汽車尾氣廢熱回收發電關鍵技術基礎研究

《汽車尾氣廢熱回收發電關鍵技術基礎研究》是依託武漢理工大學，由黃亮擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：汽車尾氣廢熱回收發電關鍵技術基礎研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：黃亮
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

現有的內燃機工作效率不高，大量的能量以廢熱形式隨尾氣排出，造成巨大的經濟損失和嚴重的環境污染。利用熱電材料將尾氣熱能轉換為電能給車載電器供電，可提高發動機的效率及燃油利用率。目前關於汽車尾氣廢熱回收發電的研究尚處於起步階段。本課題擬從系統結構最佳化和控制的角度出發開展汽車尾氣熱能的存儲與回收關鍵技術基礎研究，通過汽車尾氣廢熱回收發電器結構設計與仿真研究、汽車尾氣廢熱回收高效熱電轉換控制技術研究，實現收集熱能最多，輸出功率最大，綜合能量回收效率最優的目標。並在汽車發動機尾氣廢熱發電實證系統平台上進行實驗驗證及最佳化。本課題的成功實施將為研究汽車尾氣廢熱回收發電器提供了一種理論方法，為新型車載混合電源系統的研製奠定技術基礎，具有重要的理論意義和工程套用價值。

結題摘要

現有的內燃機工作效率不高，近40%的能量以廢熱形式隨尾氣排出，造成巨大的經濟損失和嚴重的環境污染。利用熱電材料將尾氣熱能轉換為電能給車載電器供電，可提高發動機的效率及燃油利用率。目前關於汽車尾氣廢熱回收發電的研究尚處於起步階段，所公布的發電器總體效率和總功率都不高，尚無法實現商業化。本項目主要開展以下工作： （1）本項目首先結合熱電轉換模組特性，構造熱電模組功率輸出目標函式，再基於目標函式採用遺傳算法對熱電模組進行串並聯連線拓撲結構最佳化。採取基於軟體模擬與實驗驗證的方法，研究出了一種高效熱電轉換的汽車尾氣廢熱熱電發電器，台架上測試120個熱電模組串並聯最佳化連線後，峰值功率達到252.2W。最終裝車用熱電轉換裝置採用4個氣箱結構，共240個熱電器件，預計路跑發電500W，結合汽車發動機燃油能量中約40%以尾氣熱電排放，25%進行發動機驅動做功的分配比例，計算系統的最大尾氣廢熱回收效率約為1%。 （2）開發出了一套由汽車尾氣廢熱回收熱電發電器、車載發電機、車載蓄電池組成的新型電電混合電源系統硬體平台。平台包含本項目自主研發的隔離型DC/DC變換器、車用熱電轉換裝置多模組電壓巡檢單元、熱電示範樣車車載實時監控儀。其中首次將太陽能電池的MPPT算法--擾動觀察法改進、移植到熱電發電器的DC/DC變換器程式中，保證了熱電電堆的最大發電功率輸出。（3）本項目以東風猛士為示範車型，完成了基於熱電轉換的BSG弱混合動力系統結構最佳化設計，並初步針對汽車尾氣熱電轉換系統及其電池特性，確定了系統能量管理的主要目標，在考慮各部件和實際道路情況的前提下，採取了基於模糊邏輯的最佳化能量管理策略。最終完成了台架實驗驗證。本項目的成功測試為新型車載混合電源系統的研製提供理論支撐，為未來提高我國汽車節能與環保科技水平提供了一種研究方法，具有重要的理論意義和工程套用價值。由於本項目工作量很大，涉及到尾氣廢熱回收發電器的裝車、調試和測試相關工作，因此測試的數據、一些技術報告及論文尚在整理中，希望國家基金委能持續關注本項目的進展並給與後續支持。