專利名稱：一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法及裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)是一種獨(dú)特的能源轉(zhuǎn)化器件，它采用半導(dǎo)體，可以把熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，相比其它發(fā)電機(jī)有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如環(huán)保性，直流性電源，沒有運(yùn)動(dòng)部件，壽命也較長，運(yùn)行非常安靜。所以它非常適合作為一種簡單的發(fā)電方式把工業(yè)及民用中燃燒熱能系統(tǒng)的廢熱轉(zhuǎn)化為電能。
為了有效的實(shí)現(xiàn)熱源發(fā)電，單個(gè)的熱電模塊是不能工作的，必須要把多個(gè)熱電模塊通過串并聯(lián)接在一起，形成一個(gè)陣列系統(tǒng)，才能夠達(dá)到一定量的功率。多個(gè)熱電池連在一起，數(shù)量少的時(shí)候，要么串要么并；而數(shù)量多的時(shí)候，全串和全并都不現(xiàn)實(shí)，全串電壓太高，可靠性差，串在一起時(shí)，壞一個(gè)，全完了。全并也不現(xiàn)實(shí)，電流太大，同時(shí)可靠性也差，只要其中一個(gè)短路，整個(gè)也用不了。一般來說，熱電模塊數(shù)量多的時(shí)候須要做成一個(gè)串并聯(lián)混合的矩形陣列。因此在工業(yè)應(yīng)用中為了組成一個(gè)實(shí)際的發(fā)電系統(tǒng)，許多熱電模塊通過串并混合的方式電連接。
理想情況下，可認(rèn)為一個(gè)熱電陣列里的每個(gè)模塊相互之間都有相同的電特性。這樣不會(huì)有衰減的模塊在串聯(lián)時(shí)限制陣列里的總電流，或在并聯(lián)時(shí)限制陣列里的總電壓。但在現(xiàn)實(shí)熱電發(fā)電系統(tǒng)中，模塊電特性的失配很難消除。有2個(gè)原因:第一個(gè)原因是熱電模塊的電壓和電阻取決于它的溫度，而大多數(shù)熱電系統(tǒng)的熱源溫度分布是不均勻的。這就造成了各個(gè)模塊電壓和電阻在陣列中的失配。第二個(gè)原因就是熱電模塊在使用一段時(shí)間以后，由于不同的使用情況各個(gè)模塊會(huì)以不同的速率衰減，使用一段時(shí)間以后熱電陣列里的模塊即使是相同的類型也會(huì)呈現(xiàn)不同的電阻。熱電模塊的這種失配將造成輸出功率損失。
與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)是通過調(diào)制電源和負(fù)載之間的電力電子轉(zhuǎn)換器的占空t匕，對(duì)熱電陣列可能的最大功率點(diǎn)在負(fù)載側(cè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。這種技術(shù)只能改變負(fù)載電路的等效電阻，而對(duì)熱電陣列中各模塊失配造成的功率下降不能起作用。分布式最大功點(diǎn)跟蹤技術(shù)為每個(gè)熱電模塊都配置電力電子轉(zhuǎn)換器，不論熱電模塊電壓和電阻如何，都能使各模塊工作在各自的最大功率點(diǎn)。但是這種方式需要很多電氣模塊，帶來不現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)成本和復(fù)雜度。
因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員亟待解決熱電陣列不均勻熱源溫度和/或不均勻衰減率引起的電失配，以及從而造成的功率下降問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法及裝置，以解決熱電陣列不均勻熱源溫度和/或不均勻衰減率引起的電失配，從而造成的功率下降問題。
一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法包括:
獲取熱電陣列中所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)；
根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；
根據(jù)所述各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，控制所述熱電陣列中的各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述方法還包括:獲取所述熱電陣列的所有或其中部分發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓；根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述獲取熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，包括:通過無線收發(fā)器獲取熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)；所述獲取所述熱電陣列的所有或其中部分發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓，包括:通過無線收發(fā)器獲取所述熱電陣列的所有或其中部分發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，包括:根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；所述根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，包括:根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述可控開關(guān)包括保持繼電器；所述保持繼電器為單線圈或雙線圈:當(dāng)所述保持繼電器為單線圈時(shí)，所述繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊用I個(gè)雙極性輸出端口，或者借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；所述熱電陣列中的所有發(fā)電器件對(duì)應(yīng)一個(gè)控制單元，或者所述熱電陣列中的每個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)一個(gè)控制單元；所述控制單元通過電池或者發(fā)電器件中的一部分熱電偶進(jìn)行供電；當(dāng)所述熱電陣列為先并后串陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控開關(guān):可控開關(guān)串接發(fā)電器件；當(dāng)所述熱電陣列為先串后并陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置兩個(gè)可控單刀單擲開關(guān):一個(gè)可控開關(guān)串接發(fā)電器件，另一個(gè)可控開關(guān)并接發(fā)電器件；或者為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控單刀雙擲開關(guān):一個(gè)通路串接發(fā)電器件，另一個(gè)通路并接發(fā)電器件。
