CN103201936B - 电动车辆用动力控制单元 - Google Patents

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Abstract

电动车辆(10)用的动力控制单元(12)具备：在行驶时使用，且由冷却部(40)的第一面(90)冷却的第一电力转换器(30)；在从车辆(10)外部的电源(70、72)的充电时使用，且由冷却部(40)的第二面(92)冷却的第二电力转换器(34)。第一电力转换器(30)和第二电力转换器(34)配设在从第一面(90)向第二面(92)的方向观察时的重叠的位置。

Description

电动车辆用动力控制单元
技术领域
本发明涉及一种从车辆外部的电源对搭载于所述车辆的蓄电装置进行充电，并从所述蓄电装置向电动机供给电力而得到所述车辆的推进动力的电动车辆用动力控制单元。
背景技术
在电动车辆中，使用了用于对电力转换器进行冷却的结构{例如，日本特开2009-267131号公报(以下称为“JP2009-267131A”)}。在JP2009-267131A中，为了对动力控制单元(PCU)(31)等进行冷却，而设置了由冷却散热片(62)、凹部(63)及冷却水通路(64)构成的冷却部(图5，段落[0051])。在该冷却部的一方的面(图5中，上侧)上设有构成PCU的逆变器用IPM(Intelligent Power Module)(39、40)。而且，在该冷却部的另一方的面(图5中，下侧)上设有空调器用的DC/DC转换器(60)及逆变器(61)(图5，段落[0050])。需要说明的是，在此所说的“空调器”并未载明表示空气压缩机或空气调节器的哪一种。
发明的概要
如上所述，在JP2009-267131A中，在冷却部的一方的面上配置逆变器用IPM，在另一方的面上配置空调器用的DC/DC转换器及逆变器，但在冷却效率的方面上还存在改善的余地。
发明内容
本发明考虑到这样的课题而提出，其目的在于提供一种能够改善对多个电力转换器的冷却效率的电动车辆用动力控制单元。
本发明的电动车辆用动力控制单元从车辆外部的电源对搭载于所述车辆的蓄电装置进行充电，并从所述蓄电装置向电动机供给电力而得到所述车辆的推进动力，所述电动车辆用动力控制单元的特征在于，具备：框体；冷却部，其配设在所述框体内部，具有第一面和隔着制冷剂通路而与所述第一面相反侧的第二面；第一电力转换器，其在所述电动车辆的行驶时使用，且由所述冷却部的第一面来冷却；第二电力转换器，其在从所述车辆外部的电源向所述蓄电装置的充电时使用，且由所述冷却部的所述第二面来冷却；第三电力转换器，其在所述电动车辆的行驶时及从所述车辆外部的电源向所述蓄电装置的充电时这两方中使用，且由所述冷却部的所述第二面来冷却；以及电力导体，其将所述第一电力转换器、所述第二电力转换器及所述第三电力转换器相互连接，所述电力导体具有：框体贯通部，其将所述框体的内外连接；冷却跨越部，其将所述冷却部的第一面侧和第二面侧连接；第一分支部，其在所述冷却部的第一面侧将所述框体贯通部、所述冷却跨越部及所述第一电力转换器连接；以及第二分支部，其在所述冷却部的第二面侧将所述冷却跨越部、所述第二电力转换器及所述第三电力转换器连接，所述第一电力转换器和所述第三电力转换器配设在从所述冷却部的第一面向第二面的方向观察时的不同的位置，所述第一电力转换器和所述第二电力转换器配设在从所述冷却部的第一面向第二面的方向观察时的重叠的位置。
