JP2009195067A - Thermal power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電効果を利用して発電を行う熱発電装置に関する。 The present invention relates to a thermoelectric generator that generates electricity using a thermoelectric effect.
熱電素子材料で構成された発電モジュールに温度差を生じさせて発電を行う自動車用排熱発電装置が知られている。自動車用排熱発電装置は、例えば、エンジンからの排気を導出する排気管の外表面に一側面が接触するように取付けられる発電モジュールと、当該発電モジュールの他側面に接触するように取付けられる冷却部とによって構成されている。そして、この発電モジュールにおいて、排気管と接触する高温端と冷却部と接触する低温端との間に温度差を生じさせることによって、排温エネルギーを電気エネルギーとして回収している。 2. Description of the Related Art An automobile exhaust heat power generation apparatus that generates power by generating a temperature difference in a power generation module made of a thermoelectric element material is known. The exhaust heat power generation device for an automobile includes, for example, a power generation module that is attached so that one side surface is in contact with the outer surface of an exhaust pipe that extracts exhaust from an engine, and a cooling that is attached so as to be in contact with the other side surface of the power generation module. Part. And in this electric power generation module, exhaust temperature energy is collect | recovered as electrical energy by producing a temperature difference between the high temperature end which contacts an exhaust pipe, and the low temperature end which contacts a cooling part.
近年、熱電モジュールに流れる電流を積極的に調整制御することによって、熱エネルギーの回収効率を向上させる技術の開発が進んでいる。例えば、熱電モジュールにはその発電電力が最大となる最適電流が存在するため、その最適電流になるように熱電モジュールに流す電流を調整制御する技術がある(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, development of technology for improving the recovery efficiency of thermal energy by actively adjusting and controlling the current flowing through the thermoelectric module has been advanced. For example, since there is an optimum current that maximizes the generated power in a thermoelectric module, there is a technique for adjusting and controlling the current that flows through the thermoelectric module so that the optimum current is obtained (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示の発電装置は、熱電モジュールから電力を取り出す際の電流を最大電力の取り出しが可能な最適電流になるように制御するために、熱電モジュールに流れる電流値を測定する電流計の測定結果を用いている。
しかしながら、熱電モジュールに流れる電流は温度差に応じて大きく変化するため、熱電モジュールに流れる電流値を測定する一つの電流計の出力を参照しながら熱電モジュールの発電状態を制御する上述の従来技術では、温度差の大きい箇所に熱電モジュールが取り付けられる場合、低電流から高電流まで電流値の検出可能範囲の広い電流計を使用しなければならない。その結果、電流計の分解能が低くなることによって、熱電モジュールに流れる電流を精度良く制御することができない場合がある。 However, since the current flowing through the thermoelectric module varies greatly depending on the temperature difference, the above-described conventional technique for controlling the power generation state of the thermoelectric module while referring to the output of one ammeter that measures the current value flowing through the thermoelectric module When a thermoelectric module is installed at a location where the temperature difference is large, an ammeter with a wide current value detectable range from a low current to a high current must be used. As a result, the current flowing through the thermoelectric module may not be accurately controlled due to the low resolution of the ammeter.
そこで、本発明は、熱電モジュールに流れる電流を精度良く制御することができる、熱発電装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a thermoelectric generator that can accurately control the current flowing through the thermoelectric module.
