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WO2020169421A2 - ANORDNUNG ZUM GLEICHMÄßIGEN KÜHLEN VON BAUTEILEN UND KRAFTFAHRZEUG MIT ZUMINDEST EINER ANORDNUNG - Google Patents

ANORDNUNG ZUM GLEICHMÄßIGEN KÜHLEN VON BAUTEILEN UND KRAFTFAHRZEUG MIT ZUMINDEST EINER ANORDNUNG Download PDF

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WO2020169421A2
WO2020169421A2 PCT/EP2020/053492 EP2020053492W WO2020169421A2 WO 2020169421 A2 WO2020169421 A2 WO 2020169421A2 EP 2020053492 W EP2020053492 W EP 2020053492W WO 2020169421 A2 WO2020169421 A2 WO 2020169421A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooling
coolant
structures
coolant channel
components
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/053492
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2020169421A3 (de
Inventor
Matthias Zimmermann
Stephan Lieker
Marcel Pries
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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 Volkswagen Aktiengesellschaft filed Critical Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority to CN202080013996.3A priority Critical patent/CN113678247B/zh
Publication of WO2020169421A2 publication Critical patent/WO2020169421A2/de
Publication of WO2020169421A3 publication Critical patent/WO2020169421A3/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for uniform cooling of at least two components, having at least one cooling module and at least two components thermally connected to the cooling module, the at least one cooling module having a coolant channel for guiding a coolant, the coolant being guided into the coolant channel through a coolant inlet and can be guided out of the coolant channel through a coolant outlet.
  • the invention also relates to a motor vehicle.
  • coolers to dissipate excess heat.
  • coolers with cooling fins or cooling rods are arranged on such components.
  • the coolers are usually positioned in a coolant channel and a coolant of a coolant circuit flows around them.
  • a heat sink for a component is known from DE 10 2012 107 684 A1.
  • the heat sink has a fluid passage formed between a base plate and a cover plate for guiding a coolant.
  • At least one turbulator with a rib structure for increasing a heat-dissipating surface is arranged in the fluid passage.
  • the turbulator, the base plate and the cover plate are connected to one another over the entire area by means of an inductive soldering process.
  • DE 101 02 621 B4 shows a power module with a carrier body.
  • An upper side of the carrier body is equipped with electronic components.
  • a structured heat sink is arranged on the carrier body.
  • cooling systems and heat sinks can only have one component cool or have a temperature gradient of the coolant, which increases in the direction of a coolant outlet.
  • cooling systems are known in which the components are cooled by coolant flows connected in parallel with the same supply temperature, such cooling systems are complex, require several heat sinks and have an increased flow resistance of the coolant.
  • the invention is based on the object of creating an arrangement for efficient and inexpensive cooling of several components in which the components are as small as possible
  • an arrangement for the uniform cooling of at least two components has at least one cooling module and at least two components that are thermally connected to the cooling module.
  • the at least one cooling module has a coolant channel for guiding a coolant. The coolant can be guided into the coolant channel through a coolant inlet and through a
  • the coolant outlet can be guided out of the coolant channel. According to the invention are in the
  • Coolant channel at least two cooling structures for setting in areas
  • the at least two cooling structures can preferably be so stationary in the
  • the dissipated heat flow of the cooling module can be individually and locally variable through the use of different or similar
  • Cooling structures can be adjusted.
  • the components can be, for example, electrical or electronic components, elements or components which generate Joule heat during operation.
  • the at least two components can be power semiconductors, so-called power units, LEDs, processors and the like.
  • the components can generate the same or different power losses or waste heat.
  • the cooling structures in the coolant channel By designing the cooling structures in the coolant channel, the cooling effect and thus the amount of heat that can be dissipated by the cooling module can be locally variably adjusted in advance.
  • the amount of heat that can be dissipated can preferably be defined by the thermal conductivity.
  • a cooling module can be provided which has one or more cooling surfaces with a uniform or non-uniform distribution of thermal conductivity.
  • components that are thermally connected to the cooling surfaces can be used depending on the
  • Coolant temperature distribution in the coolant channel and depending on the heat loss of the respective component and its position are evenly cooled.
  • the arrangement can also be used analogously to warm up components.
  • the arrangement can thus be used effectively to reduce a temperature gradient between the components, so that the durability and the reliability of the components increase.
  • Coolant between the coolant inlet and the coolant outlet can be minimized.
  • the coolant channel and thus also the cooling module can be designed to be flat and therefore particularly space-saving.
  • the cooling capacity of the cooling module can be increased, and the cooling module can be of a technically simple design.
  • the coolant channel can have a rectangular basic shape, in which the cooling structures can be used in a form-fitting or cohesive manner. Complex design and manufacture of the cooling module can thus be avoided.
  • Such a cooling module can also have internal walls or guides which enable the cooling structures to be connected in series and / or in parallel.
  • cooling structures can also be provided per component.
  • large-area components can have an internal temperature gradient, which can be compensated for by several cooling structures.
  • a plurality of cooling structures connected to one another in a fluid-conducting manner can be connected in parallel within the coolant channel with further cooling structures.
  • the arrangement can provide a cost-efficient and flexible cooling concept for the uniform dissipation of heat from components with, at the same time, low hydraulic resistance of the coolant.
  • the uniform dissipation of heat enables the components to be cooled to essentially the same temperature level.
  • the cooling requirements of the components, pressure losses in the coolant channel, temperature gradients of the coolant in the coolant channel and the like can be compensated for by the choice of the respective cooling structures used.
  • the thermal conductivity distribution of the cooling surfaces of the cooling module can be set particularly flexibly if the at least two cooling structures are designed as turbulence structures,
  • Inflow nozzles, inflow holes, inflow surfaces and / or heat sinks are designed.
  • the efficiency of the cooling in the area of the coolant channel in which the cooling structure is arranged can be influenced and the possible heat flow can thus be adjusted.
  • Heat flow can essentially be limited to the expansion of the cooling structures.
  • different cooling structures for controlling the thermal conductivity distribution of the cooling module can be arranged next to one another or at small distances from one another.
  • the at least two cooling structures are arranged on a floor of the coolant channel, on a ceiling of the coolant channel, in an area between the floor and the ceiling of the coolant channel and / or filling the coolant channel between the floor and the ceiling.
  • the thermal conductivity of the coolant channel can be additionally controlled at the corresponding positions of the cooling structures.
  • a further setting option for the thermal conductivity can thus be provided.
  • Cooling structures can, for example, have a dimension that relates to the
  • fine-meshed turbulence structures can enable more efficient heat transfer than large-meshed turbulence structures.
