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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für eine Spannungsversorgung
eines Generatormotors zum Betreiben eines Fahrzeugs, die in Fahrzeuge
eingebaut sind, die einen Generatormotor für die Drehung der Antriebswelle
des Fahrzeugs haben, wie zum Beispiel Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge.
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Es
sind Kühlvorrichtungen
konventioneller Art bekannt, wie beispielsweise die in der
JP 11-195437 A beschriebene
Kühlvorrichtung
für elektrische
Einrichtungen in Fahrzeugen, die eine Batterie oder andere elektrische
Hochspannungseinrichtungen durch den Betrieb eines Ventilators kühlen, der über Kanäle, die
mit dem Fahrzeuginnenraum kommunizierende Ansaugöffnungen haben, Luft aus dem
Fahrzeuginnenraum ansaugt, und die die Innenluft aus dem Fahrzeug
zum Kühlen
der elektrischen Hochspannungseinrichtungen wie zum Beispiel der Batterie
nutzen.
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Bei
konventionellen Kühlvorrichtungen
der oben genannten Art kann die Temperatur der Batterie oder anderer
elektrischer Hochspannungseinrichtungen jedoch erheblich ansteigen.
Die Innentemperatur des Fahrzeugs kann nämlich sehr hoch werden, wenn
das Fahrzeug zum Beispiel im Sommer längere Zeit steht. Da die Ansaugöffnungen
der Kanäle
mit dem Fahrzeuginnenraum kom munizieren, kann die heiße Innenluft
des Fahrzeugs auch bei abgeschaltetem Ventilator in und durch die
Kanäle
gelangen, so dass die Temperatur der Einrichtungen möglicherweise übermäßig ansteigt.
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In
Reaktion auf diese Art von Problem hat man unter anderem überlegt,
den Kanal länger
zu bemessen, um auf diese Weise zu verhindern, dass die eine hohe
Temperatur aufweisende Luft im Inneren des Fahrzeugs zu den elektrischen
Hochspannungseinrichtungen gelangt, wenn der Ventilator abgeschaltet
ist. Jedoch führt
eine derartige Kühlvorrichtung
zu größeren Abmessungen
und zu einem höheren
Gewicht der Vorrichtung und bedingt dadurch zu höheren Herstellungskosten.
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Die
US 2001/0026887 A1 offenbart
eine Kühlanordnung
für eine
Spannungsversorgung eines Generatormotors zum Betreiben eines Fahrzeugs, wobei
die Spannungsversorgung ein Gehäuse
aufweist, in dem ein Batteriegehäuse
mit Batterien angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen Lufteinlasskanal
und einen Luftauslasskanal aufweist, so dass mittels eines Ventilators
Luft durch das Gehäuse
geblasen werden kann. Der Lufteinlasskanal befindet sich an einem
unteren Abschnitt des Gehäuses,
während der
Luftauslasskanal an einem oberen Abschnitt des Gehäuses angeordnet
ist.
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Auch
die
JP 11-195437 A offenbart
eine Kühlanordnung
für eine
Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug, wobei eine in einem
Gehäuse
untergebrachte Batterie durch von einem Ventilator erzeugte Luftströmung gekühlt wird.
Ein Lufteinlasskanal der Kühlanorndung
tritt an einem unteren Abschnitt in das Gehäuse ein, die Kühlluft durchströmt das Gehäuse von
unten nach oben und an einem oberen Abschnitt verlässt die
Kühluft
das Gehäuse durch
den Auslasskanal.
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Eine
weitere Kühlanordnung
für eine
Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug ist aus der
US 6,094,927 bekannt und ist für die Installation unter
den Fahrzeugsitzen eingerichtet. Ein im Heckbereich des Kraftfahrzeugs
installierter Ventilator bläst Kühlluft durch
ein in Fahrtrichtung langgestrecktes Batteriegehäuse sowie durch im vorderen
Abschnitt des Fahrzeugs angeordnete elektrische Schaltkreise. Zwischen
den einzelnen Batteriezellen sind Luftströmungskanäle so eingerichtet, dass Kühlluft zwischen
benachbarten Batteriezellen jeweils von oben nach unten strömt.
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Die
US 5,773,755 offenbart Outdoor-Equipment,
in welchem elektronische Bauteile mittels verschiedener Ventilatoren
gekühlt
werden.
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In
Anbetracht der oben beschriebenen Umstände war es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Kühlanordnung
für eine
Spannungsversorgung eines Generatormotors zum Betreiben eines Fahrzeugs
bereitzustellen, welche möglichst
kompakt und von geringem Gewicht ist, und welche Hochleistungsspannungseinrichtungen
wirksamer kühlen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Kühlanordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Damit wird erfindungsgemäß eine Kühlvorrichtung
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen vorgeschlagen, die elektrische Hochspannungseinrichtungen
(in der folgenden Ausführungsform
eine Batterie 5, ein Wechselrichter 7 und ein DC/DC-Wandler) unter Verwendung
von Kühlluft kühlt, wobei
diese Vorrichtung mit einer Gerätebox (wie
die Gerätebox 70 in
der nachstehend beschriebenen Ausführungsform) versehen ist, in
der Kühlluft, die
von einem Einlasskanal (wie z. B. der Einlasskanal 10 in
der nachstehend beschriebenen Ausführungsform), der eine Kühllufteinlassöffnung hat
(wie z. B. der Kühllufteinlass 11 in
der nachstehend beschriebenen Ausführungsform) eingeleitet wird,
zu einem Auslasskanal (wie z. B. der Auslasskanal 40 in der
nachstehend beschriebenen Ausfüh rungsform) geleitet
wird, der eine Kühlluftauslassöffnung hat
(z. B. die in den nachstehenden Ausführungsformen beschriebene Kühlluftauslassöffnung 41);
mit einem Ventilator (z. B. der in der folgenden Ausführungsform
beschriebene Ventilator 60), der die Kühlluft aus der Kühllufteinlassöffnung einleitet;
und mit einem Öffnungs-/Schließventil
(wie z. B. der in den nachstehenden Ausführungsform beschriebene Verschluss 13)
zum Öffnen
und Schließen
des Einlasskanals; wobei das Öffnungs-/Schließventil
aus einem elastischen Material besteht und wobei der Einlasskanal während des
Betriebs des Ventilators durch den Kühlluftstrom aus dem Inneren
des Einlasskanals geöffnet
wird.
