【原】[科普]TEC熱電制冷汽車熱管理技術(shù)

辣筆小星 2021-03-06

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朋友在選購(gòu)汽車周邊的時(shí)候問(wèn)起小星車載冰箱和制冷杯托是什么原理,？讓我們從TEC熱電制冷聊起,，再到它在汽車熱管理技術(shù)的應(yīng)用。跟著小星一起來(lái)了解一下吧,。

一．什么是TEC熱電制冷

↑塞貝克效應(yīng)（左）和帕爾貼效應(yīng)（右）

我們先來(lái)看看什么是TEC熱電制冷和它的工作原理,。TEC熱電制冷的全稱是Thermo Electric Cooler。由于這種制冷技術(shù)基于半導(dǎo)體因此又稱為半導(dǎo)體制冷技術(shù),。

對(duì)應(yīng)的我們要提一下初中物理我們學(xué)到的物理學(xué)概念,。那就是熱電偶對(duì)應(yīng)的Seebeck塞貝克效應(yīng)，當(dāng)兩種金屬結(jié)合點(diǎn)兩側(cè)存在溫差的時(shí)候,，對(duì)應(yīng)的形成電壓差,。溫差越大電壓越高。通過(guò)測(cè)量電壓和冷端已知溫度就可以得到測(cè)量溫度的精確值,。

↑熱電偶溫度傳感器

TEC熱電制冷則基于Peliter帕爾貼效應(yīng),，是一個(gè)由溫差和電壓間轉(zhuǎn)換的效應(yīng)。當(dāng)通過(guò)直流電時(shí),，具有熱電能量轉(zhuǎn)換特性的材料可產(chǎn)生制冷功能,，稱為熱電制冷。同時(shí)這種效應(yīng)也可以用來(lái)產(chǎn)生電能,，將熱量通過(guò)熱電能量轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換為電能,。

↑熱電半導(dǎo)體發(fā)電模式（左）和主動(dòng)制冷模式（右）

二． TEC熱電制冷器的組成、優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用實(shí)例

TEC熱電制冷器的組成包括頂層底層溫度交換陶瓷基板,、內(nèi)部半導(dǎo)體P極,、半導(dǎo)體N極和導(dǎo)電金屬組成。

TEC熱電制冷器的具體優(yōu)勢(shì)包括：

1. 可加熱可冷卻

2. 溫度控制精確

3. 熱慣性小,，制冷制熱快

4. 主動(dòng)制冷,，可低于環(huán)境溫度

↑TEC熱電制冷器組成

到底效果怎么樣呢？當(dāng)給TEC熱電制冷器加上12V直流電以后,，用手指沾一點(diǎn)水到制冷片上,。可以看到在幾秒的時(shí)間內(nèi)這些水就變成了薄冰,。經(jīng)過(guò)測(cè)量在上電以后的幾秒內(nèi),，制冷片的表面溫度就從20度室溫降至零下17度。

↑TEC熱電制冷器快速演示

TEC熱電制冷器小巧且可以瞬間制冷制熱的特點(diǎn)使得它廣泛應(yīng)用在車載冰箱和智能溫控杯架中,。車載冰箱區(qū)別家用冰箱采用的制冷劑和壓縮機(jī)制冷原理,，在有限的后備箱空間內(nèi)使用后部12V車載直流電源基于熱電制冷技術(shù)快速為冰箱內(nèi)的飲料或食物降溫,。而智能溫控杯架則區(qū)別與通常中央扶手空調(diào)出風(fēng)降溫杯架，通過(guò)智能溫控既能快速降溫升溫又能精準(zhǔn)控溫保溫,。夏熱里的一聽冰闊落或者為寶貝時(shí)刻準(zhǔn)備著的一瓶愛心奶都是值回票價(jià)的貼心應(yīng)用,。

↑車載冰箱（左）和智能溫控杯架（右）

三．未來(lái)趨勢(shì)

隨著動(dòng)力電池在汽車中的快速普及，通過(guò)TEC熱電制冷技術(shù)時(shí)刻保持動(dòng)力電池最佳的工作溫度變成非常具有前景的汽車熱管理場(chǎng)景,。在電池工作或充電發(fā)熱時(shí)熱電制冷器可以為電池快速降溫,，而當(dāng)冬天低溫啟動(dòng)車輛時(shí)，熱電制冷器又能主動(dòng)為電池升溫,。

下面我們以奔馳48V動(dòng)力電池為例為大家介紹TEC熱電制冷技術(shù)在動(dòng)力電池中的應(yīng)用,。

↑奔馳48V動(dòng)力電池的特性概覽

奔馳逐漸在S級(jí)車型和越來(lái)越多的其他車型上搭載48V輕混系統(tǒng)，其中48V動(dòng)力電池集成了880Wh的電池組,、48V/12V直流直流DCDC轉(zhuǎn)換器和創(chuàng)新的制冷概念,。而其中創(chuàng)新的制冷概念就是來(lái)自捷溫的熱電制冷器，為動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溫度控制,。

↑奔馳48V動(dòng)力電池的系統(tǒng)組成

奔馳48V動(dòng)力電池的系統(tǒng)組成為12個(gè)方殼電芯,、電池管理和電池分配單元控制板、6相48V/12V直流直流DCDC轉(zhuǎn)換器,、48V/12V接線端子和基于帕爾貼效應(yīng)熱電元件的制冷/制熱熱管理總成,。來(lái)自捷溫的熱電制冷器總成內(nèi)部具有四組帕爾貼效應(yīng)熱電元件。通過(guò)熱管理控制精準(zhǔn)調(diào)節(jié)動(dòng)力電池的工作溫度,，就好比給電池安了一個(gè)冬暖夏涼的空調(diào),。