Güç Nesil Sistemlerinde Termoelektrik Modülleri Başarısız Mods of Thermoelektrik Modüller

Termoelektrik modülleri (TEM) Katı devlet cihazları, doğrudan göz ardı edilen ısıyı görünür ve arka segmentleri aracılığıyla elektrikten uzaklaştırır, termoelektrik modülleri, operasyonel stresler ve n tipi yarı iletken elementler arasında sandviçler yapılır, bu modüller giderek artan bir şekilde atık ısı kurtarma, uzaktan güç nesli ve otomotiv sistemleri ile ilgilidir.Bu başarısızlık mekanizmalarının anlaşılması, zaman boyunca enerji maliyetlerini azaltmak için çok daha fazla enerji tasarrufu sağlar.

Termoelektrik Modül İnşaatı

Başarısız modları tartışmadan önce, tipik bir TEM'in anahtar bileşenlerini gözden geçirmek faydalıdır.Ana, iki seramik plaka (genellikle alüminyum oksit veya alüminyum nitrit) arasında yapılan çok sayıda termoelektrik elementi içerir.Bu, elektrik yalıtım ve yapısal destek sağlar.

Termoelektrik Modüllerinin İlk Başarısızlık Moduları

Aşağıdaki başarısızlık modları, alanla çalışan termoelektrik jeneratörlerinde en sık gözlemlenir (TEGs). karşılıklı olarak özel değildir; birden çok mekanizma genellikle bozulmayı hızlandırmaya sinerjik davranır.

Termal Fatigue ve Termomekanik Stres

Sıcaklık yorgunluk, muhtemelen tekrarlanan ısı ve soğutmaya giden en yaygın başarısızlık modudur.Kaptik genişlemenin yanlış katlanması (CTE) seramik substratı, yarı iletken bacaklar ve metal kontakları, ısı geçişinin aşırı streslerini oluşturur.Bu stresler, özellikle de sonundaki bacak ve kontakt ped arasındaki yüksek bir geri dönüş devrelerine yol açan pozitif bir döngü oluşturur.

Termal Yağı Hızlandırmanın Faktörleri

Mekanik Hasar ve Titreşim -Indük Başarısız Başarısız Başarısız

TEM'ler sağlam devlet cihazları olmasına rağmen, seramik substratlarda mekanik şok ve titreşimlere bağışıklık değillerdir. Mobil veya endüstriyel uygulamalar - ağır makine veya boru hattı izleme istasyonlarında egzoz sistemleri gibi -modules sürekli düşük frekanslı titreşim veya zamanlayıcı etkiler nedeniyle elektriksel hasarlar (yüksek direnç ancak hala ısıtılır) ısınmış arabirimler, ısı geçişinin kırılmasına neden olabilir ve bir bacakta saç çizgisinde bir çatlak ısınabilir.

Korozyon ve Oxidation

Korozyon, TEM'lerin ne kadar nem, tuz spreyi veya sulfur oksitler (SOx) veya azot oksit oksitleri (NOx) gibi koreal gazlar maruz kaldığı bir tehdittir: Ortak başarısızlık siteleri şunlardır:

Sıcak, nemli ortamlarda, modül soğuk tarafında kondensasyon özel bir endişedir. Su damlacıkları modülün kenar mühürüne (eğer mevcutsa) girebilir ve kısa veya korozyonu hızlandırabilir.

Sublimasyon ve Malzeme Vaporizasyon

Yüksek sıcaklıklarda - bazı bismuth telluride alaşımları için yaklaşık 300 °C - elektrik direncini deneyimleyebilir. Elemental seçmenler, özellikle de şeker kaybı, yüksek buhar basıncının düşük bir yüzeyde kalması, kesitsel alanı azaltır ve doping konsantrasyonunu değiştirir.Bu, elektrik direncinde kademeli bir artışa ve güç çıkışında bir düşüşe yol açar. Aşırı durumlarda, maddi kaybı, maddi kaybı, yüksek buhar basıncının düşüklüğün düşüklüğün (örneğin yüksek çözünürlükte ağırladığı boşlukta) veya yüksek çözünürlükte bir ortamdan uzaklaştırılır.

Elektrik Overstress ve İletişim Degradasyon

Power nesil modülleri genellikle istenen gerilimlere ulaşmak için seri-parallel diziler ile bağlantılıdır. Mismatched modüller veya geçici yük koşulları mevcut kalabalık ve sıcak noktalara neden olabilir. Overstress liderlik edebilir:

Faktörler ve Kök Sebepleri

Ön yeterlilik başarısız olan temel faktörleri anlamak, tasarımcıların bunları proaktif olarak ele almalarını sağlar. Aşağıdaki faktörler yukarıda açıklanan başarısızlık modlarını hızlandırmaları bilinmektedir.

Aşırı Sıcaklık Gradients

Yüksek sıcaklık farklılıkları (345T) güç çıkışını artırırken, aynı zamanda modül içindeki termomekanik su kullanımını da arttırırlar. Sıcak-orta sıcaklık (Th) maksimum tasarımı aşırken, malzemeler ters dönüşümlü yapısal değişikliklerden geçebilir: satılan reflow, hızlandırılmış korozyon, veya hatta termoelektrik elemanlarının tipik bir limiti.

