保持发动机热量和背压平衡的热电转换系统及监控方法
【技术领域】
[0001]本发明属于节能与新能源汽车领域，具体涉及一种保持发动机热量和背压平衡的热电转换系统及监控方法。
【背景技术】
[0002]传统燃油发动机的燃油能量约30%以尾气废热的方式排放，造成了巨大的能量浪费，采用热电转换技术回收尾气废热进行发电供给车载系统使用是提高其燃油经济性的一个重要途径。热电转换的功率与各个热电器件冷热端的温差成正比，目前，现有的大多数汽车尾气热电转换系统采用外部循环水栗加冷却风扇方式对冷却水进行降温冷却控制热电器件的冷端温度，消耗了大量电能，并且有时候消耗的电能大于热电器件回收尾气废热产生的电量，这样造成了系统整体效率低下。此外，发动机排气管与热交换器相连未做背压处理，热交换器内部流场结构加大了发动机原有的尾气背压，降低发动机原有的动力性、燃油经济性和排放性能，这种情况下尽管热电器件回收尾气废热产生了电能，但是也是得不偿失。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种保持发动机热量和背压平衡的热电转换系统及监控方法，既实现了发动机尾气废热回收发电的要求，又保持了发动机冷却系统的热平衡和发动机背压的稳定。
[0004]为实现上述目的，本发明所设计的保持发动机热量和背压平衡的尾气热电转换系统，包括热电转换单元及与所述热电转换单元相连的监控单元，所述热电转换单元包括发动机及通过排气歧管与所述发动机相连的热交换器，所述发动机的冷却系统通过调压阀与主散热片管道的入口相连，所述主散热片管道的出口分为两路，一路与第一多列冷却水箱组的入口相连，另一路与第二多列冷却水箱组的入口相连，所述第一多列冷却水箱组与第一低温热电器件组的冷端相连，所述第二多列冷却水箱组与第二低温热电器件组的冷端相连，所述第一低温热电器件组的热端与所述热交换器上表面相连，所述第二低温热电器件组的热端与所述热交换器下表面相连，所述第一多列冷却水箱组的出口和所述第二多列冷却水箱组的出口相连后分为两路，一路通过第一水阀与保温管道的入口相连，另一路通过水阀与至少一个副散热片管道的入口相连，所述保温管道的出口和副散热片管道的出口相连后与冷却系统的入口相连；
[0005]所述发动机的排气歧管经过第一截止阀与过滤器相连，所述过滤器的出口与自力式阀前压力调节阀的入口相连，所述自力式阀前压力调节阀的出口与第二截止阀的入口相连，所述第二截止阀的出口分为两路，一路与所述热交换器的入口相连，另一路与旁通阀的入口相连，所述旁通阀的出口与所述发动机的排气歧管出口相连。
[0006]进一步地，所述副散热片管道采用三个，分别为第一副散热片管道、第二副散热片管道和第三副散热片管道，第一副散热片管道的长度小于第二副散热片管道的长度，第二副散热片管道的长度小于第三副散热片管道的长度;所述第一多列冷却水箱组的出口和所述第二多列冷却水箱组的出口相连后分别通过第二水阀与第一副散热片管道连通、第三水阀与第二副散热片管道连通、第四水阀与第三副散热片管道连通。
[0007]进一步地，所述冷却系统与所述调压阀之间设置有温度传感器Tl，所述调压阀与所述主散热管道之间设置有压力传感器Pl，所述主散热管道的出口经过温度传感器T2后分为两路，所述第一多列冷却水箱组的出口和所述第二多列冷却水箱组的出口相连后经过温度传感器T3分为两路，所述保温管道的出口和所述副散热片管道的出口相连后经过温度传感器T4与所述冷却系统的入口相连，所述发动机的排气歧管与所述第一截止阀的入口和旁通阀的出口之间设置有压力传感器P2，所述过滤器与所述自力式阀前压力调节阀之间设置有压力传感器P3，所述第二截止阀的出口经过压力传感器P4后分为两路，所述第一低温热电器件组和所述第二低温热电器件组之间连接有电压传感器Vl。
[0008]进一步地，所述热交换器的出口依次与三元催化器和消声器相连后通往大气。
