本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的热电温度控制单元。本发明还涉及配备有至少一个这种温度控制单元的温度控制装置。
背景技术：
这种温度控制单元通常包括第一接触板、第二接触板和至少一个板状热电变换器，该板状热电变换器具有第一变换器侧和第二变换器侧，第二变换器侧背向第一变换器侧，其中，相应的热电变换器布置在第一接触板和第二接触板之间，使得它通过其第一变换器侧以热传递方式耦合到第一接触板，并且以热传递方式通过其第二变换器侧耦合到第二接触板。
在此上下文中的热电变换器通常包括具有正和负掺杂的多个热电半导体元件，该半导体元件经由导体裸片彼此连接。这些半导体元件有利地以气密密封方式被导体裸片封闭在板形壳体中，其中，壳体的彼此背向的大的平面侧形成相应热电变换器的两个变换器侧。相应的热电变换器能够将电流转换成基于珀耳帖效应的加热电流。相应地，这样的热电变换器也能够被称为珀耳帖元件。相反，这种热电变换器也能够将加热电流转换成基于塞贝克效应的电流。此外，通过使用这样的热电变换器，因此能够通过相应的通电将热量传导走，也就是说在一个传感器侧上选择性地冷却，并且在另一个变换器侧进行加热，也就是加热。这种方便地配备有多个这种热电变换器的热电温度控制单元因此能够用于温度控制装置中，例如用于冷却热源或加热散热器。同样，通过使用这样的温度控制装置，能够想到利用散热器和热源之间的温差来产生电能。
在诸如应用于例如电动车辆的高功率电池的情况下，产生了大量的热量，为了改善电池的功能性、功率和使用寿命，必须将该大量热量导出。另外，在低环境温度下，也肯定需要将这样的高功率电池的温度升高到工作温度，也就是说加热它，以便它能够产生其功率。因此，这种温度控制装置能够优选用于这种类型的高功率电池中，以适当地加热和冷却它们。由于这种温度控制装置可根据需要进行冷却和加热，因此术语“温度控制”在本文中包括术语“冷却”和“加热”。
这种温度控制装置的问题在于，一方面接触板，另一方面热电变换器经受不同的温度，因此经受不同的热调节膨胀效应。尤其，在相应的热电变换器和接触板之间的相对移动能够发生在这里。这种相对移动会对传感器和接触板之间的传热耦合产生不利影响。
通用类型的温度控制单元例如由de102013212511a1已知。为了减少热膨胀效应的影响，在已知的温度控制装置中设置了使用伸缩接头来分割相应的接触板，并且使用弹簧结构将各个分段彼此耦合。这种设计的实施相对昂贵。
技术实现要素：
本发明涉及指定用于这种热电温度控制单元或者与其配备的温度控制装置的改进实施例的问题，该改进实施例尤其特征在于以下事实：热电变换器和接触板之间的热调节相对移动对变换器和接触板之间的传热耦合的影响降低。
根据本发明该问题依靠独立权利要求的主题来实现。有利实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于以下一般概念：使用导热材料以浮动方式将相应的热电变换器安装在至少一个接触板上。结果，能够实现相对移动而不会产生过大的应力，并且相应变换器与相应接触板之间的传热耦合不会受到不利影响。尤其，即使在连续的接触板的情况下也能够实现这种浮动安装，结果是实施费用相对较低。
尤其，本发明提出，在相应的热电变换器的区域中，在至少一个这种接触板在面向相应另一个接触板的内侧上配备有耦合区域，该耦合区域沿着其周向被形成在内侧的凹槽围绕。导热材料在该凹槽中沿着耦合区域布置，该导热材料一方面与相应接触板的内侧直接接触，另一方面与相应变换器侧直接接触。导热材料能够弹性变形和/或塑性变形。此处参考温度控制单元通常经受的常规操作温度来理解变形性。导热材料能够是糊状物质。无论如何，导热材料能够遵循相应的变换器和相应的接触板之间的热调节相对移动，并且在该过程中持续保持与接触板和变换器的接触，结果是期望的热传导耦合始终位于变换器和接触板之间。
