DE102021203296A1

DE102021203296A1 - Control unit with a cooled housing

Info

Publication number: DE102021203296A1
Application number: DE102021203296.6A
Authority: DE
Inventors: Ursula Bartenschlager; Andrew Kay; Johannes Martin Schleyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-10-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät. Das Steuergerät weist wenigstens ein elektronisches Leistungsbauteil, insbesondere einen Halbleiter, auf. Das Steuergerät weist wenigstens eine mit dem Leistungsbauteil wärmeleitfähig verbundene, und zum Fluidführen ausgebildete Wärmesenke auf. Das Steuergerät weist auch ein Gehäuse auf, in dem das Leistungsbauteil aufgenommen ist. Erfindungsgemäß weist das Gehäuse eine Belüftungsöffnung auf. Das Gehäuse weist auch einen Eingangsanschluss für das Fluid, und eine mit dem Eingangsanschluss verbundene Fluidleitung auf. Die Fluidleitung ist ausgebildet und angeordnet, das Fluid von dem Eingangsanschluss zu der wenigstens einen Wärmesenke zu führen, wobei ein sich zwischen dem Eingangsanschluss und der wenigstens einen Wärmesenke erstreckender Längsabschnitt der Fluidleitung an der Belüftungsöffnung derart geführt ist, dass von dem Fluid von einer Umgebungsluft im Bereich der Belüftungsöffnung Wärme aufgenommen werden kann, bevor das Fluid die wenigstens eine Wärmesenke erreichen kann.The invention relates to a control device. The control device has at least one electronic power component, in particular a semiconductor. The control unit has at least one heat sink which is connected to the power component in a thermally conductive manner and is designed to carry fluid. The controller also includes a housing that houses the power device. According to the invention, the housing has a ventilation opening. The housing also has an input port for the fluid, and a fluid line connected to the input port. The fluid line is designed and arranged to conduct the fluid from the input port to the at least one heat sink, with a longitudinal section of the fluid line extending between the input port and the at least one heat sink being routed at the ventilation opening in such a way that the fluid is drawn from ambient air in the Heat can be absorbed in the area of the ventilation opening before the fluid can reach the at least one heat sink.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät. Das Steuergerät weist wenigstens ein elektronisches Leistungsbauteil, insbesondere einen Halbleiter, auf. Das Steuergerät weist wenigstens eine mit dem Leistungsbauteil wärmeleitfähig verbundene, und zum Fluidführen ausgebildete Wärmesenke auf. Das Steuergerät weist auch ein Gehäuse auf, in dem das Leistungsbauteil aufgenommen ist.The invention relates to a control device. The control device has at least one electronic power component, in particular a semiconductor. The control unit has at least one heat sink which is connected to the power component in a thermally conductive manner and is designed to carry fluid. The controller also includes a housing that houses the power device.

Aus der DE 10 2011 121 926 B4 der Anmelderin ist ein Gehäuse für ein Gerät zum Betreiben einer Klimatisierungsanlage mit im Gehäuseinneren angeordneten elektrischen Verbrauchern und Mitteln zum Abführen der von den elektrischen Verbrauchern erzeugten Abwärme, wobei im Bereich der Gehäusewandung eine Kühleinrichtung zum Kondensieren der Feuchtigkeit vorgesehen, die in der in das Gehäuseinnere einströmenden Umgebungsluft enthalten ist.From the DE 10 2011 121 926 B4 The applicant proposes a housing for a device for operating an air conditioning system with electrical consumers arranged inside the housing and means for dissipating the waste heat generated by the electrical consumers, with a cooling device for condensing the moisture being provided in the area of the housing wall, which is contained in the moisture flowing into the interior of the housing ambient air is included.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß weist das Gehäuse des Steuergeräts der eingangs genannten Art eine Belüftungsöffnung auf. Das Gehäuse weist auch einen Eingangsanschluss für das Fluid, und eine mit dem Eingangsanschluss verbundene Fluidleitung auf. Die Fluidleitung ist ausgebildet und angeordnet, das Fluid von dem Eingangsanschluss zu der wenigstens einen Wärmesenke zu führen, wobei ein sich zwischen dem Eingangsanschluss und der wenigstens einen Wärmesenke erstreckender Längsabschnitt der Fluidleitung an der Belüftungsöffnung derart geführt ist, dass von dem Fluid von einer Umgebungsluft im Bereich der Belüftungsöffnung Wärme aufgenommen werden kann, bevor das Fluid die wenigstens eine Wärmesenke erreichen kann.According to the invention, the housing of the control device of the type mentioned at the outset has a ventilation opening. The housing also has an input port for the fluid, and a fluid line connected to the input port. The fluid line is designed and arranged to conduct the fluid from the input port to the at least one heat sink, with a longitudinal section of the fluid line extending between the input port and the at least one heat sink being routed at the ventilation opening in such a way that the fluid is drawn from ambient air in the Heat can be absorbed in the area of the ventilation opening before the fluid can reach the at least one heat sink.

Vorteilhaft kann so eine Fluidkühlung eines Steuergeräts gebildet sein, bei der in demselben Fluidkreislauf, der das Steuergerät kühlt, eine Kältefalle integriert ist. Die Kältefalle ist ausgebildet, Luftfeuchtigkeit im Bereich der Kältefalle aufzunehmen, und zur Kondensation zu bringen. Vorteilhaft kann das Leistungsbauteil, welches in dem Gehäuse aufgenommen ist, so trocken sein.Fluid cooling of a control unit can advantageously be formed in this way, in which a cold trap is integrated in the same fluid circuit that cools the control unit. The cold trap is designed to absorb atmospheric humidity in the area of the cold trap and to cause it to condense. Advantageously, the power component accommodated in the housing can be dry in this way.

