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Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung, insbesondere für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie-Anordnung mit einer solchen Temperiervorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Batterie-Anordnung.
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In modernen Hybrid- und Elektrokraftfahrzeugen kommen oftmals Lithium-Ionen-Batterien als wiederaufladbare Energiespeicher zum Einsatz. Eine hinsichtlich Lebensdauer und maximaler Energiespeichermenge optimierte Batterie benötigt für die einzelnen Batteriezellen ein entsprechend leistungsfähiges Temperiersystem, welches insbesondere eine Erwärmung der Batterie über eine maximale Betriebstemperatur hinaus zu verhindern vermag.
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Aus dem Stand der Technik sind vor diesem Hintergrund aktive Temperiersysteme bekannt, die eine von einem Fluid durchströmbare Temperierstruktur umfassen. Eine Temperierstruktur weist typischerweise zwei einen Fluidkanal begrenzende Temperierplatten auf. Besagte Temperierstruktur wirkt als Wärmequelle oder Wärmesenke und erlaubt den Wärmeaustausch zwischen der Batterie und dem Fluid. Besagter Wärmeaustausch kann von thermoelektrischen Elementen in Form sogenannter Peltier-Elemente unterstützt werden, die an definierten Stellen zwischen der zu temperierenden Batterie und den Temperierplatten angebracht werden. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die
DE 10 2012 211 259 A1 bekannt, die ein derartiges Temperiersystem beschreibt.
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Als problematisch erweist sich bei der Verwendung solcher Peltier-Elemente deren elektrische Verdrahtung, insbesondere wenn diese zur Temperierung von Batteriezellen in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden sollen, da in diesem typischerweise nur wenig Bauraum zur Verdrahtung zur Verfügung steht.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine mit Peltier-Elementen ausgestattete Temperiervorrichtung zu schaffen, die sich insbesondere durch eine einfach aufgebaute verbesserter elektrische Verdrahtung und, damit einhergehend, durch einen geringen Bauraumbedarf auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, auf einer Batterie-Temperierplatte – im Folgenden als „Temperierplatte“ bezeichnet – wenigstens zwei Elementreihen mit jeweils wenigstens zwei Peltier-Elementen anzuordnen. Zum Versorgen der Peltier-Elemente mit elektrischer Energie, wozu ein jedes einzelne Peltier-Element zwei elektrische Versorgungsanschlüsse aufweist, ist auf der Temperierplatte ein erster elektrischer Versorgungspfad vorgesehen, welcher bezüglich einer Draufsicht auf die Temperierplatte um die Peltier-Elemente eine offene oder geschlossene Einfassung ausbildet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass für alle vorhandenen Peltier-Elemente ein kurzer elektrischer Leitungsweg zum Anschließen des Peltier-Elements an den ersten elektrischen Versorgungspfad verfügbar ist. Ferner erstreckt sich ein zweiter elektrischer Versorgungspfad entlang einer durch die Elementreihen definierten Erstreckungsrichtung. Die Anordnung der Peltier-Elemente in Elementreihen muss dabei nicht zwingend geradlinig erfolgen, d.h. die Erstreckungsrichtung kann entlang der beiden Elementreihen auch variieren.
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Erfindungsgemäß ist der erste elektrische Versorgunganschluss eines jeden Peltier-Elements elektrisch mit dem ersten elektrischen Versorgungspfad verbunden, und der zweite elektrische Versorgunganschluss eines jeden Peltier-Elements ist elektrisch mit dem zweiten elektrischen Versorgungspfad verbunden oder umgekehrt.
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Zur Versorgung mit elektrischer Energie kann der erste Versorgungspfad elektrisch mit einem Pluspol einer elektrischen Energiequelle verbunden werden und der zweite Versorgungspfad mit einem Minuspol der Energiequelle, oder umgekehrt.
