WO2022074141A1 - Control module for a vehicle with at least one electric motor and a transmission - Google Patents

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WO2022074141A1
WO2022074141A1 PCT/EP2021/077744 EP2021077744W WO2022074141A1 WO 2022074141 A1 WO2022074141 A1 WO 2022074141A1 EP 2021077744 W EP2021077744 W EP 2021077744W WO 2022074141 A1 WO2022074141 A1 WO 2022074141A1
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WO
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heat sink
control module
housing
supporting body
thermally conductive
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PCT/EP2021/077744
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Alexander Wenk
Peter SCHROLL
Karl Maron
Yvonne Wiegand
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Vitesco Technologies Germany Gmbh
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Publication date
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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14322—Housings specially adapted for power drive units or power converters wherein the control and power circuits of a power converter are arranged within the same casing
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    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20509—Multiple-component heat spreaders; Multi-component heat-conducting support plates; Multi-component non-closed heat-conducting structures
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Control module for a vehicle with at least one electric motor and a transmission
  • the invention relates to a control module for a vehicle with at least one electric motor and a transmission according to the preamble of claim 1.
  • 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.
  • the vehicles are typically provided with a transmission that is configured to transfer torque between an input and an output of the transmission by means of torque-transmitting clutches.
  • 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.
  • DC-AC converters or inverters convert the direct current from the battery into alternating current for driving the electric motor.
  • the electric motor eventually converts into electric mechanical energy. To charge the battery, this process is reversed.
  • 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.
  • DE 102013222 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.
  • the object of the present invention is to create a compact control module for a vehicle with at least one electric motor and a transmission, whereby the number of individual parts of the control module can be kept low and the heat generated by the electronics being efficiently removed , low-loss components can be dispensed with.
  • control module having the features of claim 1.
  • the control module comprises a housing with an upper housing part and a lower housing part, with a heat sink being arranged between the upper housing part and the lower housing part in such a way that the heat sink forms part of the housing.
  • the heat sink has a raised peripheral edge, with a supporting body having high thermal conductivity being arranged thermally conductively on the edge in such a way that the supporting body and the heat sink form a media-tight first cavity for accommodating the converter electronics, the converter electronics also being thermally conductively connected to the heat sink.
  • the upper part of the housing is arranged on the side of the supporting body opposite the heat sink in such a way that the supporting body and the upper part of the housing form a media-tight second cavity for accommodating the transmission control electronics.
  • the transmission control electronics is thermally conductively connected to the support body, so that heat is transported from the transmission control electronics via the support body to the edge of the heat sink, and thus indirectly to the heat sink.
  • the thermally conductive connection between the converter electronics and the heat sink or the thermally conductive connection between the transmission control electronics and the supporting body is made by means of a thermally conductive material.
  • standard, silicone-based thermal paste or high-performance thermal paste with improved thermal conductivity can be used, for example.
  • the support body and the heat sink are mechanically connected to one another by means of at least one connecting means, for example a non-positive connection, with the support body, which has good thermal conductivity, resting on the edge of the heat sink.
  • the connecting means can in particular be a pin-like connecting means, for example a rivet or a screw.
  • the upper part of the housing, the supporting body 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.
  • the connecting means can in particular be a pin-like connecting means, for example a rivet or a screw.
  • the upper housing part has locking lugs and the supporting body and/or the cooling body has locking lugs, with a locking lug of the housing upper part being in operative connection with a corresponding locking lug of the supporting body and/or the cooling body to form the housing.
  • the cooling channels of the heat sink are sealed with a separate cover on the side opposite the converter electronics.
  • FIG. 2 is a perspective view of a control module
  • FIG. 3 shows a control module housing in a 3D representation.
  • the control module has a housing 11, 12 for accommodating a transmission controller 5 for controlling the transmission and converter electronics 1 for controlling an electric motor.
  • the control module has a Heatsink 3 to carry away the heat generated by the electronics via a cooling liquid.
  • the housing 11, 12 comprises a housing upper part 11 and a housing lower part 12.
  • the heat sink 3 is arranged between the upper housing part 11 and the lower housing part 12 such that the heat sink 3 forms part of the housing 3 , 11 , 12 .
