DE102021209661A1 - Elektronische Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug - Google Patents

Elektronische Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug Download PDF

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Uwe Lautenschlager
Thomas Jung
Sven Phillip Mey
Reiner Schmidt
Bernd Meinlschmidt
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Continental Automotive Technologies GmbH
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60R16/023Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0239Electronic boxes

Abstract

Eine elektronische Steuereinheit (10) für ein Kraftfahrzeug (1) umfasst zwei Leiterplatten (18, 19), die miteinander gekoppelt sind und eine Mehrzahl von elektronischen Elementen (21) und eine Mehrzahl von thermischen Anbindungselementen (13) aufweisen. Die Steuereinheit (10) umfasst weiter ein Gehäuse (11, 12), das die Leiterplatten (18, 19) vorgegeben umschließt. Ferner ist mindestens eine Luftauslassöffnung (14) vorgesehen, die an einer Seitenwand des Gehäuses (11, 12) ausgebildet ist und diese durchdringt. Die Steuereinheit (10) weist weiter eine Lüftereinheit (15) auf, die mit dem Gehäuse (11, 12) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Luftströmung zum Kühlen der Steuereinheit (10) bereitzustellen. Die Positionen der elektronischen Elemente (21), der thermischen Anbindungselemente (13), der mindestens eine Luftauslassöffnung (14) und der Lüftereinheit (15) sind aufeinander abgestimmt vorgegeben, sodass eine überwiegend diagonale Luftströmung innerhalb des Gehäuses (11, 12) entlang einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatten (18, 19) einrichtbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Steuereinheit.
  • Kraftfahrzeuge weisen eine Vielzahl von elektronischen Komponenten auf, die betriebsbedingt Wärme entwickeln, welche üblicherweise abgeführt wird, um diese Komponenten zu kühlen. Eine elektronische Kühlung basiert auf den physikalischen Prinzipien der Wärmeleitung, Konvektion und/oder elektromagnetischer Strahlung. Ferner wird zwischen aktiver Kühlung und passiver Kühlung unterschieden.
  • Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine Kühlung für elektronische Komponenten bereitzustellen, welche zu einem langlebigen und zuverlässigen Betrieb dieser Komponenten beiträgt.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine elektronische Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug zumindest zwei Leiterplatten, die miteinander gekoppelt sind und eine Mehrzahl von elektronischen Elementen und eine Mehrzahl von thermischen Anbindungselementen aufweisen. Die Steuereinheit umfasst weiter ein Gehäuse, das die Leiterplatten vorgegeben umschließt. Außerdem ist mindestens eine Luftauslassöffnung vorgesehen, die an einer Seitenwand des Gehäuses ausgebildet ist und diese durchdringt. Die Steuereinheit umfasst weiter eine Lüftereinheit, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Luftströmung zum Kühlen der Steuereinheit bereitzustellen. Die Positionen der elektronischen Elemente, der thermischen Anbindungselemente, der mindestens einen Luftauslassöffnung und der Lüftereinheit sind aufeinander abgestimmt vorgegeben ausgebildet, sodass eine überwiegend diagonale Luftströmung innerhalb des Gehäuses entlang einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatten einrichtbar ist.
  • Mittels des beschriebenen Aufbaus der elektronischen Steuereinheit ist ein Temperatur-Management realisierbar, welches auch bei einer relativ hohen Leistung und Leistungsdichte eine effiziente und zuverlässige Kühlung bereitstellt. Die Steuereinheit realisiert als elektronische Komponente zum Beispiel ein Cockpit Computer System für das Kraftfahrzeug, welches Signale empfangen, verarbeiten und bereitstellen kann. Die Steuereinheit kann zum Beispiel auch als Bordcomputer des Kraftfahrzeugs bezeichnet werden.
