CN102281025B - 一种汽车尾气余热热电转换车载电源系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车尾气余热热电转换车载电源系统及控制方法，该系统由发动机单元、热电转换单元、输出储能单元、检测与控制单元构成，其特点是：发动机单元工作时排出高温尾气并提供一定温度范围的冷却水；热电转换单元中串联的多个热电模块其热端吸收高温尾气携带的热量，其冷端在汽车发动机冷却水的冷却作用下从而构建冷热端温度差产生直流电能；输出储能单元将热电转换单元产生的电能进行电压和电流调节，为车载电器和ISG提供电能或对储能电池进行充电；检测与控制单元检测各种参数、发送控制命令并对系统进行能量综合管理。本发明有效地回收并利用了汽车尾气排出的废热，提高了汽车发动机的燃油经济性，有助于降低汽车尾气排放。

Description

一种汽车尾气余热热电转换车载电源系统及控制方法

技术领域

本发明属于一种车载电源系统及控制方法，具体而言，是一种汽车尾气余热热电转换车载电源系统及控制方法。

背景技术

社会的迅速发展使能源的需求大大增加，传统能源日益匮乏，寻求高效无污染的清洁能源或二次回收和利用传统能源成为解决当今能源和环境问题的有效途径。

目前，汽车的动力转换效率仅40％左右，燃油中有多达60％左右的能量没有被有效利用，其中发动机排气所带走的热量占燃料燃烧热量的30％～45％左右，用于冷却的热量占30％左右，这些能量绝大部分以余热的形式散失到空气中，造成了巨大的能源浪费和严重的环境污染。汽车发动机的排气压力大、尾气温度高达800℃左右，如果将这些余热用来进行温差发电，具有很好的经济效益和发展前景。近年来，由于热电材料性能不断提升，利用热电转换技术将大量废热回收转为电能的研究得到美、日、欧等国家的重视，并在车用发动机余热发电的应用研究也获得了一定的成果。目前的汽车尾气余热温差发电装置大多存在转换效率和转换功率低的问题，虽然能回收尾气中的部分废热，但转换后的功率只有几十瓦到几百瓦不等，发出的电量仅仅只够部分车载电器使用，这样投入汽车的附加成本回收周期较长。另外，所研制的许多热电转换装置中汽车发动机尾气中的废热未被有效吸收，部分热电转换模块由于冷热端温差情况很难处于最优工作状态，使装置的性价比大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车发动机将燃油的化学能转换为机械能，车载电源系统将尾气的废热以最高效率转化为电能，通过与储能电池进行电电混合后将能量提供给车载电器和车辆动力总成系统，或对制动能量进行回收，并在保证车辆动力基本要求的前提下根据燃油经济性最优的原则对多能量进行管理和控制的汽车尾气余热热电转换车载电源系统及控制方法，以克服上述的不足。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种汽车尾气余热热电转换车载电源系统，包括发动机单元、热电转换单元、输出储能单元、检测与控制单元，其特点是：

发动机单元：将汽车发动机运行时排出的高温尾气和冷却装置中的冷却水送入热电转换单元中进行热传递，并通过ECU和检测与控制单元进行CAN通讯，实现对汽车发动机转速的控制；

热电转换单元：各层热电转换模块组冷热两端与水箱和集热箱的表面进行热传递构建温度差产生直流电能并进行串联输出；

输出储能单元：热电转换单元输出的直流电能通过第一变换器DC/DC1的电压和电流调节后，对车载电器和ISG进行供电，或在储能电池的SOC不足时对其进行充电；

检测与控制单元：采集各种温度、电压和电流信号，LCD模块和PC机监控界面显示各单元的温度、电压和电流信息，以及系统的启动、关机、运行和故障等运行状态，同时对各单元发送控制命令，控制系统的启停以及各个单元之间多能量的优化分配与管理。

上述发动机单元包括汽车发动机、ECU(汽车发动机电控单元)、冷却装置、冷却水出口管道、冷却水入口管道和发动机尾气出口管道，发动机尾气出口管道与热电转换单元的尾气进口相连；冷却装置一方面与发动机自身的冷却系统相连，一方面通过冷却水出口管道和冷却水入口管道分别与热电转换单元的冷却水进口和冷却水出口相连，构成热电转换单元的冷却回路；ECU的第二CAN模块CAN2和检测与控制单元的第一CAN模块CAN1相连并通过CAN总线进行通讯。

上述热电转换单元包括第一水阀F1、第二水阀F2、第一集热箱、第二集热箱、第一水箱、第二水箱、第三水箱、第一热电转换模块组、第二热电转换模块组、第三热电转换模块组、第四热电转换模块组、热电转换单元尾气进口、热电转换单元尾气出口、热电转换单元冷却水进口、热电转换单元冷却水出口、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4以及相关导线和管道，发动机单元的尾气出口管道依次与第一温度传感器T1和热电转换单元尾气进口相连，热电转换单元尾气出口依次与第二温度传感器T2和大气相连，发动机单元的尾气分为两路进入两层集热箱的内腔，然后通过管道排向大气；发动机单元的冷却水出口管道依次与第一水阀F1、第三温度传感器T3和冷却水进口相连，发动机单元的冷却水入口管道则依次与第二水阀F2、第四温度传感器T4和热电转换单元冷却水出口相连，冷却水分为三路进入三层水箱的内腔，然后流回发动机单元的冷却装置中；第一热电转换模块组的冷端与第一水箱的下表面相连，第一热电转换模块组的热端与第一集热箱的上表面相连，第二热电转换模块组的冷端与第二水箱的上表面相连，第二热电转换模块组的热端与第一集热箱的下表面相连，第三热电转换模块组的冷端与第二水箱的下表面相连，第三热电转换模块组的热端与第二集热箱的上表面相连，第四热电转换模块组的冷端与第三水箱的上表面相连，第四热电转换模块组的热端与第二集热箱的下表面相连；四层热电转换模块组均多列热电转换模块和多个接线槽组成，每个接线槽两边分别与一列热电转换模块相连，各层热电转换模块组吸收冷热两端的温度差产生直流电能；在电气连接上，同列热电转换模块在接线槽中采用串联方式相连，然后与相邻列也采用串联方式相连，将四层热电转换模块组的输出端串联构成热电转换单元直流电能的总输出端；第一集热箱和第二集热箱上下表面没有放置热电转换模块组和接线槽的空白处填充一定的耐温隔热材料，降低各层集热箱向水箱的温度辐射；温度传感器T1、T2、T3和T4的信号输出端和检测与控制单元的信号调理电路相连，分别采集热电转换单元尾气进口温度、尾气出口温度、冷却水进口温度和冷却水出口温度的检测信号。

