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原文传递基于热电等效电路模型的尾气温差发电最大功率点跟踪控制研究

论文题名：	基于热电等效电路模型的尾气温差发电最大功率点跟踪控制研究
关键词：	汽车温差发电器;热电等效电路模型;最大功率点跟踪;混合控制;能量回收
摘要：	汽车燃料燃烧所释放的能量中，只有大约25%用于驱动车辆行驶以及车载电器供电。将车辆尾气的余热能回收再利用是降低整车油耗和CO2排放、提高能量利用效率的有效途径。热电半导体材料可以将热能转化为电能，由热电材料作为核心器件的温差发电器利用这一物理特性，以车辆的高温尾气作为热端，空气或者发动机冷却液作为冷端，将两端的温差能转化为电能回收利用。与其他尾气余热回收相比，温差发电器具有无运动件、无磨损、无噪声、使用寿命长等优点。汽车尾气经过温差发电器后，热能转化为不规律的电能，后级的DC-DC转换器将此电能转化为稳定的电压源与整车供电系统相连。本文将常用于热电能量传递机理研究的热电等效理论引入回收控制研究，探究车辆多工况变迁下温差发电器能量传递机理与回收控制之间的联系，提出了一种新型混合控制算法，提高了车辆多工况变迁时温差发电器的回收性能，主要研究内容为：　　首先，利用热力学相关知识，进行热电能量传递机理的分析。基于Multisim软件建立温差发电模块单PN结的SPICE等效电路模型，在此基础上进一步建立单片温差发电模块的等效电路模型，仿真分析了系统模型的稳态特性和动态特性，得到了热电耦合系统的输出特性。将SPICE仿真结果与ANSYS仿真结果进行了对比，建立一个小型热电装置进行试验，验证了理论分析的正确性。　　其次，本文根据最大功率点跟踪的原理，建立最大功率点跟踪模型。对最大功率点跟踪的控制算法进行研究，基于恒定电压法和滞环比较法设计了一种新型混合控制算法。根据热电等效电路模型的耦合输出特性，对算法关键参数进行优化。最后基于算法模型的内在逻辑，将新提出的混合最大功率点跟踪算法与其他传统算法进行了比较分析。　　然后，本文考虑算法模型的建模环境，基于MATLAB/Simulink搭建完整的温差发电系统模型，包括温差发电器输出功率模型以及基于最大功率点跟踪控制的系统回收电路模型，接着建立了四种最大功率点跟踪方法的仿真模型，考虑TEG应用于车辆时的实际工况，对车辆保持匀速时的恒定工况以及车辆急减速时的突变工况进行了仿真，将新提出的混合最大功率点跟踪算法与其他传统算法进行比较分析，最后对基于热电等效电路系统输出特性的优化混合算法与优化前算法进行了仿真对比。　　最后，设计基于Buck-Boost电路的温差发电系统最大功率点跟踪控制器，基于MCU控制芯片STM32F103编写控制程序，该控制器集成最大功率点跟踪控制与电能匹配输出系统，使温差发电系统可以匹配车载供电电压，通过调节回收电路负载达到功率传输的最大化。搭建温差发电系统的回收控制试验平台，实现了系统能量回收的最大功率点跟踪控制。
作者：	周润泽
专业：	车辆工程
导师：	汪若尘
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文