汽车尾气废热回收发电关键技术基础研究

The efficiency of existing Internal Combustion Engine is not high, a large amount of energy emit in the form of vehicle exhaust which cause huge economic losses and serious environmental pollution. It can improve the engine's efficiency and fuel efficiency by using thermoelectric materials which can transform the vehicle exhaust into electric energy for the supply to the vehicle electrical equipment. At present the research about exhaust waste heat power generation is still in the initial stage.From the perspective of control and system structure optimization，this project intends to do the basic research of the crucial technology about how to recycle and store electrical energy from the heat in vehicle exhaust，by means of design and simulation about vehicle exhaust heat recovery generator、research vehicle exhaust heat recovery and efficient thermoelectric conversion control technology，realize the goal of collecting maximum heat、output the maximum power and optimal efficiency of energy recovery。This project has been verified and optimized on automotive exhaust gas cogeneration empirical platform. The success of this project provide a theoretical approach for the vehicle exhaust heat recovery generator，laid a technical foundation for the development of new vehicle hybrid power system，has important theoretical significance and engineering applications.

现有的内燃机工作效率不高，大量的能量以废热形式随尾气排出，造成巨大的经济损失和严重的环境污染。利用热电材料将尾气热能转换为电能给车载电器供电，可提高发动机的效率及燃油利用率。目前关于汽车尾气废热回收发电的研究尚处于起步阶段。本课题拟从系统结构优化和控制的角度出发开展汽车尾气热能的存储与回收关键技术基础研究，通过汽车尾气废热回收发电器结构设计与仿真研究、汽车尾气废热回收高效热电转换控制技术研究，实现收集热能最多，输出功率最大，综合能量回收效率最优的目标。并在汽车发动机尾气废热发电实证系统平台上进行实验验证及优化。本课题的成功实施将为研究汽车尾气废热回收发电器提供了一种理论方法，为新型车载混合电源系统的研制奠定技术基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。

现有的内燃机工作效率不高，近40%的能量以废热形式随尾气排出，造成巨大的经济损失和严重的环境污染。利用热电材料将尾气热能转换为电能给车载电器供电，可提高发动机的效率及燃油利用率。目前关于汽车尾气废热回收发电的研究尚处于起步阶段，所公布的发电器总体效率和总功率都不高，尚无法实现商业化。本项目主要开展以下工作：. 1）本项目首先结合热电转换模块特性，构造热电模块功率输出目标函数，再基于目标函数采用遗传算法对热电模块进行串并联连接拓扑结构优化。采取基于软件模拟与实验验证的方法，研究出了一种高效热电转换的汽车尾气废热热电发电器，台架上测试120个热电模块串并联优化连接后，峰值功率达到252.2W。最终装车用热电转换装置采用4个气箱结构，共240个热电器件，预计路跑发电500W，结合汽车发动机燃油能量中约40%以尾气热电排放，25%进行发动机驱动做功的分配比例，计算系统的最大尾气废热回收效率约为1%。. 2）开发出了一套由汽车尾气废热回收热电发电器、车载发电机、车载蓄电池组成的新型电电混合电源系统硬件平台。平台包含本项目自主研发的隔离型DC/DC变换器、车用热电转换装置多模块电压巡检单元、热电示范样车车载实时监控仪。其中首次将太阳能电池的MPPT算法--扰动观察法改进、移植到热电发电器的DC/DC变换器程序中，保证了热电电堆的最大发电功率输出。. 3）本项目以东风猛士为示范车型，完成了基于热电转换的BSG弱混合动力系统结构优化设计，并初步针对汽车尾气热电转换系统及其电池特性，确定了系统能量管理的主要目标，在考虑各部件和实际道路情况的前提下，采取了基于模糊逻辑的优化能量管理策略。最终完成了台架实验验证。. 本项目的成功测试为新型车载混合电源系统的研制提供理论支撑，为未来提高我国汽车节能与环保科技水平提供了一种研究方法，具有重要的理论意义和工程应用价值。由于本项目工作量很大，涉及到尾气废热回收发电器的装车、调试和测试相关工作，因此测试的数据、一些技术报告及论文尚在整理中，希望国家基金委能持续关注本项目的进展并给与后续支持。