根据本发明，行驶时使用的第一电力转换器及第三电力转换器隔着制冷剂通路而不重叠。而且，行驶时使用的第一电力转换器和充电时使用的第二电力转换器隔着制冷剂通路而重叠。此外，充电时使用的第二电力转换器及第三电力转换器隔着制冷剂通路而不重叠。由此，在使用共用的冷却部对第一～第三电力转换器进行冷却时，将使用时间重叠的电力转换器在不同的冷却位置进行冷却，并将使用时间不同的电力转换器隔着冷却部而在冷却部的表背的冷却位置进行冷却。因此，冷却效率提高，且能够使动力控制单元小型化。
还可以构成为，所述第一电力转换器例如为对行驶电动机进行驱动的逆变器，所述第二电力转换器例如为搭载于所述车辆的充电器，所述第三电力转换器例如为DC/DC转换器，并使所述充电器及所述DC/DC转换器的通过电流小于所述逆变器的通过电流。
还可以构成为，所述电动车辆用动力控制单元还在快速充电线上具备二极管，所述二极管由所述冷却部的第一面来冷却。
本发明的电动车辆用动力控制单元从车辆外部的电源对搭载于所述车辆的蓄电装置进行充电，并从所述蓄电装置向电动机供给电力而得到所述车辆的推进动力，所述电动车辆用动力控制单元的特征在于，具备：框体；冷却部，其配设在所述框体内部，具有第一面和隔着制冷剂通路而与所述第一面相反侧的第二面；第一电力转换器，其在所述电动车辆的行驶时使用，且由所述冷却部的第一面来冷却；第二电力转换器，其在从所述车辆外部的电源向所述蓄电装置的充电时使用，且由所述冷却部的第二面来冷却，其中，所述第一电力转换器和所述第二电力转换器配设在从所述冷却部的第一面向第二面的方向观察时的重叠的位置。
根据本发明，行驶时使用的第一电力转换器和充电时使用的第二电力转换器隔着制冷剂通路而重叠。由此，将使用时间不同的第一及第二电力转换器隔着冷却部而在冷却部的表背的冷却位置进行冷却。因此，冷却效率提高，且能够使动力控制单元小型化。
附图说明
图1是搭载有本发明的一实施方式的动力控制单元(PCU)的电动车辆的简要整体构成图。
图2是简要地表示所述PCU的框体内部的各构成要素的上下方向的位置关系的说明图。
图3是简要地表示所述PCU的多个构成要素的位置关系的立体图。
图4是表示冷却部的上表面侧的各构成要素的更具体的配置的俯视图。
图5是将所述冷却部的下表面侧的各构成要素的更具体的配置上下翻转而表示的仰视图。
图6是简略地表示所述实施方式的PCU的变形例的框体内部的各构成要素的上下方向的位置关系的说明图。
图7是表示所述变形例的冷却部的上表面侧的各构成要素的更具体的配置的俯视图。
图8是将所述变形例的冷却部的下表面侧的各构成要素的更具体的配置上下翻转而表示的仰视图。
具体实施方式
1.整体的构成的说明
[整体构成]
图1是搭载有本发明的一实施方式的动力控制单元12(以下称为“PCU12”)的电动车辆10(以下也称为“车辆10”)的简要整体构成图。车辆10除了PCU12之外，还具有行驶电动机14(以下称为“电动机14”)、高压蓄电池16(以下也称为“蓄电池16”)、12伏系统18、通常充电用连接部20、快速充电用连接部22、综合电子控制装置24(以下称为“综合ECU24”)。
PCU12具有：逆变器30(第一电力转换器)；电动机电子控制装置32(以下称为“电动机ECU32”)、充电器34(第二电力转换器)、降压型DC/DC转换器36(以下称为“降压转换器36”)(第三电力转换器)、快速充电用电路38、冷却部40、贯通端子台42(冷却跨越部)(图2等)、由上侧构件46及下侧构件48(图3)构成的框体44。
需要说明的是，在图1中，应注意的是未示出各构成要素的位置关系(PCU12的各构成要素的配置参照图2～图5进行说明)。
[驱动系统]
电动机14是三相交流无刷式，基于经由逆变器30从蓄电池16供给的电力来生成车辆10的驱动力F[N](或转矩[N·m])。而且，电动机14将通过进行再生而生成的电力(再生电力Preg)[W]向蓄电池16输出，由此对蓄电池16进行充电。再生电力Preg也可以对12伏系统18或未图示的辅机输出。
