專利名稱：電功率產(chǎn)生裝置和電功率產(chǎn)生裝置的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用熱電元件的電功率產(chǎn)生裝置。更特別的是，本發(fā)明涉及電功率產(chǎn)生裝置中電功率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電功率的控制。該電功率產(chǎn)生裝置位于汽車等的排氣裝置中，它使用電功率轉(zhuǎn)換器來提供由于廢氣和冷卻介質(zhì)之間的溫差而產(chǎn)生的電功率。
背景技術(shù)：
熱電的功率產(chǎn)生裝置是眾所周知的，它再生如電功率，包含從燃燒裝置如汽車的發(fā)動機排放的廢氣中的熱能。在這樣的熱電的功率產(chǎn)生裝置中，熱電元件的一端由廢氣加熱，而熱電元件的另一端通過冷卻介質(zhì)如冷卻液冷卻，由于廢氣和冷卻介質(zhì)之間的溫差使得在熱電元件中產(chǎn)生電功率。產(chǎn)生的電功率的電壓經(jīng)電功率轉(zhuǎn)換器增加和平滑后，向電池等提供電功率。
同時，熱電元件的輸出電功率取決于獲得輸出電功率時的電流值而改變。此外，這種電流-電功率(電壓)特性同樣取決于熱電元件兩端中的每一端的溫度的變化而改變。因此，如日本專利申請公報JP-A-6-22572中指出的，為了在熱電元件高溫側(cè)的條件和熱電元件低溫側(cè)的條件改變時有效的獲取電功率，例如，當使用汽車的廢氣產(chǎn)生電功率時，當由電流-電功率(電壓)特性獲取電功率時控制電流是必要的。在這一技術(shù)中，測量熱電元件高溫側(cè)的溫度和低溫側(cè)的溫度；輸出的電功率成為最佳時的電流值是基于被測量溫度的熱電元件的輸出特性而獲得的，該輸出特性是預(yù)先獲得的；控制電流值與獲得電功率時獲取的電流值相等。
為了在熱電元件的高溫側(cè)和低溫側(cè)緊密地貼上溫度傳感器，需要如定位架一樣的固定裝置。固定裝置和溫度傳感器充當熱敏電阻。結(jié)果，傳遞進熱電元件的熱量減少，電功率產(chǎn)生效率同樣減少。同樣，一般情況下，為了增加產(chǎn)生的電功率把多個熱電元件連接起來。然而，由于熱電元件兩端的溫度隨每一熱電元件的變化而改變，因此使用少量的溫度傳感器測得全部的溫度趨勢是困難的。同時，如果增加溫度傳感器的數(shù)量，就增加了成本，降低了電功率產(chǎn)生效率。因此增加溫度傳感器的數(shù)量也是困難的。同樣，為了精確的檢測溫度的瞬時變化，增強溫度傳感器的響應(yīng)性是必要的。特別是當增強高溫側(cè)的溫度傳感器的響應(yīng)性時，會增加成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目標是提供一種使用熱電元件的電功率產(chǎn)生裝置，該電功率產(chǎn)生裝置不需溫度測量而使有效的獲取電功率成為可能。
本發(fā)明的第一個方面涉及一種電功率產(chǎn)生裝置，它包括熱電元件；和電功率轉(zhuǎn)換器，該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件產(chǎn)生電功率時控制電流。該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得至少兩個不同的電流值i1和i2，以及相應(yīng)于所述至少兩個不同的電流值i1和i2的電壓值和電功率值之一，電流值i1小于電流值i2；該電功率轉(zhuǎn)換器在電流-電功率特性曲線上獲得最大電功率處得到一個電流值，該電流-電功率特性曲線是基于至少兩個電流值i1和i2以及相應(yīng)于所述至少兩個電流值i1和i2的電壓值和電功率值之一而確定的；該電功率轉(zhuǎn)換器控制該電流，使得在熱電元件產(chǎn)生電功率時，該電流的值與獲得最大電功率處的電流值相等。
本發(fā)明的第二個方面涉及一種電功率產(chǎn)生裝置，它包括熱電元件；和電功率轉(zhuǎn)換器，該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件產(chǎn)生電功率時控制電流。該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得相應(yīng)于至少兩個不同的電流值i1和i2的電壓值V1和V2，電流值i1小于電流值i2；該電功率轉(zhuǎn)換器控制該電流，使得在熱電元件產(chǎn)生電功率時，該電流的值與電流值it相等，電流值it滿足方程式it＝(i2V1-i1V2)/2(V1-V2)。
