In this paper, an simulated investigations for the modified lithium-ion battery thermal management system using PID, as well Null-Space-based Behavioral (NSB) controllers were presented. This work sought to keep the battery life at its optimum temperature using low power. We used thermoelectric modules with collaborating controllers to minimize the electricity consumed during the cooling process. Comparing to PID, NSB controller achieved the reduction of consumed power of 20%, faster temperature return to the set point, and a more uniform controlling the temperature of the battery cells.
PL
W niniejszym artykule przedstawiono wyniki symulacyjnych badań nad zmodyfikowaniem systemu zarządzania temperaturą akumulatora litowo-jonowego z wykorzystaniem regulatora PID oraz regulatora behawioralnego typu Null-Space (NSB). Celem pracy było utrzymanie żywotności baterii w optymalnej temperaturze przy niskim poborze mocy. Wykorzystano moduły termoelektryczne z dedykowanym sterownikiem dla zmniejszenia zużycia energii elektrycznej podczas procesu chłodzenia. W porównaniu do PID, zastosowanie regulatora NSB umożliwia redukcję pobieranej mocy o 20%, szybszy powrót temperatury do wartości zadanej oraz bardziej równomierne sterowanie temperaturą ogniw akumulatora
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań dwóch literaturowych modeli modułów termoelektrycznych dedykowanych dla programu SPICE. Przedstawiono topologię oraz równania opisujące te modele. Pokazano także wyniki weryfikacji ich dokładności poprzez porównanie wyników pomiarów i obliczeń wykonanych w programie SPICE. Niezbędne wartości parametrów wyznaczono w oparciu o dane producenta.
EN
In the paper results of research of two published in literature SPICE models of thermoelectric modules have been presented. Topology and equations describing these models, as well as results of experimental verification of their accuracy, based on comparison of results of SPICE calculation and measurements have been discussed. Required models parameters values have been calculated using manufacturer data.
A single point cutting tool is modeled out of two different materials having desired thermoelectric properties. The tool material used is Boron Carbide (B4C) doped with different compositions of Titanium Carbide (TiC). In the present work, three different compositions of Titanium Carbide doped on both sides of cutting tool made by Boron carbide. The available combinations of Titanium Carbide (TiC) from the work bench in ANSYS was selected with three cases of 0 & 25.4%, 0% &12.5% and 12.5% & 25.4% on first half and second half of the cutting tool respectively. The simulation process is done in ANSYS 2020 R2 software, thermal-electric module (TEM) is used. From these studies it is evident that considerable cooling effect is achieved and found to be the lowest temperature of 10.93°C is observed for the combination of 0% &25.4%, 18.79°C is observed for the combination of 0& 12.5% and 26.73°C for 12.5% and 25.4% combination at the junction of the tool material which is nearer to the cutting tip respectively. Finally it is concluded that one side of cutting tool without any doping and other side with 25.4% TiC doped showed good results which observed by conducting number of simulations at different levels of iterations for Titanium Carbide doped Boron Carbide cutting tool used in turning operation.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper deals with thermoelectric technology. Selected new semi conductors with improved figures of merit are presented. Peltier modules are used to generate electric current through temperature difference. The paper indicates applications of thermoelectric modules, as interesting tools for various waste heat recovery. There are zero dimension equations describing the conditions of electric power generation including voltage and current with characteristics of the above parameters. The authors are also interested in the efficiency of electric current generation. The experimental stand, on going research and experimental measurements are described. The authors explore the resistance of the receiver placed in the electric circuit with thermoelectric elements. Finally, the experimental results are analyzed and theoretical conclusions made. Voltage generationof about 1.5 to 2.5 V was observed in the range of temperaturę difference ΔT from 65 to 85K. Measurements were taken from a bismuth telluride thermoelectric couple, which is traditionally used in cooling technology.
