碲化铋温差发电模块构型优化设计

利用温差发电技术进行发动机废热回收的研究日益受到关注。为此,以热源温度250℃、热沉温度30℃为工况,考虑半导体热电材料(碲化铋)物理参数随温度的变化,数值研究了热电元件长度和截面积、导热基底厚度这3个结构参数对温差发电模块发电性能的影响。针对1维模型精度低和灵活性差的特点,建立了3维热电耦合物理模型。数值模拟结果表明:对于峰值输出功率而言,热电元件长度存在最优值,在该研究条件下,最优值在0.075~0.125 mm范围内,与理论分析结果近似,能量转化效率则随热电元件长度的增加而减小;输出功率随热电元件截面积的增大而减小,面积比功率和能量转化效率则缓慢下降;导热基底越厚,输出功率和能量转化效率均越减小。并且建立了简易实验测试装置,通过测试商用热电器件验证了物理模型的准确性。研究结果能为温差发电模块构型设计提供参考。     

温差发电实验设计与性能分析

采用可调节温度和流量的热空气,流经截面50mm×50mm、壁厚2mm的紫铜方管,4片热电片沿纵向安装在方管外壁面,并采用循环水冷却的方式搭建了测试实验台。系统利用MCGS组态软件与亚当模块(ADAM)系列进行数据采集处理,可实时显示输出电压、电流及功率值。利用实验测试数据绘制塞贝克效应曲线、温差发电模块的输出特性曲线、P-R曲线、内阻与温差关系等。实验结果为建立热电片的电源模型和小温差的最大输出功率提供了实验检验基础。     

一种温差电器件的发电性能分析研究

BiTe合金是低温热电发电材料的一种典型材料。为获得其在室温范围内的发电方面的热电性能,采用一种BiTe合金材料,制备了多种规格的温差电器件,通过实验研究了该器件在不同温度下的电阻、电压、赛贝克系数等热电性能,给出了其随温度变化的线性近似方程,求得相关的经验参数。在此基础上,推导出最大输出功率的近似数学表达式,并进行了试验验证,实验结果表明近似方程与实际测量结果相吻合。     

汽车尾气温差发电装置的设计、制作及性能测试

温差发电是一种利用热能驱动热电材料内部载流子的定向迁移,将热能转换成电能的清洁能源发电技术。目前,温差发电技术已在航空航天、军事、医学、太阳能发电等领域得到广泛应用。介绍了温差发电技术在高温汽车尾气发电上的应用,主要包括大功率汽车尾气温差发电装置的设计和制作,以及温差发电装置输出性能测试平台的搭建,并测试了汽车尾气温差发电装置的输出功率和转换效率。实验表明,在一定的温度范围内,输出功率和转换效率随热端温度的升高而线性增加,在可实现的温差和热端温度下,温差发电装置输出功率可达千瓦级别,理论转换效率接近10%。     

聚光型太阳能热电发电系统的建模及优化研究

建立了聚光型太阳能热电发电器工作的数学模型,应用热力学理论重点分析了发电器件的材料热导率和几何结构对电源电动势、输出功率和效率的影响.结果表明:电源电动势、输出功率和效率均随器件材料热导率的减小或热流密度的增加而分别增加,但随器件材料热导率的减小而增加的幅度越来越大,随输入热流密度的增加而增加的幅度却越来越小;电源电动...     

基于多孔介质燃烧器的热光伏系统试验研究

热光伏发电是光伏电池将高温辐射释放的光子直接转换为电能的技术,具有对多种燃料的适应性、无运动部件、高功率密度等优点而备受关注。采用液化石油气为燃料,针对美国JX Crystals公司生产的GaSb电池,设计了基于多孔介质燃烧器的热光伏发电系统。研究了不同燃料量和空气流量的条件下,热光伏系统中碳化硅多孔介质燃烧器的温度分布规律和电池运行温度变化规律。分析不同燃烧工况下,电池开路电压和短路电流的变化规律,并总结了电池最大输出功率的特点。试验结果表明,随着燃料量的增加,燃烧器的外壁温度和电池运行温度都有所提高,过量空气过多会降低燃烧器温度;电池的短路电流随着燃烧器温度的提高而增加,开路电压随着电池运行温度的降低而略有提高。     

半导体温差发电器模块的热分析

以TEP1-1264-1.5型温差发电器为研究对象,简化了温差发电器模块的几何模型,提出了一种模块整体化的计算模型。考虑了温差发电器两端的接触热因素的影响,以热力学的角度对温差发电器模块稳定工作时进行数值分析。结果表明:考虑了功率损失和接触热对温差发电器热电性能影响时,输出电动势与发电器热端温度并不呈简单的线性关系,输出电动势的增大幅度随热端温度升高而逐渐减小。此外,半导体材料导热系数、发电器冷端对流换热系数对温差发电器的热电性能也有较大影响。     

