CN103453688B - 一种热电制冷/热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热电制冷/热系统，多个热电模块中的至少一部分接入开关矩阵，通过开关矩阵中各可控开关的通断，实现对接入的热电模块之间的可变化的电连接，为每个热电模块提供直流电；中央控制器控制每个可控开关的导通或断开；温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的中央控制器；中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，计算得到使被冷却/加热目标表面温度达到目标温度且电源功率最小化时开关矩阵中各个可控开关的导通或断开指令，并根据开关矩阵内各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。

Description

一种热电制冷/热系统

技术领域

本发明涉及制冷/热、空调领域，具体而言，涉及一种热电制冷/热系统。

背景技术

基于热电效应的半导体制冷器/热器加上直流电源和散热装置即可在短时间内制冷制热，只需要改变电流方向可实现制冷或加热两种目的。其不使用制冷剂，不污染环境，不存在制冷工质泄漏的问题。无机械转动，无磨损，运行可靠，使用寿命长，维护方便，对车行等恶劣环境具有更强的适应性。维修也方便。无噪音。结构紧凑，体积小，重量轻。因此热电制冷器/热器具有非常广阔的应用前景。

以制冷为例，一个制冷模块的产冷量是有限的，所以当需要大的制冷量或较大的制冷温差时，就需要更多数量的热电制冷器，多个制冷模块连接为热电堆才能满足需求。如热电汽车空调系统，产生与现有蒸汽压缩式空调相同的舒适水平每辆汽车约需要几百组热电堆。每个独立的热电制冷/热单元必然包括一定数量的热电制冷片，这些热电制冷片采用串、并联相结合的混联方式组成阵列。上述矩形对称结构热电模块阵列，当所有热电模块两侧温差均匀时，每个热电模块上加载的电压和电流和与其并联和串联的其他热电模块必然一样。分析半导体芯片的串并联方式可知，对串联来说，单个热电模块端电压是整机直流电源输入电压的1/m（m为在同一串中的热电模块数目），对并联来说，单个热电模块电流是整机直流电源输入电流的1/n（n为在同一并联排中的热电模块数目）。上述热电制冷/热单元的独立温度控制系统对阵列中所有热电模块统一调节，所有热电模块工作在相同的制冷/热工况。由于被冷却/加热元件或特定的被冷却/加热面积表面的温度不均匀性以及散热介质和环境温度的影响,实际热电制冷/热单元中热电模块两侧温差多是不均匀的。此外，被冷却元件或特定的被冷却面积多在大跨度动态变化中，即均匀的温度分布在下一时刻有可能变成不均匀的。这给热电制冷/热单元使用单一温度控制系统对阵列中所有热电模块统一调节带来了一定的损耗。解决这个问题的一个方案是把原来热电制冷/热单元划分成更小的子单元，为每个子单元模块阵列，甚至为每个热电模块配置独立的温度中央控制器。但这样做要求增加大量的电力电子驱动电路（包括直流-直流转换器），成本和复杂性将大幅上升。

发明内容

本发明提供一种热电制冷/热系统，用以降低热电制冷/热系统的成本、操作复杂性以及功耗，提高温控效果。

为达到上述目的，本发明提供了一种热电制冷/热系统，包括：多个热电模块，由多个可控开关组成的开关矩阵，温度传感器，电力电子驱动电路，以及中央控制器，其中：

多个热电模块中的至少一部分接入开关矩阵，通过开关矩阵中各可控开关的通断，实现对接入的热电模块之间的可变化的电连接，电力电子驱动电路连接在所有热电模块通过开关矩阵连接组成的热电模块阵列与电源之间，为每个热电模块提供直流电；

中央控制器与每个可控开关相连接，用于控制每个可控开关的导通或断开；

多个热电模块中的至少一部分热电模块处被冷却/加热目标的表面分别设置有一个或一组温度传感器，每个或每组温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的中央控制器；

中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，计算得到使被冷却/加热目标表面温度达到目标温度且电源功率最小化时开关矩阵中各个可控开关的导通或断开指令，并根据开关矩阵内各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。

可选的，若由开关矩阵确定与其连接的多个热电模块的拓扑结构为先串联后并联结构，当被冷却/加热目标表面温度变化时，通过排序算法将新的工作在两侧温差最大范围内的热电模块串联，两侧温差次大范围内的热电模块串联，依次类推。

