JP6131525B2 - Thermoelectric conversion element control device - Google Patents
Thermoelectric conversion element control device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6131525B2 JP6131525B2 JP2012076457A JP2012076457A JP6131525B2 JP 6131525 B2 JP6131525 B2 JP 6131525B2 JP 2012076457 A JP2012076457 A JP 2012076457A JP 2012076457 A JP2012076457 A JP 2012076457A JP 6131525 B2 JP6131525 B2 JP 6131525B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric conversion
- conversion element
- circuit
- voltage
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は熱電変換素子の制御装置に関し、更に詳しくは、熱電変換素子から低コストで効率よく電力を取り出すことができる熱電変換素子の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a thermoelectric conversion element, and more particularly to a control device for a thermoelectric conversion element that can efficiently extract electric power from a thermoelectric conversion element at low cost.
近年、産業用の各種プラントや自動車などから発生するいわゆる「廃熱」を、有用な電気エネルギーに変換する技術として、温度差によって電力を発生することができる熱電変換素子が注目されている。 2. Description of the Related Art In recent years, thermoelectric conversion elements capable of generating electric power due to a temperature difference have attracted attention as a technique for converting so-called “waste heat” generated from various industrial plants and automobiles into useful electrical energy.
この熱電変換素子の出力性能（電力カーブ）は、熱電変換素子への温度差により変化するという特徴を有している。例えば図３の例からは、熱電変換素子への温度差が大きくなると、熱電変換素子の開放電圧が高くなって、電力カーブのピーク（最大電力点）が増加することが分かる。従って、廃熱の有する熱エネルギーを効率的に利用するためには、熱電変換素子への温度差がどのように変わっても、常に最大電力点又はその近傍において電力を取り出すようにする制御を行う必要がある。 The output performance (power curve) of this thermoelectric conversion element has a feature that it changes depending on the temperature difference to the thermoelectric conversion element. For example, it can be seen from the example of FIG. 3 that when the temperature difference to the thermoelectric conversion element increases, the open-circuit voltage of the thermoelectric conversion element increases and the peak (maximum power point) of the power curve increases. Therefore, in order to efficiently use the thermal energy of waste heat, control is performed so that power is always taken out at or near the maximum power point, regardless of how the temperature difference to the thermoelectric conversion element changes. There is a need.
このような制御の例として、熱電変換素子の温度差を温度センサで検出し、出力特性テーブルを用いて最大電力点を決定する制御方法が提案されている（特許文献１を参照）。しかしながら、この制御方法では、温度センサが高価であるためコストが増加するという問題があった。 As an example of such control, a control method has been proposed in which a temperature difference between thermoelectric conversion elements is detected by a temperature sensor and a maximum power point is determined using an output characteristic table (see Patent Document 1). However, this control method has a problem that the cost increases because the temperature sensor is expensive.
そのような問題を解決するために、通常の熱電変換素子の最大電力点は開放電力の約１／２にあるという特徴を利用して、熱電モジュールの出力電流が短絡電流の１／２となるように、熱電モジュールとＤＣ−ＤＣコンバータとの間に設けられたスイッチング素子をオンオフする制御装置が提案されている（特許文献２を参照）。 In order to solve such a problem, the output current of the thermoelectric module becomes ½ of the short circuit current by utilizing the feature that the maximum power point of a normal thermoelectric conversion element is about ½ of the open power. Thus, a control device for turning on and off a switching element provided between a thermoelectric module and a DC-DC converter has been proposed (see Patent Document 2).
しかしながら、上記の制御装置では温度センサが不要になる代わりに、熱電変換素子ごとにセンサや演算装置などが必要となるため、熱電モジュールを構成する熱電変換素子が多数になると、システムが複雑となってコストが増大してしまうことになる。 However, in the above control device, a temperature sensor is not required, but a sensor, an arithmetic device, and the like are required for each thermoelectric conversion element. Therefore, when the number of thermoelectric conversion elements constituting the thermoelectric module becomes large, the system becomes complicated. This increases the cost.
本発明の目的は、熱電変換素子から低コストで効率よく電力を取り出すことができる熱電変換素子の制御装置を提供する。 The objective of this invention provides the control apparatus of the thermoelectric conversion element which can take out electric power efficiently from a thermoelectric conversion element at low cost.