Termal Bisiklet Frekans Frekansı

Frequent ısı kaynağının tekrarlanması için modülün durmasına ve duraklamamasına neden olur.Döneticilerin sayısı genellikle toplam çalışma saatlerinden çok daha düşük olacaktır. Laboratuvar testleri genellikle 10.000 termal döngüden sonra başarısız bir modül hala saatte yapılırsa, sıcaklık sabit tutarsa, yüz binlerce toplam işletim saati olabilir.

Çevre Kirliliği

De ki: “Nefsim, klor, sulfur ve diğer reaktif bileşikler, kenar mühürü veya mikrokracks aracılığıyla modüle sızmaya dönüştürülebilir. egzoz gaz sistemleri, kondensate termoelektrik bacaklarına ve elektrik bağlantılarına saldıran asit bileşikler oluşturabilir.

Zavallı Termal İletişim ve Sıcak Spot Formasyon

Modül yeterli ve üniformalı baskı ile değiştirilebilirse, modül ve ısı değiştiricileri arasında hava boşlukları form. Air is a poor termici, so the captured area works at a higher temperature than the rest of the component.This hot spot speeds localized -faster oxidation, reflow of the next.

Üretim Defects

Katı kaliteli kontrole rağmen, kusurları üretim sırasında ortaya çıkabilir: satılan eklemlerde boşluklar, yanlış bacaklar, seramik substratlarda çatlakları işlemekten veya küçük doping inkonsistleri olarak hareket eder.Bu kusurların, ameliyat altında büyüyen stres konsensüsleri veya direnç noktaları olarak hareket eder.

Başarısızlık ve Başarısızlık Tanısı

Başarısız modların erken tespiti, felaket sistem kayıplarının önlenmesini engelleyebilir. Aşağıdaki teşhis teknikleri genellikle alanda ve laboratuvarda kullanılır.

Elektrik Direnişi İzleme

Basit ve etkili bir in-situ yöntemi, modüldeki iç direnişi (AC veya DC) zamanında ölçmektir.Sürücükte bir artış, kontaklarda veya bacakların içinde bozulmayı gösterir. Hızlı atlar, bir çatlakların direncini bir şekilde karşılaştırabilir.

Termostatı

Yük altında, başarısız bir modül genellikle düzensiz bir sıcaklık profili geliştirir.İzmir kameralar sıcak noktaları tespit edebilir - artan elektrik direnci veya zayıf termal kontaktları. Termograf özellikle yüksek stres alanları için termal bisiklet testleri sırasında yararlıdır.

X-Ray ve Tarama Akustik Mikroscopy

çevrimdışı değerlendirme için, X-ray görüntüleri, satılan eklemlerde, bacaklarda çatlaklarda çatlakları ve yanlışları ortaya çıkarabilir. Scanning akustik mikroscopy (SAM) seramik substratı ve metalizasyon katmanı arasındaki delaminasyon tespit etmek için etkilidir.

Görsel Muayene

Metal kontaklarının seramik veya boyaması zararların işaretlerini anlatıyor. Ancak, birçok başarısızlık içeride ve dıştan görünmez.

Önlemler ve Tasarım En İyi Uygulamaları

Başarısız modlara hitap etmek çok açık bir yaklaşım gerektirir - kağıt seçimi, paketleme iyileştirmeleri ve sistem düzeyinde kontroller.

Malzeme Optimizasyonları

Geliştirilmiş Modül Mimarisi

SistemLevel Controls

Bakım ve İzleme Stratejileri

Routine inceleme ve izleme modülü hayatını genişletebilir ve beklenmedik bir süre engelleyebilir.

Başarısızlıkta Future Yol

Daha sağlam termoelektrik modüllerine araştırma devam ediyor.Gelişmeler şunları içerir:

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Güç nesil sistemlerindeki termoelektrik modülleri, termal yorgunluk ve mekanik hasarlardan korozyon ve malzeme altlimasyona kadar değişen bir başarısızlık modları ile karşı karşıya kalır.Her başarısızlık modu farklı nedenleri ve tezahürleri olsa da, ortak iplikler, koruyucu kaplamalar, çalışma sıcaklık aşırılıkları, termal rutin izleme ve çevresel maruziyetler.Bu mekanizmaları anlamakta, termoelektrik jeneratörleri için operasyonel talepler, sistem entegrasyonu ve bakım protokolleri.Proaktif önlemler - CTEmatched substratları kullanarak, koruyucu kaplamaları uygulayın, kontrol eder ve rutin izleme - önemli ölçüde termoelektrik jeneratörleri için operasyonel talebi artırın.

Daha fazla okuma için, ESRAT:0)Thermoelektrik Jeneratör Wikipedia girişi) genel bir genel bakış için ve [[Dönetici:2) Termoelektrikler.com) ile ilgili analiz kılavuzlarını gözden geçirin.