調整可能である。図１４を参照して、電池セル１１が最も収縮したときのバネ部材１６の長さをＬ１とし、電池セル１１が最も膨張したときのバネ部材１６の長さをＬ２とする。また、電池セル１１及び熱交換器２０が共に破損せず、且つ、十分な熱伝導を確保可能な適正荷重範囲をＰａ以上Ｐｂ以下とする。また、バネ部材１６の許容最大荷重をＰmaxとし、バネ部材１６の自然長をＬ０とする。このとき、Ｐ１及びＰ２が共にＰａ以上Ｐｂ以下の範囲内に収まるよう、所定の範囲が調整される。

　なお、ケース１４内における組電池１０は、ケース１４に固定されるプレッシャープレート１５とガイド棒１７とにより位置決め可能である。車両１への衝撃入力時に組電池１０の積層状態が保持できないことを回避する観点から、複数の熱交換器２０のうち一つ又は複数に対して公知の構造を有するブラケットを取り付け、ガイド棒１７を通すことが好ましい。なお、電池セル１１の厚み変動により電池セル１１の外装体（ラミネートフィルム等）と熱交換器２０（ヒートパイプ）との間に摩擦が生じて外装体が損傷し、電池セル１１の短絡又は絶縁不良が生じないように、電池セル１１と熱交換器２０との間にこの厚み変動を吸収するシリコンシート等の熱伝導部材を配置することが好ましい。

　これらの他、電池システム１００は、図１に示されるようにインバータ５０及びコンバータ６０を備える。

　　（インバータ）
　インバータ５０は、組電池１０から供給される直流電力を例えば三相交流の電力に変換して、駆動用モータ２へ供給する。また、インバータ５０は、駆動用モータ２の回生により発電される例えば三相交流の電力を直流電力に変換し、コンバータ６０へ供給する。インバータ５０の駆動は、車両制御装置７により制御される。

　　（コンバータ）
　コンバータ６０は、駆動用モータ２により回生発電される電力の電圧を少なくとも組電池１０の要求充電電圧まで昇圧して組電池１０へ供給する。なお、昇圧回路は、少なくとも組電池１０の出力電圧を昇圧又は降圧してインバータ５０へ供給する機能を有してもよい。コンバータ６０の駆動は、車両制御装置７により制御される。

　（１－３．制御装置の詳細）
　図１５を参照して、本実施形態に係る制御装置４０を詳細に説明する。なお、制御装置４０の一部又は全部の構成は、公知又は任意の電池管理システム（ＢＭＳ：Battery Management System）に組み込まれてもよい。

　（１－３－１．構成例）
　制御装置４０は、一つ又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがコンピュータプログラムを実行することにより、電池システム１００を制御する装置として機能する。当該コンピュータプログラムは、制御装置４０が実行すべき後述する動作をプロセッサに実行させるためのコンピュータプログラムである。プロセッサにより実行されるコンピュータプログラムは、後述する記憶部（メモリ）４６として機能する記録媒体に記録されてもよく、或いは制御装置４０に内蔵された記録媒体又は制御装置４０に外付け可能な任意の記録媒体に記録されてもよい。

　コンピュータプログラムを記録する記録媒体としては、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープ等の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ及びＢｌｕ－ｒａｙ（登録商標）等の光記録媒体、フロプティカルディスク等の磁気光媒体、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶素子、並びにＵＳＢメモリ及びＳＳＤ等のフラッシュメモリ、その他のプログラムを格納可能な媒体であってもよい。

　制御装置４０には、公知の電流調整回路とスイッチＳＷ１ａ乃至ＳＷ１ｈとを介してペルチェ素子等の冷却用熱電変換素子３１ａ乃至３１ｈが接続される。また、制御装置４０には、公知の電流調整回路とスイッチＳＷ２ａ乃至ＳＷ２ｇとを介してペルチェ素子等の加熱用熱電変換素子３２ａ乃至３２ｇが接続される。また、制御装置４０には、公知のアナログ入力回路を介して温度センサＴａ乃至Ｔｎが接続される。なお、制御装置４０は、専用線又はＣＡＮ（Controller Area Network）若しくはＬＩＮ（Local Inter Net）等の通信手段を介して、車両制御装置７が接続されてもよく、制御装置４０の一部又は全部の構成が車両制御装置７に備えられてもよい。

