JP2007012768A - 熱電発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度センサを設けることなく、熱電変換器の発生電力を有効に取り出すことができるようにすることを目的とする。
【解決手段】 熱電モジュールの出力を調整するためのスイッチング素子がオン状態の時の短絡電流Ｉｓを検出して、短絡電流Ｉｓの１／２が目標動作電流となるようにスイッチング素子を制御して電力Ｐ１を計算する（１００〜１１０）。また、目標動作電流をΔＩ前後にずらした時の電力Ｐ２、Ｐ３を計算して、最大電力となる目標動作電流を設定して（１１２〜１３０）、設定した目標動作電流となるようにスイッチング素子のオンオフを制御する（１３２）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、熱電発電装置にかかり、特に、自動車の排気ガスの排気経路に発生する熱や各種熱などを利用して熱電素子を用いて発電する熱電発電装置に関する。

従来から自動車の排気ガスの排気経路やエンジン等の発熱部位に熱電素子等の熱電気変換器を設けて、熱電発電を行う熱電発電装置が提案されている。

例えば、特許文献１に記載の技術では、複数のＢｉＴｅ等で形成された熱電素子を自動車エンジンや工場の炉等の排ガス通路に配置し、この熱エネルギを電力に変換している。また、熱電素子部の高温側の温度と低温側温度を制御部で測定し、制御部が、この測定温度における熱電素子の出力特性から最適な出力となる電流値を決定して、対応する制御信号を電流制御回路に供給し、電流制御回路が熱電素子の発生電力を、制御信号に基づく電流値で取り出して、ＤＣ−ＤＣコンバータで必要な電圧に昇圧及び平滑化してバッテリ等を充電している。

すなわち、特許文献１に記載の技術では、熱電素子の高温側温度と低温側温度をセンサ等で検出して、出力特性テーブルを用いて熱電素子の電流の動作点を決定しており、これによって熱電素子の発生電力を有効に取り出すことが可能となる。
特開平６−２２５７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、温度検出のための温度センサが必要となり、温度センサは数百度を超える温度を検出する必要があり、高価なものとなってしまう、という問題がある。

また、熱電素子の高温側温度と低温側温度を正確に測定するには、センサを素子面近くに配置する必要があり、センサの搭載が極めて困難である、という問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、温度センサを設けることなく、熱電変換器の発生電力を有効に取り出すことができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、熱を電力に変換して出力する熱電変換器と、前記熱電変換器から出力される電力の調整を行うためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子がオフ状態の時の前記熱電変換器の開放電圧、前記スイッチング素子がオン状態の時の前記熱電変換器の短絡電流、又は前記スイッチング素子をオンオフ制御した時の前記熱電変換器の平均短絡電流又は平均開放電圧を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記熱電変換器の動作電流を演算する演算手段と、前記熱電変換器の出力が前記動作電流となるように前記スイッチング素子を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、熱電変換器では、熱を電力に変換して出力する。例えば、熱電変換器としては、公知の熱電素子を適用することができるが、複数の熱電素子を組み合わせて構成してもよい。

スイッチング素子は、熱電変換器から出力される電力の調整が行われる。すなわち、スイッチング素子のオンオフに応じて熱電変換器から出力される電力が調整される。

また、検出手段では、スイッチング素子がオフ状態の時の熱電変換器の開放電圧、スイッチング素子がオン状態の時の熱電変換器の短絡電流、又はスイッチング素子をオンオフ制御した時の熱電変換器の平均短絡電流又は平均開放電圧が検出され、演算手段では、検出手段の検出結果に基づいて、熱電変換器の動作電流が演算される。

熱電変換器の出力特性は、例えば、図２に示す熱電モジュールの出力特性のように、短絡電流の半分の電流値で最高出力となるので、演算手段は、請求項３に記載の発明のように、検出手段が短絡電流を検出する場合には、短絡電流の半分の値を動作電流として演算する。

また、検出手段が開放電圧を検出する場合には、演算手段は、検出された開放電圧に対応する上述の短絡電流の半分の値を動作電流として予めマップ等として記憶しておけば、開放電圧に基づいて動作電流を演算することができる。すなわち、請求項２に記載の発明のように、演算手段は、検出手段が熱電変換器の開放電圧を検出する場合に、検出された開放電圧に対応する動作電流が予め定められたマップを用いて、動作電流を演算するようにしてもよい。

