JP2007014161A - Thermoelectric generator for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用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車両用熱電発電装置に関する。 The present invention relates to a vehicular thermoelectric power generation apparatus, and more particularly to a vehicular thermoelectric power generation apparatus that uses a thermoelectric element to generate power using heat generated in an exhaust path of an automobile exhaust gas or various heats.
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。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a thermoelectric power generation apparatus that performs thermoelectric power generation by providing a thermoelectric converter such as a thermoelectric element in an exhaust path of an automobile exhaust gas or a heat generating part such as an engine.
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。 For example, in the technique described in Patent Document 1, thermoelectric elements formed of a plurality of BiTe or the like are arranged in an exhaust gas passage such as an automobile engine or a factory furnace, and the thermal energy is converted into electric power. In addition, the control unit measures the temperature on the high temperature side and the temperature on the low temperature side of the thermoelectric element unit, and the control unit determines the current value that gives the optimum output from the output characteristics of the thermoelectric element at this measured temperature, and performs the corresponding control. The signal is supplied to the current control circuit, and the current control circuit takes out the generated electric power of the thermoelectric element as a current value based on the control signal, and boosts and smoothes it to a necessary voltage by a DC-DC converter to charge a battery or the like. Yes.
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。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、熱電素子部のマイナス端子と、DC−DCコンバータの出力のグランド(GND)が共通GNDのため、熱電素子部のプラス端子(直列接続した場合の中間端子)が、結露等によってボディーアースに短絡した場合には、短絡電流が流れ、発電エネルギーを回収できなくなってしまう、という問題がある。 However, in the technique described in Patent Document 1, since the negative terminal of the thermoelectric element unit and the ground (GND) of the output of the DC-DC converter are common GND, the positive terminal of the thermoelectric element unit (the intermediate terminal when connected in series) However, when short-circuited to the body ground due to condensation or the like, there is a problem that a short-circuit current flows and power generation energy cannot be recovered.
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、熱電変換器の発電電流の短絡を防止することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to prevent a short circuit of a generated current of a thermoelectric converter.
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を車両の熱発生部位に設けた車両用熱電発電装置であって、前記熱電変換器が設けられた熱電変換ユニットと、該熱電変換ユニットに連結される発熱体との間に絶縁部材を設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a vehicular thermoelectric power generation device provided with a thermoelectric converter that converts heat into electric power and outputs the electric power at a heat generation site of the vehicle, wherein the thermoelectric converter An insulating member is provided between the thermoelectric conversion unit provided with a heating element connected to the thermoelectric conversion unit.
請求項1に記載の発明によれば、車両の熱発生部位(例えば、エンジンや、排気ガスが通る排気排気管等)に熱電変換器を設けることによって、熱発生部の発熱により熱電変換器によって熱が電力に変換されて出力される。 According to the first aspect of the present invention, by providing a thermoelectric converter in a heat generation part of the vehicle (for example, an engine or an exhaust exhaust pipe through which exhaust gas passes), the heat generation unit generates heat by the thermoelectric converter. Heat is converted into electric power and output.
ところで、エンジンや排気管等の車両の発熱部位は、ボディーアースとして作用する。従って、上述のように熱電変換器のプラス端子(グランド)が、ボディーアースに短絡した場合に、短絡電流が流れて熱電変換器の発電エネルギーを回収できなくなってしまう。 By the way, the heat generating parts of the vehicle such as the engine and the exhaust pipe act as a body ground. Therefore, when the plus terminal (ground) of the thermoelectric converter is short-circuited to the body ground as described above, a short-circuit current flows and the generated energy of the thermoelectric converter cannot be recovered.
そこで、請求項1に記載の発明では、熱電変換器が設けられた熱電変換ユニットと、該熱電変換ユニットに連結される発熱体(例えば、エンジンや排気管等)との間に絶縁部材を設けている。これによって、熱電変換ユニットに連結される発熱体がボディーアースされている場合でも、ボディーアースと熱電変換器のグランドとを絶縁することができるので、熱電変換器の発電電流の短絡を防止することができる。 Therefore, in the invention described in claim 1, an insulating member is provided between the thermoelectric conversion unit provided with the thermoelectric converter and a heating element (for example, an engine, an exhaust pipe, etc.) connected to the thermoelectric conversion unit. ing. As a result, even if the heating element connected to the thermoelectric conversion unit is body-grounded, it is possible to insulate the body ground from the thermoelectric converter ground, thus preventing a short circuit of the generated current of the thermoelectric converter. Can do.