  • the heat sink 3 has a raised, encircling, planar edge 3.1, with a support body 7 having a high thermal conductivity being applied to the edge 3.1.
  • the supporting body 7 and the cooling body 3 are mechanically connected to one another by means of a connecting means 8, the connecting means 8 being accommodated in a corresponding receptacle 3.3 of the cooling body 3 through a corresponding bore in the supporting body 7.
  • a screw 8 is turned into a corresponding thread 3.3 in the heat sink 3 here.
  • the supporting body 7 and the heat sink 3 form a media-tight first cavity 9 for accommodating the converter electronics 1.
  • the converter electronics 1 comprises a printed circuit board and electronic components 1.1.
  • the electronic components 1.1 are mounted both on the upper side of the printed circuit board of the converter electronics 1 facing the supporting body 7 and on its underside, with the electronic components 1.1 here on the lower side in the middle area of the printed circuit board, in the vicinity of a cooling liquid channel 4 of the heat sink, are arranged. Because the printed circuit board of the converter electronics 1 is equipped on both sides, the heat sink 3 has a continuous step 3.2 in the direction of 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 step 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.
  • a thermally conductive adhesive 2 an extra mechanical connection between the converter electronics 1 and the heat sink s can be omitted.
  • the coolant channels 4 of the heat sink 3 are sealed here in FIG. 1 on the side opposite the converter electronics 1 with a separate cover 16 made of thermally conductive material.
  • the height of the step 3.2 is adapted to the height of the electronic components 1.1 arranged on the underside of the converter electronics 1, so that here the components 1.1 are thermally conductively connected to the cover plate 16 and thus to the heat sink 3 by means of the thermally conductive material 2, 6 are.
  • 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.
  • electronic components 1.1 that generate a particularly large amount of heat can therefore be fitted here on the printed circuit board.
  • 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 .
  • the upper housing part 11 is arranged on the side of the supporting body 7 opposite the heat sink 3 in such a way that the supporting body 7 and the upper housing part 11 form a media-tight second cavity 18 for accommodating the transmission control electronics 5 .
  • the upper housing part 11 can be glued or welded to the supporting body 7, for example.
  • the upper housing part 11 can also be screwed to the supporting body 7, which is not shown here.
  • Also not shown in Fig. 1 is a further variant of the connection, namely that the housing upper part 11 with the same screw 8, by means of which the supporting body 7 is fastened to the edge 3.1 of the cooling body 3, with the supporting body 7 and thus also with the cooling body 3 is connected.
  • the transmission control electronics 5 which includes a printed circuit board with electronic components 5.1, is connected here to the supporting body 7 by means of a thermally conductive material 2, 6 in a thermally conductive manner and also mechanically.
  • the transmission control electronics 5 could also be screwed to the supporting body 7 .
  • a thermally conductive material 2, 6 a Thermal paste can be used instead of a thermal adhesive.
  • the heat transport 10 from the transmission control electronics 5 to the support body 7 can be increased by using a high-performance thermally conductive material 6 .
  • the heat transport 10 from the transmission control electronics 5 with its electronic components 5.1 takes place here indirectly via the supporting body 7 to the edge 3.1 of the heat sink 3.
  • 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).
  • the control module could also be installed in the vehicle as a stand-alone version, separate from the transmission.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a control module.
  • the upper housing part 11 has latching tabs 13 here and the supporting body 7 has corresponding latching lugs 14 .
  • a latching tab 13 of the upper housing part 11 is in operative connection with a corresponding latching lug 14 of the support body 7 .
  • a locking lug 14 could also be arranged on the heat sink 3 or on the support body 7 and on the heat sink 3 with the same effect.
  • This type of connection of the housing upper part 11 to the supporting body 7 or heat sink 3 represents an alternative to a mechanical and at the same time thermally conductive connection, as was described above with regard to FIG.
  • a cooling connection 15 is arranged on the side of the heat sink 3 here.
  • a commercially available coolant such as oil or water can be used as the coolant.
  • Fig. 3 shows an external view of a control module housing with a
  • Heat sink 3 between the housing upper part 11 and the housing lower part 12 is arranged.
