JP2007014084A

JP2007014084A - 熱電発電装置

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Publication number: JP2007014084A
Application number: JP2005189764A
Authority: JP
Inventors: Jiro Tsuchiya; 次郎土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】熱電変換器の故障を検出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Ａ及びＢに対応して、ＤＣ−ＤＣコンバータＡ及びＢを設け、各熱電モジュール１２とＤＣ−ＤＣコンバータ１４の接続をスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２２によって切り替えて、各接続における熱電モジュール１２から出力される電力を電力計１８Ａ、１８Ｂで測定する。また、エンジンＥＣＵから車速を取得して車速に対応する各熱電モジュール１２の発電電力をコントローラ２０で推定し、検出した実電力と推定した電力とに基づいて、各スイッチに切り替えられた接続において熱電モジュール１２とＤＣ−ＤＣコンバータ１４の機能が正常か否かをコントローラ２０で判定し、接続を順次切り替えて各接続毎に熱電モジュール１２とＤＣ−ＤＣコンバータ１４の機能が正常か否かを判定して、各熱電モジュール１２と各ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の故障を判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱電発電装置にかかり、特に、熱電素子を用いて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、低温用熱電変換器と高温用熱電変換器を検出した温度に応じて切り替えることが提案されている。詳細には、自動車に排気経路の途中を２つに分割して、一方の分割経路に低温用の熱電変換器と温度センサを設け、他方の分割経路に高温用の熱電変換器と温度センサを設け、分割経路の分岐点に切り替えバルブを設けている。そして、各分割経路を流れる排ガスの温度を温度センサによって検出して、検出した温度に応じて切替バルブを切替えて、どちらか一方の熱電変換器によって発電を行っており、これによって、熱電変換器を損傷させずに、効率的に発電することができる。
特開平５−１９５７６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、複数の熱電変換器を検出温度に応じて切替えて使用しているが、熱電変換器の故障診断は行っていないので、熱電変換器が故障しているか否かを判断することができない、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、熱電変換器の故障を検出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、前記熱電変換器の実発電量を検出する検出手段と、前記熱電変換器が搭載された車両の走行状態を検出する走行状態検出手段の検出結果に基づいて、前記熱電変換器の発電量を推定する推定手段と、前記検出手段の検出結果及び前記推定手段の推定結果に基づいて、前記熱電変換器の故障を判断する判断手段と、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、熱が電力に変換されることで発電される。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。

検出手段では、熱電変換器の実発電量が検出され、推定手段では、熱電変換器が搭載された車両の走行状態を検出する走行状態検出手段の検出結果に基づいて、熱電変換器の発電量が推定される。例えば、推定手段は、車速に対応する熱電変換器の発電量のマップを予め定めておくことで、車速センサが検出した車速と、予め定めたマップから熱電変換器の発電量を推定することができる。

そして、判断手段では、検出手段の検出結果及び推定手段の推定結果に基づいて、熱電変換器の故障が判断される。例えば、判断手段は、検出手段によって検出された熱電変換器の実発電量と、推定手段によって推定された熱電変換器の推定発電量とを比較して、実発電量が推定発電量より小さい場合等では、熱電変換器が故障していると判断することができる。従って、熱電変換器の故障を検出することができる。

また、請求項２に記載の発明のように、熱電変換器から出力される電力を変圧する複数の変圧器と、熱電変換器と変圧器の各接続を切り替える切替手段と、を更に備えて、検出手段が、切替手段によって熱電変換器を何れかの変圧器に接続した時の接続された変圧器毎に実発電量を検出し、推定手段が、切替手段によって熱電変換器を何れかの変圧器に接続した時の接続された変圧器毎に発電量を推定し、判断手段が、検出手段の検出結果及び推定手段の推定結果に基づいて、複数の変圧器の故障を更に判断するようにしてもよい。すなわち、熱電変換器に接続する変圧器を切り替えて、それぞれの接続における実発電量と推定発電量とからそれぞれの接続が正常に機能しているか否かを判断することができる。

