DE102009053214A1 - Thermoelectric generator for arrangement in exhaust gas system of motor vehicle, has thermoelectric elements arranged between heating side and cooling side, and thermal sensor for temperature measurement - Google Patents

Thermoelectric generator for arrangement in exhaust gas system of motor vehicle, has thermoelectric elements arranged between heating side and cooling side, and thermal sensor for temperature measurement Download PDF

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

The generator (1) has a heating side (3) turned toward an exhaust gas system (2), and a cooling side (4) turned away from the exhaust gas system. Thermoelectric elements (5) are arranged between the heating side and the cooling side. A thermal sensor (6) is provided for temperature measurement, and a module carrier layer (7) is arranged at the heating side and at the cooling side. The thermal sensor is arranged at the heating side and at the cooling side. The thermal sensor is attached to the module carrier layer by sputtering technique. An independent claim is also included for a method for adjusting an operating point with a thermoelectric generator.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator zur Anordnung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der thermoelektrische Generator eine dem Abgasstrang zugewandte Heißseite und eine dem Abgasstrang abgewandte Kaltseite aufweist und wobei zwischen der Heißseite und der Kaltseite thermoelektrische Elemente angeordnet sind.The present invention relates to a thermoelectric generator for arrangement in an exhaust system of a motor vehicle, wherein the thermoelectric generator has a hot side facing the exhaust system and a cold side facing away from the exhaust system and wherein between the hot side and the cold side thermoelectric elements are arranged.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Einstellung eines Arbeitspunktes bei einem thermoelektrischen Generator, wobei der thermoelektrische Generator in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist.The present invention further relates to a method for setting an operating point in a thermoelectric generator, wherein the thermoelectric generator is arranged in an exhaust system of a motor vehicle.

Aus dem Stand der Technik sind Abgaswärme-Rückgewinnungssysteme bekannt. Hierbei werden thermoelektrische Generatoreneinheiten in einem Abgasweg eines Verbrennungsmotors angeordnet, um Energie aus der von Abgasen mitgeführten Abgaswärme zurückzugewinnen.Exhaust heat recovery systems are known in the art. In this case, thermoelectric generator units are arranged in an exhaust path of an internal combustion engine in order to recover energy from the exhaust heat entrained by exhaust gases.

Durch den Abgasstrom und die Verbindung des Abgasrohres zur Umgebung entsteht eine Temperaturdifferenz. Thermoelektrische Elemente wandeln mit Hilfe des Seebeck-Effekts eine solche Temperaturdifferenz direkt in elektrische Energie um. Damit an dem thermoelektrischen Element eine Temperaturdifferenz auftreten kann, verfügt dieses über eine Heiß- und über eine Kaltseite.Due to the exhaust gas flow and the connection of the exhaust pipe to the environment creates a temperature difference. Thermoelectric elements convert such a temperature difference directly into electrical energy with the help of the Seebeck effect. So that a temperature difference can occur at the thermoelectric element, this has a hot and a cold side.

Um eine Temperaturdifferenz im Betrieb des thermoelektrischen Elements halten zu können, ist eine entsprechende Dicke der einzelnen Elemente notwendig. Im Aufbau wird meistens eine Dünnschichttechnologie oder eine Folientechnik eingesetzt, die jedoch in einem Abgasstrang, in dem hohe Temperaturdifferenzen herrschen, nicht optimal arbeiten kann.In order to maintain a temperature difference in the operation of the thermoelectric element, a corresponding thickness of the individual elements is necessary. In the construction, usually a thin-film technology or a foil technique is used, which however can not work optimally in an exhaust gas line in which high temperature differences prevail.

Die anliegende Temperaturdifferenz ist proportional zum generierten elektrischen Potential des thermoelektrischen Generators. Wird an dem Generator eine elektrische Last angebunden, so wird ein elektrischer Strom geleitet, der sich anhand der Impedanz des Generators und der Last sowie der Temperaturdifferenz einstellt. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass für einen optimalen Leistungstransfer die Impedanzen der einzelnen Komponenten untereinander abgestimmt sein müssen.The applied temperature difference is proportional to the generated electrical potential of the thermoelectric generator. If an electrical load is connected to the generator, then an electric current is passed, which is adjusted on the basis of the impedance of the generator and the load as well as the temperature difference. It is known from the prior art that for optimum power transfer, the impedances of the individual components must be coordinated with each other.