　制御装置４０は、処理部４１及び記憶部４６を備える。

　　（処理部）
　処理部４１は、ＣＰＵ等の一つ又は複数のプロセッサ及び種々の周辺部品を備える。処理部４１の一部又は全部は、ファームウェア等の更新可能なもので構成されてもよく、或いはＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

　　（記憶部）
　記憶部４６は、処理部４１と通信可能に接続された一つ又は複数のＲＡＭ又はＲＯＭ等の記憶素子により構成される。ただし、記憶部４６の種類及び数は特に限定されない。記憶部４６は、処理部４１により実行されるコンピュータプログラム、演算処理に用いられる種々のパラメータ、検出データ及び演算結果等の情報を記憶する。

　（１－３－２．処理部の機能構成）
　制御装置４０の処理部４１の機能構成を説明する。処理部４１は、取得部４２と、判定部４３と、算出部４４と、制御部４５と、を備える。これらの各部は、ＣＰＵ等の一つ又は複数のプロセッサによるコンピュータプログラムの実行により実現される機能である。ただし、取得部４２、判定部４３、算出部４４及び制御部４５の一部又は全部がアナログ回路を用いて構成されてもよい。

　　（取得部）
　取得部４２は、電池セル１１の目標温度範囲を取得する。なお、電池セル１１の目標温度範囲は、電池セル１１の特性に応じて予め定められており、記憶部４６に予め記憶されていてもよい。

　取得部４２は、電池セル１１の温度を取得する。なお、電池セル１１の温度は、それぞれの電池セル１１にそれぞれ備えられた温度センサＴから取得可能である。

　　（判定部）
　判定部４３は、取得部４２により取得された電池セル１１の温度が目標温度範囲を上回っているか否かを判定する。また、判定部４３は、取得部４２により取得された電池セル１１の温度が目標温度範囲を下回っているか否かを判定する。

　　（算出部）
　算出部４４は、取得部４２により取得された電池セル１１の温度の目標温度範囲からのずれ量を算出する。

　　（制御部）
　制御部４５は、判定部４３による判定結果に基づいて、複数の熱電変換素子３０の通電量をそれぞれ制御する。このとき、制御部４５は、算出部４４により算出されたずれ量に基づいて、複数の熱電変換素子３０の通電量をそれぞれ制御してもよい。

　（１－３－３．制御装置の動作例）
　図１６を参照して、本実施形態に係る制御装置４０の動作例をフローチャートに沿って簡単に説明する。

　ステップＳ１０において、取得部４２は、記憶部４６を参照することによりそれぞれの電池セル１１の目標温度範囲を取得する。その後、プロセスはステップＳ１１に進む。

　ステップＳ１１において、取得部４２は、それぞれの電池セル１１に備えられたそれぞれの温度センサＴからそれぞれの電池セル１１の温度を取得する。その後、プロセスはステップＳ１２に進む。

　ステップＳ１２において、判定部４３は、ステップＳ１１において取得されたそれぞれの電池セル１１の温度がステップＳ１０において取得された目標温度範囲を上回っているか否かを判定する。それぞれの電池セル１１について、電池セル１１の温度が目標温度範囲を上回っていると判定された場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、プロセスはステップＳ１３に進む。一方、それぞれの電池セル１１について、電池セル１１の温度が目標温度範囲を上回っていないと判定された場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、プロセスはステップＳ１４に進む。以下のステップＳ１３においては、電池セル１１ｂ，１１ｃの温度が目標温度範囲を上回っているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。

　ステップＳ１３において、制御部４５は、電池セル１１ｂ，１１ｃの温度が目標温度範囲に収まるように、冷却用熱電変換素子３１ｂのスイッチＳＷ１ｂをオフ状態からオン状態に切り替える。このとき、制御部４５は、算出部４４により算出された電池セル１１ｂ，１１ｃの温度の目標温度範囲からのずれ量に基づいて、冷却用熱電変換素子３１ｂへの通電量を制御する。その後、プロセスは終了する。