可选的，若由开关矩阵确定与其连接的多个热电模块的拓扑结构为先并联后串联结构，当被冷却/加热目标表面温度变化时，通过排序算法将新的工作在两侧温差最大的热电模块和两侧温差最小的热电模块并联，两侧温差次大的热电模块和两侧温差次小的热电模块并联，依次类推。

可选的，中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，计算得到使被冷却/加热目标表面温度达到目标温度且电源功率最小化时开关矩阵中各个可控开关的导通或断开指令具体包括：

中央控制器中预先存储有经验数据表，经验数据表中保存有使被冷却/加热目标表面温度达到目标温度且电源功率最小化时，开关矩阵中每个可控开关的导通或断开状态与被冷却/加热目标表面的温度数据及目标温度的映射关系；

中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，查找经验数据表，从映射关系中得到开关矩阵中每个可控开关的导通或断开状态，并生成对应的导通或断开指令。

可选的，中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，计算得到使被冷却/加热目标表面温度达到目标温度且电源功率最小化时开关矩阵中各个可控开关的导通或断开指令具体包括：

中央控制器根据所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据以及热电模块串并联模型进行实时仿真，得到使被冷却/加热目标表面温度达到目标温度且电源功率最小化时开关矩阵中每个可控开关的导通或断开状态，并生成对应的导通或断开指令。

可选的，目标温度为设定值或设定阈值范围，电力电子驱动电路电流的方向有正反2个方向，当被冷却/加热目标温度高于设定值或设定阈值范围上限时，热电开始制冷，降低被冷却/加热目标温度；当被冷却/加热目标温度低于设定值或设定阈值范围下限时，热电开始制热，升高被冷却/加热目标温度。

可选的，温度传感器为无线温度传感器，中央控制器中设置有无线收发模块，无线温度传感器与无线收发模块通过无线方式进行数据传输。

可选的，电源为以下至少一种：

干电池，蓄电池，整流电源，热电发电或太阳能发电产生的直流电。

为达到上述目的，本发明还提供了一种热电制冷/热系统，包括：多个热电模块，多个可控开关，温度传感器，电力电子驱动电路，多个控制单元，以及中央控制器，其中：

每个热电模块与一个或多个可控开关相连接，与每个热电模块相连接的一个或多个可控开关与一个控制单元相连接，每个控制单元用于控制与其连接的可控开关的导通或断开；

电力电子驱动电路连接在所有热电模块通过可控开关连接组成的热电模块阵列与电源之间，为每个热电模块提供直流电；

多个热电模块中的至少一部分热电模块处被冷却/加热目标的表面分别设置有一个或一组温度传感器，每个或每组温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的控制单元；

中央控制器与每个控制单元相连接，每个控制单元将其接收的温度数据通过有线或无线方式发送给中央控制器；

中央控制器将所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据与其存储的目标温度相比较，根据比较结果确定与对应控制单元连接的可控开关的导通或断开指令，并将与对应控制单元连接的各个可控开关的导通或断开指令发送给对应的控制单元；

每个控制单元其所接收的各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。

为达到上述目的，本发明还提供了一种热电制冷/热系统，包括：多个热电模块，多个可控开关，温度传感器，电力电子驱动电路，以及多个控制单元，其中：

每个热电模块与一个或多个可控开关相连接，与每个热电模块相连接的一个或多个可控开关与一个控制单元相连接，每个控制单元用于控制与其连接的可控开关的导通或断开；

电力电子驱动电路连接在所有热电模块通过可控开关连接组成的热电模块阵列与电源之间，为每个热电模块提供直流电；

多个热电模块中的至少一部分热电模块处被冷却/加热目标的表面分别设置有一个或一组温度传感器，每个或每组温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的控制单元；

每个控制单元将所接收的对应处被冷却/加热目标表面的温度数据与其存储的目标温度相比较，根据比较结果确定对应可控开关的导通或断开指令，并根据各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的热电制冷/热系统工作原理示意图；

