JP2010259229A - 電源装置システム - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置システムにおいて、サージ電圧の抑制を行うとともに、バスバーの接続の作業性を向上させることである。
【解決手段】電源装置システムは、第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００の中間に設けられるコンデンサ４０と、コンデンサ４０の正極側または負極側のいずれか一方側から他方側に向かって延伸する一方側バスバー部と、を備え、一方側バスバー部は、第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００の正極側または負極側に接続される各インバータ部用接続部位に向かって分岐した電流経路部を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電源装置システムに係り、特に、少なくとも２つのインバータ部とコンデンサ部とを有する電源装置システムに関する。

電気自動車やハイブリッド車などの車両には、蓄電装置を含む電源装置システムが搭載されている。図６に示される従来技術の電源装置システムとして、２つのインバータ部である第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００と、コンデンサ部であるコンデンサ４０とが並列に接続されている。ここで、第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００とは、複数のスイッチング素子等から構成されている。

特許文献１には、電圧変換装置として、上アーム用の第１のスイッチング素子と、下アーム用の第２のスイッチング素子とのスイッチング動作によって、出力電圧が目標電圧になるように電源からの電源電圧を上記出力電圧に変換する電圧変換器が開示されている。また、上記電源に過電圧が印加されるときのデューティ比上限値よりも小さい範囲のデューティ比で上記第１および第２のスイッチング素子をスイッチング制御する制御装置を備える構成が開示されている。

また、特許文献２には、電力変換装置として、各々が、電力変換を行うためのスイッチング素子を含んで構成された第１および第２の電力変換器と、第１および第２の電力変換器間を電気的に接続するための第１および第２の導線部材と、上記第１および第２の導線部材間の電圧を平滑化するための第１のコンデンサとを備える構成が開示されている。

また、特許文献３には、電力変換装置として、コンデンサ素子をモールド材によってモールドしてなると共に、上記コンデンサ素子の一対の電極及び直流電源の正極と負極とにそれぞれ電気的に接続される正極バスバーと負極バスバーとを有する平滑コンデンサモジュールを備える構成が開示されている。

また、特許文献４には、コンデンサモジュールとして、互いに同一方向を向くように平行に配列され、各々が柱状形状で上端および下端に電極を有する複数のコンデンサと、第１、第２のバスバーとを備える構成が開示されている。そして、上記第１のバスバーは、上記複数のコンデンサの上記上端の電極同士を電気的に接続する上面部と、上記複数のコンデンサの一方側の側面に沿って延在する第１の側面部と、上記第１の側面部のいずれかの端面から引出される第１の電極引出部とを含む構成が開示されている。さらに、上記第２のバスバーは、上記複数のコンデンサの上記下端の電極同士を電気的に接続する底面部と、上記複数のコンデンサの上記一方側の側面に沿って、少なくとも一部が上記第１の側面部と互いに平行に配置される第２の側面部と、上記第１の電極引出部が上記第１の側面部から引出された端面と同じ側において、上記第２の側面部の端面から引出される第２の電極引出部とを含む構成が開示されている。

また、特許文献５には、電力変換装置として、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールを複数個積層配置してなる主回路部と、上記半導体モジュールの信号端部に電気的に接続され、上記半導体モジュールを制御する制御回路を有する構成が開示されている。そして、上記半導体モジュールの主電極端子に電気的に接続されたコンデンサと、上記半導体モジュールと上記コンデンサとを接続するバスバーとを有する構成が開示されている。さらに、そのバスバーは、導体板を屈曲形成してなると共に、上記主回路部の少なくとも２面に対向配置されている構成が開示されている。

特許第４００１１２０号公報 特開２００８−１９９７８８号公報 特開２００８−９９３９７号公報 特開２００７−２４２８６０号公報 特開２００６−２９５９９７号公報

上記各特許文献には、サージ電圧を抑制する様々な技術が記載されている。ところで、電源装置システムにおいて、２つのインバータ部とコンデンサ部とをバスバーを用いて接続する場合に、図６に示された従来技術の電源装置システムの回路図をもとに接続を行うと、２つのインバータ部とコンデンサ部との間の電流経路において共通する電流経路が多くなる。そして、共通する電流経路が多くなると、２つのインバータ部を構成するスイッチング素子のスイッチング動作時に発生するサージ電圧が重畳されてしまうことがある。

