劉貽華

摘 要 通過研究溫差發(fā)電技術(shù)，將其與輕度混合動力汽車有機結(jié)合，對輕度混合動力汽車電源系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，為混合動力汽車提供能源。與傳統(tǒng)混合動力汽車比較，達到了節(jié)能與環(huán)保。

關鍵詞 溫差發(fā)電 ；輕度混合動力 ；節(jié)能

中圖分類號 TM619

Abstract In order to energy saving and environmental protection， the article based on the research of the temperature difference power generation technology， the thermoelectric power generation organic combination with mild hybrid vehicles， optimize the mild hybrid power supply system design， to provide energy for hybrid cars， to achieve energy saving effect； By comparing with the traditional hybrid cars， really achieve the goal of energy saving.

Key words Thermoelectric ； mild hybrid ； energy saving

隨著傳統(tǒng)能源的不斷減少和人們環(huán)保意識的增強，節(jié)能減排已經(jīng)提上了議事日程。傳統(tǒng)汽車不僅能源消耗大，尾氣污染也很嚴重。因此，各種新型節(jié)能環(huán)保汽車就應運而生。筆者主要對目前的混合動力汽車進行重新優(yōu)化仿真設計，使得混合動力汽車更符合節(jié)能目的。

1 溫差發(fā)電技術(shù)和混合動力汽車

1.1 溫差發(fā)電技術(shù)

溫差發(fā)電技術(shù)是基于塞貝克效應、珀爾效應和湯姆效應3種基本效應發(fā)展起來的一門新技術(shù)，其原理是通過半導體兩端的溫度差值，利用半導體自身特殊材料的性質(zhì)產(chǎn)生熱電效應，最終獲得所需電源的一種方法[1]。

1.2 混合動力汽車

混合動力汽車是指汽車的驅(qū)動是由2個或者2個以上的動力源來進行驅(qū)動的車輛，按照電能所占驅(qū)動力的不同，可以分成輕度混合汽車、中度混合汽車和重度混合汽車3種[2]。

2 系統(tǒng)優(yōu)化設計

2.1 溫差發(fā)電系統(tǒng)設計

車載電源系統(tǒng)中，溫差發(fā)電主要是指利用尾氣排放中的余熱作為熱源，而汽車的水冷系統(tǒng)作為冷源，通過他們之間的溫度差值作為發(fā)電電源的主要途徑。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

溫差發(fā)電系統(tǒng)其主要部件為溫差發(fā)電器，該系統(tǒng)有冷源和熱源2條通道為溫差發(fā)電器提供發(fā)電所需要的能源。熱源通道主要是汽車的排氣管道，而冷源通道則為發(fā)動機水冷系統(tǒng)。溫差發(fā)電器主要采用美國Hi-Z公司生產(chǎn)的HZ系列中的HZ-20熱電模塊進行設計，HZ-20熱電模塊由于具有體積大和輸出功效高等優(yōu)點，所以非常適合汽車尾氣的溫差發(fā)電系統(tǒng)的應用。主要參數(shù)如表1所示。

2.2 ISG輕度混合動力系統(tǒng)設計

輕度混合動力系統(tǒng)一般分為Start-Stop、BSG和ISG等3種類型[4]。筆者主要以ISG輕度混合動力系統(tǒng)為研究對象，在傳統(tǒng)的汽車結(jié)構(gòu)上增設了電機、儲能單元以及控制系統(tǒng)，其工作控制過程如下：