  • Die Lüftereinheit ist zum Beispiel als Ansauglüfter ausgebildet und insbesondere im Bereich der elektronischen Elemente positioniert, welche in einem Betrieb besonders viel Wärme entwickeln und entsprechend bevorzugt gekühlt werden sollen. Beispielsweise ist die Lüftereinheit unterseitig unterhalb von elektronischen Bauteilen mit höchster Wärmeabgabe positioniert.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Steuereinheit umfasst das Gehäuse einen oberen Gehäuseabschnitt und einen unteren Gehäuseabschnitt, wobei der obere Gehäuseabschnitt aus einem Aluminium-Druckguss und/oder der untere Gehäuseabschnitt aus Stahlblech ausgebildet ist. Ferner kann der obere und/oder der untere Gehäuseabschnitt eine eloxierte und/oder lackierte Oberfläche aufweisen. Auf diese Weise kann jeweils zu einem noch zuverlässigeren Abführen von Wärme und einer noch effizienteren Kühlung der Steuereinheit beigetragen werden.
  • Die Leiterplatten sind insbesondere rechteckig ausgebildet und weisen im Vergleich zu einer relativ geringen Dicke eine deutliche größere Länge und Breite auf. Somit ist ihre jeweilige Haupterstreckungsebene durch die Länge und Breite definiert. Das Gehäuse ist demgemäß vorzugsweise quaderförmig ausgebildet und umgibt die innenliegenden Leiterplatten von oben und unten. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung bezeichnen Begriffe, wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“ und „seitlich“, Positionen oder Orientierungen von Elementen, wie sie in einem betriebsbereiten Zustand der Steuereinheit eingebaut in einem Kraftfahrzeug üblich sind.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Steuereinheit ist zumindest eine Anzahl der thermischen Anbindungselemente in Abstimmung auf das sie umgebende Gehäuse so ausgebildet, dass sie eine jeweilige Wandung des Gehäuses vorgegeben durchdringen. Die thermischen Anbindungselemente sind zum Beispiel spezielle Ausbildungen eines Blechteils oder eines Druckgussteils realisiert und als Tiefzüge eingerichtet.
  • Die thermischen Anbindungselemente sind zum Beispiel als topf- oder trichterförmige Komponenten an gezielt vorgesehenen Positionen verortet, welche insbesondere eine langen Luftströmungsweg einrichten und zu einer effizienten Kühlung der Steuereinheit beitragen sollen.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Steuereinheit eine oder mehrere Schottwände auf, die zwischen dem Gehäuse und einer der Leiterplatten oder zwischen den Leiterplatten angeordnet sind, wobei eine jeweilige Position der jeweiligen Schottwand in Abstimmung auf die Positionen der thermischen Anbindungselemente, der mindestens einen Luftauslassöffnung und der Lüftereinheit vorgegeben eingerichtet ist. Die Schottwände sind insbesondere auf einer Oberseite einer Hauptleiterplatte angeordnet, welche durch eine der Leiterplatten realisiert ist.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist die zumindest eine Luftauslassöffnung durch ein Luftauslassgitter eingerichtet. Das Luftauslassgitter weist eine Mehrzahl von Öffnungen auf und kann auch als Lochgitter bezeichnet werden und ist insbesondere in Abstimmung auf die Lüftungsleistung der Lüftereinheit und die Geometrie des Gehäuses vorgegeben ausgebildet. Zum Beispiel ist das Gehäuse so eingerichtet, dass es ein Volumen von 0,8 - 1,0 dm3 umschließt, sodass es nutzbringend ist das Luftauslassgitter so auszubilden, dass es eine Fläche von 1400-1700 mm2 durch das Luftauslassgitter bereitstellt. Die angegebene Fläche bezieht sich dabei auf eine Gesamtbereichsfläche, die eine Fläche des Gitters und die Flächen der durch das Gitter begrenzten Öffnungen umfasst. Die luftdurchlässigen Öffnungen bilden zum Beispiel einen Anteil von 30%-50% der Gesamtbereichsfläche.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Steuereinheit sind die mindestens zwei Leiterplatten bezogen auf ihre Haupterstreckungsrichtungen übereinander angeordnet und weisen jeweils eine Mehrzahl von thermischen Anbindungselementen auf, die von der jeweils anderen Leiterplatte weg beziehungsweise nach außen gerichtet sind und sich durch eine Wandung des oberen Gehäuseabschnitts oder eine Wandung des unteren Gehäuseabschnitts vorgegeben erstrecken. Alternativ kann die Steuereinheit drei oder mehr Leiterplatten aufweisen, die bezogen auf ihre Haupterstreckungsrichtungen übereinander angeordnet sind.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Steuereinheit sind die elektronischen Elemente und/oder die thermischen Anbindungselemente mittels eines Wärmeleitmaterials, das eine thermische Leitfähigkeit von 4-10 W/mK aufweist, mit der oder den Leiterplatten und/oder dem Gehäuse gekoppelt sind. Somit kann eine besonders zuverlässige Wärmeübertragung beziehungsweise Wärmeabfuhr eingerichtet werden. Alternativ sind auch andere Wertebereiche für eine thermische Leitfähigkeit eines Wärmeleitmaterials möglich.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug eine Ausführungsform der elektronischen Steuereinheit, die in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist und zum Beispiel einen Bordcomputer des Kraftfahrzeugs realisiert. Dadurch, dass das Kraftfahrzeug eine der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Steuereinheit umfasst, sind die im Zusammenhang mit der Steuereinheit beschriebenen Eigenschaften und Merkmale auch für das Kraftfahrzeug offenbart und umgekehrt.
