DE102016202547A1

DE102016202547A1 - Integrated vehicle control unit and method of manufacturing an integrated vehicle control unit

Info

Publication number: DE102016202547A1
Application number: DE102016202547.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Kühnl; Matthias Held
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-08-24
Also published as: CN107089168A

Abstract

Ein integriertes Steuergerät (200) für ein Fahrzeug weist ein Leistungsmodul (410) zum Schalten einer elektrischen Spannung einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs, einen Zwischenkreiskondensator (420), einen Schaltungsträger (440, 450, 460, 470) mit einer elektronischen Schaltung (445) zum Ansteuern des Leistungsmoduls (410) und eine Kühleinrichtung (430) zum aktiven Kühlen von Komponenten des Steuergerätes (200) auf. Dabei ist der Zwischenkreiskondensator (420) mit einer ersten Seite der Kühleinrichtung (430) thermisch koppelbar oder gekoppelt. Auch ist hierbei das Leistungsmodul (410) mit einer zweiten Seite der Kühleinrichtung (430) thermisch koppelbar oder gekoppelt.An integrated control device (200) for a vehicle has a power module (410) for switching an electrical voltage of a drive machine of the vehicle, an intermediate circuit capacitor (420), a circuit carrier (440, 450, 460, 470) with an electronic circuit (445) for Driving the power module (410) and cooling means (430) for actively cooling components of the controller (200). In this case, the intermediate circuit capacitor (420) can be thermally coupled or coupled to a first side of the cooling device (430). In this case too, the power module (410) can be thermally coupled or coupled to a second side of the cooling device (430).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein integriertes Steuergerät für ein Fahrzeug und auf ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Steuergerätes für ein Fahrzeug. The present invention relates to an integrated control apparatus for a vehicle and to a method for manufacturing an integrated control apparatus for a vehicle.

In manchen Fahrzeugen können integrierte Steuergeräte beispielsweise als Wechselrichter zum Einsatz kommen. Solche integrierten Steuergeräte können eine passive Kühlung oder eine aktive Kühlung aufweisen. Bei jenen Steuergeräten mit aktiver Kühlung können insbesondere lediglich Leistungsmodule und Zwischenkreiskondensator am aktiven Kühler angebunden sein. In some vehicles, integrated control devices can be used, for example, as inverters. Such integrated control devices may have passive cooling or active cooling. In those control units with active cooling in particular only power modules and DC link capacitor can be connected to the active radiator.

Die DE 10 2010 005 303 A1 beschreibt ein integriertes Steuergerät mit Kunststoffgehäuse, wobei eine passive Kühlung vorgesehen ist. The DE 10 2010 005 303 A1 describes an integrated control unit with plastic housing, wherein a passive cooling is provided.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes integriertes Steuergerät für ein Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines integrierten Steuergerätes für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, the present invention provides an improved integrated control apparatus for a vehicle and an improved method for manufacturing an integrated control apparatus for a vehicle according to the main claims. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können insbesondere Komponenten eines integrierten Steuergerätes an unterschiedlichen Seiten einer aktiven Kühleinrichtung angeordnet und mit der Kühleinrichtung thermisch gekoppelt sein oder werden. Hierbei können zumindest Leistungselektronik und ein Zwischenkreiskondensator direkt thermisch mit der Kühleinrichtung koppelbar oder gekoppelt sein. Beispielsweise kann auch zumindest ein Teilabschnitt eines Schaltungsträgers thermisch mit der Kühleinrichtung koppelbar oder gekoppelt sein. In particular, according to embodiments of the present invention, components of an integrated control device can be arranged on different sides of an active cooling device and can be or are thermally coupled to the cooling device. In this case, at least power electronics and a DC link capacitor can be directly coupled or coupled thermally with the cooling device. For example, at least one subsection of a circuit carrier may be thermally coupled or coupled to the cooling device.

Vorteilhafterweise können gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielsweise Bauteile einer Treiberansteuerung an eine aktive Kühlung angebunden werden, sodass eine Lebensdauer erhöht oder eine elektronische Schaltung mit mehr Leistung betrieben werden kann. Ferner kann eine mechanische Stabilität durch einen zentralen Komponententräger mit integriertem Kühlkörper gesteigert werden. Es kann ein platzsparender Aufbau realisiert werden, auch wo flache breite Aufbauten unmöglich sind. Zudem können beispielsweise Austausch und Reparatur defekter Komponenten des integrierten Steuergerätes erleichtert bzw. vereinfacht werden. Advantageously, according to embodiments of the present invention, for example, components of a driver control can be connected to active cooling, so that a lifetime can be increased or an electronic circuit can be operated with more power. Furthermore, a mechanical stability can be increased by a central component carrier with integrated heat sink. It can be realized a space-saving design, even where flat wide structures are impossible. In addition, for example, replacement and repair of defective components of the integrated control device can be facilitated or simplified.

Auch kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielsweise ein Einbau des integrierten Steuergerätes in ein Gehäuse mit weiteren Komponenten, beispielsweise einem Getriebe, einer elektrischen Maschine, einem Getriebesteuergerät und zusätzlich oder alternativ anderen Elementen, erleichtert werden. Durch eine Testbarkeit von Elementen des integrierten Steuergerätes ohne Gehäuse kann eine Zugänglichkeit der Einzelkomponenten erleichtert werden, wobei auch eine Testtiefe erhöht werden kann. Ferner können Reparaturkosten gesenkt werden, wenn ein Defekt des integrierten Steuergerätes bei einer Prüfung erkannt wird, denn ein Anschluss des Steuergerätes an eine Peripherie, wie beispielsweise ein Gehäuse, Stecker, Kühlmittelanschlüsse und dergleichen, kann nach der Prüfung erfolgen. Zudem kann auch eine Vormontage von Elementen des integrierten Steuergerätes, beispielsweise Wechselrichterkomponenten, in einer optimierten Fertigungsanlage ohne Komplettgehäuse ermöglicht werden. Also, according to embodiments of the present invention, for example, an installation of the integrated control unit in a housing with other components, such as a transmission, an electric machine, a transmission control unit and additionally or alternatively other elements, be facilitated. By a testability of elements of the integrated control unit without housing accessibility of the individual components can be facilitated, whereby a test depth can be increased. Furthermore, repair costs can be reduced if a defect of the integrated control device is detected in a test, because a connection of the control device to a periphery, such as a housing, connectors, coolant connections and the like, can be done after the test. In addition, a pre-assembly of elements of the integrated control device, such as inverter components, in an optimized manufacturing facility without complete housing can be made possible.

Es können insbesondere auch mehr Elemente des Steuergerätes als lediglich Leistungselektronik und Zwischenkreiskondensator optimal an einem aktiven Kühler, zum Beispiel mit Flüssigkeitskühlung, angebunden sein oder werden, wobei auch ein Aufwand einer Aufbau- und Verbindungstechnik zwischen Treiberansteuerung und Steuerteil vereinfacht bzw. reduziert werden kann. Auch kann eine thermische Verkopplung zwischen Leistungsmodul und Schaltungsträger reduziert oder verhindert werden. Ferner kann eine mechanische Fixierung des Schaltungsträgers verbessert werden, da Anschraubpunkte am Kühler nicht durch z.B. Leistungselektronik oder Kondensator verhindert werden. In particular, more elements of the control unit than merely power electronics and intermediate circuit capacitor can be optimally connected to an active cooler, for example with liquid cooling, whereby an expenditure of a construction and connection technology between driver control and control unit can be simplified or reduced. Also, a thermal coupling between the power module and circuit carrier can be reduced or prevented. Furthermore, a mechanical fixation of the circuit carrier can be improved because screw-on points on the cooler are not affected by e.g. Power electronics or capacitor can be prevented.