上記目的を達成するため、本発明に係る熱発電装置は、
熱電モジュールが接続される第1の電圧系の電圧を蓄電装置が接続される第2の電圧系の電圧に電圧変換するDC−DCコンバータと、
前記第1の電圧系に流れる電流を検出する第1の電流センサと、
前記第2の電圧系に流れる電流を検出する第2の電流センサと、
前記熱電モジュールの発電電力が少ない低発電状態では、前記第1の電流センサと前記第2の電流センサのうち一方の電圧系より電圧が低いほうの電圧系に流れる電流を検出する電流センサによる検出値に基づいて、前記熱電モジュールに流れる電流を制御し、
前記熱電モジュールの発電電力が前記低発電状態より多い高発電状態では、前記第1の電流センサと前記第2の電流センサのうち一方の電圧系より電圧が高いほうの電圧系に流れる電流を検出する電流センサによる検出値に基づいて、前記熱電モジュールに流れる電流を制御する、制御手段と、を備えている。
In order to achieve the above object, a thermoelectric generator according to the present invention comprises:
A DC-DC converter that converts the voltage of the first voltage system to which the thermoelectric module is connected to the voltage of the second voltage system to which the power storage device is connected;
A first current sensor for detecting a current flowing in the first voltage system;
A second current sensor for detecting a current flowing through the second voltage system;
Detection by a current sensor that detects a current flowing in a voltage system having a lower voltage than one of the first current sensor and the second current sensor in a low power generation state where the generated power of the thermoelectric module is low. Based on the value, the current flowing through the thermoelectric module is controlled,
In a high power generation state in which the power generated by the thermoelectric module is higher than that in the low power generation state, a current flowing in a voltage system having a higher voltage than one of the first current sensor and the second current sensor is detected. Control means for controlling a current flowing through the thermoelectric module based on a detected value by a current sensor.
ここで、前記DC−DCコンバータは、
トランスと、
前記第1の電圧系の電圧を電圧変換して前記トランスに出力する第1の電圧変換手段と、
前記トランスの出力電圧を前記第2の電圧系の電圧に電圧変換する第2の電圧変換手段とを有し、
前記制御手段は、前記第1の電圧変換手段と前記第2の電圧変換手段の電圧変換を制御することによって前記熱電モジュールに流れる電流を制御するとよい。
Here, the DC-DC converter is
With a transformer,
First voltage conversion means for converting the voltage of the first voltage system to output to the transformer;
Second voltage conversion means for converting the output voltage of the transformer into a voltage of the second voltage system;
The control means may control a current flowing through the thermoelectric module by controlling voltage conversion of the first voltage conversion means and the second voltage conversion means.
また、前記熱電モジュールは、車両のエンジンの排気管に配置されるものが好ましい。 The thermoelectric module is preferably disposed in an exhaust pipe of a vehicle engine.