また、検出手段がスイッチング素子のオンオフをデューティ制御した時の熱電変換器の平均短絡電流又は平均開放電圧を検出する場合には、演算手段は、検出された平均短絡電流に対応する上述の短絡電流の半分の値を動作電流として予めマップ等として記憶しておけば、平均短絡電流に基づいて動作電流を演算することができ、同様に、平均開放電圧に対応する上述の短絡電流の半分の値を動作電流として予めマップ等として記憶しておけば、平均開放電圧に基づいて動作電流を演算することができる。すなわち、請求項４に記載の発明のように、演算手段は、検出手段が平均短絡電流を検出する場合に、検出された平均短絡電流又は平均開放電圧に対応する動作電流が予め定められたマップを用いて、動作電流を演算するようにしてもよい。

そして、制御手段では、熱電変換器の出力が演算手段によって演算された動作電流となるようにスイッチング素子が制御される。従って、このように制御することによって、熱電変換器の出力を最適にすることができ、温度センサを設けることなく、熱電変換器の発生電力を有効に取り出すことができる。

また、検出手段がスイッチング素子をオンオフ制御した時の熱電変換器の平均短絡電流又は平均開放電圧を検出する場合には、スイッチング素子がオンオフ制御されるので、スイッチング素子がオンの時の短絡電流を小さくすることができ、平均短絡電流又は平均開放電圧を検出する際に、電流測定系のダイナミックレンジを大きくとる、或いは電流の流れる配線容量に余裕を持つ等の配慮が不要となる。

なお、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の発明は、請求項５に記載の発明のように、演算手段によって演算された動作電流を予め定めた値だけ変更した時の電力を算出して、算出した電力が最大値となる電流値を動作電流に変更する変更手段を更に備えるようにしてもよい。このように変更手段を更に備えることによって、熱電変換器の温度変化などによって熱電変換器の特性が変化しても、常に熱電変換器の出力を最適にすることができる。

以上説明したように本発明によれば、熱電変換器から出力される電力の調整を行うためのスイッチング素子がオフ状態の時の熱電変換器の開放電圧、スイッチング素子がオン状態の時の熱電変換器の短絡電流、又はスイッチング素子をオンオフ制御した時の熱電変換器の平均短絡電流を検出し、検出した開放電圧、短絡電流又は平均短絡電流に基づいて熱電変換器の動作電流を演算してスイッチング素子を制御することで、温度センサを設けることなく、熱電変換器の発生電力を有効に取り出すことができる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係わる熱電発電装置の構成を示す図である。

本発明の第１実施形態に係わる熱電発電装置１０は、熱を電力に変化する本発明の熱電発電器としての熱電発電モジュール１２を備えている。熱電モジュール１２は、熱を電力に変換する複数の熱電素子を複数組み合わせて構成されており、例えば、自動車の排気ガスの排気経路やエンジン等の熱を発生する部分に設け、自動車の排気ガスやエンジン等の発熱体の熱を電力に変換する。

熱電モジュール１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４のトランスの一次側に接続されており、熱電モジュール１２で発生した電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１４のトランスの一次側に入力されるようになっている。なお、本実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、一般的なフライバック式のものを用いた例を説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、フォワード型のものを用いるようにしてもよい。また、本実施形態では、熱電モジュール１２の出力電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１４に供給する例を説明するが、熱電モジュール１２の出力電力を他の装置等に供給するようにしてもよい。

熱電モジュール１２とＤＣ−ＤＣコンバータ１４間には、ＦＥＴで構成されたスイッチング素子Ｓ０が設けられている。スイッチング素子Ｓ０のソースは熱電モジュール１２側に接続され、ドレインはＤＣ−ＤＣコンバータ１４のトランスの一次側に接続され、ゲートは熱電発電装置１０を制御するコントローラ１６に接続されている。すなわち、熱電モジュール１２で発生してＤＣ−ＤＣコンバータ１４のトランスの一次側に入力される電力は、コントローラ１６によってスイッチング素子Ｓ０のオンオフを制御することで制御される。換言すれば、コントローラ１６によってスイッチング素子Ｓ０のオンオフを制御することで、熱電モジュール１２からの出力電流を制御することができる。

