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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Einrichtung, in der ein Kühlkanal gebildet ist.
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2. Einschlägiger Stand der Technik
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Elektrische Einrichtungen, wie z. B. eine Batterieeinheit, sind in Fahrzeugen angebracht, die von einem Elektromotor angetrieben werden, beispielsweise in Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen. Eine Batterie und ein Inverter sind in einem Gehäuse der elektrischen Einrichtung angebracht. Beispielsweise ist ein Luftströmungsweg (Kühlkanal) in Form eines Sauggebläses ausgebildet, das Luft in das Gehäuse ansaugt, wobei die Batterie und der Inverter gekühlt werden.
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Es ist bereits eine Technologie zum dichten Anordnen eines Inverters und dergleichen in effizienter Weise in einer elektrischen Einrichtung angegeben worden, indem ein Kühlkanal durch Anordnen von zwei Wärmeabstrahlungsplatten, die Wärmeabstrahlungsrippen auf ihren Rückseiten aufweisen, mit ihren Rückseiten einander zugewandt sowie durch Ausbilden von Seitenwandelementen an Seiten der Wärmeabstrahlungsrippen gebildet wird (siehe z. B. ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung
JP 2007-008 403 A ).
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Wie in der
JP 2007-008 403 A angegeben, wird in einer elektrischen Einrichtung der Inverter gekühlt, indem die Wärmeabstrahlungsrippen an dem Inverter vorgesehen werden und die Wärmeabstrahlungsrippen in dem Kühlkanal angeordnet werden.
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In Abhängigkeit von den Volumina und der Anzahl von Invertern und Batterien, die in der elektrischen Einrichtung angeordnet sind, kann es jedoch eventuell nicht möglich sein, die Inverter nahe bei dem Kühlkanal anzuordnen. Aus diesem Grund besteht bei dieser Technologie ein Problem dahingehend, dass es schwierig ist, einen getrennt von dem Kühlkanal angeordneten Inverter zu kühlen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es ist wünschenswert, eine elektrische Einrichtung zur Verfügung zu haben, die ein Kühlen eines getrennt bzw. entfernt von einem Kühlkanal angeordneten Inverters ermöglicht und die die Flexibilität beim Anordnen des Inverters erhöhen kann.
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Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine elektrische Einrichtung, die Folgendes aufweist:
ein Gehäuse, das eine Batterie enthält;
einen in dem Gehäuse gebildeten Kühlkanal, der benachbart der Batterie oder
einem ersten Inverter angeordnet ist und in dem ein Kühlmedium strömt;
einen zweiten Inverter, der in dem Gehäuse von dem Kühlkanal getrennt angeordnet ist; und
ein Wärmeübertragungselement, das sich von dem Kühlkanal oder von einer Außenwand des Kühlkanals zu dem zweiten Inverter erstreckt.
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Die elektrische Einrichtung kann ferner einen Mittelrahmen aufweisen, der ein Inneres des Gehäuses in eine erste Ebene, in der mindestens die Batterie angeordnet ist, sowie eine zweite Ebene, in der mindestens der zweite Inverter angeordnet ist, teilt.
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Das Wärmeübertragungselement kann Bestandteil des Mittelrahmens sein.
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Das Wärmeübertragungselement kann unabhängig von dem Mittelrahmen sein und kann aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als der Wärmeleitfähigkeit des Mittelrahmens gebildet sein.
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Das Wärmeübertragungselement kann einen Trennungsbereich zwischen seinem einen Ende nahe dem Kühlkanal und seinem anderen Ende nahe dem zweiten Inverter aufweisen, wobei der Trennungsbereich von dem Mittelrahmen getrennt ist.
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Die erste Ebene und die zweite Ebene können in vertikaler Richtung gestapelt vorgesehen sein, wobei jeglicher Bereich der Batterie von einer Position direkt unter dem Wärmeübertragungselement in horizontaler Richtung getrennt bzw. entfernt angeordnet ist.
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Die elektrische Einrichtung kann ferner einen Wandler aufweisen, der wie bei dem ersten Inverter benachbart dem Kühlkanal angeordnet ist und der Seite an Seite mit dem ersten Inverter angeordnet ist, und das Wärmeübertragungselement kann sich von einem Teil des Kühlkanals zwischen dem ersten Inverter und dem Wandler zu dem zweiten Inverter erstrecken.
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Die elektrische Einrichtung kann weiterhin eine erste Rippe, die an dem ersten Inverter angeordnet ist und von einem Körper des ersten Inverters in den Kühlkanal hineinragt, und eine zweite Rippe aufweisen, die an dem Wandler angeordnet ist und von einem Körper des Wandlers in den Kühlkanal hineinragt, wobei ein Spalt zwischen der ersten Rippe und der zweiten Rippe größer sein kann als ein Spalt zwischen dem Körper des ersten Inverters und dem Körper des Wandlers.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines Fahrzeugs;
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2 eine Perspektivansicht einer Batterieeinheit;
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3 eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Batterieeinheit;
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4 eine Perspektivansicht einer Vielzahl von miteinander gekoppelten Kanälen und Batterien;
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5 eine Darstellung eines ersten Kühlkanals einer Kühlluftströmungspassage;
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6 eine Darstellung eines zweiten Kühlkanals (Kühlkanal) der Kühlluftströmungspassage;
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7 eine Darstellung eines Mittelrahmens, an dem ein Wärmeübertragungselement angebracht ist, bei Betrachtung in Richtung eines Pfeils VII in 3;
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8 eine Darstellung eines Wandlers, eines ersten Inverters, des Mittelrahmens und eines Leistungselektronik-Kühlkanals bei Betrachtung in Richtung eines Pfeils VIII in 2;
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9 eine Darstellung einer ersten Modifizierung; und
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10 eine Darstellung einer zweiten Modifizierung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Abmessungen, Materialien, spezielle Anzahlen und dergleichen bei dem Beispiel dienen lediglich der Erleichterung des Verständnisses der Erfindung und sollen die vorliegende Erfindung keinefalls einschränken, sofern nichts anderes erwähnt ist.
