熱電調溫單元的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種熱電調溫單元(1)，其具有至少一個第一珀耳帖元件(2)，該第一珀耳帖元件具有第一表面(11、12)和第二表面(11、12)，其中，所述第一表面(11、12)與所述第二表面(11、12)相鄰或者相對設置，其中，所述珀耳帖元件(2)以所述第一表面(11、12)與第一蓋板(3、4、4a、4b)連接并且以所述第二表面(11、12)與第二蓋板(3、4、4a、4b)連接，其中，至少能夠通過所述蓋板中的一個蓋板(3、4、4a、4b)供給熱量并且能夠通過另一個蓋板(3、4、4a、4b)導出熱量，其中，所述蓋板中的至少一個蓋板(3、4、4a、4b)沿著它的一個或兩個延伸方向(22、33)具有變化的材料厚度，其中，借此形成至少一個具有最大材料厚度的區域(35)和一個具有最小材料厚度的區域(34)。
【專利說明】
熱電調溫單元
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熱電調溫單元，其具有至少一個第一珀耳帖元件，該珀耳帖元件具有第一表面和第二表面，其中，第一表面與第二表面相鄰或者相對設置，其中，拍耳帖兀件以第一表面與第一蓋板連接并且以第二表面與第二蓋板連接，其中，至少能夠通過所述蓋板中的一個蓋板供給熱量并且能夠通過另一個蓋板導出熱量。
【背景技術】
[0002]具有附加電驅動裝置或者全電驅動裝置的機動車輛通常需要電能量儲存器。在這些能量儲存器中可以臨時儲存電能并保持電能可用。
[0003]根據工作情況和環境條件，這些能量儲存器必須被加熱或者冷卻。這是必要的，特別是為了使能量儲存器始終保持在規定的溫度窗口內，在該溫度窗口內，能量儲存器最優地工作。過高的溫度尤其可能導致能量儲存器損壞和提早老化。過低的溫度會對有效功率產生不利影響。
[0004]在現有技術中已知這樣的調溫單元，它們在利用珀耳帖元件的熱電特性的條件下工作。在這里，珀耳帖元件或者由于外施電壓而在它的兩個界面上產生溫差，或者由于存在溫差而產生電壓。
[0005]在任何一種情況下，珀耳帖元件總是具有溫度水平高的一側和相對而言溫度水平較低的一側。熱電調溫單元內的不同溫度水平會產生熱應力，這些熱應力可能導致熱電調溫單元損壞。
[0006]現有技術中的解決方案的缺點特別是，沒有采取足夠的預防措施來防止熱電調溫單元中產生熱應力或者至少將熱應力減小至這樣的程度，即，不會導致熱電調溫單元，特別是珀耳帖元件損壞，并且可實現沿著熱電調溫單元盡可能均勻的溫度分布。
【發明內容】
[0007]因此，本發明的目的是提供一種熱電調溫單元，其適合于減小或者完全避免熱應力的產生以及不利影響，和/或適合于產生更加均勻的溫度分布。
[0008]本發明的目的通過一種具有權利要求1的特征的熱電調溫單元實現。
[0009]本發明的一個實施例涉及一種熱電調溫單元，其具有至少一個第一珀耳帖元件，該第一拍耳帖兀件具有第一表面和第二表面，其中，第一表面與第二表面相鄰或者相對設置，其中，珀耳帖元件以第一表面與第一蓋板連接并且以第二表面與第二蓋板連接，其中，至少能夠通過所述蓋板中的一個蓋板供給能量并且能夠通過另一個蓋板導出熱量，其中，所述蓋板中的至少一個蓋板沿著它的一個或兩個延伸方向具有變化的材料厚度，其中，借此形成至少一個具有最大材料厚度的區域和一個具有最小材料厚度的區域。
[0010]拍耳帖兀件有利地被設計成立方體。其第一表面和第二表面是兩個相對的表面。此外，珀耳帖元件還被電接觸，以能夠根據應用目的產生加熱作用或者冷卻作用。
[0011]珀耳帖元件與蓋板固定連接。在珀耳帖元件與蓋板之間可以設置柔性連接層，該連接層用于吸收熱電調溫單元在工作中產生的熱應力。但是，這種柔性層不是必要的。
