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HINTERGRUND
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a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybrid-energie-Steuervorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere eine Hybrid-energie-Steuervorrichtung, in der ein Wechselrichtermodul, ein Niederspannungs-Gleichspannungswandler (LDC)-Modul und ein Controller in einem geschlossenen Raum gepackt sind, wobei die Effizienz der Kühlung und die Ausführung des Zusammenbaus verbessert sind.
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b) Beschreibung des Stands der Technik
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Ein grünes Fahrzeug verwendet einen Elektromotor als Antriebsquelle, wobei ein Hybridfahrzeug oder eine Elektrofahrzeug im Allgemeinen eine Hochspannungsbatterie oder ähnliches als Energiequelle für die Ansteuerung des Elektromotors verwenden. Das grüne Fahrzeug verwendet als Komponenten für die Energiewandlung einen Wechselrichter der Energie dem Motor bereitstellt und einen Niederspannungs-Gleichspannungswandler (low DC-DC-converter, LDC) zur Erzeugung von 12 V als Energie für ein Fahrzeug.
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Der Wechselrichter wandelt Gleichspannungsenergie der Hochspannungsbatterie zwischen dem Elektromotor und der Hochspannungsbatterie in dreiphasige Wechselspannungsenergie und stellt die konvertiert dreiphasige Wechselspannungsenergie dem Motor zur Verfügung. Der LDC (oder Konverter) wandelt die Gleichspannungsenergie der Hochspannungsbatterie in 12 V als Energie für ein Fahrzeug und stellt die konvertierten 12 V als Energie den elektrischen Komponenten des Fahrzeugs zur Verfügung.
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Gegenwärtig sind Wechselrichter, Konverter und Controller zur Steuerung dieser Komponenten (des Wechselrichters und die Konverters) ganzheitlich in einem Gehäuse vorhanden, und das Gehäuse wird als Hybrid-Energie-Steuereinheit (HESE) bezeichnet. Eine HESE für grüne Fahrzeuge erfordert eine Verbesserung der Kühleffizienz, und Kompaktheit, Vereinfachung und hohe Effizienz durch Verbesserung der Verpackungsstruktur.
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1 (STAND DER TECHNIK) ist eine Ansicht, die schematisch eine Energiesteuervorrichtung für ein grünes Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik darstellt.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst die Energiesteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik einen Konverter 2, der in einem ersten Gehäuse 1 angeordnet ist, und einen Wechselrichter 4 und einen Controller 5, die in einem zweiten Gehäuse 3 angeordnet sind. Das erste und zweite Gehäuse 1 und 3 sind gegenüber voneinander angeordnet.
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Der Wechselrichter 4 ist mit einer Mehrzahl von Leistungsmodulen ausgestattet, wie bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT), und eine Gate-Platte und ein Kondensatormodul sind vorgesehen, um die Leistungsmodule zu steuern.
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Die Energiesteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik hat zumindest die folgenden Nachteile.
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Erstens ist das Gehäuse von dem Wechselrichter separat von dem Konverter vorgesehen, und somit ist es schwierig, die Größe der konventionellen Energiesteuervorrichtung zu verringern.
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Zweitens sind die Gate-Platte und der Controller (Steuerplatine) mit einem dazwischen angeordneten Kondensatormodul angeordnet, und somit durch Kabelverbindungen miteinander verbunden. Somit wird Raum für die Verkabelung benötigt.
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Drittens, obwohl nicht in 1 dargestellt, sieht das Leistungsmodul eine Kühlstruktur vor, bei der nur eine Oberfläche des Leistungsmoduls gekühlt wird und somit ist die Kühleffizienz des Leistungsmoduls gering.
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Viertens, da es keine Kühlstruktur für das Kondensatormodul gibt, ist die Verringerung der Größe des Kondensatormoduls und die Kühlung des Kondensatormoduls begrenzt.
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Fünftens, Befestigungskomponenten einschließlich des Konverters, des Wechselrichters, des Controllers usw. werden eine nach der anderen in dem geschlossenen ersten und zweiten Gehäuse installiert, und folglich ist es schwierig, die Ausführung für den Zusammenbau sicherzustellen.
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Aus der
JP 2013 - 211 943 A ist gattungsbildend bereits eine Hybrid-Energie-Steuervorrichtung für ein Fahrzeug bekannt, umfassend: ein Wechselrichtermodul, das entweder auf einer oberen oder einer unteren Seite in einem Gehäuse 10 angeordnet ist; ein Niederspannungs-Gleichspannungswandler-Modul 100, das auf der anderen Seite der oberen und unteren Seite in dem Gehäuse 10 angeordnet ist; und ein Bauelement-Befestigungsabschnitt, der verbindbar oder lösbar in dem Gehäuse montiert ist, wobei das Wechselrichtermodul umfasst: eine Mehrzahl von Leistungsmodulen; einen Kühler, der die Oberflächen jedes Leistungsmoduls kontaktiert, so dass eine Wärmefortleitung ausgeführt wird, wobei der Kühler entweder auf der oberen oder der unteren Seite des Bauelement-Befestigungsabschnitts montiert ist; und ein Kondensatormodul, das auf der oberen oder der unteren Seite derart montiert ist, dass das Kondensatormodul auf einer Seite des Kühlers gestapelt ist, so dass eine Wärmefortleitung ausgeführt werden kann.
