热电调温单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种热电调温单元（1），特别是用于控制汽车的蓄电装置的温度的调温单元，其具有至少一个第一帕尔贴元件（2），该第一帕尔贴元件（2）具有一第一表面（37）和一与所述第一表面（37）基本上相邻或相对的第二表面（38），其中所述第一表面（37）导热地与至少一个第一流动通道（11）和/或第二流动通道（12）连接，该第一流动通道（11）和/或第二流动通道（12）中可以有第一流体流过，并且所述第二表面导热地与至少一个第一生热元件连接，其中，所述第一流动通道（11）在其一端部与第一集流器（14、22）流体连通，并且所述第二流动通道（12）在其一端部与第二集流器（15、23）流体连通，并且所述第一流动通道（11）和所述第二流动通道（12）在其各自的另一端部上与一共同的转向集流器（13）流体连通。
【专利说明】热电调温单元【技术领域】
[0001]本实用新型提供一种热电调温单元，特别是用于控制汽车蓄电装置的温度的调温单元，其具有至少一个第一帕尔贴元件，该第一帕尔贴元件具有一第一表面和一与所述第一表面基本上相邻或相对的第二表面，其中所述第一表面导热地与至少一个第一流动通道和/或一个第二流动通道连接。
【背景技术】
[0002]具有电动辅助驱动器或全电动驱动器的汽车通常需要蓄电装置。为了使该蓄电装置在其效率方面一直保持在最优的温度区，必须根据周围环境定期对该蓄电装置进行冷却或加热。
[0003]由此，人们对蓄电装置内的温度分布的均匀性提出了高要求，一方面是为了确保均匀的功率输入和功率输出，另一方面是为了避免由于施加的温度不同而导致老化过程不均匀。
[0004]实现上述目的所需要的冷却功率和加热功率通常明显小于对客厢温度进行调节所需要的冷却功率和加热功率。
[0005]在目前已知的应用中，该蓄电装置可以通过使用冷却剂调节过的室内空气进行冷却，其温度通过“冷却装置”或空调设备的制冷剂回路进行调节，该蓄电装置还可以直接通过冷却剂进行冷却。
[0006]目前，加热操作通常通过内部电气短路实现或者借助于外部电阻加热元件实现。
[0007]正如上文已经提到的，由于需要的冷却功率通常明显小于在常规系统中调节内部空间温度所需的冷却功率，所以使用小型元件即可满足需要。
[0008]在文献中，同样已具有关于应用帕尔贴元件来调节蓄电装置的温度的初步研究。然而，在这点上，目前还没有已知的适用于批量生产的解决方案可以在适当的结构空间要求下提供足够的冷却功率和加热功率。
[0009]在现有技术中特别不利的是，相对于其产生的冷却功率来说，帕尔贴元件通常会带来较高的功耗，尤其是当帕尔贴元件的热侧和冷侧之间的温度差相对较大时功耗更高。
[0010]上述缺陷在电动汽车应用中尤其需要避免，因为电动汽车对有效行程敏感。
实用新型内容
[0011]因此，本实用新型的目的在于提供一种热电调温单元，以实现表面上的均匀温度分布以及均匀散热。
[0012]本实用新型的目的通过具有根据权利要求1的特征的热电调温单元实现。在从属权利要求中描述了本实用新型的有利的改进。
[0013]本实用新型的一个示例性实施例涉及一种热电调温单元，特别是用于控制汽车蓄电装置的温度的调温单元，其具有至少一个第一帕尔贴元件，该第一帕尔贴元件具有一第一表面和一与所述第一表面基本上相邻或相对的第二表面，其中所述第一表面导热地与至少一个第一流动通道和/或一第二流动通道连接，该第一流动通道和/或一第二流动通道中可以有第一流体流过，并且所述第二表面导热地与至少一个第一生热元件连接，其中所述第一流动通道在其一端部与第一集流器流体连通，并且所述第二流动通道在其一端部与第二集流器流体连通，并且所述第一流动通道和所述第二流动通道在其各自的另一端部与一共同的转向集流器流体连通。
