重型车柴油发动机尾气流速快、热能多、空间大非常适合利用温差发电技术回收利用。由于整个车载热电发电装置的性能涵盖从热电模块到热电发电机，再到整车应用层面的全链条优化，因此针对重型车应用需求，考虑车载尾气热电发电新型电气系统的多源非线性耦合特性，根据能量流工作模式决定多能量源的功率分配，降低系统的燃油消耗成本，从而提高其燃油经济性。本文以重型车尾气热电发电新型电气系统为研究对象，开展系统建模与能量优化等研究，主要研究内容及成果如下：
　　集成热电发电机、局部空调与原有重型车电气系统，构建车载尾气热电发电新型电气系统混合逻辑动态（MLD）模型。首先基于有限容积法和递推最小二乘法建立热电发电机的变物性参数热阻网络模型，分析车载发电机性能、铅酸电池包SOC变化率、DC/DC变换器效率、局部空调和原车用电器需求功率特性，完成系统部件模型建立；然后分析柴油发动机启动、低速低负荷、低速高负荷、高速高负荷、高速低负荷和熄火短期六种状态下系统能量流工作模式；最后引入MLD建模方法，建立了包含状态方程和约束条件在内的系统集成MLD模型。
　　针对由若干热电模块构成的车载热电发电机，研究了热电模块热拓扑及能效关联与优化算法。根据Plackett-Burman试验设计选择独立的试验因素（热电模块的数目、分布）开展测试，回归分析得到试验因素的显著性，筛选重要因素。基于中心组合旋转设计建立重要因素的响应面形式。提出了以热电发电机能效（最大输出功率、热电转换效率）为性能指标的非劣排序遗传算法，采用优劣解距离法对Pareto最优解排序，获得一组设想的最优解。仿真结果表明相比于初始设计，优化后的热电发电机最大输出功率、热电转换效率明显提高。
　　为了确保车载热电机以最大功率输出，提出了基于车载热电发电DC/DC变换器的最大功率跟踪建模与控制方案。基于状态空间平均法对非线性Buck电路进行动态小信号分析，建立Buck电路线性交流小信号模型。采用自适应变步长人工神经网络法（ANN）计算热电发电机最大功率处的参考电压，提出模糊PID控制器对PID参数校正以提高电压闭环的动态响应和稳态性能。通过Matlab/Simulink仿真环境中尾气入口温度、质量流量变化对提出的最大功率跟踪控制方案进行了有效验证。
　　针对建立的车载尾气热电发电新型电气系统，通过动态规划算法，计算铅酸电池包SOC参考值。阐述了模型预测控制的理论依据和运算流程，设计显式模型预测控制策略，求解车载发电机扭矩大小的最优解序列，基于此控制序列搭建ADVISOR仿真平台中的控制模块。仿真结果表明在美国城市驱动工况（UDDS）和新欧洲行驶循环工况（NEDC）下，基于MLD模型的模型预测控制策略可有效地提升车载尾气热电发电新型电气系统的燃油经济性。
　　建立了重型车热电发电实验台架，开展台架和道路测试。对热电发电装置的输出性能进行测试，验证了热电模块组热拓扑优化结构及最大功率跟踪控制方案的有效性。
　　综上所述，本文分别对车载尾气热电发电新型电气系统MLD建模、热电模块热拓扑及能效关联分析与优化、热电发电DC/DC变换器最大功率跟踪、和热电发电新型电气系统的能量管理等关键问题进行了研究，提高了热电发电机的电气性能和车载尾气热电发电新型电气系统的燃油经济性。