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Wenn
der Kühlluftstrom
bei der oben beschriebenen Kühlvorrichtung
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen mittels des Ventilators zwangsweise durch
die Gerätebox
geleitet wird, öffnet
dieser Kühlluftstrom
das Öffnungs-/Schließventil. Mit
anderen Worten: Wenn die Kühlluft
auf das den Einlasskanal verschließende Öffnungs-/Schließventil trifft, öffnet der
Staudruck dieser Kühlluft
den Kühlluftströmungsweg
durch elastisches Verformen des beispielsweise aus einem elastischen
Material bestehenden Öffnungs-/Schließventils
oder durch Drehen des Öffnungs-/Schließventils
um eine geeignete Drehachse.
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Da
der Öffnungs-/Schließvorgang
des Öffnungs-/Schließventils
mit dem Betrieb des Ventilators verknüpft ist, kann der Einlasskanal
geschlossen bleiben, wenn der Ventilator nicht läuft. Zum Beispiel lässt sich
selbst bei einem Temperaturanstieg der Innenraumluft des Fahrzeugs
verhindern, dass die heiße
Luft in die Einrichtungsbox eindringt.
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Es
ist also möglich,
die elektrischen Hochspannungseinrichtungen mittels einer einfachen
und preiswerten Konstruktion, bei der ein aus einem elastischen
Material bestehendes Öffnungs-/Schließventil
im Inneren des Einlasskanals vorgesehen ist, wirksam zu kühlen.
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Bei
dieser Kühlvorrichtung
für elektrische Hochspannungseinrichtungen
kann der Einlasskanal aus einem Harzschaum bestehen.
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Bei
dieser Kühlvorrichtung
für elektrische Hochspannungseinrichtungen
werden nicht nur die wärmeisolierenden
Eigenschaften verbessert, indem der Einlasskanal aus diesem Harzschaum
hergestellt wird. Es kann ebenso das Gewicht der Vorrichtung verringert
werden. Auch verfügt
man anders als im Falle der Herstellung des Einlasskanals durch
Blasformen etc. über
einen größeren Freiraum
für die Formgebung
bei der Herstellung.
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1 ist
eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlkonstruktion
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen.
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2 ist
eine diagonale Perspektive einer zerlegten Kühlvorrichtung für elektrische
Hochspannungseinrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung bei Betrachtung von der Frontseite des Fahrzeugs.
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3 ist
eine Querschnittsdarstellung der Kühlvorrichtung für elektrische
Hochspannungseinrichtungen gemäß dieser
Ausführungsform.
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4 ist
eine Vorderansicht der Kühlvorrichtung
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen gemäß dieser
Ausführungsform
bei Betrachtung von der Frontseite des Fahrzeugs.
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5 ist
eine Vorderansicht der Kühlvorrichtung
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen gemäß dieser
Ausführungsform
bei Betrachtung von der Frontseite des Fahrzeugs, wobei ein Bereich
der Konstruktion weggenommen wurde.
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6 ist
eine Rückansicht
der Kühlvorrichtung
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen gemäß dieser
Ausführungsform
bei Betrachtung von der Rückseite
des Fahrzeugs.
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7 ist
ein Vertikalschnitt durch den Batteriegehäusebereich in der Kühlvorrichtung
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen gemäß dieser Ausführungsform.
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8 ist
eine vergrößerte Darstellung
der in 7 gezeigten Hauptkomponenten.
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9 ist
ein Vertikalschnitt durch den Wechselrichtergehäusebereich in der Kühlvorrichtung
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen gemäß dieser
Ausführungsform.
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10 ist
eine vergrößerte Darstellung
der in 9 gezeigten Hauptkomponenten.
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11 ist
eine perspektivische Teilansicht, in der der Bereich um die Einlasskanäle der in 2 gezeigten
Kühlvorrichtung
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen vergrößert dargestellt
ist.
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12 ist
eine Querschnittsdarstellung entlang der in 11 gezeigten
Linie A-A.
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13 ist
eine Planaransicht der nächsten Umgebung
des Lufteinlasskanals in der in 2 dargestellten
Kühlvorrichtung
für elektrische Hochspannungseinrichtungen
bei Betrachtung aus einer der Kühllufteinlassöffnung zugekehrten
Position.
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14 ist
eine Seitenansicht des Verschlusses.
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Eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
für elektrische Hochspannungseinrichtungen
wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 erläutert. Diesbezüglich ist
anzumerken, dass das Fahrzeug in dieser Ausführungsform ein Hybridfahrzeug
ist, bei welchem die von der Batterie als Gleichstromquelle in den
Motor gespeiste Energie durch einen Wechselrichter von Gleichstrom
in Wechselstrom umgewandelt wird, und bei dem, wenn ein Teil der
Ausgangsenergie des Motors oder der kinetischen Energie des Fahrzeugs
in der Batterie gespeichert wird, die Energie durch den Wechselrichter
von Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird. Da die von dem
Wechselrichter umgesetzte Direktspannung eine Hochspannung ist,
wird ein Teil dieser Spannung durch Verwendung eines DC/DC-Wandlers
herabgesetzt. Die Kühlvorrichtung 1 für elektrische Hochspannungseinrichtungen
gemäß dieser
Ausführungsform
kühlt Batterien,
Wechselrichter und DC/DC-Wandler.
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Eine Übersicht
der Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen in dieser Ausführungsform wird im Folgenden
unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung in 1 gegeben.