Ein integriertes Steuergerät für ein Fahrzeug weist ein Leistungsmodul zum Schalten einer elektrischen Spannung einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs, einen Zwischenkreiskondensator, einen Schaltungsträger mit einer elektronischen Schaltung zum Ansteuern des Leistungsmoduls und eine Kühleinrichtung zum aktiven Kühlen von Komponenten des Steuergerätes auf, wobei der Zwischenkreiskondensator mit einer ersten Seite der Kühleinrichtung thermisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei das Leistungsmodul mit einer zweiten Seite der Kühleinrichtung thermisch koppelbar oder gekoppelt ist. An integrated control device for a vehicle has a power module for switching an electrical voltage of a drive machine of the vehicle, an intermediate circuit capacitor, a circuit carrier with an electronic circuit for driving the power module and a cooling device for actively cooling components of the control device, wherein the intermediate circuit capacitor with a first Side of the cooling device is thermally coupled or coupled, wherein the power module is thermally coupled or coupled to a second side of the cooling device.

Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln, insbesondere ein Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug, genauer gesagt ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das integrierte Steuergerät kann als ein Wechselrichter ausgeführt sein. Das Leistungsmodul kann einen Leistungshalbleiter aufweisen. Die Antriebsmaschine kann eine elektrische Maschine sein. Der Schaltungsträger kann zumindest die elektronische Schaltung aufweisen. Der Schaltungsträger kann mehrlagig ausgeführt sein. Die Kühleinrichtung kann ausgebildet sein, um ein Kühlmittel zu führen. Dabei kann die Kühleinrichtung Kühlmittelanschlüsse aufweisen. The vehicle may be a motor vehicle, in particular a hybrid vehicle or electric vehicle, more precisely an at least partially electrically powered vehicle. The integrated control unit can be designed as an inverter. The power module may include a power semiconductor. The prime mover may be an electric machine. The circuit carrier may comprise at least the electronic circuit. The circuit carrier may be multi-layered. The cooling device may be designed to guide a coolant. In this case, the cooling device may have coolant connections.

Gemäß einer Ausführungsform können die erste Seite der Kühleinrichtung und die zweite Seite der Kühleinrichtung voneinander abgewandte Seiten der Kühleinrichtung sein. Hierbei kann die Kühleinrichtung beispielsweise quaderförmig ausgeformt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Aufbau des integrierten Steuergerätes vereinfacht werden kann. According to one embodiment, the first side of the cooling device and the second side of the cooling device may be mutually opposite sides of the cooling device. In this case, the cooling device can be formed, for example, parallelepipedic. Such an embodiment has the advantage that a structure of the integrated control unit can be simplified.

Dabei kann zumindest die elektronische Schaltung des Schaltungsträgers elektrisch mit dem Leistungsmodul verbindbar oder verbunden sein und mit einer dritten Seite der Kühleinrichtung thermisch koppelbar oder gekoppelt sein. Hierbei kann zumindest ein die elektronische Schaltung aufweisender Teilabschnitt des Schaltungsträgers mit der dritten Seite der Kühleinrichtung thermisch koppelbar oder gekoppelt sein. Die dritte Seite der Kühleinrichtung kann an die erste Seite und die zweite Seite angrenzen oder zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Kühlung der elektronischen Schaltung verbessert werden kann. Somit können sowohl eine Lebensdauer als auch eine elektrische Belastbarkeit der elektronischen Schaltung erhöht werden. In this case, at least the electronic circuit of the circuit carrier can be electrically connected or connected to the power module and be thermally coupled or coupled to a third side of the cooling device. In this case, at least one subsection of the circuit carrier having the electronic circuit can be thermally coupled or coupled to the third side of the cooling device. The third side of the cooling device may be adjacent to the first side and the second side or disposed between the first side and the second side. Such an embodiment offers the advantage that cooling of the electronic circuit can be improved. Thus, both a lifetime and an electrical load capacity of the electronic circuit can be increased.

Gemäß einer anderen Ausführungsform können die erste Seite der Kühleinrichtung und die zweite Seite der Kühleinrichtung zueinander benachbarte Seiten der Kühleinrichtung sein. Insbesondere können die erste Seite und die zweite Seite der Kühleinrichtung aneinander angrenzen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine platzsparende Anordnung des integrierten Steuergerätes realisiert werden kann. According to another embodiment, the first side of the cooling device and the second side of the cooling device may be mutually adjacent sides of the cooling device. In particular, the first side and the second side of the cooling device may adjoin one another. Such an embodiment has the advantage that a space-saving arrangement of the integrated control device can be realized.

Hierbei kann das Leistungsmodul mit dem Schaltungsträger integriert sein. Dabei kann der Schaltungsträger über Leiterbahnen des Schaltungsträgers mit der elektronischen Schaltung verbunden sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine noch kompaktere Bauweise des integrierten Steuergerätes ermöglicht werden kann. In this case, the power module can be integrated with the circuit carrier. In this case, the circuit carrier may be connected via conductor tracks of the circuit carrier to the electronic circuit. Such an embodiment has the advantage that an even more compact design of the integrated control unit can be made possible.

Insbesondere kann der Schaltungsträger einstückig ausgeformt sein. Hierbei kann der Schaltungsträger die elektronische Schaltung und eine elektrische Schaltung zum Ansteuern des Steuergerätes aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das integrierte Steuergerät platzsparend, mit wenigen Baugruppen und einfach realisiert werden kann. In particular, the circuit carrier may be integrally formed. In this case, the circuit carrier may comprise the electronic circuit and an electrical circuit for driving the control unit. Such an embodiment has the advantage that the integrated control unit can be space-saving, with few modules and can be easily implemented.

Alternativ kann der Schaltungsträger mehrstückig ausgeformt sein. Hierbei kann ein erster Teilabschnitt des Schaltungsträgers die elektronische Schaltung aufweisen und kann ein zweiter Teilabschnitt des Schaltungsträgers eine elektrische Schaltung zum Ansteuern des Steuergerätes aufweisen. Der erste Teilabschnitt des Schaltungsträgers und der zweite Teilabschnitt des Schaltungsträgers können über einen dritten Teilabschnitt des Schaltungsträgers miteinander verbunden sein. Dabei kann der erste Teilabschnitt des Schaltungsträgers als eine erste Leiterplatte ausgeformt sein und kann der zweite Teilabschnitt des Schaltungsträgers als eine zweite Leiterplatte ausgeformt sein. Der dritte Teilabschnitt des Schaltungsträgers kann als ein Verbindungsabschnitt zum mechanischen und zusätzlich oder alternativ elektrischen Verbinden der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Kühlung der elektronischen Schaltung vereinfacht werden kann. Zudem kann eine konstruktive Flexibilität hinsichtlich einer Anordnung des Schaltungsträgers realisiert werden. Alternatively, the circuit carrier may be formed in several pieces. In this case, a first subsection of the circuit carrier may include the electronic circuit, and a second subsection of the circuit carrier may comprise an electrical circuit for driving the control device. The first subsection of the circuit carrier and the second subsection of the circuit carrier may be connected to one another via a third subsection of the circuit carrier. In this case, the first subsection of the circuit carrier may be formed as a first printed circuit board and the second subsection of the circuit carrier may be formed as a second printed circuit board. The third subsection of the circuit carrier may be embodied as a connecting section for mechanically and additionally or alternatively electrically connecting the first printed circuit board and the second printed circuit board. Such an embodiment offers the advantage that cooling of the electronic circuit can be simplified. In addition, constructive flexibility with regard to an arrangement of the circuit carrier can be realized.

