(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023049125
(43)【公開日】2023-04-10
(54)【発明の名称】電力制御装置及び電力制御方法
(51)【国際特許分類】
G05F 1/67 20060101AFI20230403BHJP
H02M 3/155 20060101ALI20230403BHJP
H01L 29/739 20060101ALI20230403BHJP
H01L 29/78 20060101ALI20230403BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20230403BHJP
【ＦＩ】
G05F1/67 Z
H02M3/155 H
H01L29/78 655A
H01L29/78 657D
H01L29/78 657G
H01L29/91 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021158681
(22)【出願日】2021-09-29
(71)【出願人】
【識別番号】591036457
【氏名又は名称】三菱電機エンジニアリング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002941
【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】日永田 一大
【テーマコード（参考）】
5H420
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H420BB03
5H420BB17
5H420CC02
5H420DD04
5H420EA11
5H420EA39
5H420EA40
5H420EA47
5H420EB13
5H420EB39
5H420FF03
5H420FF04
5H420FF08
5H420FF22
5H420FF23
5H420FF25
5H420KK10
5H730AS04
5H730AS05
5H730BB13
5H730BB14
5H730BB88
5H730DD03
5H730DD41
5H730EE57
5H730EE59
5H730FD01
5H730FD11
5H730FD31
5H730FD51
5H730FF09
5H730FG12
5H730FG26
(57)【要約】
【課題】電源の内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを給電動作中に計測することにより、最大電力を供給可能な電力制御装置及び電力制御方法を提供する。
【解決手段】電力制御装置（１０）は、電源（ＴＭＧ）からの電力の供給、及び供給の遮断が可能な第１のスイッチ素子（Ｑ１）、及び電源の両端間の短絡が可能な第２のスイッチ素子（Ｑ２）を備えたコンバータ（１）と、入力電圧値を出力する第１の電圧検出器（５）と、入力電流値を出力する第１の電流検出器（７）と、出力電圧値を出力する第２の電圧検出器（６）と、出力電流値を出力する第２の電流検出器（８）と、入力電圧値、及び入力電流値を用いて、電源の抵抗値を算出する抵抗値算出部（３１、３２）と、出力電力の出力時に、抵抗値を更新する抵抗値更新部（３８）と、第１のスイッチ素子、及び第２のスイッチ素子のオンオフ駆動を行う制御部（３３～３６）と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】電力制御装置（１０）は、電源（ＴＭＧ）からの電力の供給、及び供給の遮断が可能な第１のスイッチ素子（Ｑ１）、及び電源の両端間の短絡が可能な第２のスイッチ素子（Ｑ２）を備えたコンバータ（１）と、入力電圧値を出力する第１の電圧検出器（５）と、入力電流値を出力する第１の電流検出器（７）と、出力電圧値を出力する第２の電圧検出器（６）と、出力電流値を出力する第２の電流検出器（８）と、入力電圧値、及び入力電流値を用いて、電源の抵抗値を算出する抵抗値算出部（３１、３２）と、出力電力の出力時に、抵抗値を更新する抵抗値更新部（３８）と、第１のスイッチ素子、及び第２のスイッチ素子のオンオフ駆動を行う制御部（３３～３６）と、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱電変換モジュールから出力された電力を変換する電力変換回路及び前記電力変換回路を制御する制御部を備えた電力制御装置であって、
前記制御部は、
前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗を算出し基準点抵抗値とする基準点抵抗値算出部と、
前記熱電変換モジュールから前記電力変換回路に電力が供給される間、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗の合成値を算出する動作点抵抗値算出部と、を有し、
前記動作点抵抗値算出部で算出された前記内部抵抗の合成値が前記基準点抵抗値算出部で算出された前記基準点抵抗値に近づくように前記電力変換回路での前記熱電変換モジュールから出力される電力の電力変換を制御し、
さらに、前記制御部は、
前記電力変換回路から出力される出力電力の値が最大となる動作点を特定し、前記基準点抵抗値を更新する抵抗値更新部を有し、
前記抵抗値更新部で更新された前記基準点抵抗値と前記内部抵抗の合成値が前記基準点抵抗値算出部で算出された前記基準点抵抗値に近づくように前記電力変換回路での前記熱電変換モジュールから出力される電力の電力変換を制御する、電力制御装置。
前記制御部は、
前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗を算出し基準点抵抗値とする基準点抵抗値算出部と、
前記熱電変換モジュールから前記電力変換回路に電力が供給される間、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗の合成値を算出する動作点抵抗値算出部と、を有し、
前記動作点抵抗値算出部で算出された前記内部抵抗の合成値が前記基準点抵抗値算出部で算出された前記基準点抵抗値に近づくように前記電力変換回路での前記熱電変換モジュールから出力される電力の電力変換を制御し、
さらに、前記制御部は、
前記電力変換回路から出力される出力電力の値が最大となる動作点を特定し、前記基準点抵抗値を更新する抵抗値更新部を有し、
前記抵抗値更新部で更新された前記基準点抵抗値と前記内部抵抗の合成値が前記基準点抵抗値算出部で算出された前記基準点抵抗値に近づくように前記電力変換回路での前記熱電変換モジュールから出力される電力の電力変換を制御する、電力制御装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記内部抵抗の合成値と前記基準点抵抗値との差が予め定められた閾値より小さくなり、予め設定された設定時間を経過した後に、前記抵抗値更新部において前記電力変換回路から出力される出力電力の値が最大となる動作点を特定する、請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項3】
前記制御部は、予め設定された第１の設定時間と前記第１の設定時間より短い第２の設定時間とを有し、前記内部抵抗の合成値と前記基準点抵抗値との差が予め定められた閾値より小さくなり、前記第１の設定時間経過後、前記第１の設定時間前後での前記電力変換回路から出力される出力電力の差が予め設定された値より小さくなり、前記第２の設定時間を経過した後に、前記抵抗値更新部において前記電力変換回路から出力される出力電力の値が最大となる動作点を特定する、請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項4】
前記基準点抵抗値算出部は、前記熱電変換モジュールからの電力出力開始時の前記熱電変換モジュールの内部抵抗を初期の基準点抵抗値とし、前記抵抗値更新部により前記初期の基準点抵抗値が更新される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【請求項5】
前記電力変換回路は、前記熱電変換モジュールからの電力の供給、及び前記供給の遮断が可能な第１のスイッチ素子、及び前記第１のスイッチ素子のオン駆動時に前記熱電変換モジュールの両端間の短絡が可能な第２のスイッチ素子を備え、前記第１のスイッチ素子、及び前記第２のスイッチ素子のオンオフ駆動により、前記電力の電圧の昇圧、及び降圧が可能なコンバータを備え、
前記制御部は前記第１のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子のオンオフ駆動を制御する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力制御装置。
前記制御部は前記第１のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子のオンオフ駆動を制御する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【請求項6】
熱電変換モジュールから出力された電力を制御する電力制御方法であって、
前記熱電変換モジュールから電力変換回路に電力が供給されるとともに、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗の初期値を算出し基準点とする第１のステップと、
前記熱電変換モジュールから前記電力変換回路に電力が供給される間、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗の合成値を算出し、前記内部抵抗の合成値が前記基準点に近づくように、前記熱電変換モジュールから出力される電力の電力変換を制御する第２のステップと、
前記熱電変換モジュールの温度変化が安定したことを確認する第３のステップと、
前記内部抵抗の値を前記初期値から増加させながら、山登り法により前記電力変換回路の出力電力が最大となる内部抵抗の値を探索する第４のステップと、