例えば、熱電変換器から出力される電力を変圧する２つの変圧器と、熱電変換器と変圧器の各接続を切り替える切替手段と、を更に備え、検出手段が、切替手段によって熱電変換器を一方の変圧器に接続した時の実発電量と、切替手段によって熱電変換器を他方の変圧器に接続した時の実発電量を検出し、推定手段が、切替手段によって熱電変換器を一方の変圧器に接続した時の発電量と、切替手段によって熱電変換器を他方の変圧器に接続した時の発電量を推定し、判断手段が、検出手段の検出結果及び推定手段の推定結果に基づいて、２つの変圧器の故障を更に判断するようにしてもよい。すなわち、一方の接続のみが正常に機能している場合には、他方の接続における変圧器が故障していると判断することができる。また、双方が正常に機能していない場合には、熱電変換器及び２つの変圧器が共に故障、或いは熱電変換器が故障していると判断することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、熱電変換器が、適応温度が異なる複数の熱電変換器からなると共に、複数の熱電変換器をから出力される電力を変換する変換器と、複数の熱電変換器と変圧器との接続を切り替える切替手段と、を更に備えて、検出手段が、、切替手段によって何れかの熱電変換器を変圧器に接続した時の各実発電量と、推定手段が、切替手段によって何れかの熱電変換器を変圧器に接続した時の各発電量を推定し、判断手段が、検出手段の検出結果及び推定手段の推定結果に基づいて、複数の熱電変換器の故障を判断するようにしてもよい。すなわち、変圧器を接続する熱電変換器を切り替えて、それぞれの接続における実発電量と推定発電量からそれぞれの接続が正常に機能しているか否かを判断することができる。

例えば、熱電変換器が、適応温度が異なる２つの熱電変換器からなると共に、２つの熱電変換器をから出力される電力を変換する変換器と、２つの熱電変換器と変圧器との接続を切り替える切替手段と、を更に備えて、検出手段が、切替手段によって一方の熱電変換器を変圧器に接続した時の実発電量と、切替手段によって他方の熱電変換器を変圧器に接続した時の実発電量を検出し、推定手段が、切替手段によって一方の熱電変換器を変圧器に接続した時の発電量と、切替手段によって他方の熱電変換器を変圧器に接続した時の発電量を推定し、判断手段が、検出手段の検出結果及び推定手段の推定結果に基づいて、２つの熱電変換器の故障を判断するようにしてもよい。すなわち、一方の接続のみが正常に機能している場合には、他方の接続における熱電変換器が故障していると判断することができる。また、双方が正常に機能していない場合には、２つの熱電変換器及び変圧器が共に故障、或いは変圧器が故障していると判断することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、熱電変換器が、適応温度が異なる複数の熱電変換器からなると共に、熱電変換器から出力される電力を変圧する複数の変圧器と、複数の熱電変換器と複数の変圧器との各接続を切り替える切替手段と、を更に備えて、検出手段が、複数の熱電変換器と複数の変圧器との接続の組み合わせを切替手段によって切り替えた時の熱電変換器の各実発電量を検出し、推定手段が、複数の熱電変換器と複数の変圧器との接続の組み合わせを切替手段によって切り替えた時の熱電変換器の発電量を推定し、判断手段が、検出手段の検出結果及び推定手段の推定結果に基づいて、複数の熱電変換器の故障を判断すると共に、複数の変圧器の故障を更に判断するようにしてもよい。例えば、各熱電変換器に接続する各変圧器を切り替えて、それぞれの接続における実発電量と推定発電量からそれぞれの接続が正常に機能しているか否かを判断することができ、接続を順次切り替えて各接続における機能が正常か否かを判断することで、各熱電変換器及び各変圧器が故障しているか否かを判断することができる。

なお、請求項４の発明は、熱電変換器が、適応温度が異なる２つの熱電変換器からなると共に、熱電変換器から出力される電力を変圧する２つの変圧器と、２つの熱電変換器と２つの変圧器との各接続を切り替える切替手段と、を更に備えて、検出手段が、２つの熱電変換器と２つの変圧器との接続の組み合わせを切替手段によって切り替えた時の熱電変換器の各実発電量を検出し、推定手段が、２つの熱電変換器と２つの変圧器との接続の組み合わせを切替手段によって切り替えた時の熱電変換器の発電量を推定し、判断手段が、検出手段の検出結果及び推定手段の推定結果に基づいて、２つの熱電変換器の故障を判断すると共に、２つの変圧器の故障を更に判断するようにしてもよい。

