CN114739078B - 半导体制冷设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制冷设备及其控制方法，半导体制冷设备具有储物间室、以及用于为储物间室提供冷量的两个半导体制冷片，控制方法包括：当两个半导体制冷片均处于没有发生故障的正常状态时，控制半导体制冷设备以正常模式运行；当仅有一个半导体制冷片发生故障时，控制半导体制冷设备以故障模式运行。在正常模式下，两个半导体制冷片同时以正常制冷模式为储物间室提供冷量；在故障模式下，发生故障的故障半导体制冷片停止运行、另一个未发生故障的正常半导体制冷片以故障制冷模式运行；在故障制冷模式下，正常半导体制冷片的设定供电电压高于其在正常制冷模式下的设定供电电压。本申请硬件成本低、无资源浪费、安全可靠。

Description

半导体制冷设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及半导体制冷技术，特别是涉及一种半导体制冷设备及其控制方法。

背景技术

现有的大部分利用半导体制冷片进行制冷的半导体制冷设备不存在任何故障保护设计。少数高端的半导体制冷设备所采取的故障保护设计通常是在原有的制冷控制系统的基础上再备份一整套的制冷控制系统，即共有两套完整的制冷控制系统。在运行正常的情况下，只有一套制冷控制系统起作用，在其中一套制冷控制系统发生故障时，备份的制冷控制系统启动，也是一套制冷控制系统起作用。这种设计存在以下弊端：

(1)因同一时间只有一套制冷控制系统生效，所以该套制冷控制系统需满足较高制冷量的设计要求，也就是需要较大功率的半导体制冷片，但较大功率的半导体制冷片的相对热稳定性较差，且热端温度较高，需要更昂贵的控制系统，且稳定性较差。

(2)因同一时间只有一套制冷控制系统生效，所以不会一直监控另一套制冷控制系统能否正常运行。所以在其中一套制冷控制系统故障发生后，存在另一套制冷控制系统也不生效的风险，失去了故障保护的目的。若要一直监控另一套制冷控制系统能否正常运行，就需要更高的控制成本。

(3)在制冷控制系统未发生故障时，会造成备份制冷控制系统的硬件和软件资源浪费。

发明内容

本发明第一方面的一个目的旨在克服现有技术的至少一个缺陷，提供一种硬件成本低、无资源浪费的半导体制冷设备的控制方法。

本发明第一方面的一个进一步的目的是提高故障制冷模式的控制精确性。

本发明第二方面的目的是提供一种半导体制冷设备。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种半导体制冷设备的控制方法，所述半导体制冷设备具有用于储存物品的储物间室、以及用于为所述储物间室提供冷量的两个半导体制冷片，所述控制方法包括：

当两个所述半导体制冷片均处于没有发生故障的正常状态时，控制所述半导体制冷设备以正常模式运行；当仅有一个所述半导体制冷片发生故障时，控制所述半导体制冷设备以故障模式运行；其中

在所述正常模式下，两个所述半导体制冷片同时以正常制冷模式为所述储物间室提供冷量；在所述故障模式下，发生故障的故障半导体制冷片停止运行、另一个未发生故障的正常半导体制冷片以故障制冷模式运行；在所述故障制冷模式下，所述正常半导体制冷片的设定供电电压高于其在正常制冷模式下的设定供电电压。

可选地，在所述故障制冷模式下，所述控制方法包括：

获取所述正常半导体制冷片的目标供电电压，所述目标供电电压为所述半导体制冷设备以所述正常模式运行时使得所述储物间室达到设定温度所需要的正常半导体制冷片的供电电压；以及

当所述目标供电电压与预设的故障调节系数的乘积超过预设的最大供电电压时，将所述正常半导体制冷片的设定供电电压设置成所述最大供电电压，否则，将所述正常半导体制冷片的设定供电电压设置成所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积。

可选地，获取所述正常半导体制冷片的目标供电电压的步骤包括：

获取所述储物间室的设定温度、以及所述正常半导体制冷片的冷端温度和热端温度；

计算所述设定温度与所述冷端温度之间的温度差；

确定所述温度差和所述热端温度在二维坐标系中所处的目标网格；

将所述目标网格对应的供电电压作为所述目标供电电压；其中

所述二维坐标系是以所述温度差为X轴、以所述热端温度为Y轴建立的，且所述二维坐标系中具有以所述X轴和所述Y轴上的多个区间点为基准而设定的网格，每个所述网格均对应一个相应的供电电压或供电电压的计算公式。

可选地，所述半导体制冷设备还包括分别用于对两个所述半导体制冷片的热端进行散热的两个热端风机，且

在所述故障模式下，所述控制方法还包括：

控制与所述故障半导体制冷片的热端相对应的第一热端风机停止运行，并控制与所述正常半导体制冷片的热端相对应的第二热端风机进入故障运转模式；

在所述故障运转模式下，当所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积大于等于所述最大供电电压时将所述第二热端风机的目标占空比设置成最大故障占空比、当所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积小于所述最大供电电压时按照如下公式确定所述第二热端风机的目标占空比：