Dabei kann der dritte Teilabschnitt des Schaltungsträgers biegbar oder gebogen sein. Hierbei kann der dritte Teilabschnitt des Schaltungsträgers ausgeformt sein, um den ersten Teilabschnitt des Schaltungsträgers und den zweiten Teilabschnitt des Schaltungsträgers zueinander gewinkelt anzuordnen. Der dritte Teilabschnitt kann als eine flexible Biegezone ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Verbindungsmittel zwischen Treiberansteuerung und Steuerteil eingespart werden können, da ein Schaltungsträger mit einer beispielsweise flexiblen Biegezone im dritten Teilabschnitt eingesetzt wird. Insbesondere kann auf diese Weise ein L-förmiges Schnittprofil des Schaltungsträgers und eine U-förmige Anordnung von Leistungsmodul, Treiberansteuerung bzw. erstem Teilabschnitt und Steuerteil bzw. zweitem Teilabschnitt um die Kühleinrichtung herum realisiert werden, sodass Bauraum eingespart werden kann. Ferner kann wegen U-Form somit eine elektromagnetische Abschirmung zwischen Leistungs- und Steuerteil aufgrund der üblicherweise metallischen Kühleinrichtung zwischen den Komponenten verbessert werden. In this case, the third portion of the circuit substrate may be bendable or bent. In this case, the third subsection of the circuit carrier may be formed in order to arrange the first subsection of the circuit carrier and the second subsection of the circuit carrier at an angle to one another. The third section may be designed as a flexible bending zone. Such an embodiment offers the advantage that connection means between driver control and control part can be saved, since a circuit carrier with an example flexible bending zone in the third section is used. In particular, an L-shaped sectional profile of the circuit carrier and a U-shaped arrangement of the power module, driver control or first subsection and control section or second subsection around the cooling device can be realized in this way, so that space can be saved. Further, because of the U-shape, electromagnetic shielding between the power and control parts can thus be improved due to the usually metallic cooling device between the components.

Ferner kann der Schaltungsträger einen vierten Teilabschnitt und einen fünften Teilabschnitt aufweisen. Hierbei können der vierte Teilabschnitt des Schaltungsträgers und der zweite Teilabschnitt des Schaltungsträgers über den fünften Teilabschnitt des Schaltungsträgers miteinander verbunden sein. Dabei kann der fünfte Teilabschnitt des Schaltungsträgers biegbar oder gebogen sein. Der vierte Teilabschnitt kann als eine dritte Leiterplatte ausgeformt sein. Der fünfte Teilabschnitt kann als eine weitere flexible Biegezone ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass weitere Funktionen auf dem Schaltungsträger integriert sein können, wobei eine elektromagnetische Abschirmung zwischen den dem ersten, dem zweiten und dem vierten Teilabschnitt realisiert werden kann. Furthermore, the circuit carrier may have a fourth subsection and a fifth subsection. In this case, the fourth subsection of the circuit carrier and the second subsection of the circuit carrier may be connected to one another via the fifth subsection of the circuit carrier. In this case, the fifth subsection of the circuit carrier may be bendable or bent. The fourth section may be formed as a third circuit board. The fifth section can be designed as a further flexible bending zone. Such an embodiment offers the advantage that further functions can be integrated on the circuit carrier, wherein an electromagnetic shield between the first, the second and the fourth section can be realized.

Auch kann das integrierte Steuergerät einen Steueranschluss zum signalübertragungsfähigen Verbinden des integrierten Steuergerätes mit dem Fahrzeug aufweisen. Hierbei kann der Steueranschluss an dem ersten Teilabschnitt des Schaltungsträgers, an dem zweiten Teilabschnitt des Schaltungsträgers oder an dem vierten Teilabschnitt des Schaltungsträgers angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Platzierung des Steueranschlusses abhängig von einer durch einen konkreten Anwendungsfall vorgegebenen Geometrie flexibel erfolgen kann. The integrated control device can also have a control connection for signal-transferable connection of the integrated control device to the vehicle. In this case, the control connection may be arranged on the first subsection of the circuit carrier, on the second subsection of the circuit carrier or on the fourth subsection of the circuit carrier. Such an embodiment offers the advantage that a placement of the control terminal can be done flexibly depending on a given by a specific application geometry.

Alternativ kann das integrierte Steuergerät einen Steueranschluss zum signalübertragungsfähigen Verbinden des integrierten Steuergerätes mit dem Fahrzeug aufweisen, wobei der Steueranschluss an dem Schaltungsträger oder an einem Gehäuse des integrierten Steuergerätes angeordnet sein kann. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Steueranschluss prozesstechnisch flexibel und auf verschiedene, jeweils passende Weise realisiert werden kann. Alternatively, the integrated control device may have a control connection for signal-transferable connection of the integrated control device to the vehicle, wherein the control connection may be arranged on the circuit carrier or on a housing of the integrated control device. Such an embodiment offers the advantage that the control connection can be realized flexibly in terms of process technology and in different, respectively suitable ways.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Schaltungsträger zumindest teilweise mit einem Kunststoffmaterial umspritzt sein. Dabei kann das Kunststoffmaterial ein Duroplast sein. Insbesondere kann der mit elektrischen und zusätzlich oder alternativ elektronischen Bauteile bestückte Schaltungsträger zumindest teilweise mit Duroplast umspritzt sein oder werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Schutz vor Verschmutzung, ein Schutz vor Kurzschlüssen durch leitfähige Partikel, ein Schutz vor elektrostatische Entladung für aktive Elektronikbauteile und eine Entwärmung durch Wärmespreizung verbessert werden können sowie thermische Hotspots in den Halbleitern verringert werden können. According to one embodiment, the circuit carrier may be at least partially encapsulated with a plastic material. The plastic material may be a duroplastic. In particular, the circuit carrier equipped with electrical and additionally or alternatively electronic components can be or at least partially encapsulated with thermosetting plastic. Such an embodiment offers the advantage that protection against contamination, protection against short-circuiting by conductive particles, protection against electrostatic discharge for active electronic components and heat dissipation by cooling can be improved and thermal hotspots in the semiconductors can be reduced.

Auch kann das integrierte Steuergerät ein Gehäuse aufweisen, das ausgeformt sein kann, um Elemente des integrierten Steuergerätes aufzunehmen. Das Gehäuse kann ausgeformt sein, um Elemente des integrierten Steuergerätes und optional weitere Elemente aufzunehmen. Ein weiteres Element kann zumindest ein Sensor sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das integrierte Steuergerät vor äußeren Einflüssen und mechanischer Belastung geschützt werden kann. Also, the integrated controller may include a housing that may be molded to receive elements of the integrated controller. The housing may be formed to receive integrated control unit elements and optionally other elements. Another element may be at least one sensor. Such an embodiment has the advantage that the integrated control unit can be protected against external influences and mechanical stress.

Insbesondere kann das Gehäuse ausgebildet sein, um als ein Kühlkörper für die Elemente des integrierten Steuergerätes zu fungieren. Dabei kann das Gehäuse ausgebildet sein, um als ein Kühlkörper für den Schaltungsträger zu fungieren. Zusätzlich kann das Gehäuse optional ausgebildet sein, um als ein Kühlkörper für weitere Komponenten zu fungieren, wie beispielsweise Stromschienen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass thermische Eigenschaften des integrierten Steuergerätes weiter verbessert werden können. Hierbei kann auch ein zusätzlicher, dedizierter Kühlkörper eingespart werden, da das Gehäuse eine Doppelfunktion erfüllen kann. In particular, the housing may be designed to act as a heat sink for the elements of the integrated control device. In this case, the housing may be designed to act as a heat sink for the circuit carrier. In addition, the housing may optionally be configured to function as a heat sink for other components, such as bus bars. Such an embodiment offers the advantage that thermal properties of the integrated control device can be further improved. In this case, an additional, dedicated heat sink can be saved, since the housing can fulfill a dual function.

Ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Steuergerätes für ein Fahrzeug weist einen Schritt des Bereitstellens eines Leistungsmoduls zum Schalten einer elektrischen Spannung einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs, eines Zwischenkreiskondensators, eines Schaltungsträgers mit einer elektronischen Schaltung zum Ansteuern des Leistungsmoduls und einer Kühleinrichtung zum aktiven Kühlen von Komponenten des Steuergerätes und einen Schritt des Montierens des Leistungsmoduls, des Zwischenkreiskondensators, des Schaltungsträgers und der Kühleinrichtung auf, wobei der Zwischenkreiskondensator mit einer ersten Seite der Kühleinrichtung thermisch gekoppelt wird, wobei das Leistungsmodul mit einer zweiten Seite der Kühleinrichtung thermisch gekoppelt wird. A method for manufacturing an integrated control device for a vehicle comprises a step of providing a power module for switching an electric voltage of a drive machine of the vehicle, an intermediate circuit capacitor, a circuit carrier with an electronic circuit for driving the power module and a cooling device for actively cooling components of the control device and a step of mounting the power module, the DC link capacitor, the circuit carrier and the cooling device, wherein the DC link capacitor is thermally coupled to a first side of the cooling device, wherein the power module is thermally coupled to a second side of the cooling device.

