JP2020108308A - Heat utilization power generation module - Google Patents

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Abstract

To realize continuous power supply.SOLUTION: A heat utilization power generation module 1 includes: a battery group 3 where batteries 3a, 3b, 3c including a heat utilization power generation element capable of heat utilization power generation are electrically connected in parallel with a load L; switches 5a, 5b, 5c provided on a connection path between the respective batteries 3a, 3b, 3c and the load L, and turning electrical connection of the respective batteries 3a, 3b, 3c and the load L ON/OFF; voltage sensors 7a, 7b, 7c for detecting potential difference between both poles of the batteries 3a, 3b, 3c; and a controller 11 for controlling the switches 5a, 5b, 5c so that at least one switch in ON state, out of the switches 5a, 5b, 5c, is transited to OFF state, and at least one switch in OFF state is transited to ON state, on the basis of comparison results of the potential difference detected by the voltage sensors 7a, 7b, 7c and a specified value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱利用発電により電力を供給する熱利用発電モジュールに関するものである。 The present invention relates to a heat-utilizing power generation module that supplies electric power by heat-utilizing power generation.

最近、温度勾配を必要としない熱利用発電素子が開発されている（下記特許文献１参照）。この熱利用発電素子は、温度勾配を与えることなく熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換することにより、熱利用発電を行うことができる。このことから、熱利用発電素子は、地熱、自動車の排熱、工場の排熱などを利用した発電システムにおける利用が期待されている。一方で、従来から二次電池を利用した電力供給システムも用いられている（下記特許文献２参照）。 Recently, a heat-utilizing power generation element that does not require a temperature gradient has been developed (see Patent Document 1 below). This heat-utilizing power generation element can perform heat-utilizing power generation by directly converting thermal energy into electric energy without giving a temperature gradient. From this, the heat-utilizing power generation element is expected to be used in a power generation system that utilizes geothermal heat, exhaust heat of automobiles, exhaust heat of factories, and the like. On the other hand, conventionally, a power supply system using a secondary battery has also been used (see Patent Document 2 below).

国際公開２０１７／０３８９８８号公報International publication 2017/038988 gazette 特開２００３−１１１２８９号公報JP, 2003-111289, A

上述した熱利用発電素子を利用した発電システムにおいては、継続的な電力の供給を求められる傾向にある。一方で、熱利用発電素子単体での発電能力の持続時間は、供給する電力が大きくなるに従って短くなる傾向にある。また、熱利用発電素子の発電能力が低下した場合に負荷を低減させると発電能力が回復する現象が認められた。そのため、熱利用発電素子を利用した発電システムにおいては、継続的な電力供給を実現するための適切な制御が求められる。また、上記特許文献２に記載の電力供給システムでは、スイッチ操作によって劣化した二次電池を別の二次電池に交換する制御が行われているが、継続的な電力供給を行うことには限界がある。 In the power generation system using the heat-utilization power generation element described above, there is a tendency for continuous power supply. On the other hand, the duration of the power generation capacity of the heat-utilizing power generating element alone tends to become shorter as the supplied power increases. In addition, when the power generation capacity of the heat-utilizing power generation element is reduced, the phenomenon that the power generation capacity is recovered when the load is reduced was observed. Therefore, in a power generation system using a heat-utilizing power generation element, appropriate control for realizing continuous power supply is required. Further, in the power supply system described in Patent Document 2 described above, control is performed to replace the secondary battery deteriorated by the switch operation with another secondary battery, but there is a limit to continuous power supply. There is.

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、継続的な電力供給を実現することが可能な熱利用発電モジュールを提供することを目的とする。 Then, this invention is made|formed in view of this subject, and an object of this invention is to provide the heat utilization power generation module which can implement|achieve continuous electric power supply.

上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る熱利用発電モジュールは、熱利用発電可能な熱利用発電素子を含む複数の熱利用発電電池が負荷に対して互いに電気的に並列に接続されてなる電池群と、複数の熱利用発電電池のそれぞれと負荷との間の接続経路上に設けられ、複数の熱利用発電電池のそれぞれと負荷との電気的な接続をオン／オフする複数のスイッチと、複数の熱利用発電電池の両極間の電位差を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電位差と規定値との比較結果を基に、複数のスイッチのうちでオン状態にある少なくとも１つのスイッチをオフ状態に遷移させ、オフ状態にある少なくとも１つのスイッチをオン状態に遷移させるように、複数のスイッチを制御する制御部と、を備える。 In order to solve the above problems, in a heat utilization power generation module according to one aspect of the present invention, a plurality of heat utilization power generation batteries including a heat utilization power generation element capable of heat utilization power generation are electrically connected in parallel to a load. A plurality of heat utilization power generation batteries and a plurality of heat transmission power generation batteries that are provided on a connection path between the loads and turn on/off the electrical connection between each of the plurality of heat utilization power generation batteries and the load. Switch, the voltage detection unit that detects the potential difference between the two electrodes of multiple heat-utilizing power generation batteries, and the ON state among the multiple switches based on the comparison result of the potential difference detected by the voltage detection unit and the specified value. And a control unit that controls the plurality of switches so that at least one switch in the above state is switched to the off state and at least one switch in the off state is transitioned to the on state.

上記一側面に係る熱利用発電モジュールによれば、負荷に対して互いに電気的に並列に接続された熱利用発電素子を含む複数の熱利用発電電池を利用して負荷に電力を供給する際に、複数の熱利用発電電池の両極間の電位差と規定値との比較結果に基づいて、負荷との接続が遮断されている熱利用発電電池と負荷との接続が確立されている熱利用発電電池とが入れ替えられる。これにより、複数の熱利用発電電池の両極間の電位差に対応して、複数の熱利用発電電池から負荷に対して交代して電力を供給させることができ、供給電力の大きさに応じて継続的な電力供給を実現することができる。 According to the heat-utilizing power generation module according to the one aspect, when power is supplied to the load by using the plurality of heat-utilizing power generating cells including the heat-utilizing power generating elements electrically connected to the load in parallel with each other. , The heat-utilizing power generation battery in which the connection with the load is cut off and the heat-utilizing power generation battery in which the connection with the load is established based on the comparison result of the potential difference between both electrodes of the plurality of heat-utilizing power generation batteries and the specified value. And are replaced. As a result, the power can be alternately supplied from the multiple heat-utilizing power generators to the load in response to the potential difference between the electrodes of the multiple heat-utilizing power generators, and the power can be continuously supplied depending on the magnitude of the power supply. Power supply can be realized.