Dc＝D_RMax×K_i－D×K_d；其中

K_i＝U_d×K_a/U_Max；D＝(U_Max－U_d×K_a)/(T_h－T_c)；且

Dc表示所述第二热端风机的目标占空比，D_RMax为所述最大故障占空比；K_d为补偿系数，K_a为所述故障调节系数，T_h表示所述正常半导体制冷片的热端温度，T_c表示所述正常半导体制冷片的冷端温度，U_d表示所述目标供电电压，U_Max表示所述最大供电电压。

可选地，所述控制方法还包括：

获取每个所述热端风机的实际占空比和设定的目标占空比；

根据每个所述热端风机的实际占空比和目标占空比判断该热端风机是否出现故障；

若其中一个所述热端风机出现故障，则停止出现故障的所述热端风机以及与出现故障的所述热端风机相对应的所述半导体制冷片的运行，并控制另一个所述热端风机进入所述故障运转模式、控制另一个所述半导体制冷片进入所述故障制冷模式。

可选地，所述半导体制冷设备还包括用于对两个所述半导体制冷片的冷端进行散热的一个冷端风机，且

在所述故障模式下，所述控制方法还包括控制所述冷端风机进入故障运转模式；

在所述故障运转模式下，当所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积大于等于所述最大供电电压时将所述冷端风机的目标占空比设置成最大故障占空比、当所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积小于所述最大供电电压时按照如下公式确定所述冷端风机的目标占空比：

De＝D_RMax×K_i－D×K_d；其中

K_i＝U_d×K_a/U_Max；D＝(U_Max－U_d×K_a)×ΔT/(T_h－T_c)；且

De表示所述冷端风机的目标占空比，D_RMax为所述最大故障占空比；K_d为补偿系数，K_a为所述故障调节系数，T_h表示所述正常半导体制冷片的热端温度，T_c表示所述正常半导体制冷片的冷端温度，U_d表示所述目标供电电压，ΔT表示所述储物间室的设定温度与所述正常半导体制冷片的冷端温度之间的温度差，U_Max表示所述最大供电电压。

可选地，所述控制方法还包括：

获取所述冷端风机的实际占空比和设定的目标占空比；

根据所述冷端风机的实际占空比和目标占空比判断所述冷端风机是否出现故障；

若所述冷端风机出现故障，则将所述冷端风机的目标占空比设置成最小占空比，并将两个所述半导体制冷片均调整为所述故障制冷模式。

可选地，所述控制方法还包括判断每个所述半导体制冷片是否发生故障；且

判断其中一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的步骤包括：

获取所述目标半导体制冷片的热端温度；

判断所述热端温度是否小于预设的热端极限温度；若是，则判定所述目标半导体制冷片没有发生故障；若否，则继续判断用于表示所述目标半导体制冷片出现故障概率大小的故障隐患次数是否大于预设值；

若所述故障隐患次数大于所述预设值，则判定所述目标半导体制冷片发生故障；若所述故障隐患次数小于等于所述预设值，则将所述目标半导体制冷片的供电电压设置为零，以使所述目标半导体制冷片停止运行；

判断在第一预设时长内所述热端温度是否降低至第一预设热端温度以下；若是，则重新启动所述目标半导体制冷片使其以所述正常制冷模式运行，并将所述故障隐患次数加一；若否，则判定所述目标半导体制冷片发生故障；

当所述热端温度降低至第二预设热端温度以下，或者在第二预设时长内所述热端温度始终未达到所述热端极限温度，则将所述故障隐患次数清零；其中

所述热端极限温度、所述第一预设热端温度、所述第二预设热端温度依次减小。

可选地，所述控制方法还包括判断每个所述半导体制冷片是否发生故障；其中

判断其中一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的步骤包括：

获取所述储物间室的设定温度、以及所述目标半导体制冷片的冷端温度；

计算所述设定温度与所述冷端温度之间的温度差；

判断所述温度差是否小于预设的温差极限值时；若是，则判定所述目标半导体制冷片没有故障；若否，则继续判断用于表示所述目标半导体制冷片出现故障概率大小的故障隐患次数是否大于预设值；

若所述故障隐患次数大于所述预设值，则判定所述目标半导体制冷片发生故障；若所述故障隐患次数小于等于所述预设值，则将所述目标半导体制冷片的供电电压设置为零，以使所述目标半导体制冷片停止运行；

判断在第三预设时长内所述温度差是否降低至第一预设温度差以下；若是，则重新启动所述目标半导体制冷片使其以所述正常制冷模式运行，并将所述故障隐患次数加一；若否，则判定所述目标半导体制冷片发生故障；

当所述温度差降低至零度以下，或者在第四预设时长内所述温度差始终未达到所述温差极限值，则将所述故障隐患次数清零；其中

所述温差极限值和所述第一预设温度差均大于零，且所述第一预设温度差小于所述温差极限值。

根据本发明的第二方面，本发明还提供一种半导体制冷设备，包括：

储物间室，用于储存物品；

两个半导体制冷片，用于为所述储物间室提供冷量；以及

控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现上述任一方案所述的控制方法。

本发明的半导体制冷设备的控制方法中，在两个半导体制冷片均没有发生故障时，两个半导体制冷片同时以正常制冷模式为储物间室提供冷量，即两个半导体制冷片同时起作用，相比于传统的故障保护设计，本申请对单一半导体制冷片的制冷效果的要求较低，可以使用成本较低的半导体制冷片。并且，两个半导体制冷片同时起作用，即作为故障保护的半导体制冷片在正常情况下也在发挥作用，没有硬件资源的浪费。同时，还可以对两个半导体制冷片的运行状况进行实时地监控，减小甚至避免出现两个半导体制冷片同时出现故障的可能性。