Durch Ausführen des Verfahrens zum Herstellen kann eine Ausführungsform des vorstehend genannten integrierten Steuergerätes hergestellt werden. Im Schritt des Montieren können das Leistungsmodul, der Zwischenkreiskondensator und zusätzlich oder alternativ der Schaltungsträger an der Kühleinrichtung montiert werden. By carrying out the method of manufacturing, an embodiment of the above integrated control apparatus can be manufactured. In the assembly step, the power module, the intermediate circuit capacitor and, additionally or alternatively, the circuit carrier can be mounted on the cooling device.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Wechselrichters; 1 a schematic representation of an inverter;

2 eine perspektivische Darstellung eines integrierten Steuergerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a perspective view of an integrated control device according to an embodiment of the present invention;

3 eine perspektivische Darstellung des integrierten Steuergerätes aus 2; 3 a perspective view of the integrated control unit 2 ;

4 eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten Steuergerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a schematic sectional view of an integrated control device according to an embodiment of the present invention;

5 eine perspektivische Darstellung eines Teilabschnitts des integrierten Steuergerätes aus 4; 5 a perspective view of a portion of the integrated control unit 4 ;

6 eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten Steuergerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 a schematic sectional view of an integrated control device according to an embodiment of the present invention;

7 eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten Steuergerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 7 a schematic sectional view of an integrated control device according to an embodiment of the present invention;

8 eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten Steuergerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 8th a schematic sectional view of an integrated control device according to an embodiment of the present invention; and

9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9 a flowchart of a method of manufacturing according to an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wechselrichters 100. Der Wechselrichter 100 weist einen aktiven Kühler 110, ein Leistungsmodul 120, einen Zwischenkreiskondensator 130, einen ersten Schaltungsträger 140 zur Treiberansteuerung, einen zweiten Schaltungsträger 150 zur Steuerung und einen Fahrzeugstecker 160 auf. Das Leistungsmodul 120 und der Zwischenkreiskondensator 130 sind auf einer Seite des Kühlers 110 mit dem Kühler 110 thermisch gekoppelt. 1 shows a schematic representation of an inverter 100 , The inverter 100 has an active cooler 110 , a power module 120 , a DC link capacitor 130 , a first circuit carrier 140 for driver control, a second circuit carrier 150 to the controller and a vehicle plug 160 on. The power module 120 and the DC link capacitor 130 are on one side of the radiator 110 with the radiator 110 thermally coupled.

2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines integrierten Steuergerätes 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das integrierte Steuergerät 200 ist zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Dabei ist das integrierte Steuergerät 200 gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als ein Wechselrichter ausgeführt. 2 shows a perspective view of an integrated control unit 200 according to an embodiment of the present invention. The integrated control unit 200 is intended for use in a vehicle, in particular a motor vehicle. Here is the integrated control unit 200 according to the in 2 shown embodiment of the present invention as an inverter.

Die Aufgabe eines Wechselrichters besteht hierbei beispielsweise in einer Umwandlung von Gleichstrom in Drehstrom zum Antrieb einer Antriebsmaschine bzw. elektrischen Maschine des Fahrzeugs in einem Motorbetrieb. In einem Generatorbetrieb wird beispielsweise eine induzierte dreiphasige Wechselspannung mittels des Wechselrichters in eine Gleichspannung gewandelt, um eine Batterie des Fahrzeugs zu laden. The task of an inverter here is, for example, in a conversion of direct current into three-phase current for driving a drive machine or electric machine of the vehicle in an engine operation. In a generator operation, for example, an induced three-phase AC voltage is converted into a DC voltage by means of the inverter to charge a battery of the vehicle.

Von dem integrierten Steuergerät 200 bzw. Wechselrichter 200 sind in der Darstellung von 2 insbesondere ein Maschinenanschluss 202 zum Anschließen des integrierten Steuergerätes 200 an die Antriebsmaschine bzw. elektrische Maschine des Fahrzeugs, ein erster Kühlmittelanschluss 204 für einen Rücklauf von Kühlmittel aus dem integrierten Steuergerät 200, ein Steueranschluss 206 bzw. Fahrzeugstecker 206 und Batterieanschlüsse 208 und 209 gezeigt. From the integrated control unit 200 or inverter 200 are in the representation of 2 in particular a machine connection 202 for connecting the integrated control unit 200 to the engine or electric machine of the vehicle, a first coolant connection 204 for a return of coolant from the integrated control unit 200 , a control terminal 206 or vehicle plug 206 and battery connections 208 and 209 shown.

Hierbei ist in der Darstellung von 2 unter anderem eine erste Stirnseite des integrierten Steuergerätes 200 gezeigt. Dabei sind gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Maschinenanschluss 202, der erste Kühlmittelanschluss 204 und der Steueranschluss 206 im Bereich der ersten Stirnseite des integrierten Steuergerätes 200 angeordnet. Die Batterieanschlüsse 208 und 209 sind an einer von der ersten Stirnseite abgewandten, zweiten Stirnseite des integrierten Steuergerätes 200 angeordnet. Von der zweiten Stirnseite sind darstellungsbedingt in 2 lediglich die Batterieanschlüsse 208 und 209 erkennbar. Here is in the representation of 2 including a first end face of the integrated control unit 200 shown. In this case, according to the in 2 illustrated embodiment of the present invention, the machine connection 202 , the first coolant connection 204 and the control terminal 206 in the area of the first face of the integrated control unit 200 arranged. The battery connections 208 and 209 are on a side remote from the first end face, the second end face of the integrated control device 200 arranged. From the second front page are due to in 2 only the battery connections 208 and 209 recognizable.

Der Maschinenanschluss 202 ist dreipolig ausgeführt, beispielsweise für Phasen U, V und W. Der Steueranschluss 206 ist zum Anschluss des integrierten Steuergerätes 200 an beispielsweise einen Fahrzeugbus, z.B. CAN, Flexray oder dergleichen, bzw. eine Versorgung über ein Bordnetz mit z.B. 12 Volt vorgesehen. Ausgedrückt ist der Steueranschluss 206 ausgebildet, um eine signalübertragungsfähige Verbindung des integrierten Steuergerätes 200 mit dem Fahrzeug zu ermöglichen. Der Steueranschluss 206 ist an einem Schaltungsträger des integrierten Steuergerätes 200 oder an einem in 2 nicht explizit gezeigten Gehäuse des integrierten Steuergerätes 200 angeordnet. Die Batterieanschlüsse 208 und 209 ermöglichen eine Spannungsversorgung aus einer Batterie des Fahrzeugs für den elektrischen Antrieb bzw. die Antriebsmaschine. Ein erster Batterieanschluss 208 repräsentiert hierbei einen Pluspol und ein zweiter Batterieanschluss 209 repräsentiert einen Minuspol. The machine connection 202 is three-pole, for example for phases U, V and W. The control connection 206 is for connecting the integrated control unit 200 to for example a vehicle bus, eg CAN, Flexray or the like, or a supply via an electrical system with eg 12 volts provided. Expressed is the control connection 206 formed to a signal transmission capable connection of the integrated control unit 200 to allow with the vehicle. The control connection 206 is on a circuit carrier of the integrated control unit 200 or at one in 2 not explicitly shown housing of the integrated control unit 200 arranged. The battery connections 208 and 209 allow a power supply from a battery of the vehicle for the electric drive or the prime mover. A first battery connection 208 represents a plus pole and a second battery connection 209 represents a negative pole.

3 zeigt eine perspektivische Darstellung des integrierten Steuergerätes 200 aus 2. Hierbei ist das integrierte Steuergerät 200 in der Darstellung von 3 aus einer anderen Perspektive gezeigt. In 3 ist unter anderem die zweite Stirnseite des integrierten Steuergerätes 200 gezeigt. Von der ersten Stirnseite ist in 3 darstellungsbedingt lediglich der Steueranschluss 206 erkennbar. An der zweiten Stirnseite des integrierten Steuergerätes 200 sind der erste Batterieanschluss 208 und der zweite Batterieanschluss 209 sowie ein zweiter Kühlmittelanschluss 305 für einen Vorlauf von Kühlmittel das integrierte Steuergerät 200 angeordnet. 3 shows a perspective view of the integrated control unit 200 out 2 , Here is the integrated control unit 200 in the presentation of 3 shown from a different perspective. In 3 is, among other things, the second face of the integrated control unit 200 shown. From the first front is in 3 Due to the presentation, only the control connection 206 recognizable. At the second end of the integrated control unit 200 are the first battery connection 208 and the second battery connector 209 and a second coolant connection 305 for a flow of coolant, the integrated control unit 200 arranged.