前記第４のステップで探索された前記電力変換回路の出力電力が最大となる内部抵抗の値を更新された基準点とする第５のステップと、を備えた電力制御方法。
前記熱電変換モジュールから電力変換回路に電力が供給されるとともに、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗の初期値を算出し基準点とする第１のステップと、
前記熱電変換モジュールから前記電力変換回路に電力が供給される間、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗の合成値を算出し、前記内部抵抗の合成値が前記基準点に近づくように、前記熱電変換モジュールから出力される電力の電力変換を制御する第２のステップと、
前記熱電変換モジュールの温度変化が安定したことを確認する第３のステップと、
前記内部抵抗の値を前記初期値から増加させながら、山登り法により前記電力変換回路の出力電力が最大となる内部抵抗の値を探索する第４のステップと、
前記第４のステップで探索された前記電力変換回路の出力電力が最大となる内部抵抗の値を更新された基準点とする第５のステップと、を備えた電力制御方法。
【請求項7】
前記第５のステップで更新された前記基準点をもとに前記第２のステップから順に各ステップを実行する、請求項６に記載の電力制御方法。
【請求項8】
前記第５のステップで更新された前記基準点をもとに前記第２のステップを実行し、その後前記第４のステップを実行する、請求項６に記載の電力制御方法。
【請求項9】
前記第３のステップにおいて、予め設定された第１の時間経過後に、前記電力変換回路からの出力電力の変動が予め設定された閾値内となり、予め設定された第２の時間経過することにより、前記熱電変換モジュールの温度変化が安定したと確認する、請求項６から８のいずれか１項に記載の電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、電力制御装置及び電力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の熱電変換装置の制御方法としては、熱電変換装置からの出力を最大化させるために、山登り法を用いて任意の制御周期で熱電変換装置の出力電流を変動させて、最適動作点を探索するものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－０５５７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このような熱電変換装置の制御方法においては、制御周期が熱電変換装置の熱時定数よりも短い場合、正確な熱電変換装置の最大電力点を取得することが困難となる。その結果、熱電変換装置の最大出力電力よりも取り出し電力が低下するという問題があった。
【0005】
本開示は、以上に記載されたような問題を鑑みてなされたものであり、熱電変換装置の取り出し電力を増大させるための技術であり、最大電力を供給可能な電力制御装置及び電力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る電力制御装置は、熱電変換モジュールから出力された電力を変換する電力変換回路及び前記電力変換回路を制御する制御部を備えた電力制御装置であって、前記制御部は、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗を算出し基準点抵抗値とする基準点抵抗値算出部と、前記熱電変換モジュールから前記電力変換回路に電力が供給される間、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗の合成値を算出する動作点抵抗値算出部と、を有し、前記動作点抵抗値算出部で算出された前記内部抵抗の合成値が前記基準点抵抗算出部で算出された前記基準点抵抗値に近づくように前記電力変換回路での前記熱電変換モジュールから出力される電力の電力変換を制御し、さらに、前記制御部は、前記電力変換回路から出力される出力電力の値が最大となる動作点を特定し、前記基準点抵抗値を更新する抵抗値更新部を有し、前記抵抗値更新部で更新された前記基準点抵抗値と前記内部抵抗の合成値が前記基準点抵抗算出部で算出された前記基準点抵抗値に近づくように前記電力変換回路での前記熱電変換モジュールから出力される電力の電力変換を制御する、ものである。
【0007】
本開示に係る電力制御方法は、熱電変換モジュールから出力された電力を制御する電力制御方法であって、前記熱電変換モジュールから電力変換回路に電力が供給されるとともに、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗の初期値を算出し基準点とする第１のステップと、前記熱電変換モジュールから前記電力変換回路に電力が供給される間、前記電力変換回路の入力電流及び入力電圧を用いて前記熱電変換モジュールの内部抵抗の合成値を算出し、前記内部抵抗の合成値が前記基準点に近づくように、前記熱電変換モジュールから出力される電力の電力変換を制御する第２のステップと、前記熱電変換モジュールの温度変化が安定したことを確認する第３のステップと、前記内部抵抗の値を前記初期値から増加させながら、山登り法により前記電力変換回路の出力電力が最大となる内部抵抗の値を探索する第４のステップと、前記第４のステップで探索された前記電力変換回路の出力電力が最大となる内部抵抗の値を更新された基準点とする第５のステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【0008】
本願明細書に開示される技術の少なくとも第１の態様によれば、熱電変換装置から出力される電力（取り出し電力）を増大させることができ、最大電力を供給可能な電力制御装置及び電力制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の実施の形態１に係る電力制御装置の構成例を示す図である。
【図2】熱電変換モジュールの電圧－電流特性、及びペルティエ効果による電圧－電流特性の変化の例を説明する図である。
【図3】熱電変換モジュールの電力－電流特性、及びペルティエ効果による電力－電流特性の変化の例を説明する図である。
【図4】熱電変換モジュールの電力－抵抗特性、及びペルティエ効果による電力－抵抗特性の変化の例を説明する図である。
【図5】本開示の実施の形態１に係る電力制御装置における合成値の更新方法例を説明する図である。
【図6】前後の最大電力点の間で生じる電流量の相違を説明する図である。
【図7】基準点探索処理の例を示すフローチャートである。
【図8】最大電力点探索処理の例を示すフローチャートである。
【図9】実施の形態１に係る最大電力制御の全体の流れを示すフローチャートである。
【図10A】基準点探索処理の別の例を示すフローチャートである。
【図10B】基準点探索処理の別の例を示すフローチャートである。
【図11】最大電力点探索処理の例を示す別のフローチャートである。
【図12】実施の形態１に係る制御部、ゲートパルス発生器のハードウエア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示に係る電力制御装置及び電力制御方法の実施の形態を、図を参照して説明する。
【0011】
実施の形態１．
図１は、本開示の実施の形態１に係る電力制御装置の構成例を示す図である。この電力制御装置１０は、供給する電力量が変動する電源に対応して、その電源から供給された電力の変換を行うものである。図１では、その電源として、計ｎ個の熱電変換モジュールＴＭＧ１～ＴＭＧｎを直列に接続した熱電変換モジュール群ＴＭＧが電力制御装置１０に接続されている。任意の１つの熱電変換モジュールには、符号として、「ＴＭＧｚ」を付すこととする。
図１は、本開示の実施の形態１に係る電力制御装置の構成例を示す図である。この電力制御装置１０は、供給する電力量が変動する電源に対応して、その電源から供給された電力の変換を行うものである。図１では、その電源として、計ｎ個の熱電変換モジュールＴＭＧ１～ＴＭＧｎを直列に接続した熱電変換モジュール群ＴＭＧが電力制御装置１０に接続されている。任意の１つの熱電変換モジュールには、符号として、「ＴＭＧｚ」を付すこととする。
【0012】
電力制御装置１０は、図１に示すように、コンバータ１、インバータ２、制御部３、ゲートパルス発生器４、２つの電圧センサ５、６及び２つの電流センサ７、８を備えている。制御部３は、例えばマイクロコンピュータである。
【0013】
コンバータ１は、電圧の昇降圧が可能な電力変換回路であり、図１に示すように、２つの平滑用コンデンサＣｉｎ及びＣｏｕｔ、２つのスイッチ素子Ｑ１及びＱ２、２つのダイオードＤ１及びＤ２、インダクタＬを備える。本実施の形態１では、スイッチ素子Ｑ１は第１のスイッチ素子に相当し、スイッチ素子Ｑ２は第２のスイッチ素子に相当する。２つのスイッチ素子Ｑ１及びＱ２は共に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）にダイオードを逆向きに接続したものである。
【0014】
平滑用コンデンサＣｉｎは、熱電変換モジュール群ＴＭＧの両端の間に接続されている。それにより、熱電変換モジュール群ＴＭＧが発生させた電圧が印加される平滑用コンデンサＣｉｎは、その電圧の平滑化を行う。
【0015】
スイッチ素子Ｑ１のコレクタは、平滑用コンデンサＣｉｎの正側の端子と接続されている。スイッチ素子Ｑ１のエミッタは、ダイオードＤ１のカソード、及びインダクタＬと接続されている。そのため、スイッチ素子Ｑ１のオンオフ駆動により、熱電変換モジュールＴＭＧ群が発電により発生させた電力の供給、及び供給の遮断を行うことができる。スイッチ素子Ｑ１は、主に、供給された電力の電圧を、その電圧よりも低い電圧に変換する降圧動作のためにオンオフ駆動される。
【0016】