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の調整を行うためのスイッチング素子と、熱電変換器の出力電力を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて熱電変換器の目標出力電力を演算し、該目標出力電力となるようにスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、を更に備える場合には、検出手段と制御手段との接続、及びスイッチング素子と制御手段との接続を電気的に絶縁する絶縁手段を介して行うようにしてもよい。このように絶縁手段を介して、検出手段と制御手段、及びスイッチング素子と制御手段をそれぞれ接続することで、制御手段にボディーアースを接続するような場合には、制御手段に接続されたボディーアースへの発電電流の短絡を防止することができる。 Further, as in the second aspect of the invention, the switching element for adjusting the power output from the thermoelectric converter, the detection means for detecting the output power of the thermoelectric converter, and the detection result of the detection means A control means for calculating a target output power of the thermoelectric converter on the basis of the thermoelectric converter and controlling on / off of the switching element so as to be the target output power, and connecting and detecting the detection means and the control means The connection between the element and the control means may be performed via an insulating means for electrically insulating the element. In this way, when the body ground is connected to the control means by connecting the detection means and the control means, and the switching element and the control means, respectively, via the insulation means, the body ground connected to the control means. It is possible to prevent a short circuit of the generated current.
この時、絶縁手段は、請求項3に記載の発明のように、電気信号を光信号に変換して接続する、ホトカプラ及び絶縁アンプを適用し、検出手段と制御手段との接続を絶縁アンプを介して行い、スイッチング素子と制御手段との接続をホトカプラを介して行うことによって、絶縁手段による絶縁が可能となる。 At this time, as in the invention described in claim 3, the insulating means applies a photocoupler and an insulating amplifier that converts an electrical signal into an optical signal and connects it, and connects the detecting means and the control means with an insulating amplifier. By connecting the switching element and the control means via the photocoupler, insulation by the insulating means becomes possible.
また、この時、請求項4に記載の発明のように、車両の運転状態を検出する運転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を推定する推定手段と、熱電変換器の実発電量を検出する実発電量検出手段と、推定手段の推定結果及び実発電量検出手段の検出結果に基づいて熱電変換器の発電異常を判断する判断手段と、判断手段によって発電異常と判断された場合に、熱電変換器の電力変換を禁止する禁止手段と、を更に備えるようにしてもよい。 Further, at this time, as in the invention described in claim 4, the estimation means for estimating the power generation amount of the thermoelectric converter based on the detection result of the driving state detection means for detecting the driving state of the vehicle, and the thermoelectric converter Actual power generation amount detecting means for detecting the actual power generation amount, determination means for determining the power generation abnormality of the thermoelectric converter based on the estimation result of the estimation means and the detection result of the actual power generation amount detection means, and determining the power generation abnormality by the determination means In this case, a prohibiting unit that prohibits the power conversion of the thermoelectric converter may be further provided.
すなわち、運転状態検出手段では、車両の運転状態(例えば、熱電変換器の発電量に関係する車速やエンジン回転数等)が検出され、推定手段では、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。また、実発電量検出手段では、熱電変換器の実発電量が検出され、判断手段では、推定手段の推定結果及び実発電量検出手段の検出結果に基づいて熱電変換器の発電異常が判断される。そして、禁止手段では、熱電変換器の電力変換が禁止される。従って、このように推定した熱電変換器の発電量と、実際に検出した熱電変換器の発電量とから発電異常を判断し、異常であると判断した場合に、熱電変換器の電力変換を禁止するので、ボディーアース等への短絡時の信頼性を向上することができる。 That is, the driving state detecting means detects the driving state of the vehicle (for example, the vehicle speed and the engine speed related to the amount of power generated by the thermoelectric converter), and the estimating means detects the thermoelectric converter based on the detection result of the detecting means. The amount of power generation is estimated. The actual power generation amount detection means detects the actual power generation amount of the thermoelectric converter, and the determination means determines the power generation abnormality of the thermoelectric converter based on the estimation result of the estimation means and the detection result of the actual power generation amount detection means. The And in a prohibition means, the power conversion of a thermoelectric converter is prohibited. Therefore, the power generation abnormality of the thermoelectric converter is judged from the estimated amount of power generation of the thermoelectric converter thus estimated and the amount of power generation of the thermoelectric converter actually detected, and if it is judged to be abnormal, the power conversion of the thermoelectric converter is prohibited. Therefore, the reliability at the time of a short circuit to the body ground or the like can be improved.