另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置包括:控制單元，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置還包括:熱電陣列中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件；其中，所述控制單元包括:
傳感器接口模塊，用于獲取所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào);
處理器模塊，用于在進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)浜螅@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；
繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，控制所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述熱電陣列中包括多個(gè)所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置，其中，一個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件；所述熱電陣列中的所有發(fā)電器件對(duì)應(yīng)一個(gè)主控主機(jī)時(shí)，主控主機(jī)用于根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的控制單元發(fā)送來的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，并發(fā)送回給對(duì)應(yīng)的控制單元；或者，所述控制單元中的處理器模塊，用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；所述傳感器接口模塊，還獲取所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓；所述控制單元中的處理器模塊，進(jìn)一步用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述控制單元，用于通過無線收發(fā)器發(fā)送所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)；進(jìn)一步用于通過無線收發(fā)器發(fā)送所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述主控主機(jī)，進(jìn)一步用于根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的控制單元發(fā)送來的溫度信號(hào)，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，并發(fā)送回給對(duì)應(yīng)的控制單元；或者，所述控制單元中的處理器模塊，進(jìn)一步用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；或者，所述控制單元中的處理器模塊，進(jìn)一步用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌援a(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述可控開關(guān)包括保持繼電器；所述保持繼電器為單線圈或雙線圈:當(dāng)所述保持繼電器為單線圈時(shí)，所述繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊用I個(gè)雙極性輸出端口，或者借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；所述控制單元通過電池或者發(fā)電器件中的一部分熱電偶進(jìn)行供電；當(dāng)所述熱電陣列為先并后串陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控開關(guān):可控開關(guān)串接發(fā)電器件；當(dāng)所述熱電陣列為先串后并陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置兩個(gè)可控單刀單擲開關(guān):一個(gè)可控開關(guān)串接發(fā)電器件，另一個(gè)可控開關(guān)并接發(fā)電器件；或者為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控單刀雙擲開關(guān):一個(gè)通路串接發(fā)電器件，另一個(gè)通路并接發(fā)電器件。
上述技術(shù)方案具有如下有益效果:因?yàn)椴捎盟霭雽?dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法包括:獲取熱電陣列中所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)；根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；根據(jù)所述各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，控制所述熱電陣列中的各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)的技術(shù)手段，所以達(dá)到了如下的技術(shù)效果:通過調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，可以將工作于低溫和衰減嚴(yán)重的發(fā)電器件模塊從整個(gè)熱電陣列中動(dòng)態(tài)摘除，變成一個(gè)可優(yōu)化的系統(tǒng)，從而可以盡量減小熱電陣列中的失配問題。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法流程圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例適用于先并后串陣列結(jié)構(gòu)的智能溫差發(fā)電模塊I結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例采用智能溫差發(fā)電模塊I的先并后串陣列結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例適用于先串后并陣列結(jié)構(gòu)的智能溫差發(fā)電模塊2結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例采用智能溫差發(fā)電模塊2的先串后并陣列結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例免電池自供電源智能溫差發(fā)電模塊3邏輯原理示意圖8為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例免電池自供電源智能溫差發(fā)電模塊3的發(fā)電器件平面設(shè)計(jì)示意圖9為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