  • the structure density can also be set, which, for example, is higher in the case of fine-meshed turbulence structures than in the case of large-meshed turbulence structures.
  • the geometry can also define a type of cooling structure. For example, turbulence structures in the form of ramps, wave structures, flow surfaces and
  • a cooling structure can be constructed in a technically particularly simple manner if a
  • Turbulence structures designed cooling structure at least two wave-shaped
  • the strip elements preferably have wave crests and wave troughs arranged alternately.
  • the strip elements have an offset in the flow direction of the coolant, the offset between the strip elements being reduced, the number of strip elements increased, an expansion of the wave peaks in the flow direction reduced and / or an expansion of the wave troughs in the flow direction reduced in order to increase a heat flow.
  • the thermal conductivity in the area of the cooling structure designed as a turbulence structure can be set particularly precisely.
  • Turbulence sheet structures are used for the same heat dissipation of the components. Due to the different cooling structures, the resulting heat flow can compensate for possible temperature gradients and pressure gradients of the coolant and thus result in uniform cooling of the components.
  • the heat flow of the cooling module can also be controlled if the at least two cooling structures for setting different heat flows in areas are made from different materials.
  • Such cooling structures are preferably connected to the walls or the cooling surfaces of the cooling module in a thermally conductive manner.
  • the material of the cooling structures can also be used to adjust the thermal conductivity, since the thermal conductivity also depends on the choice of material.
  • the at least two cooling structures are connected to one another in the flow direction or are as a cooling structure with one in the flow direction
  • the coolant channel can be filled at least in some areas with a plurality of cooling structures which are connected to one another or merge into one another in a materially bonded manner.
  • One-piece interconnected cooling structures can be installed particularly easily.
  • Such cooling structures can preferably be used with a precisely fitting fit in the coolant channel.
  • the cooling module can be constructed in a technically simple manner if the at least two components are arranged at a distance from one another on a side of the ceiling of the cooling module facing away from the coolant channel.
  • different heat flows are arranged at a distance from one another in the coolant channel, at least one cooling structure being arranged in each case in the region of a component in the coolant channel.
  • a cover of the coolant channel can serve as a cooling surface and thus a direct heat exchange between the
  • the components can be cooled particularly evenly when the heat flows set by the at least two cooling structures in the direction of the coolant.
  • a motor vehicle with at least one arrangement according to the invention is provided.
  • a coolant channel of the at least one arrangement is preferably connected to a vehicle coolant circuit in a fluid-conducting manner.
  • the vehicle can have one or more arrangements which each can uniformly cool or thermally adjust several components.
  • the components used can thus be operated at a uniform temperature, so that reliability is increased.
  • temperature gradients between the components and thus deviating properties, such as performance, of the components can be prevented.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an arrangement according to the invention according to an embodiment
  • 2a and 2b are schematic sectional views of the arrangement from FIG. 1,
  • 3a, 3b and 3c are schematic sectional representations for illustration
  • FIG. 4a and 4b are schematic sectional views of a cooling module according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 5a and 5b are schematic sectional views of a cooling module according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a motor vehicle according to a
  • the arrangement 100 is set up to evenly cool a plurality of components 10.
  • the arrangement 100 has, for example, three components 10 which are thermally regulated for their operation.
  • the components 10 are connected to a cooling module 20 in a thermally conductive manner.
  • Components 10 have different performance and / or different cooling requirements.
  • the components 10 can be configured as so-called power modules with a plurality of power semiconductors and further electronic control.
  • the components 10 are materially connected to the cooling module 20.
  • the components 10 by a thermally conductive adhesive with the
  • the cooling module 20 has a coolant channel 30 (FIG. 2a) for guiding a coolant.
  • the coolant can preferably be a liquid such as water or an aqueous solution.
  • the coolant is through a coolant inlet 31 in the Coolant channel 30 is introduced and through a coolant outlet 32 from the
  • Coolant channel 30 passed out.
  • the arrows schematically illustrate the flow direction R of the coolant.
  • the cooling module 20 has a rectangular design and has a bottom 22 opposite the ceiling 21 and side walls 23, 24, 25, 26. As a result, the cooling module 20 is shaped like a box and forms the in an interior
  • the ceiling 21 of the cooling module 20 is elongated so that the three components 10 are arranged on the ceiling 21 of the cooling module 20 next to one another.
  • the side walls 23, 24 are also designed to be longer than the short side walls 25, 26.
  • FIG. 2a and 2b show schematic sectional views of the arrangement from FIG. 2a shows a first sectional illustration in which the coolant channel 30 is illustrated in the form of a top view.
  • the coolant can be conducted into the coolant channel 30 through the coolant inlet 31. Then the coolant can dem
  • Three cooling structures 40, 41, 42 are arranged in the coolant channel 30.
  • Cooling structures 40, 41, 42 are arranged in the flow direction R in the center of the coolant channel 30, each below a component 10.
  • the cooling structures 40, 41, 42 improve the cooling effect of the cooling module 20 in areas.
  • a temperature gradient of the coolant is also shown schematically.
  • the coolant is heated in the direction of the coolant outlet 32, as a result of which the cooling effect of the cooling module 20 in the direction of the cooling outlet 32 decreases.
  • This decreasing cooling effect can be compensated for by appropriately designed cooling structures 40, 41, 42.
  • the first cooling structure 40 thus has the best cooling effect or cooling efficiency of the cooling structures 40, 41, 42.
  • the second cooling structure 41 has a reduced cooling effect and the third
  • Cooling structure 42 has the worst cooling effect.
  • the cooling effect can be defined by a thermal conductivity and / or a maximum possible heat flow between a component 10 and the coolant.
  • the cooling structures 40, 41, 42 are spaced from one another and from the side walls 23, 24, 25, 26 of the cooling module 20.
  • FIG. 2b shows the coolant channel 30 laterally.
  • the coolant channel 30 is essentially filled by the cooling structures 40, 41, 42.
  • the cooling structures 40, 41, 42 are not spaced apart from one another in the flow direction R. Furthermore, the cooling structures 40, 41, 42 have the same height H as the coolant channel 30. In the area of the coolant inlet 31 and the coolant outlet 32 is the
  • FIGS. 3a, 3b and 3c show schematic sectional illustrations to illustrate different exemplary cooling structures 40, 41, 42, 43.
  • the cooling structures 40, 41, 42, 43 are designed as turbulence structures.
  • the cooling structures 40, 41, 42 shown in FIGS. 3a, 3b and 3c have a wave geometry.