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Die
Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen ist mit einem Einlasskanal 10,
einer Batteriebox 20, einem Kühlkörpergehäuse 30, einem Auslasskanal 40,
einer äußeren Box 50 und
einem Ventilator 60 versehen.
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Der
Einlasskanal 10 hat eine Kühllufteinlassöffnung 11,
die durch einen Verschluss 13 geöffnet und geschlossen wird.
Die Batteriebox 20 ist schachtelförmig, und eine obere Öffnung 21 der
Batteriebox 20 ist mit einer unteren Öffnung 12 des Einlasskanals 10 verbunden.
Eine Batterie (in 1 nicht dargestellt) ist in
der Batteriebox 20 angebracht und auf solche Weise angeordnet,
dass Kühlluft
strömen kann.
Der Kühlkörpergehäuse 30 ist
ebenfalls schachtelförmig,
und eine obere Öffnung 32b des Kühlkörpergehäuses ist
mit einer unteren Öffnung 42 des
Auslasskanals 40 verbunden. Ein Kühlkörper ist in dem Kühlkörpergehäuse 30 angebracht
und auf solche Weise angeordnet, dass Kühlluft strömen kann. Des weiteren sind
ein Wechselrichter und ein DC/DC-Wandler (beide sind in 1 nicht
gezeigt) an der Außenfläche des
Kühlkörpergehäuses 30 vorgesehen.
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Die
Batteriebox 20, das Kühlkörpergehäuse 30,
der Wechselrichter und der DC/DC-Wandler sind von der äußeren Box 50 umschlossen.
Die äußere Box 50 ist
eine versiegelte Box, die in ihrer Oberseite Öffnungen 53, 54 hat.
Eine dieser Öffnungen,
die Öffnung 53,
ist in abgedichtetem Zustand mit dem Verbindungsbereich zwischen
der unteren Öffnung 12 des
Einlasskanals 10 und der oberen Öffnung 21 der Batteriebox 20 verbunden.
Die andere Öffnung,
die Öffnung 54,
ist in abgedichtetem Zustand mit dem Verbindungsbereich zwischen
der unteren Öffnung 42 des
Auslasskanals 40 und der oberen Öffnung 32b des Kühlkörpergehäuses 30 verbunden.
Zudem schafft der Raum im Inneren der äußeren Box 50 eine Kommunikation
zwischen der unteren Öffnung 22 der Batteriebox 20 und
der unteren Öffnung 32c des Kühlkörpergehäuses 30.
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Der
Auslasskanal 40 hat einen Kühlluftauslass 41.
Ein Ventilator 60 ist an diesem Kühlluftauslass 41 vorgesehen.
Der Ventilator 60 und der Verschluss 13 sind so
ausgelegt, dass sie gemeinsam arbeiten. Das heißt, wenn sich der Ventilator 60 dreht, öffnet der
Verschluss 13, und wenn der Ventilator 60 anhält, schließt der Verschluss 13.
Die Batteriebox 20, das Kühlkörpergehäuse 30 und die äußere Box 50 bilden
eine Einrichtungsbox 70.
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Bei
einer auf diese Weise gebauten Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen öffnet
der Verschluss 13, wenn sich der Ventilator 60 dreht,
und es wird Kühlluft
aus der Kühllufteinlassöffnung 11 in
den Einlasskanal 10 eingeleitet. Die in den Einlasskanal 10 eingeleitete
Kühlluft
strömt von
dem Einlasskanal 10 durch die Batteriebox 20 und
wird in die äußere Box 50 ausgestoßen. Wenn die
Kühlluft
die Batteriebox 20 durchströmt, findet eine Wärmeaustausch
mit der Batterie 20 statt, so dass als Ergebnis die Batterie
gekühlt
wird. Der Ausstoß der
Kühlluft
in die äußere Box 50 erfolgt
erst nach einem leichten Temperaturanstieg. Es ist anzumerken, dass
die Speisungstemperatur der Batterie gering ist, weshalb die Temperatur
zum Kühlen
des Wechselrichters und des DC/DC-Wandlers ausreicht, auch wenn
die Temperatur wegen der Kühlung
der Batterie ansteigt.
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Da
die äußere Box 50 eine
versiegelte Box ist, wird die in die äußere Box 50 ausgestoßene Kühlluft in
das Kühlkörpergehäuse 30 hineingeleitet.
Mit anderen Worten: Das Innere der äußeren Box 50 bildet
einen Kühlluftströmungsweg,
der die Kühlluft,
von der die Batterie gekühlt
worden ist, zu dem Wechselrichter lenkt. Die in das Kühlkörpergehäuse 30 geleitete
Kühlluft
durchströmt
das Kühlkörpergehäuse 30 und
wird in den Auslasskanal 40 ausgestoßen. Weiterhin wird diese Kühlluft,
nachdem sie die Kühlluftauslassöffnung 41 passiert
hat, von dem Ventilator 60 aufgenommen und zur Außenseite
ausgestoßen. Außerdem findet
ein Wärmeaustausch
mit dem Kühlkörper statt,
wenn die Kühlluft
das Kühlkörpergehäuse 30 durchströmt. Die
Wärme von
dem Wechselrichter und von dem DC/DC-Wandler wird über das
Kühlkörpergehäuse 30 zum
Kühlkörper übertragen.
Als Ergebnis des Wärmeaustausches
zwischen der Kühlluft
und dem Kühlkörper 30 werden
der Wechselrichter und der DC/DC-Wandler gekühlt.
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Auf
diese Weise hat man bei einer Kühleinrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen berücksichtigt,
dass die Temperatur des Wechselrichters und des DC/DC-Wandlers höher ist
als die Speisungstemperatur der Batterie. Der Wechselrichter und
der DC/DC-Wandler werden mit Kühlluft
gekühlt,
von der bereits die Batterie gekühlt
worden ist, weshalb die Batterie, der Wechselrichter und der DC/DC-Wandler
unter Anwendung von Niedrigenergie (einem geringen Betrag von Kühlenergie)
gekühlt werden
können.