２つのスイッチ素子Ｑ１及びＱ２の各ゲートは、ゲートパルス発生器４と接続されている。そのため、２つのスイッチ素子Ｑ１及びＱ２は、ゲートパルス発生器４が発生するパルスにより、オンオフ駆動するようになっている。図１中に表記の「Ｑ１＿ｇａｔｅ」及び「Ｑ２＿ｇａｔｅ」は、それぞれ、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２のゲートに供給されるオンオフ駆動用のパルス信号を表している。本実施の形態１では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりパルス信号をゲートパルス発生器４に発生させるようにしている。なお、２つのスイッチ素子Ｑ１及びＱ２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の別のパワーデバイスであっても良い。
【0017】
インダクタＬの他方は、スイッチ素子Ｑ２のコレクタ、及びダイオードＤ２のアノードに接続されている。スイッチ素子Ｑ２のエミッタは、２つの平滑用コンデンサＣｉｎ及びＣｏｕｔの負側の端子、ダイオードＤ１のアノード、及び熱電変換モジュール群ＴＭＧの負側にそれぞれ接続されている。そのため、スイッチ素子Ｑ２のオンオフ駆動により、スイッチ素子Ｑ１のオン駆動期間中での熱電変換モジュール群ＴＭＧの両端の短絡、及び短絡の解除が可能となっている。スイッチ素子Ｑ２は、主に、供給された電力の電圧を、その電圧よりも高い電圧に変換する昇圧動作のためにオンオフ駆動される。
【0018】
平滑用コンデンサＣｏｕｔの一方の端子は、ダイオードＤ２のカソードに接続され、他方の端子は、スイッチ素子Ｑ２のエミッタに接続されている。それにより、平滑用コンデンサＣｏｕｔは、コンバータ１から出力として供給される電力の電圧の平滑化を行う。
【0019】
平滑用コンデンサＣｉｎの両端、つまり熱電変換モジュール群ＴＭＧの両端には、電圧センサ５が接続されている。そのため、電圧センサ５は、電圧の検出結果として、平滑用コンデンサＣｉｎの両端間の電圧値を示す信号を出力する。ここでは、その電圧値を「入力電圧値Ｖｉｎ」と表記する。便宜的に、入力電圧値Ｖｉｎは、電圧センサ５が出力する情報の意味でも用いる。同様に、電圧センサ６が出力する信号が示す電圧値は「出力電圧値Ｖｏｕｔ」、電流センサ７が出力する信号が示す電流値を「入力電流値ＩＬ」、電流センサ８が出力する信号が示す電流値を「出力電流値Ｉｏｕｔ」と表記する。電圧センサ５は、本実施の形態における第１の電圧検出器に相当する。
【0020】
平滑用コンデンサＣｏｕｔの両端にも、電圧センサ６が接続されている。そのため、電圧センサ６は、平滑用コンデンサＣｏｕｔの両端間の電圧値を示す信号を出力する。ここでは、その電圧値を「出力電圧値Ｖｏｕｔ」と表記する。電圧センサ６は、本実施の形態における第２の電圧検出器に相当する。
【0021】
電流センサ７は、インダクタＬを流れる電流を検出し、検出した電流の値を示す信号を出力する。ここでは、その電流値を「入力電流値ＩＬ」と表記する。電流センサ８は、ダイオードＤ２を流れる電流を検出し、検出した電流の値を示す信号を出力する。ここでは、その電流値を「出力電流値Ｉｏｕｔ」と表記する。電流センサ７及び８は、それぞれ、本実施の形態における第１の電流検出器、及び第２の電流検出器に相当する。
【0022】
上記のような構成のコンバータ１は、直流－直流変換を行う電力変換回路である。インバータ２は、直流－交流変換を行う電力変換回路である。インバータ２は、図１に示すように、平滑用コンデンサＣＤ、及びインバータ本体２１を備えている。
【0023】
平滑用コンデンサＣＤは、コンバータ１から印加される電圧の平滑化を行う。インバータ本体２１は、平滑用コンデンサＣＤの両端に接続されている。このインバータ本体２１は、例えば３つのハーフブリッジ、或いはフルブリッジを備えたものである。インバータ本体２１によって交流に変換された電力が負荷に供給される。インバータ本体２１の回路構成は、特に限定されない。
【0024】
本実施の形態では、上記のように、電力制御装置１０は、コンバータ１及びインバータ２の２つの電力変換回路を備えている。しかし、電力変換回路としては、最低限、コンバータ１、つまり電圧の昇降圧が可能な電力変換回路を備えていれば良い。その電力変換回路は、電圧の昇降圧が可能なように、用途が異なる２種類のスイッチ素子をそれぞれ１つ以上、備えた構成となる。
【0025】
制御部３上には、図１に示すように、機能構成として、基準点抵抗値算出部３１、入力電力算出部３２、制御状態判定部３３、コンバータ状態判定部３４、出力電圧制御部３５、目標設定部３６、動作点抵抗値算出部３７、及び最大電力制御部３８が実現されている。
【0026】
基準点抵抗値算出部３１は、熱電変換モジュール群ＴＭＧの内部インピーダンス、つまり内部抵抗の合成値を算出する。内部抵抗の合成値の総称として「合成値ｒ」を用いる。合成値ｒの初期値である合成値ｒｏの算出は、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２を共にオンさせて、その状態で得られた入力電圧値Ｖｉｎ及び入力電流値ＩＬを２点以上用いて行われる。この場合、合成値ｒｏは、ｒｏ ＝（Ｖｉｎ１－Ｖｉｎ２）／（ＩＬ２－ＩＬ１）－（Ｒｑ１＋Ｒｑ２）、により算出することができる。Ｒｑ１、Ｒｑ２は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の各オン抵抗値である。これらオン抵抗値Ｒｑ１、Ｒｑ２は、合成値ｒｏと比較して十分、小さいことから、無視しても良い。本実施の形態では、便宜的に、オン抵抗値Ｒｑ１、Ｒｑ２を無視している。それにより、合成値ｒｏは、ｒｏ＝（Ｖｉｎ１－Ｖｉｎ２）／（ＩＬ２－ＩＬ１）、により算出するようにしている。合成値ｒｏは、外部から入力したデータ、或いは制御部３に予め保存させたデータが示す値であっても良い。この基準点抵抗値算出部３１は、本実施の形態１における抵抗値算出部に相当する。なお、算出対象は、内部インピーダンスの代わりに、その逆数である内部コンダクタンスとしても良い。初期値として算出される合成値ｒｏはペルティエ効果による温度差の低下が僅かな状態を計測しており、以降「初期値ｒｏ」と表記して区別する。基準点抵抗値算出部３１は、算出した合成値ｒｏを基準点抵抗値として最大電力制御部３８に出力する。
【0027】
入力電力算出部３２は、入力電圧値Ｖｉｎ及び入力電流値ＩＬを用いて、入力電力値Ｐｉｎを算出する。入力電力値Ｐｉｎは、例えばＰｉｎ＝Ｖｉｎ×ＩＬ、により算出することができる。入力電力算出部３２は、算出した入力電力値Ｐｉｎを最大電力制御部３８に出力する。
【0028】
制御状態判定部３３は、入力電力算出部３２から入力した入力電力値Ｐｉｎを参照し、コンバータ１の制御方法を判定する。入力電力値Ｐｉｎが過大であった場合、制御状態判定部３３は、コンバータ１を保護するために、制御方法として保護停止を選択する。
【0029】
本実施の形態では、コンバータ１の定格を考慮し、コンバータ１を制御する上での複数の設定値を設けている。目標設定部３６は、設けた複数の設定値を反映した制御を実現させるための構成要素である。目標設定部３６は、各種設定値を示すデータをコンバータ状態判定部３４及び出力電圧制御部３５に出力する。
【0030】
図１には、目標設定部３６により設定される設定値として、「Ｖｃｏ」「Ｖｃｈ」「ＶＨ」を表記している。それら設定値は、それぞれ以下のようなものである。
【0031】
Ｖｃｏ、及びＶｃｈは、コンバータ１に生成させる電圧の制御に用いられる設定値である。Ｖｃｈは、Ｖｃｏより大きい値であり、生成させる電圧の抑制制御を開始する電圧値を示す。以降、Ｖｃｏは「第１設定電圧値Ｖｃｏ」、Ｖｃｈは「第２設定電圧値Ｖｃｈ」とそれぞれ表記する。
【0032】
ＶＨも、例えばコンバータ１の定格を考慮して設定される電圧値であり、コンバータ１を保護する制御を開始する基準となる。それにより、熱電変換モジュール群ＴＭＧから供給された電力の変換は、その電力の電圧値がＶＨ以下であることを条件に行われる。その電圧値がＶＨを越えた場合、コンバータ１に電力の変換は行わせない。つまり、コンバータ１は停止される。このようなことから、第１設定電圧値Ｖｃｏ、及び第２設定電圧値Ｖｃｈを含め、それらの間の大小関係は、Ｖｃｏ＜Ｖｃｈ＜ＶＨ、となっている。以降、ＶＨは「設定上限電圧値ＶＨ」と表記する。
【0033】
上記のように、コンバータ１は、熱電変換モジュール群ＴＭＧから供給される電力の電圧の昇降圧を行う電力変換回路である。そのため、各設定電圧値Ｖｃｏ、及びＶｃｈは、コンバータ１に生成させる電圧の目標値となると共に、供給される電力の電圧に対する昇圧、及び降圧のうちの何れを行うべきかを判定するうえでの基準ともなる。設定上限電圧値ＶＨは、供給される電力によって電力制御装置１０が損傷する恐れから、供給される電力を遮断するか否かの判定に用いられる。
【0034】
図１には示していないが、目標設定部３６は、制御状態判定部３３に対し、制御方法の選択のための各種設定値を設定する。制御状態判定部３３は、これら設定値を参照し、制御方法を選択する。これら設定値は、例えば定格を考慮して設定される値である。具体的には、その設定値には、Ｐｃｏ１、Ｐｃｏ２、ＰＨ等がある。
【0035】
Ｐｃｏ１は、コンバータ１に供給される電力量から、制御方法を切り換えるために設定された閾値である。Ｐｃｏ２は、コンバータ１から出力させる電力量の上限として設定された閾値であり、例えば定格値である。ＰＨは、過大な電力量の供給からコンバータ１を保護するために設定された閾値である。それらの間の大小関係は、Ｐｃｏ２＜Ｐｃｏ１＜ＰＨ、である。
【0036】
コンバータ１から供給させる電力の値は、例えば出力電圧値Ｖｏｕｔに出力電流値Ｉｏｕｔを乗算することにより算出できる。以降、その値は「出力電力値Ｐｏｕｔ」と表記する。
【0037】
コンバータ状態判定部３４には、制御状態判定部３３の判定結果の他に、入力電圧値Ｖｉｎ、出力電圧値Ｖｏｕｔ、及び出力電流値Ｉｏｕｔが入力される。それにより、コンバータ状態判定部３４は、制御状態判定部３３が判定した制御方法のうちでスイッチ素子Ｑ１及びＱ２のオンオフ駆動用のモードを選択する。この選択結果は、出力電圧制御部３５に通知される。出力電圧制御部３５には、他に、入力電圧値Ｖｉｎ、入力電流値ＩＬ、及び出力電圧値Ｖｏｕｔが入力される。
