DE112007001369B4

DE112007001369B4 - Fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung und Fahrzeug mit der darin angebrachten Vorrichtung

Info

Publication number: DE112007001369B4
Application number: DE112007001369T
Authority: DE
Inventors: Ryoji Hironaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: JP2007329003A; CN101461291B; WO2007142173A1; JP4577276B2; US20090251843A1; CN101461291A; DE112007001369T5

Abstract

Fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung mit: einem leitfähigen Gehäuse (2); einer Steuerplatine (17), die in dem Gehäuse untergebracht ist; einem Entladespalt (18), der zwischen einem bei der Steuerplatine gebildeten, leitfähigen Muster (92) und dem Gehäuse zur Entladung vorgesehen ist, wenn eine Hochspannung beaufschlagt wird, die nicht weniger als eine vorbestimmte Spannung beträgt; und einer leitfähigen Platte (50), die die Steuerplatine bedeckt und mit dem leitfähigen Muster elektrisch verbunden ist, wobei der Entladespalt zwischen der leitfähigen Platte und dem Gehäuse gebildet ist, wobei die leitfähige Platte beinhaltet: einen ersten Abschnitt (52), der die Steuerplatine bedeckt; und einen zweiten Abschnitt (80), der außerhalb des ersten Abschnitts vorgesehen ist und einen Entladeweg bildet, wobei ein Abstand der engsten Annäherung zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Gehäuse kürzer als ein Abstand der engsten Annäherung zwischen dem ersten Abschnitt und dem Gehäuse ist, und wobei ein...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine in einem Fahrzeug anzubringende elektronische Vorrichtung, insbesondere auf einen Aufbau zum Schützen der fahrzeugeigenen elektronischen Vorrichtung.
Stand der Technik
Um Schutz gegen statische Elektrizität oder Überspannung zu bieten, wird im Allgemeinen in einer elektronischen Vorrichtung ein Schutzelement zum Entfernen der Überspannung vorgesehen. Eine elektronische Steuervorrichtung für ein Motorfahrzeug mit einem derartigen darin angebrachten Schutzelement ist in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2003-151796 offenbart.
Diese elektronische Steuervorrichtung ist eine elektronische Steuervorrichtung für ein Motorfahrzeug, die aus einer mit einem Gehäuse verbundenen Behältermasse und einer mit der Behältermasse verbundenen elektronischen Schaltung aufgebaut ist. Diese elektronische Schaltung weist eine Signalleitung zum Übertragen eines Ausgangssignals von einem Sensor zu einer integrierten Schaltung, ein Verbindungselement mit einem Anschluss der Signalleitung und einer Steuermasse, eine Kapazität, die auf einen zwischen der Signalleitung und der Behältermasse vorgesehenen EMV-Schutz gerichtet ist, sowie ein elektrostatisches Schutzelement auf, das ermöglicht, die an der Kapazität anliegende Ladung zu der Behältermasse zu entladen.
Eine Invertereinheit, die in einem elektrischen Fahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angebracht ist und mit einem Motor zum Antreiben des Fahrzeugs verbunden ist, wird nachstehend als ein Beispiel der elektronischen Vorrichtung für das Fahrzeug beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass andere elektronische Vorrichtungen für ein Fahrzeug ein ähnliches Problem aufweisen.
In einem Gehäuse einer Invertereinheit ist eine mechanische Präzisionseinrichtung untergebracht. Zu einem Zeitpunkt, zu dem eine Neigung zum Aufbauen von statischer Elektrizität besteht, wie in der Winterjahreszeit, kann statische Elektrizität an einem Anschluss eines mit dem Gehäuse geerdeten Verbindungselements anliegen, was zu einem Schaden an der mechanischen Präzisionseinrichtung führt. In diesem Fall ist es vorzuziehen, zu ermöglichen, dass statische Elektrizität auf dem Weg von dem Anschluss zu der mechanischen Präzisionseinrichtung zu einer Erdmasse abfließt.
13 zeigt ein erstes Studienbeispiel eines Verbindungselements zwischen einer Invertereinheit und einer Steuer-ECU (elektronische Steuereinheit, ”Electric Control Unit”).
Unter Bezugnahme auf 13 sind eine Steuer-ECU 508 und eine Invertereinheit 502 mit einer Signalleitung 134 und einer Masseleitung 132 verbunden.
Auf Seiten der Steuer-ECU 508 ist eine Zener-Diode D12 zwischen der Signalleitung 134 und der Masseleitung 132 vorgesehen, und ist die Masseleitung 132 mit einem Gehäuse der Steuer-ECU 508 elektrisch verbunden. Das Gehäuse der Steuer-ECU 508 ist mit einer Erdmasse GNDB elektrisch verbunden.
Demgegenüber sind auf Seiten der Invertereinheit 502 die Signalleitung 134 und die Masseleitung 132 mit einer Steuerplatine 516 des Inverters innerhalb eines Gehäuses verbunden. Auf der Steuerplatine 516 ist eine zwischen der Signalleitung 134 und der Masseleitung 132 verbundene Zener-Diode D11 vorgesehen. Die Masseleitung 132 ist mit einer Steuermasse GNDS auf der Platine verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Steuermasse GNDS ein Referenzpotenzial eines durch die Signalleitung 134 bereitgestellten Signals darstellt.
Die Masseleitung 132 und das Gehäuse der Invertereinheit 502 sind innerhalb der Invertereinheit 502 elektrisch verbunden, und das Gehäuse ist mit der Erdmasse GNDB elektrisch verbunden.
