温差发电能量采集与IoT节点供电¶
难度：🟡 中级 | 领域：能量采集 | 关键词：TEG, 塞贝克, 冷启动 | 阅读时间：约 16 分钟
日常类比¶
暖手宝贴在冰可乐上，热从一侧流向另一侧。热电发电机（Thermoelectric Generator, TEG）用塞贝克效应把温差变成电，给管道、暖气片旁的物联网（IoT）节点供电[1][2]。
摘要¶
讨论开路电压与温差关系、热阻匹配、升压采集芯片与冷启动、以及与太阳能对比。输出功率强烈依赖可维持的温差，实验室数字不可直接外推[2][3]。
1. 电气与热¶
| 概念 | 意义 |
|---|---|
| ΔT | 冷热面温差 |
| Voc | 约正比 ΔT |
| 内阻 | 影响最大功率点 |
| 热阻匹配 | 使模块上 ΔT 最大 |
只贴热面不散热，ΔT 会塌缩；散热片与导热界面同样关键[3]。
2. 电源架构¶
TEG → 低输入升压/采集 IC → 储能 → 负载。冷启动电压常低至数十–数百 mV 量级（视芯片），需核对数据手册[4]。
| 对比 | TEG | 光伏 |
|---|---|---|
| 能源 | 温差 | 光 |
| 日夜 | 有热源可持续 | 夜间无 |
| 安装 | 需热/冷路径 | 需光照 |
| 功率 | 常较小 | 室外可更大 |
3. 局限、挑战与可改进方向¶
1. ΔT 不足¶
局限：环境温差小，功率不够通信。 改进：强化散热；降占空比；混合采集[2]。
2. 热界面老化¶
局限：导热硅脂干裂导致功率下降。 改进：可靠导热垫；机械压紧设计[3]。
3. 冷启动与最大功率¶
局限：输入变化大，效率曲线窄。 改进：专用能量采集芯片；存储电容缓冲[4]。
4. 成本与体积¶
局限：TEG+散热器体积大。 改进：评估是否改电池主供+TEG 涓流[1]。
总结¶
TEG 适合“有废热、缺阳光”的节点。设计重心在热路径与冷启动电源，而不是只选更大的热电片。
参考文献¶
[1] Rowe, Thermoelectrics Handbook 相关章节. [2] TEG 能量采集 IoT 案例与测量文献. [3] 热界面材料与散热器设计基础. [4] 低输入电压 boost / 能量采集 IC 数据手册. [5] 塞贝克系数与材料 ZT 综述. [6] 管道监测无线节点供电白皮书. [7] TEG 与光伏混合系统架构. [8] 最大功率点在 TEG 中的近似方法. [9] 冷启动失败模式分析. [10] 热电模块厂商应用笔记. [11] IoT 占空比与采集功率匹配计算. [12] 可靠性：热循环对 TEG 焊点影响.