CN108633219A - 用于电子控制器的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电子控制器的冷却装置。其中，本发明涉及一种用于机动车的电子控制器(20)，其具有第一电子控制设备(42)，特别是第一装配的电路板。该电子控制器(20)还具有用于引导被压缩气体的气体冷却通道(24)。该气体冷却通道(24)与所述第一电子控制设备(42)导热地连接，且被设计用于使得所述被压缩气体与所述第一电子控制设备(42)分开。该气体冷却通道(24)具有泄压区段(24A)，在该泄压区段中，所述气体冷却通道(24)的通流横截面变宽，用于使得所述被压缩气体泄压和冷却，以便冷却所述第一电子控制设备(42)。

Description

用于电子控制器的冷却装置
技术领域
本发明涉及一种电子控制器、一种带有电子控制器的机动车和一种用于冷却电子控制器的方法。
背景技术
电子控制器的功率部件、比如图形处理器在工作期间会很热。此外，机动车中的电子控制器当其例如紧贴地布置在变速器或内燃机上时会部分地遭受很高的温度。为了防止电子控制器因过热而失灵，且为了延长寿命，可以对控制器予以冷却。
所述冷却可以例如被动地通过对流进行，或者在通风器的辅助下进行。为了把热量排放到外界，控制器必须具有大的表面积。在这种情况下，热量只能少量地根据外界温度被排放。附加地，所形成的冲压空气会进一步减少热量排放。
DE 195 17 491 A1公开了用于机动车的变速器控制机构的冷却系统。该控制机构的电子控制设备通过有针对性地将控制流体供应至电子控制设备或者通过电子控制设备得到强制冷却。控制流体可以被供给装置通过冷却板驱动，在该冷却板上以最佳的导热能力设置着电子控制设备。控制流体可以是空气或液压油。
DE 20 2005 009 039 U1披露了一种特别是用于变速器控制器的机动车电子控制器。该电子控制器具有设置在壳体中的带有电子器件的印制电路板。在印制电路板与壳体之间设置着电子热防护屏障。压缩空气可以在电子控制器的冷却部件的蜿蜒形冷却盘管中引导。
发明内容
本发明的目的在于，提出用于电子控制器的改善的冷却。
该目的通过根据独立权利要求的一种用于机动车的电子控制器和一种用于冷却电子控制器的方法得以实现。有利的改进在从属权利要求和说明书中给出。
该电子控制器具有第一电子控制设备，特别是第一装配的电路板。电子控制器具有用于引导被压缩气体的气体冷却通道。该气体冷却通道与第一电子控制设备导热地连接，且被设计用于使得被压缩气体与第一电子控制设备分开。气体冷却通道具有泄压区段。在该泄压区段中，气体冷却通道的通流横截面变宽，用于使得被压缩气体泄压和冷却，以便冷却第一电子控制设备。
第一电子控制设备因而可以有针对性地被在泄压期间冷却的气体冷却。这种冷却无需易受磨损的部件，比如通风机。通过使得被压缩气体与第一电子控制设备分开，可以防止被压缩气体中的污物例如油滴或灰尘颗粒与电子控制设备接触。
泄压区段可以使得气体冷却通道的通流横截面连续地和/或梯级式地变宽。
泄压区段增大了气体冷却通道的通流横截面。泄压区段下游的通流横截面面积可以比泄压区段上游的通流横截面面积的例如1.5倍大。通流横截面的放大倍数例如可以处于1.5和20之间的范围内。
在一种实施方式中，该电子控制器还具有第二电子控制设备，特别是第二装配的电路板。气体冷却通道特别是设置在第一电子控制设备与第二电子控制设备之间。这具有可以通过气体冷却通道进行双侧冷却的优点。
在一种有利的改进中，电子控制器还具有壳体，第一电子控制设备、第二电子控制设备和/或气体冷却通道设置在该壳体中。替代地或附加地，气体冷却通道内置在与电子控制器的第一电子控制设备、第二电子控制设备和/或壳体共同安装(例如相互贴靠或安置)的冷却板或冷却盘管中。在该壳体中可以设置着第一电子控制设备和/或第二电子控制设备。
