专利名称：有热电转换器件的电器的制作方法
技术领域：
电子元件在工作时都消耗电功率，当有电流流过电子元件时，电子元件都产生热量。例如，LED (半导体发光二极管)尤其是大功率(或高功率)LED发光时LED会产生热量；可充电电池管理电路(电池保护板)中的均衡电阻，电流采样电阻，MOS管在工作时都会产生热量。要保证电器能够正常工作，就要保证电器(电子元件)不超过正常工作温度，就要把电器(电子元件)产生的热量进行散热，把电器(电子元件)产生的热量散发掉，使电器(电子元件)冷却。例如，把LE D产生的热量散发掉；把可充电电池管理电路(电池保护板)中的均衡电阻，电流采样电阻，或MOS管在工作时产生热量散发掉。如果将这要散发的热量(热能)，也就是将这废弃的热量(热能)，通过热电转换器件(TEG)转换成有用的电能，则有利于节约能源，提供一种环保能源，提供一种再生能源，提供一种新能源。
背景技术：
电子元件在工作时都消耗电功率，当有电流流过电子元件时，电子元件都产生热量。例如，LED (半导体发光二极管)尤其是大功率(或高功率)LED发光时LED会产生热量；可充电电池管理电路(电池保护板)中的均衡电阻，电流采样电阻，MOS管在工作时都会产生热量。要保证电器能够正常工作，就要保证电器(电子元件)不超过正常工作温度，就要把电器(电子元件)产生的热量进行散热，把电器(电子元件)产生的热量散发掉，使电器(电子元件)冷却。例如，把LED产生的热量散发掉；把可充电电池管理电路(电池保护板)中的均衡电阻，电流米样电阻，或MOS管在工作时产生热量散发掉。已有技术没有充分利用这要散热的热量(热能)。
发明内容
本发明正是为了解决现有技术中的上述问题而完成的，其目的是，把电子元件，例如，LED,电阻，或MOS管产生的热量，这需要散热的热量，这需要冷却的热量，这废弃的热量充分利用起来，使用热电转换器件(TEG)将热量(热能)转换成电能。为了解决上述任务，本发明采用的技术方案是一种有热电转换器件的电器，包括LED，热电转换器件，散热器件；LED在热电转换器件的热面，散热器件在热电转换器件的冷面；有电流流过LED时LED产生的热量经由热电转换器件传递到散热器件，热电转换器件输出电压。所述LED产生的热量是需要散热的热量。所述热电转换器件输出电压用于所述LED。所述电器是LED灯具。—种有热电转换器件的电器，包括电池，发热兀件，热电转换器件，散热器件；发热元件在热电转换器件的热面，散热器件在热电转换器件的冷面；当有电流流过发热元件时发热元件产生的热量经由热电转换器件传递到散热器件，热电转换器件输出电压。所述发热元件产生的热量是废弃的热量。所述热电转换器件的输出端连接所述电池的输出端。所述电器是电池包。所述发热元件是电子元件。所述热电转换器件的输出端连接直流电压/直流电压变换器。
图I是由N型和P型半导体材料组成的热电转换器件基本单元的示意图；图2是由N型和P型半导体材料组成的热电转换器件基本单元的示意图；图3是把N型和P型半导体热电转换器件基本单元串联连接组成热电转换器件模块的示意图；图4是热电转换器件与负载连接的示意图；图5是热电转换器件(TEG)的示意图；图6是热源和热电转换器件和散热器件组合的示意图；图7是电路板和热电转换器件和散热器件组合的示意图；图8是LED的电路连接图；图9是电池包的电路图。
具体实施例方式本发明的实施例I:当热电转换器件(Thermoelectricgenerators or Seebeck devices orThermoelectric conversions or Thermoelectric modules or TEGs)的热面(hot side)温度高于热电转换器件的冷面(cold side)温度时,热电转换器件将有电压输出即有电能 输出。也就是说，当有热量从热电转换器件的热面经由热电转换器件传递到冷面时，在热电转换器件的输出端将有电压输出将有电能输出。当有温度梯度通过一个固体时，在这个固体的热端(热面)与冷端(冷面)之间将有电压输出。半导体材料的热电转换效率较高。