CN106531877B - 热电模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热电模块，其安装在加热源组件的非平坦表面上，以减少热阻来增强热电发电效率。热电模块包括至少一个电极组件，该电极组件具有彼此相对枢转连接的第一电极板和第二电极板。此外，至少一个半导体组件包括电连接到第一电极板的第一半导体元件和电连接到第二电极板的第二半导体元件。

Description

热电模块

技术领域

本公开涉及热电模块，并且更具体地涉及在加热源组件的非平坦表面(例如非均匀表面的弯曲表面)上安装的热电模块，以减少热阻来增强热电发电效率。

背景技术

一般地，热电模块用于具有使用其两个表面之间的温度差产生电动势的塞贝克效应(seebeck effect)的热电发电系统。当通过热电模块进行热电发电时，热电发电的输出量可以通过保持高温组件和低温组件之间的显著的温差来增加。例如，从热源传输到热电模块的传热系数显著影响热电发电的输出量。

此外，相关的热电模块具有平坦结构，并且当安装有热电模块的热源的表面不平坦时(例如，弯曲的或不均匀的)，散热剂(heat spreader)或热浆料(heat paste)被涂覆到不均匀的表面。特别地，散热剂或热浆料涂覆到热源以使表面平坦，并且热电模块随后附着到此。然而，热阻由于散热剂或热浆料而增加，从而降低热电模块的高温组件的温度。特别地，在热电模块中的温差减小，并且热电发电的输出量大幅减少。

为了克服这些缺点，可应用具有如下结构的热电模块，其中N型元件、P型元件、绝缘板以及热电模块形成为对应于热源组件的不均匀表面。然而，制造热电模块可以被证明是困难的，并且其制造成本可能增加。

发明内容

本公开的示例性实施例提供相邻元件相对地枢转以安装到热源组件的非平坦表面上的热电模块。此外，高温组件的热阻可被减少以增加高温组件和低温组件之间的温度差，因此增加热电发电的输出量。

根据本公开的示例性实施例，热电模块可包括至少一个电极组件，其具有彼此相对枢转连接的第一电极板和第二电极板。此外，至少一个半导体部可具有电连接到第一电极板的第一半导体元件和电连接到第二电极板的第二半导体元件。

在示例性实施例中，第一电极板和第二电极板可以通过枢轴组件彼此相对枢转连接。枢轴组件可包括从第一电极板突出的第一枢轴凸耳(lug)、从第二电极板突出的第二枢轴凸耳、以及贯穿第一枢轴凸耳和第二枢轴凸耳的枢轴销。枢轴销可沿着与直角坐标系的任何一个轴平行的轴向线延伸。此外，枢轴销可沿着与在水平面上的任何一个轴平行的轴向线延伸。枢轴销可沿着与垂直于水平面的轴平行的轴向线延伸。枢轴组件可包括球窝接头部(ball-socket joint portion)。

热电模块可还包括贯穿至少一个半导体部的冷却管。冷却管可贯穿至少一个半导体部的第一半导体元件和第二半导体元件。此外冷却介质可通过冷却管的内部。冷却管可以大致S形(例如，或类似几何形状)贯穿至少一个半导体组件的第一半导体元件和第二半导体元件。

根据另一个示例性实施例，热电模块可包括多个电极组件，每个都具有彼此相对枢转连接的第一电极板和第二电极板。多个半导体组件可包括电连接到第一电极板的第一半导体元件和电连接到第二电极板的第二半导体元件。冷却管可大致以S形贯穿多个半导体组件，其中冷却管可由绝缘材料形成。

冷却管可具有可插入到多个半导体组件的第一和第二半导体元件的插入部，以及露出于多个半导体组件的第一和第二半导体元件的外部的露出部。导电层可形成在露出部的局部区段的外表面上，并且可电连接多个半导体组件的相邻区段。

附图说明

从与附图结合的以下详细描述，本公开的上述和其它目的、特征和优点将被更清楚地理解。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的热电模块的示例性前截面图；

