汽车尾气温差发电技术研究综述

汽车尾气温差发电技术将低品位余热通过发电装置转换成电能,可以有效地降低汽车油耗,减少废气、废热排放。文中介绍了温差发电器工作原理;叙述了温差发电技术的国内外研究现状,并对内置式和外置式温差发电器进行相关介绍;分析了汽车尾气发电的不足以及未来主要研究方向,主要包括新型热电材料的研制、温差发电器的结构设计与优化、考虑温差发电器件的失效问题和可靠性问题以及混合动力系统上应用研究等4个方面。     

电池液冷系统冷却板厚度对散热性能影响研究

带冷却板的电池液冷系统因体积较小、结构稳定及冷却效果好,得到了普遍的关注。之前的学者对冷却板材料、管路结构、环境温度和冷却液入口状态对冷却板散热性能的影响做了较多研究,但对于冷却板厚度对散热性能影响的研究却很少,因此利用流体力学仿真工具,对不同厚度冷却板的冷却模型进行有限元分析。结果显示,不同厚度冷却板下,电池模块温度变化较小,但冷却液出入口压降值变化较大。又进行不同放电倍率下,冷却液入口状态参数(温度与质量流率)的研究,发现冷却液入口温度与电池模块最高温度、最低温度之间呈线性变化;冷却液入口质量流率的变化可以同时引起电池模块最高温度和模块间温差的变化。     

尾气温差发电系统设计及其试验研究

为了能够对发动机排气系统的废气能量进行回收利用,提高发动机的热效率,对如何设计温差发电系统进行了研究。提出了采用数值计算的方法对集热器阻力和冷端散热能力进行分析,从而辅助完成尾气温差发电器的设计方法。在此基础上完成了尾气温差发电器的加工,利用台架试验对设计方法的可行性进行了研究,研究结果表明,数值计算结果和台架试验结构的偏差在5%以内,因此采用数值计算的方法辅助完成尾气温差发电系统设计是可行的;同时还发现,采用强制通风冷时可以降低冷端温度,提升温差发电片两端温差,有助于提高温差发电系统的输出功率。     

冷却系统能量回收温差发电器设计方法研究

为实现发动机冷却系统能量回收的回收利用,提出了基于数值计算对冷却系统能量回收温差发电器进行设计的方法,并利用发动机台架实验对该方法的可行性进行了验证。研究发现数值计算得到的散热系统温度和台架试验结果的偏差在3.5%以内,能量回收管阻力偏差为1.5%,这表明利用数值计算的方法对能量回收管和散热系统进行分析设计是可行的。进一步的实验表明,采用市售温差发电片对发动机冷却系统能量回收有一定的可行性,但是采用目前的结构形式使得温差发电器两端温差较小,导致其能量回收的经济性较差。     

钢制多通道结构液冷板散热特性仿真分析

不锈钢多通道液冷板相比传统铝合金液冷板具有强度高、耐蚀性好、成本低等优点。基于Fluent软件建立了钢制多通道电池包液冷系统的CFD仿真模型，分析了不同通道数液冷板对电池温度和进出口压差的影响规律。结果表明：电池的温度随着液冷板通道数增加而降低，当通道数增加到46以后，对电池温度的影响逐渐趋缓；进出口压差随着液冷板通道数增加而增大，当通道数大于46,其进出口压差呈指数形式上升，综合考虑散热效率和泵功耗，获得了最优通道数及液冷板流道结构。在该结构基础上，对冷却液进口速度和冷却液温度进行了模拟分析。结果表明：冷却液进口速度越大，电池温度越低，但是冷却液进口速度达到0.5 m/s后出现热饱和现象；冷却液温度降低会降低电池的最大温度，但同时会增大电池的最大温差，综合考虑最大温度和最大温差，采用冷却液进口温度控制在25℃较为合理。     

响应面法的温差发电器优化设计

为提高温差发电器的发电效率,同时保证整机轻量化,提出了以发电器结构参数为设计变量,以质量、排气背压和发电片两侧温度差为目标函数的整机多目标优化设计方案。首先利用中心复合设计法、有限元法分别进行设计点的选取与计算。其次利用响应面法构建设计变量与质量、温差、排气背压三个响应量的响应面模型,并进行了灵敏度分析。通过多目标遗传优化算法进行基于响应面模型的多目标优化,优化后温差发电器的发电效率提高了7.3%。最后对优化结果进行了可靠性验证。     

余热利用温差发电器件设计与制作

温差发电器件是一种利用半导体材料的物理性能,实现热能与电能的直接转换全固态能量转换装置。温差发电器件由于没有运动部件,具有无噪音、无磨损、寿命长、稳定性高等优点。依据塞贝克效应,对温差发电器件的结构进行设计,选用氧化铍陶瓷基片,大大提高单位面积热通量;此外还研究了P/N结对数对温差发电器件的电优值的影响。以提高加工效率和质量为目标,拟定其加工流程,并对温差发电器件的组装过程进行详细说明和组装模具进行了详细设计。为温差发电器件的制作工程应用提供了一定的参考。     

基于神经网络和遗传算法的温差发电器优化设计

提出了将温差发电器对内燃机排气背压的影响纳入温差发电器的优化设计过程的观点,设计了一套新的温差发电器优化方案。以发电器尺寸参数为设计变量,以排气背压、质量作为约束条件,以发电片温差为目标进行优化设计。利用中心复合设计法选取试验点,对试验点进行CFD仿真,采用高预测精度的改进BP神经网络拟合设计变量与目标函数间的关系,再利用遗传优化算法在设计空间寻找最佳设计点。优化后消除了发电器对排气背压的影响,温差提高了8.8%,质量降低了6.7%。     

内置式温差发电器热通道的数值模拟

内置式结构在强化传热的同时将不可避免的对流体的流动产生阻力,为研究不同内置结构对温差发电器热端综合换热效果的影响,利用fluent商用软件对热通道的内流场和换热特性进行了数值模拟。详细介绍了从CAD软件辅助建模,网格划分和边界层定义到计算结果输出与后处理的整个过程,并通过计算得出了不同速度条件下光管、内置板以及内置粗糙肋板等热端模型的阻力与传热特性,并通过对计算结果的分析为热通道的结构优化指出了方向。     

基于CFD仿真的分流翅片液冷板传热特性研究

锂离子电池的化学过程将产生大量的热,必须对产生的热量进行管理,防止温度过高导致电池性能衰减.针对具有分流翅片液冷板的方壳锂电芯模组建立了三维模型,并对模组在1C、2C和3C的放电倍率下,仿真研究动力电池模组的温度分布和液冷板内部的传热特性.结果表明,模组顶部温度高于底部温度,并且随着放电倍率增大,模组最大温差也增大,而电芯平均温度分布情况相似.冷却液温度由入口到出口处逐渐升高,分流翅片有效加强了冷却液的局部流动,提高了冷却液与电芯的传热效率.