根据一个有利的实施例，相应的凹槽能够围绕相应的热电变换器的周边边缘布置。因此，相应的变换器最终完全被布置在凹槽中的导热材料围绕。因此，变换器能够在板的平面内沿任何期望的方向相对于耦合板移动，而不会离开导热材料的区域。
在另一个有利的实施例中，相应的凹槽在轮廓中能够具有彼此面对的两个凹槽边缘，具体是凹槽内边缘和凹槽外边缘，凹槽内边缘相对于相应的热电变换器定位得更向内，凹槽外边缘相对于后者定位得更向外。相应的凹槽现在定位成使得相应的热电变换器的周向边缘布置在凹槽内边缘和凹槽外边缘之间。此处该相对位置指的是垂直于相应接触板的平面或垂直于接触板的平面取向的升高的视点。
由于变换器的周向边缘在凹槽内边缘和凹槽外边缘之间的这种布置的结果，相对于凹槽的纵向方向横向于两侧的相对移动，也就是向内和向外定向的运动，能够在板的平面上得到补偿。
在另一个实施例中，耦合区域能够相对于相应内侧的周围区域是沉头式(countersunk)的，周围区域位于凹槽的背向耦合区域的一侧。相应的凹槽自身相对于该周围区域和相对于耦合区域是沉头式的。沉头式的耦合区域允许在内侧和变换器侧之间容纳更多的导热材料。因此，一方面能够改善热量的传输。另一方面，这也允许相对于相对移动的补偿能力得到改善。
在另一个实施例中，能够在耦合区域中形成多个相对于耦合区域的其余部分升高的升高部分。由于耦合区域内的这些升高部分，能够改善接触板在变换器或变换器壳体上的机械支撑。然而，这种支撑不一定需要在升高部分和相应变换器侧之间的直接接触。尤其，支撑能够通过导热材料间接提供。
在一个有利的改进方案中能够规定，耦合区域仅在升高部分之外相对于周围区域是沉头式的。换句话说，升高部分不必相对于周围区域本身是沉头式的。因此，升高部分与周围区域齐平在共同平面的发展是优选的。这样的实施例能够特别容易地制造。
也能够规定，升高部分在相应的内侧整体形成。这种设计也能够特别容易地实现。可替代地，基本上能够提供呈分离的间隔元件形式的升高部分，该间隔元件以适当的方式布置在耦合区域的内侧上。
在另一有利的发展中，热电变换器也能够在升高部分的区域中经由导热材料与相应的内侧接触。因此，在升高部分和相应的变换器侧之间也存在传热耦合，这总体上改善了变换器和受影响的接触板之间的热传递。
在另一个实施例中，相应的热电变换器能够至少在所述热电变换器的变换器侧之一上仅通过导热材料与相应的接触板的内侧接触。换句话说，在该实施例中，排除了变换器侧和接触板的内侧之间的直接接触。这种方式能够改善变换器和接触板之间的热量传递。
在另一个实施例中，两个接触板能够在至少一个这样的热电变换器的区域中各自具有由一个这样的凹槽包围的一个这样的耦合区域。这里优选的是，相应的热电变换器在不同的情况下通过所述热电变换器的两个变换器侧上的这种导热材料与相应的接触板的相应的内侧接触。变换器因此也能够在两个变换器侧上相对于两个接触板执行相对移动，所述相对移动由导热材料补偿。
根据一个有利的改进方案，能够规定，仅一个接触板的耦合区域设置有上面指定的升高部分。另一个耦合区域然后以平面方式适宜地构造，也就是说没有这种升高部分。
在另一有利的发展中，另一个接触板的耦合区域能够与相关联的内侧的周边区域齐平地位于共同的平面中，所述周边区域位于相关联的凹槽的背向耦合区域的一侧上。该方式也通过相应变换器上的热耦合材料在相应耦合区域内带来了相应接触板的强化支撑。
在另一个有利的实施例中，相应的凹槽能够通过在相应的内侧上的冲压结构形成。这种冲压凹槽能够特别容易地在这种接触板上实现。尤其，这种冲压方法适用于接触板或温度控制单元的串联制造。只要指定的升高部分设置在相应的耦合区域中和/或相应的耦合区域相对于相关联的内侧的周围区域沉头布置，各个耦合区域也能够通过冲压结构制造在内侧上。