上記の目的を達成する本発明の熱電変換素子の制御装置は、熱を電力に変換して出力する熱電変換素子（１）と、前記熱電変換素子（１）に並列接続する２個の直列接続された抵抗（Ｒ１、Ｒ２）と、前記２個の抵抗（Ｒ１、Ｒ２）のうちの片方の抵抗（Ｒ２）にかかる電圧を外部からのトリガーのタイミングに合わせてコンデンサ（Ｃ）に保持させる電圧ホールド回路（３）と、前記コンデンサ（Ｃ）と前記熱電変換素子（１）との差電圧に
応じて前記熱電変換素子（１）からの出力電流を制御する電流制御回路（５）と、前記電圧ホールド回路（３）のトリガーを発するタイミング回路（２）と、前記コンデンサ（Ｃ）と前記電流制御回路（５）との間に設けられたＰＷＭ発生回路（４）と、を備え、前記タイミング回路（２）が、前記熱電変換素子（１）の開放電圧の発生時において前記トリガーを発して前記コンデンサ（Ｃ）に電圧を保持させた後に、その保持された電圧を前記ＰＷＭ発生回路（４）を通じて前記電流制御回路（５）に出力することを所定の間隔で行い、前記電流制御回路（５）は、前記熱電変換素子（１）と並列に接続されたダイオード（Ｄ）及びＦＥＴからなるスイッチング素子（Ｓｔ）と、前記熱電変換素子（１）に接続された接続端子（６）の片方に通じるコイル（Ｌ）とを備え、前記スイッチング素子（Ｓｔ）をオンオフすることにより、前記熱電変換素子（１）及び前記２個の抵抗（Ｒ １ 、Ｒ ２ ）に流れる電流の大きさを制御する、ことを特徴とするものである。
The thermoelectric conversion element control device of the present invention that achieves the above object includes a thermoelectric conversion element (1) that converts heat into electric power and outputs it, and two serial connections that are connected in parallel to the thermoelectric conversion element (1). The voltage applied to one resistor (R 2 ) of the two resistors (R 1 , R 2 ) and one of the two resistors (R 1 , R 2 ) according to the trigger timing from the outside (C ) And a current control circuit that controls an output current from the thermoelectric conversion element (1) according to a voltage difference between the capacitor (C) and the thermoelectric conversion element (1). 5), a timing circuit (2) for triggering the voltage hold circuit (3), a PWM generation circuit (4) provided between the capacitor (C) and the current control circuit (5), The timing circuit (2) When the open-circuit voltage of the thermoelectric conversion element (1) is generated, the trigger is generated to cause the capacitor (C) to hold the voltage, and then the held voltage is supplied to the current control through the PWM generation circuit (4). The output to the circuit (5) is performed at a predetermined interval, and the current control circuit (5) is a switching element (St) composed of a diode (D) and FET connected in parallel with the thermoelectric conversion element (1). And a coil (L) leading to one of the connection terminals (6) connected to the thermoelectric conversion element (1), and turning on and off the switching element (St), thereby enabling the thermoelectric conversion element (1) and Controlling the magnitude of the current flowing through the two resistors (R 1 , R 2 ) .
本発明の熱電変換素子の制御装置によれば、従来に比べて簡易な回路構成で熱電変換素子の最大電力点を追従する制御を行うので、熱電変換素子から低コストで効率よく電力を取り出すことができる。 According to the thermoelectric conversion element control device of the present invention, control is performed so as to follow the maximum power point of the thermoelectric conversion element with a simpler circuit configuration than in the past, so that electric power can be efficiently extracted from the thermoelectric conversion element at low cost. Can do.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施形態からなる熱電変換素子の制御装置の回路構成を示す。 FIG. 1 shows a circuit configuration of a control device for a thermoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention.
この制御装置は、熱電変換素子１への温度差が変化した場合でも、常に熱電変換素子１の最大電力点において電力を取り出す最大電力点追従制御を行うものである。
This control device performs maximum power point tracking control that always extracts power at the maximum power point of the
制御装置の回路は、熱電変換素子１に並列する２個の直列接続された抵抗Ｒ1、Ｒ2と、後者の抵抗Ｒ2にかかる電圧をタイミング回路２から発せられるトリガーのタイミングに合わせて保持する電圧ホールド回路３と、その電圧ホールド回路３の電圧と熱電変換素子１の出力電圧との差を演算する回路（オペアンプ）７Ａとその出力に比例したＰＷＭ発生回路４を通じて接続する電流制御回路５とを有している。回路端部の外部接続端子６には、熱電変換素子１で発生した電力を外部機器で使用できるように昇圧又は降圧するコンバータなどが接続される。
The circuit of the control device holds two series-connected resistors R 1 and R 2 parallel to the
熱電変換素子１は、自動車や焼却炉などの排ガス経路などに設置され、排ガスが有する熱エネルギーを電気エネルギーである電力に変換する。実際の使用に際しては、個々の熱電変換素子１の起電力が非常に小さいため、複数個をまとめて熱電モジュールを構成させるようにする。
The
トリガーを発するタイミング回路２には、矩形波を発生する発振回路などを用いることができる。電圧ホールド回路３は、コンデンサＣとオペアンプ７Ａとに接続する切替スイッチＳｗを出力側に有するオペアンプ７Ｂから構成されている。電流制御回路５は、熱電変換素子１と並列に接続されたダイオードＤ及びスイッチング素子Ｓｔと、接続端子６の片方に通じるコイルＬとから構成されており、ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｓｔをオンオフすることにより、熱電変換素子１及び２個の抵抗Ｒ1、Ｒ2に流れる電流の大きさを制御することができる。
As the
このような制御装置における制御動作の内容を以下に説明する。 The contents of the control operation in such a control device will be described below.
