DE102020202696A1

DE102020202696A1 - Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Komponente eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102020202696A1
Application number: DE102020202696.3A
Authority: DE
Inventors: Viktor Rakoczi; Michael KECKEISEN; Wolfgang Vieweger; Oliver BRIEMLE
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2040-03-04
Also published as: DE102020202696B4

Abstract

Eine Kühlvorrichtung (1) zum Kühlen einer Komponente (6, 7) eines Fahrzeugs (3), ist geeignet, in eine Karosserie des Fahrzeugs (3) integriert zu werden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Komponente eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, ein Verfahren sowie ein computerlesbares Medium gemäß den nebengeordneten Ansprüchen.
Stand der Technik
In modernen Fahrzeugen kommen immer mehr Elektronikkomponenten zum Einsatz. Insbesondere vor dem Hintergrund der Tatsache, dass Fahrerassistenzsysteme und autonomes Fahren immer mehr an Bedeutung gewinnen, werden im Automobilbereich immer leistungsfähigere Steuereinheiten benötigt.
Solche Steuereinheiten müssen gekühlt werden, damit sie im Betrieb nicht zu heiß werden und ein Ausfall oder gar eine Zerstörung dieser elektronischen Komponenten droht.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Möglichkeiten zur Kühlung der Elektronik-Infrastruktur von Fahrzeugen bekannt, beispielsweise eine Kühlinfrastruktur, bei der mittels Druckluft oder Flüssigkeit gekühlt wird, oder auch Kühlungen mit Hilfe von Lüftern, Ventilatoren oder dergleichen. Bei diesen Kühlmechanismen ist nachteilig, dass sie zum Teil aufwendig zu realisieren sind, dass sie störungsanfällig sind und dass sie zum Teil auch energieintensiv sind.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beheben oder zumindest zu vermindern.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Komponente eines Fahrzeugs, wobei die Kühlvorrichtung geeignet ist, in eine Karosserie des Fahrzeugs integriert zu werden.
Unter dem Begriff „Komponente“ sind dabei typischerweise elektronische Komponenten zu verstehen, wie beispielsweise Steuergeräte, Kommunikationseinheiten oder Recheneinheiten. Als „Komponente“ im Sinne der Erfindung können jedoch auch andere Komponenten, wie beispielsweise Batterien oder Antriebskomponenten angesehen werden, prinzipiell jede sich erhitzende Fahrzeugkomponente.
Die Erfindung macht es möglich, die Kühlung solcher sich erhitzenden Komponenten in Fahrzeugen zu vereinfachen, weil bei einer derartigen Anordnung der Kühlvorrichtungen in der Karosserie der Fahrtwind in der Kühlvorrichtung genutzt werden kann.
Bei typischen Ausführungsformen ist die Kühlvorrichtung in eine Karosserie eines Fahrzeugs integriert.
Bei typischen Ausführungsformen ist die Kühlvorrichtung geeignet, in ein Dach des Fahrzeugs integriert zu werden. Mit anderen Worten ist die Kühlvorrichtung also in ein Dach der Karosserie des Fahrzeugs integrierbar. Bei typischen Ausführungsformen ist die Kühlvorrichtung in das Dach des Fahrzeugs integriert. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Kühlvorrichtung geeignet ist, in andere Karosserieelemente eines Fahrzeugs integriert zu werden, beispielsweise in eine Motorhaube, einen Kotflügel, eine Tür, eine Heckklappe oder auch in einen Unterboden. Eine Anordnung der Kühlvorrichtung im Dach des Fahrzeugs hat jedoch den Vorteil, dass die Kühlvorrichtung bei einem Unfall verhältnismäßig gut geschützt ist, weil Fahrzeugdächer bei Unfällen weniger oft in Mitleidenschaft gezogen werden als andere Teile einer Fahrzeugkarosserie. Ein weiterer Vorteil einer Anordnung der Kühlvorrichtung in einem Fahrzeugdach ist die Tatsache, dass in diesem Fahrzeugbereich typischerweise ein verhältnismäßig homogener Luftstrom vorhanden ist. Ein weiterer Vorteil einer Anordnung der Kühlvorrichtung in einem Fahrzeugdach ist die Tatsache, dass dieser Fahrzeugbereich typischerweise verhältnismäßig wenig genutzt wird, so dass eine solche Anordnung eine bessere Ausnutzung des in einem Fahrzeug verfügbaren Raums mit sich bringen kann.
Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Kühlvorrichtung einen ersten Komponentenschacht, wobei der erste Komponentenschacht geeignet ist, eine erste zu kühlende Komponente aufzunehmen, wobei die erste zu kühlende Komponente bevorzugt eine elektronische Komponente ist, wobei die Kühlvorrichtung typischerweise einen zweiten Komponentenschacht umfasst, wobei der zweite Komponentenschacht geeignet ist, eine zweite zu kühlende Komponente aufzunehmen, wobei die zweite zu kühlende Komponente bevorzugt eine elektronische Komponente ist. Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Kühlvorrichtung weitere Komponentenschächte, typischerweise vom Typ des ersten Komponentenschachts und/oder vom Typ des zweiten Komponentenschachts und/oder von einem anderen Typ.
Eine solche Ausbildung der Kühlvorrichtung mit Komponentenschächten hat den Vorteil, dass so die zu kühlenden Komponenten auf einfache Art und Weise direkt in der Kühlvorrichtung und somit in der Karosserie und somit nahe an Stellen angeordnet werden, wo typischerweise Fahrtwind auftritt, welcher zur Kühlung verwendet werden kann.