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Da
die Batterie, der Wechselrichter und der DC/DC-Wandler ferner in
einer einzigen Einrichtungsbox 70 untergebracht sind und
durch die die Einrichtungsbox 70 durchströmende Kühlluft gekühlt werden,
kann diese Konstruktion kleiner und leichter sein, als dies der
Fall ist, wenn mehrere Kühlvorrichtungen
vorgesehen sind, um jedes Element einzeln zu kühlen.
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Da
die Kühlluft
durch den Ventilator 60 außerdem zwangsverströmt wird,
können
die Batterie, der Wechselrichter und der DC/DC-Wandler mit Zuverlässigkeit
gekühlt
werden. Da weiterhin ein einziger Ventilator 60 ausreichend
ist, kann die Vorrichtung kleiner und mit leichterem Gewicht gebaut
werden.
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Im
Folgenden wird die Kühlvorrichtung
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen gemäß dieser
Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die 2 bis 14 konkret
erläutert.
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2 ist
eine Diagonalansicht einer zerlegten Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen bei Betrachtung von der Frontseite des
Fahrzeugs. 3 ist eine Querschnittsdarstellung
derselben Vorrichtung. 4 ist eine Frontansicht derselben
Vorrichtung, von der Frontseite des Fahrzeugs aus gesehen. 5 ist
eine Frontansicht derselben Vorrichtung, von der Frontseite des Fahrzeugs
aus gesehen, wobei ein Teil der Konstruktion weggenommen wurde. 6 ist
eine Rückansicht
derselben Vorrichtung, von der Rückseite
des Fahrzeugs aus gesehen. 7 ist ein
Vertikalschnitt durch den Batteriegehäusebereich in derselben Vorrichtung. 8 ist
eine vergrößerte Ansicht
der in 7 gezeigten Komponenten. 9 ist ein
Vertikalschnitt durch das Wechselrichtergehäuse in derselben Vorrichtung. 10 ist
eine vergrößerte Ansicht
der in 9 gezeigten Komponenten. 11 ist
eine perspektivische Teilansicht einer Vergrößerung des Bereichs rund um
den Einlasskanal 10 der Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen. 12 ist
eine Schnittansicht entlang der in 11 gezeigten
Linie A-A. 13 ist eine Planaransicht des
Bereichs rund um den Einlasskanal 10 in der Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen, betrachtet aus einer der Kühllufteinlassöffnung 11 zugewandten
Position. 14 ist eine Seitenansicht des
Verschlusses 13.
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Wie
in den 7 und 9 dargestellt, ist die Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen in dieser Ausführungsform zwischen einem Rücksitz 2 und
einem Kofferraum 3 des Fahrzeugs angeordnet und ist leicht
nach hinten geneigt, so dass sie entlang der Rückfläche des Rücksitzes 2 anliegt.
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Die
Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen ist mit dem Einlasskanal 10, der
Batteriebox 20, dem Kühlkörpergehäuse 30,
dem Auslasskanal 40, der äußeren Box 50 und dem
Ventilator 60 versehen.
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Der
Einlasskanal 10 und der Auslasskanal 40 sind aus
einem Harzschaum wie zum Beispiel Polypropylenschaum hergestellt,
der leicht ist und hohe Wärmeisolierungseigenschaften
besitzt.
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Wie
in den 2 und 7 gezeigt ist, ist der Kühllufteinlass 11 an
dem oberen Ende des Einlasskanals 10 vorgesehen, während die
untere Öffnung 12,
die länger
ist und einen größeren Oberflächenbereich
als der Kühllufteinlass 11 hat,
an dem unteren Ende des Einlasskanals 10 vorgesehen ist.
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Der
Kühllufteinlass 11 des
Einlasskanals 10 ist über
ein Öffnung 4a,
die in einer hinteren Ablage 4 des Fahrzeugs ausgebildet
ist, mit einem Ansauggitter 4b verbunden, das an dieser Öffnung 4a angeordnet
ist. Das Ansauggitter 4b ist an der Oberfläche und an
den Seitenflächen
des zum Innraum liegenden Bereichs des Fahrzeugs mit mehreren Ansaugöffnungen 4c versehen.
Selbst wenn die Ansaugöffnungen 4c an
der Oberfläche
blockiert sind, weil ein Gegenstand auf dem Ansauggitter 4b abgelegt
worden ist, kann die Luft im Inneren des Fahrzeugs von den Ansaugöffnungen 4c in
den Seitenflächen
immer noch in den Einlasskanal 10 geleitet werden.
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Ferner
ist, wie unten beschrieben, der Verschluss 13 in der Nähe des Kühllufteinlasses 11 in dem
Einlasskanal 10 angeordnet. Zum Beispiel ist der aus einem
elastischen Material wie EPDM-Gummi (Ethylenpropylendiengummi) oder
dergleichen bestehende Verschluss 13 in der Weise ausgelegt,
dass er um seinen oberen Abschnitt drehbar ist. In charakteristischer
Weise hängt
er unter seinem eigenen Gewicht nach unten und verschließt, wie
anhand der durchgezogenen Linie in den 7 und 12 dargestellt,
einen Strömungsweg
der Kühlluft,
indem er an einem Ventilsitz ruht, der entlang des Einlasskanals 10 vorgesehen
ist. Wenn stromabwärts
des Verschlusses 13 ein negativer Druck erzeugt wird, dreht sich
der Verschluss 13 nach oben und löst sich von dem Ventilsitz 14,
wodurch er den Kühlluftströmungsweg öffnet.
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Die 2, 6 und 9 zeigen,
dass der Kühlluftauslass 41 hinter
dem oberen Bereich des Auslasskanals 40 vorgesehen ist
und dass zwei untere Öffnungen 42 an
dem unteren Ende des Auslasskanals 40 vorgesehen sind.
Der Ventilator 60 ist an dem Kühlluftauslass 41 angeordnet,
um Kühlluft aus
dem Inneren des Auslasskanals 40 auszustoßen. Die
aus der Auslassöffnung 61 des
Ventilators 60 ausgestoßene Kühlluft wird über einen
in der Figur nicht dargestellten Kanal in den Kofferraum 3 ausgestoßen.
