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QUERVERWEIS ZU BEZUGSANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf der am 3. Dezember 2014 beim japanischen Patentamt hinterlegten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-244744 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Energieumwandlungsvorrichtung, die mit einem AC/DC-Wandler, welcher eine von außen zugeführte AC-Spannung in eine DC-Spannung umwandet, und einem DC/DC-Wandler, welcher eine von dem AC/DC-Wandler ausgegebene DC-Spannung in eine andere DC-Spannung umwandelt, ausgestattet ist.
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HINTERGRUND
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Ein elektrisches Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug ist mit einer Hochvoltbatterie als einer Antriebsquelle für einen Antriebsmotor, einem AC/DC-Wandler (Lader) und einem DC/DC-Wandler ausgestattet. Der AC/DC-Wandler wandelt eine von einer externen, kommerziellen AC-Energieversorgung zugeführte AC-Spannung in eine DC-Spannung um und lädt die Hochvoltspannung mit der DC-Spannung. Der DC/DC-Wandler wandelt eine hohe DC-Spannung aus dem AC/DC-Wandler oder der Hochvoltbatterie in eine niedrige Spannung um und führt die niedrige Spannung einer Hilfsmaschine zu. Die Hilfsmaschine weist beispielsweise ein Fahrzeugnavigationssystem und Leuchten auf, die mit einer niedrigen Spannung betrieben werden.
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Wie beispielsweise in
JP 2014-3750 A beschrieben, weist ein AC/DC-Wandler hauptsächlich eine Filterschaltung, eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung, eine Vollbrückenschaltung, einen Transformator und eine Gleichrichterschaltung auf. Ein DC/DC-Wandler weist hauptsächlich eine Filterschaltung, eine Vollbrückenschaltung, einen Transformator und eine Gleichrichterschaltung auf. Der AC/DC-Wandler, der DC/DC-Wandler und eine Steuereinheit, welche den AC/DC-Wandler und den DC/DC-Wandler steuert, bilden zusammen eine einzelne Energieumwandlungsvorrichtung.
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Andererseits offenbaren beispielsweise
JP 2009-27901 A ,
JP 2013-211943 A und
JP 2013-99053 A jeweils eine Energieumwandlungsvorrichtung, bei welcher ein Leistungsmodul (beispielsweise ein Umrichter) zum Betreiben bzw. Ansteuern eines Antriebsmotors, ein DC/DC-Wandler und ein Kühlkörper, welcher das Leistungsmodul und den DC/DC-Wandler kühlt, integriert sind. Ein Strömungsweg, durch welchen ein Kühlmittel strömt, ist innerhalb des Kühlkörpers ausgebildet. Der DC/DC-Wandler ist auf der oberen Oberfläche des Kühlkörpers angebracht. Das Leistungsmodul ist auf der unteren Oberfläche des Kühlkörpers angebracht.
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Ein AC/DC-Wandler, ein DC/DC-Wandler und ein Leistungsmodul unterscheiden sich in der Anzahl elektrischer Schaltungen und elektronischer Komponenten und auch in der Fläche, die durch die elektrischen Schaltungen und die elektronischen Komponenten belegt wird. Wenn daher der DC/DC-Wandler entweder auf der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche des Kühlkörper angebracht ist und das Leistungsmodul auf der anderen Oberfläche angebracht ist, wie es in
JP 2009-27901 A ,
JP 2013-211943 A und
JP 2013-99053 A offenbart ist, ist es erforderlich, die Größe in der Breitenrichtung des Kühlkörpers und der Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Oberfläche, welche eine größere Anzahl von elektrischen Schaltungen und elektronischen Komponenten aufweist, auszulegen. Dies steht im Konflikt mit einer Größenreduzierung der Vorrichtung.
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KURZFASSUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Energieumwandlungsvorrichtung, die mit einem AC/DC-Wandler und einem DC/DC-Wandler ausgestattet ist, sowohl den AC/DC-Wandler als auch den DC/DC-Wandler wirksam zu kühlen und gleichzeitig eine Größenreduzierung zu erreichen.
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Eine Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung weist einen AC/DC-Wandler, welcher konfiguriert ist, um eine von außen zugeführten AC-Spannung in eine DC-Spannung umzuwandeln, einen DC/DC-Wandler, welcher konfiguriert, um eine von dem AC/DC-Wandler ausgegebene DC-Spannung in eine andere DC-Spannung umzuwandeln, und einen Kühlkörper, welcher konfiguriert ist, sowohl den AC/DC-Wandler als auch den DC/DC-Wandler zu kühlen, auf. Der AC/DC-Wandler weist eine erste Filterschaltung, in welche eine von außen zugeführte AC-Spannung eingegeben wird, eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung, welche mit einer Ausgangsseite der ersten Filterschaltung verbunden ist, eine erste Schaltschaltung, welche mit einer Ausgangsseite der Leistungsfaktorkorrekturschaltung verbunden ist, einen ersten Transformator, welcher eine mit einer Ausgangsseite der ersten Schaltschaltung verbundene Primärseite aufweist, und eine erste Gleichrichterschaltung, welche mit einer Sekundärseite des ersten Transformators verbunden ist, auf. Der DC/DC-Wandler weist eine zweite Filterschaltung, in welche eine von dem AC/DC-Wandler ausgegebene DC-Spannung eingegeben wird, eine zweite Schaltschaltung, welche mit einer Ausgangsseite der zweiten Filterschaltung verbunden ist, einen zweiten Transformator, welcher eine mit einer Ausgangsseite der zweiten Schaltschaltung verbundene Primärseite aufweist, und eine zweite Gleichrichterschaltung, welche mit einer Sekundärseite des zweiten Transformators verbunden ist, auf. Schaltungsbestandteile des AC/DC-Wandlers, die auf der Primärseite des ersten Transformators gelegen sind, sind auf einer oberen Oberfläche des Kühlkörpers angebracht. Schaltungsbestandteile des AC/DC-Wandlers, die auf der Sekundärseite des ersten Transformators gelegen sind, und Schaltungsbestandteile des DC/DC-Wandlers sind auf einer unteren Oberfläche des Kühlkörpers angebracht.