控制器模组的制作方法

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的控制器模组以及一种用于形成该控制器模组的方法。

背景技术：

1、电气装置包括在运行期间产生损耗热量的电气器件和/或电器件。由于损耗热量，电气装置可能会根据运行模式而出现不随时间变化的或随时间变化的运行温度。如果运行温度超过临界温度值，可能导致电气装置内的运行故障。特别地，电气器件和/或电子器件也可能遭受损坏，以致电气装置不再能够运行。为了确保安全，借助限定的排热方案使电气装置处于安全的运行温度。取决于电气装置的功率等级，排热方案可能彼此差异很大，因此始终要根据功率等级提供电气装置的不同实施方式。

2、特别是在机动车领域中，计算机支持的系统的数量不断增加，该系统特别是经升级的控制器的形式或中央车辆计算机单元(vcu)的形式。

3、计算功率的增加伴随着电气器件和/或电子器件的热负荷的增加。在这方面，开发和/或调整了相应的排热方案。由于产品开发周期越来越短并且产品复杂度越来越高，所以在新产品开发之初，常常会出现新产品的最终规格尚未确定或尚未知的问题。这包括安装空间、环境温度以及热损耗功率等属性。此外，产品开发越来越以公共的技术平台为目标，通过调整、变更和/或扩展来考虑和设计各种产品变型方案以满足不同的客户兴趣。尽管技术基础相同，但相同技术平台的产品变型方案彼此差别很大，因为由于与变型方案相关的差异，简单的尺寸缩放也很难实现。后续变型方案可能再次需要新的实施方式，因为例如现有的排热方案对于后续变型方案的更高的功率等级来说在运行上不可靠。

4、由专利文献de10 2015 212 721a1已知一种用于冷却功率半导体的冷却装置。该冷却装置包括封闭的空腔，冷却液经由入口和出口流过该空腔。为了提升排热效果，该冷却装置具有从界定空腔的内表面突出到空腔中的柱状部。功率半导体布置在冷却装置的背离柱状部的外表面上。

5、专利文献de 10 2014 106 134 a1展示了用于模制模块的冷却系统。该冷却系统在此包括具有冷却介质入口和出口的多件式的冷却壳体。模制模块容纳在由冷却壳体形成的空腔内。该模制模块具有冷却板，该冷却板以没有模制被模制的区域形成在模块的外面。这些模块侧面中具有冷却板的模块侧面被作为壳体一部分的盖子覆盖以形成液体空腔。该液体空腔被盖子相对于模块的其余部分覆盖。盖子还包括用于冷却介质的入口和出口。在冷却运行中，模块侧面的冷却板被液体空腔内流过的冷却液带走热量。该多件式的壳体可以由金属或塑料材料制成。

6、专利文献de 199 11 205a1公开了一种用于电子器件的冷却装置。在由冷却装置的两个壳体元件形成的空腔内布置了作为冷却肋的波纹板材以扩大传热表面，该波纹板材贴靠弹性元件并由此在预载荷下压靠壳体元件其中之一。冷却液经由入口和出口流过空腔。弹性元件与由金属制成的壳体元件其中之一贴靠接触。而另一壳体元件由塑料制成。该壳体元件在背离冷却肋的一侧上具有容纳着电子器件的凹部。

