WO2023099601A1 - Steuereinheit für ein fahrzeug mit mindestens einem elektromotor und einem getriebe - Google Patents

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WO2023099601A1
WO2023099601A1 PCT/EP2022/083917 EP2022083917W WO2023099601A1 WO 2023099601 A1 WO2023099601 A1 WO 2023099601A1 EP 2022083917 W EP2022083917 W EP 2022083917W WO 2023099601 A1 WO2023099601 A1 WO 2023099601A1
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WO
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heat sink
control unit
electronics
housing
housing part
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PCT/EP2022/083917
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French (fr)
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Cornel Mariutiu
Peter SCHROLL
Karl Maron
Simon Kim
Alexander Wenk
Stefan Müller
Stefan Walter
Jens Schoenberger
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Vitesco Technologies Germany Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
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    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • Control unit for a vehicle with at least one electric motor and a gearbox
  • the invention relates to a control unit for a vehicle with at least one electric motor and a transmission according to the preamble of claim 1.
  • 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 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-to-AC converters or inverters
  • the Electric motor eventually 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 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 unit for a vehicle with at least one electric motor and a transmission, whereby the number of individual parts of the control unit can be kept low and the heat generated by the electronics being efficiently removed , low-loss components can be dispensed with.
  • control unit having the features of claim 1.
  • a housing comprises a housing upper part made of plastic and a housing lower part.
  • plastic is an interesting alternative to metallic materials. Especially in the automotive industry, light, resilient plastics are gradually taking over from metals.
  • Such plastics are high temperature resistant materials with improved processability and high production speed.
  • high-quality parts with low wall thicknesses and complex geometries can be produced produce. Thanks to the injection molding process, the integration of many functions is also possible with the highest precision.
  • the lower part of the housing can be made of metal or plastic.
  • a heat sink is arranged between the upper housing part and the lower housing part in such a way that the heat sink forms part of the housing.
  • the heat sink has a raised peripheral edge, the upper housing part being arranged in a thermally conductive manner on this edge, which is particularly planar, and the upper housing part and the heat sink forming a media-tight cavity for accommodating the converter electronics and the transmission control electronics.
  • the converter electronics are thermally conductively connected directly to the heat sink.
  • the transmission control electronics is thermally conductively connected to the inside of the upper part of the housing, so that heat is transported from the transmission control electronics via the upper part of the housing to the edge of the heat sink.
  • the heat transfer from the transmission control electronics to the heat sink is therefore indirect.
  • fillers such as carbonates, carbides, nitrides, silicates, oxides or other fillers with appropriate thermal properties are added to the plastic of the upper part of the housing to increase the thermal conductivity.
  • the thermally conductive connection between the converter electronics and the heat sink or the thermally conductive connection between the transmission control electronics and the upper housing part is made or reinforced by means of a thermally conductive material.
  • the transmission control electronics and the upper part of the housing are mechanically connected to one another by means of at least one connecting means which acts, for example, in a non-positive manner.
  • the connecting means can in particular be a pin-like connecting means, for example a rivet or a screw.
  • the upper part of the housing and the heat sink are mechanically connected to one another by means of at least one connecting means which acts, for example, in a non-positive manner.
  • the connecting means can in particular be a pin-like connecting means, for example a rivet or a screw. The larger the contact surface between the upper part of the housing and the heat sink, in particular the edge of the heat sink, the better the heat conduction between these parts.
  • a sealant can be arranged between the upper part of the housing and the edge of the heat sink.
  • a sealant is a solid seal or a liquid seal conceivable.
  • its use can also improve the thermal conductivity between the upper part of the housing and the heat sink.
  • a shield is arranged in the upper part of the housing between the transmission control electronics and the converter electronics.
  • This shielding is used in particular to reduce or avoid mutual, harmful electromagnetic interaction between the converter electronics and the transmission control electronics.
  • the shield also serves in particular to reduce or avoid the thermal interaction, in particular mutual heating, between the converter electronics and the transmission control electronics.
  • the heat radiated by the electronics is conducted via the shielding to the upper part of the housing and from the upper part of the housing to the edge of the heat sink.
