随着电动汽车技术的发展，部分客户对电动汽车的加速、爬坡等动力性能要求越来越高，而大功率势必带来高发热量。当普通风冷无法满足冷却需求、液冷无法满足安全需求、相变材料 冷却无法满足长期热管理时，合理利用热电冷却对电池组进行热管理无疑是一种理想的解决方案。
热电制冷又称半导体制冷，主要是一种基于珀耳帖效应的电制冷方式。其优点是体积小、无噪音、无振动、结构紧凑、无活动部件、操作维修方便、无需制冷剂，改变电流大小可调节制冷量和制冷速度。其工作原理如图1所示。当电流从p型半导体材料流向n型半导体材料时，p型半导体中的载流子（空穴）和n型半导体中的载流子（自由电子）移动向交界处。自由电子进入p型半导体后立即与p型半导体中的空穴复合发热，空穴立即与n型半导体中的自由电子重新结合产生热量。由于这两部分能量大大超过了它们为克服接触电位差而吸收的能量，抵消后仍呈放热状态，最终结果是接头处温度升高，成为热端，从而释放向外界传热；当电流方向相反时，接头处温度降低成为冷端，向外吸热。同时，当连接端子之间存在温差时，会产生塞贝克电压，电流通过具有温度梯度的热电元件。由于汤姆逊热效应，元件与环境之间发生能量交换，这与电流和温度梯度的大小成正比。如果将几对半导体热电偶串联在图2所示的电路上，并在传热方面并联起来，就构成了一个普通的制冷热电堆。
Figure 1 - Schematic diagram of thermoelectric cooling
Figure 2 - Schematic diagram of thermopile cooling
The cooling capacity of the thermoelectric refrigerator is determined by the dimensionless figure of merit ZT of the material, and its expression is shown in formula (1-1), where Z is the figure of merit whose dimension is 1/K. The power factor α2窄沟道半导体材料的 σT 是载流子浓度的函数，通常优化功率因数以获得最大 ZT 值。忽略会降低设备性能的不可避免因素（如接触电阻、辐射）的影响，对于具有两种半导体材料的热电制冷单元，品质因数ZT的计算方法如式（1-2）所示). 冷却系数COP是吸收的热量与消耗的电能之比，计算方法如公式（1-3）所示。图3与式（1-3）相关，反映了热电制冷机组的制冷系数COP与ZT在热端温度为定值300K时与冷端温度的关系。
其中 α 是材料的塞贝克系数；σ 为材料的电导率；ρ是材料的电阻率；k 是材料的热导率。
其中，T H 为热端温度；T C 为冷端温度；ZT M 是材料在冷热端平均温度下的品质因数。
图3-热电制冷机组COP与冷端温度和ZT的关系
热电制冷受限于COP低，应用范围相对狭窄，但随着技术的发展，会出现越来越多的应用。目前，热电制冷技术主要应用于民用市场，如家用冰箱、饮料制冷等；用于冷却激光二极管或集成芯片的医疗设备；大功率电子设备冷却和工业温度控制；汽车行业，如汽车迷你冰箱、汽车空调、汽车座椅制冷/加热等。
当今市场上有许多商用热电冷却器。圆形和弧形独立热电冷却器，其形状可根据实际需要改变。图4是环形热电冷却器在航空航天电子设备冷却中的应用。图中有7块热电散热板组成一个封闭的环形结构。内冷环为冷端部分，用于吸收电子器件产生的热量。将空气引入热端进行强制对流冷却散热，使热电冷却器的热端和冷端之间保持合适的温差。对于圆柱形单体电池的冷却，可以借鉴这种结构。当热电冷却器热端的散热系统不能有效带走产生的热量时，就容易发生热失控。因此，散热设计是影响热电制冷技术的主要因素之一。热电冷却器通常与风冷、液冷、热管冷却或相变材料冷却中的一种或多种相结合，以提高冷却效率。对于大型圆柱或方形电池组，热电冷却器可通过合理的结构设计与其他冷却方式耦合，直接作为热管理冷却组件的一部分；热电制冷技术还可以与太阳能光伏技术、汽车空调技术完美结合，
图4——环形热电冷却器在航空航天中的应用
太阳能热电制冷系统的工作原理是在车身上安装太阳能光伏板，利用太阳能照射在电池板上，通过光伏效应产生电能，通过充电线输送到车内电池，电池提供稳定的直流电输出，为车箱内的热电制冷和空调提供能量。目前，热电制冷技术在电池热管理方面的应用还有待开发。随着热电制冷技术的进一步成熟，相信电池热管理技术和热电制冷技术将迎来完美结合的时刻。
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日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-19 21:48:56 整理发布。
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