熱電モジュール１２とＤＣ−ＤＣコンバータ１４との間には、コンデンサＣ０が熱電モジュール１２とＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して並列に接続されている。

また、熱電モジュール１２から出力される電流を測定するための電流センサ１８が接続されており、電流センサ１８の検出結果がコントローラ１６に入力されるようになっている。

更に、熱電モジュール１２とＤＣ−ＤＣコンバータ１４との間には、直列に接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２を含む電圧検出回路２０が接続されており、該電圧検出回路２０によって熱電モジュール１２の電圧が検出されて、コントローラ１６に入力されるようになっている。

一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の二次側には、バッテリ２２が接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４のトランスの一次側に入力された電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１４によって昇圧または降圧してバッテリ２２に供給するようになっている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１４とバッテリ２２間には、バッテリ２２へ供給する電力を整流するためのダイオードＤが接続されている。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４とバッテリ２２間には、リップルによる脈動を抑えてＤＣ−ＤＣコンバータ１４の出力を平滑化するためのコンデンサＣが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４とバッテリ２２に対して並列に接続されている。

図２は、熱電モジュール１２の出力特性を示す図である。

熱電モジュール１２は、スイッチング素子Ｓ０をターンオンした時には、図２に示すように、熱電モジュール１２の短絡電流Ｉｓ（電圧はゼロ）となる。また、熱電モジュール１２には内部抵抗があるため、図２に示すように、短絡電流のほぼ１／２の電流で最大出力の電力となる。

続いて、上述のように構成された熱電発電装置１０のコントローラ１６で行われる処理について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係わる熱電発電装置１０のコントローラ１６で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まずステップ１００では、スイッチング素子Ｓ０がオンされてステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、短絡電流Ｉｓが検出される。すなわち、スイッチング素子Ｓ０がオンされた状態で電流センサ１８によって検出された検出値を短絡電流Ｉｓとして検出する。

続いて、ステップ１０４では、スイッチング素子Ｓ０がオフされてステップ１０６へ移行し、目標動作電流Ｉｔｇｔとなるようにスイッチング素子Ｓ０のオンオフが制御される。目標動作電流Ｉｔｇｔは、図２に示すように、熱電モジュール１２の特性がＩｓ／２の時に最大出力となるので、Ｉｓ／２を目標動作電流Ｉｔｇｔに設定する。

次に、ステップ１０８では、Ｔ１時間経過したか否か判定される。該判定は、目標動作電流Ｉｔｇｔを設定してから熱電モジュール１２が応答するために必要な時間Ｔ１経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ１１０へ移行する。

ステップ１１０では、目標動作電流Ｉｔｇｔの時の熱電モジュール１２の電圧が電圧検出回路２０によって検出され、検出された電圧から電力（Ｐ１＝Ｉｔｇｔ×ΔＩ）が計算されて、算出された電力Ｐ１がコントローラ１６に記憶されれる。

続いて、ステップ１１２では、動作電流が予め定めた値（ΔＩ）大きくなるように動作電流が変更される。すなわち、動作電流Ｉｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ＋ΔＩとなる。

ステップ１１４では、Ｔ１時間経過したか否か判定される。該判定は、目標動作電流Ｉｔｇｔを設定してから熱電モジュール１２が応答するために必要な時間Ｔ１経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ１１６へ移行する。

ステップ１１６では、変更された目標動作電流Ｉｔｇｔの時の熱電モジュール１２の電圧が電圧検出回路２０によって検出され、検出された電圧から電力（Ｐ２＝Ｉｔｇｔ×ΔＩ）が計算されて、算出された電力Ｐ２がコントローラ１６に記憶されれる。

次に、ステップ１１８では、動作電流が予め定めた値（２ΔＩ）小さくなるように動作電流が変更される。すなわち、動作電流Ｉｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ−２ΔＩとなる。

ステップ１２０では、Ｔ１時間経過したか否か判定される。該判定は、目標動作電流Ｉｔｇｔを設定してから熱電モジュール１２が応答するために必要な時間Ｔ１経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ１２２へ移行する。