[0014]通过这种方式，如果向帕尔贴元件施加足够的电压，该帕尔贴元件便可将热量从其一个表面传递至另一个表面。从而可以实现充分的热传输，而无需使用机械可移动部件。有利的是，帕尔贴元件与生热元件和流动通道均形成很好的导热接触，该生热元件通常可以散发热量，该帕尔贴元件可以将热量传递给该流动通道。
[0015]在有利的实施例中，该生热元件为多个电池元件中的其中一个，该多个电池元件共同形成蓄电装置。
[0016]更加有利的是，所述第一流动通道与所述第二流动通道基本上相互平行地运行。
[0017]同样有利的是，所述第一流动通道中的第一流体可以相对于所述第二流动通道中的第一流体逆流。
[0018]该逆流实现了两个流动通道之间的温度水平的特别有利的分布。通过使流体在一方向上流动而在另一方向上逆流，便可在第一流动通道和第二流动通道中产生不同的温度水平，该温度水平取决于与生热元件接触的持续时间。
[0019]通过使第一流动通道和第二流动通道的温度水平平均即可产生这样的温度水平，即，相对于流体在这两个流动通道中均沿相同方向流动，该温度水平的分散性明显更小。
[0020]更加优选的是，所述帕尔贴元件的第一表面通过一第一平板与所述第一流动通道和/或所述第二流动通道热接触。
[0021]通过在一个帕尔贴元件与各流动通道之间使用一个平板即可使帕尔贴元件更好地热连接到流动通道。如果帕尔贴元件比各流动通道更宽则是特别有利的。否则帕尔贴元件将伸出流动通道之外并且可能在两个流动通道之间的间隙中形成热量积聚，这样将对热电调温单元的效率产生不利影响。
[0022]通过将两个流动通道平行对齐，特别是在一共同平面上平行对齐，将便于这两个流动通道连接至一平板，以便可以为帕尔贴元件提供一水平的连接面，该连接面与流动通道的结构无关。
[0023]在一有利的实施例中，使用的平板可以由塑料或金属或陶瓷制成。在进一步有利的实施例中，使用的平板应该具有良好的导热性能。
[0024]此外，有利的是，所述第一平板具有缝隙，其设置在所述第一流动通道与所述第二流动通道之间。
[0025]通过该缝隙可以避免在第一流动通道与第二流动通道之间形成热桥。然而，应该注意的是，所述平板中的缝隙不会对整个调温单元的机械稳定性产生不利影响。在任何情况下，热桥所产生的不利影响不如对机械稳定性的不利影响重要。
[0026]同样有利的是，所述共同的转向集流器具有导流结构，其将所述第一流动通道中的所述第一流体引导到所述第二流动通道中。
[0027]通过这样的导流结构可以改善第一流动通道和第二流动通道的分布。
[0028]更加有利的是，所述帕尔贴元件的所述第二表面与一第二平板的第三表面连接，并且所述第二平板的第四表面与所述至少一个第一生热元件连接。
[0029]通过将帕尔贴元件连接到一平板，即可以特别有利的方式将生热元件(在根据本实用新型的一个实施例中为电池元件)连接至该帕尔贴元件。应该注意的是，需采用热阻很小的平板。
[0030]此外，有利的是，所述第一集流器与所述第二集流器热绝缘。
[0031]由此避免了在第一流动通道与第二流动通道之间形成额外的热桥。
[0032]同样有利的是，所述第一集流器和所述第二集流器都在一个构件中实现。
[0033]在一个构件中实现可以使热电调温单元特别节省空间。
[0034]更加符合需要的是，所述热电调温单元具有多个第一流动通道以及多个第二流动通道，其中，优选地，所述第二流动通道的数量等于或大于所述第一流动通道的数量。
[0035]这样有利于两个流动通道吸热。由于第二流动通道中的温度趋于更高，所以其与帕尔贴元件的动力温差小于其与第一流动通道的动力温差。通过使第二流动通道的数量大于第一流动通道的数量，可以有利进行平衡。
[0036]同样有利的是，单个第一流动通道和单个第二流动通道相互交替地设置，或者第一流动通道和第二流动通道形成的流动通道组相互交替地设置。
