DE102020124397A1

DE102020124397A1 - System zum Steuern einer lokalisierten Heizung und Kühlung

Info

Publication number: DE102020124397A1
Application number: DE102020124397.9A
Authority: DE
Inventors: Dorel M. Sala; Paul W. Alexander; Nancy L. Johnson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-04-01
Also published as: US10978630B1; US20210098679A1; CN112599652B; CN112599652A

Abstract

Ein Wärmesteuerungssystem enthält eine Komponente mit einer Oberfläche. Mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen enthalten eine erste leitfähige Platte, eine zweite und eine dritte leitfähige Platte, eine erste Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der zweiten leitfähigen Platte angeordnet ist, und eine zweite Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der dritten leitfähigen Platte angeordnet ist. Die erste Halbleitervorrichtung und die zweite Halbleitervorrichtung weisen unterschiedliche Dotierungstypen auf. Erste der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen sind so angeordnet, dass sich die erste leitfähige Platte in der Nähe der Oberfläche der Komponente befindet. Zweite der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen sind so angeordnet, dass sich die zweite und die dritte leitfähige Platte in der Nähe der Oberfläche der Komponente befinden. Die ersten und die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen führen eine Heizung bzw. Kühlung der Oberfläche aus.

Description

EINLEITUNG
Die in diesem Abschnitt gegebenen Informationen dienen zur allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Arbeit der genannten Erfinder in dem Umfang, in dem sie in diesem Abschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht auf andere Weise als Stand der Technik zum Zeitpunkt der Einreichung berechtigen, sind weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wärmesteuerungssystem, das thermische Vorrichtungen enthält, um eine lokalisierte Heizung und/oder Kühlung eines Sitzpolsters, eines Sitzes, eines Lenkrads und/oder einer anderen Komponente bereitzustellen.
Üblicherweise enthalten Fahrzeuge Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensysteme (HVAC-Systeme), um den thermischen Komfort der Fahrzeuginsassen zu managen. Außerdem werden für zusätzlichen Insassenkomfort thermische Vorrichtungen innerhalb von Sitzpolstern und/oder Sitzen verwendet. Einige Fahrzeugsitze enthalten z. B. Heizvorrichtungen wie etwa Heizwiderstände und/oder Kühlvorrichtungen wie etwa Ventilatoren.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Wärmesteuerungssystem enthält eine Komponente mit einer Oberfläche. Mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen enthalten eine erste leitfähige Platte, eine zweite und eine dritte leitfähige Platte, eine erste Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der zweiten leitfähigen Platte angeordnet ist, und eine zweite Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der dritten leitfähigen Platte angeordnet ist. Die erste Halbleitervorrichtung und die zweite Halbleitervorrichtung weisen unterschiedliche Dotierungstypen auf. Erste der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen sind so angeordnet, dass sich die erste leitfähige Platte in der Nähe der Oberfläche der Komponente befindet. Zweite der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen sind so angeordnet, dass sich die zweite und die dritte leitfähige Platte in der Nähe der Oberfläche der Komponente befinden. Die ersten und die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen führen eine Heizung bzw. Kühlung der Oberfläche aus.
Gemäß anderen Merkmalen sind mehrere Temperatursensoren in der Nähe der Oberfläche angeordnet, um mehrere Temperaturen der Komponente zu erfassen. Ein Controller ist dafür konfiguriert, die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen auf der Grundlage der mehreren Temperaturen wahlweise zu betreiben.
Gemäß anderen Merkmalen speichert ein Controller ein Heiz- und Kühlprofil, das auf der Grundlage der Orte der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen Temperaturdifferenzen für die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen definiert. Der Controller steuert auf der Grundlage des Heiz- und Kühlprofils die Leistung für die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen.
Gemäß anderen Merkmalen werden die einen der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen jeweils verwendet, um mehrere Temperaturen zu erfassen, wenn die ersten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen nicht heizen. Die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen werden jeweils verwendet, um mehrere Temperaturen zu erfassen, wenn die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen nicht kühlen.
Gemäß anderen Merkmalen ist ein Controller dafür konfiguriert, die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen auf der Grundlage der mehreren Temperaturen zu betreiben. Eine Teilmenge der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen sind in einer Spalte angeordnet. Alle der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen, die innerhalb der Spalte angeordnet sind, sind parallel zueinander angeordnet.
Gemäß anderen Merkmalen sind die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen in einer kreisförmigen Anordnung innerhalb eines Sitzes und/oder eines Sitzpolsters eines Fahrzeugs angeordnet.