Ist die Masseleitung 132 mit der Erdmasse GNDB über das Gehäuse auf Seiten der Steuer-ECU 508 und ist sie ebenso auf Seiten der Invertereinheit 502 auf diese Weise mit der Erdmasse GNDB über das Gehäuse verbunden, dann ist ein Schutz gegen Überspannung ausreichend, aber ein Schutz gegen Rauschen könnte unzureichend sein. Dies liegt daran, dass die Erdmasse GNDB genauer gesagt ein Rahmen eines Fahrzeugs ist, und falls die Masseleitung 132 als ein Hinweg dient, dann wird der Rahmen ein Rückweg. Das bedeutet, dass eine Masseschleife entlang einer Masche von der Masseleitung 132, dem Gehäuse des Inverters, dem Fahrzeugrahmen, dem Gehäuse der ECU und zurück zu der Masseleitung 132 gebildet wird.
Wird die Masseschleife gebildet, dann fließt Strom durch die Schleife aufgrund der Änderungen des magnetischen Flusses, der die Schleifen untereinander verbindet. Fließt Strom durch die Schleife, dann wird das Potenzial der Masseleitung 132 ungleichmäßig und verursacht ein Problem.
14 zeigt ein zweites Studienbeispiel einer Verbindung zwischen der Invertereinheit und der Steuer-ECU.
Das in 14 gezeigte zweite Studienbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Studienbeispiel in 13 dahingehend, dass die Masseleitung 132 nicht mit dem Gehäuse innerhalb der Invertereinheit 502 verbunden ist. Es wird keine Beschreibung wiederholt, da 13 und 14 hinsichtlich der anderen Teile gleich sind.
Gemäß dem in 14 gezeigten Aufbau wird keine Masseschleife gebildet und wird das Rauschimmunitätsvermögen stärker verbessert als in dem Studienbeispiel in 13.
15 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben des Problems des in 14 gezeigten Studienbeispiels.
Zum Zeitpunkt der Herstellung eines Fahrzeugs bringt ein Arbeiter eine ECU und eine Invertereinheit sequenziell an einen Rahmen an. Wird die Invertereinheit 502 an den Rahmen angebracht, dann wird das Gehause mit der Erdmasse GNDB verbunden, und dann wird eine Verdrahtung, die die Signalleitung 134 und die Masseleitung 132 enthält, die sich von der Steuer-ECU 508 erstrecken, in ein in dem Gehause der Invertereinheit 502 vorgesehenes Verbindungselement eingefügt.
15 zeigt einen Zustand, in dem die Signalleitung 134 und die Masseleitung 132 noch nicht mit der Invertereinheit 502 verbunden sind, obwohl die Invertereinheit 502 an dem Rahmen angebracht ist. In einem derartigen Zustand kann ein Fall betrachtet werden, in dem der Verbindungselementabschnitt, an den die Signalleitung angebracht ist, mit einem Stromstoß aufgrund statischer Elektrizität und dergleichen beaufschlagt wird. In einem derartigen Fall kann, da sich die Steuermasse GNDS hinsichtlich der Erdmasse GNDB in einem Schwebungszustand befindet, der Stromstoß zu einer internen elektronischen Komponente E11 ubertragen werden, wenn der Stromstoß, mit dem der Anschluss beaufschlagt ist, extrem groß ist, so dass dieser bei der Zener-Diode D11 nicht vollstandig absorbiert werden kann.
Deshalb muss der Arbeiter, der den Zusammenfügungsvorgang durchführt, hinreichende Maßnahmen zum Antistatikschutz ergreifen, was möglicherweise zu zusatzlichem Zeit- und Leistungsaufwand fuhrt.
Die Druckschrift DE 197 07 769 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Schutz von elektrischen Schaltungen vor elektrostatischen Endladungen, bei der eine Funkenstrecke vorgesehen ist. Dabei ist auf einem Tragekörper eine Leiterbahnstruktur vorgesehen, die einen Energie ableitenden Bereich aufweist, der wiederum mit einer Elektrode der Funkenstrecke verbunden ist. Die andere Elektrode der Funkenstrecke ist mit einem elektrischen Anschluss verbunden, so dass eine eventuelle auftretende Überspannung sich über die Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden entladen kann.
Die Druckschrift DE 196 01 650 A1 beschreibt eine Anordnung zum Schutz elektrischer und elektronischer Bauelemente vor elektrostatischen Entladungen. Dabei ist eine Funkenstrecke zwischen einer Oberfläche, die Teil eines Gehäuses sein kann, und einem Metallstift vorgesehen. Dieser Metallstift ist innerhalb eines Kunststoffsgehäuses vorgesehen und ist gegenüber der Oberfläche des Kunststoffgehäuses zurückgezogen.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung liegt im Bereitstellen einer fahrzeugeigenen elektronischen Vorrichtung mit verbessertem Antistatikvermogen und einem Fahrzeug mit der darin angebrachten elektronischen Vorrichtung.
Diese Aufgabe wird durch eine fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung gelöst, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist.
Die fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung beinhaltet ein leitfähiges Gehäuse, eine Steuerplatine, die in dem Gehäuse untergebracht ist, und einen Entladespalt, der zwischen einem bei der Steuerplatine gebildeten, leitfahigen Muster und dem Gehäuse zum Entladen vorgesehen ist, wenn eine Hochspannung beaufschlagt wird, die nicht weniger als eine vorbestimmte Spannung betragt. Weiterhin beinhaltet die fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung weiterhin eine leitfahige Platte, die die Steuerplatine bedeckt und mit dem leitfähigen Muster elektrisch verbunden ist. Der Entladespalt wird zwischen der leitfähigen Platte und dem Gehäuse gebildet. Außerdem beinhaltet die leitfähige Platte einen ersten Abschnitt, der die Steuerplatine bedeckt, und einen zweiten Abschnitt, der außerhalb des ersten Abschnitts vorgesehen ist und einen Entladeweg bildet. Der Abstand der engsten Annäherung zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Gehäuse ist kürzer als der Abstand der engsten Annäherung zwischen dem ersten Abstand und dem Gehäuse. Ein Überstand, der hin zu dem Gehäuse gerichtet ist und die Distanz der engsten Annäherung bildet, ist an dem zweiten Abschnitt gebildet.