ステップ１２２では、変更された目標動作電流Ｉｔｇｔの時の熱電モジュール１２の電圧が電圧検出回路２０によって検出され、検出された電圧から電力（Ｐ３＝Ｉｔｇｔ×ΔＩ）が計算されて、算出された電力Ｐ３がコントローラ１６に記憶される。

次に、ステップ１２４では、上述のように算出されてコントローラ１６に記憶された電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を比較してＰ１が最も大きい値か否か判定され、該判定が肯定された場合にはステップ１２６へ移行して、目標動作電流ＩｔｇｔをＩｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ＋ΔＩに設定してステップ１３２へ移行する。

一方、ステップ１２４の判定が否定された場合にはステップ１２８へ移行して、電力Ｐ３が電力Ｐ２より大きいか否か判定され、該判定が肯定された場合には、目標動作電流Ｉｔｇｔを現在の値のままとして、ステップ１３２へ移行する。

また、ステップ１２８の判定が否定された場合にはステップ１３０へ移行して、目標動作電流ＩｔｇｔをＩｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ＋Δ２Ｉに設定してステップ１３２へ移行する。

そして、ステップ１３２では、設定された目標動作電流Ｉｔｇｔとなるようにスイッチング素子Ｓ０のオンオフが制御され、ステップ１０８に戻って上述の処理が繰り返される。なお、一連の処理の終了は、例えば、イグニッションスイッチがオフされた時等に終了される。

すなわち、熱電モジュール１２の特性は、上述したように短絡電流Ｉｓの１／２で最大出力となるが、熱電モジュール１２の熱による劣化等によって最大出力が若干変化する。そこで、本実施形態では、目標動作電流ＩｔｇｔがＩｓ／２の時の電力Ｐ１を算出すると共に、目標動作電流をＩｓ／２からΔＩ分前後させた時の電力Ｐ２、Ｐ３を算出しており、これによって電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の関係は、図４に示すように、右肩上がりの部分にある場合と、熱電モジュール１２の最高出力付近にある場合と、左肩下がりの部分にある場合の３種類の場合となるので、それぞれの場合の最大出力となる目標動作電流を設定するしている。従って、熱電モジュール１２の熱劣化等が発生しても最適な動作電流で熱電モジュール１２を動作させることができる。

また、短絡電流Ｉｓの１／２を求めることで、熱電モジュール１２の最大出力となる目標動作電流に容易に近づかせることができるので、短時間に最適な動作電流を求めることができる。そして、これによって、熱電モジュール１２の発電特性に高速に追従させることができる。また、高速追従させることができることによって、熱電モジュール１２の平熱時の回収効率を向上することができる。

さらに、高価な温度センサを用いることなく最適な動作電流を求めることができるので、低コスト化を実現することができると共に、自動車への搭載性を向上することができる。
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態に係わる熱電発電装置について説明する。

本発明の第２実施形態に係わる熱電発電装置の基本構成は、第１実施形態と同一であるため詳細な説明を省略する。

第１実施形態では、熱電モジュール１２の短絡電流Ｉｓを測定して、目標動作電流を設定するようにしたが、第２実施形態では、短絡電流Ｉｓを測定する際に、スイッチング素子Ｓ０をデューティ制御するようにしたものである。

図５は、本発明の第２実施形態に係わる熱電発電装置１０のコントローラ１６で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まずステップ２００では、スイッチング素子Ｓ０がデューティ比Ａ％で作動されてステップ２０２へ移行する。なお、本実施形態では、デューティ比は５０％とするが、これに限るものではない。

ステップ２０２では、平均電流Ｉが検出される。すなわち、スイッチング素子Ｓ０がデューティ比Ａ％で作動されることにより、短絡と開放とが交互に行われるので、電流センサ１８によって検出される検出値の平均値が検出される。

続いて、ステップ２０４では、最適動作電流Ｉｔが算出されてステップ２０６へ移行する。最適動作電流Ｉｔの算出は、図６に示すように、平均電流Ｉに対する最適動作電流Ｉｔの特性をデューティ比毎にマップとしてコントローラ１６に予め記憶しておき、当該マップから最適動作電流Ｉｔを算出する。マップにおける最適動作電流は、スイッチング素子Ｓ０をデューティ制御した場合に検出される平均電流Ｉに対応する第１実施形態における短絡電流Ｉｓの１／２の値である。

