摘 要

随着社会的不断发展，我国国民的汽车数量也越来越多，在国家节能减排的号召下，如何处理汽车尾气成为了一个热点。利用汽车尾气实现废热发电也越来越受到关注。但由于国家正处于发展中国家，我国对于汽车尾气废热发电的研究与国际存在较大差距，现有的汽车尾气发电功率情况仍不太理想。在此实验过程中，我们通过已有的汽车尾气废热发电平台，可以清楚观察到汽车尾气废热发电系统是如何工作的，如何进行不同工况的测试，观察不同条件下，汽车尾气发电的情况。在此背景下，本课题拟在此基础上实现汽车尾气废热发电装置的最大功率点的跟踪，并在汽车尾气废热发电示范汽车试验平台上进行验证及优化。

此毕业设计项目汽车尾气废热发电的最大功率点跟踪研究的研究目的就是希望在汽车尾气废热发电装置-锂电池组-ISG弱混合动力的多能源动力系统平台上，进行三轮不同工况的测试，通过研究不同时刻电流电压的变化，进行最大功率点的跟踪。然后通过收集到的数据，定性的做出研究，之后根据结果对如何让实现汽车尾气废热发电功率最大化和弱混合动力系统燃油经济性最优提出切实可行的建议。

关键词：温差发电；汽车尾气废热发电系统；最大功率点追踪；控制策略

Abstract

With the continuous development of society, the number of cars in our country is more and more. Under the call of national energy conservation and emission reduction, how to deal with automobile exhaust has become a hot spot. More and more attention has been paid to the use of automobile exhaust to realize waste heat power generation. However, as the country is in the developing country, there is a big gap between China and the world in the research of waste heat power generation from automobile exhaust, and the current situation of power generation from automobile exhaust is still not ideal. In this experiment, we can clearly observe how the vehicle exhaust waste heat power generation system works, how to test different working conditions, and observe the situation of vehicle exhaust power generation under different conditions through the existing vehicle exhaust waste heat power generation platform. Under this background, this project plans to realize the tracking of the maximum power point of the vehicle exhaust waste heat power generation device on this basis, and verify and optimize it on the vehicle exhaust waste heat power generation demonstration vehicle test platform.

The purpose of the research on the tracking of the maximum power point of the automobile exhaust waste heat power generation project is to carry out three rounds of tests under different working conditions on the multi energy power system platform of the automobile exhaust waste heat power generation device lithium battery group ISG weak hybrid, and track the maximum power point by studying the changes of current and voltage at different times. Then through the collected data, qualitative research, and then based on the results on how to maximize the power of exhaust waste heat power generation and weak hybrid system fuel economy optimization put forward practical suggestions.

Key word: Thermoelectric steam ；Waste heat power generation system of automobile exhaust ； Control Strategy ；

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 汽车尾气热电转换技术 1

1.2.2 热电材料研究现状 2

1.2.3 热交换器及冷却装置的发展状况 2

1.3 本文研究内容及安排 3

第2章汽车尾气热电弱混合动力控制系统整体方案 5

2.1 汽车尾气热电发电的基本概念介绍 5

2.1.1 温差发电原理 5

2.1.2 温差发电材料 6

2.1.3 汽车尾气热电发电装置 7

2.1.4 DC/DC能量转换器 7

2.1.5 48V锂电池管理系统 8

2.2 基于热电发电的 ISG 弱混合动力系统 8

2.3 本章小结 9

第3章 汽车尾气废热发电装置的拓扑结构 11

3.1 热电模块介绍 11

3.1.1 热电模块的选择 11

3.1.2 热电模块的特性 12

3.1.3 热电模块输出性能的分析 14

3.2 热电模块的排布方式 14

3.3 如何合理排布 14

3.3.1 图论与热电模块拓扑结构的关联分析 14

3.3.2 拓扑结构建模 15

3.3.3 算法的实现 16

3.4 本章小结 17

第4章 系统的功率最大化输出 18

4.1 系统平台的工作原理 18

4.2 最大功率点跟踪研究 19

4.3 如何实现功率最大化 20

4.4 本章小结 21

第5章 弱混合动力系统建模和结果分析 22

5.1 热电发电新型电源系统能量控制与优化 22

5.2 ISG弱混合动力台架测试 23

5.2.1 ISG弱混合动力台架测试系统搭建 23

5.2.2 NEDC工况下混合动力测试结果分析 24

5.3 本章小结 28

第6章 总结与展望 30

6.1 全文工作总结 30

6.2 工作展望 30

参考文献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

近年来随着我国经济发展，社会进步，人民的生活水平日渐提高，衣食住行都有了良好的改善。近年来我国汽车工业蓬勃发展，根据调查结果显示，我国的汽车产量与消费已居世界第一，汽车保有量已经突破3亿辆，庞大的汽车使用量带来的不仅是生过的便利，还有每时每刻汽车尾气排放的巨量污染气体^【1】。近年来环境污染成为世界各国及各个组织的热门话题，我们即将面临的是不可再生能源的枯竭与日益恶化的环境带来的种种恶果，温室效应、光污染、空气质量堪忧等，这些不仅给生态环境带来巨大破坏，更直接关乎人类生命健康与未来。

目前世界上大多数汽车都是燃油内燃机车，虽然内燃机经过上百年的研究发展，早已是一项成熟的技术，但是不可否定的是内燃机的燃油效率仅在35%左右，不仅排放出巨大的污染尾气，更是造成大量尾气废热的浪费，资源利用率较低，汽车使用过程中，仅35%左右的能量转化为有效功驱动汽车行驶，另外的大部分能量以尾气废热形式由尾气直接排放，造成大量的能量损失。如果我们能对这些废热进行回收利用，不仅降低环境污染，更能节省大量不可再生能源。根据相关研究表明，利用尾气废热回收利用达到其10%，将其转换成电能，那么汽车内燃机的燃油经济性会提高20%以上，由此带来的汽车尾气温差发电技术研究意义重大。虽然我国现在大力推动电动汽车的推广使用，但是由于技术限制，电动汽车发展较为缓慢，未来的几十年内，内燃机仍将作为汽车的“心脏”，因此提高内燃机效率、提高能源利用率是未来的研究重点，减少汽车尾气污染，改善能源问题意义重大。