图2是示出根据本公开的示例性实施例在图1的箭头‘A’的方向上的示例性平面图；

图3是示出根据本公开的示例性实施例的热电模块的冷却管的内部的示例性截面图；

图4是示出根据本公开的示例性实施例的热电模块的示例性平面图；

图5是示出根据本公开的示例性实施例沿着图4的线B-B的示例性截面图；

图6是示出根据本公开的示例性实施例的热电模块的枢轴组件的示例性视图。

附图标记说明

20：电极组件

21：第一电极板

22：第二电极板

30：半导体组件

31：第一半导体元件

32：第二半导体元件

40：冷却管

50：枢轴组件

具体实施方式

虽然本公开将结合参考附图的示例性实施例进行描述，但是本描述并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。与此相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，而且也覆盖各种替换、修改、等同物及其它实施例，其可包括在由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内。贯穿附图，相同的附图标记将指代相同或相似的部分。因此，组件可以参考若干附图进行描述。

应该理解，如这里使用的术语“车辆”(vehicle)或“车辆的(vehicular)”或其它类似术语，通常包括机动车辆，如包括运动功能车(SUV)在内的乘用车、公交车、卡车、各种商用车、包括各种小船和轮船的船舶、飞机等，并包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力车辆、氢能源车辆和其它替换燃料车辆(例如源自非石油资源的燃料)。

这里所用的术语仅是为了描述具体实施例，并不是为了限制本发明。如这里所用，单数形式“一个”、“一”和“该”旨在也包括复数形式，除非说明书中另外明确指示。应进一步理解，当术语“包括”和/或“包含”用在本说明书中时，其指出存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或外加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。如这里所用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。例如，为了使本发明的描述清楚，不相关的部分未示出，并且层和区域的厚度被放大以便清楚。此外，当它被指出层在另一层或衬底“上”时，该层可直接在另一层或者衬底上，或者第三层可以被布置在其间。

除非特别说明或从上下文显而易见，如本文所用，术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围，例如在平均值的2个标准差之内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文中明确，否则这里所提供的数值由术语“约”修饰。

图1和图2是示出根据本公开的示例性实施例的热电模块的示例性视图。如图1所示，根据本公开的第一实施例的热电模块可包括多个电极组件20、可电连接到电极组件的多个半导体组件30、以及可贯穿多个半导体组件30的冷却管40。

电极组件20可包括可通过枢轴组件50彼此枢转连接的第一电极板21和第二电极板22。第一电极板21和第二电极板22可以由导电材料形成。第一绝缘板23可附接到第一电极板21的下表面，而第二绝缘板24可附接到第二电极板22的下表面。

枢轴组件50可以包括可从第一电极板21的一侧突出的第一枢轴凸耳51、从第二电极板22的一侧突出的第二枢轴凸耳52、以及可贯穿第一枢轴凸耳51和第二枢轴凸耳52的枢轴销53。第一枢轴凸耳51和第二枢轴凸耳52可具有允许枢轴销53贯穿其中的孔。第一枢轴凸耳51和第二枢轴凸耳52可以彼此相对插入以对齐其孔。枢轴销53可贯穿要安装的第一枢轴凸耳51和第二枢轴凸耳52的孔。枢轴销53可以沿着轴向线P1延伸，并且枢轴销53的轴向线P1可以被形成为平行于图1和图2的直角坐标系的水平面(X-Y平面)上的Y轴方向。换句话说，本示例性实施例的枢轴销53可以被配置为在水平面(X-Y平面)的任一轴方向(例如X轴或Y轴方向)上延伸。

因此，热源组件60的表面可以是其在相对于水平面(例如，X-Y平面)的Z轴方向上的高度可以是不均匀的非平坦表面。第一电极板21和第二电极板22可以如图1所示由枢轴销53彼此相对枢转(pivoted)，并且可以被安装在热源组件60的不均匀表面上。枢轴销53可以由导电材料形成，并且可以电连接第一电极板21和第二电极板22。

