相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年6月10日提交的美国临时专利申请62/173,449号的优先权，该美国临时专利申请通过引用并入本文。
本公开涉及用于冷却诸如电池的运载工具部件的热电模块。具体而言，本公开涉及在热电模块内用于提高传热效率的传热和隔热特征。
背景技术：
锂离子电池用在客用和其它类型的运载工具中以给电动机提供电力，而该电动机给运载工具提供推进力。这种电池会产生大量的热，使得电池必须被冷却以防止性能下降。
已经提出了一种类型的运载工具电池冷却装置，该冷却装置包括被布置在电池下面并且邻近冷板组件的热电模块。该热电模块包括基于珀耳帖效应运行以邻近电池提供冷却的热电装置。通过热电装置传递的热量被排出至冷板组件，该冷板组件可以具有经由其循环并被送到换热器的冷却流体。
期望的是对热电模块进行设计以便通过该热电模块内的一些部件有效地传热，同时使该热电模块内的其它部件绝缘。
技术实现要素：
在一个示例性实施例中，一种用于对部件进行热调节的冷却系统，该冷却系统包括被构造成提供冷侧的散热器。绝缘板邻近散热器布置。热电装置被布置在绝缘板内并且在绝缘板的与散热器相反的侧面上被可操作地热暴露。冷板组件邻近绝缘板布置并且可操作地接合热电装置。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，第一紧固元件将散热器固定至绝缘板。散热器、绝缘板和热电装置构成热电模块组件。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，散热器包括可操作地接合热电装置的凸起垫。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，热箔被布置在凸起垫和热电装置之间并且与凸起垫和热电装置相接合。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，传热插入件被设置在冷板组件和热电装置之间、并且在与散热器相反的侧面上可操作地与冷板组件和热电装置相接合。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，传热插入件是与绝缘板和冷板组件分立的元件。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，传热插入件被绝缘板锁住并且被保持在散热器和冷板组件之间的固定位置。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，热箔布置在冷板组件和热电装置之间并且与冷板组件和热电装置相接合。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，冷板组件包括冷却通道，该冷却通道被构造成接收循环通过冷却通道的冷却剂。第二紧固元件将绝缘板固定至冷板组件。
在另一个示例性实施例中，一种用于对部件进行热调节的热电模块组件。该组件包括被构造成提供冷侧的散热器。绝缘板邻近散热器布置。热电装置被布置在绝缘板内。传热插入件被绝缘板锁住并相对于散热器被保持在固定位置。传热插入件在绝缘板的与散热器相反的侧面上被可操作地热暴露。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，传热插入件是与绝缘板分立的元件。绝缘板是塑料的并且传热插入件是塑料的。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，绝缘板包括孔口。热电装置和传热插入件被布置在孔口内。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，传热插入件包括被嵌在绝缘板中的凸缘。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，散热器包括可操作地接合热电装置的凸起垫。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，紧固元件夹持凸起垫使得凸起垫可操作地与热电装置接合。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，热箔被布置在凸起垫和热电装置之间并且与凸起垫和热电装置相接合。
