测量热电模块最大输出功率的方法、装置及终端设备制造方法及图纸

本发明专利技术适用于热电转换技术领域，提供了一种测量热电模块最大输出功率的方法、装置及终端设备，根据热电模块输出电流的变化范围，以及热电模块的热端输入热能与热电模块的输出电流的变化关系，确定热端输入热能的变化范围，进而确定热电材料平均温度的变化范围和动态内阻的变化范围，在动态内阻的变化范围内，逐次调节测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率，确定热电模块的最大输出功率，缩小了测试电阻的调节范围，测量过程简单方便，节省了大量时间。

【技术实现步骤摘要】
测量热电模块最大输出功率的方法、装置及终端设备
本专利技术属于热电转换
，尤其涉及一种测量热电模块最大输出功率的方法、装置及终端设备。
技术介绍
半导体温差发电主要利用半导体热电材料赛贝克效应将热能转换为电能。热电模块(ThermoelectricModule，TEM)作为热能到电能转换的核心部件，最大输出功率是表征其热电转换性能的主要参数之一。目前，获得热电模块冷热端一定温差下最大输出功率的常用方法有三种：1.开路电压-短路电流法；2.伏-安特性法；3.负载匹配法。但是，开路电压-短路电流法和伏-安特性法都是以理论值计算热电模块的最大输出功率，均未考虑热电模块中存在热电耦合效应，因此，按经典理论计算得到的热电模块最大输出功率准确度较低。负载匹配法为热电模块最大输出功率的经典测量法，基于热电模块冷热两端在一定温差下，调节负载阻值，找到负载电阻与热电模块内阻实际匹配工况，根据匹配工况下测量得到的热电模块输出端的电压(Vo)、电流(Io)计算得到热电模块最大输出功率(Pomax＝VoIo)，由于该测量方法完全模拟了热电模块实际工况，故得到的热电模块最大输出功率值比较准确，但是该测量方法需一个一个负载值改变，并且无法确定负载值调节范围是否覆盖指定温差下热点模块最大输出功率对应的内阻值，测量时均需要冷热端温差、电压/电流输出进入稳定状态，因此，测量过程复杂、耗时过长是目前负载匹配法测量热电模块最大输出功率存在的不足。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种测量热电模块最大输出功率的方法、装置及终端设备，以解决现有技术中采用负载匹配法测量热电模块最大输出功率，测量过程复杂、耗时过长的问题。本专利技术实施例第一方面提供了一种测量热电模块最大输出功率的方法，包括以下步骤：获取热电模块的输出电流的变化范围，根据所述输出电流的变化范围，以及热电模块的热端输入热能与热电模块的输出电流的变化关系，确定所述热端输入热能的变化范围。根据所述热端输入热能的变化范围，以及所述热端输入热能与热电模块的热电材料平均温度的变化关系，确定所述热电材料平均温度的变化范围。根据所述热电材料平均温度的变化范围，以及热电材料电导率与热电材料平均温度的变化关系，热电材料电导率与热电模块的动态内阻的变化关系，确定所述动态内阻的变化范围。在所述动态内阻的变化范围内，逐次调节热电模块的外接测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率。根据测量的热电模块的输出功率，确定热电模块的最大输出功率。进一步地，所述测量热电模块最大输出功率的方法还包括：根据所述动态内阻的变化范围，确定所述动态内阻的变化范围内的平均动态内阻。调节热电模块的外接测试电阻的初始阻值等于所述平均动态内阻。进一步地，所述热电模块的热端输入热能与热电模块的输出电流的变化关系为：其中，参数A＝Rh-(1-η)Rc，参数B＝1-0.5η+K[Rh+(1-η)Rc]，Tc、Th分别为热电模块冷、热端温度，Qh为热电模块的热端输入热能，η为热电模块的热电转换效率，N为热电模块中的P-N电偶对数，α为热电模块的塞贝克系数，K为热电模块的导热系数，I为热电模块的输出电流。所述热端输入热能与所述热电材料平均温度的变化关系为：其中，参数A＝Rh-(1-η)Rc，Tj为热电材料的平均温度，Tc、Th分别为热电模块冷、热端温度，Tcj、Thj分别为热电材料的冷、热端结面温度，Qh为热电模块的热端输入热能，Rc、Rh分别为热电模块冷、热端寄生电阻，η为热电模块的热电转换效率。所述热电材料电导率与所述热电材料平均温度的变化关系为：其中，σn、σp分别为热电模块的N型、P型热电材料的电导率，Tj为热电材料平均温度。所述热电材料电导率与所述动态内阻的变化关系为：其中，N为热电模块中的P-N电偶对数，hn、hp分别为热电模块的N型、P型热电材料的臂高，ln、lp分别为热电模块的N型、P型热电材料横截面边长，σn、σp分别为热电模块的N型、P型热电材料在平均温度Tj下的电导率，Ri为热电模块在平均温度Tj下的动态内阻。进一步地，所述在所述动态内阻的变化范围内，逐次调节热电模块的外接测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率包括：在所述动态内阻的变化范围内，确定所述测试电阻的初始调节方向。在所述初始调节方向上，逐次调节所述测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率。在测量的热电模块的输出功率出现减小趋势时，在所述初始调节方向的相反方向上，逐次调节所述测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率。进一步地，所述根据测量的热电模块的输出功率确定热电模块的最大输出功率包括：根据测量的热电模块的输出功率，确定热电模块的输出功率的峰值。根据热电模块的输出功率的峰值，确定热电模块的最大输出功率。本专利技术实施例第二方面提供了一种测量热电模块最大输出功率的装置，包括：第一变化范围确定模块，用于获取热电模块的输出电流的变化范围，根据所述输出电流的变化范围，以及热电模块的热端输入热能与所述输出电流的变化关系，确定所述热端输入热能的变化范围；第二变化范围确定模块，用于根据所述热端输入热能的变化范围，以及所述热端输入热能与热电模块的热电材料平均温度的变化关系，确定所述热电材料平均温度的变化范围；第三变化范围确定模块，用于根据所述热电材料平均温度的变化范围，以及热电材料电导率与热电材料平均温度的变化关系，热电材料电导率与热电模块的动态内阻的变化关系，确定所述动态内阻的变化范围；输出功率测量模块，用于在所述动态内阻的变化范围内，逐次调节热电模块的外接测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率；最大输出功率确定模块，用于根据测量的热电模块的输出功率，确定热电模块的最大输出功率。进一步地，所述测量热电模块最大输出功率的装置还包括：平均动态内阻确定模块，用于根据所述动态内阻的变化范围，确定所述动态内阻的变化范围内的平均动态内阻；初始阻值调节模块，用于调节所述测试电阻的初始阻值等于所述平均动态内阻。进一步地，所述输出功率测量模块包括：初始调节方向确定模块，用于在所述动态内阻的变化范围内，确定所述测试电阻的初始调节方向；第一输出功率测量模块，用于在所述初始调节方向上，逐次调节所述测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率；第二输出功率测量模块，用于在测量的热电模块的输出功率出现减小趋势时，在所述初始调节方向的相反方向上，逐次调节所述测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率。本专利技术实施例第三方面提供了一种测量热电模块最大输出功率的终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例第一方面提供的测量热电模块最大输出功率的方法。本专利技术实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例第一方面提供的测量热电模块最大输出功率的方法。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本专利技术提供的一种测量热电模块最大输出功率的方法、装置及终端设备，根据热电模块输出电流的变化范围，以及热电模块的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量热电模块最大输出功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取热电模块的输出电流的变化范围，根据所述输出电流的变化范围，以及热电模块的热端输入热能与所述输出电流的变化关系，确定所述热端输入热能的变化范围；根据所述热端输入热能的变化范围，以及所述热端输入热能与热电模块的热电材料平均温度的变化关系，确定所述热电材料平均温度的变化范围；根据所述热电材料平均温度的变化范围，以及热电材料电导率与热电材料平均温度的变化关系，热电材料电导率与热电模块的动态内阻的变化关系，确定所述动态内阻的变化范围；在所述动态内阻的变化范围内，逐次调节热电模块的外接测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率；根据测量的热电模块的输出功率，确定热电模块的最大输出功率。