Im Bereich eines Kraftfahrzeugabgasstranges tritt hingegen ein großes Spektrum an Temperaturen und somit auch an Temperaturdifferenzen auf. Eine Abstimmung des thermoelektrischen Generatorenmoduls bezogen auf eine hohe Effizienz der Leistungsabgabe über das gesamte Spektrum ist dadurch nur schwer möglich.On the other hand, in the area of a motor vehicle exhaust line, a large spectrum of temperatures and thus also of temperature differences occurs. A tuning of the thermoelectric generator module based on a high efficiency of the power output over the entire spectrum is therefore difficult.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Regelung eines thermoelektrischen Generators in einem Abgasstrang und eine Vorrichtung zur Temperaturmessung in oder an dem thermoelektrischen Generator zur Verfügung zu stellen.Object of the present invention is therefore to provide a method for controlling a thermoelectric generator in an exhaust line and a device for measuring temperature in or on the thermoelectric generator available.

Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, indem mindestens ein Thermosensor zur Temperaturmessung vorgesehen ist.The present object is achieved with the features of claim 1 by at least one thermal sensor is provided for temperature measurement.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst, indem ein Gesamtwiderstand des thermoelektrischen Generators mit einem Außenwiderstand geregelt wird.The object is further achieved by a method according to the features of claim 9, by controlling a total resistance of the thermoelectric generator with an external resistance.

Vorteilhafte Ausbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8 sowie 10 und 11.Advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims 2 to 8 as well as 10 and 11.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Aufnahme eines Temperaturwertes durch einen Thermosensor dazu genutzt werden, um stets einen optimalen Arbeitspunkt am thermoelektrischen Generator einzustellen. Aufgrund der Temperaturmessung kann der jeweils aktuell anliegende Betriebszustand ermittelt werden. Das hierzu passende optimale Betriebsverhalten des thermoelektrischen Generators kann dann mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzielung eines größtmöglichen Wirkungsgrades geregelt werden. Hierdurch ergibt sich eine Wirkungsgradsteigerung des thermoelektrischen Generators in einer Größenordnung von ca. 10% bis 20% gegenüber einem thermoelektrischen Generator, dessen Wirkungsgrad optimal auf einen festen Betriebspunkt abgestimmt ist, der nicht vom aktuell anliegenden Temperaturdifferenzwert abhängig ist.In the solution according to the invention, the recording of a temperature value by a thermal sensor is used to always set an optimal operating point at the thermoelectric generator. Due to the temperature measurement, the current operating state can be determined. The matching optimum operating behavior of the thermoelectric generator can then be controlled with a method according to the invention for achieving the greatest possible efficiency. This results in an increase in efficiency of the thermoelectric generator in the order of about 10% to 20% compared to a thermoelectric generator whose efficiency is optimally tuned to a fixed operating point, which is not dependent on the currently applied temperature difference value.

Vorzugsweise sind an dem thermoelektrischen Generator an der Heißseite und an der Kaltseite eine Modulträgerschicht angeordnet. Die Modulträgerschicht kann dabei als Keramik-Einschicht- oder Mehrschichtsystem ausgebildet sein, wobei im Mehrschichtsystem ein metallischer Grundträger verwendet wird. Durch die Modulträgerschicht, in Form von beispielsweise keramischen Platten, wird dem thermoelektrischen Generatorenmodul eine entsprechende mechanische Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegeben. Die Modulträgerschicht kann weiterhin auch als hochtemperaturresistentes Kunststoffträgermodul ausgebildet sein oder aber als Trägerschicht aus den Werkstoffen Glas, Glaskeramik oder Glasverbundwerkstoff.Preferably, a module carrier layer is arranged on the thermoelectric generator on the hot side and on the cold side. The module carrier layer may be formed as a ceramic single-layer or multi-layer system, wherein in the multi-layer system, a metallic base support is used. Due to the module carrier layer, in the form of, for example, ceramic plates, the thermoelectric generator module is given a corresponding mechanical stability and resistance. The module carrier layer can furthermore also be designed as a high-temperature-resistant plastic carrier module or as a carrier layer made of the materials glass, glass ceramic or glass composite material.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der thermoelektrische Generator einen Thermosensor sowohl an seiner Heißseite als auch an seiner Kaltseite auf. Hierdurch ist eine direkte und absolute Temperaturbestimmung an der Heißseite und auch an der Kaltseite möglich. Durch einen Vergleich der beiden Temperaturen ist die am thermoelektrischen Generator anliegende Temperaturdifferenz genau messbar.In a particularly preferred embodiment, the thermoelectric generator has a thermal sensor both on its hot side and on its cold side. This is a direct and absolute temperature determination on the hot side and also on the cold side possible. By comparing the two temperatures, the temperature difference applied to the thermoelectric generator can be accurately measured.