本発明によれば、熱電モジュールに流れる電流を精度良く制御することができる。 According to the present invention, the current flowing through the thermoelectric module can be accurately controlled.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図1は、本発明の一実施形態である熱発電装置で用いられる熱電モジュールの配置例を示した図である。熱電モジュール4は、その一側面がエンジン(図示せず)からの排ガスを導出する排気管2の外側に接触して取付けられ、その一側面と異なる他側面が冷却水を流す冷却装置5の外側に接触して取付けられている。図1の場合、排気管2の外側に沿って5個の熱電モジュール4a〜4eが配置されている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an arrangement example of thermoelectric modules used in a thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention. The
熱電モジュール4は、例えばBi−Te系、Si−Ge系の半導体材料からなる熱電素子が複数接続されて構成されている。熱電モジュール4の排気管2との接触面(高温端)と熱電モジュール4の冷却装置5との接触面(低温端)の間に温度差△Tが生ずることにより熱電モジュール4に電圧が発生することを利用して(ゼーベック効果)、排気管2を流れる排ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。そして、排気管2に沿って配置された熱電モジュール4a〜4eのそれぞれが、排気管2を流れる排ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する。
The
図2は、本発明の一実施形態である熱発電装置100と熱電モジュール4との関係を示した図である。熱発電装置100は、コントローラ10と廃熱回収用のDC−DCコンバータ20とを有する。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the
コントローラ10は、例えば、熱電モジュール4の発電電力や発電効率などを最大にする発電制御を実行するための制御プログラムやその制御データを記憶するROM、制御プログラムの処理データなどを一時的に記憶するRAM、制御プログラムを処理するCPU、外部と情報をやり取りするための入出力インターフェースなど、複数の回路要素によって構成されたコンピュータである。コントローラ10は、一つとは限らず、制御が分担されるように複数のコントローラで構成されてもよい。
The
コントローラ10は、熱電モジュール4の熱特性に関する情報(例えば、ゼーベック係数、電気抵抗、性能指数など)を外部から取得、又は予め有している。コントローラ10は、DC−DCコンバータ20の電圧変換動作を制御することによって、熱電モジュール4に流れる電流を所定の最適値に調整する。熱電モジュール4の入出力電流は、その内部の複数の熱電素子を流れる。
The
コントローラ10は、熱電モジュール4に流れる電流であって熱電モジュール4からDC−DCコンバータ20に入力される入力電流Iin(言い換えれば、熱電モジュール4から引き出される電流、又は熱電モジュール4の動作電流)やDC−DCコンバータ20から出力されて蓄電装置7(例えば、鉛バッテリ、リチウムバッテリ、キャパシタ)に流れる出力電流Ioutなどの情報を電流センサから取得する。
The
また、コントローラ10は、車両のエンジンを制御するエンジンコンピュータなどの他のコンピュータや計測センサから、エンジンの出力トルクや回転数などの負荷情報、冷却装置5の冷却水の温度、排ガス流量、排ガス温度、車速などの車両状態情報を取得してもよい。
The
コントローラ10は、これらの取得情報に基づいて、熱電モジュール4の目標動作電流Itgtなどを演算し、その演算結果に基づいて、DC−DCコンバータ20に対して電圧変換動作の指令信号を出力する。
The
一方、DC−DCコンバータ20は、シリーズレギュレータやスイッチングレギュレータなどの電圧変換回路を備え、その入出力間の電圧を変換する電圧変換装置である。DC−DCコンバータ20の入力側に熱電モジュール4から引き出された電流Iinが入力され、DC−DCコンバータ20の出力側からその電圧変換回路によって電圧変換された電流Ioutが出力される。したがって、DC−DCコンバータ20がコントローラ10の指令信号に従って熱電モジュール4から引き出す電流Iinを電圧変換動作によって調整することによって、DC−DCコンバータ20の出力側から任意の電力を取り出すことができる。例えば、コントローラ10が熱電モジュール4から取り出される電力が最大となる目標動作電流Itgtなどを演算し、その演算値に基づいて生成された指令信号に従ってDC−DCコンバータ20の電圧変換動作が制御されることによって、熱電モジュール4での最大発電電力をDC−DCコンバータ20を介してその出力側から蓄電装置7に供給することができる。
On the other hand, the DC-
図3は、コントローラ10とDC−DCコンバータ20との関係図である。DC−DCコンバータ20は、コントローラ10からの指令信号に従って、熱電モジュール4が接続される低圧系の回路の低圧側電圧(すなわち、DC−DCコンバータ20の入力側の一次側電圧)を蓄電装置7が接続される高圧系の回路の高圧側電圧(すなわち、DC−DCコンバータ20の出力側の二次側電圧)に昇圧する。
