热电模块和用于制造热电模块的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热电模块和一种用于制造热电模块的方法以及一种相应的计算机程序产品。
【背景技术】
[0002]“物联网(Internet of things, 1T)”被称为信息技术中未来最重要的发展之一。所谓的物联网是指不仅人类可以进入互联网并且通过互联网进行联网，而且设备也通过互联网相互联网。“物联网”领域的目标在于实现产品和家居自动化，例如用于温度测量。已经可以使用这些传感器(例如具有低能耗易能森无线技术(low-energy-EnOcean-Funktechnolgie)的供暖设备上的温度传感器)，然而它们的成本非常高昂。
[0003]热电发电机TEG (thermoelektrischer Generator，在此也称作热电元件)的效率强烈取决于所采集的热量多么快地排放给环境。因而为热电发电机常常配备有导热性非常好的(例如金属制成的)散热体，所述散热体吸收热电发电机的热量并且排放给环境。为此，散热体和环境之间的表面应尽可能得更大。在此，散热体并未集成到壳体中，而是附加地进行粘附。这对设计(不能合理地集成到传感器系统中)和成本(为散热体的加工和安装带来额外的花费)产生消极的影响。作为散热体的替代品，可以例如利用空气灌注传感器元件，以便将重新排放所吸收的热量。当前，能量转换器的集成是电子封装的趋势。特别是太阳能电池和热电转换器(TEG)应用于获取例如用于运行传感器模块的电能。
【发明内容】
[0004]在这种背景下，利用在此提出的发明构思根据独立权利要求提出了一种热电模块、一种用于制造热电模块的方法以及最后提出一种相应的计算机程序产品。有利的设计方案由各个从属权利要求和下文的描述得出。
[0005]在此提出的发明构思公开了具有以下特征的热电模块:
-至少一个支撑元件，其中所述支撑元件具有至少一个用于在所述支撑元件的两个对置的侧面之间传导热量的热传导区域，其中所述热传导区域具有比所述支撑元件的其他区域更高的热导率；
-至少一个固定在所述支撑元件的热传导区域上的热电元件，其中所述热电元件与所述热传导区域热耦接；并且
-至少一个覆盖元件，所述覆盖元件布置在所述热电元件的、与所述支撑元件对置的侧面上并且至少部分地遮盖所述热电元件。
[0006]所谓的支撑元件可以理解为一种机械构件，所述机械构件能够用作用于热电元件的支架或者支承部。所谓的热传导区域可以理解为支撑元件的一个部段，热量在支撑元件两个对置的侧面之间比在支撑元件的其他区域中能够更好地(也就是说以更小的热电阻)传导到所述部段中。例如热传导区域可以具有开口，通过所述开口例如气体或者空气这样的流体从支撑元件的一侧流到支撑元件的对置的一侧上。也能够利用热传导材料至少部分地填充热传导区域或者热传导区域具有该热传导材料，其中相对于其他材料，热传导材料具有比所述支撑元件的主要成分材料更高的热导率。热电元件可以理解为一种电子构件，所述电子构件能够将处于两个不同位置或者地方的温度的差转换成电压或者说电能。覆盖元件可以理解为一种机械的结构元件，所述结构元件至少部分地覆盖在与支撑元件对置的侧面上的热电元件，并且由此保护热电元件(例如免受环境影响)。
[0007]所述在此提出的发明构思基于这样一种认识，即将热电元件布置在支撑元件上以及设置覆盖元件能够制造出在技术上非常容易(例如在使用用于电子部件的标准生产技术的情况下)进行制造的热电模块。所制造的热电模块在此提供了尤其是在在不同的地方之间存在温度梯度的领域中特别有利的(例如自主的(autarke ))能源供应的可能性。所述在此提出的发明构思由此具有这样的优点，即提供能够成本低廉地且技术上容易制造的能量提供模块，所述能量提供模块例如可以用于为在难以到达的地方的传感器进行自主供应。
[0008]特别有利的是本发明的一种实施方式，其中所述支撑元件设计成电路板，尤其是其中所述支撑元件具有至少一个用于使所述热电元件进行电接触的导体电路。本发明的这样一种实施方式的优点在于，能够使用用于加工热电模块的标准部件，所述标准部件使得能够成本非常低廉地制造所述热电模块。
