(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  前側排気管４２及び後側排気管４４は、ボディーアースＢＥし、エンジンＥＣＵ３０等のアースを行う。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する。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、絶縁スペーサ４０を設け、熱電スタック１０の排気管３４を絶縁スペーサ４０を介して連結し、ボディーアースＢＥとスタックグランドＳＧを絶縁する。【選択図】        図１
2007014161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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する車両用熱電発電装置。
【請求項２】
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、前記熱電変換器の出力電力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目標出力電力を演算し、該目標出力電力となるように前記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、
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。
【請求項３】
前記絶縁手段は、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からなり、前記検出手段と前記制御手段との接続を絶縁アンプを介して行い、前記スイッチング素子と前記制御手段との接続をホトカプラを介して行うことを特徴としている請求項２に記載の車両用熱電発電装置。
【請求項４】
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前記熱電変換器の発電量を推定する推定手段と、前記熱電変換器の実発電量を検出する実発電量検出手段と、前記推定手段の推定結果及び前記実発電量検出手段の検出結果に基づいて前記熱電変換器の発電異常を判断する判断手段と、前記判断手段によって前記発電異常と判断された場合に、前記熱電変換器の電力変換を禁止する禁止手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用熱電発電装置。
【請求項５】
前記熱電変換器から出力される電力を蓄電する蓄電器と、前記蓄電器に蓄電された電力を変圧して前記制御手段に電力供給を行うための変圧器と、を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の車両用熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開平６−２２５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】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。
【図２】本発明の第１実施形態に係わる車両用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。
【図３】車速Ｖに対する発電電力のマップの一例を示すグラフである。
【図４】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。
【図５】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。
【符号の説明】
【００７５】
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
【図１】
2007014161.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007014161.tif 000006
【図５】
2007014161.tif 000007