具有导流元件的冷却系统的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的电气控制单元(例如处理单元)的冷却系统。本发明还涉及一种包括这种冷却系统的车辆。

背景技术：

1、高级驾驶员辅助系统(adas)以及自动驾驶(ad)能力越来越流行并且在汽车产业中享有广泛的应用。随着例如电动车辆或混合动力车辆的数量的增加，对这种系统和能力的需求预计会上升，因为它们在不久的将来变得更加重要。另外，用户之间的信息娱乐或通信控制器也越来越受到关注。

2、此类adas、ad能力、信息标签和/或通信控制器和能力需要大量计算能力，其通常可由电子装置(例如车载高端电子装置)提供。这样的装置的示例还包括配备有处理单元或片上系统的域和多域控制器。作为示例，装置也可以是车辆处理单元的一部分。

3、这种电子装置在工作期间产生大量的热量。该热量可缩短所述装置的预期寿命且因此不利地影响其工作。当装置暴露于恶劣环境条件(例如50℃以上或甚至85℃以上的环境温度)时，这些不利影响甚至加剧。在一些情况下，这样的高温甚至可能导致这些装置的故障。

4、为了将电子装置的工作温度保持在可接受的限度内并促进其可靠工作，这些装置的冷却变得更加重要。特别地，这要求提供可靠的热管理。

5、用于提供汽车电子装置的液体冷却的常规装置可使用冷板，控制器的外壳附接到该冷板。这种附接可以经由热界面材料层执行。冷板可以放置在两个或更多个电子装置之间，以便在工作期间从装置吸收热量。这样的冷板通常以简化且划算的方式制造，以实现批量生产。因此，它们通常以简单的纵向轮廓制造，这需要提供封闭盖，以关闭冷却板的流动导管并关闭流动。

6、这些封闭盖的缺点是它们导致液体冷却介质的流动扰动，从而导致在增加的压力损失下达到顶点的流动涡流的发展。流动与表面分离也是可能的，这进一步不利地导致增加的压力损失。这些流动现象不利地影响冷却效率。特别地，包括涡流的区域降低了在该区域中的热交换率。

7、鉴于上述缺点，封闭盖可以被设计成通过增加拐角的尺寸而使流动平滑地转向。

8、然而，这种方法不是最优的。例如，这些封闭盖需要更多的空间，这对于许多应用是不利的。例如，在紧密的汽车组件中，无法获得用于这种冷却系统的额外空间。

9、针对该背景，本领域需要一种用于冷却电气装置的改进的冷却系统，例如用于车辆的电气控制单元的冷却系统，诸如处理单元、电气逆变器、电池、任何电子设备等。

10、因此，本发明的目的是改善现有技术的不足并解决现有技术的上述缺点中的一个或多个。特别是提供一种冷却系统，例如用于汽车行业的电子部件，与现有解决方案相比，该冷却系统提供降低的压力损失和增加的冷却效率。进一步的目的是提供符合空间限制的冷却系统，该空间限制与诸如汽车工业中的许多应用相关。总体上，提供一种具有增加的灵活性、功能和可靠性的冷却系统。

技术实现思路

1、本发明的一个方面涉及一种用于车辆的电气控制单元的冷却系统，该冷却系统包括：冷却元件，其包括用于冷却剂的第一流动通道和第二流动通道；流动反向元件，其适于将冷却剂从第一流动通道引导到第二流动通道；导流元件，其用于将冷却剂的至少一部分从第一流动通道引导到第二流动通道。

2、第一流动通道可以理解为流入通道，第二流动通道可以理解为流出通道。作为示例，与流入通道相比，第二流动通道的流动方向可以基本上在相反的方向上。

3、在一个示例中，用于车辆的电气控制单元的冷却系统可以应用于冷却部件，诸如车辆的电气部件。电气控制单元可以包括处理单元、电逆变器、电池、任何电子和/或电气设备等或其任何组合。在另一示例中，它可以冷却基本上小的部件，诸如汽车行业中的电气和/或电子装置。例如，第一流动通道和/或第二流动通道可以被视为微通道。其不一定适用于大型或重型工业应用。

4、该方面可以具有以下优点：冷却剂的至少一部分以改进的方式从第一流动通道被引导到第二流动通道。特别地，与常规冷却系统相比，减轻了压力损失，因为可以在不发展/发生扰动、涡流和/或流动分离的情况下引导流动。这促进了增加的冷却效率，因为在冷却系统、流动反向元件和/或第二流动通道(特别是第二流动通道)内基本上没有发生流动分离的区域。

5、在一个示例中，应当理解，由于涡流的减少(和/或甚至消除)，流动引导被特别改善，这增强了热交换。如果导流元件具有大约(例如略小于)第二流动通道的横截面的尺寸(例如横截面)，则可以进一步改进流动引导。此外，随着压力损失显著降低，冷却系统的操作可能更具经济和成本效益。

6、归因于此方面的另一优点可为流动反向元件的总体尺寸可保持相对较小(如下文进一步详述)，同时实现前述优点。因此，与冷却系统的总体尺寸相比，冷却元件的几何膨胀可以相对较大，这有助于提供用于冷却部件的大的有效冷却表面。

