本发明专利技术涉及一种包括热电发电机的装置，该热电发电机带有从热源吸收热量的热侧和向热沉排出热量的冷侧以及用于以输出电压输出电能的电接头；该装置还包括具有最高容许输入电压的电路，该电路的输入端与热电发电机的电接头连接。这种装置例如使用在机动车的排气系统上，以便高效地利用能量。为了提供这种可以在很大程度上不依赖于热电发电机的热侧与冷侧之间的温差大小地与热源，尤其是内燃机的排气系统连接的装置，提出将热电发电机设计成在低于或达到电路的最高容许输入电压时出现输出电压饱和。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种包括热电发电机的装置，该热电发电机带有从热源吸收热量的热侧和向热沉排出热量的冷侧以及用于以输出电压输出电能的电接头；该装置还包括具有最高容许输入电压的电路，该电路的输入端与热电发电机的电接头连接。这种装置例如使用在机动车的排气系统上，以便高效地利用能量。为了提供这种可以在很大程度上不依赖于热电发电机的热侧与冷侧之间的温差大小地与热源，尤其是内燃机的排气系统连接的装置，提出将热电发电机设计成在低于或达到电路的最高容许输入电压时出现输出电压饱和。【专利说明】热电装置
本专利技术涉及一种包括热电发电机的装置，该热电发电机带有从热源吸收热量的热侦_向热沉排出热量的冷侧以及用于以输出电压输出电能的电接头；该装置还包括具有最高容许输入电压的电路，该电路的输入端与热电发电机的电接头连接。此外，本专利技术还涉及一种用于运行这种装置的方法。
技术介绍
热电发电机(也被简称为TEG)是一种利用热电效应将热能转化成电能的装置。热电效应(也被称为塞贝克效应(Seebeck-Effect))描述了在温度与电之间的可逆转的交互作用。塞贝克电压如下这样来确定:_4] Useebeck=Q X δΤ其中，δ T是热侧与冷侧之间的温差，α是塞贝克系数或温差电动势。塞贝克系数具有电压每温差的量纲(V/Κ)。塞贝克系数的大小主要说明了塞贝克电压的高度。热电发电机由不同掺杂的半导体材料构成。用于热电发电机的常用半导体材料是像尤其是Bi2IV Bi2Se3^ Sb2Te3> PbTe, SiGe或FeSi2以及它们的合金那样的半导体材料。传统的热电发电机由`两个或两个以上分别由P掺杂和η掺杂的半导体材料制成的小长方六面体构成，这些小长方六面体上下交替地通过金属桥相互连接。金属桥同时形成了热接触面，并且大多通过陶瓷板绝缘。由P掺杂和η掺杂的半导体材料制成的不同的长方六面体电串联。陶瓷板具有约3_至5_的间距，长方六面体布置，尤其是焊接在这些间距中。其中一块陶瓷板形成了热电发动机的热侧，而对置的陶瓷板则形成了热电发动机的冷侧。热侧从热源吸收热量，而冷侧向热沉排出热量。通过在热侧与冷侧之间建立起温差δ τ，在热电发电机的接头上产生了塞贝克电压USMbec;k。为了提高热电发电机的效率，在EP1287566B1中公开了一种热电兀件和一种带有多个电串联的热电元件的模块。热电元件具有一个或多个掺杂半导体的至少一个η层和至少一个P层，其中，在形成至少一个ρη结的情况下布置有一个或多个η层和P层。至少一个η层和至少一个P层选择性地电接触，并且温度梯度平行于在至少一个η层和P层之间的分界层(在X方向上)来施加。至少一个ρη结基本上沿一个或多个η层和P层的整个延展部分，优选最长的延展部分来构造以及进而基本上沿着它们的整个分界层来构造。通过沿大面积的ρη分界面的温度梯度，沿这个纵向构造的ρη结在ρη层组的两个端部之间产生了温差，这个温差导致热电元件的效率要比在沿着Pn结以及在ρη结内部没有温度梯度的传统热电发电机中的效率要高。热电元件在模块中热并联地布置在两块板之间。这些板用于既在冷侧也在热侧改善热耦合。这些板优选构造成良好的热导体，它们尤其由陶瓷的、不导电的材料制成。ΕΡ1287566Β1尤其对于热电元件(图3)和模块(图13)的结构以及对所使用的半导体材料的公开，都被明确地引入本申请中。如下这种装置在DE102008023806A1中公开。