CN104241514B - 一种热电发电器件阵列连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种热电发电器件阵列连接方法，所述热电发电器件阵列连接方法，包括：当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用并联连接时，在并联连接的每个热电发电器件支路中设置有串联的一个阻塞二极管。本发明可提供一种热电发电器件阵列连接方案，降低了功率损失，且提高了热电发电器件阵列系统稳定性。

Description

一种热电发电器件阵列连接方法

技术领域

本发明涉及热电发电技术领域，尤其涉及一种热电发电器件阵列连接方法。

背景技术

工业实际应用的热电发电系统含有多个热电发电器件，一般根据系统电压和系统功率，多个热电发电器件可以用先串后并或先并后串的方式联结为阵列。理论上，在热源温度分布和阵列串并联格局确定的条件下，热电发电器件阵列工作特性由负载等效阻抗决定。实际中，构成阵列的热电池之间或多或少总是会存在性能差异：或是由于外部环境的影响如传热不均匀等造成各热电池两端温差的不同，或是由于生产工艺的不同导致各热电池性能之间存在一定的差异；电池的老化也会导致整体性能下降。这些不匹配因素使得同一个热电发电器件阵列上的各热电池所能产生的电压电流不尽相同，部分电池不能与其它电池一样产生相同大小的温差电压，从而会造成一些电池可能会成为其它电池的负载，阵列输出功率因此遭受损失。

与本发明相关的现有技术是通过调制电源和负载之间的电力电子转换器的占空比，对热电阵列可能的最大功率点在负载侧进行动态跟踪。这种技术只能改变负载电路的等效电阻，而对热电阵列中各模块失配造成的功率下降不能起作用。

发明内容

本发明实施例提供一种热电发电器件阵列连接方法，以避免功率损失。

为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种热电发电器件阵列连接方法，所述热电发电器件阵列连接方法，包括：

当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用并联连接时，在并联连接的每个热电发电器件支路中设置有串联的一个阻塞二极管。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述热电发电器件阵列连接方法，包括：当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用并联连接时，在并联连接的每个热电发电器件支路中设置有串联的一个阻塞二极管的技术手段，所以达到了如下的技术效果：当若干个热电池并联时,可在热电池支路中串联一个阻塞二极管，每条支路至少串接一个阻塞二极管，可以防止热电发电器件并联运行时逆电流的产生。如此便可提供一种热电发电器件阵列连接方案，降低了功率损失，且提高了热电发电器件阵列系统稳定性。

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为本发明实施例一种热电发电器件阵列结构示意图；

图2为本发明实施例另一种热电发电器件阵列结构示意图；

图3为本发明实施例再一种热电发电器件阵列结构示意图；

图4为本发明实施例应用于热电模块中串联的热电偶的第一结构示意图；

图5为本发明实施例应用于热电模块中串联的热电偶的第二结构示意图。

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做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。

本发明实施例提供一种热电发电器件阵列连接方法，以避免功率损失，首先，本发明实施例一种热电发电器件阵列连接方法，所述热电发电器件阵列连接方法，包括：

当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用串联连接时，在串联连接的每个热电发电器件的两端设置有反并联的一个旁路二极管；

当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用并联连接时，在并联连接的每个热电发电器件支路中设置有串联的一个阻塞二极管。

优选的，所述当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用串联连接时，在串联连接的每个热电发电器件的两端设置有反并联的一个旁路二极管，包括：当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用串联连接时，在多个串联连接的热电发电器件的两端设置有反并联的一个旁路二极管。

优选的，所述旁路二极管至少包括如下之一：肖特基二极管、金氧半场效晶体管；所述阻塞二极管至少包括如下之一：肖特基二极管、金氧半场效晶体管。

优选的，所述金氧半场效晶体管的正向导通电压低于100mv。

如图1所示，为本发明实施例一种热电发电器件阵列结构示意图，所述热电发电器件阵列，包括：

串联阵列，在所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用串联连接时，在串联连接的每个热电发电器件的两端设置反并联的一个旁路二极管。

优选的，所述串联阵列，进一步在多个串联连接的热电发电器件的两端设置有反并联的一个旁路二极管。

优选的，所述旁路二极管至少包括如下之一：肖特基二极管、金氧半场效晶体管。

优选的，所述金氧半场效晶体管的正向导通电压低于100mv。

此处需要说明的是，串联情形也适用于单个模块中串联的热电偶对。如图4所示，为本发明实施例应用于热电模块中串联的热电偶的第一结构示意图，单个模块内部所有热电偶分别对应一个旁路二极管。如图5所示，为本发明实施例应用于热电模块中串联的热电偶的第二结构示意图，单个模块内部一个或多个热电偶分别对应一个旁路二极管。本发明应用实例还可以是上述连接方式的混合体，均属于本发明实施例的保护范围，本发明应用实例并不以此为限。

如图2所示，为本发明实施例另一种热电发电器件阵列结构示意图，所述热电发电器件阵列，包括：

并联阵列，在所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用并联连接时，在并联连接的每个热电发电器件支路中设置串联的一个阻塞二极管。

