Das Innere eines beschädigten Peltier-Elements

Ja, ich habe den gleichen Schaden festgestellt. Das Peltier-Element arbeitete 4 Monate lang ununterbrochen bei einer Temperatur im Bereich von +20 bis +40 °C.

Ich vermute, dass normales, essigsäurehaltiges Silikon verwendet wurde, die Korrosion tat ihren Dienst und es begann zu funken.

Ich möchte hinzufügen, dass die Zellen oft mit der kalten Seite unter 0 °C arbeiten. Wasser kann gefrieren und Dichtungen platzen lassen. Sobald es ins Innere gelangt, sind Korrosion und Auswirkungen zu erkennen, wie man sehen kann.
Viele Anwender verwenden eine PWM-Regelung anstelle einer Gleichstromregelung, was ebenfalls zur Zerstörung der Peltier-Elemente durch Überhitzung führt.

Was die Überhitzung der Peltier-Elemente durch die Stromversorgung über PWM angeht, würde ich gerne etwas über den Mechanismus lesen.
Hauptsächlich werden die Peltier-Elemente mechanisch beschädigt, durch Überhitzung im Zusammenhang mit der Überschreitung der Parameter der Stromversorgung und durch Korrosion.

Also Korrosion durch Kondenswasser oder Essig im Silikon oder Gefrieren von Wasser.

Was die PWM betrifft, vermute ich, dass DC/DC als Stromquelle aufgrund der Induktivität, die die Energie speichert, den Zweck erfüllt.

Ich habe solche Schäden bei Peltier-Elementen gesehen, die periodisch mit einer zu hohen Spannung und damit einem zu hohen Betriebsstrom versorgt wurden. Die Degradation verläuft ähnlich wie beim Laser-Halbleiterübergang. Der Thermoelement besteht aus in Reihe geschalteten pn-Übergängen aus Te-Bi.
Kollegen, die sich mit VFD-Anzeigen beschäftigt haben, wissen, wie die Leuchtintensität entlang eines langen Glühfadens bei konstanter Spannungsversorgung aussieht. Es ist nicht gleich. Hier haben wir einen ähnlichen Fall, einige der Qua­dern sind einer größeren thermischen Belastung ausgesetzt, und das ist bedeutend.
Das zum Weichmachen verwendete Silikon basiert nicht auf Acetat. Das Peltier-Element aus dem Experiment kann auf einer Seite auf -40 °C heruntergekühlt werden, sofern die andere Seite ebenso viel Wärme aufnehmen kann. Dies kann auf Basis einer großen Säule mit heat pipes erreicht werden.
Eine ungleichmäßige Temperaturverteilung ist für thermoelektrische Zellen sehr gefährlich, z. B. ein zu kleiner Kühlkörper oder die falsche no-name Wärmeleitpaste. Die Baugruppe sollte als großer Einkristall in der GPU-Kern betrachtet werden. Die Belastungen sollten gleichmäßig sein und die Wärmeleitpaste sollte richtig verteilt sein, ohne Hohlräume.

Welches war das größte Peltier-Element (mit der höchsten Leistung), mit dem du gearbeitet hast?

Ich habe Peltier-Elemente mit größeren Strömen und Flächen gesehen, aber auch Peltier-Elemente in Form eines Stapels immer kleinerer Elemente, die Wärme aneinander übertragen, nur dass jedes nächste Element die Leistungsverluste der vorhergehenden Elemente bewältigen musste.

TechEkspert hat geschrieben:

Welches war das größte Peltier-Element (mit der höchsten Leistung), mit dem du gearbeitet hast?

160 W, 16 V, 10 A. 4 Steuereinheiten/PCB

RitterX hat geschrieben:

Das Peltier-Element aus dem Experiment kann auf einer Seite auf -40 °C heruntergekühlt werden, sofern die andere Seite ebenso viel Wärme aufnehmen kann. Dies kann auf Basis einer großen Säule mit heat pipes erreicht werden.

Oder Wasserkühlung. Ohne dies ist es schwierig, eine Leistung nahe dem Nennwert aus dem Peltier-Element herauszuholen.

WoŹnY hat geschrieben:

Was die Überhitzung der Peltier-Elemente durch die Stromversorgung über PWM angeht, würde ich gerne etwas über den Mechanismus lesen.

