[发明专利]用于发电的热电模块及相应的制造方法

说明书

本发明涉及一种用于热电发电的热电模块(7)、特别是在内燃机的排气管线中的热电模块(7)，所述热电模块(7)包括底板(8)和多个热电偶，所述多个热电偶中的每个具有两个臂(13)，其中，热电偶串联电连接并且安装在底板(8)上。根据本发明，底板(8)包括金属材料，这便于便宜制造，允许显著更大的规格，并且与由陶瓷制成的传统底板相比，使得热电模块(7)在机械上更显著地不敏感。本发明还涉及相应的制造方法。

技术领域

本发明涉及一种用于热电发电的热电模块、特别是在内燃机的排气系统中的用于热电发电的热电模块。此外，本发明涉及一种用于这样的热电模块的制造方法。

背景技术

用于将热能转换为电能的经典热电模块包括若干热电偶的串联连接结构。这些热电偶中的每个包括至少一个p型组件(臂(leg))、一个n型组件(臂)以及电连接这两种组件且通常由金属制成的接触桥(图4A、图4B)。若干热电偶通过将一个热电偶的p型组件电连接到下一个热电偶的n型组件且以此类推而被串联连接。热电偶的这样的互连结构被称为热电模块。通过产生从一个接触平面通过p型组件和n型组件到另一个接触平面的热流，借助于塞贝克效应产生电压。

用于这样的过程的典型热源是例如如在内燃机的排气系统中存在的热气流。但是任何其他热源也是可行的。例如，为了从排出气体提取热并且将其传导到热电偶或耗散尚未转化为电能的残留热，通常使用金属热交换器系统。为了避免热交换器与接触桥之间的短路，接触桥与热交换器的电绝缘是绝对必要的。

通常使用零点几毫米厚的陶瓷板、例如由氧化铝或氮化铝制成的陶瓷板作为绝缘体。为了确保绝缘体与接触桥之间的最佳热传递，建立了整体接合连接结构。通常使用所谓的DBC或DCB(DBC：直接键合铜(direct bond copper)；DCB：直接铜键合(direct copperbond))复合基板。这里，铜直接层压到陶瓷板上。这些基板具有良好的电绝缘性和导热性。然而，这些基板的缺点在于：由于制造方法的原因，它们的尺寸被限制为约130mm×180mm。此外，固体陶瓷不具有塑性可变形性，因此容易受到机械应力的影响。DCB技术的另一个缺点是层压件的高制造价格。

图1示出了用于借助塞贝克效应将热能转换为电能的传统热电模块1的透视图。热电模块1根据DCB键合技术(DCB：直接铜键合)来制造。因此，已知的热电模块1具有分别布置在热侧和冷侧上的两个平行的陶瓷板2。在附图中，下部陶瓷板2布置在冷侧上，并且承载由铜制成的多个接触垫3，由此，各个接触垫3均电接触p型臂4和n型臂5，以便串联电连接各个热电偶。p型臂4或n型臂5与相关的接触垫3之间的连接结构通过烧结、粘接或焊接连接结构6制成。

已知的DCB连接技术的缺点是相对高的制造成本。此外，陶瓷板2也对碰撞和热冲击敏感。最后，已知的热电模块1的尺寸和横向膨胀受到限制。

对于本发明的技术背景，还应参考DE102016006064A1、US2016/0204329A1、US2011/0017254A1、JP2005-317834A、US2002/0189661A1和US2016/0315242A1。

发明内容

因此，本发明基于创建相应改进的热电模块的任务。

根据本发明的热电模块首先具有根据现有技术的底板。在此应指出的是，热电模块的底板以及随后的其他层优选地是平坦的。然而，底板和其他层是弯曲的在理论上也是可行的。