图2为本发明一个实施例的热电模块阵列为先串联后并联结构示意图；

图3为本发明一个实施例的热电模块阵列为先并联后串联结构示意图；

图4为本发明另一个实施例的热电模块阵列为先串联后并联结构示意图；

图5为本发明另一个实施例的热电阵列为先并联后串联结构示意图；

图6为针对图4、图5实施例的分布式开关阵列优化拓扑算法流程图；

图7为本发明一个实施例的分布式开关控制单元示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一个实施例的热电制冷/热系统工作原理示意图；该热电制冷/热系统包括：多个热电模块（图1中共有N*M个热电模块，N、M为自然数），由多个可控开关组成的开关矩阵，温度传感器，电力电子驱动电路，以及中央控制器，其中：

多个热电模块中的至少一部分接入开关矩阵（其中，在图1中所有的热电模块全部接入开关矩阵），通过开关矩阵中各可控开关的通断，实现对接入的热电模块之间的可变化的电连接，电力电子驱动电路连接在所有热电模块通过开关矩阵连接组成的热电模块阵列与电源之间，为每个热电模块提供直流电；

中央控制器与每个可控开关相连接，用于控制每个可控开关的导通或断开；

多个热电模块中的至少一部分热电模块处被冷却目标的表面分别设置有一个或一组温度传感器（其中，在图1中所有的热电模块处被冷却目标的表面分别设置有一个或一组温度传感器），每个或每组温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的中央控制器。

温度传感器可以是热偶，可以是1个或多个，以冷却为例，一般安装在被热电模块阵列冷却的目标元件或目标冷却表面。1个温度传感器或多个温度传感器共同代表被冷却目标的温度。

电源可以是干电池、蓄电池或整流电源（把交流电源作整流滤波处理变换为直流电），也可以是热电发电（例如汽车发动机尾气余热回收）和太阳能发电（例如车载光伏）产生的直流电，以及二者的结合。

在对热电装置的温度进行控制时，以冷却为例，首先对被冷却目标理想的温度值进行预设置，预设温度可以是一个温度值，也可以是一个具有上限和下限的温度范围，并将预设温度进行存储。然后每隔一段时间从温度传感器读取当前温度数据作为反馈信号。之后将测温与预设温度进行比较，对于单制冷/热功能的半导体制冷/热器,流过其电流的方向将保持同一个方向，以制冷为例，若测温高于预设值或预设值上限，则升高电力电子驱动电路电流输出，使其驱动热电制冷模块在较高功率下运行；反之，若低于预设值或预设值下限，则降低电力电子驱动电路电流输出，热电制冷模块在较低功率下运行。对于同时具有制冷制热功能的半导体制冷制热器,电力电子驱动电路可通过H桥等技术实现流过其电流的方向有正反2个方向，当被冷却目标温度高于设定值或预设值上限时，热电开始制冷，降低被冷却目标温度；当被冷却目标温度低于设定值或预设值下限时，热电开始制热，升高被冷却目标温度。

在对开关阵列中各可控开关的导通或断开状态进行控制时，中央控制器可以根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，计算得到使被冷却/加热目标表面温度达到目标温度且电源功率最小化时开关矩阵中各个可控开关的导通或断开指令，并根据开关矩阵内各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。

在图1的实施例中，热电制冷/热系统中各个热电模块间没有固定连接线，N*M个热电模块的正负极都接入到一个开关矩阵，和其中的各个可控开关连接。理想情况，每个热电模块的每个正负极和所有热电模块的每个正负极之间都通过一个可控开关相连，以实现热电模块电连接的各种可能拓扑。所有可控开关导通或断开的组合模式，对应热电模块阵列的各个可能的连接拓扑，包括串联，并联，先串联后并联，先并联后串联，从阵列中摘除某些热电模块，以及对称阵列之外的不对称连接方式等等。

为所有或其中部分热电模块配置温度传感器，测量该热电模块处被冷却目标表面温度，或测量该热电模块两端温差。理想情况，每个热电模块都配置1个（组）温度传感器，共有N*M个（组）温度传感器，以实现全部热电模块工况的监控。

开关控制通过有线或无线传输，获取热电模块阵列中所有或其中部分温度传感器的温度信号，以其作为开关控制的输入进行优化拓扑计算，获取使被冷却目标表面温度达到设计要求且电源功率最小化时开关矩阵内对应的各个可控开关的导通或断开指令；根据开关矩阵内可控开关的导通或断开指令，控制各个可控开关实现导通或断开状态。可控开关包括保持继电器，保持继电器为单线圈或双线圈：当保持继电器为单线圈时，开关控制的继电器驱动用1个双极性输出端口，或者借助H桥用2个单极性输出端口实现等等。