上述热电转换单元的输出端与输出储能单元的输入端相连，输出储能单元包括第一电压传感器V1、第二电压传感器V2、第一电流传感器A1、第二电流传感器A2、第三电流传感器A3、防反二极管、负载开关K1、第一变换器DC/DC1、电池开关K2、储能电池、电池管理单元、第二变换器DC/DC2(48V转12V的DC/DC变换器)、第三变换器DC/DC3(48V转24V的DC/DC变换器)、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4、12V车载电器、24V车载电器、ISG开关K5、ISG、电机控制器、离合器、变速器和传动系统，输出储能单元的输入端与第一电压传感器V1并联，输出储能单元的正极依次与第一电流传感器A1、防反二极管、负载开关K1和第一变换器DC/DC1输入端的正极相连，输出储能单元的负极与第一变换器DC/DC1的输入端负极直接相连；第一变换器DC/DC1的输出端与第二电流传感器A2串联，然后依次与第二电压传感器V2、储能电池输出端、第二变换器DC/DC2的输入端和第三变换器DC/DC3的输入端并联，最后第一变换器DC/DC1的输出端正极与ISG开关K5串联后与ISG相连，ISG的输出端则与发动机单元的发动机输出轴相连后与离合器的输入端相连，离合器的输出端与变速器的输入端相连，变速器的输出端和传动系统相连；储能电池的输出端依次与电池开关K2和第三电流传感器A3相连，第二变换器DC/DC2的输出端依次与12V车载电器开关K3和12V车载电器相连，第三变换器DC/DC3的输出端依次与24V车载电器开关K4和24V车载电器相连；电压传感器V1和V2、电流传感器A1、A2和A3的信号输出端和检测与控制单元的信号调理电路相连，分别作为热电转换单元的输出电压、第一变换器DC/DC1的输出电压、热电转换单元的输出电流、第一变换器DC/DC1的输出电流和储能电池的输出电流检测信号。

上述检测与控制单元包括信号调理电路、A/D采样模块、I/O模块、LCD模块、电源模块、看门狗电路、第一CAN模块CAN1、USB通讯模块、PC机和微控制器(MCU)，信号调理电路的输入端与输出储能单元的温度传感器T1、T2、T3和T4、电压传感器V1和V2、电流传感器A1、A2和A3的信号输出端相连，信号调理电路的输出端与A/D采样模块相连后送入微控制器，LCD模块通过I/O口与微控制器相连实时显示采集的数据和系统各个部件的运行状态信息；I/O模块的输出端与热电转换单元中第一水阀F1、第二水阀F2、开关K1、K2、K3、K4和K5的控制端相连；第一CAN模块CAN1与发动机单元中ECU的第二CAN模块CAN2、输出储能单元中第一变换器DC/DC1的第三CAN模块CAN3、电池管理单元的通讯模块第四CAN模块CAN4和电机控制器的第五CAN模块CAN5通过CAN总线相连进行通讯；微控制器通过USB通讯模块与PC机相连，工作人员通过PC机的监控界面实时监测系统的运行参数和状态，在上位机监控界面设置控制命令调节整个系统的工作状态；看门狗电路通过I/O口与微控制器相连，若微控制器程序跑飞时在一定时间内未对看门狗进行喂狗操作，看门狗芯片对微控制器进行复位操作。

本发明还提供了一种汽车尾气余热热电转换新型车载电源系统的控制方法，其控制方法是：在汽车发动机启动之前，检测与控制单元控制热电转换单元中第一水阀F1、第二水阀F2水阀开启，将热电转换单元中的三层水箱的温度保持在恒定的80～90℃左右，实现对四层热电转换模块组的冷端冷却；汽车发动机启动之后，高温尾气进入两层集热箱的内腔供四层热电转换模块组的热端吸收热量，由此构建冷热端的温度差进行发电，当热电转换单元的总输出电压到达设定的最低值时，检测与控制单元控制负载开关K1闭合，同时根据储能电池的SOC、热电转换单元的最大输出功率P_out、车载电器的功率需求P_load以及车载输出功率增加量ΔP的不同情形，检测与控制单元器通过控制各开关的断开与闭合、调节发动机的转速以及第一变换器DC/DC1的输出目标功率、电压和电流，实现多能量之间的优化分配与管理，其中：

检测与控制单元通过控制汽车发动机的转速从而改变汽车发动机排出的高温尾气温度，进而调节热电转换单元各组热电转换模块的热端温度，由于冷却水保持恒定的80～90℃其冷却条件未发生实质性变化，这样控制热电转换模块组的热端温度就可以控制热电转换单元的最大输出能力；检测与控制单元的第一CAN模块CAN1和电机控制器的第五CAN模块CAN5进行CAN通讯控制ISG的工作模式，当ISG工作在电动机状态时，ISG与汽车发动机共同对传动系统和驱动轮输出做功，并通过电机控制器调节电压控制ISG的转速使之与发动机保持同步，满足汽车的车速需求，当汽车处于制动或减速状态时ISG工作在发电机状态，回收这些制动能量并对车载电器供电或对储能电池进行充电，实现动力总成系统多能量的优化管理；整个新型车载电源系统在工作过程中，若相关参数偏离设定的安全区间，检测与控制单元向PC机和LCD模块发送报警信息，并通过CAN总线向汽车发动机ECU和电机控制器发送控制命令对系统的工作状态进行调节，当这种故障状态不可恢复时间超过设定值时，检测与控制单元首先主动控制负载开关K1断开，对各个热电转换模块组进行保护，并在储能电池、车载电器和ISG工作异常时相应地控制储能电池开关K2、车载电器开关K3和K4、ISG开关K5断开，对储能电池、车载电器和ISG进行保护，防止因欠压、过压、过流或过热等因素造成的永久性损坏或其它安全事故，并向PC机和LCD模块发送故障代码以便工作人员进行检修。

上述多能量之间的优化分配与管理的实现方法是：在系统正常启动后，汽车工作在加速或巡航模式时ISG处于电动机工作模式时，根据储能电池的SOC、热电转换单元的最大输出功率P_out、车载电器的功率需求P_load以及车载输出功率增加量ΔP的不同情形，采取如下能量分配策略：