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Der
Einlasskanal 10 und der Auslasskanal 40 sind über die
Batteriebox 20, das Kühlkörpergehäuse 30 und
die äußere Box 50 verbunden.
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Die
Batteriebox 20 ist aus einem hochfesten Material geformt
(das zum Beispiel hergestellt wird durch Untermischen von 20 Gew.-%
Glasfaserstoff in Polyacetal). Wie in den 3 und 7 gezeigt
ist, hat die Batteriebox 20 die Form einer Schachtel mit einer
Mehrzahl von oberen Öffnungen 21 und
unteren Öffnungen 22 oben
und unten. Ein Innenraum 23 der Batteriebox bildet einen
Weg für
durchströmende Kühlluft und
umfasst auch einen Gehäuseraum,
in welchem eine Mehrzahl von Batterien 5 angebracht sind.
Kühlluft
strömt
aus den oberen Öffnungen 21 in den
Innenraum 23 der Batteriebox 20, tritt zwischen den
Batterien 5 hindurch, tauscht Wärme mit den Batterien aus und
wird dann aus der unteren Öffnung 22 zur
Außenseite
der Batteriebox 20 ausgestoßen.
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Paare
von rechten und linken Befestigungsnaben 24, 25 sind
in einer Weise vorgesehen, dass sie an der Vorderseite oben und
an der Rückseite
unten aus der Batteriebox herausragen. Die beiden oberen Befestigungsnaben 24, 24 sind
durch einen Bolzen 26a, wie in den 7 und 8 gezeigt,
in ihrer Lage an der hinteren Ablage 4 und deren Verstärkungsteil 4d fixiert.
Die beiden unteren Befestigungsnaben 25, 25 sind
durch die Bolzen 26b in ihrer Lage an einem Rohrrahmen 6a fixiert,
der in dem Kofferraum 3 in Breitenrichtung des Fahrzeugs
liegend angeordnet ist, wie das in den 6 und 7 dargestellt
ist. Die Lagefixierung des Rohrrahmens 6a erfolgt durch
Aufhängung
zwischen einem Paar von Seitenrahmen 6b, 6b, die
rechts und links im Kofferraum an dem Boden 6 des Fahrzeugs
in ihrer Lage fixiert sind. Der Rohrrahmen 6a ist etwas
höher als der
Fahrzeugboden 6 schwimmend angeordnet. Demzufolge ist die
Batteriebox 20 auf der Vorderseite oben an zwei Stellen
und auf der Rückseite
unten an zwei Stellen in ihrer Lage an dem Fahrzeugkörper fixiert.
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Das
Kühlkörpergehäuse 30 ist
aus einem hochfesten Material wie zum Beispiel Aluminium geformt.
Wie die 9 und 10 zeigen,
hat es einen Hauptkörper 31,
in dem zwei sich vertikal erstreckende schachtelförmige Zylinder 32, 32 auf
der rechten und auf der linken Seite parallel angeordnet und zu einer
Einheit verbunden sind. Die Rückfläche des Hauptkörpers 31 ist
in etwa der gleichen Ebene angeordnet wie die Rückfläche der Batteriebox 20.
Jeder Befestigungsarm 33 erstreckt sich von jedem der oberen
Frontseitenenden des Hauptkörpers 31 in Richtung
nach vorne. Das Ende des Befestigungsarms 33 bildet hochgebogene
Befestigungsflansche 34. Die Frontfläche des Befestigungsflansches 34 ist etwa
in der gleichen Ebene angeordnet wie die Frontfläche der Naben 24 an
der Oberseite der Batteriebox 20. Dieser Befestigungsflansch 34 ist
durch eine Bolzen 35a in seiner Lage an der hinteren Ablage 4 und deren
Verstärkungsteil 4d fixiert.
Zusätzlich
ist eine Befestigungsnabe 36 an jedem der unteren Rückseitenenden
des Hauptkörpers 31 vorgesehen.
Die Befestigungsnabe 36 ist durch einen Bolzen 35b in
ihrer Lage an dem Rohrrahmen 6a fixiert. Folglich ist das Kühlkörpergehäuse 30 an
zwei Stellen seiner oberen Frontseite und an zwei Stellen seiner
unteren Rückseite
in seiner Lage an dem Fahrzeugkörper
befestigt. Auf diese Weise ist es sehr sicher gehalten.
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Ein
Innenraum 32a eines jeden Zylinders 32 bildet
einen Weg für
den Kühlluftstrom.
Eine Mehrzahl von Wärme
freisetzenden Platten (Kühlkörpern) 37 ist
von der vorderen Innenwandfläche
des Zylinders 32 nach oben abragend und sich vertikal erstreckend
vorgesehen. Ein Wärme übertragender
Sockel 38 ist an dem Bereich hervorstehend angeordnet,
in dem die Wärme
freisetzende Platte 37 eines jeden Zylinders vorgesehen
ist, nämlich
an der vorderen Außenwand
des Hauptkörpers 31.
Ein Montageboden 39 ist in seiner Lage an dem Wärme übertragenden
Sockel 38 in der Weise fixiert, dass er die Vorderseite
des Hauptkörpers 31 im
wesentlichen abdeckt. Das obere Ende des Montagebodens 39 ist
innerhalb des Befestigungsarms 33 angeordnet und sein unteres
Ende erstreckt sich weiter nach unten als der Hauptkörper 31.
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Wie
in den 3 und 5 gezeigt ist, sind ein Wechselrichter 7 und
ein DC/DC-Wandler 8 an dem Montageboden 39 befestigt.