　ステップＳ１４において、判定部４３は、ステップＳ１１において取得された電池セル１１の温度がステップＳ１０において取得された目標温度範囲を下回っているか否かを判定する。それぞれの電池セル１１に対して、電池セル１１の温度が目標温度範囲を下回っていると判定された場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、プロセスはステップＳ１５に進む。一方、それぞれの電池セル１１に対して、電池セル１１の温度が目標温度範囲を下回っていないと判定された場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、プロセスは終了する。以下のステップＳ１５においては、電池セル１１ｃ，１１ｄの温度が目標温度範囲を下回っているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。

　ステップＳ１５において、制御部４５は、電池セル１１の温度が目標温度範囲に収まるように、加熱用熱電変換素子３２ｂのスイッチＳＷ２ｂをオン状態に切り替える。このとき、制御部４５は、算出部４４により算出された電池セル１１ｃ，１１ｄの温度の目標温度範囲からのずれ量に基づいて、加熱用熱電変換素子３２ｂへの通電量を制御する。その後、プロセスは終了する。

　　（効果）
　以上述べたように、本実施形態に係る電池システム１００は、扁平状の形状を有する外装体に電極及び電解質を含む電池材料が封止されたパウチ型の複数の電池セル１１が積層されてなる組電池１０を備える。また、電池システム１００は、扁平状の形状を有する複数の熱交換器２０を備える。それぞれの熱交換器２０は、複数の電池セル１１のうち対応する電池セルの間に配置され、且つ、対応する電池セルと熱交換する。また、電池システム１００は、複数の熱電変換素子３０を備える。それぞれの熱電変換素子３０は、複数の熱交換器２０のうち対応する熱交換器に接続される。また、電池システム１００は、複数の電池セル１１の温度に基づいて、複数の熱電変換素子３０のそれぞれの通電量を制御する制御装置４０を備える。

　かかる構成によれば、熱電変換素子３０が取り付けられた熱交換器２０を電池セル１１の間に挟むように配置することができる。そのため、熱交換器２０の優れた熱伝導特性を利用すると共に熱電変換素子３０の通電量を制御することによって、電池セル１１の温度管理を適切に行うことができる。具体的には、電池セル１１を冷却する場合、冷却用熱交換器２１の凝縮部２４に伝導した電池セル１１の熱が冷却用熱電変換素子３１により冷却される。一方、電池セル１１を加熱する場合、加熱用熱電変換素子３２により生成された熱が加熱用熱交換器２２の蒸発部２５から凝縮部２６に伝導することにより、電池セル１１が加熱される。さらに、これらの冷却機能と昇温機能とを組み合わせることにより、全ての電池セル１１の温度を目標温度範囲内に収束させることができる。したがって、パウチ型の電池セル１１が積層されてなるコンパクトな電池システム１００において温度管理の精度を向上させることができる。

　特に、本実施形態に係る電池セル１１のそれぞれの外装体は、第１の主表面Ｓ１と第１の主表面Ｓ１に対向する第２の主表面Ｓ２とを含む。また、複数の熱交換器２０は、複数の冷却用熱交換器２１と複数の加熱用熱交換器２２とを含む。また、複数の冷却用熱交換器２１のうち対応する冷却用熱交換器の主表面が電池セル１１の外装体の第１の主表面Ｓ１に熱的に接触する。また、冷却用熱電変換素子３１の吸熱面３３が対応する冷却用熱交換器に熱的に接触する。一方、複数の加熱用熱交換器２２のうち対応する加熱用熱交換器の主表面が電池セル１１の外装体の第２の主表面Ｓ２に熱的に接触する。また、加熱用熱電変換素子３２の加熱面３６が対応する加熱用熱交換器に熱的に接触する。さらに、電池セル１１からの熱又は電池セル１１への熱は、車高方向Ｚの下側から上側に向かって移動する。かかる構成によれば、冷却用熱交換器２１及び冷却用熱電変換素子３１並びに加熱用熱交換器２２及び加熱用熱電変換素子３２が電池セル１１毎に備えられるため、迅速かつ精度良く電池セル１１の温度を均等化することができる。

　＜２．第２の実施の形態＞
　次に、本開示の第２の実施の形態に係る電池システムを説明する。以下、第１の実施の形態と異なる点を主に説明する。

　（２－１．電池システムの構成）
　図１７も参照して、車両１に備えられた電池システム１００は、少なくとも、組電池１０と、複数の熱交換器２０と、複数の熱電変換素子３０と、制御装置４０と、を備える。

