Wnętrze uszkodzonego modułu Peltiera

Tak, spotkałem się z identycznym uszkodzeniem. Ogniwo pracowało 4 miesiące non stop z temperaturą w zakresie +20 do +40°C.

Podejrzewam że użyto zwykłego silkonu zawierającego kwas octowy, korozja zrobiła swoje i zaczęło iskrzyć.

Dodam, że ogniwa często pracują z stroną zimną poniżej 0°C. Woda może zamarzać i rozsadzać uszczelniania. Jak dostanie się do środka, korozja i efekty jak widać.
Sporo użytkowników stosuje regulację PWM zamiast stałoprądowej i to też niszczy moduły przegrzewając je.

Co do przegrzewania modułów poprzez zasilenie z PWM, to z chęcią poczytam o mechanizmie.
Głownie moduły uszkadzają się mechanicznie, poprzez przegrzanie związane z przekroczeniem parametrów zasilania i korozję.

Czyli korozja z wykraplanej wody lub octu w silikonie ew. zamarzanie wody.

Co do PWM, podejrzewam że DC/DC pracujące jako źródło prądowe załatwia sprawę dzięki indukcyjności gromadzącej energię.

Tego typu uszkodzenia widziałem w modułach, które były okresowo zasilane zbyt wysokim napięciem a tym samym prądem pracy. Degradacja postępuje podobnie jak w półprzewodnikowym złączu laserowym. Stos termoogniwa to połączone szeregowo złącza p-n zbudowane z Te-Bi.
Koledzy, którzy zajmowali się wyświetlaczami VFD, wiedzą jak wygląda intensywność żarzenia wzdłuż długiego włókna przy zasilaniu stałonapięciowym. Nie jest ono równe. Tu mamy podobny przypadek, część z słupków jest poddawana większym naprężeniom termicznym i to ma znaczenie.
Silikon, który jest używany do uplastycznienia, nie jest na bazie octanu. Ogniwo z doświadczenia można schłodzić do -40°C po jednej stronie, pod warunkiem że druga potrafi odebrać tyle ciepła. Można to osiągnąć w oparciu o dużą kolumnę z hot-pipe czyli rurkami cieplnymi.
Dla ogniw termoelektrycznych bardzo niebezpieczny jest nierównomierny rozkład temperatur, czyli np. za mały radiator albo niewłaściwa, byle jaka pasta marki "g.lit". Do montażu należy podchodzić jak do dużego monokryształu rdzenia w GPU. Obciążenia mają być równe a pasta poprawnie rozłożona, bez pustek.

Z jakim największym (o największej mocy przenoszonej) modułem pracowałeś?

Widziałem moduły o większych prądach i powierzchniach, ale także moduły w postaci stosu coraz mniejszych modułów przekazujących sobie wzajemnie ciepło, tylko że każdy następny musiał sobie poradzić z mocą strat poprzedzających modułów.

TechEkspert wrote:

Z jakim największym (o największej mocy przenoszonej) modułem pracowałeś?

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

RitterX wrote:

Ogniwo z doświadczenia można schłodzić do -40°C po jednej stronie, pod warunkiem że druga potrafi odebrać tyle ciepła. Można to osiągnąć w oparciu o dużą kolumnę z hot-pipe czyli rurkami cieplnymi.

Albo chłodzenie wodne. Bez tego trudno wydusić z ogniwa moce bliskie nominałowi.

WoŹnY wrote:

Co do przegrzewania modułów poprzez zasilenie z PWM, to z chęcią poczytam o mechanizmie.

Jest prosty... Moc chłodząca zależy od prądu, nie od napięcia. Ogniwo to złącze półprzewodnikowe, raczej dziesiątki złącz w szereg. Blisko temu w zachowaniu do LEDa mocy.
Jeśli zasilamy to stałym napięciem, to prąd jest poza kontrolą. Niestety też moc chłodząca zależy od prądu wprost, ale samonagrzewanie od kwadratu prądu. Wypadkowa charakterystyka ma maksimum - powyżej pewnego prądu ogniwo bardziej się grzeje niż chłodzi. Jakim cudem nad tym ma zapanować PWM, który daje albo "jakiś prąd" albo zerowy prąd".

