JP2007215315A

JP2007215315A - 車載用電力変換装置

Info

Publication number: JP2007215315A
Application number: JP2006032391A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamaguchi; 山口　　剛
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【目的】
当該発明は車載用電力変換機器の構成する部品群の接続を容易にし、接続時の残留応力を発生させない電力変換装置を提供する。
【解決手段】
車載用電力変換装置において、強制冷却を必要とするパワーデバイスの冷却を行うための熱交換器とパワーデバイスとの電流を介す大電流回路網及びパワーデバイスを制御する制御回路網を形成、一体配電する大電流基板と、一体配電された大電流基板とパワーデバイスを残留応力無く接続するために設けた中継バスバー組立体とを有する車載用電力変換装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車、電気自動車等におけるモータ駆動用インバータパワーユニットやＤＣ−ＤＣコンバータなどの車載用電力変換装置に関する。

従来の車載用電力変換装置では、半導体デバイス（以下「パワーデバイス」と呼ぶ）群と配電を行うバスバー群、及びパワーデバイスを制御する制御部分は全て分離型となっており、各を取り付ける際には先ず、冷却を必要とするパワーデバイスを冷却器に密着させるため、パワーデバイスの自由度が全くなかった。そのため、大電流回路網であるバスバー群はパワーデバイスを位置基準としてネジなどで接続していた。冷却器は車両の筐体に強固に接続されるため電気的には接地電位となる。パワーデバイスの密着面は絶縁を必要としていたため、インテリジェントパワーモジュール（以下「ＩＰＭ」と呼ぶ）の内部ではセラミック基板などを設けて、冷却面との密着面が絶縁されるような構造としていた。パワーデバイスを制御する回路網は通常のプリント基板を設けることが生産的にも安価であるため、当該手法を用いてプリント基板の製作を行った後、前記バスバー群が接続されたパワーデバイスとの接続を信号用ハーネスや信号用ピンのハンダ接合を行うことによって全体の回路網を形成していた。

また、ハイブリッド自動車や電気自動車などに用いる車載用電力変換装置では、数百アンペアといった大連流を流すために、無酸素銅類を用いたバスバーを回路網のように形成し、射出成形などで一体化した大電流回路網を用いてパワーデバイスとの配線を行っていた。

制御回路網であるプリント基板は前記に述べたパワーデバイス、大電流回路網の配置後、信号用ハーネス等を用いてパワーデバイスとの接続を行っていた。また、信号用ハーネスを用いない場合には特開２００３−１８９６２１等にも記載が有るようにパワーデバイスとの中継端子台などを用いて接続していた。
特開２００３−１８９６２１号

しかしながら、上述した無酸素銅類を用いたバスバーを回路網のように形成し、射出成形などで一体化した大電流回路網を用いてパワーデバイスとの配線を行う場合では、パワーデバイスは冷却器との密着を行うため位置制限が発生していた。また、冷却面に密着したパワーデバイスを位置基準として大電流回路網を接続していたため、大電流回路網の重量や機械的保持をパワーデバイスが行っていたため、パワーデバイス自体が強固な物となり、大型で重量物となっていた。

また、パワーデバイスに取り付けられた大電流回路網とは別にパワーデバイスを制御する制御回路網はＬＳＩなどを用いて構成するため、一般に用いるプリント基板上への実装が安価であり容易であるため、大電流回路網やパワーデバイスとは別体の物となっていた。

また前述した信号用ハーネスを用いたり、プリント基板との中継端子台を用いることは接続する部位への接続時に発生する残留応力によって車両の寿命を全うできない恐れが有るため、各構成部品の電気的な接続にたいし残留応力が発生しないように配慮を成された構成となっている。そのため構成部品の複雑化や中継部品（信号用ハーネスや中継端子台）などが必要となっていた。

また、パワーデバイスと冷却器を密着させることで正規の特性を有した電力変換機器となっているが、大電流回路網などをパワーデバイスに接続した場合、パワーデバイスと冷却器の密着が逸脱した場合は冷却特性が得られず、最悪の場合、パワーデバイスが破壊する恐れがある。そのため冷却器を位置基準としてパワーデバイスの密着を施し、大電流回路網、制御回路網であるプリント基板をパワーデバイスに取り付け時の影響なく接地することが重要となっていた。

このように車載用電力変換機器は接続部への配慮が重要であり、接続に用いる工法も限定されていた。例えば大電流回路網では、パワーデバイスとのネジ止め、パワーデバイスと制御回路網であるプロント基板は信号用ハーネスなどを用いた。

当該発明は車載用電力変換機器の構成する部品群の接続を容易にし、接続時の残留応力を発生させない電力変換装置を提供することを目的とする。

近時バスバー集合体を用いた大電流回路網を形成してパワーデバイスとパワーデバイスを制御する回路網を形成するプリント基板を中継端子を用いて接続する構造が提案されている。本発明では上記課題を解決するために次のような構成とする。すなわち、請求項１においては、載用電力変換装置において、強制冷却を必要とするパワーデバイスの冷却を行うための熱交換器とパワーデバイスとの電流を介す大電流回路網及びパワーデバイスを制御する制御回路網を形成、一体配電する大電流基板と、一体配電された大電流基板とパワーデバイスを残留応力無く接続するために設けた中継バスバー組立体とを有する車載用電力変換装置とする。