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Die
JP 2010 - 104 204 A offenbart eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, mit einem Kondensator zum Glätten der Gleichspannung, einem Gleichstromanschluss, an den eine durch den Kondensator geglättete Gleichspannung angelegt wird und einem Halbleiterelement zum Umwandeln der Gleichspannung in eine Wechselspannung durch einen Schaltvorgang. Die mehreren Halbleitermodule sind unterteilt in eine erste Reihe, die in einer vorbestimmten Richtung angeordnet ist und jedem der Gleichstromanschlüsse in einer die Anordnungsrichtung kreuzenden Richtung zugewandt ist, und in eine zweite Reihe, die so angeordnet ist, dass sie dem Gleichstromanschluss in einer der ersten Reihe entgegengesetzten Richtung zugewandt ist Der Gleichstromanschluss der ersten Reihe und der Gleichstromanschluss der zweiten Reihe sind in zwei Reihen angeordnet, so dass die Gleichstromanschlüsse einander zugewandt sind.
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Die
WO 2013 / 111 261 A1 zeigt eine Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer Halbleiter-Mehrschichteinheit, der mit einem Rahmen, an dem die Halbleiter-Mehrschichteinheit befestigt ist, und einer Federeinheit versehen ist. Die Halbleiter-Mehrschichteinheit hat eine Struktur, in der Halbleitermodule und Kühlelemente abwechselnd gestapelt sind. Die Federeinheit wird so eingesetzt, dass sie zwischen ein Ende der Halbleiter-Mehrlageneinheit, das sich in Stapelrichtung befindet, und Stützsäulen passt, die an dem Rahmen vorgesehen sind, und die Federeinheit fixiert die Halbleiter-Mehrlageneinheit, während sie Druck auf die Halbleiter-Mehrlageneinheit ausübt. Die Federeinheit ist mit einer ersten Platte, einer zweiten Platte und einer Schraubenfeder versehen, die zwischen der ersten und der zweiten Platte eingebettet ist. Die erste Platte ist mit einem Hohlraum versehen, um einen Zwischenraum zwischen der ersten Platte und der Endfläche der Halbleiter-Mehrschichteinheit zu schaffen. Die Federeinheit ist mit einem Durchdringungspfad versehen, der die Bodenfläche des Hohlraums passiert und die gesamte Federeinheit durchdringt.
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Die
JP 2003 - 125 587 A stellt eine Struktur zur Anordnung von Elementen in einer Sammelschienenverbindung einer Wechselrichtervorrichtung bereit, die die Verkleinerung der Vorrichtung und die Verringerung der Verdrahtungsinduktivität einer Gleichstromleitung realisieren kann, während gleichzeitig die Verdrahtungsverbindungsarbeit einfach gestaltet ist. Hierzu haben Schaltelemente, die einen dreiphasigen Wechselrichter bilden, die gleiche Form und sind in zwei Reihen angeordnet, von denen jede einen Signalelektrodenanschluss, der aus einer Seitenfläche herausragt, einen Hauptelektrodenanschluss und den anderen Hauptelektrodenanschluss hat, der aus der anderen Seitenfläche herausragt. Da eine Gruppe von Signalelektrodenanschlüssen alle Schaltelemente in zwei Reihen in die äußere Richtung dieser Schaltelemente ragen, wird die Verdrahtung einfach, auch wenn sie in hoher Dichte montiert sind.
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Aus der
JP 2009 - 194 331 A ist eine Kühlstruktur für einen Leistungskreislauf bekannt, die eine Kühlleistung durch die Kühlstruktur für einen Leistungskreislauf, der auf einer Seite einer Trägerplatte angeschlossen und befestigt ist, aufrechterhält, selbst wenn an der Kühlvorrichtung, die auf der anderen Seite der Trägerplatte angeschlossen und befestigt ist, Verzug erzeugt wird. Die Kühlstruktur des Leistungskreislaufs umfasst: eine Kühleinrichtung mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche, in der ein Kühlmedium in der Einrichtung zirkuliert; einen Wechselrichter mit einem Leistungselement, das über eine Isolierplatte an der oberen Fläche der Kühleinrichtung befestigt ist; eine wärmeleitende Trägerplatte, die die Kühleinrichtung trägt, indem sie die untere Fläche der Kühleinrichtung mit der Oberfläche in Kontakt bringt; und Wandler, die an der Rückseite der Trägerplatte befestigt sind. Ein gewölbter Abschnitt, der eine Form hat, die der Verformung der unteren Oberfläche der Kühleinrichtung durch die Wärme beim Befestigen des Leistungselements an der Kühleinrichtung entspricht, ist auf einer Oberfläche der Trägerplatte vorgesehen.
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Schließlich beschreib die
JP 2010 - 172 147 A eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die die Fehlfunktion einer Steuerschaltung verhindern kann, und die mit dem Steueranschluss jedes Halbleitermoduls verbunden ist, um die Verbindungsaufbaueigenschaft eines Leistungsanschlusses in Bezug auf eine Leistungsquelle oder eine rotierende elektrische Maschine zu verbessern. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung bildet dabei eine Leistungsumwandlungsschaltung zur Steuerung der rotierenden elektrischen Maschine durch eine Anordnung einer Vielzahl von Halbleitermodulen auf einer Leiterplatte. Die jeweiligen Halbleitermodule haben auf der einen Seite Leistungsanschlüsse, die mit der Stromquelle oder der rotierenden elektrischen Maschine verbunden werden, und auf der anderen Seite Steueranschlüsse, die mit der Steuerschaltung verbunden werden. Die mehreren Halbleitermodule sind parallel auf der einen Seite und der anderen Seite in einer ebenen Richtung auf einer Oberflächenseite der Leiterplatte angeordnet. Die mehreren Halbleitermodule sind auf der Leiterplatte so angeordnet, dass die Leistungsanschlüsse in der Ebenenrichtung F der Leiterplatte nach außen gerichtet sind und die Steueranschlüsse in der Ebenenrichtung der Leiterplatte nach innen gerichtet sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Hybrid-Energie-Steuervorrichtung für ein Fahrzeug, in der eine effiziente Kühlstruktur vorgesehen ist, wodurch die Effizienz der Kühlung gesteigert wird, und ein Wechselrichter, ein Konverter und ein Controller sind in einer einfachen Struktur in einem geschlossenen Raum zusammengefasst, wodurch die Größe der Hybrid-Energie-Steuervorrichtung verringert wird.