Vorzugsweise beinhaltet die fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung weiterhin ein Isolationselement, das zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Gehäuse derart angeordnet ist, dass Abschnitte, die die Distanz der engsten Annäherung zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Gehäuse bilden, einander nicht kontaktieren.
Vorzugsweise wird das Gehäuse bei Anbringung in einem Fahrzeug auf ein Massepotenzial gesetzt.
Vorzugsweise beinhaltet die fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung weiterhin ein leitfahiges Erdmassenmuster, das einen Entladespalt zwischen dem leitfähigen Erdmassenmuster und dem leitfähigen Muster auf der Steuerplatine bildet, und ein leitfähiges Element zum elektrischen Verbinden des Erdmassenmusters mit dem Gehäuse.
Insbesondere weist das Erdmassenmuster einen hin zu dem leitfähigen Muster gerichteten, ersten Überstand auf, und weist das leitfähige Muster einen hin zu dem ersten Überstand gerichteten, zweiten Überstand auf.
Vorzugsweise beinhaltet die fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung weiterhin einen Anschluss, der an dem Gehäuse angebracht und mit einer Verdrahtung von außerhalb verbunden ist. Der Anschluss und das leitfähige Muster sind elektrisch verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht die Erfindung in einem Fahrzeug, das eine fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung beinhaltet, wie sie vorstehend beschrieben worden ist.
Gemaß der vorliegenden Erfindung wird ein Antistatikvermogen der fahrzeugeigenen elektronischen Vorrichtung verbessert und wird das Rauschimmunitatsvermogen immer noch nicht verschlechtert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Blockdarstellung eines Aufbaus eines Fahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine Darstellung zum Beschreiben eines Entladespalts 18,
3 eine Darstellung zum Beschreiben des Schutzes einer Leiterplatte durch den Entladespalt 18,
4 eine Draufsicht eines spezifischen Aufbaus der in 1 gezeigten Invertereinheit 1,
5 einen Querschnitt des V-V-Querschnitts in 4,
6 eine Darstellung zum ausführlichen Beschreiben des Entladespalts und dessen Umgebung, die in 4 gezeigt sind,
7 einen Querschnitt des VII-VII-Querschnitts in 6,
8 eine Darstellung zum Beschreiben einer ersten Modifikation des Ausführungsbeispiel,
9 einen Querschnitt des IX-IX-Querschnitts in 8,
10 eine Darstellung zum Beschreiben einer zweiten Modifikation des Ausfuhrungsbeispiels,
11 eine Darstellung zum Beschreiben des Entladespalts der Invertereinheit gemäß einem nicht beanspruchten Beispiel,
12 einen Querschnitt des XII-XII-Querschnitts in 11,
13 das erste Studienbeispiel, das eine Verbindung zwischen einer Invertereinheit und einer Steuer-ECU (Electric Control Unit) zeigt,
14 ein zweites Studienbeispiel, das eine Verbindung zwischen einer Invertereinheit und einer Steuer-ECU zeigt, und
15 eine Darstellung zum Beschreiben eines Problems des in 14 gezeigten Studienbeispiels.
Beste Arten zum Ausführen der Erfindung
Die Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen oder entsprechenden Komponenten sind durch die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnet und die Beschreibungen werden nicht wiederholt.
[Ausfuhrungsbeispiel]
1 zeigt eine Blockdarstellung eines Aufbaus eines Fahrzeugs 100 gemaß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 ist das Fahrzeug 100 ein Hybridfahrzeug, das eine Hochspannungsbatterie 4, eine Hilfsbatterie 6, eine Invertereinheit 1, einen HV (hybriden) Steuercomputer 8, Motorgeneratoren MG1, MG2 und MGR, eine Leistungsteilungseinrichtung PG, eine Maschine ENG, ein Vorderrad WF und ein Hinterrad WR beinhaltet.
Die Leistungsteilungseinrichtung PG ist eine Einrichtung, die an die Maschine ENG und die Motorgeneratoren MG1 und MG2 gekoppelt ist, um Leistung unter jenen zu verteilen. Beispielsweise kann eine Planetengetriebeeinrichtung, die drei Drehwellen bestehend aus Sonnenrad, Planetenachse und Außenrad aufweist, als die Leistungsteilungseinrichtung verwendet werden. Diese drei Drehwellen sind mit jeweiligen Drehwellen der Maschine ENG bzw. der Motorgeneratoren MG1 und MG2 verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass innerhalb der Leistungsteilungseinrichtung PG weiterhin eine Untersetzung für die Drehwelle des Motorgenerators MG2 umfasst sein kann.
Die Drehwelle des Motorgenerators MG2 treibt das Vorderrad WF über ein Untersetzungsgetriebe und/oder ein Differenzialgetriebe an, die nicht gezeigt sind. Die Drehwelle des Motorgenerators MGR treibt das Hinterrad WR über ein Untersetzungsgetriebe und/oder ein Differenzialgetriebe an, die nicht gezeigt sind.
Eine Sekundärbatterie, wie eine Nickel-Wasserstoff-Batterie und eine Lithiumionen-Batterie und dergleichen oder eine Brennstoffzelle und dergleichen, können als Hochspannungsbatterie 4 verwendet werden. Eine Bleispeicherbatterie von 12 V kann beispielsweise als Hilfsbatterie 6 verwendet werden.
