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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler.
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Technischer Hintergrund
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In Fahrzeugen, wie etwa elektrischen Automobilen und Hybrid-Automobilen, sind diverse Vorrichtungen zur Umwandlung von elektrischer Energie, wie etwa ein Inverter zum Antreiben eines Motors, ein Ladegerät zum Laden einer Hochspannungsbatterie anhand einer kommerziellen Energiequelle und ein DC/DC-Wandler zum Versorgen einer Hilfsbatterie mit Energie, montiert. In dem Ladegerät und in der Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie wird ein Schaltkreis verwendet, der ein starkes Hochfrequenzrauschen erzeugt. In den letzten Jahren sind Gegenmaßnahmen gegen Störrauschen aufgrund der Geschwindigkeitszunahme der Schaltkreise, der Miniaturisierung diverser elektrischer Energieumwandlungsvorrichtungen und der Kostenreduzierung wichtig geworden.
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Als eine fahrzeuggestützte Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie, die das Störrauschen unterdrückt, ist eine Struktur bekannt geworden, bei der in einem Mittelabschnitt eines Metallgehäuses eine Trennwand vorgesehen ist, und ein Filterschaltungsabschnitt und ein Hauptenergiesystem-Schaltungsabschnitt durch die Trennwand getrennt und in dem Gehäuse angeordnet sind und eine Masseebene, die beide Schaltungsabschnitte überdeckt, an der Oberseite angeordnet ist. Es ist beschrieben, dass bei dieser Vorrichtung das Störrauschen zwischen den Schaltungsabschnitten durch Trennung und Abschirmung mittels der Trennwand und der Masseebene zwischen dem Filterschaltungsabschnitt und dem Hauptenergiesystem-Schaltungsabschnitt, die planar angeordnet sind, unterdrückt wird (siehe z. B. PTL 1).
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Literaturliste
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Patentliteratur
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PTL 1: Internationale Veröffentlichung
WO2014/033852 -
Kurze Beschreibung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die in PTL 1 beschriebene fahrzeuggestützte Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie hat eine Struktur, bei der ein Filterschaltungsabschnitt und ein Hauptenergiesystem-Schaltungsabschnitt, die planar angeordnet sind, durch eine Trennwand getrennt sind, und eine Masseebene, die beide Schaltungsabschnitte überdeckt, an der Oberseite angeordnet ist. So wird die Grundfläche groß, und ein großer Bauraum wird benötigt. Außerdem ist in PTL 1 keine Struktur für ein rauschunterdrückendes Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler angegeben.
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Problemlösung
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Ein Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt, der Eingangsrauschen beseitigt; einen Schaltkreisabschnitt, der in den Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt eingegebene AC- oder erste DC-Energie in zweite DC-Energie wandelt; einen Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt, der mit dem Schaltkreisabschnitt verbunden ist und Ausgangsrauschen unterdrückt; einen DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt, der mit dem Schaltkreisabschnitt verbunden ist und Energie an eine Batterie liefert; eine erste Wand, die einen ersten Raum, in dem der Schaltkreisabschnitt angeordnet ist, und einen zweiten Raum trennt, in dem der Eingangsfilterschaltungsabschnitt und der Ausgangsfilterschaltungsabschnitt angeordnet sind; und eine zweite Wand, die einen dritten Raum, welcher der ersten Wand über den zweiten Raum gegenüberliegt und in dem der DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt angeordnet ist, und den zweiten Raum trennt.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler geschaffen, bei dem die Grundfläche verringert wird und Störrauschen mit Eingangs-/Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitten unterdrückt werden kann.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Ausgestaltung 1 eines Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung.
- 2(A) ist eine perspektivische Ansicht von Ausgestaltung 1 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung, und 2(B) ist ein Querschnitt entlang der Linie IIB-IIB in 2(A).
- 3 ist eine perspektivische Außenansicht einer Ausgestaltung 2 des Ladgeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV aus 3.
- 5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in 3 gezeigten Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler.
- 6(A) ist eine perspektivische Außenansicht von Ausgestaltung 3 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung, und 6(B) ist ein Querschnitt entlang der der Linie VIB-VIB in 6(A).
- 7(A) ist eine perspektivische Außenansicht von Ausgestaltung 4 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung, und 7(B) ist ein Querschnitt entlang der Linie VIIB-VIIB in 7(A).
- 8(A) ist eine perspektivische Ansicht von Ausgestaltung 5 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung, und 8(B) ist ein Querschnitt entlang der Linie VIIIB-VIIIB in 8(A).
- 9(A) ist eine perspektivische Ansicht von Ausgestaltung 6 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung, und 9(B) ist eine Draufsicht von oben auf 9(A).
- 10(A) und 10(B) zeigen Ausgestaltung 7 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung, wobei 10(A) eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühldurchgang durch ein Gehäuse zeigt, und 10(B) ein Querschnitt entlang der Linie XB-XB in 10(A) ist.