また、請求項２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、判断手段の判断結果に基づいて、切替手段による接続の切り替えを制御する接続制御手段を更に備えるようにしてもよい。このように接続制御手段を更に備えることで、判断手段によって故障判断がなされても、故障していない熱電変換器による電力が回収が可能となる。

以上説明したように本発明によれば、熱電変換器の実発電量を検出すると共に、車両の走行状態に基づいて熱電変換器の発電量を推定し、検出した実発電量と推定した発電量に基づいて熱電変換器の故障を判断することで、熱電変換器の故障を検出できる、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。なお、本実施の形態は、熱を電力に変換する熱電モジュールを車両に搭載した一例を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置１０は、２つの熱電モジュールＡ１２Ａ、熱電モジュールＢ１２Ｂを備えている。各熱電モジュール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Ａ１２Ａは、高温型の熱電素子で構成されており、高温の排気ガスの熱エネルギーを回収する。一方、熱電モジュールＢ１２Ｂは、熱電モジュールＡ１２Ａに比べて低温型の熱電素子で構成されており、比較的低温の排ガスの熱エネルギーを回収する。

また、各熱電モジュール１２に対応してＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂが設けられており、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１４によって昇圧された電力がバッテリ１６に蓄電される。

各ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、各熱電モジュール１２の発電電圧が排気ガス熱エネルギーの大きさによって変化してしまうため直接バッテリ１６に接続できる電圧に昇圧する機能と、熱電モジュール１２の最大出力を引き出すための動作電流制御を行う機能を有している。なお、各熱電モジュール１２の使用個数や素子の発電特性に合わせてＤＣ−ＤＣコンバータ１４の昇圧比を合わせる。

また、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の出力電力を測定する電力計１８Ａ、１８Ｂが設けられており、電力計１８Ａ、１８Ｂの測定結果がコントローラ２０に入力される。

また、熱電モジュールＡ１２Ａ、熱電モジュールＢ１２Ｂ、ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａ、及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの故障状況に応じて、各熱電モジュール１２と各ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の接続変更を行うための４つのスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２２、ＳＷ２１が設けられており、コントローラ２０によって各スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２２、ＳＷ２１のオンオフが制御されるようになっている。

コントローラ２０は、エンジン制御を行うエンジンＥＣＵ２２が接続されており、エンジンＥＣＵ２２に接続された車速センサ２４等の走行状態検出手段の検出結果（本実施の形態では、車速）をエンジンＥＣＵ２２から取得して、予めコントローラ２０に記憶されたマップから各熱電モジュール１２の発電電力を推定する。例えば、コントローラ２０には、図２に示すような車速に対する熱電モジュール１２の推定発電電力のマップが記憶されており、当該マップを用いて各熱電モジュールの発電電力を推定する。なお、図２（Ａ）は熱電モジュールＡ１２Ａの推定発電電力を得るためのマップの一例を示し、図２（Ｂ）は熱電モジュールＢ１２Ｂの推定発電電力を得るためのマップの一例を示す。

また、コントローラ２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢのオンオフをＰＷＭ制御すると共に、電力計１８Ａ、１８Ｂの測定結果、及び上述のようにコントローラ２０によって推定された電力に基づいて、熱電モジュールＡ１２Ａ、熱電モジュールＢ１２Ｂ、ＤＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａ、及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの故障判断を行う。

なお、本実施の形態では、図２に示すようなマップをコントローラ２０に記憶しておき、車速センサ２４によって検出された車速をエンジンＥＣＵ２２から取得して、各熱電モジュール１２の発電電力を推定するようにしたが、エンジンＥＣＵ２２に図２に示すようなマップを記憶して、エンジンＥＣＵ２２で各熱電モジュール１２の発電電力を推定して、コントローラ２０がエンジンＥＣＵ２２で推定した各熱電モジュール１２の発電電力を取得するようにしてもよい。また、本実施の形態では、走行状態検出手段として車速センサ２４を適用したが、これに限るものではなく、エンジン回転数を検出するようにしてもよい。すなわち、回転数に対する各熱電モジュール１２の発電電力のマップを用いて各熱電モジュール１２の発電電力を推定することができる。

続いて、コントローラ２０で行われる詳細な処理について説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置のコントローラにおいて、熱電モジュールＡ１２Ａ及び熱電モジュールＢ１２Ｂの発電電力の推定を行う推定処理の流れの一例を示す図である。

