JP2011210863A

JP2011210863A - コンデンサユニット

Info

Publication number: JP2011210863A
Application number: JP2010075701A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Imanishi; 啓之今西; Yoshinobu Hasuka; 芳信蓮香; Takuya Kyoda; 卓也京田
Original assignee: Panasonic Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Panasonic Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】本発明は、発熱量を低減することができるコンデンサユニットを提供する。
【解決手段】昇圧コンバータ２０を構成するコンデンサユニット３０は、複数のコンデンサ素子３１０と、複数のコンデンサ素子３２０と、第１バスバー３６０と、第２バスバー３７０と、第３バスバー３８０とを備え、複数のコンデンサ素子３１０は、第１バスバー３６０と第２バスバー３７０との間に並設され、複数のコンデンサ素子３２０は、第２バスバー３７０と第３バスバー３８０との間に並設されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、昇圧コンバータにおける複数のコンデンサを集約したコンデンサユニットに関する。

電動モータで車輪を駆動する車両（例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車など）には、電源から供給される直流電力の電圧を昇圧コンバータで昇圧し、その昇圧した直流電力をインバータで交流電力に変換して電動モータに供給するものが知られている。このような車両に用いられる昇圧コンバータは、スナバ回路、平滑回路、共振回路などを構成する複数のコンデンサを備え、これらのコンデンサは、通常、コンデンサユニットとして集約される。引用文献１には、複数のコンデンサを集約したコンデンサユニットが記載されている。

特開平７−２９８２９号公報

複数のコンデンサを集約したコンデンサユニットは、各コンデンサで発生する熱を蓄熱し易いが、従来、コンデンサユニットの熱対策について十分な検討がなされていなかった。

本発明は、上記した課題を踏まえ、発熱量を低減することができるコンデンサユニットを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］適用例１のコンデンサユニットは、昇圧コンバータの一部を構成するコンデンサユニットであって、前記昇圧コンバータにおけるスナバ回路および平滑回路を構成する複数のコンデンサから成る第１コンデンサ群と、前記昇圧コンバータにおける共振回路を構成する複数のコンデンサから成る第２コンデンサ群と、前記第１コンデンサ群における各コンデンサのＰ極電極に電気的に接続された板状の第１面部が形成された第１バスバーと、前記第１面部に略平行に配置された板状の第２面部が形成された第２バスバーであって、前記第２面部の一方の面は、前記第１コンデンサ群における各コンデンサのＮ極電極に電気的に接続され、前記第２面部の他方の面は、前記第２コンデンサ群における各コンデンサのＮ極電極に電気的に接続された、第２バスバーと、前記第１面部および前記第２面部に略平行に配置された板状の第３面部が形成された第３バスバーであって、前記第３面部は、前記第２コンデンサ群における各コンデンサのＰ極電極に電気的に接続された、第３バスバーとを備え、前記第１コンデンサ群は、前記第１面部と前記第２面部との間に並設され、前記第２コンデンサ群は、前記第２面部と前記第３面部との間に並設されたことを特徴とする。

適用例１のコンデンサユニットによれば、昇圧コンバータの第１コンデンサ群と第２コンデンサ群とを二段に重ねて配置することができるため、複数のコンデンサを一段に配置した場合に比べて、同じユニット寸法（縦ｘ横ｘ幅）で同じコンデンサ容量を維持しながら、第１コンデンサ群および第２コンデンサ群の電極間を短縮することができる。これによって、第１コンデンサ群および第２コンデンサ群の内部抵抗が小さくなり、各コンデンサの発熱量も小さくなる。その結果、コンデンサユニットの発熱量を低減することができる。

［適用例２］適用例１のコンデンサユニットは、更に、前記昇圧コンバータに供給される電流のリップルを低減する平滑回路を構成する複数のコンデンサから成る第３コンデンサ群であって、該複数のコンデンサのＮ極電極は、前記第２バスバーにおける前記第２面部の前記一方の面に電気的に接続された、第３コンデンサ群と、前記第１バスバーの前記第１面部に沿って配置された板状の第４面部が形成された第４バスバーであって、前記第４面部は、前記第３コンデンサ群における各コンデンサのＰ極電極に電気的に接続された、第４バスバーとを備え、前記第３コンデンサ群は、前記第４面部と前記第２面部との間に併設されたとしても良い。適用例２のコンデンサユニットによれば、第１コンデンサ群および第２コンデンサ群に加えて第３コンデンサ群を備えるコンデンサユニットの発熱量を低減することができる。

