基于温差发电的汽车低度混合动力系统的研究与仿真

摘要

建设资源节约、环境友好的社会是人类持续发展的客观要求，而汽车节能减排是实现这一目标的重要环节。温差发电器能够利用汽车尾气废热产生电能，是汽车节能减排的方向之一。随着温差发电技术的不断发展和热电模块的产业化发展逐步成熟，汽车尾气温差发电器已经成为各国政府、汽车厂家、科研单位和高等院校的研究热点。
　　 本文探索研究一种基于温差发电器的汽车低度混合动力系统，重点研究系统的动力性、燃油经济性和排放。首先，通过分析温差发电器的理论数学模型和物理结构，对温差发电器各组成部分进行选型并在MATLAB/Simulink建模环境中搭建系统模型。在热电模块的建模过程中，探讨了热电模块之间的连接方式，结合实际试验情况设计了一套完整的热电模块器件的组合模型;在热端和冷端的建模过程中，提出将简化的温度数据矩阵作为温度信号的概念;在热管理系统的建模过程中，对整车电气系统和控制系统模型进行了相关修改。然后，在整车模型中嵌入子系统温差发电器。其次，对整车各部件进行选型并对相关参数进行计算，创新性地提出局部模糊逻辑控制策略的控制方案。最后，通过ADVISOR软件对整车系统的性能进行仿真，并对以下三种整车模型的动力性、燃油经济性和排放等车辆性能进行了对比和分析。
　　 整车模型Ⅰ——某并联单轴联合式混合动力系统车辆模型;
　　 整车模型Ⅱ——应用温差发电器的整车模型Ⅰ;
　　 整车模型Ⅲ——应用局部模糊逻辑控制策略的整车模型Ⅱ。
　　 整车模型Ⅱ的仿真结果表明，温差发电器的使用能够提高系统的燃油经济性和排放，然而也带来发动机和电动机工作效率下降的问题。整车模型Ⅲ的仿真结果表明，应用局部模糊逻辑控制策略后，在系统的燃油经济性和排放得到改善的同时，发动机、电动机、传动系统和电池也保持了较好的工作效率。综上所述，在应用温差发电器的汽车低度混合动力系统中，局部模糊逻辑控制能够有效改善车辆燃油经济性和排放，同时能够保持各个部件较高的工作效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 温差发电技术研究进展

1．2．1 热电材料研究进展

1．2．2 热电模块研发现状

1．3 汽车领域温差发电技术的研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 基于温差发电的混合动力系统的研究现状

1．5 本文主要研究内容

第2章 子系统温差发电器输出特性分析

2．1 热电效应

2．1．1 塞贝克效应

2．1．2 珀尔帖效应

2．1．3 汤姆逊效应

2．1．4 开尔文关系

2．2 单热电偶输出特性参数

2．2．1 单热电偶发电理论模型

2．2．2 热电材料的属性参数

2．2．3 单热电偶输出特性参数

2．3 热电模块的输出性能参数

2．4 温差发电器的输出特性参数

2．3 本章小结

第3章 子系统温差发电器的建模和选型

3．1 仿真软件平台

3．2 子系统温差发电器概要

3．3 热电模块建模

3．3．1 HZ-20热电偶的属性参数建模

3．3．2 HZ-20热电模块的输出特性参数的建模

3．3．3 热电模块串并联关系的优化

3．3．4 温差发电器热电模块模型

3．4 热端选型及建模

3．3．1 热端选型

3．3．2 热端Simulink建模

3．4 冷端选型及建模

3．5 紧固装置和热电管理系统

3．6 本章小结

第4章 整车系统选型与参数匹配

4．1 混合动力系统的结构型式和运行模式

4．1．1 并联单轴联合式混合动力的结构型式

4．1．2 并联单轴联合式混合动力的运行模式

4．2 动力总成参数匹配

4．2．1 发动机基本参数

4．2．2 电动机参数的选择

4．2．3 电池参数的选择

4．2．4 动力分配装置参数的选择

4．3 本章小结

第5章 整车系统分析和仿真

5．1 系统控制策略研究

5．1．1 混合动力系统控制策略的控制目标

5．1．2 混合动力系统控制策略的控制方法

5．2 仿真测试设置

5．2．1 整车参数设置

5．2．2 加速性能参数设置

5．2．3 爬坡性能参数设置

5．2．4 仿真行驶工况设置

5．3 整车模型Ⅰ的仿真

5．4 整车模型Ⅱ的仿真

5．4．1 整车模型Ⅱ能量控制策略

5．4．2 整车模型Ⅱ电气模型修改

5．4．3 整车模型Ⅱ仿真分析和讨论

5．5 整车模型Ⅲ的仿真

5．5．1 整车模型Ⅲ模糊逻辑控制策略概要

5．5．2 整车模型Ⅲ模糊逻辑控制策略的设计

5．5．3 整车模型Ⅲ仿真分析和讨论

5．6 温差发电器最大输出功率的限值研究

5．7 本章小结

第6章 全文总结和展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

研究生期间获得的科研成果