Dabei ist es von Vorteil, wenn der Thermosensor direkt auf die Modulträgerschicht aufgebracht ist. Die Aufbringung des Thermosensors auf die Modulträgerschicht kann durch Aufsputtern, Aufrakeln, Aufdampfverfahren, Folieren oder durch elektrochemische Wege aufgebracht werden. Von dem Aufbautyp des thermoelektrischen Generatorenmoduls und auch von der Dicke der jeweiligen Modulträgerschicht und der Funktionsweise der thermoelektrischen Elemente abhängig kann der Thermosensor an der Innenseite einer Modulträgerschicht, sprich zu den thermoelektrischen Elementen hingewandt, oder aber an der Außenseite einer Modulträgerschicht aufgebracht sein.It is advantageous if the thermal sensor is applied directly to the module carrier layer. The application of the thermal sensor to the module carrier layer can be applied by sputtering, knife coating, vapor deposition, foiling or by electrochemical means. Dependent on the construction type of the thermoelectric generator module and also on the thickness of the respective module carrier layer and the mode of operation of the thermoelectric elements, the thermal sensor can be applied to the inside of a module carrier layer, ie to the thermoelectric elements, or to the outside of a module carrier layer.

Zum Anschluss der Thermosensoren sind vorzugsweise Leitungen zur Kontaktierung des Thermosensors auf die Modulträgerschicht aufgebracht. Diese Leitungen können ebenfalls durch Sputtern, Aufrakeln, Aufdampfverfahren, Folieren oder durch elektrochemische Wege aufgebracht werden. Die Leitungen verlaufen parallel zur Oberfläche der Modulträgerschicht und ermöglichen somit auf platzsparende Bauweise einen Anschluss des Thermosensors an eine Messauswerteeinrichtung.To connect the thermal sensors preferably lines for contacting the thermal sensor are applied to the module carrier layer. These lines can also be applied by sputtering, knife coating, vapor deposition, foliation or by electrochemical means. The lines run parallel to the surface of the module carrier layer and thus enable a space-saving design of a connection of the thermal sensor to a Messauswerteeinrichtung.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn der thermoelektrische Generator an einer Außenkante der Modulträgerschicht Kontaktstellen aufweist. Die Kontaktstellen sind dabei mit den Leitungen verbunden und ermöglichen somit durch Anschluss einer Messauswerteeinrichtung bzw. eines Kabels einen elektrischen Kontakt zu dem Thermosensor herzustellen. Der Anschluss kann dabei vorzugsweise durch Löten geschehen.In this case, it is advantageous if the thermoelectric generator has contact points on an outer edge of the module carrier layer. The contact points are connected to the lines and thus make it possible to establish an electrical contact with the thermal sensor by connecting a measurement evaluation device or a cable. The connection can preferably be done by soldering.

