DE102020112968A1

DE102020112968A1 - Elektronische Recheneinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020112968A1
Application number: DE102020112968.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Moser; Christoph Gollob
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2021-11-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Recheneinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (2), und mit wenigstens einem Leitungselement (4), welches einen von einem Kühlfluid zum Kühlen des elektronischen Bauelements (2) durchströmbaren Kühlkanal (5) begrenzt. Es ist wenigstens ein außerhalb des Kühlkanals (5) angeordnetes Speicherelement (8) vorgesehen, welches zumindest ein Phasenwechselmaterial (9) zum Aufnehmen von von dem Bauelement (2) bereitgestellter Wärme aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Recheneinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Die EP 1 162 659 A2 offenbart eine Vorrichtung zum Kühlen von wärmeerzeugenden elektrischen und elektronischen Bauteilen und ungleichmäßigem Leistungsprofil, bestehend im Wesentlichen aus einer wärmeleitenden Einheit und einer wärmeaufnehmenden Einheit, welche ein Phasenwechselmaterial enthält.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische Recheneinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, so dass ein besonders sicherer Betrieb des Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektronische Recheneinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine elektronische Recheneinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektronische Recheneinrichtung umfasst. Die elektronische Recheneinrichtung umfasst wenigstens ein elektronisches Bauelement, welches beispielsweise als ein Halbleiter ausgebildet ist. Die elektronische Recheneinrichtung ist beispielsweise oder umfasst wenigstens eine oder vorzugsweise mehrere Logik-Einheiten zur Verarbeitung von elektrischen beziehungsweise elektronischen Daten. Insbesondere kann die elektronische Recheneinrichtung dazu ausgebildet sein, ein Maschinenprogramm abzuarbeiten und hierzu beispielsweise arithmetische und/oder logische Operationen auszuführen, um beispielsweise insbesondere elektronische beziehungsweise elektrische Daten, insbesondere aus wenigstens einer internen und/oder wenigstens einer externen Quelle, wie beispielsweise einem insbesondere elektronischen Arbeitsspeicher, zu verarbeiten. Insbesondere kann das elektronisches Bauelement dabei ein Prozessor, insbesondere ein Mikroprozessor, sein, welcher beispielsweise auch als zentrale Recheneinheit oder zentrale Verarbeitungseinheit (ZVE beziehungsweise CPU) bezeichnet wird. Somit kann die elektronische Recheneinrichtung ein Computer oder ein computerähnliches Gerät oder aber ein Bestandteil eines Computers oder eines computerähnlichen Geräts sein. Insbesondere kann beispielsweise das Bauelement ein Mikrocontroller, insbesondere in einem eingebetteten System, sein. Besonders vorzugsweis kann das elektronische Bauelement ein Halbleiter-Chip sein oder umfassen. Ferner ist es denkbar, dass das Bauelement wenigstens einen Halbleiter-Chip und ein insbesondere aus einem Kunststoff gebildetes Gehäuse umfasst, wobei beispielsweise der Halbleiter-Chip, insbesondere über Beinchen beziehungsweise Ärmchen, in einen Sockel eingesteckt ist. Der zuvor genannte Mikroprozessor kann wenigstens einen oder mehrere Prozessorkerne aufweisen.
Die elektronische Recheneinrichtung weist außerdem wenigstens ein Leitungselement auf, welches vorzugsweise fest, das heißt als ein Festkörper ausgebildet ist. Das Leitungselement begrenzt, insbesondere wenigstens oder genau, einen von einem Kühlfluid zum Kühlen des elektronischen Bauelements durchströmbaren Kühlkanal. Beispielsweise begrenzt das Leitungselement den Kühlkanal direkt, so dass das den Kühlkanal durchströmende Kühlfluid das Leitungselement, insbesondere eine den Kühlkanal direkt begrenzende, innenumfangsseitige Mantelfläche des Leitungselements, direkt berührt. Bei dem Kühlfluid kann es sich um ein Gas oder vorzugsweise um eine Flüssigkeit handeln. Die Flüssigkeit umfasst beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, Wasser. Insbesondere kann die Flüssigkeit ein Gemisch aufweisen, welches zumindest Wasser und wenigstens eine weitere Flüssigkeit umfassen kann. Unter dem Merkmal, dass das elektronische Bauelement mittels des Kühlfluids zu kühlen ist, kann insbesondere verstanden werden, dass Wärme, die beispielsweise von dem Bauelement während eines Betriebs der elektronischen Recheneinrichtung bereitgestellt wird, von dem elektronischen Bauelement über das Leitungselement an das den Kühlkanal und somit das Leitungselement durchströmende Kühlfluid übergehen kann. Hierdurch wird das elektronische Bauelement gekühlt, und die Wärme wird mittels des Kühlfluids von dem Bauelement abtransportiert. Unter dem Merkmal, dass das Bauelement während des Betriebs der elektronischen Recheneinrichtung Wärme bereitstellt, ist insbesondere zu verstehen, dass sich das Bauelement während des Betriebs der Recheneinheit erwärmen kann, die beispielsweise während ihres Betriebs Daten verarbeitet, insbesondere Berechnungen ausführt. Insbesondere ist die elektronische Recheneinrichtung dazu ausgebildet, wenigstens eine Komponente, wie beispielsweise einen Aktor des Kraftfahrzeugs, anzusteuern, insbesondere zu steuern oder zu regeln. Die elektronische Recheneinrichtung wird auch als Steuergerät bezeichnet oder ist beispielsweise ein Steuergerät.
Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug dazu ausgebildet, mit Hilfe der elektronischen Recheneinrichtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, autonom oder automatisch zu fahren. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug beispielsweise als ein teilautomatisch, teilautonom, automatisch oder autonom fahrendes Kraftfahrzeug ausgebildet, welches beispielsweise ohne Zutun einer Person und somit beispielsweise automatisch beziehungsweise autonom fahren kann. Zur Realisierung einer solchen, teilautomatischen, teilautonomen, automatischen oder autonomen Fahrt verarbeitet die elektronische Recheneinrichtung Daten, insbesondere führt die elektronische Recheneinrichtung Berechnungen aus. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektronische Recheneinrichtung zumindest die zuvor genannte Komponente ansteuert, um die autonome, automatische, teilautonome oder teilautomatische Fahrt des Kraftfahrzeugs zu realisieren beziehungsweise durchzuführen oder zu bewirken. Wird im Folgenden von einer oder der autonomen Fahrt des Kraftfahrzeugs gesprochen, so ist darunter - falls nichts anderes angegeben ist - eine beziehungsweise die autonome, automatische, teilautonome oder teilautomatische Fahrt des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind, kann es zu einer unerwünschten Situation beziehungsweise einem unerwünschten Effekt kommen, falls während der autonomen Fahrt des Kraftfahrzeugs die elektronische Recheneinrichtung ausfällt oder eine anderweitige Fehlfunktion aufweist. Dies könnte gegebenenfalls zu einem Abbruch der autonomen Fahrt führen, so dass dann beispielsweise eine Person die Fahrt und somit das Führen des Kraftfahrzeugs sofort übernehmen sollte.
Um nun eine besonders hohe Funktionsverfügbarkeit und somit einen besonders sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die elektronische Recheneinrichtung wenigstens ein außerhalb des Kühlkanals und vorzugsweise auch außerhalb des Leitungselements angeordnetes und vorzugsweise separat von dem elektronischen Bauelement und separat von dem Leitungselement ausgebildetes Speicherelement aufweist, welches zumindest ein Phasenwechselmaterial zum Aufnehmen beziehungsweise zum zumindest vorübergehenden Speichern von Wärme aufweist, die von dem Bauelement bereitgestellt wird. Unter einem Phasenwechselmaterial (PCM - Phase Changing Material) ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein solches Material zu verstehen, welches technisch genutzt werden kann, um unter Aus- beziehungsweise Durchführung eines Phasenwechsels des Phasenwechselmaterials Wärme aufzunehmen. Mit anderen Worten ist das Phasenwechselmaterial vorzugsweise dazu ausgebildet, durch Aufnahme von Wärme einen Phasenwechsel, insbesondere von fest zu flüssig oder umgekehrt durchzuführen, und beispielsweise unter Wärmeabgabe einen entsprechend umgekehrten Phasenwechsel, also zum Beispiel von flüssig zu fest, durchzuführen. Das Speicherelement kann auch als Latentwärmespeicher bezeichnet werden oder ist ein Latentwärmespeicher. Der Latentwärmespeicher, insbesondere dessen Phasenwechselmaterial, speichert zumindest einen Großteil von dem Speicherelement beziehungsweise dem Phasenwechselmaterial zugeführter, thermischer Energie, wobei das Speicherelement beziehungsweise das Phasenwechselmaterial die zugeführte, thermische Energie insbesondere in Form von latenter Wärme speichert, insbesondere für den zuvor genannten Phasenwechsel. Die in dem Phasenwechselmaterial gespeicherte thermische Energie ist verborgen, das heißt latent, da, solange der auch als Phasenumwandlung Phasenwechsel nicht ganz abgeschlossen ist, die Temperatur des Phasenwechselmaterials nicht weiter steigt, obwohl dem Phasenwechselmaterial Wärme zugeführt wird.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Leitungselement und Kühlfluid, insbesondere während eines Normalbetriebs und somit insbesondere dann, wenn das Leitungselement beziehungsweise eine durch das Leitungselement und das Kühlfluid bewirkbare Kühlung keine Fehlfunktion aufweist, das Bauelement und auch das Speicherelement, insbesondere das Phasenwechselmaterial, kühlen. Somit unterbleibt beispielsweise während des Normalbetriebs ein Phasenwechsel, das heißt eine Phasenumwandlung des Phasenwechselmaterials.