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In einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Hybrid-Energie-Steuervorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: ein Wechselrichtermodul, das entweder auf einer oberen oder unteren Seite eines Gehäuses angeordnet ist; ein Niederspannungs-Gleichspannungswandler (LDC)-Modul, das auf der anderen der oberen und unteren Seite in dem Gehäuse angeordnet ist; und ein Bauteil-Befestigungsabschnitt, der verbindbar/lösbar in dem Gehäuse montiert ist, wobei das Wechselrichtermodul umfasst: eine Mehrzahl von Leistungsmodulen; einen Kühler, der beide Oberflächen jedes Leistungsmoduls kontaktiert, so dass eine Wärmefortleitung ausgeführt werden kann, wobei der Kühler entweder auf der oberen oder unteren Seite des Bauteil-Befestigungsabschnitts montiert ist; und ein Kondensatormodul, das entweder auf oberen oder unteren Seiten dergestalt montiert ist, dass das Kondensatormodul auf einer Seite des Kühlers gestapelt ist, um eine Wärmefortleitung auszuführen. Dabei ist das Wechselrichtermodul dazu ausgelegt, Gate-Platten zu umfassen, die jeweils an beiden, der linken und der rechten Seite des Bauteil-Befestigungsabschnitts angeordnet sind, wobei ein Controller unter dem LDC-Modul angeordnet ist und an dem Bauteil-Befestigungsabschnitt montiert ist, und wobei die Gate-Platte und der Controller mit plattenförmigen Leiterplatten versehen sind, die jeweils auf einer Seite ein Anschluss aufweisen, und zueinander in einem rechten Winkel angeordnet sind, um mittels der Anschlüsse verbunden zu werden
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann das LDC-Modul auf der jeweils anderen Seite der oberen und unteren Seite des Bauteil-Befestigungsabschnitts gegenüber der Seite des Wechselrichtermoduls angeordnet sein, und es kann mit der anderen Seite des Kühlers durch ein Medium des Bauteil-Befestigungsabschnitts kontaktiert sein, so dass eine Wärmefortleitung ausgeführt werden kann.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann eine Wärmeleitpaste zwischen jedem Leistungsmodul und dem Kühler, zwischen dem Kondensatormodul und dem Kühler und zwischen dem Bauteil-Befestigungsabschnitt und dem Kühler vorgesehen sein.
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In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können die Mehrzahl von Leistungsmodulen in zwei Gruppen unterteilt werden, die in zwei Linien auf linken und rechten Seiten angeordnet sind. Ein Hochspannungs-Verbindungsabschnitt kann auf einer der linken oder rechten Seiten vorgesehen sein und ein Niederspannungs-Verbindungsabschnitt kann auf der anderen der linken und rechten Seiten vorgesehen sein. Die Leistungsmodule, von denen ein Leistungsmodul entweder auf der linken oder rechten Seite angeordnet ist und das andere Leistungsmodul auf der anderen von der linken und rechten Seite angeordnet ist, können gegenüber voneinander angeordnet sein, entsprechend dem Hochspannungs-Verbindungsabschnitt und dem Niederspannungs-Verbindungsabschnitt.
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In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann eine Kühlplatte auf einer Seite des Kühlers gestapelt werden, und eine Pufferfeder kann mit einem Befestigungselement montiert werden, zur Kopplung zwischen der Kühlplatte und dem Bauteil-Befestigungsabschnitt, mit einem dazwischen montierten Kühler.
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Weitere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend diskutiert. Gemäß der Hybrid-Energie-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung wird die Kühleffizienz durch eine effiziente Kühlstruktur verbessert, die einen Kühler verwendet und gleichzeitig den Wechselrichter, den Konverter und den Controller in einer einfachen Struktur in einem geschlossenen Raum zusammengefasst, wobei die Größe der Hybrid-Energie-Steuervorrichtung reduziert wird.
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Die vorstehenden und weiteren Merkmale der Erfindungen werden nachfolgend diskutiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, die in beigefügten Zeichnungen verdeutlicht werden, welcher hierbei nur der Veranschaulichung dienen und somit nicht die vorliegende Erfindung einschränken, wobei:
- 1 (STAND DER TECHNIK) ist eine Ansicht, die schematisch eine Energiesteuervorrichtung für ein grünes Fahrzeug entsprechend dem Stand der Technik zeigt;
- 2 zeigt eine externe perspektivische Ansicht und eine interne Konfigurationsdarstellung, die eine Hybrid-Energie-Steuervorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
- 3 ist eine strukturelle Darstellung, die eine Hybrid-Energie-Steuervorrichtung ohne Gehäuse gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 4 ist eine schematische Darstellung, die eine wärmeleitende Struktur zeigt, die einen Kühler in einer Hybrid-Energie-Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
- 5 ist eine Darstellung, die eine strukturelle Anordnung des Kühlers und der Leistungsmodule in einer Hybrid-Energie-Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 5;
- 7 ist eine Ansicht, die eine Verbindungsstruktur zwischen Controller und einer Gate-Platte in einer Hybrid-Energie-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 8 ist eine Ansicht, die einen Einfluss von absorbierenden Strukturen unter Verwendung einer Pufferfeder in der Hybrid-Energie-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- 9 ist ein Schaltbild, das die Hybrid-Energie-Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen zeigen, die Grundprinzipien der Erfindung darstellen. Die besonderen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie hier offenbart, einschließlich beispielsweise besonderer Abmessungen, Ausrichtungen, Lagen und Formen, werden teilweise durch die beabsichtigte Anwendung und deren verwendetes Umfeld bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen in verschiedenen Figuren der Zeichnungen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es wird nun detailliert Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, wobei Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben sind. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht beabsichtigt die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz, die Erfindung beabsichtigt nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern ebenso verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die innerhalb des Geists und des Bereichs der Erfindung enthalten sind, der durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt ist.