[0037]通过流动通道的交替设置可以形成有利的分布型式，尤其有利于第一流动通道和第二流动通道的温度分布。
[0038]更加有利的是，所述热电调温单元具有多个帕尔贴元件和多个生热元件。
[0039]多个帕尔贴元件使得热传递更多，因此，整个系统对商业应用相当有利。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]在下文中，通过示例性的实施例并参照附图对本实用新型进行了详细描述。其中:
[0041]图1示出了具有用于散热的冷却回路的热电调温单元的示意图；
[0042]图2示出了热电调温单元的流通原理的示意图；
[0043]图3示出了设置在不同平面的入口集流器和出口集流器的示意图；
[0044]图4示出了热电调温单元的透视示意图，其中，入口集流器和出口集流器都在同一个构件中实现；
[0045]图5示出了一个集成有入口集流器和出口集流器的构件的透视分解图；
[0046]图6示出了电池侧的帕尔贴元件的连接关系分解图；以及
[0047]图7示出了热电调温单元的示意图，其显示了电池元件。
【具体实施方式】
[0048]图1示出了热电调温单元I的示意图。在图1中，截面地示出了该热电调温单元1，由于其目的仅在于示出热电调温单元I的原理，所以热电调温单元I并未被完全示出。
[0049]在热电调温单元I上方设有多个电池元件5，热电调温单元I用于对其进行调温。热电调温单元I主要由多个帕尔贴元件2组成，通过施加电压，该帕尔贴元件2能够将热量从其一个一外表面传递至相对的外表面。由此可以冷却或者加热电池兀件5。
[0050]本实用新型的焦点在于电池元件5的冷却。为了使热电调温单元I可以将电池元件5吸收的热量散发，帕尔贴元件2必须与制冷剂流导热地接触，该制冷剂流在图1中通过附图标记6表示。
[0051]为此，帕尔贴元件2的第一表面37与热交换器3导热地连接。在这样的设置中，热交换器3提供了一连接至冷却回路6的接口，例如，该热交换器3可以通过有制冷剂流过的管路形成。在图1示出的示例性实施例中，第一表面37通过一平板4连接至热交换器3，该平板4作为一中间元件设置在热交换器3的流动通道11、12与帕尔贴元件2之间。
[0052]可选地，也可以使帕尔贴元件2直接与热交换器3导热连接，其方法是将帕尔贴元件2直接连接至热交换器3的流动通道11、12上而不设置中间元件。帕尔贴元件2的与第一表面37相对的第二表面38与一个或多个生热兀件热接触。在图1中，该生热兀件由多个电池元件5构成。电池元件5发出的热量通过帕尔贴元件2传递至帕尔贴元件2与冷却回路6之间的接触点，并且自该接触点散发到冷却回路6中流动的制冷剂中。
[0053]散发到冷却回路6中的制冷剂的热量随后通过有外部空气流8流过的热交换器7冷却并且被输出到环境中。在图1中，冷却回路6的结构以及除热电调温单元I之外的组件的结构并不是本实用新型的主题，因此不再进一步地详细描述。
[0054]帕尔贴元件2或者直接连接至电池元件5,或者如图1所示,通过一中间媒介(例如平板30)连接至电池元件5。
[0055]在此，应该注意确保帕尔贴元件2与热源或热流之间形成良好的导热连接，该导热连接通过冷却回路6中的制冷剂提供。
[0056]图2示出了流动通道11、12的流通原理的示意图。正如第一流体在冷却回路6中流动的那样，第一流体同样在流动通道11、12中流动。第一流动通道11中的流动方向与第二流动通道中12的流动方向相反。
[0057]为了实现上述目的，流体在流过第一流动通道11之后，通过设置在第一流动通道11和第二流动通道12的端部上的转向集流器13进行转向，确保该流体随后通过第二流动通道12沿相反的流动方向回流。
[0058]为此，这些第一流动通道11中的流体通过一集流器共同施加。同样还设有一第二集流器，其将流过第二流动通道12之后的流体又收集起来，并且使其从热电调温单元I导出。在图2中未示出这两个集流器。关于这两个集流器的进一步描述在下图中进行。