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Beschreibung der Ausgestaltungen
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- Ausgestaltung 1 -
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Im Folgenden wird Ausgestaltung 1 eines Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
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1 ist ein Schaltungsdiagramm des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung. Ein Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 wird für Fahrzeuge wie etwa Hybridautomobile, elektrische Automobile und dergleichen benutzt. Ein Fahrzeug mit einem Motor umfasst eine Hochspannungsbatterie und eine Hilfsbatterie mit einer Spannung, die niedriger ist als diejenige der Hochspannungsbatterie (nicht gezeigt), zusätzlich zu dem Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100. Das Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 umfasst ein Ladegerät 10 und einen DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310. Das Ladegerät 10 ist in der Lage, die Hochspannungsbatterie durch Verbinden einer externen Energiequelle mit der Hochspannungsbatterie zu laden. Das heißt, eine externe AC- oder DC-Energiequelle wird mit Eingangsanschlüssen 421 des Ladegeräts 10 verbunden. Ferner werden Ausgangsanschlüsse 422 des Ladegeräts 10 mit der Hochspannungsbatterie verbunden. Der DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 ist mit dem Ladegerät 10 verbunden. Der DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 wandelt Hochspannungs-DC-Energie in Niederspannungs-DC-Energie, um die Energie der Hilfsbatterie zuzuführen.
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Das Ladegerät 10 hat einen Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210, einen Schaltkreisabschnitt 110, einen Hochspannungschaltungsabschnitt 280 und einen Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220. Der DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 ist mit dem Ladegerät 10 an Verbindungsabschnitten 305 des Hochspannungsschaltungsabschnitts 280 verbunden. Der Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 umfasst einen Gleichtaktfilter LF1, Induktoren L11 und L12 und Bypass-Kondensatoren C11 und C12. Die Induktoren L11 und L12 sind mit der externen Energiequelle über die Eingangsanschlüsse 421 verbunden. Die Bypass-Kondensatoren C11 und 12 schließen Rauschen gegen eine Masse GND kurz.
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Der Schaltkreisabschnitt 110 hat eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (im Folgenden als PFC-Schaltung bezeichnet), einen Kondensator C21 und eine Vollbrückenschaltung. Der Gleichtaktfilter LF1 ist mit einer durch vier Dioden D11 bis D14 gebildeten Gleichrichterschaltung verbunden. Die Gleichrichterschaltung hat die Funktion, eine AC-Spannung in eine DC-Spannung umzuwandeln. Eine Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung ist mit einer Eingangsseite der Leistungsfaktor-korrektur-(PFC)-Schaltung verbunden. Die PFC-Schaltung umfasst einen Induktor L13, ein Schaltelement S11, eine Diode D15 und den Kondensator C21.
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Eine Leistungsfaktorkorrekturoperation wird durchgeführt durch Ein-/Ausschalten des Schaltelements S11. Als Schaltelement S11 kann zum Beispiel ein NMOSFET verwendet werden.
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Eine Ausgangsseite der PFC-Schaltung ist mit einer Eingangsseite der Vollbrückenschaltung verbunden. Die Vollbrückenschaltung umfasst eine Reihenschaltung eines ersten Schaltelements S21 und eines zweiten Schaltelements S22 und eine Reihenschaltung eines dritten Schaltelements S23 und eines vierten Schaltelements S24. Ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltelement S21 und dem zweiten Schaltelement S22 ist über eine primärseitige Spule eines Transformators Tr1 mit einem Verbindungspunkt zwischen dem dritten Schaltelement S23 und dem vierten Schaltelement S24 verbunden. Als erste bis vierte Schaltelemente S21 bis S24 können zum Beispiel NMOSFETs verwendet werden.
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Der Hochspannungsschaltungsabschnitt 280 umfasst eine Gleichrichterschaltung und einen bidirektionalen Gleichstromsteller. Die Gleichrichterschaltung umfasst vier Dioden D21 bis D24. Die Gleichrichterschaltung hat die Funktion, eine AC-Spannung der sekundärseitigen Spule des Transformators Tr1 in eine DC-Spannung umzuwandeln. Das heißt, die ersten bis vierten Schaltelemente S21 bis S24 des Schaltkreisabschnitts 110, die Dioden D21 bis D24 des Hochspannungsschaltungsabschnitts 280 und der Transformator Tr1 arbeiten als Wandler. Der Strom, der durch die Gleichrichterschaltung fließt, lädt einen Kondensator C31 für Strom/Spannungs-Wandlung.
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Der bidirektionale Gleichstromsteller umfasst einen Induktor L31, einen Kondensator C32, ein Schaltelement S31, das zwischen dem Induktor L31 und dem Kondensator C31 angeordnet ist, und ein Schaltelement S32, von dem ein Ende zwischen den Induktor L31 und dem Schaltelement S31 angeschlossen ist, und das andere Ende mit Masse GND verbunden ist. Durch Anpassen von Ein-/Ausschaltzeiten der Schaltelemente S31 und S32 wird eine Ausgangsspannung in Bezug auf eine Lastspannung konstant gemacht.
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Der Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 umfasst einen Gleichtaktfilter LF2, einen Induktor L41, und Bypass-Kondensatoren C41 und C42. Ein Ende des Induktors L41 ist mit dem Induktor L31 und dem Kondensator C32 des bidirektionalen Gleichstromstellers verbunden, und das andere Ende ist mit dem Kondensator C41 und dem Gleichtaktfilter LF2 verbunden. Der Gleichtaktfilter LF2 ist mit der Hochspannungsbatterie über die Ausgangsanschlüsse 422 verbunden.
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Der DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 umfasst einen Hochspannungsschaltungsabschnitt 311, der eine hohe DC-Spannung in eine hohe AC-Spannung umwandelt, einen Transformator Tr2, der die hohe AC-Spannung in eine niedrige AC-Spannung umwandelt, und einen Niederspannungs-Schaltungsabschnitt 312, der die niedrige AC-Spannung in eine DC-Spannung umwandelt.