本発明の目的は、サージ電圧の抑制を行うとともに、バスバーの接続の作業性を向上させる電源装置システムを提供することである。

本発明に係る電源装置システムは、少なくとも２つのインバータ部の中間に設けられるコンデンサ部と、コンデンサ部の正極側または負極側のいずれか一方側から他方側に向かって延伸する一方側バスバー部と、を備え、一方側バスバー部は、各インバータ部の正極側または負極側に接続される各インバータ部用接続部位に向かって分岐した電流経路部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る電源装置システムにおいて、コンデンサ部の正極側または負極側のうちの他方側に設けられる他方側バスバー部と、を備え、他方側バスバー部は、各インバータ部の正極側または負極側に接続される各インバータ部用接続部位に向かって分岐した電流経路部を有することが好ましい。

また、本発明に係る電源装置システムにおいて、一方側バスバー部の各インバータ部用接続部位は、コンデンサ部の正極側または負極側のうちの他方側で、他方側バスバー部の各インバータ部用接続部位の間にそれぞれ配置されることが好ましい。

また、本発明に係る電源装置システムにおいて、コンデンサ部は、少なくとも２つのインバータ部とともにコンバータ部との間に設けられ、一方側バスバー部は、コンバータ部の正極側または負極側に接続されるコンバータ部用接続部位に向かい、インバータ部用の電流経路部とは別の電流経路部を有することが好ましい。

上記構成の電源装置システムによれば、一方側バスバー部は、コンデンサ部の正極側または負極側のいずれか一方側から他方側に向かって延伸しており、コンデンサ部の一方側で各インバータ部と接続できるため接続作業が容易となる。そして、一方側バスバー部は、各インバータ部の正極側または負極側に接続される各インバータ部用接続部位に向かって分岐した電流経路部を有しているため、サージ電圧の重畳も抑制することができる。したがって、サージ電圧の抑制を行うとともに、バスバーの接続の作業性を向上させることができる。

本発明に係る実施の形態において、電源装置システムを示す回路図である。 本発明に係る実施の形態において、コンデンサの立体構造を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、コンデンサにバスバーを配置した様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、コンデンサと、昇降圧コンバータ回路および第１インバータ回路および第２インバータ回路とをそれぞれバスバーを用いて接続した様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、電源装置システムの変形例を示す図である。 従来技術の電源装置システムを示す回路図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では電源装置システムは、ハイブリッド車に搭載されるものとして説明するが、電気自動車に搭載されるものであってもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、電源装置システム１０を示す回路図である。電源装置システム１０は、蓄電装置１２と、昇降圧コンバータ回路３９と、コンデンサ４０と、第１インバータ回路２００と、第２インバータ回路３００と、第１モータジェネレータ６０と、第２モータジェネレータ７０とを含んで構成される。なお、以下では電源装置システム１０は、内燃機関と電動機とを動力源とするハイブリッド車に搭載されるものとして説明する。

蓄電装置１２は、第１モータジェネレータ６０と第２モータジェネレータ７０とに電力を供給するためのバッテリである。また、蓄電装置１２は、充放電可能な直流電源であって、例えば、炭素物質で構成された負極と、リチウムイオンが移動するための電解液と、リチウムイオンを可逆的に出し入れできる正極活物質とを有するリチウムイオン二次電池を用いることができる。蓄電装置１２は、正極側ライン２４と負極側ライン２６との間に設けられる。

昇降圧コンバータ回路３９は、正極側ライン２４と直列に接続されるコイル３０と、コイル３０と正極側ライン５０との間に接続されるトランジスタ３２と、コイル３０と負極側ライン５２との間に接続されるトランジスタ３４と、トランジスタ３２に並列に接続されるダイオード３６と、トランジスタ３４に並列に接続されるダイオード３８とを含んで構成される。

昇降圧コンバータ回路３９は、蓄電装置１２から受け取る直流電圧についてコイル３０を用いて昇圧する機能を有する。具体的には、昇降圧コンバータ回路３９は、トランジスタ３４のスイッチング動作に応じて流れる電流をコイル３０に電磁エネルギとして蓄積する。そして、昇降圧コンバータ回路３９は、その蓄積された電磁エネルギをトランジスタ３４がオフされたタイミングに同期してダイオード３６を介してコンデンサ４０に蓄積することで昇圧を行う。

また、昇降圧コンバータ回路３９は、第１インバータ回路２００あるいは第２インバータ回路３００から受ける直流電圧を降圧し、蓄電装置１２を充電する。

コンデンサ４０は、正極側ライン５０と負極側ライン５２との間に接続され、正極側ライン５０と負極側ライン５２との間の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサである。また、コンデンサ４０は、昇降圧コンバータ回路３９と第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００との中間部に設けられる。