优化拓扑的计算可以利用基于事先计算或实验得到经验数据的查表法或基于热电模块串并联模型的实时仿真法。

基于事先计算或实验得到经验数据的查表法：中央控制器中预先存储有经验数据表，经验数据表中保存有使被冷却/加热目标表面温度达到目标温度且电源功率最小化时，开关矩阵中每个可控开关的导通或断开状态组合与被冷却/加热目标表面的温度数据及目标温度的优化的映射关系；中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，查找经验数据表，从映射关系中得到开关矩阵中每个可控开关的导通或断开状态，并生成对应的优化的导通或断开指令。

基于热电模块串并联模型的实时仿真法：中央控制器根据所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据以及热电模块串并联模型进行实时仿真，得到使被冷却/加热目标表面温度达到目标温度且电源功率最小化时开关矩阵中每个可控开关的导通或断开状态组合，并生成对应的优化的导通或断开指令。

信号处理通过有线或无线传输，获取热电模块阵列中所有或其中部分温度传感器的温度信号，以其作为信号处理的输入估算多个测温传感器共同代表的被冷却目标的温度，获取与预设温度相比较的单一集中式温度控制的反馈信号。把多个来自不同空间位置的测温数据转换为单一集中式温度控制可使用的反馈信号的处理方法包括算数平均等等。

图2为本发明一个实施例的热电模块阵列为先串联后并联结构示意图；开关矩阵的实现方式为：热电阵列每串2个模块，上面模块编号为A1到AN，下面模块编号为B1到BN，AB间通过一排开关割开。B各个热电模块配置N个可控单刀单掷开关，或者配置一个可控单刀N掷开关：B中第x模块第y个/掷开关（KBx.y,1≤x≤N,1≤y≤N）合，则B中第x模块与A中第y模块连在一串中工作。B每个热电模块的N个/掷开关同一时刻有且只能有1个合，即A1到AN和B1到BN为一一对应关系。上述N个/掷开关（KB）也可以分别为A各个热电模块配置。上述A1到AN及B1到BN，也可以代表不止1个热电模块，而代表多个热电模块串联。如A1到AN及B1到BN代表多个热电模块串联，各串的长度可以一样，也可以不一样。

开关控制可以采用分布式或集中式，温度传感器数据传输可以采用有线或无线。以制冷为例，通过比较各热电模块温度，开关中央控制器调节可控开关的导通和断开，可以将工作在低温/小热负荷处两侧温差较大的热电模块集中置于阵列的某些串中，同时将工作在高温/大热负荷处两侧温差较小的热电模块集中置于阵列的另一些串中；对于制冷/热的多数工况下，两侧温差不大，各热电模块电阻一般近似相等，如外加电源的电流一定，在先串后并拓扑中，两侧温差较大的热电模块串路具有较大的赛贝克电动势，分配的支流电流较小，从而低温/小热负荷避免了不必要的功率浪费；两侧温差较小的热电模块串路具有较小的赛贝克电动势，分配的支流电流较大，从而高温/大热负荷得到更高的输入电功率，产生更强的制冷效果。当被冷却目标表面温度变化时，可以通过排序算法动态将新的工作在低温/小热负荷处两侧温差较大的热电模块集中置于阵列的某些串中，同时将新的工作在高温/大热负荷处两侧温差较小的热电模块集中置于阵列的另一些串中。从而变成一个可优化的系统，尽量消除被冷却目标表面的温度和热负荷不均匀，使被冷却目标表面温度整体接近或达到设计要求。