例免電池自供電源智能溫差發(fā)電模塊3的發(fā)電器件三維設(shè)計(jì)示意圖10為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例集成封裝控制板的智能溫差發(fā)電模塊4結(jié)構(gòu)示意圖11為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例適用于先并后串陣列結(jié)構(gòu)的智能溫差發(fā)電模塊串I結(jié)構(gòu)示意圖12為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例適用于先串后并陣列結(jié)構(gòu)的智能溫差發(fā)電模塊串2結(jié)構(gòu)示意圖13為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例智能熱電模塊(串)自治優(yōu)化流程示意圖14為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例智能熱電模塊(串)主機(jī)優(yōu)化示意圖15為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例以4個(gè)智能模塊先并后串陣列為例示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法流程圖，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法包括:
101、獲取熱電陣列中所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)；
102、根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；
103、根據(jù)所述各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，控制所述熱電陣列中的各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)。
優(yōu)選的，所述方法還包括:獲取所述熱電陣列的所有或其中部分發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓；根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
優(yōu)選的，所述獲取熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，包括:通過無線收發(fā)器獲取熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)；所述獲取所述熱電陣列的所有或其中部分發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓，包括:通過無線收發(fā)器獲取所述熱電陣列的所有或其中部分發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓。
優(yōu)選的，所述根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，包括:根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；所述根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，包括:根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
優(yōu)選的，所述可控開關(guān)包括保持繼電器；所述保持繼電器為單線圈或雙線圈:當(dāng)所述保持繼電器為單線圈時(shí)，所述繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊用I個(gè)雙極性輸出端口，或者借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；所述熱電陣列中的所有發(fā)電器件對(duì)應(yīng)一個(gè)控制單元，或者所述熱電陣列中的每個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)一個(gè)控制單元；所述控制單元通過電池或者發(fā)電器件中的一部分熱電偶進(jìn)行供電；當(dāng)所述熱電陣列為先并后串陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控開關(guān):可控開關(guān)串接發(fā)電器件；當(dāng)所述熱電陣列為先串后并陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置兩個(gè)可控單刀單擲開關(guān):一個(gè)可控開關(guān)串接發(fā)電器件，另一個(gè)可控開關(guān)并接發(fā)電器件；或者為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控單刀雙擲開關(guān):一個(gè)通路串接發(fā)電器件，另一個(gè)通路并接發(fā)電器件。
對(duì)應(yīng)于上述方法實(shí)施例，如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置包括:控制單元，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置還包括:熱電陣列中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件；其中，所述控制單元包括:
傳感器接口模塊，用于獲取所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào);
處理器模塊，用于在進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)浜螅@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；
繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，控制所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述熱電陣列中包括多個(gè)所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置，其中，一個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件；所述熱電陣列中的所有發(fā)電器件對(duì)應(yīng)一個(gè)主控主機(jī)時(shí)，主控主機(jī)用于根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的控制單元發(fā)送來的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，并發(fā)送回給對(duì)應(yīng)的控制單元；或者，所述控制單元中的處理器模塊，用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；所述傳感器接口模塊，還獲取所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓；所述控制單元中的處理器模塊，進(jìn)一步用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述控制單元，用于通過無線收發(fā)器發(fā)送所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)；進(jìn)一步用于通過無線收發(fā)器發(fā)送所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述主控主機(jī)，進(jìn)一步用于根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的控制單元發(fā)送來的溫度信號(hào)，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌援a(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，并發(fā)送回給對(duì)應(yīng)的控制單元；或者，所述控制單元中的處理器模塊，進(jìn)一步用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；或者，所述控制單元中的處理器模塊，進(jìn)一步用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
優(yōu)選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述可控開關(guān)包括保持繼電器；所述保持繼電器為單線圈或雙線圈:當(dāng)所述保持繼電器為單線圈時(shí)，所述繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊用I個(gè)雙極性輸出端口，或者借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；所述控制單元通過電池或者發(fā)電器件中的一部分熱電偶進(jìn)行供電；當(dāng)所述熱電陣列為先并后串陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控開關(guān):可控開關(guān)串接發(fā)電器件；當(dāng)所述熱電陣列為先串后并陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置兩個(gè)可控單刀單擲開關(guān):一個(gè)可控開關(guān)串接發(fā)電器件，另一個(gè)可控開關(guān)并接發(fā)電器件；或者為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控單刀雙擲開關(guān):一個(gè)通路串接發(fā)電器件，另一個(gè)通路并接發(fā)電器件。
本發(fā)明實(shí)施例上述技術(shù)方案具有如下有益效果:因?yàn)椴捎盟霭雽?dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法包括:獲取熱電陣列中所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)；根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；根據(jù)所述各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，控制所述熱電陣列中的各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)的技術(shù)手段，所以達(dá)到了如下的技術(shù)效果:通過調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，可以將工作于低溫和衰減嚴(yán)重的發(fā)電器件模塊從整個(gè)熱電陣列中動(dòng)態(tài)摘除，變成一個(gè)可優(yōu)化的系統(tǒng)，從而可以盡量減小熱電陣列中的失配問題。
以下以應(yīng)用實(shí)例詳細(xì)說明本發(fā)明所述方案:
不均勻的溫度和熱電模塊衰減率不能在系統(tǒng)中消除。盡管熱電模塊在系統(tǒng)中的機(jī)械位置一般不能改變，但整個(gè)輸出功率仍可以被改善:對(duì)于工作于低溫和衰減嚴(yán)重的熱電模塊，可以把它們從陣列中動(dòng)態(tài)摘除，陣列功率則可以提高。解決的方案是在熱電陣列內(nèi)部直接解決，通過給熱電模塊配置可控開關(guān)取代固定連線，根據(jù)電流電壓溫度的反饋，通過調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，工作于低溫和衰減嚴(yán)重的模塊可以從整個(gè)陣列中動(dòng)態(tài)摘除，變成一個(gè)可優(yōu)化的系統(tǒng)，從而可以盡量減小熱電陣列中的失配問題。本發(fā)明另一個(gè)技術(shù)特征在于:利用熱電獨(dú)特的溫度衰減特性來制定合適的優(yōu)化策略，系統(tǒng)的架構(gòu)以及選擇合適的傳感器、開關(guān)，以及系統(tǒng)實(shí)施的控制算法。特別是熱電系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，在工業(yè)熱源比較狹窄的空間運(yùn)用上去，所以運(yùn)用環(huán)境對(duì)成本的敏感性，對(duì)模塊的體積要求，都比較高，因此最好用無線的技術(shù)進(jìn)行控制，本發(fā)明的實(shí)施就是運(yùn)用無線傳感器實(shí)現(xiàn)控制。
如圖3所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例適用于先并后串陣列結(jié)構(gòu)的智能溫差發(fā)電模塊I結(jié)構(gòu)示意圖，以下也可簡稱智能模塊，需要說明的是，以下本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例以熱電陣列中全部為智能模塊進(jìn)行舉例說明，本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例還可以為熱電陣列中并非全部為智能模塊的情況，本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例并不以此為限。給傳統(tǒng)的熱電發(fā)電模塊串接配置I個(gè)可控開關(guān)取代一部分固定導(dǎo)線，開關(guān)閉合則發(fā)電器件連接在陣列中，開關(guān)斷開則發(fā)電器件被摘除在陣列外；配置I個(gè)控制板以實(shí)現(xiàn)上述控制單元的功能，其中的傳感器接口模塊讀取發(fā)電器件的串路電流或溫度傳感器反饋，經(jīng)過處理器模塊的分析計(jì)算判斷電流或溫度，例如摘除時(shí)判斷電流是否小于0，摘除時(shí)判斷電流是否小于其他預(yù)設(shè)值，摘除時(shí)判斷溫度是否小于其他預(yù)設(shè)值，復(fù)活時(shí)判斷溫度是否大于其他預(yù)設(shè)值，等等。