  • the cooling structures 40, 41, 42 designed as turbulence structures have at least two wave-shaped strip elements 44.
  • the strip elements 44 consist of wave crests 45 and wave troughs 46, which alternate in the direction of flow R.
  • the strip elements 44 have an offset V1, V2, V3 in the flow direction R of the coolant. To increase the possible heat flow, the offset V1, V2, V3 between the strip elements 44 is increasingly smaller, as a result of which the turbulence of the coolant is increased.
  • FIG. 3 a the first cooling structure 40 is shown as an example, which can have a particularly high thermal conductivity.
  • 3b shows the second cooling structure 41, in which an offset V2 is set which is greater than that of the first cooling structure 40.
  • the third cooling structure 42 with the greatest offset V3 is illustrated in FIG. 3c.
  • FIG. 3d shows a further exemplary cooling structure 43 which can be used to set a heat flow.
  • the cooling structure 43 is designed in the form of several ramps which can deflect the coolant in the direction of the ceiling 21.
  • the ramps can be spaced from one another in the flow direction R and transversely to the flow direction R and / or can be offset from one another.
  • FIGS. 4a and 4b show schematic sectional views of a cooling module 20 according to a further embodiment of the invention.
  • Fig. 4a shows a cross section B-B from Fig. 4b.
  • two different cooling structures 40, 41 are provided for cooling each component 10. In this way, component-internal temperature gradients can be compensated.
  • the cooling structures 40, 41 are spaced apart from one another by walls 50.
  • the cooling structures 40, 41 of the respective components 10 are also spaced apart from one another by further walls 51.
  • the walls 50, 51 extend in the coolant channel 30 along the entire height H of the coolant channel 30 and are spaced apart from the long side walls 23, 24. By using the walls 50, 51, a parallel connection or
  • Flow passages 60 can be arranged between the walls 51 and the side wall 24. In this way, the flow rate of the coolant and the heat flow from the components 10 into the coolant can be controlled.
  • FIGS. 5a and 5b show schematic sectional views of a cooling module 20 according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 5a shows a cross section C-C from FIG. 5b.
  • the exemplary embodiments already illustrated the exemplary embodiments already illustrated.
  • Coolant channel 30 has two levels E1, E2.
  • the levels E1, E2 are through a Intermediate wall 70 is formed, which extends along the entire coolant channel 30 parallel to the ceiling 21.
  • the first level E1 there is a flow or introduction of the coolant.
  • the coolant can then reach the second level E2 via flow holes 47, 48, 49.
  • the flow holes 47, 48, 49 can also be designed as nozzles.
  • the coolant can be sprayed directly onto the ceiling 21 below the components 10 through the flow holes 47, 48, 49, thereby influencing the local cooling effect.
  • the flow rate of the coolant and the cooling effect can be adjusted as a function of the size or diameter D1, D2, D3 of the flow holes 47, 48, 49 made in the partition 70.
  • six inflow holes 47, 48, 49 are provided per cooling structure. There will be three at a time
  • the flow holes 47, 48, 49 have different diameters D1, D2, D3.
  • the first flow holes 47 have a largest diameter D1 and thus have the best cooling effect.
  • the second flow holes 48 have a reduced diameter D2.
  • the third inflow holes 49 each have the smallest diameter D3 and thus the smallest cooling effect.
  • the coolant flows through the coolant inlet 31 on the first level E1.
  • the coolant is distributed horizontally along the first plane E1 and escapes vertically into the second plane E2 via the flow holes 47, 48, 49.
  • the coolant can be directed towards the ceiling 21. Because of the walls 50, 51, the coolant can then escape laterally or in the direction of the side walls 23, 24 and escape from the cooling module 20 through the coolant outlet 32.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a motor vehicle 200 according to a
  • the motor vehicle 200 is, for example, an electrically powered vehicle or a hybrid vehicle. To drive the electric drives, the motor vehicle 200 has an electronic control with a plurality of components 10, which are positioned in the vehicle 200 in the form of the arrangement 100. For cooling the Components 10, a connection of the coolant channel 30 to a coolant circuit 210 of the motor vehicle 200 is provided.
  • first long side wall of the cooling module second long side wall of the cooling module, first short side wall of the cooling module, second short side wall of the cooling module

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Abstract

Offenbart ist eine Anordnung (100) zum gleichmäßigen Kühlen von mindestens zwei Bauteilen (10), aufweisend mindestens ein Kühlmodul (20) und mindestens zwei thermisch mit dem Kühlmodul (20) verbundene Bauteile (10), wobei das mindestens eine Kühlmodul (20) einen Kühlmittelkanal (30) zum Führen eines Kühlmittels aufweist, wobei das Kühlmittel durch einen Kühlmittelzulauf (31) in den Kühlmittelkanal (30) hineinleitbar und durch einen Kühlmittelauslauf (32) aus dem Kühlmittelkanal (30) hinausleitbar ist, wobei in dem Kühlmittelkanal (30) mindestens zwei Kühl Strukturen (40, 41, 42) zum bereichsweisen Einstellen unterschiedlicher Wärmeströme zwischen den mindestens zwei Bauteilen (10) und dem Kühlmittel angeordnet sind. Des Weiteren ist ein Kraftfahrzeug (200) offenbart.

Description

Beschreibung
Anordnung zum gleichmäßigen Kühlen von Bauteilen und Kraftfahrzeug mit zumindest einer
Anordnung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum gleichmäßigen Kühlen von mindestens zwei Bauteilen, aufweisend mindestens ein Kühlmodul und mindestens zwei thermisch mit dem Kühlmodul verbundene Bauteile, wobei das mindestens eine Kühlmodul einen Kühlmittelkanal zum Führen eines Kühlmittels aufweist, wobei das Kühlmittel durch einen Kühlmittelzulauf in den Kühlmittelkanal hineinleitbar und durch einen Kühlmittelauslauf aus dem Kühlmittelkanal hinausleitbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Elektronische Bauteile zum Handhaben hoher Leistungen, wie beispielsweise
Leistungshalbleiter und insbesondere IGBTs, benötigen Kühler zum Abführen überschüssiger Wärme. Üblicherweise werden an derartigen Komponenten Kühler mit Kühlrippen oder Kühlstäben angeordnet. Die Kühler sind üblicherweise in einem Kühlmittelkanal positioniert und werden von einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs umströmt.
