| 专利名称： | 一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置 | ||
| 专利名称(英文)： | Automobile exhaust-gas temperature difference power-generation device using both medium-temperature and low-temperature thermoelectric devices | ||
| 专利号： | CN201410788161.1 | 申请时间： | 20141217 |
| 公开号： | CN104393791A | 公开时间： | 20150304 |
| 申请人： | 湖北工业大学 | ||
| 申请地址： | 430068 湖北省武汉市武昌区南湖李家墩1村1号 | ||
| 发明人： | 全睿 | ||
| 分类号： | H02N11/00; F01N5/02 | 主分类号： | H02N11/00 |
| 代理机构： | 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 42222 | 代理人： | 赵丽影 |
| 摘要： | 本发明涉及一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置及方法。包括：热电转换单元、电力变换单元和监控单元, 其特点是：热电转换单元利用二级热交换器与发动机尾气进行热交换，二级热交换器上下表面的中低温热电器件组吸收尾气热量，发动机冷却系统的冷却水通过冷却水箱组给中低温热电器件组的冷端冷却构建温差进行发电; 电力变换单元给系统的各部件供电，并对中低温热电器件组产生的直流电能进行变换给车载电器供电或给蓄电池充电；监控单元监测系统的各种参数和状态, 进行显示和报警提示，并控制相关执行部件。该系统充分利用了中低温热电器件不同的工作温度范围，可实现发动机全工况的尾气废热回收，大大提高了发电功率与效率。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention relates to an automobile exhaust-gas temperature difference power generation device and method using both medium-temperature and low-temperature thermoelectric devices. The device comprises a thermoelectric conversion unit, a power conversion unit and a monitoring unit. The device is characterized in that the thermoelectric conversion unit exchanges heat with engine exhaust gas by a secondary heat exchanger, medium-temperature and low-temperature thermoelectric device groups on the upper surface and the lower surface of the secondary heat exchanger absorb exhaust gas heat, and cooling water in an engine cooling system builds a temperature difference for cooling the cold ends of the medium-temperature and low-temperature thermoelectric device groups through cooling water tank groups to generate power; the power conversion unit supplies the power to system components, and converts DC electric energy generated by the medium-temperature and low-temperature thermoelectric device groups so as to supply power to vehicle-mounted electric appliances