通過驅(qū)動(dòng)輸出在保持繼電器控制線圈中產(chǎn)生不同方向的電流脈沖，調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，工作于低溫和衰減嚴(yán)重的模塊可以從整個(gè)陣列中動(dòng)態(tài)摘除并在高溫時(shí)動(dòng)態(tài)復(fù)活，變成一個(gè)可自治優(yōu)化的系統(tǒng)；圖3中當(dāng)繼電器為單線圈控制時(shí)，控制板中的繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊可以用I個(gè)雙極性輸出端口，也可以借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；繼電器也可以為雙線圈控制；或者控制板的傳感器接口模塊讀取溫度傳感信號(hào)，經(jīng)過無線收發(fā)器反饋到I臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，在其中和陣列中其他智能模塊無線反饋的溫度傳感信號(hào)進(jìn)行同步，合成，作為熱電系統(tǒng)模型的輸入?yún)?shù)計(jì)算產(chǎn)生優(yōu)化拓?fù)浼耙惶淄暾拈_關(guān)導(dǎo)通斷開指令，之后再經(jīng)過無線收發(fā)器接收本地智能模塊對(duì)應(yīng)的開關(guān)指令，通過繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊控制繼電器執(zhí)行相應(yīng)的導(dǎo)通斷開動(dòng)作。
如圖4所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例采用智能溫差發(fā)電模塊I的先并后串陣列結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)電模塊陣列的功能是為負(fù)載提供電功率，其中直流直流轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)負(fù)載的要求調(diào)節(jié)輸入輸出的電流電壓。最大功率跟蹤控制器是一種在負(fù)載側(cè)通過調(diào)制直流直流轉(zhuǎn)換器的高頻開關(guān)占空比，使發(fā)電模塊陣列能夠?yàn)樨?fù)載輸出最多電能的電氣控制系統(tǒng)。本發(fā)明的智能模塊是在電源側(cè)通過調(diào)整陣列拓?fù)?，使發(fā)電模塊陣列能夠進(jìn)一步提高負(fù)載輸出電能的電氣控制系統(tǒng)。在每組并聯(lián)的智能模塊列頂部有I個(gè)配置了控制板的智能開關(guān)；當(dāng)并聯(lián)列中所有智能模塊都摘除時(shí)，最后一個(gè)摘除的智能模塊或主機(jī)通知頂部智能開關(guān)閉合，以避免斷路；其他時(shí)刻智能開關(guān)斷開。
如圖5所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例適用于先串后并陣列結(jié)構(gòu)的智能溫差發(fā)電模塊2結(jié)構(gòu)示意圖，以下也可簡稱智能模塊。給傳統(tǒng)的發(fā)電器件一熱電發(fā)電模塊配置2個(gè)可控開關(guān)，分別串接和并接熱電發(fā)電模塊，開關(guān)I和開關(guān)2任意時(shí)刻只有I個(gè)閉合，開關(guān)I閉合開關(guān)2斷開則發(fā)電器件連接在陣列中，開關(guān)I斷開開關(guān)2閉合則發(fā)電器件被旁路在陣列外；配置I個(gè)控制板，其中的傳感器接口模塊讀取發(fā)電器件的并聯(lián)端電壓或溫度傳感器反饋，經(jīng)過處理器模塊的分析計(jì)算判斷并聯(lián)端電壓或溫度，例如摘除時(shí)判斷電壓是否小于0，摘除時(shí)判斷電壓是否小于其他預(yù)設(shè)值，摘除時(shí)判斷溫度是否小于其他預(yù)設(shè)值，復(fù)活時(shí)判斷溫度是否大于其他預(yù)設(shè)值，等等。通過驅(qū)動(dòng)輸出在繼電器控制線圈中產(chǎn)生不同方向的電流脈沖，調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，工作于低溫和衰減嚴(yán)重的模塊可以從整個(gè)陣列中動(dòng)態(tài)摘除并在高溫時(shí)動(dòng)態(tài)復(fù)活，變成一個(gè)可自治優(yōu)化的系統(tǒng)；圖5中當(dāng)繼電器為單線圈控制時(shí)，控制板的繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊可以用I個(gè)雙極性輸出端口，也可以借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；繼電器也可以為雙線圈控制；或者控制板傳感器接口模塊讀取溫度傳感信號(hào)，經(jīng)過無線收發(fā)器反饋到I臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，在其中和陣列中其他智能模塊無線反饋的溫度傳感信號(hào)進(jìn)行同步，合成，作為熱電系統(tǒng)模型的輸入?yún)?shù)計(jì)算產(chǎn)生優(yōu)化拓?fù)浼耙惶淄暾拈_關(guān)導(dǎo)通斷開指令，之后再經(jīng)過無線收發(fā)器接收本地智能模塊對(duì)應(yīng)的開關(guān)指令，通過控制輸出驅(qū)動(dòng)繼電器執(zhí)行相應(yīng)的導(dǎo)通斷開動(dòng)作。
如圖6所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例采用智能溫差發(fā)電模塊2的先串后并陣列結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)電模塊陣列的功能是為負(fù)載提供電功率，其中直流直流轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)負(fù)載的要求調(diào)節(jié)輸入輸出的電流電壓。最大功率跟蹤控制器是一種在負(fù)載側(cè)通過調(diào)制直流直流轉(zhuǎn)換器的高頻開關(guān)占空比，使發(fā)電模塊陣列能夠?yàn)樨?fù)載輸出最多電能的電氣控制系統(tǒng)。本發(fā)明的智能模塊是在電源側(cè)通過調(diào)整陣列拓?fù)?，使發(fā)電模塊陣列能夠進(jìn)一步提高負(fù)載輸出電能的電氣控制系統(tǒng)。當(dāng)串聯(lián)串中所有智能模塊都摘除時(shí)，最后一個(gè)摘除的智能模塊的開關(guān)2不閉合，以避免短路；其他時(shí)刻智能模塊摘除時(shí)其開關(guān)2均閉合。
如圖7所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例免電池自供電源智能溫差發(fā)電模塊3邏輯原理示意圖。圖7示的免電池自供電源智能模塊適用于先并后串陣列結(jié)構(gòu)，但完全也可以適用于先串后并陣列結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的熱電發(fā)電模塊由串接的若干對(duì)熱電偶組成，只有一對(duì)正負(fù)極導(dǎo)線。免電池自供電源智能模塊將發(fā)電器件的所有熱電偶隔離分為2組，一組含有較多熱電偶稱為主發(fā)電器，另一組含有較少熱電偶稱為副發(fā)電器。整個(gè)智能模塊的正負(fù)極導(dǎo)線采用主發(fā)電器的正負(fù)極導(dǎo)線，而副發(fā)電器的正負(fù)極導(dǎo)線與控制板的電源管理模塊連接，為控制板供電。這樣帶來的好處是免去了電池維護(hù)更換的成本。如圖8所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例免電池自供電源智能溫差發(fā)電模塊3的發(fā)電器件平面設(shè)計(jì)示意圖。如圖9所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例免電池自供電源智能溫差發(fā)電模塊3的發(fā)電器件三維設(shè)計(jì)示意圖。
