DE202021106518U1

DE202021106518U1 - Control unit for a vehicle with at least one electric motor and a gearbox

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Publication number: DE202021106518U1
Application number: DE202021106518.4U
Authority: DE
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: WO2023099601A1

Abstract

Steuereinheit für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe , wobei die Steuereinheit ein Gehäuse (11, 12) zur Aufnahme einer Getriebesteuerelektronik (5) und einer Umrichterelektronik (1) zur Steuerung eines Elektromotors, und einen Kühlkörper (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11, 12) ein Gehäuseoberteil (11) aus Kunststoff und ein Gehäuseunterteil (12) umfasst, wobei der Kühlkörper (3) zwischen dem Gehäuseoberteil (11) und dem Gehäuseunterteil (12) derart angeordnet ist, dass der Kühlkörper (3) ein Teil des Gehäuses (3, 11, 12) bildet, dass der Kühlkörper (3) einen erhöhten umlaufenden Rand (3.1) aufweist, wobei auf dem Rand (3.1) das Gehäuseoberteil (11) thermisch leitfähig derart angeordnet ist, dass das Gehäuseoberteil (11) und der Kühlkörper (3) einen mediendichten Hohlraum (9) zur Aufnahme der Umrichterelektronik (1) und der Getriebesteuerelektronik (5) bilden, wobei die Umrichterelektronik (1) thermisch leitfähig direkt mit dem Kühlkörper (3) verbunden ist, und wobei die Getriebesteuerelektronik (5) thermisch leitfähig mit der Innenseite des Gehäuseoberteils (11) verbunden ist, sodass ein Wärmetransport (10) von der Getriebesteuerelektronik (5) über das Gehäuseoberteil (11) an den Rand (3.1) des Kühlkörpers (3) stattfindet.

Control unit for a vehicle with at least one electric motor and a transmission, the control unit having a housing (11, 12) for accommodating transmission control electronics (5) and converter electronics (1) for controlling an electric motor, and a heat sink (3), characterized that the housing (11, 12) comprises a housing top part (11) made of plastic and a housing bottom part (12), wherein the heat sink (3) is arranged between the housing top part (11) and the housing bottom part (12) in such a way that the heat sink ( 3) forms part of the housing (3, 11, 12) in that the heat sink (3) has a raised peripheral edge (3.1), the housing upper part (11) being thermally conductively arranged on the edge (3.1) in such a way that the Upper housing part (11) and the heat sink (3) form a medium-tight cavity (9) for accommodating the converter electronics (1) and the transmission control electronics (5), the converter electronics (1) being thermally conductive directly to the cooling body (3), and wherein the transmission control electronics (5) is thermally conductively connected to the inside of the housing upper part (11), so that heat is transported (10) from the transmission control electronics (5) via the housing upper part (11) to the edge (3.1 ) of the heat sink (3) takes place.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a control unit for a vehicle with at least one electric motor and a transmission according to the preamble of claim 1.

Elektromobilität bedeutet insbesondere die Nutzung von Elektroautos. Diese werden ganz oder teilweise elektrisch angetrieben, führen einen Energiespeicher mit sich und beziehen ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz. Hybrid-Fahrzeuge kombinieren zwei Antriebstechniken. Kürzere Strecken können in der Regel elektrisch zurückgelegt werden, mit ihrem Verbrennungsmotor schaffen sie aber auch Langstrecken problemlos. Hybrid-Autos, die auch an der Steckdose geladen werden können, bezeichnet man als Plug-in-Hybride. Hybrid-Fahrzeuge gelten als Brückentechnologie, bis Autos vollständig mit Strom angetrieben werden.Electromobility means in particular the use of electric cars. These are fully or partially electrically driven, have an energy storage device with them and draw their energy mainly from the power grid. Hybrid vehicles combine two drive technologies. Shorter distances can usually be covered electrically, but with their combustion engine they can also cover long distances without any problems. Hybrid cars that can also be charged at the socket are called plug-in hybrids. Hybrid vehicles are considered a bridging technology until cars are fully powered by electricity.

Die Fahrzeuge sind in der Regel mit einem Getriebe versehen, welches dazu ausgelegt ist, mittels Drehmomentübertragungskupplungen Drehmoment zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Getriebes zu übertragen.The vehicles are typically provided with a transmission configured to transfer torque between an input and an output of the transmission by means of torque-transmitting clutches.

Der Betrieb des Getriebes wird durch ein Getriebesteuergerät gesteuert. Eine weitere zentrale Komponente des elektrischen Antriebsstrangs in Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist die Leistungselektronik. Ihr obliegt insbesondere die Ansteuerung der elektrischen Maschine, die Kommunikation mit der Fahrzeugsteuerung sowie die Diagnose des Antriebs. Die Leistungselektronik umfasst in der Regel ein elektronisches Steuergerät, einen Inverter und einen DC/DC-Wandler. Das Steuergerät stellt die Schaltzentrale der Leistungselektronik dar.The operation of the transmission is controlled by a transmission control unit. Another central component of the electric drive train in hybrid and electric vehicles is the power electronics. In particular, it is responsible for controlling the electrical machine, communicating with the vehicle controller and diagnosing the drive. The power electronics usually includes an electronic control unit, an inverter and a DC/DC converter. The control unit represents the control center of the power electronics.

Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler oder Inverter wandeln den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den Antrieb des elektrischen Motors um. Der Elektromotor wandelt elektrische schließlich in mechanische Energie um. Zum Aufladen der Batterie wird dieser Vorgang umgekehrt.DC-to-AC converters, or inverters, convert the battery's DC power to AC power to power the electric motor. Finally, the electric motor converts electrical energy into mechanical energy. To charge the battery, this process is reversed.

Zu den weiteren zentralen Komponenten eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs gehört der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, auch Konverter oder auch Umrichter genannt. Er wandelt die hohe Batteriespannung, von 100-400 Volt oder darüber, in die deutlich niedrigere Betriebsspannung, von 12 oder 48 Volt, für elektronische Bauteile um.Another central component of an electrically powered vehicle is the DC-DC converter, also known as a converter or converter. It converts the high battery voltage of 100-400 volts or more into the much lower operating voltage of 12 or 48 volts for electronic components.

Die DE 10 2013 222 599 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, wobei ein Getriebesteuermodul neben dem Getriebe auch den Elektromotor, den Inverter und den DC-DC-Wandler steuert.the DE 10 2013 222 599 A1 describes a vehicle with an internal combustion engine and an electric motor, with a transmission control module also controlling the electric motor, the inverter and the DC-DC converter in addition to the transmission.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte Steuereinheit für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe zu schaffen, wodurch die Anzahl der einzelnen Teile der Steuereinheit gering gehalten werden kann und wobei durch den effizienten Abtransport der durch die Elektronik entstehenden Wärme auf teure, verlustärmere Bauelemente verzichtet werden kann.The object of the present invention is to create a compact control unit for a vehicle with at least one electric motor and a transmission, whereby the number of individual parts of the control unit can be kept low and the heat generated by the electronics being efficiently removed , low-loss components can be dispensed with.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention by a control unit having the features of claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Steuereinheit umfasst ein Gehäuse ein Gehäuseoberteil aus Kunststoff und ein Gehäuseunterteil.In the control unit according to the invention, a housing comprises a housing upper part made of plastic and a housing lower part.

Kunststoff ist heute eine interessante Alternative zu metallischen Werkstoffen. Vor allem in der Automobilbranche setzen sich leichte, belastbare Kunststoffe allmählich gegen Metalle durch.Today, plastic is an interesting alternative to metallic materials. In the automotive industry in particular, light, resilient plastics are gradually taking over from metals.

Solche Kunststoffe sind hochtemperaturbeständige Materialien mit verbesserter Verarbeitbarkeit und hoher Produktionsgeschwindigkeit. Inzwischen lassen sich hochwertige Teile mit geringen Wandstärken und aufwendigen Geometrien herstellen. Dank des Spritzgussverfahrens ist zudem die Integration vieler Funktionen mit höchster Präzision möglich.Such plastics are high temperature resistant materials with improved processability and high production speed. In the meantime, high-quality parts with thin walls and complex geometries can be produced. Thanks to the injection molding process, the integration of many functions is also possible with the highest precision.

Das Gehäuseunterteil kann aus Metall oder Kunststoff sein.The lower part of the housing can be made of metal or plastic.

Ein Kühlkörper ist zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil derart angeordnet, dass der Kühlkörper einen Teil des Gehäuses bildet.A heat sink is arranged between the upper housing part and the lower housing part in such a way that the heat sink forms part of the housing.

Der Kühlkörper weist einen erhöhten umlaufenden Rand auf, wobei auf diesem insbesondere plan ausgeführten Rand das Gehäuseoberteil thermisch leitfähig angeordnet ist, und das Gehäuseoberteil und der Kühlkörper einen mediendichten Hohlraum zur Aufnahme der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik bilden. Dabei ist die Umrichterelektronik thermisch leitfähig direkt mit dem Kühlkörper verbunden.The heat sink has a raised peripheral edge, the upper housing part being arranged in a thermally conductive manner on this particularly flat edge, and the upper housing part and the heat sink forming a media-tight cavity for accommodating the converter electronics and the transmission control electronics. The converter electronics are thermally conductively connected directly to the heat sink.

Die Getriebesteuerelektronik wiederum ist thermisch leitfähig mit der Innenseite des Gehäuseoberteils verbunden, sodass ein Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik über das Gehäuseoberteil an den Rand des Kühlkörpers stattfindet. Der Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik an den Kühlkörper findet demnach indirekt statt.The transmission control electronics, in turn, are thermally conductively connected to the inside of the upper part of the housing, so that heat is transported from the transmission control electronics via the upper part of the housing to the edge of the heat sink. The heat transfer from the transmission control electronics to the heat sink is therefore indirect.