ステップ２０６では、目標動作電流Ｉｔｇｔが算出した最適動作電流Ｉｔに設定される。

次に、ステップ２０８では、Ｔ１時間経過したか否か判定される。該判定は、目標動作電流Ｉｔｇｔを設定してから熱電モジュール１２が応答するために必要な時間Ｔ１経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ２１０へ移行する。

ステップ２１０では、目標動作電流Ｉｔｇｔの時の熱電モジュール１２の電圧が電圧検出回路２０によって検出され、検出された電圧から電力（Ｐ１＝Ｉｔｇｔ×ΔＩ）が計算されて、算出された電力Ｐ１がコントローラ１６に記憶されれる。

続いて、ステップ２１２では、動作電流が予め定めた値（ΔＩ）大きくなるように動作電流が変更される。すなわち、動作電流Ｉｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ＋ΔＩとなる。

ステップ２１４では、Ｔ１時間経過したか否か判定される。該判定は、目標動作電流Ｉｔｇｔを設定してから熱電モジュール１２が応答するために必要な時間Ｔ１経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ２１６へ移行する。

ステップ２１６では、変更された目標動作電流Ｉｔｇｔの時の熱電モジュール１２の電圧が電圧検出回路２０によって検出され、検出された電圧から電力（Ｐ２＝Ｉｔｇｔ×ΔＩ）が計算されて、算出された電力Ｐ２がコントローラ１６に記憶されれる。

次に、ステップ２１８では、動作電流が予め定めた値（２ΔＩ）小さくなるように動作電流が変更される。すなわち、動作電流Ｉｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ−２ΔＩとなる。

ステップ２２０では、Ｔ１時間経過したか否か判定される。該判定は、目標動作電流Ｉｔｇｔを設定してから熱電モジュール１２が応答するために必要な時間Ｔ１経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ２２２へ移行する。

ステップ２２２では、変更された目標動作電流Ｉｔｇｔの時の熱電モジュール１２の電圧が電圧検出回路２０によって検出され、検出された電圧から電力（Ｐ３＝Ｉｔｇｔ×ΔＩ）が計算されて、算出された電力Ｐ３がコントローラ１６に記憶される。

次に、ステップ２２４では、上述のように算出されてコントローラ１６に記憶された電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を比較してＰ１が最も大きい値か否か判定され、該判定が肯定された場合にはステップ２２６へ移行して、目標動作電流ＩｔｇｔをＩｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ＋ΔＩに設定してステップ２３２へ移行する。

一方、ステップ２２４の判定が否定された場合にはステップ２２８へ移行して、電力Ｐ３が電力Ｐ２より大きいか否か判定され、該判定が肯定された場合には、目標動作電流Ｉｔｇｔを現在の値のままとして、ステップ２３２へ移行する。

また、ステップ２２８の判定が否定された場合にはステップ２３０へ移行して、目標動作電流ＩｔｇｔをＩｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ＋Δ２Ｉに設定してステップ２３２へ移行する。

そして、ステップ２３２では、設定された目標動作電流Ｉｔｇｔとなるようにスイッチング素子Ｓ０のオンオフが制御され、ステップ２０８に戻って上述の処理が繰り返される。なお、一連の処理の終了は、例えば、イグニッションスイッチがオフされた時等に終了される。

このように、第２実施形態では、第１実施形態に対して最初の４ステップ（ステップ２００〜２０６）が異なるのみであり、第２実施形態ではスイッチング素子Ｓ０をデューティ制御している。このように制御しても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ０をデューティ制御した時の平均電流で目標動作電流を決定しているので、第１実施形態に比べてより動作電流を小さくできる。すなわち、第１実施形態では、短絡電流Ｉｓを検出する際には、電流値が大きいため電流測定系のダイナミックレンジを大きくとる、或いは電流の流れる配線容量に余裕を持つ等の配慮が必要であったが、第２実施形態では、スイッチング素子Ｓ０をデューティ制御することで、この問題を解決することができる。
［第３実施形態］
続いて、本発明の第３実施形態に係わる熱電発電装置について説明する。