  • Es ist eine Erkenntnis im Zusammenhang mit der Erfindung, dass sich jedes System theoretisch auf eine erforderliche Temperatur kühlen lässt, aber nicht notwendigerweise mit der erforderlichen Leistungshöhe, globaler und lokaler Leistungsdichte, beschränktem Bauraum, konstruktiven mechanischen, elektrischen, fertigungstechnischen oder anderen Restriktionen. Der beschriebene Aufbau der Steuereinheit ermöglicht ein Temperatur-Managementsystem mit einer kühlungsoptimierten Architektur.
  • Regulatorische Vorgaben erfordern verschiedene, abgesicherte und getrennte Bereiche, zum Beispiel auf einer Oberseite einer Leiterplatte, welche beispielsweise als gedruckte Schaltkreisanordnung eine Hauptplatine realisiert. Eine Durchströmung mittels erzwungener Konvektion zur Kühlung ist demgemäß sehr limitiert. Aus Gründen von elektromagnetischer Verträglichkeit der verbauten elektronischen Komponenten sind Spalte zwischen Main PCB Ober- und Unterseite durch das Gehäuse geschlossen, kein Luftaustausch möglich. Es liegt weiterhin ein System mit 3 Leiterplatten vor, deren unterschiedliche Energiedichte berücksichtigt werden muss und es keinen Platz für einen PCB Lüfterausschnitt gibt. Wenn die Steuereinheit ein System mit einer relativ hohen Verlustleistung (Abstrahlleistung) ausbildet, kann diese aufgrund des beschriebenen Aufbaus zuverlässig abgeführt werden. Die Steuereinheit kann daher komplexe Anforderungen in Kombination mit einer hohen zu kühlenden Leistung erfüllen.
  • Es ist eine Erkenntnis im Zusammenhang mit der Erfindung, dass eine hohe Verlustleistung bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte unter Restriktionen eine zuverlässige Kühlung aller elektrischen Bauteile unter ihre maximal zulässige Temperaturspezifikation erfordert, um einen sicheren und störungsfreien oder zumindest störungsarmen Betrieb zu gewährleisten. Dementsprechend ist die Steuereinheit und ihr Aufbau analysiert, um für alle verbauten elektrischen Bauteile geeignete Kühlmaßnahmen zu definieren. Unter Erfüllung vorgegebener Restriktionen können die Bauteiltemperaturen gering gehalten werden. Da sowohl temperaturkritische elektrische Bauteile als auch Bauteile hoher Leistungsdichte auf Leiterplatten verteilt sein können, ermöglichen die beschriebenen Ausführungsformen der Steuereinheit jeweils eine ganzheitliche zuverlässige Systemkühlung.
  • Die Steuereinheit ist mittels thermischer Simulation bezüglich ihres Temperaturverhaltes detailliert analysiert. Durch die Kombination von Analysemöglichkeiten in Form von Varianten, Parameterstudien und Optimierungsrechnungen kann für jede individuelle Komponente der Steuereinheit und/oder für die Steuereinheit als Ganzes eine geeignete Kühllösung gefunden werden. Diese setzt sich zum Beispiel aus verschiedenen Einzelmaßnahmen und ganzheitlichen Maßnahmen zusammen: gezielte, individuelle Anbindung elektrischer Bauteile an das Gehäuse, mit und ohne Wärmeleitmaterial (englisch: „Thermal Interface Material“, TIM), Auswahl von Thermalpaste mit hoher Wärmeleitfähigkeit als TIMs, Optimierung der Lüfterposition und des Strömungsverhaltens, Lochgitteroptimierung durch gezielte konstruktive Maßnahmen. Insbesondere ist eine aktive Kühlung der Unterseite der Hauptplatine vorgesehen, welche keine Hindernisse zum Beispiel durch Schottwände erfährt.
