[发明专利]车辆热电发电机的热电模块

说明书

技术领域

本发明涉及热电模块。更具体地说，本发明涉及在车辆用热电发电机中使用的热电模块。

背景技术

车辆内燃机产生的废气本身带有热能，这些热能可通过热电发电机转换为电能，例如用于为电池或其它蓄电装置充电和/或直接将必要的能量提供给电消费产品。从而以改善的能量效率操作车辆，增加可用于车辆操作的能量。

此类热电发电机包括至少一个热电模块。热电模块例如包括至少两个半导体元件（p型和n型），这两个半导体元件交替地具有位于其上侧和下侧（分别面向热侧和冷侧）的导电桥，这两个半导体元件还形成最小的热电单元或热电元件。热电材料的类型能够将热能转换为电能（塞贝克效应）以及将电能转换为热能（帕尔贴效应）。如果同时在半导体元件的两侧提供温度梯度，则在半导体元件的端部之间形成电势。热侧上的载荷子通过较高温度逐渐被激励到导带。由于导带中具有此过程产生的浓度差，因此电荷载流子扩展到半导体元件的冷侧，从而产生电势差。在热电模块中，大量半导体元件优选地进行电串联。为了使所产生的串联半导体元件的电势差不会彼此抵消，半导体元件始终交替地与不同的多数电荷载流子（n型和p型）直接进行电接触。可通过连接的负载电阻接通电路，从而允许分接电源。

为了确保半导体元件始终可用，通过在导电桥与热电材料之间设置扩散阻挡层，该扩散阻挡层防止电桥或铜材料中包含的材料扩散到热电材料中，从而防止半导体材料或热电元件出现效率损失或功能故障。热电模块和半导体元件一般通过组装个别部件（热电材料、扩散阻挡层、导电桥、绝缘及其它任何外壳元件）以形成上面流动热或冷介质的热电模块构造而成。组装大量个别部件还需要精确地协调个别部件容差并允许热量从热端传递到冷端，另外还需充分地接触导电桥，从而可通过热电模块产生电流。

为了在热电模块中设置这些半导体元件，通常提供外壳、壁和/或与半导体元件附接的支撑管来从外部确定模块。这样具体可导致具有高容差要求的设置，首先可以实现半导体元件相对于电连接和外壳位置的精确安装配置。其它问题包括：由于内外外壳部分上的热负荷不同，还必须在不向热电材料引入特别高的应力的情况下，补偿这些部件的不同膨胀性质。明确地为了制造此类热电模块，需要将多个部件轻松地相互组合，以便于存储和处理，同时在组装这些部件之时产生轻型稳定的结构。

基于此，本发明的目标是至少部分地解决所列出的与当前发展状况有关的问题。具体而言，旨在规定从技术上很容易制造的热电模块，此模块的部件数量更少，可以稳定地实现所需目的和/或另外具有更高的效率，从而能够通过废气的热能产生电能。

这些目标通过根据权利要求1的热电模块实现。本发明进一步的有利开发在所附权利要求中指定。在权利要求中单独描述的特征可以通过技术上适当的方式相互组合并且列出本发明的进一步开发。所述描述具体与附图结合，进一步对本发明进行了解释并且引述本发明的其它示例性实施例。

发明内容

根据本发明的热电模块具有内周向表面、轴和外周向表面，包括热电材料的多个半导体元件沿所述轴方向被设置在所述内周向表面与所述外周向表面之间并且依次进行电互连。此外，所述半导体元件的至少一部分包括至少一个内框部分或外框部分。而且，至少内框部分形成中断的内周向表面或外框部分形成中断的外周向表面。

所述热电模块具体组成热电发电机的单独部件。在此处，热电模块优选地包括连接，所述改接可用于将此类热电模块电连接到多个其它热电模块。具体而言，所有集成半导体元件的电连接因此在热电模块内部完成。此类热电模块现在在一侧暴露到冷却介质，在另一侧暴露热介质。这里主要考虑热电模块通过其外周向表面与冷却介质的接触以及通过内周向表面与热介质（具体是指废气）的接触，并且这些介质穿通过周向表面和/或围绕周向表面流动。因此，内周向表面实际形成所谓的热电模块的热侧，外周向表面形成所谓的热电模块的冷侧。

而且，所述热电模块优选地采取细长型设计，也就是说，例如采取轨道或管状形式。尽管所述热电模块最优选地大体采取圆柱形或管状形式进行设计，但是形成并非绝对如此。具体而言，也可以针对此类热电模块采用椭圆横截面或多边形横截面。根据此设计，然后也可以识别中心轴、内周向表面和外周向表面。内周向表面在这里具体确定内部管道，热介质（废气）可以流过此管道。