Die Invertereinheit 1 beinhaltet ein Gehäuse 2 und ein Verbindungselement 30, das an das Gehäuse 2 angebracht ist, und einen Verstärkungsumwandler 12, ein Inverter-IPM (intelligentes Leistungsmodul, ”Intelligent Power Module”) 14, eine Motorgeneratorsteuereinheit 16 und einen Gleichspannungswandler 10, von denen jeder in dem Gehäuse 2 untergebracht ist. Die Signalleitung und die Masseleitung, die sich von dem HV-Steuercomputer 8 erstrecken, sind an das Verbindungselement 30 angebracht. Das heißt, die Invertereinheit 1 beinhaltet weiterhin einen Anschluss, der an das Gehäuse 2 angebracht ist und eine Verdrahtung aufweist, die von außerhalb verbunden wird. Dieser Anschluss ist der Anschluss innerhalb des Verbindungselements 30, mit dem die Steuermasse GNDS verbunden ist, und der Anschluss und ein leitfähiges Muster 92, das später in 6 beschrieben wird, sind elektrisch verbunden.
Das Inverter-IPM 14 beinhaltet Inverter 20, 22 und 24. Der Verstärkungsumwandler 12 verstärkt die Spannung zwischen Anschlüssen der Hochspannungsbatterie 4 und beaufschlagt die Inverter 20, 22 und 24 mit der Spannung.
Der Inverter 20 wandelt eine durch den Verstärkungsumwandler 12 bereitgestellte Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom um und gibt den Strom zu dem Motorgenerator MG1 aus. Der Verstärkungsumwandler 12 wird beispielsweise aus einer Drossel, einem IGBT (Bipolar-Transistor mit isoliertem Gate, ”Insulated Gate Bipolar Transistor”)-Element und einer Diode und dergleichen gebildet.
Der Inverter 20 empfängt die verstärkte Spannung von dem Verstärkungsumwandler 12 und treibt den Motorgenerator MG1 an, um beispielsweise die Maschine ENG zu starten. Des Weiteren gibt der Inverter 20 elektrische Leistung zu dem Verstärkungsumwandler 12 zurück, die bei dem Motorgenerator MG1 durch von der Maschine ENG übertragene, mechanische Kraft erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verstärkungsumwandler 12 durch die Motorgeneratorsteuereinheit 16 gesteuert, um als Abspannschaltung zu fungieren.
Der Inverter 20 beinhaltet einen U-Phasenzweig, einen V-Phasenzweig und einen W-Phasenzweig, die parallel zwischen einer Energieversorgungsleitung und einer Masseleitung verbunden sind. Jeder Phasenzweig des Inverters 22 beinhaltet zwei IGBT-Elemente, die in Reihe zwischen der Energieversorgungsleitung und der Masseleitung verbunden sind, und zwei Dioden, die parallel mit diesen zwei IGBT-Elementen verbunden sind.
Der Motorgenerator MG1 ist ein Dreiphasenpermanentmagnetsynchronmotor, und seine drei U-, V- und W-Phasenspulen weisen jeweils ein Ende auf, das zusammen mit einem Mittelpunkt verbunden ist. Das andere Ende von jeder Phasenspule ist mit einem entsprechenden Phasenzweig des Inverters 20 verbunden.
Der Inverter 22 ist mit dem Verstärkungsumwandler 12 parallel mit dem Inverter 20 verbunden. Der Inverter 22 wandelt eine von dem Verstärkungsumwandler 12 ausgegebene Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom um und gibt den Strom zu dem Motorgenerator 2 aus, um das Rad anzutreiben. Des Weiteren gibt der Inverter 22 bei dem Motorgenerator MG2 erzeugte, elektrische Leistung zu dem Verstärkungsumwandler 12 gleichzeitig mit regenerativem Bremsen zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verstärkungsumwandler 12 durch die Motorgeneratorsteuereinheit 16 gesteuert, um als Abspannschaltung zu fungieren.
Eine Beschreibung für den Aufbau des Inverters 22 wird nicht wiederholt, da dieser der gleiche, wie jener von Inverter 20 ist. Der Motorgenerator MG2 ist ein Dreiphasenpermanentmagnetsynchronmotor, und seine drei U-, V- und W-Phasenspulen weisen jeweils ein Ende auf, das zusammen mit einem Mittelpunkt verbunden ist. Das andere Ende von jeder Phasenspule ist mit einem entsprechenden Phasenzweig des Inverters 22 verbunden.
Der Inverter 24 ist mit dem Verstärkungsumwandler 12 parallel zu den Invertern 20, 22 verbunden. Der Inverter 24 wandelt eine von dem Verstärkungsumwandler 12 ausgegebene Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom um und gibt den Strom zu dem Motorgenerator MGR aus, um das Hinterrad anzutreiben. Des Weiteren gibt der Inverter 24 bei dem Motorgenerator MGR erzeugte, elektrische Leistung zu dem Verstärkungsumwandler 12 zum gleichen Zeitpunkt mit einem regenerativen Bremsen zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verstärkungsumwandler 12 durch die Motorgeneratorsteuereinheit 16 gesteuert, um als Abspannschaltung zu fungieren.
Eine Beschreibung für den Aufbau des Inverters 24 wird nicht wiederholt, da diese die gleiche, wie jene des Inverters 20 ist. Der Motorgenerator MGR ist ein Dreiphasenpermanentmagnetsynchronmotor, und seine drei U-, V- und W-Phasenspulen haben jeweils ein Ende, wobei die Enden zusammen in einem Mittelpunkt verbunden sind. Das andere Ende von jeder Phasenspule ist mit einem entsprechenden Phasenzweig des Inverters 24 verbunden.
Die Motorgeneratorsteuereinheit 16 empfängt einen Drehmomentbefehlswert, die Anzahl von Umdrehungen des Motors und einen Motorstromwert von den drei Motorgeneratoren, und wird der Spannung zwischen Anschlüssen der Hochspannungsbatterie 4, die verstärkte Spannung des Verstärkungsumwandlers 12 und den Batteriestrom. Die Motorgeneratorsteuereinheit 16 gibt einen Verstärkungsbefehl, einen Abspannbefehl und einen Betriebsstoppbefehl zu dem Verstärkungsumwandler 12 aus.