  • Vorzugsweise ist das Gehäuse durch zwei Gehäusehälften realisiert, wobei ein Aluminium-Druckgussgehäuse die obere Gehäusehälfte auf beziehungsweise oberhalb der Oberseite der oberen Leiterplatte bildet. Somit ist eine Anbindung von Bauteilen hoher Leistung auf der Hauptleiterplatte möglich. Ferner kann eine aktive Kühlung der Broadcast und Video PCBs mittels des Luftstroms aus Strömungsoptimierung, sowie Kühlung durch Bauteilanbindung an die Gehäuseunterseite mittels TIMs eingerichtet sein.
  • Die Steuereinheit realisiert zum Beispiel ein System mit einer 8-10 W Verlustleistung einzelner Komponenten und einer 45-60 W Systemverlustleistung. Das Gehäuse umfasst ein eloxiertes und/oder lackiertes Aluminium-Druckgussoberteil und ein Unterteil aus Stahlblech für ein System mit einem Volumen von 0,8 - 1,0 dm3. Die Leiterplatten umfassen eine Haupt-CPU, kritische Speicherbausteine, sowie weitere elektronische Bauteile und Module mit hoher Leistungsabgabe und/oder kritischen Temperaturspezifikationen auf einer Leiterplatte, welche die Hauptleiterplatte bildet und auf der diese Komponenten thermisch angebunden sind. Ein vorteilhafter Einsatz von TIM zur Anbindung erfüllt vorzugsweise die Anforderung, dass die thermische Leitfähigkeit von 4-10 W/mK gegeben ist.
  • Ferner kann die Steuereinheit weitere Leiterplatten aufweisen. Vorzugsweise wird in einem Betrieb der Steuereinheit die Unterseite der untersten Leiterplatte und/oder der vorhandenen Leiterplatten im System durch die eingerichtete Luftströmung mittels der Lüftereinheit gekühlt. Für eine bestmögliche Kühlleistung unterliegt die Luftströmung der Anforderung, das System möglichst lange zu durchströmen. Daher ist die Lüftereinheit bevorzugt unterseitig unterhalb der Bauteile mit höchster Wärmeabgabe positioniert. Der Luftauslass erfolgt vorzugsweise durch ein Lochgitter in diagonal möglichst großer Entfernung zu der Lüftereinheit, wobei das Lochgitter beziehungsweise die Fläche in Bezug auf das zuvor beschriebene Volumen des Gehäuses einen Wert von 1400 - 1700 mm2 aufweist. Ein zu kleiner Durchströmungsbereich reduziert die die Luftströmung, ein zu großer lenkt die Luftströmung nicht optimal. Die angegebene Fläche bezieht sich dabei auf eine Gesamtbereichsfläche, bei der durch die Öffnungen des Lochgitters eine luftdurchlässige Fläche bereitgestellt ist, die etwa 30%-50% der Gesamtbereichsfläche einnimmt.
  • Der dargestellte Ansatz stellt durch klare Definition von Restriktionen, Zielen und Freiheitsgraden, eine gezielte und effiziente Lösungsfindung ohne Prototypen durch Analyse einer Vielzahl von Varianten, Parameterstudien und Optimierungsrechnungen auf Basis von Fluiddynamik mittels computergestützter Simulationen in einer hochkomplexen Anforderungsumgebung dar (englisch: „Computational Fluid Dynamics“, CFD). Die bestmögliche Kombination und der Einsatz zur Verfügung stehender technischen und ökonomischen Kühlungslösungen führen zu den beschriebenen Architekturen gemäß den Ausführungsformen der Steuereinheit.