なお、請求項2に記載の発明は、請求項5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蓄電する蓄電器と、蓄電器に蓄電された電力を変圧して制御手段に電力供給を行うための変圧器と、を更に備えるようにしてもよい。このように、蓄電器及び変圧器を備えることによって、熱電変換器によって発電した電力を制御手段の電源として用いることができる。これによって、制御手段にボディーアースを接続する必要がなくなる。 The invention according to claim 2 is the same as the invention according to claim 5, wherein the electric storage device stores electric power output from the thermoelectric converter, and the electric power stored in the electric storage device is transformed to supply electric power to the control means. You may make it further provide the transformer for supplying. Thus, by providing a capacitor and a transformer, the power generated by the thermoelectric converter can be used as a power source for the control means. This eliminates the need to connect a body ground to the control means.
以上説明したように本発明によれば、熱電変換器が設けられた熱電変換ユニットと、該熱電変換ユニットに連結される発熱体との間に絶縁部材を設けることによって、絶縁部材によってボディーアースと熱電変換器のグランドとを絶縁することができるので、熱電変換器の発電電流の短絡を防止することができる、という効果がある。 As described above, according to the present invention, the insulating member is provided between the thermoelectric conversion unit provided with the thermoelectric converter and the heating element connected to the thermoelectric conversion unit, so that the body member can be grounded by the insulating member. Since the ground of the thermoelectric converter can be insulated, there is an effect that it is possible to prevent a short circuit of the generated current of the thermoelectric converter.
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実施形態に係わる車両用熱電発電装置の構成を示す図である。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicular thermoelectric generator according to a first embodiment of the present invention.
本発明の第1実施形態に係わる車両用熱電発電装置は、熱を電力に変化する本発明の熱電発電器としての熱電モジュール12を含む熱電スタック10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、自動車の排気ガスの排気経路に設けられ、自動車の排気ガスの熱を電力に変換する。なお、エンジン等の熱を発生する部分に設け、エンジン等の発熱体の熱を電力に変換するようにしてもよい。
The vehicular thermoelectric generator according to the first embodiment of the present invention includes a
熱電スタック10は、図1に示すように、熱電モジュール12、排気管34、ヒートシンク36、及び冷却水路38で構成されており、熱電モジュール12は、前側排気管42と後側排気管44との間に連結された排気管34に設けられ、排気管34の熱を電力に変換する。
As shown in FIG. 1, the
ヒートシンク36は、排気管34の排気経路中に設けられ、排気ガスの熱がヒートシンク36及び排気管34を介して熱電モジュール12に伝達されるようになっている。
The
冷却水路38は、熱電モジュール12の排気管34とは反対側の面を冷却する位置に設けられている。すなわち、熱電モジュール12は、冷却水路38による冷却と排気ガスによる熱の温度差によって電力を発生する。
The
前側排気管42及び後側排気管44は、ボディーアースBEされており、エンジンECU30等のアースが行われるようになっており、熱電スタック10の排気管34は、熱電スタック10用にスタックグランドSGされている。そして、前側排気管42と排気管34との間、及び後側排気管44と排気管34との間には、絶縁スペーサ40が設けられており、熱電スタック10の排気管34が絶縁スペーサ40を介して連結され、ボディーアースBEとスタックグランドSGが絶縁されている。
The
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。また、DC−DCコンバータ14は絶縁型コンバータが適用されている。 The thermoelectric module 12 is connected to the primary side of the transformer of the DC-DC converter 14, and the electric power generated by the thermoelectric module 12 is input to the primary side of the transformer of the DC-DC converter 14. In this embodiment, the DC-DC converter 14 is described as an example using a general flyback type, but is not limited to this, and for example, a forward type is used. May be. Moreover, although this embodiment demonstrates the example which supplies the output electric power of the thermoelectric module 12 to the DC-DC converter 14, you may make it supply the output electric power of the thermoelectric module 12 to another apparatus. In addition, an insulation type converter is applied to the DC-DC converter 14.
