CN107710497A - 用于运载工具电池的具有可暂时压缩的压缩限制器的热电模块 - Google Patents

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Abstract

一种用于对部件进行热调节的热电模块组件，该热电模块组件组件包括第一构件和第二构件，该第一构件和第二构件被彼此间隔开并且被构造成分别提供冷侧和热侧。绝缘板被布置在第一构件和第二构件之间。热电装置被布置在绝缘板内并且可操作地与第一构件和第二构件接合。紧固元件在组装状态下使第一构件和第二构件关于绝缘板彼此固定。紧固元件包括构成压缩限制器的可暂时压缩材料。

Description

用于运载工具电池的具有可暂时压缩的压缩限制器的热电 模块
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年6月10日提交的美国暂时专利申请62/173,485号的优先权，该美国暂时专利申请通过引用并入本文。
技术领域
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，本公开涉及用于提高传热效率的压缩限制器构型。
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。
发明内容
在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第一构件和第二构件，该第一构件和第二构件被彼此间隔开并且被构造成分别提供冷侧和热侧。绝缘板被布置在第一构件和第二构件之间。热电装置被布置在绝缘板内并且可操作地与第一构件和第二构件接合。紧固元件在组装状态下使第一构件和第二构件关于绝缘板彼此固定。紧固元件包括构成压缩限制器的可暂时压缩材料。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，可暂时压缩材料包括在组装状态下的液体状态以及在组装状态下的固化状态。可暂时压缩材料在固化状态下被构造成使得第一构件和第二构件之间的运动比在可暂时压缩材料处于液体状态时被更大程度地抑制。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，可暂时压缩材料是环氧树脂。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，可暂时压缩材料是RTV。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，紧固元件包括螺纹紧固件，螺纹紧固件在组装状态下关于热电装置夹持第一构件和第二构件以提供夹持载荷。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，可暂时压缩材料在组装状态下关于热电装置夹持第一构件和第二构件以提供夹持载荷，而无需螺纹紧固件。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，第一构件和第二构件是金属的，并且绝缘板是塑料。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，第二构件包括支撑热电装置的凸起垫。
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，热电装置是珀耳帖装置。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，第二构件包括突起，突起与绝缘板配合以使绝缘板和第二构件相对彼此侧向地定位。可暂时压缩材料被设置在突起上。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，紧固元件包括固定至突起的设有螺纹的内径的螺纹紧固件。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，绝缘板具有围绕热电装置的至少四个分立的突起。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，第一构件和第二构件是第一散热器和第二散热器。第一散热器和第二散热器以及绝缘板被彼此固定以构成热电模块组件。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，第一构件提供散热器，并且第二构件提供冷板组件。冷板组件包括冷却通道，冷却通道被构造成接收循环通过冷却通道的冷却剂。
在另一个示例性实施例中，一种制造热电模块组件的方法，包括以下步骤：在第一构件和第二构件之间设置可暂时压缩材料；关于热电装置夹持第一构件和第二构件，以在热电装置上提供夹持载荷；使可暂时压缩材料固化，同时维持夹持载荷。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，可暂时压缩材料包括在夹持载荷作用下的液体状态和固化状态。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，夹持步骤包括拧紧螺纹紧固件以使第一构件和第二构件彼此固定。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，固化的可暂时压缩材料限制在电池载荷作用下热电装置的压缩。
在上述内容中的任一个的另一实施例中，可暂时压缩材料在夹持步骤之后维持夹持载荷。
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是热电模块组件的分解透视图。