当储能电池的SOC低于0.4时，若P_out＜P_load，检测与控制单元控制ISG开关K5断开，控制储能电池开关K2、负载开关K3和K4闭合，并通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压和电流控制命令，热电转换单元和储能电池共同对车载电器供电，同时检测与控制单元向汽车发动机ECU发送CAN通讯命令适当提高汽车发动机的转速，进而增大热电转换模块组的冷热端温度差，提高热电转换单元的最大输出能力直至P_out＞P_load，热电转换单元一方面对车载电器供电，另一方面对储能电池充电至储能电池的SOC达0.8后检测与控制单元控制电池开关K2断开，同时检测与控制单元向发动机单元的ECU发送CAN通讯控制命令适当降低发动机的转速使P_out能满足P_load的功率需求；若P_load≤P_out＜P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，并通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元一方面对车载电器和ISG供电，另一方面对储能电池进行充电直至储能电池的SOC达0.8，然后检测与控制单元控制电池开关K2断开，同时向发动机单元的ECU发送CAN通讯命令适当提高发动机的转速使P_out能满足P_load和ΔP的总功率需求；若P_out≥P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，并通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元一方面对车载电器和ISG供电，另一方面对储能电池进行充电直至储能电池的SOC达0.8，然后检测与控制单元控制电池开关K2断开，同时向发动机单元的ECU发送CAN通讯命令适当降低发动机的转速使P_out刚好能满足P_load和ΔP的总功率需求；

当储能电池的SOC介于0.4和0.8之间时，若P_out＜P_load，检测与控制单元控制ISG开关K5断开，控制储能电池开关K2、负载开关K3和K4闭合，并通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元和储能电池共同对车载电器供电；若P_load≤P_out＜P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，并通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元和储能电池共同对车载电器和ISG供电，检测与控制单元向发动机单元的ECU发送CAN通讯控制命令适当提高发动机转速使P_out能满足P_load和ΔP的总功率需求；若P_out≥P_load+ΔP，当储能电池的SOC介于0.4和0.6之间时，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，并通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元一方面对车载电器和ISG供电，另一方面对储能电池进行充电直至储能电池的SOC达0.8然后控制电池开关K2断开，同时检测与控制单元通过第一CAN模块CAN1向ECU发送控制命令适当降低发动机的转速使P_out刚好能满足P_load与ΔP的总功率需求，当储能电池的SOC介于0.6与0.8之间时，检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，控制开关K3、K4和K5闭合，此时热电转换单元对车载电器和ISG供电，检测与控制单元向汽车发动机的ECU发送控制命令适当降低发动机的转速使P_out刚好能满足P_load和ΔP的总功率需求；

当储能电池的SOC高于0.8时，若P_out＜P_load，检测与控制单元控制ISG开关K5断开，控制开关K2、K3和K4闭合，通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元和储能电池共同对车载电器供电；若P_load≤P_out＜P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元的P_out和储能电池共同对车载电器和ISG供电；若P_out≥P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，使得热电转换单元和储能电池共同对车载电器和ISG供电，同时检测与控制单元通过第一CAN模块CAN1向ECU发送命令适当降低发动机的转速使P_out刚好能满足P_load与ΔP的总功率需求。

上述多能量之间的优化分配与管理的实现方法是：汽车发动机工作在减速或制动模式时，ISG处于发电机工作模式并回收制动能量G_ISG，根据储能电池的SOC和车载电器的功率需求P_load的不同情形，采取如下能量分配策略：

当储能电池的SOC低于0.8时，检测与控制单元控制负载开关K1断开，控制开关K2、K3、K4和K5闭合，若G_ISG＜P_load，G_ISG和储能电池共同对车载电器供电；若G_ISG≥P_load，G_ISG一方面对车载电器供电，另一方面对储能电池充电直至储能电池的SOC达0.9然后检测与控制单元控制电池开关K2断开；

当储能电池的SOC高于0.8时，检测与控制单元控制负载开关K1断开，若G_ISG＜P_load，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，G_ISG和储能电池共同对车载电器供电；若G_ISG≥P_load，检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，控制开关K3、K4和K5闭合，G_ISG单独对车载电器供电。

由于本发明采用分路管道将高温尾气分为两路送入两层集热箱中，使集热箱上下表面的热电转换模块组均可同时工作，相较目前已有的单层集热箱装置更能有效地提高系统吸收高温尾气废热的利用率；在集热箱体上下表面没有放置热电转换模块组和接线槽的空白处填充一定厚度的耐温隔热材料，可以防止集热箱对水箱的温度辐射，有效保持集热箱与水箱之间的温度差；采用高温尾气流向与冷却水流向相反的方式，使得热电转换模块组的冷端降温处于最优工作状态；采用热电转换模块之间的串联连接，较已有的热电转换模块先并联后串联的连接方式，不仅可以通过相邻列模块的错位排列缩短列集热器的面积，还可以有效降低并联时出现环流造成能量自损耗；采用ISG与汽车发动机的同轴连接，可使ISG在不同的汽车运行条件下工作于电动机或发电机模式，结合热电转换单元的输出功率既可以实现对车载电器供电，又可以实现与车辆动力总成系统的轻度混合，还能有效利用制动能量，提高了汽车发动机的工作效率，减少了尾气排放；采用功率、电压和电流的三种调节方法对第一变换器DC/DC1的输出目标功率、电压和电流值进行控制，实现了储能电池、热电转换单元和负载之间的能量优化分配与管理。本发明经过多次试验与改良，突破了输出能量带负载能力不足的缺陷，提高了能量的转换效率和系统的效率，可有效提高汽车的燃油经济性，有利于汽车的节能与减排。

附图说明

为了进一步理解本发明，作为说明书一部分的附图指示了本发明的实施例，而所作的说明用于解释本发明的原理。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明集热箱表面热电转换模块的排列与连接示意图。

图3为本发明在汽车处于加速或巡航工作模式时能量分配管理的控制流程图。

图4为本发明在汽车处于减速或制动工作模式时能量分配管理的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明的主体部分由发动机单元、热电转换单元、输出储能单元检测与控制单元组成(如图1所示)，其中：发动机单元将汽车发动机运行时排出的高温尾气和冷却装置中的冷却水送入热电转换单元中进行热传递；热电转换单元中热电转换模块的热端与集热器接触吸收热量，其冷端与水箱接触被内部流动的冷却水冷却，由此构建热电转换模块冷热两端的温度差产生直流电能进行输出；输出储能单元将直流电能通过第一变换器DC/DC1的电压和电流调节变换后对车载电器和ISG供电，或在储能电池的SOC不足时对其充电实现能量储存；检测与控制单元通过传感器采集系统各个单元的温度、电压和电流等信息，并通过LCD模块和PC机监控界面进行显示，同时通过CAN通讯网络对各单元发送控制命令，实现多能量的优化分配与管理。