熱電元件的電流(i)-電壓(V)特性取決于熱電元件的高溫側(cè)和熱電元件的低溫側(cè)的溫度而改變。一般情況下，電流(i)-電壓(V)特性可用一個方程式表示，V＝V0-k×i(在這個方程式中，0≤i≤V0/k，V0和k的值根據(jù)熱電元件高溫側(cè)和熱電元件低溫側(cè)的溫度而改變，參考圖3)。因此，輸出電功率W用一個方程式表示為，W＝i×(V0-k×i)＝i×V0-k×i2。因此，當“dW/di＝0”時，也就是說，在“it＝V0/(2×k)”的情況下獲得最大電功率Wmax。當熱電元件的高溫側(cè)和低溫側(cè)的溫度是給定溫度時獲得電流和電壓的組合(i1，V1)和(i2，V2)，最大電功率處獲得的電流值it就可以根據(jù)方程式it＝(i2V1-i1V2)/2×(V1-V2)計算得出。
在本發(fā)明的第二個方面中，該電功率轉(zhuǎn)換器可以包括一個安培計用于測量熱電元件中的電流值，和一個伏特計用于測量熱電元件輸出端之間的電壓值。
在本發(fā)明的第二個方面中，熱電元件可以包括一個高溫側(cè)端面和一個低溫側(cè)端面，并且可以根據(jù)高溫側(cè)端面和低溫側(cè)端面之間的溫差產(chǎn)生電功率。
在本發(fā)明的第二個方面中，高溫側(cè)端面設(shè)在汽車排氣通道的附近，冷卻裝置設(shè)在低溫側(cè)端面上。
本發(fā)明的第三個方面涉及一種電功率產(chǎn)生裝置，它包括熱電元件；和電功率轉(zhuǎn)換器，該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件產(chǎn)生電功率時控制電流。該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得相應(yīng)于至少兩個不同的電流值i1和i2的電功率值W1和W2，電流值i1小于電流值i2；該電功率轉(zhuǎn)換器基于電流值i1與獲得的電功率值Wi的組合和電流值i2與獲得的電功率值W2的組合而計算出電流-電功率特性曲線；該電功率轉(zhuǎn)換器使用電流-電功率特性曲線獲得最大電功率并在此獲得一個電流值；該電功率轉(zhuǎn)換器控制該電流，使得在熱電元件產(chǎn)生電功率時，該電流的值與獲得最大電功率處的電流值相等。
如上所述，電流-電壓特性可由方程式W＝i×(V0-k×i)＝i×V0-k×i2表示，電流-電壓特性曲線是基于電流值i1與獲得的電功率值W1的組合和電流值i2與獲得的電功率值W2的組合而獲取的，電流it的值是由這一電流-電壓特性曲線獲得的。更特殊的是，可以在k和V0的值得到之后獲得電流it的值，或者在存儲裝置中存儲電流it的值。
當基于電流值i1與獲得的電功率值W1的組合和電流值i2與獲得的電功率值W2的組合計算出多條電流-電功率特性曲線時，該電功率轉(zhuǎn)換器可以獲得相應(yīng)于電流i3的電壓值和電功率值之一，電流值i3與電流值i1和i2不同，電功率轉(zhuǎn)換器可以從基于電流值i3與和相應(yīng)于電流值i3的電壓值和電功率值之一的組合而估算出的多條電流-電功率特性曲線中選擇電流-電功率特性曲線。
通常，電流-電功率特性曲線依賴于兩個常值V0和k的變化而改變。因此，當獲得兩個電流和電壓的組合時，V0和k的值應(yīng)該確定，電流-電功率特性曲線也應(yīng)該被確定。然而，由于測量電流值和電壓值的精確度有限制，精確度不能比所需值更高。當考慮到每一被測值的誤差或精確度的改變而估算多條電流-電功率曲線的情況下，獲得另外的電流和電壓或電功率的組合，而電流-電功率特性曲線是從多條估算出的電流-電功率特性曲線中選擇出來的。
根據(jù)本發(fā)明，測量出電流值和電壓值或電功率值，不需在包括熱電元件的熱電模塊中提供額外的傳感器。因此，沒有改變熱阻，沒有減少電功率產(chǎn)生效率。同樣，使用相對低成本的傳感器精確地測量電流值，電壓值，電功率值等成為可能。這些傳感器的響應(yīng)性也是好的。因此，快速的在獲得最大電功率處獲得最佳的電流值是可能的。同樣，在發(fā)動機操作狀態(tài)有一瞬時變化時適當?shù)貙嵤╇娏骺刂埔彩强赡艿摹?br> 同樣，這些傳感器能夠被包括在該電功率轉(zhuǎn)換器中。在這種情況下，裝配電功率產(chǎn)生裝置是容易的，而且能夠減少它的制造成本。