逆变器30为三相电桥型的结构，进行直流/交流转换，将直流转换成三相的交流而向电动机14供给，另一方面，将伴随再生动作的交流/直流转换后的直流向蓄电池16供给。
电动机14及逆变器30在车辆10的行驶中(包括动力运转及再生。除了特别加以区分的情况之外，以下相同)进行工作。
蓄电池16是包含多个蓄电池单体的蓄电装置(能量存储器)，可以利用例如锂离子二次电池、镍氢二次电池或电容器等。在本实施方式中，利用锂离子二次电池。在经由将框体44(图3)的内外连接的框体贯通部50(图2)而配置在逆变器30与蓄电池16之间的第一电力线56上配置有开关52、54。
电动机ECU32基于来自综合ECU24的指令、来自未图示的各种传感器等的输出而控制逆变器30，由此控制电动机14的输出(推进动力)。
[降压转换器36及12伏系统18]
降压转换器36是基于来自综合ECU24的指令，将高电压用的第一电力线56中的高电压降压而向12伏系统18输出的DC/DC转换器。
12伏系统18具有12V蓄电池60和12V负载62(辅机)。12伏系统18的各构成要素在车辆10的行驶中及蓄电池16的外部充电中均能够工作。
[外部充电系统]
如图1所示，充电器34经由通常充电用连接部20而与车辆10外部的通常充电用电源70连接。并且，将来自通常充电用电源70的输出电压(约120V)升压而向第二电力线66输出。
如图1所示，快速充电用电路38经由快速充电用连接部22而与车辆10外部的快速充电用电源72连接。并且，将来自快速充电用电源72的输出电压(约240V)向高电压用的第一电力线56供给。快速充电用电路38具有开关74、76、二极管78。
[冷却部40]
如图2及图3所示，冷却部40具有：冷却散热片80；制冷剂通路82；在制冷剂通路82的内部流通的制冷剂(未图示)；使制冷剂在制冷剂通路82内循环的泵84。冷却部40在来自综合ECU24的指令下，在车辆10的行驶中及蓄电池16的外部充电中均进行工作。
[综合ECU24]
综合ECU24对车辆10的整体进行管理，在本实施方式中，经由未图示的通信线而对高压蓄电池16的跟前的开关52、54、电动机ECU32、充电器34、降压转换器36、快速充电用电路38的开关74、76及冷却部40的泵84进行控制。
2.各构成要素的配置
图2是简要地表示PCU12的框体44内部的各构成要素的上下方向的位置关系的说明图。图3是简要地表示PCU12的多个构成要素的位置关系的立体图。图4是表示冷却部40的上侧的面(以下称为“上表面90”)侧的各构成要素的更具体的配置的俯视图。图5是将冷却部40的下侧的面(以下称为“下表面92”)侧的各构成要素的更具体的配置上下翻转而表示的仰视图。需要说明的是，在图5中将上下翻转是为了容易理解各构成要素的位置关系。换言之，在图5中，表示从框体44的俯视侧观察时的配置，在从俯视侧观察时，应注意的是图4及图5中的各构成要素的上下左右的位置一致。
如图2～图5所示，冷却部40在框体44内沿着水平方向(图2中的横向)延伸。并且，在冷却部40的上表面90上配置有逆变器30和快速充电用电路38(包括二极管78)。在冷却部40的下表面92配置有充电器34和降压转换器36。此时，逆变器30和充电器34在图2中配置在沿着上下方向观察时重叠的位置，降压转换器36和快速充电用电路38在图2中配置在沿着上下方向观察时重叠的位置。另一方面，逆变器30和降压转换器36在图2中配置在沿着上下方向观察时不同的位置。
另外，贯通端子台42将上表面90侧与下表面92侧连接。此时，如图3所示，贯通端子台42以避开冷却部40的制冷剂通路82的方式配置。
3.第一～第三电力线56、66、94的结构
