温差发电器件直接将热能转化为电能,具有结构紧凑、无污染、可靠性强等优点,拥有非常好的发展前景。目前,温差发电器件的设计、制造和应用过程缺少全面的研究。本文从结构设计、焊接工艺和工作负载三个方面进行研究分析,提升温差发电器件品质。具体研究内容如下:（1）物理模型和温度场分析。建立了温差发电器件线性、非线性两种物理模型和仿真模型,进行实验验证了模型的准确性。通过对线性模型和非线性模型优缺点及温度场影响因素分析,得到非线性模型和线性模型所适用的环境。（2）温差发电器件结构设计。利用Nelder-Mead方法对单段式温差发电器件进行结构设计,以输出功率为优化目标,多参数协同优化后输出功率可达到1.425W。以转换效率为优化目标,多参数协同优化后转换效率可达到6%。以输出功率和转换效率为优化目标建立多目标优化模型,根据对输出功率和转化效率的重视程度,选择合适的尺寸参数。建立分段式Pb Te-Bi2Te3温差发电器件非线性模型,设置不同的工作环境,发现当热端温度Th或冷端温度Tc降低时,传热方向结构优化设计时Bi2Te3占比就越大,最优交界面温度随Bi2Te3占比的变化趋势而变化。结合边界条件,对分段式温差发电器件传热方向结构、变截面和截面边长比进行优化设计,结构优化后转换效率达到11.56%。所提出的优化方法和结论可以为温差发电器件今后大规模应用的几何设计提供指导。（3）温差发电器件制造过程中焊接工艺影响分析。本文从发电性能和可靠性两方面分析挂壁和空洞两种焊接缺陷对温差发电器件品质的影响。通过对挂壁现象分析发现其主要影响温差发电器件的发电性能,使最大转换效率降低3.8%;对空洞现象分析发现其主要影响可靠性,使最大热应力增大1倍多,且当空洞出现在热端内侧时热应力会非常大。空洞缺陷导致的应力主要出现在热端,因此设计温差发电器件制造工艺流程时应注重热端焊接,同时提升热端焊料的品质。以上研究对温差发电器件制造工艺设计以及焊料产品选择具有重要意义。（4）内阻影响因素分析及温差发电器件应用状态负载设计。在宽温域、高热电臂的情况下电流对内阻的影响比较大,对于这种情况应该合理的匹配工作负载,使温差发电器件处于最优工作状态。一个温差发电系统工作时使用100个温差发电器件,在400 K温差时通过优化工作负载预计可使其最大输出功率提高6 W,最大转换效率也能有所提升。由于温差发电器件工作时数量较多,因此选择合适的工作负载对提升发电性能具有十分重要的意义。