【技术特征摘要】
1.一种测量热电模块最大输出功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取热电模块的输出电流的变化范围，根据所述输出电流的变化范围，以及热电模块的热端输入热能与所述输出电流的变化关系，确定所述热端输入热能的变化范围；根据所述热端输入热能的变化范围，以及所述热端输入热能与热电模块的热电材料平均温度的变化关系，确定所述热电材料平均温度的变化范围；根据所述热电材料平均温度的变化范围，以及热电材料电导率与热电材料平均温度的变化关系，热电材料电导率与热电模块的动态内阻的变化关系，确定所述动态内阻的变化范围；在所述动态内阻的变化范围内，逐次调节热电模块的外接测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率；根据测量的热电模块的输出功率，确定热电模块的最大输出功率。2.根据权利要求1所述的测量热电模块最大输出功率的方法，其特征在于，还包括：根据所述动态内阻的变化范围，确定所述动态内阻的变化范围内的平均动态内阻；调节所述测试电阻的初始阻值等于所述平均动态内阻。3.根据权利要求1所述的测量热电模块最大输出功率的方法，其特征在于，所述热电模块的热端输入热能与热电模块的输出电流的变化关系为：其中，参数A＝Rh-(1-η)Rc，参数B＝1-0.5η+K[Rh+(1-η)Rc]，Tc、Th分别为热电模块冷、热端温度，Qh为热电模块的热端输入热能，η为热电模块的热电转换效率，N为热电模块中的P-N电偶对数，α为热电模块的塞贝克系数，K为热电模块的导热系数，I为热电模块的输出电流；所述热端输入热能与所述热电材料平均温度的变化关系为：其中，参数A＝Rh-(1-η)Rc，Tj为热电材料的平均温度，Tc、Th分别为热电模块冷、热端温度，Tcj、Thj分别为热电材料的冷、热端结面温度，Qh为热电模块的热端输入热能，Rc、Rh分别为热电模块冷、热端寄生电阻，η为热电模块的热电转换效率；所述热电材料电导率与所述热电材料平均温度的变化关系为：其中，σn、σp分别为热电模块的N型、P型热电材料的电导率，Tj为热电材料平均温度；所述热电材料电导率与所述动态内阻的变化关系为：其中，N为热电模块中的P-N电偶对数，hn、hp分别为热电模块的N型、P型热电材料的臂高，ln、lp分别为热电模块的N型、P型热电材料横截面边长，σn、σp分别为热电模块的N型、P型热电材料在平均温度Tj下的电导率，Ri为热电模块在平均温度Tj下的动态内阻。4.根据权利要求1所述的测量热电模块最大输出功率的方法，其特征在于，所述在所述动态内阻的变化范围内，逐次调节热电模块的外接测试电阻的阻值，并测量各个测试电阻阻值下热电模块的输出功率包括：在所述动态内阻的变化范围内，确定所述测试电阻的初始调节方向；在所述初始调节方向上，逐次调节所述测试电阻的阻值，并测量各个测试电...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊岭，石桂菊，张世民，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13