  • a flat shield in particular a sheet steel or another metal sheet, can be arranged, contacting the upper part of the housing at least on two opposite edge lengths of the shield.
  • the mechanical connection of the shielding to the upper part of the housing can, in particular, be designed to be non-positive or positive.
  • the shielding could also consist of a composite construction of plastic and a special EMI protective film.
  • the shield could also be arranged on the heat sink.
  • the upper housing part can be made of plastic with an enlarged surface, in particular in the form of cooling fins, for additional heat radiation to the environment.
  • the plastic is a thermoset.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a further control unit
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an alternative control unit
  • FIG. 4 shows a perspective view of a control unit.
  • the control module has a housing 11, 12 for accommodating transmission control electronics 5 for controlling the transmission and converter electronics 1 for controlling an electric motor.
  • the control unit has a heat sink 3 in order to carry away the heat generated by the electronics via a cooling liquid.
  • the heat sink 3 is arranged between the upper housing part 11 and the lower housing part 12 in such a way that the heat sink 3 forms part of the housing 3 , 11 , 12 .
  • the cooling body 3 has a raised, planar edge 3.1 running around it, with the upper housing part 11 being placed on this edge 3.1 in a thermally highly conductive manner.
  • the upper housing part 11 and the heat sink 3 are mechanically connected by means of at least one, here there are two, connecting means 8, the connecting means 8 being received through a corresponding bore in the upper housing part 11 in a corresponding receptacle 3.3 of the heat sink 3. in figure 1, a screw 8 is screwed into a corresponding thread 3.3 in the heat sink 3.
  • 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 s.
  • a thermally conductive adhesive 2 there is no need for an extra mechanical connection between the converter electronics 1 and the heat sink s.
  • step 3.2 is adapted to the height of electronic components 1.1 arranged on the underside of converter electronics 1, so that here components 1.1 are thermally conductively connected directly to heat sink 3 by means of heat-conducting material 2, 6.
  • 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.
  • 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 transmission control electronics 5, which includes a printed circuit board with electronic components 5.1, is thermally conductively connected to the inside of the upper housing part 11 by means of a thermally conductive material 2, 6, so that heat is transported 10 from the transmission control electronics 5 via the upper housing part 11 to the edge 3.1 of the heat sink 3 takes place.
  • the heat transport 10 from the transmission control electronics 5 to the heat sink 3 therefore takes place indirectly.
  • the transmission control electronics 5 is mechanically connected to the housing upper part 11 on the inside by means of at least one connecting means 8, screwed here by means of two screws. If a thermally conductive adhesive 2, 6 is used, connecting means 8 may be dispensed with.
  • the heat transport 10 from the transmission control electronics 5 to the housing upper part 11 can be further increased, in particular by using a high-performance thermally conductive material 6 .
  • a sealant 7 can also be attached between the upper housing part 11 and the edge 3.1 of the heat sink 3.
  • a solid seal as an insert seal or also a liquid seal is possible as the sealant 7 .
  • its use can also improve the thermal conductivity between the upper housing part 11 and the heat sink 3, or in any case it should not deteriorate.
  • 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 non gearbox shown.
  • the control module could also be installed in the vehicle as a stand-alone version, separate from the transmission.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a control unit as in FIG. 1 , but a shield 13 is arranged in the housing upper part 11 between the transmission control electronics 5 and the converter electronics 1 .
  • the shielding 13 could also be arranged on the heat sink 3 .
  • EMI electromagnetic interference
  • the shielding 13 also serves in particular to reduce or avoid the thermal interaction, in particular mutual heating, between the converter electronics 1 and the transmission control electronics 5.
  • Fig. 4 shows a perspective view of a control unit.
  • the connections 17, in particular for exchanging signals and supply voltages with the surrounding electronics (not shown), for the converter electronics 1 and the transmission control electronics 5 are arranged on the upper side of the upper housing part 11 made of plastic, in particular molded on.
  • connections 17 could also be located on the side of the housing upper part 11 or on the upper side of the housing lower part 12 or on the side of the housing lower part 12 . A combination of both arrangements would also be conceivable.
