[发明专利]一种热电器件性能退化预测方法及应用

说明书

本发明属于热电器件技术领域，其公开了一种热电器件性能退化预测方法及应用，方法包括：获取热电器件中每个热电单元的初始电阻值；对热电器件进行热循环和/或功率循环，并定期间隔预设循环数后测量每个热电单元的电阻值；获得不同循环数后每个热电单元的裂纹长度，并进行拟合获得一次函数；获取循环数线性关系和增长速率线性关系；将待预测热电单元结合层平均应变能密度输入循环数线性关系，则得到待预测热电单元的裂纹萌发循环数，若循环数大于裂纹萌发循环数，则待预测热电单元性能发生了退化；否则未发生退化；将每个热电单元的电阻相加后与初始电阻叠加值比较获得整个待预测热电器件的退化情况。本申请能够准确预测热电器件的性能退化情况。

技术领域

本发明属于热电器件性能预测相关技术领域，更具体地，涉及一种热电器件性能退化预测方法及应用。

背景技术

热电器件是基于塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、傅里叶效应、焦耳效应等五个热电效应制成的固态器件，能实现热能与电能的直接转换。热电器件具有无运动部件、无噪音、响应快、易控制、易集成等优点，广泛应用于工业废热与汽车尾气废热回收、放射性同位素发电、局部电源应用、电子器件热管理、红外探测、精确控温、家用制冷等领域中。

预测热电器件在使用过程中的性能退化情况对提高整个系统的可靠性有着重大意义，尤其对于如放射性同位素发电等工况极端、可靠性要求高的应用领域，预测热电器件在使用过程中的性能退化情况可以优化系统设计、保障系统安全性。

现有研究表明，热电器件性能退化的主要机理是：热循环或功率循环工况导致热电器件内部产生循环热应力，在循环热应力作用下，热电单元结合层会成为器件中最脆弱的部分，其内部出现裂纹，进而导致电连接受到影响，发生性能退化。

但是，目前对于热电器件性能退化预测并没有一种系统且通用性好的方法，为此，需要一种科学系统的热电器件性能退化预测方法，以提高热电器件性能预测的通用性与准确性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种热电器件性能退化预测方法及应用，能够准确预测热电器件的性能退化情况。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种热电器件性能退化预测方法，所述方法包括：S1：分别获取热电器件中每个热电单元的初始电阻值；S2：对所述热电器件进行热循环和/或功率循环，并定期间隔预设循环数后测量每个热电单元的电阻值；S3：基于热电单元的循环数、电阻值和热电单元的特征长度获得不同循环数后每个热电单元结合层内的裂纹长度；S4：获取多组所述循环数和裂纹长度对应结果，并进行拟合进而获得每个热电单元以所述裂纹长度为因变量，以循环数为自变量的一次函数，进而根据所述一次函数获得裂纹随循环数的增长速率和裂纹萌发的循环数；S5：分别构建裂纹萌发的循环数和裂纹随循环数的增长速率与对应热电单元结合层平均应变能密度的裂纹萌发循环数线性关系和增长速率线性关系；S6：将待预测热电单元结合层平均应变能密度输入所述循环数线性关系，则得到待预测热电单元的循环数，若循环数大于所述裂纹萌发的循环数，则所述待预测热电单元性能发生了退化，基于步骤S3～S5中的关系获得对应的待预测热电单元的电阻；否则未发生退化；S7：将待预测热电器件中的每个热电单元采用步骤S6中方法获得每个热电单元的电阻，将每个热电单元的电阻相加后与初始电阻叠加值比较即可获得整个待预测热电器件的退化情况。

优选地，步骤S3中所述裂纹长度a_i，Ncyc的表达式为：

其中，l为热电单元的特征长度，R_0i为第i个热电单元的初始电阻值，i＝1，2，3，…，n，n为所述热电器件中热电单元的总数，R_ei，Ncyc为间隔预设循环数后测量的第i个热电单元的电阻值。

优选地，步骤S4中所述一次函数表达式为：