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung sind der AC/DC-Wandler, der DC/DC-Wandler und der Kühlkörper integriert, um die Energieumwandlungsvorrichtung zu bilden. Zusätzlich sind die Schaltungsbestandteile, die auf der Primärseite des ersten Transformators des AC/DC-Wandlers, der mehr Schaltungsbestandteile als der DC/DC-Wandler aufweist, gelegen sind, auf der oberen Oberfläche des Kühlkörpers angebracht. Ferner sind die Schaltungsbestandteile, die auf der Sekundärseite des ersten Transformators des AC/DC-Wandlers gelegen sind, und die Schaltungsbestandteile des DC/DC-Wandlers auf der unteren Oberfläche des Kühlkörpers angebracht. Daher ist es möglich, den Unterschied zwischen einer durch die elektrischen Schaltungen und die elektronischen Komponenten, die auf der oberen Oberfläche des Kühlkörpers angebracht sind, belegten Fläche und einer durch die elektrischen Schaltungen und die elektronischen Komponenten, die auf der unteren Oberfläche hiervon angebracht sind, belegten Fläche zu reduzieren. Demgemäß ist es möglich, nutzlose Räume sowohl auf der oberen Oberfläche als auch der unteren Oberfläche des Kühlkörpers zu reduzieren, um die Größe in der Breitenrichtung des Kühlkörpers und der Energieumwandlungsvorrichtung zu verringern. Ferner ist es auch möglich, den Unterschied in der Wärmeerzeugungsmenge zwischen der Seite der oberen Oberfläche und der Seite der unteren Oberfläche des Kühlkörpers zu verringern, um sowohl den AC/DC-Wandler als auch den DC/DC-Wandler durch den Kühlkörper wirksam zu kühlen. Ferner sind die Primärseite und eine Sekundärseite des ersten Transformators elektrisch isoliert. Daher können die auf der Primärseite des ersten Transformators des AC/DC-Wandlers gelegenen Schaltungsbestandteile und die auf der Sekundärseite hiervon gelegenen Schaltungsbestandteile leicht auf der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche des Kühlkörpers separat montiert werden. Daher gibt es keine elektrischen Schaltungsprobleme.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung kann bei der Energieumwandlungsvorrichtung der erste Transformator auf der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche des Kühlkörpers angebracht sein. Der Kühlkörper kann die Schaltungen beispielsweise durch Verwendung eines Kühlmittels kühlen. Alternativ kann ein Kühlkörper mit einer Wärmedissipationseigenschaft, welcher ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet, von den Schaltungsbestandteilen erzeugte Wärme zerstreuen.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung kann die Energieumwandlungsvorrichtung ferner eine obere Leiterplatte, die an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers befestigt ist, und eine untere Leiterplatte, die an der unteren Oberfläche des Kühlkörpers befestigt ist, aufweisen. Einige der auf der Primärseite des ersten Transformators des AC/DC-Wandlers gelegenen elektronischen Komponenten können auf der oberen Oberfläche des Kühlkörpers mit der dazwischen angeordneten oberen Leiterplatte angebracht sein. Einige der auf der Sekundärseite des ersten Transformators des AC/DC-Wandlers gelegenen elektronischen Komponenten und einige der elektronischen Komponenten des DC/DC-Wandlers können auf der unteren Oberfläche des Kühlkörpers mit der dazwischen angeordneten unteren Leiterplatte angebracht sein.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung kann die Energieumwandlungsvorrichtung ferner ein erstes Steuergerät, welches konfiguriert ist, um einen Betrieb des AC/DC-Wandlers zu steuern, und ein zweites Steuergerät, welches konfiguriert ist, um einen Betrieb des DC/DC-Wandlers zu steuern, aufweisen. Das erste Steuergerät kann auf der oberen Leiterplatte angebracht sein und das zweite Steuergerät kann auf der unteren Leiterplatte angebracht sein.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung kann bei der Energieumwandlungsvorrichtung der AC/DC-Wandler konfiguriert sein, um eine von außen zugeführte AC-Spannung in eine DC-Spannung zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs umzuwandeln. Der DC/DC-Wandler kann konfiguriert sein, um eine vom dem AC/DC-Wandler ausgegebene DC-Spannung in eine DC-Spannung zum Betreiben einer Hilfsmaschine für das Fahrzeug umzuwandeln. Die Hochvoltbatterie kann mit der von dem AC/DC-Wandler ausgegebenen DC-Spannung geladen werden, und die von dem DC/DC-Wandler ausgegebene DC-Spannung kann der Hilfsmaschine zugeführt werden.
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Die Erfindung macht es möglich, bei einer mit einem AC/DC-Wandler und einem DC/DC-Wandler ausgestatteten Energieumwandlungsvorrichtung sowohl den AC/DC-Wandler als auch den DC/DC-Wandler wirksam zu kühlen und gleichzeitig eine Größenreduzierung zu erzielen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Systemkonfigurationsdiagramm eines elektrischen Fahrzeugs, welches mit einer Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung ausgestattet ist;
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2 ist ein Blockdiagramm, welches eine Schaltungskonfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
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3 ist ein Diagramm der Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung von der schräg oberen Seite aus betrachtet;
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4 ist ein Diagramm der Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung von der oberen Seite aus betrachtet;
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5 ist ein Diagramm der Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung von der unteren Seite aus betrachtet; und
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6 ist eine entlang einer Linie A-A von 4 genommene Schnittansicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen sind die gleichen oder äquivalenten Komponenten durch die identische Ziffer bezeichnet. In Ausführungsformen der Erfindung sind vielfältige spezifische Einzelheiten festgelegt, um ein gründlicheres Verständnis der Erfindung bereitzustellen. Es wird jedoch für denjenigen mit gewöhnlicher Fachkenntnis auf dem Gebiet ersichtlich sein, dass die Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderer Hinsicht sind wohlbekannte Merkmale nicht im Einzelnen beschrieben worden, um eine Verwässerung der Erfindung zu vermeiden. Nachstehend wird ein Beispiel, in welchem die Erfindung auf ein elektrisches Fahrzeug angewendet ist, beschrieben werden.
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Als erstes wird unter Bezugnahme auf 1 eine Systemkonfiguration eines elektrischen Fahrzeugs, welches mit einer Energieumwandlungsvorrichtung 100 in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung ausgestattet ist, beschrieben werden.
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Die Energieumwandlungsvorrichtung 100 weist einen AC/DC-Wandler 10, einen DC/DC-Wandler 30 und eine Hauptsteuereinheit 40 auf. Der AC/DC-Wandler 10, der DC/DC-Wandler 30 und die Hauptsteuereinheit 40 sind integriert und in einem Gehäuse (nicht dargestellt) aufgenommen.
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Der AC/DC-Wandler 10 wandelt eine AC-Spannung (beispielsweise 85 bis 264 VAC), die von einer externen AC-Energieversorgung 1 aus zugeführt wird, in eine DC-Spannung (beispielsweise 180 bis 450 VDC) zum Laden einer Hochvoltbatterie 2 für ein Fahrzeug um. Die Hochvoltbatterie 2 weist eine Sekundärbatterie wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie auf. Eine Spannung der Hochvoltbatterie 2 wird einem Motor 4 zum Fahrzeugantrieb durch einen Motortreiber 3 zugeführt.