Gemäß anderen Merkmalen sind die ersten und die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen zwischen einem ersten Schaumstoffsubstrat und einem zweiten Schaumstoffsubstrat angeordnet. Das erste Schaumstoffsubstrat definiert mehrere wärmeleitende Kanäle. Entlang einer Oberfläche des zweiten Schaumstoffsubstrats ist eine Wärmesenke angeordnet.
Ein Wärmesteuerungssystem enthält mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter. Jeder der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter enthält N Oberflächen, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist, bzw. an jeder der N Oberflächen N Schlitze. Mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen enthalten eine erste leitfähige Platte, eine zweite und eine dritte leitfähige Platte, eine erste Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der zweiten leitfähigen Platte angeordnet ist, und eine zweite Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der dritten leitfähigen Platte angeordnet ist. Die erste Halbleitervorrichtung und die zweite Halbleitervorrichtung weisen unterschiedliche Dotierungstypen auf. Erste der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen sind mit der ersten leitfähigen Platte nach außen weisend in ersten der N Schlitze angeordnet. Zweite der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen sind mit der zweiten und mit der dritten leitfähigen Platte nach außen weisend in zweiten der N Schlitze angeordnet. Die ersten und die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen führen eine Heizung bzw. Kühlung der Oberfläche aus.
Gemäß anderen Merkmalen definieren die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter jeweils mehrere Hohlräume. Durch die mehreren Hohlräume der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter geht ein Faden. Der Faden und die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter sind an einer Fahrzeugkomponente angebracht. Die Fahrzeugkomponente ist aus einer Gruppe gewählt, die aus einem Sitz und einem Lenkrad eines Fahrzeugs besteht. Die ersten und die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen wechseln um einen Umfang wenigstens einer der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter ab. Die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter weisen einen mehreckigen Querschnitt auf.
Ein Wärmesteuerungssystem enthält eine Fahrzeugkomponente, die aus einer Gruppe gewählt ist, die aus einem Sitz, aus einem Sitzpolster und aus einem Lenkrad besteht. Die Fahrzeugkomponente enthält eine Oberfläche. Mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen enthalten eine erste leitfähige Platte, eine zweite und eine dritte leitfähige Platte, eine erste Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der zweiten leitfähigen Platte angeordnet ist, und eine zweite Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der dritten leitfähigen Platte angeordnet ist. Die erste Halbleitervorrichtung und die zweite Halbleitervorrichtung weisen unterschiedliche Dotierungstypen auf. Erste der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen sind so angeordnet, dass sich die erste leitfähige Platte in der Nähe der Oberfläche der Komponente befindet. Zweite der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen sind so angeordnet, dass sich die zweite und die dritte leitfähige Platte in der Nähe der Oberfläche der Komponente befinden. Die ersten und die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen führen eine Heizung bzw. Kühlung der Oberfläche aus. Ein Controller steuert auf der Grundlage der Orte der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen das Heiz- und Kühlprofil, das Temperaturdifferenzen für die mehreren an der Komponente angebrachten Wärmeerzeugungsvorrichtungen definiert. Der Controller steuert auf der Grundlage des Heiz- und Kühlprofils die Leistung der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der ausführlichen Beschreibung, aus den Ansprüchen und aus den Zeichnungen hervor. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt und sollen den Schutzumfang der Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 ein Beispiel einer thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2A eine isometrische Darstellung eines Beispiels einer Wärmeerzeugungsvorrichtung ist, die mehrere thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält;
2B eine andere isometrische Darstellung eines Beispiels einer Wärmeerzeugungsvorrichtung ist, die mehrere thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält;
3 ein Beispiel eines Sitzpolsters, das mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen enthält, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 eine Querschnittsansicht eines Beispiels mehrerer Wärmeerzeugungsvorrichtungen, die in einem oder mehreren Schaumstoffsubstraten angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
5 eine Draufsicht eines Beispiels mehrerer Wärmeerzeugungsvorrichtungen, die in einem Schaumstoffsubstrat angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
6 eine andere Draufsicht eines Beispiels mehrerer Wärmeerzeugungsvorrichtungen, die in einem Schaumstoffsubstrat angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
7 eine andere Draufsicht eines Beispiels mehrerer Wärmeerzeugungsvorrichtungen, die in einem Schaumstoffsubstrat angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
8A und 8B isometrische Darstellungen von Beispielen für Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter gemäß der vorliegenden Offenbarung sind;
9 eine isometrische Darstellung eines Beispiels für Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter, die unter Verwendung eines Fadens verbunden sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
10 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Sitzes, der mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen enthält, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
11 ein Prinzipschaltbild eines beispielhaften Systems zur Bereitstellung einer lokalisierten Heizung und Kühlung unter Verwendung einer oder mehrerer thermoelektrischer Kühl-/Heizvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
12 ein Ablaufplan ist, der ein beispielhaftes Verfahren zur Bereitstellung lokalisierter Heizung und Kühlung unter Verwendung einer oder mehrere thermoelektrischer Kühl-/Heizvorrichtungen darstellt.