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Die hier vorgestellte Anordnung der beiden Versorgungspfade auf der Temperierplatte erlaubt es, die beiden Versorgungsanschlüsse eines jeweiligen Peltier-Elements elektrisch mit dem ersten bzw. zweiten Versorgungspfad zu verbinden, ohne das für solche Verbindung lange elektrische Leitungswege und/oder eine komplizierte Leitungsgeometrie, insbesondere mit sich kreuzenden Leitungspfaden, erforderlich wären. Im Ergebnis kann mittels der hier vorgestellten Verdrahtungs- bzw. Anschlusskonfiguration der Fertigungsaufwand bei der Verdrahtung der einzelnen Versorgungsanschlüsse der Peltier-Elemente auch bei einer großen Anzahl von Peltier-Elementen gering gehalten werden. Gleiches gilt für den für die Verdrahtung auf der Temperierplatte erforderlichen Bauraum.
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Ein besonders geringer Verdrahtungsaufwand lässt sich in einer bevorzugten Ausführungsform erzielen, bei welcher der erste elektrische Versorgungsanschluss eines jeden Peltier-Elements über einen jeweiligen elektrischen Anschlusspfad elektrisch mit dem ersten oder zweiten elektrischen Versorgungspfad verbunden ist. Alternativ dazu ist der erste elektrische Versorgungsanschluss über einen jeweiligen elektrischen Verbindungspfad elektrisch mit einem weiteren Peltier-Element verbunden. Entsprechendes gilt in dieser Ausführungsform für den zweiten elektrischen Versorgungsanschluss eines jeden Peltier-Elements: Dieser ist über einen jeweiligen elektrischen Anschlusspfad elektrisch mit dem ersten oder zweiten elektrischen Versorgungspfad verbunden ist. Alternativ dazu kann auch der zweite elektrische Versorgungsanschluss über einen jeweiligen elektrischen Verbindungspfad elektrisch mit einem anderen Peltier-Element verbunden sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können genau zwei Elementreihen vorgesehen werden. Dies erlaubt die Realisierung einer besonders vorteilhaften Anordnung der beiden Versorgungspfade derart, dass der die Peltier-Elemente einfassende, erste Versorgungspfad die Peltier-Elemente bzgl. der Draufsicht auf die Temperierplatte quasi „außen“ umläuft und sich der zweite Versorgungspfad zwischen den beiden Elementreihen, also typischerweise in einem zentralen Bereich der Temperierplatte erstreckt. Im Ergebnis ist dann an zwei gegenüberliegenden Seiten eines jeden Peltier-Elements der erste oder zweite elektrische Versorgungspfad vorhanden. Dies vereinfacht die Verdrahtung der beiden Anschlusselemente eines jeden Peltier-Elements mit den beiden elektrischen Versorgungspfaden.
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Besonders zweckmäßig können die Elementreihen jeweils als entlang einer Längsrichtung geradlinig auf der Temperierplatte verlaufende Elementzeilen ausgebildet sein. Eine derartige, geradlinige Anordnung der Elementreihen kann mit einem besonders geringen Fertigungsaufwand realisiert werden.
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Daraus ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung der Temperiervorrichtung.
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Eine mit einem besonders geringen Bauraumbedarf verbundene, bevorzugte Ausführungsform ergibt sich, wenn die Peltier-Elemente wenigstens zwei Elementspalten ausbilden. Diese erstrecken die sich entlang einer Querrichtung quer zu den Elementzeilen. Auf diese Weise wird ein Raster aus Peltier-Elementen ausgebildet werden, so dass jedes Peltier-Element zur Ausbildung genau einer Elementzeile und genau einer Elementzeile zugeordnet ist. Eine rasterartige Anordnung der Peltier-Elemente ermöglicht zudem eine besonders gleichmäßige Temperierung einer mit der Temperierplatte thermisch verbundenen Batterie.
