[發明專利]熱電子模塊、熱電器件和可穿戴設備

在審

• 申請號: 202110698781.6
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113594345A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 劉方誠;趙新兵;沈紫嫣
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/02
• 代理公司: 北京龍雙利達知識產權代理有限公司 11329
• 代理人: 鈔朝燕;王君

一種熱電子模塊、熱電器件和可穿戴設備，能夠提高熱傳導效率。該熱電子模塊包括熱電單元，熱電單元用于實現熱能和電能之間的轉換，熱電單元包括：導熱膠層、絕緣膜層以及發電單元；其中，發電單元包括電極層、P型熱電臂和N型熱電臂，P型熱電臂和N型熱電臂通過電極層串聯連接；絕緣膜層與導熱膠層在電極層的第一表面上被依次堆疊設置，第一表面為電極層背離P型熱電臂和N型熱電臂的表面；導熱膠層用于導通熱電單元與熱電子模塊的外殼之間的熱能。

技術領域

本申請涉及電子器件領域，尤其涉及熱電子模塊、熱電器件和可穿戴設備。

背景技術

熱電材料是一種能將熱能和電能相互直接轉換的功能材料，以半導體材料為主，具有小巧輕便、使用壽命長等優點。如果熱電材料兩端存在溫差，就能夠將熱能轉換為電能，該效應稱為塞貝克效應(Seebeck effect)。而如果給熱電材料通入電流，則熱電材料兩端會產生一定的溫差，可以用來加熱或制冷，實現精準溫度控制，該效應稱為帕爾帖效應(Peltier effect)。

利用熱電材料可制作熱電器件。作為示例，若熱電器件用于發電，通常可稱為熱電發電機(thermoelectric generator，TEG)。若熱電器件用于溫度控制，則通常可稱為熱電制冷(thermoelectric cooler，TEC)。熱電器件中的最小單元為一對熱電偶，包括一個P型熱電材料以及N型熱電材料。通過將不同的熱電偶之間的導電材料連接可實現多個熱電偶的串聯和并聯，擴大輸出功率能力。

近些年隨著可穿戴設備的興起，利用人體與環境溫差的基于半導體熱電的能量收集技術受到了越來越多的關注。例如，智能手表、智能腕帶等設備可利用人體溫度和環境溫度之間的溫差來產生電能。但傳統的熱電器件和系統大多都是面對工業應用的，與基于人體的可穿戴應用存在較大區別。其中一個典型的問題是，工業化設計器件尺寸較大且外形剛性，不能形成有效熱傳導。

發明內容

本申請提供一種熱電子模塊、熱電器件以及可穿戴設備，能夠提高熱傳導效率。

第一方面，提供了一種熱電子模塊，包括熱電單元，所述熱電單元用于實現熱能和電能之間的轉換，所述熱電單元包括：導熱膠層、絕緣膜層以及發電單元；其中，所述發電單元包括電極層、P型熱電臂和N型熱電臂，所述P型熱電臂和所述N型熱電臂通過所述電極層串聯連接；所述絕緣膜層與所述導熱膠層在所述電極層的第一表面上被依次堆疊設置，所述第一表面為所述電極層背離所述P型熱電臂和所述N型熱電臂的表面；所述導熱膠層用于導通所述熱電單元與所述熱電子模塊的外殼之間的熱能。

通過在熱電子模塊的外殼和絕緣膜層之間設置導熱膠層，可以提高外殼和絕緣膜層之間的導熱效率，提高熱傳導性能，從而提高熱電子模塊的性能。

另外，熱電單元為模式化設計，每個熱電單元中設置有導熱膠層、絕緣膜層以及發電單元，模塊化的特征使得熱電器件能夠根據人體身高特征差異來調節系統中的模塊數量，從而具有比較高的可維護性以及穿戴舒適性。

結合第一方面，在一種可能的實現方式中，所述P型熱電臂和所述N型熱電臂之間設置有低熱導率材料。

在P型熱電臂和N型熱電臂之間填充有低熱導率材料，這樣可以有效阻隔空氣對流，減低由于空氣流動產生的熱損，提升系統的發電能力，并提高熱電子模塊的機械強度。

結合第一方面，在一種可能的實現方式中，所述發電單元中包括至少一個所述P型熱電臂和至少一個所述N型熱電臂；其中，所述P型熱電臂與所述N型熱電臂呈豎直方向放置，所述電極層設于所述P型熱電臂和所述N型熱電臂的上端和下端，所述豎直方向與熱電子模塊的前表面以及左側面之間的交線平行。

每個熱電子模塊中設置有一個或多個P型熱電臂以及N型熱電臂，能夠增加單個熱電子模塊的發電功率。

結合第一方面，在一種可能的實現方式中，所述至少一個P型熱電臂和所述至少一個N型熱電臂被間隔設置。