Außerdem gibt die Motorgeneratorsteuereinheit 16 zu dem Inverter 20 einen Ansteuerbefehl zum Umwandeln der Gleichspannung, die die Ausgabe des Verstärkungsumwandlers 12 ist, in die Wechselspannung zum Antreiben des Motorgenerators MG1 und einen Regenerationsbefehl zum Umwandeln der bei dem Motorgenerator MG1 erzeugten Wechselspannung in die Gleichspannung und zum Zurückgeben der Spannung zu der Seite des Verstärkungsumwandlers 12 aus.
In ähnlicher Weise gibt die Motorgeneratorsteuereinheit 16 zu dem Inverter 22 einen Ansteuerbefehl zum Umwandeln der Gleichspannung in die Wechselspannung zum Antreiben des Motorgenerators MG2 und einen Regenerationsbefehl zum Umwandeln der bei dem Motorgenerator MG2 erzeugten Wechselspannung in die Gleichspannung und zum Zurückgeben der Spannung zu der Seite des Verstärkungsumwandlers 12 aus.
In ähnlicher Weise gibt die Motorgeneratorsteuereinheit 16 zu dem Inverter 24 einen Ansteuerbefehl zum Umwandeln der Gleichspannung in die Wechselspannung zum Antreiben des Motorgenerators MGR und einen Regenerationsbefehl zum Umwandeln der bei dem Motorgenerator MGR erzeugten Wechselspannung in die Gleichspannung und zum Zurückgeben der Spannung zu der Seite des Verstärkungsumwandlers 12 aus.
Der Gleichspannungsumwandler 10 spannt die Spannung der Hochspannungsbatterie 4 ab und lädt die Hilfsbatterie 6 oder führt einer mit der Hilfsbatterie 6 verbundene Last, wie einem Frontscheinwerfer und dergleichen, die nicht gezeigt sind, elektrische Leistung zu. Der Gleichspannungsumwandler 10 sendet/empfängt ein Steuersignal SDC zu/von dem HV-Steuercomputer 8.
Der HV-Steuercomputer 8 ist mit der Motorgeneratorsteuereinheit 16 durch die Signalleitungen zum Senden/Empfangen von Steuersignalen SMG1, SMG2 und/bzw. SMGR, die die Motorgeneratoren MG1, MG2 bzw. MGR steuern, und die Masseleitung zum Verbinden mit der Steuermasse GNDS, die eine Referenz der Signale ist, verbunden.
Die Signalleitungen zum Senden/Empfangen von Steuersignalen SMG1, SMG2, SMGR und SDC und die Masseleitung zum Verbinden der Steuermasse GNDS sind mit dem Verbindungselement 30 von der Innenseite der Invertereinheit 1 verbunden. Eine Gruppe von Verdrahtungen, die sich von dem HV-Steuercomputer erstrecken, sind mit diesen Signalleitungen bei dem Verbindungselement 30 verbunden.
Das Gehäuse 2 der Invertereinheit 1 ist mit der Erdmasse GNDB elektrisch verbunden. Diese Verbindung wird beispielsweise durch Befestigen des aus Aluminium bestehenden Gehäuses 2 an einem Fahrzeugrumpfrahmen mit einer Schraube und einer Mutter implementiert, die aus einem leitfähigen Metall bestehen.
Ein Entladespalt 18 ist zwischen der Steuermasse GNDS und dem Gehäuse 2 vorgesehen.
2 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben des Entladespalts 18.
Unter Bezugnahme auf 2 sind der HV-Steuercomputer 8 und die Invertereinheit 1 durch eine Signalleitung 34 und eine Masseleitung 32 verbunden.
Auf Seiten des HV-Steuercomputers 8 ist eine Zener-Diode D2 zwischen der Signalleitung 34 und der Masseleitung 32 vorgesehen, und die Masseleitung 32 ist mit dem Gehäuse des HV-Steuercomputers 8 elektrisch verbunden. Das Gehäuse des HV-Steuercomputers 8 ist mit der Erdmasse GNDB elektrisch verbunden.
Demgegenüber sind auf Seiten der Invertereinheit 1 die Signalleitung 34 und die Masseleitung 32 mit der Leiterplatte der Motorgeneratorsteuereinheit 16 innerhalb des Gehäuses 2 verbunden. Eine Zener-Diode D1 wird auf der Leiterplatte der Motorgeneratorsteuereinheit 16 zwischen der Signalleitung 34 und der Masseleitung 32 vorgesehen. Die Masseleitung 32 ist mit der Steuermasse GNDS verbunden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Steuermasse GNDS ein Bezugspotenzial eines durch die Signalleitung 34 bereitgestellten Signals darstellt. Des Weiteren ist innerhalb der Invertereinheit 1 der Entladespalt 18 zwischen der Masseleitung 32 und dem Gehäuse 2 der Invertereinheit 1 vorgesehen. Das Gehäuse 2 ist mit der Erdmasse GNDB elektrisch verbunden.
3 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben des Schutzes der Leiterplatte durch den Entladespalt 18.
Unter Bezugnahme auf 3 schützt der Entladespalt 18 die Motorgeneratorsteuereinheit 16 während des Zusammenbauvorgangs eines Fahrzeugs, indem er unmittelbar ermöglicht, dass die Spannung, die höher als die elektrostatische Spannungsfestigkeit der Motorgeneratorsteuereinheit 16 ist, über das Gehäuse 2 zu der Erdmasse GNDB abfließen kann, wenn Verbindungselementanschlüsse T1 und T2 mit einer derartigen Spannung beaufschlagt werden.