In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet sein, um ähnliche oder gleiche Elemente zu bezeichnen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung ist auf Systeme zur Bereitstellung einer lokalisierten Heizung und/oder Kühlung für eine Oberfläche einer Komponente wie etwa eines Sitzes, eines Sitzpolsters, eines Lenkrads usw. gerichtet. In einer oder mehreren Implementierungen kann sich die Komponente in einem Fahrzeug befinden. Die Komponente enthält eine oder mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen. Die Wärmeerzeugungsvorrichtungen enthalten mehrere thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen, die über an die thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtungen angelegte Spannungsdifferenzen eine Heizung und/oder Kühlung erzeugen. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben ist, können die thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtungen gemäß dem Peltier-Effekt z. B. eine thermoelektrische Heizung oder Kühlung bereitstellen.
1 stellt eine beispielhafte thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtung 100 dar. Wie gezeigt ist, enthalten die thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1, 100-2, 100-3, ... (zusammen die thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtungen 100) Halbleitervorrichtungen 102, 104 mit unterschiedlichen Dotierungstypen. Die Halbleitervorrichtung 102 ist eine n-dotierte Halbleitervorrichtung und die Halbleitervorrichtung 104 ist eine p-dotierte Halbleitervorrichtung. Anhand von 1 und 2A sind die Halbleitervorrichtungen 102, 104 mit einer ersten leitfähigen Platte 106, mit einer zweiten leitfähigen Platte 108 und mit einer dritten leitfähigen Platte 110 verbunden. Über der und in Kontakt mit der ersten leitfähigen Platte 106 ist eine erste Keramikstruktur 120 angeordnet. Über der und in Kontakt mit der zweiten und mit der dritten leitfähigen Platte 108, 110 ist eine zweite Keramikstruktur 122 angeordnet.
2A stellt eine beispielhafte Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 dar, die mehrere thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen 100 enthält. Zum Beispiel enthält die Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 eine erste thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtung 100-1, die Halbleitervorrichtungen 102, 104 enthält, eine zweite thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtung 100-2, die Halbleitervorrichtungen 102, 104 enthält, und eine dritte thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtung 100-3, die Halbleitervorrichtungen 102, 104 enthält.
Die erste leitfähige Platte 106 ist mit einer Seite der Halbleitervorrichtung 102 und mit einer Seite der Halbleitervorrichtung 104 der thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtung 100-1 verbunden. Die zweite leitfähige Platte 108 ist mit der gegenüberliegenden Seite der Halbleitervorrichtung 102 und mit einer entsprechenden Seite der Halbleitervorrichtung 104 verbunden. Die dritte leitfähige Platte 110 ist mit der gegenüberliegenden Seite der Halbleitervorrichtung 104 und mit einer entsprechenden Seite der Halbleitervorrichtung 102 verbunden.
An die Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 wird über Elektroden 202, 204 eine Spannung angelegt. Die Elektroden 202, 204 können über elektrische Verbindungen 206, 208 mit einer Leistungsquelle wie etwa einer Batterie verbunden werden. Die elektrischen Verbindungen können Draht, Leiterbahnen oder dergleichen sein. Wenn die Spannung an die Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 angelegt ist, wird wegen des Stromflusses Wärme von einer Seite der Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 zu der anderen übertragen, was ermöglicht, dass eine Seite verhältnismäßig kühler ist.