FIG. 3 is a relationship diagram between the
DC−DCコンバータ20は、低圧側変換器20A、高圧側変換器20B、トランス20Cとを有する。
The DC-
低圧側変換器20Aは、FETやIGBTなどの4つのスイッチング素子21A,22A,23A,24Aから構成されるブリッジ回路と、DC−DCコンバータ20の入力側から入力される入力電流Iinを検出する電流センサ25Aと、DC−DCコンバータ20の入力側の入力電圧Vin(熱電モジュール4の出力電圧に相当)を検出する電圧センサ26Aとを備える。低圧側変換器20Aは、熱電モジュール4とトランス20Cとの間に設けられ、入力電圧Vinが低圧側変換器20Aの入力電圧として印加され、低圧側変換器20Aの出力電圧がトランス20Cの一次巻線21Cに印加される。低圧側変換器20Aは、コントローラ10からの指令信号に従い、ブリッジ回路の周知のスイッチング動作によって、直流を交流に変換する。すなわち、直流の入力電流Iinは交流電流に変換される。なお、電流センサ25Aと電圧センサ26Aは、低圧側変換器20AやDC−DCコンバータ20に内蔵されるものでなくてもよい。
The low
高圧側変換器20Bは、FETやIGBTなどの4つのスイッチング素子21B,22B,23B,24Bから構成されるブリッジ回路と、DC−DCコンバータ20の出力側から出力される出力電流Ioutを検出する電流センサ25Bと、DC−DCコンバータ20の出力側の出力電圧Vin(蓄電装置7の印加電圧に相当)を検出する電圧センサ26Bとを備える。高圧側変換器20Bは、トランス20Cと蓄電装置7との間に設けられ、トランス20Cの二次巻線22Cの出力電圧が高圧側変換器20Bの入力電圧として印加され、高圧側変換器20Bの出力電圧が蓄電装置7に印加される。高圧側変換器20Bは、コントローラ10からの指令信号に従い、ブリッジ回路の周知のスイッチング動作によって、トランス20Cによって昇圧された交流を直流に変換する(整流する)。すなわち、交流のトランス20Cの出力電流は直流電流に変換される。なお、電流センサ25Bと電圧センサ26Bは、高圧側変換器20BやDC−DCコンバータ20に内蔵されるものでなくてもよい。
The high voltage side converter 20B is a current that detects a bridge circuit composed of four switching
トランス20Cは、一次巻線21Cと二次巻線22Cとを構成する。一次巻線21Cは、低圧側変換器20Aのブリッジ回路に接続され、二次巻線22Cは、高圧側変換器20Bのブリッジ回路に接続される。トランス20Cは、一次巻線21Cと二次巻線22Cとの巻線比に応じて、低圧側変換器20Aのブリッジ回路の出力電圧(交流電圧)を昇圧し、その昇圧電圧を高圧側変換器20Bのブリッジ回路の入力端に印加するように出力する。
一方、コントローラ10は、位相制御式のDC−DCコンバータ20を制御する。図3の構成のDC−DCコンバータ20において、その出力側から出力される出力電力Pと出力電流I(実効電流irms)は、
On the other hand, the
すなわち、コントローラ10は、低圧側変換器20Aのブリッジ回路を駆動する低圧側駆動信号(低圧側指令信号)と高圧側変換器20Bのブリッジ回路を駆動する高圧側駆動信号(高圧側指令信号)とを出力するが、低圧側駆動信号と高圧側駆動信号の位相差(低圧側駆動信号に対する高圧側駆動信号の位相ずれ)に応じて、DC−DCコンバータ20の出力側から出力される出力電力Pや出力電流Iを調整することができる。なお、低圧側駆動信号と高圧側駆動信号は、互いに同一のデューティ比である(例えば、50%)。
That is, the
また、コントローラ10は、熱電モジュール4から取り出される電力が最大となる目標動作電流Itgtを算出する。
Further, the
図5は、コントローラ10によって実行される、目標動作電流Itgtの算出処理フローの一例である。本算出処理フローは、エンジンを始動/停止させるためのスイッチ(イグニッションスイッチなど)がオフからオンになる毎に(リスタート毎に)にS010から開始する。
FIG. 5 is an example of a calculation process flow of the target operating current Itgt executed by the
目標動作電流Itgtと後述(図6)の目標位相差δtgtの演算処理に利用される電流値を検出するデフォルトの電流センサとして低圧側電流センサ25Aが設定される(S020)。また、低圧側電圧センサ26Aによって入力電圧Vin_ocvが検出される(S030)。入力電圧Vin_ocvは、スイッチング素子21A〜24Aをオフした状態での熱電モジュール4の開放電圧である。S030で検出された入力電圧Vin_ocvと図7のマップとに従って、初期動作電流Iinitが計算される(S040)。図7は、開放電圧Vin_ocvと初期動作電流Iinitとの関係を定めたマップである。図7のマップは、熱電モジュール4自体の特性等が考慮されて設定され、予めメモリに内蔵されている。S040で計算された初期動作電流Iinitが目標動作電流Itgtに初期値としてセットされる(S050)。S060の以降の処理ステップは、時間T1毎のタイマー割り込みにより実行され、山登り法により目標動作電流Itgtを探索する処理である。
The low-voltage side