由于N型半导体的热电效应(Seebeck effect)产生电子(_)，而P型半导体的热电效应产生空穴(+)，所以将N型半导体和P型半导体串联连接起来，如图I所示，可以加倍热电转换输出电压。一个由半导体材料做成的热电转换器件的基本单元(或称基本元素)，如图I所示，如图2所示，该基本单元是由一个N型半导体材料和一个P型半导体材料串联连接而成。将数个这样的热电转换器件的基本单元串联连接起来，如图3和图4所示，制做成热电转换器件模块；像这样把预定数量的热电转换器件的基本单元串联连接起来可以获得预定的热电转换输出电压。一个物体的热面(hot side)的电子比冷面(cold side)的电子的能量大，所以电子将从热面流向冷面。如果在外部连接了一个电路回路，在这个电路回路中将有电流，如图4所示。半导体材料的热电转换效率最高，将N型半导体和P型半导体配对组装在一起，如图I或图2所示，在N型半导体内部电子从热面流向冷面；而在P型半导体内部空穴从热面流向冷面。将N型和P型半导体串联连接起来可以使热电转换输出电压增大。一个热电转换器件(TEG)，如图I图3图4图6所示，使用在热面和冷面的温度差别产生(输出)电压。在热面和冷面的温度差别越大则输出的电压就越大。在两片陶瓷基板之间安装N型和P型半导体材料，如图2或图4所示。陶瓷基板也起绝缘作用。热量可以通过陶瓷基板传递。如图5 所不，是一个热电转换器件(Seebeck Thermoelectric Generator) (TEG),是已有技术，长40mmX宽40mmX厚3. 75mm，红线是正电压输出，黑线是负电压输出。如图7所示，CMP是LED，是贴片封装(也可以是插件封装)。LED焊接在电路板PCB(热源)的正面，在电路板PCB(热源)的正面还可以焊接其它电子元件例如电阻或MOS管等，电路板PCB (热源)的背面紧贴在垫板Plate的一面，电路板PCB (热源)安装在垫板Plate的一面，垫板Plate的另一面安装在热电转换器件(TEG)的热面(hot side),垫板Plate紧贴热电转换器件(TEG)的热面(hot side)。垫板Plate是导热性能很好的金属材料，例如招板，垫板Plate也可以称为导热片。也可以不用垫板Plate,则将电路板PCB (热源)直接紧贴热电转换器件(TEG)的热面，将电路板PCB(热源)直接安装在热电转换器件(TEG)的热面。散热器件Radiator安装在热电转换器件(TEG)的冷面(cold side)’散热器件Radiator紧贴热电转换器件(TEG)的冷面(cold side)。散热器件Radiator (heatsink)是导热和散热性能很好的金属材料制成，例如铝材料，能够迅速地把热量散发掉。散热器件Radiator还可以制做成任意形状，可以是风冷或水冷。散热器件Radiator还可以是壳体，例如金属外壳。如图7所示，当电流流过LED时，LED发光，LED发热，LED产生的热量经过垫板Plate再经过热电转换器件(TEG)传递到散热器件Radiator，LED产生的热量经过热电转换器件(TEG)传递到散热器件Radiator,散热器件Radiator迅速地把热量散发掉。 如图7所示，LED产生的热量经过热电转换器件(TEG)时，热电转换器件(TEG)的输出电线L上输出电压，输出电线L的“ + ”输出正电压，输出电线L的输出负电压。热电转换器件(TEG)的输出电线L输出电能。如图7所示，热电转换器件(TEG)将电能转换成电能，热电转换器件(TEG)直接将热能转换成电能。如图7所示，热电转换器件(TEG)将LED产生的热量，这个需要散热的热量、这个需要冷却的热量、这个废弃的热量、这个无用功耗的热量，转换成电能。是节约能源，是环保能源，是再生能源，是新能源。如图7所示，电路板PCB (热源)上的LED(CMP)可以是串联连接，也可以是并联连接。图7中，CMP可以包括LED，电阻，三极管(M0S管)。LED，电阻，三极管(M0S管)都是电子元件。图7是一个LED灯具，安装在一个外壳内，还有电源开关，还有LED灯具的通用部件。如图8所示，LED的引脚的正极连接电源“ + ”，LED的引脚的负极连接电源“_。