本発明の形態は、コンデンサユニットに限るものではなく、例えば、コンデンサユニットを備える昇圧コンバータ、コンデンサユニットを備える車両、コンデンサの加熱抑制方法などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

昇圧コンバータの電気回路構成を示す説明図である。コンデンサユニットの外観構成を示す説明図である。変形例におけるコンデンサユニットの外観構成を示す説明図である。

以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用したコンデンサユニットについて説明する。

図１は、昇圧コンバータ２０の電気回路構成を示す説明図である。昇圧コンバータ２０は、電源１０から供給される直流電力の電圧を昇圧する。本実施例では、昇圧コンバータ２０に電気的に接続される電源１０は、燃料電池であるが、他の実施形態において、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池などの二次電池であっても良い。本実施例では、昇圧コンバータ２０は、電動モータで車輪を駆動する車両（例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車など）に搭載される機器であるが、電気で作動する電気機械機器に電源として搭載されるシステムに搭載されても良い。

昇圧コンバータ２０は、他の電気回路と電気的に接続可能な外部端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を備える。昇圧コンバータ２０の外部端子Ｔ１は、電源１０の高電位側に接続され、昇圧コンバータ２０の外部端子Ｔ２は、電源１０の低電位側に接続される。昇圧コンバータ２０の外部端子Ｔ３は、電圧を昇圧した直流電力を出力する高電位側の出力端子であり、昇圧コンバータ２０の外部端子Ｔ４は、外部端子Ｔ２に接続された低電位側の出力端子である。

外部端子Ｔ１と外部端子Ｔ２との間には、コンデンサＣ１が接続されている。コンデンサＣ１は、電源１０から出力される電流のリップルを低減する平滑回路を構成する平滑コンデンサとして機能する。

外部端子Ｔ１と外部端子Ｔ３との間には、外部端子Ｔ１側から順に、コイルＬ１、ダイオードＤ３が直列に接続されている。ダイオードＤ３のカソード側は、コイルＬ１に接続され、ダイオードＤ３のアノード側は、外部端子Ｔ３に接続されている。

コイルＬ１とダイオードＤ３との間、すなわち、ダイオードＤ３のカソード側は、ダイオードＤ２のカソード側に接続され、ダイオードＤ２のアノード側は、コンデンサＣ２を介して外部端子Ｔ４に接続されている。コンデンサＣ２のＰ極（正極）側はダイオードＤ２に接続され、コンデンサＣ２のＮ極（負極）側は外部端子Ｔ４に接続されており、コンデンサＣ２は、コイルＬ２と共に共振回路を構成してソフトスイッチングによる共振型コンバータを実現する共振コンデンサとして機能する。

昇圧コンバータ２０は、スイッチング素子としてトランジスタＳ１，Ｓ２を備える。昇圧コンバータ２０では、トランジスタＳ１，Ｓ２の各ベース端子に流れる電流を制御することによって、外部端子Ｔ３および外部端子Ｔ４を通じて出力される直流電力の電圧を調整することが可能である。本実施例では、トランジスタＳ１，Ｓ２の各ベース端子に流れる電流は、昇圧コンバータ２０が搭載された車両を制御する制御装置によって制御される。トランジスタＳ１のコレクタ端子は、ダイオードＤ３のアノード側に接続され、トランジスタＳ１のエミッタ端子は、外部端子Ｔ４に接続されている。トランジスタＳ２のコレクタ端子は、ダイオードＤ２のアノード側に接続され、トランジスタＳ２のエミッタ端子は、直列に接続されたダイオードＤ１およびコイルＬ２を介して外部端子Ｔ１に接続されている。トランジスタＳ２、ダイオードＤ１、コイルＬ２の直列順序は、置き換え可能である。