在又一个示例性实施例中，一种用于对部件进行热调节的热电模块组件，该热电模块组件包括被构造成提供冷侧的散热器。散热器为石墨材料。绝缘板邻近散热器布置。热电装置被布置在绝缘板内并且可操作地接合散热器。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，散热器是第二散热器，并且热电模块组件包括在绝缘板的与第二散热器相反的侧面上的第一散热器。第一散热器是金属的，并且热电模块组件包括接合第二散热器的冷板组件。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，绝缘板是塑料的，并且热电模块组件包括布置在第一散热器和绝缘板之间并且与第一散热器和绝缘板相接合的泡沫材料。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，散热器具有在3至15w/m·k范围内的面间热导率以及在100至1500w/m·k范围内的面内热导率。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，可进一步理解本公开，其中：
图1a是运载工具系统温度由冷却系统调节的运载工具的高度示意性的视图。
图1b示出了包括热电模块组件和冷板组件的冷却系统。
图2是安装至冷板组件的热电模块组件的透视图。
图3是热电模块组件的分解透视图。
图4是绝缘板的俯视图，热电装置被布置在该绝缘板内。
图5a是穿过图2中所示的热电模块组件并且沿着线5a-5a截取的横截面图。
图5b是热电模块组件的被示出在图5a中并如区域5b所示的一部分的放大横截面图。
图6是另一热电模块组件的分解透视图。
图7是被示出在图6中并且以堆叠的方式安装至运载工具电池、冷板组件和dc/dc转换器的热电模块组件的横截面图。
前述段落、权利要求书或以下描述和附图的包括它们的多个方面或相应的单独特征中的任一个的诸多实施例、示例和替代方案可被单独或以任何组合的方式获取。结合一个实施例描述的特征适用于所有的实施例，除非这些特征是不相容的。
具体实施方式
在图1a中示意性地示出了运载工具10。运载工具10包括需要被加热或者冷却的运载工具系统12。在一个示例中，运载工具系统12包括用于运载工具推进的诸如锂离子电池的电池14，该电池产生大量的热。在运行期间必须对这种电池进行冷却，否则电池效率和/或完整性(健全度)可能降低。
冷却系统18以堆叠的方式布置在电池14和dc/dc转换器16之间以从电池14移走热量，从而冷却运载工具系统12。dc/dc转换器16提供电池14和运载工具电器之间的电气接口。冷却系统18包括安装至冷板组件22的热电模块组件20，该冷板组件22与冷却回路24连通。诸如乙二醇的冷却流体通过冷却回路24内的泵31循环。热量经由冷板组件22排出至通过冷却剂供应管线30和冷却剂返回管线32的冷却剂，该冷却剂供应管线30和冷却剂返回管线32被连接至换热器26。例如，可使用风扇或鼓风机28将热量从换热器26内的冷却剂移出到周围环境。
控制器34与运载工具10、运载工具系统12以及冷却系统18的各个部件通信以协调电池冷却。传感器和输出(未示出)可以被连接至控制器34。
在图1b中更详细地示出了示例性的冷却系统18。热电模块组件20包括支撑电池14的表面36的冷侧38。绝缘板50承载热电装置(在图2中以58示出)、并将冷侧38(在电池14处)与热侧40(在冷板组件22处)隔开。
冷板组件22包括第一冷板42和第二冷板44，第一冷板42和第二冷板44被彼此固定以围住流体通道(以43示意性地示出)的网络，流体通道使冷却剂跨越冷板组件22流通以接收从热侧40排出的热量。可以在热电模块组件20和冷板组件22之间设置密封件41。经加热的冷却剂被传送至换热器26，换热器26可以远离该堆叠定位。
参考图2至图3，更详细地示出了示例性的热电模块组件20。冷侧38由例如金属构造的散热器46提供。散热器46通过紧固件74固定至由塑料构造的绝缘板50，以提供可以固定至冷板组件22的单个单元。在没有与散热器46相反地布置的金属底部散热器的情况下，热量可以被更有效且直接地传递至冷板组件22。附接特征73在绝缘板50上被一体地设置为从绝缘板50的外周边向外延伸的耳部，该耳部用于通过紧固件75将热电模块组件20固定至冷板组件22。