  • the plastic is a thermoset.

Landscapes

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Abstract

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

Description

Beschreibung
Steuereinheit für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe
Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit 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 Bauteile um.
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.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte Steuereinheit für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe zu schaffen, wodurch die Anzahl der einzelnen Teile der Steuereinheit gering gehalten werden kann und wobei durch den effizienten Abtransport der durch die Elektronik entstehenden Wärme auf teure, verlustärmere Bauelemente verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bei der erfindungsgemäßen Steuereinheit umfasst ein Gehäuse ein Gehäuseoberteil aus Kunststoff und ein Gehäuseunterteil.
Kunststoff ist heute eine interessante Alternative zu metallischen Werkstoffen. Vor allem in der Automobilbranche setzen sich leichte, belastbare Kunststoffe allmählich gegen Metalle durch.
Solche Kunststoffe sind hochtemperaturbeständige Materialien mit verbesserter Verarbeitbarkeit und hoher Produktionsgeschwindigkeit. Inzwischen lassen sich hochwertige Teile mit geringen Wandstärken und aufwendigen Geometrien herstellen. Dank des Spritzgussverfahrens ist zudem die Integration vieler Funktionen mit höchster Präzision möglich.
Das Gehäuseunterteil kann aus Metall oder Kunststoff sein.
Ein Kühlkörper ist zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil derart angeordnet, dass der Kühlkörper einen Teil des Gehäuses bildet.
Der Kühlkörper weist einen erhöhten um laufenden Rand auf, wobei auf diesem insbesondere plan ausgeführten Rand das Gehäuseoberteil thermisch leitfähig angeordnet ist, und das Gehäuseoberteil und der Kühlkörper einen mediendichten Hohlraum zur Aufnahme der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik bilden. Dabei ist die Umrichterelektronik thermisch leitfähig direkt mit dem Kühlkörper verbunden.
Die Getriebesteuerelektronik wiederum ist thermisch leitfähig mit der Innenseite des Gehäuseoberteils verbunden, sodass ein Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik über das Gehäuseoberteil an den Rand des Kühlkörpers stattfindet. Der Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik an den Kühlkörper findet demnach indirekt statt.
Dadurch ist eine kompakte Steuereinheit für einen Inverter und ein Getriebe mit einer gemeinsamen, effizienten Kühlvorrichtung geschaffen, die sowohl als attached-to als auch als stand-alone Steuereinheit in einem Fahrzeug einsetzbar ist.
In einer Ausführungsform sind dem Kunststoff des Gehäuseoberteils zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit Füllstoffe wie Karbonate, Karbide, Nitride, Silikate , Oxide oder weitere Füllstoffe mit entsprechenden thermischen Eigenschaften beigefügt sind. In einer Ausführungsform ist die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Umrichterelektronik und dem Kühlkörper beziehungsweise die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Getriebesteuerelektronik und dem Gehäuseoberteil mittels eines Wärmeleitmaterials bewerkstelligt beziehungsweise verstärkt.
Je nach Menge der abzuführenden Wärme und insbesondere je nach Größe der Kontaktfläche der am Wärmeübertrag beteiligten Teile können zum Beispiel standardmäßige, silikonbasierte Wärmeleitpasten oder Hochleistungs-Wärmeleitpasten beziehungsweise Wärmeleitkleber mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit zur Anwendung kommen.
Da der Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik über das Gehäuseoberteil an den Rand des Kühlkörpers indirekt stattfindet, bietet es sich an, in diesem Fall bei der Verbindung eine Hochleistungs-Wärmeleitpaste zu verwenden. Bei der Verwendung eines Wärmeleitklebers als Wärmeleitmaterial wird sowohl eine wärmeleitende als auch eine adhäsive Wirkung erzielt.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Getriebesteuerelektronik und das Gehäuseoberteil mittels mindestens eines, beispielsweise kraftschlüssig wirkenden Verbindungsmittels mechanisch miteinander verbunden. Das Verbindungsmittel kann insbesondere ein stiftartiges Verbindungsmittel sein, beispielweise ein Niet oder eine Schraube. Die zusätzliche Verwendung einer Wärmeleitpaste zwischen Getriebesteuerelektronik und Gehäuseoberteil erhöht den Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik weg.