Die Hochspannung aufgrund von statischer Elektrizität, mit der der Verbindungselementanschluss T1 beaufschlagt ist, erreicht die Zener-Diode D1 entlang des durch einen Pfeil A1 bezeichneten Wegs und eine Entladung wird bei dem Entladespalt 18 erzeugt. Die Hochspannung durchläuft die Zener-Diode D1 und hießt zu der Erdmasse GNDB entlang des durch einen Pfeil A2 bezeichneten Wegs ab. Deshalb kann vermieden werden, dass eine interne elektronische Komponente E1 mit der Hochspannung beaufschlagt wird.
4 zeigt eine Draufsicht eines Beispiels der spezifischen Struktur der in 1 gezeigten Invertereinheit 1.
5 zeigt einen Querschnitt des V-V-Querschnitts in 4.
Unter Bezugnahme auf 4 und 5 beinhaltet die Invertereinheit 1 ein leitfähiges Gehäuse 2, das auf ein Massepotenzial gesetzt ist, eine in dem Gehäuse 2 untergebrachte Leiterplatine 17 und einen Entladespalt 18 zwischen einem bei der Steuerplatine 17 gebildeten, leitfähigen Muster 92 und dem Gehäuse 2 zum Entladen, wenn die Hochspannung beaufschlagt wird, die nicht weniger als eine vorbestimmte Spannung (mehrere kV beispielsweise) beträgt.
Das Gehäuse 2 besteht beispielsweise aus einem leitfähigen Metall, wie Aluminium und dergleichen. Ein Kunststoffbehälter 54 zum Unterbringen eines Leistungselements, einer Kapazität und dergleichen, ist in dem Gehäuse 2 angeordnet. Bei einem unteren Teil einer Seitenfläche des Kunststoffbehälters 54 ist ein Abschnitt, der von dem Hauptteil übersteht, zum Empfangen einer Schraube vorgesehen. Der Kunststoffbehälter 54 wird mit Schrauben 56–58 befestigt.
Die Invertereinheit 1 beinhaltet weiterhin ein Verbindungselement 30, mit dem die Signalleitung und die Masseleitung von außerhalb verbunden sind, und eine Verdrahtung 76 zum Verbinden des Verbindungselements 30 und eines Verbindungselements 74 auf der Steuerplatine. Die Verdrahtung 76 verbindet einen Anschluss des Verbindungselements 74, mit dem die Masseleitung verbunden ist, und das leitfähige Muster 92, das eine Steuermasse auf der Steuerplatine 17 ist. Das leitfähige Muster 92 wird auf einer Unterfläche der Steuerplatine 17 gebildet.
Die Invertereinheit 1 beinhaltet weiterhin eine leitfähige Platte 50, die die Steuerplatine 17 von unterhalb bedeckt und mit dem leitfähigen Muster 92 elektrisch verbunden ist. Eine elektronische Komponente 72, die Rauschen gegenüber empfindlich ist, ist auf der Steuerplatine 17 angebracht. Die leitfähige Platte 50 weist eine Abschirmfunktion auf, um die Steuerplatine 17 vor Rauschen zu schützen, das durch das Leistungselement innerhalb des Kunststoffbehälters 54 erzeugt wird, und dient ebenso als ein Entladeweg zum Entladen von statischer Elektrizität. Das Gehäuse 2 ist mit einem überhängenden Überstand 84 versehen, der teilweise auf einer Innenseitenwand vorgesehen ist. Der Entladespalt 18 wird zwischen der leitfähigen Platte 50 und dem überhängenden Überstand 84 des Gehäuses 2 gebildet.
Ein Ansatz (ein überstehender Abschnitt) zum Befestigen der Steuerplatine 17 ist bei allen vier Ecken einer Oberseitenfläche des Kunststoffbehälters 54 vorgesehen. Die leitfähige Platte 50 ist auf den Ansätzen angeordnet, auf denen weiterhin die Steuerplatine 17 angeordnet ist, und es werden die Steuerplatine 17 und die leitfähige Platte 50 an den Ansatz auf dem oberen Teil des Kunststoffbehälters 54 mit Schrauben 61–64 befestigt. Das leitfähige Muster 92, das bei der Steuerplatine 17 gebildet ist, und die leitfähige Platte 50 sind, als ein Ergebnis des Anziehens der Schraube 61, elektrisch verbunden.
6 zeigt eine Darstellung zur ausführlichen Beschreibung der näheren Umgebung des Entladespalts und dessen unmittelbarer Umgebung, die in 4 gezeigt sind.
7 zeigt einen Querschnitt des VII-VII-Querschnitts in 6.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 beinhaltet die leitfähige Platte 50 einen ersten Abschnitt 52, der die Steuerplatine 17 abdeckt, und einen zweiten Abschnitt 80, der zumindest teilweise außerhalb des ersten Abschnitts 52 vorgesehen ist und einen Entladespalt bildet. Es sei darauf hingewiesen, dass der erste Abschnitt 52 eine Abschirmplatte ist, die verhindert, dass Rauschen von dem Leistungselement und dergleichen, die in dem Kunststoffbehälter 54 untergebracht sind, zu der Steuerplatine 17 übertragen werden. Ein Abstand der engsten Annäherung D1 zwischen dem zweiten Abschnitt 80 und dem Gehäuse 2 ist kürzer als ein Abstand der engsten Annäherung zwischen dem ersten Abschnitt 52 und dem Gehäuse. Der Abstand D1 kann sich beispielsweise in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,5 mm befinden, und beträgt vorzugsweise etwa 1 mm.
Es sei darauf hingewiesen, dass die zu betrachtende Spannung und der Abstand D1 im Allgemeinen in einer proportionalen Beziehung stehen. Obwohl ein kürzerer Abstand D1 hinsichtlich des Antistatikschutzes zu bevorzugen ist, kann der Abstand D1 in Anbetracht einer elektrostatischen Spannungsfestigkeit der Steuerplatine selbst derart bestimmt werden, dass eine Entladung erzeugt wird, wenn eine die elektrostatische Spannungsfestigkeit übersteigende Hochspannung beaufschlagt wird, wobei die Bemaßungstoleranz zum Zeitpunkt der Herstellung einer Komponente und der Bemaßungsfehler zum Zeitpunkt der Installation betrachtet werden.