【0038】
出力電圧制御部３５は、コンバータ状態判定部３４が選択したモードでスイッチ素子Ｑ１及びＱ２を駆動する。制御状態判定部３３、或いはコンバータ状態判定部３４が保護停止制御を選択した場合、出力電圧制御部３５は、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２を共にオフさせる。保護停止制御が選択されていない場合、出力電圧制御部３５は、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２のうちの少なくとも一方をオン駆動させるか、或いはオンオフ駆動させるための指令を生成する。スイッチ素子Ｑ１及びＱ２のうちの少なくとも一方をオンオフ駆動させる場合、出力電圧制御部３５は、入力電圧値Ｖｉｎ、入力電流値ＩＬ、出力電圧値Ｖｏｕｔ、第１設定電圧値Ｖｃｏ、第２設定電圧値Ｖｃｈ、設定上限電圧値ＶＨ、設定上限電流値ＩＨ、及び設定出力電力値Ｐｃｏ２を参照してオン期間を決定する。オフ期間は、オン期間により自動的に決定される。ゲートパルス発生器４は、この決定に沿って出力電圧制御部３５により駆動され、各スイッチ素子Ｑ１及びＱ２のゲートに出力すべき信号を生成する。
【0039】
スイッチ素子Ｑ１及びＱ２の各駆動内容は、モードにより変化する。スイッチ素子Ｑ１は、保護停止制御の非選択時にはオンされるか、或いはオンオフ駆動される。スイッチ素子Ｑ２は、保護停止制御の非選択時にはオン、オフ、或いはオンオフ駆動される。このようなことから、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２は共に、保護停止制御の非選択時全体ではオンオフ駆動されることになる。スイッチ素子Ｑ１及びＱ２のうちでオンオフ駆動するスイッチ素子のオン期間、つまり各デューティ比は、出力電圧制御部３５によって決定される。このようなことから、出力電圧制御部３５、コンバータ状態判定部３４、及び制御状態判定部３３は、本実施の形態における制御部に相当する。
【0040】
動作点抵抗値算出部３７は、給電動作中の動作点のインピーダンス、つまり動作点抵抗の合成値Ｒを算出する。動作点の合成値の総称として「合成値Ｒ」を用いる。合成値Ｒは、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２がオンオフ動作している給電中に得られた入力電圧値Ｖｉｎ及び入力電流値ＩＬを用いて、Ｒ＝Ｖｉｎ／ＩＬにより算出することができる。スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の各オン抵抗値であるＲｑ１、Ｒｑ２は、合成値Ｒと比較して十分、小さいことから、無視しても良い。本実施の形態では、便宜的に、オン抵抗値Ｒｑ１、Ｒｑ２を無視している。この動作点抵抗値算出部３７は、本実施の形態１における抵抗値算出部に相当する。動作点抵抗値算出部３７は、算出した動作点抵抗の合成値Ｒを最大電力制御部３８へ出力する。
最大電力制御部３８は、後述する基準点制御において、動作点抵抗の合成値Ｒを基準点抵抗値の合成値ｒに近づけるようにΔＶを考慮し、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２の各オン期間を調整することで、熱電変換モジュール群ＴＭＧからの出力電力を最大にする。
最大電力制御部３８は、後述する基準点制御において、動作点抵抗の合成値Ｒを基準点抵抗値の合成値ｒに近づけるようにΔＶを考慮し、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２の各オン期間を調整することで、熱電変換モジュール群ＴＭＧからの出力電力を最大にする。
【0041】
最大電力制御部３８は、出力電力値Ｐｏｕｔが最大となるように、出力電圧制御部３５に対して動作点を設定する。ここでいう動作点は、最大電力制御部３８が目標とする、出力電力値Ｐｏｕｔを最大にするＶｉｎまたはＩＬの値をいう。出力電力値Ｐｏｕｔを最大にするには、入力電力値Ｐｉｎを最大化することが必要であり、出力電圧制御部３５に操作量ΔＶ、及びΔＩを与えて、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオンオフ駆動させ、ＶｉｎまたはＩＬの値を目標値に近づける。
【0042】
基準点抵抗値算出部３１は、熱電変換モジュール群ＴＭＧからの電力の供給を開始させる前に、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオンオフ駆動させ、電圧値、電流値を２点以上で計測させることにより、熱電変換モジュール群ＴＭＧの内部インピーダンスを含む抵抗値である初期値ｒｏを基準点抵抗値算出部３１に算出させる。このときに基準点抵抗値算出部３１が算出する初期値ｒｏは、スイッチ素子Ｑ１をオフさせた状態で得られる入力電圧値Ｖｉｎを開放電圧値として測定させ、仮の動作点として、開放電圧値の１／２を設定し、その設定時に測定された電圧値、電流値から算出された抵抗値としても良い。基準点抵抗値算出部３１が算出した基準点抵抗値の初期値ｒｏは、最大電力制御部３８に出力される。
最大電力制御部３８は、動作点が基準抵抗値の初期値ｒｏとなるようΔＶ及びΔＩを制御するよう出力電圧制御部３５へ出力する。このように制御することにより、コンバータ１の内部インピーダンスを熱電変換モジュール群ＴＭＧの内部インピーダンスと一致させることができ、コンバータ１は熱電変換モジュール群ＴＭＧから効率よく電力が供給される。
最大電力制御部３８は、動作点が基準抵抗値の初期値ｒｏとなるようΔＶ及びΔＩを制御するよう出力電圧制御部３５へ出力する。このように制御することにより、コンバータ１の内部インピーダンスを熱電変換モジュール群ＴＭＧの内部インピーダンスと一致させることができ、コンバータ１は熱電変換モジュール群ＴＭＧから効率よく電力が供給される。
【0043】
ここで、熱電変換モジュール群ＴＭＧのペルティエ効果による温度差の低下に対する従来の電力制御技術の課題について説明する。
まず、内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを制御に用いる従来技術について説明する。従来は、内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを算出する電源として、熱電変換モジュールを想定している。これは、熱電変換モジュールには、発電時の内部インピーダンスは常温より温度が高い分大きくなるが、その後の発電環境（動作環境）の変化、つまり高温側と低温側との間の温度差が変化しても内部インピーダンスは殆ど変化しないという特性があるからである。開放電圧は、温度差が大きくなるほど大きくなる。この特性から、算出した内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを制御に利用することにより、コンバータから出力される電力が最大化するように、動作点を追尾することができる。
まず、内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを制御に用いる従来技術について説明する。従来は、内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを算出する電源として、熱電変換モジュールを想定している。これは、熱電変換モジュールには、発電時の内部インピーダンスは常温より温度が高い分大きくなるが、その後の発電環境（動作環境）の変化、つまり高温側と低温側との間の温度差が変化しても内部インピーダンスは殆ど変化しないという特性があるからである。開放電圧は、温度差が大きくなるほど大きくなる。この特性から、算出した内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを制御に利用することにより、コンバータから出力される電力が最大化するように、動作点を追尾することができる。
【0044】
しかし、熱電変換モジュールは、例え発電環境が一定であったとしても、給電時のペルティエ効果により、温度差が低下する。これは、ペルティエ効果は、熱電変換モジュールが給電する方向に電流を流すことで高温側を冷却し、低温側を過熱するように作用するからである。つまり、電流が多いほどペルティエ効果が強くなりモジュールの温度差が低下する。給電前のわずかな時間で計測できる電圧・電流から算出される内部インピーダンスには、このペルティエ効果による温度変化分は反映されない。そのため、算出した熱電変換モジュールの内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを用いて動作点を追尾する制御では、コンバータに出力させる出力電力を適切に最大化させることが必ずしもできない。これは、給電前に算出される内部インピーダンスと、ペルティエ効果の影響が収まった後に最大電力が得られる動作点のインピーダンスとの間には差があるからである。このことから、給電前に算出された内部インピーダンスを用いて行う制御では、実際には、コンバータの動作点を最大電力点に維持させることが非常に困難である。
【0045】
ペルティエ効果は、熱電変換モジュールが接触する高温部、及び低温部の熱抵抗に依存して温度差の低下量が増加し最大電力が得られる動作点のインピーダンスは大きくなり、給電前に算出される内部インピーダンスとの差が大きくなる。また、ペルティエ効果による温度変化が安定するまでには、熱電変換モジュールの高温部、及び低温部の熱容量に依存する時間が必要である。その時間は、比較的に長い時間である。その時間を考慮し、開放電圧の再測定、その再測定結果から動作点を再設定しての電圧値、及び短絡電流値の再測定により、熱電変換モジュールの内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを再度、算出することが考えられる。しかし、そのためには、コンバータからの電力供給を一時的に停止させる必要がある。電力供給の停止は、例え一時的であっても非常に望ましくない。