本発明の第３実施形態に係わる熱電発電装置の基本構成は、第１実施形態と同一であるため詳細な構成の説明を省略する。

第１実施形態では、熱電モジュール１２の短絡電流Ｉｓを測定して、目標動作電流を設定するようにしたが、第３実施形態では、熱電モジュール１２の開放電圧を測定し、開放電圧に基づいて目標動作電流を設定するようになっている。

詳細には、熱電モジュール１２は、ある温度差ΔＴを与えると発電する。この時の電流に対する電圧及び電力特性は、温度差ΔＴ毎に変化する特性となり、図７（Ａ）に示すようになる。例えば、図７（Ａ）に示すように、温度差が変化する毎に開放電圧がＶ１〜Ｖ４となり、それぞれの開放電圧に対応する短絡電流がＩ１〜Ｉ４となる。

そこで、本実施形態では、図７（Ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｓ０を開放した時の開放電圧Ｖｉｎ−ｏｃｖに対する初期動作電流Ｉｉｎｉｔをマップとしてコントローラ１６に記憶し、記憶されたマップを用いて、開放電圧Ｖｉｎ−ｏｃｖから初期電流Ｉｉｎｉｔを求めるようになっている。なお、初期電流Ｉｉｎｉｔは、第１実施形態における短絡電流Ｉｓの１／２に対応する値である。

図８は、本発明の第３実施形態に係わる熱電発電装置１０のコントローラ１６で行われる処理の流れの一例を示す図である。

まずステップ３００では、スイッチング素子Ｓ０がオフされてステップ３０２へ移行する。

ステップ３０２では、コントローラに入力される開放電圧（Ｖｉｎ−ｏｃｖ）が検出されてステップ３０４へ移行する。

ステップ３０４では、初期動作電流Ｉｉｎｉｔが算出されてステップ３０６へ移行する。初期動作電流Ｉｉｎｉｔは、上述したように、コントローラ１６に記憶されたマップから求めることができる。

ステップ３０６では、目標動作電流Ｉｔｇｔが算出した初期動作電流Ｉｉｎｉｔに設定される。

次に、ステップ３０８では、Ｔ１時間経過したか否か判定される。該判定は、目標動作電流Ｉｔｇｔを設定してから熱電モジュール１２が応答するために必要な時間Ｔ１経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ３１０へ移行する。

ステップ３１０では、目標動作電流Ｉｔｇｔの時の熱電モジュール１２の電圧が電圧検出回路２０によって検出され、検出された電圧から電力（Ｐ１＝Ｉｔｇｔ×ΔＩ）が計算されて、算出された電力Ｐ１がコントローラ１６に記憶されれる。

続いて、ステップ３１２では、動作電流が予め定めた値（ΔＩ）大きくなるように動作電流が変更される。すなわち、動作電流Ｉｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ＋ΔＩとなる。

ステップ３１４では、Ｔ１時間経過したか否か判定される。該判定は、目標動作電流Ｉｔｇｔを設定してから熱電モジュール１２が応答するために必要な時間Ｔ１経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ３１６へ移行する。

ステップ３１６では、変更された目標動作電流Ｉｔｇｔの時の熱電モジュール１２の電圧が電圧検出回路２０によって検出され、検出された電圧から電力（Ｐ２＝Ｉｔｇｔ×ΔＩ）が計算されて、算出された電力Ｐ２がコントローラ１６に記憶されれる。

次に、ステップ３１８では、動作電流が予め定めた値（２ΔＩ）小さくなるように動作電流が変更される。すなわち、動作電流Ｉｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ−２ΔＩとなる。

ステップ３２０では、Ｔ１時間経過したか否か判定される。該判定は、目標動作電流Ｉｔｇｔを設定してから熱電モジュール１２が応答するために必要な時間Ｔ１経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ３２２へ移行する。

ステップ３２２では、変更された目標動作電流Ｉｔｇｔの時の熱電モジュール１２の電圧が電圧検出回路２０によって検出され、検出された電圧から電力（Ｐ３＝Ｉｔｇｔ×ΔＩ）が計算されて、算出された電力Ｐ３がコントローラ１６に記憶される。

次に、ステップ３２４では、上述のように算出されてコントローラ１６に記憶された電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を比較してＰ１が最も大きい値か否か判定され、該判定が肯定された場合にはステップ３２６へ移行して、目標動作電流ＩｔｇｔをＩｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ＋ΔＩに設定してステップ３３２へ移行する。

