【摘要】本文介绍了半导体制冷制热的根本原理和特色，描绘了现在动力电池箱的热办理方式。为突破现有热办理方式的局限性，规划了半导体制冷电扇在动力电池箱中的运用模型，提出了半导体制冷电扇的制冷及制热双向操控的战略，并经过体系实验验证了半导体制冷电扇在动力电池箱中运用的可行性和有效性。
　　【关键词】半导体制冷;半导体制冷电扇;动力电池箱;热办理
　　1.导言
　　为了推进绿色动力能开展，国家正在大力开展纯电动汽车项目，电动汽车充换电站所用的电池箱是该项目运转中的必不可少的设备，它们的安全与安稳运转也是纯电动客车安全可靠供电的基础，因而电池成组技能的研讨成为电池箱安全与安稳运转的条件。
　　电池办理体系的规划是电池模块成组技能的核心，而电池热办理方式又是电池办理体系规划的一个重要组成部分，电池箱温度过高或过低都会对其性能及寿命发生影响，考虑到电池实际运用时一般作业在放电状态下，当工况条件苛刻时，电池可能会大倍率放电，此时会发生很多热量，因而电池的散热办理相对而言更为重要，动力电池箱现在最常用的散热办理方式是强制风冷散热，可是强制风冷散热的缺陷是温度的不可控性和只能给电池箱散热不能加热的单一性，为突破现有热办理方式的局限性，本文规划了半导体制冷电扇在动力电池箱中的运用模型，提出了半导体制冷电扇的制冷及制热双向操控的战略。
　　2.半导体制冷的原理及根本计算公式
　　半导体制冷又称热电制冷，主要是塞贝克效应的逆效应珀耳帖效应在制冷技能方面的运用，是一种新式的制冷方式。
　　图1为热电制冷原理示意图，当一块N型半导体资料和一块P型半导体资料连成电偶对，在电路中接上直流电源，就会发作能量的搬运。坐落上面的结点1，电流方向由N至P，温度下降，而且从外界吸收热量，成为冷端。坐落下面的结点2，电流方向由P至N，温度升高，而且向外界开释热量，成为热端。
　　对热电堆的热端采用有效的散热方式，使其发生的热量不断的被散出，而且坚持一定的温度，把热电堆的冷端放到需求制冷的环境中，吸收环境中的热量，到达降温的意图，这就是半导体制冷的根本原理[1-5]。
　　设冷端温度为Tc，热端温度为Th，冷热端温差为ΔT=Th-Tc，冷端从外界汲取的热量（即制冷量）为Qc，热端向外放出的热量（即散热量）为Qh，热电偶输入功率为N，电路中电流为I。假设PN型半导体资料旁边面为绝热，并可疏忽汤姆逊热及触摸电阻的影响，温差电动势α（μV/K）、电导率σ（1/（Ω·cm））、热导率k（W（cm·K））和汤姆逊系数τ参数与温度无关，则根据热力学剖析和拍尔巾占效应，制冷器从热端散出的热量Qh应等于从冷端吸入的热量Qc和外界输入的电功率N之和。
　　半导体制冷电堆的根本计算公式如表1所列[6]。
　　表1半导体制冷电堆的根本计算公式
　　制冷量QC
　　散热量Qh+
　　功耗N
　　输入电压U
　　制冷系数ε
　　3.半导体制冷电扇的规划
　　3.1半导体制冷电扇的根本结构
　　半导体制冷电扇主要包含热电堆、冷热端散热器、电扇、基板和直流电源等部件组成，逼迫通风散热半导体制冷电扇的根本结构如图2所示。
　　半导体制冷电扇作业时，电池箱内空气与热电堆冷端散热器运用箱体内电扇进行对流换热，箱体内部的余热被冷端散热器吸收，热量经热电制冷效应移至热端，箱体外部空气与热电堆热端散热器经过外部电扇进行对流换热，将热量散到环境中去，使热电堆的热端温度恒定，然后到达制冷的意图。
　　3.2半导体制冷电扇的特色
　　半导体制冷电扇与传统的强制风冷散热比较具有以下长处：
　　（1）热惯性十分小，制冷制热很快;
　　（2）直流供电，电流方向转化便利，可实现制冷和制热双向操控;
　　（3）强制风冷最多可将电池箱内空气温度将至外部环境温度，而半导体制冷能够将温度调至高于或低于外部环境温度;
　　（4）能量调理性能好，能够经过改动作业电压或电流即可，容易实现高精度的温度操控[9]。
　　半导体制冷电扇与传统的强制风冷散热比较的缺点如下：
　　（1）本身转化效率比较低，会添加电池箱辅助电源的功耗;
　　（2）加工制作工艺比较复杂，导致成本可能会比单一的强制风冷高一些。
　　图3半导体制冷电扇的运用环境实物图
　　3.3半导体制冷电扇的运用环境规划
　　动力电池箱主要由电池箱体、电池办理体系、单体电池和固定托架组成，其间电池箱体包含机箱、面板、盖板、推拉组织、定位套、蓄电池模组挡板与压条、通风栅板与滤网、熔断器盒等组成，其间半导体制冷电扇安装在电池箱背面的两边。如图3所示，两个风机的位置即为半导体制冷电扇热端电扇，每个半导体制冷电扇的功耗约为75W。