图3为本发明一个实施例的热电模块阵列为先并联后串联结构示意图；开关矩阵的实现方式为：热电阵列每排2个模块，左面模块编号为A1到AN，右面模块编号为B1到BN，AB间通过一排开关割开。B各个热电模块正极配置N个可控单刀单掷开关，或者配置一个可控单刀N掷开关；A各个热电模块负极配置N个可控单刀单掷开关，或者配置一个可控单刀N掷开关。B中第x模块第y个/掷开关(KBx.y,1≤x≤N,1≤y≤N)合，则必有A中第y模块第x个/掷开关(KBx.y,1≤x≤N,1≤y≤N)合，从而B中第x模块正负极分别与A中第y模块正负极连接，2模块并连在一排中工作。A和B每个热电模块的N个/掷开关同一时刻有且只能有1个合。A1到AN和B1到BN可以为一一对应关系，也可以为多对一关系。上述N个/掷模块正极开关（KB）也可以分别为A各个热电模块配置，上述N个/掷模块负极开关（KA）也可以分别为B各个热电模块配置。上述A1到AN及B1到BN，也可以代表不止1个热电模块，而代表多个热电模块并联。如A1到AN及B1到BN代表多个热电模块并联，各排的长度可以一样，也可以不一样。

开关控制可以采用分布式或集中式，温度传感器数据传输可以采用有线或无线。以制冷为例，通过比较各热电模块温度，开关中央控制器调节可控开关的导通和断开，可以将工作在低温/小热负荷处两侧温差较大的热电模块和工作在高温/大热负荷处两侧温差较小的热电模块集中置于阵列的各排中，即两侧温差最大的热电模块和两侧温差最小的热电模块并联，两侧温差次大的热电模块和两侧温差次小的热电模块并联，依此类推；对于制冷/热的多数工况下，两侧温差不大，各热电模块电阻一般近似相等，如外加电源的电流一定，在先并后串拓扑中，两侧温差较大的热电模块串路具有较大的赛贝克电动势，分配的支流电流较小，从而低温/小热负荷避免了不必要的功率浪费；两侧温差较小的热电模块串路具有较小的赛贝克电动势，分配的支流电流较大，从而高温/大热负荷得到更高的输入电功率，产生更强的制冷效果。当被冷却目标表面温度变化时，可以通过排序算法动态将新的工作在低温/小热负荷处两侧温差较大的热电模块和新的工作在高温/大热负荷处两侧温差较小的热电模块集中置于阵列的各排中，即新的两侧温差最大的热电模块和新的两侧温差最小的热电模块并联。从而变成一个可优化的系统，尽量消除被冷却目标表面的温度和热负荷不均匀，使被冷却目标表面温度整体接近或达到设计要求。

图4为本发明另一个实施例的热电模块阵列为先串联后并联结构示意图；开关矩阵的实现方式为：各个热电模块配置两个可控单刀单掷开关：一个可控开关串接热电模块，另一个可控开关并接热电模块；或者为各个热电模块配置一个可控单刀双掷开关：一个通路串接热电模块，另一个通路并接热电模块。串路开关合并路开关断，则热电模块连在阵列中工作；串路开关断并路开关合，则热电模块从热电阵列中摘除。每个热电模块只能在上述2种状态之一，每个热电模块串如果只剩一个热电模块处在串路开关合并路开关断状态（已有N-1个热电模块摘除），那么该模块摘除时，串路开关断并路开关不合，以防短路。

开关控制采用分布式，以制冷为例，通过调节可控开关的导通和断开，可以将工作在低温/小热负荷处两侧温差较大的热电模块从整个热电阵列中动态摘除，消除其上加载的无必要的电压/电流；当其重新工作在高温/大热负荷处，模块两侧温差较小时，通过调节可控开关的导通和断开，可以将其动态重新连接在热电阵列中并加载电压/电流。从而变成一个可优化的系统，尽量减小热电阵列中由于被冷却目标表面的温度和热负荷不均匀性造成的功率浪费，既使被冷却目标表面温度达到设计要求，同时电源功率最小。

图5为本发明另一个实施例的热电阵列为先并联后串联结构示意图；开关矩阵的实现方式为：分别为各个热电模块配置一个可控单刀单掷开关，可控开关串接热电模块。开关合则热电模块连在阵列中工作；开关断则热电模块从热电阵列中摘除。每个热电模块只能在上述2种状态之一，每个热电模块并联行如果只剩一个热电模块处在开关合状态（已有M-1个热电模块摘除），那么该模块摘除时，该并联行的并路开关合上，以防断路。