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Die hier verwendete Terminologie dient nur zur Beschreibung der besonderen Ausführungsformen und beabsichtigt keine Beschränkung der Erfindung. Die hier verwendeten Singularformen „ein/eine/einer“ und „der/die/das“ beabsichtigen ebenso, die Mehrzahlform zu umfassen, soweit dies durch den Zusammenhang nicht klar anders offensichtlich ist. Es versteht sich ferner, dass Ausdrücke wie „umfasst“ und/oder „umfassen“ soweit sie in der Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der bezeichneten Merkmale, Zahlen, Schritten, Abläufe, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber dabei nicht das Vorhanden-sein oder die Gegenwart eines oder mehrerer zusätzlicher Merkmale, Zahlen, Schritte, Abläufe, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen hiervon ausschließt. Soweit verwendet, umfasst der Ausdruck „und/oder“ jede und alle Kombi-nationen von einem oder mehrerer der in dieser Liste an-geführten Elemente.
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Weiterhin kann die Kontrolllogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtiger computerlesbarer Datenträger auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt sein, das ausführbare Programmanweisungen umfasst, die von einem Prozessor, Controller/Kontrolleinheit oder ähnlichem ausgeführt werden können. Beispiele eine computerlesbaren Datenträgers umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, ROM, RAM, Compact Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppy Disk, Flash-Speicher, Smartcards und optische Speichervorrichtungen. Der computerlesbare Datenträger kann ebenso in einem Netzwerk verteilt sein, das mit Computersystemen verbunden ist, so dass der computerlesbare Datenträger auf eine verteilte Weise gespeichert und ausgeführt werden kann, zum Beispiel durch einen Telemetrie-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Hybrid-Energie-Steuervorrichtung für ein grünes Fahrzeug, die in einem geschlossenen Raum ein Wechselrichtermodul und ein Niederspannungs-Gleichspannungswandler (LDC)-Modul zur Steuerung der Energie, die an einen elektrischen Motor und den elektrische Komponenten des Fahrzeugs bereitgestellt wird, und einen Controller zur Steuerung des Wechselrichtermoduls und des LDC-Moduls, zusammenfasst. Entsprechend wird eine effiziente Kühlstruktur erreicht, so dass es möglich ist, die Kühleffizienz zu verbessern und Vereinfachungen in der zusammengefassten Struktur und der Verkleinerung der Größe zu schaffen. Weiterhin wird ein Bauteil-Befestigungsabschnitt in einem Gehäuse geschaffen, der separierbar ist und verschiedene Komponenten (das Wechselrichtermodul, das LDC-Modul, den Controller usw.) mit dem Bauteil-Befestigungsabschnitt in modularer Weise zusammenfasst, und die modulare Zusammenstellung in einem Gehäuse befestigt wird, und hierdurch die ausführbar kein für den Zusammenbau verbessert wird.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt, ist die Hybrid-Energie-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung allgemein so konfiguriert, dass sie ein Gehäuse 10 mit einem verschließbaren innerem Raum aufweist, einen Bauteil-Befestigungsabschnitt 20, der in dem Gehäuse 10 angeordnet ist, ein Wechselrichtermodul 30 und ein LDC-Modul 40, die an dem Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 befestigt sind, sowie einen Controller 50.
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Das Gehäuse 10 umfasst ein mittleres Gehäuse 11 in einer Kastenform mit einem geöffneten oberen und unteren Ende, sowie oberem und unterem Deckel 12 und 13, die jeweils mit dem oberen und unteren Ende des mittleren Gehäuses 12 gekoppelt sind.
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Das Gehäuse 10 ist mit einem Eingangs-Verbindungsabschnitt 15 versehen, für die Eingabe von Gleichspannung von einer Hochspannungsbatterie (nicht dargestellt) einem Ausgangs-Verbindungsabschnitt 14 für die Ausgabe von Hochspannung (dreiphasige Wechselspannung), die in dem Wechselrichtermodul 30 erzeugt wird, das Hochspannungs-Gleichspannung von der Hochspannungsbatterie empfängt, und einem Niederspannungs-Ausgabe-Verbindungsabschnitt (nicht dargestellt) zur Ausgabe von Niederspannung, die durch Konvertierung der eingegebenen Hochspannungs-Gleichspannung erzeugt wird.