在本發(fā)明的第三個方面中，當基于電流值i1與獲得的電功率值W1的組合和電流值i2與獲得的電功率值W2的組合而估算出多條電流-電功率特性曲線時，該電功率轉(zhuǎn)換器可以獲得相應(yīng)于電流i3的電壓值和電功率值之一，電流值i3與電流值i1和i2不同，而且該電功率轉(zhuǎn)換器可以從基于電流值i3與和相應(yīng)于電流值i3的電壓值和電功率值之一的組合而估算出的多條電流-電功率特性曲線中選擇電流-電功率特性曲線。
在本發(fā)明的第三個方面中，該電功率轉(zhuǎn)換器可以包括一個安培計用于測量熱電元件中的電流值，和一個伏特計用于測量熱電元件輸出端之間的電壓值。
在本發(fā)明的第三個方面中，該電功率轉(zhuǎn)換器可以包括一個安培計用于測量熱電元件中的電流值，和一個瓦特計用于測量熱電元件輸出端之間輸出的電功率值。
在本發(fā)明的第三個方面中，熱電元件可以包括一個高溫側(cè)端面和一個低溫側(cè)端面，而且可以根據(jù)高溫側(cè)端面和低溫側(cè)端面之間的溫差產(chǎn)生電功率。
在本發(fā)明的第三個方面中，高溫側(cè)端面置于汽車排氣通道的附近，冷卻裝置置于低溫側(cè)端面上。
本發(fā)明的第四個方面涉及一種電功率產(chǎn)生裝置的控制方法，該電功率產(chǎn)生裝置包括熱電元件；和電功率轉(zhuǎn)換器，該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件產(chǎn)生電功率時控制電流。該控制方法包括的步驟有在熱電元件產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得至少兩個不同的電流值i1和i2，以及相應(yīng)于所述至少兩個不同的電流值i1和i2的電壓值和電功率值之一，電流值i1小于電流值i2；在電流-電功率特性曲線上獲得最大電功率處得到一個電流值，該電流-電功率特性曲線是基于至少兩個電流值i1和i2以及相應(yīng)于所述至少兩個電流值i1和i2的電壓值和電功率值之一而確定的；該電功率轉(zhuǎn)換器控制該電流，使得在熱電元件產(chǎn)生電功率時，該電流的值與獲得最大電功率處的電流值相等。
本發(fā)明的第五個方面涉及一種電功率產(chǎn)生裝置的控制方法，該電功率產(chǎn)生裝置包括熱電元件；和電功率轉(zhuǎn)換器，該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件產(chǎn)生電功率時控制電流。該控制方法包括的步驟有在熱電元件產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得相應(yīng)于至少兩個不同的電流值i1和i2的電壓值V1和V2，電流值i1小于電流值i2；和控制該電流，使得在熱電元件產(chǎn)生電功率時，該電流的值與電流值it相等，電流值it滿足方程式it＝(i2V1-i1V2)/2(V1-V2)。
本發(fā)明的第六個方面涉及一種電功率產(chǎn)生裝置的控制方法，該電功率產(chǎn)生裝置包括熱電元件；和電功率轉(zhuǎn)換器，該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件產(chǎn)生電功率時控制電流。該控制方法包括的步驟有在熱電元件產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得相應(yīng)于至少兩個不同的電流值i1和i2的電功率值W1和W2，電流值i1小于電流值i2；和基于電流值i1與獲得的電功率值W1的組合和電流值i2與獲得的電功率值W2的組合而估算出電流-電功率特性曲線；在電流-電功率特性曲線上獲得最大電功率處得到一個電流值；和控制該電流，使得在熱電元件產(chǎn)生電功率時，該電流的值與獲得最大電功率處的電流值相等。