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Soll die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung vom 48V-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs aus mit elektrischer Energie versorgt werden, so empfiehlt sich ein Aufbau, bei welchem wenigstens ein erstes Peltier-Element und ein zu diesem benachbartes, zweites Peltier-Elemente ein Peltier-Elemente-Paar ausbilden, derart, dass die beiden Peltier-Elemente elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dies hat zur Folge, dass an jedem der beiden Peltier-Elemente eine elektrische Versorgungsspannung von 24V abfällt; bei diesem Wert handelt es sich um die nominelle Betriebsspannung der Peltier-Elemente. Zur elektrischen Serienschaltung können die beiden Peltier-Elemente über einen jeweiligen elektrischen Verbindungspfad elektrisch miteinander verbunden werden. Darüber hinaus ist eines der beiden Peltier-Elemente über einen jeweiligen elektrischen Anschlusspfad elektrisch mit dem ersten elektrischen Versorgungspfad zu verbinden. Entsprechend muss das andere der beiden Peltier-Elemente über einen jeweiligen elektrischen Anschlusspfad elektrisch mit dem zweiten elektrischen Versorgungspfad verbunden werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung können wenigstens zwei Peltier-Elemente-Paare, vorzugsweise alle Peltier-Elemente-Paare, der Temperiervorrichtung bezüglich der beiden elektrischen Versorgungspfade elektrisch parallel zueinander geschaltet werden. Auf diese Weise kann eine prinzipiell beliebige Anzahl an Peltier-Elementen in der Temperiervorrichtung vorgesehen und mit elektrischer Energie versorgt werden.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist ein entlang der Querrichtung definierter Elementreihenabstand zwischen zwei benachbarten Elementreihen einen ersten Wert auf, welcher im Wesentlichen doppelt so groß ist wie ein zweiter Wert eines Abstands einer sich in Längsrichtung erstreckenden Längsseite der Temperierplatte zu der ihr nächstgelegensten Elementreihe. Eine solche Geometrie der Elementreihen führt zu einem besonders geringen Bauraumbedarf.
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Da der erste elektrische Versorgungspfad die beiden Rasterzeilen mit Peltier-Elementen einfasst und der zweite elektrische Versorgungspfad zwischen den beiden Elementreihen verläuft, fließt durch den zweiten elektrischen Versorgungspfad nur in etwa die Hälfte desjenigen elektrischen Stroms, der über den ersten Versorgungspfad an die Peltier-Elemente „verteilt“ wird. Mit anderen Worten, der erste elektrische Versorgungspfad besitzt zwei im Wesentlichen U-förmige und einander gegenüberliegende Pfadabschnitte, die sich zum ersten elektrischen Versorgungspfad ergänzen und die erfindungsgemäße Einfassung bilden. Ein jedes der Peltier-Elemente wird somit entweder über den ersten oder zweiten Pfadabschnitt mit elektrischer Energie bzw. elektrischem Strom aus einer Energiequelle versorgt, d.h. der von der Energiequelle gelieferte elektrische Strom wird im Wesentlichen gleich auf die beiden Pfadabschnitte verteilt. Der zwischen den beiden Elementreihen angeordnete zweite elektrische Versorgungspfad wird hingegen von elektrischem Strom aus allen elektrischen Peltier-Elementen durchströmt. Ordnet man daher dem ersten elektrischen Versorgungspfad einen ersten Leitungsquerschnitt und dem zweiten elektrischen Versorgungspfad einen zweiten Leitungsquerschnitt zu, so bietet es sich an, die beiden Leitungsquerschnitte derart zu dimensionieren, dass der erste Leitungsquerschnitt einen Wert aufweist, der Im Wesentlichen die Hälfte eines Wertes des zweiten Leitungsquerschnitts beträgt.
