DE102011107078A1

DE102011107078A1 - Heizkreis und elektronikanordnung

Info

Publication number: DE102011107078A1
Application number: DE102011107078A
Authority: DE
Inventors: Mark D. Nemesh; Franz Bohlender
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: DE102011107078B4; CN102340974B; US8174831B2; CN102340974A; US20120020023A1

Abstract

Ein Heizkreis und eine Elektronikanordnung zur Verwendung in einem Fahrzeug umfassen ein externes Gehäuse mit Außenwänden und einer Innenwand, die das externe Gehäuse in ein Elektronikfach und ein Fach ohne Elektronik unterteilt. Eine Wärme erzeugende Elektronikanordnung ist im Elektronikfach benachbart zu der Innenwand angeordnet. Eine Steuerelektronikanordnung ist im Elektronikfach benachbart zu der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung angeordnet, wobei der Steuerelektronikabschnitt die Wärme erzeugende Elektronikanordnung steuert; und ein interner Wärmeschirm erstreckt sich zwischen der Steuerelektronikanordnung und der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung und schirmt diese von jener ab, wobei der interne Wärmeschirm aus einem thermisch leitfähigen Material besteht und einen Kontaktabschnitt aufweist, der an der Innenwand angebracht ist, wodurch Wärme, die von dem internen Wärmeschirm absorbiert wird, an die Innenwand übertragen wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Kühlen von Elektronik, die in Kraftfahrzeugen verwendet wird.
Manche Elektronik, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, gibt eine signifikante Wärmemenge ab. Für manche Komponenten wird irgendeine Art der Kühlung benötigt. Insbesondere setzen Batterieelektrofahrzeuge mit erweiterter Reichweite und Hybridelektrofahrzeuge Hochspannungs-Elektronikkomponenten ein, die signifikante Wärmemengen abgeben. Bei bestimmten dieser Hochspannungssysteme kann die Wärme ungewünschte Effekte bei einer anderen benachbarten Elektronik, die temperaturempfindlicher ist, verursachen. Das heißt, dass es sein kann, dass einige Elektronik bei erhöhten Temperaturen nicht arbeiten kann. Ein voneinander Wegbewegen verschiedener Elektronik zum Vermeiden der Wärme kann mit den Kosten- und Einbauraumbeschränkungen, die mit modernen Kraftfahrzeugen einhergehen, nicht praktikabel sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform betrachtet einen Heizkreis und eine Elektronikanordnung zur Verwendung in einem Fahrzeug, umfassend: ein externes Gehäuse mit Außenwänden und einer Innenwand, die das externe Gehäuse in ein Elektronikfach und ein Fach ohne Elektronik unterteilt, und eine Wärme erzeugende Elektronikanordnung, die im Elektronikfach benachbart zur Innenwand angeordnet ist. Die Ausführungsform umfasst auch eine Steuerelektronikanordnung, die im Elektronikfach benachbart zu der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung angeordnet ist, wobei der Steuerelektronikabschnitt die Wärme erzeugende Elektronikanordnung steuert; und einen internen Wärmeschirm, der sich zwischen der Steuerelektronikanordnung und der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung erstreckt und diese von jener abschirmt, wobei der interne Wärmeschirm aus einem thermisch leitfähigen Material besteht und einen Kontaktabschnitt aufweist, der an der Innenwand und/oder den Außenwänden angebracht ist, wodurch Wärme, die durch den internen Wärmeschirm von der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung absorbiert wird, an die Innenwand und/oder die Außenwände übertragen wird.
Eine Ausführungsform betrachtet ein Verfahren zum Betreiben eines Heizkreises und einer Elektronikanordnung in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein externes Gehäuse bereitgestellt wird, das Außenwände und eine Innenwand, welche das externe Gehäuse in ein Elektronikfach und einen Fluidströmungskanal unterteilt, aufweist; ein Fluid durch den Fluidströmungskanal gelenkt wird; eine Kabinenkühlmittelheizung, die im Elektronikfach angeordnet ist, mit einer Steuerelektronikanordnung, die im Elektronikfach benachbart zur Kabinenkühlmittelheizung angeordnet ist, gesteuert wird, um einen Wärmetransfer von der Kabinenkühlmittelheizung an das Fluid, das durch den Fluidströmungskanal strömt, zu bewirken; Wärme von der Kabinenkühlmittelheizung von einem thermisch leitfähigen internen Wärmeschirm, der zwischen der Kabinenkühlmittelheizung und der Steuerelektronikanordnung angeordnet ist, absorbiert wird; und Wärme von dem internen Wärmeschirm an die Außenwände und/oder die Innenwand übertragen wird.