WO2022171677A1 - Steuermodul für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe - Google Patents

Steuermodul für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe Download PDF

Info

Publication number
WO2022171677A1
WO2022171677A1 PCT/EP2022/053138 EP2022053138W WO2022171677A1 WO 2022171677 A1 WO2022171677 A1 WO 2022171677A1 EP 2022053138 W EP2022053138 W EP 2022053138W WO 2022171677 A1 WO2022171677 A1 WO 2022171677A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat sink
electronics
housing
control module
thermally conductive
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/053138
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Wenk
Peter SCHROLL
Karl Maron
Jürgen SAUERBIER
Yvonne Wiegand
Original Assignee
Vitesco Technologies Germany Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies Germany Gmbh filed Critical Vitesco Technologies Germany Gmbh
Priority to CN202280014448.1A priority Critical patent/CN116830815A/zh
Publication of WO2022171677A1 publication Critical patent/WO2022171677A1/de
Priority to US18/366,841 priority patent/US20230389197A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/0026—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units
    • H05K5/0043—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units comprising a frame housing mating with two lids wherein the PCB is flat mounted on the frame housing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/0026—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units
    • H05K5/0047—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units having a two-part housing enclosing a PCB
    • H05K5/0056—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units having a two-part housing enclosing a PCB characterized by features for protecting electronic components against vibration and moisture, e.g. potting, holders for relatively large capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/0026—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units
    • H05K5/0082—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units specially adapted for transmission control units, e.g. gearbox controllers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20854—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20872—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • 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