为了便于说明，在上表面90侧，将逆变器30、贯通端子台42及框体贯通部50连接的部位作为第一分支部96(参照图2)。另外，在下表面92侧，将充电器34、降压转换器36及贯通端子台42连接的部位作为第二分支部98。并且，在上表面90侧，将贯通端子台42的上端的部位定义为第三分支部100。
在本实施方式中，配置在上表面90上的逆变器30及快速充电用电路38是处理相对高的电压(例如，几百伏)的部位。因此，在经由第一分支部96及第三分支部100而将蓄电池16、逆变器30及快速充电用电路38连结的第一电力线56中产生比较大的通过电流，因而使用比较粗的导线。
另一方面，配置在下表面92上的充电器34及降压转换器36是处理相对低的电压(例如，10～120伏)的部位。因此，在经由第二分支部98而将充电器34与降压转换器36连结的第二电力线66、以及将第二分支部98及第三分支部100连结的第三电力线94中产生比较小的通过电流，因此使用比较细的导线。
4.车辆10的行驶时及来自外部的充电时的各构成要素的动作
(1)车辆10的行驶时
在车辆10行驶时，蓄电池16跟前的开关52、54接通，并且逆变器30、降压转换器36及冷却部40工作。另一方面，充电器34及快速充电用电路38的开关74、76断开。
在车辆10处于动力运转状态时，经由逆变器30从蓄电池16向电动机14供给电力，从而电动机14生成车辆10的推进动力。而且，在车辆10处于再生状态时，经由逆变器30从电动机14向蓄电池16供给再生电力Preg，从而将蓄电池16充电。而且，降压转换器36将来自蓄电池16或电动机14的电力降压而向12V蓄电池60或12V负载62供给。
根据以上，在车辆10行驶时，逆变器30工作，但隔着冷却部40而对置的充电器34停止动作。因此，逆变器30被有效地冷却。同样，虽然降压转换器36工作，但快速充电用电路38断开。因此，降压转换器36被有效地冷却。
(2)基于通常充电用电源70的外部充电时
在从通常充电用电源70对蓄电池16充电时，蓄电池16跟前的开关52、54、充电器34、降压转换器36及冷却部40接通。另一方面，逆变器30及快速充电用电路38的开关74、76断开。
因此，虽然充电器34工作，但隔着冷却部40而对置的逆变器30停止动作。因此，充电器34被有效地冷却。同样，虽然降压转换器36工作，但快速充电用电路38断开。因此，降压转换器36被有效地冷却。
(3)基于快速充电用电源72的外部充电时
在从快速充电用电源72对蓄电池16充电时，蓄电池16跟前的开关52、54、快速充电用电路38的开关74、76、降压转换器36及冷却部40接通。另一方面，逆变器30及充电器34断开。
这种情况下，降压转换器36和快速充电用电路38接通，与车辆10的行驶时或来自通常充电用电源70的充电时相比，认为冷却效率降低。但是，与逆变器30及充电器34相比，降压转换器36的发热通常较小，因此能够将冷却效率的降低抑制得较小。
此外，在快速充电中的情况下，也可以将降压转换器36断开。由此，能够提高快速充电用电路38的冷却效率。
5.本实施方式的效果
如以上说明那样，行驶时使用的逆变器30及降压转换器36隔着冷却部40的制冷剂通路82而不重叠。另外，行驶时使用的逆变器30与充电时使用的充电器34隔着制冷剂通路82而重叠。而且，充电时使用的充电器34及降压转换器36隔着制冷剂通路82而不重叠。由此，在使用共用的冷却部40对逆变器30、充电器34及降压转换器36进行冷却时，将使用时间重叠的电力转换器在不同的冷却位置进行冷却，并且将使用时间不同的电力转换器隔着冷却部40的制冷剂通路82而在冷却部40的制冷剂通路82的表背的冷却位置进行冷却。因此，冷却效率提高，且能够使PCU12小型化。