前述的和更多的本發(fā)明的目標、特征和優(yōu)勢將在下面帶有附圖參考的優(yōu)選實施例的描述中變得顯而易見。其中相同的數(shù)字用于代表相同的元件，其中圖1是表示本發(fā)明的電功率產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是表示圖1中熱電元件結(jié)構(gòu)的圖；圖3是表示熱電模塊的電流(i)-電壓(V)和電流(i)-電功率(W)特性曲線的曲線圖；圖4是表示由圖1中電功率產(chǎn)生裝置實施的第一個控制模式的電流控制過程的流程圖；圖5是解釋第一種控制模式的電流控制過程中最佳電流值it的計算方法的圖；圖6是表示由圖1中電功率產(chǎn)生裝置實施的第二種控制模式的電流控制過程的流程圖；圖7是解釋第二種控制模式的電流控制過程中最佳電流值it的計算方法的圖；圖8是解釋在測量裝置的精確度低的情況下，當在第二種控制模式下實施電流控制過程時特性估算的圖；圖9是表示圖8所示情況下特性辨別過程的流程圖。
具體實施例方式
在下文中，將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的典型實施例。為了使其容易理解，只要可能圖中被相同的附圖標記指示的部分是相同的，重復(fù)的描述將被省略。
圖1是表示本發(fā)明的電功率產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。電功率產(chǎn)生裝置1置于汽車排氣系統(tǒng)中。該電功率產(chǎn)生裝置1包括由多個熱電元件連接在一起而形成的熱電模塊2，和電功率轉(zhuǎn)換器3。如圖2中所示，熱電元件20是由多個P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體以π型連接起來而形成的。熱電模塊2的高溫側(cè)通過絕緣構(gòu)件50固定于其中廢氣流動的排氣管4的外側(cè)。熱電模塊2的低溫側(cè)通過絕緣構(gòu)件51與其中流動冷卻液的冷卻箱6連接，兩個絕緣構(gòu)件50，51都是具有好的熱傳導(dǎo)性的絕緣體，這兩個絕緣構(gòu)件50，51可以用相同的材料制成。然而，因為絕緣構(gòu)件50所處的溫度高，至少絕緣構(gòu)件50需要有好的耐熱性。
熱電模塊2的輸出端與電功率轉(zhuǎn)換器3電連接。該電功率轉(zhuǎn)換器3嵌入了安培表30用于測量熱電模塊2中的電流值i，和伏特計31用于測量輸出端之間的電壓值V。該電功率轉(zhuǎn)換器3包括一個控制部分32，在這里用于進行電流控制。該電功率轉(zhuǎn)換器3具有直流-直流轉(zhuǎn)換器的功能，并與電池7連接。控制部分32包括ROM，RAM和CPU，等等。在排氣管4中，提供構(gòu)造成翼片狀的散熱裝置41，這樣廢氣中的熱量就能夠有效的傳遞給熱電模塊2。
散熱裝置41由流入廢氣管4的廢氣加熱，并且廢氣的溫度變高。由于熱量從散熱裝置41經(jīng)絕緣構(gòu)件51的傳遞，每一熱電元件20的高溫側(cè)端面端被加熱。同時，因為低溫側(cè)端面的熱量通過熱傳導(dǎo)經(jīng)絕緣構(gòu)件51被流入冷卻箱的冷卻液帶走。因此，高溫側(cè)端面的溫度和低溫側(cè)端面的溫度變?yōu)楸舜瞬煌?。由于溫度不同而?dǎo)致的塞貝克效應(yīng)使得電流在熱電元件20中流動，并獲得了電功率。
圖3是表示熱電模塊的電流(i)-電壓(V)和電流(i)-電功率(W)特性曲線的圖。在圖3中，實線表示的例子為高溫側(cè)端面的溫度為Th1，低溫側(cè)端面的溫度為Tc1。虛線表示例子的是高溫側(cè)端面的溫度為Th2，低溫側(cè)端面的溫度為Tc2。所有這些溫度的關(guān)系可以用式子來表示，即(Th1-Tc1)＞(Th2＞Tc2)。
如圖3所示，熱電元件的電流(i)-電壓(V)特性曲線取決于兩端面溫度的變化而改變。當溫度在給定的范圍內(nèi)時，熱電元件的電流(i)-電壓(V)特性曲線依賴于兩端面溫度之間的不同。當兩端面的溫度給定時，電流i和電壓V之間的關(guān)系可用下述的方程式(1)表示，即V＝V0-k×i (1)0≤i≤V0/k V＝0 i＞V0/k在方程式(1)中，V0和k是常值。當高溫側(cè)端面的溫度和低溫側(cè)端面的溫度彼此不同時，V0和k的值也互相不同。也就是說，V0和k的值依賴于高溫側(cè)端面和低溫側(cè)端面的溫度。由于輸出功率W可以通過式子i×V來獲得，在“0≤i≤V0/k”情況下的電功率可用下述的方程式(2)來表示。