or charge batteries; the monitoring unit monitors various parameters and states of the system for display and alarm prompt, and controls related executive components. The system makes full use of different operating temperature ranges of the medium-temperature and low-temperature thermoelectric devices, so that waste heat recovery of engine exhaust gas under all conditions can be realized, and the generated power and the efficiency are greatly improved. | ||
1.一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置，包括热电转换单元、电力变换单元和监控单元,其特征在于：所述热电转换单元包括发动机、冷却系统、三元催化器、第一热交换器、第一中温热电器件组、第二中温热电器件组、第一多列冷却水箱组、第二多列冷却水箱组、第二热交换器、第一低温热电器件组、第二低温热电器件组、第三多列冷却水箱组、第四多列冷却水箱组、第一散热器、第二散热器、进水口温度传感器T1、出水口温度传感器T2、消声器； 所述电力变换单元包括电压传感器V1、电流传感器A1、电压传感器V2、电流传感器A2、第一DC/DC、第二DC/DC、电压传感器V3、电流传感器A3、车载电器、蓄电池、管理单元； 所述监控单元包括电源模块、CAN模块、A/D转换模块、GPRS模块、Zigbee模块、LCD模块、时钟模块、D/A输出模块、I/O输出模块、声光报警电路、SCI模块、微控制器MCU、工控机； 热电转换单元的发动机尾气经过三元催化器后依次与第一和第二热交换器相连进行热交换，两个中温热电器件组和两个低温热电器件组的热端分别与第一和第二热交换器上下表面紧密相连吸收尾气废热，两个中温热电器件组和两个低温热电器件组的冷端分别与四个多列冷却水箱组相连进行冷却从而构建温差进行发电，低温热电器件组和中温热电器件组的直流输出端分别与第一和第二DC/DC的输入端相连对其输出电压和电流进行变换，第一和第二DC/DC的输出端并联后分别与蓄电池和车载电器相连，根据蓄电池SOC和车载电器的功率需求给蓄电池充电或给车载电器供电，监控单元监测整个系统的各种参数和状态，向上位机或远程监控中心发送这些信息，并控制热电转换单元和电力变换单元中相关执行部件的工作状态。
2.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置，其特征在于：所述热电转换单元中，发动机的尾气出口经过三元催化器之后依次与第一热交换器、第二热交换器和消声器相连通往大气；第一热交换器的上下表面分别与第一中温热电器件组和第二中温热电器件组的热端相连，第一中温热电器件组和第二中温热电器件组中的多个热电器件其冷端分别与第一多列冷却水箱组和第二多列冷却水箱组相连；第二热交换器的上下表面分别与第一低温热电器件组和第二低温热电器件组的热端相连，第一低温热电器件组和第二低温热电器件组中的多个热电器件其冷端分别与第三多列冷却水箱组和第四多列冷却水箱组相连；冷却系统的冷却水出口依次经过第一散热器和温度传感器T1后分为两个支路，其中一个支路通过管道依次与第三多列冷却水箱组中的单列冷却水箱3_1～3_n以及第一多列冷却水箱组中的单列冷却水箱1_1～1_n的入口相连，另一个支路依次与第四多列冷却水箱组中的单列冷却水箱4_1～4_n以及第二多列冷却水箱组中的单列冷却水箱2_1～2_n的入口相连，第一多列冷却水箱组中的单列冷却水箱1_1～1_n、第二多列冷却水箱组中的单列冷却水箱2_1～2_n、第三多列冷却水箱组中的单列冷却水箱3_1～3_n以及第四多列冷却水箱组中的单列冷却水箱4_1～4_n的出口通过管道相连后依次与温度传感器T2和第二散热器的入口相连；第二散热器的出口通过管道与冷却系统的入口相连构成热电转换单元中低温热电器件组的冷却回路；第一中温热电器件组和第二中温热电器件组进行串联作为热电转换单元的第一级总输出，第一低温热电器件组和第二低温热电器件组进行串联作为热电转换单元的第二级总输出。