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Der Hochspannungsschaltungsabschnitt 311 umfasst vier MOSFETs H1 bis H4, die zu einer H-Brücke verbunden sind. Der HochspannungSchaltungsabschnitt 311 umfasst auch einen Glättkondensator C51. Eine AC-Spannung wird an der Primärseite des Transformators Tr2 erzeugt, indem an den vier MOSFETs H1 bis H4 des Hochspannungsschaltungsabschnitts 311 eine Phasenverschiebungs-PWM-Steuerung durchgeführt wird. Eine Resonanz-Drosselspule Lr ist zwischen dem Hochspannungsschaltungsabschnitt 311 und dem Transformator Tr2 angeschlossen. Mit Hilfe des kombinierten Induktors aus dem Induktor der Resonanzdrosselspule Lr und dem Streuinduktor des Transformators Tr2 kann ein Nullspannungsschaltbetrieb der den Hochspannungsschaltungsabschnitt 311 bildenden MOSFETs H1 bis H4 durchgeführt werden.
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Der Niederspannungs-Schaltungsabschnitt 312 hat zwei durch MOSFETs S1 und S2 gebildete Gleichrichtungsphasen und eine durch einen Glättinduktor L51 und einen Glättkondensator C52 gebildete Glättschaltung. Hochpotenzialseiten der Gleichrichtungsphasen, d.h. Drähte an den Drain-Seiten der MOSFETs S1 und S2, sind mit der Sekundärseite des Transformators Tr2 verbunden. Der sekundärseitige Mittenanschluss des Transformators Tr2 ist mit dem Glättinduktor L51 verbunden, und der Glättkondensator C52 ist an einer Ausgangsseite des Glättinduktors L51 angeschlossen.
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Der Niederspannungs-Schaltungsabschnitt 312 umfasst eine aktive Klemmschaltung zum Unterdrücken eines Spannungsstoßes an den MOSFETs S1 und S2. Die aktive Klemmschaltung umfasst aktive Klemm-MOSFETs S3 und S4 und einen aktiven Klemmkondensator C54. Ein Filterinduktor L52 und ein Filterkondensator C53 sind an der Ausgangsseite des Niederspannungs-Schaltungsabschnitts 312 vorgesehen, um einer Ausgangsspannung überlagertes Rauschen zu entfernen. Der Hochspannungsschaltungsabschnitt 311, der Niederspannungs-Schaltungsabschnitt 312 und die aktive Klemmschaltung sind durch eine Steuerschaltung (nicht gezeigt) gesteuert.
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Der DC/DC-Wander-Schaltungsabschnitt 310 ist mit der Hilfsbatterie über Hilfsbatterie-Ausgangsanschlüsse 423 verbunden.
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Das Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 umfasst den Schaltkreisabschnitt 110 mit den Schaltelementen S11 und S12 bis S24 und den DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 mit den Schaltelementen H1 bis H4 und S1 bis S4. Es besteht daher die Möglichkeit, dass das von dem Schaltkreisabschnitt 110 und dem DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 erzeugte Rauschen den Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 und den Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 stört. Im Folgenden wird beschrieben, wie Ausgestaltung 1 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler 100 in der Lage ist, Störungen der Eingangs-/Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitte 210 und 220 durch Rauschen zu unterdrücken. Obwohl die Schaltelemente S31 und S32 im Hochspannungsschaltungsabschnitt 280 vorgesehen sind, haben die Schaltelemente S31 und S32 niedrige Betriebsfrequenzen und verursachen daher kaum den Eingangs-/Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 und 220 störendes Rauschen.
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2(A) ist eine perspektivische Ansicht der Ausgestaltung 1 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung, und 2(B) ist ein Querschnitt entlang der Linie IIB-IIB in 2(A).
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Das Ladegerät mit DC/DC-Wandler 100 umfasst ein erstes Gehäuse 411, ein zweites Gehäuse 406 und ein drittes Gehäuses 402. Die ersten bis dritten Gehäuse 411, 406 und 402 sind aus einem leitfähigen Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung gebildet und in drei Stufen gestapelt, wie in der Zeichnung gezeigt. Das erste Gehäuse 411 an der untersten Stufe enthält einen ersten Raum 101, das zweite Gehäuse 406 an der mittleren Stufe enthält einen zweiten Raum 201, und das dritte Gehäuse 402 an der obersten Stufe enthält einen dritten Raum (301).
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Eine erste Wand 150 ist an der Grenze zwischen dem ersten Gehäuse 411 an der untersten Stufe und dem zweiten Gehäuse 406 an der mittleren Stufe vorgesehen. Die erste Wand 150 ist ein plattenförmiges Element aus leitfähigem Material und trennt den ersten Raum 101 und den zweiten Raum 201. Mit anderen Worten sind der erste Raum 101 und der zweite Raum 201 durch die erste Wand 150 abgeschirmt. Eine zweite Wand 250 ist an der Grenze zwischen dem zweiten Gehäuse 406 an der mittleren Stufe und dem dritten Gehäuse 402 an der obersten Stufe vorgesehen. Die zweite Wand 250 ist ein plattenförmiges Element aus einem leitfähigen Material und trennt den zweiten Raum 201 und den dritten Raum 301. Mit anderen Worten, sind der zweite Raum 201 und der dritte Raum 301 durch die zweite Wand 250 abgeschirmt. Obwohl beschrieben ist, dass die erste Wand 150 und die zweite Wand 250 die Räume trennen, enthalten die erste Wand 150 und die zweite Wand 250 Verbindungselement-Einfügeabschnitte, durch die die Verbindungselemente eingefügt sind, die für Verbindungen der Schaltungen erforderlich sind.