S070からS090は、目標動作電流Itgtと低圧側電圧センサ26Aによって検出された入力電圧Vinとの積である出力電力P1に応じて、目標動作電流Itgtと目標位相差δtgtの算出処理に利用される電流値を検出する使用センサを低圧側電流センサ25A又は高圧側電流センサ25Bのいずれかに切り替える処理である。流れる電流値の大きさに応じて、精度良くその電流値を検出できる電流センサを選択し、その選択された電流センサによって検出された電流値を利用することによって制御の精度を向上させることができるからである。
S070 to S090 are used for calculation processing of the target operating current Itgt and the target phase difference δtgt according to the output power P1 which is the product of the target operating current Itgt and the input voltage Vin detected by the low-voltage
すなわち、熱電モジュール4での温度差が小さいために熱電モジュール4の発電電力が小さく入力電流Iinも小さい低発電状態では、低圧側電流センサ25Aによって検出される入力電流Iinを目標動作電流Itgtと目標位相差δtgtの算出処理に利用する。一方、熱電モジュール4での温度差が大きいために熱電モジュール4の発電電力が大きく入力電流Iinも大きい高発電状態では、低圧側電流センサ25Aによって検出される入力電流Iinに代えて、高圧側電流センサ25Bによって検出される出力電流Ioutを変換して算出した入力電流Iinを目標動作電流Itgtと目標位相差δtgtの算出処理に利用する。
That is, since the temperature difference in the
高発電状態で低圧側の電流センサで入力電流Iinを検出しようとすると、入力電流Iinの電流が大きいため、低圧側の電流センサには電流検出範囲の広いスペックが要求され、それに伴いコストや体格が大きくなってしまう。しかし、高発電状態であっても高圧側に流れる電流はDC−DCコンバータ20によって小さくなるため、電流センサとして電流検出範囲の狭い低電流タイプが使用できるので、電流センサの小型化やコスト削減が可能となる。
When the input current Iin is detected by the low-voltage side current sensor in a high power generation state, the input current Iin is large, so the low-voltage side current sensor is required to have a wide current detection range. Will become bigger. However, since the current flowing on the high voltage side is reduced by the DC-
また、高圧側の電流センサを設定せずに低圧側の電流センサのみで入力電流Iinを検出しようとすると、電流検出範囲の広いスペックの電流センサで電流を検出しなければならないため、電流センサの分解能が悪くなり、低発電状態で流れる電流値を精度よく検出することができない。しかし、低圧側と高圧側の2つの電流センサで電流を検出することによって、低発電側の電流センサとして、低発電状態で流れる電流値の大きさを検出できる程度の電流検出範囲の狭い電流センサを使用することができるので、電流センサの分解能を上げることができ、低発電状態で流れる電流値を精度よく検出することができる。 Also, if the input current Iin is detected only by the low-voltage side current sensor without setting the high-voltage side current sensor, the current must be detected by a current sensor having a wide current detection range. The resolution deteriorates, and the current value flowing in the low power generation state cannot be detected with high accuracy. However, a current sensor with a narrow current detection range that can detect the magnitude of a current value flowing in a low power generation state as a current sensor on the low power generation side by detecting current with two current sensors on the low voltage side and the high voltage side Therefore, the resolution of the current sensor can be increased, and the current value flowing in the low power generation state can be detected with high accuracy.