In einer weiteren Ausführungsform sind das Gehäuseoberteil und der Kühlkörper mittels mindestens eines, beispielsweise kraftschlüssig wirkenden Verbindungsmittels mechanisch miteinander verbunden. Auch hier kann das Verbindungsmittel insbesondere ein stiftartiges Verbindungsmittel sein, beispielweise ein Niet oder eine Schraube. Je größer die Kontaktfläche zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Kühlkörper, insbesondere dem Rand des Kühlkörpers ist, desto besser ist die Wärmeleitung zwischen diesen Teilen.
Zusätzlich kann zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Rand des Kühlkörpers ein Dichtmittel angeordnet sein. Als Dichtmittel ist eine Feststoffdichtung oder auch eine Flüssigdichtung denkbar. Je nach Beschaffenheit des Dichtmittels kann durch seine Verwendung auch die thermische Leitfähigkeit zwischen Gehäuseoberteil und Kühlkörper zusätzlich verbessert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist im Gehäuseoberteil, zwischen der Getriebesteuerelektronik und der Umrichterelektronik, eine Abschirmung angeordnet. Diese Abschirmung dient insbesondere dazu, eine gegenseitige, schädliche elektromagnetische Wechselwirkung zwischen der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik zu reduzieren beziehungsweise zu vermeiden. Zusätzlich zur Reduzierung der EMI zwischen der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik dient die Abschirmung insbesondere auch zur Reduzierung beziehungsweise Vermeidung der thermischen Wechselwirkung, insbesondere gegenseitigen Erwärmung, zwischen der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik. Dabei wird die von der Elektronik abgestrahlte Wärme über die Abschirmung an das Gehäuseoberteil und vom Gehäuseoberteil an den Rand des Kühlkörpers geleitet. Beispielsweise kann dabei eine flächige Abschirmung, insbesondere ein Stahlblech oder ein anderes metallisches Blech, zumindest an zwei gegenüberliegenden Kantenlängen der Abschirmung das Gehäuseoberteil kontaktierend, angeordnet sein. Die mechanische Verbindung der Abschirmung mit dem Gehäuseoberteil kann insbesondere kraft- oder formschlüssig ausgeführt sein.
Die Abschirmung könnte auch aus einem Verbundaufbau aus Kunststoff und einer speziellen EMI Schutzfolie bestehen. Alternativ könnte die Abschirmung auch am Kühlkörper angeordnet sein.
Für einen Wärmetransport bei höheren Leistungsanforderungen kann in einer weiteren Ausführungsform das Gehäuseoberteil aus Kunststoff mit vergrößerter Oberfläche, insbesondere in Form von Kühlfinnen, zur zusätzlichen Wärmeabstrahlung an die Umgebung ausgeführt sein.
Insbesondere ist der Kunststoff ein Duroplast.
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Steuereinheit,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Steuereinheit, Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Steuereinheit, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Steuereinheit.
Fig. 1 zeigt eine Steuereinheit für ein Fahrzeug, das mindestens einen Elektromotor und ein Getriebe aufweist, beispielsweise ein Elektroauto oder ein Hybrid-Fahrzeug. Das Steuermodul weist ein Gehäuse 11 , 12 zur Aufnahme einer Getriebesteuerelektronik 5 zur Steuerung des Getriebes und einer Umrichterelektronik 1 zur Steuerung eines Elektromotors auf. Zusätzlich weist die Steuereinheit einen Kühlkörper 3 auf, um die von der Elektronik erzeugte Wärme über eine Kühlflüssigkeit abzutransportieren.
Das Gehäuse 11 , 12 umfasst ein Gehäuseoberteil 11 und ein Gehäuseunterteil 12, wobei das Gehäuseoberteil 11 aus Kunststoff ist. Zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit können dem Kunststoff des Gehäuseoberteils 11 Füllstoffe wie Karbonate, Karbide, Nitride, Silikate, Oxide oder weitere Füllstoffe mit entsprechenden thermischen Eigenschaften beigefügt sein.