The paper deals with an issue of waste heat recovery in a selected configuration of an internal combustion engine. A possibility of using thermoelectric cells (currently available on the market) for production of electricity with heat extracted from the exhaust gas was considered. The calculations were made using specialized software. Features and design assumptions of the heat recovery system were presented and their influence on parameters of the entire system was investigated (efficiency of the internal combustion engine, power, etc.). An assessment of the applicability of the energy recovery system based on thermoelectric effects and characteristic of the proposed configuration was performed. Some issues that require further research have been highlighted.
The growing demand for electricity produced from renewable sources and the development of new technologies for the combustion of biomass, arose a growing interest on the possible coupling of thermoelectric modules with stove-fireplaces. The current thermoelectric generators have a solid structure, do not produce noise, do not require maintenance and can be used for the recovery of waste heat or excess, at the same time they hold a very low conversion efficiency and they need an adequate cooling system. Nevertheless, they still hold a cost, which is still too high to make them attractive. Nonetheless, if the modules are applied to a heat source which otherwise would be wasted, the attractiveness of the solution certainly rises. In this study, a thermodynamic analysis of a stove-fireplace is presented, considering both combustion process and the flame – walls heat transfer of the. A design solution for a concentrator device to funnel the wasted heat from the fireplace to the thermo-electric modules is also presented.
W artykule omówiono budowę modułów termoelektrycznych i zjawisko Peltiera. Położono nacisk na analizę zjawiska zachodzącego na elemencie półprzewodnikowym. Zaprezentowano także ułożenie ogniw w stos oraz model matematyczny wykorzystany do opracowania programów symulacyjnych. Przedstawiono również aktualne zastosowania ogniw oraz omówiono możliwości wykorzystania modułów Peltiera jako elementów chłodzących w transporcie.
EN
The article discusses the construction of thermoelectric modules and Peltier effect. Emphasis on the analysis of the phenomena occurring on the semiconductor element. Also presented configuration of cells in the stack and a mathematical model used to develop simulation programs. It also presents the current cell use, and discussed the possibility of using modules as a Peltier cooling elements in transport.
W artykule zaprezentowano podstawowe informacje na temat budowy i zasady działania modułów termoelektrycznych. Dokonano przeglądu materiałów stosowanych obecnie i przewidywanych do użycia w przyszłości. Przeprowadzono krótką analizę rozwiązań konstrukcyjnych stosowanych w generatorach termoelektrycznych dostępnych na rynku. Przedstawiono rozwiązanie demonstratora generatora termoelektrycznego, który został zaprojektowany i wykonany w krakowskim Oddziale Instytutu Technologii Elektronowej, którego innowacyjność polega na zastosowaniu płaskich ciepłowodów. Zaprezentowano wybrane wyniki badań. Przedyskutowano problemy konstrukcyjno-montażowe oraz możliwość zastosowania generatora w hybrydowych instalacjach fotowoltaicznych.
EN
The paper presents basic information about the construction and operation of thermoelectric modules. A review of the materials currently used and expected to be used in the future has been presented with a brief analysis of structural solutions applicable in thermoelectric generators available on the market. The demonstrator of the thermoelectric generator, designer and made by the Cracow branch of the Institute of Electron Technology has been introduced. Its innovation lies in the use of flat heat pipes. The paper shows selected results considering construction and installation problems including the possibility of the use of a generator in the hybrid photovoltaic systems.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this article authors propose a new method for experimental research of electric and thermal characteristics of Peltier device. Presented method differs from commonly as summary Seebeck coefficient, internal resistance, thermal conductivity coefficient of thermoelectric material and summarized thermal resistance of copper connections, join surfaces with structure of a heating system are simultaneously determined without interfere into tested element structures. The main assumption of the method is the comparison of the heat fluxes flowing through the tested thermoelectric element in open and short circuits.