そこで、S070において、出力電力P1と閾値Pthとが比較される(S070)。出力電力P1が閾値Pth以上の場合には、目標動作電流Itgtと目標位相差δtgtの算出処理に利用される電流値を検出する使用センサとして、低圧側電流センサ25Aに代えて、高圧側電流センサ25Bが設定される(S080)。出力電力P1が閾値Pthより小さい場合には、目標動作電流Itgtと目標位相差δtgtの算出処理に利用される電流値を検出する使用センサとして、高圧側電流センサ25Bに代えて、低圧側電流センサ25Aが設定される(S090)。
Therefore, in S070, the output power P1 and the threshold value Pth are compared (S070). When the output power P1 is greater than or equal to the threshold value Pth, a high-voltage side current sensor is used instead of the low-voltage side
電流センサを切り替えるための閾値Pthについて説明する。低圧側電圧をV1、低圧側電流センサ25Aの検出可能電流の最大値をI1maxとすると、閾値Pthは、
Pth=V1×I1max
で表すことができる。また、熱電モジュール4の想定される最大出力電力をPmax、高圧側電圧をV2とすると、閾値Pthは、
Pth=Pmax×(V1/V2)
と表すこともできる。
The threshold value Pth for switching the current sensor will be described. Assuming that the low voltage side voltage is V1 and the maximum value of the detectable current of the low voltage side
Pth = V1 × I1max
Can be expressed as Further, assuming that the maximum output power assumed for the
Pth = Pmax × (V1 / V2)
Can also be expressed.
例えば、V1が40V、V2が240V、最大出力電力Pmaxが2400Wであれば、Pthは400Wになる。 For example, if V1 is 40V, V2 is 240V, and the maximum output power Pmax is 2400W, Pth is 400W.
図9は、電流センサのセンサ特性を示した図である。低圧側電流センサ25Aの検出可能な最大電流I1maxが10A、高圧側電流センサ25Bの検出可能な最大電流I2maxも10Aである。したがって、0〜400Wまでは低圧側電流センサ25Aが設定され、400W〜2400Wまでは高圧側センサ25Bが設定される。
FIG. 9 is a diagram showing the sensor characteristics of the current sensor. The maximum current I1max that can be detected by the low-voltage side
続いて、図5のS100以降の処理について説明する。 Next, processing after S100 in FIG. 5 will be described.
S100において、コントローラ10の電流探索部は、低圧側電圧センサ26Aにより検出されたVinと目標動作電流Itgt(図5の初回ループのときはS050でセットされた値を使用)とにより、まず電力P1=Itgt×Vinを計算する。
In S100, the current search unit of the
さらに、S110において、電流探索部が目標動作電流Itgtに微少差分ΔIを加算して、S120においてItgt=Itgt+ΔIに基づいて、コントローラ10がDC−DCコンバータ20をPWM制御して、電流探索部が、電圧センサ26Aにより検出した電圧VinとItgt=Itgt+ΔIにより電力P2=Itgt×Vinを計算する。
Further, in S110, the current search unit adds a small difference ΔI to the target operating current Itgt, and in S120, the
さらに、S130において、電流探索部がItgtに微少差分2ΔIを減算して、S140において、Itgt=Itgt−2ΔIに基づいて、コントローラ10がDC−DCコンバータ20をPWM制御して、電流探索部が、電圧センサ26Aにより検出した電圧Vinと電流Itgt=Itgt−2ΔIにより電力P3=Itgt×Vinを計算する。
Further, in S130, the current search unit subtracts the slight difference 2ΔI from Itgt. In S140, the
S150において、P1がP2およびP3よりも大きい場合には、図8に示す上に凸の山形をなすPI曲線において、P1が山形のPI曲線の頂上に位置することになるので、S160において目標動作電流Itgt=Itgt+ΔIとする。 If P1 is larger than P2 and P3 in S150, P1 is located on the top of the peak PI curve shown in FIG. The current Itgt = Itgt + ΔI.
S150において、P1がP2およびP3よりも大きくない場合には、S180にすすんで、電流探索部はP3がP2よりも大きいかどうかを判定し、P3がP2よりも大きい場合には、図8に示すPI曲線において、P1が山形の曲線の頂上よりも右側に位置することになるので、右肩下がりであると判定して、目標動作電流Itgtをそのままにする。 In S150, if P1 is not larger than P2 and P3, the process proceeds to S180, and the current search unit determines whether P3 is larger than P2, and if P3 is larger than P2, FIG. In the PI curve shown, P1 is located on the right side of the top of the mountain-shaped curve, so that it is determined that it is descending to the right and the target operating current Itgt is left as it is.