ＰＷＭ発生回路４を停止して電流制御回路５をオフした状態では、熱電変換素子１の電圧はほぼ開放電圧Ｅとなる。ここで、抵抗Ｒ1にはＥ×Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ2）の電圧が発生している。タイミング回路２のトリガーにより切替スイッチＳｗをオンにしてコンデンサＣに電圧を記憶させると、オペアンプ７ＢはコンデンサＣに記憶した電圧と熱電変換素子１との差電圧を出力する。この差電圧に比例してＰＷＭ回路４が駆動することにより、電流制御回路５が電流を流して、熱電変換素子１の電圧が降下してＥ×Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ2）になる。
In a state where the
電流制御回路５を停止、開放電圧からの狙い電圧をコンデンサＣに記憶⇒電流制御開始⇒電流制御回路５を停止、開放電圧からの狙い電圧をコンデンサＣに記憶、を繰り返すことにより、熱電変換素子１の熱源温度が変化しても追従しての最大電圧制御が可能になる。
By stopping the
このように、従来よりも簡易な回路構成により、熱電変換素子１の最大電力点追従制御を行うことができるので、熱電変換素子１から低コストで効率よく電力を取り出すことができる。また、タイミング回路２から発生されるトリガーを利用して、最大電力点追従を瞬間的に行うので、熱電変換素子１が複数となる熱電モジュールを使用する場合においてもコンバータなどに安定的に電力を供給することができる。
As described above, since the maximum power point tracking control of the
制御装置においてタイミング回路２が動作を行う所定の間隔としては、熱エネルギーの変動状態にもよるが、自動車等へ適用する場合には３０〜６０秒の範囲とすることが望ましい。その場合、タイミング回路２から発せられるパルスは、例えば図２のような大きさの矩形波となる。
The predetermined interval at which the
１ 熱電変換素子
２ タイミング回路
３ 電圧ホールド回路
４ ＰＷＭ発生回路
５ 電流制御回路
６ 外部接続端子
７Ａ、７Ｂ オペアンプ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記タイミング回路（２）が、前記熱電変換素子（１）の開放電圧の発生時において前記トリガーを発して前記コンデンサ（Ｃ）に電圧を保持させた後に、その保持された電圧を前記ＰＷＭ発生回路（４）を通じて前記電流制御回路（５）に出力することを所定の間隔で行い、
前記電流制御回路（５）は、前記熱電変換素子（１）と並列に接続されたダイオード（Ｄ）及びＦＥＴからなるスイッチング素子（Ｓｔ）と、前記熱電変換素子（１）に接続された接続端子（６）の片方に通じるコイル（Ｌ）とを備え、前記スイッチング素子（Ｓｔ）をオンオフすることにより、前記熱電変換素子（１）及び前記２個の抵抗（Ｒ １ 、Ｒ ２ ）に流れる電流の大きさを制御する、ことを特徴とする熱電変換素子の制御装置。 A thermoelectric conversion element (1) that converts heat into electric power and outputs it, two series-connected resistors (R 1 , R 2 ) connected in parallel to the thermoelectric conversion element (1), and the two resistances A voltage hold circuit (3) for holding a voltage applied to one of the resistors (R 2 ) of (R 1 , R 2 ) in a capacitor (C) in accordance with an external trigger timing; and the capacitor (C) Current control circuit (5) for controlling the output current from the thermoelectric conversion element (1) according to the voltage difference between the thermoelectric conversion element (1) and the timing circuit for triggering the voltage hold circuit (3) (2) and a PWM generation circuit (4) provided between the capacitor (C) and the current control circuit (5),
The timing circuit (2) emits the trigger when the open voltage of the thermoelectric conversion element (1) is generated to hold the voltage in the capacitor (C), and then the held voltage is used as the PWM generation circuit. Outputting to the current control circuit (5) through (4) at a predetermined interval ;
The current control circuit (5) includes a switching element (St) composed of a diode (D) and an FET connected in parallel to the thermoelectric conversion element (1), and a connection terminal connected to the thermoelectric conversion element (1). And a coil (L) that leads to one of (6), and the current flowing through the thermoelectric conversion element (1) and the two resistors (R 1 , R 2 ) by turning on and off the switching element (St). A control device for a thermoelectric conversion element, characterized by controlling the size of the thermoelectric conversion element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012076457A JP6131525B2 (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Thermoelectric conversion element control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012076457A JP6131525B2 (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Thermoelectric conversion element control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013207178A JP2013207178A (en) | 2013-10-07 |
| JP6131525B2 true JP6131525B2 (en) | 2017-05-24 |
Family
ID=49525946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012076457A Expired - Fee Related JP6131525B2 (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Thermoelectric conversion element control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6131525B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6459218B2 (en) * | 2014-05-21 | 2019-01-30 | 株式会社リコー | Power generation apparatus, image forming apparatus, power generation method, and program |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5159351A (en) * | 1974-11-22 | 1976-05-24 | Honda Motor Co Ltd | Batsuterino judenreberukenshutsusochi |
