基于复合电源系统的自由活塞膨胀机‑直线发电机车用余热回收系统，属于节能减排领域。本发明提出一种新型自由活塞膨胀机‑直线发电机集成单元作为热电转换装置，并基于复合电源系统设计了一套新型的车用余热回收系统，该系统将发动机排气能转化成高品位的电能，并通过复合电源系统用于驱动电机。该系统可以有效的提高发动机的燃油经济性，降低燃油消耗量、减少CO2和污染物排放，同时提高了蓄电池的使用寿命，满足了车载动力电源对高能量、大功率的要求。