W＝i×(V0-k×i)＝i×V0-k×i2(2)因為輸出電功率W可用向上凸的二次函數(shù)來表示，因此最大電功率Wmax可以在拐點獲得。也就是說，最大電功率Wmax是在“dW/di＝0”的情況下獲得的。這時的電流值it可由下述的方程式(3)來表示。
it＝V0/(2×k)(3)在電功率轉(zhuǎn)換器3控制在熱電模塊2中流動的電流，使得電流值與獲得電功率時的電流值it相等的情況下，能夠最有效地獲得電功率。
依照本具體實施例中的電功率產(chǎn)生裝置控制電流，使得該電流值與獲得電功率時的電流值it相等，而不使用溫度傳感器。
該電流的控制將被清楚地描述。圖4是表示第一個控制模式的電流控制過程的流程圖；圖5是解釋第一種控制模式的電流控制過程中計算電流值it的方法的圖；該電流的控制過程由電功率轉(zhuǎn)換器3的控制部分32實施。
首先，在S1步中，當從熱電模塊2獲得電功率時，參考安培計30測得的結(jié)果，電流值變?yōu)殡娏髦礽1和電流值i2。電流值i1和電流值i2的關(guān)系可用式子i1＜i2來表示。也就是說，電流值i1小于電流值i2。例如，優(yōu)選的，電流值i2應(yīng)基本上等于通過式子2×i1獲得的值。然后，使用伏特計31檢測出與電流值i1相對應(yīng)的電壓值V1和與電流值i2相對應(yīng)的電壓值V2。
電功率轉(zhuǎn)換器3可以立刻地改變供給熱電模塊2的電流值。因此，兩個電流值和電壓值的組合能夠在非常短的時間內(nèi)檢測出來。也就是說，與高溫側(cè)端面和低溫側(cè)端面溫度的變化相比，兩個電流值和電壓值的組合能夠被檢測出來的速度非常高。因此，電流改變之前和之后溫度的變化可以忽略不計。
下一步，計算最佳的電流值it(S2步)。當高溫側(cè)端面和低溫側(cè)端面的溫度相等時，電流(i)-電壓(i)特征曲線顯示為一條直線。因為電流值i1與電壓值V1的組合(i1，V1)和電流值i2與電壓值V2的組合(i2，V2)顯示為這條直線上的兩個點，使用這兩個點，方程式(1)中V0和k的值可以通過下面的式子計算出來。
V0＝(i2V1-i1V2)/(i2-i1)(4)k＝(V1-V2)/(i2-i1) (5)V0的值獲得之后，最佳的電流值it可以根據(jù)方程式(3)計算出來。
最佳的電流值it可以基于電流值和電壓值的組合(i1，V1)和(i2，V2)由下述的方程式(6)直接獲得，不需分別計算V0和k的值。
it＝(i2V1-i1V2)/{2×(V1-V2)} (6)同樣的，當電壓值變?yōu)?時，可以獲得電流值i3(＝V0/k)，也就是i軸的截距。最佳的電流值it可以等于電流值i3的一半。
更進一步地，通過從儲存在電功率轉(zhuǎn)換器3中的圖讀出，可以計算出最佳的電流值it。最佳的電流值it相應(yīng)于電流值和電壓值的組合(i1，V1)和(i2，V2)。
在每一個上述的例子中，獲得的最佳的電流值it與方程式(6)表示的最佳的電流值it相符合，包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在S3步中，參考安培計30的輸出，控制熱電模塊2的電功率產(chǎn)生狀態(tài)使得電流值與最佳的電流值it相等。
因而，由于不需使用溫度傳感器就能夠在最佳的電流值處實施熱電發(fā)電，廢氣中的熱能能夠被有效地轉(zhuǎn)換為電能，電能可以再生。
例如，在冷卻液和廢氣的溫度和流量改變的情況下，或者在從發(fā)動機起動開始沒有經(jīng)過充足的時間，而且因此熱電模塊2本身的溫度低而高溫側(cè)端面的溫度沒有被充分地升高的情況下，高溫側(cè)端面的溫度和低溫側(cè)端面的溫度也發(fā)生改變。因此，應(yīng)該考慮在發(fā)動機的操作狀態(tài)中的瞬時變化來決定最佳電流值it是更可取的。
因此，例如，在預(yù)定的時刻實施圖4中所示設(shè)定最佳電流值it的過程。換句話說，在不變時間間隔中可以總是實施設(shè)定最佳電流值it的過程，或者重復(fù)地實施設(shè)定最佳電流值it的過程的時間間隔是可變的。例如，基于控制發(fā)動機的發(fā)動機ECU(未示出)的信號決定是否發(fā)動機的操作狀態(tài)是穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)，當發(fā)動機的操作狀態(tài)是瞬態(tài)時，與發(fā)動機操作狀態(tài)是穩(wěn)態(tài)時相比，實施設(shè)定過程的時間間隔可以設(shè)短。或者，當最佳電流值it與預(yù)先設(shè)定的值it相比發(fā)生很大變化時，實施設(shè)定過程的時間間隔可以設(shè)短，當最佳電流值it變化很小時，時間間隔可以設(shè)長。