  • the latching tabs 13 of the upper housing part 11 are here in operative connection with the latching lugs 14 of the heat sink 3 .
  • the supporting body 7 is not shown here, or is covered by the upper part 11 of the housing.
  • 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 housing upper part 11, but could also be located on the side of the housing upper part 11.
  • Both cooling connections 15 of the heat sink 3 are shown in FIG. 3 .

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

A control module for a vehicle with at least one electric motor and a transmission, wherein the control module comprises a housing (11, 12), for receiving a transmission electronic control system (5) and an electronic inverter system (1) for controlling an electric motor, and comprises a cooling element (3), wherein the housing (11, 12) comprises a top housing part (11) and a bottom housing part (12), wherein the cooling element (3) is arranged between the top housing part (11) and the bottom housing part (12) in such a way that the cooling element (3) forms a part of the housing (3, 11, 12), wherein the cooling element (3) comprises an elevated peripheral edge (3.1), wherein a carrying element (7) which has high thermal conductivity is arranged thermally conductively on the edge (3.1) in such a way that the carrying element (7) and the cooling element (3) form a medium-tight first cavity (9) for receiving the electronic inverter system (1), wherein the electronic inverter system (1) is connected thermally conductively to the cooling element (3), wherein the top housing part (11) is arranged on that side of the carrying element (7) which is situated opposite the cooling element (3), in such a way that the carrying element (7) and the top housing part (11) form a medium-tight second cavity (18) for receiving the transmission electronic control system (5), wherein the transmission electronic control system (5) is connected thermally conductively to the carrying element (7), with the result that a heat transfer (10) takes place from the transmission electronic control system (5) via the carrying element (7) to the edge (3.1) of the cooling element (3).

Description

Beschreibung description
Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe Control module for a vehicle with at least one electric motor and a transmission
Die Erfindung betrifft ein Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a control module 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. 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-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 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-Fahrzeuge gelten als Brückentechnologie, bis Autos vollständig mit Strom angetrieben werden. 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 that is 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. The operation of the transmission is controlled by a transmission control unit.
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. 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.
Die Leistungselektronik umfasst in der Regel ein elektronisches Steuergerät, einen Inverter und einen DC/DC-Wandler. Das Steuergerät stellt die Schaltzentrale der Leistungselektronik dar. 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. 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. DC-AC converters or inverters convert the direct current from the battery into alternating current for driving the electric motor. The electric motor eventually converts into electric 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 102013222 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. DE 102013222 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, ein kompaktes Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe zu schaffen, wodurch die Anzahl der einzelnen Teile des Steuermoduls 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 module for a vehicle with at least one electric motor and a transmission, whereby the number of individual parts of the control module 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 ein Steuermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. This object is achieved according to the invention by a control module having the features of claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Steuermodul umfasst ein Gehäuse mit einem Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil, wobei ein Kühlkörper zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil derart angeordnet ist, dass der Kühlkörper einen Teil des Gehäuses bildet. The control module according to the invention comprises a housing with an upper housing part and a lower housing part, with a heat sink being 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 um laufenden Rand auf, wobei auf dem Rand ein Tragkörper, der eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, thermisch leitfähig derart angeordnet ist, dass der Tragkörper und der Kühlkörper einen mediendichten ersten Hohlraum zur Aufnahme der Umrichterelektronik bilden, wobei die Umrichterelektronik ebenfalls thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper verbunden ist. The heat sink has a raised peripheral edge, with a supporting body having high thermal conductivity being arranged thermally conductively on the edge in such a way that the supporting body and the heat sink form a media-tight first cavity for accommodating the converter electronics, the converter electronics also being thermally conductively connected to the heat sink.
Auf der dem Kühlkörper gegenüberliegenden Seite des Tragkörpers ist das Gehäuseoberteil derart angeordnet, dass der Tragkörper und das Gehäuseoberteil einen mediendichten zweiten Hohlraum zur Aufnahme der Getriebesteuerelektronik bilden. The upper part of the housing is arranged on the side of the supporting body opposite the heat sink in such a way that the supporting body and the upper part of the housing form a media-tight second cavity for accommodating the transmission control electronics.