进一步地，在故障制冷模式下，正常半导体制冷片的设定供电电压与单独利用该正常半导体制冷片为储物间室提供冷量以使得储物间室达到设定温度所需要的目标供电电压息息相关，而目标供电电压至少与储物间室的设定温度有关，也就是说，在故障模式下，正常半导体制冷片的设定供电电压可以根据储物间室的设定温度而自适应调节，因此，控制精度较高。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个具体实施例的半导体制冷设备的控制方法的示意性流程图；

图2是根据本发明一个实施例的半导体制冷片在故障制冷模式下的示意性方法流程图；

图3是根据本发明一个实施例的判断一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的示意性方法流程图；

图4是根据本发明另一个实施例的判断一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的示意性方法流程图；

图5是根据本发明一个实施例的半导体制冷设备的示意性结构框图。

具体实施方式

本发明首先提供一种半导体制冷设备的控制方法，半导体制冷设备具有用于储存物品的储物间室、以及用于为该储物间室提供冷量的两个半导体制冷片。本发明的控制方法包括：

当两个半导体制冷片均处于没有发生故障的正常状态时，控制半导体制冷设备以正常模式运行；当仅有一个半导体制冷片发生故障时，控制半导体制冷设备以故障模式运行。可选地，在两个半导体制冷片均发生故障时，可控制半导体制冷设备停机。

在正常模式下，两个半导体制冷片同时以正常制冷模式为储物间室提供冷量；此时，两个半导体制冷片共同分担储物间室所需要的冷量，因此每个半导体制冷片的供电电压可设置得相对较小，降低了对半导体制冷片的硬件要求。具体地，两个半导体制冷片在正常制冷模式下的供电电压可以相同，产生的冷量相同，从而各自分担储物间室一半的冷量。

在故障模式下，发生故障的故障半导体制冷片停止运行、另一个未发生故障的正常半导体制冷片以故障制冷模式运行。也就是说，为了便于描述，本申请将发生故障的半导体制冷片称为故障半导体制冷片，将另一个没有发生故障的半导体制冷片称为正常半导体制冷片。当故障半导体制冷片停止工作后，正常半导体制冷片由正常制冷模式切换至故障制冷模式。

本发明的半导体制冷设备的控制方法中，在两个半导体制冷片均没有发生故障时，两个半导体制冷片同时以正常制冷模式为储物间室提供冷量，即两个半导体制冷片同时起作用，相比于传统的故障保护设计，本申请对单一半导体制冷片的制冷效果的要求较低，可以使用成本较低的半导体制冷片。并且，两个半导体制冷片同时起作用，即作为故障保护的半导体制冷片在正常情况下也在发挥作用，没有硬件资源的浪费。同时，还可以对两个半导体制冷片的运行状况进行实时地监控，减小甚至避免出现两个半导体制冷片同时出现故障的可能性。

进一步地，在故障制冷模式下，正常半导体制冷片的设定供电电压高于其在正常制冷模式下的设定供电电压。由此，虽然其中一个半导体制冷片发生故障，但可通过增大正常半导体制冷片在故障制冷模式下的供电电压的方式保证半导体制冷设备一定程度上的正常工作，给用户留有充足的维修时间，甚至还可在用户没时间维修的情况下保持较长时间的基本正常的工作状态，这种基本正常的工作状态相比于正常的工作状态可能存在制冷效果微小程度下降、噪音适度增大等现象。

本领域技术人员应理解，在故障制冷模式下，毕竟其中一个半导体制冷片已经出现故障，当这一故障信息传递至用户后，用户大多会在合适的时间内维修，这个合适的时间相比于半导体制冷设备正常运行的时间来说要短的多，因此，即使在故障制冷模式下增大了正常半导体制冷片的设定供电电压，正常半导体制冷片也不容易损坏或故障。

图1是根据本发明一个具体实施例的半导体制冷设备的控制方法的示意性流程图。参见图1，本发明的控制方法可包括：

步骤S10，获取两个半导体制冷片的工作状态；

步骤S20，判断两个半导体制冷片是否均处于没有发生故障的正常状态；若是，则转步骤S30，若否，则转步骤S40；

步骤S30，控制半导体制冷设备以正常模式运行；

步骤S40，判断是否只有一个半导体制冷片发生故障；若是，则转步骤S50，若否，则转步骤S60；

步骤S50，控制半导体制冷设备以故障模式运行；

步骤S60，控制半导体制冷设备停止运行。

进一步地，当仅有一个半导体制冷片发生故障时，可以通过显示屏、语音播报、光亮信息等方式向用户发送提示信息，以提示用户半导体制冷设备处于故障模式，便于用户安排时间检修。