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 engines around.
  • the electric motor converts electrical energy into 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 102013222599 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.
  • a housing comprises 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 lower part of the housing and the heat sink form a media-tight cavity for accommodating the converter electronics, with the converter electronics being thermally conductively connected to the heat sink.
  • the transmission control electronics are arranged in a thermally conductive manner on a base plate, the base plate advantageously being made of metal, for example aluminum.
  • the transmission control electronics are surrounded by a plastic cover to protect them from harmful environmental influences.
  • the transmission control electronics with the plastic casing and the base plate together form the upper part of the housing, with the upper part of the housing being thermally conductively connected to the heat sink in such a way that heat generated by electronic components of the transmission control electronics is transported away via the base plate to the heat sink.
  • the electronic converter comprises a printed circuit board with electronic components as the circuit carrier, it being possible for the printed circuit board of the electronic converter to be equipped with electronic components on both sides, as a result of which the compactness of the arrangement is further increased.
  • the electronic components of the converter electronics which are arranged on the side of the printed circuit board that faces the upper part of the housing, are advantageously directly connected to the heat sink in a thermally conductive manner. As a result, these electronic components can be cooled even more effectively.
  • thermally conductive connection between the converter electronics and the heat sink, or the thermally conductive connection between the transmission control electronics and the base plate, or the thermally conductive connection between the electronic components of the converter electronics, which are arranged on the side of the printed circuit board that faces the upper part of the housing is facing, and the heat sink accomplished by means of a thermally conductive material.
  • the thermally conductive material is usually a thermally conductive paste or a thermally conductive adhesive.
  • standard, silicone-based thermal paste or high-performance thermal paste with improved thermal conductivity or thermal adhesive can be used, for example.
  • the cooling ducts of the heat sink on the side opposite the converter electronics are sealed with the base plate of the upper part of the housing, in particular in a media-tight manner.
  • the production costs of the heat sink can be significantly reduced by this embodiment.
  • the upper housing part consisting of the transmission control electronics, plastic casing and base plate is thermally conductively and mechanically connected to the heat sink by means of at least one connecting means, with the connecting means in each case engaging with a corresponding receptacle on the heat sink, with at least one of the connecting means being a screw or a can be rivet.
  • the plastic covering of the upper part of the housing is made of duroplast or thermoplastic. This protects the electronic components of the transmission control electronics against external environmental influences. In addition, a separate cover for covering the transmission control electronics is saved.
  • the plastic covering can additionally be provided with at least one inorganic filler.
  • inorganic filler In the drawings show:
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a control module
  • FIG. 2 shows a view of a further control module
  • the control module for a vehicle that has at least one electric motor and a transmission, for example for an electric car or a fly-brid 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.
  • the control module has a heat sink 3 in order to transport away the heat generated by the electronics of the control module via a coolant.
  • 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, and thus also between the transmission control electronics 5 and the converter electronics 1, that the heat sink 3 forms part of the housing 3, 11, 12.
  • the lower housing part 12 and the heat sink 3 form a media-tight cavity 9 for accommodating the converter electronics 1 , the lower housing part 12 and the heat sink 3 being thermally conductively and mechanically connected to one another by means of a connecting means 8 .
  • a seal 13 is arranged between the lower housing part 12 and the heat sink 3, wherein the seal 13 can be designed, for example, as a separate insert seal or as an adhesive seal.
  • the converter electronics 1 comprises a printed circuit board 18 and electronic components 1.1 arranged thereon.
  • the electronic components 1.1 are mounted here both on the underside of the printed circuit board 18 of the converter electronics 1 facing the upper housing part 11 and on the top thereof, with the electronic components 1.1 here on the underside in the central region of the printed circuit board 18, in the vicinity of a coolant channel 4 of the heat sink 3, are arranged.
  • the heat sink 3 has a step 3.2 on the edge, each in the direction of a connecting means 8, 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.
  • an extra mechanical connection between the converter electronics 1 and the heat sink 3 can be omitted.
  • 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 directly thermally conductively connected to heat sink 3 by means of heat-conducting material 2.
  • the upper housing part 11 consisting of transmission control electronics 5 with plastic casing 16 and base plate 7 is thermally conductively and mechanically, in particular non-positively, connected to the heat sink 3 by means of connecting means 8, with the connecting means 8 in each case engaging with a corresponding receptacle 3.1 of the heat sink 3.
  • a screw 8 is turned into a corresponding thread in the heat sink 3 3.1.
  • a rivet could also be used instead of a screw, for example.
  • the cooling channels 4 of the heat sink 3 are on the side opposite the converter electronics 1 with the base plate 7 of the housing upper part 11 sealed.
  • the manufacturing costs of the heat sink 3 can be significantly reduced.
  • the heat sink 3 it would also be conceivable for the heat sink 3 to be self-contained, that is to say made from one piece.
  • a circumferential seal 7 is arranged between the base plate 7 of the upper housing part 11 and the heat sink 3 in FIG. 1 in order to increase the sealing effect.
  • This seal 7 can be designed, for example, as an insert seal or an adhesive seal.
  • the transmission control electronics 5 has a printed circuit board 6 with electronic components 5.1 arranged thereon.
  • the printed circuit board 6 is arranged on the base plate 7 in a thermally conductive manner.
  • the connecting element 8 is guided through a corresponding bore in the base plate 7 .
  • the plastic casing 16 of the transmission control electronics 5 which is made in particular from duroplast or thermoplastic, essentially encases the area of the printed circuit board 6 in which the electronic components 5.1 are arranged.
  • the plastic casing 16 of the transmission control electronics 5 could also reach beyond the edge of the printed circuit board 6 to the edge of the base plate 7 , in which case the connecting means 8 would be guided through a corresponding hole in the plastic casing 16 and the base plate 7 .
  • the electronic components 5.1 are arranged here in FIG. 1 on the side of the transmission control electronics circuit board 5 facing away from the converter electronics 1.
  • the lower housing part 12 is thermally conductively attached to the side of the heat sink 3 opposite the upper housing part 11 and, for example, non-positively and can in particular form 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 an external view of a control module housing with a housing upper part 11 with a plastic casing 16 and a base plate 7, a heat sink 3 and a housing lower part 12, the heat sink 3 being arranged between the housing upper part 11 and the housing lower part 12.
  • the upper housing part 11, consisting of transmission control electronics 5 with plastic casing 16 and base plate 7, and the heat sink 3 are connected to one another by means of the connecting means 8, with a connecting means 8 each passing through a bore in the base plate 7, which in this case protrudes beyond the printed circuit board of the transmission control electronics 5 , is led.
  • the heat transport 10 thus takes place from the transmission control electronics 5 via the base plate 7 to the heat sink 3 .
  • the electrical connections 17 of the transmission control electronics 5, in particular for exchanging signals and supply voltages with surrounding electronics are located here on the upper side of the upper housing part 11, but could also be placed on the upper part of the housing 11, for example.
  • the electrical connection 14 for the converter electronics 1 is arranged on the lower housing part 12 here.
  • the heat sink 3 has a cooling connection 15 on each of its longitudinal sides.
  • 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. reference list