Die Getriebesteuerelektronik wiederum ist thermisch leitfähig mit dem Tragkörper verbunden, sodass ein Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik über den Tragkörper an den Rand des Kühlkörpers, somit indirekt an den Kühlkörper, stattfindet. The transmission control electronics, in turn, is thermally conductively connected to the support body, so that heat is transported from the transmission control electronics via the support body to the edge of the heat sink, and thus indirectly to the heat sink.
Dadurch ist ein kompaktes Steuermodul für einen Inverter und ein Getriebe mit einer gemeinsamen, effizienten Kühlvorrichtung geschaffen, das sowohl als attached-to als auch als standalone Steuermodul in einem Fahrzeug einsetzbar ist. This creates a compact control module for an inverter and a transmission with a common, efficient cooling device, which can be used both as an attached-to and as a standalone control module in a vehicle.
In einer Ausführungsform ist die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Umrichterelektronik und dem Kühlkörper beziehungsweise die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Getriebesteuerelektronik und dem Tragkörper mittels eines Wärmeleitmaterials bewerkstelligt. 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 supporting body is made 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 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 with improved thermal conductivity can be used, for example.
Da der Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik über den Tragkörper an den Rand des Kühlkörpers indirekt stattfindet, bietet es sich an, in diesem Fall ein 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 der Tragkörper und der Kühlkörper mittels mindestens eines, beispielsweise kraftschlüssig wirkenden Verbindungsmittels mechanisch miteinander verbunden, wobei der Tragkörper, der eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, auf dem Rand des Kühlkörpers aufliegt. Das Verbindungsmittel kann insbesondere ein stiftartiges Verbindungsmittel sein, beispielweise ein Niet oder eine Schraube. Since the heat is transported indirectly from the transmission control electronics via the support body to the edge of the heat sink, it is advisable to use a high-performance heat-conducting paste 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 support body and the heat sink are mechanically connected to one another by means of at least one connecting means, for example a non-positive connection, with the support body, which has good thermal conductivity, resting on the edge of the heat sink. The connecting means can in particular be a pin-like connecting means, for example a rivet or a screw.
In einer weiteren Ausführungsform sind das Gehäuseoberteil, der Tragkörper 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. In a further embodiment, the upper part of the housing, the supporting body 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.
In einerweiteren Ausführungsform weist das Gehäuseoberteil Rastlaschen und der Tragkörper und/ oder der Kühlkörper Rastnasen auf, wobei zur Ausbildung des Gehäuses eine Rastlasche des Gehäuseoberteils mit einer entsprechenden Rastnase des Tragkörpers und/ oder des Kühlkörpers in Wirkverbindung steht. In a further embodiment, the upper housing part has locking lugs and the supporting body and/or the cooling body has locking lugs, with a locking lug of the housing upper part being in operative connection with a corresponding locking lug of the supporting body and/or the cooling body to form the housing.
In einerweiteren Ausführungsform, je nach Herstellungsverfahren des Kühlkörpers, sind die Kühlkanäle des Kühlkörpers auf der der Umrichterelektronik gegenüberliegenden Seite mit einer separaten Abdeckung abgedichtet. In a further embodiment, depending on the manufacturing process of the heat sink, the cooling channels of the heat sink are sealed with a separate cover on the side opposite the converter electronics.
In den Zeichnungen zeigen: In the drawings show:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Steuermoduls, 1 shows a schematic sectional view of a control module,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Steuermoduls, 2 is a perspective view of a control module,
Fig. 3 ein Steuermodulgehäuse in 3D-Darstellung. 3 shows a control module housing in a 3D representation.
Fig. 1 zeigt ein Steuermodul 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 Getriebesteuerung 5 zur Steuerung des Getriebes und einer Umrichterelektronik 1 zur Steuerung eines Elektromotors auf. Zusätzlich weist das Steuermodul einen Kühlkörper 3 auf, um die von der Elektronik erzeugte Wärme über eine Kühlflüssigkeit abzutransportieren. 1 shows a control module 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 has a housing 11, 12 for accommodating a transmission controller 5 for controlling the transmission and converter electronics 1 for controlling an electric motor. In addition, the control module has a Heatsink 3 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. The housing 11, 12 comprises a housing upper part 11 and a housing lower part 12.