7、冷却剂可以是适合于冷却的任何流体。作为示例，与待冷却的部件相比，流体可以具有较低的温度。优选地，冷却剂是液体冷却剂。冷却剂也可以被称为制冷剂。冷却剂可以不必是第一方面的一部分，并且因此可以不限制其范围。然而，如本领域技术人员所理解的，冷却系统应适于引导所述冷却剂通过它。

8、第一流动通道和/或第二流动通道可以具有有效地引导冷却剂的横截面。作为示例，横截面可以沿着第一流动通道和/或第二流动通道的长度是恒定的。换句话说，横截面可以沿着流动方向是均匀的。横截面的适当实例可以是矩形、圆形、五边形、六边形横截面或其组合。冷却元件可以通过挤出的方式提供。作为示例，其可以以成本有效且快速的方式产生。

9、优选地，导流元件至少部分地在第二流动通道中突出。

10、这进一步改善了流动的引导，例如冷却剂(特别是从第一流动通道到第二流动通道)。因此，随着更少的涡流的发展，热交换被改进。此外，可以进一步降低压力损失。至少部分地在第二流动通道中突出的导流元件的这种布置促进了增加的冷却效率。如果在冷却系统内发生较少或基本上没有流动分离区域，则冷却效率增加。

11、在优选实施例中，在根据前述方面的冷却系统中，导流元件从流动反向元件突出到第二流动通道中。

12、该实施例可以理解为导流元件从流动反向元件突出和/或延伸到第二流动通道中。因此，它可以与流动反向元件接触。

13、这具有如下优点：流动反向元件内的冷却剂的流动可能已经与流动反向元件内的导流元件接触和/或连通。因此，可以显著改善流动的引导，因为可以以目标和/或设想的方向引导流动。这有助于实现从流动反向元件到第二流动通道中的平滑流动。因此，导流元件改善了流动转向以防止流动分离。

14、在另一优选实施例中，导流元件是流动反向元件的一部分，优选地与流动反向元件成一体。

15、导流元件和流动反向元件可以形成单件。特别地，应当理解，它们可以被制造为单件。这具有以下优点：在冷却系统的组装期间必须处理的(单独的)部件数量减少。另一个优点是导流元件相对于流动反向元件的定位可以在制造所述单个(整体)件时确定。

16、在一个示例中，与流动反向元件相比，导流元件被提供为单独的部件也是可能的。这可以具有如下优点：导流元件可以单独制造，这可以有利于以改进的方式设计导流元件。如果导流元件是单独的部件，则导流元件可以连接到流动反向元件。

17、应当理解，导流元件与流动反向元件成一体，并且同时具有促进突出到第二流动通道中的尺寸。所述突出也可以理解为插入和/或延伸。

18、优选地，导流元件包括在导流元件与流动反向元件汇合的部分处的基本上圆形的表面。

19、圆形表面可以理解为具有弯曲形状，诸如在二维空间优选为三维空间中的弯曲形状。因此，可以平滑地引导流动，并且在流动方向上不太可能发生突然的变化。当压力损失减少时，这导致改进的流动。特别地，当在流动反向元件中转向并且通过导流元件的圆形表面被引导到第二流动通道中时，流动的压力损失减少。

20、在所述汇合部分处的布置是特别有利的，因为这样的部分在常规撒上可能是尖锐的边缘和/或拐角。

21、作为示例，圆形表面可以至少部分地面向流动反向元件中的流动方向。这样的方向可以平行于流动反向元件的纵向方向。该定向可以进一步促进改进的流动引导。

22、在另一优选实施例中，导流元件被成形为叶片，在面向流动反向元件中的冷却剂流动方向的一侧上具有较厚部分，并且在相对侧上具有较薄部分。

23、作为示例，导流元件可以成形为楔形、翅片和/或翼。应当理解，导流元件包括可辨别的较厚部分以有效地引导流动。

24、此外，较薄部分具有如下优点：如果流动围绕导流元件，则其可保持大部分附接。因此，在导流元件的尾流中，可以提供平滑的流动流线，而基本上不会引起压力损失。

25、在优选的实施方案中，流动反向元件具有两个相对的内侧，所述内侧在其间限定流动路径，其中导流元件延伸到所述流动路径中达流动路径的宽度的至少10％，优选至少20％，更优选至少30％，甚至更优选至少40％，最优选至少50％；和/或达流动路径的宽度的至多90％，优选至多80％，更优选至多70％，甚至更优选至多60％，最优选至多50％。

26、导流元件应延伸到流动路径中，以便于将流动引导到第二流动通道中。导流元件不应当延伸太多进入流动路径，否则，流动路径可能被阻塞，并且可能提供给后续流动通道(例如，进一步的流出通道)太少量的冷却剂。