3.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置,其特征在于：所述电力变换单元中，第一中温热电器件组和第二中温热电器件组串联后的总输出端与电压传感器V1并联后与电流传感器A1串联，然后与第一DC/DC的输入端相连；第一低温热电器件组和第二低温热电器件组串联后的总输出端与电压传感器V2并联后与电流传感器A2串联，然后与第二DC/DC的输入端相连；第一DC/DC的输出端和第二DC/DC的输出端并联后作为热电转换单元的总输出端，热电转换单元的总输出端的正极通过串联电流传感器A3后与蓄电池的正极相连，热电转换单元的总输出端的负极直接与蓄电池的负极相连，热电转换单元的总输出端与电压传感器V3并联后与车载电器相连；蓄电池通过数据线与管理单元相连。
4.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置,其特征在于：所述监控单元中，电源模块的输入端与电力变换单元中蓄电池的输出端相连，电源模块的输出端与微控制器MCU相连；CAN模块通过CAN总线与电力变换单元中的第一DC/DC、第二DC/DC和管理单元相连进行通讯； A/D转换模块的信号输入端与温度传感器T1和T2、电压传感器V1～V3、电流传感器A1～A3相连，A/D转换模块的信号输出端与微控制器MCU相连；D/A输出模块与热电转换单元中第一散热器和第二散热器的信号控制端相连；I/O输出模块与声光报警电路和车载电器开关控制端相连；SCI模块通过RS232/485总线与工控机相连；微控制器MCU通过Zigbee模块和GPRS模块与远程监控中心相连进行通信。
5.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置,其特征在于：所述热电转换单元的工作过程是：冷却系统的冷却水流过第一散热器时，由监控单元的微控制器MCU通过D/A输出模块控制第一散热器的转速为最大值将流入第二多列冷却水箱组和第三多列冷却水箱组的水温降到最小值，然后监控单元的微控制器MCU通过A/D转换模块采集温度传感器T2的值，通过D/A输出模块利用先进控制算法调节第二散热器的转速使流过它的冷却水温度保持在85℃～95℃，从而保证发动机冷却系统的热平衡。
6.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置, 其特征在于：所述电力变换单元的工作过程是：监控单元的微控制器MCU通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电压时刻保持相等，当蓄电池的SOC较低时，监控单元的微控制器MCU通过I/O输出模块控制车载电器断开，同时通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令调节它们的输出电压给蓄电池进行浮充；当蓄电池的SOC较高时，若车载电器的功率需求小于热电转换单元的中低温热电器件组的峰值功率时，监控单元的微控制器MCU通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电流使车载电器由热电转换单元单独供电；当蓄电池的SOC较高时，若车载电器的功率需求大于热电转换单元的中低温热电器件组的峰值功率时，监控单元的微控制器MCU通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电流大小使车载电器由热电转换单元和蓄电池共同承担供电。
7.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置, 其特征在于：所述监控单元的工作过程是：通过A/D转换模块实时采集温度传感器T1和T2、电压传感器V1～V3、电流传感器A1～A3的值，通过时钟模块记录各个参数和状态的时间，通过CAN总线接收管理单元发送过来的蓄电池SOC值、第一DC/DC和第二DC/DC发送过来的电压、电流和温度这些参数，通过RS232/485向工控机发送这些参数以及第一和第二散热器的转速并进行实时显示，还通过LCD模块进行现场实时显示，同时利用GPRS模块和Zigbee模块与远程监控中心进行通讯发送上述各种信息，当上述各种参数超出所设定的最大值或最小值时，微控制器MCU通过I/O输出模块驱动声光报警电路进行报警提示。