在另一实施方式中，第一电子控制设备和/或第二电子控制设备具有功率部件。该功率部件尤其可以是处理器、图形处理器、网络接口、微控制器和/或存储器单元。该功率部件导热地与气体冷却通道、特别是与泄压区段和/或泄压区段下游的区段连接。功率部件因而可以得到有针对性的冷却。
在另一设计变型中，气体冷却通道安置到第一电子控制设备上，和/或第二电子控制设备安置到气体冷却通道上。这能实现电子控制器的紧凑的夹层构造方式。
在一种实施例中，第一电子控制设备和/或第二电子控制设备具有印制电路板。该印制电路板在面向气体冷却通道的一侧装配有功率部件。换句话说，印制电路板的装配侧面向气体冷却通道。功率部件因而伸向气体冷却通道的方向。由此可以缩短功率部件与气体冷却通道之间的距离。
印制电路板能够例如可单面地或双面地装配。
在另一实施例中，气体冷却通道的入口和气体冷却通道的出口设置在壳体的相同侧。替代地或附加地，气体冷却通道具有至少一个180°的转弯。这能实现长的气体冷却通道，由此可以提高冷却效力。
优选地，气体冷却通道被设计用来引导压缩空气。替代地或附加地，气体冷却通道与压力罐、特别是压缩空气罐连接或可连接。特别是当已经存在压缩空气系统时，使用压缩空气可以是有利的。例如对于商用车就会是这种情况。
在另一实施例中，电子控制器还具有散热器。该散热器设置在气体冷却通道中，特别是设置在泄压区段和/或泄压区段下游的区段中。散热器导热地与第一电子控制设备和/或第二电子控制设备连接。这具有如下优点：散热器可以改善冷却的气体与电子控制设备之间的热传导。散热器还可以具有大的表面积。冷却的气体与散热器之间的热传递由此可以得到增强。
在另一实施方式中，散热器导热地与第一电子控制设备的和/或第二电子控制设备的功率部件连接。替代地或附加地，散热器具有多个散热片，这些散热片在气体冷却通道中特别是沿着流动方向取向。设置这些散热片可以增大散热器的表面积。
在另一种设计变型中，设置了用于第一电子控制设备和/或第二电子控制设备的、特别是用于第一电子控制设备的和/或第二电子控制设备的多个功率部件的多个散热器。这具有能有针对性地冷却多个电子器件的优点。
散热器可以与多个功率部件导热地连接。例如，散热器可以与第一电子控制设备的功率部件导热地连接，并且与第二电子控制设备的功率部件导热地连接。散热器可以例如设置在两个功率部件之间。
也可行的是，为每个需要有针对性的冷却的功率部件都设置单独的散热器。
在一个实施例中，气体冷却通道具有多个泄压区段，这些泄压区段特别是分别导热地与第一电子控制设备的和/或第二电子控制设备的一个或多个功率部件连接。这些泄压区段可以串联布置和/或并联布置。
在一种实施方式中，电子控制器还具有气阀。该气阀设置在气体冷却通道中，特别是设置在泄压区段上游或者设置在气体冷却通道上游，用于调节被压缩气体的流量。这能实现控制对被压缩气体的供应，进而控制冷却效力。
气阀可以是开关阀或连续阀。开关阀能实现开与关之间的分立的开关。连续阀可以允许开关位置之间的连续的过渡，由此可调节被压缩气体的体积流。
在另一设计变型中，电子控制器还具有温度传感器，用于测量功率部件的、第一电子控制设备的、第二电子控制设备的和/或电子控制器的温度。气阀可以附加地基于由温度传感器测得的温度予以控制。这能实现控制电子控制器的温度。电子控制器还可以通过对气阀的相应控制而保持在所希望的温度范围内。
本发明还涉及一种机动车特别是商用车，其带有压力罐优选压缩空气罐和如这里所公开的电子控制器。电子控制器的气体冷却通道与压力罐连接。该机动车还可以特别是具有发动机和压缩机。该压缩机可以由发动机驱动，并与压力罐连接。压力罐和压缩机尤其可以是机动车的已有压缩空气系统的部分，该压缩空气系统已经被设置用于其它应用。
