熱電模塊和用于制造熱電模塊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱電模塊和一種用于制造熱電模塊的方法以及一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]“物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things, 1T)”被稱為信息技術(shù)中未來最重要的發(fā)展之一。所謂的物聯(lián)網(wǎng)是指不僅人類可以進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)并且通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，而且設(shè)備也通過互聯(lián)網(wǎng)相互聯(lián)網(wǎng)?！拔锫?lián)網(wǎng)”領(lǐng)域的目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和家居自動(dòng)化，例如用于溫度測(cè)量。已經(jīng)可以使用這些傳感器(例如具有低能耗易能森無線技術(shù)(low-energy-EnOcean-Funktechnolgie)的供暖設(shè)備上的溫度傳感器)，然而它們的成本非常高昂。
[0003]熱電發(fā)電機(jī)TEG (thermoelektrischer Generator，在此也稱作熱電元件)的效率強(qiáng)烈取決于所采集的熱量多么快地排放給環(huán)境。因而為熱電發(fā)電機(jī)常常配備有導(dǎo)熱性非常好的(例如金屬制成的)散熱體，所述散熱體吸收熱電發(fā)電機(jī)的熱量并且排放給環(huán)境。為此，散熱體和環(huán)境之間的表面應(yīng)盡可能得更大。在此，散熱體并未集成到殼體中，而是附加地進(jìn)行粘附。這對(duì)設(shè)計(jì)(不能合理地集成到傳感器系統(tǒng)中)和成本(為散熱體的加工和安裝帶來額外的花費(fèi))產(chǎn)生消極的影響。作為散熱體的替代品，可以例如利用空氣灌注傳感器元件，以便將重新排放所吸收的熱量。當(dāng)前，能量轉(zhuǎn)換器的集成是電子封裝的趨勢(shì)。特別是太陽(yáng)能電池和熱電轉(zhuǎn)換器(TEG)應(yīng)用于獲取例如用于運(yùn)行傳感器模塊的電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在這種背景下，利用在此提出的發(fā)明構(gòu)思根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求提出了一種熱電模塊、一種用于制造熱電模塊的方法以及最后提出一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。有利的設(shè)計(jì)方案由各個(gè)從屬權(quán)利要求和下文的描述得出。
[0005]在此提出的發(fā)明構(gòu)思公開了具有以下特征的熱電模塊:
-至少一個(gè)支撐元件，其中所述支撐元件具有至少一個(gè)用于在所述支撐元件的兩個(gè)對(duì)置的側(cè)面之間傳導(dǎo)熱量的熱傳導(dǎo)區(qū)域，其中所述熱傳導(dǎo)區(qū)域具有比所述支撐元件的其他區(qū)域更高的熱導(dǎo)率；
-至少一個(gè)固定在所述支撐元件的熱傳導(dǎo)區(qū)域上的熱電元件，其中所述熱電元件與所述熱傳導(dǎo)區(qū)域熱耦接；并且
-至少一個(gè)覆蓋元件，所述覆蓋元件布置在所述熱電元件的、與所述支撐元件對(duì)置的側(cè)面上并且至少部分地遮蓋所述熱電元件。
[0006]所謂的支撐元件可以理解為一種機(jī)械構(gòu)件，所述機(jī)械構(gòu)件能夠用作用于熱電元件的支架或者支承部。所謂的熱傳導(dǎo)區(qū)域可以理解為支撐元件的一個(gè)部段，熱量在支撐元件兩個(gè)對(duì)置的側(cè)面之間比在支撐元件的其他區(qū)域中能夠更好地(也就是說以更小的熱電阻)傳導(dǎo)到所述部段中。例如熱傳導(dǎo)區(qū)域可以具有開口，通過所述開口例如氣體或者空氣這樣的流體從支撐元件的一側(cè)流到支撐元件的對(duì)置的一側(cè)上。也能夠利用熱傳導(dǎo)材料至少部分地填充熱傳導(dǎo)區(qū)域或者熱傳導(dǎo)區(qū)域具有該熱傳導(dǎo)材料，其中相對(duì)于其他材料，熱傳導(dǎo)材料具有比所述支撐元件的主要成分材料更高的熱導(dǎo)率。熱電元件可以理解為一種電子構(gòu)件，所述電子構(gòu)件能夠?qū)⑻幱趦蓚€(gè)不同位置或者地方的溫度的差轉(zhuǎn)換成電壓或者說電能。覆蓋元件可以理解為一種機(jī)械的結(jié)構(gòu)元件，所述結(jié)構(gòu)元件至少部分地覆蓋在與支撐元件對(duì)置的側(cè)面上的熱電元件，并且由此保護(hù)熱電元件(例如免受環(huán)境影響)。