Dadurch ist eine kompakte Steuereinheit für einen Inverter und ein Getriebe mit einer gemeinsamen, effizienten Kühlvorrichtung geschaffen, die sowohl als attached-to als auch als stand-alone Steuereinheit in einem Fahrzeug einsetzbar ist.This creates a compact control unit for an inverter and a transmission with a common, efficient cooling device that can be used both as an attached-to and as a stand-alone control unit in a vehicle.

In einer Ausführungsform sind dem Kunststoff des Gehäuseoberteils zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit Füllstoffe wie Karbonate, Karbide, Nitride, Silikate , Oxide oder weitere Füllstoffe mit entsprechenden thermischen Eigenschaften beigefügt sind.In one embodiment, fillers such as carbonates, carbides, nitrides, silicates, oxides or other fillers with appropriate thermal properties are added to the plastic of the upper part of the housing to increase the thermal conductivity.

In einer Ausführungsform ist die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Umrichterelektronik und dem Kühlkörper beziehungsweise die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Getriebesteuerelektronik und dem Gehäuseoberteil mittels eines Wärmeleitmaterials bewerkstelligt beziehungsweise verstärkt.In one embodiment, the thermally conductive connection between the converter electronics and the heat sink or the thermally conductive connection between the transmission control electronics and the upper part of the housing is made or reinforced by means of a thermally conductive material.

Je nach Menge der abzuführenden Wärme und insbesondere je nach Größe der Kontaktfläche der am Wärmeübertrag beteiligten Teile können zum Beispiel standardmäßige, silikonbasierte Wärmeleitpasten oder Hochleistungs-Wärmeleitpasten beziehungsweise Wärmeleitkleber mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit zur Anwendung kommen.Depending on the amount of heat to be dissipated and in particular depending on the size of the contact surface of the parts involved in heat transfer, standard, silicone-based thermal paste or high-performance thermal paste or thermal adhesive with improved thermal conductivity can be used, for example.

Da der Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik über das Gehäuseoberteil an den Rand des Kühlkörpers indirekt stattfindet, bietet es sich an, in diesem Fall bei der Verbindung eine Hochleistungs-Wärmeleitpaste zu verwenden. Bei der Verwendung eines Wärmeleitklebers als Wärmeleitmaterial wird sowohl eine wärmeleitende als auch eine adhäsive Wirkung erzielt. In einer weiteren Ausführungsform sind die Getriebesteuerelektronik und das Gehäuseoberteil mittels mindestens eines, beispielsweise kraftschlüssig wirkenden Verbindungsmittels mechanisch miteinander verbunden. Das Verbindungsmittel kann insbesondere ein stiftartiges Verbindungsmittel sein, beispielweise ein Niet oder eine Schraube. Die zusätzliche Verwendung einer Wärmeleitpaste zwischen Getriebesteuerelektronik und Gehäuseoberteil erhöht den Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik weg.Since the heat is transported indirectly from the transmission control electronics via the upper part of the housing to the edge of the heat sink, it makes sense to use a high-performance heat-conducting paste for the connection in this case. When using a thermally conductive adhesive as a thermally conductive material, both a thermally conductive and an adhesive effect are achieved. In a further embodiment, the transmission control electronics and the upper part of the housing are mechanically connected to one another by means of at least one connecting means which acts, for example, in a non-positive manner. The connecting means can in particular be a pin-like connecting means, for example a rivet or a screw. The additional use of heat-conducting paste between the transmission control electronics and the upper part of the housing increases the heat transfer away from the transmission control electronics.

In einer weiteren Ausführungsform sind das Gehäuseoberteil und der Kühlkörper mittels mindestens eines, beispielsweise kraftschlüssig wirkenden Verbindungsmittels mechanisch miteinander verbunden. Auch hier kann das Verbindungsmittel insbesondere ein stiftartiges Verbindungsmittel sein, beispielweise ein Niet oder eine Schraube. Je größer die Kontaktfläche zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Kühlkörper, insbesondere dem Rand des Kühlkörpers ist, desto besser ist die Wärmeleitung zwischen diesen Teilen. Zusätzlich kann zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Rand des Kühlkörpers ein Dichtmittel angeordnet sein. Als Dichtmittel ist eine Feststoffdichtung oder auch eine Flüssigdichtung denkbar. Je nach Beschaffenheit des Dichtmittels kann durch seine Verwendung auch die thermische Leitfähigkeit zwischen Gehäuseoberteil und Kühlkörper zusätzlich verbessert werden.In a further embodiment, the upper part of the housing and the heat sink are mechanically connected to one another by means of at least one connecting means which acts, for example, in a non-positive manner. Here, too, the connecting means can in particular be a pin-like connecting means, for example a rivet or a screw. The larger the contact surface between the upper part of the housing and the heat sink, in particular the edge of the heat sink, the better the heat conduction between these parts. In addition, a sealant can be arranged between the upper part of the housing and the edge of the heat sink. A solid seal or also a liquid seal is conceivable as the sealing means. Depending on the nature of the sealant, its use can also improve the thermal conductivity between the upper part of the housing and the heat sink.