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Der DC/DC-Wandler 30 wandelt eine DC-Spannung, die von dem AC/DC-Wandler 10 ausgegeben wird, in eine DC-Spannung (beispielsweise 10 bis 15 VDC) zum Betreiben bzw. Ansteuern einer Hilfsmaschine 7 des Fahrzeugs um. Eine Niederspannungsbatterie 6 für die Hilfsmaschine weist eine Sekundärbatterie wie etwa eine Blei-Speicherbatterie auf. Die Niederspannungsbatterie 6 wird mit der von dem DC/DC-Wandler 30 ausgegebenen DC-Spannung geladen. Die Hilfsmaschine 7 wird durch Verwenden der Niederspannungsbatterie 6 als einer Energiequelle betrieben. Die Hilfsmaschine 7 ist ein Verbraucher niedriger Spannung, der durch eine Spannung betrieben wird, die geringer als eine Spannung zum Betreiben des Motors 4 ist. Die Hilfsmaschine 7 umfasst vielfältige Vorrichtungen einschließlich einer Innenbeleuchtungslampe, einer Fensterhebervorrichtung, einer Wischervorrichtung, einer Audiovorrichtung und eines Navigationssystems.
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Die Hauptsteuereinheit 40 weist einen Mikrocomputer wie etwa einen digitalen Signalprozessor (DSP) auf. Die Hauptsteuereinheit 40 ermöglicht es dem AC/DC-Wandler 10, eine AC-Spannung aus der AC-Energieversorgung 1 in eine vorbestimmte DC-Spannung umzuwandeln, und lädt die Hochvoltbatterie 2 mit der umgewandelten DC-Spannung. Der AC/DC-Wandler 10 ist ein Lader für die Hochvoltbatterie 2. Die Hauptsteuereinheit 40 ermöglicht es dem DC/DC-Wandler 30, eine von dem AC/DC-Wandler 10 ausgegebene DC-Spannung in eine vorbestimmte DC-Spannung umzuwandeln, und führt die umgewandelte DC-Spannung der Hilfsmaschine 7 über die Niederspannungsbatterie 6 zu.
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Die Hauptsteuereinheit 40 ist über einen Kommunikationsbus eines Steuerungsbereichsnetzes (CAN) mit einem Fahrzeugsteuergerät 5 verbunden. Die Hauptsteuereinheit 40 führt eine vorbestimmte Steuerungstätigkeit in Übereinstimmung mit einem Signal aus dem Fahrzeugsteuergerät 5 aus.
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Als nächstes wird eine Schaltungskonfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung 100 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
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Zuerst wird der AC/DC-Wandler 10 im Einzelnen beschrieben werden. Der AC/DC-Wandler 10 weist hauptsächlich eine Eingabeeinheit 11, eine Schutzschaltung 12, ein Eingangsfilter 13, eine Einschaltstoßverhinderungs- bzw. Zustrombegrenzungsschaltung 14, eine Leitungsfaktorkorrektur-(PFC)-Schaltung 15, eine erste Vollbrückenschaltung 16, einen ersten Transformator 17, eine erste Gleichrichterschaltung 18, ein Glättungsfilter 19, ein Ausgangsfilter 21, eine Ausgabeeinheit 22 und eine Unter-Steuereinheit 20 auf.
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Die Eingabeeinheit 11 weist einen Verbinder auf, mit welchem die in 1 dargestellte AC-Energieversorgung 1 verbunden ist. Die Schutzschaltung 12, das Eingangsfilter 13 und die Zustrombegrenzungsschaltung 14 sind zwischen der Eingabeeinheit 11 und der PFC-Schaltung 15 in einer vorbestimmten Reihenfolge in Reihe angeordnet.
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Die Schutzschaltung 12 und das Eingangsfilter 13 weisen eine Drosselspule und einen Kondensator auf. Die Schutzschaltung 12 schützt die anderen Schaltungen vor einem Spannungs- oder Stromeingang aus der Eingabeeinheit 11. Das Eingangsfilter 13 entfernt eine Rauschkomponente aus einer in die Eingabeeinheit 11 eingegebenen AC-Spannung. Die Zustrombegrenzungsschaltung 14 weist ein Relais auf. Die Zustrombegrenzungsschaltung 14 begrenzt bzw. verhindert, dass ein unnormaler Zufluss bzw. Einschaltstrom von der Eingabeeinheit 11 aus in die PFC-Schaltung 15 fließt. Das Eingangsfilter 13 ist ein Beispiel einer „ersten Filterschaltung” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
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Zusätzlich zu Vorstehendem kann beispielsweise eine Gleichrichterschaltung, welche vier brückenartig verbundene Dioden aufweist, zwischen der Eingabeeinheit 11 und der PFC-Schaltung 15 angeordnet sein. Alternativ kann eine Glättungsschaltung, welche einen Kondensator aufweist, angeordnet sein.
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Die PFC-Schaltung 15 ist eine bekannte Schaltung, welche eine Drosselspule, eine Diode, einen Kondensator und einen MOSFET aufweist. Die PFC-Schaltung 15 ist mit der Ausgangsseite des Eingangsfilters 13 verbunden. Die PFC-Schaltung 15 erhöht und rektifiziert eine Eingangsspannung auf beispielsweise 390 VDC und bringt die Wellenform eines Eingangsstroms nahe an eine Sinuswelle, um den Leistungsfaktor durch eine Ein/Aus-Tätigkeit des MOSFET zu verbessern. Die PFC-Schaltung 15 kann ein anderes Halbleitschalterelement als den MOSFET verwenden.
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Die erste Vollbrückenschaltung 16 ist eine bekannte Schaltung, welche vier H-brückenartig verbundene MOSFETs aufweist. Die erste Vollbrückenschaltung 16 ist mit der Ausgangsseite der PFC-Schaltung 15 verbunden. Die Primärseite des ersten Transformators 17 ist mit der Ausgangsseite der ersten Vollbrückenschaltung 16 verbunden. Eine von der PFC-Schaltung 15 ausgegebene DC-Spannung wird durch eine Ein/Aus-Tätigkeit der MOSFETs der ersten Vollbrückenschaltung 16 DC/DC-gewandelt. Dann gibt der erste Transformator 17 eine vorbestimmte DC-Spannung aus. Die von dem ersten Transformator 17 ausgegebene DC-Spannung beträgt beispielsweise 180 VDC bis 450 VDC. Die erste Vollbrückenschaltung 16 kann ein anderes Halbleiterschaltelement als den MOSFET verwenden. Die erste Vollbrückenschaltung 16 ist ein Beispiel einer „ersten Schaltschaltung” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung. Als ein anderes Beispiel kann eine Halbbrückenschaltung als die erste Schaltschaltung verwendet werden.
