[发明专利]一种汽车尾气余热热电转换车载电源系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于一种车载电源系统及控制方法，具体而言，是一种汽车尾气余热热电转换车载电源系统及控制方法。

背景技术

社会的迅速发展使能源的需求大大增加，传统能源日益匮乏，寻求高效无污染的清洁能源或二次回收和利用传统能源成为解决当今能源和环境问题的有效途径。

目前，汽车的动力转换效率仅40％左右，燃油中有多达60％左右的能量没有被有效利用，其中发动机排气所带走的热量占燃料燃烧热量的30％～45％左右，用于冷却的热量占30％左右，这些能量绝大部分以余热的形式散失到空气中，造成了巨大的能源浪费和严重的环境污染。汽车发动机的排气压力大、尾气温度高达800℃左右，如果将这些余热用来进行温差发电，具有很好的经济效益和发展前景。近年来，由于热电材料性能不断提升，利用热电转换技术将大量废热回收转为电能的研究得到美、日、欧等国家的重视，并在车用发动机余热发电的应用研究也获得了一定的成果。目前的汽车尾气余热温差发电装置大多存在转换效率和转换功率低的问题，虽然能回收尾气中的部分废热，但转换后的功率只有几十瓦到几百瓦不等，发出的电量仅仅只够部分车载电器使用，这样投入汽车的附加成本回收周期较长。另外，所研制的许多热电转换装置中汽车发动机尾气中的废热未被有效吸收，部分热电转换模块由于冷热端温差情况很难处于最优工作状态，使装置的性价比大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车发动机将燃油的化学能转换为机械能，车载电源系统将尾气的废热以最高效率转化为电能，通过与储能电池进行电电混合后将能量提供给车载电器和车辆动力总成系统，或对制动能量进行回收，并在保证车辆动力基本要求的前提下根据燃油经济性最优的原则对多能量进行管理和控制的汽车尾气余热热电转换车载电源系统及控制方法，以克服上述的不足。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种汽车尾气余热热电转换车载电源系统，包括发动机单元、热电转换单元、输出储能单元、检测与控制单元，其特点是：

发动机单元：将汽车发动机运行时排出的高温尾气和冷却装置中的冷却水送入热电转换单元中进行热传递，并通过ECU和检测与控制单元进行CAN通讯，实现对汽车发动机转速的控制；

热电转换单元：各层热电转换模块组冷热两端与水箱和集热箱的表面进行热传递构建温度差产生直流电能并进行串联输出；

输出储能单元：热电转换单元输出的直流电能通过第一变换器DC/DC1的电压和电流调节后，对车载电器和ISG进行供电，或在储能电池的SOC不足时对其进行充电；

检测与控制单元：采集各种温度、电压和电流信号，LCD模块和PC机监控界面显示各单元的温度、电压和电流信息，以及系统的启动、关机、运行和故障等运行状态，同时对各单元发送控制命令，控制系统的启停以及各个单元之间多能量的优化分配与管理。

上述发动机单元包括汽车发动机、ECU(汽车发动机电控单元)、冷却装置、冷却水出口管道、冷却水入口管道和发动机尾气出口管道，发动机尾气出口管道与热电转换单元的尾气进口相连；冷却装置一方面与发动机自身的冷却系统相连，一方面通过冷却水出口管道和冷却水入口管道分别与热电转换单元的冷却水进口和冷却水出口相连，构成热电转换单元的冷却回路；ECU的第二CAN模块CAN2和检测与控制单元的第一CAN模块CAN1相连并通过CAN总线进行通讯。