JP2013220031A - 車載用電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、新たにコンバータ用発熱部品及びインバータ用発熱部品を覆うカバーを備える必要性がなく、部品点数及び材料費を削減することができるとともに、小型化を図ることができる。
【解決手段】この発明に係る車載用電力変換装置では、ＤＣＤＣコンバータ用冷却器４周縁部にコンバータ用発熱部品を囲って設けられた囲い部２１を有しており、囲い部２１は、インバータ２及びＤＣＤＣコンバータ１Ａが一体化されたときに、コンバータ用発熱部品及びインバータ用発熱部品を囲っている。
【選択図】図５

Description

この発明は、駆動用バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し駆動用モータを駆動するインバータと、駆動バッテリの直流電力を異なる電圧の直流電力に変換するＤＣＤＣコンバータとが一体化された車載用電力変換装置に関する。

従来からハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車等に搭載され、リチウムイオンバッテリに代表される駆動バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、駆動モータを駆動するインバータと、駆動バッテリから供給される直流電力を異なる電圧の直流電力に変換するＤＣＤＣコンバータが一体化された車載用電力変換装置における、スイッチング素子、トランス等の実装構造や冷却方法等が数多く提案されている。

例えば特許文献１には、インバータとＤＣＤＣコンバータが一体化された電力変換装置において、インバータ用冷却器とＤＣＤＣコンバータ用冷却器との間に、コンデンサや放電抵抗等、インバータの付属電子部品を配設し、これら付属電子部品を効率的に冷却する構造が記載されている。

特開２００９-１４８０２７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された電力変換装置には下記のような問題点があった。
（１）コンデンサや放電抵抗等、インバータの付属電子部品をＤＣＤＣコンバータ用冷却器に接触させることで、これら付属電子部品を効率的に冷却する構造としているが、これらの付属電子部品とＤＣＤＣコンバータの発熱部品が熱干渉し、ＤＣＤＣコンバータの発熱部品、あるいはインバータの付属電子部品が想定以上に温度上昇することが懸念される。
（２）インバータ、ＤＣＤＣコンバータ、及び各冷却器を格納するためのケースが、インバータ用冷却器とＤＣＤＣコンバータ用冷却器とは別に必要となるため、アルミダイキャスト等の部材が多く必要となる上、電力変換装置全体の容積が大きくなってしまう。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、インバータの発熱部品の熱とＤＣＤＣコンバータの発熱部品の熱との干渉を抑制する車載用電力変換装置を得ることを目的とする。
また、新たにコンバータ用発熱部品及びインバータ用発熱部品を覆うカバーを備える必要性がなく、部品点数及び材料費を削減することができるとともに、小型化を図ることができる車載用電力変換装置を得ることを目的とする。

この発明に係る車載用電力変換装置では、車両に搭載され、直流電力を交流電力に変換するインバータと、直流電力を電圧の異なる直流電力に変換するＤＣＤＣコンバータとが一体化された車載用電力変換装置において、
前記インバータは、インバータ用発熱部品と、このインバータ用発熱部品を載置しインバータ用発熱部品を冷却するインバータ用冷却器とを有し、
前記ＤＣＤＣコンバータは、コンバータ用発熱部品と、このコンバータ用発熱部品を前記インバータ用発熱部品と対向して載置しコンバータ用発熱部品を冷却するＤＣＤＣコンバータ用冷却器とを有し、
前記ＤＣＤＣコンバータ用冷却器または前記インバータ用冷却器は、周縁部に前記コンバータ用発熱部品または前記インバータ用発熱部品を囲って設けられた囲い部を有しており、
前記囲い部は、前記インバータ及び前記ＤＣＤＣコンバータが一体化されたときに、前記コンバータ用発熱部品及び前記インバータ用発熱部品を囲っている。

この発明に係る車載用電力変換装置によれば、ＤＣＤＣコンバータ用冷却器またはインバータ用冷却器は、周縁部にコンバータ用発熱部品またはインバータ用発熱部品を囲って設けられた囲い部を有しており、囲い部は、インバータ及びＤＣＤＣコンバータが一体化されたときに、コンバータ用発熱部品及びインバータ用発熱部品を囲っているので、新たにコンバータ用発熱部品及びインバータ用発熱部品を覆うカバーを備える必要性がなく、部品点数及び材料費を削減することができるとともに、小型化を図ることができる。