升高部分基本上能够具有任何期望的几何形状或横截面，其中几何形状在此指的是垂直于相应接触板的平面的投影，而横截面位于平行于接触面的平面延伸的交叉平面中。对于升高部分，可考虑矩形，尤其是正方形或圆形，特别是环形截面。基本上，也能够想到任何其他期望的非圆形或多边形横截面。升高部分能够用不同的尺寸实现，以便在相应的耦合区域内实现这种升高部分的不同密度。升高部分的密度和几何形状能够取决于例如必须传递到接触板之间的相应变换器的支撑载荷。
根据本发明的温度控制装置具有冷却区域和加热区域，该冷却区域能够经由温度控制装置的冷却路径间接地或者直接地以传热方式耦合到散热器，该加热区域能够经由温度控制装置的加热路径间接地或直接地以传热方式耦合至热源。此外，相应的温度控制装置具有至少一个上述类型的热电温度控制单元。相应的温度控制单元在此集成到冷却区域和加热区域之间的传热耦合中，使得一个接触板以传热方式耦合到冷却区域，而另一个接触板以传热方式耦合到加热区域。因此，在温度控制装置的操作期间，取决于相应热电变换器的选定通电的极性，能够加热散热器或冷却热源，或者相应地反之亦然。例如，这样的温度控制装置能够用在高功率电池中。这种高功率电池通常具有多个板状电池元件或电池单元，这些板状电池元件或电池单元在堆叠方向上一个堆叠在另一个之上。在相邻的电池单元之间能够将集成到冷却路径中的冷却板分别集成到电池堆中，其中在每种情况下，这种温度控制装置也能够在堆叠方向上被集成在每个板和相邻的电池单元之间的电池堆中。这导致在电池堆内的顺序，在该顺序中，电池单元之后是温度控制装置、冷却板，另外的温度控制装置和下一个电池单元。在电池的操作期间，电池单元产生热量，该热量例如经由冷却板传导至车辆的冷却回路。依靠温度控制装置的相应通电，能够显著地协助从电池单元向冷却板的传热。另一方面，如果电池单元的温度对于令人满意的操作而言太低，则也能够依靠温度控制装置的相应通电将热量选择性地供给到电池单元。
这种温度控制装置尤其也能够配置为热交换器，其中冷却路径和加热路径在介质方面是分开的并且以传热方式耦合。
附图说明
参考附图，能够在从属权利要求、附图以及相关附图说明中找到本发明的其他重要特征和优点。
当然，上面指定的特征以及下面将要解释的特征不仅能够使用在分别公开的组合中，而且能够使用在其他组合中或单独使用，而不脱离本发明的范围。
本发明的优选示例性实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地解释，其中，相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的部件。
在附图中，在每种情况下以示意形式，
图1示出了具有集成温度控制装置的高功率电池的高度简化的基本侧视图，该集成温度控制装置包括多个温度控制单元，
图2示出了具有用于另一应用的单个温度控制单元的温度控制装置的高度简化的侧视图，
图3示出了这种温度控制单元的分解图，
图4示出了温度控制单元的进一步的分解图，但是为从另一个角度来看，
图5示出了图3的细节v的放大图，
图6示出了在热电变换器的区域中的温度控制装置的放大截面图，
图7示出了变换器的接触板的等距视图，
图8示出了图7的细节viii的放大等距视图，
图9示出了图8的细节ix的放大等距视图，
图10至图14显示了各种实施例中的耦合区域的平面图。
具体实施方式