Das Fluid ist beispielsweise Wasser, ein Wasser-Glykolgemisch oder ein Kältemittel, beispielsweise Butan, Ammoniak oder ein organisches Kältemittel. Vorteilhaft kann das Fluid so eine große Wärmemenge aufnehmen.The fluid is, for example, water, a water-glycol mixture or a refrigerant, for example butane, ammonia or an organic refrigerant. The fluid can advantageously absorb a large amount of heat in this way.

Das Leistungsbauteil ist beispielsweise ein Mikroprozessor, insbesondere Multicore-Prozessor, ein Mikrocontroller, ein Leistungshalbleiter, insbesondere ein Halbleiterschalter, beispielsweise ein Feldeffekttransistor. Vorteilhaft kann eine durch das Leistungsbauteil durchgeführte Signalverarbeitung nicht durch Kondenswasser gestört werden.The power component is, for example, a microprocessor, in particular a multi-core processor, a microcontroller, a power semiconductor, in particular a semiconductor switch, for example a field effect transistor. Advantageously, a signal processing carried out by the power component cannot be disturbed by condensed water.

Bevorzugt weist das Gehäuse eine Gehäusewand auf, welche einen Hohlraum zur Aufnahme des wenigstens einen Leistungsbauteils umschließt. Die Gehäusewand ist bevorzugt aus Blech, insbesondere Aluminiumblech gebildet. Vorteilhaft kann das Gehäuse so aufwandsgünstig und leicht gebildet sein.The housing preferably has a housing wall which encloses a cavity for accommodating the at least one power component. The housing wall is preferably formed from sheet metal, in particular sheet aluminum. Advantageously, the housing can be formed easily and inexpensively.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse im Bereich der Belüftungsöffnung einen mit der Fluidleitung wärmeleitfähig verbundenen Wandbereich auf, an welchem in dem Gehäuse aufgenommene, und an die Belüftungsöffnung anschließende Luft Wärme an den Wandbereich abgeben kann. Vorteilhaft kann die Kältefalle so Bestandteil des Gehäuses sein. Bevorzugt ist das Gehäuse durch ein Blechgehäuse gebildet. Vorteilhaft kann der Wandbereich des Gehäuses, im Folgenden auch Gehäusewand genannt, eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.In a preferred embodiment, in the area of the ventilation opening, the housing has a wall area which is thermally conductively connected to the fluid line and on which the air accommodated in the housing and adjoining the ventilation opening can give off heat to the wall area. The cold trap can thus advantageously be a component of the housing. The housing is preferably formed by a sheet metal housing. The wall area of the housing, also referred to below as the housing wall, can advantageously have good thermal conductivity.

In einer bevorzugten Ausführungsform umschließt der Wandbereich einen an die Belüftungsöffnung anschließenden Hohlraum. Bevorzugt ist der Hohlraum mäanderförmig ausgebildet. Vorteilhaft kann so von der Belüftungsöffnung ausgehend, ein langer Weg entlang der Mäander bis hin in das Gehäuseinnere, und zu dem wenigstens einen elektronischen Leistungsbauteil gebildet sein. Vorteilhaft kann auf dem langen Weg die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft, der das Steuergerät mit dem Gehäuse ausgesetzt sein kann, hinreichend entfeuchtet werden, sodass die in dem Gehäuse aufgenommene Elektronik, insbesondere das Leistungsbauteil, trocken bleiben oder trockener Luft ausgesetzt sein kann. Der Wandbereich kann zur Ausbildung des Mäanders einen an die Gehäusewand angeformten Teil aufweisen, der sich in den von dem Gehäuse umschlossenen Hohlraum erstreckt.In a preferred embodiment, the wall area encloses a cavity adjoining the ventilation opening. The cavity is preferably designed in a meandering manner. Advantageously, starting from the ventilation opening, a long path can be formed along the meanders all the way into the interior of the housing and to the at least one electronic power component. Advantageously, the humidity of the ambient air to which the control unit with the housing can be exposed can be sufficiently dehumidified over the long journey, so that the electronics accommodated in the housing, in particular the power component, remain dry or can be exposed to dry air. To form the meander, the wall area can have a part which is molded onto the housing wall and extends into the cavity enclosed by the housing.