Kommt es nun jedoch zu einer Fehlfunktion oder zu einem Ausfall der mittels des Leitungselements und des Kühlfluids bewirkten oder bewirkbaren Kühlung, in deren Rahmen das Bauelement vorzugsweise auch der Wärmespeicher zu kühlen sind beziehungsweise gekühlt werden, oder ist das Kühlfluid in seltenen oder außergewöhnlichen Situationen durch andere Komponenten im gleichen Kühlkreis aufgeheizt, so kann das Kühlfluid nicht mehr Wärme von dem Bauelement und von dem Wärmespeicher (Speicherelement) abtransportieren. In der Folge könnte es insbesondere dann, wenn das Speicherelement nicht vorgesehen wäre, zu einer übermäßig starken Erhitzung, insbesondere zu einer Überhitzung, des elektronischen Bauelements kommen, so dass das beispielsweise als Chip ausgebildete Bauelement und somit die elektronische Recheneinrichtung Rechenoperationen nicht mehr wunschgemäß durchführen kann. In der Folge kann die elektronische Recheneinrichtung ihre gewünschte Funktion nicht mehr erfüllen. In der Folge kann zum Beispiel die zuvor genannte Komponente nicht mehr durch die elektronische Recheneinrichtung angesteuert werden. Zu einer solchen Fehlfunktion oder zu einem solchen Ausfall der Kühlung kann es beispielsweise dann kommen, wenn eine Leckage auftritt, in deren Rahmen das Kühlfluid aus dem beispielsweise als Kühlschlauch ausgebildeten Leitungselement austreten kann. Zu einer solchen Leckage kann es insbesondere dann kommen, wenn das Leitungselement beispielsweise abreißt. Ferner kann es zu einer Fehlfunktion oder zu einem Ausfall der Kühlung kommen, wenn beispielsweise eine insbesondere elektrisch betreibbare Pumpe, welche dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid durch den Kühlkanal und somit beispielsweise durch einen von dem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkreislauf zu fördern, ausfällt. Auch ein Betrieb außerhalb der spezifizierten Umgebungsbedingungen (z.B. ungewöhlich hohe Außentemperaturen oder ein durch andere Komponenten stark belastetes Kühlsystem) kann zu einer Temperaturüberschreitung in der Kühlung und damit zu einer fehlerhaften Temperaturüberschreitung im Bauteil führen.
Da nun jedoch erfindungsgemäß das Speicherelement vorgesehen ist, kann insbesondere dann, wenn es zu einem Ausfall, einer Überlastung oder eine Fehlfunktion der Kühlung kommt, das Phasenwechselmaterial die von dem elektronischen Bauelement bereitgestellte Wärme aufnehmen und dadurch eine Phasenumwandlung vollführen. Hierdurch können unerwünschte Folgen eines Ausfalls oder eine Fehlfunktion der Kühlung zumindest ausreichend verzögert oder vermieden werden. Insbesondere können aus einem etwaigen Ausfall oder einer Fehlfunktion der Kühlung resultierende Folgeeffekte zumindest verzögert oder vermieden werden, so dass beispielsweise infolge eines Ausfalls oder einer Fehlfunktion der Kühlung der elektronischen Recheneinrichtung eine hinreichend lange Zeitspanne, in der es nicht zu unerwünschten Folgeeffekten kommt, gegeben werden kann, um während dieser Zeitspanne Notfallfahrmanöver des Kraftfahrzeugs, insbesondere autonom beziehungsweise automatisch, zu bewirken, um beispielsweise unerwünschte Fahrzustände oder Situationen, wie einen Unfall, zu vermeiden. Ein solches Notfallfahrmanöver kann beispielsweise umfassen, dass das Kraftfahrzeug mit Hilfe der elektronischen Recheneinrichtung an einem Fahrbahnrand oder Seitenstreifen zum Stillstand gebracht und daraufhin gegen ein Wegrollen gesichert wird, so dass beispielsweise dadurch die autonome Fahrt automatisch und sicher beendet wird.