  • Die Steuereinheit sowie analog aufgebaute elektronische Systeme eignen sich unter anderem für Anwendungen im Bereich High Performance Computing. Die Umsetzung der Architektur der Steuereinheit lässt sich insbesondere skalieren und an technische Anforderungen und ökonomische Restriktionen anpassen, sodass ein entsprechender Aufbau zum Beispiel auch für ein elektronisches System in dem Bereich von Flüssigkühlung, Heat Pipes oder beispielsweise Peltier-Elemente anwendbar ist. Ferner ist auch der Einsatz anderer Materialien möglich, welche zu weiteren Verbesserungen der Abführung von Wärme beitragen können.
  • Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der beschriebenen Anordnung anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 ein schematisches Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs mit einer Steuereinheit, und
    • 2-5 ein Ausführungsbeispiel der Steuereinheit in verschiedenen Ansichten.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer elektronischen Steuereinheit 10, die in dem Kraftfahrzeug 1 integriert oder angeordnet ist. In Bezug auf eine Fahrzeuglängsachse L und die illustrierte Ansicht weist die Steuereinheit 10 eine Vorderseite 2 und eine Rückseite 3 auf. Mit Verweis auf die weiteren 2-5 weist die Steuereinheit 10 ferner eine Oberseite 4 und eine Unterseite 5 auf. Eine Seitenwand oder Außenseite der Steuereinheit 10 ist demgemäß zwischen der Oberseite 4 und der Unterseite 5 lokalisiert.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung bezeichnen daher Begriffe, wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“ und „seitlich“, Positionen oder Orientierungen von Elementen, wie sie in den 1 bis 5 illustriert sind und wie sie in einem betriebsbereiten Zustand der Steuereinheit 10 eingebaut in dem Kraftfahrzeug 1 üblich sind.
  • Die 2-5 zeigen in verschiedenen perspektivischen Ansichten ein Ausführungsbeispiel der Steuereinheit 10, welche aufgrund ihres spezifischen Aufbaus und der gezielten Anordnung der zusammenwirkenden Elemente eine besonders effiziente Abfuhr von Wärme in einem Betrieb ermöglicht.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Steuereinheit 10 von schräg oben mit Blick auf die Oberseite 4 und die Rückseite 3. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Steuereinheit 10 von schräg unten mit Blick auf die Unterseite 5 und die Rückseite 3. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Steuereinheit 10 ohne Gehäuse 11, 12, 20 von schräg oben mit Blick auf die Oberseite 4 und die Rückseite 3. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Steuereinheit 10 ohne Gehäuse 11, 12, 20 von schräg unten mit Blick auf die Unterseite 5 und die Rückseite 3.
  • Die elektronische Steuereinheit 10 umfasst mindestens zwei rechteckförmige Leiterplatten 18, 19, die miteinander gekoppelt sind und eine Mehrzahl von elektronischen Elementen 21 und eine Mehrzahl von thermischen Anbindungselementen 13 aufweisen (s. 4 und 5). Vorzugsweise umfasst die elektronische Steuereinheit 10 drei Leiterplatten, sodass zum Beispiel die Leiterplatte 19 eine zweiteilige Leiterplatte ausbildet oder zwei Leiterplatten aufweist. Im Folgenden wird überwiegend auf den Aufbau der Steuereinheit 10 mit zwei Leiterplatten 18 und 19 eingegangen, wobei entsprechende Eigenschaften und Merkmale auch auf einen Aufbau mit drei oder mehr Leiterplatten übertragbar ist.
  • Die obere Leiterplatte 18 kann auch als Hauptplatine oder Hauptleiterplatte bezeichnet werden. Die untere Leiterplatte 19 ist mit einem vorgegebenen Abstand von der oberen Leiterplatte 18 angeordnet, sodass die Leiterplatten 18, 19 bezogen auf ihre jeweilige Haupterstreckungsebene übereinander angeordnet sind. Die untere Leiterplatte 19 kann auch als zweiteilige Leiterplatte realisiert sein beziehungsweise zwei Leiterplatten umfassen, sodass die Steuereinheit 10 insgesamt drei Leiterplatten aufweist.