Bevorzugt ist der Wandbereich durch ein eine Gehäusewand bildendes oder an das Gehäuse angeformtes Blech gebildet, das einen Hohlraum umschließt und/oder sich selbst in einen von dem Gehäuse umschlossenen Hohlraum hineinerstreckt. Vorteilhaft kann die Kältefalle so durch einen Teil des Gehäuses gebildet sein.The wall area is preferably formed by a metal sheet that forms a housing wall or is formed onto the housing and encloses a cavity and/or itself extends into a cavity enclosed by the housing. The cold trap can advantageously be formed by a part of the housing.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Steuergeräts ist der Hohlraum U-förmig ausgebildet. Vorteilhaft kann so von der Belüftungsöffnung ausgehend, durch die U-Form ein verlängerter Weg in das Gehäuse hinein platzsparend gebildet sein.In a preferred embodiment of the control unit, the hollow space is U-shaped. Advantageously, starting from the ventilation opening, an extended path into the housing can be formed in a space-saving manner due to the U-shape.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlraum S-förmig, oder W-förmig ausgebildet. Vorteilhaft können so mehrere Mäander kompakt in dem Gehäuse ausgebildet sein, welche gemeinsam von der Belüftungsöffnung ausgehend, einen Gehäusegang ins Gehäuseinnere ausbilden. Die Kältefalle kann so vorteilhaft platzsparend ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the cavity is S-shaped or W-shaped. Advantageously, several meanders can be formed compactly in the housing, which together form a housing passage into the housing interior, starting from the ventilation opening. The cold trap can thus advantageously be designed to save space.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlraum durch - insbesondere wenigstens zwei oder nur zwei - zueinander beabstandete, gefaltete Blechwände gebildet. Vorteilhaft kann die Kältefalle so kompakt platzsparend ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the cavity is formed by folded sheet metal walls which are spaced apart from one another, in particular at least two or only two. Advantageously, the cold trap can be designed in a compact, space-saving manner.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Blechwände derart angeordnet, dass Kondenswasser an der Blechwand zu einem Boden des Gehäuses geführt werden kann. Vorteilhaft kann das Gehäuse, insbesondere die Kondenswasserfalle, so selbstentfeuchtend ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Blechwände derart angeordnet, dass Kondenswasser senkrecht oder mit wenigstens einer senkrechten Komponente, oder schräg, insbesondere einer Schwerkraft folgend, zu einem Boden des Gehäuses geführt werden kann.In a preferred embodiment, the sheet metal walls are arranged in such a way that condensation water on the sheet metal wall can be routed to a base of the housing. The housing, in particular the condensation water trap, can advantageously be designed to be self-dehumidifying. The sheet metal walls are preferably arranged in such a way that condensed water can be guided to a base of the housing vertically or with at least one vertical component, or obliquely, in particular following gravity.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Boden eine Schräge auf, sodass an dem Wandbereich niedergeschlagenes Kondenswasser auf der Schräge abfließen kann.In a preferred embodiment, the base has a slope so that condensation water that has settled on the wall area can flow off on the slope.

Vorteilhaft kann so keine Kondenswasserpfütze in dem Gehäuse gebildet werden.Advantageously, no puddles of condensation water can form in the housing.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse einen Auslass für Kondenswasser auf, welcher an die Schräge angekoppelt ist. Vorteilhaft kann das Gehäuse so aufwandsgünstig entfeuchtet werden.In a preferred embodiment, the housing has an outlet for condensed water, which is coupled to the slope. Advantageously, the housing can be dehumidified in this way with little effort.

Bevorzugt ist der Auslass durch die Belüftungsöffnung gebildet. Vorteilhaft kann das Gehäuse so möglichst wenige Öffnungen aufweisen, so dass auch nur wenig Feuchtigkeit in das Gehäuse eindringen kann. Die Öffnung ist bevorzugt derart groß ausgebildet, dass die Öffnung durch abfließendes Kondenswasser nicht verstopft oder verschlossen werden kann.The outlet is preferably formed by the ventilation opening. The housing can advantageously have as few openings as possible, so that only little moisture can penetrate into the housing. The opening is preferably of such a large size that the opening cannot be blocked or closed by condensed water flowing off.

Bevorzugt weist das Gehäuse im Bereich der Belüftungsöffnung eine antibakterielle Beschichtung und/oder herbizide Beschichtung, beispielsweise eine silberhaltige Beschichtung auf. Vorteilhaft kann so kein Zusetzen der Belüftungsöffnung durch Bakterien, Algen oder Pilze erfolgen.The housing preferably has an antibacterial coating and/or herbicidal coating, for example a coating containing silver, in the area of the ventilation opening. Advantageously, the ventilation opening cannot become clogged with bacteria, algae or fungi.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Steuergerät einen eine Kältefalle bildenden oder eine Kältefalle umschließenden Gehäuseteil auf, welcher den Wandbereich umschließt, und wenigstens einen weiteren Gehäuseteil, in dem das wenigstens eine Leistungsbauteil aufgenommen ist. Vorteilhaft kann der Hohlraum, in dem das Leistungsbauteil aufgenommen ist, so von der Kältefalle getrennt sein. Bevorzugt sind die Gehäuseteile durch eine Trennwand voneinander getrennt.In a preferred embodiment, the control unit has a housing part that forms or encloses a cold trap and encloses the wall area, and at least one further housing part in which the at least one power component is accommodated. The cavity in which the power component is accommodated can thus advantageously be separated from the cold trap. The housing parts are preferably separated from one another by a partition.

In dem weiteren Gehäuseteil ist bevorzugt das wenigstens eine Leistungsbauteil, oder eine zu kühlende Elektronik aufgenommen.The at least one power component or electronics to be cooled is preferably accommodated in the further housing part.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse für wenigstens zwei wenigstens ein Leistungsbauteil aufweisende Steuergeräteteile jeweils eine Schnittstelle auf. Die Schnittstelle ist ausgebildet, die von dem Längsabschnitt, insbesondere der Kältefalle, herführende Fluidleitung mit dem Steuergerätteil insbesondere trennbar zu verbinden.In a preferred embodiment, the housing has an interface for at least two control unit parts having at least one power component. The interface is designed to connect the fluid line leading from the longitudinal section, in particular the cold trap, to the control unit part, in particular in a detachable manner.