图2是根据本发明一个实施例的半导体制冷片在故障制冷模式下的示意性方法流程图。在一些实施例中，在故障制冷模式下，本发明的控制方法包括：

步骤S510，获取正常半导体制冷片的目标供电电压。正常半导体制冷片的目标供电电压为半导体制冷设备以正常模式运行时使得储物间室达到设定温度所需要的正常半导体制冷片的供电电压。也就是说，正常半导体制冷片的目标供电电压为正常半导体制冷片在两个半导体制冷片均没有发生故障时满足储物间室制冷需求的供电电压。

步骤S520，判断目标供电电压与预设的故障调节系数的乘积是否超过预设的最大供电电压，若是，则转步骤S530，若否，则转步骤S540；

步骤S530，将正常半导体制冷片的设定供电电压设置成最大供电电压；

步骤S540，将正常半导体制冷片的设定供电电压设置成目标供电电压与故障调节系数的乘积。

也就是说，在故障制冷模式下，正常半导体制冷片的设定供电电压与其目标供电电压息息相关，而目标供电电压至少与储物间室的设定温度有关，换句话说，在故障模式下，正常半导体制冷片的设定供电电压可以根据储物间室的设定温度或其他环境参数而自适应调节，因此，控制精度较高。

具体地，最大供电电压可以为根据正常半导体制冷片的规格书确定的能够为其提供的最大电压。可以理解的是，故障调节系数为根据多次试验探索和降温曲线比对获得的使得储物间室温度下降最稳定的调节系数。具体地，故障调节系数的取值大于1且小于2。

在一些实施例中，获取正常半导体制冷片的目标供电电压的步骤包括：

获取储物间室的设定温度、以及正常半导体制冷片的冷端温度和热端温度；

计算设定温度与冷端温度之间的温度差；

确定温度差和热端温度在二维坐标系中所处的目标网格；

将目标网格对应的供电电压作为目标供电电压；其中

二维坐标系是以温度差为X轴、以热端温度为Y轴建立的，且二维坐标系中具有以X轴和Y轴上的多个区间点为基准而设定的网格，每个网格均对应一个相应的供电电压或供电电压的计算公式。也就是说，一些网格中可预设有一个固定的供电电压值，另一些网格中可预设有供电电压的计算公式，不同网格的计算公式可以各不相同。该计算公式中可以包含冷端温度、热端温度、设定温度、环境温度、温度差等一种或多种参数以及若干个补偿系数，以通过这些参数和补偿系数计算出供电电压的值。

可以理解的是，半导体制冷片的冷端温度可以表示储物间室内实测的当前温度。因此，为了便于获取和计算，本申请将实测的半导体制冷片的冷端温度作为储物间室实测的当前温度。

申请人认识到，由于半导体制冷片大都采用热电材料，根据热电材料的塞贝克效应，半导体制冷片的制冷效率不仅仅只与供电电压相关，还与其冷热端的温度有关。为此，本申请在确定半导体制冷片的目标供电电压时不但考虑了设定温度和半导体制冷片的冷端温度之间的温度差，而且还同时考虑了半导体制冷片的热端温度，全面地覆盖了影响半导体制冷片制冷效率的几乎所有因素，因此，能够对半导体制冷设备进行更加精确地控温，减小控制误差，提高了用户的使用体验。

由于传统的控制方法只根据设定温度和当前温度之间的温度差调节半导体制冷片的供电电压，因此对半导体制冷设备所处的状态划分不够细致，控制策略也比较粗糙。本申请在确定正常半导体制冷片的目标供电电压时不但考虑了半导体制冷片的热端温度，还进一步以设定温度和正常半导体制冷片的冷端温度(相当于当前温度)之间的温度差和正常半导体制冷片的热端温度为轴建立了二维坐标系，以该温度差和热端温度可能所处的范围为基准划分了二维网格，并在每个网格中设定了符合该网格所在区域特点的供电电压，以便于根据计算出的温度差和实测的热端温度快速精确地确定出半导体制冷片的目标供电电压。也就是说，本申请考虑了各种不同工况的可能性，并根据不同工况下半导体制冷片的不同运行状态采取不同的控制策略，从而真正实现了有针对性的精细控制。

由此可见，正常半导体制冷片的设定供电电压可根据工作环境的改变而自动调节，该调节并不是基于传统的PID控制模型，而是基于有实际意义的物理模型(热电材料的塞贝克效应)，因此，控制精度非常高。

在一些实施例中，半导体制冷设备还包括分别用于对两个半导体制冷片的热端进行散热的两个热端风机。在这些实施例中，在故障模式下，本发明的控制方法还包括：

控制与故障半导体制冷片的热端相对应的第一热端风机停止运行，并控制与正常半导体制冷片的热端相对应的第二热端风机进入故障运转模式。

在该故障运转模式下，当目标供电电压与故障调节系数的乘积大于等于最大供电电压时将第二热端风机的目标占空比设置成最大故障占空比、当目标供电电压与故障调节系数的乘积小于最大供电电压时按照如下公式确定第二热端风机的目标占空比：

Dc＝D_RMax×K_i－D×K_d；其中

K_i＝U_d×K_a/U_Max；D＝(U_Max－U_d×K_a)/(T_h－T_c)；且

Dc表示第二热端风机的目标占空比，D_RMax为最大故障占空比；K_d为补偿系数，K_a为故障调节系数，T_h表示正常半导体制冷片的热端温度，T_c表示正常半导体制冷片的冷端温度，U_d表示目标供电电压，U_Max表示正常半导体制冷片的最大供电电压。