温度对光伏电池转换特性影响的理论及实验研究

根据光伏电池的转换特性,详细分析温度对光伏电池开路电压、短路电流、填充因子及转换效率的影响。并设计测试平台,对多晶硅光伏电池实际输出转换效率的温度特性进行了实验研究。结果表明,硅光伏电池输出开路电压随温度升高的减少率约为-2.3mV/K,理想填充因子随温度升高的减少率约为-4.5×10-4/K,短路电流随温度增加而增大,其随温度升高的增加率约为1.21mA/K。总体而言,光伏电池转换效率随温度增加而减少。同时,实验结果也证明多晶硅光伏电池实际输出效率随其温度升高的减少约为-0.22%/K,实验结果与理论分析基本一致。研究结果为光伏系统的优化设计提供了理论及实验基础。     

一种热电充电装置的模型和控制参数设计

研究了一种热电充电装置,由热电发电器件、升压电路和电池构成。给出装置的工作原理,分析了最大功率点跟踪(MPPT)和功率匹配(PM)的两种控制模式。建立了完整的装置控制框图,讨论了由外到内MPPT&PM环、电压环和电流环的设计关系。重点分析了电压闭环数学模型,推导了其传递函数,详细分析了其阻尼系数、自然频率与动态响应的调整时间与超调量之间的关系,确立了电压环PI调节器设计方法,为装置的动态特性设计提供了参考。最后通过实验验证了模型参数设计。     

直流航空等离子体点火器射流特性分析

为研究航空等离子体点火器的射流特性,对自行设计的直流航空等离子体点火器进行射流特性实验,其中等离子体电源直流输出电压保持24 V不变,以排除电压的影响。采用光谱仪测量了氩气等离子体射流在点火器出口的发射光谱,利用玻尔兹曼曲线斜率法计算了射流的电子温度,并通过电离平衡方程计算了射流气体温度,测得了点火器出口射流的长度、电子温度和射流温度随弧电流以及体积流量qV的变化规律,为等离子体点火在航空发动机燃烧室中应用奠定技术基础。实验表明:弧电流随着qV的增大而减小;出口射流长度随弧电流的增大而增大,并且随qV的增大而先增大后减小;出口电子温度、射流温度随弧电流的增大而升高,随qV的增大而降低。另外讨论了在航空等离子体电弧射流中是否可以使用电子温度来代替射流气体温度。     

基于半导体温差发电模块的锂电池充电装置

研究了半导体温差发电模块输出电压/输出功率与冷热面温度差的关系,并搭建了利用半导体温差发电模块产生的电能作为能量的一种锂离子蓄电池充电装置。首先在实验的基础上,讨论温度差和半导体温差发电模块输出电压及输出功率的关系;然后设计了利用3片温差发电模块工作在温差150K下输出14￣20V不稳定的电源。根据温差发电模块输出电压不稳定的特点,设计了一个稳压电路。最后,用MAX1679芯片实现4.2V锂离子蓄电池的充电电路,该电路具有预充功能,并且完成快充后进入脉冲充电阶段,既能实现完全充电又能减小持续大电流充电造成的损耗。     

Thermoelectric rectification in a graphene-based triangular ballistic rectifier (G-TBR)

A four-terminal ballistic rectifier demonstrating voltage rectification for both electrical (AC/DC) as well as thermal (temperature gradient) inputs is presented. The thermoelectric behavior of the graphene triangular ballistic rectifier (G-TBR) is based on its nonlinear electrical response. The responsivity and noise equivalent power of the device are calculated to be 8870 mV/W and 1.59 nW/Hz^1/2, respectively, at a back-gate voltage of 5 V. The rectified thermal voltage between two isothermal output (lower and upper) terminals is estimated to be 2.8 µV at a temperature gradient of 150 K. Further, the electric and thermoelectric output of the proposed G-TBR is validated by analytical modeling. Such G-TBRs could be used in the future in energy harvesting application to use heat produced by electronic circuitry, integrated circuits (ICs), etc.