[0007]所述在此提出的發(fā)明構(gòu)思基于這樣一種認(rèn)識(shí)，即將熱電元件布置在支撐元件上以及設(shè)置覆蓋元件能夠制造出在技術(shù)上非常容易(例如在使用用于電子部件的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)技術(shù)的情況下)進(jìn)行制造的熱電模塊。所制造的熱電模塊在此提供了尤其是在在不同的地方之間存在溫度梯度的領(lǐng)域中特別有利的(例如自主的(autarke ))能源供應(yīng)的可能性。所述在此提出的發(fā)明構(gòu)思由此具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即提供能夠成本低廉地且技術(shù)上容易制造的能量提供模塊，所述能量提供模塊例如可以用于為在難以到達(dá)的地方的傳感器進(jìn)行自主供應(yīng)。
[0008]特別有利的是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其中所述支撐元件設(shè)計(jì)成電路板，尤其是其中所述支撐元件具有至少一個(gè)用于使所述熱電元件進(jìn)行電接觸的導(dǎo)體電路。本發(fā)明的這樣一種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠使用用于加工熱電模塊的標(biāo)準(zhǔn)部件，所述標(biāo)準(zhǔn)部件使得能夠成本非常低廉地制造所述熱電模塊。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另外一種實(shí)施方式，所述支撐材料具有至少一個(gè)開口和/或至少一個(gè)用于通過所述支撐元件傳導(dǎo)熱量的熱傳導(dǎo)元件，其中所述熱傳導(dǎo)元件具有比所述支撐元件的主要成分材料更高的熱導(dǎo)率，尤其是其中所述熱傳導(dǎo)元件至少部分地包括金屬或者完全由金屬制成。本發(fā)明的這樣一種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠特別有效地利用熱電元件的能量轉(zhuǎn)換能力，這是由于在支撐元件的熱傳導(dǎo)區(qū)域中保持較小的熱電阻。以這種方式能夠?qū)⒃跓醾鲗?dǎo)區(qū)域中較大的熱電流導(dǎo)引向熱電元件。
[0010]尤其是當(dāng)所述支撐元件在所述熱傳導(dǎo)區(qū)域中具有至少多個(gè)、(例如規(guī)律地)成行和/或成列進(jìn)行布置開口時(shí)，能夠成本特別低廉地制造所述熱電模塊，其中沒有不必要地減小支撐元件的穩(wěn)定性。
[0011]為了確保在熱電元件上特別高的溫度梯度，根據(jù)本發(fā)明的另外一種實(shí)施方式所述覆蓋元件在遮蓋所述熱電元件的區(qū)域中能夠具有至少一個(gè)開口和/或至少一個(gè)用于通過所述覆蓋元件傳導(dǎo)熱量的覆蓋導(dǎo)熱元件，其中所述覆蓋導(dǎo)熱元件具有比所述覆蓋元件的主要成分材料更高的熱導(dǎo)率，尤其是其中所述覆蓋導(dǎo)熱元件至少部分地包括金屬或者完全由金屬制成。
[0012]進(jìn)一步地能夠考慮根據(jù)本發(fā)明的另一種、在技術(shù)上非常容易且由此能夠成本低廉地進(jìn)行制造的實(shí)施方式，所述覆蓋元件能夠通過澆鑄材料和/或電路板形成，和/或在與所述支撐元件對(duì)置的側(cè)面上與所述熱電元件接觸。
[0013]當(dāng)根據(jù)按照本發(fā)明的另一種實(shí)施方式進(jìn)一步設(shè)有至少一個(gè)中間元件時(shí)，能夠特別可靠地保護(hù)熱電模塊免受環(huán)境影響，所述中間元件在一側(cè)挨著所述熱電元件布置在所述覆蓋元件和所述支撐元件之間，尤其是其中所述中間元件與所述覆蓋元件和所述支撐元件一同構(gòu)造成殼體，所述殼體至少部分地包圍所述熱電元件。