由于半导体制冷片大都采用热电材料，根据塞贝克效应和半导体制冷片通常所采用的Bi₂Te₃热电材料的塞贝克系数随温度的变化关系可知，在相同的供电电压下，塞贝克系数越小，制冷效率越大。而塞贝克系数与温度有关，温度越低，塞贝克系数越小，制冷效率越大，相应所需的热端风机的占空比越小。为此，本申请设计了上述计算公式，可以实现较为稳定的降温速度的控制。

进一步地，如果按照上述计算公式计算出的目标占空比小于热端风机的最小占空比，则将第二热端风机的目标占空比设置成最小占空比，以满足最低的散热要求。

具体地，热端风机的最大故障占空比为使得半导体制冷设备满足噪音合格线和最小降温速度的最大占空比。这是因为，半导体制冷片发生故障时，半导体制冷设备处于非正常运行状态，理论上说，此时，半导体制冷设备是需要维修的。但为了在用户维修之前确保半导体制冷设备仍能够在一定程度上维持相对正常的运行，才设计了另一未发生故障的半导体制冷片的故障制冷模式。因此，在故障制冷模式下，半导体制冷设备的一些性能无需做到最优，只需做到合格即可。例如，半导体制冷设备的优选噪音线为32dB，合格噪音线为36dB。在半导体制冷设备非正常运行时，只需要满足合格噪音线即可。

进一步地，热端风机的最大故障占空比小于热端风机的最大占空比。热端风机的最大占空比是热端风机所能够达到的多大占空比，在任何工况下都不能超过最大占空比，例如，热端风机的最大占空比可以为100％。热端风机的最大故障占空比是热端风机所对应的半导体制冷片处于故障制冷模式时其所能够达到的最大占空比。例如，在一个实施例中，热风机的最大故障占空比可以为70％。

在一些实施例中。半导体制冷设备还包括用于对两个半导体制冷片的冷端进行散热的一个冷端风机，也就是说，两个半导体制冷片的冷端共用一个冷端风机。在这些实施例中，在故障模式下，本发明的控制方法还包括：

当目标供电电压与故障调节系数的乘积大于等于最大供电电压时将冷端风机的目标占空比设置成最大故障占空比、在目标供电电压与故障调节系数的乘积小于最大供电电压时按照如下公式确定冷端风机的目标占空比：

De＝D_RMax×K_i－D×K_d；其中

K_i＝U_d×K_a/U_Max；D＝(U_Max－U_d×K_a)×ΔT/(T_h－T_c)；且

De表示冷端风机的目标占空比，D_RMax为最大故障占空比；K_d为补偿系数，K_a为故障调节系数，T_h表示正常半导体制冷片的热端温度，T_c表示正常半导体制冷片的冷端温度，U_d表示目标供电电压，ΔT表示储物间室的设定温度与正常半导体制冷片的冷端温度之间的温度差，U_Max表示正常半导体制冷片的最大供电电压。

进一步地，如果按照上述计算公式计算出的目标占空比小于冷端风机的最小占空比，则将冷端风机的目标占空比设置成最小占空比，以满足最低的散热要求。

具体地，冷端风机的最大故障占空比可与热端风机的最大故障占空比相同，这里不再赘述。冷端风机的目标占空比的计算公式与热端风机的目标占空比的计算公式相似，区别仅在于，冷端风机的目标占空比计算公式中还考虑了储物间室的设定温度和正常半导体制冷片的冷端温度之间的温度差。

在热端风机的运行过程中，热端风机本身可能会出现故障，例如，热端风机中可能卷入一些碎纸片、水果皮等杂物，这些杂物会干扰热端风机的正常运行。因此，需要对热端风机自身是否出现故障进行判断。为此，在一些实施例中，本发明的控制方法还包括：

获取每个热端风机的实际占空比和设定的目标占空比；

根据每个热端风机的实际占空比和目标占空比判断该热端风机是否出现故障；

若其中一个热端风机出现故障，则停止出现故障的热端风机以及与出现故障的热端风机对应的半导体制冷片的运行，并控制另一个热端风机进入故障运转模式、控制另一个半导体制冷片进入故障制冷模式。当半导体制冷设备还包括冷端风机时，此时还需要控制冷端风机进入故障制冷模式。

若热端风机出现故障，虽然半导体制冷片自身并无故障，但因为散热风机出现故障停机后半导体制冷片的热端散热受阻，因此，会对半导体制冷片产生不利影响，所以需要将与出现故障的热端风机对应的半导体制冷片停止运行，类似于该半导体制冷片发生故障。

在一些实施例中，根据每个热端风机的实际占空比和目标占空比判断该热端风机是否出现故障的步骤包括：

当热端风机的实际占空比和目标占空比之差的绝对值超过目标占空比的预设比例后，控制热端风机进入故障判断模式；

在故障判断模式下，控制热端风机依次执行若干个故障检测流程，并在每个故障检测流程结束后再次判断热端风机的实际占空比和目标占空比之差的绝对值是否超过目标占空比的预设比例，若是，则继续下一个故障检测流程，直至故障检测流程执行预设次数后热端风机的实际占空比和目标占空比之差的绝对值仍然超过目标占空比的预设比例，则判定热端风机出现故障。