第１モータジェネレータ６０と第２モータジェネレータ７０は、車両の力行時には、第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００のスイッチング動作によって、回転駆動され、また、車両の回生時には、蓄電装置１２を充電する機能を有する。

第１インバータ回路２００及び第２インバータ回路３００は、車両の力行時にはコンデンサ４０の直流電圧を交流電圧に変換して第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０に供給し、これにより第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０が回転駆動される。また、第１インバータ回路２００及び第２インバータ回路３００は、車両の回生時には第１モータジェネレータ６０あるいは第２モータジェネレータ７０で発電された交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置１２に供給し、これにより蓄電装置１２が充電される。なお、図示しないが第１インバータ回路２００及び第２インバータ回路３００は、複数のトランジスタと複数のダイオードとを用いて構成されている。

ここで、コンデンサ４０は、昇降圧コンバータ回路３９と第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００との間でバスバーを用いて電気的に接続されているが、図１に示されるように、昇降圧コンバータ回路３９と第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００との間でそれぞれ別々の電流経路を有するように接続されている。

次に、図２〜図４を用いて、コンデンサ４０と、昇降圧コンバータ回路３９および第１インバータ回路２００および第２インバータ回路３００との具体的な接続構造について説明する。図２は、コンデンサ４０の立体構造を示す図である。コンデンサ４０は、略直方体形状を有し、正極側の取出口である正極面４０２と、負極側の取出口である負極面４０４とを有する。なお、図２には、コンデンサ４０の両電極を分かりやすくするために、コンデンサ４０に対応するコンデンサの記号４０１を示している。

図３は、コンデンサ４０にバスバーを配置した様子を示す図である。正極側バスバー４２０は、コンデンサ４０の正極面４０２と接合され、それぞれ上側に向かって延伸しながら三叉に分かれて、コンデンサ４０の上面４０６から上側に向かって突出する正極側接続部位４２０ａ，４２０ｂ，４２０ｃを有する。

また、負極側バスバー４１０は、コンデンサ４０の負極面４０４と接合され、負極面４０４から上面４０６を介して正極面４０２側に向かって延伸しながら三叉に分かれ、正極面４０２と同一平面となるように、その先端部が上側に向けられて負極側接続部位４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃが形成されている。

なお、正極側接続部位４２０ａ，４２０ｂ，４２０ｃと負極側接続部位４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃとは、正極側と負極側が交互に並ぶように配置される。具体的には、図３に示されるように、正極側接続部位４２０ａ，４２０ｂの間に負極側接続部位４１０ａが位置するように配置され、正極側接続部位４２０ｂ，４２０ｃの間に負極側接続部位４１０ｂが位置するように配置される。そして、正極側接続部位４２０ｃの右側に負極側接続部位４１０ｃが位置するように配置される。

図４は、コンデンサ４０と、昇降圧コンバータ回路３９および第１インバータ回路２００および第２インバータ回路３００とをそれぞれバスバーを用いて接続した様子を示す図である。図４に示されるように、コンデンサ４０上に設けられた負極側バスバー４１０が配置された上に、昇降圧コンバータ回路３９と第１インバータ回路２００と第２インバータ回路３００とが配置されている。なお、図示していないが、昇降圧コンバータ回路３９および第１インバータ回路２００および第２インバータ回路３００と、コンデンサ４０及び負極側バスバー４１０とは、絶縁されるように適当な絶縁部材を用いて絶縁処理がなされている。

ここで、図４に示されるように、昇降圧コンバータ回路３９および第１インバータ回路２００および第２インバータ回路３００とは略直方体形状を有し、それぞれ側面３９２，２０２，３０２において正極側取出口と負極側取出口が設けられている。

昇降圧コンバータ回路３９の側面３９２において、正極側バスバー４２０の正極側接続部位４２０ａと昇降圧コンバータ回路３９の正極側取出口とを接続し、負極側バスバー４１０の負極側接続部位４１０ａと昇降圧コンバータ回路３９の負極側取出口とを接続する。

第１インバータ回路２００の側面２０２において、正極側バスバー４２０の正極側接続部位４２０ｂと第１インバータ回路２００の正極側取出口とを接続し、負極側バスバー４１０の負極側接続部位４１０ｂと第１インバータ回路２００の負極側取出口とを接続する。

第２インバータ回路３００の側面３０２において、正極側バスバー４２０の正極側接続部位４２０ｃと第２インバータ回路３００の正極側取出口とを接続し、負極側バスバー４１０の負極側接続部位４１０ｃと第２インバータ回路３００の負極側取出口とを接続する。