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass eine gedruckte Leiterplatte und Elektronikeinrichtungen in der Nähe einer Wärme erzeugenden Elektronikanordnung montiert werden können, wobei ein dazwischen montierter interner Wärmeschirm verhindert, dass ein Teil der Wärme die Leiterplatte und die Einrichtungen erreicht. Dies kann ermöglichen, dass das Lötmittel auf der Leiterplatte und die Elektronikeinrichtungen für einen Betrieb bei niedrigeren Temperaturen entworfen werden, wodurch die Kosten für die Elektronik verringert werden. Dies ermöglicht auch, dass die Steuerung und die Elektronik, die eine große Wärme erzeugt, im gleichen Gehäuse montiert werden, wodurch ein Einbauraum minimiert wird, der im Fahrzeug belegt wird, und der Bedarf für eine zusätzliche elektrische Hochspannungsverdrahtung und eine Verriegelung der elektrischen Verdrahtung (um zu erfassen, wenn die elektrischen Hochspannungsverbinder unterbrochen werden) im Fahrzeug vermieden wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Figur ist eine schematische Zeichnung eines Abschnitts eines Heizkreises und einer Elektronikanordnung in einem Fahrzeug.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die Figur zeigt eine Elektronikanordnung 20, die in einem Heizkreis 22 für ein Fahrzeug verwendet werden kann. Der Heizkreis 22 kann einen Wärmetauscher 24 enthalten, der beispielsweise ein Heizungskern in einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystem (HVAC-System) 26 eines Fahrzeugs sein kann. Der Wärmetauscher 24 kann einen Fluideinlass 28 und einen Fluidauslass 30 aufweisen, durch welche hindurch ein Fluid, etwa ein flüssiges Kühlmittel, strömt. Das flüssige Kühlmittel kann z. B. eine Mischung aus Wasser und Ethylenglykol sein. Fluidleitungen 32 bzw. 34 leiten das Fluid von der Elektronikanordnung 20 weg und zu dieser hin. Die Fluidleitungen 32 und 34 sind in der Figur unterbrochen gezeigt, da sie auch mit anderen Komponenten eines Heizkreises verbunden sein können. Zum Beispiel kann das Fluid auch durch eine Brennkraftmaschine, wenn diese arbeitet, oder durch andere Fahrzeugkomponenten hindurch strömen.
Die Elektronikanordnung 20 enthält ein externes Gehäuse 36, mit dem die Fluidleitungen 32, 34 verbunden sein können. Das externe Gehäuse 36 enthält Außenwände 38, welche die Anordnung 20 umgeben, und eine Innenwand 40, die in Kombination mit den Außenwänden 38 einen Fluidströmungskanal (Fach ohne Elektronik) 42 definiert, der von einem Elektronikfach 41 getrennt ist. Der Fluidströmungskanal 42 empfängt Fluid von der Fluidleitung 34 und leitet Fluid in die Fluidleitung 32. Die Innenwand 40 ist vorzugsweise aus einem thermisch leitfähigen Material ausgebildet, das Wärme leicht überträgt. Außerdem dichtet die Innenwand 40 den Fluidströmungskanal 42 vom Elektronikfach 41 ab, um die Fluide von den Elektronikkomponenten fernzuhalten.
Benachbart zur Innenwand 40 befindet sich eine Elektronikanordnung 44, die große Wärme erzeugt und die beispielsweise eine Hochspannungs-Kabinenkühlmittelheizung sein kann. Benachbart zu der große Wärme erzeugenden Elektronikanordnung 44 befindet sich ein interner Wärmeschirm 46. Der interne Wärmeschirm 46 ist vorzugsweise aus einem thermisch leitfähigen Material ausgebildet, wie z. B. Aluminium, im Gegensatz zu einem thermisch isolierenden Material. Der Wärmeschirm 46 ist an der Innenwand 40 mit eine Überschneidung erzeugenden Kontaktabschnitten 48 montiert, die einem Wärmetransfer vom Wärmeschirm 46 an die Innenwand 40 dienlich sind. Alternativ ist der Wärmeschirm 46 auf eine Weise an den Außenwänden 38 montiert, die dem Übertragen von Wärme vom Wärmeschirm 46 an die Außenwände 38 dienlich ist.