Nach Instandsetzen beziehungsweise Reparieren der Kühlung oder wiedererreichen der spezifizierten Umgebungsbedingungen insbesondere einer Erholung des Kühlsystems ist es beispielsweise denkbar zu bewirken, dass das Phasenwechselmaterial die gespeicherte, latente Wärme abgibt und hierdurch einen Phasenwechsel durchführt, woraufhin das Phasenwechselmaterial wieder dazu in der Lage ist, bei einem Ausfall, Überlastung oder einer Fehlfunktion der Kühlung Wärme von dem Bauelement aufzunehmen und somit vorübergehend zu speichern. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass beispielsweise die Wärme, die von dem Phasenwechselmaterial bei dessen Phasenumwandlung abgegeben wird, mittels des Kühlfluids der dann funktionsfähigen Kühlung aufgenommen und abtransportiert wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Speicherelement zwischen dem elektronischen Bauelement und dem Leitungselement angeordnet, wodurch das Bauelement zu dem Leitungselement hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Speicherelement überdeckt ist. Hierdurch können das Speicherelement und somit das Phasenwechselmaterial besonders gut Wärme aufnehmen, so dass ein besonders sicherer Betrieb darstellbar.
Um eine Überhitzung des Bauelements zu vermeiden oder zumindest eine hinreichend lange Zeit zu verzögern, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Bauelement zu dem Leitungselement hin vollständig überlappungsfrei zu dem Speicherelement angeordnet ist. Darunter ist zu verstehen, dass das Bauelement zu dem Leitungselement hin nicht durch das Speicherelement überdeckt ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die elektronische Recheneinrichtung ein vorzugsweise als Festkörper ausgebildetes, separat von dem Bauelement und separat von dem Speicherelement und vorzugsweise auch separat von dem Leitungselement ausgebildetes Wärmeleitelement umfasst, welches beispielsweise auch als Wärmeverteilungselement bezeichnet wird. Das Wärmeleitelement ist außerhalb des Leitungselements und dadurch außerhalb des Kühlkanals angeordnet. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Wärmeleitelement das Bauelement direkt berührt. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Wärmeleitelement auch außerhalb des Speicherelements angeordnet ist. Mittels des Wärmeleitelements kann die von dem Bauelement bereitgestellte Wärme besonders vorteilhaft und insbesondere großflächig verteilt und beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an den Wärmespeicher (Speicherelement) übertragen werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Wärmeleitelement das Bauelement und das Speicherelement jeweils direkt berührt. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Bauelement über das Wärmeleitelement an das Speicherelement und somit an das Phasenwechselmaterial erfolgen, insbesondere über jeweilige, große Flächen.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektronische Recheneinrichtung einen vorzugsweise als Festkörper ausgebildeten, separat von dem Bauelement, separat von dem Speicherelement und separat von dem Wärmeleitelement und vorzugsweise auch separat von dem Leitungselement ausgebildeten Kühlkörper, welcher außerhalb des Leitungselements und dadurch außerhalb des Kühlkanals angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Kühlkanal auch außerhalb des Speicherelements und außerhalb des Wärmeleitelements angeordnet. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Kühlkörper das Wärmeleitelement direkt berührt. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Wärmeübertragung realisiert werden, so dass das Bauelement besonders gut insbesondere auch dann gekühlt werden kann, wenn die Kühlung ausgefallen ist oder eine Fehlfunktion aufweist.
