[發明專利]一種熱電制冷/熱系統

有效

• 申請號: 201310425343.8
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103453688A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 陳旻;董文革;陳樹泉
• 申請（專利權）人: 北京鴻雁榮昌電子技術開發有限公司
• 主分類號: F25B21/02
• 分類號: F25B21/02;F25B49/00
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;朱世定

技術領域

本發明涉及制冷/熱、空調領域，具體而言，涉及一種熱電制冷/熱系統。

背景技術

基于熱電效應的半導體制冷器/熱器加上直流電源和散熱裝置即可在短時間內制冷制熱，只需要改變電流方向可實現制冷或加熱兩種目的。其不使用制冷劑，不污染環境，不存在制冷工質泄漏的問題。無機械轉動，無磨損，運行可靠，使用壽命長，維護方便，對車行等惡劣環境具有更強的適應性。維修也方便。無噪音。結構緊湊，體積小，重量輕。因此熱電制冷器/熱器具有非常廣闊的應用前景。

以制冷為例，一個制冷模塊的產冷量是有限的，所以當需要大的制冷量或較大的制冷溫差時，就需要更多數量的熱電制冷器，多個制冷模塊連接為熱電堆才能滿足需求。如熱電汽車空調系統，產生與現有蒸汽壓縮式空調相同的舒適水平每輛汽車約需要幾百組熱電堆。每個獨立的熱電制冷/熱單元必然包括一定數量的熱電制冷片，這些熱電制冷片采用串、并聯相結合的混聯方式組成陣列。上述矩形對稱結構熱電模塊陣列，當所有熱電模塊兩側溫差均勻時，每個熱電模塊上加載的電壓和電流和與其并聯和串聯的其他熱電模塊必然一樣。分析半導體芯片的串并聯方式可知，對串聯來說，單個熱電模塊端電壓是整機直流電源輸入電壓的1/m（m為在同一串中的熱電模塊數目），對并聯來說，單個熱電模塊電流是整機直流電源輸入電流的1/n（n為在同一并聯排中的熱電模塊數目）。上述熱電制冷/熱單元的獨立溫度控制系統對陣列中所有熱電模塊統一調節，所有熱電模塊工作在相同的制冷/熱工況。由于被冷卻/加熱元件或特定的被冷卻/加熱面積表面的溫度不均勻性以及散熱介質和環境溫度的影響,實際熱電制冷/熱單元中熱電模塊兩側溫差多是不均勻的。此外，被冷卻元件或特定的被冷卻面積多在大跨度動態變化中，即均勻的溫度分布在下一時刻有可能變成不均勻的。這給熱電制冷/熱單元使用單一溫度控制系統對陣列中所有熱電模塊統一調節帶來了一定的損耗。解決這個問題的一個方案是把原來熱電制冷/熱單元劃分成更小的子單元，為每個子單元模塊陣列，甚至為每個熱電模塊配置獨立的溫度中央控制器。但這樣做要求增加大量的電力電子驅動電路（包括直流-直流轉換器），成本和復雜性將大幅上升。

發明內容

本發明提供一種熱電制冷/熱系統，用以降低熱電制冷/熱系統的成本、操作復雜性以及功耗，提高溫控效果。

為達到上述目的，本發明提供了一種熱電制冷/熱系統，包括：多個熱電模塊，由多個可控開關組成的開關矩陣，溫度傳感器，電力電子驅動電路，以及中央控制器，其中：

多個熱電模塊中的至少一部分接入開關矩陣，通過開關矩陣中各可控開關的通斷，實現對接入的熱電模塊之間的可變化的電連接，電力電子驅動電路連接在所有熱電模塊通過開關矩陣連接組成的熱電模塊陣列與電源之間，為每個熱電模塊提供直流電；

中央控制器與每個可控開關相連接，用于控制每個可控開關的導通或斷開；

多個熱電模塊中的至少一部分熱電模塊處被冷卻/加熱目標的表面分別設置有一個或一組溫度傳感器，每個或每組溫度傳感器用于測量對應熱電模塊處被冷卻/加熱目標的表面溫度，并將測得的溫度數據傳送給與其相連接的中央控制器；

中央控制器根據其存儲的目標溫度及所接收的每處被冷卻/加熱目標表面的溫度數據，計算得到使被冷卻/加熱目標表面溫度達到目標溫度且電源功率最小化時開關矩陣中各個可控開關的導通或斷開指令，并根據開關矩陣內各個可控開關的導通或斷開指令，控制對應可控開關實現導通或斷開狀態。

可選的，若由開關矩陣確定與其連接的多個熱電模塊的拓撲結構為先串聯后并聯結構，當被冷卻/加熱目標表面溫度變化時，通過排序算法將新的工作在兩側溫差最大范圍內的熱電模塊串聯，兩側溫差次大范圍內的熱電模塊串聯，依次類推。

可選的，若由開關矩陣確定與其連接的多個熱電模塊的拓撲結構為先并聯后串聯結構，當被冷卻/加熱目標表面溫度變化時，通過排序算法將新的工作在兩側溫差最大的熱電模塊和兩側溫差最小的熱電模塊并聯，兩側溫差次大的熱電模塊和兩側溫差次小的熱電模塊并聯，依次類推。

可選的，中央控制器根據其存儲的目標溫度及所接收的每處被冷卻/加熱目標表面的溫度數據，計算得到使被冷卻/加熱目標表面溫度達到目標溫度且電源功率最小化時開關矩陣中各個可控開關的導通或斷開指令具體包括：

中央控制器中預先存儲有經驗數據表，經驗數據表中保存有使被冷卻/加熱目標表面溫度達到目標溫度且電源功率最小化時，開關矩陣中每個可控開關的導通或斷開狀態與被冷卻/加熱目標表面的溫度數據及目標溫度的映射關系；