ステップ１００では、エンジンＥＣＵ２２から車速が読み込まれてステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、熱電モジュールＡ１２Ａの発電電力ＰＧ１が推定されてステップ１０４へ移行する。熱電モジュールＡ１２Ａの発電電力ＰＧ１の推定は、図２（Ａ）に示すマップを用いて、読み込んだ車速に対応する推定発電電力ＰＧ１を算出する。

続いて、ステップ１０４では、熱電モジュールＢ１２Ｂの発電電力ＰＧ２が推定されて一連の処理を終了する。熱電モジュールＢ１２Ｂの発電電力ＰＧ２の推定は、図２（Ｂ）に示すマップを用いて、読み込んだ車速に対応する推定発電電力ＰＧ２を算出する。

次に、コントローラ２０で行われる熱電モジュールＡ１２Ａ、熱電モジュールＢ１２Ｂ、ＤＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａ、及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの故障判断処理について説明する。図４、５は、本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置のコントローラ２０で行われる故障判断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、上述の推定処理で推定された熱電モジュールＡ１２Ａの推定発電電力ＰＧ１及び熱電モジュールＢ１２Ｂの推定発電電力ＰＧ２が読み込まれてステップ２０２へ移行する。

ステップ２０２では、スイッチＳＷ１１がオンされてステップ２０４へ移行して、電力計１８Ａによって測定された電力Ｐ０１が、熱電モジュールＡ１２Ａの推定発電電力ＰＧ１に変換効率η１１（熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの組み合わせでの変換効率）を積算した値よりも大きいか否か判定される。すなわち、実発電電力の方が推定発電電力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、ステップ２０４へ移行し、否定された場合には、接続点Ａすなわちステップ２２４へ移行する。

ステップ２０６では、実発電電力の方が推定発電電力より大きいので、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続が正常に機能していると判断して、熱電モジュールＡ１２Ａ及びＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４ＡがＯＫであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶して、ステップ２０８へ移行する。

ステップ２０８では、スイッチＳＷ１１がオフされると共にスイッチＳＷ１２がオンされてステップ２１０へ移行する。

ステップ２１０では、電力計１８Ｂによって測定された電力Ｐ０２が、熱電モジュールＡ１２Ａの推定発電電力ＰＧ１に変換効率η１２（熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの組み合わせでの変換効率）を積算した値よりも大きいか否か判定される。すなわち、実発電電力の方が推定発電電力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、ステップ２１２へ移行し、否定された場合にはステップ２１４へ移行する。

ステップ２１２では、実発電電力の方が推定発電電力より大きいので、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続が正常に機能していると判断して、既に熱電モジュールＡ１２ＡはＯＫ判定されているので、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＯＫであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶してステップ２１６へ移行する。

また、ステップ２１４では、実発電電力の方が推定発電電力より小さいので、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続が正常に機能していないと判断する。すなわち、既に熱電モジュールＡ１２ＡはＯＫ判定されているので、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＮＧであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶してステップ２１６へ移行する。

ステップ２１６では、スイッチＳＷ１２がオフされると共にスイッチＳＷ２１がオンされてステップ２１８へ移行する。

ステップ２１８では、電力計１８Ａによって測定された電力Ｐ０１が、熱電モジュールＢ１２Ｂの推定発電電力ＰＧ２に変換効率η２１（熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの組み合わせでの変換効率）を積算した値よりも大きいか否か判定される。すなわち、実発電電力の方が推定発電電力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、ステップ２２０へ移行し、否定された場合にはステップ２２２へ移行する。

ステップ２２０では、実発電電力の方が推定発電電力より大きいので、熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続が正常に機能していると判断して、既にＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４ＡはＯＫ判定されているので、熱電モジュールＢ１２ＢがＯＫであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶して一連の故障判断処理を終了する。

また、ステップ２２２では、実発電電力の方が推定発電電力より小さいので、熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続が正常に機能していないと判断する。すなわち、既に熱電モジュールＡ１２ＡはＯＫ判定されているので、熱電モジュールＢ１２ＢがＮＧであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶して一連の故障判断処理を終了する。