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Besonders zweckmäßig erweist sich eine Ausführungsform, bei welcher der erste Leitungsquerschnitt ungefähr 3mm2 beträgt. Folglich beträgt der zweite Leitungsquerschnitt dann ungefähr 6mm2.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich der erste elektrische Versorgungspfad und der zweite elektrische Versorgungspfad entlang einer Durchströmungsrichtung. Die vorangehend erläuterten unterschiedlichen können dann durch Variation einer Pfadbreite der beiden Versorgungspfade realisiert werden. Der erste elektrische Versorgungspfad weist demnach eine sich in der Draufsicht auf die Temperierplatte quer zur Erstreckungsrichtung erstreckende erste Pfadbreite auf, Der zweite elektrische Versorgungspfad weist eine sich in der Draufsicht auf die Temperierplatte quer zur Erstreckungsrichtung erstreckende zweite Pfadbreite auf. Bevorzugt beträgt das Verhältnis der beiden Pfadbreiten B1:B2 im Wesentlichen 1:2. Beispielsweise kann die erste Pfadbreite B1 ungefähr 15mm und die zweite Pfadbreite B2 ungefähr 30mm betragen.
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Der Verdrahtungsaufwand zum Anschließen elektrischen Verdrahten der Peltier-Elemente lässt sich weiter verringern, wenn die beiden Versorgungsanschlüsse bezüglich der Draufsicht auf die Temperierplatte seitlich an dieser angeordnet sind. Als besonders bevorzugt mag daher eine Ausführungsform erachtet werden, bei welcher die Peltier-Elemente jeweils mit einem Elementgehäuse mit einer Seitenwand ausgestattet werden, in welcher die beiden Versorgungsanschlüsse im Abstand zueinander angeordnet sind. Anstelle eines geschlossenen Gehäuses können auch zwei das Peltier-Element sandwichartig begrenzende Deckplatten, insbesondere Keramikplatten, vorgesehen sein, so dass die eigentlichen Bestandteile des Peltier-Elements zwischen den beiden Deckplatten seitlich offenliegen. In diesem Fall liegen auch besagte Versorgungsanschlüsse offen. Gemäß einer weiteren Alternative kann zwischen den beiden Deckplatten eine seitliche Silikonumrandung vorgesehen werden, durch welche die beiden Versorgungsanschlüsse durchgeführt sind. In diesem Szenario wird die Seitenwand durch die Silikonumrandung gebildet.
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Besonders bevorzugt ist auch eine Anordnung der beiden elektrischen Versorgungspfade und alle elektrischen Anschlusspfade sowie aller elektrischen Verbindungspfade auf der Platine derart, dass sie sich bezüglich einer Draufsicht auf die Platine nicht kreuzen. Dies vereinfacht den Aufwand bei der elektrischen Verdrahtung der Peltier-Elemente.
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Zum Zwecke einer fertigungstechnisch möglichst einfachen Realisierung der elektrischen Verdrahtung der einzelnen Peltier-Elemente empfiehlt sich eine wenigstens teilweise Ausbildung der Temperierplatte in Form einer Platine. In diesem Fall können die beiden ersten elektrischen Versorgungspfade und alle elektrischen Anschlusspfade und alle elektrischen Verbindungspfade jeweils als Leiterbahnen ausgebildet sein. Die Ausbildung der Temperierplatte als Platine ist gerade bei der Serienfertigung mit erheblichen Kostenvorteilen bei der Herstellung verbunden.
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Als besonders zweckmäßig erweist sich eine Ausführungsform, bei welcher die auf der Platine ausgebildeten Leiterbahnen eine Leiterbahndicke von wenigstens 0,2 mm aufweisen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Temperierplatte für jedes Peltier-Element eine Durchgangsöffnung, in welche ein jeweiliges Peltier-Element eingesetzt ist, so dass die Durchgangsöffnung im Wesentlichen durch das jeweilige Peltier-Element verschlossen wird. Dies ermöglicht eine bauraumoptimierte Realisierung der Temperierplatte mit geringer Bauhöhe.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Batterieanordnung mit einer zu temperierenden Batterie, sowie mit einer einen Fluidkanal ausbildenden Temperierstruktur. Dieser kann mit einem als Temperier-Medium wirkenden Fluid durchströmt werden. Die Batterieanordnung umfasst ferner eine Temperiervorrichtung mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale. Erfindungsgemäß ist die Temperiervorrichtung zwischen der Temperierstruktur und der zu temperierenden Batterie angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft schließlich ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Batterieanordnung.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung in einer Draufsicht auf eine Temperierplatte der Temperiervorrichtung,
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2 eine alternative Darstellung der 1.