In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kühlkörper das Speicherelement und/oder das Leitungselement direkt berührt. hierdurch kann beispielsweise während des zuvor beschriebenen Normalbetriebs sichergestellt werden, dass das Bauelement über den Kühlkörper und das Leitungselement mittels des Kühlfluids hinreichend gekühlt wird, ohne dass dem Phasenwechselmaterial Wärme zugeführt wird beziehungsweise ohne dass das Phasenwechselmaterial Wärme aufnimmt und eine Phasenumwandlung durchführt. Hierzu geht beispielsweise die zumindest überwiegende, insbesondere die gesamte, von dem Bauelement bereitgestellte Wärme über den Kühlkörper an das Leitungselement und von diesem an das Kühlfluid über. Kommt es nun jedoch zu einem Ausfall beziehungsweise zu einer Fehlfunktion der Kühlung, so geht die zumindest überwiegende, insbesondere die gesamte, von dem Bauelement bereitgestellte Wärme über den Kühlkörper an das Speicherelement und somit das Phasenwechselmaterial über, welches dann unter Durchführung einer Phasenumwandlung die von dem Bauelement bereitgestellte Wärme aufnimmt. Dadurch kann ein besonders sicherer Betrieb gewährleistet werden.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Speicherelement das Leitungselement direkt berührt. Dadurch kann beispielsweise während des Normalbetriebs eine hinreichende Kühlung des Speicherelements gewährleistet werden beziehungsweise kann sichergestellt werden, dass das Bauelement gekühlt wird und dabei jedoch eine Phasenumwandlung des Phasenwechselmaterials unterbleibt. Das Phasenwechselmaterial kann somit für einen Ausfall oder eine Fehlfunktion der Kühlung bereitgehalten werden, so dass ein besonders sicherer Betrieb darstellbar ist.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Bauelement als eine elektronische, zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) ausgebildet ist. Hierdurch kann ein besonders sicherer Betrieb gewährleistet werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine elektronische Recheneinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Das Phasenwechselmaterial kann Aluminium und/oder Paraffin aufweisen. Insbesondere kann das Phasenwechselmaterial ein Gemisch aufweisen, welches Aluminium und Paraffin umfasst. Somit ist das Gemisch beispielsweise ein Aluminium-Paraffin-Gemisch. Dabei ist es denkbar, dass das Speicherelement aus dem Phasenwechselmaterial, insbesondere vollständig, gebildet ist, so dass beispielsweise das Phasenwechselmaterial eine Oberfläche des Speicherelements bildet, dessen Oberfläche das Bauelement und/oder das Wärmeleitelement und/oder den Kühlkörper und/oder das Leitungselement direkt berührt. Ferner ist es denkbar, dass das Speicherelement das Phasenwechselmaterial und eine insbesondere als Festkörper ausgebildete Hülle aufweist, welche beispielsweise aus einem von dem Phasenwechselmaterial unterschiedlichen Werkstoff gebildet ist. Die Hülle ist vorzugsweise formstabil, das heißt biege- oder eigensteif. Dabei ist beispielsweise das Phasenwechselmaterial in der Hülle aufgenommen, so dass beispielsweise die von dem Bauelement bereitgestellte Wärme über die Hülle an das Phasenwechselmaterial übergeht und von dem Phasenwechselmaterial aufgenommen werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Recheneinrichtung für ein Kraftfahrzeug;
2 eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der elektronischen Recheneinrichtung; und
3 eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der elektronischen Recheneinrichtung.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine erste Ausführungsform einer elektronischen Recheneinrichtung 1 für ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug. Die elektronische Recheneinrichtung 1 ist insbesondere dazu ausgebildet, eine autonome oder automatische Fahrt des Kraftfahrzeugs durchzuführen. Hierzu steuert beispielsweise die elektronische Recheneinrichtung 1 wenigstens eine insbesondere als Aktor ausgebildete Komponente des Kraftfahrzeugs an. Durch dieses Ansteuern der Komponente wird beispielsweise eine Längsdynamikregelung und/oder Querdynamikregelung des Kraftfahrzeugs durchgeführt, wobei die Längsdynamikregelung auch als Längsregelung und die Querdynamikregelung auch als Querregelung des Kraftfahrzeugs bezeichnet wird.
Die elektronische Recheneinrichtung 1 weist wenigstens ein elektronisches Bauelement 2 auf, welches bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen als ein Mikroprozessor und dabei beispielsweise als ein Halbleiterelement, insbesondere als ein Halbleiter-Chip, ausgebildet ist. Die elektronische Recheneinrichtung 1 umfasst außerdem einen Träger 3, an welchem das elektronische Bauelement 2 gehalten ist. Der Träger 3 ist beispielsweise eine Leiterplatte der elektronischen Recheneinrichtung 1, wobei die Leiterplatte auch als Leiterkarte, Platine oder gedruckte Schaltung bezeichnet wird oder ausgebildet ist. Während eines Betriebs der elektronischen Recheneinrichtung 1 verarbeiten beispielsweise das Bauelement 2 und dadurch die elektronische Recheneinrichtung 1 Daten. Dabei erwärmt sich beispielsweise das Bauelement 2, so dass das Bauelement 2 während des Betriebs der elektronischen Recheneinrichtung 1 Wärme bereitstellt. Die Wärme wird auch als Abwärme bezeichnet.