1.一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置，包括热电转换单元、电力变换单元和监控单元,其特征在于：所述热电转换单元包括发动机、冷却系统、三元催化器、第一热交换器、第一中温热电器件组、第二中温热电器件组、第一多列冷却水箱组、第二多列冷却水箱组、第二热交换器、第一低温热电器件组、第二低温热电器件组、第三多列冷却水箱组、第四多列冷却水箱组、第一散热器、第二散热器、进水口温度传感器T1、出水口温度传感器T2、消声器； 所述电力变换单元包括电压传感器V1、电流传感器A1、电压传感器V2、电流传感器A2、第一DC/DC、第二DC/DC、电压传感器V3、电流传感器A3、车载电器、蓄电池、管理单元； 所述监控单元包括电源模块、CAN模块、A/D转换模块、GPRS模块、Zigbee模块、LCD模块、时钟模块、D/A输出模块、I/O输出模块、声光报警电路、SCI模块、微控制器MCU、工控机； 热电转换单元的发动机尾气经过三元催化器后依次与第一和第二热交换器相连进行热交换，两个中温热电器件组和两个低温热电器件组的热端分别与第一和第二热交换器上下表面紧密相连吸收尾气废热，两个中温热电器件组和两个低温热电器件组的冷端分别与四个多列冷却水箱组相连进行冷却从而构建温差进行发电，低温热电器件组和中温热电器件组的直流输出端分别与第一和第二DC/DC的输入端相连对其输出电压和电流进行变换，第一和第二DC/DC的输出端并联后分别与蓄电池和车载电器相连，根据蓄电池SOC和车载电器的功率需求给蓄电池充电或给车载电器供电，监控单元监测整个系统的各种参数和状态，向上位机或远程监控中心发送这些信息，并控制热电转换单元和电力变换单元中相关执行部件的工作状态。
2.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置，其特征在于：所述热电转换单元中，发动机的尾气出口经过三元催化器之后依次与第一热交换器、第二热交换器和消声器相连通往大气；第一热交换器的上下表面分别与第一中温热电器件组和第二中温热电器件组的热端相连，第一中温热电器件组和第二中温热电器件组中的多个热电器件其冷端分别与第一多列冷却水箱组和第二多列冷却水箱组相连；第二热交换器的上下表面分别与第一低温热电器件组和第二低温热电器件组的热端相连，第一低温热电器件组和第二低温热电器件组中的多个热电器件其冷端分别与第三多列冷却水箱组和第四多列冷却水箱组相连；冷却系统的冷却水出口依次经过第一散热器和温度传感器T1后分为两个支路，其中一个支路通过管道依次与第三多列冷却水箱组中的单列冷却水箱3_1～3_n以及第一多列冷却水箱组中的单列冷却水箱1_1～1_n的入口相连，另一个支路依次与第四多列冷却水箱组中的单列冷却水箱4_1～4_n以及第二多列冷却水箱组中的单列冷却水箱2_1～2_n的入口相连，第一多列冷却水箱组中的单列冷却水箱1_1～1_n、第二多列冷却水箱组中的单列冷却水箱2_1～2_n、第三多列冷却水箱组中的单列冷却水箱3_1～3_n以及第四多列冷却水箱组中的单列冷却水箱4_1～4_n的出口通过管道相连后依次与温度传感器T2和第二散热器的入口相连；第二散热器的出口通过管道与冷却系统的入口相连构成热电转换单元中低温热电器件组的冷却回路；第一中温热电器件组和第二中温热电器件组进行串联作为热电转换单元的第一级总输出，第一低温热电器件组和第二低温热电器件组进行串联作为热电转换单元的第二级总输出。
3.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置,其特征在于：所述电力变换单元中，第一中温热电器件组和第二中温热电器件组串联后的总输出端与电压传感器V1并联后与电流传感器A1串联，然后与第一DC/DC的输入端相连；第一低温热电器件组和第二低温热电器件组串联后的总输出端与电压传感器V2并联后与电流传感器A2串联，然后与第二DC/DC的输入端相连；第一DC/DC的输出端和第二DC/DC的输出端并联后作为热电转换单元的总输出端，热电转换单元的总输出端的正极通过串联电流传感器A3后与蓄电池的正极相连，热电转换单元的总输出端的负极直接与蓄电池的负极相连，热电转换单元的总输出端与电压传感器V3并联后与车载电器相连；蓄电池通过数据线与管理单元相连。
4.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置,其特征在于：所述监控单元中，电源模块的输入端与电力变换单元中蓄电池的输出端相连，电源模块的输出端与微控制器MCU相连；CAN模块通过CAN总线与电力变换单元中的第一DC/DC、第二DC/DC和管理单元相连进行通讯； A/D转换模块的信号输入端与温度传感器T1和T2、电压传感器V1～V3、电流传感器A1～A3相连，A/D转换模块的信号输出端与微控制器MCU相连；D/A输出模块与热电转换单元中第一散热器和第二散热器的信号控制端相连；I/O输出模块与声光报警电路和车载电器开关控制端相连；SCI模块通过RS232/485总线与工控机相连；微控制器MCU通过Zigbee模块和GPRS模块与远程监控中心相连进行通信。