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1 illustriert in einer schematischen Ansicht eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 zum Temperieren der Batterie eines Kraftfahrzeugs. Die Temperiervorrichtung 1 weist eine Temperierplatte 10 auf, auf welcher zwei Elementreihen R1, R2 mit jeweils wenigstens zwei Peltier-Elementen 2a, 2b vorgesehen sind. Die beiden Elementreihen R1, R2 erstrecken sich entlang einer Erstreckungsrichtung E, die im Beispiel geradlinig verläuft und somit identisch mit einer Längsrichtung L ist, die durch eine Längsseite der Temperierplatte 10 festgelegt ist. In Varianten ist aber auch eine nicht-geradlinige Anordnung der Elementreihe R1, R2 denkbar. In diesem Fall variiert die Erstreckungsrichtung E entlang der Elementreihe R1, R2 (nicht gezeigt). Jedes der Peltier-Elemente 2a, 2b besitzt einen ersten und einen zweiten elektrischen Versorgungsanschluss 3, 4 zum Versorgen des jeweiligen Peltier-Elements 2a, 2b mit elektrischer Energie. Hierzu ist der erste elektrische Versorgungsanschluss 3 mit dem positiven elektrischen Potential einer Energiequelle zu verbinden und der zweite elektrische Versorgungsanschluss 4 mit einem negativen elektrischen Potential der Energiequelle oder umgekehrt.
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Im Beispiel weist jede der beiden Elementreihen R1, R2 fünf Peltier-Elemente 2a, 2b auf. In Varianten des Beispiels kann diese Anzahl selbstverständlich variieren. Auch können weitere, zusätzliche Elementreihen (im Beispiel nicht gezeigt) vorgesehen werden. Die Peltier-Elemente 2a, 2b besitzen jeweils ein ausreichend dimensioniertes und in der Darstellung der 1 nur schematisch angedeutetes Elementgehäuse 17 mit einer Seitenwand 18. Die beiden Versorgungsanschlüsse 3, 4 können wie in 1 gezeigt in einer Seitenwand 18 eines jeweiligen Elementgehäuses 17 im Abstand zueinander vorgesehen werden. Anstelle eines geschlossenen Gehäuses 17 können auch zwei das Peltier-Element sandwichartig begrenzende Deckplatten, insbesondere Keramikplatten, vorgesehen sein, so dass die eigentlichen Bestandteile des Peltier-Elements 2a, 2b zwischen den beiden Deckplatten seitlich offenliegen. In diesem Fall liegen auch besagte Versorgungsanschlüsse 3, 4 offen. In einer weiteren Variante kann zwischen den beiden Deckplatten eine seitliche Silikonumrandung vorgesehen sein, durch welche die beiden Versorgungsanschlüsse 3, 4 durchgeführt sind. In diesem Szenario wird die Seitenwand 18 durch die Silikonumrandung gebildet.
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Die Darstellung der 2 zeigt eine mögliche Bauform der Temperierplatte 10. In 2 ist die Anordnung der noch anhand der 1 zu erläuternden elektrischen Pfade 6a, 6b, 7, 8 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt; sie entspricht der Anordnung der 1. Zur Aufnahme der Peltier-Elemente 2a, 2b kann in der Temperierplatte 10 an denjenigen Positionen, an welchen die Peltier-Elemente 2a, 2b positioniert werden sollen, jeweils eine Durchgangsöffnung 19 vorgesehen werden, in welche dann im Zuge des Zusammenbaus der Temperiervorrichtung 1 jeweils ein Peltier-Element 2a, 2b eingesetzt wird. In einem solchen montierten Zustand der Temperierplatte 10 sind die Durchgangsöffnungen 10 im Wesentlichen durch das jeweilige Peltier-Element 2a, 2b verschlossen. Die Peltier-Elemente 2a, 2b können beispielsweise mittels Verkleben an der Temperierplatte 10 befestigt werden.
