在户外旅行时，你们有没有遇到手机或其他电子设备没电，无法充电的情况呢？怎么办呢？

下面这位哥们就想到了一个办法——热能发电。

虽然效率会很低，但结果真的可以充电。

项目来源：instructables.com

制作者：Joohansson

编译：王同学

视频中使用的是热电模块，也称为珀尔帖元件，TEC或TEG，模块中有1个热的一面和1个冷的一面，温差就会发电。当将其用作发电设备时，物理概念称为塞贝克效应。

热电模块主要用于产生相反的效应，即珀耳帖效应，然后施加电负载，这迫使热量从一侧传递到另一侧，这种方式常常用于较小的冰箱和冷却器应用场合。

✔ 既然是在野外艰苦的条件下使用，这个发电设备就要满足：

尽可能小，轻便和便携

可调电压（可供多种产品一起使用）

至少5V / 0.2A（1W）为手机充电，如果可能的话输出2W

与酒精/煤气燃烧器，篝火和蜡烛兼容

✔ 具体的解决方案：

首先选择TEG模块：

如果要满足一定的功率输出，就需要一个功能强大的TEG模块。便宜点的TEC模块（8欧元）只能产生约0.5W的电压，而且它的电压过低、温度过高。当然，可以使用几个一起实现，但这是一个更复杂且受热量限制的结构。

所以最后采用的是40x40mm的TEG在180ºC时可产生5.9W（4.2V /1.4A）。它的最高工作温度为350ºC（冷侧180ºC），应该足够了。虽然价格相当昂贵，约50欧元，但仍然比大多数太阳能充电器便宜，或者其他商用热电充电器便宜。

其次是散热器：要带走所有热量并用空气冷却，通常需要一个大型散热器。由于电子结构需要紧凑且重量轻，因此只能使用很小的散热器。然后，决定还是用金属的散热器，并用电动机/风扇冷却。这将减少充电能量，但这是唯一能想到的减小尺寸（而不使用水冷）的方法。

随着温度的升高，它会产生更多的电能，并通过风扇产生更多的冷却功率。为了阻止热量传递到冷侧，使用了两个隔热垫圈进行固定，并在金属块之间使用了一层隔热层。

✔ 主要材料：

1个高温TEG模块TEP1-1264-1.5

2个倍升压模块

1个小型散热器。从旧电脑拆下来的（ 60x57x36mm）

1x铝板（90x90x6mm）

带塑料风扇的1x 5V无刷直流电动机

散热器固定件：铝条（6x10x82mm）

2个隔热垫圈：由硬纸板制成

80x80x2mm瓦楞纸板（在高温下不是很好）

2个拉簧：能拉长45毫米

数个螺母、螺栓等

TEG与散热器

✔ 搭结构

最重要的是将散热器固定在基板的顶部，但同时要隔离热量，要保持散热器尽可能冷却。最好的解决方案是两层隔热垫圈，这将阻止热量通过固定螺栓到达散热器。

✔ 组装：

1.将TEG模块安装在散热器上。

2.将纸板放在散热器上，然后临时固定TEG模块。

3.两个M3螺栓穿过铝条，然后穿过顶部有螺母的纸板。

4.将带有TEG和纸板的散热器安装在底板上，中间有两个1mm厚的垫圈，以将纸板与“热”底板分开。

从上到下的组装顺序是螺栓，垫圈，塑料垫圈，纸板垫圈，铝条，螺母，2毫米纸板，1毫米金属垫圈和基板。在底板的上侧添加4个1mm垫圈，以使纸板与接触隔离。

✔ 电路

主要思想是具有稳定的输出电压，以便为不同类型的小工具充电或供电。由于TEG模块产生的电压非常低（0-5V，取决于热源），因此需要一个良好的升压和稳压器。升压电路功率不够强大，因此做了两个模块：一个将为3-5V风扇供电，另一个将为其他电子设备供电。

另外为此项目增加了两个要求：TEG模块需要防止过热；需要保护iPhone免受高压侵害。

温度监控器和稳压器：如果热端温度超过350ºC或冷端温度超过180ºC，TEG模块将破裂。为了报警，特地设计一个可调温度监控器。如果温度达到用户设置的特定限制，它将点亮红色LED。