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.
Der Kühlkörper 3 weist einen erhöhten um laufenden, plan ausgeführten Rand 3.1 auf, wobei auf diesem Rand 3.1 das Gehäuseoberteil 11 thermisch gut leitend angelegt ist.
Das Gehäuseoberteil 11 und der Kühlkörper 3 sind mittels mindestens eines, hier sind es zwei, Verbindungsmittels 8 mechanisch verbunden, wobei das Verbindungsmittel 8 durch eine entsprechende Bohrung in dem Gehäuseoberteil 11 in einer entsprechenden Aufnahme 3.3 des Kühlkörpers 3 aufgenommen ist. In Fig. 1 ist hier eine Schraube 8 in ein entsprechendes Gewinde 3.3 im Kühlkörper 3 gedreht.
Der Gehäuseoberteil 11 und der Kühlkörper 3 bilden einen mediendichten Hohlraum 9 zur Aufnahme der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5. Die Umrichterelektronik 1 umfasst eine Leiterplatte und elektronische Bauelemente 1.1. Die elektronischen Bauelemente 1.1 sind sowohl auf der dem Gehäuseoberteil 11 zugewandten Oberseite der Leiterplatte der Umrichterelektronik 1 als auch auf deren Unterseite angebracht, wobei hier an der Unterseite die elektronischen Bauelemente 1.1 im Mittenbereich der Leiterplatte, insbesondere in der Nähe eines Kühlflüssigkeitskanals 4, angeordnet sind. Dadurch, dass die Leiterplatte der Umrichterelektronik 1 beidseitig bestückt ist, weist der Kühlkörper s 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 s. Bei der Verwendung eines Wärmeleitklebers 2 entfällt eine extra mechanische Verbindung zwischen der Umrichterelektronik 1 zum Kühlkörper s.
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 dem Kühlkörper 3 direkt verbunden sind.
Bei diesen an der Unterseite der Umrichterlektronik 1 angeordneten elektronischen Bauelemente 1.1 findet somit der Wärmetransport 10 zum Kühlkörper 3 sowohl über die Leiterplatte der Umrichterlektronik 1 als auch von den Bauelementen 1.1 direkt statt. Insbesondere können hier daher elektronische Bauelemente 1.1 , die besonders viel Wärme erzeugen, bestückt sein. Zusätzlich kann zu einer weiteren Erhöhung des Wärmetransports 10 an den Kühlkörper 3 statt eines standardmäßigen Wärmeleitmaterials 2 ein Hochleistung-Wärmeleitmaterial 6 Anwendung finden. Die Getriebesteuerelektronik 5, die eine Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen 5.1 umfasst, ist hier mittels eines Wärmeleitmaterials 2, 6 thermisch leitfähig mit der Innenseite des Gehäuseoberteils 1 1 verbunden, sodass ein Wärmetransport 10 von der Getriebesteuerelektronik 5 über das Gehäuseoberteil 11 an den Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 stattfindet. Der Wärmetransport 10 von der Getriebesteuerelektronik 5 an den Kühlkörper 3 geschieht demnach indirekt.
Die Getriebesteuerelektronik 5 ist in Fig. 1 mit dem Gehäuseoberteil 11 an der Innenseite mittels mindestens eines Verbindungsmittels 8 mechanisch verbunden, hier mittels zweier Schrauben verschraubt. Bei Verwendung eines Wärmeleitklebers 2, 6 kann eventuell auf Verbindungsmittel 8 verzichtet werden.
Der Wärmetransport 10 von der Getriebesteuerelektronik 5 an das Gehäuseoberteils 11 kann insbesondere durch die Verwendung eines Hochleistungs-Wärmeleitmaterials 6 noch gesteigert werden.