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In der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen werden Elemente mit im Wesentlichen der gleichen Funktion und Konstruktion mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf redundante Beschreibungen derartiger Elemente verzichtet wird und auch Darstellungen von Elementen weggelassen werden, die in keiner direkter Beziehung zu der vorliegenden Erfindung stehen.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 100. Bei dem Fahrzeug 100 handelt es sich z. B. um ein Hybridfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor 102 und einen Elektromotor 104 als Antriebsquellen aufweist. Wie in 1 dargestellt, sind der Verbrennungsmotor 102, der Elektromotor 104 und eine Batterieeinheit (elektrische Einrichtung) 200 in dem Fahrzeug 100 angebracht.
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Der Verbrennungsmotor 102 ist in Fahrzeuglängsrichtung (dargestellt durch den Pfeil mit Doppelspitze in 1) in einem vorderen Bereich einer Fahrzeugkarosserie 100a angeordnet, und der Elektromotor 104 ist hinter dem Verbrennungsmotor 102 angeordnet. Die Batterieeinheit 200 ist in einem rückwärtigen Bereich der Fahrzeugkarosserie 100a angeordnet.
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Antriebsarten des Fahrzeugs 100 beinhalten einen Elektromotor-Antriebsmodus, in dem das Fahrzeug 100 primär von dem Elektromotor 104 und sekundär von dem Verbrennungsmotor 102 angetrieben wird, wenn der Ladezustand der Batterie ausreichend hoch ist, sowie einen Elektromotor/Verbrennungsmotor-Antriebsmodus, in dem das Fahrzeug 100 sowohl von dem Elektromotor 104 als auch von dem Verbrennungsmotor 102 angetrieben wird, wenn der Ladezustand der Batterie niedrig ist.
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Beispielsweise wird die Antriebsart des Fahrzeugs 100 in Abhängigkeit von dem Ladezustand der in der Batterieeinheit 200 angebrachten Batterie ausgewählt. Wenn der Elektromotor/Verbrennungsmotor-Antriebsmodus ausgewählt ist, werden die Antriebszustände des Verbrennungsmotors 102 und des Elektromotors 104 in Abhängigkeit von Antriebsbedingungen umgeschaltet, um dadurch eine Steigerung der Energieeffizienz sowie eine Reduzierung der Abgase, wie z. B. von CO2, zu ermöglichen.
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Die Batterieeinheit 200 ist unterhalb eines Kofferraums hinter einem Fahrgastraum 100b angeordnet. Die Batterieeinheit 200 befindet sich in Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie 100a (der horizontalen Richtung in 1) hinter dem Elektromotor 104.
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2 zeigt eine Perspektivansicht der Batterieeinheit 200. In 2 ist ein Gehäuse 202 der Batterieeinheit 200 durch abwechselnd eine lange und zwei kurze gestrichelte Linien dargestellt, wobei ein oberer Deckel 202a des Gehäuses 202 offen ist.
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In den nachfolgenden Figuren wird auf Darstellungen von Drähten und Anschlüssen verzichtet, um das Verständnis zu vereinfachen. Wie in 2 dargestellt, enthält das Gehäuse 202 einen Mittelrahmen 204, zwei Batterien 206, eine Verbindungseinheit 208, einen ersten Inverter 210, einen Wandler 212 und einen zweiten Inverter 214.
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In 2 handelt es sich bei der Richtung von oben nach unten im Wesentlichen um die vertikale Richtung. Die nach unten gehende Richtung in 2 stellt die in der Höhenrichtung der Fahrzeugkarosserie 100a nach unten gehende Richtung dar, und die nach oben gehende Richtung in 2 stellt die in der Höhenrichtung der Fahrzeugkarosserie 100a nach oben gehende Richtung dar. Eine Bodenfläche sowie der obere Deckel 202a der Batterieeinheit 200 erstrecken sich im Wesentlichen in der horizontalen Richtung.
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Seitenflächen des Gehäuses 202 weisen zwei einander zugewandte, in Längsrichtung verlaufende Flächen 202b sowie zwei einander zugewandte, in Querrichtung verlaufende Flächen 202c auf. Die in Längsrichtung verlaufenden Flächen 202b und die in Querrichtung verlaufenden Flächen 202c sind einander abwechselnd angeordnet. Die Länge der in Querrichtung verlaufenden Flächen 202c ist in der horizontalen Richtung kleiner als die der in Längsrichtung verlaufenden Flächen 202b.
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Bei dem Mittelrahmen 204 handelt es sich beispielsweise um eine ebene Platte, die sich im Wesentlichen parallel zu der Bodenfläche und der oberen Abdeckung 202a des Gehäuses 202 erstreckt. Der Mittelrahmen 204 weist Durchgangsöffnungen 204c, 204d und 204e (siehe 3) auf, die sich von einer oberen Oberfläche 204a zu einer unteren Oberfläche 204b durch den Mittelrahmen 204 hindurch erstrecken.
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Der Mittelrahmen 204 teilt das Innere des Gehäuses 202 in eine erste Ebene Sa und eine zweite Ebene Sb. Die erste Ebene Sa und die zweite Ebene Sb bilden Räume, die in Vertikalrichtung übereinander gestapelt sind. Die erste Ebene Sa befindet sich unter der zweiten Ebene Sb.
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Die Batterien 206 und die Verbindungseinheit 208 sind in der ersten Ebene Sa angeordnet. Die Batterien 206 weisen jeweils z. B. eine quaderförmige Gestalt auf. Die beiden Batterien 206 sind derart nebeneinander angeordnet, dass ihre Längsseiten parallel zueinander angeordnet sind. Die Längsseiten der Batterien 206 sind parallel zu den in Querrichtung verlaufenden Flächen 202c des Gehäuses 202.