发动机单元(如图1所示)由汽车发动机、ECU、冷却装置、冷却水出口管道、冷却水入口管道和发动机尾气出口管道构成。汽车发动机的尾气出口管道与热电转换单元的尾气进口(第一集热箱和第二集热箱的公共入口)相连，使高温尾气携带出的废热被热电转换单元的第一热电转换模块组、第二热电转换模块组、第三热电转换模块组和第四热电转换模块组的热端吸收。冷却装置一方面与发动机自身的冷却系统相连，另一方面则通过冷却水出口管道和冷却水入口管道分别与热电转换单元的冷却水进口(第一水箱、第二水箱和第三水箱的公共入口)和冷却水出口(第一水箱、第二水箱和第三水箱的公共出口)相连，利用冷却装置中温度范围保持在恒定的80℃～90℃循环水对第一热电转换模块组、第二热电转换模块组、第三热电转换模块组和第四热电转换模块组的冷端进行冷却，通过热传导将热电转换模块的冷端温度也保持在一定的稳定值，这样热电转换模块组冷热两端的温度差主要由热端温度决定，即汽车发动机排出的高温尾气余热温度决定。ECU的第二CAN通讯模块CAN2和检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1相连进行通讯，检测与控制单元根据实际需求控制汽车发动机的转速，进而改变汽车发动机排出的高温尾气温度。另外，汽车发动机的输出轴还与输出储能单元中的ISG同轴连接，共同为汽车的传动系统和驱动轮输出做功。

热电转换单元(如图1所示)由第一水阀F1、第二水阀F2、第一集热箱、第二集热箱、第一水箱、第二水箱、第三水箱、第一热电转换模块组、第二热电转换模块组、第三热电转换模块组、第四热电转换模块组、尾气进口、尾气出口、冷却水进口、冷却水出口、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4以及相关导线和管道构成。其中，每一组热电转换模块组由热电转换模块(1-1)～(n-m)构成(如图2所示)。发动机单元的高温尾气出口管道与第一温度传感器T1和热电转换单元的尾气进口相连，热电转换单元的尾气出口(第一集热箱和第二集热箱的公共出口)与第二温度传感器T2和大气相连，高温尾气经过热电转换单元的尾气进口后分为两路进入第一集热箱和第二集热箱的内腔，然后经热电转换单元的尾气出口合为一路排向大气；发动机单元冷却装置的冷却水出口管道依次与第一水阀F1、第三温度传感器T3和热电转换单元的冷却水入口相连，冷却装置中的冷却水经过热电转换单元的冷却水入口后分为三路进入第一水箱、第二水箱和第三水箱的内腔，然后从第一水箱、第二水箱和第三水箱的出口流出合为一路经过第二水阀F2后流回发动机的冷却装置的冷却水入口，从而构成热电转换单元的冷却回路，将热电转换模块组的冷端温度控制在一定范围内；第一集热箱和第二集热箱上下表面没有放置热电转换模块组和接线槽的空白处填充一定厚度的耐高温隔热材料(如图2所示的阴影部分)降低高温尾气经过集热箱内腔时其表面热量向水箱辐射，保证大部分尾气热量都聚集在集热箱内部供上下表面放置的热电转换模块组吸收，避免热量的的流失与扩散，提高热电转换模块组的冷热端温度差；第一热电转换模块组的冷端与第一水箱的下表面相连，其热端与第一集热箱的上表面相连，第二热电转换模块组的冷端与第二水箱的上表面相连，其热端与第一集热箱的下表面相连，第三热电转换模块组的冷端与第二水箱的下表面相连，其热端与第二集热箱的上表面相连，第四热电转换模块组的冷端与第三水箱的上表面相连，其热端与第二集热箱的下表面相连，这样的连接方式使第一热电转换模块组和第二热电转换模块组共用第一集热箱(共用热端传热体)，第二热电转换模块组和第三热电转换模块组共用第二水箱(共用冷端传热体)，第三热电转换模块组和第四热电转换模块组共用第二集热箱(共用热端传热体)，有效节约了空间，充分利用了集热箱和水箱上下表面的温度分布特色；第一热电转换模块组、第二热电转换模块组、第三热电转换模块组和第四热电转换模块组均由m行n列的热电转换模块和多个接线槽组成(如图2所示)，在工作过程中，集热箱和水箱构建的温度差被热电转换模块组的冷热两端吸收产生直流电能；在模块的排列上，认为理想情况下沿集热箱尾气流动方向上存在一个温度梯度分布(如图2所示)，同一温度梯度分布下的m个热电转换模块组成一列，温度梯度数为n(其中，i＝1～n)，每个接线槽的两端分别与电极输出端错位排列的两列热电转换模块相连，缩短热电转换模块之间的列间距，尽可能在一定空间里多放置几列热电转换模块，以利于在车载空间安装与集成；在电气连接上，同列热电转换模块在接线槽中采用串联方式相连，相邻列之间也采用串联方式相连，即首先每组热电转换模块组中近似同一温度梯度分布下的热电转换单模块(1-1)～(1-m)在接线槽中串联相连，然后与下一温度梯度分布下的串联模块(i-1)～(i-m)串联相连，最后将第一热电转换模块组、第二热电转换模块组、第三热电转换模块组和第四热电转换模块组的输出端再串联起来构成热电转换模块单元直流电能的总输出端；温度传感器T1、T2、T3和T4的输出端和检测与控制单元的信号调理电路相连，经滤波、放大和隔离后送入A/D采样模块进行数模转换，分别作为热电转换单元尾气进口温度、尾气出口温度、冷却水进口温度和冷却水出口温度的检测信号。