一方、接続点Ａ（図５）に移行すると、ステップ２２４では、スイッチＳＷ１１オフされると共にスイッチＳＷ１２がオンされてステップ２２６へ移行する。

ステップ２２６では、電力計１８Ｂによって測定された電力Ｐ０２が、熱電モジュールＡ１２Ａの推定発電電力ＰＧ１に変換効率η１２（熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの組み合わせでの変換効率）を積算した値よりも大きいか否か判定される。すなわち、実発電電力の方が推定発電電力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、ステップ２２８へ移行し、否定された場合にはステップ２３８へ移行する。

ステップ２２８では、実発電電力の方が推定発電電力より大きいので、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続が正常に機能していると判断すると共に、ステップ２０４が否定されたことから、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続が正常に機能していないので、熱電モジュールＡ１２Ａ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＯＫであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶すると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＮＧであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶してステップ２３０へ移行する。

ステップ２３０では、スイッチＳＷ１２がオフされると共にスイッチＳＷ２２がオンされてステップ２３２へ移行する。

ステップ２３２では、電力計１８Ｂによって測定された電力Ｐ０２が、熱電モジュールＢ１２Ｂの推定発電電力ＰＧ２に変換効率η２２（熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの組み合わせでの変換効率）を積算した値よりも大きいか否か判定される。すなわち、実発電電力の方が推定発電電力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、ステップ２３４へ移行し、否定された場合にはステップ２３６へ移行する。

ステップ２３４では、実発電電力の方が推定発電電力より大きいので、熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続が正常に機能していると判断して、既に熱電モジュールＡ１２Ａ及びＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４ＡはＯＫ、ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４ＡはＮＧ判定されているので、熱電モジュールＢ１２ＢがＯＫであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶して一連の故障判断処理を終了する。

また、ステップ２３６では、実発電電力の方が推定発電電力より小さいので、熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続が正常に機能していないと判断する。すなわち、既に熱電モジュールＡ１２ＡはＯＫ及びＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４ＡはＯＫ、ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４ＡはＮＧ判定されているので、熱電モジュールＢ１２ＢがＮＧであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶して一連の故障判断処理を終了する。

一方、ステップ２３８では、スイッチＳＷ２１がオフされると共に、スイッチＳＷ２２がオンされてステップ２４０へ移行する。

ステップ２４０では、電力計１８Ｂによって測定された電力Ｐ０２が、熱電モジュールＢ１２Ｂの推定発電電力ＰＧ２に変換効率η２２（熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの組み合わせでの変換効率）を積算した値よりも大きいか否か判定される。すなわち、実発電電力の方が推定発電電力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、ステップ２４２へ移行し、否定された場合にはステップ２５２へ移行する。

ステップ２４２では、実発電電力の方が推定発電電力より大きいので、熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続が正常に機能していると判断すると共に、ステップ２０４が否定されたことから、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続が正常に機能していないので、熱電モジュールＢ１２Ｂ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＯＫであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶すると共に、熱電モジュールＡ１２ＡがＮＧであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶してステップ２４４へ移行する。

ステップ２４４では、スイッチＳＷ２２がオフされると共にスイッチＳＷ２１がオンされてステップ２４６へ移行する。

ステップ２４６では、電力計１８Ａによって測定された電力Ｐ０１が、熱電モジュールＢ１２Ｂの推定発電電力ＰＧ２に変換効率η２１（熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの組み合わせでの変換効率）を積算した値よりも大きいか否か判定される。すなわち、実発電電力の方が推定発電電力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、ステップ２４８へ移行し、否定された場合にはステップ２５０へ移行する。

ステップ２４８では、実発電電力の方が推定発電電力より大きいので、熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続が正常に機能していると判断して、既に熱電モジュールＢ１２Ｂ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢはＯＫ、熱電モジュールＡ１２ＡはＮＧ判定されているので、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＯＫであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶して一連の故障判断処理を終了する。

また、ステップ２５０では、実発電電力の方が推定発電電力より小さいので、熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続が正常に機能していないと判断する。すなわち、既に熱電モジュールＢ１２Ｂ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢはＯＫ、熱電モジュールＡ１２ＡはＮＧ判定されているので、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＮＧであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶して一連の故障判断処理を終了する。

一方、ステップ２５２では、スイッチＳＷ２２がオフされると共にスイッチＳＷ２１がオンされてステップ２５４へ移行する。

ステップ２５４では、電力計１８Ａによって測定された電力Ｐ０１が、熱電モジュールＢ１２Ｂの推定発電電力ＰＧ２に変換効率η２１（熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの組み合わせでの変換効率）を積算した値よりも大きいか否か判定される。すなわち、実発電電力の方が推定発電電力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、ステップ２５６へ移行し、否定された場合にはステップ２５８へ移行する。

