电化学热电池性能测试中的TEC半导体制冷片温度控制解决方案
摘要：电化学热电池（electrochemicalthermcells）作为应用于低品质热源的热电转换技术，是目前可衣着电子产品的研究热点之一，使用中那些要求具高一定的温差环境。电化学热电池相对应的性能测试就对温度和温差无法形成做出很高要求，特别是具体的要求温度控制仪器具有高控制精度、可编程控制、周期交变控制、通讯和任务道具软件功能。本文详细介绍了开发研制超高精度具有多功能的PID控制仪，并详细点具体解释了电化学热电池特性测试中的温度控制系统结构。
温差发电站在固体材料与半导体材料的发展上均比较比较晚熟，而近年直接出现了一种研制开发的电化学热电池（electrochemicalthermcells）占据更高的塞贝克系数，同时成本较低、还能够适应适应奇怪热源表面，因而具高一定的应用前景，下一界当前研究的热点方向之一。如图1所示，这个电化学热电池的基本原理是借用电化学体系中的赛贝克效应，将冷热电极之间的温差然后转化成为电势差而再产生发电效果，但温差环境是使用和测试评价电化学电池的必要条件。
图1电化学热电池基本原理
电化学热电池中的电解质、材料和电极受温度的影响，在内雷鸣热电池的去相关性能测试评价，对测试过程中的温差形成有十分复杂的要求，具体实施情况如下：
（1）热电池的两个冷热端电极要处在相同温度以无法形成温差，两个电极温度要具高一定的变化范围以便在不同电极温度和差别温差条件下测试评价热电池的某些性能。
（2）对此冷端温度，可采用TEC半导体制冷片通过调节平衡和操纵，但热端温度普便较高，需要制热片不能实现高温加热，需区分电阻等加热。
（3）在热电池性能测试过程中，是需要在冷热电极处实现方法台阶式或周期交变式可编程温度变化。这样一方面是还能够测什么相同电极温度和不同温差下的热电池性能，能够得到热电池最适合工作状态时的温度和温差条件，另一方面是测试考核热电池的疲劳脉冲前沿特性。
（4）研制开发的电化学热电池往往很薄，如其它可穿着电子产品用热电池。在实际应用中，这类薄片或薄膜状热电池上连成的温差很小，这就特别要求热电池性能测量装置必须应具备在冷热电极彼此间提供小温差的能力。
根据上列要求一眼就可以看出，一旦电化学热电池形状判断，热电池对比测试控制装置的结构也都差不多判断，而测试装置中温度调控的关键是确定比较合理的加热和温控仪表。
相对于加热形式，需要电阻加热和TEC半导体制冷片两种形式，可行最简形矩阵绝大多数电化学热电池在横竖斜温度和温差范围内的测试需要，这对温度不高的测试，可仅建议使用TEC半导体制冷片通过温度控制。电阻加热应用于热电极处的高温加热，工作温度为50~150℃左右吧。TEC半导体制冷片加热主要用于冷电极处的低温加热和冷却，温度范围为-10~60℃。
这对温控仪表，满足上列温度控制那些要求的控温仪表需拥有200元以内功能：
（1）可对电阻加热和TEC半导体制冷片分别进行控制。
（2）可编程控制功能，可再控制温度按照编程设定好的温度折线通过变化。
（3）交变温度控制功能，可压制温度通过设定周期和幅度通过交替变化。
（4）带PID自整定功能，以免繁琐的毛石混凝土按照PID参数，并可存储和动态链接库多组PID参数。
（5）测量和控温精度高，特别是要满足的条件薄膜热电池的温差操纵，控温精度要都没有达到0.01℃。
（6）带通讯功能可与上位机连接，由上位机接受设置里、编程、操纵运行、会显示和存储。
（7）带计算机软件，不需要编程，可通过计算机接受设置里、编程、再控制运行、会显示和存储。
从上列功能要求中可以猜想，电化学热电池性能测试中对温度和温差自然形成的要求很高，特别是要求温控仪表更具高控制精度、可编程控制、周期交变控制、通讯和洗技能软件功能，而这些很多全是目前电化学热电池性能测试用控温仪无法应具备的功能。为此，本文能介绍了开发研制高就精度具备功能多样的PID控制仪，并详细点请看了电化学热电池特性测试中的温度控制系统结构。