进一步地，每个故障检测流程均可以包括控制热端风机以一固定的测试目标占空比运行一段时长后停机一段时长。每个故障检测流程结束后，检测热端风机以测试目标占空比运行时的实际占空比与该测试目标占空比之差是否超过测试目标占空比的预设比例。通过预设次数的开停机运行，可以将杂物吹离热端风机，从而恢复热端风机的正常运行。若预设次数的开停机运行后，仍然不能消除这种问题，则判定热端风机发生故障，以便于用户人为地检测、解决故障。

在冷端风机的运行过程中，冷端风机本身可能会出现故障，例如，冷端风机中可能卷入一些碎纸片、水果皮等杂物，这些杂物会干扰冷端风机的正常运行。因此，需要对冷端风机自身是否出现故障进行判断。为此，在一些实施例中，本发明的控制方法还包括：

获取冷端风机的实际占空比和设定的目标占空比；

根据冷端风机的实际占空比和目标占空比判断冷端风机是否出现故障；

若冷端风机出现故障，则将所述冷端风机的目标占空比设置成最小占空比，并将两个半导体制冷片均调整为故障制冷模式。

由于半导体制冷设备仅仅具有一个冷端风机，因此，冷端风机不能轻易地停机。当冷端风机出现故障时，可以让其以最小占空比运行，并将两个半导体制冷片均调整为故障制冷模式，以通过提高两个半导体制冷片的制冷量来弥补冷端风机的占空比减小或出现故障引起的冷量散发不良的不足。

当半导体制冷设备还包括两个热端风机时，冷端风机出现故障后，还可以将两个热端风机均调整为故障运转模式。

在一些实施例中，冷端风机是否出现故障的判断步骤与热端风机类似，这里不再赘述。

在一些实施例中，本发明的控制方法还包括判断每个半导体制冷片是否发生故障。图3是根据本发明一个实施例的判断一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的示意性方法流程图。为了便于描述，本申请将被判断是否发生故障的半导体制冷片称为目标半导体制冷片。参见图3，判断其中一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的步骤可包括：

步骤S211，获取目标半导体制冷片的热端温度；

步骤S212，判断目标半导体制冷片的热端温度是否小于预设的热端极限温度；若是，则转步骤S213，若否，则转步骤S214；

步骤S213，判定目标半导体制冷片没有发生故障；

步骤S214，判断用于表示目标半导体制冷片出现故障概率大小的故障隐患次数是否大于预设值；若是，则转步骤S215，若否，则转步骤S216；

步骤S215，判定目标半导体制冷片发生故障；

步骤S216，将目标半导体制冷片的供电电压设置为零，以使目标半导体制冷片停止运行；

步骤S217，判断在第一预设时长内热端温度是否降低至第一预设热端温度以下；若是，则转步骤S218，若否，则转步骤S215，判定目标半导体制冷片发生故障；

步骤S218，重新启动目标半导体制冷片使其以正常制冷模式运行，并将故障隐患次数加一；

步骤S219，当热端温度降低至第二预设热端温度以下，或者在第二预设时长内热端温度始终未达到热端极限温度，则将故障隐患次数清零。

其中，热端极限温度、第一预设热端温度、第二预设热端温度依次减小。

具体地，若目标半导体制冷片的热端温度大于等于热端极限温度，即热端温度过高，不一定是目标半导体制冷片发生故障。此时，可通过判断故障隐患次数是否大于预设值来进一步确认目标半导体制冷片的故障与否。

图4是根据本发明另一个实施例的判断一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的示意性方法流程图。参见图4，判断其中一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的步骤包括：

步骤S221，获取储物间室的设定温度、以及目标半导体制冷片的冷端温度；

步骤S222，计算设定温度与冷端温度之间的温度差；

步骤S223，判断温度差是否小于预设的温差极限值时；若是，则转步骤S224，若否，则转步骤S225；

步骤S224，判定目标半导体制冷片没有故障；

步骤S225，判断用于表示目标半导体制冷片出现故障概率大小的故障隐患次数是否大于预设值；若是，则转步骤S226，若否，转步骤S227；

步骤S226，判定目标半导体制冷片发生故障；

步骤S227，将目标半导体制冷片的供电电压设置为零，以使目标半导体制冷片停止运行；

步骤S228，判断在第三预设时长内温度差是否降低至第一预设温度差以下；若是，则转步骤S229，若否，则转步骤S226，判定目标半导体制冷片发生故障；

步骤S229，重新启动目标半导体制冷片使其以正常制冷模式运行，并将故障隐患次数加一；

步骤S230，当温度差降低至零度以下，或者在第四预设时长内温度差始终未达到温差极限值，则将故障隐患次数清零。

其中，温差极限值和第一预设温度差均大于零，且第一预设温度差小于温差极限值。

也就是说，图3和图4所示的方法流程图均可以判断半导体制冷片是否出现故障。换句话说，本申请可以通过半导体制冷片的热端温度或者设定温度与冷端温度之间的温度差来判断其是否发生故障。

