CN107690726A - 具有集成冷板组件的车辆电池热电装置及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

一种对部件进行热调节的冷却系统包括电池和支撑该电池的散热器。多重热电装置结合于散热器，例如，使用焊料或钎料，其提供更好地热量传输。冷板组件操作性热接合于各热电装置。

Description

具有集成冷板组件的车辆电池热电装置及其组装方法
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62/173,507的优先权，该申请通过引用并入本文。
背景技术
本公开涉及用于冷却车辆部件例如电池的模块。尤其是，本公开涉及用于提供所述模块的集成热电装置和冷板组件及其组装方法。
锂离子电池用于乘客和其他类型的车辆中，以为向车辆提供推进力的电动机提供动力。这样的电池可产生大量的热量，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车辆电池冷却装置，其包括接近电池且邻近冷却板组件设置的热电模块。该热电模块包括基于帕耳帖效应工作的热电装置，以提供临近于电池的冷却。传输通过热电装置的热量被排放至冷板组件，此冷板组件可能具有在其中循环并被送至热交换器的冷却流体。
希望设计冷却装置，以便将热量高效地传输通过冷却装置内的一些部件，同时使冷却装置内的其他部件绝热。
发明内容
在一个示例实施方式中，一种对构件进行热调节的冷却系统包括电池和支撑该电池的散热器。多重热电装置结合于该散热器。冷板组件与各热电装置操作性热接合。
在上述更进一步的实施方式中，冷板组件紧固于各热电装置。
在上述任何更进一步的实施方式中，热薄膜将冷板组件紧固于各热电装置。
在上述任何更进一步的实施方式中，多重热电装置通过具有第一熔点的第一焊料紧固于冷侧和热侧基板的p-n材料。各热电装置通过具有低于第一熔点的第二熔点的第二焊料紧固于散热器。
在上述任何更进一步的实施方式中，冷侧板通过环氧树脂紧固于冷侧基板。
在上述任何更进一步的实施方式中，热侧板通过环氧树脂紧固于热侧基板。
在上述任何更进一步的实施方式中，p-n材料通过第一焊料紧固于冷垫和热垫上。冷垫和热垫通过第一焊料分别紧固于冷侧基板和热侧基板。
在上述任何更进一步的实施方式中，第一熔点在200℃-260℃的范围，第二熔点在110℃-160℃的范围。
在上述任何更进一步的实施方式中，多重热电装置包括通过环氧树脂紧固于散热器上的p-n材料。
在上述任何更进一步的实施方式中，p-n材料通过第一焊料紧固于冷垫和热垫。
在上述任何更进一步的实施方式中，p-n材料通过具有低于第一熔点的第二熔点的第二焊料紧固于冷板组件。
在上述任何更进一步的实施方式中，第一熔点在200℃-260℃的范围。第二熔点在110℃-160℃的范围。
在上述任何更进一步的实施方式中，包括热交换器的冷却回路与冷板组件有流体连通。
在上述任何更进一步的实施方式中，布置DC/DC转换器与冷板组件操作性热接合。
在另一个示例性实施方式中，热电装置和冷板组件的集成模块的组装方法包括将各热电装置结合于散热器上以及将各热电装置结合于冷板组件上的各步骤。
在上述任何更进一步的实施方式中，方法包括，在进行第一结合步骤前，用具有第一熔点的第一焊料将p-n材料结合于冷侧基板和热侧基板的步骤。
在上述任何更进一步的实施方式中，方法包括分别结合冷侧基板和热侧基板于冷侧板和热侧板的步骤。第一结合步骤包括用具有低于第一熔点的第二熔点的第二焊料结合冷侧板于散热器上。
在上述任何更进一步的实施方式中，第二结合步骤包括用热薄膜将各热电装置结合于冷板组件上。
在上述任何更进一步的实施方式中，方法包括用环氧树脂将热侧基板结合于热薄膜上的步骤。
在上述任何更进一步的实施方式中，方法包括用环氧树脂将冷侧基板结合于散热器上的步骤。
附图说明
通过参考以下详细说明并结合附图考虑，可以进一步理解本公开，在附图中：
图1是车辆系统温度由冷却系统调节的车辆的高度示意性视图。
图2是热电装置和冷板组件的集成模块的实施例。
图3展示了组装在图2中示出的热电装置和冷板组件的集成模块的一个步骤。
图4展示了组装在图2中示出的热电装置和冷板组件的集成模块的在图3所示步骤之后的另一个步骤。
图5展示了组装另一个热电装置和冷板组件的集成模块的实施例的一个步骤。
图6是根据在图5中示出的步骤组装的热电装置和冷板组件的集成模块。
前述各段落、各项权利要求或以下描述和附图中的各种实施方式、各种实施例和各种改型，包括任何它们各种方面或各相应的个体特征，可以独立地或在以任何组合方式采用。与一个实施方式有关的描述的各特征适用于所有的实施方式中，除非这样的特征不兼容。
具体实施方式
在图1A中示意性展示一种车辆10。车辆10包括需要加热或冷却的车辆系统12。在一个实施例中，车辆系统12包括用于驱动车辆的电池14，例如锂离子电池，其产生大量热量。在操作中这样的电池必须被冷却，否则电池效率和/或完整性可能会下降。