Vorteilhaft können die Steuergeräteteile so als Bestandteil des Steuergeräts als Einsteckelemente, oder Einschubelemente in das Gehäuse eingesteckt werden, und dort an die Fluidleitung zum Kühlen der Steuergeräteteile ankoppeln.Advantageously, the control unit parts can thus be plugged into the housing as part of the control unit as plug-in elements or slide-in elements and can be coupled there to the fluid line for cooling the control unit parts.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Steuergeräteteil eine zum Fluidführen ausgebildete Wärmesenke auf. Die Wärmesenke ist bevorzugt mit der Schnittstelle gekoppelt, und mit dem wenigstens einen Leistungsbauteil wärmeleitfähig verbunden. Vorteilhaft kann so für jedes Steuergeräteteil, insbesondere jedes Einschubmodul, eine gesonderte Wärmesenke gebildet sein, welche von den mit der gesonderten Wärmesenke wärmeleitfähig verbundenen Leistungsbauteile Verlustwärme abführen kann. Vorteilhaft können die Steuergeräteteile so zueinander verschiedene Temperaturen aufweisen.In a preferred embodiment, the control unit part has a heat sink designed to conduct fluid. The heat sink is preferably coupled to the interface and connected to the at least one power component in a thermally conductive manner. Advantageously, a separate heat sink can be formed for each control unit part, in particular each plug-in module, which can dissipate heat loss from the power components thermally conductively connected to the separate heat sink. Advantageously, the control unit parts can thus have different temperatures from one another.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Belüften eines von einem Gehäuse umschlossenen Hohlraums, in dem wenigsten sein Leistungsbauteil aufgenommen ist. Bei dem Verfahren wird von dem Leistungsbauteil erzeugte Verlustwärme mittels eines Fluidstroms abgeführt, wobei eine im Bereich der Belüftungsöffnung angeordnete Kältefalle eine Umgebungsluft im Inneren des Gehäuses, insbesondere im Bereich der Belüftungsöffnung, mittels des Fluidstroms gekühlt wird. Bevorzugt wird bei dem Verfahren die Kältefalle von dem Fluidstrom zuerst durchflossen, bevor der Fluidstrom das Leistungsbauteil erreicht. Vorteilhaft kann die Kältefalle so den kältesten Ort in dem Gehäuse bilden, sodass alle in dem Gehäuse befindliche Feuchtigkeit, oder eingebrachte Feuchtigkeit, zu dem kältesten Ort, nämlich der Kältefalle, hindiffundiert oder hinströmt und dort auskondensiert.The invention also relates to a method for ventilating a cavity enclosed by a housing, in which at least its power component is accommodated. In the method, heat loss generated by the power component is dissipated by means of a fluid flow, with a cold trap arranged in the area of the ventilation opening cooling ambient air inside the housing, in particular in the area of the ventilation opening, by means of the fluid flow. In the method, the fluid stream preferably first flows through the cold trap before the fluid stream reaches the power component. Advantageously, the cold trap can thus form the coldest place in the housing, so that all of the moisture in the housing, or introduced moisture, diffuses or flows towards the coldest place, namely the cold trap, and condenses out there.

Die Kältefalle kann durch ein von dem Gehäuse getrenntes Kältefallenmodul gebildet sein, oder durch einen Teil des Gehäuses selbst, insbesondere einen Wandbereich einer Gehäusewand des Gehäuses gebildet sein.The cold trap can be formed by a cold trap module that is separate from the housing, or by a part of the housing itself, in particular a wall area of a housing wall of the housing.

Die Kältefalle kann in einer vorteilhaften Ausführungsform zueinander parallele, - insbesondere wellenförmige oder gefaltete - Bleche aufweisen, welche an die Fluidleitung angekoppelt sind.In an advantageous embodiment, the cold trap can have metal sheets that are parallel to one another—in particular corrugated or folded—that are coupled to the fluid line.

Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den Figuren und in abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine elektronische Vorrichtung, die ein Gehäuse mit Steuergeräteteilen aufweist, die jeweils von einem Kühlfluid gekühlt werden können, und die Vorrichtung eine in dem Gehäuse aufgenommene und von den Steuergeräteteilen durch eine Trennwand getrennte Kältefalle aufweist, die von demselben Fluidstrom gespeist wird wie die Steuergeräteteile;
2 zeigt die in 1 gezeigte Vorrichtung in einer Schnittdarstellung.

The invention is now described below with reference to figures and further exemplary embodiments. Further advantageous embodiment variants result from a combination of the features described in the figures and in the dependent claims.

1 shows an embodiment of an electronic device, which has a housing with control unit parts, each of which can be cooled by a cooling fluid, and the device has a cold trap accommodated in the housing and separated from the control unit parts by a partition wall, which is fed by the same fluid flow as the control unit parts;
2 shows the in 1 device shown in a sectional view.

1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine elektronische Vorrichtung 1, insbesondere Steuergerät. Die elektronische Vorrichtung 1 bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine elektronische Kontrolleinheit, welche ausgebildet ist, ein Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, zum autonomen Fahren zu steuern. 1 shows - schematically - an embodiment of an electronic device 1, in particular a control unit. In this exemplary embodiment, the electronic device 1 forms an electronic control unit which is designed to control a vehicle, in particular an electric vehicle, for autonomous driving.