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 such 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 dem Rand 3.1 ein Tragkörper 7 mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit angelegt ist. The heat sink 3 has a raised, encircling, planar edge 3.1, with a support body 7 having a high thermal conductivity being applied to the edge 3.1.
Der Tragkörper 7 und der Kühlkörper 3 sind mittels eines Verbindungsmittels 8 mechanisch miteinander verbunden, wobei das Verbindungsmittel 8 durch eine entsprechende Bohrung in dem Tragkörper 7 in einer entsprechenden Aufnahme 3.3 des Kühlkörpers 3 aufgenommen ist. In Fig. 1 ist hier eine Schraube 8 in ein entsprechendes Gewinde 3.3 im Kühlkörper 3 gedreht. The supporting body 7 and the cooling body 3 are mechanically connected to one another by means of a connecting means 8, the connecting means 8 being accommodated in a corresponding receptacle 3.3 of the cooling body 3 through a corresponding bore in the supporting body 7. In Fig. 1 a screw 8 is turned into a corresponding thread 3.3 in the heat sink 3 here.
Der Tragkörper 7 und der Kühlkörper 3 bilden einen mediendichten ersten Hohlraum 9 zur Aufnahme der Umrichterelektronik 1. Die Umrichterelektronik 1 umfasst eine Leiterplatte und elektronische Bauelemente 1.1. Die elektronischen Bauelemente 1.1 sind sowohl auf der dem Tragkörper 7 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, in der Nähe eines Kühlflüssigkeitskanals 4 des Kühlkörpers, angeordnet sind. Dadurch, dass die Leiterplatte der Umrichterelektronik 1 beiseitig bestückt ist, weist der Kühlkörper 3 in Richtung seines Randes 3.1 um laufend 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 kann eine extra mechanische Verbindung zwischen der Umrichterelektronik 1 zum Kühlkörper s entfallen. Die Kühlflüssigkeitskanäle 4 des Kühlkörpers 3 sind hier in Fig. 1 auf der der Umrichterelektronik 1 gegenüberliegenden Seite mit einer separaten Abdeckung 16 aus thermisch leitfähigem Material abgedichtet. In Fig. 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 der Abdeckplatte 16 und damit mit dem Kühlkörper 3 direkt verbunden sind. The supporting body 7 and the heat sink 3 form a media-tight first cavity 9 for accommodating the converter electronics 1. The converter electronics 1 comprises a printed circuit board and electronic components 1.1. The electronic components 1.1 are mounted both on the upper side of the printed circuit board of the converter electronics 1 facing the supporting body 7 and on its underside, with the electronic components 1.1 here on the lower side in the middle area of the printed circuit board, in the vicinity of a cooling liquid channel 4 of the heat sink, are arranged. Because the printed circuit board of the converter electronics 1 is equipped on both sides, the heat sink 3 has a continuous step 3.2 in the direction of 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 step 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, an extra mechanical connection between the converter electronics 1 and the heat sink s can be omitted. The coolant channels 4 of the heat sink 3 are sealed here in FIG. 1 on the side opposite the converter electronics 1 with a separate cover 16 made of thermally conductive material. In Fig. 1, the height of the step 3.2 is adapted to the height of the electronic components 1.1 arranged on the underside of the converter electronics 1, so that here the components 1.1 are thermally conductively connected to the cover plate 16 and thus to the heat sink 3 by means of the thermally conductive material 2, 6 are.
Bei diesen an der Unterseite der Umrichterlektronik 1 angeordneten elektronischen Bauelementen 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 an der Leiterplatte 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 on the printed circuit board. 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 .