[0012]變化的材料厚度在這里特別是指按照預定模式變化的材料厚度。該模式在這里可以是均勻的或者不均勻的。特別有利的是蓋板為這樣的勻稱結構，即，具有最大材料厚度的區域和具有最小材料厚度的區域交替設置，并且蓋板可以通過增加另外的具有最大材料厚度的區域和具有最小材料厚度的區域任意地縮放尺寸。
[0013]通過變化的材料厚度，可以實現一種特別有利的蓋板設計。因此，特別是可以提高整個蓋板上的溫度均勻性，由此可以總體上減小由于熱應力產生的機械負荷。
[0014]蓋板大體上被理解為平面狀材料延伸件。在這里得到在蓋板平面內延伸的第一和第二延伸方向。材料厚度構成與該平面垂直的第三延伸方向，該第三延伸方向的尺寸比第一和第二延伸方向的尺寸小得多。
[0015]也可優選的是，在第一蓋板與第二蓋板之間設有多個珀耳帖元件，其中，珀耳帖元件相互隔開地設置在蓋板之間。
[0016]珀耳帖元件相互隔開地設置是有利的。這特別是用于使整個蓋板上的溫度均勻分布。多個珀耳帖元件是特別有利的，以便能夠在其有效功率方面調整熱電調溫單元。
[0017]此外還可優選的是，所述蓋板中的至少一個蓋板包括多個具有最大材料厚度的區域和多個具有最小材料厚度的區域，其中，具有最大材料厚度的區域被設計成臺狀區域，這些臺狀區域通過具有最小材料厚度的區域相互隔開。
[0018]這種蓋板設計是特別有利的，因為特別是在蓋板沿第一和第二延伸方向的延伸程度較大的情況下，通過設置多個具有最大材料厚度的區域和設置多個具有最小材料厚度的區域，可以使整個蓋板上的溫度均勻分布。當多個熱量輸入源，比如珀耳帖元件與蓋板連接時，則特別屬于這種情況。
[0019]也適宜的是，珀耳帖元件設置在蓋板的具有最大材料厚度的區域上。
[0020]由于特別是在珀耳帖元件與蓋板之間的接觸面區域中進行最大熱量輸入，特別有利的是將那里的材料厚度設計成最大。以這種方式可以避免蓋板的各個區域過熱。
[0021]通過在接觸面區域中的這種熱量輸入，在蓋板上形成這樣的熱量分布，S卩，蓋板具有高熱量區域和低熱量區域。所謂的蓋板的“熱中性纖維”位于較低熱量區域中，該較低熱量區域特別是位于接觸面之間。這些中性纖維優選位于蓋板的具有最高熱量輸入的點之間的中間位置上。
[0022]此外還可優選的是，在具有最大材料厚度的區域之間設有腹板狀元件，這些腹板狀元件提高了蓋板特別是在具有較小材料厚度的區域中的穩定性。
[0023]這些腹板狀元件提高了蓋板的由于材料厚度減小而局部減小的強度。因此，總體上能夠形成更加穩定的蓋板。設置腹板狀元件以提高蓋板強度是特別有利的，因為需要比由均勻材料厚度的實心材料構成的蓋板明顯更少的材料。這種用于增強蓋板的方法有利于獲得蓋板的輕型結構。
[0024]也有利的是，通過具有最小材料厚度的區域在具有最大材料厚度的區域之間形成通道狀區域，這些通道狀區域被腹板狀元件部分地或者完全地斷開。
[0025]通道狀區域是特別有利的，因為流體比如空氣可以流過它們并且因此可以額外地促進熱量輸送。優選位于珀耳貼元件與蓋板之間的接觸區域之外的通道狀區域形成較低溫度區域。這是特別有利的，以便將優選設置在較低溫度水平區域中的元件連接到蓋板的相對側上。
[0026]根據本發明的一種特別有利的改進方案，可以規定，具有最大材料厚度的區域沿蓋板的一個延伸方向以第一間距相互隔開，具有最大材料厚度的區域沿蓋板的另一個延伸方向以第二間距相互隔開，其中，第一間距大于第二間距。
[0027]通過改變沿兩個延伸方向的間距，還可以對沿著蓋板的熱量分布進行影響。蓋板內的熱量分布可以特別是根據珀耳帖元件在蓋板的一側上的設置和電池元件在蓋板的另一側上的設置進行影響。
[0028]此外還適宜的是，在一個具有最大材料厚度的區域與一個鄰接的具有最小材料厚度的區域之間的過渡部分穩定且均勻地延伸。
[0029]穩定且均勻特別是指，在過渡部分中不存在尖銳狀的臺階或突起，這些臺階或突起會對熱量分布產生不利影響。角和棱可能導致在材料中蓄熱，從而導致不均勻的熱量分布并且可能導致所謂的“熱點”的產生。