続いて、上記構成の電源装置システム１０の作用について図４を参照して説明する。電源装置システム１０において、コンデンサ４０と、昇降圧コンバータ回路３９および第１インバータ回路２００および第２インバータ回路３００との正極側同士の接続とともに負極側同士の接続は、図４に示されるように正極面４０２側で接続される。これにより、一方側において正極側の接続作業とともに負極側の接続作業が行えるため、作業性が向上する。

また、正極側バスバー４２０および負極側バスバー４１０は、先端部側に向かって三叉に分かれている。これにより、コンデンサ４０から昇降圧コンバータ回路３９および第１インバータ回路２００および第２インバータ回路３００への電流経路を分岐することができる。したがって、それぞれ共通する電流経路を少なくすることができるため、サージ電圧の重畳を抑制することができる。

上記のように、電源装置システム１０によれば、サージ電圧の抑制を行うとともに、バスバーの接続の作業性を向上させることができる。なお、上記では、正極側バスバー４２０および負極側バスバー４１０は、先端部側で三叉に分かれているものとして説明したが、基端部側からすぐに三叉に分かれて延伸するものであってもよい。

次に、図５を用いて電源装置システム１０の変形例について説明する。図５は、電源装置システム１０の変形例を示す図である。電源装置システム１０では、コンデンサ４０から昇降圧コンバータ回路３９および第１インバータ回路２００への電気的接続は、正極側接続部位とともに負極側接続部位もそれぞれ別々のもので行われているが、電源装置システム１０の変形例では、それぞれ共通の正極側接続部位４４２と負極側接続部位４５２を用いて接続を行う。

一方、昇降圧コンバータ回路３９と第１インバータ回路２００との間の正極側および負極側の接続は、それぞれ正極側バスバー４４０と負極側バスバー４５０によって行われている。そして、正極側バスバー４４０と正極側接続部位４４２とが接続され、負極側バスバー４５０と負極側接続部位４５２とが接続される。

上記構成によれば、コンデンサ４０の一方側において、昇降圧コンバータ回路３９と第１インバータ回路２００と接続されるため接続作業の作業性が向上する。さらに、コンデンサ４０からの昇降圧コンバータ回路３９と第１インバータ回路２００への電流経路は、図５に示されるように正極側バスバー４４０と負極側バスバー４５０によって分岐される。これにより、サージ電圧の重畳も抑制することができる。

１０ 電源装置システム、１２ 蓄電装置、２４，５０ 正極側ライン、２６，５２ 負極側ライン、３０ コイル、３２，３４ トランジスタ、３６，３８ ダイオード、３９ 昇降圧コンバータ回路、４０ コンデンサ、６０ 第１モータジェネレータ、７０ 第２モータジェネレータ、２００ 第１インバータ回路、２０２,３０２，３９２ 側面、３００ 第２インバータ回路、４０１ コンデンサの記号、４０２ 正極面、４０４ 負極面、４０６ 上面、４１０，４５０ 負極側バスバー、４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃ，４５２ 負極側接続部位、４２０,４４０ 正極側バスバー、４２０ａ，４２０ｂ，４２０ｃ，４４２ 正極側接続部位。

Claims (4)

1. 少なくとも２つのインバータ部の中間に設けられるコンデンサ部と、
   コンデンサ部の正極側または負極側のいずれか一方側から他方側に向かって延伸する一方側バスバー部と、
   を備え、
   一方側バスバー部は、
   各インバータ部の正極側または負極側に接続される各インバータ部用接続部位に向かって分岐した電流経路部を有することを特徴とする電源装置システム。
2. 請求項１に記載の電源装置システムにおいて、
   コンデンサ部の正極側または負極側のうちの他方側に設けられる他方側バスバー部と、
   を備え、
   他方側バスバー部は、
   各インバータ部の正極側または負極側に接続される各インバータ部用接続部位に向かって分岐した電流経路部を有することを特徴とする電源装置システム。
3. 請求項２に記載の電源装置システムにおいて、
   一方側バスバー部の各インバータ部用接続部位は、コンデンサ部の正極側または負極側のうちの他方側で、他方側バスバー部の各インバータ部用接続部位の間にそれぞれ配置されることを特徴とする電源装置システム。
4. 請求項１に記載の電源装置システムにおいて、
   コンデンサ部は、少なくとも２つのインバータ部とともにコンバータ部との間に設けられ、
   一方側バスバー部は、
   コンバータ部の正極側または負極側に接続されるコンバータ部用接続部位に向かい、インバータ部用の電流経路部とは別の電流経路部を有することを特徴とする電源装置システム。

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