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Die erste Gleichrichterschaltung 18 ist eine bekannte Vollwellengleichrichterschaltung, welche vier brückenartig verbundene Dioden aufweist. Die erste Gleichrichterschaltung 18 ist mit der Sekundärseite des ersten Transformators 17 verbunden. Das Glättungsfilter 19 weist eine Drosselspule und einen Kondensator auf. Eine von dem ersten Transformator 17 ausgegebene DC-Spannung wird durch die erste Gleichrichterschaltung 18 rektifiziert bzw. gleichgerichtet und durch das Glättungsfilter 19 geglättet.
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Das Ausgangsfilter 21 weist eine Drosselspule und einen Kondensator auf. Das Ausgangsfilter 21 entfernt eine Rauschkomponente aus der durch das Glättungsfilter 19 geglätteten DC-Spannung. Die Ausgabeeinheit 22 weist einen Verbinder auf, mit welchem die in 1 dargestellte Hochvoltbatterie 2 verbunden ist. Eine von dem Ausgangsfilter 21 ausgegebene DC-Spannung wird der Hochvoltbatterie 2 über die Ausgabeeinheit 22 zugeführt.
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Die Unter-Steuereinheit 20 weist einen Mikrocomputer wie etwa einen digitalen Signalprozessor (DSP) auf. Die Unter-Steuereinheit 20 steuert den Betrieb der PFC-Schaltung 15 und den Betrieb der ersten Vollbrückenschaltung 16. Genauer gesagt steuert die Unter-Steuereinheit 20 jeden der in der PFC-Steuerschaltung 15 und der ersten Vollbrückenschaltung 16 vorgesehenen MOSFETs durch ein Signal einer Pulsbreitenmodulation (PWM) an, um diese ein/aus zu steuern. Die Unter-Steuereinheit 20 ist ein Beispiel einer „ersten Steuereinheit” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
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Zusätzlich zu Vorstehendem ist der AC/DC-Wandler 10 mit einer Schaltung zum Ansteuern der MOSFETs der PFC-Schaltung 15 und der ersten Vollbrückenschaltung 16, einer Schaltung, welche Eingang und Ausgang (Strom und Spannung) der PFC-Schaltung 15 erfasst, und einer Schaltung, welche einen Ausgang (Spannung) des Glättungsfilters 19 erfasst, ausgestattet.
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Als nächstes wird der DC/DC-Wandler 30 im Einzelnen beschrieben werden. Der DC/DC-Wandler 30 weist ein Eingangsfilter 31, eine zweite Vollbrückenschaltung 32, einen zweiten Transformator 33, eine zweite Gleichrichterschaltung 34, ein Glättungsfilter 35 und eine Ausgabeeinheit 36 auf.
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Eine von dem Glättungsfilter 19 des AC/DC-Wandlers 10 ausgegebene DC-Spannung wird in das Eingangsfilter 31 eingegeben. Das Eingangsfilter 31 entfernt eine in der eingegebenen DC-Spannung enthaltene Rauschkomponente. Das Eingangsfilter 31 ist ein Beispiel einer „zweiten Filterschaltung” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
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Die zweite Vollbrückenschaltung 32 ist eine bekannte Schaltung, welche vier H-brückenartig verbundene MOSFETs aufweist. Die zweite Vollbrückenschaltung 32 ist mit der Ausgangsseite des Eingangsfilters 31 verbunden. Die Primärseite des zweiten Transformators 33 ist mit der Ausgangsseite der zweiten Vollbrückenschaltung 32 verbunden. Eine von dem Eingangsfilter 31 ausgegebene DC-Spannung wird DC/DC-gewandelt, so dass sie durch einen Ein/Aus-Betrieb der MOSFETs der zweiten Vollbrückenschaltung 32 verringert wird. Dann gibt der zweite Transformator 33 eine vorbestimmte DC-Spannung aus. Die von dem zweiten Transformator 33 ausgegebene DC-Spannung beträgt beispielsweise 10 VDC bis 15 VDC. Die zweite Vollbrückenschaltung kann ein anderes Halbleiterschaltelement als den MOSFET verwenden. Die zweite Vollbrückenschaltung 32 ist ein Beispiel einer „zweiten Schaltschaltung” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung. Als ein anderes Beispiel kann eine Halbbrückenschaltung als die zweite Schaltschaltung verwendet werden.
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Die zweite Gleichrichterschaltung 34 ist eine bekannte Gleichrichterschaltung, welche eine Diode aufweist. Die zweite Gleichrichterschaltung 34 ist mit der Sekundärseite des zweiten Transformators 33 verbunden. Als ein anderes Beispiel kann die zweite Gleichrichterschaltung 34 eine Synchrongleichrichterschaltung, welche ein Paar von MOSFETs und ein Paar von Dioden aufweist, aufweisen. In diesem Fall führt die zweite Gleichrichterschaltung 34 einen Schaltbetrieb in Synchronität mit einem Schaltbetrieb der MOSFETs der zweiten Vollbrückenschaltung 32 aus.
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Das Glättungsfilter 35 weist eine Drosselspule und einen Kondensator auf. Eine durch die zweite Gleichrichterschaltung 34 gleichgerichtete DC-Spannung wird durch das Glättungsfilter 35 geglättet. Die Ausgabeeinheit 36 weist einen Verbinder auf, mit welchem die in 1 dargestellte Niederspannungsbatterie 6 verbunden ist. Eine von dem Glättungsfilter 35 ausgegebene DC-Spannung wird der Niederspannungsbatterie 6 über die Ausgabeeinheit 36 zugeführt. Die von der Ausgabeeinheit 36 ausgegebene DC-Spannung ist niedriger als die von der Ausgabeeinheit 22 ausgegebene DC-Spannung.
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Zusätzlich zu Vorstehendem ist der DC/DC-Wandler 30 mit einer Schaltung zum Ansteuern der MOSFETs der zweiten Vollbrückenschaltung 32, einer Schaltung, welche einen Eingang (Strom oder Spannung) in die zweite Vollbrückenschaltung 32 erfasst, und einer Schaltung, welche einen Ausgang (Spannung) aus dem Glättungsfilter 35 erfasst, ausgestattet.
