基于温差发电技术的轻度混合动力系统的仿真设计

摘 要 通过研究温差发电技术，将其与轻度混合动力汽车有机结合，对轻度混合动力汽车电源系统进行优化设计，为混合动力汽车提供能源。与传统混合动力汽车比较，达到了节能与环保。

关键词 温差发电 ；轻度混合动力 ；节能

中图分类号 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

随着传统能源的不断减少和人们环保意识的增强，节能减排已经提上了议事日程。传统汽车不仅能源消耗大，尾气污染也很严重。因此，各种新型节能环保汽车就应运而生。笔者主要对目前的混合动力汽车进行重新优化仿真设计，使得混合动力汽车更符合节能目的。

1 温差发电技术和混合动力汽车

1.1 温差发电技术

温差发电技术是基于塞贝克效应、珀尔效应和汤姆效应3种基本效应发展起来的一门新技术，其原理是通过半导体两端的温度差值，利用半导体自身特殊材料的性质产生热电效应，最终获得所需电源的一种方法[1]。

1.2 混合动力汽车

混合动力汽车是指汽车的驱动是由2个或者2个以上的动力源来进行驱动的车辆，按照电能所占驱动力的不同，可以分成轻度混合汽车、中度混合汽车和重度混合汽车3种[2]。

2 系统优化设计

2.1 温差发电系统设计

车载电源系统中，温差发电主要是指利用尾气排放中的余热作为热源，而汽车的水冷系统作为冷源，通过他们之间的温度差值作为发电电源的主要途径。系统结构如图1所示。

温差发电系统其主要部件为温差发电器，该系统有冷源和热源2条通道为温差发电器提供发电所需要的能源。热源通道主要是汽车的排气管道，而冷源通道则为发动机水冷系统。温差发电器主要采用美国Hi-Z公司生产的HZ系列中的HZ-20热电模块进行设计，HZ-20热电模块由于具有体积大和输出功效高等优点，所以非常适合汽车尾气的温差发电系统的应用。主要参数如表1所示。

2.2 ISG轻度混合动力系统设计

轻度混合动力系统一般分为Start-Stop、BSG和ISG等3种类型[4]。笔者主要以ISG轻度混合动力系统为研究对象，在传统的汽车结构上增设了电机、储能单元以及控制系统，其工作控制过程如下：

（1）起动时把发动机瞬间加速到怠速工况后再起动发动机工作；

（2）低速或巡航工作时，不对蓄电池充电，只有在电池的荷电状态低于规定值时才进行充电，以备汽车加速或爬坡提供辅助动力。

基于以上分析，可以构建出采用温差发电系统的ISG轻度混合动力系统模型，整车仿真模型如图3所示。

3 系统性能仿真测试

3.1 温差发电系统的仿真性能测试

通过系统设计改变输入的内阻以及尾气热端的工作温度，得到系统输出功率与入口温度的变化关系，如图4所示。

从图4可以看出，温差发电器的输出功率随着入口温度的升高而增大。

3.2 整车模型性能仿真测试

在整车模型性能仿真测试中，通过对数据的调整，得到动力电池SOC曲线和累计燃油消耗曲线，如图5、6所示。

由图5可以看出，由于温差发电系统的发电，电动/发电机发电的状况很少，因此，可以降低由于发电机工作而消耗的发动机功率，进而减少汽车的燃油消耗；从图6可知，新系统的油耗比旧系统降低2 %，但温差发电系统在不断起停的工况下不能完全发挥作用，效果不很明显。但如果汽车运行于高速工况，温差发电系统得以发挥它的全效，那油耗的降低会更加明显。由于温差发电系统的作用，会使得汽车的电池处于电量满荷状态，在采用发动机工作的时候，点火系统能量增大，使可燃混合气燃烧得更为充分，从而进一步减少尾气中有害成分的排放。

4 小结

笔者通过将温差发电系统与ISG混合动力系统进行集成匹配，并对新的系统进行相应的仿真实验，与旧系统进行对比，验证了燃油经济性的改善，符合节能减排的最终目的，也为后续的节能减排研究指出了一条可行之路。

参考文献

[1] 邓志杰，郑安生. 半导体材料[M]. 北京：化学工业出版社，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 韬. 基于汽车尾气温差发电和太阳能发电的新型车载电源系统[D]. 武汉理工大学硕士学位论文，2010.

[4] 胡建军，赵玉省，秦大同. 基于CAN通讯的混合动力系统硬件在环仿真实验[J]. 中国机械工程，2008（3）：300-304.