換熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種換熱器，該換熱器具有至少一個(gè)第一珀耳帖元件，其中，該珀耳帖元件具有第一半導(dǎo)體裝置和至少一個(gè)第二半導(dǎo)體裝置，其中，每個(gè)半導(dǎo)體裝置具有第一半導(dǎo)體、第二半導(dǎo)體和電接觸件，其中，每個(gè)半導(dǎo)體裝置的至少一個(gè)半導(dǎo)體由P型摻雜半導(dǎo)體材料制成，并且至少一個(gè)半導(dǎo)體由η摻雜材料制成，其中，在半導(dǎo)體裝置內(nèi)總是一個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和一個(gè)P型摻雜半導(dǎo)體交替地串聯(lián)連接，并且通過電接觸件能夠?qū)@些半導(dǎo)體施加電壓。
【背景技術(shù)】
[0002]在例如特別是機(jī)動車輛的技術(shù)系統(tǒng)中，需要實(shí)現(xiàn)各種不同的加熱和冷卻功能。為此，要使用多個(gè)不同的換熱器，這些換熱器可以根據(jù)要求釋放熱量或者可以吸收熱量并將該熱量排出。
[0003]如果要實(shí)現(xiàn)冷卻至低于環(huán)境溫度或者加熱到一溫度水平，且該溫度水平通過在技術(shù)系統(tǒng)中的最熱的熱源(在機(jī)動車輛的情況下是由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的廢熱)是不能達(dá)到的，則這些換熱器將達(dá)到它們的極限。在這種情況下必須實(shí)現(xiàn)主動式冷卻或者說主動式加熱。
[0004]這樣的主動式冷卻例如可以通過將待冷卻的元件與已有的冷卻回路熱連接來實(shí)現(xiàn)。主動式加熱例如可以通過熱泵、燃料輔助加熱器或者電加熱器來實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有技術(shù)中已描述了多種解決方案。
[0005]此外還可以使用珀耳帖元件作為換熱器來加熱或者冷卻。這特別是對于在電動和混合動力汽車中的電子元件的冷卻和加熱來說是可設(shè)想的。
[0006]使用珀耳帖元件在這里是特別有利的，因?yàn)椴槐嘏c用于對各個(gè)元件進(jìn)行冷卻的制冷劑回路直接連接。此外，在珀耳帖元件中沒有安裝活動部件，由此結(jié)構(gòu)復(fù)雜度很低。
[0007]US 4314008例如公開了一種具有電池電芯主動式冷卻裝置的電池系統(tǒng)。為了冷卻電池電芯，在這里使用珀耳帖元件。一個(gè)珀耳帖元件在這里由多個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和P型摻雜半導(dǎo)體構(gòu)成，這些半導(dǎo)體設(shè)置在兩個(gè)相互平行的絕緣板之間。
[0008]各個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和P型摻雜半導(dǎo)體在這里按照串聯(lián)連接方式設(shè)置。η型摻雜半導(dǎo)體和P型摻雜半導(dǎo)體交替地串聯(lián)。根據(jù)施加電壓的極性，熱量通過η型摻雜半導(dǎo)體和P型摻雜半導(dǎo)體從一個(gè)絕緣板輸送到對置的絕緣板。通過極性反轉(zhuǎn)使熱量傳遞的方向反轉(zhuǎn)。
[0009]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的解決方案的缺點(diǎn)是，珀耳帖元件的各個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和P型摻雜半導(dǎo)體串聯(lián)連接。由于單個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體或者P型摻雜半導(dǎo)體的損壞，通過珀耳帖元件的總電流被阻斷，由此珀耳帖元件發(fā)生故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明的目的是提供一種換熱器，該換熱器適合于主動地對元件進(jìn)行加熱或者冷卻，其中，該換熱器具有高的故障安全性，并且同時(shí)可以簡單且成本低廉地進(jìn)行制造。
[0011]本發(fā)明的目的通過一種具有權(quán)利要求1的特征的換熱器得以解決。