3 stellt ein beispielhaftes Sitzpolster 300 dar. Das Sitzpolster 300 kann über einem Sitz 302 wie etwa einem Fahrzeugsitz positioniert sein. Das Sitzpolster 300 enthält mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200, die für einen oder mehrere Abschnitte des Sitzpolsters 300 eine lokalisierte Heizung und/oder Kühlung bereitstellen. In einer oder mehreren Implementierungen kann das Sitzpolster 300 ein Schaumpolster mit mehreren darin integrierten Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 sein. Außerdem enthält das Sitzpolster 300 Sensoren 304, die Umgebungsparameter in der Nähe des Sitzpolsters 300 detektieren können. Die Umgebungsparameter können z. B. die Temperatur oder die Feuchtigkeit enthalten, sind darauf aber nicht beschränkt. In einigen Beispielen können diejenigen thermoelektrischen Zellen, die nicht aktiviert sind, als Temperatursensoren verwendet werden. Zum Beispiel sind während der Kühlung diejenigen thermoelektrischen Zellen, die für die Heizung verwendet werden, nicht aktiviert und können sie verwendet werden, um zwischen den Seiten der entsprechenden thermoelektrischen Zelle eine Spannung proportional einer Temperaturdifferenz zu erzeugen (und umgekehrt während der Heizung).
4 stellt einen beispielhaften Querschnitt des Sitzpolsters 300 dar. Wie gezeigt ist, enthält das Sitzpolster 300 ein erstes Schaumstoffsubstrat 402 und ein zweites Schaumstoffsubstrat 404. Die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 können zwischen den Schaumstoffsubstraten 402, 404 angeordnet sein. Wie gezeigt ist, enthalten die Schaumstoffsubstrate 402, 404 darin angeordnete wärmeleitende Kanäle 406, 408. Die wärmeleitenden Kanäle 406, 408 sind aus geeigneten wärmeleitenden Materialien gebildet, die die Übertragung von Wärme oder Kälte ermöglichen. Die wärmeleitenden Kanäle 406, 408 können z. B. aus Metallschaum gebildet sein. In einem anderen Beispiel sind die wärmeleitenden Kanäle 406, 408 innerhalb der Schaumstoffsubstrate 402, 404 definierte Löcher.
Die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 sind in der Weise zwischen den Schaumstoffsubstraten 402, 404 positioniert, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 mit entsprechenden wärmeleitenden Kanälen 406, 408 in Kontakt stehen. Die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 können innerhalb eines Schaumstoffsubstrats 410 angeordnet sein, das eine Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 in Bezug auf andere Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 innerhalb des Schaumstoffsubstrats 410 an der richtigen Stelle hält.
Außerdem kann das Sitzpolster 300 eine Wärmesenke 412 enthalten, die entlang einer Unterseite (der Seite, die der Seite in Kontakt mit den Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 gegenüberliegt) des Schaumstoffsubstrats 404 angeordnet ist. Die Wärmesenke 412 kann aus geeigneten wärmeleitenden Schaummaterialien gebildet sein. Die Wärmesenke 412 kann durch die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 erzeugte Wärme absorbieren und die absorbierte Wärme an ein Fluidmedium wie etwa Luft übertragen.
Die 5 bis 7 stellen Draufsichten beispielhafter Anordnungen von innerhalb des Schaumstoffsubstrats 410 positionierten Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 dar. Wie in 5 gezeigt ist, stellt die Draufsicht 500 dar, dass das Schaumstoffsubstrat 410 eine erste Spalte 502 und eine zweite Spalte 504 von Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 enthält. Die erste Spalte 502 enthält Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200, bei denen die erste Keramikstruktur 120 entlang einer oberen Oberfläche 506 des Schaumstoffsubstrats 410 orientiert ist. Die zweite Spalte 504 enthält Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200, bei denen die zweite Keramikstruktur 122 entlang der oberen Oberfläche 506 des Schaumstoffsubstrats 410 orientiert ist.
Die erste Keramikstruktur 120 entspricht der Heizseite der Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 und die zweite Keramikstruktur 122 entspricht der Kühlseite der Wärmeerzeugungsvorrichtung 200. Wie in 5 gezeigt ist, ist jede Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 in der ersten Spalte 502 parallel zu den anderen Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 in der ersten Spalte 502 und ist jede Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 in der zweiten Spalte 504 parallel zu den anderen Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 in der zweiten Spalte 504.
6 ist eine Draufsicht 600, die darstellt, dass das Schaumstoffsubstrat 410 eine erste Spalte 602 und eine zweite Spalte 604 der Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 enthält. Die Spalten 602, 604 enthalten Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200, bei denen abwechselnd Keramikstrukturen 120, 122 entlang einer oberen Oberfläche 606 des Schaumstoffsubstrats 410 orientiert sind.
Wie in 6 gezeigt ist, ist jede Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 in der ersten Spalte 602 in Bezug auf die anderen Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 in der ersten Spalte 602 versetzt oder gestaffelt und ist jede Wärmeerzeugungsvorrichtung 200 in der zweiten Spalte 604 in Bezug auf die anderen Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 in der zweiten Spalte 604 versetzt oder gestaffelt.