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Die Verbindungseinheit 208 besitzt eine Sammelschiene, eine Sicherung, ein Relais und dergleichen und ist mit den Batterien 206 gekoppelt. In 2 ist die äußere Form der Verbindungseinheit 206 vereinfacht und quaderförmig dargestellt. Ein Anschlussblock (nicht gezeigt) ist an einer oberen Oberfläche der Verbindungseinheit 308 angeordnet. Der Anschlussblock liegt durch eine in dem Mittelrahmen 204 gebildete Durchgangsöffnung (nicht gezeigt) zu der zweiten Ebene Sb frei.
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Der erste Inverter 210, der Wandler 212 und der zweite Inverter 214 sind mit dem Anschlussblock des Mittelrahmens 204 gekoppelt. Die Batterien 206 sind über die Verbindungseinheit 208 mit dem ersten Inverter 210, dem Wandler 212 und dem zweiten Inverter 214 gekoppelt.
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Die beiden Batterien 206 sind derart angeordnet, dass ihre Längsrichtung parallel zu der Verbindungseinheit 208 verläuft. Die beiden Batterien 206 sind auf einer Seite (hier auf der Rückseite in 2) von der Verbindungseinheit 208 angeordnet. Das bedeutet, in 2 sind die beiden Batterien 206 und die Verbindungseinheit 208 in dieser Reihenfolge von der Rückseite her angeordnet.
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Der erste Inverter 210, der Wandler 212 und der zweite Inverter 214 sind in der zweiten Ebene Sb angeordnet. Wenn der Elektromotor 104 angetrieben wird, wandelt der erste Inverter 210 elektrischen Gleichstrom der Batterien 206 in elektrischen Wechselstrom um. Der Wandler 212 reduziert die Spannung des von dem ersten Inverter 210 abgegebenen elektrischen Wechselstroms und führt den elektrischen Wechselstrom dem Elektromotor 104 zu.
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Beim Aufladen der Batterien 206 unter Verwendung von regenerativer elektrischer Energie, die beim Bremsen des Fahrzeugs 100 erzeugt wird, hat der Elektromotor 104 die Funktion eines Generators. Der Wandler 212 erhöht die Spannung der von dem Elektromotor 104 abgegebenen regenerativen elektrischen Energie, und der erste Inverter 210 wandelt den von dem Wandler 212 abgegebenen elektrischen Wechselstrom in elektrischen Gleichstrom zum Aufladen der Batterien 206 um.
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Bei dem zweiten Inverter 214 handelt es sich um einen elektrischen Ölpumpen-Wandler (EOP-Wandler), der mit einer elektrischen Ölpumpe (EOP) (nicht gezeigt) gekoppelt ist, die in dem Fahrzeug 100 angebracht ist. Wenn sich das Fahrzeug 100 z. B. im Leerlauf befindet, wandelt der zweite Inverter 214 elektrischen Gleichstrom der Batterien 206 in elektrischen Wechselstrom um und führt den elektrischen Wechselstrom der elektrischen Ölpumpe für den Betrieb der elektrischen Ölpumpe zu. Die elektrische Ölpumpe erhöht den Öldruck und pumpt das Öl um, um dadurch den Hydraulikdruck bereitzustellen, der z. B. für ein kontinuierlich verstellbares Getriebe (CVT) erforderlich ist.
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Der erste Inverter 210, der Wandler 212 und der zweite Inverter 214 weisen jeweils eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt auf. Der erste Inverter 210 und der Wandler 212 sind in Reihe derart angeordnet, dass ihre Längserstreckungsrichtungen parallel zu den in Längsrichtung verlaufenden Flächen 202b des Gehäuses 202 sind. Der zweite Inverter 214 ist in Querrichtung des ersten Inverters 210 derart angeordnet, dass seine Längserstreckungsrichtung parallel zu den in Längsrichtung verlaufenden Flächen 202b des Gehäuses 202 ist.
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Eine Vielzahl von Kanälen 216 ist in miteinander gekoppelter Weise in dem Gehäuse 202 angeordnet. Ein Kühlkanal, in dem Luft (Kühlmedium) strömt, ist in den Kanälen 216 gebildet. Die Batterien 206, der erste Inverter 210, der Wandler 212 und der zweite Inverter 214 werden durch in dem Kühlkanal strömende Luft gekühlt. Im Folgenden wird das Kühlen der Batterien 206, des ersten Inverters 210, des Wandlers 212 und des zweiten Inverters 214 ausführlich beschrieben.
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3 zeigt eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Batterieeinheit 200. Wie in 3 dargestellt, weisen die Kanäle 216 einen Eintritts-Trennungskanal bzw. Verteilerkanal 218, einen Batterieeintritts-Trennungskanal bzw. Verteilerkanal 220, Batterieeintrittskanäle 222, Batterieaustrittskanäle 224, einen Leistungselektronik-Kühlkanal 226 und einen Austritts-Sammelkanal 228 auf. Die mehreren Kanäle 216 sind miteinander gekoppelt, und eine Kühlluftströmungspassage ist in den Kanälen 216 gebildet.
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4 zeigt eine Perspektivansicht der Vielzahl von Kanälen 216, die miteinander gekoppelt sind, sowie der Batterien 206. Als erstes wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 die Beziehung unter der Vielzahl von Kanälen 216 beschrieben.
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Der Eintritts-Trennungskanal 218 weist eine Eintrittsöffnung 218a auf, und die Eintrittsöffnung 218a steht mit der Außenseite des Gehäuses 202 in Verbindung. Der Eintritts-Trennungskanal 218 verzweigt in zwei Zweigrohre 218b. Jedes der Zweigrohre 218b ist durch eine entsprechende der Durchgangsöffnungen (nicht gezeigt) hindurchgeführt, die in der oberen Oberfläche 204a des Mittelrahmens 204 gebildet sind.