In einer weiteren bevorzugten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Schutzschicht über die aufgebrachten Thermosensoren und Leitungen auf der Modulträgerschicht ausgebildet. Diese verhindert einen elektrischen Kurzschluss und eine Messwertverfälschung. Die Schutzschicht verhindert einen Kontakt der Thermosensoren oder auch der Leitungen mit beispielsweise den thermoelektrischen Elementen bzw. Körpern auf der Außenseite der thermoelektrischen Generatorenmodule. Die Schutzschicht ist dabei vorzugsweise als Oxidschicht aufgebracht. Sie kann aber beispielsweise auch aus einer Schutzschicht in Form eines Klebeschutzfilms bestehen. Weiterhin ist auch eine Schutzschicht durch Aufbringen eines Lackes möglich.In a further preferred embodiment of the present invention, a protective layer is formed over the applied thermal sensors and lines on the module carrier layer. This prevents an electrical short circuit and a Messwertverfälschung. The protective layer prevents contact of the thermal sensors or of the lines with, for example, the thermoelectric elements or bodies on the outside of the thermoelectric generator modules. The protective layer is preferably applied as an oxide layer. However, it can also consist, for example, of a protective layer in the form of an adhesive protective film. Furthermore, a protective layer by applying a paint is possible.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Thermosensoren nicht direkt auf den thermoelektrischen Generator aufgebracht, sondern in unmittelbarer Umgebung des thermoelektrischen Generators angeordnet. Ein Beispiel für eine Positionierung eines Thermosensors ist in einem abgasführenden Bauteil, das mehrere thermoelektrische Generatorenmodule beherbergt. Hier kann der Thermosensor inmitten des Abgasstromes angeordnet sein und mit einem Umrechnungsfaktor die jeweilige auftretende Temperatur an der Heißseite der thermoelektrischen Generatoren ermittelt werden. Ein weiterer Thermosensor kann an der Außenseite der abgasführenden Bauteile angeordnet sein. Hierdurch lassen sich Rückschlüsse auf die Temperatur der Kaltseite des thermoelektrischen Generators schließen. Dabei kann auch auf vorhandene Messtechnik im Kraftfahrzeug zurückgegriffen werden, beispielsweise der Abgastemperaturmessung und der Umgebungstemperaturmessung.In a further preferred embodiment, the thermal sensors are not applied directly to the thermoelectric generator, but arranged in the immediate vicinity of the thermoelectric generator. An example of positioning a thermal sensor is in an exhaust gas delivery component that houses multiple thermoelectric generator modules. Here, the thermal sensor can be arranged in the middle of the exhaust gas flow and the respective occurring temperature on the hot side of the thermoelectric generators can be determined with a conversion factor. Another thermal sensor may be arranged on the outside of the exhaust gas-carrying components. This makes it possible to draw conclusions about the temperature of the cold side of the thermoelectric generator. In this case, it is also possible to make use of existing measurement technology in the motor vehicle, for example the exhaust gas temperature measurement and the ambient temperature measurement.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Thermosensor durch ein thermoelektrisches Element zwischen der Heißseite und der Kaltseite gebildet. Hierbei wird ein thermoelektrisches Element des thermoelektrischen Generators als Thermosensor genutzt. Aufgrund der sich einstellenden Temperaturdifferenz erzeugt das thermoelektrische Element eine Spannung, deren Höhe abhängig von der anliegenden Temperaturdifferenz ist. Über den Mittelwert, der sich aus der Differenz zwischen den Temperaturen auf der Ober- und Unterseite des thermoelektrischen Generators ergibt, kann wiederum auf die absoluten Temperaturen an der Heiß- und Kaltseite geschlossen werden.In a further preferred embodiment, the thermal sensor is formed by a thermoelectric element between the hot side and the cold side. Here, a thermoelectric element of the thermoelectric generator is used as a thermal sensor. Due to the self-adjusting temperature difference, the thermoelectric element generates a voltage whose height depends on the applied temperature difference. On the average, which results from the difference between the temperatures on the top and bottom of the thermoelectric generator, in turn, the absolute temperatures on the hot and cold side can be concluded.

Zur Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 zur Verfügung gestellt, in dem ein Gesamtwiderstand des thermoelektrischen Generators durch einen Außenwiderstand geregelt wird.To solve the procedural part of the object, a method according to claim 9 is further provided according to the invention, in which a total resistance of the thermoelectric generator is controlled by an external resistance.

