一种汽车发动机尾气余热热电转换台架试验装置及控制方法

摘要

本发明涉及一种汽车发动机尾气余热热电转换台架试验装置及控制方法。包括：汽车发动机单元、热电转换单元、输出储能单元、温度检测单元、单模块巡检单元、主控制单元，其特点是：汽车发动机单元利用汽车发动机驱动发电机发电与三相市电并网并排出高温尾气；热电转换单元吸收尾气的余热进行热电转换产生直流电能；输出储能单元将产生的直流电能进行电压变换供给负载或加以储存；温度检测单元检测各个单元中的所有温度信息；单模块巡检单元检测各温度梯度下并联的热电转换模块的端电压；主控制单元检测输出电压和电流等参数，发送控制信息并对能量进行综合管理。该装置可模拟车载运行环境，适合汽车发动机尾气余热热电转换的试验与研究。

主权项

一种汽车发动机尾气余热热电转换台架试验装置，它包括汽车发动机单元、热电转换单元、输出储能单元、温度检测单元、单模块巡检单元、主控制单元，其特征在于：汽车发动机单元利用汽车发动机的传动轴与发电机连接驱动发电机发电将汽车发动机的机械能转化为电能，发电机产生的交流电通过自动准同期装置将三相交流电的频率、相位、幅值和相序调节为与市电电网中一致，然后通过控制三相隔离刀闸闭合实现2种电力并网给室内交流负载供电，三相交流电通过交流/直流(AC/DC)转换模块给台架试验装置中各个单元提供直流电源；汽车发动机排出的尾气通过导热管将高温尾气与热电转换单元中的热电转换模块进行热传递；另外，汽车发动机单元将汽车发动机冷却装置中的冷却水通过第一水阀和第二水阀由一个旁路管道与热电转换单元自身的冷却回路相连，通过控制旁路管道的第一水阀和第二水阀开通同时关闭第三水阀和第四水阀使热电转换单元的冷端温度与汽车发动机冷却装置中的冷却水温度保持一致，或通过控制旁路管道的第一水阀和第二水阀关闭同时打开第三水阀和第四水阀，使热电转换单元选择其自身的冷却系统从而将热电转换单元的冷端温度控制在给定值；热电转换单元中的第一热电转换模块组和第二热电转换模块组分别通过第二绝缘导热垫片和第三绝缘导热垫片与导热管的上下表面紧贴接触，在吸收尾气余热的同时利用其自身的冷却系统或汽车发动机冷却装置旁路中的冷却水将各个热电转换单模块的冷端和热端保持一定的温度差从而产生直流电能；在电气连接上，第一热电转换模块组和第二热电转换模块组中沿导热管的入口至出口方向上同一温度梯度分布下的所有单模块分别进行并联，然后并联后的输出端进行串联构成热电转换单元的总输出端；输出储能单元将热电转换单元产生的直流电能进行电压变换，一方面给可调电子负载提供电能，另一方面当蓄电池组的剩余荷电量(SOC)不足时对其进行充电，通过改变其输出端的电压和电流值实现热电转换单元和蓄电池组之间的能量分配；温度检测单元采集汽车发动机单元的尾气出口温度、导热管的进出口温度、热电转换单元中循环水的进出口温度、热电转换单元中第一热电转换模块组和第二热电转换模块组各个温度梯度下的热端温度和冷端温度并进行控制局域网(CAN)通信传输；单模块巡检单元检测导热管表面同一温度梯度下并联的热电转换模块的端电压，经过数据计算和分析后进行CAN通信传输；主控制单元与输出储能单元中的电压和电流传感器、以及与热电转换单元中的压力和流量传感器的数据线相连，采集热电转换单元的输出电压和电流、输出储能单元的输出总电压和总电流以及蓄电池组的输出电流等数据；主控制单元通过脉冲宽度调制(PWM)输出模块、数/模(D/A)输出模块和输入/输出(I/O)控制模块分别控制冷却风扇、循环水泵、各种阀和开关等调节热电转换单元中循环水的温度以及改变整个台架试验装置的工作状态；主控制单元通过第三CAN模块与温度检测单元、单模块巡检单元和蓄电池组中的管理系统进行CAN通信接收所有的温度、单模块电压、蓄电池组的SOC、蓄电池组的端电压等数据，通过第三CAN模块向直流/直流(DC/DC)变换器发送控制模式、目标电压和目标电流等命令从而实现对能量进行分配和管理。