该装置接入到机动车的排气系统中，在该排排气系统中TEG的所谓的热侧与排气系的排气导引管路导热地连接，而TEG的冷侧则例如与机动车的发动机冷却系统的导引冷却液体的冷却介质管路热耦合。TEG通过形式为直流变换器的直流电压耦合装置以电方式耦合到机动车的车载电网中。由TEG和直流变换器构成的装置明显改善了机动车的能效。但装置到机动车的排气系统中的接入以排气系统的重建为前提。排气系统包括排气通道，该排气通道具有两个平行延伸的排气子通道，其中，排气子通道顺流而下又汇合在一起。两个排气子通道中的其中一个与热电发电机热耦合，其中，在排气通道中如下这样存在至少一个用于使排气流转向的切换元件，g卩，依赖于切换元件的切换位置使排气流仅流过第一排气子通道、仅流过第二排气子通道或按份额流过两个排气子通道。此外，设置控制装置来驱控至少一个切换元件。布置在排气子通道中的热电发电机的输出电压与在热电发电机的热侧与冷侧之间的温差几乎成比例。为了避免在特定的运行状况下与热电发电机和机动车的车载电网连接的直流变换器由于热电发电机过高的输出电压受损，有必要将过热的废气导引在热电发电机旁经过。通过这种旁路解决方案可以针对允许了大部分行驶循环的中等的发动机功率以及进而排气温度和排气质量流量来设计热电发电机。此外，直流变换器可以根据最常使用的中等功率范围来设计。不过现有技术的主要缺点在于，排气系统必须具有两个平行延伸的排气子通道，并且此外受控制的切换元件必须安装在排气系内。
技术实现思路
以现有技术为出发点，本专利技术所要解决的任务是，提供一种本文开头提到类型的装置，该装置可以在很大程度上不依赖于热电发电机的热侧与冷侧之间的温差大小地与热源，尤其是内燃机的排气系统连接，其中，应当在热源，尤其是在排气系统没有变化的情况下避免与热电发电机连接的电路由于超过其最高容许输入电压而受损。该任务在本文开头提到类型的装置中如下这样来解决，即，热电发电机包括至少一个热电元件，该热电元件由用热电材料制成的至少一个η层和至少一个P层以构成有至少一个沿分界层构造的Pn结的形式构成，其中，温度梯度可以在热电发电机的热侧与冷侧之间平行于分界层来施加，并且热电发电机被设计成在低于或达到电路的最高容许输入电压时出现输出电压的饱和。热电发电机包括至少一个本身由ΕΡ1287566Β1公开的热电兀件。通过使热电发电机的输出电压从热侧与冷侧之间特定的温差起不再明显地提高来防止超过电路的最高容许输入电压。输出电压的这种饱和优选在达到或略小于最大容许输入电压时出现。在无需耗费地干预热源或热沉的情况下有效地避免了对电路以及接下来的部件的损伤。尤其在将根据本专利技术的装置接入到机动车的排气系统中时，不再需要将排气子通道作为用于过热的废气的旁路。此外也取消了切换元件以及用于驱控切换元件的控制装置。在包括至少一个本身由ΕΡ1287566Β1公开的热电兀件的热电发电机中，输出电压饱和的出现依赖于如何相互协调热电层的运输能力和施加有温度梯度的ρη结的产生效率。在参数，例如尤其是热电发电机的长度和宽度、掺杂和缺陷密度恒定时，优选通过η层和P层的厚度来调整热电发电机的饱和特性。出现输出电压饱和的值随着层的变厚而提高。因此通过改变层厚可以使热电发电机与电路的最高容许输入电压相适配。在本专利技术优选的设计方案中，该装置包括如下热源，该热源与热电发电机的热侧热耦合。热耦合可以例如借助热交换器实现。尤其使用内燃机的排气系统的组成部分作为热源，其中，基于根据本专利技术的装置不需要排气系统的结构性适配。【专利附图】【附图说明】接下来借助附图详细阐释本专利技术。附图中:图1示意性示出了根据本专利技术的装置；图2示出了根据图1的不同设计的热电发电机依赖于温差的输出电压；图3示出了不同设计的热电发电机依赖于施加的温差的功率本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：格哈德·斯潘，马丁·瓦格纳，
申请(专利权)人：欧弗莱克斯科技有限公司，
类型：
国别省市：
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