Der DC/DC-Wandler 8 reduziert die an dem Wechselrichter 7 von Wechselstromspannung
in Gleichstromspannung umgesetzte Spannung. Das Symbol 7a in 9 bezeichnet
eine Haube, die an dem Wechselrichter 7 angebracht ist
und diesen abdeckt. Die Umfangskante der Haube 7a greift
in die Außenseite
des Montagebodens 39 ein. Der Wechselrichter 7 ist
von dem Montageboden 39 und von der Haube 7a umgeben. Eine
in ihrer Konstruktion und Funktion identische Haube ist an dem DC/DC-Wandler 8 vorgesehen.
Bei einem Kühlkörpergehäuse 30 mit
einer derartigen Konstruktion wird die an dem Wechselrichter 7 und an
dem DC/DC-Wandler 8 erzeugte
Wärme über den Montageboden 39,
den Wärme
freisetzenden Sockel 38 und den Zylinder 32 zu
der Wärme
freisetzenden Platte 37 übertragen. Ein Wärmeaustausch
findet zwischen der Wärme
freisetzenden Platte 37 und der durch den Innenraum 32a des
Zylinders 33 strömenden
Kühlluft
statt.
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Die äußere Box 50 hat
die Form einer aus dünnem
Metall gebildeten Schachtel. Die Batteriebox 20, das Kühlkörpergehäuse 30,
der Wechselrichter 7 und der DC/DC-Wandler 8 sind
in der äußeren Box 50 untergebracht.
Wie 2 zeigt, ist die äußere Box 50 aus einem
schachtelförmigen
Hauptkörper 51,
der über
seine gesamte Frontfläche
offen ist, und einem die Frontfläche
des Hauptkörpers 51 verschließenden Deckel 52 zusammengesetzt.
Eine Öffnung 53, deren
Dimensionen und Form mit jenen der oberen Öffnung 21 in etwa
identisch sind, ist an der Oberfläche des Hauptkörpers 51 an
einer Position gebildet, die jener der oberen Öffnung 21 der Batteriebox 20 entspricht
(siehe 8). Außerdem
ist eine Öffnung 54,
deren Dimensionen und Form etwa gleich sind wie jene der oberen Öffnung 32b,
an der Oberfläche des
Hauptkörpers 51 an
einer Position ausgebildet, die der oberen Öffnung 32b eines jeden
Zylinders 32 in dem Kühlkörpergehäuse 30 entspricht
(siehe 10).
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Wie 10 zeigt,
ist die Umfangskante der Öffnung 54 in
der äußeren Box 50 unter
Zwischenlage eines Dichtungselements 55a auf der Umfangskante
der oberen Öffnung 32b des
Zylinders 32 in dem Kühlkörpergehäuse 30 festgelegt.
Außerdem
ist die Umfangskante der unteren Öffnung 42 in dem Auslasskanal 40 unter
Zwischenlage eines Dichtungselements 55b auf der Umfangskante
der Öffnung 54 in
der äußeren Box 50 festgelegt.
Durch die Anbringung des Auslasskanals 40 an dem Kühlkörpergehäuse 30 mittels
eines Bolzens 43 sind die obere Öffnung 32b des Kühlkörpergehäuses 30,
die Öffnung 54 der äußeren Box 50 und
die untere Öffnung 42 des
Auslasskanals 40 in einem abgedichteten Zustand zusammengeschlossen.
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Wie 8 zeigt,
ist die Umfangskante der Öffnung 53 in
der äußeren Box 50 unter
Zwischenschaltung eines Dichtungselements 55c auf der Umfangskante
der oberen Öffnung 21 in
der Batteriebox 20 fixiert. Weiterhin ist die Umfangskante
der unteren Öffnung 12 in
dem Einlasskanal 10 unter Zwischenschaltung eines Dichtungselements 55d auf
der Umfangskante der Öffnung 53 in
der äußeren Box 50 fixiert.
Durch Festlegen des Einlasskanals 10 in seiner Lage an
der Batteriebox 20 durch ein nicht dargestelltes Befestigungsmittel
sind die obere Öffnung 21 der Batteriebox 20,
die Öffnung 53 der äußeren Box 50 und
die untere Öffnung 12 des
Einlasskanals 10 in einem abgedichteten Zustand zusammengeschlossen.
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Ein
Flansch 51a ist an der Umfangskante der Frontöffnung in
der äußeren Box 50 vorgesehen.
Der Rand des Deckels 52 ist durch Schrauben 56 in
seiner Lage an dem Flansch 51a fixiert. Der Flansch 51a ist
etwa in der gleichen Ebene angeordnet wie die Frontfläche der
Nabe 24 im oberen Bereich der Batteriebox 20 und
die Frontfläche
des Befestigungsflansches 34 des Befestigungsarms 33 in
dem Kühlkörpergehäuse 30.
In dem Flansch 51a sind Ausschnitte vorgesehen, damit die
Nabe 24 und der Befestigungsflansch 34 einander
nicht behindern.
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Das
untere Ende der Batteriebox 20 ist von dem Boden der Innenfläche der äußeren Box 50 getrennt
(siehe 7). Das untere Ende des Montagebodens, das an
dem Kühlkörpergehäuse 30 angeordnet
ist, und das untere Ende des Hauptkörpers 31 des Kühlkörpergehäuses 30 sind
von dem Boden der Innenfläche
der äußeren Box 50 getrennt
(siehe 9). In der abgedichteten Box 50 ist der
Kühlluftweg 57 gebildet,
der mit der unteren Öffnung 22 der Batteriebox 20 und
mit der unteren Öffnung 32c des Zylinders 32 in
dem Kühlkörpergehäuse 30 kommuniziert.
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Wie
die 7 und 9 zeigen, wird diese äußere Box
in ihrer Lage zwischen dem Befestiger für den Rohrrahmen 6a und
den unteren Befestigungsnaben 25 in der Batteriebox 20 und
dem Befestiger für
den Rohrrahmen 6a und der Befestigungsnabe 36 in
dem Kühlkörpergehäuse 30 gehalten.