Die erste zu kühlende Komponente ist beziehungsweise umfasst bevorzugt eine Steuerungseinheit, typischerweise mit einer Mehrzahl an Eingängen und/oder einer Mehrzahl an Ausgängen. Die zweite zu kühlende Komponente ist beziehungsweise umfasst bevorzugt eine Kommunikationseinheit, typischerweise mit einer Mehrzahl an Eingängen und/oder einer Mehrzahl an Ausgängen. Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Kühlvorrichtung die Komponenten.
Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Kühlvorrichtung eine schwenkbare Klappe, wobei die Klappe geeignet ist, eine Geschlossen-Position einzunehmen, in welcher die Kühlvorrichtung geschlossen ist, wobei die Klappe in der Geschlossen-Position bevorzugt im Wesentlichen bündig mit der Karosserie, insbesondere dem Dach, abschließt, wobei die Klappe geeignet ist, eine Offen-Position einzunehmen, in welcher die Kühlvorrichtung geöffnet ist, wobei die Kühlvorrichtung geeignet ist, in der Offen-Position von einem Luftstrom durchströmt zu werden, sodass die zu kühlende(n) Komponente(n) durch den Luftstrom gekühlt wird/werden, wobei der Luftstrom bevorzugt während einer Fahrt des Fahrzeugs durch einen Fahrtwind erzeugt wird.
Eine derartige Klappe mit den genannten zwei Positionen hat den Vorteil, dass durch ein Verbringen der Klappe von einer Position in die andere auf einfache Weise eine Kühlung der Komponenten in der Kühlvorrichtung gesteuert werden kann. Insbesondere kann die Klappe also in der Geschlossen-Position bleiben, wenn keine Kühlung notwendig ist. Im Gegensatz dazu kann die Klappe in die Offen-Position gebracht werden, wenn eine Kühlung der Komponenten in den Komponentenschächten notwendig ist, wodurch dann durch die geöffnete Klappe Fahrtwind beziehungsweise ein durch den Fahrtwind erzeugter Luftstrom in die Kühlvorrichtung einströmen und so die zu kühlenden Komponenten kühlen kann. Eine Klappe ist jedoch nicht zwangsläufig notwendig. Beispielsweise ist es auch möglich, dass die Kühlvorrichtung permanent geschlossen oder permanent offen ist.
Bei typischen Ausführungsformen lässt die Klappe in der Offen-Position eine erste bevorzugt schlitzförmige Öffnung und einen Luftkanal in der Kühlvorrichtung entstehen, sodass während der Fahrt des Fahrzeugs bei geöffneter Klappe der Luftstrom in die Kühlvorrichtung einströmen kann. Dabei umfasst die Kühlvorrichtung typischerweise eine zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung, durch welche der Luftstrom aus der Kühlvorrichtung ausströmen kann, wobei die zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung typischerweise auf einer der ersten schlitzförmigen Öffnung entgegengesetzten Seite der Kühlvorrichtung angeordnet ist, wobei die zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung typischerweise zu einer Kofferraumklappe des Fahrzeugs hin ausgerichtet ist. Dabei mündet die zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung typischerweise in eine Heckklappennut, sodass der Luftstrom durch die zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung in die Heckklappennut eintreten kann und so aus der Kühlvorrichtung ausgeleitet werden kann.
Unter einer Heckklappennut ist eine typischerweise eine in den meisten Fahrzeugen, insbesondere den meisten PKW, vorliegende Nut an der Heckklappe bzw. Kofferraumklappe zu verstehen, welche typischerweise als Kanal zum Abführen von Regenwasser genutzt wird. Diese Heckklappennut kann, wie die Erfinder festgestellt haben, auch vorteilhaft genutzt werden, um einen durch die geöffnete Klappe in die Kühlvorrichtung eingeleiteten Luftstrom wieder aus der Kühlvorrichtung auszuleiten. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders gute Kühlung von kühlbedürftigen Komponenten in der Kühlvorrichtung gewährleistet wird, da sich innerhalb der Kühlvorrichtung kein Staudruck aufbaut, sondern ein gleichmäßiger Luftstrom entsteht.
Bei typischen Ausführungsformen ist die Kühlvorrichtung und/oder die Klappe angrenzend an eine Kofferraumklappe des Fahrzeugs angeordnet, und zwar insbesondere mittig, mit Vorteil unterhalb einer Antenne des Fahrzeugs.
Bei typischen Ausführungsformen ist zumindest ein Komponentenschacht zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in der Karosserie, bevorzugt in einem Dachinnenraum, des Fahrzeugs angeordnet und/oder die Klappe umfasst zumindest einen Komponentenschacht. Unter einem Dachinnenraum ist dabei insbesondere ein Bereich zwischen dem eigentlichen Dach des Fahrzeugs und einem Dachhimmel im Innenraum des Fahrzeugs zu verstehen. Bei typischen Ausführungsformen umfasst der Komponentenschacht, welcher in dem Dachinnenraum angeordnet ist, eine Auswölbung in den Fahrzeuginnenraum hinein. Der Montageort des Komponentenschachts im Dachinnenraum ist vorteilhaft, da auf diese Weise ein Platz ausgenutzt wird, welcher sonst typischerweise ungenutzt bleibt.
Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Kühlvorrichtung, bevorzugt die Klappe, ein Netz, wobei das Netz bevorzugt geeignet ist, die erste bevorzugt schlitzförmige Öffnung, welche in der Offen-Position gebildet ist, zumindest teilweise zu verschlie-ßen. Unter „Verschließen“ ist an dieser Stelle zu verstehen, dass die Öffnung von dem Netz verhängt wird, sodass ein durch den Fahrtwind erzeugter Luftstrom durch das Netz hindurch in die Kühlvorrichtung einströmt. Dies hat zum einen den Vorteil, dass der Luftstrom auf diese Art und Weise homogenisiert wird. Außerdem kann mit Hilfe eines solchen Netzes eine Lärmentwicklung, welche sich in der Offen-Position einstellen kann, reduziert werden kann. Die Klappe hat an der Stelle, an der sie die erste bevorzugt schlitzförmige Öffnung entstehen lässt, typischerweise eine U-förmige Form, welche durch das Netz verhängt wird. Ein solches Netz ist aber nicht zwangsweise notwendig, vielmehr kann die Öffnung auch komplett offenbleiben.
Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Kühlvorrichtung ein Flüssigkeitskühlsystem. Bei typischen Ausführungsformen umfasst das Flüssigkeitskühlsystem eine Düse oder mehrere Düsen und/oder eine Zuleitung oder mehrere Zuleitungen, wobei die Zuleitung(en) typischerweise die Kühlvorrichtung mit einem Wischwasser-Reservoir einer Scheibenwischanlage des Fahrzeugs verbindet/verbinden. Ein solches Flüssigkeitskühlsystem hat den Vorteil, dass zusätzlich zur Fahrtwindkühlung auch eine Kühlung mit Scheibenwaschflüssigkeit ermöglicht wird, beispielsweise wenn das Fahrzeug nicht fährt sondern in der Sonne abgestellt ist.
Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Kühlvorrichtung eine Verstellmechanik-Heizung und/oder eine Düsenheizung. Die Verstellmechanik-Heizung ist bevorzugt geeignet, Eis abzuschmelzen, welches ein Verschwenken der Klappe verhindert. Die Düsenheizung ist typischerweise geeignet, zugefrorene Düsen zu enteisen. Solche Heizungen haben den Vorteil, dass eine zuverlässige Kühlung auch bei kalten Temperaturen gewährleistet ist, weil durch die Verstellmechanik-Heizung gewährleistet wird, dass die Klappe zuverlässig zwischen ihren beiden Positionen hin und her bewegt werden kann und weil durch die Düsenheizung die Düsen eines etwaigen Flüssigkeitskühlungssystems beheizt werden können und somit nicht einfrieren.
Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Kühlvorrichtung ein Kühlelement, umfassend typischerweise ein Peltier-Element und/oder ein Wärmerohr, und/oder ein Kupferblech und/oder eine Kühlrippenanordnung, bevorzugt zwei oder mehrere Kühlrippenanordnungen, und/oder eine thermische Zwischenschicht und/oder einen Hitzeverteiler (welcher auch mit dem englischen Wort „Heatspreader“ bezeichnet werden kann). Unter einem Hitzeverteiler ist dabei typischerweise ein Kühlblech zu verstehen, welches Metalle mit guter Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer oder Aluminium umfasst. Bei der thermischen Zwischenschicht handelt es sich zum Beispiel um eine Wärmeleitpaste, welche die Wärmeübertragung zwischen zwei Bauteilen verbessert. Unter einem Kühlelement ist dabei im Prinzip jedes Bauteil zu verstehen, welches eine Kühlung herbeiführen kann. Unter einem Wärmerohr ist dabei typischerweise ein Wärmeübertrager zu verstehen, der unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Mediums eine hohe Wärmestromdichte erlaubt und auf diese Weise typischerweise große Wärmemengen auf kleiner Querschnittsfläche abtransportieren kann. Ein solches Wärmerohr kann auch mit dem englischen Begriff „Heat Pipe“ bezeichnet werden.
Ein Fahrzeug umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung eine vorgenannte Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Komponente nach zumindest einem vorgenannten Ausführungsbeispiel.
Bei typischen Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug eine erste Komponente, welche in dem ersten Komponentenschacht angeordnet ist, und/oder das Fahrzeug umfasst eine zweite Komponente, welche in dem zweiten Komponentenschacht angeordnet ist, und/oder die Kühlvorrichtung ist in das Dach des Fahrzeugs integriert. Bei typischen Ausführungsformen umfasst oder ist die erste Komponente und/oder die zweite Komponente eine elektronische Komponente wie beispielsweise eine elektronische Recheneinheit eines Fahrerassistenzsystems oder eines AD-Systems (also eines Systems für das autonome Fahren).
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung nach einem der vorgenannten Ausführungsbeispiele wird die Kühlvorrichtung in Abhängigkeit eines aktuellen Kühlbedarfs der zu kühlenden Komponente(n) bedarfsgerecht geregelt. Mit anderen Worten wird also die Kühlvorrichtung derart eingestellt beziehungsweise angesteuert, dass die zu kühlenden Komponenten auf eine stets passende Art und Weise gekühlt werden. Beispielsweise kann in manchen Fällen überhaupt keine Kühlung notwendig sein; dann bleibt die Klappe geschlossen und eine Flüssigkeitskühlung ist nicht aktiviert. In anderen Fällen kann jedoch so viel Hitze an den zu kühlenden Komponenten entstehen, dass gleichzeitig die Klappe geöffnet ist und eine Flüssigkeitskühlung aktiviert wird.
