[论文解读] Segmented thermoelectric generators: Impact of junction temperature variation on the series circuit's properties

Y. Apertet, Henni Ouerdane+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2012

Advanced Thermoelectric Materials and Devices被引用 1

一句话总结

本文建立了两个串联连接的热电发电机（TEGs）的模型，表明界面处的热连续性引入了一个与电流相关的结温变化有关的意外电学电阻项。该研究推导出等效串联优值，并揭示了串联与并联配置之间强烈的热-电对称性，推动了热电相容性分析的发展。

ABSTRACT

We present and analyze a model of a system constituted of two thermoelectric generators (TEGs) thermally and electrically connected in series. For simplicity the parameters of both TEGs are assumed to be temperature-independent. The derivation of the equivalent electrical series resistance yields an unexpected term whose meaning and impact are discussed. We demonstrate that this term must exist as a consequence of thermal continuity at the interface, since it is related to the variation of the junction temperature between the two TEGs as the electrical current varies. We then derive an expression for the equivalent series figure of merit and use it to discuss the approach of thermoelectric compatibility. Finally we highlight the strong thermal/electrical symmetry between the parallel and series configurations.

研究动机与目标

• 在热电参数不随温度变化的假设下，对两个串联连接的 TEG 的电学与热学行为进行建模。
• 研究由于界面处热连续性导致的结温变化对等效串联电阻的影响。
• 推导用于评估系统性能与相容性的等效串联优值。
• 探讨热电系统中串联与并联配置之间的对称性。

提出的方法

• 建立两个串联 TEG 的热-电耦合模型，假设材料参数在温度范围内恒定。
• 推导等效串联电阻，识别出由结温随电流变化引起的意外电阻项。
• 阐明该电阻项的物理解释源于界面处的热连续性。
• 推导等效串联优值，以评估串联配置中的热电相容性。
• 将串联配置与并联配置进行比较，揭示强烈的热-电对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 两个串联连接的 TEG 之间结温的变化如何影响等效串联电阻？
• RQ2 该串联模型中意外电阻项的物理起源及其重要性是什么？
• RQ3 如何为串联连接的 TEG 系统定义一个等效优值以评估热电相容性？
• RQ4 热电发电机系统中，串联与并联配置之间存在何种对称性？

主要发现

• 由于结温随电流变化而产生的意外电阻项出现在等效串联电阻中，其物理解释源于界面处的热连续性。
• 推导出的等效串联优值可实现对串联连接 TEG 中热电相容性的系统性评估。
• 该模型揭示了串联与并联配置之间存在强烈的热-电对称性，表明可应用类似的优化设计原则。
• 该温度依赖的电阻项不可忽略，因其直接源于热流通过结区的物理连续性。