專(zhuān)利名稱：基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)輔助電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)輔助電源裝置，屬 于汽車(chē)電源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著世界原油消耗不斷增加以及環(huán)境問(wèn)題日益突出，節(jié)省能源消耗和可再生 能源的開(kāi)發(fā)利用正呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢(shì)。汽車(chē)是目前消耗原油的主要產(chǎn)品，伴 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，我國(guó)汽車(chē)數(shù)量也在快速增加。典型的汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)只有 25%的燃燒能量用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，而有大約40%的能量以熱能的方式被白白浪費(fèi)掉。 根據(jù)Seebeck效應(yīng)，熱電材料可以直接將熱能轉(zhuǎn)化成電能。另一方面，太陽(yáng)能也 隨著可再生能源概念的推廣被提出應(yīng)用到混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)上?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽 車(chē)是近年來(lái)興起的新型汽車(chē)，它采用的是機(jī)-電混合的動(dòng)力源。車(chē)載電源能夠?qū)φ?車(chē)制動(dòng)時(shí)的能量加以回收，并且將這部分能量用于驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，因而具有更高的燃 油效率和更低的排放。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)中，傳統(tǒng)的車(chē)載電源主要由蓄電池和發(fā) 電機(jī)構(gòu)成，在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(怠速以上)，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，并向所 有用電設(shè)備(起動(dòng)機(jī)除外)供電，同時(shí)向蓄電池充電。 一方面，這種輔助電源需 要消耗燃油；另一方面，隨著汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代汽車(chē)內(nèi)部的電氣設(shè)備、電子 器件，例如空調(diào)，ABS，車(chē)載電話等的增加，對(duì)于汽車(chē)系統(tǒng)內(nèi)部電力需求也持續(xù)增 加，發(fā)電機(jī)功率隨著車(chē)上用電設(shè)備增加而增加。目前汽車(chē)上的發(fā)電機(jī)都是風(fēng)冷式 發(fā)電機(jī)，在現(xiàn)有風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)構(gòu)造的限制下，功率的增加必然會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)體積 的加大，而汽車(chē)安裝發(fā)電機(jī)的空間有限。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)能夠滿足整車(chē)性能要求，具有節(jié)能和環(huán)保特征的電源來(lái) 作為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載電源。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提出一種基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽 車(chē)輔助電源裝置，以達(dá)到克服現(xiàn)有車(chē)載電源的不足，提高汽車(chē)的燃油效率和減少 尾氣排放的目的。技術(shù)方案本發(fā)明公開(kāi)一種基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)輔助電 源裝置，該裝置的車(chē)頂太陽(yáng)能電池板輸出端與第一 Boost變換器輸入端相連；第 一溫差發(fā)電器安裝在散熱器旁，第一溫差發(fā)電器輸出端與第二 Boost變換器輸入 端相連；第二溫差發(fā)電器安裝在排氣管旁，第二溫差發(fā)電器輸出端與第三Boost 變換器輸入端相連；能量調(diào)節(jié)電路中，第一 Boost變換器輸出端、第二 Boost變 換器輸出端和第三Boost變換器輸出端并聯(lián)后，將電能傳輸至第四Buck變換器輸 入端；第四Buck變換器輸出端與蓄電池正極相連。第一 Boost變換器中的第一電感與第一二極管串聯(lián)連接，在第一電感與第一 二極管的連接點(diǎn)與負(fù)極之間并聯(lián)連接第一功率開(kāi)關(guān)；第二 Boost變換器中的第二 電感與第二二極管串聯(lián)連接，在第二電感與第二二極管的連接點(diǎn)與負(fù)極之間并聯(lián) 連接第二功率開(kāi)關(guān)；第三Boost變換器的第三電感與第三二極管串聯(lián)連接，在第 三電感與第三二極管的連接點(diǎn)與負(fù)極之間并聯(lián)連接第三功率開(kāi)關(guān)；三個(gè)Boost變換器輸出端與負(fù)極之間并聯(lián)第一穩(wěn)壓電容。