5.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置,其特征在于：所述热电转换单元的工作过程是：冷却系统的冷却水流过第一散热器时，由监控单元的微控制器MCU通过D/A输出模块控制第一散热器的转速为最大值将流入第二多列冷却水箱组和第三多列冷却水箱组的水温降到最小值，然后监控单元的微控制器MCU通过A/D转换模块采集温度传感器T2的值，通过D/A输出模块利用先进控制算法调节第二散热器的转速使流过它的冷却水温度保持在85℃～95℃，从而保证发动机冷却系统的热平衡。
6.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置, 其特征在于：所述电力变换单元的工作过程是：监控单元的微控制器MCU通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电压时刻保持相等，当蓄电池的SOC较低时，监控单元的微控制器MCU通过I/O输出模块控制车载电器断开，同时通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令调节它们的输出电压给蓄电池进行浮充；当蓄电池的SOC较高时，若车载电器的功率需求小于热电转换单元的中低温热电器件组的峰值功率时，监控单元的微控制器MCU通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电流使车载电器由热电转换单元单独供电；当蓄电池的SOC较高时，若车载电器的功率需求大于热电转换单元的中低温热电器件组的峰值功率时，监控单元的微控制器MCU通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电流大小使车载电器由热电转换单元和蓄电池共同承担供电。
7.如权利要求1所述的一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置, 其特征在于：所述监控单元的工作过程是：通过A/D转换模块实时采集温度传感器T1和T2、电压传感器V1～V3、电流传感器A1～A3的值，通过时钟模块记录各个参数和状态的时间，通过CAN总线接收管理单元发送过来的蓄电池SOC值、第一DC/DC和第二DC/DC发送过来的电压、电流和温度这些参数，通过RS232/485向工控机发送这些参数以及第一和第二散热器的转速并进行实时显示，还通过LCD模块进行现场实时显示，同时利用GPRS模块和Zigbee模块与远程监控中心进行通讯发送上述各种信息，当上述各种参数超出所设定的最大值或最小值时，微控制器MCU通过I/O输出模块驱动声光报警电路进行报警提示。
翻译：技术领域
本发明属于一种汽车尾气温差发电装置及方法,具体而言，是一种同时利用中温热电器件和低温热电器件进行二级热电转换的汽车尾气温差发电装置。
背景技术
传统汽车发动机的燃油能量约30%用于驱动车轮，约40%的能量以尾气废热和冷却水的方式散失，基于热电器件的热电转换技术可以吸收尾气废热进行发电从而提高发动机的燃油经济性。目前，现有的汽车尾气温差发电装置大多采用低温热电器件吸收尾气热量进行发电，由于其最高工作温度低于350℃，通常只能在发动机低负荷下运行时才能有效工作，发电功率和效率有待提升。若能设计热电转换单元可吸收发动机全工况工作时的尾气热量，将会大大提高发电装置的总体性能，进一步提高发动机的燃油经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时利用中低温热电器件的汽车尾气温差发电装置，通过在前一级热交换器的上下表面布置中温热电器件，在后一级热交换器的上下表面布置低温热电器件从而实现发动机全工况工作条件下汽车尾气的二级热电转换，一方面提高了汽车尾气温差发电系统的回收功率，另一方面提高了汽车尾气温差发电系统的效率。具有清洁、无污染、可靠性强的优点，以克服上述的不足,为实现上述目的。本发明由热电转换单元、电力变换单元和监控单元构成，其特点是：
热电转换单元：发动机尾气出口分别与第一和第二热交换器相连，第一和第二热交换器上下表面分别布置中温热电器件组和低温热电器件组吸收尾气热量，发动机冷却系统的冷却水先利用散热器降温，然后通过多列冷却水箱组给多个中低温热电器件的冷端进行冷却从而构建温差实现发电；
电力变换单元：将中低温热电器件组产生的直流电能进行电压或电流变换给蓄电池充电或给整个系统的其它部件供电；