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Der Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210, der Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 und der Hochspannungsschaltungsabschnitt 280 sind im zweiten Raum 201 angeordnet. Der Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210, der Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 und der Hochspannungsschaltungsabschnitt 280 sind zum Beispiel an der Oberseite der ersten Wand 150 angeordnet. Der Schaltkreisabschnitt 110 ist im ersten Raum 101 angeordnet. Der Schaltkreisabschnitt 110 ist zum Beispiel an der Unterseite der ersten Wand 150 befestigt. Obwohl nicht gezeigt, ist der Schaltkreisabschnitt 110 mit dem Eingangsfilterschaltungsabschnitt 210 und dem Hochspannungsschaltungsabschnitt 280 durch ein Verbindungselement verbunden, das durch einen in der ersten Wand 150 vorgesehenen Verbindungselement-Einfügungsabschnitt eingefügt ist.
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Der DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 ist im dritten Raum 301 angeordnet. Der DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 ist zum Beispiel an der Oberseite der zweiten Wand 250 angeordnet. Obwohl nicht gezeigt, ist der DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 mit dem Hochspannungsschaltungsabschnitt 280 durch ein Verbindungselement verbunden, das durch einen in der zweiten Wand 250 vorgesehenen Verbindungselement-Einfügungsabschnitt eingefügt ist.
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Mit dem oben beschriebenen Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 nach Ausgestaltung 1 werden folgende Effekte erreicht.
- (1) Der Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 und der Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 wurden im zweiten Raum 201 angeordnet, der Schaltkreisabschnitt 110 wurde im ersten Raum 101 angeordnet, und der DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 wurde im dritten Raum 301 angeordnet. Dann wurden das zweite Gehäuse 406 mit dem zweiten Raum 201, das erste Gehäuse 411 mit dem ersten Raum 101, und das dritte Gehäuse 402 mit dem dritten Raum 301 gestapelt. Ferner wurden der zweite Raum 201 und der erste Raum 101 durch die erste Wand 150 getrennt, und der zweite Raum 201 und der dritte Raum 301 wurden durch die zweite Wand 250 getrennt. Dadurch wird die Grundfläche klein, und die Fläche des Aufnahmeraums kann verringert werden. Außerdem ist es möglich, das im Schaltkreisabschnitt 110 und dem DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 erzeugte Rauschen daran zu hindern, den Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 und den Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 zu stören und die Schaltungen zu beeinträchtigen.
- (2) In der obigen Konfiguration (1) war der Hochspannungsschaltungsabschnitt 280 im zweiten Raum 201 angeordnet. Da die Schaltelemente S31 und S32 des Hochspannungsschaltungsabschnitts 280 kleine Betriebsfrequenzen haben, erzeugen die Schaltelemente S31 und S32 kaum Störrauschen, auch wenn sie im gleichen Raum wie die Eingangs-/Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitte 210 und 220 angeordnet sind.
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Das Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 kann diverse Ausgestaltungen annehmen, wie unten beschrieben. Auch in den nachfolgenden Ausgestaltungen hat das Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 die in 1 gezeigte Schaltungskonfiguration.
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- Ausgestaltung 2 -
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3 ist eine perspektivische Außenansicht von Ausgestaltung 2 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung. 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 3. 5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in 3 gezeigten Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler. Ein Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 hat ein erstes Gehäuse 411, ein zweites Gehäuse 406 und ein drittes Gehäuse 402. Erstes bis drittes Gehäuse 411, 406 und 402 sind aus einem leitfähigen Material wie etwa einer Aluminiumlegierung gebildet und in drei Stufen gestapelt, wie in der Zeichnung gezeigt. Wie in den 4 und 5 gezeigt, enthält das erste Gehäuse 411 an der untersten Stufe einen ersten Raum 101, das zweite Gehäuse 406 an der mittleren Stufe einen zweiten Raum 201, und das dritte Gehäuse 402 an der obersten Stufe enthält einen dritten Raum 301.
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Wie in 3 gezeigt, sind ein Eingangsanschluss 421 und ein Ausgangsanschluss 422 an einer Seite des dritten Gehäuses 402 vorgesehen. Der Eingangsanschluss 421 ist mit einem Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 verbunden. Ein Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 ist mit dem Ausgangsanschluss 422 verbunden. Wie später beschrieben wird, sind der Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 und der Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 in dem zweiten Gehäuse 406 untergebracht. Der Eingangsanschluss 421 und der Ausgangsanschluss 422 sind so vorgesehen, dass sie sich parallel benachbart zu einem Eckabschnitt der einen Seite des dritten Gehäuses erstrecken.
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An einer Seite des ersten Gehäuses 411 sind ein Einlassanschluss 431, in den ein Kühlmittel wie etwa Kühlwasser eingespeist wird, und ein Auslassanschluss 432, durch den das Kühlmittel ausgespeist wird, vorgesehen. Wie in 4 gezeigt, ist ein zweiter Durchgang 251 an einem Bodenabschnitt 402a des dritten Gehäuses 402 vorgesehen, und ein erster Durchgang 151 ist an einem Bodenabschnitt 406a des zweiten Gehäuses 406 vorgesehen. Der Einlassanschluss 431, der zweite Durchgang 251, der erste Durchgang 151 und der Auslassanschluss 432 kommunizieren miteinander, und das am Einlassanschluss 431 eingespeiste Kühlmittel fließt durch das dritte Gehäuse 402 und das zweite Gehäuse 406 in der Reihenfolge: zweiter Durchgang 251, erster Durchgang 151 und Auslassanschluss 432, und wird aus dem Auslassanschluss 432 ausgespeist. So wird das gesamte Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 heruntergekühlt.