また、直流電流数百アンペア程度流すことの可能なバスバーがプリント基板内に内蔵されてもよいし、前記大電流基板とパワーデバイスとの接続時にパワーデバイスの配置バラツキや接続時の残留応力あるいは取り付け性を考慮した中継バスバー組立体を設け、前記大電流基板にハンダ接続されてもよい。

上記構成により、大電流基板と中継バスバー組立体は大電流基板を構成する他回路網部品を実装しハンダ接合後、噴流式ハンダ接合にて容易に接続が可能になる。また、このような接続手段を用いることで、一般に販売されているＩＰＭやディスクリート半導体を容易に冷却器を介して接続が可能となる。

ハイブリッド自動車や電気自動車などに用いる車載用電力変換装置において、数百アンペア程度の大連流を流すために必要なバスバー３１をガラスエポキシ基板（プリント基板）に内蔵した大電流基板３をゆうし、その大電流基板へはハイブリッドＩＣなどで形成したパワーデバイスを制御する制御回路網５や他電子回路５１を搭載した状態で大電流基板３の表面３２にクリームハンダ５２等をメタルマスクを介して表面実装し、熱風＋遠赤外線炉によるリフローでクリームハンダ５１を大電流基板３の表面３２にハンダ接続を行う。制御回路網５、他電子部品５１が搭載された大電流基板３にパワーデバイス１と大電流基板３を中継接続する中継バスバー組立体４をネジ６で大電流基板３に機械的に固定後、大電流基板３の裏面３４面に噴流式ハンダ付け３５（以下「フローハンダ」という）を行う。中継バスバー組立体４は電気的接続用バスバー４１が成型物４２を介して配置されており、フローハンダの温度である２３５℃程度にも耐えられるような素材としてＰＰＳ樹脂を用いる。電気的接続用バスバー４１は数１００Ａ程度の電流許容量が必要であり、直流電流では無酸素銅で５平方ミリ以上は必要である。よってハンダ接合時の電気的接続用バスバー４１の放熱によりハンダ接続が出来ないことを考慮し、フローハンダ付けを行った。中継用バスバー４をネジ６による固定、フローハンダによる接続３５が完了した状態で、熱交換器２にスペーサ７を介してネジ７１で固定する。

既に熱交換機にはパワーデバイス１を絶縁シート１１を介してネジ１２によって固定されている。この際パワーデバイス１の電気的接続端子１３は応力状自由な状態であり、パワーデバイス１は放熱面１５を熱交換器２の平面に位置基準でしっかりと固定されている。

熱交換器２に取り付けられたパワーデバイス１とスペーサ７で固定された大電流基板３に搭載済み中継バスバー組立体４との接続は抵抗溶接やハンダ接続など多岐にわたり可能である。この接続によってパワーデバイス１の位置基準が崩れること無く、且つ、電気的接続用バスバー４１とパワーデバイス配線用端子１３の接続時の応力を解放するため、パワーデバイス配線用端子１３にはリードフォーミングによってバネ構造１４を取っている。

この中継バスバー組立体４にはパワーデバイスの大電流端子である例えばＭＯＳＦＥＴであればドレイン、ソース端子接続用と制御信号用のゲート端子も含まれており、中継バスバー組立体４内の電気的接続用バスバー４１の大きさを変えることによって大電流用と信号用を同時に形成することが可能である。

この構造を採用することによってパワーデバイス１の形状は一般的なディスクリート半導体などを容易に使用することも可能となり、豪勢を確保したパワーデバイスとすることも不要となる。

本発明の車載用電力変換装置の側面断面図を示す。

符号の説明

１パワーデバイス
２熱交換器
３大電流基板
４バスバー組立体
５制御回路
６ネジ
７、１２、７１スペーサ
１１絶縁シート
１３端子
１５放熱面
３１バスバー
４１電気的接続用バスバー
５１電子回路

Claims

車載用電力変換装置において、強制冷却を必要とするパワーデバイスの冷却を行うための熱交換器とパワーデバイスとの電流を介す大電流回路網及びパワーデバイスを制御する制御回路網を形成、一体配電する大電流基板と、一体配電された大電流基板とパワーデバイスを残留応力無く接続するために設けた中継バスバー組立体とを有する車載用電力変換装置。
直流電流数百アンペア程度流すことの可能なバスバーがプリント基板内に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の車載用電力変換装置。
大電流基板とパワーデバイスとの接続時にパワーデバイスの配置バラツキや接続時の残留応力あるいは取り付け性を考慮した中継バスバー組立体を設け、前記大電流基板にハンダ接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車載用電力変換装置。