监控单元：检测整个系统的各种电压、电流和温度等参数，然后向上位机或远程监控中心发送上述各种信息，控制相关执行部件的运行。
上述热电转换单元由发动机、冷却系统、三元催化器、第一热交换器、第一中温热电器件组、第二中温热电器件组、第一多列冷却水箱组、第二多列冷却水箱组、第二热交换器、第一低温热电器件组、第二低温热电器件组、第三多列冷却水箱组、第四多列冷却水箱组、第一散热器、第二散热器、进水口温度传感器T1、出水口温度传感器T2、消声器构成；发动机的尾气出口经过三元催化器之后依次与第一热交换器、第二热交换器和消声器相连通往大气；第一热交换器的上下表面分别与第一中温热电器件组和第二中温热电器件组的热端相连，第一中温热电器件组和第二中温热电器件组中的多个热电器件其冷端分别与第一多列冷却水箱组和第二多列冷却水箱组相连；第二热交换器的上下表面分别与第一低温热电器件组和第二低温热电器件组的热端相连，第一低温热电器件组和第二低温热电器件组中的多个热电器件其冷端分别与第三多列冷却水箱组和第四多列冷却水箱组相连；冷却系统的冷却水出口依次经过第一散热器和温度传感器T1后分为两个支路，其中一个支路通过管道依次与第三多列冷却水箱组中的单列冷却水箱3_1～3_n以及第一多列冷却水箱组中的单列冷却水箱1_1～1_n的入口相连，另一个支路依次与第四多列冷却水箱组中的单列冷却水箱4_1～4_n以及第二多列冷却水箱组中的单列冷却水箱2_1～2_n的入口相连，第一多列冷却水箱组中的单列冷却水箱1_1～1_n、第二多列冷却水箱组中的单列冷却水箱2_1～2_n、第三多列冷却水箱组中的单列冷却水箱3_1～3_n以及第四多列冷却水箱组中的单列冷却水箱4_1～4_n的出口通过管道相连后依次与温度传感器T2和第二散热器的入口相连；第二散热器的出口通过管道与冷却系统的入口相连构成热电转换单元中低温热电器件组的冷却回路；第一中温热电器件组和第二中温热电器件组进行串联作为热电转换单元的第一级总输出，第一低温热电器件组和第二低温热电器件组进行串联作为热电转换单元的第二级总输出。
上述电力变换单元由电压传感器V1、电流传感器A1、电压传感器V2、电流传感器A2、第一DC/DC、第二DC/DC、电压传感器V3、电流传感器A3、车载电器、蓄电池、管理单元构成；第一中温热电器件组和第二中温热电器件组串联后的总输出端与电压传感器V1并联后与电流传感器A1串联，然后与第一DC/DC的输入端相连；第一低温热电器件组和第二低温热电器件组串联后的总输出端与电压传感器V2并联后与电流传感器A2串联，然后与第二DC/DC的输入端相连；第一DC/DC的输出端和第二DC/DC的输出端并联后作为热电转换单元的总输出端，热电转换单元的总输出端的正极通过串联电流传感器A3后与蓄电池的正极相连，热电转换单元的总输出端的负极直接与蓄电池的负极相连，热电转换单元的总输出端与电压传感器V3并联后与车载电器相连；蓄电池通过数据线与管理单元相连。
上述监控单元由电源模块、CAN模块、A/D转换模块、GPRS模块、Zigbee模块、LCD模块、时钟模块、D/A输出模块、I/O输出模块、声光报警电路、SCI模块、微控制器（MCU）、工控机构成；电源模块的输入端与电力变换单元中蓄电池的输出端相连，电源模块的输出端与微控制器(MCU)相连；CAN模块通过CAN总线与电力变换单元中的第一DC/DC、第二DC/DC和管理单元相连进行通讯； A/D转换模块的信号输入端与温度传感器T1和T2、电压传感器V1～V3、电流传感器A1～A3相连，A/D转换模块的信号输出端与微控制器(MCU)相连；D/A输出模块与热电转换单元中第一散热器和第二散热器的信号控制端相连；I/O输出模块与声光报警电路和车载电器开关控制端相连；SCI模块通过RS232/485总线与工控机相连；微控制器(MCU)通过Zigbee模块和GPRS模块与远程监控中心相连进行通信。
本发明中，热电转换单元的工作过程是：冷却系统的冷却水流过第一散热器时，由监控单元的微控制器（MCU）通过D/A输出模块控制第一散热器的转速为最大值将流入第二多列冷却水箱组和第三多列冷却水箱组的水温降到最小值，然后监控单元的微控制器（MCU）通过A/D转换模块采集温度传感器T2的值，通过D/A输出模块利用先进控制算法调节第二散热器的转速使流过它的冷却水温度保持在90℃左右，从而保证发动机冷却系统的热平衡。