[0030]此外還可優選的是，珀耳帖元件借助于粘接劑與所述蓋板中的至少一個蓋板連接，其中，熱應力能夠通過粘接劑進行補償熱。
[0031]用于將珀耳帖元件連接到所述蓋板中的至少一個蓋板上的粘接劑是特別有利的，因為一方面確保了簡單的裝配過程而且還可以通過粘接劑對所產生的一定比例的應力進行補償。根據期望應力，有利地選擇粘接劑，使得除了耐疲勞強度要求和溫度一致性之外，對可能由于熱應力而產生的機械應力的最大吸收能力也被設計成足夠大。有利地，粘接劑在這里具有高導熱性。這例如可以通過引入用來提高導熱性的顆粒來增強。
[0032]此外還可以是特別有利的是，所述蓋板中的一個蓋板與至少一個電磁元件熱接觸，其中，相應的另一個蓋板與換熱器熱接觸，其中，該換熱器能夠被可主動調溫的流體流過。
[0033]以這種方式，可以通過主動加熱流體向電池元件供給熱量。向電池元件供給的熱量是主動調溫流體的熱量和珀耳帖元件的加熱功率的總和。可替代地，電池元件可以通過以下方式進行冷卻:熱量被從電池元件經由珀耳帖元件輸送到流體，其中，熱量被流體從熱電加熱單元帶走。
[0034]本發明的有利改進方案在從屬權利要求中和在隨后的附圖描述中進行描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]下面借助于實施例參照附圖對本發明進行詳細說明。在附圖中:
[0036]圖1示出了熱電調溫單元的示意圖，其中，該熱電調溫單元與可以用來散熱或者供熱的流體回路連接；
[0037]圖2示出了具有不均勻材料厚度的蓋板的局部視圖；
[0038]圖3示出了蓋板的立體圖，其中，該蓋板具有材料厚度不同的區域并且在具有最大材料厚度的區域之間設有腹板狀元件，以及
[0039]圖4示出了熱電調溫單元的立體圖，其中，使用了具有不均勻材料厚度的蓋板。
【具體實施方式】
[0040]圖1示出了熱電調溫單元I的示意圖。在圖1中用剖視圖示出了熱電調溫單元I并且由于只要示出熱電調溫單元I的原理，因此它沒有被完整地示出。
[0041 ] 在熱電調溫單元I上方設有多個電池元件5，熱電調溫單元I用于對這些電池單元進行調溫。熱電調溫單元I主要包括多個珀耳帖元件2，這些珀耳帖元件能夠通過施加電壓將熱量從它們的一個外表面輸送至相對的外表面。因此，可以對電池兀件5進行冷卻或者加熱。在這里，熱量可以通過流體回路7供給或者導出。
[0042]為此，珀耳帖元件2的第一表面12與換熱器6的流動通道處于熱接觸。換熱器6構成與流體回路7相接的接口，并且例如可以由被流體流過的管子構成。流體例如可以是空氣或者液體。在圖1所示的實施例中，第一表面12與換熱器的連接通過一個蓋板3實現，該蓋板作為中間元件設置在換熱器6的流動通道與珀耳帖元件2之間。
[0043]可替代地，通過將珀耳帖元件放置在換熱器的流動通道上而不設置中間元件，也可以使其直接與換熱器形成導熱連接。
[0044]拍耳帖兀件2的與第一表面12相對的第二表面11與另一個蓋板4處于熱接觸。在蓋板4上方設有多個電池元件5。由這些電池元件5散發的熱量通過珀耳帖元件2被輸送到珀耳帖元件2與流體回路7的接觸位置，然后被散發到在流體回路7中流動的流體中。在加熱工作模式中，熱量相應地從流體回路7輸送到電池元件5。來自流體回路7的熱量還可以通過珀耳帖元件2的加熱功率得到增強。
[0045]散發到流體回路7的流體中的熱量隨后通過換熱器8散發到環境中，該換熱器8通過一鼓風機10向其提供空氣流9。流體回路7的結構以及在其中所包含的位于熱電調溫單元I之外的組成部分不是本發明的內容，因此不再進行詳細描述。
[0046]圖2示出了蓋板4a的局部剖示圖。在圖2的局部剖示圖中尤其可以看到，存在一個具有最大材料厚度的區域35和一個具有最小材料厚度的區域34。具有最大材料厚度的區域35特別是指與珀耳帖元件接觸的區域。珀耳帖元件在圖2中未示出。
