目前,我国成为了世界上最大的汽车生产国和消费国,但是也带来一系列的能源和环境问题。如何节省燃油的消耗以及降低污染和排放成为汽车行业发展的关键问题。在上世纪70年代兴起的汽车尾气余热温差发电系统正成为各大高校和车企的研究热点,它是一种能够将汽车尾气中携带的热能转换为电能的装置,可以提高燃油的利用率,具有较强的应用前景和广阔的市场空间。本文在整理了国内外相关研究之后,针对汽车尾气余热温差发电系统在现阶段存在输出功率小和结构不紧凑的不足,研究在多场耦合条件下温差发电模块输出功率和转换效率的影响因素,以及尾气与集热器的换热过程,为提高集热器表面温度和改善集热器表面温度的分布提供了实现途径。在此基础上,对温差发电系统总体结构进行了设计,包括集热器、冷水水箱、夹紧装置等。利用ANSYS的Design Mode1建立了温差电单元仿真模型,考虑了接触效应的影响,对温差电单元进行了热电耦合仿真分析,研究了温差电单元半导体变物性参数、接触热导率、接触电阻率、负载电阻、横截面边长、臂长对温差电单元输出效率及热电转换效率的影响。在对温差电单元仿真的基础上建立了温差发电模块仿真模型,该模块内部封装49个温差电单元,输出功率18.66W,转换效率5.2%。利用ANSYS软件的Design Modle建立了温差发电系统的几何模型,通过确定边界条件,利用Fluent软件对温差发电系统进行了数值模拟,并比较了旁通阀门开闭对系统温度场、压力场和流场的影响。利用稳压芯片XL4016设计了输入在8V至40V内输出可调的降压稳压电路,利用充电芯片UC3906设计了基于12V/7AH铅酸蓄电池的充电电路,利用芯片STC12C5A60S2设计了温度控制电路,根据设置的温度上限、下限控制旁通阀门的开闭。