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Der Batterieeintritts-Trennungskanal 220 ist an der unteren Oberfläche 204b des Mittelrahmens 204 angeordnet. Eine Öffnung 220b, die einem entsprechenden der Zweigrohre 218b zugewandt ist, ist in einer oberen Oberfläche 220a des Batterieeintritts-Trennungskanals 220 gebildet. Der Batterieeintritts-Trennungskanal 220 steht durch die Öffnung 220b mit dem Eintritts-Trennungskanal 218 in Verbindung. Zwei Öffnungen 220d sind in einer unteren Oberfläche 220c des Batterieeintritts-Trennungskanals 220 gebildet.
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Die Batterieeintrittskanäle 222 und die Batterieaustrittskanäle 224 weisen jeweils eine im Wesentlichen quaderförmige Form auf und sind Seite an Seite mit den Batterien 206 unter dem Batterieeintritts-Trennungskanal 220 angeordnet. Jeder der Batterieeintrittskanäle 222 ist auf einer von der Verbindungseinheit 208 weg weisenden Seite von einer entsprechenden der Batterien 206 angeordnet.
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Ein Fortsatz 222b ist an einer oberen Oberfläche 222a von einem Endbereich von jedem der Batterieeintrittskanäle 222 in Längsrichtung gebildet. Der Fortsatz 222b weist eine Offnung 222c auf. Jede der Öffnungen 222c der beiden Batterieeintrittskanäle 222 ist mit einer entsprechenden der Öffnungen 220d des Batterieeintritts-Trennungskanals 220 gekoppelt. Die Batterieeintrittskanäle 222 stehen mit den Innenseiten der benachbarten Batterien 206 in Verbindung.
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Die Batterieaustrittskanäle 224 sind jeweils auf einer der Verbindungseinheit 208 zugewandten Seite von einer entsprechenden der Batterien 206 angeordnet. Endflächen 224a an den den Fortsätzen 222b der Batterieeintrittskanäle 222 gegenüberliegenden Enden der Batterieaustrittskanäle 224 ragen von den Batterien 206 und den Batterieeintrittskanälen 222 weg.
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Die vorstehenden Bereiche der Batterieaustrittskanäle 224 sind derart abgeschrägt ausgebildet, dass die vorstehenden Bereiche zu den Endflächen 224a hin in der Richtung breiter werden, in der die beiden Batterieaustrittskanäle 224 angeordnet sind. Die Endflächen 224a der Batterieaustrittskanäle 224 weisen Öffnungen 224b auf.
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Die Batterieaustrittskanäle 224 stehen mit den Innenseiten der benachbarten Batterien 206 in Verbindung. Luft, die von den Batterieeintrittskanälen 222 in die Batterien 206 hinein geströmt ist, strömt durch die Batterieaustrittskanäle 224 hindurch und strömt aus den Öffnungen 224b heraus.
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Der Leistungselektronik-Kühlkanal 226 besitzt eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt und ist Seite an Seite mit dem Batterieeintritts-Trennungskanal 220 an der unteren Oberfläche 204b des Mittelrahmens 204 angeordnet. Die Längsrichtung des Leistungselektronik-Kühlkanals 226 ist parallel zu der Richtung, in der die beiden Batterien 206 angeordnet sind.
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Eine Öffnung 226b, die einem der Zweigrohre 218b zugewandt ist, ist in dem einen, von der Verbindungseinheit 208 abgelegenen Endbereich einer oberen Oberfläche 226a des Leistungselektronik-Kühlkanals 226 gebildet.
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Der Leistungselektronik-Kühlkanal 226 steht mit dem Eintritts-Trennungskanal 218 durch die Öffnung 226b in Verbindung. Öffnungen 226c, 226d und 226e sind in der oberen Oberfläche 226a an Stellen gebildet, die sich näher als die Öffnung 226b bei dem anderen Endbereich der oberen Oberfläche 226a (bei der Verbindungseinheit 208) befinden.
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Die Öffnungen 226c, 226d und 226e sind nebeneinander in der Richtung angeordnet, in der die Batterien 206 angeordnet sind, und sind jeweils den Durchgangsöffnungen 204c, 204d und 204e des Mittelrahmens 204 zugewandt. Ein Fortsatz 226g ist an dem anderen Endbereich einer unteren Oberfläche 226f des Leistungselektronik-Kühlkanals 226 gebildet. Der Fortsatz 226g weist eine Öffnung 226h auf.
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Der Austrittssammelkanal 228 ist Seite an Seite mit den Batterien 206, den Batterieeintrittskanälen 222 und den Batterieaustrittskanälen 224 angeordnet. Die Längsrichtung des Austrittssammelkanals 228 ist parallel zu der Richtung, in der die Batterien 206 angeordnet sind. Der Austrittssammelkanal 228 weist eine zugewandte Fläche 228a auf, die den Endflächen 224a der beiden Batterieaustrittskanäle 224 zugewandt ist. Zwei Öffnungen (nicht gezeigt), die den Öffnungen 224b der beiden Batterieaustrittskanäle 224 zugewandt sind, sind in der zugewandten Fläche 228a gebildet, und der Austrittssammelkanal 228 steht mit den Batterieaustrittskanälen 224 in Verbindung.
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Ein Fortsatz 228b ist an dem nahe bei der Verbindungseinheit 208 befindlichen einen Endbereich der zugewandten Fläche 228a des Austrittssammelkanals 228 gebildet. Eine Öffnung 228d ist in einer oberen Oberfläche 228c des Fortsatzes 228b gebildet, wobei die Öffnung 228d des Austrittssammelkanals 228 und die Öffnung 226h des Leistungselektronik-Kühlkanals 226 miteinander gekoppelt sind. Eine Austrittsöffnung 228f ist in einer der zugewandten Fläche 228a gegenüberliegenden Seitenfläche 228e des Austrittssammelkanals 228 gebildet.