Die elektronische Recheneinrichtung 1 umfasst ferner wenigstens ein Leitungselement 4, welches auch als Leitung oder Kühlleitung bezeichnet wird und beispielsweise als ein Schlauch ausgebildet ist. Insbesondere ist das Leitungselement 4 als ein Festkörper ausgebildet. Das Leitungselement 4 begrenzt wenigstens oder genau einen Kühlkanal 5 direkt. Der Kühlkanal 5 ist - wie in 1 durch einen Pfeil 6 veranschaulicht ist - von einem Kühlfluid durchströmbar. Unter dem Merkmal, dass das Leitungselement 4 den Kühlkanal 5 direkt begrenzt, ist insbesondere zu verstehen, dass das den Kühlkanal 5 durchströmende Kühlfluid eine den Kühlkanal 5 direkt begrenzende, innenumfangsseitige Mantelfläche 7 des Leitungselements 4 direkt berührt oder berühren kann. Vorzugsweise ist das Kühlfluid eine Kühlflüssigkeit, welche beispielsweise zumindest oder ausschließlich Wasser umfassen kann. Mittels des Leitungselements 4 und mittels des Kühlfluids ist eine Kühlung zumindest des Bauelements 2 realisierbar, das heißt bereitstellbar. Unter der Kühlung des Bauelements 2 ist zu verstehen, dass das Bauelement 2 mittels der Kühlung zu kühlen ist beziehungsweise gekühlt wird. Hierzu geht beispielsweise die von dem Bauelement 2 bereitgestellte Wärme an das Leitungselement 4 und über das Leitungselement 4 an das das Leitungselement 4 durchströmende Kühlfluid über, wodurch die Wärme mittels des Kühlfluids von dem Bauelement 2 und insbesondere von dem Leitungselement 4 abtransportiert wird. Das Leitungselement 4 ist beispielsweise Bestandteil eines von dem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkreislaufs, in welchem auch wenigstens eine insbesondere elektrisch betreibbare Pumpe und wenigstens ein Kühler angeordnet sein können. Mittels der Pumpe kann das Kühlfluid durch den Kühlkreislauf und somit durch den Kühlkanal 5 gefördert werden. Mittels des Kühlers kann das Kühlfluid gekühlt werden. Der Kühler ist dabei beispielsweise eine von der elektronischen Recheneinrichtung 1 unterschiedliche, bezüglich der elektronischen Recheneinrichtung 1 externe und zusätzlich zu der elektronischen Recheneinrichtung 1 vorgesehene Komponente, mittels welcher das Kühlfluid gekühlt werden kann.
Um nun einen besonders sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, umfasst die elektronische Recheneinrichtung 1 ein außerhalb des Leitungselements 4 und somit außerhalb des Kühlkanals 5 angeordnetes und auch als Speicher oder Wärmespeicher bezeichnetes Speicherelement 8, welches separat von dem Träger 3, separat von dem Bauelement 2 und separat von dem Leitungselement 4 ausgebildet ist. Das Speicherelement 8 weist zumindest ein in 1 besonders schematisch dargestelltes Phasenwechselmaterial 9 (PCM) auf, welches die von dem Bauelement 2 bereitgestellte Wärme insbesondere unter Durchführen einer auch als Phasenwechsel bezeichneten Phasenumwandlung aufnehmen und somit zumindest vorübergehend und insbesondere latent speichern kann.
Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Bauelement 2 zu dem Leitungselement 4 hin vollständig überlappungsfrei zu dem Speicherelement 8 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die elektronische Recheneinrichtung 1 ein vorzugsweise als Festkörper ausgebildetes Wärmeleitelement 10, welches separat von dem Bauelement 2, separat von dem Träger 3, separat von dem Leitungselement 4 und separat von dem Speicherelement 8 ausgebildet ist. Das Wärmeleitelement 10 wird auch als Wärmeverteilungselement oder Heat-Spreader bezeichnet und ist beispielsweise an dem Träger 3 gehalten. Des Weiteren ist das Wärmeleitelement 10 außerhalb des Leitungselements 4 und außerhalb des Speicherelements 8 angeordnet, so dass das Wärmeleitelement 10 außerhalb des Kühlkanals 5 angeordnet ist. Aus 1 ist erkennbar, dass das Wärmeleitelement 10 das Bauelement 2, insbesondere eine dem Wärmeleitelement 10 und dem Leitungselement 4 zugewandte Seite 11 des Bauelements 2, direkt berührt.