本发明还涉及一种用于冷却特别是机动车中的电子控制器的方法。该方法包括，把被压缩气体特别是压缩空气输送经过气体冷却通道。气体冷却通道把被压缩气体与电子控制器的电子控制设备分开，并与该电子控制设备导热地连接。该方法还包括，使得被压缩气体在气体冷却通道中泄压。另外该方法包括，通过泄压来冷却气体，以及通过冷却气体来冷却电子控制设备、特别是电子控制设备的功率部件。
不言而喻，被压缩气体的泄压受限定地(受控地)根据预先给定的通流横截面展宽来进行。
如同这里所公开的电子控制器，该方法同样能实现通过在泄压期间变冷的气体来有针对性地冷却电子控制设备。被压缩气体在壳体中的有针对性的泄压能实现针对性地冷却电子控制设备。这种冷却无需易受磨损的部件、比如通风机。
在一种变型中，该方法还包括，压缩气体和在机动车的压力罐特别是压缩空气罐中冷却被压缩气体。冷却的被压缩气体于是可以用于冷却电子控制器。这种冷却无需额外的代价，通过外界温度对压力罐的影响即可进行。
附图说明
本发明的前述优选的实施方式和特征可任意相互组合。本发明的其它细节和优点将在下面参照附图予以介绍。其中：
图1示出带有控制器的示范性的装置；
图2为沿着图3中的线B-B剖切的、示范性的控制器的示意性的剖视图；
图3为沿着图2中的线A-A剖切的、示范性的控制器的另一示意性的剖视图；以及
图4为根据图3的用于另一示范性的控制器的剖视图。
在这些图中示出的各实施方式至少部分地一致，因而类似的或相同的部分标有相同的附图标记，有关其说明也参见对其它实施方式或附图的介绍，以避免重复。
具体实施方式
图1中示出了一种装置10。该装置10具有发动机12、压缩机14、压力罐16、气阀18和电子控制器20。装置10可以例如设置在机动车、特别是商用车例如载重车或公共汽车中。
在下面的实施方式中，采用了压缩空气作为压缩的气体，用来冷却控制器。其它实施方式可以采用其它压缩的气体。
发动机12驱动用于压缩外界空气的压缩机14。发动机12可以是电动机或内燃机。在压缩时，外界空气变热。压缩空气例如在8bar的压力下暂存在压力罐16中。压缩空气在压力罐16中冷却。压力罐16中的压缩空气可以用于各种不同的应用。
来自压力罐16的压缩空气可以经由气阀18被引导至电子控制器20。电子控制器20可以控制气阀18打开或关闭。在有些实施方式中，气阀18可以是可控的气阀，其可在打开位置与关闭位置之间无级地调节。气阀18能实现调节从压力罐16到电子控制器20的压缩空气流量。
气阀18可以设置在电子控制器20的气体冷却通道中，特别是设置在气体冷却通道的泄压区段的上游，或者设置在气体冷却通道的上游。
图2所示为根据图3中的线B-B的、控制器20的气体冷却通道的剖视图。
控制器20具有壳体22。在该壳体22中设置着构造成压缩空气通道的气体冷却通道24。该气体冷却通道24通过气阀18与压力罐16连接(见图1)。气体冷却通道24在壳体22上的入口26与壳体22上的出口28之间延伸。在气阀18打开的情况下(见图1)，压缩空气经由入口26流入到气体冷却通道24中，如箭头X所示。压缩空气流经气体冷却通道24的泄压区段24A。最后，压缩空气在气体冷却通道中转向约180°，如箭头Y所示。最终，压缩空气经由出口28离开壳体22，如箭头Z所示。压缩空气可以从出口28例如排放到外界。入口26和出口28设置在壳体22的相同侧。不言而喻，也可以根据要求采用其它的方式用于气体冷却通道的流动引导。
在泄压区段24A中，气体冷却通道24的通流横截面增大。如果压缩空气流经泄压区段24A，则其压力减小。这引起泄压区段24A中的泄压的压缩空气的冷却。变冷的和被冷却的压缩空气流经多个散热器30、32和34，这些散热器各有多个散热片。散热器30部分地伸入到泄压区段24A中。散热器32和34设置在泄压区段24A的下游。散热器30、32和34的散热片在气体冷却通道24中沿着流动方向取向。在流经散热片时，通过泄压而冷却的压缩空气使得散热器30、32和34的散热片冷却。散热器30、32和34导热地与相应的功率部件36、38和40连接。