So, wie die Wärme erzeugende Elektronikanordnung 44 hier definiert ist, ist sie eine Anordnung, bei der die Wärmeerzeugung nicht nur dem Betrieb der Anordnung folgt (wie jede Elektronik typischerweise im Betrieb eine gewisse Menge an Wärme abgibt), sondern eine Anordnung, bei der eine signifikante Wärmemenge aufgrund des Wesens der Hochspannung und des großen Leistungsbetrags erzeugt wird, der von der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung 44 verbraucht wird. Beim vorliegenden Beispiel kann die große Wärme erzeugende Elektronikanordnung 44 eine Hochspannungs-Kabinenkühlmittelheizung oder ein Abschnitt derselben sein, deren einziger Zweck darin besteht, große Wärmemengen zu erzeugen, und kann beispielsweise ein Wärme erzeugendes Element und eine Kontaktplatine enthalten.
Eine gedruckte Leiterplatte 50, die einen Teil einer Steuerelektronikanordnung 52 bildet, ist benachbart, aber beabstandet von dem Wärmeschirm 46 angeordnet, um dazwischen einen Spalt 54 auszubilden. Verschiedene elektronische Einrichtungen 56, die zum Steuern der Elektronikanordnung 20 verwendet werden, können beispielsweise durch Löten an der Leiterplatte 50 montiert sein. Die Arten der Einrichtungen 56 sind Fachleuten bekannt und werden daher hier nicht weiter erörtert.
Die gedruckte Leiterplatte 50 ist nahe bei der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung 44 angeordnet, um die Steuerelektronikanordnung 52 in das gleiche Gehäuse 36 wie die Elektronikanordnung 44 zu integrieren und die Größe des Gehäuses 36 minimal zu halten. Dies kann den Gesamteinbauraum des Fahrzeugs verbessern sowie die Anzahl der Gehäuse minimieren, während außerdem der Bedarf für eine zusätzliche elektrische Hochspannungsverdrahtung und eine elektronische Verriegelungsverdrahtung (um zu erfassen, wenn die elektrischen Hochspannungsverbinder unterbrochen werden) im Fahrzeug vermieden wird.
Die Arbeitsweise der Elektronikanordnung 20 und des Heizkreises 22 wird nun erörtert. Das Fahrzeug kann manchmal mit einer ausgeschalteten Brennkraftmaschine (oder einem anderen Antriebsaggregat, nicht gezeigt) arbeiten. Wenn in einer derartigen Situation das Enteisen der Windschutzscheibe oder das Heizen der Fahrgastzelle angefordert wird, dann wird die Wärme von der Elektronikanordnung 20 in Verbindung mit dem Heizkreis 22 bereitgestellt. Die Steuerelektronikanordnung 52 aktiviert die Wärme erzeugende Elektronikanordnung 44 (in diesem Beispiel eine Hochspannungs-Kabinenkühlmittelheizung) und das Fluid (in diesem Beispiel ein flüssiges Kühlmittel, etwa ein Kraftmaschinenkühlmittel) wird durch den Fluidströmungskanal 42 hindurch gepumpt. Während das Fluid durch den Kanal 42 hindurch strömt, absorbiert es Wärme von der Elektronikanordnung 44 und wird dann durch die Fluidleitung 32 an den Wärmetauscher 24 (in diesem Beispiel einen Heizungskern in einem HVAC-System) geleitet. Durch den Wärmetauscher 24 hindurch kann Luft geleitet werden, welche Wärme aus dem Fluid absorbiert, die dann in die Fahrgastzelle geleitet wird. Das Fluid wird dann durch die Fluidleitung 34 zurück an den Fluidströmungskanal 42 geleitet.
Während dieser Heizoperation gibt die Wärme erzeugende Elektronikanordnung 44 eine große Menge an Wärme ab, wobei ein Teil davon in die Richtung der Leiterplatte 50 strahlt. Ein Teil dieser Wärme wird vom internen Wärmeschirm 46 absorbiert und dann über Konduktion durch die Kontaktabschnitte 48 hindurch an die Innenwand 40 und dann an die Außenwände 38 des Gehäuses 36 übertragen. Dieser Wärmetransfer aus dem Gehäuse 36 heraus über den Wärmeschirm 46 in Verbindung mit dem Spalt 54 trägt zur Verringerung der Wärme bei, die von der Leiterplatte 50 und den elektronischen Einrichtungen 56 absorbiert wird. Bei einer speziellen Verwendung dieser Erfindung in einem speziellen Fahrzeug waren die Temperaturen der elektronischen Einrichtungen 56 an der gedruckten Leiterplatte 50 bei einer speziellen Betriebsbedingung mit dem internen Wärmeschirm 46 sieben bis neunzehn Grad Celsius kälter als ohne ihn. Dies kann ermöglichen, dass ein auf der Leiterplatte verwendetes Lötmittel und die verwendeten elektronischen Einrichtungen 56 eine niedrigere thermische Klassifizierung aufweisen, was die Kosten des Lötmittels und der Einrichtungen 56 ohne Bedenken, dass die Einrichtungen eine obere Temperaturgrenze erreichen können und die Kabinenkühlmittelheizung vorzeitig abschalten, verringert.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist, erkennen.