正向电流I流过LED时，LED发光，LED发热，LED产生热量。正向电流I可以是连续电流，也可以是脉冲电流，也可以是恒流，也可以是占空比可调节的脉冲电流。LED的引脚也可以经由电阻(也称限流电阻)连接电源。LED的引脚也可以经由三极管(或MOS管)连接电源。LED是指发光二级管(Light Emitting Diode)、半导体发光元件、半导体灯、LEDLamp、LED Light、LED Tube Light、LED Light Bulb、LED 灯、大功率 LED 灯、高功率 LED、LED手电筒、LED车灯、LED台灯、LED照明灯、LED信号灯、LED灯具、LED标识物、LED显示屏、LED发光物，各种LED灯具。可以把热电转换器件(TEG)输出的电压用于LED，也可以把热电转换器件(TEG)输出的电压储存在可充电电池(或电池)中，总之，将热电转换器件(TEG)输出的电压(电能)利用起来。把热电转换器件(TEG)的输出电线L(图7所示)的“ + ”极连接LED的“ + ”极(图8所示)，把热电转换器件(TEG)的输出电线L的极连接LED的极，用热电转换器件(TEG)输出的电压(电能)使LED发光；也就是，把热电转换器件(TEG)的输出电线L的“ + ”和线分别连接电源的“ + ”和线，把热电转换器件(TEG)输出的电压再用于电源。或者，把热电转换器件(TEG)的输出线L的“ + ”连接可充电电池(或电池)的正极，把热电转换器件(TEG)的输出线L的连接可充电电池(或电池)的负极，使用热电转换器件(TEG)输出的电压给可充电电池(或电池)充电。可以使用直流电压/直流电压变换器(DC/DC converter)变换直流电压，例如，将3V直流电压经由直流电压/直流电压变换器变换成6V电压。例如，直流电压/直流电压变换器(DC/DC)的型号是MAX710或NCP1403，模块的型号是IB1205LS。市场上有很多种直流电压/直流电压变换器(DC/DC)可以选购。可以把热电转换器件(TEG)的输出电线L(图7)连接直流电压/直流电压变换器(DC/DC)的输入线，直流电压/直流电压变换器(DC/DC)的输出线连接LED的引脚(图8)或连接电源端。或者，把热电转换器件(TEG)的输出电线L(图7)连接直流电压/直流电压变换器(DC/DC)的输入线，直流电压/直流电压变换器(DC/DC)的输出线连接可充电电 池(或电池)。热电转换器件(TEG)的输出的电压经由直流电压/直流电压变换器(DC/DC)变换电压后输出。 如图6所示，热源HT是LED (LED灯)，或是电阻(均衡电阻或电流采样电阻)，或是三极管(M0S管)，或是可充电电池(电池)，或是电路板。电路板上的元件最好是贴片封装，这样容易传热到电路板，容易传热到热电转换器件(TEG)。本发明的实施例2:请先阅读实施例I，本说明书中的内容是一个整体。如图7所示，热源PCB (电路板)是可充电电池管理电路或可充电电池保护板(Battery Management)。可充电电池是锂电池、铁锂电池、猛锂电池、三元电池。电路板PCB (热源)上安装有均衡电阻、安装有电流采样电阻、安装有三极管(M0S管)，这些元件在工作时，有电流通过时都会发出热量。均衡电阻、电流采样电阻、三极管(M0S管)都是发热元件，都是电子元件。图7 是电池包(Battery-Pack)。如图7所示，CMP是均衡电阻、是电流采样电阻、是三极管(M0S管)，这些都是发热元件，这些都是电子元件，是贴片封装(也可以是插件封装)。CMP焊接在电路板PCB (热源)的正面，电路板PCB (热源)的背面紧贴在垫板Plate的一面，电路板PCB (热源)安装在垫板Plate的一面,垫板Plate的另一面安装在热电转换器件(TEG)的热面(hot side),垫板Plate紧贴热电转换器件(TEG)的热面(hot side)。也可以不用垫板Plate,则将电路板PCB (热源)直接紧贴热电转换器件(TEG)的热面，将电路板PCB (热源)直接安装在热电转换器件(TEG)的热面。