Die elektronische Vorrichtung 1 umfasst eine Mehrzahl von Steuereinheiten, zuvor auch Steuergeräteteil genannt, welche gemeinsam in einem Gehäuse aufgenommen sind. Die elektronische Vorrichtung 1 umfasst dazu ein Gehäuse 2, welches einen - insbesondere zuvor genannten - Gehäuseteil bildenden Hohlraum 3, und einen mittels einer Trennwand 5 von dem Hohlraum 3 abgetrennten weiteren, einen weiteren Gehäuseteil bildenden Hohlraum 4, im Folgenden auch Teilraum 4 genannt, umschließt. In dem Hohlraum 3 sind wenigstens eine, wenigstens zwei, oder wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, drei Steuergeräteteile 6, 7 und 8 angeordnet und aufgenommen. Die Steuergeräteteile 6, 7 und 8 sind jeweils ausgebildet, ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug, oder ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zum autonomen oder automatisierten Fahren zu steuern, oder wenigstens einen Teil von Steuerfunktionen zum autonomen oder automatisierten Fahren des Fahrzeugs auszuführen.The electronic device 1 comprises a plurality of control units, previously also called the control unit part, which are accommodated together in a housing. For this purpose, the electronic device 1 comprises a housing 2, which encloses a cavity 3 forming a housing part--in particular the aforementioned one--and a further cavity 4, also referred to below as partial space 4, which forms a further housing part and is separated from the cavity 3 by means of a partition 5 . At least one, at least two, or as shown in this exemplary embodiment, three control device parts 6, 7 and 8 are arranged and accommodated in the cavity 3. The control unit parts 6, 7 and 8 are each designed to control a vehicle, in particular an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a vehicle with an internal combustion engine for autonomous or automated driving, or to carry out at least some of the control functions for autonomous or automated driving of the vehicle.

Die Steuergeräteteile 6, 7 und 8 sind jeweils mittels einer Schnittstelle mit dem Gehäuse 2 trennbar verbunden. Die Schnittstelle ist ausgebildet den Steuergeräten jeweils ein Kühlfluid zum Kühlen wenigstens eines elektronischen Leistungsbauteils, welches Bestandteil des Steuergeräts sein kann, zuzuführen, und erwärmtes Kühlfluid von dem Steuergerät abzuführen.The control unit parts 6, 7 and 8 are each separably connected to the housing 2 by means of an interface. The interface is designed to supply a cooling fluid to each of the control units for cooling at least one electronic power component, which can be part of the control unit, and to discharge heated cooling fluid from the control unit.

Die elektronische Vorrichtung 1 weist dazu eine Fluidleitung 12 auf, welche ausgebildet ist, ein Kühlfluid 34, beispielsweise Kühlwasser, oder ein Gas zu führen, und das Kühlfluid 34 den Steuergeräteteilen 6, 7 und 8 zuzuführen.For this purpose, the electronic device 1 has a fluid line 12 which is designed to carry a cooling fluid 34 , for example cooling water, or a gas, and to supply the cooling fluid 34 to the control unit parts 6 , 7 and 8 .

Die Fluidleitung 12 weist einen Fluideingang 13, zuvor auch Eingangsanschluss genannt, auf, an welchem Kühlfluid - beispielsweise von einem Fluidreservoir, insbesondere einem Behälter - empfangen werden kann. Die Fluidleitung 12 weist einen an den Fluideingang 13 ankoppelnden, insbesondere unmittelbar ankoppelnden Längsabschnitt 32 auf, welcher mit einem Wandbereich 20 des Gehäuses 2 wärmeleitfähig verbunden ist. Der Wandbereich 20 weist einen Teil auf, der sich sich in diesem Ausführungsbeispiel mäanderförmig in den Teilraum 4 hinein erstreckt, sodass mittels des mäanderförmig gewundenen Wandbereichs eine Kältefalle 16 gebildet ist. Der mäanderförmige Teil des Wandbereichs 20 kann als gefaltetes Blech, insbesondere Aluminiumblech, oder Kupferblech, an den Wandbereich 20 oder an eine Gehäusewand des Gehäuses 2 angekoppelt sein. Das den Wandbereich 20 bildende Blech kann dazu mehrfach gefaltet und/oder gewunden sein.The fluid line 12 has a fluid inlet 13, previously also called inlet connection, at which cooling fluid—for example from a fluid reservoir, in particular a container—can be received. The fluid line 12 has a longitudinal section 32 which is coupled, in particular directly coupled, to the fluid inlet 13 and which is thermally conductively connected to a wall area 20 of the housing 2 . The wall area 20 has a part which, in this exemplary embodiment, extends in a meandering manner into the partial space 4, so that a cold trap 16 is formed by means of the meanderingly wound wall area. The meandering part of the wall area 20 can be coupled to the wall area 20 or to a housing wall of the housing 2 as a folded sheet, in particular aluminum sheet or copper sheet. For this purpose, the sheet metal forming the wall area 20 can be folded and/or twisted several times.