一方、ステップ３２４の判定が否定された場合にはステップ３２８へ移行して、電力Ｐ３が電力Ｐ２より大きいか否か判定され、該判定が肯定された場合には、目標動作電流Ｉｔｇｔを現在の値のままとして、ステップ３３２へ移行する。

また、ステップ３２８の判定が否定された場合にはステップ３３０へ移行して、目標動作電流ＩｔｇｔをＩｔｇｔ＝Ｉｔｇｔ＋Δ２Ｉに設定してステップ３３２へ移行する。

そして、ステップ３３２では、設定された目標動作電流Ｉｔｇｔとなるようにスイッチング素子Ｓ０のオンオフが制御され、ステップ３０８に戻って上述の処理が繰り返される。なお、一連の処理の終了は、例えば、イグニッションスイッチがオフされた時等に終了される。

このように第３実施形態では、第１実施形態に対して最初の４ステップ（ステップ３００〜３０６）が異なるのみであり、第３実施形態ではスイッチング素子Ｓ０を開放した時の開放電圧に基づいて目標動作電流を設定するようにしている。このように制御しても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第２実施形態では、スイッチング素子Ｓ０をデューティ制御した時の平均短絡電流を検出して、熱電モジュールの動作電流を演算するようにしたが、第３実施形態のように、開放電圧を検出するようにしてもよい。すなわち、第２実施形態のように、スイッチング素子Ｓ０をデューティ制御した時の平均開放電圧を検出して、平均開放電圧に対する最適動作電流の特性をマップとしてコントローラ１６に予め記憶しておき、当該マップから検出した平均開放電圧に対応する最適電流を算出するようにしてもよい。この時の最適動作電流は、スイッチング素子Ｓ０をデューティ制御した場合に検出される平均開放電圧に対応する第１実施形態における短絡電流の１／２の値である。

本発明の第１実施形態に係わる熱電発電装置の構成を示す図である。 熱電モジュールの出力特性を示す図である。 本発明の第１実施形態に係わる熱電発電装置のコントローラで行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係わる熱電発電装置において、熱電モジュールの目標動作電流の設定を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係わる熱電発電装置のコントローラで行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 デューティ比毎の平均電流Ｉに対する最適動作電流Ｉｔの特性を示すグラフである。 （Ａ）は温度差に応じて変化する熱電モジュールの特性を示す図であり、（Ｂ）は熱電モジュールの開放電圧Ｖｉｎ−ｏｃｖに対する初期電流Ｉｉｎｉｔの関係を示す図である。 本発明の第３実施形態に係わる熱電発電装置のコントローラで行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 熱電発電装置
１２ 熱電モジュール
１４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１６ コントローラ
１８ 電流センサ
２０ 電圧検出回路
Ｓ０ スイッチング素子

Claims (5)

1. 熱を電力に変換して出力する熱電変換器と、
   前記熱電変換器から出力される電力の調整を行うためのスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子がオフ状態の時の前記熱電変換器の開放電圧、前記スイッチング素子がオン状態の時の前記熱電変換器の短絡電流、又は前記スイッチング素子をオンオフ制御した時の前記熱電変換器の平均短絡電流又は平均開放電圧を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記熱電変換器の動作電流を演算する演算手段と、
   前記熱電変換器の出力が前記動作電流となるように前記スイッチング素子を制御する制御手段と、
   を備えた熱電発電装置。
2. 前記演算手段は、前記検出手段が前記熱電変換器の開放電圧を検出する場合に、検出された開放電圧に対応する前記動作電流が予め定められたマップを用いて、前記動作電流を演算することを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
3. 前記演算手段は、前記検出手段が前記短絡電流を検出する場合に、前記検出手段によって検出された前記短絡電流の半分の値を前記動作電流として演算することを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
4. 前記演算手段は、前記検出手段が前記平均短絡電流又は平均開放電圧を検出する場合に、前記検出手段によって検出された前記平均短絡電流又は平均開放電圧に対応する前記動作電流が予め定められたマップを用いて、前記動作電流を演算することを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
5. 前記演算手段によって演算された前記動作電流を予め定めた値だけ変更した時の電力を算出して、算出した電力が最大値となる電流値を動作電流に変更する変更手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の熱電発電装置。

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