[0012]本發(fā)明的一種實(shí)施例涉及一種換熱器，該換熱器具有至少一個(gè)第一珀耳帖元件，其中，該珀耳帖元件具有第一半導(dǎo)體裝置和至少一個(gè)第二半導(dǎo)體裝置，其中，每個(gè)半導(dǎo)體裝置具有第一半導(dǎo)體、第二半導(dǎo)體和電接觸件，其中，每個(gè)半導(dǎo)體裝置的至少一個(gè)半導(dǎo)體由P型摻雜材料制成，并且至少一個(gè)半導(dǎo)體由η型摻雜半導(dǎo)體材料制成，其中，在半導(dǎo)體裝置內(nèi)總是一個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和一個(gè)P型摻雜半導(dǎo)體交替地串聯(lián)地電連接，并且通過電接觸件能夠?qū)@些半導(dǎo)體施加電壓，其中，這兩個(gè)半導(dǎo)體裝置并聯(lián)地電連接。
[0013]在一個(gè)珀耳帖元件中的各個(gè)半導(dǎo)體裝置的并聯(lián)連接是特別有利的，因?yàn)樵趩蝹€(gè)半導(dǎo)體有缺陷時(shí)，只有通過在其中半導(dǎo)體是串聯(lián)連接的半導(dǎo)體裝置的電流才被中斷，但是通過整個(gè)珀耳帖元件的電流不會被中斷。因此，盡管一個(gè)半導(dǎo)體進(jìn)而一個(gè)半導(dǎo)體裝置有故障，珀耳帖元件大部分仍然是起作用的。
[0014]在具有完全是串聯(lián)連接的半導(dǎo)體的珀耳帖元件中，僅僅一個(gè)半導(dǎo)體或者一個(gè)導(dǎo)電的橋接元件的缺陷就會導(dǎo)致整個(gè)珀耳帖元件發(fā)生故障。如果多個(gè)這樣的珀耳帖元件彼此串聯(lián)連接，那么整個(gè)電路就會不起作用。
[0015]因此，在各個(gè)半導(dǎo)體、半導(dǎo)體裝置和珀耳帖元件的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置和連接中，故障安全性明顯更高。
[0016]此外，還可以是特別有利的是，在半導(dǎo)體裝置內(nèi)的半導(dǎo)體通過導(dǎo)電的橋接元件相互連接。
[0017]導(dǎo)電的橋接元件提供半導(dǎo)體裝置的各個(gè)半導(dǎo)體之間的電連接。導(dǎo)電的橋接元件在這里分別將一個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和一個(gè)P型摻雜半導(dǎo)體相互連接。
[0018]另一種優(yōu)選實(shí)施例的特征是，在施加電壓時(shí)，總是半導(dǎo)體的第一端部區(qū)域升溫并且與該第一端部區(qū)域?qū)χ玫亩瞬繀^(qū)域降溫，其中，半導(dǎo)體被設(shè)置成使得升溫和降溫的區(qū)域分別沿相同的方向定向。
[0019]半導(dǎo)體被定位成使得升溫和降溫的端部區(qū)域分別沿著共同的方向定向，這是特別有利的，因?yàn)橐赃@種方式可以沿著各個(gè)半導(dǎo)體進(jìn)行定向熱量傳遞。因此，在施加電壓時(shí)在半導(dǎo)體裝置上或者說在珀耳帖元件上產(chǎn)生熱量梯度。這可以用來將熱量從待冷卻的元件排出或者將熱量供給到待加熱的元件。
[0020]也可以優(yōu)選的是，每個(gè)珀耳帖元件具有第一絕緣元件和第二絕緣元件，其中，半導(dǎo)體在絕緣元件之間設(shè)置在一個(gè)平面內(nèi)，并且半導(dǎo)體與導(dǎo)電的橋接元件和/或絕緣元件熱接觸。
[0021]絕緣元件主要用來使半導(dǎo)體與外界電絕緣。為了不影響通過半導(dǎo)體的電流或者不引起短接，這是必要的。
[0022]為了不對由半導(dǎo)體引起的熱量傳遞產(chǎn)生不利影響，絕緣元件在這里應(yīng)當(dāng)有利地具有尚的導(dǎo)熱能力。
[0023]在本發(fā)明的一種特別有利的設(shè)計(jì)方案中，此外還可以規(guī)定，多個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和P型摻雜半導(dǎo)體交替地設(shè)置在一個(gè)半導(dǎo)體裝置內(nèi)。
