雅马哈和住友商事POWER & MOBILITY：验证利用热电发电减少汽车二氧化碳的排放量

Posted 2022-06-03 sinat_41698914

利用发动机余热再生发电，证实2L汽油车的二氧化碳排放量有望减少最多3.1%

雅马哈株式会社与住友商事集团旗下的住友商事POWER & MOBILITY株式会社共同（以下简称为“两家公司”）针对可利用汽车尾气余热发电的余热发电单元开展车辆验证试验（以下简称为本验证试验），验证了该单元可有效减少车辆的二氧化碳排放量。

将余热发电单元安装在汽车的排气管上，可利用迄今未被有效利用的尾气热量再生发电，降低交流发电机的负荷，并且在发动机启动时，利用这些热量促进预热，从而可减少车辆的二氧化碳排放量。

本验证试验将余热发电单元安装在车辆上，利用台架测量再生电量和二氧化碳排放量。试验结果显示，以欧洲WLTP※1标准驾驶时，实测二氧化碳排放量减少了1.9%（3.9g/km），并进一步发现，如果对该单元安装在车辆上的位置进行最优化，二氧化碳排放量有望减少最多3.1%（6.4g/km）。

研发背景
为了实现零碳社会，近年来各国加速采取相关举措，在汽车领域也对减少二氧化碳排放提出了很高的要求。
热电发电（Thermoelectric Generator，以下简称为“TEG”）是很早就受到关注的环保技术，也是汽车领域实现二氧化碳减排的技术，得到了广泛研发。但是，此前各家公司研究认为TEG模块的性能和可靠性不足，而且没有对安装了该模块的汽车进行充分的系统研究，出于上述及其他原因，至今尚未投入实际应用。
两家公司从2021年3月开始销售拥有全球最高输出且尺寸最大※2的TEG模块“YGPX024※3”的样品，并对市场需求进行了调查，而此次是针对有望达到庞大市场规模的车用领域实施了本验证试验。

试验概要
本验证试验委托FEV Europe GmbH（总部位于德国亚琛）进行，将余热发电单元和降压转换器构成的系统安装在车辆上，并且在底盘测功机上进行了台架试验。试验详情如下所示。

■测试车辆
捷豹F-PACE （2L 汽油车涡轮增压、SUV）

■余热发电单元的构成
　余热发电单元由4个“YGPX024”TEG模块和尾气专用及冷却水专用热交换器构成，层叠为三明治般的构造。另外，此次使用的“YGPX024”采用了独特的构造和制造方法，实现了全球最高输出与针对汽车应用的可靠性※2。

■车辆安装方法
余热发电单元安装在催化剂下游的排气管上，而且发动机冷却水在进入该单元之前进行分流、延长并连接。此时，继续使用车辆原有的水泵供给冷却水。在电气系统方面，TEG模块产生的电力经过降压转换器回充到电池中，这一电路与原有的交流发电机并联。由此可将再生的电力直接提供给车辆的电池，作为设想的实际车辆的系统进行了评价。

■评价方法
在台架试验中，通过实际测量在欧洲WLTP（包括Phase4）、北美US06※4、发动机转速恒定状态下的二氧化碳排放量和再生电量，明确了车辆安装该单元时具有二氧化碳减排效果。

试验结果
在各项驾驶试验中，二氧化碳减排量、再生电量的主要结果如下所示。

• 欧洲WLTP标准驾驶
  二氧化碳减排量：减少1.9%（3.9g/km）、最大再生电量：165W
• US06工况驾驶
  平均再生电量：97W
• 发动机转速恒定为2,000rpm（假定为串联混动车辆）
  再生电量：195W，相当于交流发电机发电量的40%

此外，在上述试验中，由于受到试验车辆布局的限制，通过单元的尾气温度不够高。因此在提升尾气温度再次进行试验时，同时还获得了以下试算结果：将余热发电单元安装在最佳位置，二氧化碳排放量可减少最多3.1%（6.4g/km）。

展望未来
在汽车行业为了实现零碳社会而采取的举措中，油改电和提高内燃机效率二者缺一不可，这是不容置疑的。对于效率提升已达极限的内燃机而言，迫切需要经常投入新技术来减少二氧化碳排放。两家公司通过实际应用全球首款车载TEG，与顾客共同努力实现零碳社会。

※1	Worldwide harmonized Light duty driving Test Procedure：关于中小型汽车尾气试验周期与试验方法的全球统一规程
※2	2022年两家公司调查结果。
※3	请参阅以下网页了解热电发电模块的详细内容。
※4	北美地区采用的尾气和油耗试验方法之一。用于测量高速和高加速度下的尾气。

■关于住友商事POWER & MOBILITY株式会社
住友商事POWER & MOBILITY株式会社运用住友商事集团丰富的经验技术与国际网络，在世界各地开展与“构建新一代移动系统与社会基础设施”相关的丰富多彩的商业活动。主要业务包括1)汽车、铁路车辆以及电力项目设备等的贸易（进出口、第三国贸易）、2)海外电力项目及交通项目等的开发及完成、3)移动领域的新业务开发等等。
 

＊文中出现的商品名称、公司名称等分别为本公司及各公司的商标或注册商标。
＊以上均为截至新闻发布当日的信息。发布之后亦可能发生变更，敬请谅解。

余热发电单元的车辆效果示意图 (图示：美国商业资讯)

TEG模块“YGPX024” (照片：美国商业资讯)

余热发电单元构成 (图示：美国商业资讯)

车辆安装方法 (图示：美国商业资讯)