功率部件36、38和40设置在气体冷却通道24外部。这在图2中用功率部件36、38和40的仅仅以虚线示出的轮廓表示。功率部件36、38和40可以在电子控制器20的工作中变热。功率部件36、38和40的热量排放通过散热器30、32和34进行。
功率部件36、38和40特别是电子控制器20的如下部件，这些部件在电子控制器20的工作期间会在一定程度上变热，致使它们需要冷却。功率部件36、38和40可以例如设计成处理器、图形处理器、微控制器、网络接口和/或存储器单元。
在一些实施方式中，可以使得或多或少的功率部件与气体冷却通道24导热地连接。
在图3中示范性地示出功率部件36、38和40是如何导热地与散热器30、32和34连接的。在所示实施方式中，气体冷却通道24与泄压区段24A安置到功率部件36、38和40上。
装配的电路板42具有印制电路板44和功率部件36、38和40。该装配的电路板42经过布置，从而功率部件36、38和40从印制电路板44朝向气体冷却通道24延伸。换句话说，印制电路板44在面向气体冷却通道24的一侧装配有功率部件36、38和40。利用泄压的压缩空气对散热器30、32和34的冷却因而引起对功率部件36、38和40的冷却。
气体冷却通道24把压缩空气与装配的电路板42分开。由此可以防止装配的电路板42与压缩空气中的污物比如灰尘颗粒或油滴接触。
功率部件36、38和40特别是导热地与泄压区段24A连接，或者与气体冷却通道24的在泄压区段24A下游的区段连接。这能实现恰好在需要泄压的压缩空气用来冷却功率部件36、38和40之处，利用所述压缩空气产生冷却效力。
被散热器30、32和34加热的空气例如在未提高压力的情况下经由出口28从电子控制器排出。不言而喻，不仅功率部件36、38和40被冷却，而且整个装配的电路板42都被变冷的气体冷却通道24冷却。
电子控制器20还可以具有温度传感器46。温度传感器46测量电子控制器20的温度，特别是装配的电路板42和/或功率部件36、38和40的温度。基于温度传感器46的温度测量，电子控制器20可以控制气阀18(见图1)。例如，电子控制器20可以这样控制气阀18：使得由温度传感器46测得的温度保持在20℃和40℃之间。特别地，当电子控制器20的温度超过上限阈值时，可以打开气阀18。当电子控制器20的温度低于下限阈值时，可以关闭气阀18。在一些实施方式中，附加地或替代地可以无级地调节流经气阀18的流量。也可行的是，设置多个温度传感器。
散热器30、32和34与功率部件36、38和40之间的热传导可以通过使用导热胶、导热膜和/或附加的散热器得到进一步改善。附加的散热器特别是可以用于跨接功率部件36、38和40与气体冷却通道24之间的距离。由此例如可以补偿功率部件36、38和40的不同的高度。
对电子控制器20的有针对性的冷却能实现使得电子控制器20可以在冷的工作范围内工作。由此可实现例如更高的性能和更长的寿命。此外，所提出的冷却系统无需活动的、会随着时间而磨损的部件，例如通风器。附加地，电子控制器20可以特别紧凑地设计，因为无需用于通过对流进行冷却的大的表面积。如果把电子控制器20设置在机动车的驾驶室中，则可以减小或防止驾驶室并非所愿地变热。
图4示出了带有两块装配的电路板的另一实施方式。除了设置有如前述实施方式中的第一装配的电路板42外，还设置了第二装配的电路板48。特别地，气体冷却通道24安置到第一装配的电路板42上，而第二装配的电路板48安置到气体冷却通道24上。第一装配的电路板42和第二装配的电路板48可以相互连接。
第二装配的电路板48具有印制电路板50与功率部件52、54和56。功率部件52、54和56从印制电路板50朝向气体冷却通道24延伸。功率部件52、54和56与散热器30、32和34导热地连接。
所述的夹层构造方式能实现特别紧凑的电子控制器20，因为无论气体冷却通道24的顶面还是其底面都用于冷却。