根据图1，高功率电池1包括电池堆2，在电池堆2中板状冷却元件4、板状温度控制单元5和板状电池元件6在堆叠方向3上交替，使得在每种情况下，冷却元件4布置在两个相邻电池元件6之间，以及温度控制单元5布置在每个冷却元件4与每个电池元件6之间。板状冷却元件4也能够被称为冷却板4并且有利地连接到冷却回路7，所述冷却回路例如被集成到配备有电池1的车辆的冷却回路中。电池元件6能够表示电池的单独单元，因此也能够被称为电池单元6。电池单元6以适当的方式彼此电连接，例如经由这里指出的电池缆线8。温度控制单元5能够通过用于加热或冷却电池单元6的电源9来启动。温度控制单元5在此各自形成温度控制装置10的部件，该温度控制装置10还具有冷却区域11和加热区域12。在此处示出的示例中，冷却区域11分别直接连接到散热器，该散热器分别通过这种冷却板4形成。加热区域12直接连接到在此分别由这种电池单元6形成的热源。
图2示出了这种温度控制装置10的另一个应用，这里纯粹作为示例仅具有一个这样的温度控制单元5。在这种情况下，温度控制装置10或温度控制单元5再次用于冷却电池单元6。为此，温度控制单元5一方面以传热方式耦合至电池单元6，另一方面以传热方式耦合至散热器13，以便能够将来自电池单元6的热量例如辐射到周围环境14。
根据图3和图4，可应用于这种温度控制装置10的热电温度控制单元5包括第一接触板15和第二接触板16。此外，温度控制单元5配备有至少一个板状热电变换器17，其布置在两个接触板15、16之间。在图3和图4中，精确地提供了四个热电转换器17，它们以适当方式彼此连接。相应的电连接线在图3和图4中用18表示。这里能够看到热电变换器17的串联电路。
相应的热电变换器17具有壳体19，壳体19被设计成板状并且具有两个彼此背向且形成变换器17的变换器侧的两个大的平面外侧，具体是面向第一接触板15的第一变换器侧20以及面向第二接触板16的第二变换器侧21。在组装状态下，相应的第一变换器侧17以传热方式耦合到第一接触板15，而相应的第二变换器侧21以传热方式耦合到第二接触板16。
相应的壳体19以气密密封方式封闭壳体内部，多个热电元件以常规方式布置在壳体内部，所述热电元件经由导体桥相互连接。热电元件是将电流转换成加热电流或将加热电流转换为电流的n掺杂和p掺杂半导体元件。
根据图3，第二接触板16在每种情况下具有用于每个换能器17的耦合区域22。根据图4，第一接触板15也具有用于每个换能器17的这种耦合区域22。在示出的示例中，在每种情况下，四个单独的耦合区域22设置在这两个接触板15，16上。这种耦合区域22的细节在图5中以放大比例表示。在图6中示出了通过温度控制单元5在这样的变换器17的区域中的横截面，其中，相应的截面线vi的轮廓在图5中示出。
在此，尤其是根据图6，耦合区域22分别形成在第一接触板15的内侧23上或第二接触板16的内侧24上。第一接触板15的内侧23面向第二接触板16。第二接触板16的内侧24面向第一接触板15。
根据图3至图6以及图7至图9，相应耦合区域22沿其周向被形成在相应内侧23或24中的凹槽25围绕。导热材料26沿着耦合区域22布置在该凹槽25中。导热材料26能够由高粘度物质形成，该高粘度物质因此能够流动并且能够相应地遵循变换器17与相应接触板15、16之间的相对移动。该导热材料26一方面直接接触相应的接触板15、16的相应的内侧23或24，另一方面直接接触相应的变换器侧20、21。因此，改善了变换器17和相应的接触板15、16之间的传热。为此目的，导热材料26具有相对高的导热系数。然而，导热材料26的主要作用是相应的变换器侧20、21与相应的内侧23、24之间的距离由导热材料26填充，结果是热量通过热量传导在这些区域中传输。由于公差，当没有导热材料26时，相应的变换器侧20、21通常不能以其全部表面抵靠相应的内侧23、24。在实际存在的微观结构中，由于表面上的粗糙区域，即使具有平面接触面，也总是只有局部点状接触点，结果除了这些点状接触点之外，各个变换器与相应内侧23、24之间存在变化的距离，其中热量的传递仅通过辐射热量来进行，该热量的数量级例如小于通过传导热量进行的传热。由于从热辐射转换到热传导，即使导热材料26本身因此具有比变换器侧20、21和/或内侧23、24的材料更小的热传导系数，也将发生显著的传热改善。