Aus der DE 10 2012 107 684 A1 ist ein Kühlkörper für ein Bauelement bekannt. Der Kühlkörper weist eine zwischen einer Grundplatte und einer Deckplatte ausgebildete Fluidpassage zum Führen eines Kühlmittels auf. In der Fluidpassage ist mindestens ein Turbulator mit einer Rippenstruktur zum Erhöhen einer wärmeabführenden Oberfläche angeordnet. Der Turbulator, die Grundplatte und die Deckplatte sind mittels eines induktiven Lötverfahrens flächendeckend miteinander verbunden.
Die DE 101 02 621 B4 zeigt ein Leistungsmodul mit einem Trägerkörper. Eine Oberseite des Trägerkörpers ist mit elektronischen Komponenten bestückt. Auf einer Unterseite des
Trägerkörpers ist ein strukturierter Kühlkörper angeordnet.
Bei einem Einsatz von mehreren Bauteilen, welche Wärme erzeugen und aktiv gekühlt werden müssen, ist eine gleichmäßige Einstellung der Betriebstemperatur der Bauteile oftmals problematisch. Die bekannten Kühlsysteme und Kühlkörper können lediglich nur ein Bauteil kühlen oder weisen einen Temperaturgradienten des Kühlmittels auf, welcher in Richtung eines Kühlmittelauslaufs zunimmt. Es sind zwar Kühlsysteme bekannt, bei welchen die Bauteile durch parallel geschaltete Kühlmittelströme mit gleicher Vorlauftemperatur gekühlt werden, jedoch sind derartige Kühlsysteme komplex, erfordern mehrere Kühlkörper und weisen einen erhöhten Durchflusswiderstand des Kühlmittels auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum effizienten und preiswerten Abkühlen mehrerer Bauteile zu schaffen, bei der die Bauteile eine möglichst geringe
Temperaturdifferenz zueinander aufweisen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zum gleichmäßigen Kühlen von mindestens zwei Bauteilen bereitgestellt. Die Anordnung weist mindestens ein Kühlmodul und mindestens zwei thermisch mit dem Kühlmodul verbundene Bauteile auf. Das mindestens eine Kühlmodul weist einen Kühlmittelkanal zum Führen eines Kühlmittels auf. Das Kühlmittel ist durch einen Kühlmittelzulauf in den Kühlmittelkanal hineinleitbar und durch einen
Kühlmittelauslauf aus dem Kühlmittelkanal hinausleitbar. Erfindungsgemäß sind in dem
Kühlmittelkanal mindestens zwei Kühlstrukturen zum bereichsweisen Einstellen
unterschiedlicher Wärmeströme zwischen den mindestens zwei Bauteilen und dem Kühlmittel angeordnet.
Die mindestens zwei Kühlstrukturen können vorzugsweise derart ortsfest in dem
Kühlmittelkanal angeordnet sein, dass sie die thermische Wärmeleitfähigkeit des Kühlmoduls im Bereich der Bauteile beeinflussen. Somit kann der abgeführte Wärmestrom des Kühlmoduls individuell und ortsvariabel durch den Einsatz unterschiedlicher oder gleichartiger
Kühlstrukturen eingestellt werden.
Die Bauteile können beispielsweise elektrische oder elektronische Bauteile, Elemente oder Komponenten sein, welche im Betrieb Joul’sche Wärme erzeugen. Insbesondere können die mindestens zwei Bauteile Leistungshalbleiter, sogenannte Powerunits, LEDs, Prozessoren und dergleichen sein. Die Bauteile können eine gleiche oder unterschiedliche Verlustleistung bzw. Abwärme erzeugen. Durch die Ausgestaltung der Kühlstrukturen im Kühlmittelkanal kann die Kühlwirkung und somit die abführbare Wärmemenge des Kühlmoduls im Vorfeld örtlich variabel eingestellt werden. Die abführbare Wärmemenge kann vorzugsweise durch die Wärmeleitfähigkeit definiert sein. Somit kann ein Kühlmodul bereitgestellt werden, welches eine oder mehrere Kühlflächen mit einer gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Wärmeleitfähigkeitsverteilung aufweist. Somit können thermisch mit den Kühlflächen verbundene Bauteile abhängig von der
Kühlmitteltemperaturverteilung im Kühlmittelkanal und abhängig von der Verlustwärme des jeweiligen Bauteils und dessen Position gleichmäßig gekühlt werden. Die Anordnung kann analog auch zum Aufwärmen von Bauteilen eingesetzt werden.
Die Anordnung kann somit effektiv zur Reduzierung eines Temperaturgradienten zwischen den Bauteilen eingesetzt werden, sodass die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit der Bauteile steigen.
Durch den Einsatz der Kühlstrukturen im Kühlmittelkanal kann die Druckdifferenz des
Kühlmittels zwischen dem Kühlmitteleinlauf und dem Kühlmittelauslauf minimiert werden.
Darüber hinaus können der Kühlmittelkanal und damit auch das Kühlmodul flach und dadurch besonders platzsparend ausgeführt sein.
Durch den Einsatz von unterschiedlich ausgestalteten Kühlstrukturen im Kühlmodul kann die Kühlleistung des Kühlmoduls erhöht werden, wobei das Kühlmodul technisch einfach aufgebaut sein kann. Beispielsweise kann der Kühlmittelkanal eine rechteckige Grundform aufweisen, in welche die Kühl Strukturen formschlüssig oder stoffschlüssig einsetzbar sind. Somit kann eine aufwändige Konstruktion und Fertigung des Kühlmoduls vermieden werden.
Ein derartiges Kühlmodul kann darüber hinaus interne Wände bzw. Führungen aufweisen, welche eine Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung der Kühl Strukturen ermöglichen.
Hierdurch können auch mehrere Kühlstrukturen pro Bauteil vorgesehen sein. Insbesondere großflächige Bauteile können einen internen Temperaturgradienten aufweisen, welcher durch mehrere Kühlstrukturen kompensiert werden kann. Des Weiteren können mehrere in Reihe fluidleitend miteinander verbundene Kühlstrukturen innerhalb des Kühlmittelkanals mit weiteren Kühlstrukturen parallel angebunden werden. Die Anordnung kann ein kosteneffizientes und flexibles Kühlkonzept zum gleichmäßigen Abführen von Wärme aus Bauteilen bei gleichzeitig geringem hydraulischen Widerstand des Kühlmittels bereitstellten. Durch das gleichmäßige Abführen von Wärme können die Bauteile auf ein im Wesentlichen gleiches Temperaturniveau gekühlt werden. Dabei können durch die Wahl der jeweiligen eingesetzten Kühlstrukturen der Kühlbedarf der Bauteile, Druckverluste im Kühlmittelkanal, Temperaturgradienten des Kühlmittels im Kühlmittelkanal und dergleichen kompensiert werden.