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Die Vielzahl von Kanälen 216 ist in der vorstehend beschriebenen Weise miteinander gekoppelt, und eine Kühlluftströmungspassage F ist in der Vielzahl von Kanälen 216 gebildet. Ein Sauggebläse (nicht gezeigt) ist in einem Bereich des Gehäuses 202 nahe der Seitenfläche 228e des Austrittssammelkanals 228 angeordnet. Das Sauggebläse saugt Luft von der Kühlluftströmungspassage F durch die Austrittsöffnung 228f.
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Infolgedessen wird Luft von einem Ort außerhalb des Gehäuses 202 durch die Eintrittsöffnung 218a des Batterieeintritts-Trennungskanals 220 angesaugt; die Luft durchläuft die Kühlluftströmungspassage F und wird von der Austrittsöffnung 228f des Austrittssammelkanals 228 ausgeleitet; ferner wird die Luft durch das Sauggebläse zur Außenseite von dem Gehäuse 202 ausgeleitet.
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Der Eintritts-Trennungskanal 218 teilt die Kühlluftströmungspassage F in zwei Kanäle. Unter Bezugnahme auf 5 und 6 werden die beiden Kanäle der Kühlluftströmungspassage F beschrieben.
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5 veranschaulicht einen ersten Kühlkanal Fa der Kühlluftströmungspassage F. Wie in 5 dargestellt, ist der erste Kühlkanal Fa durch den Eintritts-Trennungskanal 218, den Batterieeintritts-Trennungskanal 220, die Batterieeintrittskanäle 222, die Batterien 206, die Batterieaustrittskanäle 224 und den Austrittsammelkanal 228 gebildet.
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Ein Teil der Luft, die von der Eintrittsöffnung 218a in den Eintritts-Trennungskanal 218 angesaugt worden ist, strömt von dem Batterieeintritts-Trennungskanal 220 in die beiden Batterieeintrittskanäle 222.
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Die Luft, die in die beiden Batterieeintrittskanäle 222 eingeströmt ist, strömt durch das Innere der Batterien 206, die den Batterieeintrittskanälen 222 benachbart sind, strömt durch die den Batterien 206 benachbarten Batterieaustrittskanäle 224 und strömt dann zu dem Austrittssammelkanal 228 nach außen.
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Die Luft, die in den Austrittssammelkanal 228 ausgeströmt ist, wird zu der Austrittsöffnung 228f des Austrittssammelkanals 228 geführt. Somit strömt in dem ersten Kühlkanal Fa Luft durch die Batterien 206, und die Batterien 206 werden gekühlt.
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6 veranschaulicht einen zweiten Kühlkanal (Kühlkanal) Fb der Kühlluftströmungspassage F. Wie in 6 dargestellt, ist der zweite Kühlkanal Fb durch den Eintritts-Trennungskanal 218, den Leistungselektronik-Kühlkanal 226 und den Austrittsammelkanal 228 gebildet.
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Ein Teil der Luft, der von der Eintrittsöffnung 218a in den Eintritts-Trennungskanal 218 angesaugt worden ist, strömt in den Leistungselektronik-Kühlkanal 226. Die Luft, die in den Leistungselektronik-Kühlkanal 226 geströmt ist, strömt zu dem Austrittsammelkanal 228 nach außen und wird zu der Austrittsöffnung 228f des Austrittsammelkanals 228 geführt.
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Rippen 210c (erste Rippen) sind an einer unteren Oberfläche 210b eines Körpers 210a des ersten Inverters 210 angeordnet. Die Rippen 210c erstrecken sich in einer Richtung parallel zu der Luftströmungsrichtung in dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226. Das bedeutet, die Rippen 210c erstrecken sich in einer Richtung von dem einen Ende in Richtung auf das andere Ende des Leistungselektronik-Kühlkanals 226.
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Die Rippen 210c sind einander in einer Richtung zugewandt, die rechtwinklig zu der Luftströmung in dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226 ist. Die Rippen 210c vergrößern die Kontaktfläche des ersten Inverters 210 mit der Luft, so dass der erste Inverter 210 hierdurch in wirksamer Weise gekühlt wird.
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Gleichermaßen sind Rippen 212c (zweite Rippen) an einer unteren Oberfläche 212b eines Körpers 212a des Wandlers 212 angeordnet. Die Rippen 212c erstrecken sich in einer Richtung parallel zu der Luftströmungsrichtung in dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226. Das bedeutet, die Rippen 212c erstrecken sich in einer Richtung von dem einen Ende in Richtung auf das andere Ende des Leistungselektronik-Kühlkanals 226.
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Die Rippen 212c sind einander in einer Richtung zugewandt, die rechtwinklig zu der Luftströmung in dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226 ist. Die Rippen 212c vergrößern die Kontaktfläche des Wandlers 212 mit der Luft, so dass der Wandler 212 hierdurch in wirksamer Weise gekühlt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, weist der Mittelrahmen 204 die Durchgangsöffnungen 204c, 204d und 204e auf, und der Leistungselektronik-Kühlkanal 226 weist die Öffnungen 226c, 226d und 226e (siehe 3) auf. Der Körper 212a des Wandlers 212 blockiert die Durchgangsöffnung 204c (die Öffnung 226c).
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Die Rippen 212c erstrecken sich durch die Durchgangsöffnung 204c hindurch und ragen von der Öffnung 226c ins Innere (den zweiten Kühlkanal Fb) des Leistungselektronik-Kühlkanals 226. Der Körper 210a des ersten Inverters 210 blockiert die Durchgangsöffnung 204c (die Öffnung 226e). Die Rippen 210c erstrecken sich durch die Durchgangsöffnung 204e hindurch und ragen von der Öffnung 226e ins Innere des Leistungselektronik-Kühlkanals 226.