Auf der dem Kühlkörper 3 gegenüberliegenden Seite des Tragkörpers 7 ist das Gehäuseoberteil 11 derart angeordnet, dass der Tragkörper 7 und das Gehäuseoberteil 11 einen mediendichten zweiten Hohlraum 18 zur Aufnahme der Getriebesteuerelektronik 5 bilden. Das Gehäuseoberteil 11 kann beispielsweise mit dem Tragkörper 7 verklebt oder verschweißt sein. Alternativ kann das Gehäuseoberteil 11 mit dem Tragkörper 7 auch verschraubt sein, was hier nicht dargestellt ist. Ebenfalls nicht dargestellt in Fig. 1 ist eine weitere Variante der Anbindung, nämlich, dass das Gehäuseoberteil 11 mit derselben Schraube 8, mittels der der Tragkörper 7 an dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 befestigt ist, mit dem Tragkörper 7 und damit auch mit dem Kühlkörper 3 verbunden ist. The upper housing part 11 is arranged on the side of the supporting body 7 opposite the heat sink 3 in such a way that the supporting body 7 and the upper housing part 11 form a media-tight second cavity 18 for accommodating the transmission control electronics 5 . The upper housing part 11 can be glued or welded to the supporting body 7, for example. Alternatively, the upper housing part 11 can also be screwed to the supporting body 7, which is not shown here. Also not shown in Fig. 1 is a further variant of the connection, namely that the housing upper part 11 with the same screw 8, by means of which the supporting body 7 is fastened to the edge 3.1 of the cooling body 3, with the supporting body 7 and thus also with the cooling body 3 is connected.
Die Getriebesteuerelektronik 5, die eine Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen 5.1 umfasst, ist hier mit dem Tragkörper 7 mittels eines Wärmeleitmaterials 2, 6 sowohl thermisch leitfähig und als auch mechanisch verbunden. Die Getriebesteuerelektronik 5 könnte alternativ auch mit dem Tragkörper 7 verschraubt sein. Wobei dann als Wärmeleitmaterial 2, 6 eine Wärmeleitpaste anstelle eines Wärmeleitklebers verwendet werden kann. Der Wärmetransport 10 von der Getriebesteuerelektronik 5 an den Tragkörper 7 kann durch die Verwendung eines Hochleistungs-Wärmeleitmaterials 6 noch vergrößert werden. The transmission control electronics 5, which includes a printed circuit board with electronic components 5.1, is connected here to the supporting body 7 by means of a thermally conductive material 2, 6 in a thermally conductive manner and also mechanically. Alternatively, the transmission control electronics 5 could also be screwed to the supporting body 7 . In which case then as a thermally conductive material 2, 6 a Thermal paste can be used instead of a thermal adhesive. The heat transport 10 from the transmission control electronics 5 to the support body 7 can be increased by using a high-performance thermally conductive material 6 .
Der Wärmetransport 10 von der Getriebesteuerelektronik 5 mit seinen elektronischen Bauelementen 5.1 findet hier indirekt über den Tragkörper 7 an den Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 statt. The heat transport 10 from the transmission control electronics 5 with its electronic components 5.1 takes place here indirectly via the supporting body 7 to the edge 3.1 of the heat sink 3.
Das Gehäuseunterteil 12 ist an der dem Gehäuseoberteil 11 gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers 3 kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Schraube, oder stoffschlüssig 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.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Steuermoduls. Das Gehäuseoberteil 11 weist hier Rastlaschen 13 und der Tragkörper 7 weist entsprechende Rastnasen 14 auf. Eine Rastlasche 13 des Gehäuseoberteils 11 steht mit einer entsprechenden Rastnase 14 des Tragkörpers 7 in Wirkverbindung. Eine Rastnase 14 könnte gleichwirkend auch am Kühlkörper 3 oder am Tragkörper 7 und am Kühlkörper 3 angeordnet sein. Diese Art der Verbindung des Gehäuseoberteils 11 mit dem Tragkörper 7 beziehungsweise Kühlkörper 3 stellt eine Alternative zu einer mechanischen und gleichzeitig thermisch leitfähigen Verbindung dar, wie sie oben bezüglich Fig. 1 beschrieben wurde. 2 shows a perspective view of a control module. The upper housing part 11 has latching tabs 13 here and the supporting body 7 has corresponding latching lugs 14 . A latching tab 13 of the upper housing part 11 is in operative connection with a corresponding latching lug 14 of the support body 7 . A locking lug 14 could also be arranged on the heat sink 3 or on the support body 7 and on the heat sink 3 with the same effect. This type of connection of the housing upper part 11 to the supporting body 7 or heat sink 3 represents an alternative to a mechanical and at the same time thermally conductive connection, as was described above with regard to FIG.