在其它实施方式中，代替装配的电路板42和/或装配的电路板48，可以设置另一种被泄压的压缩空气冷却的电子控制设备。
在一些实施例中，气体冷却通道24可以内置在与第一电子控制设备42、第二电子控制设备48(如果存在的话)和/或电子控制器20的壳体22共同安装的冷却板或冷却盘管中。由此例如可以把带有气体通道24的冷却板或冷却盘管直接安置到或安装到第一电子控制设备42上。冷却板或冷却盘管也可以设置在第一电子控制设备42的壳体的外部。
本领域技术人员认识到，这里公开的用于冷却电子控制器20的装置基于用于冷却电子控制器20的开创性的方法。该方法例如可以采用所述装置10，相应地在下面予以示范性的介绍。
用于冷却第一和/或第二装配的电路板42、48的方法包括，把被压缩的气体特别是压缩空气输入到壳体22中。在该壳体22内，在泄压区段24A中，被压缩的气体发生限定的膨胀。泄压区段24A导热地与第一和/或第二装配的电路板42、48连接。气体通过膨胀而冷却。由此使得第一和/或第二装配的电路板42、48得到冷却。
在输入被压缩的气体之前，气体可以例如被压缩机14(见图1)压缩。在这种情况下，气体的温度会上升。被压缩的气体在其输入到电子控制器20的壳体22中之前，可以在压力罐16中冷却。
本发明不局限于上述优选的实施例。确切地说，可以有多种同样采用本发明的构思、因而落入保护范围内的改型和变型。本发明特别是也要求保护从属权利要求的主题和特征，而独立于所引用的权利要求。
附图标记清单
10 用于冷却的装置
12 发动机
14 压缩机
16 压力罐
18 气阀
20 电子控制器
22 壳体
24 气体冷却通道
24A 泄压区段
26 入口
28 出口
30 散热器
32 散热器
34 散热器
36 功率部件
38 功率部件
40 功率部件
42 第一装配的电路板(第一电子控制设备)
44 印制电路板
46 温度传感器
48 第二装配的电路板(第二电子控制设备)
50 印制电路板
52 功率部件
54 功率部件
56 功率部件
X、Y、Z 气流方向

Claims (15)

1.一种用于机动车的电子控制器(20)，具有：
第一电子控制设备(42)，特别是第一装配的电路板；和
用于引导被压缩气体的气体冷却通道(24)，其中：该气体冷却通道(24)
与所述第一电子控制设备(42)导热地连接，
被设计用于使得所述被压缩气体与所述第一电子控制设备(42)分开，并且
具有泄压区段(24A)，在该泄压区段中，所述气体冷却通道(24)的通流横截面变宽，用于使得所述被压缩气体泄压和冷却，以便冷却所述第一电子控制设备(42)。
2.如权利要求1所述的电子控制器(20)，还具有第二电子控制设备(48)、特别是第二装配的电路板，其中，所述气体冷却通道(24)特别是设置在所述第一电子控制设备(42)与所述第二电子控制设备(48)之间。
3.如权利要求1或2所述的电子控制器(20)，其中：
所述电子控制器(20)还具有壳体(22)，所述第一电子控制设备(42)、所述第二电子控制设备(48)和/或所述气体冷却通道(24)设置在该壳体(22)中；和/或
所述气体冷却通道(24)内置在与所述电子控制器(20)的所述第一电子控制设备(42)、所述第二电子控制设备(48)和/或壳体(22)共同安装的冷却板或冷却盘管中。
4.如前述权利要求中任一项所述的电子控制器(20)，其中，所述第一电子控制设备(42)和/或所述第二电子控制设备(48)具有功率部件(36、38、40、52、54、56)、尤其是处理器、图形处理器、网络接口、微控制器和/或存储器单元，其中，该功率部件(36、38、40、52、54、56)与所述气体冷却通道(24)、特别是与所述泄压区段(24A)和/或所述泄压区段(24A)下游的区段导热地连接。
5.如前述权利要求中任一项所述的电子控制器(20)，其中：