In einer weiteren Ausführungsform ist im Gehäuseoberteil, zwischen der Getriebesteuerelektronik und der Umrichterelektronik, eine Abschirmung angeordnet. Diese Abschirmung dient insbesondere dazu, eine gegenseitige, schädliche elektromagnetische Wechselwirkung zwischen der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik zu reduzieren beziehungsweise zu vermeiden. Zusätzlich zur Reduzierung der EMI zwischen der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik dient die Abschirmung insbesondere auch zur Reduzierung beziehungsweise Vermeidung der thermischen Wechselwirkung, insbesondere gegenseitigen Erwärmung, zwischen der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik. Dabei wird die von der Elektronik abgestrahlte Wärme über die Abschirmung an das Gehäuseoberteil und vom Gehäuseoberteil an den Rand des Kühlkörpers geleitet. Beispielsweise kann dabei eine flächige Abschirmung, insbesondere ein Stahlblech oder ein anderes metallisches Blech, zumindest an zwei gegenüberliegenden Kantenlängen der Abschirmung das Gehäuseoberteil kontaktierend, angeordnet sein. Die mechanische Verbindung der Abschirmung mit dem Gehäuseoberteil kann insbesondere kraft- oder formschlüssig ausgeführt sein.In a further embodiment, a shield is arranged in the upper part of the housing between the transmission control electronics and the converter electronics. This shielding is used in particular to reduce or avoid mutual, harmful electromagnetic interaction between the converter electronics and the transmission control electronics. In addition to reducing the EMI between the converter electronics and the transmission control electronics, the shield also serves in particular to reduce or avoid the thermal interaction, in particular mutual heating, between the converter electronics and the transmission control electronics. The heat radiated by the electronics is conducted via the shielding to the upper part of the housing and from the upper part of the housing to the edge of the heat sink. For example, a flat shield, in particular a sheet steel or another metal sheet, can be arranged, contacting the upper part of the housing at least on two opposite edge lengths of the shield. The mechanical connection of the shielding to the upper part of the housing can, in particular, be designed to be non-positive or positive.

Die Abschirmung könnte auch aus einem Verbundaufbau aus Kunststoff und einer speziellen EMI Schutzfolie bestehen. Alternativ könnte die Abschirmung auch am Kühlkörper angeordnet sein.The shielding could also consist of a composite construction of plastic and a special EMI protective film. Alternatively, the shield could also be arranged on the heat sink.

Für einen Wärmetransport bei höheren Leistungsanforderungen kann in einer weiteren Ausführungsform das Gehäuseoberteil aus Kunststoff mit vergrößerter Oberfläche, insbesondere in Form von Kühlfinnen, zur zusätzlichen Wärmeabstrahlung an die Umgebung ausgeführt sein.For heat transport at higher power requirements, in a further embodiment, the upper housing part can be made of plastic with an enlarged surface, in particular in the form of cooling fins, for additional heat radiation to the environment.

Insbesondere ist der Kunststoff ein Duroplast. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht einer Steuereinheit,
2 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Steuereinheit,
3 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Steuereinheit,
4 eine perspektivische Ansicht einer Steuereinheit.

In particular, the plastic is a thermoset. In the drawings show:

1 a schematic sectional view of a control unit,
2 a schematic sectional view of another control unit,
3 a schematic sectional view of an alternative control unit,
4 a perspective view of a control unit.

1 zeigt eine Steuereinheit für ein Fahrzeug, das mindestens einen Elektromotor und ein Getriebe aufweist, beispielsweise ein Elektroauto oder ein Hybrid-Fahrzeug. Das Steuermodul weist ein Gehäuse 11, 12 zur Aufnahme einer Getriebesteuerelektronik 5 zur Steuerung des Getriebes und einer Umrichterelektronik 1 zur Steuerung eines Elektromotors auf. Zusätzlich weist die Steuereinheit einen Kühlkörper 3 auf, um die von der Elektronik erzeugte Wärme über eine Kühlflüssigkeit abzutransportieren. 1 shows a control unit for a vehicle that has at least one electric motor and a transmission, for example an electric car or a hybrid vehicle. The control module shows a housing 11, 12 for accommodating transmission control electronics 5 for controlling the transmission and converter electronics 1 for controlling an electric motor. In addition, the control unit has a heat sink 3 in order to carry away the heat generated by the electronics via a cooling liquid.