如图3所示，绝缘板50包括孔口52，热电装置54被布置在孔口52内。在该示例中，热电装置54利用珀耳帖效应来提供邻近散热器46的冷侧以及可操作地邻近冷板组件22的热侧。
绝缘板50包括接收热电模块组件20的热电装置54的导线61的形成导线通道60。在该示例中，三个珀耳帖装置彼此串联地导线连接。
如图4所示的空隙62的阵列被设置在绝缘板50中以减小绝缘板50的热质量并且提供使散热器46与冷板组件22绝缘的空气间隙，以便确保热量被通过热电装置54传递。空隙62可以是任何合适的尺寸、形状或图案。空隙可以是相对于绝缘板50(如图所示)的厚度的深凹部，或者可以延伸贯穿绝缘板50。
期望在热电模块组件20的传热部件与冷板组件22之间保持期望的夹持载荷及接合。参考图3及图5a至图5b，导热垫64是设置在孔口52中用于将热量从热电装置54传递至冷板组件22的分立的金属结构。在该示例中，凸缘76绕着垫64设置并且例如通过包覆模制而嵌在绝缘板50中，以相对于散热器46和冷板组件22固定垫64的位置。也可以使用其它定位特征，并且不需要通过将垫64模制到绝缘板50内来锁住(becaptured)垫64。
热电装置54被支撑在垫64邻近散热器46的第一表面78上。可以在热电装置54和散热器46之间设置热界面材料(未示出)以在这些部件间保持足够的热接合。垫64的第二表面80靠近绝缘板50的表面82，或者可以延伸超出绝缘板50的表面82。通过这种方式，热电装置54在冷板组件22被热暴露。为了热效率，可以在第二表面80上设置热箔66以确保传热部件之间的充分接合。
在该示例中，紧固件74延伸穿过散热器46中的孔、并被接收在绝缘板50的设有螺纹的内径72内以固定散热器46和绝缘板50，散热器46将热电装置54夹紧到嵌入绝缘板50内的垫64。在另一个示例中，可以在散热器中设置螺纹并且可以穿过绝缘板放入螺钉。这在螺钉和电池单元之间建立了实心屏障，从而降低了接触的风险。紧固件74是金属的(metallic)，但是由于绝缘板50是塑料的，因而避免了从散热器46经由紧固件74到冷板组件22的热损失。随着紧固件74被扭转，紧固件74被拧紧到预定扭矩，并且垫64在绝缘板50内的固定限制散热器46相对于绝缘板50的位移。
在图6和图7中示出了另一个示例性的热电模块组件120。在该示例中，第二散热器48被支撑在绝缘板150上、位于与散热器46相反的侧面上。与金属的第一散热器46不同，第二散热器48是具有在3至15w/m·k范围内的面间热导率以及在100至1500w/m·k范围内的面内热导率的石墨材料层。根据需要，散热器中的任一个或两个可以由石墨构造。
薄的塑料基层88可以与该石墨层层压在一起，使得该石墨层可以更容易地被操作而不会损坏易碎石墨的结构完整性。如果使用塑料基层，则可以在石墨层中设置开口以通过垫64在冷板组件22和热电装置54之间提供热连接。因此，可以消除对热箔的使用。
除了空隙162外，还可以在绝缘板150和散热器46之间使用泡沫层88来进一步将冷板组件22与散热器46热隔离，以促进仅通过热电装置54的传热。
在运行时，控制器34检测到不期望的电池温度。热电装置50被供电以产生热电装置54的冷侧，该冷侧被传递到邻近电池14的第一散热器46以增大这些部件之间的温度差、并增大这些部件之间的传热。在图2至图5所示的示例性的热电模块组件20的情况中，来自电池的热量被从第一散热器46通过热电装置54直接传递至冷板组件22。然而，绝缘板50用于防止热量被从第一散热器46传输至第二散热器48。对于图6至图7中所示的热电模块组件120，石墨层可以用作第二散热器以使热量散布并增强热量到冷板组件22的传递。冷却剂从冷板组件22循环至换热器26，该换热器26将热量排放到周围环境，并且可以通过使用鼓风机28来增大该传热速率。
还应该明白的是，尽管在所示实施例中公开了一种特定部件布置结构，其它布置结构将由此获益。尽管示出、描述和要求保护特定的步骤序列，但应该明白的是，多个步骤可以单独的或组合的任何顺序实施，除非另有说明，并且仍将受益于本发明。
尽管不同的示例具有插图中所示的特定部件，但本发明的实施例并不限于那些特定组合。以与来自另一示例的特征或部件相结合的方式使用来自一个示例的部件或特征中的一些是可能的。
尽管已经公开了示例性的实施例，但是本领域的普通技术人员将认识到，某些修改将落入权利要求的范围内。为此，应当研究以下权利要求来确定其真正的范围和内容。