4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten Steuergerätes 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem integrierten Steuergerät 200 handelt es sich um das integrierte Steuergerät aus 2 bzw. 3 oder ein ähnliches integriertes Steuergerät. Somit ist das integrierte Steuergerät 200 für ein Fahrzeug vorgesehen und beispielsweise als ein Wechselrichter ausgeführt. 4 shows a schematic sectional view of an integrated control device 200 according to an embodiment of the present invention. In the integrated control unit 200 it is the integrated control unit 2 respectively. 3 or a similar integrated controller. Thus, the integrated control unit 200 intended for a vehicle and designed, for example, as an inverter.

Das integrierte Steuergerät 200 weist einen Steueranschluss 406 bzw. Fahrzeugstecker 406, ein Leistungsmodul 410, einen Zwischenkreiskondensator 420, eine Kühleinrichtung 430 bzw. einen aktiven Kühler 430 und einen Schaltungsträger 440 auf. Der Schaltungsträger 440 weist eine elektronische Schaltung 445 zum Ansteuern des Leistungsmoduls 410 auf. The integrated control unit 200 has a control connection 406 or vehicle plug 406 , one power module 410 , a DC link capacitor 420 , a cooling device 430 or an active cooler 430 and a circuit carrier 440 on. The circuit carrier 440 has an electronic circuit 445 for driving the power module 410 on.

Die Kühleinrichtung 430 ist ausgebildet, um Komponenten des integrierten Steuergerätes 200 aktiv zu kühlen. Genauer gesagt ist die Kühleinrichtung 430 ausgebildet, um zumindest das Leistungsmodul 410 und den Zwischenkreiskondensator 420 aktiv zu kühlen. Dabei ist der Zwischenkreiskondensator 420 thermisch mit einer ersten Seite der Kühleinrichtung 430 gekoppelt. Das Leistungsmodul 410 ist thermisch mit einer zweiten Seite der Kühleinrichtung 430 gekoppelt. The cooling device 430 is designed to be components of the integrated control unit 200 to cool actively. More specifically, the cooling device 430 designed to at least the power module 410 and the DC link capacitor 420 to cool actively. In this case, the DC link capacitor 420 thermally with a first side of the cooling device 430 coupled. The power module 410 is thermal with a second side of the cooling device 430 coupled.

Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Kühleinrichtung 430 ausgebildet, um das Leistungsmodul 410, den Zwischenkreiskondensator 420 und die elektronische Schaltung 445 bzw. einen die elektronische Schaltung 445 aufweisenden Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 aktiv zu kühlen. Hierbei ist die elektronische Schaltung 445 bzw. ein die elektronische Schaltung 445 aufweisender Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 thermisch mit einer dritten Seite der Kühleinrichtung 430 gekoppelt. Anders ausgedrückt sind elektronische Bauteile des Schaltungsträgers 440 an die Kühleinrichtung 430 angebunden. According to the in 4 illustrated embodiment of the present invention is the cooling device 430 trained to the power module 410 , the DC link capacitor 420 and the electronic circuit 445 or one the electronic circuit 445 having partial section of the circuit substrate 440 to cool actively. Here is the electronic circuit 445 or the electronic circuit 445 having Teilabschnitt of the circuit substrate 440 thermally with a third side of the cooling device 430 coupled. In other words, electronic components of the circuit substrate 440 to the cooling device 430 tethered.

In der Schnittdarstellung von 4 weist die Kühleinrichtung 430 beispielhaft ein rechteckiges Schnittprofil auf. Hierbei sind die erste Seite der Kühleinrichtung 430, mit welcher der Zwischenkreiskondensator 420 thermisch gekoppelt ist, und die zweite Seite der Kühleinrichtung 430, mit welcher das Leistungsmodul 410 thermisch gekoppelt ist, voneinander abgewandt angeordnet. Die dritte Seite der Kühleinrichtung 430, mit welcher die elektronische Schaltung 445 bzw. ein die elektronische Schaltung 445 aufweisender Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 thermisch gekoppelt ist, ist an die erste Seite und die zweite Seite der Kühleinrichtung 430 angrenzend bzw. zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite der Kühleinrichtung 430 angeordnet. In the sectional view of 4 has the cooling device 430 for example, a rectangular section profile. Here are the first side of the cooling device 430 , with which the intermediate circuit capacitor 420 thermally coupled, and the second side of the cooling device 430 with which the power module 410 is thermally coupled, arranged away from each other. The third side of the cooler 430 with which the electronic circuit 445 or the electronic circuit 445 having Teilabschnitt of the circuit substrate 440 is thermally coupled to the first side and the second side of the cooling device 430 adjacent or between the first side and the second side of the cooling device 430 arranged.

Das Leistungsmodul 410 ist ausgebildet, um eine elektrische Spannung einer Antriebsmaschine bzw. elektrischen Maschine des Fahrzeugs zu schalten. Das Leistungsmodul 410 weist hierbei zum Beispiel Leistungshalbleiter auf. Das Leistungsmodul 410 ist gemäß dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung elektrisch mit zumindest der elektronischen Schaltung 445 des Schaltungsträgers 440 verbunden. The power module 410 is configured to switch an electrical voltage of an engine or electric machine of the vehicle. The power module 410 has, for example, power semiconductors. The power module 410 is according to the in 4 shown embodiment of the present invention electrically with at least the electronic circuit 445 of the circuit board 440 connected.

Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Schaltungsträger 440 mehrstückig ausgeformt. Hierbei weist der Schaltungsträger 440 einen ersten Teilabschnitt 450 bzw. erste Leiterplatte 450 für eine Treiberansteuerung, einen zweiten Teilabschnitt 460 bzw. eine zweite Leiterplatte 460 für eine Steuerung und einen dritten Teilabschnitt 470 bzw. eine flexible Biegezone 470 auf. According to the in 4 illustrated embodiment of the present invention is the circuit carrier 440 formed in several pieces. Here, the circuit carrier 440 a first section 450 or first circuit board 450 for a driver control, a second subsection 460 or a second circuit board 460 for a controller and a third subsection 470 or a flexible bending zone 470 on.

Die erste Leiterplatte 450 des Schaltungsträgers 440 weist die elektronische Schaltung 445 auf. Die zweite Leiterplatte 460 des Schaltungsträgers 440 weist eine elektrische Schaltung zum Ansteuern des integrierten Steuergerätes 200 auf. Die erste Leiterplatte 450 und die zweite Leiterplatte 460 sind über den dritten Teilabschnitt 470 des Schaltungsträgers 440 mechanisch und/oder elektrisch miteinander verbunden. Dabei ist der dritte Teilabschnitt 470 biegbar oder gebogen ausgeformt. Mittels des dritten Teilabschnittes 470 sind die erste Leiterplatte 450 und die zweite Leiterplatte 460 des Schaltungsträgers 440 relativ zueinander gewinkelt angeordnet. Hierbei weist der Schaltungsträger 440 in der Schnittdarstellung von 4 ein L-förmiges Schnittprofil auf. Das Leistungsmodul 410 und der Schaltungsträger 440 weisen zusammen betrachtet hierbei in der Schnittdarstellung von 4 ein U-förmiges Schnittprofil auf. The first circuit board 450 of the circuit board 440 has the electronic circuit 445 on. The second circuit board 460 of the circuit board 440 has an electrical circuit for driving the integrated control device 200 on. The first circuit board 450 and the second circuit board 460 are about the third section 470 of the circuit board 440 mechanically and / or electrically interconnected. Here is the third section 470 bendable or bent formed. By means of the third subsection 470 are the first circuit board 450 and the second circuit board 460 of the circuit board 440 arranged angled relative to each other. Here, the circuit carrier 440 in the sectional view of 4 an L-shaped cutting profile on. The power module 410 and the circuit carrier 440 have together considered here in the sectional view of 4 a U-shaped cutting profile.

