[发明专利]电气设备的基于热电的热管理

说明书

公开的实施例包括经配置以加热和/或冷却电气设备的基于热电的热管理系统和方法。热管理系统能够包括与电气设备的温度敏感区域电连通和热连通的至少一个电导体和与至少一个电导体热连通的至少一个热电设备。电力能够由相同的电导体或外部电源引导到热电设备，从而使得热电设备经由至少一个电导体为电气设备提供受控的加热和/或冷却。

本申请是2014年1月13日提交的名称为“电气设备的基于热电的热管理”的中国专利申请201480014716.5的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及电气设备的热电(TE)冷却和加热。

背景技术

电力电子设备和其他电气设备(诸如电池)能够对过热、低温、极端温度和工作温度限制敏感。当在推荐的温度范围之外操作该设备时，有时可能严重降低此类设备的性能。在半导体器件中，集成电路芯片会过热并发生故障。在电池(包括，例如，电动车辆中用于汽车应用的电池)中，当过热或过冷时，电池单元及其部件能够退化。此类退化能够表现在电池存储容量减小和/或在多个空占比上对电池重新充电的能力降低。

发明内容

管理电力电子设备和其他电气设备的热状态能够是有益的。热管理能够减少过热、过冷和电气设备退化的发生。本文所描述的某些实施例提供承载大量电力和/或需要高电流和效率(例如，功率放大器、晶体管、变压器、功率逆变器、绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)、电动马达、高功率激光器和发光二极管、电池以及其他)的设备的热管理。各种各样的解决方案能够用于热管理此类设备，包括对流空气和液体冷却、传导冷却、利用液体喷射的喷雾冷却、电路板和芯片盒的热电冷却以及其他解决方案。与用于加热或冷却电气设备的现有技术相比，至少一些本文公开的实施例提供以下优点中的至少一项：更高的功率效率、更低或消除的维护成本、更好的可靠性、更长的使用寿命、更少的部件、更少或消除的活动件、加热和冷却操作模式、其他优点或优点的组合。

在电气设备中，通常所述设备的电活性部分和/或温度敏感区域经由电导体连接到外界，诸如，例如外部电路或设备。例如，电池单元的电极能够被设计成承载高电力而没有明显损耗(例如，根据焦耳定律，热损失与所述电流的平方成比例)。用于此类电极的电导体的线规与通常在此类设备中流动的所述高电流相称。电池的尺寸越大，用于与外部电路连接的电极柱越大。

电极和许多其他类型的电导体的高电导也意味着此类导体通常具有高导热系数。高导热系数能够用于解决各种热管理问题，其中一种能够通过加热和/或冷却电极、旁路设备的热不灵敏元件，直接传递所需热功率(例如，冷却、加热等)到设备的敏感元件。类似于在输血期间使用热调节的血液以用于将热传送深入到人身体的核心，通过电极的热泵送能够用于有效地传送电气设备内部深处所需的热状态。作为一个实例，已经确定先进汽车的电池的电极冷却是用于电池热管理的最有益的技术之一。例如，能够使用固体、液体或空气冷却技术冷却电极。在某种意义上，在此类热管理布置中，电极充当冷手指。

本文公开的实施例包括能够通过应用直接或间接热电(TE)冷却和/或加热到功率部件、电子设备和其他电气设备的承载电流的电导体(例如，电极)而热管理电气设备的系统和方法。此类设备能够通常受益于热管理。一些实施例将参考具体电气设备进行描述，诸如，例如，电池。然而，本文公开的至少一些实施例能够为其他电气设备(诸如，例如，绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)、其他电气设备或设备的组合)提供热管理。至少一些此类设备能够具有高电流承载能力并能够承受优选温度范围之外的操作。参考冷却操作模式描述一些实施例的操作。然而，本文公开的实施例中的一些或全部也能够具有加热操作模式。在一些情况下，能够采用加热操作模式将电气设备的温度维持在阈值温度之上，在该阈值温度以下，电气设备可能退化或表现出受损操作。TE设备独特地适于提供加热和冷却功能两者，而对系统架构具有最小复杂化。