【0046】
従って、本実施の形態においては電源の内部インピーダンス、或いは内部コンダクタンスを給電動作中に計測することにより、最大電力をより確実に供給可能とする態様を説明する。
【0047】
次に、図２～４を参照し、熱電変換モジュールＴＭＧｚの特性、及びペルティエ効果の影響について具体的に説明する。図２は、熱電変換モジュールの電圧－電流特性、及びペルティエ効果による電圧－電流特性の変化の例を説明する図である。図３は、熱電変換モジュールの電力－電流特性、及びペルティエ効果による電力－電流特性の変化の例を説明する図である。図４は、熱電変換モジュールの電力－抵抗特性、及びペルティエ効果による電力－抵抗特性の変化の例を説明する図である。
【0048】
図２～図４では、熱電変換モジュールＴＭＧｚの温度差が異なる複数の特性を示している。温度差は、温度差が最大のものを１００とした温度差比（＝対象の温度差×１００／最大の温度差）で表すと、１００％、９５％、９３％、９０％、及び８５％の計５種類である。符号の下２桁により、対応関係を示している。下２桁が０１～０５は、それぞれ温度差比が１００％、９５％、９３％、９０％、及び８５％の特性である。例えば図２の１０１は、温度差比が１００％の電圧－電流特性であり、図３の２０１は、温度差比が１００％の電力－電流特性である。１１０、２１０、３１０は、温度差比が１００％の場合に、給電動作中にペルティエ効果が影響している特性である。これは、図５、及び図６でも同様である。以降、温度差は「ΔＴｍ」、温度差比は「ΔＴｍ比」とそれぞれ表記する。
【0049】
図２、及び図３に示すように、熱電変換モジュールＴＭＧｚから得られる電圧、及び電力は共に、ΔＴｍが高くなるほど大きくなる。電圧－電流特性、つまり電圧値Ｖ、電流値Ｉの関係では、図２に示すように、Ｖ＝－ａ×Ｉ＋ｂ、により近似できる関係となっている。ここで、ａは、電圧－電流特性の傾きを示す係数、ｂは、電流値Ｉが０のときの電圧値Ｖを示す定数、である。
【0050】
図２に示した特性１０１～１０５において、傾きａの値は一定だが、定数ｂの値は、ペルティエ効果でΔＴｍ比の低下とともに徐々に低下している。給電動作中に得られたペルティエ効果が影響した特性１１０の傾きａの値は、特性１０１～１０５の傾きａの値よりも大きくなる。つまり、ペルティエ効果による温度変化は、電圧－電流特性を近似する式において、傾きａの値がより大きくなるように作用する。特性１０１～１０５の傾きａは、上記基準点抵抗値算出部３１で算出した初期値ｒｏに相当する。特性１１０の傾きａは、ペルティエ効果による温度変化を待つ必要があり、上記基準点抵抗値算出部３１では算出できない。そのため、電力－電流特性は、図３に示すように、ペルティエ効果の影響を受けていない特性２０１より、ペルティエ効果が影響した特性２１０の方が、最大となる電力値は低くなり、電流が増えるほどペルティエ効果の影響による電力の低下量は大きくなる。電力－抵抗特性では、図４に示すように、ペルティエ効果の影響により、ペルティエ効果の影響を受けていない特性３０１より、ペルティエ効果が影響した特性３１０の方が、最大電力値が得られるときの抵抗値はより大きくなる。
【0051】
図２～図４に示すように、ペルティエ効果の影響を受けていない状態で計測して算出した熱電変換モジュールＴＭＧｚの内部抵抗値より、ペルティエ効果によって温度差が減少した状態で計測して算出した内部抵抗値のほうが大きくなる。そのため、ペルティエ効果の影響が生じることにより、最大電力点、つまり電源からの供給電力が最大電力となる動作点が変化する。このことから、本実施の形態では、ペルティエ効果による温度変化が安定、つまりその温度変化が無視できる範囲内に収まった後の最大電力点に相当する内部抵抗値である合成値ｒｐを給電動作中に探索し、基準点制御に用いる合成値ｒを初期値ｒｏから合成値ｒｐに更新することで、最大電力動作を可能にする。本実施の形態において、、基準点制御とは以下に説明するように、合成値ｒを基準点とし、合成値Ｒを合成値ｒに近づけるように操作量ΔＶを考慮してスイッチ素子Ｑ１及びＱ２の各オン期間を調整し、最大電力の出力を可能とするものである。
【0052】
図１の説明に戻る。最大電力制御部３８は、ペルティエ効果による合成値ｒの変化を確認するために、出力電力制御部３５に対して、操作量ΔＶ、或いはΔＩを与えることで動作点を設定することができる。操作量ΔＶは、入力電圧値Ｖｉｎに対する操作量であり、操作量ΔＩは、入力電流値ＩＬに対する操作量である。熱電変換モジュール群ＴＭＧから供給される電力は、その電力の電圧値、及び電流値のうちの何れが変化しても変化する。なお、操作量ΔＶを正の値とすべき状況では、操作量ΔＩは負の値となる。操作量ΔＶが正の値の場合、入力電圧値Ｖｉｎはより大きくする方向に操作される。
【0053】
出力電圧制御部３５は、目標設定部３６から設定電圧値Ｖｃｏを受け取り、出力電圧値Ｖｏｕｔが一定になるように、入力電圧値Ｖｉｎを昇圧、及び降圧動作のいずれかを行う。最大電力制御部３８が操作量ΔＶ、及びΔＩのうちの一方を０でない値に設定した場合、入力電圧値Ｖｉｎ、或いは入力電流値ＩＬを操作し、操作後の値を用いて、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２の各オン期間を決定する。それにより、最大電力制御部３８は、ペルティエ効果による合成値ｒの変化に対応し、出力電力値Ｐｏｕｔを最大化させる。以降は、合成値ｒの増減と正負が一致する操作量ΔＶを用いる場合を説明する。
【0054】
合成値ｒの算出は、上記のように、コンバータ１からの電力供給を停止させた状態で行うことができる。しかし、ペルティエ効果による温度変化が安定した状態つまりその温度変化が無視できる範囲内に収まった後の最大電力点に相当する内部抵抗値である合成値ｒｐの算出は、ペルティエ効果による温度変化が安定するまでコンバータ１からの電力供給を停止させることとなり非常に望ましくない。これは、コンバータ１を安定した電力変換装置として利用できないということの他に、熱電変換モジュール群ＴＭＧが発電した電力を無駄にするといった理由からである。そのため、本実施の形態１では、コンバータ１からの電力供給を停止させることなく、ペルティエ効果による温度変化が安定した状態の合成値ｒｐを探索する。つまりコンバータ１からの給電動作時である電力出力中にペルティエ効果による温度変化が安定した状態の合成値ｒｐを探索し、合成値ｒの値を更新するようにしている。このことから、本実施の形態では、ペルティエ効果による温度変化が安定した状態の合成値ｒｐを給電動作中に探索し、基準点制御に用いる合成値ｒを初期値ｒｏから合成値ｒｐに更新することで、最大電力動作を可能にする。
【0055】
図５は、本開示の実施の形態１に係る電力変換装置における合成値ｒの更新方法例を説明する図である。この図５には、図４に示すエリアＸの拡大図を示している。図５において、２つのライン５１０、５２０は、異なるタイミングで入力電圧値Ｖｉｎ、及び入力電流値ＩＬから算出される抵抗値を示している。より具体的には、ライン５１０は最初、或いは直前に得られる最大電力点の抵抗値、例えばペルティエ効果による温度変化が安定する前に計測された入力電圧値Ｖｉｎ、及び入力電流値ＩＬから算出される抵抗値を示し、ライン５２０はペルティエ効果による温度変化が安定した後にライン５１０よりも抵抗値が大きくなるように動作点を設定することで到達する最大電力点の抵抗値を示している。５１０、５２０は共に、最大電力点での抵抗値であることから、説明上、便宜的に、「最大電力点５１０」「最大電力点５２０」とも表記する。ライン５１０は初期値ｒｏに相当し、ライン５２０は探索した最大電力になる動作点の抵抗値であり合成値ｒｐに相当する。つまり、入力電流値ＩＬを減らした方がペルティエ効果は弱まりΔＴｍが大きくなることを利用する。
【0056】
本実施の形態１では、最大電力点の探索に山登り法を用いている。山登り法は、動作点を移動させながら、最大電力が得られる動作点を特定する方法である。山登り法としては、例えば最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）が知られている。熱電変換モジュール群ＴＭＧから電力供給を開始した直後は、ペルティエ効果の影響は現れていないか、例え現れているとしても極僅かである。しかし、ペルティエ効果による温度変化が安定するまでの間、ペルティエ効果により特性は変化し、供給される電力は低下し続ける。本実施の形態１では、このことに着目し、ペルティエ効果の影響による温度変化が安定した状況に移行するまでの間、最大電力点の探索を待機している。矢印Ａは、温度変化が安定するまでの間の移行を表している。待機時は、基準点と見なす抵抗値、つまり合成値ｒと合成値Ｒの差をなくすことで電力変換を行う基準点制御を行うようにしている。
【0057】
ペルティエ効果の影響による温度変化が安定した状況に移行した後は、上記山登り法を用いて、ペルティエ効果が影響した特性３１０に沿って最大電力点５２０が探索される。その探索により、最大電力点５２０が特定される。矢印Ｂは、その探索を行う方向を表している。ペルティエ効果は、最大電力点となる動作点のインピーダンスをより大きくすることが確認されていることから、最大電力点５２０の探索は、抵抗値が大きくなるように動作点を移動させながら、最大電力が得られる動作点を特定することで行われる。それにより、本実施の形態１では、最大電力点５２０の探索によって、合成値ｒｐを徐々に大きくし、その増加に合わせ、操作量ΔＶを増加することで行われる。そのため、最大電力点５２０の探索終了により、最大電力点５２０の合成値ｒｐが確定する。この合成値ｒｐは、本実施の形態１における更新対象抵抗値に相当する。
【0058】