[0047]在具有最大材料厚度的區域35中輸入最多熱量，因為珀耳帖元件在該區域中與蓋板4a連接。特別地，在具有最小材料厚度的區域34中設有熱中性纖維，這些熱中性纖維構成蓋板4a內產生的熱應力的一種零位線。這些熱中性纖維通常位于兩個具有高熱量輸入的區域之間的中間位置上。
[0048]位于具有最小材料厚度的區域34與具有最大材料厚度的區域35之間的過渡部分以盡可能平滑的方式示出，省去了尖銳的臺階和棱。理想地，對于過渡部分的設計應當規定采用不小于1mm的曲率半徑。省去尖銳的棱、臺階以及角特別是對蓋板4a上的均勻溫度分布是有利的，這通過所示的熱流矢量場得到說明。
[0049]圖3示出了蓋板4b的另一種替代設計方案。圖3示出了朝蓋板4b的底側看的視角，珀耳帖元件可以與該底側連接。特別是可以看到具有最大材料厚度的區域35以及具有最小材料厚度的區域34。
[0050]在圖3的實施例中，十二個具有最大材料厚度的區域35設置在4*3的網格中，這些區域用于連接珀耳帖元件2。蓋板4b可以超出在圖3中所示的部分繼續延伸。蓋板4b通常具有對稱結構并且可以沿兩個延伸方向22、33以任意程度進行縮放。
[0051]在具有最大材料厚度的區域35與具有最小材料厚度的區域34之間設有過渡區域42，這些過渡區域與在圖2中所示的走向相類似地從具有最大材料厚度區域35過渡到具有最小材料厚度的區域34。
[0052]具有最小材料厚度的區域34在具有最大材料厚度的區域35之間形成通道狀的區域。具有最大材料厚度的區域35在其中一個延伸方向22上以第一間距43相互隔開，在另一個延伸方向23上以第二間距44相互隔開。通過間距43、44可以使蓋板4b適應于待連接的元件(比如珀耳帖元件2或電池元件5)的具體要求。通過這些間距43、44尤其可以對沿著蓋板4b的熱量分布產生影響。
[0053]在具有最大材料厚度的區域35之間、沿蓋板4b的一個延伸方向22設有多個腹板狀元件40。沿另一個延伸方向23，在具有最大材料厚度的區域35之間設有腹板狀元件41。這些腹板狀元件40以及41用于對由具有最小材料厚度的區域34在蓋板4b中引起的強度損失進行補償。
[0054]通過腹板狀元件40以及41，蓋板4b可以達到與不具有不同材料厚度的蓋板相似的基本強度。腹板狀元件40、41可以跨越具有最大材料厚度的區域35之間形成的凹槽的整個高度或者僅跨越該高度的一部分。
[0055]特別是在通過腹板狀元件41橋接的區域中可以看到，從具有最大材料厚度的區域35到具有最小材料厚度的區域34的過渡部分無銳邊地延伸。如已在圖2中所示的，所有過渡部分被修圓并且具有不小于1mm的曲率半徑。
[0056]具有最大材料厚度的區域35被設計成臺狀區域。臺狀區域的朝上的表面是正方形的。該表面利于與所使用的珀耳帖元件的造型相匹配。
[0057]圖4示出了熱電調溫單元I的另一種替代實施例。圖4的熱電調溫單元I具有已在圖3中進行描述的蓋板4b。
[0058]蓋板4b被設計成使得在珀耳帖元件2之間延伸的通道52以及53具有這樣一種輪廓，即，向下朝向蓋板3的輪廓呈直線延伸，向上朝向蓋板4b的輪廓呈弧形延伸。沿延伸方向22、23延伸的通道52、53由具有最小材料厚度的區域34構成。
[0059]沿著通道52設有腹板狀元件40。在通道53中設有腹板狀元件41。如針對圖3已經描述的那樣，這些腹板狀元件用于提高蓋板4b的強度。
[0060]沿著較窄的通道53，特別是在與通道52的交叉點處，設有漏斗狀過渡部分51，這些漏斗狀過渡部分由通道52以及53的曲率半徑產生。
[0061]在蓋板4b的頂側上示出了一個電池元件5。在一種替代實施方式中，也可以在蓋板上設置多個電池元件。
[0062]通過蓋板4b的設計，特別是可獲得一種具有高溫度均勻性的蓋板。通過不同的材料厚度，可以對溫度分布產生影響。此外，不同的材料厚度已經提供了一種用來吸收熱應力的改進的可能方案，因為隨著材料厚度的不同，各個區域的強度也將不同。