输出储能单元(如图1所示)由第一电压传感器V1、第二电压传感器V2、第一电流传感器A1、第二电流传感器A2、第三电流传感器A3、防反二极管、负载开关K1、buck型电压电流调节器DC/DC1、电池开关K2、储能电池、电池管理单元、48V转12V的电压电流调节器DC/DC2、48V转24V的电压电流调节器DC/DC3、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4、12V车载电器、24V车载电器、ISG开关K5、ISG、电机控制器、离合器、变速器和传动系统构成。热电转换单元的输出端与输出储能单元的正负极输入端相连，输出储能单元的正负极输入端与第一电压传感器V1并联后，其正极通过导线依次与第一电流传感器A1、防反二极管、负载开关K1和第一变换器DC/DC1输入端的正极相连，其负极直接与第一变换器DC/DC1输入端的负极相连；第一变换器DC/DC1的输出端与第二电流传感器A2串联后，分别与第二电压传感器V2、储能电池、第二变换器DC/DC2的输入端、第三变换器DC/DC3的输入端并联，然后其输出端的正极与ISG开关K5串联后与ISG相连，ISG的输出轴与发动机单元中发动机的输出轴相连后与离合器相连、离合器的输出端与变速器相连，变速器的输出端与传动系统相连，在热电转换单元可输出功率较大时使ISG与发动机共同为汽车的传动系统和驱动轮输出做功，实现动力总成系统的轻度混合动力驱动；储能电池的输出端正极依次与电池开关K2和第三电流传感器A3串联相连，第二变换器DC/DC2的输出端依次与12V车载电器开关K3和12V车载电器相连，第三变换器DC/DC3的输出端依次与24V车载电器开关K4和24V车载电器相连；第一变换器DC/DC1控制器的第三CAN通讯模块CAN3、电池管理单元的第四CAN通讯模块CAN4和电机控制器的第五CAN通讯模块CAN5通过CAN总线网络和检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1相连进行通讯，检测与控制单元根据采集到的各种数据和状态信息对发动机、ISG的电机控制器、第一变换器DC/DC1、各个开关和水阀发送控制命令，实现能量的优化分配与管理；电压传感器V1和V2、电流传感器A1、A2和A3的输出端和检测与控制单元的信号调理电路相连，然后经滤波、放大和隔离送入A/D采样模块进行数模转换，分别作为热电转换单元的输出电压V1(输出储能单元的输入电压)、第一变换器DC/DC1的输出电压V2(输出储能单元的输出电压)、热电转换单元的输出电流A1(输出储能单元的输入电流)、第一变换器DC/DC1的输出电流A2(输出储能单元的输出电流)和储能电池的输出电流A3的检测信号，其中，第一变换器DC/DC1的输出电压V2和输出电流A2受其内部控制器直接调节，在过压、欠压、过流或过热时控制器会自动关断输出保护第一变换器DC/DC1。

检测与控制单元(如图1所示)由信号调理电路、A/D采样模块、I/O模块、驱动电路、LCD模块、电源模块、看门狗电路、第一CAN模块CAN1、USB通讯模块、PC机和微控制器(MCU)构成。信号调理电路的输入端与温度传感器T1、T2、T3和T4、电压传感器V1和V2、电流传感器A1、A2和A3的信号输出端相连，信号调理电路的输出端与A/D采样模块相连后送入微控制器，接收尾气进口温度T1、尾气出口温度T2、冷却水进口温度T3、冷却水出口温度T4、热电转换单元输出电压V1、热电转换单元输出电流A1、第一变换器DC/DC1输出电压V2、第一变换器DC/DC1输出电流A2和储能电池输出电流A3等检测信号，并通过LCD模块实时显示采集的数据和系统启动、停机、运行和故障等运行状态信息；I/O模块的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与热电转换单元的水阀F1、F2、输出储能单元的开关K1、K2、K3、K4和K5的控制端相连，检测与控制单元输出高低电平控制各水阀和开关的开通与闭合状态，当系统出现紧急故障时检测与控制单元及时关闭相应的开关或水阀，或控制直流母线上的开关断开，防止因欠压、过压、过流或过热等问题而造成的电器损坏或系统重大安全事故；检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1与发动机单元ECU的第二CAN通讯模块CAN2、输出储能单元第一变换器DC/DC1内部控制器的第三CAN通讯模块CAN3、电池管理单元的第四CAN通讯模块CAN4和ISG的电机控制器第五CAN通讯模块CAN5通过CAN总线相连进行通讯，检测与控制单元根据实际汽车运行情况、车载电器的功率需求以及储能电池的SOC，结合A/D采样模块采集的检测数据以及系统各个部件的工作状态，通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出功率、输出电压或输出电流调节命令，控制热电转换单元对ISG、储能电池和车载电器的输出功率大小；检测与控制单元通过USB通讯模块与PC机相连，工作人员通过PC机的监控界面实时监测系统的运行状态并根据需求手动控制和操作整个系统，实现在线监控和故障诊断；看门狗电路通过I/O口与微控制器相连，若在一定时间内微控制器未对看门狗进行“喂狗”操作，看门狗电路将强制复位微控制器防止程序跑飞。

在本发明的实施例中，汽车发动机启动之前向检测与控制单元发送发动机启动信息，检测与控制单元控制第一水阀F1和第二水阀F2开启，向热电转换单元中的三层水箱注入温度保持在恒定的80～90℃冷却水，实现对第一、第二、第三和第四热电转换模块组的冷端冷却；汽车发动机启动之后，高温尾气进入两层集热箱的内腔供第一、第二、第三和第四热电转换模块组的热端吸收热量从而构建其冷热端的温度差进行发电，当热电转换单元的总输出电压到达设定的最低值时，检测与控制单元控制负载开关K1闭合，同时根据热电转换单元的最大输出功率P_out、储能电池的SOC、车载电器功率需求P_load以及车载输出功率增加量ΔP检测与控制单元控制各个开关的断开与闭合、调节发动机的转速以及第一变换器DC/DC1的输出目标功率、电压和电流，实现多能量之间的优化分配与管理。

在本发明的实施例中，检测与控制单元通过第一CAN通讯模块CAN1与发动机单元的ECU的第二CAN通讯模块CAN2相连进行通讯，控制汽车发动机的油门开度调节其转速，从而改变汽车发动机排出的高温尾气温度，这样在热电转换模块组的冷端温度保持稳定情况下改变其热端温度从而控制热电转换单元的最大输出能力；检测与控制单元通过第一CAN通讯模块CAN1与电机控制器的第五CAN通讯模块CAN5通讯控制ISG的工作模式，当ISG工作在电动机工作状态时，ISG与汽车发动机共同对传动系统和驱动轮输出做功，并通过电机控制器调节电压控制ISG的转速使之与汽车发动机保持同步，满足车速需求，当ISG工作在发电机工作状态时，ISG回收制动能量并对车载电器供电，或当储能电池的SOC不足时对其进行充电，实现动力总成系统多能量的控制与分配。

在本发明的实施例中，系统在工作过程中若相关参数(如温度、电压、电流等)偏离设定的正常区间，检测与控制单元向PC机上位机监控界面和LCD模块发送报警信息，并向其它单元发送控制命令对系统的工作状态进行调节；当这种偏离情况长时间得不到有效恢复时，检测与控制单元首先控制负载开关K1断开对热电转换模块组进行保护，当储能电池、车载电器和ISG工作异常时相应地控制储能电池开关K2、车载电器开关K3、K4和ISG开关K5断开，对储能电池、车载电器和ISG进行保护，防止因欠压、过压、过流或过热等因素造成的永久性损坏或其它安全事故，并同时向PC机上位机监控界面和LCD模块发送故障代码，提醒工作人员检修；若检测与控制单元出现检测或控制故障时，工作人员通过手动操作强制断开负载开关K1和ISG开关K5，实现对整个系统的电路保护。