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

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, wobei 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 (11, 3, 12) bildet, dass das Gehäuseunterteil (12) und der Kühlkörper (3) einen mediendichten Hohlraum (9) zur Aufnahme der Umrichterelektronik (1) bilden, wobei die Umrichterelektronik (1) thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper (3) verbunden ist, und dass die Getriebesteuerelektronik (5) thermisch leitfähig auf einer Grundplatte (7) angeordnet ist und von einer Kunststoffumhüllung (16) umgeben ist, und dass die Getriebesteuerelektronik (5) mit der Kunststoffumhüllung (16) und die Grundplatte (7) das Gehäuseoberteil (11) bilden, wobei das Gehäuseoberteil (11) derart thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper (3) verbunden ist, dass ein Wärmetransport (10) von der Getriebesteuerelektronik (5) über die Grundplatte (7) zum Kühlkörper (3) stattfindet.

Description

Beschreibung
Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe
Die Erfindung betrifft ein Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 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.
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.
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. 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.
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 Bauelemente um.
Die DE 102013222599 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.
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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Steuermodul umfasst ein Gehäuse ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil, wobei ein Kühlkörper zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil derart angeordnet ist, dass der Kühlkörper einen Teil des Gehäuses bildet.
Das Gehäuseunterteil und der Kühlkörper bilden einen mediendichten Flohlraum zur Aufnahme der Umrichterelektronik, wobei die Umrichterelektronik thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper verbunden ist. Die Getriebesteuerelektronik ist thermisch leitfähig auf einer Grundplatte angeordnet, wobei die Grundplatte vorteilhafterweise aus Metall, zum Beispiel Aluminium ist.
Die Getriebesteuerelektronik ist zum Schutz vor schädlichen Umgebungseinflüssen von einer Kunststoffumhüllung umgeben. Die Getriebesteuerelektronik mit der Kunststoffumhüllung und die Grundplatte bilden zusammen das Gehäuseoberteil, wobei das Gehäuseoberteil derart thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper verbunden ist, dass Wärme, die von elektronischen Bauelementen der Getriebesteuerelektronik erzeugt wird, über die Grundplatte zum Kühlkörper abtransportiert wird.
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.
In einer Ausführungsform umfasst die Umrichterelektronik eine Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen als Schaltungsträger, wobei die Leiterplatte der Umrichterelektronik beidseitig mit elektronischen Bauelementen bestückt sein kann, wodurch die Kompaktheit der Anordnung noch gesteigert wird.
In einer weiteren Ausführungsform sind die elektronischen Bauelemente der Umrichterelektronik, die auf der Seite der Leiterplatte angeordnet sind, die dem Gehäuseoberteil zugewandt ist, thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper vorteilhafterweise direkt verbunden. Dadurch können diese elektronischen Bauelemente noch effektiver gekühlt werden.
Insbesondere ist wenigstens die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Umrichterelektronik und dem Kühlkörper, beziehungsweise die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Getriebesteuerelektronik und der Grundplatte, beziehungsweise die thermisch leitfähige Verbindung zwischen den elektronischen Bauelementen der Umrichterelektronik, die auf der Seite der Leiterplatte angeordnet sind, die dem Gehäuseoberteil zugewandt ist, und dem Kühlkörper, mittels eines Wärmeleitmaterials bewerkstelligt. Dabei ist das Wärmeleitmaterial in der Regel eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitkleber.
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 oder Wärmeleitkleber zur Anwendung kommen.
