摘 要

汽车的广泛普及使石油燃料能源的消耗变的更加的迅速，能源的利用率低下成为汽车面临的一大难题。汽车中燃料燃烧转换出来的动能只占总能量的极少一部分，其他能量都以废热的形式飘散在空气中造成了极大的浪费，从而也加剧了温室效应等问题。如果将汽车废热中的能量再加以利用，可以在很大程度上提高能源利用率，减少能源的消耗，缓减能源危机问题。热电发电技术能将低品位热能转变为可供人类使用的电能，为我们对热能的利用开辟了新的道路。

本文介绍了热电器件的发展现状，并借鉴已经发展成熟的技术，为本文提供理论的支持。赛贝克效应、帕尔贴效应、汤姆逊效应等热电发电基础理论知识充分解释了其发电过程及原理。通过分析热电材料，阐述提高热电材料热电优值的方法，进而建立热电发电模型。在模型的基础上探究其影响输出功率和热电发电效率因素。为充分提高热电转换效率，提高能源的利用率，本文着重介绍了热电单元之间的电阻匹配、电流匹配、热电性能参数匹配的方法。

关键词： 热电器件；热电单元；输出功率；转换效率；性能匹配

Abstract

With the population of the automobile, the consumption of petroleum fuel become more and more rapid. The low utilization rate of the energy becomes a big problem. Only a very small part of the automobile fuel combustion into kinetic energy and other energy is in the form of waste heat released into the atmosphere in the air which caused great waste. It exacerbates the greenhouse effect. If using the waste heat energy, can largely improve the energy utilization rate. The technology of thermoelectricity can transform the heat energy to electricity,which is available for human using . It’s a new road for using the heat energy.

This paper introduces the development of thermoelectric devices, and learns the mature technology, which provides the theoretical support for this paper. The basic theory of Seebeck effect, Parr affixed effect and Thomson effect explain the principle that process of electric production. The analysis of thermoelectric materials, this paper expounds the method of improving the thermoelectric power value. Based on that, we can establish the model of thermoelectric power generation. On the basis of the model, we can analysis the factors which affect the output power and the thermoelectric efficiency. In order to improving thermoelectric efficiency and improving the utilization of energy, this paper focuses on matching the resistance, current and the performance parameters of the thermoelectric unit.

KeyWords: thermoelectric generator; thermoelectric element; output power; conversion efficiency; performance match

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2文献综述 1

1.2.1热电发电技术 1

1.22技术的实际应用 2

1.23热电技术及匹配现状 3

1.3本文工作内容 5

第2章 热电发电的基础理论 6

2.1热电发电理论 6

2.11赛贝克效应 6

2.12帕尔贴效应 7

2.13汤姆逊效应 8

2.14焦耳效应 9

2.15傅里叶效应 9

2.2热电材料的优值系数 9

第3章 热电器件性能分析 11

3.1热电发电理论模型 11

3.2热电转换的性能参数 13

3.21热电模块的输出功率 14

3.22热电模块的热电转换效率 15

第4章 热电单元的匹配机理研究 17

4.1本章主要内容 17

4.2热电单元间的电阻匹配 17

4.3热电单元间的电流匹配 18

4.4热电单元间的性能参数匹配 32

第5章 总结与展望 34

5.1 总结 34

5.2展望 35

参考文献 36

致谢 38

第1章 绪论

1.1 课题背景

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。进入21世纪以来，我国显著提高生产水平，大力推进工业化发展，成为世界上仅次于美国的第二大能源生产和消费国，伴随着经济和人类物质的飞速发展，我国的能源消耗量越来越大，能源枯竭危机日趋向我们靠近，如何提高能源利用率是当今科研人员集中研究的项目。汽车的不断普及凸显了一个问题那就是巨大的能源消耗量，汽车消耗的燃料能量只有极少一部分转化为了动能供汽车行驶，其他能量都以废热的形式消失在空气，这不仅造成了能量的极度浪费，还带来了温室效应等问题。如果能将汽车中浪费的能量收集起来再利用，可以在很大程度上解决能源的消耗。

汽车尾气中的废热拥有极高的热能，热电发电技术可以将低品位的热能转化为供人类使用的电能，这样就能将废热中的能量利用起来了。这种发电方式相对于传统的发电方式更加清洁绿色环保安全，主要是能利用传统模式中不能利用的热能发电，为新的发电模式开辟了新的道路。到上个世纪九十年代以来，随着环境污染和化石能源日趋枯竭等问题日益突出，大量研究人员将目光投到了这一领域，随着热电知识的不断更新，新型热电材料的不断研发，热电领域不断开拓，其热电转换效率也在不断提高，热电技术的应用领域也在不断扩展。

汽车尾气余热发电技术现在还面临着一个极大的问题，热电转换效率十分低下成为制约它发展的障碍，如何提高热电转换效率成为本论文主要研究的内容。

1.2文献综述

1.2.1热电发电技术

文献^[1]介绍了热电发电的原理及工作本质，热电发电的基础理论有：赛贝克效应、帕尔贴效应和汤姆逊效应；热电转换的工作本质是热电材料中的空穴和电子在内部的传输和相互之间的作用。热电材料的性能好坏可以用热电优值进行说明，影响热电优值的因素有赛贝克系数、电阻率、热导率，但是想要提高热电优值不能单纯的通过改变其中的某一个值来进行，这三个因素之间会相互影响干扰，几乎所有提高电导率的措施都会同时提高热导率。以此，对于如何取得热电性能高的热电材料值得着重研究。