ここで、上記一側面係る熱利用発電モジュールにおいては、電圧検出部は、複数の熱利用発電電池から負荷に印加される電位差を電位差として検出可能に構成され、制御部は、電圧検出部によって検出された電位差が規定値を下回ったと判定したタイミングで、複数のスイッチのうちでオフ状態にあるスイッチを順次入れ替えるように、複数のスイッチを制御する、ことが好適である。かかる構成を採れば、複数の熱利用発電電池の両極から負荷に印加される電位差が下がったタイミングで、複数の熱利用発電電池のうち負荷との電気的接続が遮断される熱利用発電電池を順次入れ替えることができる。その結果、熱利用発電電池の個数を削減しながら継続的な電力供給を個々の熱利用発電電池の供給電力の大きさに応じて効率的に実現することができる。 Here, in the heat utilization power generation module according to the one aspect, the voltage detection unit is configured to be able to detect the potential difference applied to the load from the plurality of heat utilization power generation batteries as the potential difference, and the control unit is detected by the voltage detection unit. It is preferable to control the plurality of switches so as to sequentially replace the switches in the off state among the plurality of switches at the timing when it is determined that the applied potential difference is below the specified value. If such a configuration is adopted, the heat-utilizing power generation battery in which the electrical connection with the load among the plurality of heat-utilizing power generation batteries is cut off at the timing when the potential difference applied to the load from both electrodes of the plurality of heat-utilizing power generation batteries decreases. It can be replaced sequentially. As a result, it is possible to efficiently realize continuous power supply according to the amount of power supplied to each heat-utilizing power generation battery while reducing the number of heat-utilizing power generation batteries.

また、電圧検出部は、複数の熱利用発電電池のそれぞれの両極間の電位差を独立して検出可能に構成され、制御部は、電圧検出部によって検出された電位差が規定値を下回ったと判定された電池に対応するスイッチであって、オン状態にあるスイッチをオフ状態に遷移させ、電圧検出部によって検出された電位差が規定値を上回ったと判定された熱利用発電電池に対応するスイッチであって、オフ状態にあるスイッチをオン状態に遷移させる、ことも好適である。この場合、複数の熱利用発電電池の個々の発電能力に応じて適切なタイミングで複数の熱利用発電電池と負荷との電気的接続を切り替えることができ、熱利用発電電池の個数を削減しながら継続的な電力供給を個々の熱利用発電電池の供給電力の大きさに応じて効率的に実現することができる。 Further, the voltage detection unit is configured to be able to independently detect the potential difference between both electrodes of the plurality of heat utilization power generation batteries, and the control unit determines that the potential difference detected by the voltage detection unit is below the specified value. The switch corresponding to the battery, which corresponds to the heat utilization power generation battery, in which the switch in the on state is transited to the off state, and the potential difference detected by the voltage detection unit is determined to have exceeded the specified value. It is also preferable to switch the switch in the off state to the on state. In this case, it is possible to switch the electrical connection between the plurality of heat utilization power generation batteries and the load at an appropriate timing according to the power generation capacity of each of the plurality of heat utilization power generation batteries, while reducing the number of heat utilization power generation batteries. It is possible to efficiently realize continuous power supply according to the amount of power supplied to each heat utilization power generation battery.

さらに、制御部は、複数のスイッチのうちでオフ状態にあるスイッチが時間経過とともに順次入れ替わるように、複数のスイッチを制御する、ことも好適である。こうすれば、熱利用発電電池の個数を削減しながら継続的な電力供給を個々の熱利用発電電池の供給電力の大きさに応じてさらに効率的に実現することができる。 Further, it is also preferable that the control unit controls the plurality of switches so that the switch in the off state among the plurality of switches is sequentially replaced with the passage of time. By doing so, it is possible to more efficiently realize continuous power supply according to the amount of power supplied to each heat-utilizing power generation battery while reducing the number of heat-utilizing power generation batteries.

またさらに、複数の熱利用発電電池から負荷に対して供給される電流を検出する電流検出部をさらに備え、制御部は、電圧検出部によって検出された電位差と電流検出部によって検出された電流とに対応する電力を基に、同時に負荷に電気的に接続される熱利用発電電池の個数を変更するように、複数のスイッチを制御する、ことも好適である。かかる構成を採れば、供給電力の大きさに応じて同時に負荷に電気的に接続させる熱利用発電電池の数を変更することで、継続的な電力供給を確実に実現することができる。 Furthermore, further comprising a current detection unit that detects the current supplied to the load from the plurality of heat utilization power generation batteries, the control unit, the potential difference detected by the voltage detection unit and the current detected by the current detection unit. It is also preferable to control the plurality of switches so as to change the number of the heat utilization power generation batteries which are electrically connected to the load at the same time, based on the electric power corresponding to. If such a configuration is adopted, continuous power supply can be reliably realized by changing the number of heat utilization power generation batteries that are electrically connected to the load at the same time according to the magnitude of the power supply.

本発明によれば継続的な電力供給を実現することが可能な熱利用発電モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a heat utilization power generation module capable of realizing continuous power supply.

実施形態に係る熱利用発電モジュール１の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the heat utilization power generation module 1 which concerns on embodiment. 図１の熱利用発電電池３ａ，３ｂ，３ｃに内蔵される熱利用発電素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heat utilization electric power generation element incorporated in the heat utilization electric power generation battery 3a, 3b, 3c of FIG. 図１のコントローラ１１によるスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃの制御機能を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a control function of switches 5a, 5b, 5c by a controller 11 of FIG. 図３に示す制御によって時間経過とともに遷移するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオン／オフの状態を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing an on/off state of switches 5a, 5b, and 5c that transition with the passage of time by the control shown in FIG. 図１のコントローラ１１による電池個数の変更制御機能を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a battery number change control function by a controller 11 of FIG. 1. 図５に示す制御によって時間経過とともに遷移するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオン／オフの状態を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing ON/OFF states of the switches 5a, 5b, 5c which transit with the passage of time by the control shown in FIG. 変形例に係る熱利用発電モジュール１Ａの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the heat utilization power generation module 1A which concerns on a modification. 図７のコントローラ１１Ａによるスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃの制御機能を説明するためのフローチャートである。8 is a flowchart for explaining a control function of the switches 5a, 5b, 5c by the controller 11A of FIG.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

図１は、実施形態に係る熱利用発電モジュール１の構成を示す回路図である。熱利用発電モジュール１は、自動車等の運搬装置用のセンサー等の装置、地熱等を利用した発電装置、工場又はオフィス等における各種センサー等の装置に内蔵されて用いられ、熱エネルギーを利用して電力を供給する電源システムである。熱利用発電モジュール１は熱利用して電流を発生する装置ともいえる。図１に示すように、熱利用発電モジュール１は、熱利用発電可能な熱利用発電素子を内蔵する複数の熱利用発電電池（以下、「電池」と略称する。）３ａ，３ｂ，３ｃによって構成される電池群３、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃに対応して設けられる複数のスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃに対応して設けられる電圧センサー（電圧検出部）７ａ，７ｂ，７ｃ、電流センサー（電流検出部）９、及びコントローラ（制御部）１１を含んで構成される。この熱利用発電モジュール１には、センサー等の負荷Ｌが電気的に接続される。図１においては、各構成要素間を結ぶ電気的な接続経路を実線で示し、コントローラ１１と各構成要素との間でやり取りされる信号の経路を点線で示している。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a heat utilization power generation module 1 according to an embodiment. The heat-utilizing power generation module 1 is used by being incorporated in a device such as a sensor for a transportation device such as an automobile, a power generation device using geothermal heat, a device such as various sensors in a factory or an office, and using thermal energy. It is a power supply system that supplies electric power. It can be said that the heat-utilization power generation module 1 is a device that utilizes heat to generate an electric current. As shown in FIG. 1, the heat-utilizing power generation module 1 is composed of a plurality of heat-utilizing power generation batteries (hereinafter, abbreviated as “batteries”) 3a, 3b, 3c that incorporate a heat-utilizing power generation element capable of generating heat. Battery group 3, a plurality of switches 5a, 5b, 5c provided corresponding to the plurality of batteries 3a, 3b, 3c, and a voltage sensor (voltage detection unit) provided corresponding to the plurality of batteries 3a, 3b, 3c 7a, 7b, 7c, a current sensor (current detection unit) 9, and a controller (control unit) 11 are included. A load L such as a sensor is electrically connected to the heat utilization power generation module 1. In FIG. 1, the electrical connection paths connecting the respective constituent elements are shown by solid lines, and the paths of signals exchanged between the controller 11 and the respective constituent elements are shown by dotted lines.