Des Weiteren umfasst die elektronische Recheneinrichtung 1 einen vorzugsweise als Festkörper ausgebildeten Kühlkörper 12, welcher separat von dem Bauelement 2, separat von dem Träger 3, separat von dem Leitungselement 4, separat von dem Speicherelement 8 und separat von dem Wärmeleitelement 10 ausgebildet ist. Der Kühlkörper 12 ist zwischen dem Leitungselement 4 und dem Wärmeleitelement 10 sowie zwischen dem Leitungselement 4 und dem Bauelement 2 angeordnet, insbesondere derart, dass das Bauelement 2 und/oder das Wärmeleitelement 10 zu dem Leitungselement 4 hin jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Kühlkörper 12 überlappt beziehungsweise überdeckt ist. Auch der Kühlkörper 12 ist außerhalb des Speicherelements 8 und außerhalb des Leitungselements 4 und somit außerhalb des Kühlkanals 5 angeordnet. Der Kühlkörper 12 berührt das Wärmeleitelement 10, insbesondere eine dem Kühlkörper 12 und dem Leitungselement 4 zugewandte Seite 13 des Wärmeleitelements 10, direkt. Somit ist beispielsweise der Kühlkörper 12 zwischen dem Wärmeleitelement 10 und dem Leitungselement 4 angeordnet. Außerdem berührt der Kühlkörper 12 das Leitungselement 4, insbesondere eine dem Kühlkörper 12 und dem Wärmeleitelement 10 zugewandte Seite 14 des Leitungselements 4, direkt. Aus 1 ist erkennbar, dass der Kühlkörper 12 beispielsweise derart ausgebildet ist, dass er sich ausgehend von dem Wärmeleitelement 10, insbesondere von der Seite 13, hin zu dem Leitungselement 4, insbesondere zu der Seite 14, insbesondere keilförmig, kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig, erweitert. Umgekehrt verjüngt sich der Kühlkörper 12 ausgehend von dem Leitungselement 4, insbesondere von der Seite 14, hin zu dem Wärmeleitelement 10, insbesondere der Seite 13. Des Weiteren ist es bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass das Speicherelement 8 den Kühlkörper 12, insbesondere eine dem Speicherelement 8 zugewandte Seite 15 des Kühlkörpers 12, direkt berührt. Die Seite 15 ist dabei beispielsweise von dem Leitungselement 4 und/oder von dem Bauelement 2 und/oder von dem Wärmeleitelement 10, insbesondere von der Seite 14 und/oder von der Seite 13 und/oder von der Seite 11, abgewandt. Hierdurch kann beispielsweise dann, wenn die Kühlung ohne Fehlfunktion funktioniert, die von dem Bauelement 2 bereitgestellte Wärme über das Wärmeleitelement 10 und den Kühlkörper 12 an das Leitungselement 4 und weiter an das Kühlfluid übergehen, ohne dass eine Aufnahme der Wärme durch das Phasenwechselmaterial 9 und/oder ohne dass eine Phasenumwandlung des Phasenwechselmaterials 9 erfolgt. Fällt jedoch die Kühlung aus, so kann die von dem Bauelement 2 bereitgestellte Wärme über das Wärmeleitelement 10 und den Kühlkörper 12 an das Speicherelement 8 und insbesondere an das Phasenwechselmaterial 9 übergehen und von dem Phasenwechselmaterial 9 aufgenommen werden, während das Phasenwechselmaterial 9 eine Phasenumwandlung ausführt und ohne dass die von dem Bauelement 2 bereitgestellte Wärme durch das Kühlfluid abtransportiert wird beziehungsweise ohne dass das Kühlfluid durch den Kühlkanal 5 hindurchströmt.
Aus 1 ist ferner erkennbar, dass das Wärmeleitelement 10 und der Kühlkörper 12 zwischen dem Leitungselement 4 und dem Bauelement 2 angeordnet sind, wobei das Speicherelement 8 nicht zwischen dem Bauelement 2 und dem Leitungselement 4 angeordnet ist. Außerdem ist der Kühlkörper 12 zu dem Leitungselement 4 hin überlappungsfrei zu dem Speicherelement 8 angeordnet, so dass das Speicherelement 8 nicht zwischen dem Kühlkörper 12 und dem Leitungselement 4 angeordnet ist.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der elektronischen Recheneinrichtung 1. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Speicherelement 8 nicht etwa an der Seite 15 angeordnet, sondern das Speicherelement 8 ist zwischen dem Kühlkörper 12 und dem Leitungselement 4 angeordnet. Insbesondere ist das Speicherelement 8 an der Seite 14 angeordnet, insbesondere derart, dass das Speicherelement 8 die dem Bauelement 2, dem Wärmeleitelement 10 und dem Kühlkörper 12 und dem Speicherelement 8 zugewandte Seite 14 des Leitungselements 4 direkt berührt. Außerdem berührt das Speicherelement 8 den Kühlkörper 12, insbesondere eine dem Speicherelement 8 und dem Leitungselement 4 zugewandte Seite 16 des Kühlkörpers 12, direkt. Im Umkehrschluss berührt der Kühlkörper 12 das Speicherelement 8, insbesondere eine dem Kühlkörper 12, dem Wärmeleitelement 10 und dem Bauelement 2 zugewandte Seite 17 des Speicherelements 8. Dabei ist das Bauelement 2 und/oder das Wärmeleitelement 10 und/oder der Kühlkörper 12 zu dem Leitungselement 4 hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Speicherelement 8 überdeckt.
