CN105702848A - 一种p-n型温差电元件性能匹配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种P-N型温差电元件性能匹配方法。本发明属于温差电技术领域。一种P-N型温差电元件性能匹配方法，其特点是：P-N型温差电元件的N、P型元件为具有相同高度圆柱体，计算N、P型材料的冷端温度～工作温度的电导率平均值，根据二者的平均电导率数值差异，将两种元件设计成不同的截面积，以使二者的单体内阻相同。本发明综合考虑P\N温差电元件的工作现状，设计全新P\N型温差电元件性能匹配设计方法，实现二者的热阻和电阻匹配，进而具有显著提升所制作温差电单偶的电输出性能等优点。
Description
技术领域
本发明属于温差电技术领域，特别是涉及一种P-N型温差电元件性能匹配方法。
背景技术
目前，温差电池是一种可以将电能直接转换成热能的能量转换装置，由热源和温差发电器件组成。该种电池具有结构紧凑、没有运动部件、可靠性高、不受环境条件影响等特点，是深空探测工程(月球探测及远太空行星际飞行)电源系统的首选电源之一。
温差发电P-N单体是温差电池实现热电转换的关键部件，其性能优劣直接决定着电池的电输出性能指标。P-N单体性能除了与其使用的温差电材直接相关，另一个主要优化点在于P-N单体的匹配性设计。
现有的大多电池为了简化集成工艺，大多忽略P型材料和N型材料的性能差异，将两个元件设计成相同的高度和截面尺寸，进而造成电池无法在最佳的性能状态下放电工作等系列技术问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种P-N型温差电元件性能匹配方法。
本发明的目的是提供一种综合考虑P\N温差电元件的设计现状，设计全新P\N型温差电元件性能匹配设计方法，实现二者的热阻和电阻匹配，进而显著提升所制作温差电单偶的电输出性能的P-N型温差电元件性能匹配方法。
本发明P-N型元件性能匹配设计方法，通过提高P-N元件的匹配性，显著提高单体的工作温差，进而提高电池整体的电输出性能。
一种P-N型温差电元件性能匹配设计方法，具体技术创新点如下：
将N、P型元件设计成具有相同的高度圆柱体，以便于单体与电连接片的集成，高度根据电池设计需要确定；
计算N、P型材料的冷端温度～工作温度的电导率平均值，根据二者的平均电导率数值差异，将两种元件设计成不同的截面积，以使二者具有相同的单体内阻；
由于电导率与热导率成正比变化关系，电阻的高度一致将显著提高二者的热阻一致性，进而改善单体对的工作温差；
单体冷热端均使用与其外径相匹配的电极帽作为其与电连接片之间的过渡，以提高集成钎接牢固程度。
本发明P-N型温差电元件性能匹配方法所采取的技术方案是：
一种P-N型温差电元件性能匹配方法，其特点是：P-N型温差电元件的N、P型元件为具有相同高度圆柱体，计算N、P型材料的冷端温度～工作温度的电导率平均值，根据二者的平均电导率数值差异，将两种元件设计成不同的截面积，以使二者的单体内阻相同。
本发明P-N型温差电元件性能匹配方法还可以采用如下技术方案：
所述的P-N型温差电元件性能匹配方法，其特点是：N、P型元件的单体冷端和热端均使用与其外径相匹配的电极帽作为其与电连接片之间的过渡，以提高集成钎接牢固程度。
本发明具有的优点和积极效果是：
P-N型温差电元件性能匹配方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明综合考虑P\N温差电元件的工作现状，设计全新P\N型温差电元件性能匹配方法，实现二者的热阻和电阻匹配，进而显著提升所制作温差电单偶的电输出性能。
附图说明
图1是本发明N型PbTe与P型GeTe构成的具有性能匹配设计的P-N型温差电单体对示意图。
图中，1-电连接片，2-电极帽，3-P型单体，4-N型单体。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例1
参阅附图1。
一种P-N型温差电元件性能匹配方法：一是，将N、P型元件设计成具有相同的高度圆柱体，以便于单体与电连接片的集成，高度根据电池设计需要确定；二是，计算N、P型材料的冷端温度～工作温度的电导率平均值，根据二者的平均电导率数值差异，将两种元件设计成不同的截面积，以使二者具有相同的单体内阻；三是，由于电导率与热导率成正比变化关系，电阻的高度一致将显著提高二者的热阻一致性，进而改善单体对的工作温差；四是，单体冷热端均使用与其外径相匹配的电极帽作为其与电连接片之间的过渡，以提高集成钎接牢固程度。
本实施例的具体结构、设计数据参数详述如下：
附图1所示的是一种由N型PbTe与P型GeTe构成的具有性能匹配设计的P-N型温差电单体对示意图。
将二者的高度统一设计为15mm。根据二者电导率测试数据，进行二者100℃-500℃的电导率平均值，并根据性能差异，设计N、P型元件的截面直径分别为4.9mm和5.3mm。
对设计的单体对进行放电测试，与未进行匹配设计的单体相比，其工作温差由384K升至422K，对输出功率由138.2mW提高到154.6mW。
本实施例具有所述的综合考虑P\N温差电元件的工作现状，设计全新P\N型温差电元件性能匹配设计方法，实现二者的热阻和电阻匹配，进而显著提升所制作温差电单偶的电输出性能等积极效果。
Claims (2)
1.一种P-N型温差电元件性能匹配方法，其特征是：P-N型温差电元件的N、P型元件为具有相同高度圆柱体，计算N、P型材料的冷端温度～工作温度的电导率平均值，根据二者的平均电导率数值差异，将两种元件设计成不同的截面积，以使二者的单体内阻相同。
2.根据权利要求1所述的P-N型温差电元件性能匹配方法，其特征是：N、P型元件的单体冷端和热端均使用与其外径相匹配的电极帽作为其与电连接片之间的过渡，以提高集成钎接牢固程度。
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