[0009]进一步地，所述监控单元包括微控制器MCT、D/A输出模块、A/D转换模块及I/O模块，D/A输出模块、A/D转换模块及I/O模块均与微控制器MCU相连;所述D/A输出模块与所述调压阀的信号控制端相连;所述A/D转换模块的输入端与压力传感器P1、压力传感器P2、压力传感器P3、压力传感器P4及电压传感器Vl的信号输出端相连，所述I/O模块与温度传感器T1、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、第一水阀、第二水阀、第三水阀、第四水阀、第一截止阀、第二截止阀及旁通阀的信号端相连。
[0010]进一步地，所述监控单元包括与所述微控制器MCU相连的上位机和LCD模块，所述上位机和LCD模块实时显示A/D转换模块采集的各种信息以及各个阀的开关状态。
[0011]进一步地，所述监控单元包括与所述微控制器MCU相连的Zigbee模块和GPRS模块，所述Zigbee模块和所述GPRS模块将A/D转换模块采集的各种信息和各个阀的开关状态发送给远程监控中心。
[0012]—种如上述所述保持发动机热量和背压平衡的尾气热电转换系统的控制方法，所述控制方法包括如下步骤:
[0013]步骤1:不接热交换器测试发动机在额定功率时的尾气压力值P’，以此值作为依据设置自力式阀前压力调节阀的设定值；
[0014]步骤2:接上发动机排气歧管后的阀和热交换器，发动机启动后，同时控制第一截止阀、第二截止阀、旁通阀的开度，使压力传感器P2的值与P’之间的误差小于5%;
[0015]步骤3:发动机启动后，控制调压阀开启，若T3< Tl，控制第一水阀开启，同时控制与副散热片管道相连的水阀关闭;若T1<T3，控制与副散热片管道相连的水阀开启，同时控制第一水阀关闭。
[0016]进一步地，所述副散热片管道采用三个，分别为第一副散热片管道、第二副散热片管道和第三副散热片管道，第一副散热片管道的长度小于第二副散热片管道的长度，第二副散热片管道的长度小于第三副散热片管道的长度;所述第一多列冷却水箱组的出口和所述第二多列冷却水箱组的出口相连后分别通过第二水阀与第一副散热片管道连通、第三水阀与第二副散热片管道连通、第四水阀与第三副散热片管道连通；
[0017]所述控制方法包括如下步骤:
[0018]步骤1:不接热交换器测试发动机在额定功率时的尾气压力值P’，以此值作为依据设置自力式阀前压力调节阀的设定值；
[0019]步骤2:接上发动机排气歧管后的阀和热交换器，发动机启动后，同时控制第一截止阀、第二截止阀、旁通阀的开度，使压力传感器P2的值与P’之间的误差小于5%;
[0020]步骤3:发动机启动后，控制调压阀开启，若T3 5 Tl，控制第一水阀开启，同时控制第二水阀、第三水阀和第四水阀关闭；若0<(T3-T1)<3°C，控制第二水阀开启同时控制第三水阀、第四水阀和第一水阀关闭；若3 < (T3-T1) < 50C，控制第三水阀开启同时控制第一水阀、第二水阀和第四水阀关闭；若(T3-T1)>5°C，控制第四水阀开启同时控制第一水阀、第二水阀和第三水阀关闭。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下优点:充分利用散热片管道进行冷却水的预先冷却，以及经过热电器件组热交换后再做二次冷却，一方面可以较大程度降低热交换器的冷端温度，另一方面又保持了原有冷却系统的热平衡;此外，采用自力式阀前压力调压阀及其辅助设备控制发动机排气歧管出口的尾气背压与未连接热交换器时的压力值尽可能一致，在进行尾气废热回收发电的同时实现了发动机的背压平衡；
[0022]该系统未增加辅助系统的功率消耗，在保持发动机热平衡和背压平衡的前提下还能高效回收尾气废热进行发电，可广泛应用于传统燃油发动机尾气热电转换再利用的场合，并且清洁、高效、无污染，具有良好的节能与减排前景。
【附图说明】
[0023]图1为本发明保持发动机热量和背压平衡的尾气热电转换系统的原理图；
[0024]图2为本发明保持发动机热量和背压平衡的尾气热电转换系统的控制方法流程图。
[0025]图中各部件标号如下:发动机1、冷却系统2、调压阀3、主散热片管道4、第一副散热片管道5、第二副散热片管道6、第三副散热片管道7、保温管道8、第二水阀9、第三水阀