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In dem zweiten Kühlkanal Fb kühlt in dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226 strömende Luft die Rippen 210c und 212c. Infolgedessen werden der erste Inverter 210 und der Wandler 212 gekühlt.
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Somit sind der erste Kühlkanal Fa und der zweite Kühlkanal Fb Seite an Seite in der Batterieeinheit 200 gebildet. Der erste Kühlkanal Fa kühlt die Batterien 206, und der zweite Kühlkanal Fb kühlt sogenannte Leistungselektronik-Vorrichtungen, wie z. B. den ersten Inverter 210, den Wandler 212 und den zweiten Inverter 214.
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Somit ist es möglich, die Kanalbreiten des ersten Kühlkanals Fa und des zweiten Kühlkanals Fb in voneinander unabhängiger Weise auszubilden, so dass Kühlluft zum Kühlen der Batterien 206 und Kühlluft zum Kühlen der Leistungselektronik-Vorrichtungen mit optimalen Strömungsraten strömen.
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Wie vorstehend beschrieben, besitzt die Batterieeinheit 200 den Mittelrahmen 204; die Batterien 206, die ein großes Volumen aufweisen, sind in der ersten Ebene Sa angeordnet, und der erste Inverter 210, der Wandler 212 und der zweite Inverter 214 (Leistungselektronik-Vorrichtungen) sind in der zweiten Ebene Sb angeordnet. Somit ist es möglich, diese Komponenten in effizienter Weise anzuordnen, indem die Komponenten in vertikaler Richtung übereinander gestapelt werden, während die Fläche der Batterieeinheit 200 in der horizontalen Richtung klein gehalten werden kann.
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Somit ist es möglich, den zweiten Inverter 214, der bei bestehenden Technologien in unabhängiger Weise außerhalb der Batterieeinheit 200 angeordnet worden ist, in dem Gehäuse 202 der Batterieeinheit 200 anzuordnen.
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Das Gehäuse 202 zum Aufnehmen des ersten Inverters 210 und des Wandlers 212 ist derart ausgebildet, dass es widerstandsfähig gegen elektromagnetisches Rauschen ist. Somit ist es nicht notwendig, den zweiten Inverter 214 in unabhängiger Weise magnetisch abzuschirmen, so dass sich eine Kostenreduzierung erzielen lässt.
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Wenn man jedoch den zweiten Inverter 214 in Reihe mit dem ersten Inverter 210 und dem Wandler 212 anordnen würde, dann würde die Länge der in Längsrichtung verlaufenden Flächen 202b der Batterieeinheit 200 (siehe 2) in der Längsrichtung zunehmen, und die Größe der Batterieeinheit 200 würde steigen. Zum Vermeiden eines solchen Anstiegs der Abmessungen der Batterieeinheit 200 ist der zweite Inverter 214 neben dem ersten Inverter 210 und dem Wandler 212 angeordnet.
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Infolgedessen ist der zweite Inverter 214 von dem zweiten Kühlkanal Fb (dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226) getrennt angeordnet. Dadurch ist es schwierig, den zweiten Inverter 214 durch direkte Kontaktierung des zweiten Inverters 214 mit dem zweiten Kühlkanal Fb zu kühlen.
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Beispielsweise wäre es möglich, den zweiten Kühlkanal Fb bis zu einer Stelle direkt unter dem zweiten Inverter 214 zu verlängern. In diesem Fall würde es jedoch zu einer Behinderung der Verbindungseinheit 208, die eine komplexere Formgebung als dargestellt aufweist, mit anderen Komponenten kommen, und aus diesem Grund ist es nicht möglich, einen Kanal direkt unter dem zweiten Inverter 214 anzuordnen.
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Aus diesem Grund wird ein Wärmeübertragungselement 230 in dem Gehäuse 202 angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 230 ist unabhängig von dem Mittelrahmen 204 und aus einem Material gebildet, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Mittelrahmen 204 aufweist. Beispielsweise ist der Mittelrahmen 204 aus einem Harzmaterial gebildet, und das Wärmeübertragungselement 230 ist aus einem Metall gebildet; oder der Mittelrahmen 204 ist aus Aluminium gebildet, und das Wärmeübertragungselement 230 ist aus einem Kupfer enthaltenden Metall gebildet.
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Das Wärmeübertragungselement 230 weist einen Körper 230a auf, der z. B. eine flache plattenartige Form aufweist, die dünner ist als der Mittelrahmen 204. Der Körper 230a ist auf der oberen Oberfläche 204a des Mittelrahmens 204 angeordnet (siehe 3). Eine untere Oberfläche 230b an dem einen Endbereich des Körpers 230a blockiert die Durchgangsöffnung 204d des Mittelrahmens 204 (die Öffnung 226d des Leistungselektronik-Kühlkanals 226), und eine obere Oberfläche 230c an dem anderen Endbereich des Körpers 230a steht in Kontakt mit einer unteren Oberfläche 214a des zweiten Inverters 214.
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Rippen 230d sind an der unteren Oberfläche 230b an dem einen Endbereich des Körpers 230a angeordnet. Wie bei den vorstehend beschriebenen Rippen 210c und 212c erstrecken sich auch die Rippen 230d parallel zu der Luftströmungsrichtung des Leistungselektronik-Kühlkanals 226.
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Das bedeutet, die Rippen 230d erstrecken sich in der Richtung von dem einen Ende in Richtung auf das andere Ende des Leistungselektronik-Kühlkanals 226. Die Rippen 230d sind in der zu der Luftströmung in dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226 rechtwinkligen Richtung einander zugewandt angeordnet.