解决方案啊,设计的温控系统是是结构如图2所示。
图2电化学热电池整体测试温控系统结构示意图
图2所示的解决方案示意图包含了电化学热电池性能测量装置和温度控制系统两部分。其中的电化学热电池测量装置示出的是对块状、板状或薄膜状热电池的测试结构，电极分别贴服在热电池的顶部和底部，顶部的阴极电极处通过TEC半导体制冷片接受低温操纵无法形成冷电极，底部的阳极电极处通过电阻加热（电热膜和电热块）接受高温完全控制自然形成热电极，从而在热电池上下两端无法形成所需温差。是需要说明的是，解决方案在冷电极处中,选择TEC半导体压缩机片的主要目的是替基于高精度的温度控制，这在测试评价薄膜式可衣着用热电池中利用高精度小温差时非常重要。在热电极出选择类型电阻加热通常是替柯西-黎曼方程更高温度的大温差测试需要。
的原因半导体制冷片和电阻加热是两种彻底有所不同的发热冰箱制冷原理，它们的温度控制也全部不同，但图2所示解决方案啊,设计了两个其它的温控回路，两个温控回路按结构的是完全相同的超高精度PID控制器VPC2021-1。选择建议使用VPC202-1那样的PID控制器，是为了功能多样和超高精度的考虑，此控制器也可以满足前面所述的对温度控制器的所有要求。
在TEC致冷片温控回路中，不使用了VPC2021单向压制功能，是从喂养灵兽温度传感器信号与设定温度并且都很后，驱动双向电源对TEC制热片通过加热或制冷完全控制，进而实现高精度的温度控制。
在电阻加热温控回路中，在用了VPC2021都差不多的温度控制功能，再采集温度传感器信号与设定温度参与都很后，驱动固态继电器接受加热，从而利用高精度的温度控制。这里要注意，假如要在电阻加热中实现程序较高精度的温度控制，之外需要高精度的温度传感器（如铂电阻或电阻器）之外，还需要与你所选的冷源和以减小热惯性，如在电阻经常发热体下面专门配置冷却装置尽快能连成急速散热。如果不是是测量薄膜热电池，则无需那些个考虑，只需在电阻不发热体下面提高绝热层即可解决，而且热电池和电阻加热膜厚度很小，热惯性肯定也小，冷电极的低温是可以对热电极进行急速散热，促进热电极处的温度高精度控制。
就是为了实现方法热电池的温度交变试验，解决方案采用了VPC2021控制器的低级功能：近战设定好点功能，即在辅助然后输入通道上接入外部信号发生器以生成沉淀各种周期性波形信号另外交变去设置值，由此可控制热电极温度按照此设定好波形参与周期性变化，进而自然形成交变温差。如图2所示，此远程修改点功能的选择可以不通过一个外置开关并且选择，实现程序都正常控温和交变控温之间的可以切换。
本文给出的解决方案，可以不行最简形矩阵绝大多数电化学热电池性能测试中的温差环境控制需要，为测试评价热电池性能和优化系统不使用条件提供给了快捷方便的试验和考核手段。
更最重要的是高精度PID控制器专门配置了你所选的计算机软件，区分了具备标准MODBUS通讯协议的RS485接口，与计算机一起是可以组成相当于的测控系统，通过计算机可方便些的对PID控制器通过远程操控，系统设置控制器的特殊参数，采集、存储和曲线形式会显示PID控制器的过程参数，无须再通过任何编程即可参与测试试验，的很渐渐适应于实验室研究试验。
此解决方案的同时一个特点是更具很强的灵活性和拓展性，可实际外置不同传感器和信号发生器利用多种物理量和波形的确切控制，更可连接上位机然后与中央控制器接受集成主板，与所有的设备自然形成很好的配套。
为什么精密半导体制冷片要选择DPC陶瓷基板
半导体压缩机片是电子器件中重要的辅助元件，主要是用于压制器件的温度，使只要器件的稳定性和可靠性。在半导体空调制冷片的制造过程中，半导体压缩机片的基板材料选择是更加关键的，只不过基板材料的性能会直接引响到空调制冷片的性能。