技术实现思路

1、本发明的目的是，方便且成本低廉地实现在相同控制器平台的控制器模组内形成或扩展变体。

2、该目的通过根据独立权利要求的控制器模组以及用于形成控制器模组的方法来实现。

3、本发明的出发点是控制器平台的控制器模组，该控制器模组具有控制器的不同功率等级的至少两个、三个、四个或更多个变体。所需的功率等级尤其是并且基本上通过设置在相应控制器中的相应的功率器件来实现。更高的功率等级通常与运行中更高的产热相关联。就此而言，更高的功率等级也关联针对运行更强的排热。控制器的变体具有至少第一壳体元件和第二壳体元件，其在装配状态下形成空腔。然后将相应功率等级的有待排热的被装配的电路载体容纳在该空腔内。电路载体在此至少局部地以其两个主侧面其中之一至少间接地与第二壳体元件的朝向这个主侧面的内表面至少间接地热贴靠接触。例如，在第二壳体元件与电路载体之间特别是分别直接相邻地布置tim材料(thermal interfacematerial热界面材料)。tim材料在此可以直接耦合到电路载体侧面上或直接耦合到有待排热的电子器件和/或电气器件、例如功率半导体、特别是芯片上。借助热学的贴靠接触，可实现与第二壳体元件的热流或热交换。此外，在第二壳体元件的背离电路载体的该主侧面的外表面上，在与该外表面相邻的附近处形成散热区域。通过该方式可以散发电路载体的热能。控制器模组包括至少两个、三个或更多个彼此不同的功率等级范围，其分别具有控制器的至少一个变体的至少一个落入该功率等级范围中的功率等级。功率等级范围可以根据具体应用来确定。在功率等级范围之间优选地没有重叠相同的功率等级值。两个、更多个或所有所确定的功率等级范围所包括的最低和最高的功率等级有可能并不直接彼此相邻。因此，两个最接近的所确定的功率等级范围之间的可能存在不被任何所确定的功率等级范围包括的功率等级的空隙。通过确定至少一个新的相应的功率等级范围，可以随时部分地或完全地覆盖该空隙。在此，控制器的来自两个不同功率等级范围的变体的区别在于其散热区域，即各个散热区域的排热能力适配于相应功率等级范围。其实现方式是，从控制器模组的所确定的最低功率等级范围开始到所确定的最高功率等级范围，随着功率等级范围的逐渐提升，分别通过附加的、新的类别的散热元件来扩展散热区域。在此，通过新的类别的散热元件，相应功率等级范围的散热区域的排热能力相对于先前的较低功率等级范围得到提高。这种类别恰好包括一个散热元件或者多个相同或至少处于相同物理状态并且几何结构上相似构造的散热元件。在一个类别中，所包含的散热元件遵循相同的排热原理，例如热传导、热辐射、自然冷却或强制冷却和/或汽化冷却。散热元件的类别由其通过其不同的功率密度而区分开，其中，下一所确定的更高功率等级范围的新类别的散热元件具有的功率密度以x≥2的倍数x、特别是以x≥5的倍数x、优选地以x≥10的倍数x、例如以x≥20的倍数x高于先前的所确定的功率等级范围中包括的所有类别的散热元件。进一步优选地，类别的区别可以附加地或替代地通过另一基本的排热原理来提供。替代地，不同的类别可以遵循相同的排热原理，但具有不同物理状态、不同材料和/或不同几何形状的散热元件，其中，还附加地存在前述功率密度之中的区别。

4、通过该方式有利地实现了方便地在相同控制器平台内形成控制器的变体，其中实现了根据对控制器的相应变体的所确定的功率等级范围来相应缩放排热能力的发小。通过该方式，变体可以在限定的温度范围内可靠地运行。由于功率等级范围明确地包含排热能力，所以可实现成本最低廉的排热解决方案，尽管可能存在多种变体，但只需满足所述功率等级范围内的规格即可。由此，所有变体的多种规格要求的复杂性被整合或简化到了功率等级范围的层面。此外，当例如由于新的客户要求而确定新的变体时，或者一般地当通过将变体分配到相应所属的功率等级范围来在短时间内确定客户规范时，可以采用对于该控制器模组内的功率等级范围已有的排热解决方案。由此可以有利地省去旨在排除新的排热解决方案中可能存在的风险的测试规范。还能够以简单的方式开发或确定变体的新功率等级范围。新的功率等级范围可以已经建立在先前的功率等级范围的排热解决方案所获得的经验的基础上。具体地，通过用于下一个更高功率等级范围的新类别的散热元件来扩展排热解决方案的基础上，可以有利地利用已知的、先前已经包含的类别的散热元件的相应排热能力。在确定新的功率等级范围时，这可以提高效率并降低风险。

5、通过在从属权利要求中列出的措施可以实现根据本发明的方法的有利的改进方案和改善方案。

6、在控制器模组的有利的实施方式中，下一更高的功率等级范围的附加的、新类别的散热元件不包含在所有先前的较低功率等级范围中。由于新添加的类别的散热元件的功率密度相差若干倍，所以可以确定多个功率等级范围，其具有所包含的功率等级的不同大小的值范围。由此，例如也可以确定不是线性地彼此相继地构建的功率等级范围、而是具有相同地较大的功率突变的功率等级范围。通过该方式，还可以实现覆盖非常宽泛、特别是跨越10的几次方的功率等级范围的控制器模组。