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In diesem Zustand ermöglicht der Eingabe-Verbindungsabschnitt 15 eine elektrische Verbindung der außerhalb des Gehäuses 10 angeordneten Hochspannungsbatterie mit dem Wechselrichtermodul 30 innerhalb des Gehäuses 10, und der Ausgabe-Verbindungsabschnitt 14 ermöglicht eine elektrische Verbindung des Wechselrichtermoduls 30 innerhalb des Gehäuses 10 mit dem Elektromotor (nicht dargestellt) außerhalb des Gehäuses 10. Der Niederspannungs-Ausgabe-Verbindungsabschnitt (nicht dargestellt) ermöglicht eine elektrische Verbindung des LDC-Moduls 40 innerhalb des Gehäuses 10 und einer Hilfsbatterie (nicht dargestellt) außerhalb des Gehäuses 10.
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Wie hier dargestellt, können der Eingabe-Verbindungsabschnitt 15, der Ausgabe-Verbindungsabschnitt 14 und der Niederspannungs-Ausgabe-Verbindungsabschnitt als Verbindungselemente oder Anschlüsse ausgebildet sein.
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Der Innenraum des Gehäuses 10 kann entsprechend dem Bauteil-Verbindungsabschnitt 20 allgemein in einen Raum unterteilt werden, in dem das Wechselrichtermodul 30 angeordnet ist und einen Raum, in dem das LDC-Modul angeordnet ist.
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Der Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 umfasst einen Plattenabschnitt 21, der ungefähr plattenförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Halterungen an einer Kante des Plattenabschnitts 21 aufweist. Entsprechend dem Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 (insbesondere dem Plattenabschnitt 21) ist das Wechselrichtermodul 30 an einer oberen Seite des Gehäuses 10 angebracht, und das LDC-Modul 40 ist an einer unteren Seite des Gehäuses 10 angebracht.
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Das Wechselrichtermodul 30 ist mit einer Mehrzahl von Leistungsmodulen 31 versehen, die Schaltelemente, Kondensatormodule 32, Gate-Platten 33, Kühler 34 usw. umfassen. Das LDC-Modul ist mit einer Leistungsplatine, einer Spule, einem Transformator, einer Diode usw. versehen.
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Der Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 ist verbindbar/lösbar mit dem mittleren Gehäuse 11 des Gehäuses 10 gekoppelt und so in dem Gehäuse 10 angeordnet. Bevor der Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 in dem mittleren Gehäuse 11 befestigt wird, werden vorzugsweise das Invertermodul 30 und das LDC-Modul 40 zunächst in einem offenen Raum außerhalb des Gehäuses modularisiert und dann mit dem mittleren Gehäuse 11 gekoppelt.
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Durch das Modularisieren des Zusammenbaus mittels ganzheitlichem Zusammenbau des Wechselrichtermoduls 30 und dem LDC-Modul 40 unter Verwendung des Bauteil-Befestigungsabschnitts 20 (als ein Wechselrichter & LDC-Modul bezeichnet) wird das Wechselrichter & LDC-Modul in einem offenen Raum zusammengebaut und dann in dem mittleren Gehäuse 11 montiert. Die oberen und unteren Abdeckungen 12 und 13 werden in dem mittleren Gehäuse 11 zusammengebaut, wobei sich der Komfort für den Zusammenbau und die Qualität des Zusammenbaus verbessert.
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Zur Verbesserung der Kühleffizienz und um eine Verringerung der Größe zu erreichen, verwendet das Wechselrichtermodul 30, wie in 4 dargestellt, einen Kühler 34, der mit beiden Oberflächen von jedem Leistungsmodul 31 verbunden ist und gleichzeitig mit einer Seite des Kondensatormoduls 32 verbunden ist. Zusätzlich ist der Kühler 34 mit einer Seite des LDC-Moduls 40 durch das Medium des Bauteil-Befestigungsabschnitts 20 verbunden.
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5 zeigt eine Anordnung der Leistungsmodule 31, die in dem Gehäuse 10 montiert sind und einen Kontaktzustand der Leistungsmodule 31 mit dem Kühler 34. Wie in 5 dargestellt, werden die Mehrzahl von Leistungsmodule 31, die das Wechselrichtermodul 30 bilden, in zwei Gruppen unterteilt, die an beiden, der linken rechten Seite, in zwei Linien angeordnet sind, und der Kühler 40 ist so ausgestaltet, dass er beide Oberflächen jedes Leistungsmoduls 31 kühlt.
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Für den Fall, dass ein grünes Fahrzeug zwei Antriebsmotoren verwendet, werden drei Leistungsmodule mit einem Antriebsmotor verbunden, so dass insgesamt sechs Leistungsmodule in einer Hybrid-Energie-Steuereinheit (HESE) vorgesehen sind.
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Wie in 5 und 6 dargestellt, basiert der Kühler 34 auf einer Röhrenstruktur mit einem Pfad für den Kühlfluss zur Bewegung und Zirkulation von Kühlwasser. Der Kühler 34 kann mit einem Flusspfadeinlass 35 für das Hineinfließen von Kühlwasser versehen sein, einem Flusspfadauslass 36 zum Herausfließen des Kühlwassers, einem ersten Kühlabschnitt 37, der sowohl mit der oberen als auch der unteren Oberfläche der Mehrzahl von Leistungsmodule 31, die in einer Linie auf entweder der linken oder rechten Seite angeordnet sind, kontaktierbar ist, einem zweiten Kühlabschnitt 38, der sowohl mit oberen als auch unteren Oberflächen der Mehrzahl von Leistungsmodulen 31, die in einer Linie auf der anderen, der linken oder rechten Seite, angeordnet sind, kontaktierbar ist, und einen Teiler 39 zur Teilung des Kühlwasserflusses, das durch den Einlasspfad 35 fließt.