图3A是安装至散热器的绝缘板的透视图。
图3B是图3A所示的绝缘板和散热器的透视图，其中热电装置被布置在该绝缘板内。
图4是热电模块组件的透视图。
图5是一种热电模块组件的横截面图。
图6是另一种热电模块组件的横截面图。
图7A是使用可暂时压缩的压缩限制器的组装过程的示意图。
图7B是在图7A所示的组装过程之后的热电模块组件的示意图。
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。由塑料构造的绝缘板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43的网络，流体通道43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，更详细地示出了示例性的热电模块组件20。冷侧38和热侧40分别由金属构造的第一散热器46和第二散热器48提供。一旦绝缘板50、第一散热器46和第二散热器48被组装成可以固定至冷板组件22的单个单元，绝缘板50被夹在第一散热器46和第二散热器48之间。
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，热电装置利用珀耳帖效应来提供邻近第一散热器46的冷侧和邻近第二散热器48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。
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第一散热器46和第二散热器48相对彼此绝缘的空气间隙。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。
第二散热器48包括朝着绝缘板50向上延伸以支撑热电装置54的凸起垫64。为了热效率，可以在热电装置54与第一散热器46及第二散热器48之间设置热箔66以确保部件之间的充分接合。
参考图2及图3A至图3B，绝缘板50包括间隔件68，间隔件68可用于相对于第一散热器46和第二散热器48定位绝缘板50。可以在例如第二散热器48上设置突起70，以在组装期间相对于第二散热器48定位绝缘板50。
期望在热电装置54上维持预定的夹持载荷，以确保堆叠中的热电装置54与相邻部件之间的充分接合和传热。然而，尤其是在电池14的重量作用下，必须限制热电装置54上的载荷以防止损坏热电装置54。为此，在第一散热器46和第二散热器48之间设置可暂时压缩材料94(图5及图6)。可暂时压缩材料94在液体状态下是相对可压缩的，但在固化状态下是大体上相对刚性的。通过这种方式，可以在组装期间通过液体/未固化的可暂时压缩材料94来适应部件之间的公差叠加(tolerance stack-up)，并且随后，可暂时压缩材料94一旦固化就会变得刚性，由此防止热电装置54在电池14的重量作用下超载(载荷过大)。
参考图4及图5，热电装置54被夹在热电模块组件20中的第一构件和第二构件之间，在本示例中，第一构件和第二构件由第一散热器46和第二散热器48提供。突起70没有延伸到第一散热器46的整个距离，以适应热电模块组件20的部件之间的公差叠加。在该示例中，绝缘板50具有第一厚度，并且突起70具有小于该第一厚度的第二厚度。诸如RTV硅树脂或环氧树脂的可暂时压缩材料94例如被施加到突起70的端部并且接合第一散热器46的下侧。选定期望的粘度以在固化期间在突起70上维持足够的材料。固化的可压缩材料填补第一厚度和第二厚度之间的差异。可以使用胶水、塑料、焊锡或其它材料。
在该示例中，诸如紧固件74的紧固元件延伸穿过第一散热器46中的孔并且被接收在突起70的设有螺纹的内径72内，以固定第一散热器46和第二散热器48以及绝缘板50的堆叠。在该示例中，可暂时压缩材料94围绕其相应的紧固件74。由此，可能需要在可暂时压缩材料94固化前将紧固件74固定至第二散热器48。在可暂时压缩材料94仍未固化时，紧固件74被拧紧到预定扭矩以产生期望的夹持载荷。随后使可暂时压缩材料94在电池14被安装至热电模块20前固化或凝固以变得刚性，使得第一散热器46和第二散热器48之间的运动比在可暂时压缩材料94处于液体状态时被更大程度地抑制。
由于可暂时压缩材料94可以适应部件公差的变化，因此可以取消热箔66或使用更薄的箔片。
如图6所示，可以取消第二散热器48，并且可以将第一散热器46固定至冷板组件22。可暂时压缩材料94被以与上面关于图4和图5描述的方式相同的方式使用。
在图7A和图7B所示的示例中，可以取消紧固件74，并且可暂时压缩材料194被用于固定第一散热器146和第二散热器148。在这种装置中，组装载荷(图6中的双向箭头)被维持在热电模块组件120上，使期望的夹持载荷被施加至热电装置54上，直到可暂时压缩材料194固化。随后可以移除组装载荷，并通过使第一散热器146和第二散热器148彼此粘附的固化的可暂时压缩材料194来维持夹持载荷。
在运行时，可暂时压缩材料94防止电池14使热电装置54在该电池的重量作用下超载。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。来自电池的热量被从第一散热器46通过热电装置54传递至第二散热器48。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。第二散热器48将热量排放到冷板组件22内的冷却剂。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。