Schließlich zeigt 3 eine dritte Ausführungsform der Recheneinrichtung 1. Bei der dritten Ausführungsform entfällt der Kühlkörper 12 beziehungsweise bei der dritten Ausführungsform ist der Kühlkörper 12 durch das Speicherelement 8 gebildet. Somit können beispielsweise die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Kühlkörper 12 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform ohne Weiteres auf das Speicherelement 8 gemäß der dritten Ausführungsform übertragen werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass sich das Speicherelement 8 ausgehend von dem Wärmeleitelement 10, insbesondere von der Seite 13 des Wärmeleitelements 10, hin zu dem Leitungselement 4, insbesondere zu der Seite 14 des Leitungselements 4, insbesondere keilförmig, kegelförmig, kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig erweitert. Außerdem ist es somit bei der dritten Ausführungsform vorgesehen, dass das Speicherelement 8 die Seite 14 des Leitungselements 4 und die Seite 13 des Wärmeleitelements 10 direkt berührt. Dabei berührt die Seite 17 des Speicherelements 8 die Seite 13 des Wärmeleitelements 10 direkt, und eine dem Leitungselement 4 zugewandte Seite 18 des Speicherelements 8 berührt die dem Speicherelement 8, dem Wärmeleitelement 10 und dem Bauelement 2 zugewandte Seite 14 des Leitungselements 4 direkt.
Bezugszeichenliste

1: elektronische Recheneinrichtung
2: elektronisches Bauelement
3: Träger
4: Leitungselement
5: Kühlkanal
6: Pfeil
7: innenumfangsseitige Mantelfläche
8: Speicherelement
9: Phasenwechselmaterial
10: Wärmeleitelement
11: Seite
12: Kühlkörper
13: Seite
14: Seite
15: Seite
16: Seite
17: Seite
18: Seite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1162659 A2 [0002]

Claims

Elektronische Recheneinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (2), und mit wenigstens einem Leitungselement (4), welches einen von einem Kühlfluid zum Kühlen des elektronischen Bauelements (2) durchströmbaren Kühlkanal (5) begrenzt, gekennzeichnet durch wenigstens ein außerhalb des Kühlkanals (5) angeordnetes Speicherelement (8), welches zumindest ein Phasenwechselmaterial (9) zum Aufnehmen von von dem Bauelement (2) bereitgestellter Wärme aufweist.
Elektronische Recheneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (8) zwischen dem Bauelement (2) und dem Leitungselement (4) angeordnet ist, wodurch das Bauelement (2) zu dem Leitungselement (4) hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Speicherelement (8) überdeckt ist.
Elektronische Recheneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (2) zu dem Leitungselement (4) hin vollständig überlappungsfrei zu dem Speicherelement (8) angeordnet ist.
Elektronische Recheneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch ein separat von dem Bauelement (2) und separat von dem Speicherelement (8) ausgebildetes Wärmeleitelement (10), welches außerhalb des Leitungselements (4) und dadurch außerhalb des Kühlkanals (5) angeordnet ist und das Bauelement (2) direkt berührt.
Elektronische Recheneinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (10) das Bauelement (2) und das Speicherelement (8) jeweils direkt berührt.
Elektronische Recheneinrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen separat von dem Bauelement (2), separat von dem Speicherelement (8) und separat von dem Wärmeleitelement (10) ausgebildeten Kühlkörper (12), welcher außerhalb des Leitungselements (4) und dadurch außerhalb des Kühlkanals (5) angeordnet ist und das Wärmeleitelement direkt berührt.
Elektronische Recheneinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (12) das Speicherelement (8) und/oder das Leitungselement (4) direkt berührt.
Elektronische Recheneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (8) das Leitungselement (4) direkt berührt.
Elektronische Recheneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (2) als eine elektronische, zentrale Verarbeitungseinheit ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer elektronischen Recheneinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.