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Die Oberseite des dritten Gehäuses 402 ist durch eine obere Abdeckung 401 hermetisch abgedichtet. Die obere Abdeckung 401 besteht aus einem Metall wie etwa Eisen oder einer Aluminiumlegierung. Die obere Abdeckung 401 ist am dritten Gehäuse 402 durch Befestigungselemente 459 wie etwa Schrauben befestigt. Der Bodenabschnitt 402a des dritten Gehäuses 402 hat die Funktion einer zweiten Wand 250. Das heißt, der dritte Raum 301 und der zweite Raum 201 sind voneinander getrennt. Der Bodenabschnitt 406a des zweiten Gehäuses 406 hat die Funktion einer ersten Wand 150. Das heißt, der zweite Raum 201 und der erste Raum 101 sind voneinander getrennt.
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Ein DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 ist im dritten Raum 301 des dritten Gehäuses 402 angeordnet. Eine Hochspannungsleiterplatte 404 und eine Filterleiterplatte 405 sind im zweiten Raum 201 des zweiten Gehäuses 406 untergebracht. Ein Hochspannungsschaltungsabschnitt 280 und ein Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 sind auf der Hochspannungsleiterplatte 404 montiert. Ein Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 ist auf der Filterleiterplatter 405 montiert. Eine obere Kühlabdeckung 403 ist zwischen dem Bodenabschnitt 406a des zweiten Gehäuses 406 und dem drittem Gehäuse 402 angeordnet. Die obere Kühlabdeckung 403 verschließt die offene Oberfläche des zweiten Durchgangs 251.
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Eine Steuerleiterplatte 410, ein Chassis 409 und eine PFC-Leiterplatte 408 sind im ersten Raum 101 des ersten Gehäuses 411 untergebracht. Ein Schaltkreisabschnitt 110 ist auf der PFC-Leiterplatte 408 montiert. Ein Steuerschaltungsabschnitt, der den Betrieb eines Ladegeräts 10 und des DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitts 310 steuert, ist auf der Steuerleiterplatte 410 montiert. Um die Steuerleiterplatte 410 abzuschirmen, ist das Chassis 409 an einem Bodenabschnitt 411a des ersten Gehäuses 411 befestigt, das die Steuerleiterplatte 410 umgibt. Eine untere Kühlabdeckung 407 ist zwischen dem ersten Gehäuse 411 und dem Bodenabschnitt 406a des zweiten Gehäuses 406 angeordnet. Die untere Kühlabdeckung 407 verschließt die offene Oberfläche des ersten Durchgangs 151.
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Wie in 3 und 4 gezeigt, sind das erste Gehäuse 411 und das zweite Gehäuse 406 mit Flanschabschnitten 451 und 452 versehen, die an jeweils einer Seite mit Schraubdurchgängen versehen sind. Das zweite Gehäuse 406 und das dritte Gehäuse 402 sind mit Flanschabschnitten 454 und 455 versehen, die an jeweils einer Seite mit Schraubdurchgängen versehen sind. Vorsprünge 456, die sich über die gesamte Höhe des zweiten Gehäuses 406 erstrecken und mit Schraubdurchgängen in axialer Richtung versehen sind, sind auf der anderen Seite des zweiten Gehäuses 406 gebildet. Entsprechend den Vorsprüngen 456 sind mit Schraubdurchgängen versehene Flanschabschnitte 457 und 458 an dem ersten Gehäuse 411 bzw. dem dritten Gehäuse 402 gebildet.
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Die untere Kühlabdeckung 407 ist zwischen dem ersten Gehäuse 411 und dem Bodenabschnitt 406a des zweiten Gehäuses 406 angeordnet, die Flanschabschnitte 451 und die Flanschabschnitte 452 sind durch Befestigungselemente 453, wie etwa Schrauben, befestigt, und auch die Flanschabschnitte 457 und Vorsprünge 456 sind befestigt. Ferner ist die obere Kühlabdeckung 403 zwischen dem zweiten Gehäuse 406 und dem Bodenabschnitt 402a des dritten Gehäuses 402 angeordnet, die Flanschabschnitte 454 und Flanschabschnitte 455 sind durch Befestigungselemente 453, wie etwa Schrauben, befestigt, und auch die Flanschabschnitte 458 und Vorsprünge 456 sind befestigt. So werden die ersten bis dritten Gehäuse 411, 406 und 402 integriert, und das Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 wird erhalten, in dem der erste und zweite Durchgang 151 und 251 durch die obere und untere Kühlabdeckung 403 und 407 hermetisch abgedichtet sind.
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In Ausgestaltung 2 sind der Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 und der Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220, die im zweiten Raum 201 angeordnet sind, durch die erste Wand 150 vom Schaltkreisabschnitt 110 getrennt, der im ersten Raum 101 angeordnet ist. Ferner sind der Eingangsfilterabschnitt 210 und der Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 durch die zweite Wand von dem DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 getrennt, der im dritten Raum 301 angeordnet ist. Ferner ist der Hochspannungsschaltungsabschnitt 280 im zweiten Raum 201 angeordnet. Daher werden auch bei der Ausgestaltung 2 ähnliche Effekte wie die Effekte (1) und (2) von Ausgestaltung 1 erreicht. Zusätzlich kann in Ausgestaltung 2 ein Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 bereitgestellt werden, das für den Fall geeignet ist, dass eine Kühlung durch ein Kühlmittel wie etwa Kühlwasser benötigt wird.
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- Ausgestaltung 3 -
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6(A) ist eine perspektivische Außenansicht von Ausgestaltung 3 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung, und 6(B) ist ein Querschnitt entlang der Linie VIB-VIB in 6(A).