Das Gehäuse 11, 12 umfasst ein Gehäuseoberteil 11 und ein Gehäuseunterteil 12, wobei das Gehäuseoberteil 11 aus Kunststoff ist. Zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit können dem Kunststoff des Gehäuseoberteils 11 Füllstoffe wie Karbonate, Karbide, Nitride, Silikate, Oxide oder weitere Füllstoffe mit entsprechenden thermischen Eigenschaften beigefügt sein.The housing 11, 12 comprises an upper housing part 11 and a lower housing part 12, the upper housing part 11 being made of plastic. To increase the thermal conductivity, fillers such as carbonates, carbides, nitrides, silicates, oxides or other fillers with appropriate thermal properties can be added to the plastic of the upper housing part 11 .

Der Kühlkörper 3 ist so zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Gehäuseunterteil 12 angeordnet, dass der Kühlkörper 3 ein Teil des Gehäuses 3, 11, 12 bildet.The heat sink 3 is arranged between the upper housing part 11 and the lower housing part 12 in such a way that the heat sink 3 forms part of the housing 3 , 11 , 12 .

Der Kühlkörper 3 weist einen erhöhten umlaufenden, plan ausgeführten Rand 3.1 auf, wobei auf diesem Rand 3.1 das Gehäuseoberteil 11 thermisch gut leitend angelegt ist.The heat sink 3 has a raised, circumferential, flat edge 3.1, with the upper housing part 11 being placed on this edge 3.1 in a thermally highly conductive manner.

Das Gehäuseoberteil 11 und der Kühlkörper 3 sind mittels mindestens eines, hier sind es zwei, Verbindungsmittels 8 mechanisch verbunden, wobei das Verbindungsmittel 8 durch eine entsprechende Bohrung in dem Gehäuseoberteil 11 in einer entsprechenden Aufnahme 3.3 des Kühlkörpers 3 aufgenommen ist. In 1 ist hier eine Schraube 8 in ein entsprechendes Gewinde 3.3 im Kühlkörper 3 gedreht.The upper housing part 11 and the heat sink 3 are mechanically connected by means of at least one, here there are two, connecting means 8, the connecting means 8 being received through a corresponding bore in the upper housing part 11 in a corresponding receptacle 3.3 of the heat sink 3. In 1 here a screw 8 is screwed into a corresponding thread 3.3 in the heat sink 3.

Der Gehäuseoberteil 11 und der Kühlkörper 3 bilden einen mediendichten Hohlraum 9 zur Aufnahme der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5. Die Umrichterelektronik 1 umfasst eine Leiterplatte und elektronische Bauelemente 1.1. Die elektronischen Bauelemente 1.1 sind sowohl auf der dem Gehäuseoberteil 11 zugewandten Oberseite der Leiterplatte der Umrichterelektronik 1 als auch auf deren Unterseite angebracht, wobei hier an der Unterseite die elektronischen Bauelemente 1.1 im Mittenbereich der Leiterplatte, insbesondere in der Nähe eines Kühlflüssigkeitskanals 4, angeordnet sind. Dadurch, dass die Leiterplatte der Umrichterelektronik 1 beidseitig bestückt ist, weist der Kühlkörper 3 in Richtung seines Randes 3.1 umlaufend eine Stufe 3.2 auf, auf der der bauelementfreie Teil der Unterseite der Umrichterelektronik 1 aufliegt. Ein Wärmeleitmaterial 2 zwischen der Stufe 3.2 des Kühlkörpers 3 und der Umrichterelektronik 1 sorgt für einen guten Wärmetransport 10 von der Umrichterelektronik 1 zum Kühlkörper 3. Bei der Verwendung eines Wärmeleitklebers 2 entfällt eine extra mechanische Verbindung zwischen der Umrichterelektronik 1 zum Kühlkörper 3.The upper housing part 11 and the heat sink 3 form a medium-tight cavity 9 for accommodating the converter electronics 1 and the transmission control electronics 5. The converter electronics 1 comprises a printed circuit board and electronic components 1.1. The electronic components 1.1 are attached both to the upper side of the printed circuit board of the converter electronics 1 facing the housing upper part 11 and to its underside, with the electronic components 1.1 being arranged here on the underside in the central region of the printed circuit board, in particular in the vicinity of a coolant channel 4. Due to the fact that the printed circuit board of the converter electronics 1 is equipped on both sides, the heat sink 3 has a step 3.2 all the way around its edge 3.1, on which the component-free part of the underside of the converter electronics 1 rests. A thermally conductive material 2 between the stage 3.2 of the heat sink 3 and the converter electronics 1 ensures good heat transport 10 from the converter electronics 1 to the heat sink 3. When using a thermally conductive adhesive 2, there is no need for an extra mechanical connection between the converter electronics 1 and the heat sink 3.

In 1 ist die Höhe der Stufe 3.2 der Höhe der an der Unterseite der Umrichterelektronik 1 angeordnete elektronischen Bauelemente 1.1 angepasst, sodass hier die Bauelemente 1.1 mittels des Wärmeleitmaterials 2, 6 thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper 3 direkt verbunden sind.In 1 the height of step 3.2 is adapted to the height of electronic components 1.1 arranged on the underside of converter electronics 1, so that here components 1.1 are thermally conductively connected directly to heat sink 3 by means of heat-conducting material 2, 6.