第四Buck變換器中的第四功率開(kāi)關(guān)與第4電感串聯(lián)連接，在第四功率開(kāi)關(guān)與 第4電感之間的連接點(diǎn)與正極之間并聯(lián)第四二極管，輸出端并聯(lián)第二穩(wěn)壓電容。有益效果本發(fā)明基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)輔助電源裝置具 有以下優(yōu)點(diǎn)(1) 綜合利用能源，提高了燃油效率并減少排放，節(jié)能環(huán)保。(2) 新型輔助電源裝置產(chǎn)生的多余能量可以持續(xù)為混合動(dòng)力汽車(chē)的蓄電池單 元補(bǔ)充能源，提高了蓄電池的利用率。(3) 多個(gè)輸入源、非旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)可提高電源裝置的可靠性、維護(hù)性能和系統(tǒng) 控制的靈活性。(4) 可以取消汽車(chē)發(fā)電機(jī)，改善混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力布局。


— 圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。其中有車(chē)頂太陽(yáng)能電池板l、第一溫差發(fā)電器2、第二溫差發(fā)電器3、散熱器4、發(fā)動(dòng)機(jī)5、排氣管6、能量調(diào)節(jié)電路7、第一 Boost變換器8、第二 Boost 變換器9、第三Boost變換器10、第四Buck變換器ll、蓄電池12。 圖2為能量調(diào)節(jié)電路圖。
具體實(shí)施方式
下面是本發(fā)明的具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)輔助電源裝置中，能量調(diào)節(jié)電路由 第一 Boost變換器、第二 Boost變換器、第三Boost變換器和第四Buck變換器組 成，所述能量調(diào)節(jié)電路并配合能量管理策略控制上述各變換器。溫差發(fā)電器利用 汽車(chē)廢熱發(fā)電，光伏發(fā)電器利用太陽(yáng)能發(fā)出電能，然后通過(guò)能量調(diào)節(jié)電路與蓄電 池連接。其中溫差發(fā)電器共有兩個(gè)，分別安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管和散熱器旁，利用熱電 材料的Seebeck效應(yīng)，直接將熱能轉(zhuǎn)化成電能。采用在汽車(chē)頂面安裝太陽(yáng)能電池 板的方式，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。能量調(diào)節(jié)電路由多個(gè)Boost變換器電路將多個(gè) 輸入功率源聯(lián)系起來(lái)，向負(fù)載或蓄電池充電。該裝置包括太陽(yáng)能電池板、溫差發(fā)電器、能量調(diào)節(jié)電路、蓄電池組成。車(chē)頂 太陽(yáng)能電池板1輸出端與第一 Boost變換器8輸入端相連；第一溫差發(fā)電器2安 裝在散熱器4旁，第一溫差發(fā)電器2輸出端與第二 Boost變換器9輸入端相連； 第二溫差發(fā)電器3安裝在排氣管6旁，第二溫差發(fā)電器3輸出端與第三Boost變 換器10輸入端相連；第一 Boost變換器8輸出端、第二 Boost變換器9輸出端和 第三Boost變換器10輸出端并聯(lián)后，將電能傳輸至Buck變換器ll輸入端，第四 Buck變換器11輸出端與蓄電池12相連。在圖1中，車(chē)頂安裝車(chē)頂太陽(yáng)能電池板1，將光能轉(zhuǎn)換成直流電能，太陽(yáng)能電 池板1輸出端與第一 Boost變換器8相連。散熱器4的熱能經(jīng)過(guò)第一溫差發(fā)電器2 后被轉(zhuǎn)換成直流電能，第一溫差發(fā)電器2輸出端與第二 Boost變換器9相連。排 氣管6的熱能經(jīng)過(guò)第二溫差發(fā)電器3后被轉(zhuǎn)換成直流電能，第二溫差發(fā)電器3輸 出端與第三Boost變換器10相連。第一 Boost變換器8輸出端、第二 Boost變換 器9輸出端和第三Boost變換器10輸出端并聯(lián)，將電能傳輸至第四Buck變換器 11。第一Boost變換器8、第二Boost變換器9、第三Boost變換器10和Buck變 換器11構(gòu)成一個(gè)三輸入兩級(jí)Boost-Buck直流變換器結(jié)構(gòu)，配合能量管理策略對(duì)各個(gè)變換器的功率開(kāi)關(guān)器件的占空比進(jìn)行控制，就組成能量調(diào)節(jié)電路7。 Buck變 換器11輸出端與蓄電池12相連。在圖2中，能量調(diào)節(jié)電路7由第一Boost變換器8、第二Boost變換器9、第 三Boost變換器10和Buck變換器11組成，所述能量調(diào)節(jié)電路7并配合能量管理 策略控制上述各變換器。第一 Boost變換器8的第一電感Ll串聯(lián)第一二極管Dl， 中間并聯(lián)第一功率開(kāi)關(guān)Tl;第二 Boost變換器9的第二電感L2串聯(lián)第二二極管 D2，中間并聯(lián)第二功率開(kāi)關(guān)T2;第三Boost變換器10的第三電感L3串聯(lián)第三二 極管D3，中間并聯(lián)第三功率開(kāi)關(guān)T3;三個(gè)Boost變換器輸出端并聯(lián)第一穩(wěn)壓電容 Cl。 