ステップ２５６では、実発電電力の方が推定発電電力より大きいので、熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続が正常に機能していると判断すると共に、ステップ２０４、２２６、２４０が否定されたことから、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続、及び熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続が正常に機能していないので、熱電モジュールＢ１２Ｂ及びＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４ＡがＯＫでることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶すると共に、熱電モジュールＡ１２Ａ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＮＧであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶して一連の故障判断処理を終了する。

また、ステップ２５８では、実発電電力の方が推定発電電力より小さいので、熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続が正常に機能していないと判断すると共に、ステップ２０４、２２６、２４０が否定されたことから、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの接続、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続、及び熱電モジュールＢ１２ＢとＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの接続が正常に機能していないので、熱電モジュールＡ１２Ａ、熱電モジュールＢ１２Ｂ、ＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａ、ＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの全てがＮＧであることを表すフラグ等をコントローラ２０に記憶して一連の故障判断処理を終了する。

このように、本実施の形態に係わる熱電発電装置１０のコントローラによって、各熱電モジュール１２と各ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の組み合わせをスイッチＳＷ１、ＳＷ１２、ＳＷ２２、ＳＷ２１によって変更し、それぞれの組み合わせにおける実発電量と推定発電量を比較し、実発電量が推定発電量より大きい場合に正常に機能していると判断し、小さい場合には熱電モジュール１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ１４の少なくとも一方が異常であると判断して、接続の組み合わせを順次変更することで、各熱電モジュール１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ１４の異常を精度良く判断することができる。

続いて、上述のように故障判断処理が行われた後に、コントローラ２０で行われるスイッチ制御について説明する。図６は、本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置１０で故障判断が行われた後にコントローラ２０で行われるスイッチ制御の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップ３００では、スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２２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２０に記憶されたフラグから熱電モジュールＡ１４２Ａ及びＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４ＡがＯＫか否か判定され、該判定が肯定された場合にはステップ３０４へ移行し、否定された場合にはステップ３０６へ移行する。

ステップ３０４では、熱電モジュールＡ１２ＡとＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの組み合わせが正常に機能するので、スイッチＳＷ１１がオンされてステップ３１０へ移行する。

一方、ステップ３０６では、コントローラ２０に記憶されたフラグから熱電モジュールＡ１２Ａ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＯＫか否か判定され、該判定が肯定された場合にはステップ３０８へ移行し、否定された場合にはそのままステップ３１０へ移行する。

ステップ３０８では、熱電モジュールＡ１２Ａ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの組み合わせが正常に機能するので、スイッチＳＷ１２がオンされてステップ３１０へ移行する。

ステップ３１０では、コントローラ２０に記憶されたフラグから熱電モジュールＢ１２Ｂ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４ＢがＯＫか否か判定され、該判定が肯定された場合にはステップ３１２へ移行し、否定された場合にはステップ３１４へ移行する。

ステップ３１２では、熱電モジュールＢ１２Ｂ及びＤＣ−ＤＣコンバータＢ１４Ｂの組み合わせが正常に機能するので、スイッチＳＷ２２がオンされて一連の処理を終了する。

一方、ステップ３１４では、コントローラ２０に記憶されたフラグから熱電モジュールＢ１２Ｂ及びＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４ＡがＯＫか否か判定され、該判定が肯定された場合にはステップ３１６へ移行し、否定された場合にはそのまま一連の処理を終了する。

ステップ３１６では、熱電モジュールＢ１２Ｂ及びＤＣ−ＤＣコンバータＡ１４Ａの組み合わせが正常に機能するので、スイッチＳＷ２１がオンされて一連の処理を終了する。

このように、故障判断処理を行った後に各熱電モジュール１２とＤＣ−ＤＣコンバータ１４の接続を故障判断結果に従って行うので、熱電モジュール１２又はＤＣ−ＤＣコンバータ１４が故障した場合でも、最適な組み合わせとならない場合はあるものの、可能な限り発電電力を回収することができる。