このように、本実施の形態１では、コンバータ１からの電力供給を停止させることなく、ペルティエ効果による温度変化が安定した状態の合成値ｒｐを探索し、合成値ｒを更新する。そのため、その電力供給を停止させることによる不具合は発生しない。また、コンバータ１からの電力供給は、ペルティエ効果の影響によるΔＴｍの変化が落ち着くまで待つ必要はない。電力供給の開始後から一定時間が経過するまでの間、ペルティエ効果の影響は比較的に小さいと云える。そのため、合成値ｒの更新が終了するまでの間も、最大電力か、或いは最大電力に近い電力をコンバータ１から供給することができる。このことからも、コンバータ１からの給電動作中に算出できる合成値Ｒと初期値ｒｏを一致させて最大電力点で動作を継続し、基準点制御を行い電力の変化でペルティエ効果による温度変化が安定したことを判断した後、合成値ｒｐを探索した結果を合成値ｒに反映して、基準点である合成値ｒを徐々に大きく更新することは有効である。熱電変換モジュール群ＴＭＧが発電した電力のうちで無駄になる部分はより最小化できる。
【0059】
図６は、ペルティエ効果が影響する前後の最大電力点の間で生じる電流量の相違を説明する図である。ライン６１０は、ペルティエ効果が安定する前に到達した最大電力点であり初期値ｒｏに相当する値となる。ライン６２０は、ペルティエ効果が安定した後に探索した動作点であり、合成値ｒｐである。ΔＩＬ１は、ライン６１０の電流値とライン６２０の電流値の差分である。図６では、電流－抵抗特性により、前後の最大電力点の間で生じる電流量の相違を示している。ΔＩＬ１は、最大電力点６１０でペルティエ効果の影響が生じる前の電流値と、最大電力点６２０でペルティエ効果の影響が落ち着いた後の電流値との間の差分である。
【0060】
電流－抵抗特性により、所定の抵抗値となるように制御することで電流値も変化する。電流値の変化に伴い、電力値も変化する。ここでは、ライン６１０の動作点から、電流値を小さくすることで、ペルティエ効果の影響が弱まり、ΔＴｍ比が増加して、ライン６２０の動作点に移行する様子を示している。このことから、図６に示す差分ΔＩＬ１は、出力電力値Ｐｏｕｔを最大化するうえでの誤差に相当する。この差分ΔＩＬ１を最小化することで、出力電力値Ｐｏｕｔを最大化することができる。合成値ｒの更新は、この差分ΔＩＬ１を最小化し、０、或いは０に近い値とするために行われる。
【0061】
図７は、基準点探索処理の例を示すフローチャート、図８は図７中の最大電力点探索処理の例を示すフローチャートである。また、図９は、実施の形態１に係る最大電力を出力するための制御全体の流れを示すフローチャートである。
まず、図９の本実施の形態１に係る最大電力を出力するための制御の全体の流れを説明する。熱電変換モジュールＴＭＧからの電力の供給が開始されると、まず制御部３は初期値ｒｏを算出し（ステップＳ１）、これを用いて基準点電圧制御を行うようゲートパルス発生器４を駆動する（ステップＳ２）。熱電変換モジュールＴＭＧに電流が流れる始めると、ペルティエ効果よる温度変化が生じるが、ペルティエ効果が安定したことを、制御部３は出力電力の変動により確認する（ステップＳ３）。制御部３は、最大出力電力の得られる合成値ｒｐを山登り法で探索する（ステップＳ４）。制御部３は、合成値ｒｐに基づき、基準点を更新し、基準点電圧制御を行う（ステップＳ５）。以降最大出力電力が得られるように合成値ｒｐを探索し、基準点を更新しながら基準点電圧制御を行うことになる。
まず、図９の本実施の形態１に係る最大電力を出力するための制御の全体の流れを説明する。熱電変換モジュールＴＭＧからの電力の供給が開始されると、まず制御部３は初期値ｒｏを算出し（ステップＳ１）、これを用いて基準点電圧制御を行うようゲートパルス発生器４を駆動する（ステップＳ２）。熱電変換モジュールＴＭＧに電流が流れる始めると、ペルティエ効果よる温度変化が生じるが、ペルティエ効果が安定したことを、制御部３は出力電力の変動により確認する（ステップＳ３）。制御部３は、最大出力電力の得られる合成値ｒｐを山登り法で探索する（ステップＳ４）。制御部３は、合成値ｒｐに基づき、基準点を更新し、基準点電圧制御を行う（ステップＳ５）。以降最大出力電力が得られるように合成値ｒｐを探索し、基準点を更新しながら基準点電圧制御を行うことになる。
【0062】
図７に示した、フローチャートは図９の手順を具体化して示したもので、最大電力を出力するための基準点制御の基準点を探索する処理を中心に記述した例である。この基準点探索処理は、基準点となる電源の内部抵抗値である合成値ｒを探索し、動作点の合成値Ｒを一定値に保つ基準点制御の一種である。制御部３の起動時に、言い換えれば熱電変換モジュール群ＴＭＧからの電力供給の開始時に、つまり基準点となる初期値ｒｏを求める処理（ステップＳ１に対応）と、合成値Ｒが初期値ｒｏに一致するよう基準点制御する処理（ステップＳ２に対応）と、ペルティエ効果による温度変化が安定した後（ステップＳ３に対応）に最大電力点探索処理（ステップＳ４に対応）で得た合成値ｒｐを用いて基準点を更新する処理（ステップＳ５に対応）からなる。基準点制御には電源の内部抵抗値と動作点の抵抗値が一致するとき、すなわち、合成値ｒ＝合成値Ｒのときに最大電力が得られる関係を利用している。次に図７を参照し、基準点探索処理について詳細に説明する。ここでは、処理を実行する主体を制御部３として説明を行う。
【0063】
この基準点探索処理での初期値ｒｏの更新は、熱電変換モジュール群ＴＭＧに電流が流れることにより発生するペルティエ効果への対応を想定したものである。しかし、発電環境には、ペルティエ効果による影響と同等、或いはそれ以上の変化が生じることもある。基準点探索処理は、そのような発電環境の変化に対応することも想定している。
【0064】
先ず、ステップＳ１１では、制御部３は、変数Ｍに０を代入する。次に移行するステップＳ１２では、制御部３は、合成値ｒｏを算出し、算出結果を変数ｒｏに初期値として代入する。変数ｒｏは、初期値ｒｏの保持に用いられる変数である。
【0065】
制御部３の起動直後には、初期値ｒｏは存在しない。そのため、起動直後のステップＳ１２の実行時には、上記のように、２点以上の測定値から、初期値ｒｏ＝（Ｖｉｎ１－Ｖｉｎ２）／（ＩＬ２－ＩＬ１）を求めて、動作点を決定する。開放電圧値の測定、その測定結果に応じた動作点の設定、その動作点で得られた入力電圧値Ｖｉｎ、入力電流値ＩＬを用いて初期値ｒｏの算出を行っても良い。基準点探索処理の基準点に用いる変数ｒに変数ｒｏを代入する。
【0066】
ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、制御部３は、電力供給のために、変数ｒの値に対応する動作点、例えば開放電圧値の１／２を設定してゲートパルス発生器４を駆動する。次に移行するステップＳ１４では、制御部３は、入力電圧値Ｖｉｎ、及び入力電流値ＩＬを用いて合成値Ｒを算出して変数Ｒに代入するとともに、変数Ｒの値から変数ｒの値を減算した結果を変数ΔＲに代入する。その代入後はステップＳ１５に移行する。
【0067】
ステップＳ１５では、制御部３は、変数ΔＲの絶対値が設定値α未満か否か判定する。この設定値αは、変数ΔＲが十分小さくなり、変数Ｒが変数ｒと一致したかを判定するための設定値である。このため、変数ΔＲの絶対値が設定値α未満の場合は、変数Ｒが変数ｒと一致したと判断し、ステップＳ１５の判定はＹＥＳとなってステップＳ１６に移行する。変数ΔＲの絶対値が設定値α以上の場合は、変数Ｒが変数ｒと一致していないと判断し、ステップＳ１５の判定はＮＯとなってステップＳ１４に戻り、合成値Ｒ等の算出を行う。このステップＳ１５により、合成値Ｒの算出値を代入した変数Ｒが基準点である変数ｒとの差である変数ΔＲが十分小さくなり、動作点の合成値Ｒが基準点である合成値ｒの値と一致したかの判定が行われる。ステップＳ１５の判定がＹＥＳの場合、動作点の合成値Ｒはライン５１０上にあり、ステップＳ１６からステップＳ２０がＹＥＳになるまでの期間は、図５に矢印Ａで示す移行状態が生じている。
【0068】
ステップＳ１６では、制御部３は、得られた出力電圧値Ｖｏｕｔ、及び出力電流値Ｉｏｕｔを用いて出力電力値Ｐｏｕｔを算出し、算出した出力電力値Ｐｏｕｔを変数Ｐｏｕｔ１に代入する。その代入後は、ステップＳ１７に移行する。
【0069】
ステップＳ１７では、制御部３は、出力電力値Ｐｏｕｔを算出してから設定時間が経過したか否か判定する。この設定時間は、ペルティエ効果によって熱電変換モジュール群ＴＭＧに発生する温度変化、つまり特性変化を想定して決定された時間である。この特性変化を確認できるように、ステップＳ１３で設定した動作点、言い換えれば変数ｒに代入された初期値ｒｏは、後述するステップＳ２３で最大電力点探索処理が実行され、合成値ｒｐを変数ｒに代入して基準点を更新する処理が行われるまで維持される。出力電力値を算出してから設定時間が経過した場合、ステップＳ１７の判定はＹＥＳとなってステップＳ１８に移行する。出力電力値を算出してから設定時間が経過していない場合、ステップＳ１７の判定はＮＯとなり、再度、ステップＳ１７に判定処理が行われる。上記ステップＳ１４も、設定時間間隔で実行されるようになっている。
【0070】
ステップＳ１８では、制御部３は、得られた出力電圧値Ｖｏｕｔ、及び出力電流値Ｉｏｕｔを用いて出力電力値Ｐｏｕｔを算出し、算出した出力電力値Ｐｏｕｔを変数Ｐｏｕｔ２に代入する。その代入後は、ステップＳ１９に移行し、制御部３は、変数Ｐｏｕｔ１の値から変数Ｐｏｕｔ２の値を減算して得られる値を変数ΔＰに代入する。ステップＳ２０には、その代入後に移行する。
【0071】
ステップＳ２０では、制御部３は、変数ΔＰの値の絶対値が設定値β未満か否か判定する。この設定値βは、ペルティエ効果の影響による温度変化が安定したか否か、つまりその温度変化が無視できる範囲内になったか否かを確認するために定めた閾値である。ペルティエ効果による温度変化が安定したかを判定するための閾値として定められた値である。この設定値βは、上記設定時間と組み合わせて定められている。このことから、ペルティエ効果による熱電変換モジュール群ＴＭＧの温度変化が安定している場合、ステップＳ２０の判定はＹＥＳとなってステップＳ２１に移行する。その温度変化が安定していない場合、ステップＳ２０の判定はＮＯとなってステップＳ２６に移行する。