本发明中电力变换单元的工作过程是：监控单元的微控制器（MCU）通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电压时刻保持相等，当蓄电池的SOC较低时，监控单元的微控制器（MCU）通过I/O输出模块控制车载电器断开，同时通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令调节它们的输出电压给蓄电池进行浮充；当蓄电池的SOC较高时，若车载电器的功率需求小于热电转换单元的中低温热电器件组的峰值功率时，监控单元的微控制器（MCU）通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电流使车载电器由热电转换单元单独供电；当蓄电池的SOC较高时，若车载电器的功率需求大于热电转换单元的中低温热电器件组的峰值功率时，监控单元的微控制器（MCU）通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电流大小使车载电器由热电转换单元和蓄电池共同承担供电。
本发明中监控单元的工作过程是：通过A/D转换模块实时采集温度传感器T1和T2、电压传感器V1～V3、电流传感器A1～A3的值，通过时钟模块记录各个参数和状态的时间，通过CAN总线接收管理单元发送过来的蓄电池SOC值、第一DC/DC和第二DC/DC发送过来的电压、电流和温度等参数，通过RS232/485向工控机发送这些参数以及第一和第二散热器的转速并进行实时显示，还通过LCD模块进行现场实时显示，同时利用GPRS模块或Zigbee模块与远程监控中心进行通讯发送上述各种信息，当上述各种参数超出所设定的正常值范围时，微控制器(MCU)通过I/O输出模块驱动声光报警电路进行报警提示。
由于本发明充分利用了前级热交换器基于中温热电器件组、后级热交换器基于低温热电器件组进行汽车尾气温差发电，实现发动机全工况的尾气废热回收，大大提高了热电转换单元的可发电功率，降低了蓄电池的容量，该系统通过GPRS模块或Zigbee模块向远程监控中心发送各种过程参数和工作状态等信息，利用工况机和LCD进行实时显示，当相关部件处于不正常工作状态时进行声光报警提示。该系统智能化程度高、实时性强、清洁高效，适用于各种传统汽车发动机的尾气废热回收利用和发电的应用场合。
附图说明
图1为本发明的整体结构原理框图。
图2为第一中温热电器件组的布局示意图。
图3为第二中温热电器件组的布局示意图。
图4为第一低温热电器件组的布局示意图。
图5为第二低温热电器件组的布局示意图。
图6为热电转换单元冷却水出口温度的PID控制示意图。
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。
本发明的主体部分由热电转换单元、电力变换单元和监控单元构成（如图1所示）；其特点是：热电转换单元利用二级热交换器与发动机尾气进行热交换，二级热交换器上下表面的中低温热电器件组吸收尾气热量，发动机冷却系统的冷却水通过冷却水箱组给中低温热电器件组的冷端冷却构建温差进行发电;电力变换单元给系统的各部件供电，并对中低温热电器件组产生的直流电能进行变换给车载电器供电或给蓄电池充电；监控单元监测系统的各种参数和状态,进行显示和报警提示，并控制相关执行部件。
热电转换单元如图1所示，由发动机、冷却系统、三元催化器、第一热交换器、第一中温热电器件组、第二中温热电器件组、第一多列冷却水箱组、第二多列冷却水箱组、第二热交换器、第一低温热电器件组、第二低温热电器件组、第三多列冷却水箱组、第四多列冷却水箱组、第一散热器、第二散热器、温度传感器T1、温度传感器T2、消声器构成；发动机的尾气出口经过三元催化器之后依次与第一热交换器、第二热交换器和消声器相连通往大气；第一热交换器的上下表面分别与m行n列布置的第一中温热电器件组（如图2所示）和第二中温热电器件组（如图3所示）的热端相连，第一中温热电器件组和第二中温热电器件组中的多个热电器件其冷端分别与第一多列冷却水箱组和第二多列冷却水箱组相连；第二热交换器的上下表面分别与第一低温热电器件组（如图4所示）和第二低温热电器件组（如图5所示）的热端相连，第一低温热电器件组和第二低温热电器件组中的多个热电器件其冷端分别与第三多列冷却水箱组和第四多列冷却水箱组相连；冷却系统的冷却水出口依次经过第一散热器和温度传感器T1后分为两个支路，其中一个支路通过管道依次与第三多列冷却水箱组中的单列冷却水箱3_1～3_n以及第一多列冷却水箱组中的单列冷却水箱1_1～1_n的入口相连，另一个支路依次与第四多列冷却水箱组中的单列冷却水箱4_1～4_n以及第二多列冷却水箱组中的单列冷却水箱2_1～2_n的入口相连，第一多列冷却水箱组中的单列冷却水箱1_1～1_n、第二多列冷却水箱组中的单列冷却水箱2_1～2_n、第三多列冷却水箱组中的单列冷却水箱3_1～3_n以及第四多列冷却水箱组中的单列冷却水箱4_1～4_n的出口通过管道相连后依次与温度传感器T2和第二散热器的入口相连；第二散热器的出口通过管道与冷却系统的入口相连构成热电转换单元中低温热电器件组的冷却回路；第一中温热电器件组和第二中温热电器件组进行串联作为热电转换单元的第一级总输出，第一低温热电器件组和第二低温热电器件组进行串联作为热电转换单元的第二级总输出。