具体地，第一预设时长和第三预设时长可以相同，例如，均可以为1小时。第二预设时长和第四预设时长可以相同，例如均为24小时。当然，第一预设时长和第三预设时长、以及第二预设时长和第四预设时长也可以分别设置的不同。

在另一些实施例中，还可以通过其他的方式来判定一个目标半导体制冷片是否发生故障。例如，判断其中一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的步骤可包括：

获取目标半导体制冷片的实际供电电压；

当目标半导体制冷片的实际供电电压处于任一预设供电电压区间的时长超过第五预设时长，且设定温度与目标半导体制冷片的冷端温度之间的温度差的绝对值大于预设温差绝对值时，判定目标半导体制冷片发生故障。

具体地，第五预设时长例如可以为24小时。

当目标半导体制冷片的实际供电电压处于某一预设供电电压区间的时长超过第五预设时长时，说明在一定的时间段内，目标半导体制冷片的实际供电电压几乎没有发生变化，这可能是目标半导体制冷片已经达到动态平衡状态。但是，若温度差的绝对值大于预设温差绝对值，即温度差较大，说明半导体制冷片其实还不应达到动态平衡。这种情况可能是主控板的电压控制信号传输到目标半导体制冷片的信号传输过程出现故障，或者目标半导体制冷片虽然接收到电压控制信号，但是目标半导体制冷片的内部控制部分出现故障。

在一些实施例中，本发明的半导体制冷设备的控制方法稳定性较好、控制精细，非常适用于大容量半导体固态制冷酒柜，尤其适用于容量在400L在以上的大容量半导体固态制冷酒柜。

本发明还提供一种半导体制冷设备，图5是根据本发明一个实施例的半导体制冷设备的示意性结构框图。本发明的半导体制冷设备1除了包括用于储存物品的储物间室之外，还包括两个半导体制冷片10和控制装置20。两个半导体制冷片10用于为储物间室提供冷量。控制装置20包括存储器21和处理器22，存储器21内存储有控制程序23，控制程序23被处理器22执行时用于实现上述任一实施例所描述的控制方法。处理器22可以是一个中央处理单元(central processing unit，简称CPU)，或者为数字处理单元等等。处理器22通过通信接口收发数据。存储器21用于存储处理器22执行的程序。存储器21是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何介质，也可以是多个存储器的组合。上述控制程序23可以从计算机可读存储介质下载到相应计算/处理设备或者经由网络(例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到计算机或外部存储设备。

具体地，本发明的半导体制冷设备可以为利用半导体制冷片进行制冷的储物设备，例如，本发明的半导体制冷设备包括但不限制为半导体制冷酒柜、半导体制冷冰箱、半导体制冷冰柜等。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种半导体制冷设备的控制方法，所述半导体制冷设备具有用于储存物品的储物间室、以及用于为所述储物间室提供冷量的两个半导体制冷片，所述控制方法包括：

当两个所述半导体制冷片均处于没有发生故障的正常状态时，控制所述半导体制冷设备以正常模式运行；当仅有一个所述半导体制冷片发生故障时，控制所述半导体制冷设备以故障模式运行；其中

在所述正常模式下，两个所述半导体制冷片同时以正常制冷模式为所述储物间室提供冷量；在所述故障模式下，发生故障的故障半导体制冷片停止运行、另一个未发生故障的正常半导体制冷片以故障制冷模式运行；在所述故障制冷模式下，所述正常半导体制冷片的设定供电电压高于其在正常制冷模式下的设定供电电压；且

所述控制方法还包括判断每个所述半导体制冷片是否发生故障；其中

判断其中一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的步骤包括：

获取所述目标半导体制冷片的热端温度；

判断所述热端温度是否小于预设的热端极限温度；若是，则判定所述目标半导体制冷片没有发生故障；若否，则继续判断用于表示所述目标半导体制冷片出现故障概率大小的故障隐患次数是否大于预设值；

若所述故障隐患次数大于所述预设值，则判定所述目标半导体制冷片发生故障；若所述故障隐患次数小于等于所述预设值，则将所述目标半导体制冷片的供电电压设置为零，以使所述目标半导体制冷片停止运行；

判断在第一预设时长内所述热端温度是否降低至第一预设热端温度以下；若是，则重新启动所述目标半导体制冷片使其以所述正常制冷模式运行，并将所述故障隐患次数加一；若否，则判定所述目标半导体制冷片发生故障；

当所述热端温度降低至第二预设热端温度以下，或者在第二预设时长内所述热端温度始终未达到所述热端极限温度，则将所述故障隐患次数清零；其中

所述热端极限温度、所述第一预设热端温度、所述第二预设热端温度依次减小；

或者，

判断其中一个待判定的目标半导体制冷片是否发生故障的步骤包括：

获取所述储物间室的设定温度、以及所述目标半导体制冷片的冷端温度；

计算所述设定温度与所述冷端温度之间的温度差；

判断所述温度差是否小于预设的温差极限值时；若是，则判定所述目标半导体制冷片没有故障；若否，则继续判断用于表示所述目标半导体制冷片出现故障概率大小的故障隐患次数是否大于预设值；