[0059]转向集流器13中可以设有导流装置。然而，该导流装置并不是必须的，因为流体的初始方向已经从根本上确定为通过第一流动通道11流入以及通过第二流动通道12流出。
[0060]如果流体在流动通道11、12中分布不均，那么使用附加的导流装置将是有意义的。
[0061]图3同样示出了热电调温单元I的流通原理的示意图。如图2—样，仅示出了第一和第二流动通道11、12以及转向集流器13。为了清晰起见，在视图中省略了帕尔贴元件2以及电池元件5或附加的帕尔贴元件4、30。在图2、4和7中也是如此。
[0062]此外，图3现在示出了一进水管16以及一出水管17，该进水管与一入口集流器14流体连通，该出水管与一出口集流器15流体连通。
[0063]对于这部分，入口集流器14与第一流动通道11直接流体连通。出口集流器15同样与第二流动通道12直接流体连通。[0064]在图3中示出的实施例中，出口集流器15与转向集流器13、第一流动通道11以及第二流动通道12位于同一平面中。入口集流器14在其一侧自该平面向下显露出来，从而位于出口集流器15的下方。
[0065]通过这种方式，可以实现入口集流器14与出口集流器15之间的热绝缘。这是特别有利的，因为由此可以避免在流过热电调温单元I之前的流体与流过之后的流体之间形成热桥。
[0066]为了确保第一流动通道11连接到入口集流器14，第一流动通道11在入口集流器14的区域中具有一弯折的形状，该形状从其他构件所在的平面引出至入口集流器14。
[0067]在可选的实施例中，同样可以考虑在入口集流器与出口集流器之间采取附加的热绝缘措施。同样可以考虑，将流动通道与集流器设置在同一平面，然而这不是必须的。
[0068]特别有利的是，第一流动通道11和第二流动通道12总是以交替顺序设置。通过这种方式，能够在热电调温单元I上形成特别均匀的温度场。
[0069]这是因为，在冷却电池元件5的情况下，第一流动通道11中的流体的温度水平小于第二流动通道12中的流体的温度水平。
[0070]在可选的实施例中，也可以考虑与图中的示例不同的方案，S卩，使多个由第一流动通道11构成的组以及由多个第二流动通道12构成的组相互交替地设置。相邻的第一流动通道11和第二流动通道12的数量可以根据期望的用途选择。
[0071]图4示出了热电调温单元I的进一步的透视图。在图4中示出的版本中，入口集流器22以及出口集流器23仅设置在一个构件中。为此，由弯曲成U形的元件构成的入口箱27在其内部具有一插入元件24。
[0072]该插入元件24这样设置，即，使其关闭入口箱27的围绕三个侧面的开口区域，从而形成一封闭的构件。
[0073]进一步地，该插入元件24形成为梳状，并且在入口箱27内实现了第一流动通道11以及第二流动通道12的划分。在入口箱27的上侧设有一间隙28，入口集流器12可以直接连接至该间隙28。
[0074]在入口箱27的上侧同样设有多个出口开口 25。在完全装配的状态下，这些出口开口被出口集流器23覆盖并且通过该出口集流器23实现额外的密封，以隔绝环境。
[0075]插入元件24将第二流动通道12在入口箱27内的长度限制在这样的程度，即，使得流体在流过第二流动通道12之后可以仅仅流到入口箱27中的出口开口 25。从而，插入元件24将迫使流体在流过第二流动通道12之后，通过出口开口 25流入出口集流器23中，并且通过出水管21从热电调温单元中流出来。
[0076]此外，插入元件24在入口箱27内形成流动通道，使得流体通过进水管20和入口集流器22直接流过入口箱27直至第一流动通道11中。
[0077]图4中示出的转向集流器13与已经在之前的图中示出的转向集流器13基本一致。