Die Wärmeleitfähigkeitsverteilung der Kühlflächen des Kühlmoduls kann besonders flexibel eingestellt werden, wenn die mindestens zwei Kühl Strukturen als Turbulenzstrukturen,
Anströmungsdüsen, Anströmungslöcher, Anströmungsflächen und/oder Kühlkörper ausgestaltet sind. Abhängig von der Art der Kühlstruktur kann die Effizienz der Kühlung in dem Bereich des Kühlmittelkanals, in dem die Kühlstruktur angeordnet ist, beeinflusst und somit der mögliche Wärmestrom eingestellt werden. Der durch die jeweiligen Kühlstrukturen eingestellte
Wärmestrom kann im Wesentlichen auf die Ausdehnung der Kühl Strukturen beschränkt sein. Somit können unterschiedliche Kühlstrukturen zum Steuern der Wärmeleitfähigkeitsverteilung des Kühlmoduls nebeneinander bzw. in kleinen Abständen zueinander angeordnet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die mindestens zwei Kühl Strukturen an einem Boden des Kühlmittelkanals, an einer Decke des Kühlmittelkanals, in einem Bereich zwischen dem Boden und der Decke des Kühlmittelkanals und/oder den Kühlmittelkanal ausfüllend zwischen dem Boden und der Decke angeordnet. Hierdurch kann die Wärmeleitfähigkeit des Kühlmittelkanals an den entsprechenden Positionen der Kühlstrukturen zusätzlich gesteuert werden. Neben der Form, der Art und dem Material der Kühlstrukturen kann somit eine weitere Einstellungsmöglichkeit für die Wärmeleitfähigkeit bereitgestellt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform weisen die mindestens zwei Kühlstrukturen zum
Einstellen von unterschiedlich hohen Wärmeströmen unterschiedliche Geometrien,
unterschiedlich hohe Strukturdichten und/oder unterschiedliche Dimensionen auf. Die
Kühlstrukturen können beispielsweise eine Dimension aufweisen, welche sich auf die
Kühleffizienz auswirkt. Beispielsweise können feinmaschig ausgestaltete Turbulenzstrukturen eine effizientere Wärmeübertragung ermöglichen als grobmaschige Turbulenzstrukturen.
Hierdurch kann auch die Strukturdichte eingestellt werden, welche beispielsweise bei feinmaschigen Turbulenzstrukturen höher ist als bei grobmaschigen Turbulenzstrukturen. Die Geometrie kann darüber hinaus eine Art der Kühlstruktur definieren. Beispielsweise können Turbulenzstrukturen in Form von Rampen, Wellenstrukturen, Strömungsflächen und
dergleichen ausgebildet sein und somit unterschiedlichen Einfluss auf den möglichen
Wärmestrom vom Bauteil in das Kühlmittel aufweisen.
Eine Kühlstruktur kann technisch besonders einfach aufgebaut sein, wenn eine als
Turbulenzstrukturen ausgestaltete Kühlstruktur mindestens zwei wellenförmige
Streifenelemente aufweist. Die Streifenelemente weisen vorzugsweise sich abwechselnd angeordnete Wellenberge und Wellentäler auf. Die Streifenelemente weisen einen Versatz in Flussrichtung des Kühlmittels auf, wobei zum Erhöhen eines Wärmestromes der Versatz zwischen den Streifenelementen reduziert, die Anzahl an Streifenelementen erhöht, eine Ausdehnung der Wellenberge in Flussrichtung reduziert und/oder eine Ausdehnung der Wellentäler in Flussrichtung reduziert ist. Hierdurch kann die Wärmeleitfähigkeit im Bereich der als Turbulenzstruktur ausgestalteten Kühlstruktur besonders präzise eingestellt werden.
Insbesondere können unterschiedlich geformte und/oder dimensionierte
Turbulenzblechstrukturen zur gleichen Wärmeabfuhr der Bauteile eingesetzt werden. Der resultierende Wärmestrom kann aufgrund der unterschiedlichen Kühlstrukturen mögliche Temperaturgradienten und Druckgradienten des Kühlmittels ausgleichen und somit in einer gleichmäßigen Kühlung der Bauteile resultieren.
Der Wärmestrom des Kühlmoduls kann zusätzlich gesteuert werden, wenn die mindestens zwei Kühlstrukturen zum bereichsweisen Einstellen von unterschiedlichen Wärmeströmen aus unterschiedlichen Materialen hergestellt sind. Vorzugsweise sind derartige Kühlstrukturen wärmeleitend mit den Wänden bzw. den Kühlflächen des Kühlmoduls verbunden. Hierdurch kann das Material der Kühlstrukturen zusätzlich für die Einstellung der Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden, da die Wärmeleitfähigkeit auch von der Materialwahl abhängt.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die mindestens zwei Kühlstrukturen in Flussrichtung miteinander verbunden oder sind als eine Kühlstruktur mit einer sich in Flussrichtung
verändernden Wärmestromverteilung ausgestaltet. Hierdurch kann der Kühlmittelkanal zumindest bereichsweise mit mehreren Kühl Strukturen gefüllt werden, welche miteinander verbunden sind oder stoffschlüssig ineinander übergehen. Einteilig miteinander verbundene Kühl Strukturen können besonders einfach montiert werden. Vorzugsweise können derartige Kühlstrukturen passgenau in dem Kühlmittelkanal einsetzbar sein.
Das Kühlmodul kann technisch einfach aufgebaut sein, wenn die mindestens zwei Bauteile voneinander beabstandet an einer dem Kühlmittelkanal abgewandten Seite der Decke des Kühlmoduls angeordnet sind. Die mindestens zwei Kühlstrukturen zum Einstellen
unterschiedlicher Wärmeströme sind voneinander beabstandet im Kühlmittelkanal angeordnet, wobei mindestens eine Kühlstruktur jeweils im Bereich eines Bauteils im Kühlmittelkanal angeordnet ist. Hierdurch kann beispielsweise eine Decke des Kühlmittelkanals als eine Kühlfläche dienen und somit einen unmittelbaren Wärmeaustausch zwischen den
Kühlstrukturen bzw. dem Kühlmittel und den Bauteilen gewährleisten.
Da die Temperatur im Kühlmittelkanal üblicherweise mit zunehmender Verweildauer des Kühlmittels zunimmt, können die Bauteile besonders gleichmäßig gekühlt werden, wenn die durch die mindestens zwei Kühlstrukturen eingestellten Wärmeströme in Richtung des
Kühlmittelauslaufs zunehmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer erfindungsgemäßen Anordnung bereitgestellt. Bevorzugterweise ist ein Kühlmittelkanal der mindestens einen Anordnung fluidleitend mit einem Fahrzeugkühlmittelkreislauf verbunden.