所述气体冷却通道(24)安置到所述第一电子控制设备(42)上，和/或所述第二电子控制设备(48)安置到所述气体冷却通道(24)上；和/或
所述第一电子控制设备(42)和/或所述第二电子控制设备(48)具有印制电路板(44、50)，其中，该印制电路板(44、50)在面向所述气体冷却通道(24)的一侧装配有所述功率部件(36、38、40、52、54、56)。
6.如前述权利要求中任一项所述的电子控制器(20)，其中，所述气体冷却通道(24)被设计用来引导压缩空气，和/或与压力罐(16)、特别是压缩空气罐连接或能够连接。
7.如前述权利要求中任一项所述的电子控制器(20)，还具有散热器(30、32、34)，该散热器设置在所述气体冷却通道(24)中，特别是设置在所述泄压区段(24A)和/或所述泄压区段(24A)下游的区段中，并且与所述第一电子控制设备(42)和/或所述第二电子控制设备(48)导热地连接。
8.如权利要求7所述的电子控制器(20)，其中：
所述散热器(30、32、34)与所述第一电子控制设备(42)的和/或所述第二电子控制设备(48)的所述功率部件(36、38、40、52、54、56)导热地连接；和/或
所述散热器(30、32、34)具有多个散热片，这些散热片在所述气体冷却通道(24)中特别是沿着流动方向取向。
9.如前述权利要求中任一项所述的电子控制器(20)，其中，设置了用于所述第一电子控制设备(42)和/或所述第二电子控制设备(48)的、特别是用于所述第一电子控制设备(42)的和/或所述第二电子控制设备(48)的多个功率部件(36、38、40、52、54、56)的多个散热器(30、32、34)。
10.如前述权利要求中任一项所述的电子控制器(20)，其中，所述气体冷却通道(24)具有多个泄压区段(24A)，这些泄压区段特别是分别与所述第一电子控制设备(42)的和/或所述第二电子控制设备(48)的一个或多个功率部件(36、38、40、52、54、56)导热地连接，并且优选串联布置和/或并联布置。
11.如前述权利要求中任一项所述的电子控制器(20)，还具有气阀(18)，该气阀设置在所述气体冷却通道(24)中，特别是设置在所述泄压区段(24A)上游或者设置在所述气体冷却通道(24)上游，用于调节被压缩气体的流量。
12.如前述权利要求中任一项所述的电子控制器(20)，其中，所述电子控制器(20)还具有温度传感器(46)，用于测量所述功率部件(36、38、40、52、54、56)的、所述第一电子控制设备(42)的、所述第二电子控制设备(48)的和/或所述电子控制器(20)的温度，其中，所述气阀(18)优选基于由所述温度传感器(46)测得的温度予以控制。
13.一种机动车、特别是商用车，其带有压力罐(16)、优选压缩空气罐和根据前述权利要求中任一项所述的电子控制器(20)，其中，所述电子控制器(20)的气体冷却通道(24)与所述压力罐(16)连接，其中，该机动车特别是具有：
发动机(12)；和
压缩机(14)，该压缩机由所述发动机(12)驱动，并与所述压力罐(16)连接。
14.一种用于冷却特别是机动车中的电子控制器(20)的方法，包括：
把被压缩气体、特别是压缩空气输送经过气体冷却通道(24)，该气体冷却通道把所述被压缩气体与所述电子控制器(20)的电子控制设备(42、48)分开，并与该电子控制设备(42、48)导热地连接；
使得所述被压缩气体在所述气体冷却通道(24)中泄压；
通过所述泄压来冷却气体；以及
通过冷却所述气体来冷却所述电子控制设备(42、48)、特别是所述电子控制设备(42、48)的功率部件(36、38、40、52、54、56)。
15.如权利要求14所述的方法，其中，还包括：
压缩所述气体；以及
在机动车的压力罐(16)、特别是压缩空气罐中冷却被压缩的所述气体。
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