Ein Kühlanschluss 15 ist hier seitlich am Kühlkörper 3 angeordnet. Als Kühlmittel kann beispielsweise ein handelsübliches Kühlmittel wie Öl oder Wasser verwendet werden. A cooling connection 15 is arranged on the side of the heat sink 3 here. For example, a commercially available coolant such as oil or water can be used as the coolant.
Fig. 3 zeigt eine Außenansicht eines Steuermodulgehäuses mit einemFig. 3 shows an external view of a control module housing with a
Gehäuseoberteil 11 , einem Kühlkörpers und einem Gehäuseunterteil 12, wobei derUpper housing part 11, a heat sink and a lower housing part 12, wherein the
Kühlkörper 3 zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Gehäuseunterteil 12 angeordnet ist. Die Rastlaschen 13 des Gehäuseoberteils 11 stehen hier mit den Rastnasen 14 des Kühlkörpers 3 in Wirkverbindung. Der Tragkörper 7 ist hier nicht dargestellt, beziehungsweise vom Gehäuseoberteil 11 überdeckt. Die Anschlüsse 17 insbesondere zum Austausch von Signalen und Versorgungsspannugen mit der nicht gezeigten Umgebungselektronik für die Umrichterelektronik 1 und die Getriebesteuerelektronik 5 sind auf der Oberseite des Gehäuseoberteils 11 angeordnet, könnten sich aber auch seitlich am Gehäuseoberteil 11 befinden. Heat sink 3 between the housing upper part 11 and the housing lower part 12 is arranged. The latching tabs 13 of the upper housing part 11 are here in operative connection with the latching lugs 14 of the heat sink 3 . The supporting body 7 is not shown here, or is covered by the upper part 11 of the housing. 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 housing upper part 11, but could also be located on the side of the housing upper part 11.
In Fig. 3 sind beide Kühlanschlüsse 15 des Kühlkörpers 3 gezeigt. Both cooling connections 15 of the heat sink 3 are shown in FIG. 3 .
Bezugszeichenliste Reference List
1 Umrichterelektronik 1 converter electronics
1.1 elektronisches Bauelement der Umrichterelektronik1.1 electronic component of the converter electronics
2 Standardmäßiges Wärmeleitmaterial 2 Standard thermal interface material
3 Kühlkörper 3 heatsinks
3.1 Rand 3.1 Margin
3.2 Stufe 3.2 level
3.3 Aufnahme für Verbindungsmittel 3.3 Receptacle for lanyards
4 Kühlflüssigkeitskanal 4 coolant channel
5 Getriebesteuerelektronik 5 transmission control electronics
5.1 elektronisches Bauelement der Getriebesteuerelektronik5.1 electronic component of the transmission control electronics
6 Hochleistungs- Wärmeleitmaterial 6 high performance thermal interface material
7 Thermisch leitfähiger Tragkörper 7 Thermally conductive supporting body
8 Verbindungsmittel 8 lanyards
9 Erster Hohlraum 9 First cavity
10 Wärmetransport 10 heat transport
11 Deckel, Gehäuseoberteil 11 Cover, upper part of housing
12 Gehäuseunterteil 12 lower housing part
13 Rastlasche 13 locking tab
14 Rastnase 14 detent
15 Kühlanschluss 15 cooling connection
16 Abdeckung Kühlkörper 16 Heat sink cover
17 Anschluss 17 connection
18 Zweiter Hohlraum 18 Second Cavity

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe , wobei das Steuermodul 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 ) 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 ) ein Tragkörper (7), der eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, thermisch leitfähig derart angeordnet ist, dass der Tragkörper (7) und der Kühlkörper (3) einen mediendichten ersten Hohlraum (9) zur Aufnahme der Umrichterelektronik (1 ) bilden, wobei die Umrichterelektronik (1 ) thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper (3) verbunden ist, dass auf der dem Kühlkörper (3) gegenüberliegenden Seite des Tragkörpers (7) das Gehäuseoberteil (11 ) derart angeordnet ist, dass der Tragkörper (7) und das Gehäuseoberteil (11 ) einen mediendichten zweiten Hohlraum (18) zur Aufnahme der Getriebesteuerelektronik (5) bilden, wobei die Getriebesteuerelektronik (5) thermisch leitfähig mit dem Tragkörper (7) verbunden ist, sodass ein Wärmetransport (10) von der Getriebesteuerelektronik (5) über den Tragkörper (7) an den Rand (3.1 ) des Kühlkörpers (3) stattfindet. 