TechEkspert wrote:

Z jakim największym (o największej mocy przenoszonej) modułem pracowałeś?

Jeżeli nie muszę, nie stosuję modułów innych od typowych czyli 40x40 mm. Zdecydowanie lepiej jest zrobić układ na dwóch jak jednym i nie przekraczać 80% parametrów granicznych. Nie potrafię powiedzieć na jakim maksymalnie pojedynczym module pracowałem, powyżej 10 A. To nie jest żaden problem, tranzystory i dławiki są dokładnie takie same jak w przetwornicach CPU/GPU PC czy laptopów. Od praktycznej strony lepiej jest naprawić uszkodzone klucze jak rozbierać i ponownie składać mechanikę związaną z termoogniwami.
Pewien czas temu robiłem "piec" czyli urządzenie kalibracyjne do wzorcowania, tak wzorcowania a nie kalibracji, czujników temperatury. Weszło tam sumarycznie 18 modułów 12706 i 12708. Chłodzenie w oparciu o wymiennik zasilany powietrzem choćby z powodu przenośności. Sterowanie nie jest specjalnie problemem. Zdecydowanie polecam STM32 nawet w wersji F10x lub coś podobnego. Tak by w jednym układzie był zaimplementowany układ regulacji i czterokwadrantowa przetwornica. Na zewnątrz oprócz driverów i kluczy może być konieczny zewnętrzny przetwornik A/C o lepszych parametrach jak to co w środku mikrokontrolera. Ale to zależy od tego, czego wymagamy pod względem stabilizacji temperatury.

TechEkspert wrote:

Widziałem moduły o większych prądach i powierzchniach, ale także moduły w postaci stosu coraz mniejszych modułów przekazujących sobie wzajemnie ciepło, tylko że każdy następny musiał sobie poradzić z mocą strat poprzedzających modułów.

Tego typu rozwiązania są stosowane do chłodzenia matryc pracujących w podczerwieni. W tym przypadku problemem jest szronienie optyki i trzeba się nieco postarać by zminimalizować to niekorzystne zjawisko. Nie jest to super trudne ale trzeba o tym pamiętać.
Samodzielne składanie stosu to dosyć kiepski pomysł. Nie będzie to to samo. Dobrze przemyślany dwuwarstwowy układ jak najbardziej, 3 warstwy już raczej nie.

Tak wyglądały fabryczne stosy peltierów https://thermal.ferrotec.com/products/peltier-thermoelectric-cooler-modules/deep-cooling/
kolejne warstwy współdzielą jedną płytkę ceramiczną. Gdyby robić taki stos ręcznie, wprowadzamy dodatkowe utrudnienie w transporcie ciepła na styku dwóch ceramik i dwukrotnie grubszej ceramiki. Połączenia w oryginalnych prowadzone są płaską taśmą, przewody będą bardziej uciążliwe do połączenia.

Ciekawa sprawa. Nigdy do tej pory nie widziałem ogniwa Peltiera od środka. Uszkodzenie też nietypowe.

Pozdrawiam,
A.

Liczyłem na lepsze opracowanie strony wizualnej tematu, a nie wrzucone byle jak zdjęcia i opis. Edytowanie nie boli, ale zajmuje trochę więcej czasu- dlatego nic nie umieszczam . Mimo to, zdjęcia ciekawe - wreszcie mogłem zobaczyć środek takiego Peltiera . Poza tym kilka spostrzeżeń w temacie, też ciekawe - sposób zasilania, ewentualne przyczyny uszkodzeń.