Indem der Abstand D1 auf diese Art und Weise gesetzt wird, wird eine Entladung bei dem Entladespalt 18 erzeugt, wenn die Hochspannung aufgrund statischer Elektrizität beaufschlagt wird, und die Steuerplatine 17 wird geschützt.
Ein Überstand 82, der hin zu dem Gehäuse gerichtet ist und den Abstand der engsten Annäherung bildet, wird bei dem zweiten Abschnitt 80 gebildet. Dieser Uberstand 82 kann beispielsweise durch Pressen einer Metallplatte gebildet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Entladespalt zwischen dem zweiten Abschnitt 80 und dem Gehause 2 selbst ohne den Überstand 82 gebildet wird, unter der Voraussetzung, dass der Abstand der engsten Annaherung zwischen dem zweiten Abschnitt 80 und dem Gehäuse 2 kurzer als der Abstand der engsten Annäherung zwischen dem ersten Abschnitt 52 und dem Gehäuse 2 ist. Es kann beispielsweise ein Endabschnitt näher an der Seitenwand vorgesehen werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann die elektrostatische Spannungsfestigkeit der Invertereinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel verbessert werden, ohne dass die Masseschleife in einem Fahrzeug gebildet wird.
[Erste Modifikation]
Wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, ist in einem derartigen Aufbau, in dem der Kunststoffbehälter 54 an das Gehause 2 befestigt ist und die leitfahige Platte 50 weiterhin auf dem Kunststoffbehälter befestigt ist, es schwierig, die Bemaßung des Entladespalts ohne Abweichung konstant zu halten. Dies ist dadurch begründet, dass der Bemaßungsfehler der Höhe des Kunststoffbehälters 54 und der Bemaßungsfehler eines Mutter- oder Schraubenanzugsabschnitts sich akkumulieren. Addieren sich die Bemaßungsabweichungen derartiger Abschnitte auf eine solche Art und Weise auf, dass der Spalt kleiner wird, kann der Uberstand 82 deshalb sogar das Gehause 2 kontaktieren. Dann kann, wie unter Bezugnahme auf 13 beschrieben, die Masseschleife erzeugt werden und die elektronische Vorrichtung kann fur das Rauschen empfanglich sein.
Um den Entladespalt konstant zu halten, steigen die Herstellungskosten, da die Bemaßungstoleranz einer Komponente, wie die Hohe des Kunststoffbehalters 54 und dergleichen und das Anzugsdrehmoment einer Mutter oder Schraube strenger eingehalten werden mussen.
8 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben einer ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels.
9 zeigt einen Querschnitt des IX-IX-Querschnitts in 8.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 beinhaltet die Invertereinheit gemaß der ersten Modifikation weiterhin, zusatzlich zu dem Aufbau der in 7 gezeigten leitfähigen Platte, ein Isolationselement 96, das zwischen dem zweiten Abschnitt 80 und dem Gehause 2 derart angeordnet ist, dass die Abschnitte, die den Abstand der engsten Annaherung zwischen dem zweiten Abschnitt 80 und dem Gehäuse 82 bilden, einander nicht kontaktieren. Eine Beschreibung für den Aufbau der anderen Abschnitte wird nicht wiederholt, da jene die gleichen, wie jene in Ausführungsbeispiel 1 sind. Wahrend beispielsweise Isolationspapier als das Isolationselement 96 verwendet werden kann, kann irgendeine Art von Gegenstand verwendet werden, solange er ein Isolator ist.
Eine Dicke D3 des Isolationselements 96 darf nicht weniger als eine Höhe D2 des Uberstands 82 betragen. Durch Setzen der Höhe in einer derartigen Relation kann vermieden werden, dass der Überstand 82 das Gehäuse 2 kontaktiert, ohne die Bemaßungstoleranz einer Komponente, wie die Höhe des Kunststoffbehälters 54 und dergleichen und das Anzugsdrehmoment einer Mutter oder Schraube streng einzuhalten.
[Zweite Modifikation]
10 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels.
Unter Bezugnahme auf 10 beinhaltet die Invertereinheit gemäß der zweiten Modifikation einen zweiten Abschnitt 80A mit einem vorgesehenen Schraubendurchgangsloch, anstelle des zweiten Abschnitts 80 der in 7 gezeigten leitfähigen Platte. Eine Beschreibung für den Aufbau der anderen Abschnitte wird nicht wiederholt, da jene die gleichen, wie jene in der ersten Modifikation sind.
Die Invertereinheit gemäß der zweiten Modifikation beinhaltet weiterhin ein Isolationselement 96A, das zwischen dem zweiten Abschnitt 80A und dem Gehäuse derart angeordnet ist, dass die Abschnitte, die den Abstand der engsten Annaherung zwischen dem zweiten Abschnitt 80A und dem Gehäuse 2 bilden, einander nicht kontaktieren. Dieses Isolationselement 96A wird beispielsweise aus Kunststoff und dergleichen gebildet. Ein Durchgangsloch, das das Durchstecken einer Schraube 98 ermoglicht, ist in dem Zentrum des Isolationselements 96A vorgesehen. Ein derartiges Isolationselement 96A kann durch ein integriertes Formgeben, beispielsweise mit Kunststoffumschließung der leitfahigen Platte, gebildet werden. Eine derartige Gestalt kann ebenso durch Spritzen von Kunststoff in einen oberen Teil und einen unteren Teil als separate Elemente und Anpassen der Teile auf die leitfähige Platte von beiden Seiten gebildet werden.