[0014]對(duì)于本發(fā)明的另一種、尤其是關(guān)于靈活性在使用熱電模塊的情況下對(duì)于電子線路的結(jié)構(gòu)特別有利的實(shí)施方式，所述中間元件具有至少一個(gè)中間元件導(dǎo)體電路，以便將在所述支撐元件上和/或所述支撐元件中的電導(dǎo)體與在所述覆蓋元件上和/或所述覆蓋元件中的電導(dǎo)體連接。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，可以在所述中間元件和所述熱電元件之間構(gòu)造空腔，尤其是其中利用流體、尤其是氣體或者空氣填充所述空腔。本發(fā)明的這樣一種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于熱電元件更好的加溫和冷卻的可能性，以便達(dá)到熱電模塊特別高的效率等級(jí)。
[0016]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式設(shè)有至少一個(gè)用于檢測(cè)物理參量的電子結(jié)構(gòu)元件和/或傳感器元件，尤其是其中所述傳感器元件與所述熱電元件可導(dǎo)電地連接，以便有利用由所述熱電元件提供的電能運(yùn)行時(shí)，能夠特別緊湊且成本低廉地制造熱電模塊。
[0017]進(jìn)一步本發(fā)明的一種實(shí)施方式是有利的，其中所述至少一個(gè)傳感器元件固定在所述覆蓋元件的、朝向所述熱電元件的側(cè)面上和/或所述支撐元件的、朝向所述熱電元件的側(cè)面上。本發(fā)明的這樣一種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于為傳感器元件提供特別好的保護(hù)免受環(huán)境影響。
[0018]此外，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式也是有利的，其中至少一個(gè)用于檢測(cè)一個(gè)物理參量和/或另一個(gè)能夠利用傳感器元件檢測(cè)的物理參量的探測(cè)器布置在所述支撐元件和/或所述覆蓋元件的、背離所述熱電元件的側(cè)面上，尤其是其中所述探測(cè)器與所述熱電元件可導(dǎo)電地連接，以有利用由所述熱電元件提供的電能運(yùn)行，尤其是其中所述至少一個(gè)探測(cè)器至少部分地由所述殼體包圍。本發(fā)明的這樣一種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠檢測(cè)所述一個(gè)物理參量或者所述另一個(gè)物理參量，其中能夠盡可能有效地防止或者減小由于熱電元件出現(xiàn)的測(cè)量值不實(shí)現(xiàn)象(Messwerteverfjil schung)。
[0019]此外，用于制造熱電模塊的方法的、根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式作是有利的，其中所述方法具有下列步驟:
-提供至少一個(gè)支撐元件，其中所述支撐元件具有至少一個(gè)用于在所述支撐元件的兩個(gè)對(duì)置的側(cè)面之間傳導(dǎo)熱量的熱傳導(dǎo)區(qū)域，其中所述熱傳導(dǎo)區(qū)域具有比所述支撐元件的其他區(qū)域更高的熱導(dǎo)率，并且提供熱電元件和至少一個(gè)覆蓋元件；并且
-如此布置所述支撐元件、所述熱電元件和所述覆蓋元件，從而使得所述熱電元件固定在所述支撐元件的熱傳導(dǎo)區(qū)域上并且與所述熱傳導(dǎo)區(qū)域熱耦接，并且所述覆蓋元件布置在所述熱電元件的、與所述支撐元件對(duì)置的側(cè)面上并且至少部分地遮蓋所述熱電元件。
[0020]在此提出的發(fā)明構(gòu)思進(jìn)一步提供了一種設(shè)備，構(gòu)造所述裝置用于在相應(yīng)的裝置中實(shí)施或者說實(shí)踐在此提出的方法的變體的步驟。也可以通過以設(shè)備形式的本發(fā)明的實(shí)施方式快速且高效地解決本發(fā)明的任務(wù)。
[0021]設(shè)備在此可以理解成一種電氣儀器，所述儀器處理傳感器信號(hào)并且根據(jù)傳感器信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)和/或數(shù)據(jù)信號(hào)。所述設(shè)備可以具有能夠按照硬件和/或軟件進(jìn)行構(gòu)