なお、電池群３を構成する電池の個数は特定の個数には限定されない。本実施形態では、電池の個数が３個の場合を例として説明する。 Note that the number of batteries forming the battery group 3 is not limited to a specific number. In the present embodiment, a case where the number of batteries is 3 will be described as an example.

複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれは、熱利用発電素子を内蔵する電池であり、その構成としては国際公開２０１７／０３８９８８号公報に記載の構成を採用できる。図２には、電池３ａ，３ｂ，３ｃに内蔵される熱利用発電素子１３の構成例を示している。このように、熱利用発電素子１３は、２つの電極層である負極１５ａ及び正極１５ｂの間に電子輸送層１７、電荷熱励起材料層１９、及びイオン酸化還元層２１の三層が積層されて構成されている。 Each of the plurality of batteries 3a, 3b, 3c is a battery that incorporates a heat-utilizing power generation element, and the configuration described in International Publication No. 2017/038988 can be adopted as the configuration thereof. FIG. 2 shows a configuration example of the heat-utilizing power generation element 13 built in the batteries 3a, 3b, 3c. As described above, in the heat-utilization power generation element 13, the three layers of the electron transport layer 17, the charge-heat excitation material layer 19, and the ion redox layer 21 are laminated between the two electrode layers, the negative electrode 15a and the positive electrode 15b. It is configured.

電荷熱励起材料層１９は、熱を吸収して熱励起電子及び正孔を生成する半導体材料を含む。イオン酸化還元層２１は、電荷輸送イオン対が移動できる固体電解質または電解質溶液を含む。ここでいう「電荷輸送イオン対」とは価数の異なる安定な２つのイオンであり、一方のイオンが酸化又は還元されて他方のイオンとなることにより、電子及び正孔を運ぶことができるイオンである。電子輸送層１７は、半導体または金属等の電子輸送材料を含み、電荷熱励起材料層１９で生成された熱励起電子を輸送するための層である。ただし、熱利用発電素子１３においては、この電子輸送層１７は省略されていてもよい。 The charge-heat excitation material layer 19 includes a semiconductor material that absorbs heat to generate heat-excited electrons and holes. The ion redox layer 21 includes a solid electrolyte or an electrolyte solution in which charge transport ion pairs can move. The “charge-transporting ion pair” referred to here is two stable ions having different valences, and an ion capable of carrying an electron and a hole by oxidizing or reducing one ion to the other ion. Is. The electron transport layer 17 is a layer that contains an electron transport material such as a semiconductor or a metal, and transports the thermally excited electrons generated in the charge/heat excited material layer 19. However, in the heat utilization power generation element 13, the electron transport layer 17 may be omitted.

上記構成の熱利用発電素子１３においては、電荷熱励起材料層１９において熱の吸収が生じると熱励起電子ｅ−及び正孔ｈ＋が生じ、熱励起電子ｅ−が電子輸送層１７に向けて移動する。電荷熱励起材料層１９で生じた正孔ｈ＋が電荷熱励起材料層１９とイオン酸化還元層２１との界面で電荷輸送イオン対の一方であるイオンＸを酸化して他方のイオンＹに変化させる（Ｘ＋ｈ＋→Ｙ）。そして、電子輸送層１７で過剰になった電子ｅ−が負極１５ａを通って外部に移動し、負荷Ｌを介して正極１５ｂまで移動する。このとき、熱利用発電素子１３での発電による負荷Ｌにおける仕事が為される。さらに、正極１５ｂまで移動した電子ｅ−が正極１５ｂとイオン酸化還元層２１との界面でイオンＹを還元してイオンＸに変化させる（Ｙ＋ｅ−→Ｘ）。イオン酸化還元層２１と電荷熱励起材料層１９との界面に生じたイオンＹと、イオン酸化還元層２１と正極１５ｂとの界面で生じたイオンＸとが、イオン酸化還元層２１内を拡散して層内のイオン局在化が緩和される。このような熱励起電子ｅ−の移動と電荷輸送イオン対の拡散とが繰り返されることによって熱利用発電素子による発電が持続する。 In the heat-utilization power generation element 13 having the above-described configuration, when heat is absorbed in the charge-heat excitation material layer 19, heat-excited electrons e − and holes h + are generated, and the heat-excited electrons e − are directed to the electron transport layer 17. Moving. The holes h + generated in the charge heat excitation material layer 19 oxidize one ion X of the charge transporting ion pair into the other ion Y at the interface between the charge heat excitation material layer 19 and the ion redox layer 21. (X+h + →Y). Then, the excess electrons e − in the electron transport layer 17 move to the outside through the negative electrode 15a and move to the positive electrode 15b via the load L. At this time, work is performed in the load L by power generation in the heat-utilizing power generation element 13. Further, the electron e − that has moved to the positive electrode 15b reduces the ion Y at the interface between the positive electrode 15b and the ion redox layer 21 and changes it to the ion X (Y+e − →X). Ions Y generated at the interface between the ion redox layer 21 and the charge thermal excitation material layer 19 and ions X generated at the interface between the ion redox layer 21 and the positive electrode 15b diffuse in the ion redox layer 21. The ion localization in the layer is relaxed. By repeating the movement of the thermally excited electrons e − and the diffusion of the charge transport ion pair, the power generation by the heat utilization power generation element is continued.

複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれは、熱利用発電素子１３を１つあるいは複数内蔵する電池である。電池３ａ，３ｂ，３ｃは、熱利用発電素子１３を複数備える場合には、複数の熱利用発電素子１３を内部で互いに電気的に直列に接続された形態で備える。 Each of the plurality of batteries 3a, 3b, 3c is a battery containing one or more heat-utilizing power generating elements 13. When the plurality of heat-utilizing power generating elements 13 are provided, the batteries 3a, 3b, 3c are provided with the plurality of heat-utilizing power generating elements 13 being electrically connected in series inside each other.