7、在控制器模组的特别有利的实施方式中，第二壳体元件是金属的，特别是由铝或铝合金制成。由于金属设计，可以将形式简单的基础排热能力从一开始就提升到更高的级别。由此，通常可以构建更高的功率等级范围。

8、在控制器模组的优选的实施方式中，第二壳体元件是喷注模制件，并且第二壳体元件的外表面构造为至少基本上或完全是在喷注模制工具侧的模制面。在此，模制面至少局部地包括功率等级范围中包含的相应类别的散热元件的散热元件的一体式的模制部。附加地过替代地，模制面还包括用于对功率等级范围中包含的相应类别的散热元件的零件进行连接的至少一个接口的模制部。所述接口在此尤其可以包括紧固元件、密封面、容纳元件或其他，以便与所提及的零件共同形成处于有效连接之中的该类别散热元件的排热功能。特别地，包括热元件和/或热元件的接口的模制面被设计成使其可仅通过喷注模制工具元件在脱模方向上的脱模而完全地最后成型。由此有利地将变体的形成和对相应功率等级范围的调整基本上减少为要执行的不同模制面。由此在技术上提供了成本低廉的可行方案，例如用可互换插入件、销插入件和/或滑动件，仅在喷注模制工具元件其中之一内针对所确定的功率等级范围以限定的方式最后成型所需的最后成型面。进一步优选地，每个新类别的散热元件占据最后成型面的未被先前功率等级范围的一个或多个类别占据的自由局部面区域。由此可以特别方便地设计喷注模制工具元件所属的模制面。

9、特别优选的是控制器模组的一种实施方式，其中控制器的属于相同功率等级范围的两个或更多个变体具有相同构造的排热区域和/或相同构造的第二壳体元件。由此可以实现成本特别低廉的控制器模组，特别是通过将功率等级范围的排热解决方案重复地应用于控制器的包含在功率等级范围中的有可能很大量的变体。

10、在控制器模组的改进方案中，在功率等级范围中，散热区域仅或基本上由第二壳体元件的作为第一类别的散热元件的平坦的外表面形成。特别地，在控制器模组的第一功率等级范围内、即在控制器模组的最低功率等级范围内的控制器变体内构造这种结构上存在的散热区域。至少外表面的与电路载体和/或与电路载体的电气器件和/或电子器件局部热耦合的区域可以偏离该平面。为了桥接与电路载体和/或电气器件和/或电子器件的间隙距离，可以在当前间隙的方向上设置凹部和/或凸起。通过至少基本上平坦的最后成型面，控制器的最低功率等级范围内的变体可以保持得非常简单和紧凑。此外，平坦的最后成型面为使用针对下一更高的功率等级范围的新的附加类别的散热元件来扩展排热区域提供了有利的出发点。

11、可选地，对于如此构造的控制器模组，控制器的在第一功率等级范围内的不同功率等级的至少两个变体的区别可以在于第二壳体元件的外表面的面积大小，其中，所述面积大小随着功率等级的增大而增大。通过该方式，在需要时可以很容易地在相同功率等级范围内的功率等级之间提供附加的、差异化的调整方案。如果在功率等级范围内所包含的具有最高功率等级的变体的相应散热区域的排热能力尚不完全足够或需要通过附加的安全缓冲来补充，则这尤为有意义。

12、在控制器模组的有利的改进的实施方式中，在控制器模组的另一功率等级范围中、特别是与第一功率等级范围紧随的更大的第二功率等级范围中，通过从第二壳体元件的外表面突出的、作为第二类别散热元件的排热结构来形成或扩展散热区域。所述排热结构具有尤其是从外表面突出的柱状部、肋板或其他形状的隆起部，其特别是呈图案布置的形式。例如，所述排热结构可以最后成型为针翅(pinfin)。有利地，可以通过喷注模制工具元件内的可插入或可更换的插入件非常简单地以多种形式来映射这种排热结构。总的来说，这种类型的排热结构实现了在散热区域内增大散热面积，特别是相对于先前功率等级范围的作为相应散热区域的基本上平坦构造的外表面而言。

13、可选地，对于如此构造的控制器模组，控制器的第二功率等级范围内不同功率等级的至少两个变体的不同之处可以在于相应排热结构的结构尺寸。在此，随着功率等级的增大，结构尺寸在其从外表面突出的柱状部、肋板和/或其他形状的隆起部、例如针翅的数量和/或其大小方面增大。与第一功率等级范围类似，如果在第二功率等级范围内所包含的具有最高功率等级的变体的相应散热区域的排热能力尚不完全足够或需要通过附加的安全缓冲来补充，则该选择方案尤为有意义。