【0072】
ステップＳ２１では、制御部３は、変数Ｍの値をインクリメントする。続くステップＳ２２では、制御部３は、変数Ｍの値が設定値Ｍ１以上か否か判定する。この設定値Ｍ１は、ペルティエ効果による温度変化が安定した後、熱電変換モジュール群ＴＭＧの温度差に変化が生じたか否か、つまり温度変化が無視できる範囲内になったか否かを確認するために設けた時間の設定値である。この設定値Ｍ１も、上記設定値β、上記設定時間と組み合わせて定められたものである。本実施の形態１では、この設定時間に設定値Ｍ１を乗算して得られる時間、変数ΔＰの絶対値が設定値β未満となっていることを、ペルティエ効果の影響による温度変化が安定したと見做す条件としている。そのため、変数Ｍの値が設定値Ｍ１以上となった場合、その条件が満たされたとして、ステップＳ２２の判定はＹＥＳとなってステップＳ２３に移行する。変数Ｍの値が設定値Ｍ１未満であった場合、その条件が満たされていないとして、ステップＳ２２の判定はＮＯとなり、ステップＳ２６で変数Ｐｏｕｔ１に変数Ｐｏｕｔ２の値を代入した後、上記ステップＳ１７に戻る。なお、その条件が満たされたことは、図５に矢印Ａで示す移行が終了したことを意味する。
【0073】
ステップＳ２３では、制御部３は、最大電力となる動作点を探索するための最大電力点探索処理を実行する。最大電力点探索処理の実行により得られた合成値ｒｐを変数ｒに代入することで、変数ｒの値、つまり基準点を更新する処理が行われている。その実行後、ステップＳ２４に移行する。
【0074】
ステップＳ２４では、制御部３は、変数ｒの値が、変数ｒｏの値に設定値γを乗算した結果よりも大きいか否か判定する。図５に示すように、ペルティエ効果による変数ｒの変化は比較的大きくない。このことから、設定値γは、最大電力点探索処理の実行により、変数Ｒの値が異常と見なせる値に更新されたか否かを判定するために設定している。その具体的な値は、例えば１．５程度の値である。それにより、変数ｒの値が異常と見なせる程度に大きく更新された場合、ステップＳ２４の判定はＹＥＳとなってステップＳ２５に移行する。
【0075】
変数ｒの更新が適切と見なせる範囲内のものであった場合、ステップＳ２４の判定はＮＯとなって上記ステップＳ１３に戻る。このステップＳ１３では、最大電力点探索処理で設定された内容に従って、ゲートパルス発生器４の駆動が行われる。この場合、探索された最大電力点で基準点制御した電力供給が行われることとなる。
【0076】
ステップＳ２５では、制御部３は、変数ｒに、変数ｒｏの値に設定値Ｋｐｅｌを乗算した結果を代入する。その後、上記ステップＳ１３に戻る。この場合、最大電力点を動作点として電力供給は行われない。しかし、設定値Ｋｐｅｌは、ペルティエ効果によって熱電変換モジュール群ＴＭＧに発生する特性変化を想定して定めた係数である。想定した特性変化とは、熱電変換モジュール群ＴＭＧからの電力供給の開始から、ペルティエ効果の影響が安定するまでの特性変化である。特性変化は、熱電変換モジュールが接触する高温側、及び低温側の熱抵抗に依存した温度差の低下に伴う動作点のインピーダンスの変化である。設定値Ｋｐｅｌは対象とする設備ごとに最適値が異なる値である。Ｋｐｅｌは１以上の値であり、対象とする設備が都度異なる場合あるいは最適値の特定が困難な場合は、Ｋｐｅｌは１で良い。上記乗算結果は、図５において、最大電力点５１０よりも最大電力点５２０に近い値である。そのため、前よりも大きい電力が基準点制御で供給されることとなる。
【0077】
なお、設定値Ｋｐｅｌは、開放電圧値、或いは熱電変換モジュール群ＴＭＧの高温側の温度に応じて複数、用意しても良い。設定値Ｋｐｅｌを複数、用意した場合、より適切な設定値Ｋｐｅｌを用いることができることから、最大電力点の探索をより短時間で行えるようにするうえで有効である。係数である設定値Ｋｐｅｌの代わりに、固定値とする設定値Ｋｐｅｌを定めても良い。
【0078】
上記ステップＳ２０の判定がＮＯとなって移行するステップＳ２６では、制御部３は、変数Ｍに０を代入する。その代入後、上記ステップＳ２７に移行する。ステップＳ２６で変数Ｍに０を代入することにより、たとえステップＳ２０の判定が一時的にＹＥＳとなっても、そのＹＥＳの判定は無視されることになる。ステップＳ２０でのＹＥＳの判定が設定値Ｍ１だけ、連続しなければステップＳ２２の判定はＹＥＳとはならない。
【0079】
図８は、上記ステップＳ２３として実行される最大電力点探索処理の例を示すフローチャートである。この最大電力点探索処理は、設定値を徐々に変化させ最大電力となる動作点、すなわち最大電力点を探索する山登り法の一種である。制御部３は、合成値ｒｐの値を徐々に大きくすることで最大電力点を探索する処理と、最大電力点探索処理で得た合成値ｒｐを用いて基準点を更新する処理からなる。次に図８を参照し、最大電力点探索処理について詳細に説明する。この最大電力点探索処理の実行により、図５に矢印Ｂで示す最大電力点５２０の探索が実現される。
【0080】
先ず、ステップＳ３１では、制御部３は、変数ｒの値が初期値ｒｏの値に上記設定値Ｋｐｅｌを乗算した値以上かを否か判定する。最大電力点探索処理は基準点制御を実行している間に継続して複数回実行される。このことから、１回目の処理の場合に設定値Ｋｐｅｌを乗算する処理が必要となり、２回目以降の処理の場合は設定値Ｋｐｅｌを乗算する処理が必要ない。変数ｒの値が初期値ｒｏの値に上記設定値Ｋｐｅｌを乗算した値以上の場合、更新処理が２回目以降と判定し、ステップＳ３１の判定はＹＥＳとなってステップＳ３２に移行する。変数ｒの値が初期値ｒｏの値に上記設定値Ｋｐｅｌを乗算した値未満の場合、更新処理が１回目と判定し、ステップＳ３２の判定はＮＯとなってステップＳ３３に移行する。
【0081】
上記ステップＳ３１の判定がＹＥＳとなって移行するステップＳ３２では、制御部３は、変数ｒの値を変数ｒｐ１に代入する。変数ｒｐ１は、基準点制御に用いる合成値ｒの更新に用いる。
【0082】
上記ステップＳ３１の判定がＮＯとなって移行するステップＳ３３では、制御部３は、初期値ｒｏの値に上記設定値Ｋｐｅｌを乗算した値を、変数ｒｐ１に代入する。
【0083】
ステップＳ３２、ステップＳ３３に続くステップＳ３４では、変数ｒｐに変数ｒｐ１を代入する。変数ｒｐは、ペルティエ効果による温度変化が安定した後の最大電力点の合成値ｒｐの探索に用いる。変数ｒｐ１は、最大電力点の合成値ｒｐを探索した結果を記録しておき、基準点制御に用いる合成値ｒを更新する。上記ステップＳ３１－３３の処理により、変数ｒｐ１は、初期値ｒｏの値に設定値Ｋｐｅｌを乗算した値以上が初期値となる。２回目以降の処理では、変数ｒ以上の値が初期値となる。この初期値は、図５において、最大電力点５１０よりも最大電力点５２０に近い値である。そのため、最大電力点５２０は、変数ｒの値、とくに１回目の処理では初期値ｒｏを初期値とするような場合と比較して、より短時間で特定することができる。最大電力点５２０をより短時間で特定することは、出力電力値Ｐｏｕｔの最大化をより迅速に行えることになる。
【0084】
ステップＳ３４に続くステップＳ３５では、制御部３は、変数ｒｐの値に応じた動作点を設定してゲートパルス発生器４を駆動する。ここでの動作点の設定は、変数ｒから変数ｒｐに増加したことに対して、最大電力制御部３８が入力電圧値Ｖｉｎをより大きくさせるような操作量ΔＶを設定することで行われる。上記電源の特性より、入力電流値ＩＬがより小さくなり、操作後の合成値Ｒ＝Ｖｉｎ／ＩＬの値が大きくなるので、変数ｒｐの増加を反映していることとなる。
【0085】
次に移行するステップＳ３６では、制御部３は、ゲートパルス発生器４の駆動によって得られた出力電圧値Ｖｏｕｔ、及び出力電流値Ｉｏｕｔを用いて出力電力値Ｐｏｕｔを算出し、算出した出力電力値Ｐｏｕｔを変数Ｐｏｕｔ３に代入する。その代入後はステップＳ３７に移行する。
【0086】
ステップＳ３７では、制御部３は、変数ｒ１の値に設定値δを加算して得られる値を変数ｒｐに代入する。この設定値δは、最大電力点を探索するうえで基準点制御に用いる合成値ｒの更新単位として定められた値である。続くステップＳ３９では、制御部３は、変数ｒｐの値に対応する動作点を設定してゲートパルス発生器４を駆動する。ここでの動作点の設定では、操作量ΔＶを、設定値δに相当する電圧値分、増加させる操作が行われる。その操作により、入力電圧値Ｖｉｎが大きくなり、入力電流値ＩＬはより小さくなるように操作されることになる。
【0087】
ステップＳ３７に続くステップＳ３８では、制御部３は、変数ｒｐの値に応じた動作点を設定してゲートパルス発生器４を駆動する。ここでの動作点の設定は、最大電力制御部３８による操作量ΔＶの設定に相当するものである。この操作量ΔＶは、上記のように、入力電圧値Ｖｉｎを対象にしたものである。この操作量ΔＶの値は、変数ｒｐの値と変数ｒの値との間の差分と設定値δに応じた値である。
【0088】
ステップＳ３８に続くステップＳ３９では、制御部３は、ゲートパルス発生器４の駆動によって得られた出力電圧値Ｖｏｕｔ、及び出力電流値Ｉｏｕｔを用いて出力電力値Ｐｏｕｔを算出し、算出した出力電力値Ｐｏｕｔを変数Ｐｏｕｔ４に代入する。その代入後はステップＳ４０に移行する。
【0089】
ステップＳ４０では、制御部３は、変数Ｐｏｕｔ４の値が変数Ｐｏｕｔ３の値より大きいか否か判定する。その大小関係が成立していた場合、つまり変数ｒｐをより大きくするために、入力電流値ＩＬをより小さく、入力電圧値Ｖｉｎをより大きくさせる操作の結果、出力電力値Ｐｏｕｔもより大きくなった場合、ステップＳ４０の判定はＹＥＳとなってステップＳ４１に移行する。その大小関係が成立していない場合、ステップＳ４０の判定はＮＯとなってステップＳ４２に移行する。
【0090】
ステップＳ４１では、制御部３は、変数ｒｐ１に変数ｒｐの値を代入し、変数Ｐｏｕｔ３に変数Ｐｏｕｔ４の値を代入する。その後、ステップＳ３７に戻る。それにより、図５に矢印Ｂで表す工程による最大電力点５２０の探索が継続される。
【0091】