开关控制采用分布式，以制冷为例，通过调节可控开关的导通和断开，可以将工作在低温/小热负荷处两侧温差较大的热电模块从整个热电阵列中动态摘除，消除其上加载的无必要的电压/电流；当其重新工作在高温/大热负荷处，模块两侧温差较小时，通过调节可控开关的导通和断开，可以将其动态重新连接在热电阵列中并加载电压/电流。从而变成一个可优化的系统，尽量减小热电阵列中由于被冷却目标表面的温度和热负荷不均匀性造成的功率浪费，既使被冷却目标表面温度达到设计要求，同时电源功率最小。

图6为针对图4、图5实施例的分布式开关阵列优化拓扑算法流程图。如图所示，以制冷为例，优化拓扑算法包括以下步骤：

温度传感器周期性采集数据读入，根据读入的数据判断被冷却目标表面测温是否大于设计要求温度上限？

如果是，则判断对应的热电模块未被摘除？

如果是则无需任何操作，否则驱动对应的可控开关动作使对应的热

电模块重新连接到热电模块阵列；

否则，判断被冷却目标表面测温是否小于设计要求温度下限？

如果是则判断对应的热电模块是否被摘除？

如果是无需任何操作，否则驱动相应可控开关动作使热电模块从热电模块阵列中摘除。

在本发明的另一个实施例中，热电制冷/热系统包括：多个热电模块，多个可控开关，温度传感器，电力电子驱动电路，多个控制单元，以及中央控制器，其中：

每个热电模块与一个或多个可控开关相连接，与每个热电模块相连接的一个或多个可控开关与一个控制单元相连接，每个控制单元用于控制与其连接的可控开关的导通或断开；

电力电子驱动电路连接在所有热电模块通过可控开关连接组成的热电模块阵列与电源之间，为每个热电模块提供直流电；

多个热电模块中的至少一部分热电模块处被冷却/加热目标的表面分别设置有一个或一组温度传感器，每个或每组温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的控制单元；

中央控制器与每个控制单元相连接，每个控制单元将其接收的温度数据通过有线或无线方式发送给中央控制器；

中央控制器将所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据与其存储的目标温度相比较，根据比较结果确定与对应控制单元连接的可控开关的导通或断开指令，并将与对应控制单元连接的各个可控开关的导通或断开指令发送给对应的控制单元；

每个控制单元其所接收的各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。

在本发明的又一个实施例中，热电制冷/热系统包括：多个热电模块，多个可控开关，温度传感器，电力电子驱动电路，以及多个控制单元，其中：

每个热电模块与一个或多个可控开关相连接，与每个热电模块相连接的一个或多个可控开关与一个控制单元相连接，每个控制单元用于控制与其连接的可控开关的导通或断开；

电力电子驱动电路连接在所有热电模块通过可控开关连接组成的热电模块阵列与电源之间，为每个热电模块提供直流电；

多个热电模块中的至少一部分热电模块处被冷却/加热目标的表面分别设置有一个或一组温度传感器，每个或每组温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的控制单元；

每个控制单元将所接收的对应处被冷却/加热目标表面的温度数据与其存储的目标温度相比较，根据比较结果确定对应可控开关的导通或断开指令，并根据各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。

在具体实现时，热电制冷/热系统的每个热电模块都集成1个或多个可控开关，集成一个控制单元，此外可以增加一些电连接在一起的热电偶，工作在发电模式，其与模块其它用于制冷/热的热电偶分开连接。利用制冷/热时的温差发电，为控制单元无源供电。

图7为本发明一个实施例的分布式开关控制单元示意图。如图所示，控制单元包括温度传感器接口模块、CPU处理器模块、继电器控制驱动模块和无线收发模块：

温度传感器接口模块用于获取热电模块的两侧温差，或此热电模块对应的被冷却目标表面在该处的工作温度信号；

CPU处理器模块用于根据热电模块的两侧温差或此热电模块对应的被冷却目标表面在该处的工作温度信号进行优化拓扑，并在进行优化拓扑后，产生被冷却目标表面温度达到设计要求电源功率最小化时每个热电模块对应的可控开关的导通或断开指令；

继电器控制驱动模块根据CPU处理器模块产生的热电模块对应的可控开关的导通或断开指令，控制对应的热电模块对应的可控开关进入导通或断开状态；

无线收发模块可以把本地温度传感器读数或可控开关导通或断开的状态发往中央中央控制器或其他热电模块的控制单元，并可以接收来自中央中央控制器发来的指令，或来自其他热电模块的控制单元的温度传感器读数或可控开关导通或断开的状态。