[0024]多個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和P型摻雜半導(dǎo)體提高了各個(gè)半導(dǎo)體裝置的熱量傳遞能力，并且因此提高珀耳帖元件的熱量傳遞能力。為了保證換熱器的功能，半導(dǎo)體元件必須被設(shè)置成使得一個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和一個(gè)P型摻雜半導(dǎo)體總是交替地被電流流過。
[0025]在本發(fā)明的替代設(shè)計(jì)方案中，可以規(guī)定，換熱器具有多個(gè)相互串聯(lián)地電連接的珀耳帖元件。
[0026]多個(gè)珀耳帖元件是有利的，因?yàn)榭偟臒崃總鬟f能力由此得到提高。此外還可以通過多個(gè)珀耳帖元件的串聯(lián)連接將總裝置的電壓水平提高至應(yīng)用上典型的水平(例如12V或48V)。每個(gè)珀耳帖元件本身在半導(dǎo)體裝置并聯(lián)連接并且因此串聯(lián)連接的臂對較少的情況下工作在較低的電壓水平上。但是，因此加熱和冷卻功率與材料、臂的數(shù)量和幾何結(jié)構(gòu)相同且具有純串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)的珀耳帖元件相比并沒有顯著改變。例如，非常少量的電壓降和在各個(gè)P/N臂對上的電流在很大程度上保持不受影響。相反地，作為半導(dǎo)體裝置的電流乘以并聯(lián)的半導(dǎo)體裝置的數(shù)量得到的乘積，產(chǎn)生了珀耳帖元件的目前更大的總電流強(qiáng)度。
[0027]此外還可優(yōu)選的是，絕緣元件被實(shí)施為平坦地延伸的板狀元件。
[0028]平坦地延伸的板狀元件是特別有利的，以便將待冷卻或者待加熱的元件與它們連接。絕緣元件在這里可以被用作用于待冷卻和/或待加熱的元件的載體。
[0029]此外還可以是有利的是，在珀耳帖元件內(nèi)設(shè)有并聯(lián)連接的半導(dǎo)體裝置和串聯(lián)連接的半導(dǎo)體裝置。
[0030]通過串聯(lián)連接的半導(dǎo)體裝置和并聯(lián)連接的半導(dǎo)體裝置的結(jié)合，可以提高珀耳帖元件的故障安全性，并且同時(shí)使由于并聯(lián)連接而產(chǎn)生的電壓水平的降低量盡可能保持最小。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的改進(jìn)方案可以規(guī)定，它具有調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置測量各個(gè)半導(dǎo)體裝置的總電阻和/或各個(gè)珀耳帖元件的總電阻，并且將測得的1ST值即實(shí)際值與儲存的SOLL值即設(shè)定值進(jìn)行比較，并且基于比較結(jié)果對施加在一個(gè)或者多個(gè)半導(dǎo)體裝置上和/或在一個(gè)或多個(gè)珀耳帖元件上的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0032]如果由于一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體上的缺陷，流經(jīng)換熱器的電流的個(gè)別或多個(gè)傳輸路徑被阻斷的話，調(diào)節(jié)裝置是特別有利的。這引起半導(dǎo)體、半導(dǎo)體裝置和珀耳帖元件的電阻變化。通過主動地調(diào)整施加的電壓可以對可能的熱量傳遞能力的損失進(jìn)行補(bǔ)償。
[0033]本發(fā)明的有利改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求和隨后的附圖描述中進(jìn)行描述。
【附圖說明】
[0034]下面借助于實(shí)施例參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。在附圖中:
[0035]圖1示出了具有多個(gè)η型摻雜半導(dǎo)體和多個(gè)P型摻雜半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置的視圖，這些半導(dǎo)體通過導(dǎo)電橋相互串聯(lián)連接，
[0036]圖2示出了兩個(gè)珀耳帖元件的俯視圖，這兩個(gè)珀耳帖元件分別由多個(gè)半導(dǎo)體裝置構(gòu)成，這些半導(dǎo)體裝置平行排列地沿著珀耳帖元件延伸