优选的，所述阻塞二极管至少包括如下之一：肖特基二极管、金氧半场效晶体管。

本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述热电发电器件阵列连接方法，包括：当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用串联连接时，在串联连接的每个热电发电器件的两端设置有反并联的一个旁路二极管；当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用并联连接时，在并联连接的每个热电发电器件支路中设置有串联的一个阻塞二极管的技术手段，所以达到了如下的技术效果：当若干个热电池串联时,可在热电池两端旁边反并联一个旁路二极管，如果每块热电发电器件均接有旁路二极管，可以防止功率损失；当若干个热电池并联时,可在热电池支路中串联一个阻塞二极管，每条支路至少串接一个阻塞二极管，可以防止热电发电器件并联运行时逆电流的产生。如此便可提供一种热电发电器件阵列连接方案，降低了功率损失，且提高了热电发电器件阵列系统稳定性。

本发明实施例为了解决上述情况，实际的热电发电系统中,当若干个热电池串联时,可在热电池两端旁边反并联一个旁路二极管，如果每块热电发电器件均接有旁路二极管，可以防止功率损失；当若干个热电池并联时,可在热电池支路中串联一个阻塞二极管，每条支路至少串接一个阻塞二极管，可以防止热电发电器件并联运行时逆电流的产生。如此便可提供一个能量散逸的低阻抗路径。

串联情形：同一串中电池,一个电池低温差/老化后,电流经过该电池,由于该电池本身不能产生足够的温差电动势,这样两端可能存在一个负电压。该电池两端无旁路二极管时,电流产生的欧姆电压降大部分方向加在电池两端，当温差足够小/老化足够严重后，或出现故障而停止发电时,该电池的端电压变负,即，此时它变成了负载,并以热量形式消耗吸收其他电池产生的功率；该电池两端并联有旁路二极管时,当电池正常产生温差电动势时,其对应的旁路二极管都形成反向偏压截止，因此不会有能量的损耗，当电池温差变小/老化使得端电压变负后,在旁路二极管两端形成正向偏压，正向导通,将有这个低温/老化电池旁路掉,通过旁路二极管导通整个串的电流，不至于阻碍其他正常组件发电,避免功率损失。

并联情形：同一排中电池两端电压一样,一个电池低温差/老化后,由于该电池本身不能产生足够的温差电动势,电流可能逆向经过该电池。该电池支路无阻塞二极管时,当温差足够小/老化足够严重后，或出现故障而停止发电时,该电池的支路电流变负,即，此时它变成了负载,并以热量形式消耗吸收其他电池产生的功率；该电池支路中串联有阻塞二极管时,当电池正常产生温差电动势时,其对应的阻塞二极管正向导通，因此不会有能量的损耗，当电池温差变小/老化使得支路电流变负后,在阻塞二极管两端形成反向偏压截止，将有这个低温/老化电池的支路断掉,不至于影响其他正常组件发电,避免功率损失。

实际热电发电器件阵列当中，如果只考虑避免功率失配损失，将每个热电池都并联安装一个二极管是最优的解决办法,但从节省成本的角度考虑,应该设法寻找一个旁路二极管最多可以保护热电池的数目：不一定每个热电池都并联上一个旁路二极管，可以每几个热电池配备一个旁路二极管。当串联电池在组件中成为负载带有负压时,旁路二极管可以把相应的几个热电池组成的串联电路短路,以降低带负压的串联电池组电压，从而降低功率损耗。如图3所示，为本发明实施例再一种热电发电器件阵列结构示意图。

本发明实施例通过二极管旁路/阻塞可以对热电发电器件阵列连接进行自动优化,但是二极管也存在缺点，首先大量的二极管带来了成本的增加，并且增加了功率的损耗。其次，对于低电压阵列，例如小型热电发电器件阵列，二极管的偏置电压会对阵列的工作电压影响较大(二极管导通压降为0.7V左右)。而旁路开关可替代起到旁通二极管作用的肖特基二极管。旁路开关可内置一个MOSFET开关，由一个控制电路管理通断状态，在受功率影响的热电发电器件阵列旁边为整串电流提供第二条通道。与肖特基二极管相比，旁路开关断态时泄漏电流小；通态时压降低(正向导通电压低于100mv且功耗低)，因此可提高系统能效，降低了功率损失，且提高了热电发电器件阵列系统稳定性。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种热电发电器件阵列连接方法，其特征在于，所述热电发电器件阵列连接方法，包括：

当所述热电发电器件阵列中的多个热电发电器件中的部分或全部热电发电器件采用并联连接时，在并联连接的每个热电发电器件支路中设置有串联的一个阻塞二极管。

2.如权利要求1所述热电发电器件阵列连接方法，其特征在于，所述阻塞二极管至少包括如下之一：肖特基二极管、金氧半场效晶体管。

3.如权利要求2所述热电发电器件阵列连接方法，其特征在于，所述金氧半场效晶体管的正向导通电压低于100mv。