Die Kältefalle 16 ist in diesem Ausführungsbeispiel doppelwandig ausgebildet, sodass die Kältefalle 16 in den Mäandergängen einen Hohlraum umschließt. Dazu verläuft zu dem Wandbereich 20 eine parallel geführte Wand 35. Die Wände 20 und 35 sind in diesem Ausführungsbeispiel aus Blech, insbesondere Aluminiumblech oder Kupferblech gebildet. Die Kältefalle 16 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Mäander, einen Mäander 17, welcher an den Längsabschnitt 32 der Fluidleitung 12 wärmeleitfähig angekoppelt ist, und einen an den Mäander 17 anschließenden Mäander 19 und einen weiteren an den Mäander 19 anschließenden Mäander 18, welcher an eine Öffnung 9 anschließt, die in den Hohlraum 3 mündet.The cold trap 16 is double-walled in this exemplary embodiment, so that the cold trap 16 encloses a cavity in the meandering passages. For this purpose, a parallel wall 35 runs to the wall region 20. In this exemplary embodiment, the walls 20 and 35 are formed from sheet metal, in particular sheet aluminum or sheet copper. In this exemplary embodiment, the cold trap 16 has three meanders, a meander 17 which is thermally conductively coupled to the longitudinal section 32 of the fluid line 12, and a meander 19 adjoining the meander 17 and a further meander 18 adjoining the meander 19, which is connected to an opening 9 connects, which opens into the cavity 3.

Die Kältefalle 16, insbesondere der Mäander 17, ist an eine Belüftungsöffnung 10 - insbesondere luftdicht - angekoppelt. Der Hohlraum 3 und die Belüftungsöffnung 10 sind somit über die Kältefalle 19, insbesondere die Mäanderwindungen 17, 19 und 18 und über den mittels der Öffnung 9 zwischen der Kältefalle 16 und dem Hohlraum 3 gebildeten Durchbruch luftdurchlässig, und so fluidgängig miteinander verbunden.The cold trap 16, in particular the meander 17, is coupled to a ventilation opening 10—in particular in an airtight manner. The cavity 3 and the ventilation opening 10 are thus permeable to air via the cold trap 19, in particular the meandering turns 17, 19 and 18 and via the opening formed by the opening 9 between the cold trap 16 and the cavity 3, and are thus fluidly connected to one another.

Die Steuergeräte 6, 7 und 8 weisen jeweils eine Wärmesenke auf, welche mittels einer Schnittstelle mit der Fluidleitung 12 trennbar verbunden sind, sodass die Wärmesenken, welche jeweils zum Fluidführen ausgebildet sind, von dem von der Fluidleitung 12 empfangenen Kühlfluid gekühlt werden können.The control units 6, 7 and 8 each have a heat sink, which is connected to the fluid line 12 in a separable manner by means of an interface, so that the heat sinks, which are each designed to carry fluid, can be cooled by the cooling fluid received from the fluid line 12.

Das Steuergerät 6 weist eine Wärmesenke 23 auf, welche zum Fluidführen ausgebildet ist. Die Wärmesenke 23 weist einen Fluideingang 28 und einen Fluidausgang 27 auf, und ist ausgebildet, an dem Fluideingang 28 ein Kühlfluid zu empfangen, und das Kühlfluid an wenigstens einem Leistungsbauteil, in diesem Ausführungsbeispiel einem Halbleiter 30 vorbeizuführen, und von dem Halbleiter 30 Verlustwärme zu empfangen, und das erwärmte Fluid an dem Fluidausgang 27 wieder auszugeben. Das Steuergerät 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Leistungselektronik auf, welche eine Leiterplatte 29 umfasst, und das Halbleiterbauteil 30. Das Halbleiterbauteil 30 ist mittels eines Wärmeleitelements 31, in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines abgewinkelten Blechstücks, mit der Wärmesenke 23 wärmeleitfähig verbunden. Auf diese Weise kann von dem Halbleiter 30, insbesondere einem Mikroprozessor oder einem Mikrocontroller, Verlustwärme an die Wärmesenke 23 abgegeben werden, und so von dem in der Wärmesenke 23 fließenden Kühlfluid aufgenommen werden.The control unit 6 has a heat sink 23 which is designed to carry fluid. The heat sink 23 has a fluid inlet 28 and a fluid outlet 27, and is designed to receive a cooling fluid at the fluid inlet 28 and to guide the cooling fluid past at least one power component, in this exemplary embodiment a semiconductor 30, and to receive heat loss from the semiconductor 30 , and to output the heated fluid at the fluid outlet 27 again. In this exemplary embodiment, control unit 6 has power electronics, which includes a printed circuit board 29 and semiconductor component 30. Semiconductor component 30 is thermally conductively connected to heat sink 23 by means of a heat-conducting element 31, in this exemplary embodiment by means of an angled piece of sheet metal. In this way, the semiconductor 30 , in particular a microprocessor or a microcontroller, can dissipate heat loss to the heat sink 23 and thus be absorbed by the cooling fluid flowing in the heat sink 23 .

Die elektronische Vorrichtung 1 weist auch ein Fluidsammelrohr 14 auf, welches ausgebildet ist, von den Steuergeräten, insbesondere den Wärmesenken der Steuergeräte erwärmtes Kühlfluid zu empfangen, und einen Fluidauslass 15 zuzuführen.The electronic device 1 also has a fluid collection pipe 14 which is designed to receive cooling fluid heated by the control units, in particular the heat sinks of the control units, and to supply a fluid outlet 15 .