在本发明的实施例中(如图3所示)，系统正常启动后，当汽车工作于加速或巡航模式时，ISG工作在电动机模式并协同汽车发动机为汽车的传动系统和驱动轮输出做功，当储能电池的SOC低于0.4时，根据热电转换单元中第一热电转换模块组、第二热电转换单元、第三热电转换单元和第四热电转换模块组产生的最大输出功率P_out、车载电器的功率需求P_load以及车载输出功率的增加量ΔP的不同情形，整个系统采取如下的能量控制与分配策略：

(1)若P_out＜P_load，检测与控制单元控制ISG开关K5断开，控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3和24V车载电器开关K4闭合，通过第一CAN通讯模块CAN1接收来自电池管理单元第四CAN通讯模块CAN4发出的储能电池端电压、单电池电压、电流、温度和SOC等信息，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流的控制命令，一方面热电转换单元和储能电池共同给车载12V车载电器和24V车载电器供电，另一方面检测与控制单元向发动机单元的ECU发送转速控制命令适当提高发动机的转速从而增加发动机排出的高温尾气携带的余热，使热电转换单元的最大输出功率P_out增大，使得热电转换单元的最大输出功率P_out略大于车载电器的功率需求P_load，热电转换单元一方面继续对车载电器供电，另一方面对储能电池进行充电，直至其SOC达0.8，然后检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，同时通过第一CAN模块CAN1向发动机单元的ECU的第二CAN模块CAN2发送转速控制命令适当降低发动机的转速从而减少发动机排出的高温尾气余热，使热电转换单元的最大输出功率P_out适当减小至刚好能满足车载电器的功率需求P_load为止；

(2)若P_load≤P_out＜P_load+ΔP，检测与控制单元控制ISG开关K5，储能电池开关K2、12V车载电器开关K3和24V车载电器开关K4闭合，检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1接收来自电池管理单元第四CAN通讯模块CAN4发出的储能电池端电压、单电池电压、电流、温度和SOC等信息，通过第一CAN模块CAN1向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流的控制命令，热电转换单元一方面对车载电器和ISG供电，另一方面对储能电池进行充电直至其SOC达0.8，然后检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，并向发动机单元的ECU发送转速控制命令适当提高汽车发动机转速，直至热电转换单元的最大输出功率P_out能满足功率P_load和ΔP的需求为止；

(3)若P_out≥P_load+ΔP，检测与控制单元控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4和ISG开关K5闭合，检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1接收来自电池管理单元第一CAN通讯模块CAN4发出的储能电池端电压、电流、温度和SOC等信息，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流的控制命令，热电转换单元一方面对车载电器和ISG供电，另一方面对储能电池进行充电直至其SOC达0.8然后检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，同时向汽车发动机ECU发送转速控制命令适当降低汽车发动机转速，直至热电转换单元的最大输出功率P_out刚好能满足功率P_load和ΔP的需求，提高能源的利用率。

在本发明的实施例中(如图3所示)，系统正常启动后，汽车工作于加速或巡航模式时，ISG工作在电动机模式并协同汽车发动机为汽车的传动系统和驱动轮输出做功，当储能电池的SOC介于0.4和0.8之间时，根据热电转换单元中第一热电转换模块组、第二热电转换单元、第三热电转换单元和第四热电转换模块组产生的最大输出功率P_out、车载电器的功率需求P_load以及车载输出功率的增加量ΔP的不同情形，整个系统采取如下的能量控制与分配策略：

(1)若P_out＜P_load，检测与控制单元控制ISG开关K5断开，控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3和24V车载电器开关K4闭合，检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1接收来自电池管理单元第四CAN通讯模块CAN4发出的储能电池端电压、单电池电压、温度和SOC等信息，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压和电流控制命令，一方面最大输出功率为P_out的热电转换单元和储能电池共同对车载电器供电，另一方面检测与控制单元向发动机单元的ECU的第二CAN模块CAN2发送转速控制命令适当提高汽车发动机的转速，增加发动机排放的高温尾气热量，从而提高热电转换模块组的热端温度进而增加热电转换单元的最大输出功率P_out，使其满足车载电器的功率需求P_load；

(2)若P_load≤P_out＜P_load+ΔP，检测与控制单元控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4和ISG开关K5闭合，检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1接收来自电池管理单元第四CAN通讯模块CAN4发出的储能电池端电压、单电池电压、温度和SOC等信息，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压和电流控制命令，一方面最大输出功率为P_out的热电转换单元和储能电池共同为车载电器和ISG供电，另一方面检测与控制单元向发动机单元的ECU的第二CAN模块CAN2发送转速控制命令适当提高汽车发动机的转速，这样在汽车发动机自身的输出功率P_Engine增大的同时使得热电转换单元的最大输出功率也相应增大，直至热电转换单元的最大输出功率P_out能独立满足P_load和ΔP的总功率需求为止；

(3)若P_out≥P_load+ΔP，当0.4≤SOC＜0.6时，检测与控制单元控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4和ISG开关K5闭合，检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1接收来自电池管理单元第四CAN通讯模块CAN4发出的储能电池端电压、单电池电压、温度和SOC等信息，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压和电流控制命令，最大输出功率为P_out的热电转换单元一方面对车载电器和ISG供电，另一方面对储能电池充电直至其SOC达0.8，然后检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，同时向发动机单元的ECU的第二CAN模块CAN2发送转速控制命令适当降低汽车发动机的转速，在发动机功率P_Engine减小的同时适当降低热电转换单元的最大输出功率P_out，使之刚好能满足当时P_load和ΔP的总功率需求为止；当0.6≤SOC＜0.8时，检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，控制12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4和ISG开关K5闭合，一方面最大输出功率为P_out的热电转换单元对车载电器和ISG供电，另一方面检测与控制单元向发动机单元的ECU的第二CAN模块CAN2发送转速控制命令适当降低汽车发动机的转速，在汽车发动机功率P_Engine减小的同时适当降低热电转换单元的最大输出功率P_out，使之刚好能满足当时的P_load和ΔP总功率需求为止。

在本发明的实施例中(如图3所示)，系统正常启动后，汽车工作于加速或巡航模式时，ISG工作在电动机模式和汽车发动机共同为汽车的传动系统和驱动轮输出做功，当储能电池的SOC高于0.8时，根据热电转换单元中第一热电转换模块组、第二热电转换单元、第三热电转换单元和第四热电转换模块组产生的最大输出功率P_out、车载电器的功率需求P_load以及车载输出功率的增加量ΔP的不同情形，系统采取如下能量控制与分配策略：