Bei typischen Ausführungsformen wird für die zu kühlende(n) Komponente(n) ein Verfügbarkeitsmodell, bevorzugt jeweils ein Verfügbarkeitsmodell, vorgehalten, wobei das Verfügbarkeitsmodell typischerweise einen theoretischen Kühlungsbedarf der zu kühlende(n) Komponente(n) beschreibt, typischerweise für zumindest zwei Betriebszustände. Die Verfügbarkeitsmodelle werden dabei typischerweise in einer Steuereinheit der Kühlvorrichtung oder in einer Fahrzeugsteuerung vorgehalten. Dabei umfasst das Verfahren typischerweise einen Regelungsprozess, während welches basierend auf dem Verfügbarkeitsmodell und/oder zumindest einem aktuellen Temperaturwert einer zu kühlenden Komponente und/oder zumindest einem aktuellen Betriebszustand einer zu kühlenden Komponente die Kühlvorrichtung geregelt wird. Das Verfügbarkeitsmodell umfasst typischerweise die Parameter Temperatur, Leistungsaufnahme, Prozessor-Auslastung und Fahrgeschwindigkeit. Der Regelungsprozess umfasst bevorzugt einen Klappen-Einstellschritt, während welches entschieden wird, ob die Klappe die Offen-Position oder die Geschlossen-Position einnehmen soll. Zudem umfasst der Regelungsprozess bevorzugt einen Flüssigkeitskühlungs-Einstellschritt, während welches entschieden wird, ob eine Flüssigkeitskühlung stattfinden soll. Zudem umfasst der Regelungsprozess bevorzugt einen Kühlelement-Einstellschritt, während welches entschieden wird, wie das Kühlelement angesteuert werden soll. Der Regelungsprozess läuft typischerweise kontinuierlich in dem Fahrzeug ab, sodass kontinuierlich eine bedarfsgerechte Kühlung der zu kühlenden Komponenten in der Kühlvorrichtung vonstatten geht, und zwar sowohl bei fahrendem Fahrzeug als auch bei stehendem Fahrzeug und insbesondere auch bei abgeschaltetem Motor.
Bei typischen Ausführungsformen umfasst/umfassen die Kühlvorrichtung und/oder das Fahrzeug technische Mittel und/oder Einrichtungen zum Ausführen eines oder mehrerer der erfindungsgemässen Verfahren, beispielsweise eine Regelungseinheit und/oder eine Temperatur-Analyseeinheit und/oder eine Klappen-Einstelleinheit und/oder eine Flüssigkeitskühlungs-Einstelleinheit und/oder eine Kühlelement-Einstelleinheit. Bei typischen Ausführungsformen sind zumindest manche dieser technischen Mittel und/oder Einrichtungen mittels Computerprogrammcode implementiert,
Ein computerlesbares Medium umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung Computerprogrammcode zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einem vorgenannten Ausführungsbeispiel. Unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ sind dabei insbesondere aber nicht ausschliesslich Festplatten und/oder Server und/oder Memorysticks und/oder Flash-Speicher und/oder DVDs und/oder Bluerays und/oder CDs zu verstehen. Zusätzlich ist unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ auch ein Datenstrom zu verstehen, wie er beispielsweise entsteht, wenn ein Computerprogrammprodukt aus dem Internet heruntergeladen wird.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen kurz erläutert, wobei zeigen:

1: Eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung (Geschlossen-Position),
2: Eine weitere schematische Schnittansicht der Kühlvorrichtung aus 1, jedoch in der Offen-Position,
3: Einen Vergrößerung-Ausschnitt aus der bereits in 2 gezeigten Schnittansicht der Kühlvorrichtung,
4: Eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
5: Eine Frontansicht einer Klappe einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
6: Einen Ausschnitt aus einem Fahrzeug mit im Dach integrierter erfindungsgemäßer Kühlvorrichtung, und
7: Eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Regelungsprozess, unterschiedlichen Einstellschritten und zwei Verfügbarkeitsmodellen.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 in Schnittansicht. Die Kühlvorrichtung 1 ist in ein Dach 2 eines in 1 nur ausschnittsweise gezeigten Fahrzeugs integriert. Die Kühlvorrichtung 1 umfasst eine Klappe 4, welche an einem Scharnier 5 schwenkbar gelagert ist, sodass sie nach oben aus dem Dach 2 herausgeklappt werden kann. In 1 ist die Klappe 4 jedoch in einer Geschlossen-Position gezeigt, in welcher die Klappe 4 bündig mit der Oberfläche des Dachs 2 abschließt. Ein Schwenkwinkel der Klappe 4 beträgt typischerweise maximal 10 bis 20 Grad, bevorzugt maximal 12 bis 18 Grad, mit Vorteil maximal 15 Grad ±10 Prozent. Das heißt, dass die Klappe 4 bis zu dem genannten maximalen Winkel aus der Dachebene des Daches 2 nach oben geschwenkt werden kann. Bei typischen Ausführungsformen ist es möglich, die Klappe 4 stufenlos herauszuklappen, wobei der jeweilige Öffnungswinkel so ausgewählt wird, dass sich gerade eine aktuell gewünschte Kühlwirkung ergibt.