Der Steueranschluss 406 ist gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an der zweiten Leiterplatte 460 des Schaltungsträgers 440 angeordnet. Dabei ist der Steueranschluss 406 ausgebildet, um eine signalübertragungsfähige Verbindung zwischen dem integrierten Steuergerät 200 und dem Fahrzeug bzw. zumindest einem Fahrzeugsystem zu ermöglichen. The control connection 406 is according to the in 4 illustrated embodiment of the present invention to the second circuit board 460 of the circuit board 440 arranged. Here is the control connection 406 formed to a signal-capable connection between the integrated control unit 200 and to enable the vehicle or at least a vehicle system.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Schaltungsträger 440 einen vierten Teilabschnitt und einen fünften Teilabschnitt aufweisen. Hierbei können der vierte Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 und der zweite Teilabschnitt 460 bzw. die zweite Leiterplatte 460 des Schaltungsträgers 440 über den fünften Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 miteinander verbunden sein. Der fünfte Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 kann biegbar oder gebogen sein, ähnlich dem dritten Teilabschnitt. Optional kann der Steueranschluss 406 an dem vierten Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 angeordnet sein. Anders ausgedrückt kann der Schaltungsträger 440 hierbei mehr als eine Biegezone aufweisen. According to one embodiment, the circuit carrier 440 have a fourth section and a fifth section. In this case, the fourth subsection of the circuit carrier 440 and the second subsection 460 or the second circuit board 460 of the circuit board 440 over the fifth subsection of the circuit carrier 440 be connected to each other. The fifth subsection of the circuit carrier 440 may be bendable or bent, similar to the third section. Optionally, the control port 406 at the fourth subsection of the circuit carrier 440 be arranged. In other words, the circuit carrier 440 have more than one bending zone.

5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teilabschnitts des integrierten Steuergerätes 200 aus 4. Von dem integrierten Steuergerät 200 sind hierbei in 5 das Leistungsmodul 410 und der Schaltungsträger 440 mit der ersten Leiterplatte 450, der zweiten Leiterplatte 460 und dem dritten Teilabschnitt 470 bzw. der flexiblen Biegezone 470 gezeigt. Das Leistungsmodul 410 weist gemäß dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mehrere Teilmodule auf. In der Darstellung von 5 ist die U-förmige Anordnung des Leistungsmoduls 410 und des Schaltungsträgers 440 erkennbar. 5 shows a perspective view of a portion of the integrated control unit 200 out 4 , From the integrated control unit 200 are here in 5 the power module 410 and the circuit carrier 440 with the first circuit board 450 , the second circuit board 460 and the third subsection 470 or the flexible bending zone 470 shown. The power module 410 according to the in 5 illustrated embodiment of the present invention, several sub-modules. In the presentation of 5 is the U-shaped arrangement of the power module 410 and the circuit carrier 440 recognizable.

6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten Steuergerätes 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei entspricht das integrierte Steuergerät 200 in 6 dem integrierten Steuergerät aus 4 mit Ausnahme dessen, dass bei dem integrierten Steuergerät 200 in 6 der Schaltungsträger 440 einstückig ausgeformt ist. 6 shows a schematic sectional view of an integrated control device 200 according to an embodiment of the present invention. The integrated control unit corresponds to this 200 in 6 the integrated control unit 4 except that with the integrated control unit 200 in 6 the circuit carrier 440 is integrally formed.

Dabei weist der Schaltungsträger 440 die elektronische Schaltung 445 und eine elektrische Schaltung zum Ansteuern des integrierten Steuergerätes 200 auf. Der Schaltungsträgers 440 ist auf Seiten der dritten Seite der Kühleinrichtung 430 angeordnet. Der Steueranschluss 406 ist an dem Schaltungsträger 440 angeordnet. Anders ausgedrückt ist der Schaltungsträger 440 ohne flexible Biegezone ausgeführt, wobei die elektrische Schaltung bzw. der Steuerteil auf einer Leiterplatte mit der elektronischen Schaltung 445 zur Treiberansteuerung integriert ist. In this case, the circuit carrier 440 the electronic circuit 445 and an electrical circuit for driving the integrated control device 200 on. The circuit carrier 440 is on the side of the third page of the cooling device 430 arranged. The control connection 406 is on the circuit board 440 arranged. In other words, the circuit carrier 440 executed without flexible bending zone, wherein the electrical circuit or the control part on a circuit board with the electronic circuit 445 is integrated for driver control.

7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten Steuergerätes 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei entspricht das integrierte Steuergerät 200 in 7 dem integrierten Steuergerät aus 4 mit Ausnahme dessen, dass bei dem integrierten Steuergerät 200 in 7 der Steueranschluss 406 an der ersten Leiterplatte 450 des Schaltungsträgers 440 angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist der Steueranschluss 406 an dem ersten Teilabschnitt 450 des Schaltungsträgers 440 für die Treiberansteuerung angeordnet. 7 shows a schematic sectional view of an integrated control device 200 according to an embodiment of the present invention. The integrated control unit corresponds to this 200 in 7 the integrated control unit 4 except that with the integrated control unit 200 in 7 the control connection 406 on the first circuit board 450 of the circuit board 440 is arranged. In other words, the control terminal 406 at the first subsection 450 of the circuit board 440 arranged for the driver control.

8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten Steuergerätes 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei entspricht das integrierte Steuergerät 200 in 8 dem integrierten Steuergerät aus 4 mit Ausnahme dessen, dass bei dem integrierten Steuergerät 200 in 8 die erste Seite der Kühleinrichtung 430, mit welcher der Zwischenkreiskondensator 420 thermisch gekoppelt ist, und die zweite Seite der Kühleinrichtung 430, mit welcher das Leistungsmodul 410 thermisch gekoppelt ist, zueinander benachbarte Seiten der Kühleinrichtung 430 sind und das Leistungsmodul 410 mit dem Schaltungsträger 440 bzw. der ersten Leiterplatte 450 integriert ist. 8th shows a schematic sectional view of an integrated control device 200 according to an embodiment of the present invention. The integrated control unit corresponds to this 200 in 8th the integrated control unit 4 except that with the integrated control unit 200 in 8th the first side of the cooling device 430 , with which the intermediate circuit capacitor 420 thermally coupled, and the second side of the cooling device 430 with which the power module 410 is thermally coupled to each other adjacent sides of the cooling device 430 are and the power module 410 with the circuit carrier 440 or the first circuit board 450 is integrated.

Das Leistungsmodul 410 ist hierbei als Leistungshalbleiter ausgeführt und direkt in den Schaltungsträger 440 integriert oder auf den Schaltungsträger 440 bestückt. Somit ist anstatt eines separaten Leistungsmoduls hierbei das Leistungsmodul 410 als Teil des Schaltungsträgers 440 ausgeführt. Es handelt sich somit um einen Schaltungsträgers 440 mit Treiberansteuerung und Leistungshalbleiter. Die erste Seite und die zweite Seite der Kühleinrichtung 430 grenzen hierbei aneinander an. The power module 410 is designed as a power semiconductor and directly into the circuit carrier 440 integrated or on the circuit carrier 440 stocked. Thus, instead of a separate power module here is the power module 410 as part of the circuit carrier 440 executed. It is thus a circuit carrier 440 with driver control and power semiconductors. The first side and the second side of the cooling device 430 in this case adjoin one another.

9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zum Herstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 900 zum Herstellen ist ausführbar, um ein integriertes Steuergerät für ein Fahrzeug herzustellen. Insbesondere ist das Verfahren 900 ausführbar, um das integrierte Steuergerät aus einer der 2 bis 8 oder ein ähnliches integriertes Steuergerät herzustellen. 9 shows a flowchart of a method 900 for manufacturing according to an embodiment of the present invention. The procedure 900 for manufacturing is executable to manufacture an integrated control device for a vehicle. In particular, the method 900 executable to the integrated controller from one of the 2 to 8th or to produce a similar integrated control device.