(1)若P_out＜P_load，检测与控制单元控制ISG开关K5断开，控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4闭合，检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1接收来自电池管理单元第四CAN通讯模块CAN4发出的储能电池端电压、单电池电压、SOC和温度等信息，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流等控制命令，使最大输出功率为P_out的热电转换单元和储能电池共同对车载电器供电；

(2)若P_load≤P_out＜P_load+ΔP，检测与控制单元控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4和ISG开关K5闭合，检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1接收来自电池管理单元第四CAN通讯模块CAN4的储能电池端电压、单电池电压、SOC和温度等信息，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压和电流控制命令，使最大输出功率为P_out的热电转换单元和储能电池共同对车载电器和ISG供电；

(3)若P_out≥P_load+ΔP，检测与控制单元控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4和ISG开关K5闭合，检测与控制单元的第一CAN通讯模块CAN1接收来自电池管理单元第四CAN通讯模块CAN4的储能电池端电压、单电池电压、SOC和温度等信息，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压和电流控制命令，一方面使最大输出功率为P_out的热电转换单元和储能电池共同对车载电器和ISG供电，另一方面检测与控制单元向发动机单元的ECU的第二CAN模块CAN2发送转速控制命令适当降低汽车发动机的转速，在汽车发动机功率P_Engine适当减小的同时，适当降低热电转换单元的最大输出功率P_out使其刚好能满足当时的P_load和ΔP总功率需求。

在本发明的实施例中(如图4所示)，系统正常启动后，汽车工作于减速或制动模式时，ISG工作在发电机模式并回收制动能量G_ISG，此时受汽车发动机排出尾气热量的影响，热电转换单元的输出功率P_out很小接近为零，根据储能电池的SOC和车载电器功率需求P_load，在检测与控制单元的控制下系统采取如下的能量分配管理策略：

(1)当储能电池的SOC低于0.8时，检测与控制单元控制负载开关K1断开，控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4和ISG开关K5闭合，若G_ISG＜P_load，ISG回收的制动能量G_ISG和储能电池共同对车载电器供电，若G_ISG≥P_load，ISG回收的制动能量G_ISG一方面对车载电器供电，另一方面对储能电池充电直至其SOC达0.95，然后检测与控制单元控制储能电池开关K2断开；

(2)当储能电池的SOC高于0.8时，检测与控制单元控制负载开关K1断开，若G_ISG＜P_load，检测与控制单元控制储能电池开关K2、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4和ISG开关K5闭合，ISG回收的制动能量G_ISG和储能电池共同对车载电器供电，若G_ISG≥P_load，检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，控制12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4和ISG开关K5闭合，此时ISG回收的制动能量G_ISG单独对车载电器供电。

在本发明的实施例中，检测与控制单元采用功率、电压和电流调节三种模式分别对第一变换器DC/DC1发送输出控制命令，实现储能电池与热电转换单元的输出能量之间在不同工作情况的分配与管理：当热电转换单元对储能电池进行充电时，检测与控制单元主要采取电压控制模式对第一变换器DC/DC1发送输出目标电压控制命令，对储能电池进行浮充，当热电转换单元对和储能电池共同对车载电器或ISG进行供电时，检测与控制单元主要采用电流控制模式对第一变换器DC/DC1发送输出目标电流控制命令实现热电转换单元和储能电池的能量按比例分配。

在本发明的实施例中，当检测到热电转换单元较长时间欠压、过流、短路和过温时，检测与控制单元及时控制负载开关K1断开对热电转换模块进行保护；当检测到储能电池长时间欠压、过流、短路和过温时，检测与控制单元及时控制电池开关K2断开对储能电池进行保护；当第一变换器DC/DC1、第二变换器DC/DC2和第三变换器DC/DC3出现长时间欠压、过流、短路和过温时，其内部的控制电路对自身进行保护，切断各自的输入和输出通路。

最后应说明，本发明的实施仅用于说明技术方案而非限制。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本专业领域技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种汽车尾气余热热电转换车载电源系统的控制方法，所述系统包括发动机单元、热电转换单元、输出储能单元、检测与控制单元，

发动机单元：将汽车发动机运行时排出的高温尾气和冷却装置中的冷却水送入热电转换单元中进行热传递，并通过ECU和检测与控制单元进行CAN通讯，发动机单元实现对汽车发动机转速的控制；

热电转换单元：各层热电转换模块组冷热两端分别与水箱和集热箱的表面进行热传递构建温度差产生直流电能并进行串联输出；

输出储能单元：热电转换单元输出的直流电能通过第一变换器DC/DC1的电压和电流调节后，对车载电器和ISG进行供电，或在储能电池的SOC不足时对其进行充电；

检测与控制单元：采集各种温度、电压和电流信号，LCD模块和PC机监控界面显示各单元的温度、电压和电流信息，以及系统的启动、关机、运行和故障运行状态，同时对各单元发送控制命令，控制系统的启停以及各个单元之间多能量的优化分配与管理；

所述发动机单元包括汽车发动机、ECU、冷却装置、冷却水出口管道、冷却水入口管道和发动机尾气出口管道；

所述热电转换单元包括第一水阀F1、第二水阀F2、第一集热箱、第二集热箱、第一水箱、第二水箱、第三水箱、第一热电转换模块组、第二热电转换模块组、第三热电转换模块组、第四热电转换模块组、热电转换单元尾气进口、热电转换单元尾气出口、热电转换单元冷却水进口、热电转换单元冷却水出口、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4以及相关导线和管道；

所述输出储能单元包括第一电压传感器V1、第二电压传感器V2、第一电流传感器A1、第二电流传感器A2、第三电流传感器A3、防反二极管、负载开关K1、第一变换器DC/DC1、电池开关K2、储能电池、电池管理单元、第二变换器DC/DC2、第三变换器DC/DC3、12V车载电器开关K3、24V车载电器开关K4、12V车载电器、24V车载电器、ISG开关K5、ISG、电机控制器、离合器、变速器和传动系统；

所述检测与控制单元包括信号调理电路、A/D采样模块、I/O模块、LCD模块、电源模块、看门狗电路、第一CAN模块CAN1、USB通讯模块、PC机和微控制器MCU；

其控制方法是:在汽车发动机启动之前，检测与控制单元控制热电转换单元中第一水阀F1、第二水阀F2水阀开启，将热电转换单元中的三层水箱的温度保持在恒定的80～90℃，实现对四层热电转换模块组的冷端冷却；汽车发动机启动之后，高温尾气进入两层集热箱的内腔供四层热电转换模块组的热端吸收热量，由此构建冷热端的温度差进行发电，当热电转换单元的总输出电压到达设定的最低阈值时，检测与控制单元控制负载开关K1闭合，同时根据储能电池的SOC、热电转换单元的最大输出功率P_out、车载电器的功率需求P_load以及车载输出功率增加量ΔP的不同情形，检测与控制单元器通过控制各开关的断开与闭合、调节发动机的转速以及第一变换器DC/DC1的输出目标功率、电压和电流，实现多能量之间的优化分配与管理，其中：