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Das Erscheinungsbild von Ausgestaltung 3 entspricht dem in 3 als Ausgestaltung 2 gezeigten. Der Unterschied zwischen Ausgestaltung 3 und Ausgestaltung 2 ist, dass Ausgestaltung 3 eine Konfiguration hat, in der ein Steuerschaltungsabschnitt 500, der dieselbe Funktion wie der in Ausgestaltung 2 im ersten Raum 101 untergebrachte Steuerschaltungsabschnitt 410 hat (siehe 4), im zweiten Raum 201 des zweiten Gehäuses 406 untergebracht ist. Der zweite Raum 201 ist vom Schaltkreisabschnitt 110 und dem DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 durch die erste Wand 150 und die zweite Wand 250 getrennt. Dadurch ist es möglich, den Einfluss von im Schaltkreisabschnitt 110 und in dem DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 erzeugtem Rauschen auf die Eingangs-/Ausgangs-Schaltungsabschnitte 210 und 220 zu unterdrücken.
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Andere Konfigurationen von Ausgestaltung 3 entsprechen denjenigen der Ausgestaltungen 1 und 2, sodass dieselben Bezugszeichen entsprechenden Elementen gegeben werden, und ihre Beschreibungen weggelassen werden. Auch in Ausgestaltung 3 können Effekte entsprechend den Effekten (1) und (2) von Ausgestaltung 1 erreicht werden. Außerdem kann in Ausgestaltung 3 der Steuerschaltungsabschnitt 500 wie in Ausgestaltung 2 gegen Rauschen abgeschirmt werden. Da in Ausgestaltung 3 der Steuerschaltungsabschnitts 500 in dem von der ersten Wand 150 und der zweiten Wand 250 abgeschirmten zweiten Raum 201 angeordnet ist, kann das Chassis 409 aus Ausgestaltung 2 überflüssig sein. Dies vereinfacht die Struktur und macht sie kostengünstig.
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- Ausgestaltung 4 -
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7(A) ist eine perspektivische Außenansicht von Ausgestaltung 4 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung, und 7(B) ist ein Querschnitt entlang der Linie VIIB-VIIB in 7(A). Der Unterschied zwischen dem Ladegerät mit integriertem DC/DC-Wandler 100 der Ausgestaltung 4 und Ausgestaltung 3 liegt darin, dass Ausgestaltung 4 eine Konfiguration hat, in der der im zweiten Raum 201 untergebrachte Steuerschaltungsabschnitt 500 in zwei Abschnitte unterteilt ist, von denen einer im ersten Raum 101 des ersten Gehäuses 411 und der andere im dritten Raum 301 des dritten Gehäuses 402 untergebracht ist. Andere Konfigurationen von Ausgestaltung 4 entsprechen denen der Ausgestaltung 3. Deswegen werden auch in Ausgestaltung 4 Effekte entsprechend denjenigen der Ausgestaltung 2 erreicht. In Ausgestaltung 4 kann der Steuerschaltungsabschnitt 500 durch Verwendung eines Chassis abgeschirmt werden, um den Steuerschaltungsabschnitt 500 vor anderen Schaltungen, die Rauschen erzeugen, zu schützen. Ferner kann der Steuerschaltungsabschnitt 500 im zweiten Raum 201 und in einem anderen Raum, dem ersten Raum 101 oder dem dritten Raum 301, angeordnet sein, indem Ausgestaltung 3 und Ausgestaltung 4 kombiniert werden. Der Steuerschaltungsabschnitt 500 kann in allen drei Räumen, erstem bis drittem Raum 101, 201 und 301, angeordnet sein.
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- Ausgestaltung 5 -
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8(A) ist eine perspektivische Ansicht von Ausgestaltung 5 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung, und 8(B) ist ein Querschnitt entlang der Linie VIIIB-VIIIB in 8(A). Der Unterschied zwischen Ausgestaltung 5 und Ausgestaltung 4 ist, dass Ausgestaltung 5 eine Konfiguration hat, in der der Eingangsanschluss 421 und der Ausgangsanschluss 422 am zweiten Gehäuse 406 befestigt sind. Wie zuvor erwähnt, ist der Eingangsanschluss 421 mit dem Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 verbunden. AC-Energie oder DC-Energie wird dem Eingangsanschluss 421 zugeführt. Der Ausgangsanschluss 422 ist mit dem Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 verbunden. Der Ausgangsanschluss 422 ist ein Ausgangsanschluss zum Zuführen von Energie zur Hochspannungsbatterie. Andere Konfigurationen von Ausgestaltung 5 entsprechen denen der Ausgestaltung 4. Deswegen werden auch in Ausgestaltung 5 Effekte entsprechend denen der Ausgestaltung 4 erreicht. Der Eingangsanschluss 421 und der Ausgangsanschluss 422 können im ersten Gehäuse 411 angeordnet sein.