　　改善后的电池箱采用全密封形式，考虑到半导体制冷时，电池箱内空气会冷凝，在散热片接近制冷端处发生水珠，在箱体内部设置一个专门搜集水珠的小水盒，能够经过电池办理体系检测水位，定期进行查看和保护，这样的规划不仅进步了原有的IP防护等级，而且能够起到电池箱内除湿的双重成效。
　　3.4半导体制冷电扇的双向操控战略
　　电池箱内的电池办理体系提供半导体制冷电扇的直流输入可调电源，温度传感器实时采集各个温度布点的温度，上送至电池办理体系。
　　在电池充放电过程中，电池发生很多热量，使得密闭的电池箱内温度逐步升高，当温度采样值到达温度报警阈值时，电池办理体系输出正向直流电压，敞开半导体制冷形式，制冷端作为冷源吸收热量，并经过电扇将凉风送出，电池箱内会形成冷热空气循环气流直到整个空间内实现热平衡，吸收的热量经过热端散热片及外部电扇排到电池箱外部环境中，到达电池箱内降温的意图。
　　相反，当电池箱内温度低于电池正常作业所需温度时，电池办理体系向半导体制冷电扇提供反相直流电压，敞开半导体制热形式，上述的制冷端变为制热端，制热端作为热源开释热量，并经过电扇将热风送至电池箱内，冷端经过外部环境吸收热量，最终到达电池箱内电池加热的意图。
　　4.体系实验数据验证
　　为了验证半导体制冷电扇在电池箱热办理体系中运用的可行性，分别在电池箱静置、不同电流充电和不同电流充电时，对其制热和制冷状况进行测验了验证，数据成果如下所述。
　　4.1静置状态下电池箱内温升状况（制热）
　　如图4所示，T1-T5为散布在电池箱内部不同部位的温度探头采样的温度，不必电池办理体系，强制敞开半导体制热形式，测验共进行60min，从图中能够看出电池箱内温度大概在敞开半导体制冷电扇20min左右时趋于平稳，由开端的25℃左右安稳至50℃左右。
　　4.2静置状态下电池箱内温升状况（制冷）
　　如图5所示，T1-T5为散布在电池箱内部不同部位的温度探头采样的温度，不必电池办理体系，强制敞开半导体制冷形式，测验共进行60min，从图中能够看出电池箱内温度大概在敞开半导体制冷电扇20min左右时趋于平稳，由开端的25℃左右安稳至13℃左右。
　　4.3充电状态下电池箱内温升状况（不启动制冷）
　　如图6所示，T1-T5为散布在电池箱内部不同部位的温度探头采样的温度，以60A电流对电池进行恒流充电，测验共进行60min，从图中能够看出电池箱内温度由开端的25℃左右升至50℃左右。
　　4.4充电状态下电池箱内温升状况（制冷）
　　如图7所示，T1-T5为散布在电池箱内部不同部位的温度探头采样的温度，以60A电流对电池进行恒流充电，运用电池办理体系智能操控半导体电扇直流输入作业电压，设定电池作业温度规模为20℃-30℃，测验共进行60min，从图7中能够看出电池箱内温度由开端的25℃左右上升至30℃左右时，智能敞开制冷，使温度操控在20℃-30℃之间。
　　5.成果剖析
　　从上述实验数据能够看出，半导体制冷电扇对电池箱热办理，无论是制冷仍是制热，都起到了很明显的作用，特别是在电池办理体系的智能操控下，半导体制冷电扇在短时间内将电池箱内部温度始终操控在所设温度规模内。
　　制冷和制热实验数据验证了半导体制冷电扇的双向操控战略的正确性，也证明了半导体制冷电扇在纯电动客车BPA11系列快换电池箱中的可行性和有效性。
　　6.结语
　　本文规划了用半导体制冷电扇代替原有强制风冷的热办理体系的电池箱，经过对半导体制冷电扇在电池箱热办理体系中运用讨论及实验数据标明，在优化现在电池箱热办理体系方面，半导体制冷制热形式能够代替原有电池箱的强制风冷形式和加热形式。
　　从国内外对半导体制冷研讨的现状看半导体制冷技能远没有成熟，现在也尚有一些限制要素受到关心，例如热电资料的制取、制冷系数和温度操控精度的进步等等。可是半导体制冷作为一种新兴开展起来的制冷技能，是一种具有良好开展远景的制冷方式[7]。
　　参考文献
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　　[5]卢希红，熊丽红，李茂德，朱伟涛.半导体制冷技能的研讨与开展[J].动力研讨与信息，1998，14（4）：41-47.
　　[6]郑大宇，颜涛，刘卫党，陈鑫.根据半导体制冷技能的小型制冷体系研讨[J].制冷与空调，冷库安装2011，25（5）：425-428.
　　[7]徐昌贵，贾艳婷，闰献国，田志峰.半导体制冷技能及其运用[J].机械工程与自动化，2012.
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