Claims

Heizkreis und Elektronikanordnung zur Verwendung in einem Fahrzeug, umfassend: ein externes Gehäuse mit Außenwänden und einer Innenwand, die das externe Gehäuse in ein Elektronikfach und ein Fach ohne Elektronik unterteilt; eine Wärme erzeugende Elektronikanordnung, die im Elektronikfach benachbart zur Innenwand angeordnet ist; eine Steuerelektronikanordnung, die im Elektronikfach benachbart zu der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung angeordnet ist, wobei der Steuerelektronikabschnitt ausgestaltet ist, um die Wärme erzeugende Elektronikanordnung zu steuern; und einen internen Wärmeschirm, der sich zwischen der Steuerelektronikanordnung und der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung erstreckt und diese von jener abschirmt, wobei der interne Wärmeschirm aus einem thermisch leitfähigen Material besteht und einen Kontaktabschnitt aufweist, der an der Innenwand und/oder den Außenwänden angebracht ist, wodurch Wärme, die durch den internen Wärmeschirm von der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung absorbiert wird, an die Innenwand und/oder die Außenwände übertragen wird.
Heizkreis und Elektronikanordnung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung ohne Elektronik ein Fluidströmungskanal ist, der ausgestaltet ist, um eine Fluidströmung an der Wärme erzeugenden Elektronikanordnung vorbei zu leiten.
Heizkreis und Elektronikanordnung nach Anspruch 2, wobei die Wärme erzeugende Elektronikanordnung eine Kabinenkühlmittelheizung ist und ausgestaltet ist, um ein Kühlmittel, das durch den Fluidströmungskanal strömt, selektiv zu erwärmen.
Heizkreis und Elektronikanordnung nach Anspruch 3, umfassend einen Heizungskern, der in einem fluidtechnischen Eingriff mit dem Fluidströmungskanal steht, wobei das im Fluidströmungskanal erwärmte Kühlmittel durch den Heizungskern hindurch geleitet wird.
Heizkreis und Elektronikanordnung nach Anspruch 1, wobei die Wärme erzeugende Elektronikanordnung eine Kabinenkühlmittelheizung ist und ausgestaltet ist, um ein Kühlmittel selektiv zu erwärmen, das durch das Fach ohne Elektronik strömt.
Heizkreis und Elektronikanordnung nach Anspruch 1, umfassend einen Heizungskern, der in einem fluidtechnischen Eingriff mit dem Fach ohne Elektronik steht, wobei das in dem Fach ohne Elektronik erwärmte Fluid durch den Heizungskern hindurch geleitet wird.
Heizkreis und Elektronikanordnung nach Anspruch 1, wobei das thermisch leitfähige Material des internen Wärmeschirms Aluminium ist.
Heizkreis und Elektronikanordnung nach Anspruch 1, wobei die Steuerelektronikanordnung eine Leiterplatte enthält, die beabstandet vom internen Wärmeschirm montiert ist, um einen Spalt zu erzeugen.
Heizkreis und Elektronikanordnung nach Anspruch 1, umfassend einen Wärmetauscher, der in einem fluidtechnischen Eingriff mit dem Fach ohne Elektronik steht, wobei ein im Fach ohne Elektronik erwärmtes Fluid durch den Wärmetauscher hindurch geleitet wird.
Verfahren zum Betreiben eines Heizkreises und einer Elektronikanordnung in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) ein externes Gehäuse bereitgestellt wird, das Außenwände und eine Innenwand, welche das externe Gehäuse in ein Elektronikfach und einen Fluidströmungskanal unterteilt, aufweist; (b) ein Fluid durch den Fluidströmungskanal hindurch geleitet wird; (c) eine im Elektronikfach angeordnete Kabinenkühlmittelheizung mit einer Steuerelektronikanordnung gesteuert wird, die im Elektronikfach benachbart zu der Kabinenkühlmittelheizung angeordnet ist, um einen Wärmetransfer von der Kabinenkühlmittelheizung an das Fluid zu bewirken, welches durch den Fluidströmungskanal hindurch strömt; (d) Wärme von der Kabinenkühlmittelheizung von einem thermisch leitfähigen internen Wärmeschirm absorbiert wird, der zwischen der Kabinenkühlmittelheizung und der Steuerelektronikanordnung angeordnet ist; und (e) Wärme vom internen Wärmeschirm an die Außenwände und/oder die Innenwand übertragen wird.