  • Die Steuereinheit 10 umfasst weiter ein quaderförmiges Gehäuse mit einem oberen Gehäuseabschnitt 11 und einem unteren Gehäuseabschnitt 12, die die Leiterplatten 18, 19 vorgegeben umschließen. Zusätzlich kann an der Vorderseite 2 ein vorderer Gehäuseabschnitt 20 vorgesehen sein, welcher die Vorderseite 2 der Steuereinheit 10 vorgegeben bedeckt und mit den Leiterplatten 18, 19 gekoppelt ist. Der obere Gehäuseabschnitt 11 ist zum Beispiel aus einem Aluminium-Druckguss gefertigt und eloxiert und/oder lackiert. Der untere Gehäuseabschnitt 12 ist zum Beispiel aus Stahlblech ausgebildet. Das Gehäuse 11, 12, 20 ist zum Beispiel so ausgebildet, dass es ein Volumen von 0,8 - 1,0 dm3 umschließt.
  • Die Steuereinheit 10 umfasst außerdem ein Luftauslassöffnung in Form eines Luftauslassgitters 14, das zwischen den beiden Leiterplatten 18, 19 angeordnet und in einer Seitenwand des unteren Gehäuseabschnitts 12 integriert ist (s. 3 und 5). Das Luftauslassgitter 14 stellt zum Beispiel eine luftdurchlässige Fläche von 1400-1700 mm2 bereit.
  • Die Steuereinheit 10 weist weiter eine Lüftereinheit 15 auf, die mit dem Gehäuse 11, 12 und/oder den Leiterplatten 18, 19 gekoppelt ist. Die Lüftereinheit 15 ist zum Beispiel als Ansauglüfter ausgebildet und dazu eingerichtet, eine vorgegebene Luftströmung zum Kühlen der Steuereinheit 10 bereitzustellen.
  • Die Steuereinheit 10 umfasst außerdem eine Mehrzahl von Schottwänden 17, die an vorgegebenen Positionen auf der oberen Leiterplatte 18 angeordnet sind (s. 4). Alternativ oder zusätzlich können Schottwände 17 an der unteren Leiterplatte 19 angeordnet sein. Die Schottwände 17 sind zwischen dem oberen Gehäuseabschnitt 11 und der oberen Leiterplatte 18 angeordnet und auf die Positionen der weiteren Elemente abgestimmt. Die Schottwände 17 haben die Aufgabe, ein Ausbreiten von Feuer bei einer Flammenbildung in einem Leiterplattenbereich zu verhindern.
  • Die Positionen der elektronischen Elemente 21, der thermischen Anbindungselemente 13, des Luftauslassgitters 14, der Schottwände 17 und der Lüftereinheit 15 sind aufeinander abgestimmt vorgegeben, sodass in einem Betrieb der Steuereinheit 10 eine überwiegend diagonale Luftströmung innerhalb des Gehäuses 11, 12, 20 entlang der Haupterstreckungsebenen der Leiterplatten 18, 19 eingerichtet ist. In 3 ist eine solche diagonale Luftströmungsrichtung 16 mit einem fett gezeichneten Pfeil illustriert.
  • Die Luftströmung innerhalb des Gehäuses 11, 12, 20 folgt bevorzugt einem möglichst langen Weg, um eine zuverlässige Kühlung der elektronischen Bauteile zu ermöglichen. Ferner sind die Lüftereinheit 15 und das Luftauslassgitter 14 an gegenüberliegenden Ecken der Steuereinheit 10 lokalisiert, um weiter zu einer nutzbringenden Wärmeabfuhr beizutragen.
  • Auch die topf- oder trichterförmigen thermischen Anbindungselemente 13, von denen einige an der Oberseite der oberen Leiterplatte 18 und weitere an der Unterseite der unteren Leiterplatte 19 ausgebildet sind (s. 4 und 5), sind so positioniert und ausgebildet. Die thermischen Anbindungselemente 13 sind zum Beispiel in einem Guss ausgeformt oder in einem Blech mittels Tiefziehen ausgebildet und tragen zur Strömungsführung und Wärmeabfuhr bei.