7 ist eine Draufsicht 700, die darstellt, dass das Schaumstoffsubstrat 410 mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 enthält, die in einem Kreismuster angeordnet sind. In einer Implementierung sind die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 mit der ersten Keramikstruktur 120 in einer ersten kreisförmigen Anordnung 702 angeordnet und sind die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 mit der zweiten Keramikstruktur 122 in einer zweiten kreisförmigen Anordnung 704 innerhalb der ersten kreisförmigen Anordnung 702 angeordnet. Zusätzlich sind Wärmeerzeugungsvorrichtungen 200 mit der ersten Keramikstruktur 120 in einer dritten kreisförmigen Anordnung 706 innerhalb der zweiten kreisförmigen Anordnung 704 angeordnet.
Die 8A, 8B und 9 stellen Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter 810, 812 dar, die jeweils thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen 800 bzw. 802 enthalten. In einigen Beispielen können die Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter 810, 812 aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen gebildet sein, obgleich andere Materialien verwendet sein können.
Die Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter 810, 812 enthalten zentrale Hohlräume 820, 822, die durch einen Mittelabschnitt der Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter 810 bzw. 812 verlaufen. Jede Seitenfläche 814, 816 der Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter 810, 812 enthält eine der thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtungen 800 bzw. 802. In einigen Beispielen weisen die Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter 810, 812 N Seitenflächen und N thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen 800-1, 800-2, ... und 800- N auf. Zum Beispiel ist in 8A N = 6. In
8B ist N = 4. In einigen Beispielen wechseln die freiliegenden Oberflächen der N thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtungen 800 -1, 800-2, ... und 800-N um einen Umfang der Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter 810, 812 ab, um eine Heizung oder Kühlung bereitzustellen. Obgleich sechseckige und rechteckige Formen gezeigt sind, können andere mehreckige oder nicht mehreckige Formen verwendet werden. In einigen Beispielen können innerhalb der zentralen Hohlräume 820, 822 oder außerhalb davon elektrische Verbindungen (nicht gezeigt) hergestellt sein.
In 9 enthält eine Wärmeerzeugungsvorrichtung 850 mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter 810, die unter Verwendung eines Fadens 860 wie etwa Garn, Zwirn oder einem anderen Material wie gezeigt miteinander verbunden sind.
In einigen Beispielen sind die Wärmeerzeugungsvorrichtungshalter 810 unmittelbar zueinander benachbart miteinander verbunden. In anderen Beispielen können zwischen den Wärmeerzeugungsvorrichtungshaltern 810 Abstandshalter 850-1, 850-2, ... verwendet sein. In einigen Beispielen sind die Abstandshalter 850-1, 850-2, ... aus einem biegsamen Material wie etwa Kunststoff, Kautschuk oder aus einem anderen Material hergestellt, um die Biegsamkeit zu erhöhen.
10 stellt einen beispielhaften Sitz 1000 dar, der Wärmeerzeugungsvorrichtungen 850 enthält. In einer Implementierung sind die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 850 an dem Sitz 1000 angebracht. Zum Beispiel werden die Wärmeerzeugungsvorrichtungen 850 währen des Baus des Sitzes 1000 an den Sitz 1000 genäht oder auf andere Weise an ihm angebracht.
Es ist festzustellen, dass die hier beschriebenen Wärmeerzeugungsvorrichtungen ebenfalls für thermoelektrische Generatoren verwendet werden können. Zum Beispiel können die thermoelektrischen Vorrichtungen während Zeiten, in denen die Wärmeerzeugungsvorrichtungen nicht zum thermischen Einstellen des Sitzes und/oder des Sitzpolsters verwendet werden, zur Energiegewinnung verwendet werden.
11 stellt ein beispielhaftes Steuersystem 1100 zum Steuern der lokalisierten Heizung und/oder Kühlung für ein Sitzpolster und/oder einen Sitz dar. Das Steuersystem 1100 enthält einen Controller 1102, eine Leistungsquelle 1104, Schalter 1106-1 bis 1106-M, thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M und Sensoren 304-1 bis 304-N, wobei M und N ganze Zahlen gleich oder größer als 1 sind. Der Controller 1102 ist über einen Bus 1108 mit den Schaltern 1106-1 bis 11 06-M verbunden. Die thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M können gemäß den oben beschriebenen Implementierungen innerhalb des Sitzpolsters und/oder Sitzes angeordnet sein. Der Controller 1102 implementiert ein Kühl- und Heizprofil 1160, das Temperaturdifferenzen zwischen thermoelektrischen Heiz-/Kühleinrichtungen oder Gruppen thermoelektrischer Heiz-/Kühleinrichtungen definiert. Die Temperaturdifferenzen können durch einen Benutzer eingestellt werden und/oder vorgespeichert sein. Nur beispielhaft können die Temperaturdifferenzen verwendet werden, um an einigen Orten wie etwa an den Rändern von Sitzpolstern mehr Wärme und an anderen Orten wie etwa in den Mitten von Sitzpolstern weniger Wärme bereitzustellen.