S180において、電流探索部は、P3がP2よりも大きくない場合には、図8に示す山形のPI曲線の頂上よりも左側に位置することになるので、右肩上がりであると判定して、S190において電流Itgt=Itgt+2ΔIとする。 In S180, when P3 is not larger than P2, the current search unit is positioned on the left side of the top of the mountain-shaped PI curve shown in FIG. In S190, the current Itgt = Itgt + 2ΔI.
S100以降の山登り法による熱電モジュール4の最大出力となる目標動作電流Itgtの探索処理は、エンジンの停止信号を検出しない限り、繰り返し行われ、目標動作電流Itgtは最大出力となる値に収束される。
The search process of the target operating current Itgt that is the maximum output of the
また、コントローラ10は、所定の制御プログラムに従い、熱電モジュール4から取り出される電力が最大となる目標位相差δtgtを算出し、その算出した目標位相差δtgtで低圧側駆動信号及び高圧側駆動信号を出力する。なお、目標位相差δtgtは、DC−DCコンバータ20の出力側から出力される出力電力Pを最大にする位相差としてもよい。例えば、コントローラ10は、入力電流Iinと図5の算出処理フローで算出された目標動作電流Itgtとの偏差が零になるように位相差δを制御する。この偏差を零にする位相差δが目標位相差δtgtに相当する。
Further, the
図6は、コントローラ10によって実行される、目標位相差δtgtの算出処理フローの一例である。本算出処理フローは、タイマー割り込みによって実行され、S300から開始する。
FIG. 6 is an example of a calculation process flow of the target phase difference δtgt executed by the
コントローラ10は、図5の算出処理フローによって算出される目標動作電流Itgtを参照するとともに(S310)、電流センサによって入力電流Iinを検出する(S320)。S320の入力電流Iinの検出は、図5の算出処理フローによって設定された低圧側電流センサ25A又は高圧側電流センサ25Bのいずれかの電流センサによる検出値に基づいて行われる。すなわち、低圧側電流センサ25Aが設定されている場合には、低圧側電流センサ25Aによって検出された電流値そのものが入力電流Iinに相当する。一方、高圧側電流センサ25Bが設定されている場合には、高圧側電流センサ25Bによって検出された電流値を所定の変換式や変換マップに従って変換することによって入力電流Iinが検出される。コントローラ10のPWM制御部は、S310で参照した目標動作電流ItgtとS320で検出された入力電流Iinとの偏差が零になる目標位相差δtgtを所定の算出式や算出マップに従って算出する(S330)。
The
したがって、コントローラ10は、熱電モジュール4の発電電力が小さい低発電状態では、目標動作電流Itgt(図5の初回ループのときはS050でセットされた値を使用)と低圧側電流センサ25Aによって検出される入力電流Iinとに基づいて、図6の算出処理フローに従って目標位相差δtgtを算出する。一方、コントローラ10は、熱電モジュール4の発電電力が大きい高発電状態では、目標動作電流Itgt(図5の初回ループのときはS050でセットされた値を使用)と高圧側電流センサ25Bによって検出される出力電流Ioutを変換して算出した入力電流Iinとに基づいて、図6の算出処理フローに従って目標位相差δtgtを算出する。
Therefore, the
したがって、上述の実施例によれば、低発電状態で検出される入力電流Iinは高発電状態に比べ電流値が小さいため、電流検出可能範囲が比較的狭い電流センサを低電圧側電流センサ25Aとして使用することができる。したがって、入力電流Iinの電流値が小さい低発電状態から入力電流Iinの電流値が大きい高発電状態までの入力電流Iinを一つの電流センサで検出する場合に比べ、低電圧側電流センサ25Aとして使用する電流センサの分解能を上げることができるので、電流検出の精度を高めることができ、ひいては目標動作電流Itgtと目標位相差δtgtの算出精度も高めることができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, since the input current Iin detected in the low power generation state has a smaller current value than in the high power generation state, the current sensor having a relatively narrow current detectable range is defined as the low voltage side
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、熱電モジュールの熱源を車両のエンジンの排気管を通る排ガスとした例を挙げたが、熱源は他の熱エネルギーを有するものでもよい。 For example, an example has been given in which the heat source of the thermoelectric module is exhaust gas passing through the exhaust pipe of the engine of the vehicle, but the heat source may have other thermal energy.