なお、上記の実施の形態では、２組の熱電モジュール１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ１４を用いた例を説明したが、これに限るものではなく、１組の熱電モジュール１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ１４を用いて故障判断を行うようにしてもよいし、３以上の複数組の熱電モジュール１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ１４を用いて故障判断を行って熱電モジュール１２とＤＣ−ＤＣコンバータ１４を故障時に使い分けるようにしてもよい。また、１つの熱電モジュール１２と複数のＤＣ−ＤＣコンバータ１４、或いは、複数の熱電モジュール１２と１つのＤＣ−ＤＣコンバータ１４を用いて故障判断を行って熱電モジュール１２またはＤＣ−ＤＣコンバータ１４を故障時に使い分けるようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置の構成を示すブロック図である。（Ａ）は熱電モジュールＡの推定発電電力を得るためのマップの一例を示す図であり、（Ｂ）は熱電モジュールＢの推定発電電力を得るためのマップの一例を示す図である。本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置のコントローラにおいて、熱電モジュールＡ及び熱電モジュールＢの発電電力の推定を行う推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置のコントローラで行われる故障判断処理の流れの一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置のコントローラで行われる故障判断処理における、接続点Ａ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。本発明の実施の形態に係わる熱電発電装置で故障判断処理が行われた後にコントローラで行われるスイッチ制御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
１２Ａ熱電モジュールＡ
１２Ｂ熱電モジュールＢ
１４ＤＣ−ＤＣコンバータ
１４ＡＤＣ−ＤＣコンバータＡ
１４ＢＤＣ−ＤＣコンバータＢ
１６バッテリ
１８Ａ、１８Ｂ電力計
２０コントローラ
２２エンジンＥＣＵ
２４車速センサ
ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、Ｓｗ２２スイッチ

Claims

熱を電力に変換して出力する熱電変換器と、
前記熱電変換器の実発電量を検出する検出手段と、
前記熱電変換器が搭載された車両の走行状態を検出する走行状態検出手段の検出結果に基づいて、前記熱電変換器の発電量を推定する推定手段と、
前記検出手段の検出結果及び前記推定手段の推定結果に基づいて、前記熱電変換器の故障を判断する判断手段と、
を備えた熱電発電装置。
前記熱電変換器から出力される電力を変圧する複数の変圧器と、前記熱電変換器と複数の前記変圧器との各接続を切り替える切替手段と、を更に備え、
前記検出手段が、前記切替手段によって前記熱電変換器を何れかの変圧器に接続した時の接続された変圧器毎に実発電量を検出し、前記推定手段が、前記切替手段によって前記熱電変換器を何れかの変圧器に接続した時の接続された変圧器毎の発電量を推定し、前記判断手段が、前記前記検出手段の検出結果及び前記推定手段の推定結果に基づいて、複数の前記変圧器の故障を更に判断すること特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
前記熱電変換器が、適応温度が異なる複数の熱電変換器からなると共に、複数の前記熱電変換器から出力される電力を変換する変圧器と、複数の前記熱電変換器と前記変圧器との各接続を切り替える切替手段と、を更に備え、
前記検出手段が、前記切替手段によって何れかの前記熱電変換器を前記変圧器に接続した時の各実発電量を検出し、前記推定手段が、前記切替手段によって何れかの前記熱電変換器を前記変圧器に接続した時の各発電量を推定し、前記判断手段が、前記検出手段の検出結果及び前記推定手段の推定結果に基づいて、複数の前記熱電変換器の故障を判断することを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
前記熱電変換器が、適応温度が異なる複数の熱電変換器からなると共に、前記熱電変換器から出力される電力を変圧する複数の変圧器と、複数の前記熱電変換器と複数の前記変圧器との各接続を切り替える切替手段と、を更に備え、
前記検出手段が、複数の前記熱電変換器と複数の前記変圧器との接続の組み合わせを前記切替手段によって切り替えた時の前記熱電変換器の各実発電量を検出し、前記推定手段が、複数の前記熱電変換器と複数の前記変圧器との接続の組み合わせを前記切替手段によって切り替えた時の前記熱電変換器の発電量を推定し、前記判断手段が、前記検出手段の検出結果及び前記推定手段の推定結果に基づいて、複数の前記熱電変換器の故障を判断すると共に、複数の前記変圧器の故障を更に判断することを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
前記判断手段の判断結果に基づいて、前記切替手段による接続の切り替えを制御する接続制御手段を更に備えることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の熱電発電装置。