　　（組電池）
　組電池１０は、扁平状の形状を有する外装体に電極及び電解質を含む電池材料が封止されたパウチ型の複数の電池セル１１が積層されてなる。図１７及び図１８に示される本実施形態において、複数の電池セル１１ａ乃至１１ｐのそれぞれの外装体は、第１の主表面Ｓ１と第１の主表面Ｓ１に対向する第２の主表面Ｓ２とを含む。なお、第１の主表面Ｓ１及び第２の主表面Ｓ２の短手方向は車高方向Ｚに沿うことが好ましく、第１の主表面Ｓ１及び第２の主表面Ｓ２の長手方向は車長方向Ｘ又は車幅方向Ｙに沿うことが好ましい。また、電池セル１１の電極タブ１２は、プラスとマイナスとで同じ側から出ているタイプとすることが好ましい。なお、電池セル１１の数は任意に設定可能である。

　　（熱交換機）
　複数の熱交換器２０のそれぞれは、扁平状の形状を有する。それぞれの熱交換器２０は、複数の電池セル１１のうち対応する電池セル１１の間に配置され、且つ、対応する電池セル１１と熱交換する。本実施形態において、複数の熱交換器２０のそれぞれは、複数の電池セル１１のうち対応する第１の電池セルに相当する電池セル１１ａの第１の主表面Ｓ１及び複数の電池セル１１のうち対応する第２の電池セルに相当する電池セル１１ｂの第２の主表面Ｓ２に熱的に接触する。ここで、第１の電池セルに相当する電池セル１１ａと第２の電池セルに相当する電池セル１１ｂとの間に対応する熱交換器２０ａが配置される。図１７及び図１８に示される本実施形態においては、電池パックの高さ寸法を低減するために複数の熱交換器２０ａ乃至２０ｈを水平姿勢とすることが好ましいため、熱交換器２０としてはサーモサイフォン式ではなく、ウィック式の平型ヒートパイプが好適に用いられる。ウィック式の場合、電池セル１１の側面（第１の主表面Ｓ１及び第２の主表面Ｓ２に垂直な面）側に熱電変換素子３０を配置することができるので、電池パックの高さを抑えることができる。そのため、車両１のフロア部に電池パックを配置することができる。なお、熱交換器２０の数は任意に設定可能である。

　　（熱電変換素子）
　複数の熱電変換素子３０のそれぞれは、複数の熱交換器２０のうち対応する熱交換器に接続される。図１７及び図１８に示される本実施形態においては、複数の熱電変換素子３０ａ乃至３０ｈとしてペルチェ素子が用いられるが、本開示はこれに限定されない。なお、熱電変換素子３０の数は任意に設定可能である。

　　（熱吸収体）
　熱吸収体７０は、複数の熱電変換素子３０に接続される。図１７及び図１８に示される本実施形態において、熱吸収体７０は、複数の熱電変換素子３０ａ乃至３０ｈに接続されるヒートシンク７３と、後述する複数の熱電素子８１に接続されるヒートシンク７４と、を含んでもよい。

　　（回収装置）
　回収装置８０は、熱吸収体７０に吸収された熱を電力として回収する。図１７及び図１８に示される本実施形態において、回収装置８０は、直列接続された複数の熱電素子８１と、複数の熱電素子８１に接続されたＤＣＤＣコンバータ８２と、ＤＣＤＣコンバータ８２に接続された補機バッテリ８３と、を含んでもよい。電力の回収は、例えばイグニションＯＮ、Ｒｅａｄｙ－ＯＮ、プラグドイン充電、急速充電の際に行われる。なお、補機バッテリ８３は、例えば車両１に搭載された補機に電力を供給する定格電圧が１２Ｖ～２４Ｖの鉛蓄電池等のバッテリであるが、これに限定されない。

　　（制御装置）
　制御装置４０は、複数の電池セル１１の温度に基づいて、複数の熱電変換素子３０のそれぞれの通電量を制御する。第１の実施の形態と異なり、制御装置４０は、複数の電池セル１１の温度に基づいて、複数の熱電変換素子３０の通電方向をさらに制御する。詳細については以下で説明するが、複数の熱交換器２０は、車高方向Ｚに垂直な方向（Ｘ方向又はＹ方向）に沿って、且つ、通電方向に応じた方向に熱を移動させる。