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Die elektrische Verdrahtung der Peltier-Elemente 2a, 2b, um diese mit elektrischer Energie aus einer externen Energiequelle zu versorgen, wird im Folgenden wieder anhand der 1 erläutert. Auf einer ersten Seite 5 der Temperierplatte 10 ist ein erster elektrischer Versorgungspfad 6 vorgesehen, welcher um die Peltier-Elemente 2a, 2b eine geschlossene Einfassung ausbildet. In einer nicht gezeigten Variante kann die Einfassung auch offen ausgebildet sein. In diesem Fall weist die Einfassung eine Unterbrechung auf. Beispielsweise könnte auf den mit 21 bezeichneten Abschnitt des ersten Versorgungspfads 6a verzichtet werden. Dem einschlägigen Fachmann ist klar, dass eine solche Unterbrechung der Einfassung auch an einer anderen Stelle des in 1 gezeigten geschlossen Verlaufs des ersten elektrischen Versorgungspfads 6a vorgesehen werden kann.
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Auf der Temperierplatte 10 ist neben dem ersten Versorgungspfad 6a auch ein zweiter elektrischer Versorgungspfad 6b vorgesehen. Dieser erstreckt sich entlang der durch die Erstreckung der beiden Elementreihen R1, R2 definierten Erstreckungsrichtung E und somit im Beispiel der 1 auch entlang der Längsrichtung L. Im Beispiel der 1 sind die beiden Elementreihen R1, R2 als sich jeweils geradlinig entlang der Längsrichtung L auf der Temperierplatte 10 erstreckende Elementzeilen Z1, Z2 ausgebildet, die quer zur Längsrichtung L entlang einer Querrichtung R im Abstand zueinander angeordnet sind. In Varianten können die Elementreihen R1, R2 aber auch nicht-geradlinig angeordnet sein (nicht gezeigt). Denkbar ist in diesem Zusammenhang etwa eine gekrümmte oder kurvenartige Anordnungsgeometrie. Unterschiedliche Anordnungs-Geometrien können dabei auch abschnittsweise variieren. Auch ist vorstellbar, dass unterschiedliche Elementreihen mit einer individuellen Anordnungsgeometrie versehen sind.
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Selbstverständlich können in Varianten auch weitere zweite elektrische Versorgungspfade 6b vorgesehen werden, was sich insbesondere empfiehlt, wenn mehr als zwei Elementreihen R1, R2 an Peltier-Elementen 2a, 2b auf der Temperierplatte 10 gebildet werden sollen. Dann erweist es sich als vorteilhaft, zwischen jeweils zwei benachbarten Elementreihen einen individuellen zweiten elektrischen Leitungspfad vorzusehen (nicht gezeigt).
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Ferner belegt 1 anschaulich, dass der erste elektrische Versorgunganschluss 4 eines jeden Peltier-Elements 2a, 2b elektrisch mit dem ersten elektrischen Versorgungspfad 6a und der zweite elektrische Versorgunganschluss 4 eines jeden Peltier-Elements 2a, 2b elektrisch mit dem zweiten elektrischen Versorgungspfad 6b verbunden ist oder umgekehrt.
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Man erkennt ferner, dass der erste elektrische Versorgungsanschluss 3 eines jeden Peltier-Elements 2a, 2b über einen jeweiligen elektrischen Anschlusspfad 7 elektrisch mit dem ersten oder zweiten elektrischen Versorgungspfad 6a, 6b verbunden ist. Alternativ dazu kann der erste elektrische Versorgungsanschluss 3 aber auch über einen elektrischen Verbindungspfad 8 elektrisch mit einem anderen Peltier-Element 2a, 2b verbunden sein, und zwar mit dessen ersten oder zweiten Versorgungsanschluss 3, 4. Gleiches gilt für den zweiten elektrischen Versorgungsanschluss 4 eines jeden Peltier-Elements 2a, 2b. Dieser ist über einen jeweiligen elektrischen Anschlusspfad 7 elektrisch mit dem ersten oder zweiten elektrischen Versorgungspfad 6a, 6b verbunden oder, alternativ dazu, über einen jeweiligen elektrischen Verbindungspfad 8 elektrisch mit dem ersten oder zweien elektrischen Versorgungsanschluss 3, 4 eines anderen Peltier-Elements 2a, 2b verbunden.
