基于热电模块的车内热环境自动调节系统研究

杨航 向展毅 徐屾

摘 要：国内有人曾为电动汽车设计了太阳能辅助热电空调系统，这个系统采用热电制冷系统进行降温，利用高效PTC加热元件进行采暖和对风窗玻璃进行除雾。本文从热电制冷的技术提出解决夏日车内热环境的问题，通过设计基于热电模块的车内热环境自动调节系统来解决夏日驾驶员离开车，车内温度过高的问题。

关键词：热电制冷；气温自动调节

热电制冷又称半导体制冷或温差电制冷。具有热电能量转换特性的材料， 在通过直流电时产生制冷效应。由于热电制冷效率的大小取决于热电堆冷热端的温差，故在车内外热电堆处均采用了风扇进行强制对流，以增加冷量的传递和制冷效率的提高。

1、实验原理

1.1热电制冷原理

帕尔帖效应：

电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。

电子冰箱简单结构为：将P型半导体，N型半导体，以及铜板，铜导线连成一个回路，铜板和导线只起导电作用，回路由 12V直流电供电，接通电流后，一个接点接冰箱冷端，另一个接头接散热器热端。

1.2制冷量的计算：

在制冷热电偶中，一个结点上放热，而另一个结点上吸热，因此两个结点间有温差。由于热传导，热从热结点流向冷结点。因热电偶内流动的电流产生焦耳热，使局部温度升高，温度升高就使更多的热流向冷结点，起了增加从热结点至冷结点总热量的作用。若热在電流为I的导体上达到平衡，则传导给冷结点的纯热流可用一维傅里叶方程来表示，由传导给冷结点的总热量影响了帕尔贴制冷，因此，把它减掉就得到了单个热电偶的纯产冷量：

2、实验装置的制作

实验初，夏日的正午本文分两组来测量车辆内在一定时间间隔内的温度变化曲线，处理实验数据后，在电脑上建立模型，使热电制冷装置在理想情况下达到本文预期所需要的制冷量，跟据数据所反映的参数选择器材和材料，比如在散热材料的选择上本文选择散热好的铜管，并且添加风扇提高散热效率，以防在实际环境中设备达不到本文所需的最低制冷量，故本文选择制冷效果比普通半导体高三倍的高等半导体，经实验测试效果比较好。实际制冷效果如图所示；

3 夏日车内外温度变化数据分析

记录十二点到下午一点的车内温度变化：十二点从地下车库开出，停放在太阳下曝晒，此时记录车内温度为23℃。每过半小时记录一次车内温度。

25-33℃雷阵雨：车内最高温度56℃，平均温度47℃。

30-39℃晴：车内最高温度62℃，平均温度51℃。

4 结语

车辆在夏日暴晒下车内外温度相差较大，对车辆和人的安全以及乘坐人的舒适度来说造成了一定的威胁，解决车辆在暴晒下车内温度过高问题迫在眉睫。尽管本次实验所设计的热电制冷设备能够在箱内体积下能达到实验的预期目标，但是要是将此设备应用在汽车上，还有很多问题需要解决，如外加温度调节器与车内空调的冲突、如何强制对流等，应用于汽车上还有一段距离。

参考文献：

[1]职更辰，王瑞.热电制冷技术的进展及应用[J].制冷，2012，（04）：42-48.

[2]施军锞，祁影霞.太阳能技术在汽车空调上的应用[J]. 低温与超导，2012，（08）：64-68.

作者简介：

杨航（1996），男， 山东省潍坊市 在校大学生，专业：车辆工程，学校：上海工程技术大学.