（1）起動時把發(fā)動機瞬間加速到怠速工況后再起動發(fā)動機工作；

（2）低速或巡航工作時，不對蓄電池充電，只有在電池的荷電狀態(tài)低于規(guī)定值時才進行充電，以備汽車加速或爬坡提供輔助動力。

基于以上分析，可以構(gòu)建出采用溫差發(fā)電系統(tǒng)的ISG輕度混合動力系統(tǒng)模型，整車仿真模型如圖3所示。

3 系統(tǒng)性能仿真測試

3.1 溫差發(fā)電系統(tǒng)的仿真性能測試

通過系統(tǒng)設計改變輸入的內(nèi)阻以及尾氣熱端的工作溫度，得到系統(tǒng)輸出功率與入口溫度的變化關系，如圖4所示。

從圖4可以看出，溫差發(fā)電器的輸出功率隨著入口溫度的升高而增大。

3.2 整車模型性能仿真測試

在整車模型性能仿真測試中，通過對數(shù)據(jù)的調(diào)整，得到動力電池SOC曲線和累計燃油消耗曲線，如圖5、6所示。

由圖5可以看出，由于溫差發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電，電動/發(fā)電機發(fā)電的狀況很少，因此，可以降低由于發(fā)電機工作而消耗的發(fā)動機功率，進而減少汽車的燃油消耗；從圖6可知，新系統(tǒng)的油耗比舊系統(tǒng)降低2 %，但溫差發(fā)電系統(tǒng)在不斷起停的工況下不能完全發(fā)揮作用，效果不很明顯。但如果汽車運行于高速工況，溫差發(fā)電系統(tǒng)得以發(fā)揮它的全效，那油耗的降低會更加明顯。由于溫差發(fā)電系統(tǒng)的作用，會使得汽車的電池處于電量滿荷狀態(tài)，在采用發(fā)動機工作的時候，點火系統(tǒng)能量增大，使可燃混合氣燃燒得更為充分，從而進一步減少尾氣中有害成分的排放。

4 小結(jié)

筆者通過將溫差發(fā)電系統(tǒng)與ISG混合動力系統(tǒng)進行集成匹配，并對新的系統(tǒng)進行相應的仿真實驗，與舊系統(tǒng)進行對比，驗證了燃油經(jīng)濟性的改善，符合節(jié)能減排的最終目的，也為后續(xù)的節(jié)能減排研究指出了一條可行之路。

參考文獻

[1] 鄧志杰，鄭安生. 半導體材料[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[2] An Feng，John Decicco，Marc Ross. Assessing the Fuel Eeonomy Poteniial of Light-Duty Vehieles[J]. doi：10.4271/2001-01-2482 （2001-08-20）.

[3] 范 韜. 基于汽車尾氣溫差發(fā)電和太陽能發(fā)電的新型車載電源系統(tǒng)[D]. 武漢理工大學碩士學位論文，2010.

[4] 胡建軍，趙玉省，秦大同. 基于CAN通訊的混合動力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真實驗[J]. 中國機械工程，2008（3）：300-304.

摘 要 通過研究溫差發(fā)電技術(shù)，將其與輕度混合動力汽車有機結(jié)合，對輕度混合動力汽車電源系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，為混合動力汽車提供能源。與傳統(tǒng)混合動力汽車比較，達到了節(jié)能與環(huán)保。

關鍵詞 溫差發(fā)電 ；輕度混合動力 ；節(jié)能

中圖分類號 TM619

Abstract In order to energy saving and environmental protection， the article based on the research of the temperature difference power generation technology， the thermoelectric power generation organic combination with mild hybrid vehicles， optimize the mild hybrid power supply system design， to provide energy for hybrid cars， to achieve energy saving effect； By comparing with the traditional hybrid cars， really achieve the goal of energy saving.