Das Verfahren 900 zum Herstellen weist einen Schritt 910 des Bereitstellens eines Leistungsmoduls zum Schalten einer elektrischen Spannung einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs, eines Zwischenkreiskondensators, eines Schaltungsträgers mit einer elektronischen Schaltung zum Ansteuern des Leistungsmoduls und einer Kühleinrichtung zum aktiven Kühlen von Komponenten des Steuergerätes auf. The procedure 900 for manufacturing has one step 910 the provision of a power module for switching an electrical voltage of a drive machine of the vehicle, an intermediate circuit capacitor, a circuit carrier with an electronic circuit for driving the power module and a cooling device for actively cooling components of the control unit.

Ferner weist das Verfahren 900 zum Herstellen auch einen Schritt 920 des Montierens des Leistungsmoduls, des Zwischenkreiskondensators, des Schaltungsträgers und der Kühleinrichtung auf. Hierbei wird der Zwischenkreiskondensator mit einer ersten Seite der Kühleinrichtung thermisch gekoppelt und wird das Leistungsmodul mit einer zweiten Seite der Kühleinrichtung thermisch gekoppelt. Further, the method has 900 to make a step as well 920 mounting the power module, the DC link capacitor, the circuit carrier and the cooling device. Here, the DC link capacitor is thermally coupled to a first side of the cooling device and the power module is thermally coupled to a second side of the cooling device.

Nachfolgend werden bereits beschriebene sowie weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zusammenfassend, nochmals und/oder mit anderen Worten kurz erläutert. In the following, as well as other exemplary embodiments of the present invention that have already been described, they will be briefly explained again, briefly and / or in other words.

Gemäß Ausführungsbeispielen wird ein integriertes Steuergerät 200 bzw. ein Wechselrichter 200 mit gebogenem Schaltungsträger 440 für Leistungsmodultreiber und Steuerung vorgestellt oder bereitgestellt. Der Wechselrichter 200 weist eine Kühleinrichtung 430 mit Flüssigkeitskühlung, einen Zwischenkreiskondensator 420, Leistungsmodule 410 bzw. zumindest ein Leistungsmodul 410, einen Schaltungsträger 440 für die Treiberansteuerung und für den Steuerteil sowie einen Fahrzeugstecker 206 bzw. 406 auf. According to embodiments, an integrated control device 200 or an inverter 200 with curved circuit carrier 440 for power module drivers and control presented or deployed. The inverter 200 has a cooling device 430 with liquid cooling, a DC link capacitor 420 , Power modules 410 or at least one power module 410 , a circuit carrier 440 for the driver control and for the control part and a vehicle connector 206 respectively. 406 on.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Schaltungsträger 440 bestückt mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen 445 und ist aus einer mehrlagigen Leiterplatte mit beispielsweise mindestens vier Lagen ausgeformt. Der Schaltungsträger 440 weist den ersten Teilabschnitt 450, den zweiten Teilabschnitt 460 und den dritten Teilabschnitt 470 auf. Dabei ist der dritte Teilabschnitt 470 gebogen, repräsentiert eine flexible Biegezone und verbindet den ersten Teilabschnitt 450 mit dem zweiten Teilabschnitt 460. In dem ersten Teilabschnitt 450 ist die elektronische Schaltung 445 zur Treiberansteuerung angeordnet und in dem zweiten Teilabschnitt 460 ist eine elektrische Schaltung zur Steuerung angeordnet. Eine Schaltung zur Treiberansteuerung ist ausgebildet, um das zumindest eine Leistungsmodul 410 bzw. Leistungshalbleiter anzusteuern. Eine Schaltung zur Steuerung umfasst beispielsweise einen Mikrocontroller, auf dem eine Wechselrichter-Software läuft. Die Steuerschaltung repräsentiert auch eine Schnittstelle zu einem Fahrzeugbus, über den der Wechselrichter 200 ansteuerbar ist. Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Fahrzeugstecker 406 in dem zweiten Teilabschnitt 460 angeordnet. According to one embodiment, the circuit carrier 440 equipped with electrical and / or electronic components 445 and is formed from a multilayer printed circuit board with, for example, at least four layers. The circuit carrier 440 indicates the first subsection 450 , the second subsection 460 and the third subsection 470 on. Here is the third section 470 bent, represents a flexible bending zone and connects the first section 450 with the second section 460 , In the first section 450 is the electronic circuit 445 arranged for driving the driver and in the second section 460 an electrical circuit is arranged for control. A driver driving circuit is formed around the at least one power module 410 or power semiconductors to control. A control circuit includes, for example, a microcontroller running inverter software. The control circuit also represents an interface to a vehicle bus through which the inverter 200 is controllable. According to embodiments, the vehicle connector 406 in the second subsection 460 arranged.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Leistungsmodul 410 lediglich beispielhaft etwa im rechten Winkel relativ zu dem ersten Teilabschnitt 450 des Schaltungsträgers 440 angeordnet. Ein Winkel zwischen dem Leistungsmodul 410 und dem Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 mit der Treiberansteuerung kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel hiervon abweichen. Der erste Teilabschnitt 450 ist relativ zu dem zweiten Teilabschnitt 460 des Schaltungsträgers 440 ebenfalls etwa im rechten Winkel angeordnet. Ein Winkel zwischen dem Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 mit der Treiberansteuerung und dem Teilabschnitt des Schaltungsträgers 440 mit der Steuerung kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel hiervon abweichen. According to one embodiment, the power module is 410 merely by way of example approximately at right angles relative to the first section 450 of the circuit board 440 arranged. An angle between the power module 410 and the subsection of the circuit carrier 440 with the driver control may vary according to another embodiment of this. The first section 450 is relative to the second subsection 460 of the circuit board 440 also arranged approximately at right angles. An angle between the subsection of the circuit carrier 440 with the driver drive and the subsection of the circuit carrier 440 with the controller may vary according to another embodiment thereof.

Der dritte Teilabschnitt 470 des Schaltungsträgers 440 ist je nach Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausführbar. Die Biegezone ist gemäß einem Ausführungsbeispiel durch ein sogenanntes Semiflex realisiert, wobei eine dünne FR4-Semiflex-Außenlage durch Tiefenfräsung vorgesehen ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Biegezone durch ein sogenanntes Starrflex realisiert, wobei ein flexibles Polyimid-Material bzw. eine flexible Polyimidfolie vorgesehen ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Biegezone durch einen mehrpoligen Flex-Jumper realisiert, der an einer SMD-Linie (SMD = surface-mount device; deutsch: oberflächenmontiertes Bauelement) zwischen den ersten Teilabschnitt 450 und dritten Teilabschnitt 460 gelötet ist bzw. wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Biegezone durch eine starre Verbindung realisiert. The third section 470 of the circuit board 440 is different executable depending on the embodiment. The bending zone is realized according to an embodiment by a so-called semiflex, wherein a thin FR4 Semiflex outer layer is provided by Tiefenfräsung. According to one embodiment, the bending zone is realized by a so-called rigid flex, wherein a flexible polyimide material or a flexible polyimide film is provided. According to one embodiment, the bending zone is realized by a multi-pole flex jumper which is connected to an SMD line (SMD = surface-mount device) between the first section 450 and third subsection 460 is soldered or is. According to one embodiment, the bending zone is realized by a rigid connection.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist oder wird der Schaltungsträger 440 zumindest teilweise mit einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Duroplastmaterial umspritzt. According to one embodiment, the circuit carrier is or will 440 at least partially encapsulated with a plastic material, in particular a thermoset material.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Leistungsmodul 410 in einer ersten Halbleiterausführung, einer IGBT-Ausführung (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor), realisiert. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Leistungsmodul 410 in einer zweiten Halbleiterausführung, einer MOSFET-Ausführung (MOSFET = Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), realisiert. According to one embodiment, the power module is 410 in a first semiconductor embodiment, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) design. According to another embodiment, the power module is 410 realized in a second semiconductor embodiment, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) design.