依照本發(fā)明，由于使用一種簡單的構(gòu)造就可以實施熱電模塊的最佳操作，因此可以有效的產(chǎn)生電功率。同樣，由于保持熱電模塊和熱源(例如廢氣和冷卻液)之間的好的熱傳導(dǎo)狀態(tài)是容易的，所以能夠提高電功率產(chǎn)生效率。同樣，通過裝備電功率轉(zhuǎn)換器3，現(xiàn)有的電功率轉(zhuǎn)換裝置可以高效的運行。
接著，將描述第二種控制模式的電流控制過程。圖6是表示第二種控制模式的電流控制過程的流程圖；圖7是解釋第二種控制模式的電流控制過程中最佳電流值it的計算方法的圖；這種電流控制過程與第一種控制模式的電流控制過程一樣是通過電功率轉(zhuǎn)換器3的控制部分32來實施的。
首先，在S11步中，當從熱電模塊獲得電功率時，參考安培計30測得的結(jié)果，電流值變?yōu)殡娏髦礽1和電流值i2。電流值i1和電流值i2的關(guān)系可用式子i1＜i2來表示。也就是說，電流值i1小于電流值i2。例如，優(yōu)選的，電流值i2和i1的關(guān)系應(yīng)通過式子i2≤2×i1來表示。然后，使用伏特計31檢測出與電流值i1相對應(yīng)的電壓值V1和與電流值i2相對應(yīng)的電壓值V2。
下一步，計算出在電流值為i1、電壓值為V1情況下的電功率量W1，和在電流值為i2、電壓值為V2的情況下的電功率量W2(S12步)。電功率量W1用方程式W1＝i1×V1表示，電功率量W2用方程式W2＝i2×V2表示。
然后，進行計算以獲取電流(i)-電功率(W)特性曲線，該曲線經(jīng)過三點(0，0)，(i1，W1)，和(i2，W2)。該曲線用方程式(2)來表示。V0和k的值可以根據(jù)下述的方程式(7)和(8)獲得。
V0＝(i22W1-i12W2)/{i1×i2×(i2-i1)} (7)k＝(i2×W1-i1×W2)/{i1×i2×(i2-i1)} (8)V0和k的值獲取之后，最佳的電流值it根據(jù)方程式(3)獲得(S14步)。
通過從儲存在電功率轉(zhuǎn)換器3中的圖讀出，可以計算出最佳的電流值it。V0和k的值相應(yīng)于電流值和電功率值的組合(i1，W1)和(i2，W2)，而不是使用方程式(7)和(8)計算V0和k的值。
在S15步中，參考安培表30的輸出，控制熱電模塊2的電功率產(chǎn)生狀態(tài)使得該電流值與最佳的電流值it相等。
在這種情況下，電功率量基于電流值和電壓值獲得。然而，電功率值可以通過裝備瓦特計而不是圖1中所示的伏特計31獲得。同樣，電功率值可以基于提供給電池7的電功率量來獲得。
同時，安培計、伏特計和瓦特計的每一個輸出值都有誤差。考慮到誤差，當每一測量裝置的精確度相對低時，將會有多條電流(i)-電功率(W)特性曲線經(jīng)過兩點(i1，W1)和(i2，W2)，如圖8所示。在下文中，將描述電流控制過程，通過這一過程，甚至在使用相對低精確度的測試設(shè)備時可高精度的獲得最佳電流值it。圖9表示了部分控制過程的流程圖。這一控制過程被插入了圖6所示控制過程的S13步和S14步之間。
在S13步中，選定圖8中所示的特性曲線A和B作為電流(i)-電功率(W)特性曲線的候選曲線。此外，在S21步中，參考由安培計30測得的結(jié)果，電流值改變?yōu)橛?×i2獲得的值。這時獲得了電壓值V3。
在S22步中，電壓值V3和0互相比較。當電壓值V3非0時，選擇特性曲線B(S23步)，當電壓值V3為0時，選擇特性曲線A(S22步)。因此，可以高精度地獲得最佳電流值it。
在這種情況下，又獲得了與電流值2×i2相應(yīng)的電壓值。然而，當裝備瓦特表時，可以獲得與電流值2×i2相應(yīng)的電功率值。同樣，當另外獲取電壓值或電功率值時，電流值不局限于通過2×i2獲得的值。兩個電流值之一可以做為最佳電流值的候選，或者可以使用k×i2(優(yōu)選的，k值應(yīng)大于1，并小于或等于2)。
同樣在這些控制模式中，可以獲得與第一種控制模式相同的結(jié)果。