Key words Thermoelectric ； mild hybrid ； energy saving

隨著傳統(tǒng)能源的不斷減少和人們環(huán)保意識的增強，節(jié)能減排已經(jīng)提上了議事日程。傳統(tǒng)汽車不僅能源消耗大，尾氣污染也很嚴重。因此，各種新型節(jié)能環(huán)保汽車就應運而生。筆者主要對目前的混合動力汽車進行重新優(yōu)化仿真設計，使得混合動力汽車更符合節(jié)能目的。

1 溫差發(fā)電技術(shù)和混合動力汽車

1.1 溫差發(fā)電技術(shù)

溫差發(fā)電技術(shù)是基于塞貝克效應、珀爾效應和湯姆效應3種基本效應發(fā)展起來的一門新技術(shù)，其原理是通過半導體兩端的溫度差值，利用半導體自身特殊材料的性質(zhì)產(chǎn)生熱電效應，最終獲得所需電源的一種方法[1]。

1.2 混合動力汽車

混合動力汽車是指汽車的驅(qū)動是由2個或者2個以上的動力源來進行驅(qū)動的車輛，按照電能所占驅(qū)動力的不同，可以分成輕度混合汽車、中度混合汽車和重度混合汽車3種[2]。

2 系統(tǒng)優(yōu)化設計

2.1 溫差發(fā)電系統(tǒng)設計

車載電源系統(tǒng)中，溫差發(fā)電主要是指利用尾氣排放中的余熱作為熱源，而汽車的水冷系統(tǒng)作為冷源，通過他們之間的溫度差值作為發(fā)電電源的主要途徑。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

溫差發(fā)電系統(tǒng)其主要部件為溫差發(fā)電器，該系統(tǒng)有冷源和熱源2條通道為溫差發(fā)電器提供發(fā)電所需要的能源。熱源通道主要是汽車的排氣管道，而冷源通道則為發(fā)動機水冷系統(tǒng)。溫差發(fā)電器主要采用美國Hi-Z公司生產(chǎn)的HZ系列中的HZ-20熱電模塊進行設計，HZ-20熱電模塊由于具有體積大和輸出功效高等優(yōu)點，所以非常適合汽車尾氣的溫差發(fā)電系統(tǒng)的應用。主要參數(shù)如表1所示。

2.2 ISG輕度混合動力系統(tǒng)設計

輕度混合動力系統(tǒng)一般分為Start-Stop、BSG和ISG等3種類型[4]。筆者主要以ISG輕度混合動力系統(tǒng)為研究對象，在傳統(tǒng)的汽車結(jié)構(gòu)上增設了電機、儲能單元以及控制系統(tǒng)，其工作控制過程如下：

（1）起動時把發(fā)動機瞬間加速到怠速工況后再起動發(fā)動機工作；

（2）低速或巡航工作時，不對蓄電池充電，只有在電池的荷電狀態(tài)低于規(guī)定值時才進行充電，以備汽車加速或爬坡提供輔助動力。

基于以上分析，可以構(gòu)建出采用溫差發(fā)電系統(tǒng)的ISG輕度混合動力系統(tǒng)模型，整車仿真模型如圖3所示。

3 系統(tǒng)性能仿真測試

3.1 溫差發(fā)電系統(tǒng)的仿真性能測試

通過系統(tǒng)設計改變輸入的內(nèi)阻以及尾氣熱端的工作溫度，得到系統(tǒng)輸出功率與入口溫度的變化關系，如圖4所示。

從圖4可以看出，溫差發(fā)電器的輸出功率隨著入口溫度的升高而增大。

3.2 整車模型性能仿真測試

在整車模型性能仿真測試中，通過對數(shù)據(jù)的調(diào)整，得到動力電池SOC曲線和累計燃油消耗曲線，如圖5、6所示。

由圖5可以看出，由于溫差發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電，電動/發(fā)電機發(fā)電的狀況很少，因此，可以降低由于發(fā)電機工作而消耗的發(fā)動機功率，進而減少汽車的燃油消耗；從圖6可知，新系統(tǒng)的油耗比舊系統(tǒng)降低2 %，但溫差發(fā)電系統(tǒng)在不斷起停的工況下不能完全發(fā)揮作用，效果不很明顯。但如果汽車運行于高速工況，溫差發(fā)電系統(tǒng)得以發(fā)揮它的全效，那油耗的降低會更加明顯。由于溫差發(fā)電系統(tǒng)的作用，會使得汽車的電池處于電量滿荷狀態(tài)，在采用發(fā)動機工作的時候，點火系統(tǒng)能量增大，使可燃混合氣燃燒得更為充分，從而進一步減少尾氣中有害成分的排放。