在本实施方式中，充电器34及降压转换器36的通过电流小于逆变器30的通过电流。由此，能够使贯通端子台42的第三电力线94变细，能够使PCU12进一步小型化。
在本实施方式中，在作为快速充电线的第一电力线56上具备二极管78，二极管78由冷却部40的上表面90来冷却。由此，能够利用与逆变器30、充电器34及降压转换器36共用的冷却部40对二极管78进行冷却，因此无需设置二极管78专用的冷却装置。而且，由于利用冷却部40的上表面90对二极管78进行冷却，因此不需要增大贯通端子台42的直径，而能够提供紧凑的PCU12。
6.变形例
需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，当然能够基于本说明书的记载内容而采用各种结构。例如，可以采用以下的结构。
在上述实施方式中，将PCU12搭载于电动车辆10，但并不局限于此，也可以搭载于其他的对象。例如，可以将PCU12使用于船舶或航空器等移动体。或者也可以将PCU12适用于家庭用电力系统。
在上述实施方式中，仅将蓄电池16作为车辆10的驱动源，但并不局限于此。例如，也可以是除了蓄电池16之外还搭载有发动机的结构(混合动力车辆)、或者除了蓄电池16之外还搭载有燃料电池的结构(燃料电池车辆)。
在上述实施方式中，在冷却部40的上表面90侧配置了处理高电压的构成要素而在下表面92侧配置了处理低电压的构成要素，但也可以相反地在上表面90侧配置处理低电压的构成要素而在下表面92侧配置处理高电压的构成要素。
在上述实施方式中，将降压转换器36配置在下表面92侧而将快速充电用电路38配置在上表面90侧，但并不局限于此。例如图6、图7及图8所示，在作为电动车辆10的变形例的电动车辆10A(以下也称为“车辆10A”)的动力控制单元12a(以下称为“PCU12a”)中，将逆变器30及降压转换器36配置在上表面90侧而将充电器34及快速充电用电路38配置在下表面92侧。需要说明的是，对于在车辆10、10A中共用的构成要素标注同一编号而省略说明。
另外，为了便于说明，在图6中，在冷却部40的上表面90侧，将逆变器30、贯通端子台42a及框体贯通部50连接的部位作为第一分支部96a。而且，在下表面92侧，将充电器34、快速充电用电路38及贯通端子台42a连接的部位作为第二分支部98a。而且，在上表面90侧，将贯通端子台42a的上端的部位定义为第三分支部100a。
在PCU12a中，蓄电池16与逆变器30之间、及蓄电池16与快速充电用电路38之间为高电压用的电力线。即，通过上表面90侧的高电压用的第四电力线110，将蓄电池16、逆变器30及贯通端子台42a的第三分支部100a连结。另外，第二分支部98a及第三分支部100a之间由高电压用的第五电力线112连结。而且，快速充电用电路38及第二分支部98a之间由高电压用的第六电力线114连结。
另外，在PCU12a中，充电器34与第二分支部98a之间、及降压转换器36与第三分支部100a之间为低电压用的电力线。即，通过下表面92侧的低电压用的第七电力线116，将充电器34及第二分支部98a连结。而且，通过上表面90侧的低电压用的第八电力线118，将降压转换器36及第三分支部100a连结。
在上述的PCU12a中，也能够得到与上述实施方式的PCU12同样的效果。即，在PCU12a中，行驶时使用的逆变器30和充电时使用的充电器34隔着制冷剂通路82而重叠。由此，将使用时间不同的逆变器30及充电器34隔着冷却部40的制冷剂通路82在冷却部40的制冷剂通路82的表背的冷却位置进行冷却。因此，冷却效率提高，且能够使PCU12a小型化。