Die Kühlvorrichtung 1 umfasst einen ersten Komponentenschacht 25, welcher in einem Dachinneren des Dachs 2 angeordnet ist. Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in diesen ersten Komponentenschacht 25 eine erste elektronische Komponente 6 eingesetzt, welche es mit der Kühlvorrichtung 1 zu kühlen gilt. Die Kühlvorrichtung 1 umfasst ferner einen zweiten Komponentenschacht 26, welcher innerhalb der Klappe 4 angeordnet ist. In den zweiten Komponentenschacht 26 ist eine zweite elektronische Komponente 7 eingesetzt, welche es ebenfalls zu kühlen gilt. An einer Oberseite der Klappe 4 ist eine Antenne 8 angeordnet. Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Antenne 8 direkt oberhalb der zweiten elektronischen Komponente 7 angeordnet, wobei es auch möglich ist, dass die Antenne 8 und die zweite elektronische Komponente 7 eine Einheit bilden. Zudem ist in 1 eine Heckklappennut 9 schematisch dargestellt, welche typischerweise in den Heckklappen von PKWs vorhanden ist, um ein Ablaufen von Regenwasser, welches in eine Ritze zwischen dem Kofferraumdeckel und der restlichen Karosserie eines Fahrzeugs eindringt, nach unten zu ermöglichen. Wie die nächsten Figuren zeigen werden, spielt die Heckklappennut 9 in bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Rolle, weil sie als Ausleitung für einen Luftstrom zur Kühlung der elektronischen Komponenten 6 und 7 genutzt werden kann. Ferner ist in 1 ein Flüssigkeitskühlsystem 10 systematisch dargestellt, insbesondere eine Zuleitung eines solchen Flüssigkeitskühlsystems 10. Über das Flüssigkeitskühlsystem 10 kann der Kühlvorrichtung 1 im Bedarfsfall Scheibenwischwasser zugeführt werden, wozu die gezeigte Zuleitung an ihrem anderen Ende (nicht in 1 gezeigt) mit einem Wischwasserreservoir verbunden ist.
2 zeigt nun das bereits in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 1, diesmal jedoch in seiner Offen-Position. Es lässt sich erkennen, dass in dieser Offen-Position die Klappe 4 der Kühlvorrichtung 1 nach oben, also aus der Oberfläche des Dachs 2 heraus, geklappt ist. Hierdurch wird zwischen dem Dach 2 und der Klappe 4 an einem dem Scharnier 5 abgewandten Ende der Klappe 4 eine erste schlitzförmige Öffnung 12 gebildet. Die schlitzförmige Öffnung 12 verläuft in der in 2 gezeigten Schnittansicht im Wesentlichen senkrecht zur Zeichnungsfläche, also quer zu einer Fahrzeuglängsachse. Daher ist die erste schlitzförmige Öffnung in 12 nur zu erahnen. Die erste schlitzförmige Öffnung 12 ist mit einem Netz 14 verhängt, welches die schlitzförmige Öffnung 12 nach vorne abtrennt. Das Netz 14 hat die Aufgabe, einen Luftstrom 11, welcher in der in 2 gezeigten Offen-Position der Kühlvorrichtung 1 die Kühlvorrichtung 1 durchströmt, homogenisiert wird. Außerdem wird durch das Netz 14 eine Geräuschentwicklung reduziert. Der Luftstrom 11 wird durch einen Fahrtwind erzeugt, welcher auftritt, während das Fahrzeug, welches in 2 wiederum ausschnittsweise gezeigt ist, fährt. Dadurch, dass die Klappe 4 geöffnet ist, wird zudem ein Luftkanal 15 gebildet zwischen der Klappe 4 und der ersten elektronischen Komponente 6. In 2 ist zudem gezeigt, dass die erste elektronische Komponente 6 eine erste Kühlrippenanordnung 16 umfasst und dass die zweite elektronische Komponente 7 eine zweite Kühlrippenanordnung 16 umfasst. Ferner ist in 2 eine zweite schlitzförmige Öffnung 13 gezeigt, durch welche der Luftstrom 11 die Kühlvorrichtung 1 zu einer Heckklappe des Fahrzeugs hin verlassen kann, wobei der Luftstrom 11 insbesondere durch die zweite schlitzförmige Öffnung 13 in die Heckklappennut 9 des Fahrzeugs eingeleitet wird.
Die Funktionsweise der in 2 gezeigten Offen-Position der Kühlvorrichtung 1 ist wie folgt: Durch den Fahrtwind wird ein Luftstrom 11 erzeugt, welcher durch die erste schlitzförmige Öffnung 12 in die Kühlvorrichtung 1 eintritt. Dabei passiert der Luftstrom 11 zunächst das Netz 14 und wird dadurch homogenisiert und eine zu große Geräuschentwicklung wird vermieden. Anschließend durchströmt der Luftstrom den Luftkanal 15, wobei auch die erste Kühlrippenanordnung 16 und auch die zweite Kühlrippenanordnung 17 durchströmt werden. Dadurch wird Wärme von den Kühlrippenanordnungen 16, 17 abgeführt. Der Luftstrom verlässt die Kühlvorrichtung 1 durch die zweite schlitzförmige Öffnung 13 und wird durch die Heckklappennut 9 geführt und an deren Ende aus dem Fahrzeug ausgeleitet. Auf diese Weise wird eine besonders einfache Kühlung der ersten elektronischen Komponente 6 und der zweiten elektronischen Komponente 7 bewerkstelligt, weil die Kühlrippenanordnungen 16, 17 durch den vom Fahrtwind erzeugten Luftstrom 11 gekühlt werden.
