半导体温差发电系统研究及电热式试验台设计

摘要

随着汽车消耗能源的与日俱增，汽车的节能越来越受关注。利用汽车发动机余热发电不仅是一个解决能源问题的有效途径，而且是一个很好的节能途径。半导体温差发电器用于汽车发动机的余热利用具有十分广泛的应用前景。半导体温差发电器在汽车发动机上的利用方式和系统的设计是研究的重点。
　　本文通过建立简化模型理论上计算了半导体温差发电器的输出功率和热电转换效率，分析了散热方式和布置方式对半导体温差发电器的输出功率和热电转换效率的影响。半导体温差发电器的输出功率和热电转化效率会随着冷热两端的温差的增大不断的增大，随着电流、等效内阻和接触热阻的增大而降低。而且风冷时，温差发电器组件的输出功率和热电转化效率还与散热器上的温度梯度、热阻和风扇的风速有关。
　　通过搭建电热式温差发电试验台，完成不同冷却方式和负载下温差发电器组件的性能实验，并进行比较分析。在采用水冷和风冷的情况下，温差发电器组件的最大开路电压分别为26.4V和8.234V，最大短路电流分别为4.3A和1.33A，最大输出功率为18.2W和4.64W的功率，最大的热电转换效率分别为4.68％和1.19％。由此可见水冷时温差发电器组件的发电性能明显优于风冷时的发电性能。
　　利用稳压芯片LM2577-ADJ设计稳压电路，利用UC3906充电专用芯片设计12V铅酸蓄电池充电电路，完成了汽车余热半导体温差发电系统的设计，并实际完成运行测试。根据汽车排气管温度分布情况设计分段布置不同材料的温差发电器，并讨论了不同冷却方式的汽车余热半导体温差发电系统在汽车上的应用可行性和前景。