このような構成の電池３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれにおいては、上述したように、熱励起電子ｅ−の移動による電力の供給と、熱利用発電素子１３内のイオン酸化還元層２１内での電荷輸送イオン対の拡散とが並行して繰り返されることによって、電力の供給が持続される。このとき、単位時間あたりに取り出される熱励起電子ｅ−の量（＝電流量）が小さければ、電荷輸送イオン対の拡散が十分に追いつくために、電力の供給の持続時間は長くなる傾向がある。特に、電流量が十分小さければ半永久的な電力の供給が可能となる。一方で、単位時間あたりに取り出される熱励起電子ｅ−の量（＝電流量）が大きくなるに従って、イオン酸化還元層２１と電荷熱励起材料層１９との界面にイオンＹが溜まってイオンＸの量が少なくなり、イオンＸからイオンＹに変化する反応が生じにくくなり、イオン酸化還元層２１と正極１５ｂとの界面にイオンＸが溜まってイオンＹの量が少なくなり、イオンＹからイオンＸに変化する反応が生じにくくなる。この場合は、発電の持続時間が短くなる傾向にある。ただし、発電の持続時間は、電流量のみでなく、環境温度、熱利用発電素子１３の各層の材料の組成（特にイオン酸化還元層２１の材料の組成）によって決まってくるため、事前に決定することは困難である。 In each of the batteries 3a, 3b, and 3c having such a configuration, as described above, the power is supplied by the movement of the thermally excited electrons e − and the charge in the ion redox layer 21 in the heat utilization power generation element 13 is increased. The supply of electric power is sustained by repeating the diffusion of the transport ion pairs in parallel. At this time, if the amount of thermally excited electrons e − (=the amount of current) taken out per unit time is small, the diffusion of the charge-transporting ion pairs can sufficiently catch up, and the duration of power supply tends to be long. .. Particularly, if the amount of current is sufficiently small, semi-permanent power supply becomes possible. On the other hand, as the amount of the thermally excited electrons e − (=current amount) taken out per unit time increases, the ions Y accumulate at the interface between the ion redox layer 21 and the charge thermal excitation material layer 19, and the ions X The amount is reduced, the reaction of changing from the ion X to the ion Y is less likely to occur, the amount of the ion Y is reduced by the accumulation of the ion X at the interface between the ion redox layer 21 and the positive electrode 15b, and the ion Y is changed to the ion X. A changing reaction is less likely to occur. In this case, the duration of power generation tends to be short. However, the duration of power generation is determined not only by the amount of current, but also by the environmental temperature and the composition of the material of each layer of the heat-utilization power generation element 13 (particularly the composition of the material of the ion oxidation-reduction layer 21), and therefore is determined in advance. Things are difficult.

このような熱利用発電素子１３における発電能力の低下（イオン酸化還元層２１におけるイオンの局在化の高まり）は、負荷Ｌを熱利用発電素子１３から切り離すことによって時間経過とともに回復する。これは、熱励起電子ｅ−の移動が止まると電荷輸送イオン対の還元も止まるため、イオン対の酸化及び電荷輸送イオン対の拡散のみが進行するためである。ただし、この発電能力の回復時間も、環境温度、熱利用発電素子１３の各層の材料の組成（特にイオン酸化還元層２１の材料の組成）によって決まってくる。 Such a decrease in the power generation capacity of the heat-utilization power generation element 13 (increased localization of ions in the ion redox layer 21) is recovered over time by disconnecting the load L from the heat-utilization power generation element 13. This is because when the transfer of the thermally excited electrons e − stops, the reduction of the charge transport ion pair also stops, so that only the oxidation of the ion pair and the diffusion of the charge transport ion pair proceed. However, the recovery time of this power generation capability is also determined by the environmental temperature and the composition of the material of each layer of the heat-utilization power generation element 13 (particularly the composition of the material of the ion redox layer 21).

図１に戻って、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃは、負荷Ｌに対して互いに電気的に並列に接続されている。具体的には、電池３ａの正極は、スイッチ５ａ及び電流センサー９を介して負荷Ｌの一方の端子に接続され、電池３ａの負極はグラウンドを経由して負荷Ｌの他方の端子に接続されている。同様に、電池３ｂ，３ｃのそれぞれの正極は、スイッチ５ｂ，５ｃ及び電流センサー９を介して負荷Ｌの一方の端子に接続され、電池３ｂ，３ｃのそれぞれの負極はグラウンドを経由して負荷Ｌの他方の端子に接続されている。 Returning to FIG. 1, the plurality of batteries 3a, 3b, 3c are electrically connected to the load L in parallel with each other. Specifically, the positive electrode of the battery 3a is connected to one terminal of the load L via the switch 5a and the current sensor 9, and the negative electrode of the battery 3a is connected to the other terminal of the load L via the ground. There is. Similarly, the positive electrodes of the batteries 3b and 3c are connected to one terminal of the load L via the switches 5b and 5c and the current sensor 9, and the negative electrodes of the batteries 3b and 3c are connected to the load L via the ground. Is connected to the other terminal.

複数のスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃは、外部からの制御によってその両端間の電気的な接続をオン／オフする半導体スイッチ、リレースイッチ等のスイッチング素子であり、それぞれが複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃと負荷Ｌとの接続経路上に設けられる。すなわち、スイッチ５ａは、電池３ａの正極と負荷Ｌの一方の端子との間の接続経路上に設けられ、電池３ａと負荷Ｌとの電気的接続のみをオン／オフする。同様に、スイッチ５ｂ，５ｃは、それぞれ、電池３ｂ，３ｃの正極と負荷Ｌの一方の端子との間の接続経路上に設けられ、それぞれの電池３ｂ，３ｃと負荷Ｌとの電気的接続のみをオン／オフする。これらのスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃは、コントローラ１１からの信号による制御により、オン／オフを切り替え可能に構成される。 The plurality of switches 5a, 5b, 5c are switching elements such as a semiconductor switch and a relay switch that turn on/off an electrical connection between both ends of the plurality of batteries 3a, 3b, 3c by external control. And the load L are provided on the connection path. That is, the switch 5a is provided on the connection path between the positive electrode of the battery 3a and one terminal of the load L, and turns on/off only the electrical connection between the battery 3a and the load L. Similarly, the switches 5b and 5c are respectively provided on the connection paths between the positive electrodes of the batteries 3b and 3c and one terminal of the load L, and only the electrical connection between the respective batteries 3b and 3c and the load L is provided. Turn on/off. These switches 5a, 5b, 5c are configured to be switchable on/off under the control of a signal from the controller 11.

電圧センサー７ａ，７ｂ，７ｃは、それぞれ、個別に電池３ａ，３ｂ，３ｃの両端に接続され、電池３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれの両極間の電位差を独立して検出するセンサーである。これらの電圧センサー７ａ、７ｂ，７ｃは、検出した電位差を示す信号をコントローラ１１に送出することが可能とされている。 The voltage sensors 7a, 7b, 7c are individually connected to both ends of the batteries 3a, 3b, 3c, and are sensors for independently detecting the potential difference between the respective electrodes of the batteries 3a, 3b, 3c. These voltage sensors 7a, 7b, 7c are capable of sending a signal indicating the detected potential difference to the controller 11.

電流センサー９は、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃの並列回路におけるスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ側の一端と負荷Ｌの一方の端子との間の接続経路上に挿入され、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃの並列回路から負荷Ｌに対して供給される電流を検出する。この電流センサー９は、検出した電流の量を示す信号をコントローラ１１に送出することが可能とされている。 The current sensor 9 is inserted on a connection path between one end of the switches 5a, 5b, 5c side and one terminal of the load L in the parallel circuit of the plurality of batteries 3a, 3b, 3c, and the plurality of batteries 3a, 3b. , 3c in parallel to the load L is detected. The current sensor 9 can send a signal indicating the amount of detected current to the controller 11.

