[发明专利]一种热电制冷/热系统

说明书

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；