　まず、電池セル１１の冷却について説明する。図１７を参照して、Ｈブリッジ回路のうちスイッチＳＷ１ａ及びスイッチＳＷ４ａが制御装置４０によりオン状態に切り替えられ、スイッチＳＷ２ａ及びスイッチＳＷ３ａが制御装置４０によりオフ状態に切り替えられると、当該Ｈブリッジ回路に対応する熱電変換素子３０ａの電力線（実線）にプラスの電力が供給され、電力線（破線）にマイナスの電力が供給される。このとき、熱電変換素子３０ａのうち熱交換器２０ａ側が吸熱面となり、ヒートシンク７３側が加熱面となる。そして、図１７の矢印が示すように電池セル１１ａ，１１ｂの熱が熱電変換素子３０ａを介してヒートシンク７３に伝導する。そして、ヒートシンク７３に伝導した熱は周囲の空気中に放出される。なお、本実施形態において、電流の方向を変えることが可能であれば、Ｈブリッジ回路に限定されない。以下、同様である。

　ここで、ヒートシンク７３には直列接続された複数の熱電素子８１が貼り付けられている。それぞれの熱電素子８１のうちヒートシンク７３側の接触面は、ヒートシンク７３より受熱して温度が上昇する。一方、それぞれの熱電素子８１のうちヒートシンク７３と反対側の面はヒートシンク７４により冷却され、温度が低下する。そのため、それぞれの熱電素子８１の両面の間には温度差が生じる。当該温度差によりそれぞれの熱電素子８１の出力線には起電圧が発生する。そして、直列接続された複数の熱電素子８１の出力電圧は、絶縁型のＤＣＤＣコンバータ８２に入力される。そして、ＤＣＤＣコンバータ８２の出力電力により補機バッテリ８３が充電される。これにより、高電圧から補機電圧にダウンコンバートする電力を軽減することができるため、電費の向上につながる。

　次に、電池セル１１の昇温について説明する。図１８を参照して、Ｈブリッジ回路のうちスイッチＳＷ２ａ及びスイッチＳＷ３ａが制御装置４０によりオン状態に切り替えられ、スイッチＳＷ１ａ及びスイッチＳＷ４ａが制御装置４０によりオフ状態に切り替えられると、当該Ｈブリッジ回路に対応する熱電変換素子３０ａの電力線（実線）にプラスの電力が供給され、電力線（破線）にマイナスの電力が供給される。すなわち、加熱時の電力の向きと冷却時の電力の向きとは互いに逆となる。このとき、熱電変換素子３０ａのうち熱交換器２０ａ側が加熱面となり、ヒートシンク７３側が吸熱面となる。そして、図１８の矢印が示すようにヒートシンク７３の熱が熱電変換素子３０ａを介して熱交換器２０ａに伝導する。熱交換器２０ａに伝導した熱により電池セル１１ａが加熱されて、電池セル１１ａの温度が上がる。

　ここで、ヒートシンク７３に貼り付けられた複数の熱電素子８１のうちヒートシンク７３側の接触面はヒートシンク７３により冷却されて温度が低下する。一方、それぞれの熱電素子８１のうちヒートシンク７３とは反対側の面はヒートシンク７４が周囲の空気から吸熱することにより加熱され、温度が上昇する。そのため、それぞれの熱電素子８１の両面の間には温度差が生じる。この温度差によりそれぞれの熱電素子８１の出力線には起電圧が発生する。ただし、起電圧の極性は、通常は電池セル１１の冷却時とは逆となる。電池セル１１の冷却時と同様、直列接続された複数の熱電素子８１の出力電圧は、絶縁型のＤＣＤＣコンバータ８２に入力される。その後については、冷却時と同様である。ただし、電池セル１１の冷却時と昇温時とでは熱電素子８１の出力電圧の極性は互いに逆となるが、図１８のようにＤＣＤＣコンバータ８２の前段にダイオードブリッジ回路８４が備えられることにより両者の極性を揃えることができる。