控制单元的电源可以通过电池供电，也可以通过前述另外集成的热电模块中的一部分热电偶，并利用热电模块两端的温差发电进行供电，实现免电池操作。

此外，根据热电模块冷却/加热目标处的当前测得温度和目标温度的差值还可以对热电模块的功率进行控制。进行控制的具体方式可以通过检测温度间歇启闭热电制冷/制热系统，这种方式带继电器开关以响应输入温度的变化，控制外电路。进行温度控制的具体方式也可以是控制规律为比例积分微分控制，简称PID控制。经过PID调节器运算得到输出控制量,输出控制量控制电力电子驱动电路，得到的输出电压施加到热电模块上,从而控制热电制冷/热系统的制冷/热量。控制端口可以采用PWM方式通过调节占空比从而改变热电模块两端的平均电压值,从而调节制冷/热量。

需要指出的是，上述热电制冷/热系统可以用于热电制冷降温枕头、热电烘干机、干衣机、除湿机、饮水机、热电冰箱、热电制冷贮酒箱、热电式水源热泵/热水器、热电式热泵贮能、热电风机以及大功率电子元件封装的热电冷却散热设计。热电制冷/热系统还可应用于热电空调。热电空调器电流换向方便，换向后就变成采暖工况，相当于热泵式空调机组，可以冷热两用，满足各种空调需要。对于汽车空调，可以在汽车行驶时实现对车室温度环境的调节和改善，增加人的舒适感。为了满足高档汽车更高的舒适度要求，热电技术还可以通过集成实现具有加热和制冷功能的汽车空调座椅。热电与车在技术上有较好的兼容性，具有很多适合汽车空调使用的特点，更可以减少系统的重量和尺寸，体积小的优点更为突出；特别是热电元件工作由直流驱动，电源可通用，车可以自备直流电源，也可采用太阳能电池阵列充电系统。对于一般汽车来说,发动机尾气的能量可以用热电发电器件加以利用，将废热能转化为电能，结合发电应用和制冷应用的特点,利用发动机余热回收发电，然后采用此种直流电便可以直接驱动汽车的热电制冷的空调系统。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种热电制冷/热系统，其特征在于，包括：多个热电模块，由多个可控开关组成的开关矩阵，温度传感器，电力电子驱动电路，以及中央控制器，其中：

所述多个热电模块中的至少一部分接入所述开关矩阵，通过所述开关矩阵中各可控开关的通断，实现对接入的所述热电模块之间的可变化的电连接，所述电力电子驱动电路连接在所有所述热电模块通过所述开关矩阵连接组成的热电模块阵列与电源之间，为每个所述热电模块提供直流电；

所述中央控制器与每个所述可控开关相连接，用于控制每个所述可控开关的导通或断开；

所述多个热电模块中的至少一部分热电模块处被冷却/加热目标的表面分别设置有一个或一组所述温度传感器，每个或每组所述温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的所述中央控制器；

所述中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，计算得到使被冷却/加热目标表面温度达到所述目标温度且电源功率最小化时所述开关矩阵中各个可控开关的导通或断开指令，并根据所述开关矩阵内各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。

2.根据权利要求1所述的热电制冷/热系统，其特征在于，若由所述开关矩阵确定与其连接的所述多个热电模块的拓扑结构为先串联后并联结构，当被冷却/加热目标表面温度变化时，通过排序算法将新的工作在两侧温差最大范围内的热电模块串联，两侧温差次大范围内的热电模块串联，依次类推。

3.根据权利要求1所述的热电制冷/热系统，其特征在于，若由所述开关矩阵确定与其连接的所述多个热电模块的拓扑结构为先并联后串联结构，当被冷却/加热目标表面温度变化时，通过排序算法将新的工作在两侧温差最大的热电模块和两侧温差最小的热电模块并联，两侧温差次大的热电模块和两侧温差次小的热电模块并联，依次类推。

4.根据权利要求1所述的热电制冷/热系统，其特征在于，所述中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，计算得到使被冷却/加热目标表面温度达到所述目标温度且电源功率最小化时所述开关矩阵中各个可控开关的导通或断开指令具体包括：