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Wie in 2 dargestellt, ist die Anzahl der Schaltungsbestandteile 12 bis 21 des AC/DC-Wandlers 10 (zehn) größer als die Anzahl der Schaltungsbestandteile 31 bis 35 des DC/DC-Wandlers 30 (fünf). Auch wenn die Ansteuerungsschaltungen für die MOSFETs und die Eingabe/Ausgabe-Erfassungsschaltungen (nicht dargestellt), die vorstehend beschrieben sind, in Betracht gezogen werden, ist die Anzahl der Schaltungsbestandteile des AC/DC-Wandlers 10 größer als die Anzahl der Schaltungsbestandteile des DC/DC-Wandlers 30.
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Die Hauptsteuereinheit 40 ist mit einer Kommunikationsschaltung zum Kommunizieren mit dem Fahrzeugsteuergerät 5 (1) und einer Schnittstelle zum Kommunizieren mit einer externen Vorrichtung versehen. Die Hauptsteuereinheit 40 steuert den Betrieb des DC/DC-Wandlers 30 in Übereinstimmung mit einer von dem Fahrzeugsteuergerät 5 (1) aus empfangenen Fahrzeuginformation. Genauer gesagt steuert die Hauptsteuereinheit 40 jeden der MOSFETs der zweiten Vollbrückenschaltung 32 und der zweiten Gleichrichterschaltung 34 in dem DC/DC-Wandler 30 durch ein PWM-Signal an, um diese ein/aus zu steuern.
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Die Hauptsteuereinheit 40 bestimmt, ob die AC-Energieversorgung 1 (1) mit der Eingabeeinheit 11 des AC/DC-Wandlers 10 verbunden ist. Dann überträgt die Hauptsteuereinheit 40 eine Betriebsanweisung für den AC/DC-Wandler 10 an die Unter-Steuereinheit 20 in Übereinstimmung mit dem Vorliegen oder Nichtvorliegen der Verbindung der AC-Energieversorgung 1 und der Fahrzeuginformation. Die Unter-Steuereinheit 20 steuert den Betrieb des AC/DC-Wandlers 10 in Übereinstimmung mit der von der Hauptsteuereinheit 40 aus empfangenen Betriebsanweisung. Die Hauptsteuereinheit 40 ist ein Beispiel einer „zweiten Steuereinheit” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
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Eine interne Energieversorgung 50 erzeugt eine zum Ansteuern jeder Komponente der Energieumwandlungsvorrichtung 100 erforderliche interne Energieversorgung auf der Basis einer von dem Glättungsfilter 35 des DC/DC-Wandlers 40 ausgegebenen DC-Spannung.
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Als nächstes wird der Aufbau der Energieumwandlungsvorrichtung 100 unter Bezugnahme auf 3 bis 6 und bei Bedarf auch unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben werden.
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3 bis 6 sind Diagramme, welche den Aufbau der Energieumwandlungsvorrichtung 100 darstellen. Genauer gesagt stellt 3 die Energieumwandlungsvorrichtung 100 von der schräg oberen Seite aus betrachtet dar. 4 stellt die Energieumwandlungsvorrichtung 100 von der oberen Seite aus betrachtet dar. 5 stellt die Energieumwandlungsvorrichtung 100 von der Unterseite aus betrachtet dar. 6 ist eine entlang einer Linie A-A von 4 genommene Schnittansicht.
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Die Energieumwandlungsvorrichtung 100 ist mit einem Kühlgehäuse 60, welches aus Aluminium hergestellt ist, versehen. Das Kühlgehäuse 60 weist in der Draufsicht (4 und 5) eine rechteckige Form auf und weist eine vorbestimmte Dicke (3) auf.
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Wie in 6 dargestellt, weist das Kühlgehäuse 60 einen Schaltungsanordnungsbereich Ru, der auf einer Seite einer oberen Oberfläche angeordnet ist (nachstehend als der Oberoberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Ru bezeichnet), und einen Schaltungsanordnungsbereich Rb, der auf einer Seite einer unteren Oberfläche angeordnet ist (nachstehend als der Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb bezeichnet), auf. Wie nachstehend beschrieben, sind die in 2 dargestellten Komponenten in dem Oberoberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Ru und dem Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb angebracht.
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Wie in 6 dargestellt, ist auf der Innenseite des Kühlgehäuses 60, genauer gesagt zwischen dem Oberoberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Ru und dem Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb, ein Wasserkühlbereich Rw vorgesehen. Ein Strömungsweg für ein Kühlwasser (nicht dargestellt) ist durch das Kühlgehäuse 60 hindurch in dem Wasserkühlbereich Rw angeordnet. Wie in 3 bis 5 dargestellt, weist eine seitliche Oberfläche 60b des Kühlgehäuses 60 einen Einlassanschluss 61, welcher dem Kühlwasser erlaubt, in den Strömungsweg hineinzuströmen, und einen Auslassanschlus 62, welcher dem Kühlwasser erlaubt, aus dem Strömungsweg herauszuströmen, auf.
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Das Kühlwasser zirkuliert zwischen einem außerhalb angeordneten Behälter (nicht dargestellt) und dem in dem Wasserkühlbereich Rw des Kühlgehäuses 60 angeordneten Strömungsweg. Demgemäß wird in dem AC/DC-Wandler 10, dem DC/DC-Wandler 30, der internen Energieversorgung 50 und der Hauptsteuereinheit 40, die in dem Oberoberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Ru und dem Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb des Kühlgehäuses 60 angebracht sind, erzeugte Wärme durch das Kühlgehäuse 60 gekühlt. Das Kühlgehäuse 60 ist ein Beispiel eines „Kühlkörpers” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
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Einige der Schaltungsbestandteile des in 2 dargestellten AC/DC-Wandlers 10, genauer gesagt der erste Transformator 17 und die auf der Primärseite des ersten Transformators 17 gelegenen Schaltungen 12 bis 16 und die Unter-Steuereinheit 20 sind in dem Oberoberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Ru des Kühlgehäuses 60 (innerhalb einer strichpunktierten Linie von 2) angebracht.
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Wie in 3 und 4 gezeigt, ist ein Anpassteil 11k der in dem AC/DC-Wandler 10 vorgesehenen Eingabeeinheit 11 auf einer seitlichen Oberfläche 60a des Kühlgehäuses 60 angeordnet. Eine Zuleitung 11r, die mit dem Verbinder verbunden ist, und ein Anschluss 11t sind in dem Oberoberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Ru des Kühlgehäuses 60 angeordnet. Der Anschluss 11t ist mit der Spitze der Zuleitung 11r verbunden. Die Eingabeeinheit 11 weist auch den Anschluss 11t und die Zuleitung 11r auf. Ein Kabelbaum 81 zum Verbinden der AC-Energieversorgung 1 (1) ist mit dem Anpassteil 11k eingebaut.