Der Controller 1102 kann mit Anweisungen zum Erzeugen von Steuersignalen auf der Grundlage der empfangenen Eingabe vorprogrammiert sein. Die Steuersignale können veranlassen, dass ein oder mehrere Schalter 1106-1 bis 11 06-M aus einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand übergehen, um entsprechende thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M mit der Leistungsquelle 1104 zu verbinden. In verschiedenen Implementierungen kann der Controller 1102 auf der Grundlage eines oder mehrerer eingegebener Parameter einzelne thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M oder eine Teilmenge thermoelektrischer Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M aktivieren.
Der Controller 1102 kann auf eine Nachschlagetabelle zugreifen, um auf der Grundlage der empfangenen Eingabe zu bestimmen, ob eine oder mehrere thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M über den einen oder die mehreren Schalter 1106-1 bis 1106-N mit der Leistungsquelle 1104 verbunden werden sollen. In einer Implementierung kann die Nachschlagetabelle die detektierten Eingabeparameter (z. B. Feuchtigkeit, Temperatur usw.) und entsprechende Schaltersteuersignale als ein Schlüssel-Wert-Paar speichern.
In einer anderen Implementierung kann der Controller 1102 über eine Benutzerschnittstelle eine Eingabe von einem Insassen empfangen. Die Eingabe von dem Insassen kann z. B. eine Fahrzeit, die einer Reise entspricht, eine durch einen Insassen definierte Musterpräferenz oder dergleichen repräsentieren. Der Controller 1102 bestimmt auf der Grundlage der Eingabe über die Nachschlagetabelle die entsprechenden Schaltersteuersignale.
Eine im Voraus definierte Anzahl thermoelektrischer Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M können auf der Grundlage der Steuersignale Wärmeenergie erzeugen, um für den Insassen des Sitzpolsters und/oder Sitzes thermische Behaglichkeit bereitzustellen. In einer Implementierung können eine im Voraus definierte Menge (z. B. ein Muster) thermoelektrischer Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M mit der Leistungsquelle 1104 verbunden werden, um Wärmeenergie zu erzeugen. Zum Beispiel können eine Teilmenge thermoelektrischer Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M, die einem spezifischen Bereich des Körpers (z. B. dem Rücken, dem Hals usw.) des Insassen entsprechen, mit der Leistungsquelle 1104 verbunden werden, um Wärmeenergie zu erzeugen.
12 stellt ein beispielhaftes Verfahren 1200 zum Erzeugen einer lokalisierten Heizung und/oder Kühlung für das Sitzpolster und/oder für den Sitz dar. Das Verfahren 1200 beginnt bei 1202. Bei 1204 wird bei einem oder mehreren Sensoren 304-1 bis 304-M eine Eingabe empfangen, die die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit angibt. Bei 1204 bestimmt der Controller 1102 auf der Grundlage der Eingabe, ob die thermoelektrischen Kühl-/Heizeinrichtungen aktiviert werden sollen. Zum Beispiel greift der Controller 1102 auf die Nachschlagetabelle zu und vergleicht er die empfangene Eingabe mit den Nachschlagetabellenschlüsseln, um auf der Grundlage der Eingabe ein Steuersignal für die lokalisierte Heizung und/oder Kühlung in dem Sitzpolster und/oder Sitz zu erzeugen. Wenn die empfangene Eingabe einem oder mehreren Nachschlagetabellenschlüsseln entspricht, liest der Controller 1102 die entsprechenden Werte, die die Schalter 1106-1 bis 1106-M angeben, aus, um sie zu aktivieren.
Falls der Controller 1102 auf der Grundlage der empfangenen Eingabe bestimmt, dass die thermoelektrischen Kühl-/Heizvorrichtungen nicht aktiviert werden sollen, kehrt das Verfahren 1200 zu 1204 zurück. Andernfalls erzeugt der Controller 1102 auf der Grundlage der bei 1208 ausgelesenen Werte Steuersignale zum Aktivieren der entsprechenden Schalter. Zum Beispiel erzeugt der Controller 1102 die Steuersignale 1102 und sendet er sie an die entsprechenden Schalter 1106-1 bis 1106-M, um zu veranlassen, dass der eine oder die mehreren vorgegebenen Schalter 1106-1 bis 1106-M aus einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand übergehen, der eine oder mehrere thermoelektrische Kühl-/Heizvorrichtungen 100-1 bis 100-M mit der Leistungsquelle 1104 verbindet.