Es ist ganz einfach... Die Kühlleistung hängt vom Strom ab, nicht von der Spannung. Ein Peltier-Element ist eine Halbleiterübergang, oder eher Dutzende in Reihe geschaltete Übergänge. Ähnlich im Verhalten wie die Power-LED.
Wenn wir es mit einer konstanten Spannung versorgen, ist der Strom außer Kontrolle. Leider hängt die Kühlleistung direkt vom Strom ab, die Eigenerwärmung jedoch vom Quadrat des Stroms. Die resultierende Kennlinie hat ein Maximum – ab einem bestimmten Strom erwärmt sich die Zelle stärker als sie kühlt. Wie soll es per PWM gesteuert werden, was entweder "bestimmten Strom" oder keinen Strom liefert?

TechEkspert hat geschrieben:

Welches war das größte Peltier-Element (mit der höchsten Leistung), mit dem du gearbeitet hast?

Wenn es nicht sein muss, verwende ich keine anderen Elemente als die typischen, also 40x40 mm. Es ist definitiv besser, eine Schaltung mit zwei Elementen als mit einem zu erstellen und 80 % der Grenzparameter nicht überschreiten. Ich kann nicht sagen, an welchem maximalen Einzelelement ich gearbeitet habe, über 10 A. Das ist kein Problem, die Transistoren und Drosseln sind genau die gleichen wie bei CPU/GPU-PC- oder Laptop-Konvertern. Aus praktischer Sicht ist es besser, beschädigte Schalttransistoren zu reparieren, als die Mechanik von Thermoelementen zu zerlegen und wieder zusammenzubauen.
Vor einiger Zeit habe ich einen "Ofen" gebaut, also ein Gerät zur Kalibrierung, ja, Kalibrierung, nicht Justierung von Temperatursensoren. Dort sind insgesamt 18 Peltier-Elemente 12706 und 12708 untergebracht. Die Kühlung basiert auf einem Luft-Wärmetauscher, allein schon wegen der Tragbarkeit. Die Steuerung ist eigentlich kein Problem. Ich würde STM32 auf jeden Fall empfehlen, auch in der F10x-Version oder etwas Ähnlichem. Damit sind Steuerung und Vierquadrantenumrichter in einer Schaltung realisiert. Außerhalb kann zusätzlich zu driver und Schalttransistoren ein externer A/D-Wandler mit besseren Parametern als im Inneren des Mikrocontrollers erforderlich sein. Aber es kommt darauf an, was wir im Hinblick auf die Temperaturstabilisierung benötigen.

TechEkspert hat geschrieben:

Ich habe Elemente mit größeren Strömen und Flächen gesehen, aber auch Elemente in Form eines Stapels immer kleinerer Elemente, die Wärme aneinander übertragen, nur dass jedes nächste Element die Leistungsverluste der vorhergehenden Elemente bewältigen musste.

Solche Lösungen werden zur Kühlung von Infrarot-Temperatursensoren verwendet. In diesem Fall liegt das Problem in der Vereisung der Optik und man muss sich ein wenig anstrengen, um dieses ungünstige Phänomen zu minimieren. Es ist nicht besonders schwer, aber das muss man bedenken.
Den Stapel selbst zusammenzustellen ist eine ziemlich schlechte Idee. Es wird nicht dasselbe sein. Ein durchdachtes Zweischichtsystem ist auf jeden Fall, 3 Schichten eher nicht.

So sahen werkseitige Mehrstufige Peltier-Elemente aus https://thermal.ferrotec.com/products/peltier-thermoelectric-cooler-modules/deep-cooling/
Aufeinanderfolgende Schichten teilen sich eine Keramikplatte. Wenn ein solcher Stapel von Hand hergestellt wird, entsteht eine zusätzliche Schwierigkeit bei der Wärmeübertragung an der Verbindung zweier Keramiken und einer doppelt so dicken Keramik. Die Verbindungen im Original werden mit einem flachen Kabelband hergestellt, die Drähte sind dadurch umständlicher anzuschließen.

Interessante Sache. Ich habe noch nie eine Peltier-Element von innen gesehen. Der Schaden ist ungewöhnlich.

Grüße,
A.

Ich hatte auf eine bessere Entwicklung der visuellen Seite des Themas gehofft und nicht nur auf das Hochladen von Fotos und Beschreibungen. Bearbeiten schadet nicht, dauert aber etwas länger – deshalb poste ich nichts . Trotzdem interessante Fotos – endlich konnte ich das Innere eines solchen Peltier-Element sehen . Darüber hinaus noch ein paar Beobachtungen zum Thema, ebenfalls interessant – Art der Stromversorgung, mögliche Schadensursachen.