Bei der Beschaltung des thermoelektrischen Generators kommt es nun darauf an, dass immer der optimale Arbeitspunkt erreicht wird. Der Arbeitspunkt ist abhängig vom Gesamtwiderstand des thermoelektrischen Generators, der sich wiederum aus Innen- und Außenwiderstand zusammensetzt. Der Innenwiderstand ist dabei abhängig vom Temperaturdifferenzwert. Durch Steuerung des Gesamtwiderstandes des thermoelektrischen Generators über den Außenwiderstand kann somit im Betrieb ein jeweils optimaler Arbeitspunkt eingeregelt werden. Ein geregelter thermoelektrischer Generator hat bei verschiedenen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors ein optimiertes Betriebsverhalten, wodurch der Wirkungsgrad des thermoelektrischen Generators erhöht wird.In the wiring of the thermoelectric generator, it is now important that always the optimum operating point is reached. The operating point is dependent on the total resistance of the thermoelectric generator, which in turn is composed of internal and external resistance. The internal resistance is dependent on the temperature difference value. By controlling the total resistance of the thermoelectric generator via the external resistance, an optimum operating point can thus be adjusted during operation. A controlled thermoelectric generator has an optimized performance at various operating points of the internal combustion engine, whereby the efficiency of the thermoelectric generator is increased.

Vorzugsweise wird die Änderung eines Innenwiderstandes des thermoelektrischen Generators über eine Temperaturdifferenz bestimmt, wobei die Temperaturdifferenz an dem thermoelektrischen Generator gemessen wird. Hierbei wird auf Thermosensoren, wie sie in den Patentansprüchen 1 bis 8 beschrieben wurden, zurückgegriffen. Mit den Thermosensoren kann die Temperaturdifferenz, die am thermoelektrischen Generator anliegt, genau bestimmt werden. Die Bestimmung kann hierbei relativ aufgrund einer Mittelwertbildung bzw. absolut aufgrund von zwei Temperatursensoren bestimmt werden. Die Innenwiderstandskennlinie ist dabei abhängig von dem Temperaturdifferenzwert.Preferably, the change of an internal resistance of the thermoelectric generator is determined by a temperature difference, wherein the Temperature difference is measured at the thermoelectric generator. In this case, recourse is made to thermal sensors as described in claims 1 to 8. With the thermal sensors, the temperature difference, which is applied to the thermoelectric generator can be accurately determined. In this case, the determination can be determined relatively on the basis of an averaging or absolutely on the basis of two temperature sensors. The internal resistance characteristic is dependent on the temperature difference value.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Außenwiderstand in Abhängigkeit des Innenwiderstandes geregelt. Der Gesamtwiderstand des thermoelektrischen Generators setzt sich dabei aus dem Innenwiderstand und dem Außenwiderstand zusammen. Je nach anliegender Temperaturdifferenz kann somit die elektrische Leistungsabgabe des thermoelektrischen Generators optimiert werden.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the external resistance is regulated as a function of the internal resistance. The total resistance of the thermoelectric generator is composed of the internal resistance and the external resistance. Depending on the applied temperature difference can thus be optimized, the electric power output of the thermoelectric generator.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bevorzugte Ausführungsformen anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen dem einfacheren Verständnis der Erfindung. Es zeigen:Further advantages, features, characteristics and aspects of the present invention will become apparent from the following description, preferred embodiments with reference to the schematic drawings. These serve for easier understanding of the invention. Show it:

1 einen thermoelektrischen Generator in einer Anordnung in einem Abgasstrang mit einem Thermosensor; 1 a thermoelectric generator in an arrangement in an exhaust system with a thermal sensor;

2 eine Modulträgerschicht mit einem Thermosensor und Leitungen; 2 a module carrier layer with a thermal sensor and leads;

3 eine andere Ausführungsvariante einer Modulträgerschicht mit einem Thermosensor und Leitungen; 3 another embodiment of a module carrier layer with a thermal sensor and cables;

4 ein Ersatzschaltbild eines Aufbaus eines thermoelektrischen Generators mit Widerständen und 4 an equivalent circuit diagram of a structure of a thermoelectric generator with resistors and

5 eine Widerstandskennlinie und eine Leistungskennlinie eines thermoelektrischen Generators. 5 a resistance characteristic and a power characteristic of a thermoelectric generator.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar parts, with corresponding or comparable advantages being achieved, even if a repeated description is omitted for reasons of simplification.