Claims (20)

1.一种用于对部件进行热调节的热电模块组件，所述热电模块组件包括：
第一构件和第二构件，所述第一构件和所述第二构件被彼此间隔开并且被构造成分别提供冷侧和热侧；
被布置在所述第一构件和所述第二构件之间的绝缘板；
被布置在所述绝缘板内并且可操作地与所述第一构件和所述第二构件接合的热电装置；
紧固元件，所述紧固元件在组装状态下使所述第一构件和所述第二构件关于所述绝缘板彼此固定，其中，所述紧固元件包括构成压缩限制器的可暂时压缩材料。
2.根据权利要求1所述的热电模块组件，其特征在于，所述可暂时压缩材料包括在所述组装状态下的液体状态以及在所述组装状态下的固化状态，所述可暂时压缩材料在所述固化状态下被构造成使得所述第一构件和所述第二构件之间的运动比在所述可暂时压缩材料处于所述液体状态时被更大程度地抑制。
3.根据权利要求2所述的热电模块组件，其特征在于，所述可暂时压缩材料是环氧树脂。
4.根据权利要求2所述的热电模块组件，其特征在于，所述可暂时压缩材料是RTV。
5.根据权利要求1所述的热电模块组件，其特征在于，所述紧固元件包括螺纹紧固件，所述螺纹紧固件在所述组装状态下关于所述热电装置夹持所述第一构件和所述第二构件以提供夹持载荷。
6.根据权利要求1所述的热电模块组件，其特征在于，所述可暂时压缩材料在所述组装状态下关于所述热电装置夹持所述第一构件和所述第二构件以提供夹持载荷，而无需螺纹紧固件。
7.根据权利要求1所述的热电模块组件，其特征在于，所述第一构件和所述第二构件是金属的，并且所述绝缘板是塑料。
8.根据权利要求1所述的热电模块组件，其特征在于，所述第二构件包括支撑所述热电装置的凸起垫。
9.根据权利要求8所述的热电模块组件，其特征在于，所述热电模块组件包括被布置在所述凸起垫和所述热电装置之间并且与所述凸起垫和所述热电装置相接合的热箔。
10.根据权利要求8所述的热电模块组件，其特征在于，所述热电装置是珀耳帖装置。
11.根据权利要求1所述的热电模块组件，其特征在于，所述第二构件包括突起，所述突起与所述绝缘板配合以使所述绝缘板和所述第二构件相对彼此侧向地定位，所述可暂时压缩材料被设置在所述突起上。
12.根据权利要求11所述的热电模块组件，其特征在于，所述紧固元件包括固定至所述突起的设有螺纹的内径的螺纹紧固件。
13.根据权利要求11所述的热电模块组件，其特征在于，所述绝缘板具有围绕所述热电装置的至少四个分立的突起。
14.根据权利要求1所述的热电模块组件，其特征在于，所述第一构件和所述第二构件是第一散热器和第二散热器，所述第一散热器和所述第二散热器以及所述绝缘板被彼此固定以构成所述热电模块组件。
15.根据权利要求1所述的热电模块组件，其特征在于，所述第一构件提供散热器，并且所述第二构件提供冷板组件，所述冷板组件包括冷却通道，所述冷却通道被构造成接收循环通过所述冷却通道的冷却剂。
16.一种制造热电模块组件的方法，包括以下步骤：
在第一构件和第二构件之间设置可暂时压缩材料；
关于热电装置夹持所述第一构件和所述第二构件，以在所述热电装置上提供夹持载荷；和
使所述可暂时压缩材料固化，同时维持所述夹持载荷。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述可暂时压缩材料包括在所述夹持载荷作用下的液体状态和固化状态。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述夹持步骤包括拧紧螺纹紧固件以使所述第一构件和所述第二构件彼此固定。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，固化的所述可暂时压缩材料限制在电池载荷作用下所述热电装置的压缩。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述可暂时压缩材料在所述夹持步骤之后维持所述夹持载荷。
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