Grundsätzlich gilt, je größer die Kontaktfläche zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Kühlkörper 3, insbesondere dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 ist, desto besser ist die Wärmeleitung zwischen diesen Teilen. Zur Erhöhung der Dichtigkeit des Gehäuses kann zusätzlich zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 ein Dichtmittel 7 angebracht sein. Als Dichtmittel 7 ist eine Feststoffdichtung als Einlegedichtung oder auch eine Flüssigdichtung möglich. Je nach Beschaffenheit und je nach Anwendung des Dichtmittels 7 kann durch seine Verwendung auch die thermische Leitfähigkeit zwischen Gehäuseoberteil 11 und Kühlkörper 3 zusätzlich verbessert werden, jedenfalls sollte sie nicht verschlechtert werden.
Das Gehäuseunterteil 12 ist an der dem Gehäuseoberteil 11 gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers 3 kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Schraube, oder Stoff- schlüssig mittels Schweißung oder Klebung befestigt und bildet insbesondere die Schnittstelle des Steuermoduls, hier als attached-to Ausführung, an ein nicht gezeigtes Getriebe. Das Steuermodul könnte aber auch als stand-alone Ausführung, separiert vom Getriebe, im Fahrzeug verbaut sein.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Steuereinheit wie in Fig. 1 , jedoch ist im Gehäuseoberteil 11 zwischen der Getriebesteuerelektronik 5 und der Umrichterelektronik 1 eine Abschirmung 13 angeordnet. Alternativ könnte die Abschirmung 13 auch am Kühlkörper 3 angeordnet sein. Diese Abschirmung 13 dient zum einen dazu, eine gegenseitige, schädliche elektromagnetische Wechselwirkung (EMI = electromagnetic interference) zwischen der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5 zu reduzieren beziehungsweise zu vermeiden. Zusätzlich zur Reduzierung der EMI zwischen der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5 dient die Abschirmung 13 insbesondere auch zur Reduzierung beziehungsweise Vermeidung der thermischen Wechselwirkung, insbesondere gegenseitigen Erwärmung, zwischen der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5.
Dabei wird die Wärme von der Umrichterelektronik 1 beziehungsweise von der Getriebesteuerelektronik 5 über die Abschirmung 13 an das Gehäuseoberteil 11 und vom Gehäuseoberteil 11 an den Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 geleitet. Beispielsweise kann dabei eine flächige Abschirmung 13, insbesondere ein Stahlblech oder ein anderes metallisches Blech, zumindest an zwei gegenüberliegenden Kantenlängen 14 als Kontaktpunkte der Abschirmung 13 das Gehäuseoberteil 11 kontaktierend, angeordnet sein. Die Abschirmung 13 könnte auch aus einem Verbundaufbau aus Kunststoff und einer speziellen EMI Schutzfolie bestehen. Um einen optimalen Wärmetransport 10 zu erzielen, ist die Abschirmung 13 ganz, über alle Kantenlängen, in das Gehäuseoberteil 11 eingepasst. Die mechanische Verbindung der Abschirmung 13 mit dem Gehäuseoberteil 11 kann insbesondere kraft- oder formschlüssig ausgeführt sein.
Diese Beschreibung zur Anordnung und zur Funktion der Abschirmung 13 trifft selbstverständlich auch auf die Alternative zu, dass die Abschirmung 13 anstatt am Gehäuseoberteil 11 am Kühlkörper 3 angeordnet ist. Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht einer Steuereinheit wie in Fig. 1 , jedoch kommt hier ein Gehäuseoberteil 11 mit vergrößerter Oberfläche in Form von Kühlfinnen 16 zur Anwendung. Durch die Kühlfinnen 16 findet eine zusätzliche Wärmeabstrahlung an die Umgebung statt.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Steuereinheit. Die Anschlüsse 17, insbesondere zum Austausch von Signalen und Versorgungsspannungen mit der nicht gezeigten Umgebungselektronik, für die Umrichterelektronik 1 und die Getriebesteuerelektronik 5 sind auf der Oberseite des Gehäuseoberteils 11 aus Kunststoff angeordnet, insbesondere angespritzt.