1 zeigt einen thermoelektrischen Generator 1 in einer Schnittansicht, welcher in einem Abgasstrang 2 eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Durch den Abgasstrang 2 strömt ein Abgasstrom A. Der thermoelektrische Generator 1 weist an einer dem Abgasstrom A zugewandten Seite eine Heißseite 3 und an einer dem Abgasstrom A abgewandten Seite eine Kaltseite 4 auf. Zwischen der Heißseite 3 und der Kaltseite 4 sind an dem thermoelektrischen Generator 1 thermoelektrische Elemente 5 angeordnet. Weiterhin befindet sich ein Thermosensor 6 in der hier gezeigten Ausführungsvariante auf der Heißseite 3 des thermoelektrischen Generators 1. Eine weitere hier nicht dargestellte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht einen Thermosensor 6 an der Heißseite 3 und einen Thermosensor 6 an der Kaltseite 4 des thermoelektrischen Generators 1 vor. An der Heißseite 3 und auch an der Kaltseite 4 des thermoelektrischen Generators 1 ist vorzugsweise eine Modulträgerschicht 7 angeordnet. Die Modulträgerschicht 7 erhöht die mechanische Stabilität und somit auch die Lebensdauer des thermoelektrischen Generators 1. 1 shows a thermoelectric generator 1 in a sectional view, which in an exhaust line 2 a motor vehicle is arranged. Through the exhaust system 2 flows an exhaust stream A. The thermoelectric generator 1 has a hot side at a side facing the exhaust stream A side 3 and on a side facing away from the exhaust stream A side a cold side 4 on. Between the hot side 3 and the cold side 4 are at the thermoelectric generator 1 thermoelectric elements 5 arranged. Furthermore there is a thermosensor 6 in the embodiment shown here on the hot side 3 of the thermoelectric generator 1 , Another embodiment of the present invention, not shown here, provides a thermal sensor 6 on the hot side 3 and a thermal sensor 6 on the cold side 4 of the thermoelectric generator 1 in front. On the hot side 3 and also on the cold side 4 of the thermoelectric generator 1 is preferably a module carrier layer 7 arranged. The module carrier layer 7 increases the mechanical stability and thus the life of the thermoelectric generator 1 ,

2 zeigt eine Modulträgerschicht 7 eines thermoelektrischen Generators 1. Auf die Modulträgerschicht 7 ist ein Thermosensor 6 aufgebracht. Dieser Thermosensor 6 kann durch Aufsputtern, aber auch durch Aufrakeln auf die Modulträgerschicht 7 aufgebracht sein. Der Thermosensor 6 wird mit Leitungen 8, die mit gleichem Verfahren ebenfalls auf die Modulträgerschicht 7 aufgebracht wurden, verbunden. Die Leitungen 8 stellen eine Verbindung des Thermosensors 6, welcher sich beispielsweise in der Mitte der Modulträgerschicht 7 befinden kann, mit einer Außenkante 9 der Modulträgerschicht 7 her. Auf der Außenkante 9 sind Kontaktstellen 10 ausgebildet, die wiederum mit den Leitungen 8 verbunden sind. An diese Kontaktstellen 10 können weiterführende Leitungen bzw. Module angeschlossen werden. Der Anschluss kann hierbei stoffschlüssig oder aber auch reibschlüssig erfolgen. Eine stoffschlüssige Anbindung wäre beispielsweise durch Löten vornehmbar. 2 shows a module carrier layer 7 a thermoelectric generator 1 , On the module carrier layer 7 is a thermosensor 6 applied. This thermosensor 6 can be by sputtering, but also by doctoring on the module carrier layer 7 be upset. The thermosensor 6 is with wires 8th , with the same procedure also on the module carrier layer 7 were applied, connected. The wires 8th connect the thermosensor 6 , which, for example, in the middle of the module carrier layer 7 can be located with an outer edge 9 the module carrier layer 7 ago. On the outer edge 9 are contact points 10 trained, in turn, with the lines 8th are connected. At these contact points 10 Further lines or modules can be connected. The connection can take place cohesively or else frictionally. A cohesive connection would be vornehmbar example by soldering.