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Der Flusspfadeinlass 35 und der Flusspfadauslass 35 sind im Wesentlichen mit einer Seite des Teilers 39 verbunden, und der erste und zweite Kühlabschnitt 37 und 38 sind im Wesentlichen mit der anderen Seite (der gegenüberliegenden Seite) des Teilers 39 verbunden. Somit wird der Kühlwasserfluss in dem Kühler 34 durch den Flusspfadeinlass 35 getrennt und fließt in den ersten und zweiten Kühlabschnitt 37 und 38, zirkuliert in den ersten und zweiten Kühlabschnitten 37 und 38 und wird dann durch den Flusspfadauslass 36 des Kühlers 34 nach außen entlassen.
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Um eine Vermischung des Kühlwassers zu verhindern, das in den ersten und zweiten Kühlabschnitten 37 und 38 fließt und dem Kühlwasser, das von dem ersten und zweiten Kühlabschnitt 37 und 38 entlassen wird, umfasst der Teiler 39 eine Grenzschicht 39a, die so ausgeformt ist, dass sie eine vertikale Bewegung des Kühlwassers verhindert. Insbesondere teilt der Teiler 39 den Kühlflusspfad durch die interne Grenzschicht 39a in eine zweilagige Struktur. Somit fließt das Kühlwasser, das in dem Flusspfadeinlass 39 fließt, in den ersten und zweiten Kühlabschnitt 37 und 38 durch eine untere Lage des Kühlflusspfads 39c und wird anschließend über den Flusspfadauslass 38 durch eine untere Lage des Flusspfads 39b entlassen.
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Der erste Kühlabschnitt 37 umfasst einen gebogenen zentralen Abschnitt und ist mit dem Teiler 39 verbunden, um mit dem oberlagigen Kühlflusspfad 39b in Verbindung stehen. Der zweite Kühlabschnitt 38 hat einen gebogenen zentralen Abschnitt und ist mit den Teilern 39 verbunden, um mit der unteren Lage des Kühlflusspfads 39c in Verbindung zu stehen. Sowohl der erste als auch der zweite Kühlabschnitt 37 und 38 umschließen die Mehrzahl von Leistungsmodule 31, die in einer Linie angeordnet sind und gleichzeitig mit beiden Oberflächen jedes Leistungsmoduls 31 kontaktiert sind.
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Das Kondensatormodul 32 ist auf eine Art befestigt, bei der das Kondensatormodul 32 auf dem oberen Ende des Leistungsmoduls 31 gestapelt ist, und mit der oberen Oberfläche des Kühlers 34 verbunden zu sein, insbesondere mit dem ersten Kühlabschnitt 37 (oder dem zweiten Kühlabschnitt 38 entsprechend der angeordneten Struktur). Das LDC-Modul 40 ist auf einer unteren Seite des Bauteil-Befestigungsabschnitts 20 angeordnet, so dass die wärmeerzeugenden Komponenten (zum Beispiel eine Spule, ein FET, ein Transformator, eine Diode usw.) der Komponenten des LDC-Moduls 40 so angeordnet sind, dass sie dem Verlauf des Kühlwassers des Kühlers 34 entsprechen.
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Wie in 4 dargestellt, kann eine wärmeleitfähige Wärmeleitpaste zwischen jedem Leistungsmodul 31 und dem Kühler 34 (insbesondere dem ersten und zweiten Kühlabschnitt 37 und 38, zwischen dem Kondensatormodul 32 und dem Kühler 34 (insbesondere dem Kondensatormodul 32 und dem ersten Kühlabschnitt 37) und zwischen dem Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 und dem Kühler 34 (insbesondere den ersten und zweiten Kühlabschnitten 37 und 38) eingebracht werden, wodurch die Kontaktflächen verbessert werden.
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Durch die oben beschriebene Gehäusestruktur ist der Kühler 34 sowohl mit der oberen als auch der unteren Oberfläche jedes Leistungsmoduls 31 verbunden, so dass eine Wärmefortleitung ausgeführt werden kann, und gleichzeitig mit einer Seite (Oberfläche des unteren Endes des Kondensatormoduls 32 und eine Seite (Oberfläche des oberen Endes) des LDC-Moduls 40, so dass eine Wärmefortleitung ausgeführt werden kann. Somit sind die Leistungsmodule 31, die Kondensatormodule 32 und das LDC-Modul 40 alle durch einen Kühler 34 gekühlt, so dass es möglich wird, die Kühleffizienz zu verbessern und eine Verringerung der Größe der Komponenten in dem Gehäuse 10 zu erreichen, und somit die Materialkosten bei gleicher Stabilität zu verringern.
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Insbesondere ist das Kondensatormodul 32 gestapelt auf der oberen Oberfläche des Kühlers 34 angeordnet, so dass eine Kühlung des Kondensatormoduls 32 durch Ableiten der von dem Kondensatormodul 32 erzeugten Wärme durch das Kühlwasser des Kühlers 34 erreicht wird. Entsprechend ist es möglich, die Kapazität und die Größe des Kondensators zu verringern und Materialkosten einzusparen.
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Das LDC-Modul 40 ist so ausgelegt, dass die wärmeerzeugenden Komponenten von den Komponenten, aus denen sich das LDC-Modul 40 zusammensetzt, in der Nähe des Kühlers 34 angeordnet sind, so dass eine Wärmefortleitung durch das Kühlwasser des Kühlers 34 erreicht wird, wodurch eine Kühlung des LDC-Moduls 40 erreicht wird.