In einer Ausführungsform sind die Kühlkanäle des Kühlkörpers auf der der Umrichterelektronik gegenüberliegenden Seite mit der Grundplatte des Gehäuseoberteils insbesondere mediendicht abgedichtet. Durch diese Ausführungsform können die Herstellungskosten des Kühlkörpers erheblich reduziert werden.
In einerweiteren Ausführungsform sind das Gehäuseoberteil aus Getriebe steuerelektronik, Kunststoffumhüllung und Grundplatte, mit dem Kühlkörper mittels mindestens eines Verbindungsmittels thermisch leitend und mechanisch verbunden, wobei das Verbindungsmittel jeweils mit einer entsprechenden Aufnahme des Kühlkörpers in Eingriff ist, wobei mindestens eines der Verbindungsmittel eine Schraube oder ein Niet sein kann. Dieser modulare Aufbau ist einfach, sicher und bietet einen effizienten Wärmeabtransport von der Elektronik weg.
In einer Ausführungsform ist die Kunststoffumhüllung des Gehäuseoberteils aus Duroplast oder aus Thermoplast. Dadurch werden die elektronischen Bauelemente der Getriebesteuerelektronik sicher gegen äußere Umgebungseinflüsse geschützt. Darüber hinaus wird ein separater Deckel zur Abdeckung der Getriebesteuerelektronik eingespart.
Zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit kann die Kunststoffumhüllung zusätzlich mit wenigstens einem anorganischen Füllstoff versehen sein. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Steuermoduls, Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines weiteren Steuermoduls
Fig. 1 zeigt ein Steuermodul für ein Fahrzeug, das mindestens einen Elektromotor und ein Getriebe aufweist, beispielsweise für ein Elektroauto oder ein Flybrid-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 des Steuermoduls erzeugte Wärme über eine Kühlflüssigkeit abzutransportieren.
Das Gehäuse 11 , 12 umfasst ein Gehäuseoberteil 11 und ein Gehäuseunterteil 12.
Der Kühlkörper 3 ist so zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Gehäuseunterteil 12, und damit auch zwischen Getriebesteuerelektronik 5 und Umrichterelektronik 1 angeordnet, dass der Kühlkörper 3 ein Teil des Gehäuses 3, 11 , 12 bildet.
Das Gehäuseunterteil 12 und der Kühlkörper 3 bilden einen mediendichten Hohlraum 9 zur Aufnahme der Umrichterelektronik 1 , wobei das Gehäuseunterteil 12 und der Kühlkörper 3 mittels eines Verbindungsmittels 8 thermisch leitend und mechanisch miteinander verbunden sind. Zur Erhöhung der Dichtheit ist zwischen dem Gehäuseunterteil 12 und dem Kühlkörper 3 eine Dichtung 13 angeordnet, wobei die Dichtung 13 beispielsweise als separate Einlegedichtung oder als Klebedichtung ausgeführt sein kann.
Die Umrichterelektronik 1 umfasst eine Leiterplatte 18 und darauf angeordnete elektronische Bauelemente 1.1. Die elektronischen Bauelemente 1.1 sind hier sowohl auf der dem Gehäuseoberteil 11 zugewandten Unterseite der Leiterplatte 18 der Umrichterelektronik 1 als auch auf deren Oberseite angebracht, wobei hier an der Unterseite die elektronischen Bauelemente 1 .1 im Mittenbereich der Leiterplatte 18, in der Nähe eines Kühlflüssigkeitskanals 4 des Kühlkörpers 3, angeordnet sind. Dadurch, dass die Leiterplatte 18 der Umrichterelektronik 1 beidseitig bestückt ist, weist der Kühlkörper 3 randseitig, jeweils in Richtung eines Verbindungsmittels 8 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 kann eine extra mechanische Verbindung zwischen der Umrichterelektronik 1 zum Kühlkörper 3 entfallen.
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 thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper 3 direkt verbunden sind.
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 18 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 zwar teureres , aber besseres Hochleistung-Wärmeleitmaterial Anwendung finden.
Das Gehäuseoberteil 11 aus Getriebesteuerelektronik 5 mit Kunststoffumhüllung 16 und Grundplatte 7 ist mit dem Kühlkörper 3 mittels Verbindungsmittel 8 thermisch leitend und mechanisch, insbesondere kraftschlüssig, miteinander verbunden, wobei das Verbindungsmittel 8 jeweils mit einer entsprechenden Aufnahme 3.1 des Kühlkörpers 3 in Eingriff ist. In Fig. 1 ist hier eine Schraube 8 in ein entsprechendes Gewinde 3.1 im Kühlkörper 3 gedreht. An Stelle einer Schraube könnte beispielsweise auch ein Niet verwendet werden.