27、因此，发明人发现，应当构建最佳平衡，其是流动路径的宽度的约50％。

28、在另一优选实施例中，流动反向元件具有细长形状，其中最大尺寸基本上垂直于流动通道的方向，并且宽度尺寸在流动通道中的冷却剂的方向上，其中最大尺寸比宽度大至少2倍，优选大至少4倍，更优选大至少6倍，甚至更优选大至少8倍，并且进一步优选大至少10倍。

29、这具有如下优点：流动反向元件具有紧凑的尺寸，例如，与长度(最大尺寸)相比，宽度相对较小。因此，可以提供增加的有效冷却表面，因为冷却元件可以相对于流动反向元件增大。

30、优选地，一个或多个流动通道的横截面至多为10cm2，优选至多5cm2，更优选至多2cm2，甚至更优选至多1cm2。

31、流动通道具有相对小的横截面。横截面可以理解为流体(诸如冷却剂)流过的有效区域/有效面积。在一个示例中，它可以包括边界层。还可以提供更小的横截面(例如，至多0.5cm2或至多0.2cm2)。作为示例，一个流动通道的横截面可以包括位于一个平面中的一个或多个子横截面。

32、在另一个优选的实施方案中，导流元件伸入第二流动通道中达导流元件的长度的至少10％，优选至少20％，更优选至少30％，甚至更优选至少40％，进一步更优选至少50％，最优选至少60％。

33、进入第二流动通道的大突起进一步促进流动的引导。这防止在第二流动通道中发展出流动分离的区域。

34、作为示例，导流元件可以说是在第二流动通道的方向上伸长/是细长的(其可以平行于第一流动通道的方向)。

35、优选地，冷却元件可以包括附加的流动通道，例如第三、第四和可选的另外的流动通道。作为示例，流动反向元件可以适于将冷却剂从第三流动通道引导到第四流动通道，并且可选地从另外的流动通道中的一个引导到另外的流动通道中的另一个流动通道。可选地，冷却系统包括多个导流元件，优选地，导流元件中的每一个至少部分地突出到流动通道中，冷却剂由流动反向元件引导到流动通道中。

36、应注意，本文关于导流元件描述的相同特征和优点也适用于多个导流元件中的任一个导流元件。

37、在另一优选实施例中，至少两个导流元件以交替的方式布置在流动反向元件的相对内侧上。

38、这种交替的方式具有这样的优点：冷却剂可以通过流动反向元件的流动路径被适当地引导。

39、在优选实施例中，冷却元件是适于连接到待冷却的部件的基本上平坦的板；可选地，其中流动反向元件包括一个或多个，优选两个紧固装置，以便充当对于外部部件的安装支架。

40、平板可以理解为其两个尺寸实质上大于第三尺寸的的板。平板可以具有长度和高度以及宽度(第三尺寸)。长度和高度尺寸可形成可被称为与待冷却的一个或多个部件进行热接触的第一表面。与第一表面相比，第二表面可以形成在相对侧上。所述第二表面可与待冷却的一个或多个(其他)部件热接触。

41、紧固装置可以是螺钉等。流动反向元件便于多个功能，因为它可以提供方便地连接到外部部件的支架功能。所述另外的部件不一定需要被冷却。紧固装置可包括便于可靠连接的集成固定点。

42、在另一优选实施例中，冷却元件由铝制成，优选通过挤出来制造，更优选通过直接挤出来制造；可选地其中，所述流动反向元件由铝制成，优选通过冲击挤出、压铸或射出成型(plastic injection)来制造。

43、铝和/或铝合金具有低价、足够的机械公差和优异的材料热性能的优点。作为示例，铝的热导率可以达到200w/m-k(瓦特每米和每开尔文)。通过本文所述的方法制造冷却元件便于大量生产。可归因于挤出工艺的另一优点在于，其实现了设计流动通道的横截面的灵活性，其可被设计成实现大的表面积以改善热交换。此外，在单个冷却元件内可以容易地设置多个子截面(如本文所述)。此外，在冷却元件内可以设置具有冷却剂的u形流动的不同类型的挤出流动通道(例如，具有微通道的轮廓)。

44、类似的优点也适用于流动反向元件，其优选地通过冲击挤出、压铸或射出成型制造。

45、优选地，流动反向元件可以连接到冷却元件以将流动通道相对于密封，优选地，其中流动反向元件经由钎焊、搭接、熔焊、对接、胶合和/或螺纹连接中的一种或多种连接到冷却元件。

46、连接可以被理解为，流动反向元件和冷却元件刚性地附接。在示例中，可以在不破坏部件的情况下释放所述连接。在钎焊和/或搭接接头的情况下，应当提供用于连接部件的合适区域。该连接用于基本上提供垫圈以便于紧密性。优选地，冷却剂不应泄漏到外部。

47、在流动反向元件经由螺纹连接到冷却元件的情况下，可以提供密封，例如o形环。

48、在另一优选实施例中，流动反向元件是适于连接到冷却元件的单独元件。

49、本发明的另一方面涉及一种包括根据以上所述的冷却系统的车辆。可选地，冷却系统固定到车辆。

50、应注意，上述关于冷却系统的相同特征和优点也适用于包括这种冷却系统的车辆。