显而易见的是，尤其，如图3、图4、图7、图8和图10至图14所示，相应的凹槽25有利地以这样的方式构造，使得其布置成沿着相应变换器17的周向边缘27延伸。在具有矩形截面的变换器17中，如此处所示，周向凹槽25获得对应的矩形几何形状。
从图6中能够看出，在图6中的位于垂直于平面接触板15、16的平面延伸的平面中的横截面中，两个彼此面对的凹槽边缘设置在相应的凹槽25的轮廓中，这些凹槽边缘具体是凹槽内边缘28和凹槽外边缘29，凹槽内边缘28相对于相应的变换器17定位得更向内，凹槽外边缘29相对于变换器17定位地更向外。凹槽25相对于周边边缘定位成使得在平行于平面接触板15、16所处平面的延伸方向30上，周向边缘27布置在凹槽内边缘28和凹槽外边缘29之间。
从图6中能够明显看出，在第二接触板16的情况下规定的是，耦合区域22相对于相关联的内侧24的周围区域31是沉头式的。周围区域31位于凹槽25的背向耦合区域22的一侧并且完全围绕凹槽25。在第二接触板16的情况下，相关联的凹槽25相对于该周围区域31以及相对于耦合区域22形成沉头。
根据图3、图5至图9、图11至图14所示，在第二接触板16的情况下，在相应的耦合区域22中形成多个升高部分32。这些升高部分32相对于耦合区域22的其余区域升高。换句话说，升高部分32相对于耦合区域22的其余区域在相应的变换器17的方向上突出。尤其，能够提供的是，耦合区域22相对于周围区域31仅在这些升高部分32之外沉头。换句话说，根据一个具体实施例，能够提供升高部分32，其与周围区域31齐平在图6所示的公共平面33中。升高部分32优选一体地形成在相应的内侧24上。同样地，在图6中显而易见的是，变换器17也仅经由导热材料26在升高部分32的区域中接触相应内侧24。因此，这里实施一个实施例，在该实施例中变换器17仅专门经由导热材料26至少在其一个变换器侧20、21上，这里在两个变换器侧20、21上接触相应接触板15、16的内侧23或24。
在这里所示的例子中，在变换器17的区域中，两个接触板15、16分别具有这样的耦合区域22，该耦合区域22在每种情况下被这样的凹槽25包围。类似地，变换器17在所述变换器17的两个变换器侧20、21上在每种情况下经由这种导热材料26接触相应的接触板15、16的相应内侧23、24。此外，这里提供的是，仅仅第二接触板16的耦合区域22设置有这种升高部分32。与此相反，第一接触板15的耦合区域22以完全平面的方式配置，其中术语“完全”应理解为在惯例制造公差的范围内。尤其在此规定，第一接触板15的耦合区域22与相关联的内侧23的周围区域34齐平地位于公共平面35中。该周围区域34也位于相关联的凹槽25背向耦合区域22的一侧，结果是，周围区域34完全围绕相关联的凹槽25。
相应的凹槽25优选地通过冲压工艺形成在相应的内侧23、24上。假设耦合区域22相对于周围区域31沉头布置，这也能够通过冲压工艺来实现。升高部分32的配置也能够通过冲压来执行，例如通过将耦合区域22冲压在升高部分32的外侧。
图10示出了没有升高部分32的耦合区域22。例如，这种耦合区域22位于第一接触板15上。与此相反，图11至图14示出了耦合区域22的各种示例，每个耦合区域22配备有升高部分32。这些耦合区域22优选地位于第二接触板16上。如图11和图12所示，在垂直于相应平面取向的观察方向上，接触板15、16在该相应平面上延伸，能够看到升高部分32具有矩形，特别是正方形的横截面。类似地，如图13和图14所示，圆形、特别是环形横截面也是可能的。此外，升高部分32能够在相应的耦合区域22内以不同的密度实现。图11和图13示出具有较高密度的升高部分的例子，图12和图14示出具有较小密度的升高部分的示例。