半导体组件30可具有可连接到第一电极板21的第一半导体元件31和连接到第二电极板22的第二半导体元件32。根据示例性实施例，第一半导体元件31可以是P型半导体元件，并且第二半导体元件32可以是N型半导体元件。相反地，第一半导体元件31可以是N型半导体元件，并且第二半导体元件32可以是P型半导体元件。

根据示例性实施例的热电模块可以包括配置成冷却半导体组件30的冷却组件，并且冷却组件可以包括贯穿半导体组件30的冷却管40。冷却管40可被安装成贯穿半导体元件30的第一半导体元件31和第二半导体元件32，并且可允许冷却介质通过其内部。

冷却管40可以大致“S”形贯穿半导体组件30中的每一个的第一半导体元件31和第二半导体元件32，从而以“S”形连接多个半导体组件30。因此，可对于多个半导体组件30形成冷却结构。特别地，由于冷却管40可以贯穿多个半导体组件30，所以冷却管40可包括可被插入到半导体组件30的第一半导体元件31和第二半导体元件32的内部的插入部41、和可以经受半导体组件30的外部的露出部42。

例如，冷却管40可贯穿第一半导体元件31和第二半导体元件32的上部，并且因此冷却管40可以形成与热源组件60分隔开的冷却组件。此外，由于冷却管40贯穿第一半导体元件31和第二半导体元件32的上部，所以低温组件可以实现。冷却管40可由绝缘材料形成以将其外表面及内表面两者绝缘。

导电层45可以形成在露出部42的局部区段的外表面上，并且可以电连接一对相邻半导体元件30和30a的具有相反极性的半导体元件。例如，如在图1和图2中示出，导电层45可以电连接一个半导体组件30的第一半导体元件31和可位于左侧的半导体组件30b的第二半导体元件32b，并且电连接一个半导体组件30的第二半导体元件32和可位于右侧的半导体组件30a的第一半导体元件31a。

根据示例性实施例，如在图1和图2中所示，第一半导体元件31可以被配置为N型半导体元件，并且第二半导体元件32可以被配置为P型半导体元件。电流可以在一个半导体组件30中通过第一电极板21、第二电极板22和枢轴组件50，从第一半导体元件(例如，N型)流到第二半导体元件(例如，P型)。电流可以在相邻的半导体组件30、30a和30b之间通过冷却管40的导电层45，从一个半导体组件30的第二半导体元件(例如，P型)流动至另一半导体组件30a的第一半导体元件(例如，N型)。另外，本示例性实施例的导电层45可以对应于现有技术的热电模块的上电极垫(electrode pad)，并且本公开的电极组件20可以对应于现有技术的热电模块的下电极垫。

如在图3中所示，冷却销43可以形成在冷却管40的内表面上，以便增强冷却效率。

图4和图5是示出根据示例性实施例的热电模块的示例性视图。如在图4中示出，枢轴组件50可以包括从第一电极组件21的一侧突出的第一枢轴凸耳54、从第二电极组件22的一侧突出的第二枢轴凸耳56、以及贯穿第一枢轴凸耳54和第二枢轴凸耳56的枢轴销55。

第一枢轴凸耳54和第二枢轴凸耳56可各具有允许枢轴销55贯穿的孔，并且第一枢轴凸耳54和第二枢轴凸耳56可以彼此插入以对准其孔。枢轴销55可以被安装为贯穿第一枢轴凸耳54和第二枢轴凸耳56的孔。枢轴销55可以沿着轴向线P2延伸。此外，枢轴销55的轴向线P2可形成为平行于在图4的直角坐标系上的Z轴方向。换句话说，第二示例性实施例的枢轴销55可沿着与垂直于水平面(例如，X-Y平面)的轴向方向(例如，Z轴方向)平行的轴向线P2延伸。

因此，第一电极板21和第二电极板22可以基于枢轴销55的轴向线P2，在图4的直角坐标系的水平面(例如，X-Y平面)上彼此相对枢转。因此，当一个或多个障碍物K1和K2存在于热源组件60的水平面(例如，X-Y平面)上时，第一电极板21和第二电极板22可以被安装成适当地避开障碍物K1和K2。其它组件与先前的示例性实施例的那些相同或相似，因此，其详细描述将被省略。