Außerdem
sind der Deckel 52 und der untere Flansch 51a in
der äußeren Box 50 mittels
eines Bolzens 6d in ihrer Lage an einem Stützrahmen 6c gehalten,
der entlang der Breitenrichtung des Fahrzeugbodens 6 angeordnet
ist. Wie in 10 gezeigt ist, wird die äußere Box 50 in
ihrer Lage zwischen dem Kühlkörpergehäuse 30 und
dem Auslasskanal 40 in deren Befestigungsbereichen durch
einen Bolzen 43 gesichert. In dieser Ausführungsform
bilden die äußere Box 50,
die Batteriebox 20 und das Kühlkörpergehäuse 30 die Einrichtungsbox 70.
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Der
in dem Einlasskanal 10 angeordnete Verschluss 13 wird
nunmehr unter Bezugnahme auf die 11 bis 14 erläutert.
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Wie 14 zeigt,
ist der Verschluss 13 als eine Platte aus elastischem Material
wie beispielsweise EPDM-Gummi (Ethylenpropylendiengummi) ausgebildet
und ist mit Befestigungsteilen 13a, ... 13a versehen,
die herausnehmbar in Befestigungslöcher 10a, .... 10a eingreifen,
die in dem Einlasskanal 10 vorgesehen sind, wie das zum
Beispiel in den 11 und 13 dargestellt
ist.
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Die
Befestigungsteile 13a, .... 13a des Verschlusses 13 sind
auf solche Weise in die Befestigungslöcher 10a, ... 10a eingesetzt,
dass sie von der Innenseite des Einlasskanals 10 nach außen gerichtet
sind, und sie sind derart angebracht, dass sie von der Außenfläche des
Einlasskanals 10 in einer senkrechten Richtung nach außen abragen.
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Jedes
Befestigungsteil 13a des Verschlusses 13 hat zum
Beispiel eine Achse 13b, deren Durchmesser in etwa jenem
des Befestigungslochs 10a des Einlasskanals 10 entspricht,
und einen Vorsprung 13c, der sich an einer geeigneten Stelle
entlang der Achse 13b weitet. Zudem ist ein Bereich 13d mit
erweitertem Durchmesser in einer zu dem Vorsprung 13c senkrechten
Richtung vorgesehen, um die Außenfläche der
Achse 13b und die Außenfläche des
Vorsprungs 13c harmonisch zu verbinden.
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Der
Vorsprung 13c dient zum Verhindern des Herausziehens des
in dem Befestigungsloch 10a angebrachten Befestigungsteils 13a.
Der Bereich 13d mit erweitertem Durchmesser erleichtert
zum Beispiel das Einsetzen des Vorsprungs 13c in das Befestigungsloch 13a.
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Wenn
das Befestigungsteil 13a in dem Befestigungsloch 10a,
wird das Befestigungsteil 13a zuerst in das Befestigungsloch 10a eingesetzt.
Die innere Umfangsfläche
des Befestigungsloches 10a wird dann einer elastischen
Verformung unterzogen, während
es über
den Bereich 13d mit erweitertem Durchmesser und den Vorsprung 13c bewegt
wird, die einen größeren Durchmesser
als das Befestigungsloch 10a haben, wobei das Befestigungsteil 13a zum
Beispiel zur Außenseite
des Einlasskanals 10 herausgezogen wird. Wenn sich die
innere Umfangsfläche
des Befestigungsloches 10a über den vorspringenden Bereich 13c hinweg
bewegt hat, ist das Befestigungsteil 13a komplett durchgezogen.
Infolgedessen ist das Befestigungsteil 13a in seiner Lage
derart fixiert, dass die Peripherie des Befestigungsloches 10a zwischen
dem Verschluss hauptkörper 13e und
dem vorspringenden Teil 13c und erweiterten Bereich 13d,
die über
das Befestigungsloch 10a hervorstehen, gehalten ist.
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Der
Verschluss 13 ist in der Weise ausgebildet, dass er sich
um das Befestigungsteil 13a, das aus dem Befestigungsloch 10a zur
Außenseite
hervorsteht, drehen kann oder elastisch verformbar ist. Wenn der
Ventilator 60 angehalten wird, legt sich der Verschluss 13 aufgrund
seines eigenen Gewichts an einen entlang des Einlasskanals 10 ausgebildeten Ventilsitzes 14 und
verschließt
den Weg für
den Kühlluftstrom
in dem Einlasskanal 10.
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Wenn
auf der stromabwärtigen
Seite des Verschlusses 13 ein negativer Druck erzeugt wird, dreht
sich der Verschluss 13 unter dem Winddruck der zwangsbewegten
Kühlluft
in der vertikalen Richtung. Alternativ dazu wird der Verschluss 13 elastisch verformt
und bewegt sich von dem Ventilsitz 14 weg. infolgedessen öffnet der
Verschluss 13 den Weg für den
Kühlluftstrom
in dem Einlasskanal 10.
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Bei
einer in dieser Weise ausgebildeten Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen entsteht in dem Einlasskanal 10 ein
negativer Druck, wenn sich der Ventilator 60 dreht. Folglich
dreht sich der Verschluss 13 in Richtung nach oben, hebt
sich von dem Ventilsitz 14 ab und öffnet den Weg für den Kühlluftstrom.
Das Ergebnis ist, dass im Innenraum des Fahrzeugs vorhandene Luft als
Kühlluft
aus den Ansaugöffnungen 4c des
Ansauggitters 4b in den Einlasskanal 10 geleitet
wird und aus der unteren Öffnung 12 des
Einlasskanals 10 über
die obere Öffnung 21 der
Batteriebox 20 in den Innenraum 23 der Batteriebox 20 strömt. Die
Luft strömt
dann zwischen den Batterien 5 in dem Innenraum 23 hindurch
und bewegt sich stromabwärts.