     

Implementation and Analysis of Electricity Generation by Thermoelectric

This paper presents an implementation and analysis of producing electricity by thermoelectric principle. The paper describes an experimental thermoelectric prototype to investigate the electric generation. Firstly, the appropriated design of the thermoelectric unit is constructed as a laboratory prototype to measure performance of the electricity generated under the condition of on-load and no-load. All parameters are recorded such as voltage (V), current (A), and both sides temperature range (ΔT). Secondly, the power output of the prototype is analyzed. The experimental, results shows that while no-load temperature range (ΔT) from 0 – 110°C, the output voltage (V) was up to 1.17 V at 110 °C and with 2 Ω-loads the output current (I), voltage (V), and power (W) were 212.6 mA, 0.850 V and 180.71 mW respectively. For 10 thermoelectric source connected in series, while no-load and 2 Ω-loads, the output voltage (V) was at maximum of 13.57 V and minimum of 1.213 V at 110 °C. This can be seen that the voltage output from the power output is fluctuated. Therefore a proper design of buck-boost converter is necessary to stabilize the output voltage for purpose of charging battery application.     

塔式太阳能热发电吸热器热效率影响因素分析

对塔式太阳能热发电吸热器表面的热流特性进行分析,并通过热流平衡关系式得出吸热器热效率的公式,研究了吸热器的发射率、吸收率、风速、环境温度等因素对吸热器热效率的影响;同时对不同聚光比、不同吸热器温度条件下系统的热电综合效率进行了研究分析。结果表明:环境温度对吸热器热效率的影响很小,而风速对吸热器热效率的影响不容忽略,当风速高于12 m/s时,对流散热损失超过了辐射散热损失;选择性涂层可以提高吸热器的热效率,对于高聚光比的塔式太阳能热发电技术,可提高吸热器热效率约5.0百分点;系统的热电综合效率在给定聚光比条件下存在最大值。研究结果可为吸热器的设计及整体系统的优化提供参考。     

基于TMS320F28335的磁轴承用开关电源设计

针对传统直流稳压电源体积大、效率低、精度不高、不利于磁轴承控制的不足,介绍了一种新型磁悬浮轴承用开关电源的设计.开关电源采用浮点型数字信号处理器芯片TMS320F28335可以输出高精度脉宽调制波,通过接口电路可以精确调控输出电压,应用体积小的高频变压器进行电压转换和电网隔离以及反激式拓扑结构,都能使电源体积更小,据此...     

15W高效DC/DC模块电源设计

为了提高中小功率开关电源的效率,设计了一种基于DPA425的高效率小功率模块电源.围绕提高效率这一目标,对变压器、输出整流、欠压锁定、过压保护、过流保护、磁复位、输出电感及反馈环路等部分进行了优化设计.采用合理的工作磁通密度使得变压器的铁损与铜损相等,则变压器的总损耗最小,同时采用夹层绕制法将变压器的漏感控制在3%以内,也可有效降低损耗.通过实验得到了效率高达88%、输出精度高且稳定性好的实例.     

Design and analysis of power‐CMOS‐gate‐based switched‐capacitor DC–DC converter with step‐down and step‐up modes

A unified multi‐stage power‐CMOS‐transmission‐gate‐based quasi‐switched‐capacitor (QSC) DC–DC converter is proposed to integrate both step‐down and step‐up modes all in one circuit configuration for low‐power applications. In this paper, by using power‐CMOS‐transmission‐gate as a bi‐directional switch, the various topologies for step‐down and step‐up modes can be integrated in the same circuit configuration, and the configuration does not require any inductive elements, so the IC fabrication is promising for realization. In addition, both large‐signal state‐space equation and small‐signal transfer function are derived by state‐space averaging technique, and expressed all in one unified formulation for both modes. Based on the unified model, it is all presented for control design and theoretical analysis, including steady‐state output and power, power efficiency, maximum voltage conversion ratio, maximum power efficiency, maximum output power, output voltage ripple percentage, capacitance selection, closed‐loop control and stability, etc. Finally, a multi‐stage QSC DC–DC converter with step‐down and step‐up modes is made in circuit layout by PSPICE tool, and some topics are discussed, including (1) voltage conversion, output ripple percentage, and power efficiency, (2) output robustness against source noises and (3) regulation capability of converter with loading variation. The simulated results are illustrated to show the efficacy of the unified configuration proposed. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于半导体温差发电的数码设备充电装置

在野外的学习和工作中,往往出现便携式数码设备没电的情况;为了解决野外没有现成电源的情况下能对便携式数码设备进行充电,设计了一种利用野外篝火作为能量来源的便携式数码充电器。以塞贝克效应为理论基础,研究了半导体温差发电模块输出电压/输出功率与冷热面温差的关系;并结合高性能隔热材料与热管式散热器,利用半导体温差发电组件产生的电能作为电源;再配合相应的整流稳压模块制作出了数码设备充电装置。该充电装备适用于野外无电源环境,以野外篝火为热源,直接将热能转化为电能,通过USB充电接头实现对各类数码设备的充电,并且安全、可靠。