Hierdurch kann das Fahrzeug eine oder mehrere Anordnungen aufweisen, welche jeweils mehrere Bauteile gleichmäßig kühlen bzw. thermisch einstellen können. Somit können die eingesetzten Bauteile auf einer gleichmäßigen Temperatur betrieben werden, sodass die Zuverlässigkeit erhöht wird. Insbesondere können Temperaturgradienten zwischen den Bauteilen und somit abweichende Eigenschaften, wie beispielsweise Leistungsfähigkeit, der Bauteile verhindert werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einer Ausführungsform, Fig. 2a und 2b schematische Schnittdarstellungen der Anordnung aus Fig. 1 ,
Fig. 3a, 3b und 3c schematische Schnittdarstellungen zum Veranschaulichen
unterschiedlicher Kühlstrukturen,
Fig. 4a und 4b schematische Schnittdarstellungen eines Kühlmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5a und 5b schematische Schnittdarstellungen eines Kühlmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Anordnung 100 ist dazu eingerichtet, mehrere Bauteile 10 gleichmäßig zu kühlen. Hierbei weist die Anordnung 100 beispielhaft drei Bauteile 10 auf, welche für ihren Betrieb thermisch geregelt werden. Hierzu sind die Bauteile 10 mit einem Kühlmodul 20 thermisch leitfähig verbunden.
Die Bauteile 10 sind als gleiche Leistungshalbleiter ausgeführt. Alternativ können die
Bauteile 10 unterschiedliche Leistungsfähigkeit und/oder unterschiedlichen Kühlbedarf aufweisen. Insbesondere können die Bauteile 10 als sogenannte Powermodule mit mehreren Leistungshalbleitern und weiterer elektronischer Ansteuerung ausgestaltet sein. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Bauteile 10 stoffschlüssig mit dem Kühlmodul 20 verbunden. Beispielsweise können die Bauteile 10 durch einen wärmeleitfähigen Kleber mit dem
Kühlmodul 20 verbunden sein. Die Bauteile 10 sind an einer Decke 21 des Kühlmoduls 20 angeordnet.
Das Kühlmodul 20 weist einen Kühlmittelkanal 30 (Fig.2a) zum Führen eines Kühlmittels auf. Das Kühlmittel kann vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder eine wässrige Lösung, sein. Das Kühlmittel wird durch einen Kühlmittelzulauf 31 in den Kühlmittelkanal 30 hineingeführt und durch einen Kühlmittelauslauf 32 aus dem
Kühlmittelkanal 30 hinausgeleitet. Die Pfeile veranschaulichen schematisch die Flussrichtung R des Kühlmittels.
Das Kühlmodul 20 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel rechteckig ausgeführt und weist einen der Decke 21 gegenüberliegenden Boden 22 und Seitenwände 23, 24, 25, 26 auf. Hierdurch ist das Kühlmodul 20 kastenförmig ausgeformt und bildet in einem Innenraum den
Kühlmittelkanal 30 aus. Die Decke 21 des Kühlmoduls 20 ist länglich ausgeführt, damit die drei Bauteile 10 auf der Decke 21 des Kühlmoduls 20 nebeneinander angeordnet werden. Hierdurch sind die Seitenwände 23, 24 ebenfalls gegenüber den kurzen Seitenwänden 25, 26 verlängert ausgeführt.
In den Fig. 2a und 2b sind schematische Schnittdarstellungen der Anordnung aus Fig. 1 gezeigt. Die Fig. 2a zeigt eine erste Schnittdarstellung, bei welcher der Kühlmittelkanal 30 in Form einer Draufsicht verdeutlicht ist. Das Kühlmittel kann durch den Kühlmittelzulauf 31 in den Kühlmittelkanal 30 hineingeleitet werden. Anschließend kann das Kühlmittel dem
Kühlmittelkanal 30 folgen.
In dem Kühlmittelkanal 30 sind drei Kühlstrukturen 40, 41 , 42 angeordnet. Die
Kühlstrukturen 40, 41 , 42 sind in Flussrichtung R mittig im Kühlmittelkanal 30 jeweils unterhalb eines Bauteils 10 angeordnet. Die Kühlstrukturen 40, 41 , 42 verbessern bereichsweise die Kühlwirkung des Kühlmoduls 20.
Dargestellt ist weiterhin schematisch ein Temperaturgradient des Kühlmittels. Insbesondere heizt sich das Kühlmittel in Richtung des Kühlmittelauslaufs 32 auf, wodurch die Kühlwirkung des Kühlmoduls 20 in Richtung des Kühlauslaufs 32 abnimmt. Diese nachlassende Kühlwirkung kann durch entsprechend ausgestaltete Kühl Strukturen 40, 41 , 42 kompensiert werden. Somit weist die erste Kühlstruktur 40 eine beste Kühlwirkung bzw. Kühleffizienz der Kühlstrukturen 40, 41 , 42 auf. Die zweite Kühlstruktur 41 weist eine reduzierte Kühlwirkung und die dritte
Kühl Struktur 42 weist die schlechteste Kühlwirkung auf. Die Kühlwirkung kann durch eine Wärmeleitfähigkeit und/oder einen maximal möglichen Wärmestrom zwischen einem Bauteil 10 und dem Kühlmittel definiert sein. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Kühlstrukturen 40, 41 , 42 voneinander und von den Seitenwänden 23, 24, 25, 26 des Kühlmoduls 20 beabstandet.
In der Fig. 2b ist der Schnitt A-A aus der Fig. 2a gezeigt, welcher den Kühlmittelkanal 30 seitlich darstellt. Im Unterschied zur Fig. 2a wird der Kühlmittelkanal 30 durch die Kühl Strukturen 40, 41 , 42 im Wesentlichen ausgefüllt.
Die Kühlstrukturen 40, 41 , 42 weisen in Flussrichtung R keinen Abstand zueinander auf. Des Weiteren weisen die Kühl Strukturen 40, 41 , 42 eine gleiche Höhe H wie der Kühlmittelkanal 30 auf. Im Bereich des Kühlmittelzulaufs 31 und des Kühlmittelauslaufs 32 ist der
Kühlmittelkanal 30 nicht mit den Kühlstrukturen 40, 41 , 42 ausgefüllt. Hierdurch kann eine optimale Anströmung der Kühlstrukturen 40, 41 , 42 realisiert werden. Die Kühlstrukturen 40, 41 , 42 werden analog zur Fig. 1 und Fig. 2a durch das Kühlmittel seriell durchströmt.
Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen schematische Schnittdarstellungen zum Veranschaulichen unterschiedlicher beispielhafter Kühl Strukturen 40, 41 , 42, 43. Die Kühl Strukturen 40, 41 , 42, 43 sind als Turbulenzstrukturen ausgestaltet. Insbesondere weisen die in Fig. 3a, 3b und 3c gezeigten Kühl Strukturen 40, 41 , 42 eine Wellengeometrie auf. Die unterschiedlichen
Wärmeleitfähigkeiten der Kühl Strukturen 40, 41 , 42 wird durch die unterschiedliche
Wellengeometrie und Wellendichte erreicht.
Die als Turbulenzstrukturen ausgestalteten Kühlstrukturen 40, 41 , 42 weisen mindestens zwei wellenförmige Streifenelemente 44 auf. Die Streifenelemente 44 bestehen aus Wellenbergen 45 und Wellentälern 46, welche sich in Flussrichtung R abwechseln. Die Streifenelemente 44 weisen einen Versatz V1 , V2, V3 in Flussrichtung R des Kühlmittels auf. Zum Erhöhen des möglichen Wärmestroms ist der Versatz V1 , V2, V3 zwischen den Streifenelementen 44 zunehmend geringer, wodurch die Verwirbelung des Kühlmittels erhöht wird. Die
Streifenelemente 44 sind quer zur Flussrichtung R nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Streifenelemente 44 miteinander bereichsweise verbunden.
Durch den Versatz V1 , V2, V3 sind seitliche Öffnungen der nebeneinanderliegenden
Wellenstrukturen bzw. der Streifenelemente 44 zueinander unterschiedlich groß. Große
Öffnungen erzeugen geringere Wärmeleitfähigkeiten, kleine Öffnungen erzielen höhere
Wärmeleitfähigkeiten. ln der Fig. 3a ist beispielshaft die erste Kühlstruktur 40 dargestellt, welche eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann. Die Fig. 3b zeigt die zweite Kühlstruktur 41 , bei der ein gegenüber der ersten Kühlstruktur 40 größerer Versatz V2 eingestellt ist. In der Fig. 3c ist die dritte Kühlstruktur 42 mit dem größten Versatz V3 veranschaulicht.
Die Fig. 3d zeigt eine weitere beispielhafte Kühlstruktur 43, welche zum Einstellen eines Wärmestroms einsetzbar ist. Anstatt einer Wellenstruktur ist die Kühlstruktur 43 in Form von mehreren Rampen ausgeführt, welche das Kühlmittel in Richtung der Decke 21 ablenken können. Die Rampen können in Flussrichtung R und quer zur Flussrichtung R voneinander beabstandet sein und/oder einen Versatz zueinander aufweisen.
In den Fig. 4a und 4b sind schematische Schnittdarstellungen eines Kühlmoduls 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Fig. 4a zeigt einen Querschnitt B-B aus Fig. 4b. Im Unterschied zu den bereits gezeigten Ausführungsbeispielen sind zum Kühlen jedes Bauteils 10 jeweils zwei unterschiedliche Kühl Strukturen 40, 41 vorgesehen. Hierdurch können bauteilinterne Temperaturgradienten ausgeglichen werden. Die Kühlstrukturen 40, 41 sind durch Wände 50 voneinander beabstandet. Des Weiteren sind die Kühl Strukturen 40, 41 der jeweiligen Bauteile 10 ebenfalls durch weitere Wände 51 voneinander beabstandet.
Die Wände 50, 51 erstrecken sich im Kühlmittelkanal 30 entlang der gesamten Höhe H des Kühlmittelkanals 30 und sind von den langen Seitenwänden 23, 24 beabstandet. Durch den Einsatz der Wände 50, 51 kann technisch einfach eine Parallelschaltung bzw.
Parallelanströmung der Kühl Strukturen 40, 41 ermöglicht werden. Die Pfeile veranschaulichen die Flussrichtung R des Kühlmittels durch den Kühlmittelkanal 30.
Zum Steuern des Durchflusses des Kühlmittels können aktive Ventile oder
Strömungspassagen 60 zwischen den Wänden 51 und der Seitenwand 24 angeordnet werden. Hierdurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels und der Wärmestrom von den Bauteilen 10 in das Kühlmittel gesteuert werden.
Die Fig. 5a und 5b zeigen schematische Schnittdarstellungen eines Kühlmoduls 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Fig. 5a zeigt einen Querschnitt C-C aus der Fig. 5b. Im Unterschied zu den bereits dargestellten Ausführungsbeispielen weist der
Kühlmittelkanal 30 zwei Ebenen E1 , E2 auf. Die Ebenen E1 , E2 werden durch eine Zwischenwand 70 ausgebildet, welche sich entlang des gesamten Kühlmittelkanals 30 parallel zur Decke 21 erstreckt. In der ersten Ebene E1 erfolgt eine Anströmung bzw. Einleitung des Kühlmittels. Das Kühlmittel kann anschließend über Anströmungslöcher 47, 48, 49 in die zweite Ebene E2 gelangen. Die Anströmungslöcher 47, 48, 49 können auch als Düsen ausgestaltet sein. Durch die Anströmungslöcher 47, 48, 49 kann das Kühlmittel unmittelbar auf die Decke 21 unterhalb der Bauteile 10 gesprüht werden, wodurch die lokale Kühlwirkung beeinflusst wird.
Abhängig von der Größe bzw. dem Durchmesser D1 , D2, D3 der in die Zwischenwand 70 eingebrachten Anströmungslöcher 47, 48, 49 kann die Durchflussmenge des Kühlmittels und die Kühlwirkung eingestellt werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind jeweils sechs Anströmungslöcher 47, 48, 49 pro Kühlstruktur vorgesehen. Es werden jeweils drei
Anströmungslöcher 47, 48, 49 in Reihe angeströmt, wobei pro Kühlstruktur zwei Gruppen mit je drei Anströmungslöchern 47, 48, 49 parallel von dem Kühlmittel durchströmt werden.
Die Anströmungslöcher 47, 48, 49 weisen unterschiedliche Durchmesser D1 , D2, D3 auf. Die ersten Anströmungslöcher 47 weisen einen größten Durchmesser D1 auf und haben somit die beste Kühlwirkung. Die zweiten Anströmungslöcher 48 weisen einen verringerten Durchmesser D2 auf. Die dritten Anströmungslöcher 49 weisen jeweils den geringsten Durchmesser D3 und somit die geringste Kühlwirkung auf.