Tego typu moduły spotkałem w lodówkach turystycznych. Chłodziły słabo, problemem był hałas jaki generowały wentylatory po pewnym czasie (zużycie materiału). Dość mocno się grzały elementy w układach sterowania tych modułów w lodówkach. Mam nawet taką lodówkę w moim aucie , nie używana. By poprawić sprawność takiej lodówki stosowało się polerowanie radiatora i lepszą izolację lodówki (dodatkowa warstwa styropianu).

Ponad 20 lat temu próbowałem zrobić z tego "namiastkę klimatyzacji" do auta jakim jeździłem, ale zrezygnowałem ze względu na problem z wydajnością takiego układu, odprowadzeniem ciepła z auta, ceną.

Jakiś czas temu były stosowane przy chłodzeniu komputerów, ale obecnie nie słyszałem by nadal były jakoś spektakularnie stosowane. Technologia skręciła w kierunku radiatorów, wentylatorów i chłodzenia wodnego.

Dział wnętra urządzeń to miejsce gdzie można łatwo i szybko zaprezentować czytelne zdjęcia wnętrza sprzętu, można pokazać coś ciekawego, a czytając dział dowiedzieć się o konstrukcji urządzeń, których sami nie otwieraliśmy.

Nie wiem jakiej obróbki graficznej oczekujesz napisz.
Dla mnie liczy się kilka zdjęć od kogoś, komu chciało się zrobić czytelne zdjęcia podczas naprawy, nie oczekuję efektów artystycznych

Warto umieszczać takie materiały, przekazujemy wiedzę dalej, ale też sami możemy się sporo nauczyć z komentarzy, dyskusji w temacie.

Lodówki samochodowe są mało wydajne, prądożerne, ale małe, lekkie i bez kompresora, czynnika itp.
W sumie dobrze, że nie próbowałeś robić klimatyzacji na peltierach, to byłby dość drogi system.

W modułach tych bywają nie tylko przerwy, ale trafiają się też zwarcia i uszkodzenia polegające na pojawieniu się obszarów o mniejszej wydajności chłodzenia. Tak uszkodzony element położony na chłodnicy i podłączony, nie w całości pokrywa się równomiernie szronem, bo jakaś jego część, np. 1/4 czy nawet więcej, nie pompuje ciepła jak należy. Może to być też wada fabryczna . Być może to jest przyczyną problemów z niską wydajnością chłodzenia niejednej chłodziarki, ale właściciel o tym nie wie, że ma takiego Peltiera, więc poleruje radiatory, stosuje cudowne pasty a praktycznie nie ma poprawy w działaniu.

Czy termowizja pomogłaby w lokalizacji takiego uszkodzenia, czy potrzebna jest większa rozdzielczość?

@TechEkspert Byle jaki FLIR powinien wystarczyć, w tym module który pokazałeś jest zaledwie 16x16 słupków, więc nawet termowizja 32x32px powinna sobie poradzić.

Ciekawy artykuł, polecam. https://tetech.com/peltier-thermoelectric-coo...e-calculator/moisture-protection-ruggedizing/

Wiele problemów z termoogniwami wynika z intuicyjnego projektowania mechaniki wokół czyli np. wymienników ciepła. Skutek jest taki jak w temacie przewodnim. Częstym błędem, wręcz babolem jest utożsamianie temperatury mierzonej na radiatorze, bez względu na stronę, z tą jaka jest w termoogniwie.

Wstawiłem kilka Peltierów na stanowisko pomiarowe. Przy napięciu zasilania 12V prądy były 2,5A dla 12703 do ok.3,5A dla 12705,6. Dla temperatury chłodnicy 26 stopni powierzchnia ceramiki miała temperatury do -18 st. Pierwsze ogniwo jest całkowicie sprawne, następne mają pewne mankamenty, o których pisałem powyżej.

Dodam, że najlepiej spisały się elementy 12703, najszybciej pokrywały się szronem i miały najniższe temperatury.