汽车尾气热电发电DC-DC转换器研究与设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

2009年，我国汽车保有量达到7619万辆，汽车年消耗燃油超过1.5亿吨，占全国燃油消耗总量的40%以上。在汽车消耗燃油所产生的能量中，约40%的能量以废热形式由尾气排出。按2009年汽车保有量和汽车燃油消耗总量计算，约6000万吨燃油产生的能量以尾气废热形式排出，折合成原油约1亿吨，相当于两个半大庆油田的年产量。汽车尾气废热具有沿排气管梯级分布的特征，在发动机及排气歧管附近，最高温度超过500℃，在一级消声器之前的大部分区域温度在250℃以上。 热电发电技术（又称温差发电技术）是利用热电转换材料直接将热能转换为电能的新能源技术，具有结构简单、可靠性高、可高效利用热能发电的特征。具有梯级能量特征的尾气废热非常适合利用热电发电技术回收利用。以2.0L轿车为例，如果利用转换效率为10%左右的热电发电材料，则可将尾气废热能量的8~10%直接转换为电能，可降低燃油消耗10%以上，减少CO2排放约1吨，这对实现我国节能减排战略目标具有重大意义。

据相关资料显示，在汽车热电转换方面，美国国家科学基金和能源部投资140万美元用于研制一种新型汽车尾气发电机，有普渡大学、密西西比大学等参与研究，目前尚未得出明确结果，且该研究设计复杂庞大，耗费巨大。与此同时，美国HI-Z公司为热电转换研制了一种热电模块，在温差为200℃时，单片模块输出功率可达20W。而日本NISSAN汽车公司研制中心，利用热电偶的热电转换原理，在汽油机的排气管中部，添加了热电转换模块，可以将尾气中11%的热量转换成电能。不过上述装置，现在还在研究阶段，并没有投入生产。 同时，在国内只有华东师范大学与电子科大两所大学正在研制用于废热回收的热电转换发电机。相关的吉林合力部件有限公司生产出一种汽车余热发电系统，它是在后排气管上安装一种能量转换器，能量转换器的电量输出端通过连接器连接汽车电池的输入端。在汽车行驶时，通过后排气管排放高热量的尾气，能量转换器吸收热能并转换电能，其转换效率未知。同类利用汽车尾气余热的发明设计还有：华北水利水电大学的利用汽车尾气热量实现对物品进行保温的保温箱。目前，热电转换技术主要应用于一些高技术领域，比如通信技术中光纤接口处的精确温控利用了热电致冷技术；微波通信技术中处于极地、沙漠、森林等无人地区的微波中继站的电源多数使用了热电发电技术。此外，诸如垃圾焚烧余热、炼钢厂的废热发电的研究也正在开展，日本、美国和德国已拥有一些相关的应用技术，而大规模的生产正在进一步商榷筹划中。除了在汽车方面的研究，人们也正在扩大热电转换用于其他方面的研究。现在市场上也出现了很多利用热电转换原理生产的产品。便携式热电冰箱、油灯燃料余热放电装置、热电饮水机和热电空调等都已不再陌生并有待进一步的推广使用。二十一世纪将是一个使用绿色能源为主的高技术时代，热电转换理念正在被更多的科技工作者和研发型企业关注，各地区各领域的相关深入研究正在如火如荼的展开。

2. 研究的基本内容与方案

研究（设计）的基本内容:

(1)、了解车载热电发电的工作原理；

(2)、完成buck型dc/dc转换器的主电路拓扑设计与优化；

3. 研究计划与安排

第1周：下达毕业设计任务书及要求，查阅国内外研究现状等文献；

第2周：查阅文献，讨论毕业设计任务和内容；

第3章：撰写并提交毕业设计开题报告；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 傅娇娇. 汽车热电发电系统模型及控制研究[d]. 华东交通大学 2013

[2] 熊晶. 汽车热电发电系统建模及设计研究[d]. 华东交通大学 2012

[3] 靳鹏,彭辉,郭孔辉. 热电技术在汽车上的应用综述[j]. 汽车技术. 2010(05)