熱電モジュール12とDC−DCコンバータ14のトランス間には、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側に接続されると共に接地されており(スタックグランドSG)、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を制御するコントローラ16にホトカプラ24を介して接続されホトカプラ24によって電気信号が光信号に変換されて接続される。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。
Between the transformer of the thermoelectric module 12 and the DC-DC converter 14, the switching element S0 comprised by FET is provided. The source of the switching element S0 is connected to the thermoelectric module 12 side and grounded (stack ground SG), the drain is connected to the primary side of the transformer of the DC-DC converter 14, and the gate is a controller that controls the thermoelectric generator. The electrical signal is converted into an optical signal by the
熱電モジュール12とDC−DCコンバータ14のトランスとの間には、コンデンサC0が熱電モジュール12とDC−DCコンバータ14のトランスに対して並列に接続されている。 A capacitor C0 is connected in parallel with the transformer of the thermoelectric module 12 and the DC-DC converter 14 between the thermoelectric module 12 and the transformer of the DC-DC converter 14.
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。また、熱電モジュール12とDC−DCコンバータ14との間には、熱電モジュール12の電圧を検出する電圧検出回路20が接続されており、該電圧検出回路20によって検出された熱電モジュール12の電圧がコントローラ16に入力されるようになっている。
Further, a
さらに、コントローラ16は、ボディーアースBEに接続された補機バッテリ26に接続され、補機バッテリ26から電力供給を受けるようになっている。また、コントローラ16は、電流センサ18及び電圧検出回路20と絶縁アンプ28を介して接続されており、絶縁アンプ28によって電気信号を光信号に変換して接続しているので、ボディーアースBEとスタックグランドSGが絶縁される。
Further, the
そして、コントローラ16は、エンジンECU30に接続されており、エンジンECU30に入力される車速を読み取ると共に、エンジンECU30に予め記憶された車速度と発電量のマップを取得して、マップから得られる熱電モジュール12の推定発電電力と、電流センサ18及び電圧検出回路20から得られる発電電力に基づいて熱電モジュール12の発電異常を検出し、発電異常の場合に電力変換を停止する制御を行うようになっている。
The
一方、DC−DCコンバータ14の二次側には、ヒューズ32を介してバッテリ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。
On the other hand, a
DC−DCコンバータ14のトランスの二次側とバッテリ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が直列接続されている。また、DC−DCコンバータ14のトランスの二次側とバッテリ22との間には、DC−DCコンバータ14のトランス及びバッテリ22に対して並列にダイオードD1が接続されており、ダイオードDのカソードとヒューズ32間に、ダイオードD1のカソードが接続され、ダイオードD1のアノードがDC−DCコンバータ14のトランスの二次側のダイオードDのアノードが接続されていない方に接続されていると共に高圧系アースHEに接続されている。さらに、ダイオードDとヒューズ32との間には、コイルL0が直列に接続されている。
A diode D for rectifying the power supplied to the
また、DC−DCコンバータ14のトランスとバッテリ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のトランスとバッテリ22に対して並列に接続されており、コイルL0とヒューズ32間に、コンデンサCの一端が接続されている。
Further, a capacitor C for smoothing the output of the DC-DC converter 14 while suppressing ripples caused by ripples is provided between the transformer of the DC-DC converter 14 and the
続いて、上述のように構成された熱電発電装置の作用について説明する。 Then, the effect | action of the thermoelectric power generating apparatus comprised as mentioned above is demonstrated.
コントローラ16は、電流センサ18及び電圧検出回路20から入力される熱電モジュール12から出力される電流及び電圧から熱電モジュール12の発電電力をモニタし、熱電モジュール12が最大出力で動作する動作電流となるようにスイッチング素子S0のオンオフを制御する。この時、電流センサ18及び電圧検出回路20は、絶縁アンプ28を介してコントローラ16に接続されているので、ボディーアースBEとスタックグランドSGとの絶縁が確保される。
The
また、コントローラ16に接続されたスイッチング素子S0は、カプラ24を介して接続されているので、ボディーアースBEスタックグランドSGとの絶縁が確保される。
Since the switching element S0 connected to the
そして、熱電スタック10の排気管34と、前側排気管42及び後側排気管44とが、絶縁スペーサ40を介して連結されているので、前側排気管42及び後側排気管44に接続されたボディーアースBEと、熱電スタック10のスタックグランドSGとの絶縁が確保される。