コントローラ１１は、電圧センサー７ａ，７ｂ，７ｃおよび電流センサー９から送出された信号の示す値を参照して、それらの値と規定値との比較結果を基に、スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオン／オフを制御する制御装置である。このコントローラ１１は、演算処理を担うＣＰＵ等の演算ユニットと、ＲＯＭおよびＲＡＭ等で構成され、演算処理で参照されるデータあるいは演算処理で生成されるデータを記憶するメモリユニットと、他の構成要素との信号のやり取りを行う通信ユニット等を内蔵する。コントローラ１１への電力の供給は、電池３ａ，３ｂ，３ｃの並列回路から行われてもよいし、二次電池等の他の供給源から行われてもよい。以下、コントローラ１１の機能について説明する。 The controller 11 refers to the values indicated by the signals sent from the voltage sensors 7a, 7b, 7c and the current sensor 9, and turns on the switches 5a, 5b, 5c based on the comparison result between these values and the specified value. It is a control device for controlling ON/OFF. The controller 11 includes an arithmetic unit such as a CPU for performing arithmetic processing, a ROM and a RAM, and a memory unit for storing data referred to in the arithmetic processing or data generated in the arithmetic processing, and other components. It has a built-in communication unit that exchanges signals with. The power supply to the controller 11 may be performed from the parallel circuit of the batteries 3a, 3b, 3c, or may be performed from another supply source such as a secondary battery. Hereinafter, the function of the controller 11 will be described.

図３は、コントローラ１１によるスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃの制御機能を説明するためのフローチャートである。このように、コントローラ１１は、電圧センサー７ａ，７ｂ，７ｃによって検出された電位差を基に、電位差が規定値を下回った電池３ａ，３ｂ，３ｃを判定し、その電池３ａ，３ｂ，３ｃに対応するオン状態のスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃをオフ状態に遷移させる。それとともに、コントローラ１１は、電圧センサー７ａ，７ｂ，７ｃによって検出された電位差を基に、電位差が規定値を上回った電池３ａ，３ｂ，３ｃを判定し、その電池３ａ，３ｂ，３ｃに対応するオフ状態のスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃをオン状態に遷移させる。その際、コントローラ１１は、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃに対応するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのうちでオフ状態にあるスイッチが時間経過とともに順番に入れ替わるように制御する。 FIG. 3 is a flowchart for explaining the control function of the switches 5a, 5b, 5c by the controller 11. In this way, the controller 11 determines the batteries 3a, 3b, 3c whose potential difference is below the specified value based on the potential difference detected by the voltage sensors 7a, 7b, 7c, and responds to the batteries 3a, 3b, 3c. The switches 5a, 5b, and 5c in the on state are turned off. At the same time, the controller 11 determines the batteries 3a, 3b, 3c whose potential difference exceeds the specified value based on the potential difference detected by the voltage sensors 7a, 7b, 7c, and responds to the batteries 3a, 3b, 3c. The switches 5a, 5b, 5c in the off state are transitioned to the on state. At that time, the controller 11 controls the switches in the off state among the switches 5a, 5b, 5c corresponding to the plurality of batteries 3a, 3b, 3c to be sequentially replaced with the passage of time.

具体的には、ユーザによる操作等を契機にコントローラ１１の動作が開始されると、コントローラ１１は、予め設定された最初の電池３ａに対応するスイッチ５ａをオンするように制御する（ステップＳ０１）。それに応じて、コントローラ１１は、負荷Ｌへの電力供給が稼働中である電池３ａの電位差を、電圧センサー７ａからの信号を基に検出する（ステップＳ０２）。次に、コントローラ１１は、検出した電位差が予め設定された規定値ＶＡ以下であるか否かを判定する（ステップＳ０３）。この規定値ＶＡは、想定される環境温度、電池３ａ，３ｂ，３ｃに内蔵される熱利用発電素子１３を構成する材料（特にイオン酸化還元層２１の材料）の組成、熱利用発電素子１３の直列数、及び負荷への入力特性の少なくとも一つに応じて予め設定され、発電能力の低下（イオン酸化還元層２１におけるイオンの局在化の高まり）を示す値に対応する。コントローラ１１は、判定の結果、検出した電位差が規定値ＶＡを超えておりイオンの局在化が生じていないと判定される場合には（ステップＳ０３；ＮＯ）、ステップＳ０２の処理に戻って、稼働中の電池３ａに関するステップＳ０２，Ｓ０３の処理を繰り返す。 Specifically, when the operation of the controller 11 is started by an operation by the user or the like, the controller 11 controls to turn on the switch 5a corresponding to the preset first battery 3a (step S01). .. In response to this, the controller 11 detects the potential difference of the battery 3a in which the power supply to the load L is operating, based on the signal from the voltage sensor 7a (step S02). Next, the controller 11 determines whether or not the detected potential difference is less than or equal to a preset specified value VA (step S03). This specified value VA is assumed to be the environmental temperature, the composition of the material (particularly the material of the ion redox layer 21) that constitutes the heat-utilizing power generation element 13 built in the batteries 3a, 3b, 3c, and the heat-utilizing power generation element 13 It is preset according to at least one of the number of series and the input characteristic to the load, and corresponds to a value indicating a decrease in power generation capacity (an increase in localization of ions in the ion redox layer 21). When it is determined that the detected potential difference exceeds the specified value VA and the localization of the ions has not occurred (step S03; NO), the controller 11 returns to the process of step S02, The processes of steps S02 and S03 regarding the operating battery 3a are repeated.

一方、コントローラ１１は、検出した電位差が規定値ＶＡ以下でありイオンの局在化が生じていると判定される場合には（ステップＳ０３；ＹＥＳ）、オフ状態のスイッチ５ｂに対応する待機中の電池３ｂの電位差を、電圧センサー７ｂからの信号を基に検出する（ステップＳ０４）。そして、コントローラ１１は、電位差が規定値ＶＢ以上であるか否かを判定する（ステップＳ０５）。この規定値ＶＢは、想定される環境温度、電池３ａ，３ｂ，３ｃに内蔵される熱利用発電素子１３を構成する材料（特にイオン酸化還元層２１の材料）の組成、熱利用発電素子１３の直列数、及び負荷への入力特性の少なくとも一つに応じて予め設定され、発電能力の回復（イオン酸化還元層２１におけるイオンの局在化の緩和）を示す値に対応し、ＶＢ≧ＶＡである。判定の結果、規定値ＶＢ未満でありイオンの局在化が未だ緩和されていないと判定された場合は（ステップＳ０５；ＮＯ）、コントローラ１１は、ステップＳ０４に戻って電位差の検出及び判定を繰り返す。 On the other hand, when the detected potential difference is equal to or less than the specified value VA and it is determined that the localization of the ions has occurred (step S03; YES), the controller 11 waits for the switch 5b in the off state. The potential difference of the battery 3b is detected based on the signal from the voltage sensor 7b (step S04). Then, the controller 11 determines whether or not the potential difference is equal to or greater than the specified value VB (step S05). This specified value VB is assumed to be the environmental temperature, the composition of the material (particularly the material of the ion redox layer 21) that constitutes the heat-utilizing power generating element 13 built in the batteries 3a, 3b, 3c, and the heat-utilizing power generating element 13 It is set in advance according to at least one of the number of series and the input characteristic to the load, and corresponds to a value indicating recovery of power generation capability (relaxation of localization of ions in the ion redox layer 21), and VB≧VA is there. As a result of the determination, when it is determined that it is less than the specified value VB and the localization of the ions is not yet relaxed (step S05; NO), the controller 11 returns to step S04 and repeats the detection and determination of the potential difference. ..