同时充当精密制热片新发明技术，对陶瓷基板的要求也高于特殊基板。
1.外观要求：不是很严的铜面平整度，粗糙度特别要求再控制在0.5um100元以内，铜面上不允许有凹坑、铜颗粒、被氧化、任何形式的外观划伤等。
2.尺寸要求：能完成板厚控制公差在10-20um100元以内，而陶瓷板材的委外加工公差就有±30un公差，那就必须挑选公差范围在10以内的陶瓷板材，而能完成铜厚、镍金厚的均匀性要控制在10um以上的话，极非常具有挑战性。
a.目前的控制方案是提高电镀均匀性，且必须只要铜面无颗粒；
B.或则增强抛光后磨细工序，使铜面平整洁净且板厚完全控制在客户那些要求范围内。
3.线宽、线距特别要求：精密的设备空调制冷片线宽、线距要求再控制在±10-20um以内，这就不需要在线路加工时媒体曝光精度要求高，必须在用CCD的或LDI媒体曝光机俩完全控制线路精度，别外在蚀刻时线宽线距不需要操纵在中值。
斯利通氮化铝陶瓷电路板
DPC（Deep Proton Conduction）陶瓷基板是目前半导体制冷片制造中最常用的基板材料之一。DPC陶瓷基板具备许多优异的性能，除了高介电常数、高介电所消耗、低温度系数和高热导率等，那些性能是可以可以保证冰箱制冷片本身良好的散热效果，但是这个可以在高温环境下稳定工作。
热导率：DPC陶瓷基板的热导率是陶瓷基板中极高的，可以速度更快地传导热量，最大限度地增加压缩机片的散热效果。依据什么测试数据，需要DPC工艺制备的陶瓷基板热导率可以至少20W/mk左右吧，是民间陶瓷基板的10倍左右吧。
温度系数：DPC陶瓷基板的温度系数太低，都能够只要在高温环境下依然还能够达到较低的温度，最终达到能保证电子器件的稳定性和可靠性。依据什么测试数据，区分DPC工艺制备方法的陶瓷基板温度系数这个可以都没有达到-6ppm/K70左右，是现代陶瓷基板的10倍左右吧。
介电常数：DPC陶瓷基板的介电常数非常高，可以不能提高制热片的介电性能，进而要好地严密保护电子器件。参照测试数据，区分DPC工艺制取的陶瓷基板介电常数是可以提升4.5以上，是现代陶瓷基板的2倍以内。
高强度、高硬度：DPC陶瓷基板具备高强度和高硬度，能保证空调制冷片在高温和恶劣环境下的强度和稳定性。根据测试数据，需要DPC工艺制备过程的陶瓷基板强度这个可以至少10020mpa以下，是民间陶瓷基板的10倍左右。
极高的温度、高频和高可靠性应用需求增加：在极高的温度、高频和高可靠性的电子器件中，DPC陶瓷基板的应用越来越应用广泛，需求也越来越小。不断那些个应用领域的不断发展，对DPC陶瓷基板的性能要求也将低些。紧接着电子器件的不断发展和应用领域的不断扩大，DPC陶瓷基板的应用前景也将非常广袤。以下是DPC陶瓷基板目前的发展和未来趋势：
研制开发半导体器件的发展：新型半导体器件的不断发展，对DPC陶瓷基板的性能给出了更高的要求。的或，研发新型的量子计算器件、光子器件、电力电子器件等，对DPC陶瓷基板的热导率、介电常数、机械强度等性能给出了更高的要求。
更高的可靠性要求：在高可靠性的电子器件中，DPC陶瓷基板的应用越发广泛。不断这些个应用领域的不断发展，对DPC陶瓷基板的耐腐蚀性、耐辐射性、耐磨损性等性能做出了更高的要求。
更多功能化和轻量化：在移动设备、电子消费品等领域，DPC陶瓷基板的小型化和轻量化已拥有一个重要的发展趋势。为了柯西-黎曼方程这一需求，DPC陶瓷基板要基于更高的集成度、更小的尺寸和更轻的重量。
不过，DPC陶瓷基板本身高热导率、低温度系数、高介电常数、高强度、高硬度等优异的性能，这些个性能令DPC陶瓷基板在半导体冰箱制冷片中曾经的空调制冷片的首选基板材料。常规DPC工艺制备方法的DPC陶瓷基板更具更高的性能和更广泛的的应用前景，也可以满足半导体制冷片不断提高的性能要求，为电子器件的稳定性和可靠性可以提供非常可信度高的保障。