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Die Schutzschaltung 12, das Eingangsfilter 13, die Zuflussbegrenzungsschaltung 14, die PFC-Schaltung 15, die erste Vollbrückenschaltung 16, der erste Transformator 17 und die Unter-Steuereinheit 20 des AC/DC-Wandlers 10 sind in dem Oberoberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Ru des Kühlgehäuses 60 angebracht.
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Elektronische Komponenten, welche eine vergleichsweise große Menge an Wärme erzeugen, einschließlich Drosselspulen 15a und 15b, MOSFETs 15c und 15e und einer Diode 15d, die in der PFC-Schaltung 15 vorgesehen sind, MOSFETs 16a bis 16b, die in der ersten Vollbrückenschaltung 16 vorgesehen sind, und des ersten Transformators 17 sind auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 16 angebracht. Eine Lage (nicht dargestellt) mit einer isolierenden Eigenschaft und einer Wärmeübertragungseigenschaft kann zwischen den elektronischen Komponenten, welche eine vergleichsweise große Wärmemenge erzeugen, und dem Kühlgehäuse 60 angeordnet sein.
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Elektronische Komponenten, welche eine vergleichsweise geringe Menge an Wärme erzeugen, und elektronische Komponenten auf der Leiterplatte einschließlich der Schutzschaltung 12, des Eingangsfilters 13, der Zustrombegrenzungsschaltung 14, des Kondensators und der Diode, die in der PFC-Schaltung 15 vorgesehen sind, und der Unter-Steuereinheit 20 sind auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 mit einer dazwischen angeordneten ersten Leiterplatte 71 angebracht. Genauer gesagt sind die elektronischen Komponenten, welche eine vergleichsweise geringe Menge an Wärme erzeugen, und die vorstehend beschriebenen elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte auf der oberen Oberfläche der ersten Leiterplatte 71 angebracht. Die erste Leiterplatte 71 ist auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 befestigt. Die erste Leiterplatte 71 weist beispielsweise eine dick kupferfolierte Leiterplatte auf. Eine Lage (nicht dargestellt) mit einer isolierenden Eigenschaft und einer Wärmeübertragungseigenschaft kann zwischen der ersten Leiterplatte 71 und dem Kühlgehäuse 60 angeordnet sein. Die erste Leiterplatte 71 ist ein Beispiel einer „oberen Leiterplatte” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
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Zusätzlich zu Vorstehendem sind die anderen Schaltungen und elektronischen Komponenten, die auf der Primärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegen sind, in dem Oberoberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Ru des Kühlgehäuses 60 angebracht. Die Treiber- bzw. Ansteuerungsschaltung für die MOSFETs 15c und 15e und die Dioden 15d und 16a bis 16b und die Eingabe/Ausgabe-Erfassungsschaltung für die PFC-Schaltung 15 können auf der ersten Leiterplatte 71 angeordnet sein.
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Andererseits sind einige der Schaltungsbestandteile des in 2 dargestellten AC/DC-Wandlers 10, genauer gesagt die Schaltungen 18, 19 und 21, die auf der Sekundärseite des ersten Transformators 17 gelegen sind, die Ausgabeeinheit 22 und die Schaltungsbestandteile 31 bis 35 des DC/DC-Wandlers 30 in dem Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb des Kühlgehäuses 60 (innerhalb einer strichdoppelpunktierten Linie von 2) angebracht.
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Wie in 6 gezeigt, ist ein Durchgangsloch 60h so ausgebildet, dass es das Kühlgehäuse 60 vertikal durchdringt. Eine Komponente 28, welche einen Anschluss zum Verbinden des ersten Transformators 17 mit der ersten Gleichrichterschaltung 18 aufweist, ist innerhalb des Durchgangslochs 60h angeordnet. Ein Eingangsanschluss 18t der ersten Gleichrichterschaltung 18 des AC/DC-Wandlers 10 ist mit der Komponente 28 verbunden.
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Wie in 5 dargestellt, sind die erste Gleichrichterschaltung 18, das Glättungsfilter 19 und das Ausgangsfilter 21 des AC/DC-Wandlers 10 in dem Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb des Kühlgehäuses 60 angebracht. Ferner sind auch das Eingangsfilter 31, die zweite Vollbrückenschaltung 32, der zweite Transformator 33, die zweite Gleichrichterschaltung 34 und das Glättungsfilter 35 des DC/DC-Wandlers 30 in dem Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb angebracht. Ferner sind auch die Hauptsteuereinheit 40 und die interne Energieversorgung 50 in dem Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb angebracht.
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Ein Anpassteil 22k des Verbinders der in dem AC/DC-Wandler 10 vorgesehenen Ausgabeeinheit 22 ist auf der seitlichen Oberfläche 60b des Kühlgehäuses 60 angeordnet. Eine Zuleitung 22r, die mit dem Verbinder verbunden ist, und ein Anschluss 22t sind in dem Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb des Kühlgehäuses 60 angeordnet. Der Anschluss 22t ist mit der Spitze der Zuleitung 22r verbunden. Die Ausgabeeinheit 22 weist auch den Anschluss 22t und die Zuleitung 22r auf. Ein Kabelbaum 82 zum Verbinden der Hochvoltbatterie 2 (1) ist mit dem Anpassteil 22k eingebaut.
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Ein Anpassteil 36k des Verbinders der in dem DC/DC-Wandler 30 vorgesehenen Ausgabeeinheit 36 ist auf einer seitlichen Oberfläche 60c des Kühlgehäuses 60 angeordnet. Ein Kabelbaum (nicht dargestellt) zum Verbinden der Niederspannungsbatterie 6 (1) ist mit dem Anpassteil 36k eingebaut.
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Elektronische Komponenten, welche eine vergleichsweise große Menge an Wärme erzeugen, einschließlich der in der ersten Gleichrichterschaltung 18 vorgesehenen Dioden 18a bis 18d, einer in dem Glättungsfilter 19 vorgesehenen Drosselspule 19a, in der zweiten Vollbrückenschaltung 32 vorgesehener MOSFETs 32a bis 32d, des zweiten Transformators 33 und einer in dem Glättungsfilter 35 vorgesehenen Drosselspule 35a sind auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht. Eine Lage (nicht dargestellt) mit einer isolierenden Eigenschaft und einer Wärmeübertragungseigenschaft kann zwischen den elektronischen Komponenten, die eine vergleichsweise große Wärmemenge erzeugen, und dem Kühlgehäuse 60 angeordnet sein.