外部端子Ｔ３と外部端子Ｔ４との間には、トランジスタＳ１と並列に、コンデンサＣ３が接続されている。コンデンサＣ３は、トランジスタＳ１による電流遮断時に生じる過渡的な高電圧を吸収するスナバ回路を構成するスナバコンデンサとして機能する。外部端子Ｔ３と外部端子Ｔ４との間には、トランジスタＳ１およびコンデンサＣ３の各々と並列に、コンデンサＣ４が接続されている。コンデンサＣ４は、外部端子Ｔ３および外部端子Ｔ４を通じて出力される電流のリップルを低減する平滑回路を構成する平滑コンデンサとして機能する。コンデンサＣ３，Ｃ４のＰ極（正極）側は外部端子Ｔ３に接続され、コンデンサＣ３，Ｃ４のＮ極（負極）側は外部端子Ｔ４に接続されている。

昇圧コンバータ２０のコンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４は、コンデンサユニット３０に集約されている。すなわち、コンデンサユニット３０は、昇圧コンバータ２０の一部を構成する。図１の電気回路図には、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４をそれぞれ単一の回路要素として図示したが、コンデンサユニット３０に集約されたコンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４の各回路要素は、複数のコンデンサ素子を電気的に並列に接続することによって実現される。

図２は、コンデンサユニット３０の外観構成を示す説明図である。コンデンサユニット３０は、複数のコンデンサ素子３１０と、複数のコンデンサ素子３２０と、筐体３５０と、第１バスバー３６０と、第２バスバー３７０と、第３バスバー３８０とを備える。

コンデンサユニット３０における複数のコンデンサ素子３１０は、昇圧コンバータ２０のコンデンサＣ３，Ｃ４を実現する複数のコンデンサとして第１コンデンサ群を構成する。本実施例では、コンデンサユニット３０は、９個のコンデンサ素子３１０を備える。本実施例では、コンデンサ素子３１０は、円柱状の外形を有し、その円柱の一方の端面には正極であるＰ極電極３１２が形成され、他方の端面には負極であるＮ極電極３１８が形成されている。本実施例では、同一のコンデンサ製品である複数のコンデンサ素子３１０を用いてコンデンサＣ３，Ｃ４をそれぞれ実現するが、他の実施形態において、素材、形状、静電容量などの少なくとも一つが異なるコンデンサ製品を用いてコンデンサＣ３，Ｃ４をそれぞれ実現しても良い。

コンデンサユニット３０における複数のコンデンサ素子３２０は、昇圧コンバータ２０のコンデンサＣ２を実現する複数のコンデンサとして第２コンデンサ群を構成する。本実施例では、コンデンサユニット３０は、９個のコンデンサ素子３２０を備える。本実施例では、コンデンサ素子３２０は、円柱状の外形を有し、その円柱の一方の端面には正極であるＰ極電極３２２が形成され、他方の端面には負極であるＮ極電極３２８が形成されている。本実施例では、コンデンサ素子３２０は、コンデンサ素子３１０と同一のコンデンサ製品であるが、他の実施形態において、素材、形状、静電容量などの少なくとも一つがコンデンサ素子３１０と異なるコンデンサ製品であっても良い。

コンデンサユニット３０の筐体３５０は、電気絶縁性を有する材料で形成された箱体であり、本実施例では、電気絶縁性樹脂で成形された六面体である。筐体３５０は、複数のコンデンサ素子３１０、複数のコンデンサ素子３２０を内部に収容し、第１バスバー３６０、第２バスバー３７０、第３バスバー３８０の各バスバーの一部分は、筐体３５０の外部に露出する。本実施例では、第１バスバー３６０、第２バスバー３７０、第３バスバー３８０の各バスバーは、筐体３５０の六面体を構成する六つの面の一つである第１筐体面３５１から外部に露出する。

コンデンサユニット３０の第１バスバー３６０は、電気導電性を有する材料で形成された部材であり、本実施例では、金属板を板金加工した部材である。第１バスバー３６０は、複数のコンデンサ素子３１０の各Ｐ極電極３１２に共通して電気的に接続された板状の第１面部３６２を備える。本実施例では、第１面部３６２は、３行３列に配置された９個のコンデンサ素子３１０における各Ｐ極電極３１２を十分に覆うことが可能な大きさの矩形状であり、筐体３５０の第１筐体面３５１に略平行に配置されている。