Die Strömung des Kühlmittels erfolgt durch den Kühlmittelzulauf 31 auf der ersten Ebene E1. Das Kühlmittel verteilt sich horizontal entlang der ersten Ebene E1 und entweicht über die Anströmungslöcher 47, 48, 49 vertikal in die zweite Ebene E2. Beim Entweichen aus den Anströmungslöchern 47, 48, 49 kann das Kühlmittel gegen die Decke 21 gerichtet werden. Aufgrund der Wände 50, 51 kann das Kühlmittel anschließend seitlich bzw. in Richtung der Seitenwände 23, 24 entweichen und durch den Kühlmittelauslauf 32 aus dem Kühlmodul 20 entweichen.
Die Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 200 gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 200 ist beispielsweise ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Zum Antreiben der elektrischen Antriebe weist das Kraftfahrzeug 200 eine elektronische Ansteuerung mit mehreren Bauteilen 10 auf, welche in Form der Anordnung 100 im Fahrzeug 200 positioniert sind. Zum Kühlen der Bauteile 10 ist eine Anbindung des Kühlmittelkanals 30 an einen Kühlmittelkreislauf 210 des Kraftfahrzeugs 200 vorgesehen.
Bezugszeichenliste
Bauteil
Kühlmodul
Decke des Kühlmoduls
Boden des Kühlmoduls
erste lange Seitenwand des Kühlmoduls zweite lange Seitenwand des Kühlmoduls erste kurze Seitenwand des Kühlmoduls zweite kurze Seitenwand des Kühlmoduls
Kühlmittelkanal
Kühlmittelzulauf
Kühlmittelauslauf erste Kühlstruktur
zweite Kühlstruktur
dritte Kühlstruktur
vierte Kühlstruktur
Streifenelement
Wellenberg des Streifenelements
Wellental des Streifenelements
großes Anströmungsloch / Kühlstruktur
mittleres Anströmungsloch / Kühlstruktur kleines Anströmungsloch / Kühlstruktur
Wand im Kühlmittelkanal
Wand im Kühlmittelkanal
Ventil / Strömungspassage
Zwischenwand
Anordnung
Kraftfahrzeug 210 Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs
D1 erster Durchmesser
D2 zweiter Durchmesser
D3 dritter Durchmesser
E1 erste Ebene des Kühlmittelkanals
E2 zweite Ebene des Kühlmittelkanals
H Höhe der Kühlstruktur/ des Kühlmittelkanals
R Flussrichtung
V1 erster Versatz von Streifenelementen
V2 zweiter Versatz von Streifenelementen
V3 dritter Versatz von Streifenelementen

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (100) zum gleichmäßigen Kühlen von mindestens zwei Bauteilen (10),
aufweisend mindestens ein Kühlmodul (20) und mindestens zwei thermisch mit dem Kühlmodul (20) verbundene Bauteile (10), wobei das mindestens eine Kühlmodul (20) einen Kühlmittelkanal (30) zum Führen eines Kühlmittels aufweist, wobei das Kühlmittel durch einen Kühlmittelzulauf (31) in den Kühlmittelkanal (30) hineinleitbar und durch einen Kühlmittelauslauf (32) aus dem Kühlmittelkanal (30) hinausleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlmittelkanal (30) mindestens zwei Kühl Strukturen (40, 41 , 42) zum bereichsweisen Einstellen unterschiedlicher Wärmeströme zwischen den mindestens zwei Bauteilen (10) und dem Kühlmittel angeordnet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei die mindestens zwei Kühlstrukturen als
Turbulenzstrukturen (40, 41 , 42), Anströmungslöcher (47, 48, 49), und/oder Kühlkörper ausgestaltet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Kühl Strukturen (40, 41 , 42) an einem Boden (22) des Kühlmittelkanals (30), an einer Decke (21) des
Kühlmittelkanals (30), in einem Bereich zwischen dem Boden (22) und der Decke (21) des Kühlmittelkanals (30) und/oder den Kühlmittelkanal (30) ausfüllend zwischen dem Boden (22) und der Decke (21) angeordnet sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens zwei
Kühlstrukturen (40, 41 , 42) zum Einstellen von unterschiedlich hohen Wärmeströmen unterschiedliche Geometrien, unterschiedlich hohe Strukturdichten und/oder
unterschiedliche Dimensionen aufweisen.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine als Turbulenzstrukturen
ausgestaltete Kühlstruktur (40, 41 , 42) mindestens zwei wellenförmige Streifenelemente (44) aufweist, wobei die Streifenelemente (44) Wellenberge (45) und Wellentäler (46) aufweisen, wobei die Streifenelemente (44) einen Versatz (V1 , V2, V3) in Flussrichtung (R) des Kühlmittels aufweisen, wobei zum Erhöhen eines Wärmestromes der Versatz (V1 , V2, V3) zwischen den Streifenelementen (44) reduziert, die Anzahl an Streifenelementen (44) erhöht, eine Ausdehnung der Wellenberge (45) in Flussrichtung (R) reduziert und/oder eine Ausdehnung der Wellentäler (46) in Flussrichtung (R) reduziert ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens zwei
Kühlstrukturen (40, 41 , 42) zum bereichsweisen Einstellen von unterschiedlichen Wärmeströmen aus unterschiedlichen Materialen hergestellt sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens zwei
Kühlstrukturen (40, 41 , 42) in Flussrichtung (R) miteinander verbunden sind oder als eine Kühlstruktur mit einer sich in Flussrichtung (R) verändernder Wärmestromverteilung ausgestaltet sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens zwei Bauteile (10) voneinander beabstandet an einer dem Kühlmittelkanal (30) abgewandten Seite der Decke (21) des Kühlmoduls (20) angeordnet sind, wobei die mindestens zwei
Kühlstrukturen (40, 41 , 42) zum Einstellen unterschiedlicher Wärmeströme voneinander beabstandet im Kühlmittelkanal (30) angeordnet sind, wobei mindestens eine
Kühlstruktur (40, 41 , 42) jeweils im Bereich eines Bauteils (10) im Kühlmittelkanal (30) angeordnet ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die durch die mindestens zwei Kühlstrukturen (40, 41 , 42) eingestellten Wärmeströme in Richtung des
Kühlmittelauslaufs (32) zunehmen.
10. Kraftfahrzeug (200) mit mindestens einer Anordnung (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Kühlmittelkanal (30) der mindestens einen Anordnung (100) fluidleitend mit einem Fahrzeugkühlmittelkreislauf (210) verbunden ist.
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