The
従って、本実施形態では、熱電モジュール12の1端子が熱電スタック10本体等に短絡した場合でも、スタックグランドSGがボディーアースBE及び高圧系アースHEから絶縁されているので、電力を回収することができる。
Therefore, in this embodiment, even when one terminal of the thermoelectric module 12 is short-circuited to the main body of the
ところで、熱電モジュール12の1端子が熱電スタック10本体等に短絡した場合には、短絡により回路が形成されるため熱電モジュール12間で循環電流(短絡電流)が流れてしまい、電力回収が困難になってしまう。そこで、本実施形態では、エンジンECU30に予め記憶された車速度と発電量のマップを取得して、マップから得られる熱電モジュール12の推定発電電力と、電流センサ18及び電圧検出回路20から得られる発電電力に基づいて熱電モジュール12の発電異常を検出し、発電異常の場合に電力変換を停止するように制御される。
By the way, when one terminal of the thermoelectric module 12 is short-circuited to the main body of the
ここで、熱電モジュール12のコントローラ16で行われる発電異常検出を含む制御について説明する。図2は、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。
Here, control including power generation abnormality detection performed by the
まず始めにステップ100では、DC−DCコンバータ14の作動が行われる。DC−DCコンバータ14の作動は、上述したように、電流センサ18及び電圧検出回路20から入力される熱電モジュール12から出力される電流及び電圧から熱電モジュール12の発電電力をモニタし、熱電モジュール12が最大出力で動作する動作電流となるようにスイッチング素子S0のオンオフを制御する。
First, in
次にステップ102では、電圧V及び電流Iが読み込まれてステップ104へ移行して、発電電力Piが計算される。すなわち、電流センサ18及び電圧検出回路20のそれぞれによって検出された、熱電モジュール12が発電している電圧V及び電流Iが読み取られ、読み取られた電圧V及び電流Iから発電電力Pinが計算される。
Next, at
続いて、ステップ106では、エンジンECU30から車速Vが読み取られてステップ108へ移行する。
Subsequently, at
次にステップ108では、推定発電電力Pgが計算されてステップ112へ移行する。推定発電電力Pgは、エンジンECU30に予め記憶された車速Vと発電電力Pgのマップ(例えば、図3に示すような、車速Vに対する発電電力のマップ)が読み取られ、図3に示すマップから読み取った車速Vに対応する発電電力Pgが計算される。
Next, at
ステップ110では、ステップ104で計算された熱電モジュール12の発電電力Pinと、ステップ108で計算された推定発電電力Pgの差分の絶対値ΔP(ΔP=|PgーPin|)が計算される。
In
そして、ステップ112では、ステップ110で計算されたΔPが予め定めた閾値Pthより小さいか否か判定され、該判定が肯定された場合には、熱電モジュール12の発電電力Pinと、車速Vから推定した推定電力Pgとの差が小さいので、正常に発電していると判断して、ステップ102に戻って上述の処理が繰り返される。
Then, in
一方、ステップ112の判定が否定された場合には、熱電モジュール12の発電電力Pinと、車速Vから推定した推定電力Pgとの差が大きいので、熱電モジュール12の発電異常であると判断してステップ114へ移行する。
On the other hand, if the determination in
ステップ114では、スイッチング素子S0の制御が停止されるとこによって、DC−DCコンバータ14が停止されて一連の処理を終了する。
In
すなわち、本実施形態では、熱電モジュール12の1端子が熱電スタック10本体等に短絡して短絡により回路が形成されて、熱電モジュール12間で循環電流(短絡電流)が流れてしまった場合には、ΔPが予め定めた閾値Pthより大きくなるので、これを検出することで、熱電モジュール12の発電異常を検出することができ、熱電モジュール12の発電異常を検出した場合には、DC−DCコンバータ14による電力変換が停止されるので、信頼性を向上することができる。
That is, in this embodiment, when one terminal of the thermoelectric module 12 is short-circuited to the main body of the
なお、第1実施形態では、推定発電電力Pgを計算する際に、車速Vに対応する発電電力Pgのマップを予め記憶しておいて、車速Vから推定発電電力Pgを計算するようにしたがこれに限るものではない。例えば、エンジン回転数に対応する発電電力Pgのマップを予め記憶しておいて、エンジン回転数から推定発電電力Pgを計算するようにしてもよい。
[第2実施形態]
続いて、本発明の第2実施形態に係わる車両用熱電発電装置について説明する。
In the first embodiment, when the estimated generated power Pg is calculated, a map of the generated power Pg corresponding to the vehicle speed V is stored in advance, and the estimated generated power Pg is calculated from the vehicle speed V. This is not a limitation. For example, a map of the generated power Pg corresponding to the engine speed may be stored in advance, and the estimated generated power Pg may be calculated from the engine speed.
[Second Embodiment]
Next, a vehicular thermoelectric generator according to a second embodiment of the present invention will be described.