Die Anschlüsse 17 könnten sich aber auch seitlich am Gehäuseoberteil 11 , beziehungsweise auf der Oberseite des Gehäuseunterteils 12 oder seitlich am Gehäuseunterteil 12 befinden. Es wäre auch eine Kombination aus beiden Anordnungen denkbar.
In Fig. 4 sind beide Kühlanschlüsse 15 des Kühlkörpers 3 gezeigt.
Insbesondere ist der Kunststoff ein Duroplast.
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 Standardmäßiges Wärmeleitmaterial
3 Kühlkörper
3.1 Rand
3.2 Stufe
3.3 Aufnahme für Verbindungsmittel
4 Kühlflüssigkeitskanal
5 Getriebesteuerelektronik
5.1 elektronisches Bauelement der Getriebesteuerelektronik
6 Hochleistungs- Wärmeleitmaterial
7 Dichtmittel
8 Verbindungsmittel
9 Hohlraum
10 Wärmetransport
11 Deckel, Gehäuseoberteil
12 Gehäuseunterteil
13 Abschirmung
14 Kontaktpunkt
15 Kühlanschluss
16 Kühlfinne
17 Anschluss, elektrisch

Claims

Patentansprüche
1 . Steuereinheit für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe , wobei die Steuereinheit ein Gehäuse (11 , 12) zur Aufnahme einer Getriebesteuerelektronik (5) und einer Umrichterelektronik (1 ) zur Steuerung eines Elektromotors, und einen Kühlkörper (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass das Gehäuse (11 , 12) ein Gehäuseoberteil (11 ) aus Kunststoff und ein Gehäuseunterteil (12) umfasst, wobei der Kühlkörper (3) zwischen dem Gehäuseoberteil (11 ) und dem Gehäuseunterteil (12) derart angeordnet ist, dass der Kühlkörper (3) ein Teil des Gehäuses (3, 1 1 , 12) bildet, dass der Kühlkörper (3) einen erhöhten umlaufenden Rand (3.1 ) aufweist, wobei auf dem Rand (3.1 ) das Gehäuseoberteil (11 ) thermisch leitfähig derart angeordnet ist, dass das Gehäuseoberteil (11 ) und der Kühlkörper (3) einen mediendichten Hohlraum (9) zur Aufnahme der Umrichterelektronik (1 ) und der Getriebesteuerelektronik (5) bilden, wobei die Umrichterelektronik (1 ) thermisch leitfähig direkt mit dem Kühlkörper (3) verbunden ist, und wobei die Getriebesteuerelektronik (5) thermisch leitfähig mit der Innenseite des Gehäuseoberteils (11 ) verbunden ist, sodass ein Wärmetransport (10) von der Getriebesteuerelektronik (5) über das Gehäuseoberteil (11 ) an den Rand (3.1 ) des Kühlkörpers (3) stattfindet.
2. Steuereinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff des Gehäuseoberteils (11 ) zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit Füllstoffe wie Karbonate, Karbide, Nitride, Silikate beigefügt sind.
3. Steuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, 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 Gehäuseoberteil (11 ) mittels eines Wärmeleitmaterials (2, 6) bewerkstelligt ist.
4. Steuereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmaterial (2, 6) eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitkleber ist.
5. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die
Getriebesteuerelektronik (5) und das Gehäuseoberteil (11 ) mit Hilfe mindestens eines Verbindungsmittels (8) mechanisch miteinander verbunden sind.
6. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (11 ) und der Kühlkörper (3) mittels mindestens eines Verbindungsmittels (8) thermisch leitend und mechanisch miteinander verbunden sind.
7. Steuereinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungsmittel (8) eine Schraube oder ein Niet ist.
8. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuseoberteil (11 ), zwischen der Getriebesteuerelektronik (5) und der Umrichterelektronik (1 ), eine flächige Abschirmung (13) angeordnet ist.
9. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rand (3.1 ) des Kühlkörpers (3) und dem Gehäuseoberteil (11 ) ein Dichtmittel (7) angeordnet ist.
10. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite des Gehäuseoberteils (11 ) aus Kunststoff Kühlfinnen (16) angeordnet sind. 14 Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Duroplast ist.
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