汽車排氣系統(tǒng)中裝備的熱電功率產(chǎn)生裝置已經(jīng)進行了描述。然而，本發(fā)明不僅局限于此，例如，本發(fā)明可以應(yīng)用到一個熱電功率發(fā)生裝置，例如，該裝置將各種類型的內(nèi)燃機或燃燒裝置的燃燒氣體的熱能、或者熱污水的熱能轉(zhuǎn)化成為電能并重新生成電能。
權(quán)利要求
1.一種電功率產(chǎn)生裝置，它包括熱電元件(2)；和電功率轉(zhuǎn)換器(3)，該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時控制電流，其特征在于該電功率轉(zhuǎn)換器(3)在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得至少兩個不同的電流值i1和i2，以及相應(yīng)于所述至少兩個不同的電流值i1和i2的電壓值和電功率值之一，電流值i1小于電流值i2；該電功率轉(zhuǎn)換器(3)在電流—電功率特性曲線上獲得最大電功率處得到一個電流值，該電流—電功率特性曲線是基于至少兩個電流值i1和i2以及相應(yīng)于所述至少兩個電流值i1和i2的電壓值和電功率值之一而確定的，并且該電功率轉(zhuǎn)換器(3)控制該電流，使得在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時，該電流的值與獲得最大電功率處的電流值相等。
2.如權(quán)利要求1所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于該電功率轉(zhuǎn)換器(3)在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時控制電流，其中，該電功率轉(zhuǎn)換器(3)在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得相應(yīng)于至少兩個不同的電流值i1和i2的電壓值V1和V2，電流值i1小于電流值i2；并且在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時，該電功率轉(zhuǎn)換器(3)控制電流使得電流值與電流值it相等，電流值it滿足等式it＝(i2V1-i1V2)/2(V1-V2)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于該電功率轉(zhuǎn)換器(3)包括一個安培計(30)用于測量熱電元件(2)中流動的電流值，和一個伏特計(31)用于測量熱電元件(2)輸出端之間的電壓值。
4.如權(quán)利要求1所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于熱電元件(2)包括一個高溫側(cè)端面和一個低溫側(cè)端面，并且根據(jù)高溫側(cè)端面和低溫側(cè)端面之間的溫差產(chǎn)生電功率。
5.如權(quán)利要求4所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于，高溫側(cè)端面置于汽車排氣通道(4)的附近，冷卻裝置(6)置于低溫側(cè)端面上。
6.如權(quán)利要求1所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于該電功率轉(zhuǎn)換器(3)在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時控制電流，其中，該電功率轉(zhuǎn)換器(3)在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得相應(yīng)于至少兩個不同的電流值i1和i2的電功率值W1和W2，電流值i1小于電流值i2；該電功率轉(zhuǎn)換器(3)基于電流值i1與獲得的電功率值W1的組合和電流值i2與獲得的電功率值W2的組合而估算出電流—電功率特性曲線；該電功率轉(zhuǎn)換器(3)在電流—電功率特性曲線上獲得最大電功率處得到一個電流值；該電功率轉(zhuǎn)換器(3)控制該電流，使得在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時，該電流的值與獲得最大電功率處的電流值相等。