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Wie in 5 dargestellt, umfasst jedes Leistungsmodul 31 einen Hochspannungs-Verbindungsabschnitt 31a, der entweder auf der linken oder rechten Seite vorgesehen ist, und umfasst einen Niederspannungs-Verbindungsabschnitt 31b, der auf der jeweils anderen linken oder rechten Seite angeordnet ist. Der Hochspannungs-Verbindungsabschnitt 31a des Leistungsmoduls ist entweder auf der linken oder rechten Seite angeordnet (insbesondere der Seite des ersten Kühlabschnitts 37) und der Niederspannungs-Verbindungsabschnitt 31b des Leistungsmoduls ist auf der anderen der linken oder rechten Seite angeordnet (insbesondere der Seite des zweiten Kühlabschnitts 38), so dass Hochspannungs-Verbindungsabschnitt 31a und Niederspannungs-Verbindungsabschnitt 31b gegenüber voneinander angeordnet sind und die elektromagnetischen Eigenschaften verbessert werden.
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In diesem Zustand ist der Hochspannungs-Verbindungsabschnitt 31a jedes Leistungsmoduls 31 im Innenraum angeordnet (das heißt zwischen dem ersten und zweiten Kühlabschnitt 37 und 38, entsprechend dem Kühler 34, und der Niederspannungs-Verbindungsabschnitt 31b ist außerhalb angeordnet (das heißt außerhalb des ersten oder zweiten Kühlabschnitts 37 oder 38).
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Der Hochspannungs-Verbindungsabschnitt 31a ist mit einem Gleichspannungs-Eingabeabschnitt 31aa versehen, der elektrisch mit dem Kondensatormodul 32 verbunden ist, und ein Wechselspannungs-Ausgabeabschnitt 31ab ist elektrisch mit dem Motor außerhalb des Gehäuses 10 verbunden. Der Niederspannungs-Verbindungsabschnitt 31b ist so ausgestattet, dass er elektrisch mit der Gate-Platte 33 verbindbar ist, um die Leistungsmodule 31 zu steuern.
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Bezugnehmend auf die 3 und 7 sind die Gate-Platten 33 zur Steuerung des Betriebs der Leistungsmodule jeweils auf den beiden Seiten des Bauteil-Verbindungsabschnitts 20 angeordnet. Der Controller 50 zur Steuerung des Wechselrichtermoduls 30 und das LDC-Modul 40 ist unterhalb des Bauteil-Verbindungsabschnitts 20 angeordnet (insbesondere unterhalb des LDC-Moduls, das in der Nähe des Bauteil-Verbindungsabschnitts 20 angeordnet ist).
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In diesem Zustand sind die Gate-Platte 33 und der Controller 50 mit einer plattenförmigen Leiterplatte versehen. Wenn die Gate-Platte 33 und der Controller 50 zusammengesetzt werden, um an der Halterung 22 befestigt zu werden, die sowohl an der linken als auch der rechten Seite des Bauteil-Befestigungsabschnitts 20 vorgesehen sind, sind die Gate-Platte 33 und der Controller 50 rechtwinkelig zueinander angeordnet.
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Die Gate-Platte 33 und der Controller 50 sind in rechten Winkeln zueinander angeordnet, der Verbinder zur Verbinder-Verbindung kann anstelle einer vorhandenen Kabelverbindung als Schnittstelle zwischen der Gate-Platte 33 und dem Controller 50 vorgesehen sein.
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Mit anderen Worten, es kann ein Verbinder als Vorrichtung verwendet werden, um eine Signalverbindung zwischen der Gate-Platte 33 und dem Controller 50 herzustellen, und die Gate-Platte 33 und der Controller 50 sind miteinander durch eine Verbindung eines ersten Verbinders 33a verbunden, der an der Gate-Platte 33 vorgesehen ist, mit einem zweiten Verbinder 51, der an dem Controller 50 vorgesehen ist, so dass es möglich ist, vorhandene Kabel für eine Schnittstelle zu eliminieren und die Schnittstellenstruktur zwischen der Gate-Platte 33 und dem Controller 50 zu verbessern. Entsprechend ist es möglich, die Größe zu verringern und Materialkosten einzusparen. Zusätzlich führte der Controller 50 ganzheitlich die Funktion eines Controllers für das Wechselrichtermodul und eines Controller für das LDC-Modul aus, und entsprechend ist es möglich eine Verringerung der Größe zu verwirklichen und Materialkosten einzusparen.
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Unterdessen ist der Kühler 34 zwischen dem Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 und einer Kühlplatte 60 montiert, um nahe an den beiden Oberflächen jedes Leistungsmoduls 31 angeordnet zu sein. Um die Kühleffizienz zu verbessern, ist es erforderlich, die Kontaktfläche zwischen dem Kühler 34 und dem Leistungsmodul 31 maximal zu vergrößern und aufrecht zu erhalten. Hierzu ist es erforderlich, den Kühler 34 mit einer starken Kraft sowohl auf die obere als auch die untere Seite des Leistungsmoduls 31 zu pressen.
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Insbesondere wird die Kontaktfläche zwischen dem Kühler 34 und dem Leistungsmodul 31 wird durch die Kraft, mit der der Kühler 34 sowohl an die obere als auch die untere Seite gedrückt wird, maximal aufrecht erhalten, wobei eine optimale Kühlleistung erreicht wird.
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Im Bereich von Fahrzeugen übertragen sich jedoch Stöße oder Vibrationen gelegentlich auf das Fahrzeug, wobei dieser Faktor die Haltbarkeit der Komponenten herabsetzt.