本発明の第2実施形態に係わる車両用熱電発電装置は、第1実施形態に係わる車両用熱電発電装置の変形例であり、熱電モジュール12に接続される回路が異なるのみであり、熱電スタック10の構成は第1実施形態と同一であるために詳細な説明を省略する。
The vehicular thermoelectric power generation apparatus according to the second embodiment of the present invention is a modification of the vehicular thermoelectric power generation apparatus according to the first embodiment, except that a circuit connected to the thermoelectric module 12 is different, and the
図4は、本発明の第2実施形態に係わる車両用熱電発電装置の構成を示す図である。なお、第1実施形態と同一構成については同一符号を付して説明する。 FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the vehicular thermoelectric generator according to the second embodiment of the present invention. In addition, about the same structure as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated.
本発明の第2実施形態に係わる車両用熱電発電装置は、図4に示すように、第1実施形態に係わる車両用熱電発電装置に対して昇圧チョッパ46を備えており、昇圧チョッパ46によって熱電モジュール12の発電電力を昇圧して、バッテリ22に電力を供給するようになっている。すなわち、バッテリ22としては、高圧のバッテリ22を適用する。
昇圧チョッパ46は、図4に示すように、DC−DCコンバータ14のトランスの一次側と熱電モジュール12間に設けられている。なお、DC−DCコンバータ14は、第1実施形態と同様に、絶縁型のコンバータを適用する。
As shown in FIG. 4, the vehicular thermoelectric generator according to the second embodiment of the present invention includes a
As shown in FIG. 4, the step-up
昇圧チョッパ46は、2つのコンデンサC1、C0、コイルL、ダイオードD2、及びスイッチング素子S1で構成されており、2つのコンデンサC1、C0は、熱電モジュール12及びDC−DCコンバータ14のトランスの一次側に対してそれぞれ並列に接続されている。
The step-up
また、コンデンサC1、C0のそれぞれの一端間には、コイルL及びダイオードD2が直列に接続され、コイルLとダイオードD2のアノードにスイッチング素子S1のドレインが接続され、スイッチング素子S1のソースは、熱電モジュール12に接続され、スイッチング素子S1のゲートは、昇圧チョッパ46を制御するコントローラ16Aにホトカプラ24を介して接続されホトカプラ24によって電気信号が光信号に変換されて接続される。なお、スイッチング素子S1は、FETで構成されている。
A coil L and a diode D2 are connected in series between one end of each of the capacitors C1 and C0. A drain of the switching element S1 is connected to an anode of the coil L and the diode D2, and a source of the switching element S1 is connected to a thermoelectric device. The gate of the switching element S1 connected to the module 12 is connected to the
また、第1実施形態と同様に、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と共に、熱電モジュール12と昇圧チョッパ46との間には、熱電モジュール12の電圧を検出する電圧検出回路20が接続されており、該電圧検出回路20によって検出された熱電モジュール12の電圧がコントローラ16に入力されるようになっている。
Further, as in the first embodiment, a
さらに、コントローラ16Aは、ボディーアースBEに接続された補機バッテリ26に接続され、補機バッテリ26から電力供給を受けるようになっている。また、コントローラ16Aは、電流センサ18及び電圧検出回路20と絶縁アンプ28を介して接続されており、絶縁アンプ28によって電気信号を光信号に変換して接続しているので、ボディーアースBEとスタックグランドSGが絶縁される。
Further, the
そして、コントローラ16Aは、エンジンECU30に接続されており、エンジンECU30に入力される車速を読み取ると共に、エンジンECU30に予め記憶された車速度と発電量のマップを取得して、マップから得られる熱電モジュール12の推定発電電力と、電流センサ18及び電圧検出回路20から得られる発電電力に基づいて熱電モジュール12の発電異常を検出し、発電異常の場合に電力変換を停止する制御を行うようになっている。
The
また、DC−DCコンバータ14を制御するスイッチング素子S0は、コントローラ16Bに接続されており、該コントローラ16Bは、補機バッテリ26から電力供給を受けるようになっている。DC−DCコンバータ14の駆動を制御するスイッチング素子S0との接続はホトカプラ24を介して行われ、ホトカプラ24によって電気信号が光信号に変換されて接続される。
The switching element S0 that controls the DC-DC converter 14 is connected to the
なお、DC−DCコンバータ14の二次側は、第1実施形態と同一構成であるため詳細な説明を省略する。 Since the secondary side of the DC-DC converter 14 has the same configuration as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
すなわち、第2実施形態では、熱電モジュール12によって発電された発電エネルギーは、昇圧チョッパ46によって高圧のバッテリ電圧に昇圧される。この時、コントローラ16A、16Bは、第1実施形態同様に熱電モジュール12の出力電力(電流×電圧)をモニタして、熱電モジュール12の最大出力で動作する動作電流で制御が行われる。
In other words, in the second embodiment, the generated energy generated by the thermoelectric module 12 is boosted to a high battery voltage by the
電流センサ18及び電圧検出回路20は、第1実施形態と同様に、絶縁アンプ28を介してコントローラ16Aに接続されているので、ボディーアースBEとスタックグランドSGとの絶縁が確保される。