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Die Rippen 230d des Wärmeübertragungselements 230 erstrecken sich durch die Durchgangsöffnung 204d des Mittelrahmens 204 hindurch und ragen von der Öffnung 226e des Leistungselektronik-Kühlkanals 226 ins Innere des Leistungselektronik-Kühlkanals 226. Somit kühlt in dem zweiten Kühlkanal Fb in dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226 strömende Luft die Rippen 230d. Infolgedessen werden der erste Inverter 210, der Wandler 212 und der zweite Inverter 214 gekühlt.
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Somit ist es bei der Batterieeinheit 200 möglich, den zweiten Inverter 214 zu kühlen, obwohl der zweite Inverter 214 von dem zweiten Kühlkanal Fb entfernt bzw. getrennt angeordnet ist. Dadurch lässt sich die Flexibilität hinsichtlich der Anordnung des zweiten Inverters 214 steigern.
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Das Wärmeübertragungselement 230 erstreckt sich von einem Teil des Leistungselektronik-Kühlkanals 226 (zweiter Kühlkanal Fb) zwischen dem ersten Inverter 210 und dem Wandler 212 zu dem zweiten Inverter 214. Da sowohl der Wandler 212 als auch der zweite Inverter 214 Wärme erzeugen, ist zwischen dem Wandler 212 und dem zweiten Inverter 214 ein Spalt vorgesehen.
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Das eine Ende 230e des Wärmeübertragungselements 230 ist in diesem Spalt angeordnet, und somit ist es nicht notwendig, den Leistungselektronik-Kühlkanal 226 für die Anordnung des einen Endes 230e in der Längsrichtung zu verlängern.
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Durch Anordnen des einen Endes 230e des Wärmeübertragungselements 230 zwischen dem ersten Inverter 210 und dem Wandler 212 ist es somit möglich, den Platz in dem Gehäuse 202 in effizienter Weise zu nutzen.
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7 veranschaulicht den Mittelrahmen 204, an dem das Wärmeübertragungselement 230 angebracht ist, bei Betrachtung in der Richtung des Pfeils VII in 3. Wie in 7 dargestellt, ist ein Trennungsbereich 230g in der unteren Oberfläche 230b des Körpers 230a des Wärmeübertragungselements 230 zwischen dem einen Ende 230e auf der linken Seite in 7 (nahe dem zweiten Kühlkanal Fb) und dem anderen Ende 230f auf der rechten Seite in 7 (nahe dem zweiten Inverter 214) gebildet.
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Der Trennungsbereich 230g ist von einem Bereich der unteren Oberfläche 230b des Körpers 230a nahe dem einen Ende 230e sowie von einem Bereich der unteren Oberfläche 230b nahe dem anderen Ende 230f vertieft bzw. zurückgesetzt ausgebildet, und der Trennungsbereich 230g ist von dem Mittelrahmen 204 getrennt. Das bedeutet, der Trennungsbereich 230g bildet einen Raum zwischen dem Körper 230a und dem Mittelrahmen 204.
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Durch das Bilden des Trennungsbereichs 230g wird somit ein Wärmetransfer zwischen dem Wärmeübertragungselement 230 und dem Mittelrahmen 204 unterdrückt. Somit kann von dem zweiten Inverter 214 erzeugte Wärme in einfacher Weise zu dem einen Ende 230e übertragen werden, ohne dass sie in den Mittelrahmen 204 diffundiert, und es kann eine wirksame Kühlung in dem zweiten Kühlkanal Fb ausgeführt werden.
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8 veranschaulicht den Wandler 212, den ersten Inverter 210, den Mittelrahmen 204 und den Leistungselektronik-Kühlkanal 226 bei Betrachtung in Richtung des Pfeils VIII in 2. In 8 ist der Mittelrahmen 204 anhand einer Schnittfläche dargestellt, die durch die Durchgangsöffnungen 204c, 204d und 204e hindurchgeht, um das Verständnis zu erleichtern. Die Rippen 210c, 212c, 230d sind schraffiert dargestellt.
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Die von dem ersten Inverter 210 erzeugte Menge an Wärme ist geringer als die des Wandlers 212. Wie in 8 dargestellt, ist daher die Länge der Rippen 210c des ersten Inverters 210 in der Strömungsrichtung des zweiten Kühlkanals Fb kleiner als die Länge der Rippen 212c des Wandlers 212.
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Der Körper 210a des ersten Inverters 210 erstreckt sich über eine größere Länge als die Rippen 210c des ersten Inverters 210 in der Strömungsrichtung des zweiten Kühlkanals Fb (die horizontale Richtung in 8). Ein Spalt Sc zwischen den Rippen 210c des ersten Inverters 210 und den Rippen 212c des Wandlers 212 ist größer als ein Spalt Sd zwischen dem Körper 210a des ersten Inverters 210 und dem Körper 212a des Wandlers 212.
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Das eine Ende 230e des Körpers 230a des Wärmeübertragungselements 230 und die Rippen 230d sind in dem Spalt Sc angeordnet. Somit kann die Größe der Rippen 230d des Wärmeübertragungselements 230 um die Länge des Spalts Sd vergrößert werden, und dadurch kann die Kühleffizienz des Wärmeübertragungselements 230 beim Kühlen des zweiten Inverters 214 durch effizientes Nutzen des Raums in dem Gehäuse 202 gesteigert werden.
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9 veranschaulicht eine erste Modifizierung. Wie in 9 dargestellt, sind bei der ersten Modifizierung sowohl ein Körper 330a als auch Rippen 330d eines Wärmeübertragungselements 330 derart angeordnet, dass sie in der horizontalen Richtung von einer Position direkt über den beiden Batterien 206 verlagert sind. Das bedeutet, jeglicher Bereich der beiden Batterien 206 ist von einer Position direkt unter dem Wärmeübertragungselement 330 in der horizontalen Richtung getrennt bzw. entfernt angeordnet.