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- Ausgestaltung 6 -
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9(A) ist eine perspektivische Ansicht von Ausgestaltung 6 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung, und 9(B) ist eine Draufsicht von oben auf 9(A). Der Unterschied zwischen Ausgestaltung 6 und Ausgestaltung 5 ist, dass Ausgestaltung 6 eine Konfiguration hat, in der der Eingangsanschluss 421 und der Ausgangsanschluss 422 an verschiedenen Seiten des zweiten Gehäuses 406 befestigt sind. Ein Befestigungsabschnitt 421a des Eingangsanschlusses 421 ist an einer ersten Seite des zweiten Gehäuses 406 angebracht. Ein Befestigungsabschnitt 422a des Ausgangsanschlusses 422 ist an einer zweiten Seite 472 benachbart zur ersten Seite 471 angebracht. Wie in 9(B) gezeigt, sind die axialen Richtungen des Eingangsanschlusses 421 und des Ausgangsanschlusses 422 unter einem Winkel θ von 90° in unterschiedliche Richtungen orientiert. Mit anderen Worten unterscheiden sich die Eingangsanschluss-Anbringungsoberfläche, die die erste Seite 471 ist, an der der Eingangsanschluss 421 angeordnet ist, und die Ausgangsanschluss-Anbringungsoberfläche, die die erste Seite 471 ist, an der der Ausgangsanschluss 422 angeordnet ist, um 90°.
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Andere Konfigurationen von Ausgestaltung 6 entsprechen denen der Ausgestaltung 5. Deswegen erreicht Ausgestaltung 6 Effekte entsprechend denen von Ausgestaltung 5. Indem der Eingangsanschluss 421 und der Ausgangsanschluss 422 in Ausgestaltung 6 an verschiedenen Seiten angeordnet sind, können die Anbringungswinkel von Verbindungsanschlüssen externer elektrischer Vorrichtungen frei angepasst werden und Layout-Änderungen vorgenommen werden. Das heißt, indem der Eingangsanschluss 421 und der Ausgangsanschluss 422 an benachbarten Oberflächen oder gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet werden, sodass der Winkel zwischen den Axialrichtungen unterschiedliche Werte wie 90°, 180°, 270° annimmt, können die Verbindungselemente zu externen elektrischen Vorrichtungen verkürzt und die Verkabelung vereinfacht werden. Dadurch kann das Ausmaß an Freiheit in Bezug auf Layout-Änderungen erhöht werden. Der Winkel θ zwischen den Axialrichtungen des Eingangsanschlusses 421 und des Ausgangsanschlusses 422, in anderen Worten, der Winkel θ zwischen der Eingangsanschluss-Anbringungsoberfläche und der Ausgangsanschluss-Anbringungsoberfläche können auf andere Winkel als 90°, 180° und 270° gesetzt werden, indem die Formen der Gehäuse von rechteckig auf andere polygonale Formen geändert werden.
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Der Eingangsanschluss 421 und der Ausgangsanschluss 422 können am ersten Gehäuse 411 oder am dritten Gehäuse 402 angeordnet sein. Ferner können der Eingangsanschluss 421 und der Ausgangsanschluss 422 an verschiedenen Gehäusen angeordnet sein. Des weiteren können der Eingangsanschluss 421 und der Ausgangsanschluss 422 zum Beispiel an voneinander entfernten Positionen, wie etwa an Positionen auf einer Diagonallinie, anstatt an zueinander benachbarten Positionen, angeordnet sein. Wenn der Abstand zwischen dem Eingangsanschluss 421 und dem Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 oder der Abstand zwischen dem Ausgangsanschluss 422 und dem Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 lang ist, nimmt die Störung durch Rauschen zu. Indem die Befestigungsseiten, Befestigungspositionen, und der Winkel zwischen Axialrichtungen der Gehäuse so gewählt werden, dass der Abstand zwischen dem Eingangsanschluss 421 und dem Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt 210 und der Abstand zwischen dem Ausgangsanschluss 422 und dem Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt 220 verkürzt wird, kann das Störrauschen weiter verringert werden.
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- Ausgestaltung 7 -
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10(A) und 10(B) zeigen Ausgestaltung 7 des Ladegeräts mit integriertem DC/DC-Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 10(A) eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühldurchgang durch ein Gehäuse zeigt, und 10(B) ein Querschnitt entlang der Linie XB-XB in 10(A) ist. Die als Ausgestaltung 7 dargestellten 10(A) und 10(B) zeigen detaillierter die Kühlstruktur von Ausgestaltung 2. Da die die Unterdrückung von Störrauschen betreffende Struktur in Ausgestaltung 7 derjenigen von Ausgestaltung 2 gleicht, haben entsprechende Elemente dieselben Bezugszeichen und ihre Beschreibung wird fortgelassen. Die Kühlstruktur wird nachfolgend beschrieben.
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Wie in Ausgestaltung 2 beschrieben, sind der Einlassanschluss 431, in den ein Kühlmittel eingespeist wird, und der Auslassanschluss 432, durch den das Kühlmittel ausgespeist wird, auf einer Seite des ersten Gehäuses 411 vorgesehen. Der zweite Durchgang 251 ist im Bodenabschnitt 402a des dritten Gehäuses 402, d.h. in der zweiten Wand 250, vorgesehen, und der erste Durchgang 151 ist im Bodenabschnitt 406a des zweiten Gehäuses 406, d.h. in der ersten Wand 150, vorgesehen.
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Wie in 10(A) gezeigt, verläuft der zweite Durchgang 251 im Wesentlichen ringförmig entlang des Randes des Bodenabschnitts 402a des dritten Gehäuses 402, und der erste Durchgang 151 verläuft im Wesentlichen ringförmig entlang des Randes des Bodenabschnitts 406a des zweiten Gehäuses 406.