1 . Control module for a vehicle with at least one electric motor and a transmission, the control module 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 upper part (11) and a housing lower part (12), wherein the heat sink (3) is arranged between the housing upper part (11) and the housing lower part (12) in such a way that the heat sink (3) a part of the housing (3, 11, 12) forms that the heat sink (3) has a raised peripheral edge (3.1), wherein on the edge (3.1) a support body (7) having a high thermal conductivity, thermally conductive is arranged such that the supporting body (7) and the heat sink (3) form a media-tight first cavity (9) for receiving the converter electronics (1), the converter electronics (1) being thermally conductive with the heat sink (3) in that the housing upper part (11) is arranged on the side of the supporting body (7) opposite the heat sink (3) in such a way that the supporting body (7) and the housing upper part (11) have a media-tight second cavity (18) for Form a receptacle for the transmission control electronics (5), with the transmission control electronics (5) being thermally conductively connected to the supporting body (7), so that heat is transported (10) from the transmission control electronics (5) via the supporting body (7) to the edge (3.1) of the Heat sink (3) takes place.
2. Steuermodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Umrichterelektronik (1 ) und dem Kühlkörper (3) beziehungsweise die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Getriebesteuerelektronik (5) und dem Tragkörper (7) mittels eines Wärmeleitmaterials (2, 6) bewerkstelligt ist. Steuermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmaterial (2, 6) eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitkleber ist. Steuermodul nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (7) und der Kühlkörper (3) mittels mindestens eines Verbindungsmittels (8) thermisch leitend und mechanisch miteinander verbunden sind. Steuermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungsmittels (8) eine Schraube oder ein Niet ist. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (11 ), der Tragkörper (7) und der Kühlkörper (3) mittels mindestens eines Verbindungsmittels (8) miteinander verbunden sind. Steuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (11 ) Rastlaschen (13) und der Tragkörper (7) und/ oder der Kühlkörper (3) Rastnasen (14) aufweist, wobei zur Ausbildung des Gehäuses (3, 7, 11 , 12) eine Rastlasche (13) des Gehäuseoberteils (11 ) mit einer entsprechenden Rastnase (14) des Tragkörpers (7) und/ oder des Kühlkörpers (3) in Wirkverbindung steht. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle des Kühlkörpers (3) auf der der Umrichterelektronik (1 ) gegenüberliegenden Seite mit einer separaten Abdeckung (16) abgedichtet ist. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit Wasser oder Öl ist. 2. Control module according to claim 1, 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 supporting body (7) by means of a thermally conductive material (2, 6) is accomplished. Control module according to Claim 2, characterized in that the thermally conductive material (2, 6) is a thermally conductive paste or a thermally conductive adhesive. Control module according to Claims 1 to 3, characterized in that the supporting body (7) and the cooling body (3) are connected to one another in a thermally conductive and mechanical manner by means of at least one connecting means (8). Control module according to Claim 4, characterized in that the at least one connecting means (8) is a screw or a rivet. Control module according to one of the preceding claims, characterized in that the upper housing part (11), the supporting body (7) and the heat sink (3) are connected to one another by means of at least one connecting means (8). Control module according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the housing upper part (11) has locking tabs (13) and the supporting body (7) and/or the heat sink (3) has locking lugs (14), with the formation of the housing (3, 7, 11, 12) a latching tab (13) of the upper housing part (11) is in operative connection with a corresponding latching lug (14) of the supporting body (7) and/or the heat sink (3). Control module according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channels of the heat sink (3) on the converter electronics (1) opposite side with a separate cover (16) is sealed. Control module according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling liquid is water or oil.
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