此外，行驶时使用的逆变器30及降压转换器36隔着制冷剂通路82而不重叠，并且充电时使用的充电器34及降压转换器36隔着制冷剂通路82而不重叠。由此，在使用共用的冷却部40对逆变器30、充电器34及降压转换器36进行冷却时，将使用时间重叠的电力转换器在不同的冷却位置进行冷却，并将使用时间不同的电力转换器隔着冷却部40而在冷却部40的表背的冷却位置进行冷却。因此，冷却效率提高，且能够使PCU12a小型化。
在上述实施方式中，将逆变器30、充电器34、降压转换器36及快速充电用电路38作为冷却部40的冷却对象，但冷却对象并不局限于此。例如，也可以将在车辆10的驾驶中用于对蓄电池16的输出电压或电动机14的输出电压进行升压或降压的DC/DC转换器(未图示)设置在逆变器30与蓄电池16之间，并将该DC/DC转换器作为冷却对象。或者还可以将冷却部40的泵84作为冷却对象。

Claims (3)

1.一种电动车辆(10)用动力控制单元(12)，其从电动车辆(10)外部的电源(70、72)对搭载于所述电动车辆(10)的蓄电装置(16)进行充电，并从所述蓄电装置(16)向电动机(14)供给电力而得到所述电动车辆(10)的推进动力，所述电动车辆(10)用动力控制单元(12)的特征在于，具备：
框体(44)；
冷却部(40)，其配设在所述框体(44)内部，具有第一面(90)和隔着制冷剂通路(82)而位于与所述第一面(90)相反侧的第二面(92)；
第一电力转换器(30)，其在所述电动车辆(10)的行驶时使用，且由所述冷却部(40)的第一面(90)来冷却；
第二电力转换器(34)，其在从所述电动车辆(10)外部的电源(70、72)向所述蓄电装置(16)的充电时使用，且由所述冷却部(40)的第二面(92)来冷却；
第三电力转换器(36)，其在所述电动车辆(10)的行驶时及从所述电动车辆(10)外部的电源(70、72)向所述蓄电装置(16)的充电时使用，且由所述冷却部(40)的所述第二面(92)来冷却；以及
电力导体(56、66、94)，其将所述第一电力转换器(30)、所述第二电力转换器(34)及所述第三电力转换器(36)相互连接，
所述电力导体(56、66、94)具有：
框体贯通部(50)，其将所述框体(44)的内外连接；
冷却跨越部(42)，其将所述冷却部(40)的第一面(90)侧和第二面(92)侧连接；
第一分支部(96)，其在所述冷却部(40)的第一面(90)侧将所述框体贯通部(50)、所述冷却跨越部(42)及所述第一电力转换器(30)连接；以及
第二分支部(98)，其在所述冷却部(40)的第二面(92)侧将所述冷却跨越部(42)、所述第二电力转换器(34)及所述第三电力转换器(36)连接，
所述第一电力转换器(30)和所述第三电力转换器(36)配设在从所述冷却部(40)的第一面(90)向第二面(92)的方向观察时的不同的位置，
所述第一电力转换器(30)和所述第二电力转换器(34)配设在从所述冷却部(40)的第一面(90)向第二面(92)的方向观察时的重叠的位置。
2.根据权利要求1所述的电动车辆(10)用动力控制单元(12)，其特征在于，
所述第一电力转换器是对作为所述电动机(14)的行驶电动机进行驱动的逆变器(30)，
所述第二电力转换器是搭载于所述电动车辆(10)的充电器(34)，
所述第三电力转换器是DC/DC转换器(36)，
所述充电器(34)及所述DC/DC转换器(36)的通过电流小于所述逆变器(30)的通过电流。
3.根据权利要求2所述的电动车辆(10)用动力控制单元(12)，其特征在于，
所述电动车辆(10)用动力控制单元(12)还在快速充电线上具备二极管(78)，
所述二极管(78)由所述冷却部(40)的第一面(90)来冷却。
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