散热器件Radiator安装在热电转换器件(TEG)的冷面(coldside),散热器件Radiator紧贴热电转换器件(TEG)的冷面(cold side)。如图7所示，当电流流过CMP时，CMP发热，CMP产生的热量经过垫板Plate再经过热电转换器件(TEG)传递到散热器件Radiator，CMP产生的热量经过热电转换器件(TEG)传递到散热器件Radiator,散热器件Radiator迅速地把热量散发掉。如图7所示，CMP产生的热量经过热电转换器件(TEG)时，热电转换器件(TEG)的输出电线L上输出电压，输出电线L的“ + ”输出正电压，输出电线L的输出负电压。热电转换器件(TEG)的输出电线L输出电能。如图7所示，热电转换器件(TEG)将电能转换成电能，热电转换器件(TEG)直接将热能转换成电能。如图7所示，热电转换器件(TEG)将CMP产生的热量，这个需要散热的热量、这个需要冷却的热量、这个废弃的热量、这个无用功耗的热量，转换成电能。是节约能源，是环保能源，是再生能源，是新能源。 图7中，CMP包括电阻(均衡电阻或电流采样电阻)，三极管(M0S管)，或LED。 可以把热电转换器件(TEG)输出的电压储存在可充电电池(或电池)中，热电转换器件(TEG)的输出端连接电池的输出端。总之，将热电转换器件(TEG)输出的电压(电能)利用起来。把热电转换器件(TEG)的输出电线L的“ + ”和线分别连接电源的“ + ”和线，把热电转换器件(TEG)输出的电压再用于电源。或者，把热电转换器件(TEG)的输出线L的“ + ”连接可充电电池(或电池)的正极，把热电转换器件(TEG)的输出线L的
连接可充电电池(或电池)的负极，使用热电转换器件(TEG)输出的电压给可充电电池(或电池)充电。可以把热电转换器件(TEG)的输出电线L(图7)连接直流电压/直流电压变换器(DC/DC)的输入线，直流电压/直流电压变换器(DC/DC)的输出线连接可充电电池(或电池)。热电转换器件(TEG)的输出的电压经由直流电压/直流电压变换器(DC/DC)变换电压后输出。如图9所示，电池包100 (虚线框内)包括电池管理模块或称电池保护模块(芯片)U1，电池BTI，电池BT2，电池BT3，放电控制MOS管DCH，充电控制MOS管CH，二极管Dl，二极管D2，电流采样电阻R4，均衡控制MOS管Ql，均衡控制MOS管Q2，均衡控制MOS管Q3，均衡电阻Rl，均衡电阻R2，均衡电阻R3。元件Ul, DCH, CH, Dl, D2，R4，Ql, Q2，Q3，Rl, R2和R3安装在一块电路板上称为电池保护板或电池管理板(模块)。本实施例是以三节电池的电池包来说明实施方案，电池包还可以是由任意节电池串联或并联组成。电池包100可以用在电动自行车(电动车)上给电动自行车(电动车)提供动力用电源。电池包100的电路图如图9所示，假设本电池包有3节电池串联组成，分别是电池BT1，BT2和BT3。电池BTl的正极连接“VT+”端，BTl的负极连接BT2的正极，BT2的负极连接BT3的正极，BT3的负极连接采样电阻R4的一端，采样电阻R4的另一端连接MOS管DCH的源极，MOS管DCH的漏极连接MOS管CH的漏极，MOS管CH的源极连接“VT-”端。Ul电池管理模块或称电池保护模块(芯片)，Ul对电池包100中的各节电池的过充电压、过放电压、充电电流、放电电流、充电均衡、放电均衡、温度进行监测，管理和保护。Ul可以从市场上购买，也可以用单片机(单片计算机)制成。Ul的管脚VCl连接电池BTl的正极，Ul的管脚VC2连接电池BTl的负极，Ul通过管脚VCl和VC2检测电池BTl的电压。管脚VCl的内部有模拟信号放大器，有模拟前端，还有模/数(A/D)转换器。Ul的管脚VC2的内部电路结构与管脚VCl —样。管脚VCl和管脚VC2把电池BTl的电压信号经由模拟信号放大器放大后，经由模/数(A/D)转换器转换成数字信号。Ul的内部有微处理器，数据储存器，程序储存器等。Ul内部的微处理器比较电池BTl的电压，S卩比较电池BTl的电压的数字信号。Ul的管脚VC3或VC4内部的电路结构与管脚VCl —样。管脚VC2和VC3检测电池BT2的电压。管脚VC3和VC4检测电池BT3的电压。