In 3 ist nun ein vergrößerter Ausschnitt aus der Kühlvorrichtung 1 aus 2 in ihrer Offen-Position gezeigt. Anhand von 3 werden weitere konstruktorische Details der Kühlvorrichtung 1 erläutert. In 3 ist erkennbar, dass die Klappe 4 die zweite elektronische Komponente 7 umfasst und dass die Antenne 8 auf der zweiten elektronischen Komponente 7 angeordnet ist. Ebenfalls ist erkennbar, dass an einer Unterseite der zweiten elektronischen Komponente 7 die zweite Kühlrippenanordnung 17 angeordnet ist. Ferner ist erkennbar, dass die Klappe 4 in einem vorderen Bereich, das heißt in einem Bereich der ersten schlitzförmigen Öffnung 12, einen im Wesentlichen trapezförmigen Bereich 18 umfasst. Unter „im Wesentlichen trapezförmig“ ist dabei zu verstehen, dass der Bereich die Form eines Vierecks hat, bei welchem zwei Seiten ungefähr parallel verlaufen. In 3 ist erkennbar, dass eine Schlitzhöhe h.1 der ersten schlitzförmigen Öffnung 12 größer ist als eine Klappennormalhöhe h.2 der Klappe 4. Bei typischen Ausführungsformen ist die Schlitzhöhe h.1 zwischen 50 und 150 Prozent, bevorzugt zwischen 75 und 125 Prozent, mit Vorteil zwischen 90 und 110 Prozent grösser als die Klappennormalhöhe h.2. Beim in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schlitzhöhe h.1 ungefähr doppelt so groß wie die Klappennormalhöhe h.2. Eine solche Dimensionierung des im Wesentlichen trapezförmigen Bereichs 18 hat sich als vorteilhaft beim Erzeugen eines Luftstroms durch die Kühlvorrichtung 1 herausgestellt. In 3 sind ferner verschiedene Details der Kühlvorrichtung 1 und insbesondere der ersten elektronischen Komponente 6 dargestellt. Insbesondere umfasst die erste elektronische Komponente 6 eine Platine 19, auf welcher ein System-on-Chip (SoC) 20, also ein auf einem Chip integriertes System, angeordnet ist. Auf einer der Platine 19 abgewandten Seite des System-on-Chip 20 ist eine thermische Zwischenschicht 21 angeordnet, deren Aufgabe es ist, eine homogene Verbindung zu einem Kühlelement 22 herzustellen, welches seinerseits auf der thermischen Zwischenschicht 21 aufsitzt. Bei diesem Kühlelement kann es sich beispielsweise um ein Peltier-Element handeln, welches eine aktive Kühlung bewerkstelligen kann. Oben auf dem Kühlelement 22 sitzt ein Hitzeverteiler 23 (auch bezeichnet als Heatspreader) auf. Die Aufgabe des Hitzeverteilers 23 ist es, die ihm von unten zugeführte Hitze an die erste Kühlrippenanordnung 16 weiterzugeben. In 3 ist beispielhaft lediglich ein einzelner System-on-Chip 20 mit thermischer Zwischenschicht 21, Kühlelement 22 und Hitzeverteiler 23 dargestellt. Prinzipiell kann die Platine 19 jedoch auch eine Mehrzahl solcher Bauteilkombinationen (also Kombinationen aus System-on-Chip, thermischer Zwischenschicht, Kühlelement und Hitzeverteiler) umfassen. Zu 3 ist ferner anzumerken, dass die erste Kühlrippenanordnung 16 und die zweite Kühlrippenanordnung 17 jeweils eine Mehrzahl von Kühlrippen umfassen, welche alle im Wesentlichen parallel verlaufen. Dabei sind die einzelnen Kühlrippen der ersten Kühlrippenanordnung 16 seitlich versetzt zu den einzelnen Kühlrippen der zweiten Kühlrippenanordnung 17 angeordnet. Dadurch wird es möglich, dass die Kühlrippen der beiden Kühlrippenanordnungen 16, 17 ineinandergreifen, wenn die Klappe 4 geschlossen ist. In 3 ist jedoch natürlich die Offen-Position der Klappe 4 zu sehen.
4 zeigt eine schematischen Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1. Auch die Kühlvorrichtung 1 in 4 umfasst eine Klappe 4, welche in 4 geöffnet, das heißt in ihrer Offen-Position, gezeigt ist. Auch umfasst die Kühlvorrichtung 1 in 4 wiederum eine erste elektronische Komponente 6. Diese erste elektronische Komponente 6 unterscheidet sich von der ersten elektronischen Komponente 6 in den vorhergehenden Figuren dadurch, dass zwischen der thermischen Zwischenschicht 21 und dem Kühlelement 22 ein Kupferblech 24 angeordnet ist, welches zudem rechts und links des Hitzeverteilers 23 die erste Kühlrippenanordnung 16 berührt. Somit kann durch dieses Kupferblech 24 zusätzlich Wärme von dem System-on-Chip 20 an die erste Kühlrippenanordnung 16 weitergeleitet werden. Dadurch wird die Kühlfunktion der Kühlvorrichtung 1 verbessert beziehungsweise es werden zusätzliche Möglichkeiten zur Konfiguration der Kühlvorrichtung 1 geschaffen, beispielsweise weil bedarfsgerecht das Kühlelement 22 aktiviert werden kann, wenn die Wärmeableitung durch das Kupferblech 24 und den Hitzeverteiler 23 nicht ausreichend sein sollte.
5 zeigt eine Frontansicht einer Klappe 4 einer in 5 nicht dargestellten Kühlvorrichtung 1. Es lässt sich erkennen, dass die Klappe 4 zumindest von vorne betrachtet die Form eines nach unten gedrehten großen Buchstaben „U“ hat und somit eine schlitzförmige Öffnung zwischen den beiden nach unten ausgerichteten Schenkeln des Buchstaben „U“ bildet. Diese schlitzförmige Öffnung ist in 5 von dem feinmaschigen Netz 14 verhängt, dessen Funktion bereits zuvor erläutert worden ist.
6 zeigt nun einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Fahrzeug 3. In einem Dach 2 des Fahrzeugs 3 ist eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 verbaut. Die Kühlvorrichtung 1 umfasst eine Klappe 4, welche im in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel in ihrer Geschlossen-Position dargestellt ist. Die Kühlvorrichtung 1 in 6 entspricht typischerweise einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. In 6 lässt sich ebenfalls gut nachvollziehen, wie ein Luftstrom, welcher bei geöffneter Klappe 4 von vorne in die Kühlvorrichtung 1 einströmen wird, wenn das Fahrzeug 3 fährt, nach hinten in Richtung der Kofferraumklappe des Fahrzeugs 3 aus der Kühlvorrichtung 1 ausströmen kann.