In Fig. 1 sind die Kühlkanäle 4 des Kühlkörpers 3 auf der der Umrichterelektronik 1 gegenüberliegenden Seite mit der Grundplatte 7 des Gehäuseoberteils 11 abgedichtet. Dadurch können die Herstellungskosten des Kühlkörpers 3 erheblich reduziert werden. Es wäre aber auch denkbar, dass der Kühlkörper 3 in sich geschlossen, also aus einem Stück gefertigt ist.
Zwischen der Grundplatte 7 des Gehäuseoberteils 11 und dem Kühlkörper 3 ist hier in Fig. 1 zur Erhöhung der Dichtwirkung eine umlaufende Dichtung 7 angeordnet. Diese Dichtung 7 kann beispielsweise als Einlegedichtung oder auch Klebedichtung ausgeführt sein.
Die Getriebesteuerelektronik 5 weist eine Leiterplatte 6 mit darauf angeordneten elektronischen Bauelementen 5.1 auf. Die Leiterplatte 6 ist thermisch leitfähig auf der Grundplatte 7 angeordnet. Das Verbindungselement 8 ist durch eine entsprechende Bohrung in der Grundplatte 7 geführt. Die insbesondere aus Duroplast oder Thermoplast hergestellte Kunststoffumhüllung 16 der Getriebesteuerelektronik 5 umhüllt in Fig. 1 im Wesentlichen den Bereich der Leiterplatte 6, in dem die elektronischen Bauelemente 5.1 angeordnet sind. Die Kunststoffumhüllung 16 der Getriebesteuerelektronik 5 könnte aber auch über den Rand der Leiterplatte 6 hinaus bis an den Rand der Grundplatte 7 reichen, wobei dann das Verbindungsmittel 8 durch eine entsprechende Bohrung in der Kunststoffumhüllung 16 und der Grundplatte 7 geführt wäre.
Die elektronischen Bauelemente 5.1 sind hier in Fig. 1 auf der der Umrichterelektronik 1 abgewandten Seite der Leiterplatte Getriebesteuerelektronik 5 angeordnet.
Das Gehäuseunterteil 12 ist an der dem Gehäuseoberteil 11 gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers 3 thermisch leitend und beispielsweise kraftschlüssig befestigt und kann insbesondere die Schnittstelle des Steuermoduls, hier als attached-to Ausführung, an ein nicht gezeigtes Getriebe bilden. Das Steuermodul könnte aber auch als stand-alone Ausführung, separiert vom Getriebe, im Fahrzeug verbaut sein. Fig. 2 zeigt eine Außenansicht eines Steuermodulgehäuses mit einem Gehäuseoberteil 11 mit Kunststoffumhüllung 16 und einer Grundplatte 7, einem Kühlkörper 3 und einem Gehäuseunterteil 12, wobei der Kühlkörper 3 zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Gehäuseunterteil 12 angeordnet ist.
Das Gehäuseoberteil 11 , aus Getriebesteuerelektronik 5 mit Kunststoffumhüllung 16 und Grundplatte 7, und der Kühlkörper 3 sind mittels der Verbindungsmittel 8 miteinander verbunden, wobei ein Verbindungsmittel 8 jeweils durch eine Bohrung in der Grundplatte 7 , die in diesem Fall über die Leiterplatte der Getriebesteuerelektronik 5 hinausragt, geführt ist.
Der Wärmetransport 10 findet so von der Getriebesteuerelektronik 5 über die Grundplatte 7 zum Kühlkörper 3 statt.
Die elektrischen Anschlüsse 17 der Getriebesteuerelektronik 5, insbesondere zum Austausch von Signalen und Versorgungsspannungen mit einer nicht gezeigten Umgebungselektronik, befinden sich hier auf der Oberseite des Gehäuseoberteils 11 , könnten aber auch beispielsweise seitlich am Gehäuseoberteil 11 platziert sein.
Der elektrische Anschluss 14 für die Umrichterelektronik 1 ist hier am Gehäuseunterteil 12 angeordnet.
Der Kühlkörper 3 weist hier an seinen Längsseiten jeweils einen Kühlanschluss 15 auf.
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. Bezugszeichenliste
1 Umrichterelektronik
1.1 elektronisches Bauelement der Umrichterelektronik
2 Wärmeleitmaterial
3 Kühlkörper
3.1 Aufnahme für Verbindungsmittel
3.2 Stufe des Kühlkörpers
4 Kühlflüssigkeitskanal
5 Getriebesteuerelektronik
5.1 elektronisches Bauelement der Getriebesteuerelektronik
6 Leiterplatte der Getriebesteuerelektronik
7 Grundplatte
8 Verbindungsmittel
9 Hohlraum
10 Wärmetransport 11 Gehäuseoberteil 12 Gehäuseunterteil
13 Dichtung
14 Anschluss Umrichterelektronik
15 Kühlanschluss
16 Kunststoffumhüllung
17 Anschluss Getriebesteuerelektronik
18 Leiterplatte der Umrichterelektronik