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Im Beispielszenario der 1 und 2 sind die Peltier-Elemente 2a, 2b nicht nur derart angeordnet, dass sie zwei Elementzeilen Z1, Z2 ausbilden, sondern sie bilden bezüglich der in 1 gezeigten Draufsicht auf die erste Seite 5 der Temperierplatte 10 auch ein Raster 11 aus. Hierzu bilden die Peltier-Elemente 2a, 2b fünf Elementspalten S1 bis S5. Jede der Elementpalten S1–S5 wird dabei durch ein Peltier-Element 2a, welches zur ersten Elementzeile Z1 gehört, und einem Peltier-Element 2b, das der zweiten Elementzeile Z2 zugeordnet ist, gebildet. Die Elementspalten S1 bis S5 erstrecken sich quer zu den Elementzeilen Z1, Z2 entlang einer Querrichtung Q, die orthogonal zur Längsrichtung L verläuft. Jedes Peltier-Element ist also genau einer Elementzeile Z1, Z2 und einer Elementspalte S1–S5 zugeordnet. Die vorangehend erläuterte Verdrahtungskonfiguration der Peltier-Elemente 2a, 2b ermöglicht eine vorteilhafte Anordnung der beiden elektrischen Versorgungspfade 6a, 6b, aller elektrischer Anschlusspfade 8 und aller elektrischen Verbindungspfade 7 derart auf der Temperierplatte 10, dass sie sich bezüglich einer Draufsicht auf die Temperierplatte 10 nicht kreuzen.
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Betrachtet man die elektrische Verdrahtung der einzelnen Peltier-Elemente 2a, 2b in 1, so erkennt man ferner, dass jeweils zwei Peltier-Elemente 2a, 2b ein Peltier-Elemente-Paar 9 ausbilden dessen Peltier-Elemente 2a, 2b elektrisch in Reihe geschaltet sind. Hierzu sind die beiden Peltier-Elemente 2a, 2b über den elektrischen Verbindungspfad 8 elektrisch miteinander verbunden. Das erste Peltier-Element 2a, 2b eines jeden Peltier-Elemente-Paars 9 ist über einen jeweiligen elektrischen Anschlusspfad 7 elektrisch mit dem ersten elektrischen Versorgungspfad 6a verbunden, und das zweite Peltier-Element 2a, 2b eines jeden Peltier-Elemente-Paars 9 ist ebenfalls über einen jeweiligen elektrischen Anschlusspfad 7 elektrisch mit dem zweiten elektrischen Versorgungspfad 6b verbunden, oder umgekehrt. Ausgehend vom vorangehend erläuterten Beispiel ergeben sich für den Fachmann vielfältige Variationsmöglichkeiten. Denkbar ist etwa, dass nur ein Teil der Peltier-Elemente 2a, 2b ein Peltier-Elemente-Paar 9 mit elektrischer Reihenschaltung ausbilden. Vorstellbar ist auch, dass nicht nur zwei Peltier-Elemente 2a, 2b, sondern drei oder mehr Peltier-Elemente 2a, 2b elektrisch in Reihe geschaltet sind.
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Wie sich der 1 ferner entnehmen lässt, kann zwischen den beiden Elementreihen R1, R2 ein Elementreihen-Abstand e definiert werden. Dieser bezieht sich auf zwei einander zugewandte Längsseiten 14 zweier in Querrichtung Q benachbarter Peltier-Elemente 2a, 2b. Der Elementreihen-Abstand e weist im Beispiel einen Wert auf, der im Wesentlichen doppelt so groß ist wie der Wert eines Abstands a1 bzw. a2 der sich in Längsrichtung L erstreckende Längsseite 12 der Temperierplatte 10 zu einer entsprechenden, der Längsseite 12 der Temperierplatte 10 zugewandten Längsseite 13 eines Peltier-Elements 2a, 2b, das der jeweils nächstgelegensten Elementreihe R1 oder R2 zugeordnet ist.
