车用热电发电新型电源系统建模与优化控制算法研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanghaocong
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近年来,利用热电器件吸收尾气废热进行温差发电,结合传统混合动力汽车技术构建车用热电发电新型电源系统,实现汽车节能与减排是国际前沿课题,具有重要的理论意义和应用价值。但由于受限于热电发电系统存在热电模块堆的连接低效,热电发电输出的最大功率跟踪精度低、速度慢,缺乏关于汽车尾气发电弱混合动力系统控制策略研究。本文以车用热电发电新型电源系统为研究对象,重点研究汽车尾气废热发电模块的拓扑结构、最大功率输出、汽车尾气废热发电弱混合动力系统能量分配建模与优化等相关关键问题,本文的主要研究成果如下:  构建了车用热电发电新型电源系统,该新型电源系统基于热电发电具备48V和12V输出。12V满足车载负载需求,并支持更大功率车载设备、降低噪音。48V用于弱混合动力系统。系统增加了48V储能电池、48V的DC/DC系统和12V的宽范围变换DC/DC系统以及检测与控制单元。  热电发电电堆由若干单体热电模块进行串并联连接构成,由于温度分布及内阻等差异造成单体热电模块性能并不一致,需要研究新的连接方式以最大程度地发挥各个热电模块的发电潜能来提高整体效率,分析了热电发电模块特性与输出性能,提出了基于图论的拓扑建模方法,将热电模块拓扑连接建模成矩阵,给出了自寻优迭代算法来优化热电发电模块的串并连拓扑结构,通过实验室台架实验测试,数据验证,使得热电转换装置对外输出最大功率。  为了确保热电电堆始终以最大功率输出并存储利用。采用主曲线算法对热电输出功率与电压的数据进行了建模和函数拟合,提出了基于二分梯度法的新型MPPT建模与优化算法,先用二分法将最大功率点的区域缩小,再用梯度法快速计算出曲线最大值。实验结果表明,采用二分梯度法的MPPT算法相比传统算法在跟踪精度和速度上有较大提升。  以东风猛士为示范车型,设计基于热电转换的ISG弱混合动力系统结构,通过能量和热电系统工况分析,提出了燃油消耗最小为目标函数的能量分配优化策略,并采取模糊逻辑控制策略,完成对所构建的车用热电发电新型电源系统的建模与约束条件设置。完成了基于热电发电的ISG弱混合动力系统台架综合实验测试,以及通过车载热电发电系统路试条件测试及转毂试验台验证等测试方法,对车载热电系统的输入输出特性进行了分析,验证了基于热电发电的混合动力能量管理策略可显著提高燃油的经济性。  综上所述,本文构建了车用热电发电新型电源系统,分别对热电模块的拓扑结构建模与优化、热电最大功率点跟踪建模与算法、热电转换的ISG弱混合动力系统的能量分配建模与优化等关键问题进行研究,提供整体车用热电发电新型电源系统的效率。
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