3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung eines Thermosensors 6 auf einer Modulträgerschicht 7. Der Thermosensor 6 ist dabei ebenfalls in der Mitte der Modulträgerschicht 7 aufgebracht, wird jedoch von Leitungen 8, die von gegensätzlichen Seiten her verlaufen, angeschlossen. Folglich sind zwei Außenkanten 9 mit Kontaktstellen 10 versehen. Um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden, ist eine Schutzschicht 11 auf die Modulträgerschicht 7 aufgebracht. Diese Schutzschicht 11 isoliert die Leitungen 8 und auch Thermosensoren 6 elektrisch gegenüber der Umgebung. Die Schutzschicht 11 kann weiterhin auch gegen mechanische und chemische Einwirkungen schützen. 3 shows a further inventive arrangement of a thermal sensor 6 on a module carrier layer 7 , The thermosensor 6 is also in the middle of the module carrier layer 7 Applied, however, is by lines 8th connected by opposing sides. Consequently, there are two outer edges 9 with contact points 10 Mistake. To avoid an electrical short circuit is a protective layer 11 on the module carrier layer 7 applied. This protective layer 11 isolated the wires 8th and also thermosensors 6 electrically opposite the environment. The protective layer 11 can also protect against mechanical and chemical effects.

4 zeigt ein Ersatzschaltbild eines thermoelektrischen Generators 1 in einer Anordnung mit einem Außenwiderstand 13, einem Innenwiderstand 14 und einem angeschlossenen Verbraucher 15. Der Außenwiderstand 13 ist hierbei mit einem erfindungsgemäßen Verfahren regelbar ausgestaltet. In Abhängigkeit des Innenwiderstandes 14 wird eine Regelung des Außenwiderstandes 13 vorgenommen, so dass sich für das thermoelektrische Generatorenmodul 1 ein optimaler Gesamtwiderstand 12 passend zu der jeweils vorhandenen Temperaturdifferenz ergibt. 4 shows an equivalent circuit diagram of a thermoelectric generator 1 in an arrangement with an external resistance 13 , an internal resistance 14 and a connected consumer 15 , The external resistance 13 is here designed adjustable with a method according to the invention. Depending on the internal resistance 14 becomes a regulation of external resistance 13 made, so that for the thermoelectric generator module 1 an optimal total resistance 12 matches the existing temperature difference.

Eine Regelung erfolgt beispielsweise unter Berücksichtigung zuvor ermittelter Kennlinien, wie sie in 5 dargestellt sind. Hierbei ist auf der linken Seite eine Widerstandskennlinie bei vorliegenden Temperaturdifferenzen dargestellt, welche mit einer auf der rechten Seite gezeigten Leistungskennlinie korreliert. Bei einer vorliegenden Temperaturdifferenz kann grundsätzlich ein optimaler Widerstand ermittelt werden und folglich stellt sich durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regelung eines Gesamtwiderstandes eine optimale Leistungsabgabe des thermischen Generators 1 ein.A regulation takes place, for example, taking into account previously determined characteristic curves as described in US Pat 5 are shown. Here, a resistance characteristic at present temperature differences is shown on the left side, which correlates with a performance characteristic shown on the right side. In the case of an existing temperature difference, it is possible in principle to determine an optimum resistance, and consequently, by means of a method according to the invention for controlling a total resistance, an optimum output of the thermal generator is established 1 one.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
thermoelektrischer Generatorthermoelectric generator
22
Abgasstrangexhaust gas line
33
Heißseitehot side
44
Kaltseitecold side
55
thermoelektrisches Elementthermoelectric element
66
Thermosensorthermal sensor
77
ModulträgerschichtModule carrier layer
88th
Leitungmanagement
99
Außenkanteouter edge
1010
Kontaktstellecontact point
1111
Schutzschichtprotective layer
1212
Gesamtwiderstandtotal resistance
1313
Außenwiderstandexternal resistance
1414
Innenwiderstandinternal resistance
1515
Verbraucherconsumer
AA
Abgasstromexhaust gas flow
UU
Spannungsquellevoltage source

Claims (11)