その一方で、規定値ＶＢ以上でありイオンの局在化が緩和されていると判定された場合は（ステップＳ０５；ＹＥＳ）、コントローラ１１は、稼働中である電池３ａに対応するスイッチ５ａをオフにし、待機中の電池３ｂに対応するスイッチ５ｂをオンにするように制御する（ステップＳ０６）。その後、ステップＳ０２に戻ってステップＳ０２〜Ｓ０６の処理を繰り返し、コントローラ１１は、稼働中の電池を順次入れ替え、時間経過とともに稼働中にある電池を順次待機中の状態に遷移させるように制御する。 On the other hand, when it is determined that the ion localization is less than the specified value VB (step S05; YES), the controller 11 turns off the switch 5a corresponding to the operating battery 3a. Then, the switch 5b corresponding to the battery 3b on standby is controlled to be turned on (step S06). After that, the process returns to step S02 and the processes of steps S02 to S06 are repeated, and the controller 11 sequentially replaces the batteries that are in operation, and controls the batteries that are in operation to sequentially transition to the standby state as time passes.

図４には、コントローラ１１の制御によって時間経過とともに遷移するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオン／オフの状態を示すタイミングチャートを示し、（ａ）はスイッチ５ａの状態、（ｂ）はスイッチ５ｂの状態、（ｃ）はスイッチ５ｃの状態を示している。このように、コントローラの制御により、各スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオン状態の期間ＴＯＮが時間経過とともに順次入れ替わり、各スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃが順次オフ状態に切り替えられてオフ状態の期間ＴＯＦＦが順次開始される。期間ＴＯＦＦの間に、図２に示したイオンＸとイオンＹの拡散が十分に行われ、界面での局在化がなくなっている。 FIG. 4 shows a timing chart showing the on/off states of the switches 5a, 5b, 5c which change with the passage of time under the control of the controller 11, where (a) is the state of the switch 5a and (b) is the state of the switch 5b. The state, (c) shows the state of the switch 5c. As described above, under the control of the controller, the ON period T ON of each switch 5a, 5b, 5c is sequentially replaced with the passage of time, and each switch 5a, 5b, 5c is sequentially switched to the OFF state to be in the OFF state period T. OFF is sequentially started. During the period T OFF , the ions X and the ions Y shown in FIG. 2 are sufficiently diffused, and the localization at the interface is lost.

ここで、コントローラ１１は、負荷Ｌに供給される電力を基に、負荷Ｌに電気的に接続される電池の個数を変更するように制御する機能も有する。図５は、コントローラ１１による電池個数の変更機能を説明するためのフローチャートである。図５に示す処理は、図４に示すステップＳ０２の直前に実行される。 Here, the controller 11 also has a function of controlling so as to change the number of batteries electrically connected to the load L based on the electric power supplied to the load L. FIG. 5 is a flowchart for explaining the function of changing the number of batteries by the controller 11. The process shown in FIG. 5 is executed immediately before step S02 shown in FIG.

詳細には、ユーザによる操作等を契機にコントローラ１１の動作が開始されると、コントローラ１１は、予め設定された最初の電池３ａに対応するスイッチ５ａをオンするように制御する（ステップＳ１１）。次に、コントローラ１１は、負荷Ｌへの電力供給が稼働中である電池３ａの電位差と、負荷Ｌに対して供給される電流とを、電圧センサー７ａ及び電流センサー９からの信号を基に検出する（ステップＳ１２）。そして、コントローラ１１は、検出した電位差及び電流を基に負荷Ｌに供給されている電力値を計算し、その電力値が規定値ＷＡ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。この規定値ＷＡは、負荷Ｌの消費電力値に応じて予め設定される。判定の結果、規格値以上である場合には（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、負荷Ｌに接続される電池の個数を変更することなく処理をステップＳ０２（図３）に移行させ、稼働中の電池の入れ替えを制御する。 Specifically, when the operation of the controller 11 is started by a user's operation or the like, the controller 11 controls to turn on the switch 5a corresponding to the preset first battery 3a (step S11). Next, the controller 11 detects the potential difference of the battery 3a in which the power supply to the load L is in operation and the current supplied to the load L based on the signals from the voltage sensor 7a and the current sensor 9. Yes (step S12). Then, the controller 11 calculates the power value supplied to the load L based on the detected potential difference and current, and determines whether or not the power value is equal to or greater than the specified value WA (step S13). The specified value WA is preset according to the power consumption value of the load L. If the result of the determination is that the value is equal to or greater than the standard value (step S13; YES), the process proceeds to step S02 (FIG. 3) without changing the number of batteries connected to the load L, and Control replacement.

一方で、規格値未満である場合には（ステップＳ１３；ＮＯ）、負荷Ｌに接続される電池の個数を増加させるために、コントローラ１１は、待機中の次の電池３ｂに対応するスイッチ５ｂをオンさせるように制御する（ステップＳ１４）。その結果、負荷Ｌに電気的に接続される電池は２個となる。その後は、コントローラ１１は、処理をステップＳ０２に移行させ、稼働中の電池を順次待機中の電池と入れ替えるように制御する。 On the other hand, when it is less than the standard value (step S13; NO), the controller 11 turns on the switch 5b corresponding to the next battery 3b in the standby state in order to increase the number of batteries connected to the load L. It is controlled to turn it on (step S14). As a result, the number of batteries electrically connected to the load L is two. After that, the controller 11 shifts the processing to step S02, and controls so that the operating batteries are sequentially replaced with the standby batteries.

図６には、コントローラ１１の制御によって時間経過とともに遷移するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオン／オフの状態を示すタイミングチャートを示し、（ａ）はスイッチ５ａの状態、（ｂ）はスイッチ５ｂの状態、（ｃ）はスイッチ５ｃの状態を示している。このように、コントローラの制御により、稼働中の電池が２個に変更される場合には、電池３ａ，３ｂ，３ｃのうちでオン状態の期間ＴＯＮが重複する個数が常に２個となるようにスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃが制御され、稼働中の電池が順次待機中の電池と入れ替わり、電池３ａ，３ｂ，３ｃのオフ状態の期間ＴＯＦＦが順次他の電池の期間ＴＯＦＦに変更される。 FIG. 6 is a timing chart showing the on/off states of the switches 5a, 5b, 5c which change with the passage of time under the control of the controller 11, where (a) is the state of the switch 5a and (b) is the state of the switch 5b. The state, (c) shows the state of the switch 5c. As described above, when the number of operating batteries is changed to two by the control of the controller, the number of the ON- state periods T ON of the batteries 3a, 3b, and 3c is always two. The switches 5a, 5b, 5c are controlled to switch the operating battery to the standby battery in sequence, and the off period T OFF of the batteries 3a, 3b, 3c is sequentially changed to the other battery period T OFF. ..