所述中央控制器中预先存储有经验数据表，所述经验数据表中保存有使被冷却/加热目标表面温度达到所述目标温度且电源功率最小化时，所述开关矩阵中每个可控开关的导通或断开状态与被冷却/加热目标表面的温度数据及目标温度的映射关系；

所述中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，查找所述经验数据表，从所述映射关系中得到所述开关矩阵中每个可控开关的导通或断开状态，并生成对应的导通或断开指令。

5.根据权利要求1所述的热电制冷/热系统，其特征在于，所述中央控制器根据其存储的目标温度及所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据，计算得到使被冷却/加热目标表面温度达到所述目标温度且电源功率最小化时所述开关矩阵中各个可控开关的导通或断开指令具体包括：

所述中央控制器根据所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据以及热电模块串并联模型进行实时仿真，得到使被冷却/加热目标表面温度达到所述目标温度且电源功率最小化时所述开关矩阵中每个可控开关的导通或断开状态，并生成对应的导通或断开指令。

6.根据权利要求1所述的热电制冷/热系统，其特征在于，所述目标温度为设定值或设定阈值范围，所述电力电子驱动电路电流的方向有正反2个方向，当被冷却/加热目标温度高于设定值或设定阈值范围上限时，热电开始制冷，降低被冷却/加热目标温度；当被冷却/加热目标温度低于设定值或设定阈值范围下限时，热电开始制热，升高被冷却/加热目标温度。

7.根据权利要求1所述的热电制冷/热系统，其特征在于，所述温度传感器为无线温度传感器，所述中央控制器中设置有无线收发模块，所述无线温度传感器与所述无线收发模块通过无线方式进行数据传输。

8.根据权利要求1所述的热电制冷/热系统，其特征在于，所述电源为以下至少一种：

干电池，蓄电池，整流电源，热电发电或太阳能发电产生的直流电。

9.一种热电制冷/热系统，其特征在于，包括：多个热电模块，多个可控开关，温度传感器，电力电子驱动电路，多个控制单元，以及中央控制器，其中：

每个所述热电模块与一个或多个所述可控开关相连接，与每个所述热电模块相连接的一个或多个所述可控开关与一个所述控制单元相连接，每个所述控制单元用于控制与其连接的可控开关的导通或断开；

所述电力电子驱动电路连接在所有热电模块通过可控开关连接组成的热电模块阵列与电源之间，为每个所述热电模块提供直流电；

所述多个热电模块中的至少一部分热电模块处被冷却/加热目标的表面分别设置有一个或一组所述温度传感器，每个或每组所述温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的控制单元；

所述中央控制器与每个所述控制单元相连接，每个所述控制单元将其接收的温度数据通过有线或无线方式发送给所述中央控制器；

所述中央控制器将所接收的每处被冷却/加热目标表面的温度数据与其存储的目标温度相比较，根据比较结果确定与对应控制单元连接的可控开关的导通或断开指令，并将与对应控制单元连接的各个可控开关的导通或断开指令发送给对应的控制单元；

每个所述控制单元其所接收的各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。

10.一种热电制冷/热系统，其特征在于，包括：多个热电模块，多个可控开关，温度传感器，电力电子驱动电路，以及多个控制单元，其中：

每个所述热电模块与一个或多个所述可控开关相连接，与每个所述热电模块相连接的一个或多个所述可控开关与一个所述控制单元相连接，每个所述控制单元用于控制与其连接的可控开关的导通或断开；

所述电力电子驱动电路连接在所有热电模块通过可控开关连接组成的热电模块阵列与电源之间，为每个所述热电模块提供直流电；

所述多个热电模块中的至少一部分热电模块处被冷却/加热目标的表面分别设置有一个或一组所述温度传感器，每个或每组所述温度传感器用于测量对应热电模块处被冷却/加热目标的表面温度，并将测得的温度数据传送给与其相连接的控制单元；

每个所述控制单元将所接收的对应处被冷却/加热目标表面的温度数据与其存储的目标温度相比较，根据比较结果确定对应可控开关的导通或断开指令，并根据各个可控开关的导通或断开指令，控制对应可控开关实现导通或断开状态。