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。 【关键词】：温差发电器 并联单轴联合式 低度混合动力系统 模糊逻辑控制 模态工况
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 温差发电技术研究进展10-12
• 1.2.1 热电材料研究进展10-11
• 1.2.2 热电模块研发现状11-12
• 1.3 汽车领域温差发电技术的研究现状12-16
• 1.3.1 国内研究现状13-14
• 1.3.2 国外研究现状14-16
• 1.4 基于温差发电的混合动力系统的研究现状16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第2章 子系统温差发电器输出特性分析18-27
• 2.1 热电效应18-20
• 2.1.1 塞贝克效应19
• 2.1.2 珀尔帖效应19
• 2.1.3 汤姆逊效应19-20
• 2.1.4 开尔文关系20
• 2.2 单热电偶输出特性参数20-24
• 2.2.1 单热电偶发电理论模型20-21
• 2.2.2 热电材料的属性参数21-22
• 2.2.3 单热电偶输出特性参数22-24
• 2.3 热电模块的输出性能参数24-25
• 2.4 温差发电器的输出特性参数25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 子系统温差发电器的建模和选型27-42
• 3.1 仿真软件平台27-28
• 3.2 子系统温差发电器概要28-29
• 3.3 热电模块建模29-37
• 3.3.1 HZ-20热电偶的属性参数建模29-33
• 3.3.2 HZ-20热电模块的输出特性参数的建模33-34
• 3.3.3 热电模块串并联关系的优化34-35
• 3.3.4 温差发电器热电模块模型35-37
• 3.4 热端选型及建模37-39
• 3.4.1 热端选型37-38
• 3.4.2 热端Simulink建模38-39
• 3.5 冷端选型及建模39-41
• 3.6 紧固装置和热电管理系统41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 整车系统选型与参数匹配42-52
• 4.1 混合动力系统的结构型式和运行模式42-44
• 4.1.1 并联单轴联合式混合动力的结构型式43-44
• 4.1.2 并联单轴联合式混合动力的运行模式44
• 4.2 动力总成参数匹配44-51
• 4.2.1 发动机基本参数45-48
• 4.2.2 电动机参数的选择48-49
• 4.2.3 电池参数的选择49-50
• 4.2.4 动力分配装置参数的选择50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 整车系统分析和仿真52-73
• 5.1 系统控制策略研究52-54
• 5.1.1 混合动力系统控制策略的控制目标52-53
• 5.1.2 混合动力系统控制策略的控制方法53-54
• 5.2 仿真测试设置54-56
• 5.2.1 整车参数设置54-55
• 5.2.2 加速性能参数设置55
• 5.2.3 爬坡性能参数设置55-56
• 5.2.4 仿真行驶工况设置56
• 5.3 整车模型Ⅰ的仿真56-58
• 5.4 整车模型Ⅱ的仿真58-62
• 5.4.1 整车模型Ⅱ能量控制策略58-60
• 5.4.2 整车模型Ⅱ电气模型修改60
• 5.4.3 整车模型Ⅱ仿真分析和讨论60-62
• 5.5 整车模型Ⅲ的仿真62-71
• 5.5.1 整车模型Ⅲ模糊逻辑控制策略概要62-63
• 5.5.2 整车模型Ⅲ模糊逻辑控制策略的设计63-66
• 5.5.3 整车模型Ⅲ仿真分析和讨论66-71
• 5.6 温差发电器最大输出功率的限值研究71-72
• 5.7 本章小结72-73
• 第6章 全文总结和展望73-75
• 6.1 全文总结73-74
• 6.2 研究展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 研究生期间获得的科研成果79

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