Claims

Patentansprüche
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 (11, 3, 12) bildet, dass das Gehäuseunterteil (12) und der Kühlkörper (3) einen mediendichten Hohlraum (9) zur Aufnahme der Umrichterelektronik (1) bilden, wobei die Umrichterelektronik (1 ) thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper (3) verbunden ist, und dass die Getriebesteuerelektronik (5) thermisch leitfähig auf einer Grundplatte (7) angeordnet ist und von einer Kunststoffumhüllung (16) umgeben ist, und dass die Getriebesteuerelektronik (5) mit der Kunststoffumhüllung (16) und der Grundplatte (7) das Gehäuseoberteil (11) bilden, wobei das Gehäuseoberteil (11) derart thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper (3) verbunden ist, dass ein Wärmetransport (10) von der Getriebesteuerelektronik (5) über die Grundplatte (7) zum Kühlkörper (3) stattfindet.
2. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichterelektronik (1) als Schaltungsträger eine Leiterplatte (18) mit elektronischen Bauelementen (1.1) umfasst, wobei die Leiterplatte (18) der Umrichterelektronik (1) beidseitig mit elektronischen Bauelementen (1.1) bestückt sein kann.
3. Steuermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauelemente (1.1) der Umrichterelektronik (1 ), die auf der Seite der Leiterplatte (18) angeordnet sind, die dem Gehäuseoberteil (11) zugewandt ist, thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper (3) direkt verbunden sind.
4. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Umrichterelektronik (1) und dem Kühlkörper (3), beziehungsweise die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Getriebesteuerelektronik (5) und der Grundplatte (7), beziehungsweise die thermisch leitfähige Verbindung zwischen den elektronischen Bauelementen (1.1) der Umrichterelektronik (1), die auf der Seite der Leiterplatte (18) angeordnet sind, die dem Gehäuseoberteil (11 ) zugewandt ist, und dem Kühlkörper (3), mittels eines Wärmeleitmaterials (2) bewerkstelligt ist.
5. Steuermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmaterial (2) eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitkleber ist.
6. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (4) des Kühlkörpers (3) auf der der Umrichterelektronik (1) gegenüberliegenden Seite mit der Grundplatte (7) des Gehäuseoberteils (11) mediendicht abgedichtet sind.
7. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (11), aus Getriebesteuerelektronik (5), Kunststoffumhüllung (16) und Grundplatte (7), und der Kühlkörper (3) mittels mindestens eines Verbindungsmittels (8) thermisch leitend und mechanisch miteinander verbunden sind, wobei das Verbindungsmittel (8) jeweils mit einer entsprechenden Aufnahme (3.1) des Kühlkörpers (3) in Eingriff ist.
8. Steuermodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Verbindungsmittel (8) eine Schraube oder ein Niet ist.
9. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffumhüllung (16) des Gehäuseoberteils (11) aus Duroplast oder aus Thermoplast ist.
10. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffumhüllung (16) zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit mit wenigstens einem anorganischen Füllstoff versehen ist.
PCT/EP2022/053138 2021-02-10 2022-02-09 Steuermodul für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe WO2022171677A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280014448.1A CN116830815A (zh) 2021-02-10 2022-02-09 用于具有至少一个电动机和变速器的车辆的控制模块
US18/366,841 US20230389197A1 (en) 2021-02-10 2023-08-08 Control Module for a Vehicle With at Least One Electric Motor and a Transmission