冷却系统18以堆叠的方式设置在电池14和DC/DC转换器16之间，以从电池14去除热量，由此冷却车辆系统12。DC/DC转换器16在电池14和各车辆电体之间提供电学界面。冷却系统18包括连通冷却回路24的集成热电装备和冷板组件模块20。冷却流体，例如乙二醇，通过泵31在冷却回路24中循环。热量经由冷板组件40(图2)排放至冷却剂中，并经过与热交换器26结合的供应冷却剂线路30和回收冷却剂线路32。例如，可以使用风扇或吹风机28去除热交换器26里冷却剂中的热量至周围环境。
控制器34连通于车辆10、车辆系统12和冷却系统18的各种部件，以协调电池冷却。各种感应器和输出元件(未示出)可以结合于控制器34。
模块20提供了支撑电池14表面38的冷侧。在冷板组件40上设置与DC/DC转换器16上的表面42操作性热接合的热侧。
在图2中更详细示出示例性模块20。散热器36提供了冷侧，并由铝或其他具有较高热传导率的材料构成。多重热电装置46，例如帕尔帖器件，与散热器36结合并热接合。冷板组件40有表面与在散热器36相反的一侧上的各热电装置46结合并热接合，以提供热侧。在本公开中，术语“结合”代表通过粘合剂、焊料、钎料或其它这样的材料永久性附着，相反于临时性附着，比如，通过螺纹紧固件。
参看图2，示例性模块20包括具有由p-n材料50、52组成的芯块48的各热电装置46。各芯块48分别包括通过具有第一熔点的焊料56紧固于p-n材料50、52的各铜垫54。各芯块48通过也可能具有第一熔点的焊料62紧固于冷热侧基板58、60上。冷热侧基板58、60通过具有高热传导性的环氧树脂64分别紧固在冷热侧板66、68上。冷侧板66通过具低于第一熔点的第二熔点的焊料70紧固于散热器36上。在一个实施例中，第一熔点在200℃-260℃的范围，第二熔点在110℃C-160℃的范围。通过消除介于热电装置46和散热器36之间界面上的热薄膜并替换使用焊料，在界面上可以达到大约8倍的热传导增幅。
在热侧板68和冷板组件40之间设置热薄膜72，以补偿在各部件堆叠上的公差。在一个实施例中，热薄膜72通常由铝材料构成并在两侧上有粘合剂，其将冷板40紧固在热侧板68上，以提供集成模块。
图3和图4展示了形成在图2中示出的模块20的一个示例性方法。在一个实施例中，可以设置冷侧组件74为子组件。冷侧组件74支撑于第一构件78，例如下台板上。冷侧组件74包括用环氧树脂64将冷侧基板58紧固其上的冷侧板66。具有第一熔点的焊料62可以印刷于冷侧基板58上。然后将各芯块48设置在焊料62上。
设置热侧组件76为子组件并包括用环氧树脂64紧固于热侧基板60上的热侧板68。具有第一熔点的焊料62可以印刷于热侧基板上。
在冷侧组件74、各芯块48和热侧组件76设置于第一构件78上的情况下，第二构件80、例如上台板，下降至热电装置的组件的各部件上，如图3所示。热电装置的各元件在压力和热量作用下，焊料62熔化以使整个组件紧固在一起。一旦热电装置46形成，热电装置46被安置在支撑于散热器上并具有第二熔点的焊料70上，如图4所示。这些组件被保持于压力和热量作用下，该热量低于焊料62的熔点，以便在熔化焊料70时防止焊料62回流。选择压力以在热电装置46上实现希望的夹紧负载，这会在操作中提供良好的热效率。
热薄膜72可以施加于冷板组件40和热电装置46上以提供模块20。
在图6中展示了另一个模块120。模块120包括将散热器36紧固在各芯块48上的环氧树脂64。另一层环氧树脂64紧固各芯块48于热侧基板60上，用热薄膜72将该热侧基板紧固在冷板40上。以类似上述图3和图4的方式，各部件被保持在压力和热量作用下。模块120布置于电池14和DC/DC转换器16之间，如图6所示。
散热器36和冷板组件40以结合堆叠的方式彼此紧固，以设置集成模块，其提供对各热电装置46的夹紧负载。通过消除至少一层热薄膜，热量可以更高效地更直接地传输至例如电池14的各构件上。模块20、模块120也简化了堆叠的组装并降低成本。
在操作中，控制器34检测到不希望有的电池温度。对各热电装置46供电以产生热电装置46的冷侧，其传输至临近于电池14的散热器36上，增加了这些组件之间的温度差也增加了其间的传热。来自电池14的热量也从散热器36上通过热电装置46直接传至冷板组件40上。热量从DC/DC转换器16排放至冷板组件40上。冷却剂在冷板组件40至热交换器26上循环，其将热量排放至周围环境，此传热率可以通过使用吹风机28提高。
应该理解的是：尽管在此解说性的实施方式中公开了具体的组件设置方式，其他各设置方式也可从此得益。尽管显示、描述并请求保护各具体步骤顺序，也应该理解的是，除非另作说明，各步骤可以以任何顺序执行，分解或者组合，仍会从本发明中得益。
尽管在图示中展示出不同示例有各具体组件，本发明的各实施方式不限于那些具体组合。使用其中一个示例中的一些组件或特征组合于其中另一个示例中的一些组件和特征是可能的。
尽管公开了一种示例性实施方式，在本领域中的常规技术人员会认识到，各某些变型会落在权利要求书的范围之内。因此，应该研究以下各项权利要求，以确定其真正的范围和内容。