若所述故障隐患次数大于所述预设值，则判定所述目标半导体制冷片发生故障；若所述故障隐患次数小于等于所述预设值，则将所述目标半导体制冷片的供电电压设置为零，以使所述目标半导体制冷片停止运行；

判断在第三预设时长内所述温度差是否降低至第一预设温度差以下；若是，则重新启动所述目标半导体制冷片使其以所述正常制冷模式运行，并将所述故障隐患次数加一；若否，则判定所述目标半导体制冷片发生故障；

当所述温度差降低至零度以下，或者在第四预设时长内所述温度差始终未达到所述温差极限值，则将所述故障隐患次数清零；其中

所述温差极限值和所述第一预设温度差均大于零，且所述第一预设温度差小于所述温差极限值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，在所述故障制冷模式下，所述控制方法包括：

获取所述正常半导体制冷片的目标供电电压，所述目标供电电压为所述半导体制冷设备以所述正常模式运行时使得所述储物间室达到设定温度所需要的正常半导体制冷片的供电电压；以及

当所述目标供电电压与预设的故障调节系数的乘积超过预设的最大供电电压时，将所述正常半导体制冷片的设定供电电压设置成所述最大供电电压，否则，将所述正常半导体制冷片的设定供电电压设置成所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其中，获取所述正常半导体制冷片的目标供电电压的步骤包括：

获取所述储物间室的设定温度、以及所述正常半导体制冷片的冷端温度和热端温度；

计算所述设定温度与所述冷端温度之间的温度差；

确定所述温度差和所述热端温度在二维坐标系中所处的目标网格；

将所述目标网格对应的供电电压作为所述目标供电电压；其中

所述二维坐标系是以所述温度差为X轴、以所述热端温度为Y轴建立的，且所述二维坐标系中具有以所述X轴和所述Y轴上的多个区间点为基准而设定的网格，每个所述网格均对应一个相应的供电电压或供电电压的计算公式。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其中，所述半导体制冷设备还包括分别用于对两个所述半导体制冷片的热端进行散热的两个热端风机，且

在所述故障模式下，所述控制方法还包括：

控制与所述故障半导体制冷片的热端相对应的第一热端风机停止运行，并控制与所述正常半导体制冷片的热端相对应的第二热端风机进入故障运转模式；

在所述故障运转模式下，当所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积大于等于所述最大供电电压时将所述第二热端风机的目标占空比设置成最大故障占空比、当所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积小于所述最大供电电压时按照如下公式确定所述第二热端风机的目标占空比：

Dc＝D_RMax×K_i－D×K_d；其中

K_i＝U_d×K_a/U_Max；D＝(U_Max－U_d×K_a)/(T_h－T_c)；且

Dc表示所述第二热端风机的目标占空比，D_RMax为所述最大故障占空比；K_d为补偿系数，K_a为所述故障调节系数，T_h表示所述正常半导体制冷片的热端温度，T_c表示所述正常半导体制冷片的冷端温度，U_d表示所述目标供电电压，U_Max表示所述最大供电电压。

5.根据权利要求4所述的控制方法，还包括：

获取每个所述热端风机的实际占空比和设定的目标占空比；

根据每个所述热端风机的实际占空比和目标占空比判断该热端风机是否出现故障；

若其中一个所述热端风机出现故障，则停止出现故障的所述热端风机以及与出现故障的所述热端风机相对应的所述半导体制冷片的运行，并控制另一个所述热端风机进入所述故障运转模式、控制另一个所述半导体制冷片进入所述故障制冷模式。

6.根据权利要求2所述的控制方法，其中，所述半导体制冷设备还包括用于对两个所述半导体制冷片的冷端进行散热的一个冷端风机，且

在所述故障模式下，所述控制方法还包括控制所述冷端风机进入故障运转模式；

在所述故障运转模式下，当所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积大于等于所述最大供电电压时将所述冷端风机的目标占空比设置成最大故障占空比、当所述目标供电电压与所述故障调节系数的乘积小于所述最大供电电压时按照如下公式确定所述冷端风机的目标占空比：

De＝D_RMax×K_i－D×K_d；其中

K_i＝U_d×K_a/U_Max；D＝(U_Max－U_d×K_a)×ΔT/(T_h－T_c)；且

De表示所述冷端风机的目标占空比，D_RMax为所述最大故障占空比；K_d为补偿系数，K_a为所述故障调节系数，T_h表示所述正常半导体制冷片的热端温度，T_c表示所述正常半导体制冷片的冷端温度，U_d表示所述目标供电电压，ΔT表示所述储物间室的设定温度与所述正常半导体制冷片的冷端温度之间的温度差，U_Max表示所述最大供电电压。

7.根据权利要求6所述的控制方法，还包括：

获取所述冷端风机的实际占空比和设定的目标占空比；

根据所述冷端风机的实际占空比和目标占空比判断所述冷端风机是否出现故障；

若所述冷端风机出现故障，则将所述冷端风机的目标占空比设置成最小占空比，并将两个所述半导体制冷片均调整为所述故障制冷模式。

8.一种半导体制冷设备，包括：

储物间室，用于储存物品；

两个半导体制冷片，用于为所述储物间室提供冷量；以及

控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现根据权利要求1-7中任一项所述的控制方法。