　以上、制御装置４０が熱電変換素子３０ａを制御する場合を例に電池セル１１の冷却及び昇温を説明したが、本開示はこれに限定されない。制御装置４０が熱電変換素子３０ａ以外の熱電変換素子３０ｂ乃至３０ｈを制御する場合、制御装置４０は、対応するＨブリッジ回路のうちスイッチＳＷ１ｂ乃至ＳＷ１ｈ，ＳＷ２ｂ乃至ＳＷ２ｈ，ＳＷ３ｂ乃至ＳＷ３ｈ，ＳＷ４ｂ乃至ＳＷ４ｈを上述した方法と同様に制御すればよい。これにより、それぞれの熱電変換素子３０ｂ乃至３０ｈに対応する電池セル１１ｃ乃至１１ｐが冷却又は昇温される。

　最後に、電池セル１１の温度均等化について説明する。制御装置４０は、それぞれの電池セル１１の温度が目標温度範囲に収まるように熱電変換素子３０の通電量及び通電方向（正負）を制御する。制御装置４０は、目標温度範囲を上回っている電池セル１１に対してＨブリッジ回路のうちスイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ４をオン状態とする。これにより、図１９に示されるように熱電変換素子３０の駆動電流が正となるため、熱電変換素子３０のうち熱交換器２０側が吸熱面となり、ヒートシンク７３側が加熱面となり、目標温度範囲を上回っている電池セル１１が冷却される。一方、制御装置４０は、目標温度範囲を下回っている電池セル１１に対してＨブリッジ回路のうちスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３をオン状態とする。これにより、図２０に示されるように熱電変換素子３０の駆動電流が負となるため、熱電変換素子３０のうち熱交換器２０側が加熱面となり、ヒートシンク７３側が吸熱面となるため、目標温度範囲を下回っている電池セル１１が加熱される。なお、熱電変換素子３０の駆動電流はＰＷＭ駆動により制御される。

　目標温度範囲を上回っている電池セル１１と目標温度範囲を下回っている電池セル１１とが混在している場合、図２１に示されるように制御装置４０は、熱電変換素子３０の通電量及び通電方向（正負）を個別に制御する。図２２も参照して、例えば電池セル１１ａ，１１ｂを昇温し、電池セル１１ｃ，１１ｄを冷却する場合について考える。ここでは、それぞれの熱電変換素子３０ａ乃至３０ｈに接続されるヒートシンク７３が共有（一体化）されているものとする。これにより、例えば熱交換器２０ｂのうち熱電変換素子３０ｂ側の加熱面の熱がヒートシンク７３に伝導する一方で、熱交換器２０ａのうち熱電変換素子３０ａ側の吸熱面がヒートシンク７３から熱を吸収することができる。そのため、より少ない熱損失により電池セル１１ａ乃至１１ｄの温度を均等化することができる。

　（２－２．制御装置の動作例）
　本実施形態に係る制御装置４０の動作例のうち第１の実施の形態と異なる点は以下のとおりである。すなわち、電池セル１１の温度が目標温度範囲を上回っていると判定部４３により判定された場合、制御部４５は、目標温度範囲を上回っている電池セル１１の温度が目標温度範囲に収まるように、Ｈブリッジ回路のうちスイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ４をオン状態とし、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３をオフ状態とする。このとき、制御部４５は、算出部４４により算出された電池セル１１の温度の目標温度範囲からのずれ量に基づいて、熱電変換素子３０の通電量を適宜に制御する。

　一方、電池セル１１の温度が目標温度範囲を下回っていると判定部４３により判定された場合、制御部４５は、電池セル１１の温度が目標温度範囲に収まるように、Ｈブリッジ回路のうちスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３をオン状態とし、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ４をオフ状態とする。このとき、制御部４５は、算出部４４により算出された電池セル１１の温度の目標温度範囲からのずれ量に基づいて、熱電変換素子３０の通電量を適宜に制御する。

　以上述べたように、本実施形態に係る電池システム１００は、第１の実施の形態と以下の点が主に異なる。すなわち、複数の電池セル１１のそれぞれの外装体は、第１の主表面Ｓ１と第１の主表面Ｓ１に対向する第２の主表面Ｓ２とを含む。また、熱交換器２０は、複数の電池セル１１のうち対応する第１の電池セルの第１の主表面Ｓ１及び複数の電池セル１１のうち対応する第２の電池セルの第２の主表面Ｓ２に熱的に接触する。また、制御装置４０は、複数の電池セル１１の温度に基づいて、複数の熱電変換素子３０の通電方向をさらに制御する。また、複数の熱交換器２０は、車高方向Ｚに垂直な方向（Ｘ又はＹ）に沿って、且つ、通電方向に応じた方向に熱を移動させる。