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Elektronische Komponenten, welche eine vergleichsweise geringe Menge an Wärme erzeugen, und elektronische Komponenten auf der Leiterplatte einschließlich der in dem Eingangsfilter 31 und dem Glättungsfilter 35 vorgesehenen Kondensatoren, der internen Energieversorgung 50 und der Hauptsteuereinheit 40 sind auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 mit einer dazwischen angeordneten zweiten Leiterplatte 72 angebracht. Ein MOSFET auf der Leiterplatte und eine Diode auf der Leiterplatte, die in der zweiten Gleichrichterschaltung 34 vorgesehen sind, sind auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 mit einer dazwischen angeordneten dritten Leiterplatte 73 angebracht. Genauer gesagt, die elektronischen Komponenten, die eine vergleichsweise geringe Wärmemenge erzeugen, und die vorstehend beschriebenen elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte sind auf der oberen Oberfläche der zweiten Leiterplatte 72 und der oberen Oberfläche der dritten Leiterplatte 73 angebracht. Die zweite Leiterplatte 72 und die dritte Leiterplatte 73 sind auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 befestigt. Die zweite Leiterplatte 72 und die dritte Leiterplatte 73 weisen jeweils beispielsweise eine dick kupferfolierte Leiterplatte auf. Eine Lage (nicht dargestellt) mit einer isolierenden Eigenschaft und einer Wärmeübertragungseigenschaft kann zwischen der zweiten Leiterplatte 72 und dem Kühlgehäuse 60 und zwischen der dritten Leiterplatte 73 und dem Kühlgehäuse 60 angeordnet sein. Die zweite Leiterplatte 72 und die dritte Leiterplatte 73 sind Beispiele einer „unteren Leiterplatte” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
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Zusätzlich zu Vorstehendem sind die anderen Schaltungen und elektronischen Komponenten, die auf der Sekundärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegen sind, und die anderen Schaltungen und Leiterplatten, die in dem DC/DC-Wandler 30 vorgesehen sind, in dem Unteroberflächenseiten-Schaltungsanordnungsbereich Rb des Kühlgehäuses 60 angebracht. Die Ansteuerungsschaltung für die MOSFETs 32a bis 32b, die Eingabeerfassungsschaltung für die zweite Vollbrückenschaltung 32 und die Ausgabeerfassungsschaltung für das Glättungsfilter 35 können auf der zweiten Leiterplatte 72 angeordnet sein.
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Abdeckungen (nicht dargestellt) sind an der oberen Seite und der unteren Seite des Kühlgehäuses 60 befestigt. Demgemäß sind die in dem Kühlgehäuse 60 der Energieumwandlungsvorrichtung 100 angebrachten Schaltungen und elektronischen Komponenten mit den Abdeckungen abgedeckt. Die Abdeckungen und das Kühlgehäuse 60 bilden zusammen ein Gehäuse der Energieumwandlungsvorrichtung 100.
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In einer beispielhaften Ausführungsform sind der AC/DC-Wandler 10, der DC/DC-Wandler 30 und das Kühlgehäuse 60 integriert, um die Energieumwandlungsvorrichtung 100 zu bilden. Zusätzlich sind die auf der Primärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10, der mehr Schaltungsbestandteile als der DC/DC-Wandler 30 aufweist, gelegenen Schaltungsbestandteile auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht. Des Weiteren sind die auf der Sekundärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegenen Schaltungsbestandteile und die Schaltungsbestandteile des DC/DC-Wandlers 30 auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht.
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Daher ist es möglich, den Unterschied zwischen einer durch die auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebrachten elektrischen Schaltungen und elektronischen Komponenten belegten Fläche und einer durch die auf der unteren Oberfläche hiervon angebrachten elektrischen Schaltungen und elektronischen Komponenten belegten Fläche zu verringern. Demgemäß ist es möglich, ungenutzte Räume sowohl auf der oberen Oberfläche als auch auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 zu reduzieren, um die Größe in der Breitenrichtung des Kühlgehäuses 60 und der Energieumwandlungsvorrichtung 100 zu reduzieren. Ferner ist es auch möglich, den Unterschied in der Wärmeerzeugungsmenge zwischen der Seite der oberen Oberfläche und der Seite der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 zu verringern, um sowohl den AC/DC-Wandler 10 als auch den DC/DC-Wandler 30 durch das Kühlgehäuse 60 wirksam zu kühlen.
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Die Primärseite und die Sekundärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 sind elektrisch isoliert. Daher können die auf der Primärseite des Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegenen Schaltungsbestandteile und die auf der Sekundärseite hiervon gelegenen Schaltungsbestandteile leicht separat auf der Seite der oberen Oberfläche und der Seite der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht werden. Daher gibt es keine elektrischen Schaltungsprobleme.
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An die auf der Sekundärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 und die auf der Primärseite des zweiten Transformators 33 des DC/DC-Wandlers 30 gelegenen Schaltungsbestandteile werden vergleichsweise niedrige DC-Spannungen angelegt. Daher sind diese Schaltungsbestandteile elektrisch kompatibel. Daher können diese Schaltungsbestandteile leicht auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 16 nahe zueinander gebracht werden. Ferner können nur die auf der Primärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegenen Schaltungsbestandteile, an welche eine hohe AC- oder DC-Spannung angelegt wird, leicht auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 16 angebracht werden.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist der erste Transformator 17 des AC/DC-Wandlers 10 auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht. Daher ist es möglich, den Unterschied zwischen der durch die elektrischen Schaltungen und die elektronischen Komponenten auf der Seite der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 belegten Fläche und der durch die elektrischen Schaltungen und die elektronischen Komponenten auf der Seite der unteren Oberfläche hiervon belegten Fläche weiter zu reduzieren. Demzufolge ist es möglich, die Größe in der Breitenrichtung des Kühlgehäuses 60 und der Energieumwandlungsvorrichtung 100 weiter zu verringern.
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Somit ist es bei der mit dem AC/DC-Wandler 10 und dem DC/DC-Wandler 30 ausgestatteten Energieumwandlungsvorrichtung 100 möglich, sowohl den AC/DC-Wandler 10 als auch den DC/DC-Wandler 30 durch das Kühlgehäuse 60 wirksam zu kühlen und gleichzeitig eine Größenreduzierung der Energieumwandlungsvorrichtung 100 zu erzielen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform sind einige der auf der Primärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegenen elektronischen Komponenten auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 mit der dazwischen angeordneten ersten Leiterplatte 71 angebracht, während die anderen direkt auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht sind. Ferner sind einige der auf der Sekundärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegenen elektronischen Komponenten und der elektronischen Komponenten des DC/DC-Wandlers 30 auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 mit der dazwischen angeordneten zweiten Leiterplatte 72 oder dritten Leiterplatte 73 angebracht, während die anderen direkt auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht sind.