[0078]图5示出了在图4中仅仅示意地示出的入口箱27的分解图。在此特别是可以看到插入元件24，其控制流体在第一流动通道11和第二流动通道12中的分布。
[0079]在图5中，入口箱27由弯曲成U形的构件构成。流体流过进水管20和插入元件24，插入元件24密封入口箱27使其与外部隔绝。通过入口集流器22 (其在此作为一种塑型结构设置在入口箱27中)，流体可以流入到插入元件24的间隙18中，然后可以通过插入元件24自该间隙18流入到第四较长的间隙19中。这通过入口集流器22实现，该入口集流器22这样设置在入口箱27中，即，使流体可以在较长的间隙19的区域中流过插入元件24，该较长的间隙19与第一流动通道11流体连通。
[0080]流体不可能流入到三个较短的间隙29中，这三个较短的间隙19直接与第二流动通道12流体连通，因为通过对入口集流器22的设置，限制了或隔断了流体流入这三个间隙的通道。
[0081]当流体流过第一流动通道11、通过转向集流器13转向并且通过第二流动通道12回流之后(这些部件在图5中均未示出)，到达插入元件24的三个较短的间隙29。该流体自这三个较短的间隙29通过出口开口 25以及安装在顶部的多孔板26流入集流器23，该集流器23从外面安装到入口箱27上，并且自集流器23通过出水管21从热电调温单元I流出来。
[0082]此处图5中示出的入口箱27的实施方式仅仅是一个示例性的实施例，在实践中，可以通过另外的多种相对彼此的入口集流器和出口集流器的设置实现。除了将入口集流器和出口集流器设置在同一构件中的实施方式之外，此外，当然也可以考虑在热电调温单元上设置单个入口集流器和出口集流器。
[0083]图6示出了朝向电池元件5方向的帕尔贴元件2的连接关系的可能实施例。除了已经在前述图中表明的连接关系，即，先连接至平板30，随后再连接到电池元件5之外，例如，增加额外的加固措施可能也是必要的，以便防止热电调温单元I由于热应力产生变形。
[0084]图6中示出的结构适合这种用途。在一分层结构中，位于最上面的是平板30，其上侧随后直接连接到电池元件5。紧挨平板30下方设有框架31，其具有对应于帕尔贴元件2的大小和排列方式的间隙。在该框架31之下设有一下平板32，其同样具有间隙34，通过该间隙可以插入帕尔贴元件2。该分层结构在图6的左半部分示出。在图6的右半部分示出了一组装模块，该组装模块由位于左边的构件组成。
[0085]在此，帕尔贴元件2插入下平板32，并且将框架31安置到下平板32上。平板30构成上端。
[0086]特别需要强调的是，帕尔贴元件2的第二表面38与上平板30直接导热接触。一个或多个生热元件可以连接至该平板30。此外必须提到的是，自下平板32到帕尔贴元件2与流动通道11、12的连接处之间必须保留一定空气空隙36，该空气空隙36通过方块35示出。空气空隙36用于使帕尔贴元件2的热侧与冷侧热绝缘。帕尔贴元件2通过其第一表面37热连接至冷却回路。
[0087]用于提高热电调温单元I的牢固性的结构可以视为示例性的，并且同样可以通过其他方式形成，例如通过浇铸成一个整体的构件，该构件可以包括上平板30、框架31和/或下平板32。
[0088]图7同样再次示出了有液体流过的热电调温单元I的示意图。除了已经在图2和3中示出的结构之外,现在在此还示出了电池元件40。该电池元件40横向跨过第一流动通道11和第二流动通道12设置。
[0089]在第一个电池元件40中，通过曲线42表明了第一定性温度变化，变化的原因在于，位于电池元件40下方的朝向流动通道11、12的区域中的第一流动通道11和第二流动通道12的温度不同。
[0090]可以看到，该定性温度变化42关键取决于在电池元件40下方运行的是第一流动通道11还是第二流动通道12。这是因为流动通道11、12中的流体的温度不同。