Bei diesen an der Unterseite der Umrichterlektronik 1 angeordneten elektronischen Bauelemente 1.1 findet somit der Wärmetransport 10 zum Kühlkörper 3 sowohl über die Leiterplatte der Umrichterlektronik 1 als auch von den Bauelementen 1.1 direkt statt. Insbesondere können hier daher elektronische Bauelemente 1.1, die besonders viel Wärme erzeugen, bestückt sein. Zusätzlich kann zu einer weiteren Erhöhung des Wärmetransports 10 an den Kühlkörper 3 statt eines standardmäßigen Wärmeleitmaterials 2 ein Hochleistung-Wärmeleitmaterial 6 Anwendung finden.In the case of these electronic components 1.1 arranged on the underside of the converter electronics 1, the heat transport 10 to the heat sink 3 thus takes place directly both via the printed circuit board of the converter electronics 1 and from the components 1.1. In particular, electronic components 1.1 that generate a particularly large amount of heat can therefore be fitted here. In addition, a high-performance thermally conductive material 6 can be used instead of a standard thermally conductive material 2 to further increase the heat transport 10 to the heat sink 3 .

Die Getriebesteuerelektronik 5, die eine Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen 5.1 umfasst, ist hier mittels eines Wärmeleitmaterials 2, 6 thermisch leitfähig mit der Innenseite des Gehäuseoberteils 11 verbunden, sodass ein Wärmetransport 10 von der Getriebesteuerelektronik 5 über das Gehäuseoberteil 11 an den Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 stattfindet. Der Wärmetransport 10 von der Getriebesteuerelektronik 5 an den Kühlkörper 3 geschieht demnach indirekt.The transmission control electronics 5, which includes a printed circuit board with electronic components 5.1, is thermally conductively connected to the inside of the upper housing part 11 by means of a thermally conductive material 2, 6, so that heat can be transported 10 from the transmission control electronics 5 via the upper housing part 11 to the edge 3.1 of the heat sink 3 takes place. The heat transport 10 from the transmission control electronics 5 to the heat sink 3 therefore takes place indirectly.

Die Getriebesteuerelektronik 5 ist in 1 mit dem Gehäuseoberteil 11 an der Innenseite mittels mindestens eines Verbindungsmittels 8 mechanisch verbunden, hier mittels zweier Schrauben verschraubt. Bei Verwendung eines Wärmeleitklebers 2, 6 kann eventuell auf Verbindungsmittel 8 verzichtet werden.The transmission control electronics 5 is in 1 mechanically connected to the housing upper part 11 on the inside by means of at least one connecting means 8, here screwed by means of two screws. If a thermally conductive adhesive 2, 6 is used, connecting means 8 may be dispensed with.

Der Wärmetransport 10 von der Getriebesteuerelektronik 5 an das Gehäuseoberteils 11 kann insbesondere durch die Verwendung eines Hochleistungs-Wärmeleitmaterials 6 noch gesteigert werden.The heat transport 10 from the transmission control electronics 5 to the upper housing part 11 can be further increased, in particular by using a high-performance thermally conductive material 6 .

Grundsätzlich gilt, je größer die Kontaktfläche zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Kühlkörper 3, insbesondere dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 ist, desto besser ist die Wärmeleitung zwischen diesen Teilen. Zur Erhöhung der Dichtigkeit des Gehäuses kann zusätzlich zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 ein Dichtmittel 7 angebracht sein. Als Dichtmittel 7 ist eine Feststoffdichtung als Einlegedichtung oder auch eine Flüssigdichtung möglich. Je nach Beschaffenheit und je nach Anwendung des Dichtmittels 7 kann durch seine Verwendung auch die thermische Leitfähigkeit zwischen Gehäuseoberteil 11 und Kühlkörper 3 zusätzlich verbessert werden, jedenfalls sollte sie nicht verschlechtert werden.In principle, the larger the contact surface between the housing upper part 11 and the heat sink 3, in particular the edge 3.1 of the heat sink 3, the better the heat conduction between these parts. In order to increase the tightness of the housing, a sealant 7 can also be attached between the upper housing part 11 and the edge 3.1 of the heat sink 3. A solid seal as an insert seal or also a liquid seal is possible as the sealant 7 . Depending on the nature and depending on the application of the sealant 7, the thermal through its use Conductivity between the upper housing part 11 and the heat sink 3 can also be improved, in any case it should not be deteriorated.

Das Gehäuseunterteil 12 ist an der dem Gehäuseoberteil 11 gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers 3 kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Schraube, oder stoff- schlüssig mittels Schweißung oder Klebung befestigt und bildet insbesondere die Schnittstelle des Steuermoduls, hier als attached-to Ausführung, an ein nicht gezeigtes Getriebe. Das Steuermodul könnte aber auch als stand-alone Ausführung, separiert vom Getriebe, im Fahrzeug verbaut sein.The lower housing part 12 is non-positively attached to the side of the heat sink 3 opposite the upper housing part 11, for example by means of a screw, or materially by means of welding or adhesive bonding and in particular forms the interface of the control module, here as an attached-to version, to a transmission (not shown). . However, the control module could also be installed in the vehicle as a stand-alone version, separate from the transmission.