PL
W artykule proponowana jest nowa metoda eksperymentalnego wyznaczania elektrycznych i termicznych charakterystyk ogniw Peltiera. Prezentowana metoda w odróżnieniu od obecnie stosowanych umożliwia uzyskanie współczynnika Seebecka, wewnętrznej rezystancji elektrycznej, przewodności cieplnej materiału termoelektrycznego, przewodności cieplnej obudowy ogniwa wraz z powierzchniami styku w jednym eksperymencie bez konieczności ingerencji do wnętrza badanego elementu. Metoda w głównej mierze polega na porównaniu strumieni cieplnych przepływających przez badane ogniwo Peltiera znajdujące się w stanie zwarcia i rozwarcia obwodu elektrycznego.
W artykule podjęto próbę przybliżenia zagadnień dotyczących złącz kontaktowych pomiędzy półprzewodnikowymi materiałami termoelektrycznymi, a elektrodami metalicznymi. Materiały termoelektryczne można wykorzystać do konstrukcji modułów termoelektrycznych, które z kolei zastosowane w generatorach termoelektrycznych TEG mogą przetwarzać energię cieplną bezpośrednio na energię elektryczną. Sprawność urządzeń wykorzystujących zjawiska termoelektryczne zależy zasadniczo od fizykochemicznych właściwości materiałów termoelektrycznych. Jednak jak wynika z prowadzonych od wielu lat badań, niewiele mniej istotny wpływ na sprawność modułów ma jakość wykonanych złącz elektrycznych. W trakcie projektowania urządzeń bazujących na materiałach termoelektrycznych, ważne jest także zwrócenie uwagi na dobór odpowiednich barier ochronnych hamujących procesy dyfuzji na granicy złącz oraz metod badawczych, w celu określenia jakości złącz metal/półprzewodnik. Poszczególne części artykułu przedstawiają opisy kryterium oceny jakości, metod wytwarzania oraz ochrony złącz. Osobna część artykułu w całości dotyczy zjawisk zachodzących na granicy złącz pracujących w wysokich temperaturach oraz ich rozwiązań opracowywanych w różnych ośrodkach badawczych. W artykule poza przybliżeniem zagadnień dotyczących zasad działania oraz idei konstrukcji modułu termoelektrycznego, zwrócono także uwagę na takie kluczowe aspekty, które związane są bezpośrednio z łączeniem, charakteryzacją, oraz ochroną materiałów termoelektrycznych.
EN
This paper attempts to give an overview of junctions between thermoelectric semiconductor materials and metal electrodes. Thermoelectric materials TM can be used for the construction of thermoelectric modules, which are in turn applied in thermoelectric generators TEG for conversion of thermal energy directly into electric energy. The efficiency of devices based on thermoelectric effects depends essentially on the physicochemical properties of thermoelectric materials. After many years of research, it can be concluded that the impact of the quality of electrical junctions on the efficiency of modules is only slightly less profound. For devices based on thermoelectric materials, it is also important to pay attention to the choice of both appropriate protective barriers inhibiting diffusion processes on the junction border and test methods in order to enable the determination of the quality of the metal/TM junctions. Different parts of the paper are devoted to the assessment criteria of the quality of the junctions as well as their manufacture and protection. A separate part of the article is focused on phenomena taking place at the junctions working at high temperatures and solutions to relevant problems proposed by different research centers. Apart from providing a description of the principles of operation of the thermoelectric modules and the idea behind their design, the paper draws attention to such key aspects as the connection and characterization process as well as the protection of thermoelectric materials against degradation.
