近年来,随着汽车保有量逐年增大及能源危机日益严重,节能问题已经成为制约汽车工业发展的重要因素。随着汽车电子化进程,汽车电子产品不断增加,对电能的需求越来越多,然而汽车发电系统效率却非常低。同时,大量热能随着汽车尾气、发动机冷却水等方式浪费掉,造成能量损失。绿色环保技术汽车尾气热电发电技术通过回收尾气废热发电,可以提高汽车燃油经济性。这项研究是国际前沿课题,目前处于开发的初期阶段,具有很大发展潜力,是未来汽车辅助动力系统的一个发展方向。本文以提高我国在此领域的自主开发能力为宗旨,深入研究了热电发电系统整体效率、在传统汽车及混合动力汽车上应用节能效应以及热电发电系统控制器开发等若干关键问题。首先阐述了本文选题的学术背景及应用前景,对汽车废热可利用程度以及汽车尾气废热利用情况做了概述。介绍热电发电基本原理、热电发电机基本组成、半导体热电材料发展及热电发电组件研发生产状况,总结了汽车尾气热电发电系统关键技术,给出本文主要研究内容。其次对几种典型热电发电机样机进行对比分析,从热平衡角度分析影响汽车尾气热电发电系统整体效率主要因素。在直接加热型热电发电机基础上,提出一种新构形热电发电机,通过使用独立工作盘式螺旋换热器,提高尾气废热回收能力。采用模块化思想建立直接加热型热电发电机和新构型热电发电机仿真模型,通过对仿真结果与试验结果比对,验证模型有效性。以整车仿真软件ADVISOR为平台,完成两种构型热电发电机模型与整车模型集成。然后针对具体车型,在三种典型车速下详细研究电发电机输出特性。对比分析直接加热型热电发电机和新构型热电发电机的输出特性及热电发电机在汽车上应用的附带功率损耗,基于遗传算法优化关键参数,阐述热电发电机输出功率提升空间。之后详细分析热电发电机在传统汽车上替代常规发电机问题及对整车经济性的影响,通过具体车型在几种循环工况下仿真分析汽车尾气热电发电系统在串联式混合动力汽车和并联式混合动力汽车上应用的节能效应。仿真结果显示两种构型热电发电机都可以在一定程度上提高混合动力汽车整车经济性,新构型热电发电机对降低整车油耗的效果更佳。最后自主研制汽车尾气热电发电系统控制器。控制器主芯片采用飞思卡尔公司的MC9S12D64,外围电路主要包括直流电压转换电路、最大功率跟踪电路以及CAN总线电路等。在Codewarrior环境下编制了软件程序,进行功能性测试后,对热电发电控制器进行温度、过载、电磁兼容等可靠性设计,按照国家标准进行高低温试验和静电放电试验,验证所开发控制器具有较高可靠性。论文主要创新点如下:(1) )提出一种新构型热电发电机,通过使用独立工作盘式螺旋换热器,提高尾气废热回收利用率;建立热电发电机模型,通过仿真技术对比研究两种构型热电发电机输出特性与自身附带损耗,基于遗传算法进行参数优化。(2)通过仿真技术系统分析热电发电机在传统汽车替代常规发电机问题及在传统汽车和混合动力汽车上应用时节能效应,为热电发电技术在汽车上应用初期设计提供理论基础,(3)自主开发汽车尾气热电发电控制器,实现最大功率跟踪和蓄电池电压控制,完成可靠性设计及测试。