Since the
また、昇圧チョッパ46のスイッチング素子S1の駆動がコントローラ16Aで行われ、当該スイッチング素子S1とコントローラ16Aの接続がホトカプラ24を介して行われているので、ボディーアースBEとスタックグランドSGとの絶縁が確保される。
Further, since the switching element S1 of the step-up
そして、第1実施形態と同様に、熱電スタック10の排気管34と、前側排気管42及び後側排気管44とが、絶縁スペーサ40を介して連結されているので、前側排気管42及び後側排気管44に接続されたボディーアースBEと、熱電スタック10のスタックグランドSGとの絶縁が確保される。
As in the first embodiment, the
さらには、DC−DCコンバータ14は、DC−DCコンバータ14の駆動を制御するスイッチング素子S0とコントローラ16Bがホトカプラ24を介して接続されているので、ボディーアースBEと絶縁が確保される。
Furthermore, since the switching element S0 for controlling the driving of the DC-DC converter 14 and the
従って、本実施形態においても第1実施形態と同様に、熱電モジュール12の1端子が熱電スタック10本体等に短絡した場合でも、スタックグランドSGがボディーアースBE及び高圧系アースHEから絶縁されているので、電力を回収することができる。
Therefore, in this embodiment as well as the first embodiment, even when one terminal of the thermoelectric module 12 is short-circuited to the main body of the
なお、昇圧チョッパ46は、100%昇圧した場合には、トランスの巻数比は1:1とすればよい。
[第3実施形態]
続いて、本発明の第3実施形態に係わる車両用熱電発電装置について説明する。
Note that the step-up
[Third Embodiment]
Next, a vehicular thermoelectric generator according to a third embodiment of the present invention will be described.
本発明の第3実施形態に係わる車両用熱電発電装置は、第2実施形態に係わる熱電発電装置の変形例であり、熱電モジュール12に接続されている回路が第2実施形態に対して一部異なるのみであり、熱電スタック10の構成は第1実施形態及び第2実施形態と同一であるため詳細な説明を省略する。
The vehicular thermoelectric generator according to the third embodiment of the present invention is a modification of the thermoelectric generator according to the second embodiment, and a circuit connected to the thermoelectric module 12 is partly compared to the second embodiment. Only the difference is that the configuration of the
図5は、本発明の第3実施形態に係わる車両用熱電発電装置の構成を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a vehicular thermoelectric generator according to a third embodiment of the present invention.
本発明の第3実施形態に係わる車両用熱電発電装置は、図5に示すように、高圧のバッテリ22に降圧コンバータ48が接続されており、降圧コンバータ48によってバッテリ22の電力を降圧して、コントローラ16A、16Bに電力供給を行う。すなわち、2つのコントローラ16A、16Bの電力をバッテリ22から供給するようになっており、コントローラ16A、16BにボディーアースBEが接続された補機バッテリ26を接続する必要がなくなる。
In the vehicular thermoelectric generator according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, a step-
一方、コントローラ16AとエンジンECU30は、電気信号を光信号に変換して接続するホトカプラ24を介して接続され、スタックグランドSG及び高圧系アースHEと、ボディーアースBEとの絶縁が確保されている。
On the other hand, the
このように、本実施形態では、高圧のバッテリ22の電力をコントローラ16A、16Bに供給するようにしているので、車両用熱電発電装置としては、2つのグランド系(スタックグランドSGと高圧アースHE)にすることができる。
Thus, in this embodiment, since the electric power of the
従って、第2実施形態で、コントローラ16Aに接続されるボディーアースBEと絶縁するために必要であった絶縁アンプ28及びカプラ24が不要となり、電流センサ18及び電圧検出回路20は、絶縁アンプ28を用いずにそのままコントローラ16Aに接続することができ、昇圧チョッパ46のスイッチング素子S1は、ホトカプラ24を用いずにそのままコントローラ16Aに接続することができる。
Therefore, in the second embodiment, the
従って、このように、高圧のバッテリ22を降圧してコントローラ16A、16Bに電力を供給するように構成することによって、第2実施形態に比べて回路構成を簡素化することができ、信頼性確保がより容易となる。また、回路構成を簡素化できることによって、12V電源用のワイヤハーネス等が不要となり、車両への搭載性も向上することができる。
Therefore, by configuring the
なお、第2実施形態及び第3実施形態では、第1実施形態で説明したコントローラ16で行われる発電異常検出を含む制御について説明を省略したが、第1実施形態と同様の処理を行うことによって、熱電モジュール12の発電異常を検出してDC−DCコンバータ14による電力変換を停止することができる。
In the second embodiment and the third embodiment, the description of the control including the power generation abnormality detection performed by the
10 熱電スタック
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
22 バッテリ
24 ホトカプラ
28 絶縁アンプ
34 排気管
40 絶縁スペーサ
42 前側排気管
44 後側排気管
46 昇圧チョッパ
48 降圧コンバータ
BE ボディーアース
HE 高圧系アース
SG スタックグランド