7.如權(quán)利要求1或6所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于當基于電流值i1與獲得的電功率值W1的組合和電流值i2與獲得的電功率值W2的組合而估算出多條電流—電功率特性曲線時，該電功率轉(zhuǎn)換器(3)獲得相應(yīng)于電流i3的電壓值和電功率值之一，電流值i3與電流值i1和i2不同，并且該電功率轉(zhuǎn)換器(3)從基于電流值i3與相應(yīng)于電流值i3的電壓值和電功率值之一的組合而估算出的多條電流—電功率特性曲線中選擇電流—電功率特性曲線。
8.如權(quán)利要求1所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于該電功率轉(zhuǎn)換器(3)包括一個安培計(30)用于測量熱電元件(2)中流動的電流值，和一個伏特計(31)用于測量熱電元件(2)輸出端之間的電壓值。
9.如權(quán)利要求1所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于該電功率轉(zhuǎn)換器(3)包括一個安培計(30)用于測量熱電元件(2)中流動的電流值，和一個瓦特計用于測量從熱電元件(2)輸出的電功率值。
10.如權(quán)利要求6所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于熱電元件(2)包括一個高溫側(cè)端面和一個低溫側(cè)端面，并且根據(jù)高溫側(cè)端面和低溫側(cè)端面之間的溫差產(chǎn)生電功率。
11.如權(quán)利要求10所述的電功率產(chǎn)生裝置，其特征在于高溫側(cè)端面置于汽車排氣通道(4)的附近，冷卻裝置(6)置于低溫側(cè)端面上。
12.一種電功率產(chǎn)生裝置的控制方法，該電功率產(chǎn)生裝置包括熱電元件(2)；和電功率轉(zhuǎn)換器(3)，該電功率轉(zhuǎn)換器在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時控制電流，其特征在于包括以下步驟當熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時改變電流以獲得至少兩個不同的電流值i1和i2，和相應(yīng)于所述至少兩個不同的電流值i1和i2的電壓值和電功率值之一，電流值i1小于電流值i2；在電流—電功率特性曲線上獲得最大電功率處得到一個電流值，該電流—電功率特性曲線是基于至少兩個電流值i1和i2以及相應(yīng)于所述至少兩個電流值i1和i2的電壓值和電功率值之一而確定的，并且控制該電流，使得在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時，該電流的值與獲得最大電功率處的電流值相等。
13.如權(quán)利要求12所示的控制方法，其特征在于在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得相應(yīng)于至少兩個不同的電流值i1和i2的電壓值V1和V2，電流值i1小于電流值i2；并且在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時，這樣控制電流，使得電流值與電流值it相等，電流值it滿足等式it＝(i2V1-i1V2)/2(V1-V2)。
14.如權(quán)利要求12所示的控制方法，其特征在于在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時改變電流，以獲得相應(yīng)于至少兩個不同的電流值i1和i2的電功率值W1和W2，電流值i1小于電流值i2；電流—電功率特性曲線基于電流值i1與獲得的電功率值W1的組合和電流值i2與獲得的電功率值W2的組合而估算出；利用電流—電功率特性曲線，在獲得最大電功率處得到一個電流值；控制該電流，使得在熱電元件(2)產(chǎn)生電功率時，該電流的值與獲得最大電功率處的電流值相等。
全文摘要
當由熱電元件獲得電功率時，電流的值發(fā)生變化，獲得兩個電流和電壓值的組合(i
文檔編號H01L35/30GK1658488SQ200510008360
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者井藤裕二, 村田清仁 申請人:豐田自動車株式會社