CN101626212A - 基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置 - Google Patents

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樊英
葛路明
江和和
邹国棠
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Abstract

本发明涉及一种基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置，该装置主要由太阳能电池板、温差发电器、能量调节电路、蓄电池组成。太阳能电池板利用太阳能发出电能，温差发电器利用汽车废热发电，能量调节电路通过一个多输入变换器电路将多个输入功率源联系起来对负载或电池供电。本发明结构简单，可靠性高，能大幅提高汽车的燃油效率和减少尾气排放，能产生很大的经济效益和社会效益。

Description

基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置
技术领域
本发明涉及一种基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置，属于汽车电源领域。
背景技术
随着世界原油消耗不断增加以及环境问题日益突出，节省能源消耗和可再生能源的开发利用正呈现出加速发展的趋势。汽车是目前消耗原油的主要产品，伴随着国民经济的快速增长，我国汽车数量也在快速增加。典型的汽车内燃机只有25％的燃烧能量用于驱动车辆，而有大约40％的能量以热能的方式被白白浪费掉。根据Seebeck效应，热电材料可以直接将热能转化成电能。另一方面，太阳能也随着可再生能源概念的推广被提出应用到混合动力电动汽车上。混合动力电动汽车是近年来兴起的新型汽车，它采用的是机-电混合的动力源。车载电源能够对整车制动时的能量加以回收，并且将这部分能量用于驱动汽车，因而具有更高的燃油效率和更低的排放。混合动力电动汽车中，传统的车载电源主要由蓄电池和发电机构成，在发动机正常运转时(怠速以上)，由发动机带动发电机运行，并向所有用电设备(起动机除外)供电，同时向蓄电池充电。一方面，这种辅助电源需要消耗燃油；另一方面，随着汽车技术的进步，现代汽车内部的电气设备、电子器件，例如空调，ABS，车载电话等的增加，对于汽车系统内部电力需求也持续增加，发电机功率随着车上用电设备增加而增加。目前汽车上的发电机都是风冷式发电机，在现有风冷式发电机构造的限制下，功率的增加必然会导致发电机体积的加大，而汽车安装发电机的空间有限。
因此，迫切需要开发能够满足整车性能要求，具有节能和环保特征的电源来作为混合动力电动汽车的车载电源。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提出一种基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置，以达到克服现有车载电源的不足，提高汽车的燃油效率和减少尾气排放的目的。
技术方案：本发明公开一种基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置，该装置的车顶太阳能电池板输出端与第一Boost变换器输入端相连；第一温差发电器安装在散热器旁，第一温差发电器输出端与第二Boost变换器输入端相连；第二温差发电器安装在排气管旁，第二温差发电器输出端与第三Boost变换器输入端相连；能量调节电路中，第一Boost变换器输出端、第二Boost变换器输出端和第三Boost变换器输出端并联后，将电能传输至第四Buck变换器输入端；第四Buck变换器输出端与蓄电池正极相连。
第一Boost变换器中的第一电感与第一二极管串联连接，在第一电感与第一二极管的连接点与负极之间并联连接第一功率开关；第二Boost变换器中的第二电感与第二二极管串联连接，在第二电感与第二二极管的连接点与负极之间并联连接第二功率开关；第三Boost变换器的第三电感与第三二极管串联连接，在第三电感与第三二极管的连接点与负极之间并联连接第三功率开关；三个Boost变换器输出端与负极之间并联第一稳压电容。
第四Buck变换器中的第四功率开关与第4电感串联连接，在第四功率开关与第4电感之间的连接点与正极之间并联第四二极管，输出端并联第二稳压电容。
有益效果：本发明基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置具有以下优点：
(1)综合利用能源，提高了燃油效率并减少排放，节能环保。
(2)新型辅助电源装置产生的多余能量可以持续为混合动力汽车的蓄电池单元补充能源，提高了蓄电池的利用率。
(3)多个输入源、非旋转式发电机可提高电源装置的可靠性、维护性能和系统控制的灵活性。
(4)可以取消汽车发电机，改善混合动力汽车的动力布局。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中有：车顶太阳能电池板1、第一温差发电器2、第二温差发电器3、散热器4、发动机5、排气管6、能量调节电路7、第一Boost变换器8、第二Boost变换器9、第三Boost变换器10、第四Buck变换器11、蓄电池12。
图2为能量调节电路图。
具体实施方式
下面是本发明的具体实施例来进一步描述：
基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置中，能量调节电路由第一Boost变换器、第二Boost变换器、第三Boost变换器和第四Buck变换器组成，所述能量调节电路并配合能量管理策略控制上述各变换器。温差发电器利用汽车废热发电，光伏发电器利用太阳能发出电能，然后通过能量调节电路与蓄电池连接。
其中温差发电器共有两个，分别安装在发动机排气管和散热器旁，利用热电材料的Seebeck效应，直接将热能转化成电能。采用在汽车顶面安装太阳能电池板的方式，将太阳能转换成电能。能量调节电路由多个Boost变换器电路将多个输入功率源联系起来，向负载或蓄电池充电。
该装置包括太阳能电池板、温差发电器、能量调节电路、蓄电池组成。车顶太阳能电池板1输出端与第一Boost变换器8输入端相连；第一温差发电器2安装在散热器4旁，第一温差发电器2输出端与第二Boost变换器9输入端相连；第二温差发电器3安装在排气管6旁，第二温差发电器3输出端与第三Boost变换器10输入端相连；第一Boost变换器8输出端、第二Boost变换器9输出端和第三Boost变换器10输出端并联后，将电能传输至Buck变换器11输入端，第四Buck变换器11输出端与蓄电池12相连。
在图1中，车顶安装车顶太阳能电池板1，将光能转换成直流电能，太阳能电池板1输出端与第一Boost变换器8相连。散热器4的热能经过第一温差发电器2后被转换成直流电能，第一温差发电器2输出端与第二Boost变换器9相连。排气管6的热能经过第二温差发电器3后被转换成直流电能，第二温差发电器3输出端与第三Boost变换器10相连。第一Boost变换器8输出端、第二Boost变换器9输出端和第三Boost变换器10输出端并联，将电能传输至第四Buck变换器11。第一Boost变换器8、第二Boost变换器9、第三Boost变换器10和Buck变换器11构成一个三输入两级Boost-Buck直流变换器结构，配合能量管理策略对各个变换器的功率开关器件的占空比进行控制，就组成能量调节电路7。Buck变换器11输出端与蓄电池12相连。
在图2中，能量调节电路7由第一Boost变换器8、第二Boost变换器9、第三Boost变换器10和Buck变换器11组成，所述能量调节电路7并配合能量管理策略控制上述各变换器。第一Boost变换器8的第一电感L1串联第一二极管D1，中间并联第一功率开关T1；第二Boost变换器9的第二电感L2串联第二二极管D2，中间并联第二功率开关T2；第三Boost变换器10的第三电感L3串联第三二极管D3，中间并联第三功率开关T3；三个Boost变换器输出端并联第一稳压电容C1。Buck变换器11的第四功率开关T4串联第4电感L，中间并联第四二极管D4，输出端并联第二稳压电容C2。
本发明中所采用的车顶太阳能电池板可以根据车顶大小选择功率200W的单晶硅电池板。两个温差发电器可根据发动机及排气管的空间大小选择若干块平板式或圆柱式热电模块安装组成。因为不同的热电材料的最佳性能与工作温度有密切的关系，发动机散热片的冷却液入口和出口温度分别为大约90℃和120℃，而废气管道的温度从200℃到500℃不等，所以，第一温差发电器的热电模块工作温度限定在90℃和120℃之间，第二温差发电器的热电模块工作温度限定在200℃到500℃。功率开关器件可选择绝缘栅双极晶体管或电力场效应晶体管或其它功率开关器件。
结合具体情况，装置可分为以下两种实施方案：
方案一：每个功率源单独向负载供电。在夜间、阴雨天气或故障情况下，若某一发电器退出工作，可由剩余发电器单独或同时向负载供电。多个输入源结构大大提高了供电的可靠性。
方案二：多个功率源同时向负载供电。在大部分正常工作情况下，装置可以实现多个功率源同时向负载供电。这样可以充分利用废热和太阳能，给汽车提供充足的电能，多余的电能将通过对蓄电池充电储存起来。