[0009]根据本发明的另外一种实施方式，所述支撑材料具有至少一个开口和/或至少一个用于通过所述支撑元件传导热量的热传导元件，其中所述热传导元件具有比所述支撑元件的主要成分材料更高的热导率，尤其是其中所述热传导元件至少部分地包括金属或者完全由金属制成。本发明的这样一种实施方式的优点在于能够特别有效地利用热电元件的能量转换能力，这是由于在支撑元件的热传导区域中保持较小的热电阻。以这种方式能够将在热传导区域中较大的热电流导引向热电元件。
[0010]尤其是当所述支撑元件在所述热传导区域中具有至少多个、(例如规律地)成行和/或成列进行布置开口时，能够成本特别低廉地制造所述热电模块，其中没有不必要地减小支撑元件的稳定性。
[0011]为了确保在热电元件上特别高的温度梯度，根据本发明的另外一种实施方式所述覆盖元件在遮盖所述热电元件的区域中能够具有至少一个开口和/或至少一个用于通过所述覆盖元件传导热量的覆盖导热元件，其中所述覆盖导热元件具有比所述覆盖元件的主要成分材料更高的热导率，尤其是其中所述覆盖导热元件至少部分地包括金属或者完全由金属制成。
[0012]进一步地能够考虑根据本发明的另一种、在技术上非常容易且由此能够成本低廉地进行制造的实施方式，所述覆盖元件能够通过浇铸材料和/或电路板形成，和/或在与所述支撑元件对置的侧面上与所述热电元件接触。
[0013]当根据按照本发明的另一种实施方式进一步设有至少一个中间元件时，能够特别可靠地保护热电模块免受环境影响，所述中间元件在一侧挨着所述热电元件布置在所述覆盖元件和所述支撑元件之间，尤其是其中所述中间元件与所述覆盖元件和所述支撑元件一同构造成壳体，所述壳体至少部分地包围所述热电元件。
[0014]对于本发明的另一种、尤其是关于灵活性在使用热电模块的情况下对于电子线路的结构特别有利的实施方式，所述中间元件具有至少一个中间元件导体电路，以便将在所述支撑元件上和/或所述支撑元件中的电导体与在所述覆盖元件上和/或所述覆盖元件中的电导体连接。
[0015]根据本发明的另一种实施方式，可以在所述中间元件和所述热电元件之间构造空腔，尤其是其中利用流体、尤其是气体或者空气填充所述空腔。本发明的这样一种实施方式的优点在于热电元件更好的加温和冷却的可能性，以便达到热电模块特别高的效率等级。
[0016]当根据本发明的一种实施方式设有至少一个用于检测物理参量的电子结构元件和/或传感器元件，尤其是其中所述传感器元件与所述热电元件可导电地连接，以便有利用由所述热电元件提供的电能运行时，能够特别紧凑且成本低廉地制造热电模块。
[0017]进一步本发明的一种实施方式是有利的，其中所述至少一个传感器元件固定在所述覆盖元件的、朝向所述热电元件的侧面上和/或所述支撑元件的、朝向所述热电元件的侧面上。本发明的这样一种实施方式的优点在于为传感器元件提供特别好的保护免受环境影响。
[0018]此外，根据本发明的一种实施方式也是有利的，其中至少一个用于检测一个物理参量和/或另一个能够利用传感器元件检测的物理参量的探测器布置在所述支撑元件和/或所述覆盖元件的、背离所述热电元件的侧面上，尤其是其中所述探测器与所述热电元件可导电地连接，以有利用由所述热电元件提供的电能运行，尤其是其中所述至少一个探测器至少部分地由所述壳体包围。本发明的这样一种实施方式的优点在于能够检测所述一个物理参量或者所述另一个物理参量，其中能够尽可能有效地防止或者减小由于热电元件出现的测量值不实现象(Messwerteverfjil schung)。
[0019]此外，用于制造热电模块的方法的、根据本发明的一种实施方式作是有利的，其中所述方法具有下列步骤:
-提供至少一个支撑元件，其中所述支撑元件具有至少一个用于在所述支撑元件的两个对置的侧面之间传导热量的热传导区域，其中所述热传导区域具有比所述支撑元件的其他区域更高的热导率，并且提供热电元件和至少一个覆盖元件；并且
-如此布置所述支撑元件、所述热电元件和所述覆盖元件，从而使得所述热电元件固定在所述支撑元件的热传导区域上并且与所述热传导区域热耦接，并且所述覆盖元件布置在所述热电元件的、与所述支撑元件对置的侧面上并且至少部分地遮盖所述热电元件。
[0020]在此提出的发明构思进一步提供了一种设备，构造所述装置用于在相应的装置中实施或者说实践在此提出的方法的变体的步骤。也可以通过以设备形式的本发明的实施方式快速且高效地解决本发明的任务。
[0021]设备在此可以理解成一种电气仪器，所述仪器处理传感器信号并且根据传感器信号发出控制信号和/或数据信号。所述设备可以具有能够按照硬件和/或软件进行构