7 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Regeln einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele. In 7 ist ein Regelungsprozess P dargestellt, in dessen Rahmen eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung geregelt beziehungsweise konfiguriert wird. Unter der Regelung der Kühlvorrichtung ist dabei bevorzugt zu verstehen, dass ihre unterschiedlichen Einstellmöglichkeiten so aufeinander abgestimmt werden, dass gerade ein optimaler Kühleffekt erreicht wird, beispielsweise so dass eine ausreichende Kühlung stattfindet, wobei typischerweise eine Energieeffizienz der Kühlvorrichtung und/oder eines Fahrzeugs, in welchem die Kühlvorrichtung verbaut ist, optimiert wird. 7 lässt sich entnehmen, dass der Regelungsprozess P einen Klappen-Einstellschritt S1, einen Flüssigkeitskühlungs-Einstellschritt S2 und einen Kühlelement-Einstellschritt S3 umfasst. Diese Schritte werden beim Ablauf des Verfahrens in einer Endlosschleife ausgeführt. Dabei ist es möglich, dass beispielsweise nach dem Kühlelement-Einstellschritt S3 ein Warteschritt eingefügt ist, sodass die Endlosschleife nicht sofort zum Klappen-Einstellschritt S1 zurückspringt.
Im Klappen-Einstellschritt S1 wird entschieden, ob die Klappe die Offen-Position oder die Geschlossen-Position einnehmen soll. Typischerweise wird im Klappen-Einstellschritt S1 auch entschieden, wie groß ein Öffnungswinkel der Klappe aktuell sein soll. An den Klappen-Einstellschritt S1 schließt sich der Flüssigkeitskühlungs-Einstellschritt S2 an, während welches entschieden wird, ob eine Flüssigkeitskühlung stattfinden soll. Typischerweise wird im Flüssigkeitskühlungs-Einstellschritt S2 auch entschieden, wie stark eine Flüssigkeitskühlung vonstatten gehen soll. An den Flüssigkeitskühlungs-Einstellschritt S2 schließt sich der Kühlelement-Einstellschritt S3 an, während welches entschieden wird, wie das Kühlelement, also beispielsweise ein Peltier-Element und/oder ein Wärmerohr, angesteuert werden soll.
Während dieses Regelungsprozesses P tauscht der Regelungsprozess P zudem kontinuierlich Informationen mit einem ersten Verfügbarkeitsmodell M1 der ersten elektronischen Komponente und einem zweiten Verfügbarkeitsmodell M2 der zweiten elektronischen Komponente aus. Beispielsweise entnimmt der Regelungsprozess P den Verfügbarkeitsmodellen M1, M2 eine aktuelle Betriebsfunktionstüchtigkeit, also beispielsweise eine vollständige Betriebsfunktionstüchtigkeit oder eine eingeschränkte Betriebsfunktionstüchtigkeit der zu kühlenden Komponenten, und stellt die Kühlvorrichtung so ein, dass eine aktuell benötigte Betriebsfunktionstüchtigkeit für die beiden Komponenten gewährleistet ist, typischerweise für bestimmte Mindestzeiten.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Schutzumfang wird durch die Patentansprüche definiert.
Bezugszeichenliste

1: Kühlvorrichtung
2: Dach
3: Fahrzeug
4: Klappe
5: Scharnier
6: erste elektronische Komponente
7: zweite elektronische Komponente
8: Antenne
9: Heckklappennut
10: Flüssigkeitskühlsystem (insbesondere Zuleitung)
11: Luftstrom
12: erste schlitzförmige Öffnung
13: zweite schlitzförmige Öffnung
14: Netz
15: Luftkanal
16: erste Kühlrippenanordnung
17: zweite Kühlrippenanordnung
18: im Wesentlichen trapezförmiger Bereich
19: Platine
20: System-on-Chip (SoC)
21: thermische Zwischenschicht
22: Kühlelement
23: Hitzeverteiler
24: Kupferblech
25: erster Komponentenschacht
26: zweiter Komponentenschacht
M1, M2: Verfügbarkeitsmodelle für die zu kühlenden Komponenten
P: Regelungsprozess
S1: Klappen-Einstellschritt
S2: Flüssigkeitskühlungs-Einstellschritt
S3: Kühlelement-Einstellschritt
h.1: Schlitzhöhe (der ersten schlitzförmigen Öffnung)
h.2: Klappennormalhöhe

Claims

Kühlvorrichtung (1) zum Kühlen einer Komponente (6, 7) eines Fahrzeugs (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) geeignet ist, in eine Karosserie des Fahrzeugs (3) integriert zu werden.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) geeignet, in ein Dach (2) des Fahrzeugs (3) integriert zu werden.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kühlvorrichtung (1) einen ersten Komponentenschacht (25) umfasst, wobei der erste Komponentenschacht (25) geeignet ist, eine erste zu kühlende Komponente (6) aufzunehmen, wobei die erste zu kühlende Komponente (6) bevorzugt eine elektronische Komponente ist, - wobei die Kühlvorrichtung (1) typischerweise einen zweiten Komponentenschacht (26) umfasst, wobei der zweite Komponentenschacht (26) geeignet ist, eine zweite zu kühlende Komponente (7) aufzunehmen, wobei die zweite zu kühlende Komponente (7) bevorzugt eine elektronische Komponente ist.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kühlvorrichtung (1) eine schwenkbare Klappe (4) umfasst, - wobei die Klappe (4) geeignet ist, eine Geschlossen-Position einzunehmen, in welcher die Kühlvorrichtung (1) geschlossen ist, wobei die Klappe (4) in der Geschlossen-Position bevorzugt im Wesentlichen bündig mit der Karosserie, insbesondere dem Dach (2), abschliesst, - wobei die Klappe (4) geeignet ist, eine Offen-Position einzunehmen, in welcher die Kühlvorrichtung (1) geöffnet ist, wobei die Kühlvorrichtung (1) geeignet ist, in der Offen-Position von einem Luftstrom (11) durchströmt zu werden, so dass die zu kühlende(n) Komponente(n) (6, 7) durch den Luftstrom (11) gekühlt wird/werden, - wobei der Luftstrom (11) bevorzugt während einer Fahrt des Fahrzeugs (3) durch einen Fahrtwind erzeugt wird.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass - die Klappe (4) in der Offen-Position eine erste bevorzugt schlitzförmige Öffnung (12) und einen Luftkanal (15) in der Kühlvorrichtung (1) entstehen lässt, so dass während der Fahrt des Fahrzeugs (3) bei geöffneter Klappe (4) der Luftstrom (11) in die Kühlvorrichtung (1) einströmen kann, - wobei die Kühlvorrichtung (1) typischerweise eine zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung (13) umfasst, durch welche der Luftstrom (11) aus der Kühlvorrichtung (1) ausströmen kann, wobei die zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung (13) typischerweise auf einer der ersten schlitzförmigen Öffnung (12) entgegengesetzten Seite der Kühlvorrichtung (1) angeordnet ist, wobei die zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung (12) typischerweise zu einer Kofferraumklappe des Fahrzeugs (3) hin ausgerichtet ist, - wobei die zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung (13) typischerweise in eine Heckklappennut (9) mündet, so dass der Luftstrom (11) durch die zweite bevorzugt schlitzförmige Öffnung (13) in die Heckklappennut (9) eintreten kann und so aus der Kühlvorrichtung (1) ausgeleitet werden kann.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Komponentenschacht (25, 26) zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in der Karosserie, bevorzugt einem Dachinnenraum, des Fahrzeugs (3) angeordnet ist und/oder dass die Klappe (4) zumindest einen Komponentenschacht (6, 7) umfasst.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1), bevorzugt die Klappe (4), ein Netz (14) umfasst, wobei das Netz (14) bevorzugt geeignet ist, die erste bevorzugt schlitzförmige Öffnung (12), welche in der Offen-Position gebildet ist, zumindest teilweise zu verschliessen.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) ein Flüssigkeitskühlungssystem (10) umfasst.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kühlvorrichtung (1) eine Verstellmechanik-Heizung und/oder eine Düsenheizung umfasst.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kühlvorrichtung (1) ein Kühlelement (22), typischerweise umfassend ein Peltier-Element und/oder ein Wärmerohr, und/oder ein Kupferblech (24) und/oder eine Kühlrippenanordnung (16, 17), bevorzugt zwei oder mehrere Kühlrippenanordnungen (16, 17), und/oder eine thermische Zwischenschicht (21) und/oder einen Hitzeverteiler (23) umfasst.
Fahrzeug (3), umfassend eine Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug (3) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - das Fahrzeug (3) eine erste Komponente (6) umfasst, welche in dem ersten Komponentenschacht (25) angeordnet ist, und/oder - das Fahrzeug (3) eine zweite Komponente (7) umfasst, welche in dem zweiten Komponentenschacht (26) angeordnet ist, und/oder - die Kühlvorrichtung (1) in das Dach (2) des Fahrzeugs (3) integriert ist.
Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) in Abhängigkeit eines aktuellen Kühlbedarfs der zu kühlenden Komponente(n) (6, 7) bedarfsgerecht geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die zu kühlende(n) Komponente(n) (6, 7) ein Verfügbarkeitsmodell (M1, M2), bevorzugt jeweils ein Verfügbarkeitsmodell (M1, M2), vorgehalten wird, wobei das Verfügbarkeitsmodell (M1, M2) typischerweise einen theoretischen Kühlungsbedarf der zu kühlende(n) Komponente(n) (6, 7) beschreibt, typischerweise für zumindest zwei Betriebszustände, wobei - das Verfahren typischerweise einen Regelungsprozess (P) umfasst, während welches basierend auf dem Verfügbarkeitsmodell (M1, M2) und/oder zumindest einem aktuellen Temperaturwert einer zu kühlenden Komponente (6, 7) und/oder zumindest einem aktuellen Betriebszustand einer zu kühlenden Komponente (6, 7) die Kühlvorrichtung (1) geregelt wird, - wobei der Regelungsprozess (P) bevorzugt einen Klappen-Einstellschritt (S1) umfasst, während welches entschieden wird, ob die Klappe (4) die Offen-Position oder die Geschlossen-Position einnehmen soll, - wobei der Regelungsprozess (P) bevorzugt einen Flüssigkeitskühlungs-Einstellschritt (S2) umfasst, während welches entschieden wird, ob eine Flüssigkeitskühlung stattfinden soll, - wobei der Regelungsprozess (P) bevorzugt einen Kühlelement-Einstellschritt (S3) umfasst, während welches entschieden wird, wie das Kühlelement (22) angesteuert werden soll.
Computerlesbares Medium, dadurch gekennzeichnet, dass das computerlesbare Medium Computerprogrammcode zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 14 umfasst.