本実施形態に係る熱利用発電モジュール１によれば、負荷Ｌに対して互いに電気的に並列に接続された複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃを利用して負荷Ｌに電力を供給する際に、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃの個々の発電能力に応じて適切なタイミングで複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃと負荷Ｌとの電気的接続を切り替えることができる。具体的には、電池の３ａ，３ｂ，３ｃの両極間の電位差により、熱利用発電素子１３内のイオン酸化還元層２１内でのイオンの局在化を判定し、その判定結果を基に負荷Ｌとの電気的接続を入れ替えている。その結果、電池の個数を削減しながら継続的な電力供給を個々の電池の供給電力の大きさに応じて効率的に実現することができる。 According to the heat-utilization power generation module 1 according to the present embodiment, when power is supplied to the load L using the plurality of batteries 3a, 3b, 3c electrically connected to the load L in parallel with each other, The electrical connection between the plurality of batteries 3a, 3b, 3c and the load L can be switched at an appropriate timing according to the individual power generation capacities of the plurality of batteries 3a, 3b, 3c. Specifically, the localization of ions in the ion redox layer 21 in the heat-utilizing power generation element 13 is determined based on the potential difference between the electrodes 3a, 3b, 3c of the battery, and the load is determined based on the determination result. The electrical connection with L is exchanged. As a result, it is possible to efficiently realize continuous power supply according to the amount of power supplied to each battery while reducing the number of batteries.

特に、コントローラ１１は、複数のスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのうちでオフ状態にあるスイッチが時間経過とともに順次入れ替わるように、複数のスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃを制御する機能を有している。これにより、電力供給能力の低下した電池３ａ，３ｂ，３ｃの能力の回復が効率的に行われる。その結果、電池の個数を削減しながら継続的な電力供給を個々の電池の供給電力の大きさに応じてさらに効率的に実現することができる。 In particular, the controller 11 has a function of controlling the plurality of switches 5a, 5b, 5c so that the switch in the off state among the plurality of switches 5a, 5b, 5c is sequentially replaced over time. As a result, the capacities of the batteries 3a, 3b, 3c whose power supply capacity has been lowered are efficiently recovered. As a result, it is possible to more efficiently realize continuous power supply according to the amount of power supplied to each battery while reducing the number of batteries.

さらに、コントローラ１１は、電池３ａ，３ｂ，３ｃの並列回路から負荷Ｌに供給される電力を基に負荷Ｌに電気的に接続される電池の個数を変更する機能を有している。これにより、負荷Ｌに必要な消費電力に応じて負荷Ｌを安定して動作させることができ、継続的かつ安定した電力供給を確実に実現することができる。 Further, the controller 11 has a function of changing the number of batteries electrically connected to the load L based on the electric power supplied to the load L from the parallel circuit of the batteries 3a, 3b, 3c. As a result, the load L can be stably operated in accordance with the power consumption required for the load L, and continuous and stable power supply can be reliably realized.

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiment, those skilled in the art will recognize that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in this embodiment.

図７は、本発明の変形例に係る熱利用発電モジュール１Ａの構成を示す回路図である。本変形例に係る熱利用発電モジュール１Ａの構成の熱利用発電モジュール１との相違点は、各電池３ａ，３ｂ，３ｃに対応して設けられた電圧センサー７ａ，７ｂ，７ｃの代わりに１つの電圧センサー７が設けられる点である。 FIG. 7: is a circuit diagram which shows the structure of the heat utilization power generation module 1A which concerns on the modification of this invention. The difference between the configuration of the heat utilization power generation module 1A according to the present modification and the heat utilization power generation module 1 is that instead of the voltage sensors 7a, 7b, 7c provided corresponding to the batteries 3a, 3b, 3c, respectively. The point is that the voltage sensor 7 is provided.

すなわち、電圧センサー７は、電池３ａ，３ｂ，３ｃの正極にスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃを経由して電気的に接続され、電池３ａ，３ｂ，３ｃの並列回路から負荷Ｌの両端に印加される電位差を検出するセンサーである。この電圧センサー７は、検出した電位差を示す信号をコントローラ１１Ａに送出することが可能とされている。 That is, the voltage sensor 7 is electrically connected to the positive electrodes of the batteries 3a, 3b, 3c via the switches 5a, 5b, 5c, and is applied across the load L from the parallel circuit of the batteries 3a, 3b, 3c. It is a sensor that detects a potential difference. The voltage sensor 7 is capable of sending a signal indicating the detected potential difference to the controller 11A.

コントローラ１１Ａは、コントローラ１１と同様な構成を有し、電圧センサー７および電流センサー９から送出された信号の示す値を参照して、それらの値と規定値との比較結果を基に、スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオン／オフを制御する。 The controller 11A has a configuration similar to that of the controller 11, refers to the values indicated by the signals sent from the voltage sensor 7 and the current sensor 9, and based on the comparison result between these values and the specified value, the switch 5a. , 5b, 5c are controlled on/off.

図８は、コントローラ１１Ａによるスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃの制御機能を説明するためのフローチャートである。このように、コントローラ１１Ａは、電圧センサー７によって検出された電位差を基に、稼働中の電池の電位差が規定値を下回ったタイミングを判定し、そのタイミングで稼働中の電池に対応するオン状態のスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃをオフ状態に遷移させ、待機中の電池に対応するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃをオン状態に遷移させる。その際、コントローラ１１Ａは、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃに対応するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのうちでオフ状態にあるスイッチが時間経過とともに順番に入れ替わるように制御する。 FIG. 8 is a flow chart for explaining the control function of the switches 5a, 5b, 5c by the controller 11A. In this way, the controller 11A determines the timing when the potential difference of the operating battery falls below the specified value based on the potential difference detected by the voltage sensor 7, and the on-state corresponding to the operating battery at that timing is determined. The switches 5a, 5b, 5c are turned off, and the switches 5a, 5b, 5c corresponding to the standby batteries are turned on. At this time, the controller 11A controls the switches in the off state among the switches 5a, 5b, 5c corresponding to the plurality of batteries 3a, 3b, 3c so as to be sequentially switched over time.

具体的には、ユーザによる操作等を契機にコントローラ１１の動作が開始されると、コントローラ１１Ａは、予め設定された最初の電池３ａに対応するスイッチ５ａをオンするように制御する（ステップＳ２１）。それに応じて、コントローラ１１Ａは、負荷Ｌへの電力供給が稼働中である電池３ａの電位差を、電圧センサー７からの信号を基に検出する（ステップＳ２２）。次に、コントローラ１１Ａは、検出した電位差が予め設定された規定値ＶＡ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。コントローラ１１Ａは、判定の結果、検出した電位差が規定値ＶＡを超えている場合には（ステップＳ２３；ＮＯ）、ステップＳ２２の処理に戻って、稼働中の電池３ａに関するステップＳ２２，Ｓ２３の処理を繰り返す。 Specifically, when the operation of the controller 11 is started by a user's operation or the like, the controller 11A controls to turn on the switch 5a corresponding to the preset first battery 3a (step S21). .. In response thereto, the controller 11A detects the potential difference of the battery 3a in which the power supply to the load L is operating, based on the signal from the voltage sensor 7 (step S22). Next, the controller 11A determines whether or not the detected potential difference is less than or equal to a preset specified value VA (step S23). As a result of the determination, if the detected potential difference exceeds the specified value VA (step S23; NO), the controller 11A returns to the process of step S22 and performs the processes of steps S22 and S23 on the operating battery 3a. repeat.