コンデンサユニット３０の第２バスバー３７０は、電気導電性を有する材料で形成された部材であり、本実施例では、金属板を板金加工した部材である。第２バスバー３７０は、第１バスバー３６０の第１面部３６２に略平行に配置された板状の第２面部３７２を備える。第２面部３７２の一方の面は、複数のコンデンサ素子３１０における各Ｎ極電極３１８に電気的に接続され、第２面部３７２の他方の面は、複数のコンデンサ素子３２０における各Ｎ極電極３２８に電気的に接続されている。本実施例では、第２面部３７２は、３行３列に配置された９個のコンデンサ素子３１０における各Ｎ極電極３１８、および３行３列に配置された９個のコンデンサ素子３２０における各Ｎ極電極３２８を十分に覆うことが可能な大きさの矩形状である。

コンデンサユニット３０の第３バスバー３８０は、電気導電性を有する材料で形成された部材であり、本実施例では、金属板を板金加工した部材である。第３バスバー３８０は、第１バスバー３６０の第１面部３６２および第２バスバー３７０の第２面部３７２に略平行に配置された板状の第３面部３８２を備える。第３面部３８２は、複数のコンデンサ素子３２０における各Ｐ極電極３２２に電気的に接続されている。本実施例では、第３面部３８２は、３行３列に配置された９個のコンデンサ素子３２０における各Ｐ極電極３２２を十分に覆うことが可能な大きさの矩形状である。

図２に示すように、複数のコンデンサ素子３１０は、第１バスバー３６０の第１面部３６２と、第２バスバー３７０の第２面部３７２との間に３行３列に並設され、複数のコンデンサ素子３２０は、第２バスバー３７０の第２面部３７２と、第３バスバー３８０の第３面部３８２との間に３行３列に並設されている。本実施例では、コンデンサ素子３１０と第１バスバー３６０および第２バスバー３７０との間、およびコンデンサ素子３２０と第２バスバー３７０および第３バスバー３８０との間は、直接的な接合によって電気的に接続されているが、他の実施形態において、リード線を介して電気的に接続されていても良い。

以上説明したコンデンサユニット３０によれば、昇圧コンバータ２０のコンデンサ素子３１０とコンデンサ素子３２０とを二段に重ねて配置することができるため、複数のコンデンサを一段に配置した場合に比べて、同じユニット寸法（縦ｘ横ｘ幅）で同じコンデンサ容量を維持しながら、コンデンサ素子３１０およびコンデンサ素子３２０の電極間を短縮することができる。これによって、コンデンサ素子３１０およびコンデンサ素子３２０の内部抵抗が小さくなり、各コンデンサの発熱量も小さくなる。その結果、コンデンサユニット３０の発熱量を低減することができる。

図３は、変形例におけるコンデンサユニット３２の外観構成を示す説明図である。変形例のコンデンサユニット３２は、第１コンデンサ群を構成する複数のコンデンサ素子３１０のいくつかに代えて第３コンデンサ群を構成する複数のコンデンサ素子３３０を備える点、コンデンサ素子３１０からコンデンサ素子３３０への置き換えに応じて第１バスバー３６０の第１面部３６２を縮小した点、複数のコンデンサ素子３３０に対応する第４バスバー３９０を備える点を除き、図２のコンデンサユニット３０と同様である。

コンデンサユニット３２における複数のコンデンサ素子３３０は、昇圧コンバータ２０のコンデンサＣ１を実現する複数のコンデンサとして第３コンデンサ群を構成する。本実施例では、コンデンサユニット３０は、第３コンデンサ群を構成する３個のコンデンサ素子３３０を、第１コンデンサ群を構成する６個のコンデンサ素子３１０に併設して備える。本実施例では、コンデンサ素子３３０は、円柱状の外形を有し、その円柱の一方の端面には正極であるＰ極電極３３２が形成され、他方の端面には負極であるＮ極電極３３８が形成されている。コンデンサ素子３３０のＰ極電極３３２は、第１バスバー３６０に電気的に接続され、コンデンサ素子３３０のＮ極電極３３８は、コンデンサ素子３１０のＮ極電極３１８と同様に、第２バスバー３７０における第２面部３７２の一方の面に電気的に接続されている。本実施例では、コンデンサ素子３３０は、コンデンサ素子３１０，３２０と同一のコンデンサ製品であるが、他の実施形態において、素材、形状、静電容量などの少なくとも一つがコンデンサ素子３１０，３２０と異なるコンデンサ製品であっても良い。