Die elektronische Vorrichtung 1 weist auch eine Fluidschnittstelle 26 auf, welche ausgebildet ist, den Fluideingang 28 der Wärmesenke 23 mit der Fluidleitung 12 trennbar fluidgängig zu verbinden, und den Fluidausgang 27 mit dem Sammelrohr 14 trennbar fluidgängig zu verbinden. Auf diese Weise kann das Steuergerät 6 von den Fluidleitungen 12 und 14 getrennt werden, oder - beispielsweise durch ein Steckverbinden mit der Schnittstelle 26 - mit den Fluidleitungen 12 und 14 gekoppelt werden.The electronic device 1 also has a fluid interface 26 which is designed to fluidly connect the fluid inlet 28 of the heat sink 23 to the fluid line 12 in a separable manner and to fluidly connect the fluid outlet 27 to the collector tube 14 in a separable manner. In this way, the control device 6 can be separated from the fluid lines 12 and 14 or—for example by plugging it into the interface 26—with the fluid lines 12 and 14 can be coupled.

Das Steuergerät 7 weist eine Wärmesenke 22 auf, welche mittels einer Fluidschnittstelle 25 mit den Fluidleitungen 12 und 14 verbunden ist, und das Steuergerät 8 weist eine Wärmesenke 21 auf, welche mittels einer Fluidschnittstelle 24 mit den Fluidleitungen 12 und 14 verbunden ist. Auf diese Weise können die Steuergeräte 6, 7 und 8 jeweils unabhängig voneinander kühles Fluid von der Fluidleitung 12 empfangen, welches zuvor auf dem Längsabschnitt 32 an der Kältefalle 16, und dort an dem Wandbereich 20 vorbeigeführt worden ist.Control unit 7 has a heat sink 22 which is connected to fluid lines 12 and 14 by means of a fluid interface 25 , and control unit 8 has a heat sink 21 which is connected to fluid lines 12 and 14 by means of a fluid interface 24 . In this way, the control devices 6, 7 and 8 can each receive, independently of one another, cool fluid from the fluid line 12, which has previously been conducted past the longitudinal section 32 of the cold trap 16 and the wall area 20 there.

In dem Hohlraum 3, in dem die Steuergeräteteile 6, 7 und 8 aufgenommen sind, kann auf diese Weise Luftfeuchtigkeit durch den Durchbruch, gebildet durch die Öffnung 9, und weiter durch die mäanderförmige Kältefalle 16 bis hin zu dem auf dem Längsabschnitt 32 gekühlten Wandbereich 20 gelangen, wo die Luftfeuchtigkeit dort als Kondensat 11 abgeschieden werden kann. Das Kondensat 11 kann - insbesondere einer Schwerkraft folgend - zu der Belüftungsöffnung 10 fließen, und dort aus dem Gehäuse 2 herausfließen, oder heraustropfen.In this way, in the cavity 3, in which the control unit parts 6, 7 and 8 are accommodated, air humidity can flow through the opening formed by the opening 9 and further through the meandering cold trap 16 to the wall area 20 cooled on the longitudinal section 32 get where the humidity can be deposited there as a condensate 11. The condensate 11 can—in particular following gravity—flow to the ventilation opening 10 and flow out of the housing 2 there, or drip out.

Vorteilhaft kann der auf dem Längsabschnitt 32 mit der Fluidleitung 12 eingangsseitig wärmeleitfähig verbundene Wandbereich 20 der Kältefalle den kältesten Flächenbereich des Gehäuses 2 bilden, sodass Luftfeuchtigkeit, die entweder sich in dem Hohlraum 3, oder außerhalb des Gehäuses 2 befindet, bereits vor Erreichen der in dem Hohlraum 3 aufgenommenen elektronischen Bauteile, in diesem Ausführungsbeispiel der Steuergeräteteile 6, 7 und 8, als Kondensat 11 abgeschieden werden kann. Auf diese Weise können die Steuergeräte 6, 7 und 8 stets trocken in dem Hohlraum 3 aufgenommen sein.Advantageously, the wall area 20 of the cold trap, which is thermally conductively connected to the fluid line 12 on the inlet side on the longitudinal section 32, can form the coldest surface area of the housing 2, so that air humidity that is either in the cavity 3 or outside of the housing 2 is already present before it reaches the temperature in the Cavity 3 recorded electronic components, in this embodiment, the control unit parts 6, 7 and 8, can be deposited as a condensate 11. In this way, the control units 6, 7 and 8 can always be dry in the cavity 3.

Das Kühlfluid 34, welches der elektronischen Vorrichtung 1 an dem Einlass 13 zugeführt wird, kann somit sowohl zum Kühlen der Kältefalle 16, als auch zum Kühlen der Steuergeräteteile 6, 7 und 8 dienen. Dabei wird das Kühlfluid der Kältefalle 16 zuerst zugeführt, wodurch das Kühlfluid noch am wenigsten Wärme aufgenommen hat, sodass eine Temperatur des Kühlfluids im Bereich des Längsabschnitts 32 kälter ist, als an den Schnittstellen 24, 25 und 26, welche jeweils die Steuergeräte 8, 7 bzw. 6 mit Kühlfluid versorgen.The cooling fluid 34 which is supplied to the electronic device 1 at the inlet 13 can thus be used both for cooling the cold trap 16 and for cooling the control unit parts 6 , 7 and 8 . The cooling fluid is fed first to the cold trap 16, as a result of which the cooling fluid has absorbed the least amount of heat, so that the temperature of the cooling fluid in the area of the longitudinal section 32 is colder than at the interfaces 24, 25 and 26, which respectively control the control units 8, 7 or 6 supply with cooling fluid.