Claims (20)

1.一种用于对部件进行热调节的冷却系统，所述冷却系统包括：
电池；
支撑所述电池的散热器；
结合于所述散热器的多重热电装置；以及
与各热电装置操作性热接合的冷板组件。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其中，冷板组件紧固于各热电装置。
3.如权利要求2所述的冷却系统，包括将冷板组件结合到热电装置的热薄膜。
4.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述多重热电装置包括通过具有第一熔点的第一焊料紧固于冷侧和热侧基板的p-n材料，并且通过具有低于第一熔点的第二熔点的第二焊料将热电装置紧固于散热器。
5.如权利要求4所述的冷却系统，包括通过环氧树脂紧固于冷侧基板的冷侧板。
6.如权利要求4所述的冷却系统，包括通过环氧树脂紧固于热侧基板的热侧板。
7.如权利要求4所述的冷却系统，其中，p-n材料通过第一焊料紧固于冷垫和热垫上，冷垫和热垫通过第一焊料分别紧固于冷侧基板和热侧基板。
8.如权利要求4所述的冷却系统，其中，第一熔点在200℃-260℃的范围，第二熔点在110℃-160℃的范围。
9.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述多重热电装置包括通过环氧树脂紧固于散热器上的p-n材料。
10.如权利要求9所述的冷却系统，其中，p-n材料通过第一焊料紧固于冷垫和热垫上。
11.如权利要求10所述的冷却系统，其中，p-n材料通过具有低于第一熔点的第二熔点的第二焊料紧固在冷板组件上。
12.如权利要求11所述的冷却系统，其中，第一熔点在200℃-260℃的范围，第二熔点在110℃-160℃的范围。
13.如权利要求1所述的冷却系统，包含冷却回路，其包括与冷板组件流体连通的热交换器。
14.如权利要求13所述的冷却系统，包括设置成与冷板组件操作性热接合的DC/DC转换器。
15.一种热电装置和冷板组件集成模块的组装方法，所述方法包括下述步骤：
将各热电装置结合于散热器；以及
将各热电装置结合于冷板组件。
16.如权利要求15中所述的方法，包括在进行第一结合步骤前，用具有第一熔点的第一焊料将p-n材料结合于冷侧和热侧基板的步骤。
17.如权利要求16中所述的方法，包括将冷侧基板和热侧基板分别结合于冷侧板和热侧板的步骤，其中第一结合步骤包括用具有低于第一熔点的第二熔点的第二焊料将冷侧板结合于散热器上。
18.如权利要求16中所述的方法，其中第二结合步骤包括用热薄膜将各热电装置结合于冷板组件上。
19.如权利要求18中所述的方法，包括用环氧树脂将热侧基板结合于热薄膜上的步骤。
20.如权利要求16中所述的方法，包括用环氧树脂将冷侧基板结合于散热器上的步骤。
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