S0 スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記熱電変換器が設けられた熱電変換ユニットと、該熱電変換ユニットに連結される発熱体との間に絶縁部材を設けたことを特徴とする車両用熱電発電装置。 A vehicular thermoelectric generator provided with a thermoelectric converter that converts heat into electric power and outputs it at a heat generation site of the vehicle,
A vehicular thermoelectric generator, wherein an insulating member is provided between a thermoelectric conversion unit provided with the thermoelectric converter and a heating element connected to the thermoelectric conversion unit.
前記検出手段と前記制御手段との接続、及び前記スイッチング素子と前記制御手段との接続を電気的に絶縁する絶縁手段を介して行うことを特徴とする請求項1に記載の車両用熱電発電装置。 A switching element for adjusting power output from the thermoelectric converter, detection means for detecting output power of the thermoelectric converter, and target output power of the thermoelectric converter based on a detection result of the detection means And a control means for controlling on / off of the switching element so as to obtain the target output power,
2. The vehicle thermoelectric generator according to claim 1, wherein the connection between the detection means and the control means and the insulation between the switching element and the control means are electrically insulated. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005193714A JP2007014161A (en) | 2005-07-01 | 2005-07-01 | Thermoelectric generator for vehicle |
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009195067A (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-27 | Toyota Motor Corp | Thermal power generator |
JP2010182868A (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Nec Computertechno Ltd | Power regeneration device |
JPWO2013108287A1 (en) * | 2012-01-17 | 2015-05-11 | トヨタ自動車株式会社 | Thermoelectric generator |
JP2016100439A (en) * | 2014-11-20 | 2016-05-30 | トヨタ自動車株式会社 | Thermoelectric power generation device |
JP2016226107A (en) * | 2015-05-28 | 2016-12-28 | ダイハツ工業株式会社 | Power generating system |
WO2018079172A1 (en) | 2016-10-25 | 2018-05-03 | ヤンマー株式会社 | Thermoelectric generating system |
JP2021150349A (en) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | 三菱電機株式会社 | Thermoelectric conversion module and optical module |
-
2005
- 2005-07-01 JP JP2005193714A patent/JP2007014161A/en not_active Withdrawn
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009195067A (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-27 | Toyota Motor Corp | Thermal power generator |
JP2010182868A (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Nec Computertechno Ltd | Power regeneration device |
JPWO2013108287A1 (en) * | 2012-01-17 | 2015-05-11 | トヨタ自動車株式会社 | Thermoelectric generator |
JP2016100439A (en) * | 2014-11-20 | 2016-05-30 | トヨタ自動車株式会社 | Thermoelectric power generation device |
JP2016226107A (en) * | 2015-05-28 | 2016-12-28 | ダイハツ工業株式会社 | Power generating system |
WO2018079172A1 (en) | 2016-10-25 | 2018-05-03 | ヤンマー株式会社 | Thermoelectric generating system |
US11532777B2 (en) | 2016-10-25 | 2022-12-20 | Yanmar Power Technology Co., Ltd. | Thermoelectric power generation system |
JP2021150349A (en) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | 三菱電機株式会社 | Thermoelectric conversion module and optical module |
JP7419899B2 (en) | 2020-03-17 | 2024-01-23 | 三菱電機株式会社 | Thermoelectric conversion module and optical module |
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