ステップＳ４２への移行は、出力電力値Ｐｏｕｔが増大から減少に変化したことを意味する。このことから、ステップＳ４２では、制御部３は、変数ｒｐ１の値を最大電力点の探索結果として変数ｒに代入し、基準点制御で用いる合成値ｒを更新する。その後、最大電力点探索処理が終了して基準点探索処理に戻る。
【0092】
基準点制御に用いる変数ｒに、最大電力点の探索で求めた動作点の抵抗値に相当する変数ｒｐ１の値を代入することで、基準点を更新する。つまり、ステップＳ３６－Ｓ４０が最大電力点の合成値ｒｐ１の探索に該当し、ステップＳ４２が基準点である変数ｒの更新に該当する。このようにして、最大電力点の探索と基準点制御に用いる合成値ｒの更新は、最大電力制御部３８によって行われる。そのため、本実施の形態１における抵抗値更新部は、最大電力制御部３８が相当する。本実施の形態１に係る電力変換制御装置における制御部は、構成要素３１～３８の全てが相当する。
【0093】
なお、本実施の形態１では、ステップＳ１７の設定時間、ステップＳ２１、Ｓ２２の変数Ｍ、及び設定値Ｍ１を用いて、図５中の矢印Ａに示す移行に対応しているが、対応方法は、特に限定されない。例えば電源からの電力の供給開始時、最大電力点を探索し、その探索後、ペルティエ効果の影響による温度変化が収まるまで待機し、再度、最大電力点を探索するようにしても良い。このようなことを含め、様々な変形が可能である。
【0094】
また、本実施の形態１では、ペルティエ効果による温度変化の安定確認を、設定時間を経過したことの確認（ステップＳ１７）、及び変数Ｍと設定値Ｍ１を用いること（ステップＳ２１からＳ２２）の両方で行うことができる。変数Ｍと設定値Ｍ１を用いることは、第２の設定時間を設けること同義である。第１の設定時間（ステップＳ１７）は、熱電変換モジュールを取り付ける排熱がある設備及び機器の熱容量で決まる温度変化が飽和する時間を待つことでペルティエ効果による温度変化が小さくなることを主目的とし、その後の第２の設定時間はペルティエ効果および発電環境による温度変化が小さいことを併せて判断する。つまり第２の設定時間は、第１の設定時間に比べて短くすることができ、温度変化が少ない場合により早く最大動作点探索制御に移行して発電量を大きくすることができる。
【0095】
なお、図７では最大電力点探索処理が終了して基準点探索処理に戻る場合、ステップＳ１３に戻っている。しかし、すでにペルティエ効果による温度変化の安定を確認しているので、ステップＳ１７のペルティエ効果の安定確認の処理は不要となる。
図１０Ａ、１０Ｂは、図７とは別の基準点探索処理のフローチャートの例である。図７とは図１０ＡのステップＳ１２５以降が異なる。すなわち、図１０Ｂに示すように、ステップＳ２１２において、最大電力点探索処理で求めた合成値ｒを新たな基準点ｒとして更新し、ステップＳ２１３からステップＳ２１５で基準点制御を行う。ステップＳ２１５で動作点の合成値Ｒが基準点である合成値ｒと一致した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２２３からステップＳ２２５で最大電力点探索処理を行い、更新すべき基準点ｒを探索し、ステップＳ２１２に戻る。すなわち、図９において、ステップＳ５の後ステップＳ４に戻ることを意味する。
図１０Ａ、１０Ｂは、図７とは別の基準点探索処理のフローチャートの例である。図７とは図１０ＡのステップＳ１２５以降が異なる。すなわち、図１０Ｂに示すように、ステップＳ２１２において、最大電力点探索処理で求めた合成値ｒを新たな基準点ｒとして更新し、ステップＳ２１３からステップＳ２１５で基準点制御を行う。ステップＳ２１５で動作点の合成値Ｒが基準点である合成値ｒと一致した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２２３からステップＳ２２５で最大電力点探索処理を行い、更新すべき基準点ｒを探索し、ステップＳ２１２に戻る。すなわち、図９において、ステップＳ５の後ステップＳ４に戻ることを意味する。
【0096】
また、基準点探索処理においてステップＳ２２の温度変化が小さいことを判定する処理を省略して、最大電力点探索処理内で温度変化が少ないことを判断するステップを設けてもよい。
図１１は、図８とは別の最大電力点探索処理の例を示すフローチャートである。基準点探索処理においてステップＳ２２を省略した場合、ステップＳ４０の後にステップＳ４０Ａを加えた例である。前述したように、ステップＳ４０では、制御部３は、変数Ｐｏｕｔ４の値が変数Ｐｏｕｔ３の値より大きいか否か判定する。ステップＳ４０Ａでは、その大小関係が成立していた場合、変数Ｐｏｕｔ４の増加量に発電環境の変化による影響が含まれていないことを判定する。変数Ｐｏｕｔ４と変数Ｐｏｕｔ３の差が、予め設定した閾値εより小さいことで、温度変化が安定していると判断し（ＹＥＳ）、最大電力点探索処理を継続する。閾値εより大きくなった場合発電環境による温度変化が大きいと判断し（ＮＯ）、最大電力点の探索を終了するようにする。
図１１は、図８とは別の最大電力点探索処理の例を示すフローチャートである。基準点探索処理においてステップＳ２２を省略した場合、ステップＳ４０の後にステップＳ４０Ａを加えた例である。前述したように、ステップＳ４０では、制御部３は、変数Ｐｏｕｔ４の値が変数Ｐｏｕｔ３の値より大きいか否か判定する。ステップＳ４０Ａでは、その大小関係が成立していた場合、変数Ｐｏｕｔ４の増加量に発電環境の変化による影響が含まれていないことを判定する。変数Ｐｏｕｔ４と変数Ｐｏｕｔ３の差が、予め設定した閾値εより小さいことで、温度変化が安定していると判断し（ＹＥＳ）、最大電力点探索処理を継続する。閾値εより大きくなった場合発電環境による温度変化が大きいと判断し（ＮＯ）、最大電力点の探索を終了するようにする。
【0097】
このステップＳ４０Ａを設けることで、発電環境の変化で急激な温度変化が生じた場合、最大電力点探索処置中に抵抗値ｒｐが急増することを防ぐことができる。また、基準点制御から最大電力点探索制御に移行する時間（ステップＳ２２に対応）を省略できるので、早く探索制御に移行でき発電量が増える。ステップＳ４０Ａの閾値εは抵抗値ｒの加算量δによる発電量の増加量よりも大きい値に設定される。閾値εはより小さい方がよく、発電環境の変化による温度変化が多い場合でも抵抗値ｒｐが適切な値に維持する効果が高くなり発電量は大きくなる。
なお、基準点探索処理においてステップＳ２２の温度変化が小さいことを判定する処理を省略しない場合も、このステップＳ４０Ａを設けてもよい。
なお、基準点探索処理においてステップＳ２２の温度変化が小さいことを判定する処理を省略しない場合も、このステップＳ４０Ａを設けてもよい。
【0098】
上述したように、この基準点探索処理での初期値ｒｏの更新は、熱電変換モジュール群ＴＭＧに電流が流れることにより発生するペルティエ効果への対応を想定したものである。しかし、発電環境には、ペルティエ効果による影響と同等、或いはそれ以上の変化が生じることもある。例えば、熱電変換モジュールを取り付けた設備の起動停止が繰り返さて大きな温度変化が生じる場合がある。ペルティエ効果の影響以上の変化については、図７のようにステップＳ１３に戻る基準点探索処理の方がよい。あるいは発電環境の変化に対応するために、図７及び図１０Ａ、１０Ｂの両方を組み合わせた処理を実行するようにしてもよい。
【0099】
本実施の形態１において、図８に示される最大電力点探索処理においては、山登り法で探索していく。このとき、図５において説明した通り、初期値ｒｏを徐々に増加させる一方向の山登り法となる。これはペルティエ効果の影響を受けると内部抵抗の実際の値よりも大きい電圧電流特性で動作し合成値ｒの大きい側に最大電力点が移動するためである。そのため、特性３１０上の抵抗値を上下させながら最大電力点を探索するよりも早く最大電力点に到達することができる。そして、基準点制御に戻った後、再度最大電力点探索処理に移行した場合であっても、合成値ｒを増加させる一方向の山登り法で最大点を探索することで、基準点制御の基準点を早く反映させる細やかな制御が可能となる。
【0100】
なお、制御部３及びゲートパルス発生器４は、ハードウエアの一例を図１２に示すように、プロセッサ１０００と記憶装置２０００から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１０００は、記憶装置２０００から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１０００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１０００は、演算結果等のデータを記憶装置２０００の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。さらに、ハードウエアの構成として、制御部３及びゲートパルス発生器４のプロセッサ１０００及び記憶装置２０００を共用し、一体化されていてもよい。
【0101】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【0102】
１ コンバータ、２ インバータ、３ 制御部（電力変換制御装置）、４ ゲートパルス発生器、５ 電圧センサ（第１の電圧検出器）、６ 電圧センサ（第２の電圧検出器）、７ 電流センサ（第１の電流検出器）、８ 電流センサ（第２の電流検出器）、１０ 電力制御装置、２１ インバータ本体、３１ 基準点抵抗値算出部（抵抗値算出部）、３２ 入力電力算出部（制御部）、３３ 制御状態判定部（制御部）、３４ コンバータ状態判定部（制御部）、３５ 出力電圧制御部（制御部）、３６ 目標設定部（制御部）、３７ 動作点抵抗値算出部（抵抗値算出部）、３８ 最大電力制御部（抵抗値更新部、制御部）、Ｃｉｎ、Ｃｏｕｔ、ＣＤ 平滑用コンデンサ、Ｄ１、Ｄ２ ダイオード、Ｌ インダクタ、Ｑ１ スイッチ素子（第１のスイッチ素子）、Ｑ２ スイッチ素子（第２のスイッチ素子）、ＴＭＧ１、ＴＭＧｎ 熱電変換モジュール、ＴＭＧ 熱電変換モジュール群（電源）。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】