また、DC−DCコンバータ20は、昇圧する場合を例示したが、降圧する場合でもよい。この場合、熱電モジュール4が低発電状態では降圧後の回路の電流を検出する電流センサによる検出値を利用してコントローラ10は上述の制御を実行すればよく、熱電モジュール4が高発電状態では降圧前の回路の電流を検出する電流センサによる検出値を利用してコントローラ10は上述の制御を実行すればよい。
Moreover, although the DC-
2 排気管
4 熱電モジュール
5 冷却装置
7 蓄電装置
10 コントローラ
20 DC−DCコンバータ
20A 低圧側変換器
20B 高圧側変換器
20C トランス
25A 低圧側電流センサ
25B 高圧側電流センサ
100 熱発電装置
2
Claims (3)
前記第1の電圧系に流れる電流を検出する第1の電流センサと、
前記第2の電圧系に流れる電流を検出する第2の電流センサと、
前記熱電モジュールの発電電力が少ない低発電状態では、前記第1の電流センサと前記第2の電流センサのうち一方の電圧系より電圧が低いほうの電圧系に流れる電流を検出する電流センサによる検出値に基づいて、前記熱電モジュールに流れる電流を制御し、
前記熱電モジュールの発電電力が前記低発電状態より多い高発電状態では、前記第1の電流センサと前記第2の電流センサのうち一方の電圧系より電圧が高いほうの電圧系に流れる電流を検出する電流センサによる検出値に基づいて、前記熱電モジュールに流れる電流を制御する、制御手段と、を備える、熱発電装置。 A DC-DC converter that converts the voltage of the first voltage system to which the thermoelectric module is connected to the voltage of the second voltage system to which the power storage device is connected;
A first current sensor for detecting a current flowing in the first voltage system;
A second current sensor for detecting a current flowing through the second voltage system;
Detection by a current sensor that detects a current flowing in a voltage system having a lower voltage than one of the first current sensor and the second current sensor in a low power generation state where the generated power of the thermoelectric module is low. Based on the value, the current flowing through the thermoelectric module is controlled,
In a high power generation state in which the power generated by the thermoelectric module is higher than that in the low power generation state, a current flowing in a voltage system having a higher voltage than one of the first current sensor and the second current sensor is detected. And a control means for controlling a current flowing through the thermoelectric module based on a detection value obtained by a current sensor.
トランスと、
前記第1の電圧系の電圧を電圧変換して前記トランスに出力する第1の電圧変換手段と、
前記トランスの出力電圧を前記第2の電圧系の電圧に電圧変換する第2の電圧変換手段とを有し、
前記制御手段は、前記第1の電圧変換手段と前記第2の電圧変換手段の電圧変換を制御することによって前記熱電モジュールに流れる電流を制御する、請求項1に記載の熱発電装置。 The DC-DC converter
With a transformer,
First voltage conversion means for converting the voltage of the first voltage system to output to the transformer;
Second voltage conversion means for converting the output voltage of the transformer into a voltage of the second voltage system;
2. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the control unit controls current flowing in the thermoelectric module by controlling voltage conversion of the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit.
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KR101359136B1 (en) | 2012-03-26 | 2014-02-07 | 고려대학교 산학협력단 | Thermal Energy Harvesting Apparatus using Variation Tolerant Maximum Power Point Tracking |
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- 2008-02-15 JP JP2008034940A patent/JP2009195067A/en active Pending
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