[发明专利]基于热电的热管理系统

说明书

所公开的实施例包括经配置以加热和/或冷却电气装置的基于热电的热管理系统和方法。热管理系统能够包括与该电气装置的温度敏感区域电连通和热连通的至少一个电导体以及与至少一个电导体热连通的至少一个热电装置。电力能够通过同一个电导体或外部电源引导至热电装置，致使该热电装置经由至少一个电导体对电气装置提供受控制的加热和/或冷却。该热电管理系统能够与电气装置的管理系统集成在印刷电路基板上。

本申请是国际申请日为2014年01月28日、进入国家阶段日为2015年07月30日的名称为“基于热电的热管理系统”的中国专利申请201480006684.4的分案申请。

技术领域

本公开总体上涉及电气装置的热电(TE)冷却和加热。

背景技术

电力电子装置和其他电气装置(如电池)能够对过热、冷温、极端温度和工作温度极限敏感。当这些装置在建议的温度范围之外操作时，此类装置的性能可能有时严重减弱。在半导体器件中，集成电路芯片可能过热并且出现故障。在包括例如用于电气化车辆中的汽车应用的电池在内的电池中，电池单元及其部件在过热或过冷时会降级。此类降级本身能够反映为电池储存能力降低和/或电池在多个工作周期上被再充电的能力降低。

发明内容

本发明能够有利地管理电力电子装置和其他电气装置的热状况。热管理能够减少以下情形：过热、过冷以及电气装置降级。本文描述的某些实施例提供对载有大量电力和/或要求高电流和高效率的装置(例如，功率放大器、晶体管、变压器、电力逆变器、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、电动机、高功率激光器和发光二极管、电池以及其他)的热管理。大范围的解决方案能够用于热管理此类装置，包括对流式空气和液体冷却、传导式冷却、液体射流喷射式冷却、板和芯片盒的热电冷却以及其他解决方案。与加热或冷却电气装置的现有技术相比，本文公开的至少一些实施例提供至少一项以下优点：更高的电力效率、更低或消除维护成本、更高的可靠性、更长的使用寿命、更少的部件、更少或消除移动部分、加热和冷却操作模式、其他优点、或优点的组合。

在电气装置中，典型地，该装置的电气有效部分和/或温度敏感区域与外界相连，例如经由电导体与外部电路或装置相连。例如，电池单元的电极能够设计成承载高的电力而无大量损失(例如，按照焦耳定律，与电流的平方成比例的热量损失)。用于此类电极的电导体的电线规格与此类装置中典型流动的高电流相称。电池的尺寸越大，与外部电路相连的电极接线柱就越大。

电极以及许多其他类型的电导体的高电导率还意味着，此类导体通常具有高的热导率。高热导率能够用来解决各种热管理问题，其中人们能够通过加热和/或冷却电极来将希望的热功率(例如，冷却、加热等等)绕过该装置的非热敏性元件，直接传递到装置的敏感性元件。类似于在输血过程中使用热调节的血液以将热量深入传递到人体核心，热泵送通过电极能够用于高效地将希望的热状况深入传递到电气装置中。举例而言，已经确定，高级汽车电池的电极冷却是用于电池热管理的最有利的技术之一。例如，能够使用固体、液体或空气冷却技术来冷却这些电极。在某种意义上，电极在这样的热管理系统中充当指形冷冻器。

本文公开的实施例包括能够通过对功率部件、电子装置以及其他电气装置的载有电流的电导体(例如，电极)施加直接或间接热电(TE)冷却和/或加热来对电气装置进行热管理的系统和方法。这样的装置通常能够从热管理中获益。将参照具体电气装置(例如电池)来描述一些实施例。然而，本文公开的至少一些实施例能够对其他电气装置(例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、其他电气装置、或装置的组合)提供热管理。至少一些这样的装置能够具有高的电流承载能力并且能够承受优选温度范围之外的操作。参照冷却操作模式来描述一些实施例的操作。然而，在此公开的一些或所有实施例也能够具有加热操作模式。在一些情形下，加热操作模式能够用于将电气装置的温度维持在阈值温度以上，在该阈值温度以下该电气装置可能降级或表现受损的操作。TE装置尤其适于提供加热和冷却功能，其中对系统构造具有最小复杂性。