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Somit können einige der elektronischen Komponenten und der Schaltungen des AC/DC-Wandlers 10 und des DC/DC-Wandlers 30 in hoher Dichte auf jeder der ersten bis dritten Leiterplatte 71 bis 73 angebracht werden. Demgemäß ist es möglich, eine weitere Größenreduzierung der Energieumwandlungsvorrichtung 100 zu erzielen. Die elektronischen Komponenten des AC/DC-Wandlers 10 und des DC/DC-Wandlers 30, die eine große Wärmemenge erzeugen, sind direkt auf der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht, ohne dass eine Leiterplatte hierzwischen angeordnet ist. Demgemäß ist es möglich, in den elektronischen Komponenten erzeugte Wärme leicht auf das Kühlgehäuse 60 zu übertragen, um den AC/DC-Wandler 10 und den DC/DC-Wandler 30 wirksam zu kühlen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Unter-Steuereinheit 20, welche den Betrieb des AC/DC-Wandlers 10 steuert, auf der ersten Leiterplatte angebracht. Ferner ist die Hauptsteuereinheit 40, welche den Betrieb des DC/DC-Wandlers 30 steuert, auf der zweiten Leiterplatte 72 angebracht. Somit ist es möglich, die Betriebsvorgänge der PFC-Schaltung 15 und der ersten Vollbrückenschaltung 16 des AC/DC-Wandlers 10 durch die Unter-Steuereinheit 20 auf der Seite der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 zu steuern. Ferner ist es möglich, die Betriebsvorgänge der zweiten Vollbrückenschaltung 32 und der zweiten Gleichrichterschaltung 34 des DC/DC-Wandlers 30 durch die Hauptsteuereinheit 40 auf der Seite der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 zu steuern.
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Ferner ist es möglich, die Länge einer Verdrahtungsleitung, welche die Unter-Steuereinheit 20 mit der PFC-Leitung 15 verbindet, und die Länge einer Verdrahtungsleitung, welche die Unter-Steuereinheit 20 mit der ersten Vollbrückenschaltung 16 verbindet, auf der Seite der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 zu reduzieren. Ferner ist es möglich, die Länge einer Verdrahtungsleitung, welche die Hauptsteuereinheit 40 mit der zweiten Vollbrückenschaltung 32 verbindet, und die Länge einer Verdrahtungsleitung, welche die Hauptsteuereinheit 40 mit der zweiten Gleichrichterschaltung 34 verbindet, auf der Seite der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 zu reduzieren.
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Die Unter-Steuereinheit 20 steuert den Betrieb des AC/DC-Wandlers 10, und die Hauptsteuereinheit 40 steuert den Betrieb des DC/DC-Wandlers 30. Somit können eine Verarbeitungslast auf der Unter-Steuereinheit 20 und eine Verarbeitungslast auf der Hauptsteuereinheit 40 im Vergleich zu einem Fall, in welchem eine einzige Steuereinheit sowohl den AC/DC-Wandler 10 als auch den DC/DC-Wandler 30 steuert, verringert werden.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung können vielfältige andere Ausführungsformen als die beispielhafte Ausführungsform eingesetzt werden. Obschon beispielsweise in einer beispielhaften Ausführungsform ein Beispiel beschrieben worden ist, in welchem der ersten Transformator 17 des AC/DC-Wandlers 10 auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 als der Kühlkörper angebracht ist, ist die Erfindung nicht nur hierauf beschränkt. Der erste Transformator 17 des AC/DC-Wandlers 10 kann auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 unter Beachtung der Anzahl von Schaltungen und der Anzahl von elektronischen Komponenten des AC/DC-Wandlers 10 und des DC/DC-Wandlers 30 und der hierdurch belegten Fläche angebracht sein. Ferner können einige der auf der Sekundärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegenen elektronischen Komponenten auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht sein und können die anderen auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 angebracht sein.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben worden, in welchem die Unter-Steuereinheit 20 den AC/DC-Wandler 10 steuert und die Hauptsteuereinheit 40 den DC/DC-Wandler 30 steuert. Die Erfindung ist jedoch nicht nur hierauf beschränkt. Es kann eine einzige Steuereinheit sowohl den AC/DC-Wandler 10 als auch den DC/DC-Wandler 30 steuern.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben worden, in welchem eine einzige erste Leiterplatte 71 an der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 befestigt ist und die zwei, die zweite und die dritte, Leiterplatten 72 und 73 an der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 befestigt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht nur hierauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Leiterplatten auf der oberen Oberfläche des Kühlgehäuses 60 befestigt sein und können die auf der Primärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegenen elektronischen Komponenten auf den Leiterplatten angebracht sein. Ferner kann eine einzige oder eine Vielzahl von Leiterplatten auf der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 60 befestigt sein und können die auf der Sekundärseite des ersten Transformators 17 des AC/DC-Wandlers 10 gelegenen elektronischen Komponenten und die elektronischen Komponenten des DC/DC-Wandlers 30 auf der oder den Leiterplatte(n) angebracht sein.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben worden, bei welchem das Kühlgehäuse 60, welches innerhalb desselben den Strömungsweg für ein Kühlwasser aufweist, als der Kühlkörper verwendet wird. Die Erfindung ist jedoch nicht nur hierauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Kühlkörper verwendet werden, der andere Flüssigkeiten als Wasser als ein Kühlmittel verwendet. Alternativ kann ein luftgekühlter Kühlkörper verwendet werden. Alternativ kann ein Kühlkörper verwendet werden, der von einem Gehäuse getrennt ist.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben worden, bei welchem die vorliegende Erfindung auf eine auf einem elektrischen Fahrzeug angebrachte Energieumwandlungsvorrichtung 100 angewendet wird. Alternativ ist die vorliegende Erfindung auch auf eine Energieumwandlungsvorrichtung anwendbar, die auf anderen Fahrzeugen wie etwa einem Hybridfahrzeug oder anderen Arten von Ausrüstung angebracht ist.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden die Fachleute auf dem Gebiet, die von dieser Offenbarung profitieren, erkennen, dass andere Ausführungsformen, die den Umfang der Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, nicht verlassen, erdacht werden können. Demgemäß sollte der Umfang der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-244744 [0001]
- JP 2014-3750 A [0004]
- JP 2009-27901 A [0005, 0006]
- JP 2013-211943 A [0005, 0006]
- JP 2013-99053 A [0005, 0006]