如圖10所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例集成封裝控制板的智能溫差發(fā)電模塊4結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10示，傳統(tǒng)發(fā)電器件結(jié)構(gòu)底層陶瓷片作了水平延伸，可以安裝控制板及其各電子元件?？刂瓢寮捌涓麟娮釉v向高度低于熱電元件，控制板及其各電子元件到頂層陶瓷片間的空隙可以空置，也可以填充絕熱材料，這樣控制板及其各電子元件不至于被熱源加熱?？刂瓢咫娫纯梢圆捎冒l(fā)電器件，即免電池自供電源智能溫差發(fā)電模塊3的設(shè)計(jì)。集成封裝控制板的好處是進(jìn)一步減少了連線，除了智能模塊間的串并連接，再不需要任何數(shù)據(jù)采集連線。
如圖11所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例適用于先并后串陣列結(jié)構(gòu)的智能溫差發(fā)電模塊串I結(jié)構(gòu)示意圖，以下也可簡稱智能模塊串。圖11中所有發(fā)電器件的正極與負(fù)極分別接在一起形成并聯(lián)；每個(gè)發(fā)電器件串接配置I個(gè)可控開關(guān)取代一部分固定導(dǎo)線，開關(guān)閉合則發(fā)電器件連接在陣列中，開關(guān)斷開則發(fā)電器件被摘除在陣列外；所有發(fā)電器件共配置I個(gè)控制板，其中的多通道傳感器接口模塊讀取所有發(fā)電器件的串路電流或溫度傳感器反饋，經(jīng)過處理器模塊的分析計(jì)算判斷各電流或各溫度，例如摘除時(shí)判斷電流是否小于0，摘除時(shí)判斷電流是否小于其他預(yù)設(shè)值，摘除時(shí)判斷溫度是否小于其他預(yù)設(shè)值，復(fù)活時(shí)判斷溫度是否大于其他預(yù)設(shè)值，等等。通過多通道驅(qū)動(dòng)輸出在所有保持繼電器控制線圈中產(chǎn)生不同方向的電流脈沖，調(diào)節(jié)所有開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，工作于低溫和衰減嚴(yán)重的模塊可以從整個(gè)陣列中動(dòng)態(tài)摘除并在高溫時(shí)動(dòng)態(tài)復(fù)活，變成一個(gè)可自治優(yōu)化的系統(tǒng)；圖中當(dāng)保持繼電器為單線圈控制時(shí)，控制板繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊可以用I個(gè)雙極性輸出端口，也可以借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；保持繼電器也可以為雙線圈控制；或者控制板多通道傳感器接口模塊讀取所有發(fā)電器件溫度傳感信號(hào)，經(jīng)過無線收發(fā)器反饋到I臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，在其中和陣列中其他智能模塊無線反饋的溫度傳感信號(hào)進(jìn)行同步，合成，作為熱電系統(tǒng)模型的輸入?yún)?shù)計(jì)算產(chǎn)生優(yōu)化拓?fù)浼耙惶淄暾拈_關(guān)導(dǎo)通斷開指令，之后再經(jīng)過無線收發(fā)器接收本地智能模塊串對(duì)應(yīng)的開關(guān)指令，通過控制多通道輸出驅(qū)動(dòng)所有發(fā)電器件的繼電器執(zhí)行相應(yīng)的導(dǎo)通斷開動(dòng)作。
用智能溫差發(fā)電模塊串I組成先并后串陣列結(jié)構(gòu)，各模塊共用I個(gè)控制板，硬件資源高度整合并充分利用，從而節(jié)省了成本和空間。
智能溫差發(fā)電模塊串I的頂部有I個(gè)并聯(lián)開關(guān)，控制板可以驅(qū)動(dòng)其導(dǎo)通斷開；用智能溫差發(fā)電模塊串I組成先并后串陣列結(jié)構(gòu)，當(dāng)模塊串中所有模塊都摘除時(shí)，由于模塊共用I個(gè)控制板，可以在本地準(zhǔn)確判斷最后一個(gè)摘除的模塊，并在本地將頂部開關(guān)閉合以避免斷路，而無須通過主機(jī)或智能模塊間相互通知，從而節(jié)省了無線通信開銷和能量。
如圖12所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例適用于先串后并陣列結(jié)構(gòu)的智能溫差發(fā)電模塊串2結(jié)構(gòu)示意圖，以下也可簡稱智能模塊串。圖12中所有發(fā)電器件形成串聯(lián)；每個(gè)發(fā)電器件配置2個(gè)可控開關(guān)，分別串接和并接發(fā)電器件，任意時(shí)刻只有I個(gè)閉合，串接開關(guān)閉合并接開關(guān)斷開則發(fā)電器件連接在陣列中，串接開關(guān)斷開并接開關(guān)閉合則發(fā)電器件被旁路在陣列外；所有發(fā)電器件共配置I個(gè)控制板，其中的多通道傳感器接口模塊讀取所有發(fā)電器件的并聯(lián)端電壓或溫度傳感器反饋，經(jīng)過處理器模塊的分析計(jì)算判斷各端電壓或各溫度，例如摘除時(shí)判斷電壓是否小于0，摘除時(shí)判斷電壓是否小于其他預(yù)設(shè)值，摘除時(shí)判斷溫度是否小于其他預(yù)設(shè)值，復(fù)活時(shí)判斷溫度是否大于其他預(yù)設(shè)值，等等。通過多通道驅(qū)動(dòng)輸出在所有保持繼電器控制線圈中產(chǎn)生不同方向的電流脈沖，調(diào)節(jié)所有開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，工作于低溫和衰減嚴(yán)重的模塊可以從整個(gè)陣列中動(dòng)態(tài)摘除并在高溫時(shí)動(dòng)態(tài)復(fù)活，變成一個(gè)可自治優(yōu)化的系統(tǒng)；圖中當(dāng)保持繼電器為單線圈控制時(shí)，控制板繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊可以用I個(gè)雙極性輸出端口，也可以借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；保持繼電器也可以為雙線圈控制；或者控制板多通道傳感器接口模塊讀取所有發(fā)電器件溫度傳感信號(hào)，經(jīng)過無線收發(fā)器反饋到I臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，在其中和陣列中其他智能模塊無線反饋的溫度傳感信號(hào)進(jìn)行同步，合成，作為熱電系統(tǒng)模型的輸入?yún)?shù)計(jì)算產(chǎn)生優(yōu)化拓?fù)浼耙惶淄暾拈_關(guān)導(dǎo)通斷開指令，之后再經(jīng)過無線收發(fā)器接收本地智能模塊串對(duì)應(yīng)的開關(guān)指令，通過控制多通道輸出驅(qū)動(dòng)所有發(fā)電器件的繼電器執(zhí)行相應(yīng)的導(dǎo)通斷開動(dòng)作。用智能溫差發(fā)電模塊串2組成先串后并陣列結(jié)構(gòu)，各模塊共用I個(gè)控制板，硬件資源高度整合并充分利用，從而節(jié)省了成本和空間。用智能溫差發(fā)電模塊串2組成先串后并陣列結(jié)構(gòu)，當(dāng)模塊串中所有模塊都摘除時(shí)，由于模塊共用I個(gè)控制板，可以在本地準(zhǔn)確判斷最后一個(gè)摘除的模塊，并在本地將最后一個(gè)摘除的模塊的并聯(lián)開關(guān)不閉合以避免短路，而無須通過主機(jī)或智能模塊間相互通知，從而節(jié)省了無線通信開銷和能量。