4 小結(jié)

筆者通過將溫差發(fā)電系統(tǒng)與ISG混合動力系統(tǒng)進行集成匹配，并對新的系統(tǒng)進行相應的仿真實驗，與舊系統(tǒng)進行對比，驗證了燃油經(jīng)濟性的改善，符合節(jié)能減排的最終目的，也為后續(xù)的節(jié)能減排研究指出了一條可行之路。

參考文獻

[1] 鄧志杰，鄭安生. 半導體材料[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[2] An Feng，John Decicco，Marc Ross. Assessing the Fuel Eeonomy Poteniial of Light-Duty Vehieles[J]. doi：10.4271/2001-01-2482 （2001-08-20）.

[3] 范 韜. 基于汽車尾氣溫差發(fā)電和太陽能發(fā)電的新型車載電源系統(tǒng)[D]. 武漢理工大學碩士學位論文，2010.

[4] 胡建軍，趙玉省，秦大同. 基于CAN通訊的混合動力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真實驗[J]. 中國機械工程，2008（3）：300-304.

摘 要 通過研究溫差發(fā)電技術(shù)，將其與輕度混合動力汽車有機結(jié)合，對輕度混合動力汽車電源系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，為混合動力汽車提供能源。與傳統(tǒng)混合動力汽車比較，達到了節(jié)能與環(huán)保。

關鍵詞 溫差發(fā)電 ；輕度混合動力 ；節(jié)能

中圖分類號 TM619

Abstract In order to energy saving and environmental protection， the article based on the research of the temperature difference power generation technology， the thermoelectric power generation organic combination with mild hybrid vehicles， optimize the mild hybrid power supply system design， to provide energy for hybrid cars， to achieve energy saving effect； By comparing with the traditional hybrid cars， really achieve the goal of energy saving.

Key words Thermoelectric ； mild hybrid ； energy saving

隨著傳統(tǒng)能源的不斷減少和人們環(huán)保意識的增強，節(jié)能減排已經(jīng)提上了議事日程。傳統(tǒng)汽車不僅能源消耗大，尾氣污染也很嚴重。因此，各種新型節(jié)能環(huán)保汽車就應運而生。筆者主要對目前的混合動力汽車進行重新優(yōu)化仿真設計，使得混合動力汽車更符合節(jié)能目的。

1 溫差發(fā)電技術(shù)和混合動力汽車

1.1 溫差發(fā)電技術(shù)

溫差發(fā)電技術(shù)是基于塞貝克效應、珀爾效應和湯姆效應3種基本效應發(fā)展起來的一門新技術(shù)，其原理是通過半導體兩端的溫度差值，利用半導體自身特殊材料的性質(zhì)產(chǎn)生熱電效應，最終獲得所需電源的一種方法[1]。

1.2 混合動力汽車

混合動力汽車是指汽車的驅(qū)動是由2個或者2個以上的動力源來進行驅(qū)動的車輛，按照電能所占驅(qū)動力的不同，可以分成輕度混合汽車、中度混合汽車和重度混合汽車3種[2]。

2 系統(tǒng)優(yōu)化設計

2.1 溫差發(fā)電系統(tǒng)設計

車載電源系統(tǒng)中，溫差發(fā)電主要是指利用尾氣排放中的余熱作為熱源，而汽車的水冷系統(tǒng)作為冷源，通過他們之間的溫度差值作為發(fā)電電源的主要途徑。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