Der Wechselrichter 200 bzw. Inverter 200 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel mit Hochvolt, beispielsweise ab 60 Volt Gleichspannung, oder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel mit Niedervolt, beispielsweise 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt Gleichspannung, versorgt. The inverter 200 or inverter 200 is supplied according to one embodiment with high voltage, for example, from 60 volts DC, or according to another embodiment with low voltage, for example, 12 volts, 24 volts or 48 volts DC.

Der Steueranschluss oder Signalstecker 206 bzw. 406 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel durch eine weitere flexible Zone oder durch eine andere Verbindungsart lose mit dem Komponententräger bzw. Schaltungsträgers 440 verbunden sein. The control connection or signal connector 206 respectively. 406 According to one embodiment, by a further flexible zone or by another type of connection loose with the component carrier or circuit carrier 440 be connected.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Signalstecker 206 nachträglich bei einer Montage des Gesamtgerätes in einem Gehäuse des Wechselrichters 200 montiert werden. Ebenso können gemäß einem Ausführungsbeispiel auch Sensoren bei der Montage des Gesamtgerätes in einem Gehäuse des Wechselrichters 200 montiert werden. According to one embodiment, the signal connector 206 subsequently with an assembly of the entire device in a housing of the inverter 200 to be assembled. Likewise, according to an embodiment, sensors in the assembly of the entire device in a housing of the inverter 200 to be assembled.

Ferner kann das integrierte Steuergerät 200 bzw. der Wechselrichter 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Gehäuse aufweisen, das ausgeformt ist, um Elemente des integrierten Steuergerätes 200 aufzunehmen. Dabei kann das Gehäuse ausgebildet sein, um als ein Kühlkörper bzw. weiterer Kühlkörper für die Elemente des integrierten Steuergerätes 200 zu fungieren. Das Gehäuse kann als zusätzlicher Kühlkörper genutzt werden, um z.B. sogenannte Busbars bzw. Stromschienen, Schaltungsträger oder weitere Komponenten zu kühlen. Furthermore, the integrated control unit 200 or the inverter 200 According to one embodiment, have a housing that is formed to elements of the integrated control unit 200 take. In this case, the housing may be formed to act as a heat sink or further heat sink for the elements of the integrated control unit 200 to act. The housing can be used as an additional heat sink to cool, for example, so-called busbars or busbars, circuit carriers or other components.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

100 100: Wechselrichter inverter
110 110: aktiver Kühler active cooler
120 120: Leistungsmodul power module
130 130: Zwischenkreiskondensator Link capacitor
140 140: erster Schaltungsträger first circuit carrier
150 150: zweiter Schaltungsträger second circuit carrier
160 160: Fahrzeugstecker vehicle plug
200 200: integriertes Steuergerät integrated control unit
202 202: Maschinenanschluss machine connection
204 204: erster Kühlmittelanschluss first coolant connection
206 206: Steueranschluss bzw. Fahrzeugstecker Control connection or vehicle plug
208 208: erster Batterieanschluss first battery connection
209 209: zweiter Batterieanschluss second battery connection
305 305: zweiter Kühlmittelanschluss second coolant connection
406 406: Steueranschluss bzw. Fahrzeugstecker Control connection or vehicle plug
410 410: Leistungsmodul power module
420 420: Zwischenkreiskondensator Link capacitor
430 430: Kühleinrichtung cooling device
440 440: Schaltungsträger circuit support
445 445: elektronische Schaltung electronic switch
450 450: erster Teilabschnitt bzw. erste Leiterplatte für Treiberansteuerung first section or first circuit board for driver control
460 460: zweiter Teilabschnitt bzw. zweite Leiterplatte für Steuerung second section or second circuit board for control
470 470: dritter Teilabschnitt bzw. flexible Biegezone third section or flexible bending zone
900 900: Verfahren zum Herstellen Method of manufacture
910 910: Schritt des Bereitstellens Step of providing
920 920: Schritt des Montierens Step of mounting

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010005303 A1 [0003]

Claims

Integrated control unit ( 200 ) for a vehicle, wherein the control unit ( 200 ) a power module ( 410 ) for switching an electrical voltage of an engine of the vehicle, at least one DC link capacitor ( 420 ), at least one circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) with an electronic circuit ( 445 ) for driving the power module ( 410 ) and a cooling device ( 430 ) for active cooling of components of the control unit ( 200 ), characterized in that the at least one DC link capacitor ( 420 ) with a first side of the cooling device ( 430 ) is thermally coupled or coupled, wherein the power module ( 410 ) with a second side of the cooling device ( 430 ) is thermally coupled or coupled.

Integrated control unit ( 200 ) according to claim 1, characterized in that the first side of the cooling device ( 430 ) and the second side of the cooling device ( 430 ) facing away from each other sides of the cooling device ( 430 ) are.

Integrated control unit ( 200 ) according to claim 2, characterized in that at least the electronic circuit ( 445 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) electrically connected to the power module ( 410 ) is connectable or connected to a third side of the cooling device ( 430 ) is thermally coupled or coupled.

Integrated control unit ( 200 ) according to claim 1, characterized in that the first side of the cooling device ( 430 ) and the second side of the cooling device ( 430 ) mutually adjacent sides of the cooling device ( 430 ) are.

Integrated control unit ( 200 ) according to claim 4, characterized in that the power module ( 410 ) with the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) is integrated.

Integrated control unit ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit carrier ( 440 ) is integrally formed, wherein the circuit carrier ( 440 ) the electronic circuit ( 445 ) and an electrical circuit for driving the control unit ( 200 ) having.

Integrated control unit ( 200 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) is formed in several pieces, wherein a first section ( 450 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) the electronic circuit ( 445 ), wherein a second subsection ( 460 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) an electrical circuit for controlling the control unit ( 200 ), wherein the first subsection ( 450 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) and the second subsection ( 460 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) on a third subsection ( 470 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) are interconnected.

Integrated control unit ( 200 ) according to claim 7, characterized in that the third subsection ( 470 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) is bendable or bent, the third subsection ( 470 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) is shaped to the first subsection ( 450 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) and the second subsection ( 460 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) to arrange angled to each other.

Integrated control unit ( 200 ) according to one of claims 7 to 8, characterized in that the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) has a fourth subsection and a fifth subsection, wherein the fourth subsection of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) and the second subsection ( 460 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) over the fifth subsection of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ), wherein the fifth subsection of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) is bendable or bent.

Integrated control unit ( 200 ) according to one of claims 7 to 9, characterized by a control connection ( 406 ) for signal transfer capable connection of the integrated control unit ( 200 ) with the vehicle, the control terminal ( 406 ) in the first subsection ( 450 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ), the second part ( 460 ) of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) or the fourth subsection of the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) is arranged.

Integrated control unit ( 200 ) according to one of claims 1 to 9, characterized by a control connection ( 206 ; 406 ) for signal transfer capable connection of the integrated control unit ( 200 ) with the vehicle, the control terminal ( 206 ; 406 ) on the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) or on a housing of the integrated control unit ( 200 ) is arranged.

Integrated control unit ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) is at least partially encapsulated with a plastic material.

Integrated control unit ( 200 ) according to one of the preceding claims by a housing which is shaped to form elements of the integrated control unit ( 200 ).

Integrated control unit ( 200 ) according to claim 13, characterized in that the housing is designed to act as a heat sink for the elements of the integrated control device ( 200 ) to act.

Procedure ( 900 ) for producing an integrated control unit ( 200 ) for a vehicle, characterized in that the method ( 900 ) one step ( 910 ) of providing a power module ( 410 ) for switching an electrical voltage of a drive machine of the vehicle, an intermediate circuit capacitor ( 420 ), a circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) with an electronic circuit ( 445 ) for driving the power module ( 410 ) and a cooling device ( 430 ) for active cooling of components of the control unit ( 200 ) and a step ( 920 ) of mounting the power module ( 410 ), the DC link capacitor ( 420 ), the circuit carrier ( 440 . 450 . 460 . 470 ) and the cooling device ( 430 ), wherein the intermediate circuit capacitor ( 420 ) with a first side of the cooling device ( 430 ) is thermally coupled, wherein the power module ( 410 ) with a second side of the cooling device ( 430 ) is thermally coupled.