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Charakterisierung und Simulation einer thermoelektrischen Generatoranlage zur Energie-Rekuperation aus Abgasen im Pkw

Tatarinov, Dimitri

Die Automobilhersteller müssen den reglementarischen Anforderungen in Bezug auf den CO2-Austoß einerseits und den Kundenanforderungen andererseits gerecht werden. Die Entwicklung neuer Technologien in der Mobilität ist vor allem vom Kundenverhalten und von unterschiedlichen Reglementierungen abhängig, welche zugleich auch die Rahmenbedingungen für die Hersteller abstecken. Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit wurden thermoelektrische Systeme zur Rückgewinnung thermischer Energie in der Kraftfahrzeugtechnik anhand theoretischer Grundlagen und mithilfe experimenteller Untersuchungen im Detail charakterisiert und ausgelegt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen ging schließlich ein Simulationsmodell hervor, welches Prognosen über die Effektivität einer thermoelektrischen Generatoranlage (TEGA) bei Rekuperation von Abgaswärme in Pkw ermöglicht. Unterschiedliche Fahrzeugtypen wurden anhand verschiedener internationaler Fahrzyklen in die Berechnung des Kraftstoffverbrauchs bzw. dessen relativer Einsparung durch TEGA berücksichtigt. Die dadurch zu erwartende Reduktion des CO2-Ausstoßes wurde ermittelt und vor dem Hintergrund europäischer reglementarischer Maßnahmen sowie aktueller Rohstoffpreise im Bezug auf die Wirtschaftlichkeit der Technologie interpretiert. Diese Ergebnisse wurden in drei unterschiedlichen Szenarien aus Sicht der zukünftigen Technologieentwicklungen dargestellt, diskutiert und mit aktuellen Berichten aus praktischen Anwendungen von thermoelektrischen Systemen zur Energierückgewinnung aus Abgasenthalpie verglichen.

The car manufacturers are struggling with the regulations in terms of CO2 emissions and fuel efficiency of their vehicles on the one hand and with customer requirements on fully equipped cars on the other hand. Therefore new trends in the development of technologies in automotive are mainly driven by the matter of manufacturing costs, customer behaviour and governmental regulations. In this study, thermoelectric generator systems (TEGS) were examined with respect to their capability of energy recuperation from the exhaust gas in passenger cars. Therefore TEGS were first described theoretically taking the fundamental thermoelectric phenomena into account and later characterized by practical experiments. As a result of this analysis a simulation model was developed, which allows the evaluation of the effectiveness of thermoelectric generator systems in terms of fuel reduction in automotive applications. Various passenger vehicle models were studied on basis of different international driving cycles, calculating the fuel reduction caused by the application of TEGS. The accordingly expected reduction of the CO2 emissions was calculated as well as the technology’s cost-efficiency, taking the European regulations and the current fuel prices into account. This study concludes by presenting various scenarios from the perspective of the development progress of thermoelectric as a technology. The calculation results are discussed and compared with reports of current published prototype studies in the field of automotive applications.

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Tatarinov, Dimitri: Charakterisierung und Simulation einer thermoelektrischen Generatoranlage zur Energie-Rekuperation aus Abgasen im Pkw. 2015.

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