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In dem zweiten Gehäuse 406 und dem ersten Gehäuse 411 ist ein erster Weiterleitungsdurchgang 252a gebildet, der den Einlassanschluss 431 und den Anfangsanschluss des zweiten Durchgangs 251 verbindet. Im zweiten Gehäuse 406 ist ein zweiter Weiterleitungsdurchgang 252b gebildet, der den Endanschluss des zweiten Durchgangs 251 und den Anfangsanschluss des ersten Durchgangs 151 verbindet. Im ersten Gehäuse 411 ist ein dritter Weiterleitungsdurchgang 252c gebildet, der den Endanschluss des ersten Durchgangs und den Auslassanschluss 432 verbindet. Erste bis dritte Weiterleitungsdurchgänge 252a bis 252c erstrecken sich im Wesentlichen vertikal in Bezug auf die erste Wand 150 und die zweite Wand 250 und sind an einer Seite des ersten Gehäuses 411 und der Seite 472 des zweiten Gehäuses 406 gebildet, an der der Einlassanschluss 431 und der Auslassanschluss 432 vorgesehen sind. Das über den Einlassanschluss 431 eingespeiste Kältemittel fließt der Reihe nach durch den ersten Weiterleitungsdurchgang 252a, den zweiten Durchgang 251, den zweiten Weiterleitungsdurchgang 252b, den ersten Durchgang 151, und den dritten Weiterleitungsdurchgang 252, und wird über den Auslassanschluss 432 ausgespeist. Dadurch wird die im DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt 310 und im Ladegerät 10 erzeugte Wärme abgeführt.
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Auch in Ausgestaltung 7 werden Effekte entsprechend denen der Ausgestaltung 2 erreicht. Insbesondere werden hinsichtlich der Kühleffekte folgende Effekte erreicht.
- (1) Obwohl das erste bis dritte Gehäuse 411, 406 und 402 eine Stapelstruktur haben, sind die Durchgänge, durch die das Kühlmittel fließt, zu einem Durchgang vom Einlassanschluss 431 zum Auslassanschluss 432 verbunden. Dadurch ist die Struktur vereinfacht und die Steuerung der Kühltemperatur ist erleichtert.
- (2) Erster und zweiter Durchgang 151 und 152 und erster bis dritter Weiterleitungsdurchgang 252a bis 252c wurden an den Bodenabschnitten 406a und 402a der Gehäuse 406 und 402 und den Seiten der Gehäuse 406 und 411 gebildet. Dadurch ist es möglich, die Zahl der zusätzlichen Elemente, die die Erzeugung der Durchgänge begleiten, zu vermindern, sodass eine kostengünstige Kühlstruktur erhalten wird.
- (3) In der Struktur, in der das erste bis dritte Gehäuse 411, 406 und 402 in drei Stufen gestapelt sind, können das Gehäuse 406 sowie die Gehäuse 402 und 411 an der oberen Stufe und der unteren Stufe gekühlt werden, indem der erste und zweite Durchgang 151 und 251 an Ober- und Unterseite des Gehäuses 406 an der mittleren Stufe angeordnet werden. Dadurch ist es möglich, den Kühldurchgang zu vereinfachen und die Länge des Kühldurchgangs zu vermindern. Im Ergebnis ist es ferner möglich, den Druckabfall im Kühldurchgang zu vermindern, und die Kühleffizienz zu verbessern.
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Die in den oben beschriebenen Ausgestaltungen gezeigten Eingangs-/ Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitte 210 und 220 sind lediglich Beispiele, und andere Schaltungskonfigurationen können verwendet werden. Insbesondere ist der Gleichstromsteller des Hochspannungsschaltungsabschnitts 280 beispielhaft als bidirektional beschrieben, kann aber auch ein unidirektionaler Gleichstromsteller sein. Ferner kann die Glättschaltung des DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitts 310 nach Bedarf andere Schaltungskonfigurationen haben oder weggelassen werden. Gleiches gilt für die anderen Schaltungsabschnitte; und die Schaltungskonfigurationen des Ladegeräts 10 und des DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitts 310 in den oben beschriebenen Ausgestaltungen sind lediglich Beispiele. Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise durch Verwendung anderer Schaltungskonfigurationen eingeschränkt.
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Entsprechend können diverse Abwandlungen an Gestalt und Struktur des ersten bis dritten Gehäuses 411, 406 und 402 oder der Kühlstruktur vorgenommen werden. Ferner können die oben beschriebenen Ausgestaltungen 1 bis 7 kombiniert werden.
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Obwohl oben diverse Ausgestaltungen und Abwandlungen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt. Andere Aspekte, die als in den Umfang der technischen Idee der vorliegenden Erfindung fallend angesehen werden können, sind im Umfang der vorliegenden Erfindung inbegriffen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ladegerät
- 100
- Ladegerät mit integriertem DC/DC Wandler
- 101
- erster Raum
- 110
- Schaltkreisabschnitt
- 150
- erste Wand
- 151
- erster Durchgang
- 201
- zweiter Raum
- 210
- Eingangsfilter-Schaltungsabschnitt
- 220
- Ausgangsfilter-Schaltungsabschnitt
- 250
- zweite Wand
- 251
- zweiter Durchgang
- 252a
- erster Weiterleitungsdurchgang
- 252b
- zweiter Weiterleitungsdurchgang
- 252c
- dritter Weiterleitungsdurchgang
- 280
- Hochspannungsschaltungsabschnitt
- 301
- dritter Raum
- 305
- Verbindungsabschnitt
- 310
- DC/DC-Wandler-Schaltungsabschnitt
- 406
- zweites Gehäuse
- 411
- erstes Gehäuse
- 421
- Eingangsanschluss
- 422
- Ausgangsanschluss
- 471
- erste Seite (Seite des Eingangsanschlusses)
- 472
- zweite Seite (Seite des Ausgangsanschlusses)
- 500
- Steuerschaltungsabschnitt
- S31, S32
- Schaltelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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