　かかる構成によれば、熱電変換素子３０の通電方向の制御もさらに行われるため、１つの熱電変換素子３０が冷却及び昇温の機能を兼ね備えることになり、電池セル１１の冷却及び昇温を任意に選択することができる。その結果、熱交換器２０及び熱電変換素子３０の数を第１の実施の形態よりも削減することができるため、よりコンパクトな電池システム１００を低コストで提供することができる。

　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、各構成部又は各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

　なお、本開示の技術は、上述した実施形態に記載された制御装置４０を備えた車両１、制御装置４０が実行する制御方法、コンピュータを上述した制御装置４０として機能させるコンピュータプログラム、及び当該コンピュータプログラムを記録した非一時的な有形の記録媒体としても実現することができる。

１：車両、１００：電池システム、１０：組電池、１１：電池セル、１５：プレッシャープレート、２０：熱交換器、２１：冷却用熱交換器、２２：加熱用熱交換器、３０：熱電変換素子、３１：冷却用熱電変換素子、３２：加熱用熱電変換素子、４０：制御装置、４１：処理部、４２：取得部、４３：判定部、４４：算出部、４５：制御部、４６：記憶部、７０：熱吸収体、８０：回収装置
 

Claims (5)

1. 　扁平状の形状を有する外装体に電極及び電解質を含む電池材料が封止されたパウチ型の複数の電池セルが積層されてなる組電池と、
   　扁平状の形状を有する複数の熱交換器であって、前記複数の熱交換器のそれぞれは、前記複数の電池セルのうち対応する電池セルの間に配置され、且つ、前記対応する電池セルと熱交換する、複数の熱交換器と、
   　複数の熱電変換素子であって、前記複数の熱電変換素子のそれぞれは、前記複数の熱交換器のうち対応する熱交換器に接続される、複数の熱電変換素子と、
   　前記複数の電池セルの温度に基づいて、前記複数の熱電変換素子のそれぞれの通電量を制御する制御装置と、
   　を備える、電池システム。
2. 　前記複数の電池セルのそれぞれの前記外装体は、第１の主表面と前記第１の主表面に対向する第２の主表面とを含み、
   　前記複数の熱交換器は、複数の冷却用熱交換器と複数の加熱用熱交換器とを含み、
   　前記複数の冷却用熱交換器のうち対応する冷却用熱交換器の主表面が前記外装体の前記第１の主表面に熱的に接触し、且つ、前記熱電変換素子の吸熱面が前記対応する冷却用熱交換器に熱的に接触し、
   　前記複数の加熱用熱交換器のうち対応する加熱用熱交換器の主表面が前記外装体の前記第２の主表面に熱的に接触し、且つ、前記熱電変換素子の加熱面が前記対応する加熱用熱交換器に熱的に接触し、
   　前記複数の熱交換器は、車高方向の下側から上側に向かって熱を移動させる、
   　請求項１に記載の電池システム。
3. 　前記複数の電池セルのそれぞれの前記外装体は、第１の主表面と前記第１の主表面に対向する第２の主表面とを含み、
   　前記熱交換器は、前記複数の電池セルのうち対応する第１の電池セルの前記第１の主表面及び前記複数の電池セルのうち対応する第２の電池セルの前記第２の主表面に熱的に接触し、
   　前記制御装置は、前記複数の電池セルの前記温度に基づいて、前記複数の熱電変換素子の通電方向をさらに制御し、
   　前記複数の熱交換器は、車高方向に垂直な方向に沿って、且つ、前記通電方向に応じた方向に熱を移動させる、
   　請求項１に記載の電池システム。
4. 　前記複数の電池セルの積層方向に沿った荷重を前記組電池の両端から加えるプレッシャープレートをさらに備える、
   　請求項１に記載の電池システム。
5. 　前記熱電変換素子に接続された熱吸収体と、
   　前記熱吸収体に吸収された熱を電力として回収する回収装置と、
   　をさらに備える、請求項１に記載の電池システム。