Wird das Isolationselement zu einer derartigen Gestalt gebildet und ist der zweite Abschnitt 80A der leitfähigen Platte durch die Schraube 98 und das Isolationselement 96A in der naheren Umgebung des Überstands 82 befestigt, ist es nicht nur moglich, das Bilden der Masseschleife zu vermeiden, sondern ebenso, die Bemaßung des Entladespalts mit höherer Genauigkeit einzuhalten.
[Nicht beanspruchtes Beispiel]
Obwohl der Entladespalt zwischen der leitfähigen Platte und dem Gehäuse in dem Ausfuhrungsbeispiel gebildet wird, kann gemäß einem nicht beanspruchten Beispiel der Entladespalt bei anderen Abschnitten gebildet werden.
11 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung des Entladespalts der Invertereinheit gemaß dem nicht beanspruchten Beispiel.
12 zeigt einen Querschnitt des XII-XII-Querschnitts in 11.
Unter Bezugnahme auf 11 und 12 beinhaltet eine Invertereinheit 1A weiterhin ein leitfähiges Erdmassenmuster 194, das einen Entladespalt 18A zwischen dem leitfähigen Erdmassenmuster und einem leitfähigen Muster 192 auf einer Steuerplatine 117, ein Trennelement 155 und eine Schraube 161, die leitfahige Elemente sind, die das Erdmassenmuster 194 mit einem Gehause 102 elektrisch verbinden. Es ist ein Außengewinde in dem unteren Teil des Trennelements 155 gebildet und in ein in dem Gehäuse 102 gebildetes Schraubenloch eingezogen. In dem oberen Teil des Trennelements 155 ist ein Loch mit einem auf der Innenwand gebildeten Innengewinde vorgesehen. Die Steuerplatine 117 ist an das Trennelement 155 mit der Schraube 161 eingespannt. Da der Kopf der Schraube 161 und das Erdmassenmuster 194 aneinander anliegen, sind das Gehause 102, das mit der Erdmasse GNDB verbunden ist, und das Erdmassenmuster 194 uber das leitfahige Trennelement 155 elektrisch verbunden.
Vorzugsweise weist das Erdmassenmuster 194 einen ersten Überstand 200 auf, der hin zu dem leitfähigen Muster 192 gerichtet ist, und weist das leitfähige Muster 192 einen zweiten Überstand 201 auf, der hin zu dem ersten Uberstand 200 gerichtet ist. Der Entladespalt 18A wird zwischen dem ersten Uberstand 200 und dem zweiten Überstand 201 gebildet. Diese Uberstande werden in einem normalen Verwendungszustand nicht zur Signalubertragung verwendet.
Ein Abstand D2 des Entladespalts 18A kann in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise etwa 1 mm gesetzt werden.
Anhand des vorstehend beschriebenen Aufbaus wird die Hochspannung aufgrund statischer Elektrizität, mit der das Verbindungselement beaufschlagt wird, von dem leitfähigen Muster 192 entlang des durch einen Pfeil A3 bezeichneten Wegs entladen, wird zu der Schraube 161 ubertragen und fließt entlang des durch einen Pfeil A4 bezeichneten Wegs durch das Trennelement 155 zu der Erdmasse GNDB ab.
Deshalb wird gemäß dem nicht beanspruchten Beispiel sowie gemäß dem Ausführungsbeispiel in dem Fahrzeug keine Masseschleife gebildet, und kann die elektrostatische Spannungsfestigkeit der Invertereinheit verbessert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben ist, in dem die fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung eine Invertereinheit ist, die Erfindung kann jedoch über einer großen Vielfalt von elektronischen Vorrichtungen für ein Fahrzeug angewendet werden.
Des Weiteren kann die Erfindung, obwohl die Beschreibung für den Fall gegeben wurde, in dem das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist, das eine Maschinen und einen Motor zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet, für andere Fahrzeuge verwendet werden, die einen Motor verwendenden Inverter umfassen, wie ein Elektrofahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug, oder die andere elektronische Vorrichtung umfassen.

Claims

Fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung mit: einem leitfähigen Gehäuse (2); einer Steuerplatine (17), die in dem Gehäuse untergebracht ist; einem Entladespalt (18), der zwischen einem bei der Steuerplatine gebildeten, leitfähigen Muster (92) und dem Gehäuse zur Entladung vorgesehen ist, wenn eine Hochspannung beaufschlagt wird, die nicht weniger als eine vorbestimmte Spannung beträgt; und einer leitfähigen Platte (50), die die Steuerplatine bedeckt und mit dem leitfähigen Muster elektrisch verbunden ist, wobei der Entladespalt zwischen der leitfähigen Platte und dem Gehäuse gebildet ist, wobei die leitfähige Platte beinhaltet: einen ersten Abschnitt (52), der die Steuerplatine bedeckt; und einen zweiten Abschnitt (80), der außerhalb des ersten Abschnitts vorgesehen ist und einen Entladeweg bildet, wobei ein Abstand der engsten Annäherung zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Gehäuse kürzer als ein Abstand der engsten Annäherung zwischen dem ersten Abschnitt und dem Gehäuse ist, und wobei ein Überstand (82), der hin zu dem Gehäuse gerichtet ist und den Abstand der engsten Annäherung bildet, an dem zweiten Abschnitt gebildet ist.
Fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, mit: einem Isolationselement (96), das zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Gehäuse derart angeordnet ist, dass Abschnitte, die den Abstand der engsten Annäherung zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Gehäuse bilden, einander nicht kontaktieren.
Fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse ausgelegt ist, bei Anbringung in einem Fahrzeug auf ein Massepotenzial gesetzt zu sein.
Fahrzeugeigene elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, mit: einem Anschluss, der an dem Gehäuse angebracht und mit einer Verdrahtung von außerhalb verbunden ist, wobei der Anschluss und das leitfähige Muster (92) elektrisch verbunden sind.
Fahrzeug mit einer fahrzeugeigenen elektronischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4.