R4是电流采样电阻，当电池包的总电流，也就是流经电池BT3和BT2和BTl的电流，流经R4时，在R4上产生压降，Ul通过采样端VINl和VIN2采样R4上的电压，Ul计算出流经R4的总电流。充电电流流经MOS管CH，流经二极管D2，流经采样电阻R4，给电池BT3，BT2和BTl充电。图9中VC表示充电电源。电池BTl，BT2和BT3的放电电流流经电阻R4，MOS管DCH和二极管Dl向负载RL放电，负载RL可以是电动车上的电动机或电器。Ul的管脚COP连接MOS管CH的栅极，控制MOS管CH关断或导通，从而控制充电电流关断或接通。Ul的管脚DOP连接MOS管DCH的栅极，控制MOS管DCH关断或导通，从而控制放电电流关断或接通。Ul的管脚CBl连接MOS管Ql的栅极，控制MOS管Ql关断或导通，从而控制对电池BTl进行均衡。在对电池充电或放电过程中，Ul通过管脚VCl和VC2检测电池BTl两端的 电压，当该电压在均衡范围时，Ul通过管脚CBl控制MOS管Ql导通，均衡电流从电阻Rl流经MOS管Ql对电池BTl进行均衡。Ul的管脚CB2连接MOS管Q2的栅极，控制MOS管Q2关断或导通，从而控制对电池BT2进行均衡。在对电池充电或放电过程中，Ul通过管脚VC2和VC3检测电池BT2两端的电压，当该电压在均衡范围时，Ul通过管脚CB2控制MOS管Q2导通，均衡电流从电阻R2流经MOS管Q2对电池BT2进行均衡。Ul的管脚CB3控制MOS管Q3关断或导通，从而控制对电池BT3进行均衡。在对电池充电或放电过程中，Ul通过管脚VC3和VC4检测电池BT3两端的电压，当该电压在均衡范围时，Ul通过管脚CB3控制MOS管Q3导通，均衡电流从电阻R3流经MOS管Q3对电池BT3进行均衡。
权利要求
1.一种有热电转换器件的电器，其特征在于，包括LED,热电转换器件,散热器件；LED在热电转换器件的热面，散热器件在热电转换器件的冷面；有电流流过LED时LED产生的热量经由热电转换器件传递到散热器件，热电转换器件输出电压。
2.如权利要求I所述的有热电转换器件的电器，其特征在于，所述LED产生的热量是需要散热的热量。
3.如权利要求I所述的有热电转换器件的电器，其特征在于，所述热电转换器件输出电压用于所述LED。
4.如权利要求I所述的有热电转换器件的电器，其特征在于，所述电器是LED灯具。
5.一种有热电转换器件的电器，其特征在于，包括电池，发热元件，热电转换器件，散热器件；发热元件在热电转换器件的热面，散热器件在热电转换器件的冷面；当有电流流过发热元件时发热元件产生的热量经由热电转换器件传递到散热器件，热电转换器件输出电压。
6.如权利要求5所述的有热电转换器件的电器，其特征在于，所述发热元件产生的热量是废弃的热量。
7.如权利要求5所述的有热电转换器件的电器,其特征在于,所述热电转换器件的输出端连接所述电池的输出端。
8.如权利要求5所述的有热电转换器件的电器，其特征在于，所述电器是电池包。
9.如权利要求5所述的有热电转换器件的电器，其特征在于，所述发热元件是电子元件。
10.如权利要求5所述的有热电转换器件的电器,其特征在于,所述热电转换器件的输出端连接直流电压/直流电压变换器。
全文摘要
一种有热电转换器件的电器，包括发热元件，热电转换器件，散热器件；发热元件安装在热电转换器件的热端面，散热器件安装在热电转换器件的冷端面；当有电流流过发热元件时，发热元件产生的热量经由热电转换器件传递到散热器件，热电转换器件输出电压(电能)。所述发热元件产生的热量是需要散热或废弃的热量。所述发热元件是电子元件。所述热电转换器件的输出端连接直流电压/直流电压变换器。使用热电转换器件把电子元件工作时产生的需要散热或废弃的热量(热能)转换成有用的电能。这个技术方案有利于节约能源，提供一种环保能源，提供一种再生能源，提供一种新能源。
文档编号H02J7/00GK102723899SQ201210032648
公开日2012年10月10日 申请日期2012年2月2日 优先权日2012年2月2日
发明者吴嘉懿 申请人:吴嘉懿