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021201249.3 2021-02-10
DE102021201249.3A DE102021201249A1 (de) 2021-02-10 2021-02-10 Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/366,841 Continuation US20230389197A1 (en) 2021-02-10 2023-08-08 Control Module for a Vehicle With at Least One Electric Motor and a Transmission

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022171677A1 true WO2022171677A1 (de) 2022-08-18

Family

ID=80682717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/053138 WO2022171677A1 (de) 2021-02-10 2022-02-09 Steuermodul für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230389197A1 (de)
CN (1) CN116830815A (de)
DE (1) DE102021201249A1 (de)
WO (1) WO2022171677A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1713169A1 (de) * 2004-01-26 2006-10-18 Hitachi, Ltd. Halbleiterbauelement
DE102013222599A1 (de) 2012-11-09 2014-05-15 Ford Global Technologies, Llc Integrierte Drosselspulenanordnung
US9532460B2 (en) * 2011-12-19 2016-12-27 Robert Bosch Gmbh Transmission control module

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4848187B2 (ja) 2006-01-17 2011-12-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP4452953B2 (ja) 2007-08-09 2010-04-21 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
DE112012000617T5 (de) 2011-01-31 2013-11-07 Aisin Aw Co., Ltd. Montageanordnung für eine Leistungssteuereinheit
US9385059B2 (en) 2013-08-28 2016-07-05 Infineon Technologies Ag Overmolded substrate-chip arrangement with heat sink

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1713169A1 (de) * 2004-01-26 2006-10-18 Hitachi, Ltd. Halbleiterbauelement
US9532460B2 (en) * 2011-12-19 2016-12-27 Robert Bosch Gmbh Transmission control module
DE102013222599A1 (de) 2012-11-09 2014-05-15 Ford Global Technologies, Llc Integrierte Drosselspulenanordnung

Also Published As

Publication number Publication date
CN116830815A (zh) 2023-09-29
DE102021201249A1 (de) 2022-08-11
US20230389197A1 (en) 2023-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010019037B4 (de) Batterieanordnung
DE102013205014B4 (de) Kühlplatte zum Einsatz in einem Elektrofahrzeug (EV) oder einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV)
DE112009005394T5 (de) Kühlstruktur einer Halbleitervorrichtung
DE102013225627A1 (de) Skalierbare und modulare Lösung für ein Disign einer Leistungselektronikbaueinheit für Fahrzeuganwendungen
DE102010031009A1 (de) Leistungsmodulanordnung mit versetzten Kühlkanälen
DE102016223889A1 (de) Stapelbares Elektronikmodul, Wechselrichter und Kraftfahrzeugantriebsstrang
WO2022074135A1 (de) Steuereinheit für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe
DE202009016531U1 (de) Leistungselektronische Baugruppe und Wechselrichteranordnung
WO2022135941A1 (de) Fahrzeugsteuermodul mit kunststoffumhüllung
DE102017214486A1 (de) Stapelbares Kühlkörpermodul
DE102020212811B4 (de) Kompaktes Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe
DE102019115267A1 (de) Vorrichtung für eine elektrische Antriebseinheit, elektrische Antriebseinheit sowie Kraftfahrzeug
WO2022135939A1 (de) Steuermodul für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe
WO2022171677A1 (de) Steuermodul für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe
DE102020205236A1 (de) Leistungswandler
WO2022171671A1 (de) Steuermodul für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe
DE102020212804B4 (de) Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe
WO2023099601A1 (de) Steuereinheit für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe
DE102019133678B4 (de) Anordnung für elektronische Bauteile
EP2803252A2 (de) Leistungselektronikmodulsystem mit eingebauter kühlvorrichtung
DE102011003189A1 (de) Generator mit Phasenanschlusskühlung
DE102008035232A1 (de) Kompakte Anschlussanordnung für Leistungswandler
DE102019217607B4 (de) Batterieladegerät sowie elektrisch angetriebenes Fahrzeug
DE102021210597B4 (de) Leistungshalbleitermodul und Antriebsstrang für ein Fahrzeug aufweisend ein derartiges Leistungshalbleitermodul
DE102019112010A1 (de) Kraftfahrzeug-Wechselrichterbaugruppe

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22708471

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280014448.1

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22708471

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1