在上述示例性实施例中，枢轴组件50可具有枢轴销53和55，所述枢轴销53和55分别具有平行于直角坐标系上的任一轴(例如，Y轴或Z轴)的轴向线P1和P2。此外，根据本公开的示例性实施例的枢轴组件50可以具有从第一电极板21的一侧延伸的第一延伸部61、从第二电极板22的一侧延伸的第二延伸部62、以及可在第一延伸部61和第二延伸部62的彼此相邻的端部之间布置的球窝接头部59。球窝接头部59可具有与第一延伸部61一体形成的窝部(socket portion)57、以及与第二延伸部62一体形成的接头球(joint ball)58。第一电极板21和第二电极板22可以在任何方向上通过包括球窝接头部59的枢轴组件50自由地枢转。第一电极板21和第二电极板22可以有效地容纳热源组件60的各种非平坦表面。其它组件和操作与先前的示例性实施例的那些相同或相似，因此，其详细描述将被省略。

根据本公开的示例性实施例，相邻元件可相对枢转以安装在热源部分的非平坦表面上。因此，可减少高温组件的热阻，以增加高温组件和低温部分之间的温度差，增加热电发电的输出量。

在上文中，虽然本公开已经参考示例性实施例和附图进行了描述，但是本公开并不限于此，而是可以由本公开涉及的本领域技术人员进行各种修改和改变，而不脱离在所述权利要求书中要求的本公开的精神和范围。此外，要考虑的是，所有这些修改和变化都落在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种热电模块，包括：

至少一个电极组件，其具有彼此相对枢转连接的第一电极板和第二电极板；以及

至少一个半导体组件，其具有电连接到所述第一电极板的第一半导体元件和电连接到所述第二电极板的第二半导体元件，

其中所述第一电极板和所述第二电极板通过枢轴组件彼此相对枢转连接，

其中枢轴组件包括从所述第一电极板突出的第一枢轴凸耳、从所述第二电极板突出的第二枢轴凸耳、以及被安装成贯穿所述第一枢轴凸耳和所述第二枢轴凸耳的枢轴销，

所述枢轴销由导电材料形成，并且能够电连接所述第一电极板和所述第二电极板，

电流能够在所述一个半导体组件中通过所述第一电极板、所述第二电极板和所述枢轴组件，从所述第一半导体元件流到所述第二半导体元件。

2.根据权利要求1所述的热电模块，其中所述枢轴销沿着与直角坐标系的任何一个轴平行的轴向线延伸。

3.根据权利要求1所述的热电模块，其中所述枢轴销沿着与在水平面上的任何一个轴平行的轴向线延伸。

4.根据权利要求1所述的热电模块，其中所述枢轴销沿着与垂直于水平面的轴平行的轴向线延伸。

5.根据权利要求1所述的热电模块，还包括被安装成贯穿所述至少一个半导体组件的冷却管。

6.根据权利要求5所述的热电模块，其中所述冷却管被安装成贯穿所述至少一个半导体组件的所述第一半导体元件和所述第二半导体元件，并且冷却介质通过所述冷却管的内部。

7.根据权利要求6所述的热电模块，其中所述冷却管以S形贯穿所述至少一个半导体组件的所述第一半导体元件和所述第二半导体元件。

8.一种热电模块，包括：

多个电极组件，每个电极组件具有彼此相对枢转连接的第一电极板和第二电极板；

多个半导体组件，其具有电连接到所述第一电极板的第一半导体元件和电连接到所述第二电极板的第二半导体元件；以及

冷却管，其被安装成以S形贯穿所述多个半导体组件，

其中所述冷却管由绝缘材料形成，

其中所述冷却管具有插入到所述多个半导体组件的所述第一半导体元件和所述第二半导体元件的插入部、以及露出于所述多个半导体组件的所述第一半导体元件和所述第二半导体元件的外部的露出部，

其中导电层形成在所述露出部的局部区段的外表面上，并电连接所述多个半导体组件的相邻区段。