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Die beiden elektrischen Versorgungspfad 6a 6b besitzen einen ersten bzw. zweiten Leitungsquerschnitt L1, L2, orthogonal zu einer elektrischen Durchströmungsrichtung D der beiden Versorgungspfade 6a, 6b. Betrachtet man die beiden elektrischen Versorgungspfade 6a, 6b in der in 1 gezeigten Draufsicht auf die erste Seite 5 der Temperierplatte 10, so erkennt man, dass der erste Leitungsquerschnitt L1 einen Wert aufweist, der im Wesentlichen die Hälfte eines Wertes des zweiten Leitungsquerschnitts L2 beträgt. In Varianten des Beispiels sind auch andere Werte des Verhältnisses der beiden Leitungsquerschnitte L1/L2 zueinander möglich. Der erste Leitungs-querschnitt kann beispielsweise 3mm2 betragen. Auch hier sind jedoch in Varianten andere Werte möglich, aus welchen der Fachmann unter anwendungsspezifischen Gesichtspunkten auswählen kann.
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Der erste elektrische Versorgungspfad 6a kann eine sich in der Draufsicht auf die erste Seite 5 der Temperierplatte 10 quer zur Durchströmungsrichtung D erstreckende erste Pfadbreite B1 aufweisen, die im Beispiel im Wesentlichen 15mm beträgt. Der zweite elektrische Versorgungspfad kann eine sich in der Draufsicht auf die Temperierplatte 10 quer zur Durchströmungsrichtung D erstreckende zweite Pfadbreite B2 aufweisen, die im Wesentlichen 30mm beträgt. In Varianten sind für die Pfadbreiten B1, B2 auch andere Werte vorstellbar. Bevorzugt sind Werte, bei denen das Verhältnis der beiden Pfadbreiten B1:B2 einen Wert von 1:2, also 0,5 annimmt.
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Betrachtet man abschließend wieder die Darstellung der 2, so erkennt man, dass die Temperierplatte 10 zur fertigungstechnisch einfachen Realisierung der oben beschriebenen elektrischen Verdrahtung der Peltier-Elemente 2a, 2b eine Platine 15 umfassen kann. Diese kann beispielsweise in einem entlang der Längsrichtung L definierten Endabschnitt 20 der Temperierplatte 10 vorhanden sein, welcher eine Anschlusszone 16 ausbildet. In der Anschlusszone 16 kann ein erstes elektrisches Anschlusselement 22a angeordnet sein, welches elektrisch direkt mit dem ersten Versorgungspfad 6a verbunden ist. Ein zweites elektrisches Anschlusselement 22b kann, etwa über eine Löt- und/oder Kabelverbindung, auf einer der ersten Seite 5 der Temperierplatte gegenüberliegenden zweiten Seite 23 vorgesehen sein (in den Draufsichten auf die erste Seite 5 der 1 und 2 nicht dargestellt), mit dem zweiten elektrischen Versorgungspfad 6b verbunden werden. Selbstverständlich eröffnen sich für den Fachmann auch andere, vielfältige Optionen, die Anschlusszone 16 zu realisieren.
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Die beiden elektrischen Versorgungspfade 6a, 6b, die elektrischen Anschlusspfade 7 sowie die elektrischen Verbindungspfade 8 können als herkömmliche Leiterbahnen ausgestaltet werden, die im Zuge der Fertigung der Platine 15 auf dem einschlägigen Fachmann bekannte Weise in diese eingebracht werden können. Bevorzugt werden die Leiterbahnen dabei mit einer Leiterbahndicke von wenigstens 0,2 mm versehen. In anwendungsspezifischen Varianten sind auch andere geeignete Werte denkbar.
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In einer Variante des Beispiels der 2 kann die Temperierplatte 10 auch vollständig als Platine 15 ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012211259 A1 [0003]