2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Steuereinheit wie in 1, jedoch ist im Gehäuseoberteil 11 zwischen der Getriebesteuerelektronik 5 und der Umrichterelektronik 1 eine Abschirmung 13 angeordnet. Alternativ könnte die Abschirmung 13 auch am Kühlkörper 3 angeordnet sein. Diese Abschirmung 13 dient zum einen dazu, eine gegenseitige, schädliche elektromagnetische Wechselwirkung (EMI = electromagnetic interference) zwischen der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5 zu reduzieren beziehungsweise zu vermeiden. Zusätzlich zur Reduzierung der EMI zwischen der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5 dient die Abschirmung 13 insbesondere auch zur Reduzierung beziehungsweise Vermeidung der thermischen Wechselwirkung, insbesondere gegenseitigen Erwärmung, zwischen der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5. 2 shows a schematic sectional view of a control unit as in FIG 1 , However, a shield 13 is arranged in the housing upper part 11 between the transmission control electronics 5 and the converter electronics 1 . Alternatively, the shielding 13 could also be arranged on the heat sink 3 . This shielding 13 is used on the one hand to reduce or avoid mutual, harmful electromagnetic interaction (EMI=electromagnetic interference) between the converter electronics 1 and the transmission control electronics 5 . In addition to reducing the EMI between the converter electronics 1 and the transmission control electronics 5, the shielding 13 also serves in particular to reduce or avoid the thermal interaction, in particular mutual heating, between the converter electronics 1 and the transmission control electronics 5.

Dabei wird die Wärme von der Umrichterelektronik 1 beziehungsweise von der Getriebesteuerelektronik 5 über die Abschirmung 13 an das Gehäuseoberteil 11 und vom Gehäuseoberteil 11 an den Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 geleitet. Beispielsweise kann dabei eine flächige Abschirmung 13, insbesondere ein Stahlblech oder ein anderes metallisches Blech, zumindest an zwei gegenüberliegenden Kantenlängen 14 als Kontaktpunkte der Abschirmung 13 das Gehäuseoberteil 11 kontaktierend, angeordnet sein. Die Abschirmung 13 könnte auch aus einem Verbundaufbau aus Kunststoff und einer speziellen EMI Schutzfolie bestehen. Um einen optimalen Wärmetransport 10 zu erzielen, ist die Abschirmung 13 ganz, über alle Kantenlängen, in das Gehäuseoberteil 11 eingepasst. Die mechanische Verbindung der Abschirmung 13 mit dem Gehäuseoberteil 11 kann insbesondere kraft- oder formschlüssig ausgeführt sein.The heat is conducted from the converter electronics 1 or from the transmission control electronics 5 via the shielding 13 to the upper housing part 11 and from the upper housing part 11 to the edge 3.1 of the heat sink 3. For example, a flat shielding 13, in particular a sheet steel or another metal sheet, can be arranged at least on two opposite edge lengths 14 as contact points of the shielding 13, contacting the upper housing part 11. The shield 13 could also consist of a composite structure made of plastic and a special EMI protective film. In order to achieve optimal heat transport 10, the shielding 13 is completely fitted into the upper housing part 11 over all edge lengths. The mechanical connection of the shielding 13 to the housing upper part 11 can be implemented in particular in a non-positive or positive manner.

Diese Beschreibung zur Anordnung und zur Funktion der Abschirmung 13 trifft selbstverständlich auch auf die Alternative zu, dass die Abschirmung 13 anstatt am Gehäuseoberteil 11 am Kühlkörper 3 angeordnet ist. This description of the arrangement and function of the shielding 13 naturally also applies to the alternative in which the shielding 13 is arranged on the heat sink 3 instead of on the housing upper part 11 .

3 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht einer Steuereinheit wie in 1, jedoch kommt hier ein Gehäuseoberteil 11 mit vergrößerter Oberfläche in Form von Kühlfinnen 16 zur Anwendung. Durch die Kühlfinnen 16 findet eine zusätzliche Wärmeabstrahlung an die Umgebung statt. 3 shows a further schematic sectional view of a control unit as in FIG 1 , However, a housing upper part 11 with an enlarged surface in the form of cooling fins 16 is used here. The cooling fins 16 cause additional heat to be radiated to the environment.

4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Steuereinheit. Die Anschlüsse 17, insbesondere zum Austausch von Signalen und Versorgungsspannungen mit der nicht gezeigten Umgebungselektronik, für die Umrichterelektronik 1 und die Getriebesteuerelektronik 5 sind auf der Oberseite des Gehäuseoberteils 11 aus Kunststoff angeordnet, insbesondere angespritzt. 4 shows a perspective view of a control unit. The connections 17, in particular for exchanging signals and supply voltages with the surrounding electronics (not shown), for the converter electronics 1 and the transmission control electronics 5 are arranged on the upper side of the upper housing part 11 made of plastic, in particular molded on.

