[发明专利]汽车尾气热电转化装置电气拓扑结构的优化方法

说明书

本发明提供一种汽车尾气热电转化装置电气拓扑结构的优化方法，测试单个热电模块的输出性能，创建构建汽车尾气热电转换装置中各个热电模块的等效电路模型；根据等效电路模型建立扩展MTSP模型，运用遗传算法进行拓扑结构的优化计算，得到优化的MTSP模型，得到最优结构单元数和最优拓扑结构，构建汽车尾气热电转换装置。本发明结合各自的输出特性对它们进行拓扑结构优化后，保证每个结构单元都有着较大的开路电压和较小的内阻，这使得各结构单元串联后整体能够获得较大的峰值功率，汽车尾气热电转换装置的整体效率和性能大大提升。

技术领域

本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种汽车尾气热电转化装置电气拓扑结构的优化方法。

背景技术

传统内燃发动机的燃油能量仅有约30％转化为机械能，其余都以冷却水或尾气方式直接排放。若基于热电转换技术将尾气排出的废热进行回收发电并在车载系统中加以利用，对提高汽车发动机的燃油经济性具有重要意义。其中，利用多个热电模块构建汽车尾气热电转换装置(汽车尾气热电发电器)是回收汽车尾气废热实现发电的一种新技术途径。大功率汽车尾气热电转换装置通常包含有几十个或上百个热电模块，由于受内部流场结构设计因素影响，尾气流过热交换器时其表面温度难以实现完全的均匀化分布，因此各个热电模块的热源温度不同，在相同冷源条件下它们的冷热端温差各异。此外，由于加工制造工艺水平的局限和安装夹紧方式的不一致，各个热电模块的内阻也会有较大差异。在实际输出时，若将所有热电模块进行串联，尽管汽车尾气热电转换装置的开路电压较高，但其内阻也会很大；如将所有热电模块进行随意并联，尽管可以输出较大电流，但不同开路电压等级的热电模块之间会产生环流从而造成汽车尾气热电转换装置内部的功率消耗，降低其性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种汽车尾气热电转化装置电气拓扑结构的优化方法，能够提高汽车尾气热电转换装置的整体效率和性能。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种汽车尾气热电转化装置电气拓扑结构的优化方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、测试单个热电模块的输出性能，创建构建汽车尾气热电转换装置中各个热电模块的等效电路模型；

S2、将热电模块编码、划分到若干个结构单元内，根据所述的等效电路模型建立扩展MTSP模型，运用遗传算法进行拓扑结构的优化计算，得到优化的MTSP模型；

S3、根据优化的MTSP模型，得到最优结构单元数和最优拓扑结构；

S4、根据最优拓扑结构，构建汽车尾气热电转换装置。

按上述方法，所述的S1具体包括：

1.1，维持恒定的冷源温度和安装压力；

1.2，测量不同输出电流条件下单个热电模块一组电压—电流—功率特性曲线；

1.3，改变热源温度，重复1.2；

1.4，根据所得单个热电模块不同温度下的电压—电流—功率特性曲线，将单个热电模块等价为一个与温差相关的可变电压源串联一个恒定内阻，建立等效电路模型。

按上述方法，所述的S2具体包括：

2.1，对热电模块编码，划分到若干个结构单元内；

2.2，对各结构单元内的热电模块进行划分，计算不平衡因子得到最优划分方案；

2.3，产生初始种群，并计算适应度；

2.4，对种群依次进行选择、交叉、变异运算；

2.5，判断是否满足收敛条件，不满足返回步骤2.4，满足则执行步骤2.6；

2.6，解码得到最优解，即为优化的MTSP模型。