发动机燃料产生的能量大约有2/3没有利用就通过排气管排到大气中了。宝马公司向这种浪费现象发起了挑战，应用航天领域已经采用的TEG技术，将多余的热能直接转化为电能，从中获得更多收益。这种方法当然比只采用增压器增压的能源利用率要高。

TEG技术成为减少发动机能量浪费的有效途径

从本质上来讲，内燃机是一种非常浪费的机械设备：燃料中所蕴含的能量只有1/3被内燃机转换为机械运动，驱动汽车行驶，而其余的能量都通过排气管而白白浪费掉了。因此，如何回收能量一直都是一项重要的技术课题。

现在，宝马公司向这种浪费发起了挑战。宝马慕尼黑总部的工程师认为有两种方法能够把这些丢失的能源利用起来：一种是所谓的热动力耦合技术，经热交换器将汽车排放尾气中的高温传递给冷却介质，生产尾气蒸汽，由尾气蒸汽产生的能量驱动一个制冷发动机，与内燃机曲轴输出的动力耦合在一起。在实验室条件下，工程技术人员已经能够实现最多节油15%的目标，但是这项技术距离批量应用还需大约七八年的时间。

图1 最大的温度差在电极上产生了电压

第二种技术就是直接将热能转化为电能的发电技术——半导体热电堆发电技术，其原理是基于半导体的Seebeck效应，直接将热能转化为电能。该技术和太阳能光伏发电技术并称为21世纪两大最具潜力的新型发电技术。由于该技术没有机械性的中间过程，例如使用发电机时的机械能量转换过程，因此有着很高的能量转换效率，可快速完成能量转换。目前，宝马公司正在进行该项技术的研发。

宝马公司采用的热电转换技术是十几年前航天技术中所常用的，美国宇航局（NASA）就利用热电元件和温度差为航天器发电。但是长期以来，汽车工业领域中却没有一个人对这一技术感兴趣，因为TEG热电发电机的价格太高，得到的电力却有限。由于材料科学和金属研究的巨大进步，使得半导体的导电性能有了极大的提高和改进。一种在2000年研发成功的新的纳米技术将热电半导体的效率由8%提高了到了20%。

在宝马5系列样车中的实践

宝马公司在其5系列基础样车的排气系统中安装了这种TEG热电发电机，由它把发动机排出的预热直接转换为电能。这一热电元件安装在一个与排气系统平行的旁通支路中。这一支路所需的空间为：长度大约30cm，高、宽各10cm。因此，在车辆换型重新配置底盘总成时，可以将这一系统集成在新车型中。据宝马慕尼黑总部的研发人员估计：大约五六年后这一技术将可以批量投放市场。

图2 TEG热电发电机不大，但在批量生产的车辆中个头也不小

那么，热电发动机到底安装在什么位置？炽热的发动机废气和冷却器之间是利用Bismuttellurid材料制造的电极的安身之处。当它探测到有温度差时，能在其正负极之间产生电压。Bismuttellurid电极的发电能力与温度差异的大小有关，即与发动机排气的温度有关。

利用这种方法，宝马公司绕开了有着能量损失的化学能向热能、机械能和最后再转换为电能的思路。为了使传统的发电机能够发出1 000W的电力，发动机需要提供大约2 000W的机械能。对于一台效率为33%左右的汽油发动机而言，则需要消耗6 000W能量的燃油。

研发人员经过了近十年的研究，已经使热再生的发电效率提高到近20%。这已经非常接近迄今为止的发电机了。由于TEG热电发电机的能量守恒效率与排气温度有关，因此发动机的转速和运行状况也有着非常重要的作用。当车速达到60～70km/h时，半导体热电元器件就开始工作了。将来，当车速达到125km/h时，TEG发电机可以发出的电力约600W，这相当于5系列汽油动力宝马轿车平均的用电量。据研发人员估计，当车速进一步提高时，几年内TEG热电发电机提供的电力可达1 000W左右。

不同技术的能源利用率

在实践中，这一数值是达不到的：当车辆在市区内行驶时，发动机排出的废气温度达不到足够热电发电机发电的温度。汽车的停车-起步自动控制装置限制了发动机排气温度的提高。在有负载时及长途行驶中，发动机能够提供足够的热能。此时，TEG热电发电机甚至能够承担全部的汽车供电任务。这时，传统的发电机则可以断开，停止工作。

因为世界上大多数国家都有最高车速的限制，所以在德国，也有人重新提起限制车速的问题，因为几乎不可能实现600W电力供应。

据宝马公司介绍，使用TEG热电发电机能够比使用传统发电机（完全放弃还是不可能的）或者比使用蓄电池要减轻1kg或者几公斤的质量，这多多少少对热电发电机的研发是一个安慰。利用这种技术，也许可以省略大约10kg需要平衡、补偿的重量。为此，宝马公司正在努力准备TEG热电发电机的批量生产。

宝马公司为减少底盘重量、节省安装空间和降低制造成本做好准备的原因有两个：第一是降低燃油消耗。毫无疑问，TEG热电发电机系统具有降低油耗的功能；第二是减少CO2的排放。德国豪华轿车的生产厂家们必须像用麦秸吸管吸取瓶中最后的果汁一样，一克一克地来减少CO2有害气体的排放，即使是在降低每一克 CO2排放措施的费用已经达到了经济理由的边界线时。