热电温差电池基本原理及应用.pdf

《热电温差电池基本原理及应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、热电效应及热电温差电池一、热电效应基本原理二、热电效应应用举例三、热电发电原理四、热电材料简介1三、热电发电原理热输入原理：Seebeck效应热侧dV=-SdTP型材料N型材料典型应用：•小型热力发电机冷侧•放射性同位素发电器•废热利用热辐射电能输出2三、热电发电原理3Sometimes,thermalsystemsmoreexpensive三、热电发电原理热电温差电池中的热平衡L:高度，A：横截面积，：电阻率，：热导率2欧姆加热QrIrL//ALA回路电阻pppnnn热传导Q()THCT=A/LAL/回路热导率ppp

2、nnnPeltierEffectQISTI1热侧的热平衡方程：QQQQ022QSTI(TT)rI/24HC三、热电发电原理热电温差电池的能量输出激发电流VRST()THCImRrrm(1)r产生能量222mWIRST()THC2rm(1)5三、热电发电原理热电温差电池的发电效率理论热效率WTTmm1TTHC1HCQTm1ZT2(m1)HH22(SS)(SS)pnpn回路热电优值ZrLALAppnnppnnAALLpnpn

3、6三、热电发电原理热电优值Z22(SS)(SS)pnpnZrLALAppnnppnnAALLpnpnLALAppnnppnnrAALLpnpn1/2LA2nppn当时，()rminkppknnLApnnp2()SSpnZmax2ppnn7三、热电发电原理热电温差电池的发电效率最高效率（阻抗匹配）不可逆过程损耗因子TTm1HCoptmaxTmTTHoptCH2Z2m1max(TT)

4、ZSoptHCmaxppnn2最大功率(m=1)opt22ST()THCWmax4r8三、热电发电原理热电优值Z•Z值有量纲，单位为K-1•Z值越高，材料性能越好•较好的热电材料必须具有较大的Seebeck系数和电导率，同时应有较小的热导率2S单一热电材料的热电优值Z评价热电材料的质量标准rPN对型热电器件的设计要点•不同类型的分支（P,N）的横截面积需要被优化•两种类型的分支应该具有可比较性能•器件的输入电流需要被优化9三、热电发电原理案例-1•基于BiTe的热电材料，在300K的温度下：23S=220mV/K功率因子：S2s

5、=48mW/cm-Ks=105Sm-1热电优值：Z=3.2x10-31/K=1.5W/mkZT=1无量纲ZT值•器件分支尺寸：1mmx1mmx2mm3L210R0.02156sA101010三、热电发电原理设计参数案例-2PNS[mV/K]210-170TH=1000K,TC=400K（A为优化值）[mm]1814[W/mK]1.11.52()SSpn1L[cm]1.01.0ZK0.00177()max2A[cm2]1.31.0ppnnrL/AL/A2.8(m)pppnnnZmaxm1(TT

6、)1.24Roptrmopt3.5(m)optHC211三、热电发电原理设计参数案例-2PN最高效率S[mV/K]210-170[mm]1814TTm1HCoptmax[W/mK]1.11.5TmTTHoptCHL[cm]1.01.010004001.2410.09A[cm2]1.31.010001.24400/1000最大输出功率22ST0.2282WIRR0.0035maxoptRropt0.00350.00284.58(W)12三、热电发电原理物理性能宽度&长度7.5cm

7、厚度0.508cm重量115g热偶对数量71热性能热侧设计温度230oC冷侧设计温度30oC热通量9.54W/cm2电性能功率19Watts负载电压2.38Volts内阻0.3Ohms电流8AmpsHi-Z公司的热电组件HZ-20开路电压5.0Volts效率4.5%13三、热电发电原理高温尾气的热电利用•对于热电器件，T越高越好H•然而，从高温气流中截获的最大热量mc(T–T)随着T的增大而减小14ph,iHH三、热电发电原理车载热电系统主电源：TE坐垫局部冷却：TE散热器：TE在美国，交通运输消耗了总能源触媒转换器：TE的26%机械损耗行驶后备15寄生加热

8、损耗冷却废弃三、热电发电原理BMW原型车16三、热电