コンデンサユニット３２の第４バスバー３９０は、電気導電性を有する材料で形成された部材であり、本実施例では、金属板を板金加工した部材である。第４バスバー３９０は、第１バスバー３６０から電気的に絶縁可能な距離を置いて設けられ、複数のコンデンサ素子３３０の各Ｐ極電極３３２に共通して電気的に接続された板状の第４面部３９２を備える。第４バスバー３９０の第４面部３９２は、第１バスバー３６０の第１面部３６２に沿って配置され、本実施例では、第４バスバー３９０の第４面部３９２は、第１バスバー３６０の第１面部３６２と同一平面に配置されている。本実施例では、第４面部３９２は、１列に配置された３個のコンデンサ素子３３０における各Ｐ極電極３３２を十分に覆うことが可能な大きさの矩形状であり、筐体３５０の第１筐体面３５１に略平行に配置されている。第４バスバー３９０の一部分は、筐体３５０の外部に露出し、本実施例では、筐体３５０の第１筐体面３５１から外部に露出する。

以上説明した変形例のコンデンサユニット３２によれば、昇圧コンバータ２０のコンデンサ素子３１０およびコンデンサ素子３３０と、コンデンサ素子３２０とを二段に重ねて配置することができるため、複数のコンデンサを一段に配置した場合に比べて、同じユニット寸法（縦ｘ横ｘ幅）で同じコンデンサ容量を維持しながら、コンデンサ素子３１０、コンデンサ素子３２０、コンデンサ素子３３０の電極間を短縮することができる。これによって、コンデンサ素子３１０、コンデンサ素子３２０、コンデンサ素子３３０の内部抵抗が小さくなり、各コンデンサの発熱量も小さくなる。その結果、コンデンサユニット３２の発熱量を低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、図２の実施例におけるコンデンサ素子３１０およびコンデンサ素子３２０の数量は、９個に限るものではなく、９個よりも少なくても良いし、９個より多くても良い。また、図２の実施例におけるコンデンサ素子３１０およびコンデンサ素子３２０の配置を相互に置き換えても良い。

１０…電源
２０…昇圧コンバータ
３０…コンデンサユニット
３１０…コンデンサ素子
３２０…コンデンサ素子
３３０…コンデンサ素子
３５０…筐体
３５１…第１筐体面
３６０…第１バスバー
３６２…第１面部
３７０…第２バスバー
３７２…第２面部
３８０…第３バスバー
３８２…第３面部
３９０…第４バスバー
３９２…第４面部

Claims

昇圧コンバータの一部を構成するコンデンサユニットであって、
前記昇圧コンバータにおけるスナバ回路および平滑回路を構成する複数のコンデンサから成る第１コンデンサ群と、
前記昇圧コンバータにおける共振回路を構成する複数のコンデンサから成る第２コンデンサ群と、
前記第１コンデンサ群における各コンデンサのＰ極電極に電気的に接続された板状の第１面部が形成された第１バスバーと、
前記第１面部に略平行に配置された板状の第２面部が形成された第２バスバーであって、前記第２面部の一方の面は、前記第１コンデンサ群における各コンデンサのＮ極電極に電気的に接続され、前記第２面部の他方の面は、前記第２コンデンサ群における各コンデンサのＮ極電極に電気的に接続された、第２バスバーと、
前記第１面部および前記第２面部に略平行に配置された板状の第３面部が形成された第３バスバーであって、前記第３面部は、前記第２コンデンサ群における各コンデンサのＰ極電極に電気的に接続された、第３バスバーと
を備え、
前記第１コンデンサ群は、前記第１面部と前記第２面部との間に並設され、
前記第２コンデンサ群は、前記第２面部と前記第３面部との間に並設された、コンデンサユニット。
請求項１に記載のコンデンサユニットであって、更に、
前記昇圧コンバータに供給される電流のリップルを低減する平滑回路を構成する複数のコンデンサから成る第３コンデンサ群であって、該複数のコンデンサのＮ極電極は、前記第２バスバーにおける前記第２面部の前記一方の面に電気的に接続された、第３コンデンサ群と、
前記第１バスバーの前記第１面部に沿って配置された板状の第４面部が形成された第４バスバーであって、前記第４面部は、前記第３コンデンサ群における各コンデンサのＰ極電極に電気的に接続された、第４バスバーと
を備え、
前記第３コンデンサ群は、前記第４面部と前記第２面部との間に併設された、コンデンサユニット。