如圖13所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例智能熱電模塊(串)自治優(yōu)化流程示意圖。如圖14所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例智能熱電模塊(串)主機(jī)優(yōu)化示意圖。智能熱電模塊控制板讀取的發(fā)電器件溫度傳感信號(hào)，經(jīng)過無線收發(fā)器反饋到I臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，在其中和陣列中其他智能模塊無線反饋的溫度傳感信號(hào)進(jìn)行同步合成，作為熱電系統(tǒng)模型的輸入?yún)?shù)計(jì)算產(chǎn)生優(yōu)化拓?fù)浼耙惶淄暾拈_關(guān)導(dǎo)通斷開指令，之后再經(jīng)過無線收發(fā)器接收本地智能模塊串對(duì)應(yīng)的開關(guān)指令，通過繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊控制繼電器執(zhí)行相應(yīng)的導(dǎo)通斷開動(dòng)作?；跓犭娤到y(tǒng)模型的計(jì)算方法包括查表法，實(shí)時(shí)仿真法等。例如查表法，采用先進(jìn)熱電系統(tǒng)模型，對(duì)每一種可能的陣列連接方式的所有可能模塊冷熱溫度條件進(jìn)行遍歷計(jì)算，產(chǎn)生模塊冷熱溫度條件和輸出功率的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；在控制自動(dòng)操作時(shí)，用各智能模塊反饋的溫度檢索事先建立的數(shù)據(jù)表格，功率最大的陣列連接方式即為優(yōu)化拓?fù)洹Ｈ鐖D15所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例以4個(gè)智能模塊先并后串陣列為例示意圖。事先通過熱電系統(tǒng)模型逐次進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)溆?jì)算，建立如下形式的數(shù)據(jù)表1:
表I
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法包括: 獲取熱電陣列中所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)； 根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令； 根據(jù)所述各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，控制所述熱電陣列中的各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法，其特征在于，所述方法還包括: 獲取所述熱電陣列的所有或其中部分發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓； 根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
3.如權(quán)利要求2所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法，其特征在于， 所述獲取熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，包括:通過無線收發(fā)器獲取熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)； 所述獲取所述熱電陣列的所有或其中部分發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓，包括:通過無線收發(fā)器獲取所述熱電陣列的所有或其中部分發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓。
4.如權(quán)利要求2所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法，其特征在于，所述根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，包括: 根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令； 所述根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，包括: 根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng) 所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法，其特征在于，所述可控開關(guān)包括保持繼電器；所述保持繼電器為單線圈或雙線圈:當(dāng)所述保持繼電器為單線圈時(shí)，所述繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊用I個(gè)雙極性輸出端口，或者借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；所述熱電陣列中的所有發(fā)電器件對(duì)應(yīng)一個(gè)控制單元，或者所述熱電陣列中的每個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)一個(gè)控制單元；所述控制單元通過電池或者發(fā)電器件中的一部分熱電偶進(jìn)行供電； 當(dāng)所述熱電陣列為先并后串陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控開關(guān):可控開關(guān)串接發(fā)電器件； 當(dāng)所述熱電陣列為先串后并陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置兩個(gè)可控單刀單擲開關(guān):一個(gè)可控開關(guān)串接發(fā)電器件，另一個(gè)可控開關(guān)并接發(fā)電器件；或者為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控單刀雙擲開關(guān):一個(gè)通路串接發(fā)電器件，另一個(gè)通路并接發(fā)電器件。