  • Mittels des beschriebenen Aufbaus der elektronischen Steuereinheit 10 ist ein Temperatur-Management realisierbar, welches auch bei einer relativ hohen Leistung und Leistungsdichte eine effiziente und zuverlässige Kühlung bereitstellt. Die Steuereinheit 10 realisiert als elektronische Komponente zum Beispiel ein Cockpit Computer System oder einen Bordcomputer für das Kraftfahrzeug 1, welches Signale empfangen, verarbeiten und bereitstellen kann.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Vorderseite der Steuereinheit
    3
    Rückseite der Steuereinheit
    4
    Oberseite der Steuereinheit
    5
    Unterseite der Steuereinheit
    10
    Steuereinheit des Kraftfahrzeugs
    11
    oberer Gehäuseabschnitt der Steuereinheit
    12
    unterer Gehäuseabschnitt der Steuereinheit
    13
    thermisches Anbindungselement des Gehäuseabschnitts
    14
    Luftauslassgitter
    15
    Ansauglüfter
    16
    Luftströmungsrichtung
    17
    Schottwand
    18
    erste Leiterplatte
    19
    zweite Leiterplatte
    20
    vorderer Gehäuseabschnitt
    21
    elektronisches Element
    L
    Längsachse des Kraftfahrzeugs

Claims (9)

  1. Elektronische Steuereinheit (10) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend: - zumindest zwei Leiterplatten (18, 19), die miteinander gekoppelt sind und eine Mehrzahl von elektronischen Elementen (21) und eine Mehrzahl von thermischen Anbindungselementen (13) aufweisen, - ein Gehäuse (11, 12), das die Leiterplatten (18, 19) vorgegeben umschließt, - mindestens eine Luftauslassöffnung (14), die an einer Seitenwand des Gehäuses (11, 12) ausgebildet ist und diese durchdringt, und - eine Lüftereinheit (15), die mit dem Gehäuse (11, 12) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Luftströmung zum Kühlen der Steuereinheit (10) bereitzustellen, wobei die Positionen der elektronischen Elemente (21), der thermischen Anbindungselemente (13), der mindestens einen Luftauslassöffnung (14) und der Lüftereinheit (15) aufeinander abgestimmt vorgegeben sind, sodass eine überwiegend diagonale Luftströmung innerhalb des Gehäuses (11, 12) entlang einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatten (18, 19) einrichtbar ist.
  2. Elektronische Steuereinheit (10) nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse einen oberen Gehäuseabschnitt (11) und einen unteren Gehäuseabschnitt (12) umfasst, wobei der obere Gehäuseabschnitt (11) aus einem Aluminium-Druckguss und/oder der untere Gehäuseabschnitt (12) aus Stahlblech ausgebildet ist.
  3. Elektronische Steuereinheit (10) nach Anspruch 2, bei der der obere und/oder untere Gehäuseabschnitt (11, 12) eine eloxierte und/oder lackierte Oberfläche aufweist.
  4. Elektronische Steuereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine Anzahl der thermischen Anbindungselemente (13) in Abstimmung auf das sie umgebende Gehäuse (11, 12) ausgebildet sind, sodass die Anzahl der thermischen Anbindungselemente (13) mit einer jeweilige Wandung des Gehäuses (11, 12) vorgegeben gegossen oder tiefgezogen sind.
  5. Elektronische Steuereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zumindest eine Luftauslassöffnung durch ein Luftauslassgitter (14) eingerichtet ist.
  6. Elektronische Steuereinheit (10) nach Anspruch 5, bei der das Gehäuse (11, 12) ein Volumen von 0,8 - 1,0 dm3 umschließt und das Luftauslassgitter (14) eine Fläche von 1400-1700 mm2 bereitstellt.
  7. Elektronische Steuereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zumindest zwei Leiterplatten (18, 19) bezogen auf ihre Haupterstreckungsrichtungen übereinander angeordnet sind und jeweils eine Mehrzahl von thermischen Anbindungselementen (13) aufweisen, die von der jeweils anderen Leiterplatte (18, 19) weg gerichtet sind und als ein Abschnitt einer Wandung eines oberen Gehäuseabschnitts (11) oder einer Wandung eines unteren Gehäuseabschnitts (12) des Gehäuses vorgegeben ausgebildet sind.
  8. Elektronische Steuereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die elektronischen Elemente (21) und/oder die thermischen Anbindungselemente (13) mittels eines Wärmeleitmaterials, das eine thermische Leitfähigkeit von 4-10 W/mK aufweist, mit elektrischen Komponenten einer oder beider Leiterplatten (18, 19) und/oder dem Gehäuse (11, 12) gekoppelt sind.
  9. Kraftfahrzeug (1), aufweisend: eine elektronische Steuereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in dem Kraftfahrzeug (1) angeordnet ist.
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