2 zeigt die in 1 dargestellte elektronische Vorrichtung in einer seitlichen Aufsicht Schnittdarstellung. Die Kältefalle 16, welche in dem Teilraum 4 des Gehäuses 2 aufgenommen ist, weist einen schräg angeordneten Boden 33 auf, an dem das Kondensat 11 bis hin zu der Belüftungsöffnung 10 fließen kann, und dort abtropfen oder abfließen kann. 2 shows the in 1 illustrated electronic device in a side view sectional view. The cold trap 16, which is accommodated in the compartment 4 of the housing 2, has an inclined bottom 33, on which the condensate 11 can flow up to the ventilation opening 10, where it can drain or drain off.

In einer in 2 nicht dargestellten Variante der Vorrichtung 1 weist ein Boden des Teilraums 3 eine Schräge auf, so dass dort gebildetes Kondenswasser durch die Öffnung 9 zum Teilraum 4 und weiter zu der Belüftungsöffnung 10 fließen kann. Der Boden 33, der an den mäanderförmigen Wandbereich anschließt, kann von der Öffnung 9 beginnend bis hin zur Belüftungsöffnung 10 hin eine kontinuierliche Schräge aufweisen, so dass das Kondenswasser - insbesondere in dem zwischen den Wänden 20 und 35 gebildeten Hohlraum - bis hin zur Belüftungsöffnung 10 fließen kann.in a 2 In a variant of the device 1 that is not shown, the bottom of the partial space 3 has a slope so that condensation water formed there can flow through the opening 9 to the partial space 4 and further to the ventilation opening 10 . The bottom 33, which adjoins the meandering wall area, can have a continuous incline starting from the opening 9 up to the ventilation opening 10, so that the condensation water - especially in the hollow space formed between the walls 20 and 35 - up to the ventilation opening 10 can flow.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102011121926 B4 [0002]

Claims

Control unit (1) with at least one electronic power component (30), in particular a semiconductor, the control unit (1) having at least one heat sink (21, 22, 23) which is thermally conductively connected to the power component (30) and is designed to carry fluid, and the control unit ( 1) has a housing (2) in which the power component (30) is accommodated, characterized in that the housing (2) has a ventilation opening (10) and an input connection (13) for the fluid (34) and one with the Fluid line (12) connected to the input port (13), which is designed and arranged to guide the fluid (34) from the input port (13) to the at least one heat sink (21, 22, 23), wherein a fluid line (12) is located between the input port ( 13) and the heat sink (21, 22, 23) extending longitudinal section (32) of the fluid line (12) at the ventilation opening (10) is guided such that the fluid (34) from an ambient air in the region of the ventilation opening (10) Wä rme can be received before the fluid (34) can reach the at least one heat sink (21, 22, 23).

Control unit (1) after claim 1 , characterized in that the housing (2) in the area of the ventilation opening (10) has a wall area (20) connected to the fluid line (12) in a thermally conductive manner, on which air accommodated in the housing (2) and adjoining the ventilation opening (10). Can give off heat to the wall area (20).

Control unit (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the wall area (20) encloses a cavity (17, 18, 19) which adjoins the ventilation opening (10) and is designed in a meandering shape.

Control unit (1) after claim 3 , characterized in that the wall area (20) is formed by a metal sheet which forms a housing wall or is formed onto the housing (2) and encloses a cavity and/or itself extends into a cavity (4) enclosed by the housing (2).

Control unit (1) after claim 3 or 4 , characterized in that the cavity (17, 18, 19) is U-shaped.

Control unit (1) after claim 3 or 4 , characterized in that the cavity (17, 18, 19) is S-shaped or W-shaped.

Control device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity (17, 18, 19) is formed by folded sheet metal walls (20, 35) spaced apart from one another.

Control unit (1) after claim 7 , characterized in that the sheet metal walls (20, 35) are arranged in such a way that condensation (11) on the sheet metal wall (29, 35) can be guided to a bottom (33) of the housing (2).

Control device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the base (33) has a slope so that condensation water (11) that has settled on the wall area (20) can flow off on the slope.

Control unit (1) after claim 9 , characterized in that the housing has an outlet (10) for condensed water (11) which is coupled to the slope.

Control unit (1) after claim 10 , characterized in that the outlet is formed by the ventilation opening (10).

Control unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (1) has a housing part (4) which forms or encloses a cold trap (16), which encloses the wall region (20) and at least one further housing part (3 ), In which the at least one power component (30) is accommodated.

Control unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (1) for at least two control unit parts (6, 7, 8) having at least one power component (30) each has an interface (24, 25, 26) which is designed to connect the fluid line (12) coming from the longitudinal section (32), in particular the cold trap (16), to the control unit part (6, 7, 8), in particular in a separable manner.

Method for ventilating a cavity (3) enclosed by a housing (2) in which at least one power component (30) is accommodated, in which heat loss generated by the power component (30) is dissipated by means of a fluid flow (12, 34), wherein a cold trap (16) arranged in the area of the ventilation opening (10), ambient air inside the housing (2) in the area of the ventilation opening (10) is cooled by means of the fluid flow (12, 34), the cold trap (16) being cooled by the fluid flow (12 , 34) - in particular first - is traversed before the fluid flow (12, 34) reaches the power component (30).