6.一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置包括:控制單元，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置還包括:熱電陣列中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件；其中，所述控制單元包括: 傳感器接口模塊，用于獲取所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)； 處理器模塊，用于在進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)浜?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令； 繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，控制所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置，其特征在于，所述熱電陣列中包括多個(gè)所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置，其中，一個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件； 所述熱電陣列中的所有發(fā)電器件對(duì)應(yīng)一個(gè)主控主機(jī)時(shí)，主控主機(jī)用于根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的控制單元發(fā)送來的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，并發(fā)送回給對(duì)應(yīng)的控制單元；或者， 所述控制單元中的處理器模塊，用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌援a(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令； 所述傳感器接口模塊，還獲取所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓； 所述控制單元中的處理器模塊，進(jìn)一步用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單 元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
8.如權(quán)利要求7所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置，其特征在于， 所述控制單元，用于通過無線收發(fā)器發(fā)送所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)；進(jìn)一步用于通過無線收發(fā)器發(fā)送所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的串路電流或并聯(lián)端電壓。
9.如權(quán)利要求7所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置，其特征在于， 所述主控主機(jī)，進(jìn)一步用于根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的控制單元發(fā)送來的溫度信號(hào)，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，并發(fā)送回給對(duì)應(yīng)的控制單元；或者， 所述控制單元中的處理器模塊，進(jìn)一步用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，獲取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；或者， 所述控制單元中的處理器模塊，進(jìn)一步用于根據(jù)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件的溫度信號(hào)，以及串路電流或并聯(lián)端電壓，利用查表法或?qū)崟r(shí)仿真法進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)?，以產(chǎn)生所述熱電陣列功率最大化時(shí)所述控制單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令。
10.如權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電裝置，其特征在于，所述可控開關(guān)包括保持繼電器；所述保持繼電器為單線圈或雙線圈:當(dāng)所述保持繼電器為單線圈時(shí)，所述繼電器控制驅(qū)動(dòng)模塊用I個(gè)雙極性輸出端口，或者借助H橋用2個(gè)單極性輸出端口實(shí)現(xiàn)；所述控制單元通過電池或者發(fā)電器件中的一部分熱電偶進(jìn)行供電； 當(dāng)所述熱電陣列為先并后串陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控開關(guān):可控開關(guān)串接發(fā)電器件； 當(dāng)所述熱電陣列為先串后并陣列結(jié)構(gòu)時(shí)，分別為各個(gè)發(fā)電器件配置兩個(gè)可控單刀單擲開關(guān):一個(gè)可控開關(guān)串接發(fā)電器件，另一個(gè)可控開關(guān)并接發(fā)電器件；或者為各個(gè)發(fā)電器件配置一個(gè)可控單刀雙擲開關(guān):一個(gè)通路串接發(fā)電器件，另一個(gè)通路并接發(fā)電器件。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法及裝置，所述半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電方法包括獲取熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)；根據(jù)所述熱電陣列中的所有或其中部分發(fā)電器件的溫度信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化拓?fù)洌@取所述熱電陣列功率最大化時(shí)各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令；根據(jù)所述各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開指令，控制所述熱電陣列中的各個(gè)發(fā)電器件對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例通過調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，可以將工作于低溫和衰減嚴(yán)重的發(fā)電器件模塊從整個(gè)熱電陣列中動(dòng)態(tài)摘除，變成一個(gè)可優(yōu)化的系統(tǒng)，從而可以盡量減小熱電陣列中的失配問題。
文檔編號(hào)G05F1/67GK103197719SQ20131014604
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者陳旻, 陳樹泉 申請(qǐng)人:北京鴻雁榮昌電子技術(shù)開發(fā)有限公司