Ich habe diese Art von Peltier-Elementen in touristischen Kühlschränken kennengelernt. Sie kühlten schlecht, das Problem war die Geräuschentwicklung der Lüfter nach einiger Zeit (Materialabnutzung). Die Elemente in den Steuerungssystemen dieser Elemente in den Kühlschränken wurden ziemlich heiß. Ich habe sogar so einen Kühlschrank in meinem Auto nicht benutzt. Um die Effizienz eines solchen Kühlschranks zu verbessern, wurden das Polieren des Kühlers und eine bessere Isolierung des Kühlschranks (eine zusätzliche Schicht aus Styropor) verwendet.

Vor über 20 Jahren habe ich versucht, daraus einen "Ersatz für die Klimaanlage" für das Auto zu machen, das ich fuhr, aber ich habe aufgegeben, weil es Probleme mit der Effizienz eines solchen Systems, der Wärmeableitung vom Auto und dem Preis gab.

Vor einiger Zeit wurden sie zur Kühlung von Computern verwendet, aber jetzt habe ich nicht gehört, dass sie immer noch spektakulär eingesetzt werden. Die Technologie hat sich in Richtung Kühlkörper, Lüfter und Wasserkühlung entwickelt.

Im Bereich "Geräte-Innenansicht" kann man einfach und schnell klare Fotos von dem Inneren der Geräte präsentieren, etwas Interessantes zeigen und durch die Lektüre des Abschnitts mehr über den Aufbau von Geräten erfahren, die wir nicht selbst geöffnet haben.

Ich weiß nicht, welche Grafikverarbeitung du erwartest schreib mal bitte.
Was für mich zählt, sind ein paar Fotos von jemandem, der bei der Reparatur klare Fotos machen wollte, künstlerische Effekte erwarte ich nicht

Es lohnt sich, solche Materialien zu veröffentlichen, wir geben Wissen weiter, können aber auch aus Kommentaren und Diskussionen zum Thema viel lernen.

Kühlschränke für Autos sind ineffizient, stromhungrig, aber klein, leicht und ohne Kompressor, Kältemittel etc.
Alles in allem ist es gut, dass du nicht versucht hast, eine Klimaanlage mit Peltier-Elementen zu machen, das wäre ein ziemlich teures System.

In diesen Peltier-Elementen kommt es nicht nur zu Brüchen, sondern auch zu Kurzschlüssen und Schäden, die in der Entstehung von Bereichen mit geringerer Kühlleistung bestehen. Ein so beschädigtes Element, das auf dem Kühler platziert und angeschlossen ist, ist nicht gleichmäßig mit Reif bedeckt, da ein Teil davon, z. B. 1/4 oder mehr, die Wärme nicht so pumpt, wie es sollte. Es könnte sich auch um einen Herstellungsfehler handeln. Vielleicht ist dies die Ursache für Probleme mit der geringen Kühlleistung vieler Kühlschränke, aber der Besitzer weiß nicht, dass er einen solchen Peltier hat, also poliert er Kühlkörper, verwendet wunderbare Wärmeleitpasten und es gibt praktisch keine Verbesserung im Betrieb.

Würde die Wärmebildtechnik bei der Lokalisierung solcher Schäden helfen, oder ist eine höhere Auflösung erforderlich?

@TechEkspert Jedes FLIR sollte ausreichen, in dem von dir gezeigten Peltier-Element gibt es nur 16x16 Balken, sodass sogar eine 32x32px-Wärmebildkamera damit umgehen kann.

Interessanter Artikel, ich empfehle ihn. https://tetech.com/peltier-thermoelectric-cooler-module-calculator/moisture-protection-ruggedizing/

Viele Probleme mit Thermoelementen resultieren aus dem intuitiven Design der Mechanik rundum, also z. B. die Wärmetauscher. Das Ergebnis ist das gleiche wie im Hauptthema. Ein häufiger Fehler besteht darin, die am Kühlkörper gemessene Temperatur, unabhängig von der Seite, mit der im Thermoelement zu identifizieren.

Ich habe einige Peltiers auf den Prüfstand gestellt. Bei einer Versorgungsspannung von 12 V betrugen die Ströme 2,5 A für 12703 bis etwa 3,5 A für 12705.6. Bei einer Temperatur des Kühlers von 26 Grad hatte die Oberfläche der Keramik Temperaturen von bis zu -18 Grad. Das erste Peltier-Element ist voll funktionsfähig, die nächsten haben einige Mängel, über die ich oben geschrieben habe.

Ich möchte hinzufügen, dass die 12703-Elemente am besten abschnitten, sich am schnellsten mit Reif bedeckten und die niedrigsten Temperaturen hatten.
[F]