Die Anschlüsse 17 könnten sich aber auch seitlich am Gehäuseoberteil 11, beziehungsweise auf der Oberseite des Gehäuseunterteils 12 oder seitlich am Gehäuseunterteil 12 befinden. Es wäre auch eine Kombination aus beiden Anordnungen denkbar.However, the connections 17 could also be located on the side of the housing upper part 11 or on the upper side of the housing lower part 12 or on the side of the housing lower part 12 . A combination of both arrangements would also be conceivable.

In 4 sind beide Kühlanschlüsse 15 des Kühlkörpers 3 gezeigt.In 4 both cooling connections 15 of the heat sink 3 are shown.

Insbesondere ist der Kunststoff ein Duroplast.In particular, the plastic is a thermoset.

Diese kompakte Steuereinheit für einen Inverter und ein Getriebe mit einer gemeinsamen, effizienten Kühlvorrichtung ist sowohl als attached-to als auch als standalone Steuereinheit in einem Fahrzeug einsetzbar.This compact control unit for an inverter and a transmission with a common, efficient cooling device can be used both as an attached-to and as a standalone control unit in a vehicle.

BezugszeichenlisteReference List

11: Umrichterelektronikconverter electronics
1.11.1: elektronisches Bauelement der Umrichterelektronikelectronic component of the converter electronics
22: Standardmäßiges WärmeleitmaterialStandard thermal material
33: Kühlkörperheatsink
3.13.1: Randedge
3.23.2: Stufestep
3.33.3: Aufnahme für VerbindungsmittelReceptacle for lanyards
44: Kühlflüssigkeitskanalcoolant channel
55: Getriebesteuerelektroniktransmission control electronics
5.15.1: elektronisches Bauelement der Getriebesteuerelektronikelectronic component of the transmission control electronics
66: Hochleistungs- WärmeleitmaterialHigh performance thermal interface material
77: Dichtmittelsealant
88th: Verbindungsmittellanyard
99: Hohlraumcavity
1010: Wärmetransportheat transport
1111: Deckel, Gehäuseoberteilcover, upper part of the housing
1212: Gehäuseunterteilhousing base
1313: Abschirmungshielding
1414: Kontaktpunktcontact point
1515: Kühlanschlusscooling connection
1616: Kühlfinnecooling fin
1717: Anschluss, elektrischConnection, electrical

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102013222599 A1 [0007]

Claims

Control unit for a vehicle with at least one electric motor and a transmission, the control unit having a housing (11, 12) for accommodating transmission control electronics (5) and converter electronics (1) for controlling an electric motor, and a heat sink (3), characterized that the housing (11, 12) comprises a housing top part (11) made of plastic and a housing bottom part (12), wherein the heat sink (3) is arranged between the housing top part (11) and the housing bottom part (12) in such a way that the heat sink ( 3) forms part of the housing (3, 11, 12) in that the heat sink (3) has a raised peripheral edge (3.1), the housing upper part (11) being thermally conductively arranged on the edge (3.1) in such a way that the Upper housing part (11) and the heat sink (3) form a medium-tight cavity (9) for receiving the converter electronics (1) and the transmission control electronics (5), the converter electronics (1) being thermally conductive directly to the cooling element oil body (3), and wherein the transmission control electronics (5) is thermally conductively connected to the inside of the upper housing part (11), so that heat is transported (10) from the transmission control electronics (5) via the upper housing part (11) to the edge (3.1 ) of the heat sink (3) takes place.

control unit after claim 1 , characterized in that the plastic of the upper housing part (11) to increase the thermal conductivity fillers such as carbonates, carbides, nitrides, silicates are added.

control unit after claim 1 or 2 , characterized in that the thermally conductive connection between the converter electronics (1) and the heat sink (3) or the thermally conductive connection between the transmission control electronics (5) and the upper housing part (11) is made by means of a thermally conductive material (2, 6).

control unit after claim 3 , characterized in that the thermally conductive material (2, 6) is a thermally conductive paste or a thermally conductive adhesive.

Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission control electronics (5) and the housing upper part (11) are mechanically connected to one another with the aid of at least one connecting means (8).

Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that the housing upper part (11) and the heat sink (3) are thermally conductively and mechanically connected to one another by means of at least one connecting means (8).

control unit after claim 5 or 6 , characterized in that the at least one connecting means (8) is a screw or a rivet.

Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that a flat screen (13) is arranged in the housing upper part (11) between the transmission control electronics (5) and the converter electronics (1).

Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that a sealing means (7) is arranged between the edge (3.1) of the heat sink (3) and the housing upper part (11).

Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that cooling fins (16) are arranged on the outside of the housing upper part (11) made of plastic.

Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is a duroplast.