Die den Innenraum 23 durchströmende Luft im Fahrzeuginneren
(nachstehend "Kühlluft" genannt) wird einem
Wärmeaustausch
mit den Batterien 5 unterzogen. Infolgedessen werden die
Batterien 5 gekühlt, und
die Kühlluft
erfährt
aufgrund der Erwärmung
einen leichten Temperaturanstieg. Da aber die Speisungstemperatur
der Batterien 5 niedrig ist, ist das Ausmaß dieses
Temperaturanstieges auch dann gering, wenn die Kühllufttemperatur nach dem Wärmeaustausch
mit den Batterien 5 ansteigt. Deshalb ist die Temperatur
der Kühlluft
ausreichend niedrig, um den Wechselrichter 7 und den DC/DC-Wandler 8 zu kühlen. Die
Kühlluft,
mit welcher die Batterien 5 gekühlt wurden, wird aus der Öffnung 22 der
Batteriebox 20 in die äußere Box 50 ausgestoßen.
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Da
die äußere Box 50 dicht
verschlossen ist und da nur der Innenraum 32a der Zylinder 32 in
dem Kühlkörpergehäuse 30 als
Strömungsweg
dient, den die Kühlluft
entlangströmen
kann, strömt
die aus der Batteriebox 20 in die äußere Box 50 ausgestoßene Kühlluft entlang
des Kühlluftströmungsweges 57, strömt aus der
unteren Öffnung 32c der
Zylinder 32 in den Innenraum 32a der Zylinder 32,
strömt
zwischen den Heizplatten 37 hindurch und steigt durch den
Innenraum 32a nach oben. Die den Innenraum 32a durchströmende Kühlluft wird
einem Wärmeaustausch
mit der Heizplatte 37 unterzogen. Demzufolge wird die Heizplatte 37 gekühlt und
die Kühlluft
erfährt mit
der Erwärmung
einen Temperaturanstieg. Da die an dem Wechselrichter 7 und
an dem DC/DC-Wandler 8 erzeugte Wärme auf die Heizplatten 37 im
Inneren der Zylinder 32 übertragen wird, werden der Wechselrichter 7 und
der DC/DC-Wandler 8 durch die Kühlung der Heizplatte 37 gekühlt.
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Die
Kühlluft,
deren Temperatur infolge des Wärmeaustausches
mit der Heizplatte 37 angestiegen ist, strömt aus der
oberen Öffnung 32b eines
jeden Zylinders 32 in dem Kühlkörpergehäuse 30 durch die untere Öffnung 42 des
Auslasskanals 40 und wird in den Auslasskanal 40 ausgestoßen. Weiterhin
wird diese Kühlluft
aus dem Kühlluftauslass 41 des
Auslasskanals 40 in den Ventilator 60 angesaugt. Danach
wird die Kühlluft
aus der Austrittsöffnung 61 des
Ventilators über
eine in der Figur nicht gezeigte Leitung in den Kofferraum 3 ausgestoßen.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird bei einer Kühlvorrichtung 1 für elektrische
Hochspannungseinrichtungen gemäß vorliegender
Ausführungsform
der Luftströmungsweg
des Ansauggitters 4b durch den Verschluss 13 verschlossen,
wenn sich der Ventilator 60 nicht dreht. Indem man verhindert,
dass Luft aus dem Innenraum des Fahrzeugs über den Kühllufteinlass 11 eingeleitet
wird, lässt
sich auch verhindern, dass Innenluft des Fahrzeugs, die sich aufgrund
der direkten Sonnenbestrahlung der hinteren Ablage 4 des
abgestellten Fahrzeugs erwärmt
hat, in die Einrichtungsbox 70 gelangt. Eine zu starke
Erwärmung der
Batterien 5, des Wechselrichters 7 und des DC/DC-Wandlers 8 kann
daher vermieden werden.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
elektrische Hochspannungseinrichtungen mit Hilfe einer einfachen
und preiswerten Konstruktion, bei der ein aus einem elastischen
Material bestehender Verschluss 13 vorgesehen ist, wirksam
zu kühlen.
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Da
der Einlasskanal 10 ferner aus einem Harzschaum wie beispielsweise
Polypropylenschaum hergestellt ist, der wenig wiegt und sehr gute Wärmeisolierungseigenschaften
besitzt, kann die wärmeisolierende
Wirkung verbessert werden, und die Vorrichtung kann mit einem geringeren
Gewicht ausgebildet werden. Hinzu kommt der im Vergleich zum Blasformen
größere Freiraum
hinsichtlich der Formgebung.
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Zum
Beispiel wird bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
die Kühlluft
mit Hilfe des stromabwärts
der Einrichtungsbox 70 vorgesehenen Ventilators 60 angesaugt.
Jedoch kann der Ventilator 60 zum Beispiel auch auf der
stromaufwärtigen
Seite angeordnet sein, und die Kühlluft
wird unter Druck zur Einrichtungsbox 70 weitergeleitet.
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Außerdem ist
das Fahrzeug in der vorstehend erläuterten Ausführungsform
ein Hybridfahrzeug. Die Erfindung kann jedoch auch auf ein Elektrofahrzeug,
das nur mit einem Motor läuft,
gerichtet werden.
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Die
vorliegende Erfindung zielt auf die wirksame Kühlung von elektrischen Hochspannungseinrichtungen
mit einer klein- und leichtbauenden Vorrichtung. Die Kühlkonstruktion
für elektrische
Hochspannungseinrichtungen ist zum Kühlen von Batterien, die einen
Betätigungsmotor über einen
Wechselrichter mit Elektrizität
versorgen, und des Wechselrichters durch die Verwendung von Kühlluft vorgesehen
und sie umfasst eine Einrichtungsbox zum Leiten von Kühlluft,
die von einem Kühllufteinlass
eingeleitet wird, in einen Kühlluftauslass,
und einen Ventilator zum Einführen
von Kühlluft
aus dem Kühllufteinlass. Ein
aus einem elastischen Material bestehender Verschluss verschließt den Kühlluftströmungsweg,
und wenn aufgrund des Betriebs des Ventilators stromabwärts des
Verschlusses ein negativer Druck erzeugt wird, erfährt der
Verschluss eine elastische Verformung, in deren Folge der Kühlluftströmungsweg
geöffnet
wird.