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Der Bauteil-Befestigungsabschnitt 20, das Kondensatormodul 32, die Kühlplatte 60 usw., die auf obere und untere Oberfläche des Kühlers 34 drücken, erhalten kontinuierlich eine Last (Energie) durch externe Vibrationen oder Stöße von außerhalb. Es gibt jedoch keine separate Vorrichtung, so dass die Haltbarkeit dieser Komponenten geschwächt werden kann und diese somit kaputtgehen. Die Schwächung der Haltbarkeitsleistung der Komponenten bedeutet eine Schwächung der Steifheit der Komponenten. Die Kraft, mit der auf den Kühler gedrückt wird, wird durch die Schwächung der Steifigkeit der Komponenten geschwächt und als Ergebnis sinkt die Kühlleistung.
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Um die Haltbarkeit der Komponenten gegenüber externen Stößen und Vibrationen zu verbessern, ist entsprechend eine Pufferfeder 62 an einem Befestigungselement 61 vorgesehen, um das Bauteil-Befestigungselement 20 und die Kühlplatte 60 miteinander zu koppeln.
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Wie insbesondere in 8 dargestellt, kann die Pufferfeder 62 als Vorrichtung verwendet werden, um Lasten von extern erzeugten Vibrationen und Stößen zu absorbieren, indem die Pufferfeder 62 zwischen der Kühlplatte 60 und dem Befestigungselement 61 eingefügt wird oder die Pufferfeder 62 zwischen dem Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 und dem Befestigungselement 61 eingefügt wird, obwohl dies in dieser Figur nicht dargestellt ist.
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Insbesondere unterstützt die Pufferfeder 62 elastisch den Kühler 34 zwischen dem Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 und der Kühlplatte 60 durch die Befestigungskraft des Befestigungselements 61, um Stoßenergie von außerhalb zu absorbieren. Somit schafft die Pufferfeder 62 eine Funktion zum Absorbieren der Stoßenergie, die die Haltbarkeitsleistung des Bauteil-Befestigungsabschnitts 20, des Kondensatormoduls 32, der Kühlplatte 60 usw. verschlechtert, indem sie auf den Kühler 34 drückt.
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Zusätzlich wird die Kraft (die Kraft zum Aufrechterhalten des Kontakts zwischen dem Kühler 34 und den Komponenten einschließlich des Leistungsmoduls 31, des Bauteil-Befestigungsabschnitts 20, der Kühlplatte 60 usw.), die auf den Kühler 34 ausgeübt wird, durch die Kraft, mit der die Pufferfeder 62 kontinuierlich drückt, konstant aufrecht erhalten. Somit ist es möglich eine Variation der Kühlleistung im Laufe der Zeit verringern, wodurch eine konstante und kontinuierliche Kühlleistung für eine lange Zeitdauer aufrechterhalten wird.
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Weiterhin wird nur die Pufferfeder 62 hinzugefügt, ohne weitere komplizierte Strukturen zu verwenden, wodurch sich eine maximale Leistung mit einem relativ geringen Preis ergibt.
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Um nicht die Wärmeleistung des Kühlers 34 zu blockieren, werden die Kühlplatte 60 und der Bauteil-Befestigungsabschnitt 20 vorzugsweise aus wärmeleitfähigen Materialien hergestellt.
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Da die Kühlplatte 60 zwischen dem Kühler 34 und dem Kondensatormodul 32 angeordnet ist, kann Wärmeleitpaste zur Erhöhung der Kontaktfläche zwischen Kondensatormodul 32 und Kühler 34 zwischen dem Kondensatormodul 32 und der Kühlplatte 60 oder zwischen der Kühlplatte 60 und dem Kühler 34 vorgesehen werden. Alternativ kann Wärmeleitpaste sowohl zwischen dem Kondensatormodul 32 und der Kühlplatte 60 als auch zwischen der Kühlplatte 60 und dem Kühler 34 vorgesehen sein.
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Wie zuvor beschrieben, wird in der vorliegenden Erfindung die Kühleffizienz des Leistungsmoduls 31 verbessert, indem ein Kühler 34 verwendet wird, der gleichzeitig beide Oberflächen kühlt und auch das Leistungsmodul 31, das LDC-Modul 40 und das Kondensatormodul 32 werden alle durch Verwendung des Kühlers 34 gekühlt, so dass es möglich ist, die HESE-Gehäusestruktur zu vereinfachen und eine Verringerung der Größe des Kondensatormoduls 32 zu erreichen. Zusätzlich wird die Verbindung zwischen Controller 50 und Gate-Platte 33 vereinfacht, wodurch eine Gehäusestruktur implementiert wird, bei der sich die Größe der HESE reduziert.
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Weiterhin wird in der vorliegenden Erfindung die Gehäusestruktur optimiert, indem alle Wechselrichtermodule 30 mit dem Kondensatormodul 32 und der Gate-Platte 33, dem LDC-Modul 40 und dem Controller 50 in einem geschlossenen Raum (d.h. dem Gehäuse) angeordnet werden. Auf diese Weise werden das Wechselrichtermodul 30, das LDC-Modul 40 und der Controller 50 vollständig zusammengesetzt und modularisiert, unter Verwendung des Bauteil-Befestigungsabschnitts 20, der verbindbar/lösbar an das Gehäuse 10 montiert ist und anschließend in dem Gehäuse 10 montiert wird, so dass es möglich ist, den Montageaufwand zu verbessern und Qualitätsmängel im Zusammenhang mit dem Zusammenbau zu minimieren oder auszuschließen.
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Beispielsweise kann die Hybrid-Energie-Steuervorrichtung in einem geschlossenen Raum (Gehäuse), wie oben beschrieben, durch eine Schaltung ermöglicht werden, die in 9 dargestellt ist.
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Die Erfindung wurde detailliert mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann offensichtlich, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen möglich sind, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Bereich durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.