检测与控制单元通过控制汽车发动机的转速从而改变汽车发动机排出的高温尾气温度，进而调节热电转换单元各组热电转换模块的热端温度，由于冷却水保持恒定的80～90℃其冷却条件未发生实质性变化，这样控制热电转换模块组的热端温度就可以控制热电转换单元的最大输出能力；检测与控制单元和电机控制器进行CAN通讯控制ISG的工作模式，当ISG工作在电动机状态时，ISG与汽车发动机共同对传动系统和驱动轮输出做功，并通过电机控制器控制ISG的转速使之与发动机保持同步，满足汽车的车速需求，当汽车处于制动或减速状态时ISG工作在发电机状态，回收这些制动能量并对车载电器供电或对储能电池进行充电，实现动力总成系统多能量的优化管理；整个新型车载电源系统在工作过程中，若相关参数偏离设定的安全区间，检测与控制单元向PC机和LCD模块发送报警信息，并向汽车发动机ECU和电机控制器发送控制命令对系统的工作状态进行调节，当这种故障状态不可恢复时间超过设定值时，检测与控制单元首先主动控制负载开关K1断开，对各个热电转换模块组进行保护，并在储能电池、车载电器和ISG工作异常时相应地控制储能电池开关K2、车载电器开关K3和K4、ISG开关K5断开，对储能电池、车载电器和ISG进行保护，防止因欠压、过压、过流或过热因素造成的永久性损坏或其它安全事故，并向PC机和LCD模块发送故障代码以便工作人员进行检修。

2.如权利要求1所述的汽车尾气余热热电转换车载电源系统的控制方法，其特征在于：所述多能量之间的优化分配与管理的实现方法是：在系统正常启动后，汽车工作在加速或巡航模式时ISG处于电动机工作模式，根据储能电池的SOC、热电转换单元的最大输出功率P_out、车载电器的功率需求P_load以及车载输出功率增加量ΔP的不同情形，采取如下能量分配策略：

当储能电池的SOC低于0.4时，若P_out＜P_load，检测与控制单元控制ISG开关K5断开，控制储能电池开关K2、负载开关K3和K4闭合，并向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压和电流控制命令，热电转换单元和储能电池共同对车载电器供电，同时检测与控制单元向汽车发动机ECU发送命令提高汽车发动机的转速，进而增大热电转换模块组的冷热端温度差，提高热电转换单元的最大输出能力直至P_out>P_load，热电转换单元一方面对车载电器供电，另一方面对储能电池充电至储能电池的SOC达0.8后检测与控制单元控制电池开关K2断开，同时检测与控制单元向发动机单元的ECU发送控制命令降低发动机的转速使P_out能满足P_load的功率需求；若P_load≤P_out＜P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，并向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元一方面对车载电器和ISG供电，另一方面对储能电池进行充电直至储能电池的SOC达0.8，然后检测与控制单元控制电池开关K2断开，同时向发动机单元的ECU发送命令提高发动机的转速使P_out能满足P_load和ΔP的总功率需求；若P_out≥P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，并向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元一方面对车载电器和ISG供电，另一方面对储能电池进行充电直至储能电池的SOC达0.8，然后检测与控制单元控制电池开关K2断开，同时向发动机单元的ECU发送命令降低发动机的转速使P_out刚好能满足P_load和ΔP的总功率需求；

当储能电池的SOC介于0.4和0.8之间时，若P_out＜P_load，检测与控制单元控制ISG开关K5断开，控制储能电池开关K2、负载开关K3和K4闭合，并向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元和储能电池共同对车载电器供电；若P_load≤P_out＜P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，并向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元和储能电池共同对车载电器和ISG供电，检测与控制单元向发动机单元的ECU发送控制命令提高发动机转速使P_out能满足P_load和ΔP的总功率需求；若P_out≥P_load+ΔP，当储能电池的SOC介于0.4和0.6之间时，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，并向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元一方面对车载电器和ISG供电，另一方面对储能电池进行充电直至储能电池的SOC达0.8然后控制电池开关K2断开，同时检测与控制单元向ECU发送控制命令降低发动机的转速使P_out刚好能满足P_load与ΔP的总功率需求，当储能电池的SOC介于0.6与0.8之间时，检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，控制开关K3、K4和K5闭合，此时热电转换单元对车载电器和ISG供电，检测与控制单元向汽车发动机的ECU发送控制命令降低发动机的转速使P_out刚好能满足P_load和ΔP的总功率需求；

当储能电池的SOC高于0.8时，若P_out＜P_load，检测与控制单元控制ISG开关K5断开，控制开关K2、K3和K4闭合，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元和储能电池共同对车载电器供电；若P_load≤P_out＜P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，热电转换单元的P_out和储能电池共同对车载电器和ISG供电；若P_out≥P_load+ΔP，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，向第一变换器DC/DC1发送输出目标功率、电压或电流控制命令，使得热电转换单元和储能电池共同对车载电器和ISG供电，同时检测与控制单元向ECU发送命令降低发动机的转速使P_out刚好能满足P_load与ΔP的总功率需求。

3.如权利要求1所述的汽车尾气余热热电转换车载电源系统的控制方法，其特征在于：所述多能量之间的优化分配与管理的实现方法是：在系统正常启动后，汽车发动机工作在减速或制动模式时，ISG处于发电机工作模式并回收制动能量G_ISG，根据储能电池的SOC和车载电器的功率需求P_load的不同情形，采取如下能量分配策略：

当储能电池的SOC低于0.8时，检测与控制单元控制负载开关K1断开，控制开关K2、K3、K4和K5闭合，若G_ISG＜P_load，G_ISG和储能电池共同对车载电器供电；若G_ISG≥P_load，G_ISG一方面对车载电器供电，另一方面对储能电池充电直至储能电池的SOC达0.9然后检测与控制单元控制电池开关K2断开；

当储能电池的SOC高于0.8时，检测与控制单元控制负载开关K1断开，若G_ISG＜P_load，检测与控制单元控制开关K2、K3、K4和K5闭合，G_ISG和储能电池共同对车载电器供电；若G_ISG≥P_load，检测与控制单元控制储能电池开关K2断开，控制开关K3、K4和K5闭合，G_ISG单独对车载电器供电。

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