14、在控制器模组的有利的改进的实施方式中，在另一功率等级范围中、特别是与第一功率等级范围和/或第二功率等级范围紧随的更大的第三功率等级范围中，能够由直接共同包含第二壳体元件的外表面的流体流过的、作为第三类别散热元件的排热通道来形成或扩展所述散热区域。在此，第二壳体元件的局部或整个外表面形成排热通道的部分面。有利地，先前功率等级范围的散热区域的已知实施方式可以基本上相同地继续使用。通过提供流过排热通道并流过散热区域的冷却流体、例如冷却水，对于下一更大的功率等级范围，其排热能力又可增大若干倍。在此，排热通道优选地由至少在一部分上沟槽状地最后成型而形成的通道壳体、其尤其是构造为塑料喷注模制件，其中，通道壳体从其开放侧开始在其沟槽状部分的区域中密封地布置在第二壳体元件的外表面上，以形成在所有侧面封闭的排热通道。作为永久固定的连接或可拆卸的连接，排热通道在此与第二壳体元件材料连接或机械连接。为了连接和/或作为密封面，在外表面中的工具侧最后成型相应形状的接口。密封面在此与排热通道的开放侧互补。此外，例如还可以共同成型连接元件，该连接元件可以与互补布置在排热通道处的相应连接元件有效连接，以形成所述连接。因此，排热通道通常形成所添加的新类别的排热元件的零件。进一步优选地，排热通道具有用于冷却流体的输入接头和输出接头，其中，两个连接部尤其是一体式地构造在通道壳体内部。在没有排热通道的情况下，散热区域的实施方式也可以简单的形式不变地用于先前功率范围、例如所描述的第二功率范围的变体。

15、可选地，对于如此构造的控制器模组，控制器的在第三功率等级范围内的不同功率等级的至少两个变体的区别可以在于相应排热通道的流动横截面，其中，该流动横截面随着功率等级的提升而增大。

16、在控制器模组的有利的改进的实施方式中，在另一功率等级范围中、特别是与第一功率等级范围、第二功率等级范围和第三功率等级范围紧随的更大的第四功率等级范围中，通过作为第四类别的散热元件的布置在第二壳体元件的外表面上的遵从汽化冷却原理的冷却装置、例如热管或蒸气腔来形成或扩展散热区域。替代地，所述冷却装置部分或完全嵌入到第二壳体元件的铸造材料内。在喷注模制过程期间，热管或蒸气腔可以作为已经提及的喷注模制工具元件中的嵌入件在外表面的区域中共同铸造。替代地，冷却装置还可以嵌入到通道壳体内，特别是朝向能够与流过的流体直接接触的表面。有利地，与先前功率等级范围中的变体相比，这样形成的散热区域的排热能力又可以增大若干倍。

17、本发明还提出了一种用于形成根据前述实施方式至少其中之一的控制器平台的控制器模组的方法。该方法在此包括以下方法步骤：

18、a)确定控制器模组的两个、三个或更多个彼此不同的功率等级范围，其中，每个功率等级范围分配有具有落在该功率等级范围中的功率等级的至少一个控制器，

19、b)确定散热元件的类别，其中，从最低的功率等级范围到最高的功率等级范围，为了调整功率等级范围内的控制器的相应排热区域以适应功率等级范围，对每个越来越高的功率等级范围分别分配附加地、新类别的散热元件，通过所述散热元件，相应功率等级范围的散热区域(54)的排热能力相对于先前较低的功率等级范围得到提高，

20、c)在两个、三个或更多个所确定的功率等级范围内分别构造控制器的至少一个变体，方式是用配属于相应功率等级范围的类别的散热元件来形成或扩展相应的排热区域。

21、在所述方法的有利的实施方式中，相应的散热区域至少部分地由喷注模制工具形成，其中，喷注模制工具被设计为使得在散热区域的区域中其模制几何形状是可调整的，从而根据方法步骤中的功率等级范围调整喷注模制工具，以模制配属于相应功率等级范围的类别的散热元件和/或以模制用于与配属于相应功率等级范围的类别的散热元件的零件进行连接的接口

22、所述方法具有与已经提到的控制器模组相同的优点。