溫差發(fā)電系統(tǒng)其主要部件為溫差發(fā)電器，該系統(tǒng)有冷源和熱源2條通道為溫差發(fā)電器提供發(fā)電所需要的能源。熱源通道主要是汽車的排氣管道，而冷源通道則為發(fā)動機水冷系統(tǒng)。溫差發(fā)電器主要采用美國Hi-Z公司生產(chǎn)的HZ系列中的HZ-20熱電模塊進行設計，HZ-20熱電模塊由于具有體積大和輸出功效高等優(yōu)點，所以非常適合汽車尾氣的溫差發(fā)電系統(tǒng)的應用。主要參數(shù)如表1所示。

2.2 ISG輕度混合動力系統(tǒng)設計

輕度混合動力系統(tǒng)一般分為Start-Stop、BSG和ISG等3種類型[4]。筆者主要以ISG輕度混合動力系統(tǒng)為研究對象，在傳統(tǒng)的汽車結(jié)構(gòu)上增設了電機、儲能單元以及控制系統(tǒng)，其工作控制過程如下：

（1）起動時把發(fā)動機瞬間加速到怠速工況后再起動發(fā)動機工作；

（2）低速或巡航工作時，不對蓄電池充電，只有在電池的荷電狀態(tài)低于規(guī)定值時才進行充電，以備汽車加速或爬坡提供輔助動力。

基于以上分析，可以構(gòu)建出采用溫差發(fā)電系統(tǒng)的ISG輕度混合動力系統(tǒng)模型，整車仿真模型如圖3所示。

3 系統(tǒng)性能仿真測試

3.1 溫差發(fā)電系統(tǒng)的仿真性能測試

通過系統(tǒng)設計改變輸入的內(nèi)阻以及尾氣熱端的工作溫度，得到系統(tǒng)輸出功率與入口溫度的變化關系，如圖4所示。

從圖4可以看出，溫差發(fā)電器的輸出功率隨著入口溫度的升高而增大。

3.2 整車模型性能仿真測試

在整車模型性能仿真測試中，通過對數(shù)據(jù)的調(diào)整，得到動力電池SOC曲線和累計燃油消耗曲線，如圖5、6所示。

由圖5可以看出，由于溫差發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電，電動/發(fā)電機發(fā)電的狀況很少，因此，可以降低由于發(fā)電機工作而消耗的發(fā)動機功率，進而減少汽車的燃油消耗；從圖6可知，新系統(tǒng)的油耗比舊系統(tǒng)降低2 %，但溫差發(fā)電系統(tǒng)在不斷起停的工況下不能完全發(fā)揮作用，效果不很明顯。但如果汽車運行于高速工況，溫差發(fā)電系統(tǒng)得以發(fā)揮它的全效，那油耗的降低會更加明顯。由于溫差發(fā)電系統(tǒng)的作用，會使得汽車的電池處于電量滿荷狀態(tài)，在采用發(fā)動機工作的時候，點火系統(tǒng)能量增大，使可燃混合氣燃燒得更為充分，從而進一步減少尾氣中有害成分的排放。

4 小結(jié)

筆者通過將溫差發(fā)電系統(tǒng)與ISG混合動力系統(tǒng)進行集成匹配，并對新的系統(tǒng)進行相應的仿真實驗，與舊系統(tǒng)進行對比，驗證了燃油經(jīng)濟性的改善，符合節(jié)能減排的最終目的，也為后續(xù)的節(jié)能減排研究指出了一條可行之路。

參考文獻

[1] 鄧志杰，鄭安生. 半導體材料[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[2] An Feng，John Decicco，Marc Ross. Assessing the Fuel Eeonomy Poteniial of Light-Duty Vehieles[J]. doi：10.4271/2001-01-2482 （2001-08-20）.

[3] 范 韜. 基于汽車尾氣溫差發(fā)電和太陽能發(fā)電的新型車載電源系統(tǒng)[D]. 武漢理工大學碩士學位論文，2010.

[4] 胡建軍，趙玉省，秦大同. 基于CAN通訊的混合動力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真實驗[J]. 中國機械工程，2008（3）：300-304.