[0063]圖1至4的實施例的各個特征可以相互組合。所示的實施例不具有限制性。這特別是在例如珀耳帖元件的幾何設計、尺寸和材料選擇以及沿延伸方向22和/或沿延伸方向23的數量之類的參數方面適用。圖1至4具有示例性并且用于說明發明構思。它們不會產生限制作用。
【權利要求】
1.熱電調溫單元(I)，其具有至少一個第一珀耳帖元件(2)，該第一珀耳帖元件具有第一表面(11、12)和第二表面(11、12),所述第一表面(11、12)與所述第二表面(11、12)相鄰或者相對設置，所述珀耳帖元件⑵以所述第一表面(11、12)與第一蓋板(3、4、4a、4b)連接并且以所述第二表面(11、12)與第二蓋板(3、4、4a、4b)連接，至少能夠通過所述蓋板中的一個蓋板(3、4、4a、4b)供給熱量并且能夠通過另一個蓋板(3、4、4a、4b)導出熱量，其特征在于，所述蓋板中的至少一個蓋板(3、4、4a、4b)沿著它的一個或者兩個延伸方向(22、33)具有變化的材料厚度，其中，借此形成至少一個具有最大材料厚度的區域(35)和一個具有最小材料厚度的區域(34)。
2.如權利要求1所述的熱電調溫單元(I)，其特征在于，在所述第一蓋板(3、4、4a、4b)與所述第二蓋板(3、4、4a、4b)之間設有多個珀耳帖元件(2)，所述珀耳帖元件⑵相互隔開地設置在所述蓋板(3、4、4a、4b)之間。
3.如前述權利要求中任一項所述的熱電調溫單元(I)，其特征在于，所述蓋板中的至少一個蓋板(3、4、4a、4b)包括多個具有最大材料厚度的區域(35)和多個具有最小材料厚度的區域(34)，其中，所述具有最大材料厚度的區域(35)被設計成臺狀區域，所述臺狀區域通過具有所述最小材料厚度的區域(34)相互隔開。
4.如前述權利要求中任一項所述的熱電調溫單元(I)，其特征在于，所述珀耳帖元件(2)設置在所述蓋板(3、4、4a、4b)的具有最大材料厚度的區域(35)上。
5.如前述權利要求中任一項所述的熱電調溫單元(I)，其特征在于，在所述具有最大材料厚度的區域(35)之間設有腹板狀元件(40、41)，所述腹板狀元件提高了所述蓋板(4b)特別是在具有較小材料厚度的區域中的穩定性。
6.如權利要求5所述的熱電調溫單元(I)，其特征在于，通過所述具有最小材料厚度的區域(34)在所述具有最大材料厚度的區域(35)之間形成通道狀區域(52、53)，所述通道狀區域被所述腹板狀元件(40、41)部分地或者完全地斷開。
7.如前述權利要求中任一項所述的熱電調溫單元(I)，其特征在于，所述具有最大材料厚度的區域(35)在所述蓋板(4b)的一個延伸方向(22)上以第一間距(43)相互隔開，所述具有最大材料厚度的區域(35)在所述蓋板(4b)的另一個延伸方向(23)上以第二間距(44)相互隔開，其中，所述第一間距(43)大于所述第二間距(44)。
8.如前述權利要求中任一項所述的熱電調溫單元(I)，其特征在于，具有最大材料厚度的區域(35)與鄰接的具有最小材料厚度的區域(34)之間的過渡部分穩定地且均勻地延伸。
9.如前述權利要求中任一項所述的熱電調溫單元(I)，其特征在于，所述珀耳帖元件(2)借助于粘接劑與所述蓋板中的至少一個蓋板(3、4、4a、4b)連接，其中，熱應力能夠通過所述粘接劑進行補償。
10.如前述權利要求中任一項所述的熱電調溫單元(I)，其特征在于，所述蓋板中的一個蓋板(3、4、4a、4b)與至少一個電池元件(5)熱接觸，相應的另一個蓋板(3、4、4a、4b)與換熱器(6)熱接觸，其中，所述換熱器(6)能夠被可主動調溫的流體流過。
【文檔編號】H01L35/28GK104253206SQ201410294570
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2013年6月27日
【發明者】彼特·羅爾, 約爾根·格倫沃爾德, 霍爾格·施羅特, 弗羅林·莫爾多萬, 馬丁·施泰因巴赫 申請人:貝洱兩合公司