一方、コントローラ１１Ａは、検出した電位差が規定値ＶＡ以下である場合には（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、稼働中である電池３ａに対応するスイッチ５ａをオフにし、待機中の電池３ｂに対応するスイッチ５ｂをオンにするように制御する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ２２に戻ってステップＳ２２〜Ｓ２４の処理を繰り返し、コントローラ１１Ａは、稼働中の電池を順次入れ替え、時間経過とともに稼働中にあった電池を順次待機中の状態に遷移させるように制御する。 On the other hand, when the detected potential difference is less than or equal to the specified value VA (step S23; YES), the controller 11A turns off the switch 5a corresponding to the battery 3a in operation and the switch corresponding to the battery 3b in standby. Control is performed so that 5b is turned on (step S24). After that, the process returns to step S22 and the processes of steps S22 to S24 are repeated, and the controller 11A sequentially replaces the batteries that are in operation, and controls the batteries that have been in operation to transition to the standby state sequentially with the passage of time. ..

上記変形例によれば、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃの両極から負荷Ｌに印加される電位差が下がったタイミングで、複数の電池３ａ，３ｂ，３ｃのうち負荷Ｌとの電気的接続が遮断される電池を順次入れ替えることができる。その結果、電池の個数を削減しながら継続的な電力供給を個々の電池の供給電力の大きさに応じて効率的に実現することができる。加えて、電圧センサーの数が削減されるので小型化、軽量化、及びスイッチ制御のレスポンスの向上に有利である。 According to the above modification, the electrical connection with the load L of the plurality of batteries 3a, 3b, 3c is cut off at the timing when the potential difference applied to the load L from both electrodes of the plurality of batteries 3a, 3b, 3c decreases. The batteries can be replaced one after another. As a result, it is possible to efficiently realize continuous power supply according to the amount of power supplied to each battery while reducing the number of batteries. In addition, the number of voltage sensors is reduced, which is advantageous for size reduction, weight reduction, and improvement of switch control response.

１，１Ａ…熱利用発電モジュール、３…電池群、３ａ，３ｂ，３ｃ…電池、５ａ，５ｂ，５ｃ…スイッチ、７，７ａ，７ｂ，７ｃ…電圧センサー（電圧検出部）、９…電流センサー（電流検出部）、１１，１１Ａ…コントローラ（制御部）、１３…熱利用発電素子、１５ａ…負極、１５ｂ…正極、１７…電子輸送層、１９…電荷熱励起材料層、２１…イオン酸化還元層、Ｌ…負荷。 1, 1A... Heat-utilizing power generation module, 3... Battery group, 3a, 3b, 3c... Battery, 5a, 5b, 5c... Switch, 7, 7a, 7b, 7c... Voltage sensor (voltage detection unit), 9... Current sensor (Current detection unit), 11, 11A... Controller (control unit), 13... Heat utilization power generation element, 15a... Negative electrode, 15b... Positive electrode, 17... Electron transport layer, 19... Charge thermal excitation material layer, 21... Ion oxidation-reduction Layer, L... Load.

Claims (5)

熱利用発電可能な熱利用発電素子を含む複数の熱利用発電電池が負荷に対して互いに電気的に並列に接続されてなる電池群と、
前記複数の熱利用発電電池のそれぞれと前記負荷との間の接続経路上に設けられ、前記複数の熱利用発電電池のそれぞれと前記負荷との電気的な接続をオン／オフする複数のスイッチと、
前記複数の熱利用発電電池の両極間の電位差を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記電位差と規定値との比較結果を基に、前記複数のスイッチのうちでオン状態にある少なくとも１つのスイッチをオフ状態に遷移させ、オフ状態にある少なくとも１つのスイッチをオン状態に遷移させるように、前記複数のスイッチを制御する制御部と、
を備える熱利用発電モジュール。 A battery group in which a plurality of heat-utilizing power generating cells including a heat-utilizing power generating element capable of heat-utilizing power generation are electrically connected in parallel to each other with respect to a load,
A plurality of switches that are provided on a connection path between each of the plurality of heat utilization power generation batteries and the load, and that turn on/off an electrical connection between each of the plurality of heat utilization power generation batteries and the load; ,
A voltage detection unit that detects a potential difference between both electrodes of the plurality of heat utilization power generation batteries,
Based on the comparison result between the potential difference detected by the voltage detection unit and a specified value, at least one switch in the ON state among the plurality of switches is transited to the OFF state, and at least one switch in the OFF state is changed. A control unit for controlling the plurality of switches so as to transition the switches to an ON state;
A heat utilization power generation module including. 前記電圧検出部は、前記複数の熱利用発電電池から前記負荷に印加される電位差を前記電位差として検出可能に構成され、
前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記電位差が規定値を下回ったと判定したタイミングで、複数のスイッチのうちでオフ状態にあるスイッチを順次入れ替えるように、前記複数のスイッチを制御する、
請求項１記載の熱利用発電モジュール。 The voltage detection unit is configured to be able to detect the potential difference applied to the load from the plurality of heat utilization power generation batteries as the potential difference,
The control unit controls the plurality of switches so as to sequentially replace the switches in the off state among the plurality of switches at the timing when it is determined that the potential difference detected by the voltage detection unit has fallen below a specified value. ,
The heat utilization power generation module according to claim 1. 前記電圧検出部は、前記複数の熱利用発電電池のそれぞれの両極間の前記電位差を独立して検出可能に構成され、
前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記電位差が規定値を下回ったと判定された熱利用発電電池に対応するスイッチであって、オン状態にあるスイッチをオフ状態に遷移させ、前記電圧検出部によって検出された前記電位差が規定値を上回ったと判定された熱利用発電電池に対応するスイッチであって、オフ状態にあるスイッチをオン状態に遷移させる、
請求項１記載の熱利用発電モジュール。 The voltage detection unit is configured to be able to independently detect the potential difference between both electrodes of each of the plurality of heat utilization power generation batteries,
The control unit is a switch corresponding to the heat utilization power generation battery that is determined that the potential difference detected by the voltage detection unit has fallen below a specified value, and switches the switch in the ON state to the OFF state, A switch corresponding to the heat utilization power generation battery determined to have the potential difference detected by the detection unit exceeds a specified value, the switch in the off state is transitioned to the on state,
The heat utilization power generation module according to claim 1. 前記制御部は、前記複数のスイッチのうちでオフ状態にあるスイッチが時間経過とともに順次入れ替わるように、前記複数のスイッチを制御する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱利用発電モジュール。 The control unit controls the plurality of switches so that the switches in the off state among the plurality of switches are sequentially switched over time.
The heat utilization power generation module according to any one of claims 1 to 3. 前記複数の熱利用発電電池から前記負荷に対して供給される電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記電位差と前記電流検出部によって検出された前記電流とに対応する電力を基に、同時に前記負荷に電気的に接続される前記熱利用発電電池の個数を変更するように、前記複数のスイッチを制御する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱利用発電モジュール。 Further comprising a current detection unit that detects a current supplied to the load from the plurality of heat utilization power generation batteries,
The control unit is based on electric power corresponding to the potential difference detected by the voltage detection unit and the current detected by the current detection unit, and at the same time, the heat utilization power generation battery electrically connected to the load. Controlling the plurality of switches to change the number of
The heat utilization power generation module according to any one of claims 1 to 4.
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