The work presents experimental results of performance tests and theoretical calculations for the thermoelectric generator TEG fitted in the exhaust system of a 1.3 dm3 JTD engine. Benchmark studies were carried out to analyze the performance of the thermoelectric modules and total TEG efficiency. Additionally the investigation of combustion engine’s power drop casued by exhaust gases flow resistance is presented. The detailed studies were performed using a new prototype of the thermoelectric generator TEG equipped with 24 BiTe/SbTe modules with the total nominal power of 168 W. The prototypical device generates maximal power of 200 W for the exhaus gases mass flow rate of 170 kg·h–1 and temperature of 280°C. Power drop caused by the flow resistance of gases ranges between 15 and 35 mbar for mass flow rate 100–180 kg·h–1. We predict that the application of the new thermoelectric materials recently developed at AGH would increase the TEG power by up to 1 kW, would allow the increase of the powertrain system efficiency by about 5%, and a corresponding reduction of CO2 emission.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i obliczeń teoretycznych dla generatora termoelektrycznego TEG zaimplementowanego w układzie wylotowym silnika 1,3 JTD. Badania przeprowadzono w celu analizy sprawności modułów termoelektrycznych oraz całkowitej sprawności generatora TEG. Dodatkowo w pracy zaprezentowano badania strat mocy silnika spowodowane oporem przepływu gazów wylotowych. Szczegółowe badania przeprowadzono przy użyciu nowego prototypu generatora termoelektrycznego TEG wyposażonego w 24 moduły BiTe/SbTe o łącznej mocy 168 W. Badany generator wytwarza moc maksymalną 200 W przy temperaturze 280°C i masowym natężeniu przepływu gazów wylotowych 170 kg·h–1. Wymiennik ciepła generatora TEG wywołuje opory przepływu gazów w zakresie 15–35 mbar dla natężeń przepływu 100–180 kg·h–1. Przewidywane jest również zastosowanie opracowanych na AGH nowych materiałów termoelektrycznych, które umożliwiłoby zwiększenie mocy generatora do 1 kW, podniesienie całkowitej sprawności układu napędowego o ok. 5% i odpowiednie zmniejszenie emisji CO2.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
A new method for determining electric and thermal characteristics of Peltier devices is analyzed with the aim of optimization of Peltier devices. Obtained results give the possibility to optimize thermoelectric cooler systems to reach most efficient operating state and to achieve the lowest possible temperature. In optimized by proposed method four stage Peltier cooling cascade the achieved temperature could be near to the superconducting transition temperature of HgBa2CaCu2O6+?. Peltier device is not damaged during the test process and still can be used.
PL
W artykule przeanalizowano nową metodę wyznaczania elektrycznych oraz termicznych parametrów ogniw Peltiera. Otrzymane wyniki dają możliwość optymalizowania chłodziarek termoelektrycznych w celu osiągnięcia najbardziej efektywnego punktu pracy. W czterostopniowej chłodziarce termoelektrycznej zoptymalizowanej przy użyciu proponowanej metody otrzymana temperatura może być bardzo bliska temperaturze nadprzewodnictwa HgBa2CaCu2O6. Badany element Peltiera nie ulega uszkodzeniu podczas testu i może być dalej używany.
W artykule przedstawiono model elektrotermiczny pompy Peltiera zaimplementowany w programie do symulacji układów elektronicznych SPICE. Opisano sam moduł termoelektryczny, przedstawiono zjawiska towarzyszące jego działaniu oraz pokazano proces modelowania. Podczas modelowania zastosowano teorię stałych parametrów oraz znaną powszechnie analogię elektrotermiczną. Na końcu przedstawiono wyniki symulacji. W artykule wykazano bardzo dużą użyteczność programu SPICE do modelowania zarówno zjawisk termicznych, jak i elektrycznych, które towarzyszą działaniu modułu termoelektrycznego Peltiera. W efekcie otrzymano uniwersalne i jednocześnie bardzo tanie narzędzie do symulacji skomplikowanych zjawisk elektrotermicznych towarzyszących aktywnemu chłodzeniu mikroukładów scalonych.
EN
In the paper an electrothermal model of Peltier pump is shown. The model is implemented in electronic circuits simulator SPICE. The electrothermal module is described and phenomena that run its action. For modelling, the theory of constant parameters was used and well known electrothermal analogy. At the end results of simulations arę presented. In the article usefulness of SPICE for modelling both thermal and electrical phenomena is proved. As the effect one obtained an universal and very cheap tool for simulations of complicated electrothermal phenomena that accompany active cooling of microstructures.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.