当产生大量热量时，电压将超过5V，这可能会损坏某些电子设备。升压只能升压而不能降压。找不到能同时解决这两个问题的解决方案，因此设计了可调限压器。

它结合了运算放大器和齐纳二极管以检测特定电压，然后将输出信号馈送到MOSFET晶体管。

晶体管将使整个电源短路，但前提是必须高于电压限制（5V）。这将迅速增加电流，并且由于TEG模块具有有限的输出效果，因此将降低输出电压。

这意味着它将以热量的形式消耗掉所有能量，但同时保持非常稳定的电压，它不能超过5V。

它还会打开一个LED，以便用户可以关闭热源，直到LED再次熄灭。一个简单的解决方案是，如果高于4.7V，则仅使用一个齐纳二极管将输出电压接地。但这并没有那么明显，并且可能会逐渐消失。只能找到5W齐纳管，这还不够。

电路如下图，点击可放大：

该电路的核心是低压运算放大器，使用的工作在1.8-6V的MCP6002。它内部有两个单元，这意味着可以将温度监控器和电压限制器与同一电路组合在一起。

温度监控器校准：

将温度传感器PT1000放在TEG模块的冷侧。它的最高温度为180ºC，将监控电路报警值调为120ºC。需要计算电路中R3的确切值来得到报警阈值，这个项目中R3是986Ω。

PT1000在120ºC时的电阻为1461Ω。R3和R11构成一个分压器，并根据以下公式计算输出电压：Vout =（R3 * Vin）/（R3 + R11）。

校准这一点的最简单方法是输入5V，测量IC PIN3上的电压，然后调整P2，直到达到正确的输出（Vout）。

计算出的电压是这样的：（986 * 5）/（1461 + 986）= 2.01V。这意味着调整P2直到PIN3上有2.01V。

当R11达到120ºC时，PIN2上的电压将低于PIN3，从而触发LED报警。R6用作施密特触发器。它的值确定触发器将有多“慢”。没有它，LED将会熄灭并保持不变。当温度下降约10％时，LED将关闭。如果增加R6的值，则会更快触发，而较低的值会更慢的触发。

R6用作施密特触发器。它的值确定触发器将有多“慢”。没有它，LED将会熄灭并保持不变。当温度下降约10％时，LED将关闭。如果增加R6的值，则会更快触发，而较低的值会更慢的触发。

限压器的校准：那要容易得多。只需给电路提供所需的电压限制，然后转动P3直到LED点亮。确保电流在T1上不是太高，否则会烧毁！

USB连接器：最后就是USB连接器，没有连接适当的充电器的话，许多手机将无法充电。手机通过查看USB电缆中的两条数据线（电压）来确定是否连接充电器。

如果数据线由2V电源供电，则手机“认为”它已连接到计算机，并开始以低功率充电。

例如对于iPhone4s：

低功率下充电电流约为500mA。如果数据线由2.8V供电，它将开始以1A充电，但这对于该电路来说太大了。

为了获得2V，使用了一些电阻器来形成一个分压器：

Vout =（R12 * Vin）/（R12 +R14）=（47 * 5）/（47 + 68）= 2.04。

这通常会在5V以下，还不错。

✔ 对比测试

已经测量了4.8V@500mA（2.4W）的输出，但是无法在该功率下运行更长的时间。iPhone的最佳充电速度为4.25V / 300mA = 1.3W，结果稳定。

但调整电子设备以获得最佳输出有些棘手。如果将电流增加到300mA以上（在低燃气功率下），则由于TEG的输入电压低，升压开始限制电流（电压）。发生这种情况时，充电功率将急剧下降至约0.2W。

必须将USB电压/电流调整为刚好低于该限制，无负载时为4.35V，而在iPhone 4s充电时为4.25V。因此该测试中风扇速度为60-80％是最佳的。

将使用两个AA碱性电池和“煤气炉充电宝”进行了比较。两节电池重46克，可以为iPhone充电，充电率从20％升至36％。完全相同的充电需要花费60克汽油。

这次电池赢得了重量方面的胜利，但是煤气充电宝的结构可以通过许多方式进行优化！结果是如果还要把电池进行垃圾分类处理掉，那么这个煤气充电宝就赢了。

本文编译来自instructables.com，非常多有创意、才华的人分享项目。没有做不到，只有想不到。项目的思路给你们了，有感兴趣的可以一试。

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| 本文来源：达尔闻 |

|作者：Joohansson |

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