Bei 1201 bestimmt der Controller 1102, ob von der Benutzerschnittstelle 1108 eine Eingabe zum Ändern der Heizung/Kühlung empfangen worden ist. Falls eine Eingabe zum Ändern der Heizung/Kühlung empfangen worden ist, aktiviert der Controller 1102 bei 1208 die dem Steuersignal entsprechenden Schalter, um wenigstens eine Teilmenge thermoelektrischer Kühl-/Heizvorrichtungen zu aktivieren. Bei 1212 endet das Verfahren 1200.
Die vorstehende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obgleich diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, soll der wahre Umfang der Offenbarung somit nicht darauf beschränkt sein, da andere Änderungen beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche hervorgehen. Selbstverständlich können ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Obgleich jede der Ausführungsformen oben als mit verschiedenen Merkmalen beschrieben worden ist, können ferner ein oder mehrere dieser in Bezug auf irgendeine Ausführungsform der Offenbarung beschriebenen Merkmale in irgendeiner der anderen Ausführungsformen implementiert werden und/oder mit deren Merkmalen kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus und Vertauschungen einer oder mehrerer Ausführungsformen durch eine andere bleiben im Schutzumfang der Offenbarung.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z. B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleitersubstraten usw.) sind unter Verwendung verschiedener Begriffe einschließlich „verbunden“, „in Eingriff“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“ beschrieben. Wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung nicht explizit als „direkt“ beschrieben ist, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der zwischen dem ersten und dem zweiten Element keine anderen dazwischenliegenden Elemente vorhanden sind, kann sie aber ebenfalls eine indirekte Beziehung sein, bei der zwischen dem ersten und dem zweiten Element ein oder mehrere (räumlich oder funktional) dazwischenliegende Elemente vorhanden sind. Wie die Formulierung wenigstens eines von A, B und C hier verwendet ist, soll sie ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen ODER bedeuten und ist sie nicht in der Bedeutung „wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C“ zu verstehen.
In den Figuren veranschaulicht die Richtung eines Pfeils, wie sie durch die Pfeilspitze angegeben ist, allgemein den Informationsfluss (wie etwa von Daten und Anweisungen), der für die Darstellung von Interesse ist. Wenn z. B. ein Element A und ein Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, für die Darstellung aber von dem Element A zu dem Element B übertragene Informationen relevant sind, kann der Pfeil von dem Element A zu dem Element B weisen. Dieser einfachgerichtete Pfeil bedeutet nicht, dass keine anderen Informationen von dem Element B zu dem Element A übertragen werden. Ferner kann für von dem Element A zu dem Element B gesendete Informationen das Element B Anforderungen für die Informationen an das Element A senden oder deren Quittierungen empfangen.
In dieser Anmeldung einschließlich in den folgenden Definitionen kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Controller“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann sich auf: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; auf eine Kombinationslogikschaltung; auf eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA); auf eine Prozessorschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; auf eine Speicherschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die durch die Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; auf andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder auf eine Kombination einiger oder aller der Obigen wie etwa in einem Ein-Chip-System beziehen, ein Teil davon sein oder sie enthalten.
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen enthalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen enthalten, die mit einem lokalen Netz (LAN), mit dem Internet, mit einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder mit Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität irgendeines gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind, verteilt sein. Zum Beispiel können mehrere Module einen Lastausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Servermodul (auch als fernes Modul oder Cloud-Modul bekannt) einige Funktionalität im Auftrag eines Clientmoduls ausführen.
Der Begriff Code, wie er oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die einen Teil des Codes oder allen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Prozessorschaltungen ausführt. Bezugnahmen auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Chipplättchen, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzelnen Chipplättchen, mehrere Kerne einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination der Obigen. Der Begriff gemeinsam genutzte Speicherschaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die einen Teil oder allen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die einen Teil oder allen Code von einem oder mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Speichern speichert.
Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der Begriff computerlesbares Medium, wie er hier verwendet ist, umfasst keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten (wie etwa eine Trägerwelle); somit kann der Begriff computerlesbares Medium als konkret und nichttransitorisch angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele eines nichttransitorischen, konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbarere Nur-Lese-Speicherschaltung oder eine Masken-Nur-Lese-Speicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine statische Schreib-Lese-Speicherschaltung oder eine dynamische Schreib-Lese-Speicherschaltung), magnetische Ablagemedien (wie etwa ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Ablagemedien (wie etwa eine CD, eine DVD oder eine Blu-Ray-Disc).
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen durch Konfigurieren eines Universalcomputers zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Funktionen, die in Computerprogrammen verkörpert sind, erzeugten Spezialcomputer implementiert werden. Die Funktionsblöcke, Ablaufplankomponenten und anderen Elemente, die oben beschrieben sind, dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines erfahrenen Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Die Computerprogramme enthalten durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nichttransitorischen, konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Außerdem können die Computerprogramme gespeicherte Daten enthalten oder sich auf sie stützen. Die Computerprogramme können ein Basis-Eingabe/Ausgabe-System (BIOS), das mit Hardware des Spezialcomputers zusammenwirkt, Vorrichtungstreiber, die mit bestimmten Vorrichtungen des Spezialcomputers zusammenwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. enthalten.
Die Computerprogramme können enthalten: (i) beschreibenden Text, der zu parsen ist, wie etwa HTML (Hypertext Markup Language) oder XML (Extensible Markup Language) oder JSON (JavaScript Object Notation), (ii) Assemblercode, (iii) Objektcode, der durch einen Compiler aus Quellcode erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Compilierung und Ausführung durch einen Just-in-time-Compiler usw. Nur als Beispiele kann Quellcode unter Verwendung einer Syntax aus Sprachen einschließlich C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language, 5. Revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext-Präprozessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® geschrieben sein.

Claims

Wärmesteuerungssystem, das umfasst: eine Komponente mit einer Oberfläche; und mehrere Wärmeerzeugungsvorrichtungen, die enthalten: eine erste leitfähige Platte; eine zweite und eine dritte leitfähige Platte; eine erste Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der zweiten leitfähigen Platte angeordnet ist; und eine zweite Halbleitervorrichtung, die zwischen der ersten leitfähigen Platte und der dritten leitfähigen Platte angeordnet ist, wobei die erste Halbleitervorrichtung und die zweite Halbleitervorrichtung unterschiedliche Dotierungstypen aufweisen, wobei erste der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen so angeordnet sind, dass sich die erste leitfähige Platte in der Nähe der Oberfläche der Komponente befindet, wobei zweite der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen so angeordnet sind, dass sich die zweite und die dritte leitfähige Platte in der Nähe der Oberfläche der Komponente befinden, und wobei die ersten und die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen eine Heizung bzw. Kühlung der Oberfläche ausführen.
Wärmesteuerungssystem nach Anspruch 1, das ferner umfasst: mehrere Temperatursensoren, die in der Nähe der Oberfläche angeordnet sind, um mehrere Temperaturen der Komponente zu erfassen; und einen Controller, der dafür konfiguriert ist, die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen auf der Grundlage der mehreren Temperaturen wahlweise zu betreiben.
Wärmesteuerungssystem nach Anspruch 1, das ferner einen Controller umfasst, der ein Heiz- und Kühlprofil enthält, das auf der Grundlage der Orte der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen Temperaturdifferenzen für die mehreren an der Komponente angebrachten Wärmeerzeugungsvorrichtungen speichert, wobei der Controller auf der Grundlage des Heiz- und Kühlprofils die Leistung für die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen steuert.
Wärmesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei wahlweise die ersten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen oder die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen zum Erfassen mehrerer Temperaturen verwendet werden.
Wärmesteuerungssystem nach Anspruch 4, das ferner einen Controller umfasst, der dafür konfiguriert ist, die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen auf der Grundlage der mehreren Temperaturen zu betreiben.
Wärmesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei eine Teilmenge der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen in einer Spalte angeordnet sind.
Wärmesteuerungssystem nach Anspruch 6, wobei alle der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen, die innerhalb der Spalte angeordnet sind, parallel zueinander angeordnet sind.
Wärmesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen in einer kreisförmigen Anordnung innerhalb eines Sitzes und/oder eines Sitzpolsters eines Fahrzeugs angeordnet sind.
Wärmesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die ersten und die zweiten der mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen zwischen einem ersten Schaumstoffsubstrat und einem zweiten Schaumstoffsubstrat angeordnet sind.
Wärmesteuerungssystem nach Anspruch 9, wobei das erste Schaumstoffsubstrat mehrere wärmeleitende Kanäle definiert.