Claims (3)

1.一种基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置，其特征在于该装置的车顶太阳能电池板(1)输出端与第一Boost变换器(8)输入端相连；第一温差发电器(2)安装在散热器(4)旁，第一温差发电器(2)输出端与第二Boost变换器(9)输入端相连；第二温差发电器(3)安装在排气管(6)旁，第二温差发电器(3)输出端与第三Boost变换器(10)输入端相连；能量调节电路(7)中，第一Boost变换器(8)输出端、第二Boost变换器(9)输出端和第三Boost变换器(10)输出端并联后，将电能传输至第四Buck变换器(11)输入端；第四Buck变换器(11)输出端与蓄电池(12)正极相连。
2.根据权利要求1所述的基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置，其特征在于第一Boost变换器(8)中的第一电感(L1)与第一二极管(D1)串联连接，在第一电感(L1)与第一二极管(D1)的连接点与负极之间并联连接第一功率开关(T1)；第二Boost变换器(9)中的第二电感(L2)与第二二极管(D2)串联连接，在第二电感(L2)与第二二极管(D2)的连接点与负极之间并联连接第二功率开关(T2)；第三Boost变换器(10)的第三电感(L3)与第三二极管(D3)串联连接，在第三电感(L3)与第三二极管(D3)的连接点与负极之间并联连接第三功率开关(T3)；三个Boost变换器输出端与负极之间并联第一稳压电容(C1)。
3.根据权利要求1所述的基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车辅助电源装置，其特征在于第四Buck变换器(11)中的第四功率开关(T4)与第4电感(L4)串联连接，在第四功率开关(T4)与第4电感(L4)之间的连接点与正极之间并联第四二极管(D4)，输出端并联第二稳压电容(C2)。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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