Thermoelektrischer Generator (1) zur Anordnung in einem Abgasstrang (2) eines Kraftfahrzeuges, wobei der thermoelektrische Generator (1) eine dem Abgasstrang (2) zugewandte Heißseite (3) und eine dem Abgasstrang (2) abgewandte Kaltseite (4) aufweist und wobei zwischen der Heißseite (3) und der Kaltseite (4) thermoelektrische Elemente (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Thermosensor (6) zur Temperaturmessung vorgesehen ist.Thermoelectric generator ( 1 ) for arrangement in an exhaust gas line ( 2 ) of a motor vehicle, wherein the thermoelectric generator ( 1 ) a the exhaust line ( 2 ) facing hot side ( 3 ) and an exhaust line ( 2 ) facing away cold side ( 4 ) and wherein between the hot side ( 3 ) and the cold side ( 4 ) thermoelectric elements ( 5 ) are arranged, characterized in that at least one thermal sensor ( 6 ) is provided for temperature measurement. Thermoelektrischer Generator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Heißseite (3) und an der Kaltseite (4) eine Modulträgerschicht (7) angeordnet ist.Thermoelectric generator ( 1 ) according to claim 1, characterized in that on the hot side ( 3 ) and on the cold side ( 4 ) a module carrier layer ( 7 ) is arranged. Thermoelektrischer Generator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermosensor (6) an einer Heißseite (3) und ein Thermosensor (6) an einer Kaltseite (4) angeordnet sind.Thermoelectric generator ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a thermal sensor ( 6 ) on a hot side ( 3 ) and a thermal sensor ( 6 ) on a cold side ( 4 ) are arranged. Thermoelektrischer Generator (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermosensor (6) auf die Modulträgerschicht (7) aufgebracht ist, vorzugsweise durch Sputtern.Thermoelectric generator ( 1 ) according to one of claims 2 or 3, characterized in that the thermal sensor ( 6 ) on the module carrier layer ( 7 ), preferably by sputtering. Thermoelektrischer Generator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen (8) zur Kontaktierung des Thermosensors (6) auf die Modulträgerschicht (7) aufgebracht sind, vorzugsweise durch Sputtern.Thermoelectric generator ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that lines ( 8th ) for contacting the thermal sensor ( 6 ) on the module carrier layer ( 7 ) are applied, preferably by sputtering. Thermoelektrischer Generator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenkante (9) der Modulträgerschicht (7) Kontaktstellen (10) ausgebildet sind, wobei die Kontaktstellen (10) mit den Leitungen (8) verbunden sind.Thermoelectric generator ( 1 ) according to claim 5, characterized in that on an outer edge ( 9 ) of the module carrier layer ( 7 ) Contact points ( 10 ) are formed, wherein the contact points ( 10 ) with the lines ( 8th ) are connected. Thermoelektrischer Generator (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzschicht (11) über die aufgebrachten Thermosensoren (6) und/oder Leitungen (8) der Modulträgerschicht (7) aufgetragen ist.Thermoelectric generator ( 1 ) according to one of claims 3 to 6, characterized in that a protective layer ( 11 ) over the applied thermal sensors ( 6 ) and / or lines ( 8th ) of the module carrier layer ( 7 ) is applied. Thermoelektrischer Generator (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermosensor durch ein thermoelektrisches Element (5) zwischen der Heißseite (3) und der Kaltseite (4) ausgebildet ist.Thermoelectric generator ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermal sensor by a thermoelectric element ( 5 ) between the hot side ( 3 ) and the cold side ( 4 ) is trained. Verfahren zur Einstellung eines Arbeitspunktes bei einem thermoelektrischen Generator (1), wobei der thermoelektrische Generator (1) in einem Abgasstrang (2) eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtwiderstand (12) des thermoelektrischen Generators (1) mit einem Außenwiderstand (13) geregelt wird.Method for setting an operating point in a thermoelectric generator ( 1 ), wherein the thermoelectric generator ( 1 ) in an exhaust gas line ( 2 ) of a motor vehicle, characterized in that a total resistance ( 12 ) of the thermoelectric generator ( 1 ) with an external resistance ( 13 ) is regulated. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung eines Innenwiderstandes (14) des thermoelektrischen Generators (1) über eine Temperaturdifferenz bestimmt wird, wobei die Temperaturdifferenz an dem thermoelektrischen Generator (1) gemessen wird.Method according to claim 9, characterized in that a change of an internal resistance ( 14 ) of the thermoelectric generator ( 1 ) is determined via a temperature difference, wherein the temperature difference at the thermoelectric generator ( 1 ) is measured. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenwiderstand (13) in Abhängigkeit des Innenwiderstandes (14) geregelt wird.Method according to claim 9 or 10, characterized in that the external resistance ( 13 ) in dependence of the internal resistance ( 14 ) is regulated.
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