电力变换单元如图1所示，由电压传感器V1、电流传感器A1、电压传感器V2、电流传感器A2、第一DC/DC、第二DC/DC、电压传感器V3、电流传感器A3、车载电器、蓄电池、管理单元构成；第一中温热电器件组（如图2所示）和第二中温热电器件组（如图3所示）所有器件串联后的总输出端与电压传感器V1并联后与电流传感器A1串联，然后与第一DC/DC的输入端相连；第一低温热电器件组（如图4所示）和第二低温热电器件组（如图5所示）的所有器件串联后的总输出端与电压传感器V2并联后与电流传感器A2串联，然后与第二DC/DC的输入端相连；第一DC/DC的输出端和第二DC/DC的输出端并联后作为热电转换单元的总输出端，热电转换单元的总输出端的正极通过串联电流传感器A3后与蓄电池的正极相连，热电转换单元的总输出端的负极直接与蓄电池的负极相连，热电转换单元的总输出端与电压传感器V3并联后与车载电器相连；蓄电池通过数据线与管理单元相连。
监控单元如图1所示，由电源模块、CAN模块、A/D转换模块、GPRS模块、Zigbee模块、LCD模块、时钟模块、D/A输出模块、I/O输出模块、声光报警电路、SCI模块、微控制器（MCU）、工控机构成；电源模块的输入端与电力变换单元中蓄电池的输出端相连，电源模块的输出端与微控制器(MCU)相连；CAN模块通过CAN总线与电力变换单元中的第一DC/DC、第二DC/DC和管理单元相连进行通讯；A/D转换模块的信号输入端与温度传感器T1和T2、电压传感器V1～V3、电流传感器A1～A3相连，A/D转换模块的信号输出端与微控制器(MCU)相连；D/A输出模块与热电转换单元中第一散热器和第二散热器的信号控制端相连；I/O输出模块与声光报警电路和车载电器开关控制端相连；SCI模块通过RS232/485总线与工控机相连；微控制器(MCU)通过Zigbee模块和GPRS模块与远程监控中心相连进行通信。
在本发明的实施例中，冷却系统的冷却水流过第一散热器时，由监控单元的微控制器（MCU）通过D/A输出模块输出最大电压控制第一散热器的转速为最大值将流入第二多列冷却水箱组和第三多列冷却水箱组的水温降到最小值，然后监控单元的微控制器（MCU）通过A/D转换模块采集温度传感器T2的值，将之与所设定的90℃温度值Ti比较得到温度差△T，然后基于PID算法整定比例、积分和微分系数，通过D/A输出模块输出电压调节第二散热器的转速使流过它的冷却水温度保持在85℃～90℃，从而保证发动机冷却系统的热平衡。
在本发明的实施例中，监控单元的微控制器（MCU）通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电压时刻保持相等，当蓄电池的SOC较低时，监控单元的微控制器（MCU）通过I/O输出模块输出高低电平控制车载电器断开，同时通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令调节它们的输出电压给蓄电池进行浮充；当蓄电池的SOC较高时，若车载电器的功率需求小于热电转换单元的中低温热电器件组的峰值功率时，监控单元的微控制器（MCU）通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电流使车载电器由热电转换单元单独供电；当蓄电池的SOC较高时，若车载电器的功率需求大于热电转换单元的中低温热电器件组的峰值功率时，监控单元的微控制器（MCU）通过CAN总线分别向第一DC/DC和第二DC/DC发送命令控制二者的输出电流大小使车载电器由热电转换单元和蓄电池共同承担供电。
在本发明的实施例中，监控单元通过A/D转换模块实时采集温度传感器T1和T2、电压传感器V1～V3、电流传感器A1～A3的值，通过时钟模块记录各个参数和状态的时间，通过CAN总线接收管理单元发送过来的蓄电池SOC值、第一DC/DC和第二DC/DC发送过来的电压、电流和温度等参数，通过RS232/485向工控机发送这些参数以及第一和第二散热器的转速并进行实时显示，还通过LCD模块进行现场实时显示，同时利用GPRS模块和Zigbee模块与远程监控中心进行通讯发送上述各种信息，当上述各种参数超出所设定的正常值范围时，微控制器(MCU)通过I/O输出模块驱动声光报警电路进行报警提示。
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。