Buck變換器11的第四功率開(kāi)關(guān)T4串聯(lián)第4電感L，中間并聯(lián)第四二極管D4， 輸出端并聯(lián)第二穩(wěn)壓電容C2。本發(fā)明中所采用的車(chē)頂太陽(yáng)能電池板可以根據(jù)車(chē)頂大小選擇功率200W的單晶硅電池板。兩個(gè)溫差發(fā)電器可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣管的空間大小選擇若干塊平板式 或圓柱式熱電模塊安裝組成。因?yàn)椴煌臒犭姴牧系淖罴研阅芘c工作溫度有密切 的關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱片的冷卻液入口和出口溫度分別為大約9(TC和12(TC，而廢 氣管道的溫度從20(rC到50(TC不等，所以，第一溫差發(fā)電器的熱電模塊工作溫度 限定在9(TC和12(TC之間，第二溫差發(fā)電器的熱電模塊工作溫度限定在20(TC到 50(TC。功率開(kāi)關(guān)器件可選擇絕緣柵雙極晶體管或電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管或其它功率開(kāi) 關(guān)器件。結(jié)合具體情況，裝置可分為以下兩種實(shí)施方案方案一每個(gè)功率源單獨(dú)向負(fù)載供電。在夜間、陰雨天氣或故障情況下，若 某一發(fā)電器退出工作，可由剩余發(fā)電器單獨(dú)或同時(shí)向負(fù)載供電。多個(gè)輸入源結(jié)構(gòu) 大大提高了供電的可靠性。方案二多個(gè)功率源同時(shí)向負(fù)載供電。在大部分正常工作情況下，裝置可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功率源同時(shí)向負(fù)載供電。這樣可以充分利用廢熱和太陽(yáng)能，給汽車(chē)提供 充足的電能，多余的電能將通過(guò)對(duì)蓄電池充電儲(chǔ)存起來(lái)。權(quán)利要求
1.一種基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)輔助電源裝置，其特征在于該裝置的車(chē)頂太陽(yáng)能電池板(1)輸出端與第一Boost變換器(8)輸入端相連；第一溫差發(fā)電器(2)安裝在散熱器(4)旁，第一溫差發(fā)電器(2)輸出端與第二Boost變換器(9)輸入端相連；第二溫差發(fā)電器(3)安裝在排氣管(6)旁，第二溫差發(fā)電器(3)輸出端與第三Boost變換器(10)輸入端相連；能量調(diào)節(jié)電路(7)中，第一Boost變換器(8)輸出端、第二Boost變換器(9)輸出端和第三Boost變換器(10)輸出端并聯(lián)后，將電能傳輸至第四Buck變換器(11)輸入端；第四Buck變換器(11)輸出端與蓄電池(12)正極相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)輔助電源 裝置，其特征在于第一 Boost變換器(8)中的第一電感(LI)與第一二極管(DO 串聯(lián)連接，在第一電感(LI)與第一二極管(Dl)的連接點(diǎn)與負(fù)極之間并聯(lián)連接 第一功率開(kāi)關(guān)(Tl);第二 Boost變換器(9)中的第二電感(L2)與第二二極管(D2)串聯(lián)連接，在第二電感(L2)與第二二極管(D2)的連接點(diǎn)與負(fù)極之間并 聯(lián)連接第二功率開(kāi)關(guān)(T2);第三Boost變換器(10)的第三電感(L3)與第三二 極管(D3)串聯(lián)連接，在第三電感(L3)與第三二極管(D3)的連接點(diǎn)與負(fù)極之 間并聯(lián)連接第三功率開(kāi)關(guān)(T3);三個(gè)Boost變換器輸出端與負(fù)極之間并聯(lián)第一穩(wěn) 壓電容(Cl)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)輔助電源 裝置，其特征在于第四Buck變換器(11)中的第四功率開(kāi)關(guān)(T4)與第4電感(L4) 串聯(lián)連接，在第四功率開(kāi)關(guān)(T4)與第4電感(L4)之間的連接點(diǎn)與正極之間并聯(lián)第 四二極管(D4)，輸出端并聯(lián)第二穩(wěn)壓電容(C2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于廢熱和光伏發(fā)電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)輔助電源裝置，該裝置主要由太陽(yáng)能電池板、溫差發(fā)電器、能量調(diào)節(jié)電路、蓄電池組成。太陽(yáng)能電池板利用太陽(yáng)能發(fā)出電能，溫差發(fā)電器利用汽車(chē)廢熱發(fā)電，能量調(diào)節(jié)電路通過(guò)一個(gè)多輸入變換器電路將多個(gè)輸入功率源聯(lián)系起來(lái)對(duì)負(fù)載或電池供電。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，能大幅提高汽車(chē)的燃油效率和減少尾氣排放，能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101626212SQ20091018188
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者英 樊, 江和和, 葛路明, 鄒國(guó)棠 申請(qǐng)人:東南大學(xué)