汽车尾气温差发电装置与整车系统集成策略研究

冉 渊，胡 涛，陈光耀

(1.武汉理工大学 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070； 2.武汉理工大学 汽车零部件技术湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430070)

近年来随着中国经济的高速发展，汽车保有量不断增加，车辆的节能减排性能越来越受到关注。研究表明，一般情况下汽车内燃机的热效率仅为25%～30%，而通过汽车尾气消耗的热量占内燃机燃烧能量的40%[1]，因此，采用汽车尾气温差发电技术回收并利用排气余热发电对于提高汽车动力性和燃油经济性具有重要意义。温差发电装置(thermoelectric generator, TEG)利用塞贝克效应将热能转化成电能，其主要工作部件包括热电模块、气箱、冷却装置和夹紧装置。热电模块是由多对P(positive)型半导体材料和N(negative)型半导体材料通过导流片串联而成，当热电模块两端存在温度差时出现温差电势能，在回路中接入负载产生电流。TEG具有体积小、无污染、可靠性高、无机械运动等诸多优点[2]，在汽车领域具有广泛的应用前景[3-8]，重型汽车因其布置空间足、尾气流量大、行驶工况较单一等特点可进一步发挥TEG的优势[9]。

目前，国内外众多学者在利用汽车尾气温差发电提高汽车燃油经济性方面做了大量研究。Zhang[10]采用能量密度高达5 W/cm2的纳米材料建立了一套TEG系统回收汽车尾气余热发电，发电功率超过1 kW。Deng[11]在42 V汽车电源的基础上，开发了起动机/发电机一体化的弱混合动力系统并提出了相应的控制策略，使汽车燃油经济性提高了2%。也有学者针对TEG性能、热电模块和气箱结构进行了研究，Tae Young Kim[12]通过实验建立了TEG输出功率与汽车发动机载荷及转速之间的函数关系。……