[0091]然而，随着电池元件40与流动通道11、12的距离增大，该定性温度变化越来越平坦，从而在电池元件40的上部区域产生了示出的定性温度走向41，其显示了在电池元件40的整个宽度上，很大程度上温度分布是均匀的。
[0092]这是特别有利的，因为在电池冷却的情况下，最主要的也就是说最高的温度在电池元件5的上部(也就是离流动通道11、12最远的区域中)产生。
【权利要求】
1.一种热电调温单元(1)，其具有至少一个第一帕尔贴元件(2)，该第一帕尔贴元件具有一第一表面(37)和一与所述第一表面(37)基本相邻或相对的第二表面(38),其特征在于，所述第一表面(37 )导热地与至少一个第一流动通道(11)和/或第二流动通道(12 )连接，该第一流动通道和/或第二流动通道中有第一流体流过，并且所述第二表面导热地与至少一个第一生热元件连接，其中，所述第一流动通道(11)在其一端部与第一集流器(14、22)流体连通，并且所述第二流动通道(12)在其一端部与第二集流器(15、23)流体连通，并且所述第一流动通道(11)和所述第二流动通道(12)在其各自的另一端部与一共同的转向集流器(13)流体连通。
2.根据权利要求1所述的热电调温单元(I)，其特征在于，所述第一流动通道(11)与所述第二流动通道(12)基本上相互平行地设置。
3.根据权利要求1或2所述的热电调温单元(I)，其特征在于，所述第一流动通道(11)中的第一流体相对于所述第二流动通道(12)中的第一流体逆流。
4.根据权利要求1所述的热电调温单元(1)，其特征在于，所述帕尔贴元件(2)的所述第一表面(37)通过一第一平板(4)与所述第一流动通道(11)和/或所述第二流动通道(12)热接触。
5.根据上述权利要求4所述的热电调温单元(I)，其特征在于，所述第一平板(4)具有缝隙，该缝隙设置在所述第一流动通道(11)与所述第二流动通道(12)之间。
6.根据权利要求1所述的热电调温单元(1)，其特征在于，所述共同的转向集流器(13)具有导流结构，该导流结构将所述第一流体从所述第一流动通道(11)引导至所述第二流动通道(12)中。
7.根据权利要求1所述的热电调温单元(1)，其特征在于，所述帕尔贴元件(2)的所述第二表面(38)与一第二平板(30)的第三表面连接，并且所述第二平板(30)的第四表面与所述至少一个第一生热元件连接。
8.根据权利要求1所述的热电调温单元(I)，其特征在于，所述第一集流器(14,22)与所述第二集流器(15、23)热绝缘。
9.根据权利要求1所述的热电调温单元(1)，其特征在于，所述第一集流器(22)和所述第二集流器(23)在同一构件中实现。
10.根据权利要求1所述的热电调温单元(I)，其特征在于，该热电调温单元(I)具有多个第一流动通道(11)以及多个第二流动通道(12)。
11.根据权利要求10所述的热电调温单元(1)，其特征在于，所述第二流动通道(12)的数量等于或大于所述第一流动通道(11)的数量。
12.根据权利要求1所述的热电调温单元(1)，其特征在于，单个流动通道(11、12)相互交替地设置，或者所述第一流动通道(11)和所述第二流动通道(12)形成的流动通道(11、12)组相互交替地设置。
13.根据权利要求1所述的热电调温单元(1)，其特征在于，其具有多个帕尔贴元件(2)和多个生热元件。
14.根据权利要求1所述的热电调温单元(I)，其特征在于，所述热电调温单元(I)是用于控制汽车蓄电装置的温度的调温单元。
【文档编号】H01L35/34GK203481279SQ201320370762
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】约尔根·格吕瓦尔德, 海科·内夫, 德里克·瑙玛斯特尔, 曼纽尔·维霍斯基, 马丁·斯坦巴赫, 弗洛里·莫尔多瓦 申请人:贝洱两合公司