| JPS5620790B2 (en) * | 1974-12-27 | 1981-05-15 | ||
| GB1569860A (en) * | 1975-11-08 | 1980-06-25 | Lucas Industries Ltd | Battery charge detector and charging system including such detector |
| JPS59147281A (en) * | 1983-02-14 | 1984-08-23 | Toyoda Autom Loom Works Ltd | Battery residual capacity meter |
| JPS63140665A (en) * | 1986-12-03 | 1988-06-13 | Hitachi Ltd | Switching power circuit |
| JP2656060B2 (en) * | 1988-03-22 | 1997-09-24 | 松下電工株式会社 | Storage battery charge control circuit |
| JPH02128206A (en) * | 1988-11-09 | 1990-05-16 | Mitsubishi Electric Corp | Solar battery simulator |
| JP2000125578A (en) * | 1998-07-02 | 2000-04-28 | Citizen Watch Co Ltd | Electrothermic type system |
| JP3829981B2 (en) * | 2002-02-04 | 2006-10-04 | ソニー株式会社 | Power supply apparatus and method |
| JP4123163B2 (en) * | 2004-02-17 | 2008-07-23 | トヨタ自動車株式会社 | Power generator |
| JP4715340B2 (en) * | 2005-06-29 | 2011-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | Thermoelectric generator |
| JP5060724B2 (en) * | 2005-12-07 | 2012-10-31 | 学校法人神奈川大学 | Power supply |
| JP2008022688A (en) * | 2006-07-11 | 2008-01-31 | Hiroshi Nagayoshi | System for tracking and controlling maximum power operating point |
-
2012
- 2012-03-29 JP JP2012076457A patent/JP6131525B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013207178A (en) | 2013-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10193046B2 (en) | Thermoelectric generating device and thermoelectric generating method | |
| JP5276349B2 (en) | System, method and apparatus for extracting power from a photovoltaic power source | |
| JP5840067B2 (en) | Current detection device for power conversion device and semiconductor module provided with this current detection device | |
| KR101806731B1 (en) | Gate driving apparatus | |
| JP2007295695A5 (en) | ||
| JP2013522717A5 (en) | ||
| EP2926443A2 (en) | Dc-dc high voltage converter with jfet switch | |
| EP1705794A3 (en) | Power generation control system for vehicle generator | |
| US20130265023A1 (en) | Output power control circuit for a thermoelectric generator | |
| JP4715340B2 (en) | Thermoelectric generator | |
| JP2018023195A5 (en) | ||
| JP2011200111A5 (en) | ||
| JP5060724B2 (en) | Power supply | |
| JP2008022688A (en) | System for tracking and controlling maximum power operating point | |
| JP6131525B2 (en) | Thermoelectric conversion element control device | |
| US20170093149A1 (en) | Motor driving circuit and method for detecting output phase loss | |
| EP3540703B1 (en) | Single stage current controller for a notification appliance | |
| JP2017195664A (en) | Resonance type power supply unit | |
| JP2010178528A5 (en) | ||
| JP6473800B2 (en) | Thermoelectric power generation apparatus and thermoelectric power generation method | |
| JP5615978B2 (en) | Method and circuit configuration for charging an intermediate circuit capacitor | |
| JP6023341B2 (en) | Drive circuit for at least two contactors and method for driving at least two contactors | |
| JP2007013022A (en) | Operation system and method of solar cell module | |
| KR20170075318A (en) | Rectifier circuit and piezoelectric energy harvester comprising the same | |
| CN107800278B (en) | Current sampling circuit and method, surge protection circuit and method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150225 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151126 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160105 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160216 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160906 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161003 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170321 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170403 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6131525 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |