DE102020214397A1

DE102020214397A1 - Verfahren zur Herstellung eines Aggregats mit einem Elektronikmodul

Info

Publication number: DE102020214397A1
Application number: DE102020214397.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Lerch; Timo Bertram
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-05-19
Also published as: CN114513930A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aggregats mit einem Elektronikmodul (1), das zumindest ein im Betrieb wärmeabgebendes Elektronikbauteil (3) aufweist, etwa eine Leistungselektronik zur Bestromung einer Elektromaschine für einen Fahrzeugantrieb, wobei dem Elektronikbauteil (3) ein kühlmitteldurchströmter Kühlkörper (5) zugeordnet ist, der in einem Kühlkreislauf eingebunden ist, wobei nach Fertigstellung des Aggregats eine Funktionsprüfung (I) durchgeführt wird, bei der das Elektronikbauteil (3) bestromt wird und das Kühlmittel im Kühlkreislauf umgewälzt wird für eine Wärmeabfuhr vom Elektronikbauteil (3), und wobei nach erfolgter Funktionsprüfung (I) das Kühlmittel vom Kühlkreislauf abgelassen wird. Erfindungsgemäß erfolgt nach dem Kühlmittel-Ablassen (II) ein Heiz-Prozessschritt (III), bei dem der Kühlkreislauf zumindest teilweise aufgeheizt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aggregats mit einem Elektronikmodul nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Erfindung betrifft beispielhaft eine Elektromaschine für einen Fahrzeugantrieb. Eine solche Elektromaschine weist ein Elektronikmodul mit einer Leistungselektronik (das heißt zum Beispiel Pulswechselrichter) auf, mit der die Elektromaschine bestrombar ist. Die Leistungselektronik kann unter anderem aus einem oder mehreren Leistungshalbleitern aufgebaut sein. Die Leistungselektronik kann ferner eine Leiterplatte oder ein Keramiksubstrat aufweisen, auf dem die Leistungshalbleiter angeordnet sind. In gängiger Praxis wird die Leistungselektronik im Betrieb gekühlt. Hierzu ist der Leistungselektronik ein kühlmitteldurchströmter Kühlkörper zugeordnet, der in einem Kühlmittelkreislauf eingebunden ist. Im Betrieb wird das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf umgewälzt, damit die in der Leistungselektronik erzeugte Abwärme über den Kühlkörper abgeführt werden kann.
Die Herstellung einer solchen Elektromaschine erfolgt in einem Werk in Serienproduktion in einer Produktionslinie. Am Ende der Produktionslinie wird die Elektromaschine einer End-Of-Line-Prüfung unterzogen, in der die Elektromaschine auf Funktionsfähigkeit geprüft wird. Hierzu wird die Leistungselektronik bestromt und das Kühlmittel im Kühlkreislauf umgewälzt für eine Wärmeabfuhr von der Leistungselektronik.
Nach erfolgter Funktionsprüfung wird das Kühlmittel vom Kühlkreislauf abgelassen, um den Kühlkreislauf vom Kühlmittel weitgehend zu entleeren. Nach Abschluss der End-Of-Line-Prüfung wird die fertiggestellte Elektromaschine zum Beispiel zu einem fahrzeugbauenden Werk transferiert, in dem die Elektromaschine im Fahrzeug verbaut wird. Der Transfer zum fahrzeugbauenden Werk kann mit längeren Lagerzeiten verbunden sein. Alternativ dazu kann die fertiggestellte Elektromaschine auch für den After-Sale-Service bestimmt sein, was ebenfalls mit längeren Lagerzeiten verbunden ist.
Es hat sich gezeigt, dass beim Kühlmittel-Ablassen (nach erfolgter Funktionsprüfung) der Kühlmittelkreislauf nicht komplett von Kühlmittel entleert ist, sondern vielmehr Kühlmittel-
Rückstände im Kühlmittelkreislauf verbleiben können. Vor diesem Hintergrund besteht während der Lagerzeiten der Elektromaschine die folgende Problematik: Bei Kontakt der Kühlmittel-Rückstände mit Luft-Sauerstoff an korrosionsanfälligen Bereichen des Kühlmittelkreislaufes kann es zu einer korrosiven Unterwanderung kommen, die gegebenenfalls zu einer Vorschädigung des Kühlmittelkreislaufes führen kann.
Aus der JP 07135193 A ist ein Verfahren zur Trocknung eines Halbleiters nach einer Wasserkühlung bekannt. Aus der CN 209049402 U ist eine Kühlwasser-Umwälzvorrichtung bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Aggregats mit einem Elektronikmodul bereitzustellen, bei dem eine korrosive Unterwanderung in einem korrosionsanfälligen Bereich eines Kühlkreislaufes des Aggregats in einfacher Weise vermieden werden kann.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird eine korrosive Unterwanderung an einem korrosionsanfälligen Bereich im Kühlkreislauf nach der End-Of-Line-Prüfung wie folgt vermieden: So wird unmittelbar nach dem Kühlmittel-Ablassen ein zusätzlicher Heiz-Prozessschritt durchgeführt, bei dem der Kühlkreislauf zumindest teilweise aufgeheizt wird. Auf diese Weise können die noch im Kühlmittelkreislauf befindlichen Kühlmittel-Rückstände verdunsten oder trocknen, so dass es an den korrosionsanfälligen Bereichen im Kühlmittelkreislauf nicht zu einer Spaltkorrosion kommen kann.
In einer bevorzugten technischen Umsetzung kann zur Durchführung des Heiz-Prozessschrittes das Elektronikbauteil nach dem Kühlmittel-Ablassen bestromt werden. Mittels der dadurch erzeugten Abwärme kann der Kühlkreislauf, insbesondere der Kühlkörper, aufgeheizt werden, wodurch die Kühlmittel-Rückstände verdunsten/trocknen.
In einer technischen Realisierung kann der Kühlkörper zusammen mit einer Kühlkörper-Abdeckung einen kühlmitteldurchströmten Kühlmittel-Raum begrenzen. Die Kühlkörper-Abdeckung kann als separates Bauteil an den Kühlkörper gefügt sein. In diesem Fall kann die Kühlkörper-Abdeckung an einer Dichtzone in Dichtanlage mit dem Kühlkörper gebracht sein. Mittels der Dichtzone ist der Kühlmittel-Raum flüssigkeitsdicht von der Umgebung entkoppelt.
Bei einer solchen baulichen Gestaltung stellt ein Dichtspalt zwischen dem Kühlkörper und der Kühlkörper-Abdeckung einen korrosionsanfälligen Bereich dar, in dem es bei Kontakt von Kühlmittel mit Luft-Sauerstoff zu Spaltkorrosion kommen kann.
Der Kühlkörper kann an seiner, dem Kühlmittel zugewandten Kühlfläche zudem Kühlmittelgeometrien aufweisen, um eine Wärmeableitung zu unterstützen. Beispielhaft kann die Kühlfläche des Kühlkörpers eine Pin-Fin-Struktur aufweisen, in der Kühlmittel-Rückstände nach dem Kühlmittel-Ablassen haften bleiben können. Insbesondere aufgrund der durch die Bestromung des Elektronikbauteils erfolgenden Wärmeentwicklung können speziell die Kühlmittel-Rückstände an den Kühlgeometrien des Kühlkörpers prozesssicher getrocknet bzw. verdunstet werden.
Der erfindungsgemäße Heiz-Prozessschritt kann alternativ und/oder zusätzlich zur Bestromung des Elektronikbauteils auch mit Hilfe eines Luftstromerzeugers durchgeführt werden, mittels dem ein Luftstrom oder ein Heißluftstrom erzeugt wird. Mit dem Luftstrom können Kühlkreislauf-Leitungen ausgeblasen werden. Auf diese Weise kann Trocknung/Verdunstung der Kühlmittel-Rückstände im Kühlkreislauf unterstützt werden.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 ein Elektronikmodul in Schnittdarstellung; und
2 ein Blockschaltdiagramm, anhand dem die Prozessschritte bei einer End-Of-Line-Prüfung veranschaulicht sind.

In der 1 ist grob schematisch in beispielhafter Darstellung ein Elektronikmodul 1 mit einer Leistungselektronik 3 zur Bestromung einer nicht dargestellten Elektromaschine für einen Fahrzeugantrieb gezeigt. Das in der 1 gezeigte Elektronikmodul 1 ist nur insoweit dargestellt, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demnach ist der Leistungselektronik 3 ein Kühlkörper 5 zugeordnet. Dieser ist in der 1 im Querschnitt schalenförmig mit einem Kühlkörper-Boden 7 und davon hochgezogenen Seitenrändern 9 ausgebildet. Die Leistungselektronik 3 ist mit einer Vergussmasse 11 mit dem Kühlkörper 5 vergossen. Beispielhaft kann die Leistungselektronik 3 Leistungshalbleiter aufweisen, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind.
Der Kühlkörper-Boden 7 weist an seiner von der Leistungselektronik 3 abgewandten Kühlfläche 13 als Kühlgeometrie eine Pin-Fin-Struktur 15 auf. Diese ragt in einen Kühlmittel-Raum 17 ein, der von dem Kühlkörper-Boden 7 und einer Abdeckung 19 begrenzt ist. Im Kühlbetrieb ist der Kühlmittel-Raum 17 von Kühlmittel durchströmt. Die Kühlkörper-Abdeckung 19 ist an einer umlaufenden Dichtzone 21 in Dichtanlage mit dem Kühlkörper-Boden 7. Mittels der Dichtzone 21 ist der Kühlmittel-Raum 17 von der Umgebung flüssigkeitsdicht abgetrennt.
Im Fahrzeugbetrieb ist die Leistungselektronik 3 bestromt. Die dabei entstehende Abwärme wird über den Kühlkörper 5 auf das Kühlmittel übertragen, das durch den Kühlmittel-Raum 17 strömt. Der Kühlmittel-Raum 17 ist hierzu in einem Kühlkreislauf mit Umwälzpumpe eingebunden.
In der Serienfertigung wird beispielhaft die Elektromaschine mitsamt dem Elektronikmodul 1 in einer Produktionslinie hergestellt, die mit einer End-Of-Line-Prüfung 23 abschließt. Die für die Erfindung wesentlichen Prozessschritte der End-Of-Line-Prüfung 23 sind anhand des Blockschaltdiagramms der 2 veranschaulicht: Demzufolge erfolgt zunächst eine Funktionsprüfung I, bei der die Leistungselektronik 3 bestromt wird und das Kühlmittel im Kühlkreislauf umgewälzt wird für eine Wärmeabfuhr von der Leistungselektronik 3. Nach erfolgter Funktionsprüfung I wird in einem zweiten Prozessschritt II das Kühlmittel vom Kühlkreislauf abgelassen. Nach dem Kühlmittel-Ablassen II wird ein Heiz-Prozessschritt III durchgeführt, um eine korrosive Unterwanderung an einem korrosionsanfälligen Bereich 25 im Kühlkreislauf zu verhindern. In der 1 ist der korrosionsanfällige Bereich 25 ein Dichtspalt in der Fügeebene zwischen dem Kühlkörper-Boden 7 und der Kühlkörper-Abdeckung 19. Im Dichtspalt 25 besteht die Gefahr, dass es bei Kontakt von Kühlmittel mit Luft-Sauerstoff zu einer Spalt-Korrosion kommt.
Im erfindungsgemäßen Heiz-Prozessschritt III wird die Leistungselektronik 3 bestromt. Mittels der dabei erzeugten Abwärme wird der Kühlkörper 5 aufgeheizt. Gegebenenfalls an der Pin-Fin-Struktur 15 haftende Kühlmittel-Rückstände, die sich in der Nähe des Dichtspalts 25 befinden, können somit trocknen bzw. verdunsten, so dass eine (bei längeren Lagerzeiten mögliche) korrosive Unterwanderung am Dichtspalt 25 prozesssicher verhindert ist.
Bezugszeichenliste

1: Elektronikmodul
3: Leistungselektronik
5: Kühlkörper
7: Kühlkörper-Boden
9: Seitenränder
11: Gussmasse
13: Kühlfläche
15: Kühlgeometrie
17: Kühlmittel-Raum
19: Kühlkörper-Abdeckung
21: Dichtzone
23: End-Of-Line-Prüfung
25: Dichtspalt
I, II, III: Prozessschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 07135193 A [0007]
CN 209049402 U [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Aggregats mit einem Elektronikmodul (1), das zumindest ein im Betrieb wärmeabgebendes Elektronikbauteil (3) aufweist, etwa eine Leistungselektronik zur Bestromung einer Elektromaschine für einen Fahrzeugantrieb, wobei dem Elektronikbauteil (3) ein kühlmitteldurchströmter Kühlkörper (5) zugeordnet ist, der in einem Kühlkreislauf eingebunden ist, wobei nach Fertigstellung des Aggregats eine Funktionsprüfung (I) durchgeführt wird, bei der das Elektronikbauteil (3) bestromt wird und das Kühlmittel im Kühlkreislauf umgewälzt wird für eine Wärmeabfuhr vom Elektronikbauteil (3), und wobei nach erfolgter Funktionsprüfung (I) das Kühlmittel vom Kühlkreislauf abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kühlmittel-Ablassen (II) ein Heiz-Prozessschritt (III) erfolgt, bei dem der Kühlkreislauf zumindest teilweise aufgeheizt wird, wodurch die noch im Kühlmittelkreislauf befindlichen Kühlmittel-Rückstände verdunsten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Heiz-Prozessschritts (III) eine korrosiven Unterwanderung an einem korrosionsanfälligen Bereich (25) im Kühlkreislauf und/oder weitere negative Effekte, etwa eine Kühlmittelverschleppung oder dergleichen, vermieden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Heiz-Prozessschritts (III) das Elektronikbauteil (3) bestromt wird, und dass mittels der dabei erzeugten Wärme der Kühlkreislauf, insbesondere der Kühlkörper (5), aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5) zusammen mit einer Kühlkörper-Abdeckung (19) einen kühlmitteldurchströmten Kühlmittel-Raum (17) begrenzen, und dass die Kühlkörper-Abdeckung (19) an einer Dichtzone (21) in Dichtanlage mit dem Kühlkörper (5) ist, mittels der der Kühlmittel-Raum (17) von der Umgebung abgedichtet ist, und dass ein Dichtspalt (25) zwischen dem Kühlkörper (5) und der Kühlkörper-Abdeckung (19) ein korrosionsanfälliger Bereich ist, in dem es bei Kontakt von Kühlmittel mit Luft-Sauerstoff zu Spaltkorrosion kommen kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Heizschritts (III) ein Luftstromerzeuger bereitgestellt wird, mittels dem ein Luftstrom zum Ausblasen von Kühlkreislauf-Leitungen erzeugt wird, wodurch insbesondere die durch Ansteuerung des Elektronikbauteils (3) erfolgende Trocknung/Verdunstung der Kühlmittel-Rückstände im Kühlkreislauf unterstützt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5) an seiner dem Kühlmittel zugewandten Kühlfläche (13) Kühlgeometrien (15) aufweist, beispielsweise eine Pin-Fin-Struktur, in der Kühlmittel-Rückstände nach dem Kühlmittel-Ablassen (II) haften bleiben können, und dass insbesondere aufgrund der durch die Bestromung des Elektronikbauteil (3) erfolgenden Wärmeentwicklung die Kühlmittel-Rückstände an den Kühlgeometrien (15) des Kühlkörpers (5) trocknen bzw. verdunsten.