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Bei der Übertragung von Wärme von dem zweiten Inverter 214 wird die Temperatur des Wärmeübertragungselements 330 tendenziell höher als die der Batterien 206. Durch Anordnen des Wärmeübertragungselements 330 an einer Stelle, die sich nicht direkt über den Batterien 206 befindet, ist es somit möglich, die Batterien 206 vor Wärme von dem zweiten Inverter 214 zu schützen. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Strömungsrate der Luft in dem ersten Kühlkanal Fa zu reduzieren, die erforderlich ist, um die Batterien 206 auf einer geeigneten Temperatur zu halten.
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10 veranschaulicht eine zweite Modifizierung. Wie in 10 dargestellt, sind bei der zweiten Modifizierung die Wärmeübertragungselemente 230 und 330 nicht vorhanden, die unabhängig von dem Mittelrahmen 204 vorgesehen sind, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Stattdessen hat ein Teil des Mittelrahmens 204 die Funktion eines Wärmeübertragungselements 430.
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Das bedeutet, das Wärmeübertragungselement 430 steht mit dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226 (einer Außenwand des zweiten Kühlkanals Fb) in Kontakt und erstreckt sich von dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226 zu dem zweiten Inverter 314. In diesem Fall ist der Mittelrahmen 204 (d. h. das Wärmeübertragungselement 430) aus einem Metall gebildet, und er überträgt Wärme des zweiten Inverters 214 zu dem Leistungselektronik-Kühlkanal 226 (in 10 ist die Bewegung der Wärme durch einen leeren Pfeil dargestellt).
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Daher ist es bei der zweiten Modifizierung, wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel, möglich, den zweiten Inverter 214 zu kühlen, obwohl der zweite Inverter 214 von dem zweiten Kühlkanal Fb getrennt angeordnet ist. Dadurch lässt sich die Flexibilität hinsichtlich der Anordnung des zweiten Inverters 214 steigern.
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Mit der exemplarischen Ausführungsform und den Modifikationen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den getrennt von dem Kühlkanal angeordneten Inverter zu kühlen sowie die Flexibilität hinsichtlich der Anordnung des Inverters zu erhöhen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die exemplarischen Ausführungsform und die Modifikationen beschränkt, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben worden sind. Verschiedene Modifikationen und Anpassungen innerhalb der Beschreibungen der Ansprüche liegen ebenfalls im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung.
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Beispielsweise werden bei der exemplarischen Ausführungsform und den Modifikationen, wie diese vorstehend beschrieben sind, die Wärmeübertragungselemente 230, 330 und 430 durch den zweiten Kühlkanal Fb gekühlt, der den ersten Inverter 210 kühlt (und diesem benachbart ist). In Abhängigkeit von den Positionen der Batterien 206 können jedoch die Wärmeübertragungselemente 230, 330 und 430 von einem Kühlkanal gekühlt werden, der die Batterien 206 kühlt (und diesen benachbart ist).
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Bei der exemplarischen Ausführungsform und den Modifikationen, wie diese vorstehend beschrieben sind, ist das Innere des Gehäuses 202 durch den Mittelrahmen 204 in die erste Ebene Sa und die zweite Ebene Sb unterteilt. Jedoch ist der Mittelrahmen 204 nicht von essenzieller Bedeutung Bei der exemplarischen Ausführungsform und den Modifikationen, wie diese vorstehend beschrieben sind, beinhalten die Wärmeübertragungselemente 230 und 330 jeweils den Trennungsbereich 230. Jedoch ist der Trennungsbereich 230 nicht von essenzieller Bedeutung.
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Bei der exemplarischen Ausführungsform und der ersten Modifizierung, wie diese vorstehend beschrieben sind, erstrecken sich die Wärmeübertragungselemente 230 und 330 von einem Teil des zweiten Kühlkanals Fb zwischen dem ersten Inverter 210 und dem Wandler 212 zu dem zweiten Inverter 214. Jedoch können sich die Wärmeübertragungselemente 230 und 330 auch von einem anderen Teil des zweiten Kühlkanals Fb aus zu dem zweiten Inverter 214 erstrecken.
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Bei der exemplarischen Ausführungsform und der ersten Modifizierung, wie diese vorstehend beschrieben sind, ist der Spalt Sc zwischen den Rippen 210c des ersten Inverters 210 und den Rippen 212c des Wandlers 212 größer als der Spalt Sd zwischen dem Körper 210a des ersten Inverters 210 und dem Körper 212a des Wandlers 212. Jedoch kann der Spalt Sd auch genauso groß wie der Spalt Sc sein, oder der Spalt Sd kann größer als der Spalt Sc sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 100a
- Fahrzeugkarosserie
- 100b
- Fahrgastraum
- 102
- Verbrennungsmotor
- 104
- Elektromotor
- 200
- Batterieeinheit
- 202
- Gehäuse
- 204
- Mittelrahmen
- 206
- Batterie
- 208
- Verbindungseinheit
- 210
- erster Inverter
- 210a
- Körper des ersten Inverters
- 210b
- untere Oberfläche
- 210c
- erste Rippen
- 212
- Wandler
- 212a
- Körper des Wandlers
- 212b
- untere Oberfläche
- 212c
- zweite Rippen
- 214
- zweiter Inverter
- 216
- Kanäle
- 218
- Eintritts-Trennungskanal
- 220
- Batterieeintritts-Trennungskanal
- 222
- Batterieeintrittskanäle
- 224
- Batterieaustrittskanäle
- 226
- Leistungselektronik-Kühlkanal
- 228
- Austrittsammelkanal
- 230
- Wärmeübertragungselement
- 330
- Wärmeübertragungselement
- 430
- Wärmeübertragungselement
- Fa
- erster Kühlkanal
- Fb
- zweiter Kühlkanal
- Sa
- erste Ebene
- Sb
- zweite Ebene
- Sc
- Spalt
- Sd
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-008403 A [0003, 0004]