この発明の実施の形態１の車載用電力変換装置を示す分解斜視図である。 図１のＤＣＤＣコンバータの主回路構成を示す電気回路図である。 図１のインバータの主回路構成を示す電気回路図である。 図１のＤＣＤＣコンバータの発熱部品の熱をカバーに伝播させる熱伝導部材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２の車載用電力変換装置を示す分解斜視図である。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の車載用電力変換装置を示す分解斜視図、図２は図１のＤＣＤＣコンバータ１の主回路構成を示す電気回路図、図３は図１のインバータ２の主回路構成を示す電気回路図である。
なお、図２のＤＣＤＣコンバータ１の電気回路図において、入力側コンデンサ１１及び出力側コンデンサ１２が存在するが、図１では省略されている。
また、図３のインバータ２の電気回路図において、入力側に抵抗１８が存在するが、これも図１では省略されている。
この車載用電力変換装置は、駆動バッテリ（図示せず）から供給される直流電力を異なる電圧の直流電力に変換し、１４Ｖ系補機に供給するＤＣＤＣコンバータ１と、駆動バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、駆動モータを駆動するインバータ２と、ＤＣＤＣコンバータ１の発熱部品を覆う有底四角柱形状のカバー３とを備えている。

上記ＤＣＤＣコンバータ１は、シャーシであって内部に冷却媒体が流れるコンバータ用冷却器４と、この冷却器４の上面にそれぞれ配置された、複数のスイッチング素子７、共振コイル８、トランス９及び平滑コイル１０とを有している。冷却器４の一方の側面には、冷却媒体が流入する冷却水路である流入ニップル５が設けられており、他方の側面には、冷却媒体が流出する冷却水路である流出ニップル６が設けられている。流入ニップル５から流入した冷却媒体は、冷却器４の内部を蛇行して流出ニップル６から流出し、ＤＣＤＣコンバータ１の発熱部品である、スイッチング素子７、共振コイル８、トランス９及び平滑コイル１０を冷却する。
上記インバータ２は、シャーシであって内部に冷却媒体が流れるインバータ用冷却器１３と、この冷却器１３の上面にそれぞれ配置された、複数のスイッチング素子１４及び入力コンデンサ１５を有している。冷却器１３の一方の側面には、冷却媒体が流入する冷却水路である流入ニップル１６が設けられており、他方の側面には、冷却媒体が流出する冷却水路である流出ニップル１７が設けられている。流入ニップル１６から流入した冷却媒体は、冷却器１３の内部を通って流出ニップル１７から流出し、インバータ２の発熱部品である、スイッチング素子１４及び入力コンデンサ１５を冷却する。
また、コンバータ用冷却器４及びインバータ用冷却器１３は、各冷却水路である流入ニップル５，１６、流出ニップル６，１７がともに概略直線状となっており、かつ概略平行になるように配置されている。

また、この実施の形態では、ＤＣＤＣコンバータ１の発熱部品である、共振コイル８、トランス９及び平滑コイル１０の熱をカバー３に伝播させる構造をとっている。
図４は、ＤＣＤＣコンバータ１の発熱部品の熱をカバー３に伝播させる熱伝導部材１９を示している。
熱伝導部材１９は、中間部が発熱部品側に湾曲状に突出した弾性部材で構成され、両端部がねじ２０を用いてカバー３に固定されている。

この車載用電力変換装置では、ＤＣＤＣコンバータ１の上記発熱部品を冷却するコンバータ用冷却器４と、インバータ２の上記発熱部品を冷却するインバータ用冷却器１３とは、それぞれ別体であり、インバータ２の発熱部品とＤＣＤＣコンバータ１の発熱部品とは、コンバータ用冷却器４を挟んでそれぞれ反対側に配設されている。
従って、コンバータ用冷却器４は、ＤＣＤＣコンバータ１の発熱部品で発生する熱とインバータ２の発熱部品で発生する熱との干渉を抑制し、ＤＣＤＣコンバータ１及びインバータ２の各発熱部品が想定以上に温度上昇するのを防止することができる。
また、ＤＣＤＣコンバータ１、インバータ２を熱設計する際に、互いの熱干渉を殆ど考慮することなく、ＤＣＤＣコンバータ１の各発熱部品間の距離の設計、インバータ２の各発熱部品間の距離の設計することが可能となり、ＤＣＤＣコンバータ１、インバータ２それぞれの小型化、ひいては車載用電力変換装置の小型化が実現できる。

また、ＤＣＤＣコンバータ１の各発熱部品である、共振コイル８、トランス９及び平滑コイル１０の熱は、コンバータ用冷却器４に伝播されるが、熱伝導部材１９を介してカバー３にも伝播されるので、ＤＣＤＣコンバータ１の共振コイル８、トランス９及び平滑コイル１０は、効率良く冷却される。
なお、ＤＣＤＣコンバータ１の共振コイル８、トランス９及び平滑コイル１０の少なくとも何れか一つの発熱部品の熱について熱伝導部材１９を介してカバー３に伝播させるようにしてもよい。

また、コンバータ用冷却器４及びインバータ用冷却器１３は、各冷却水路である流入ニップル５，１６、流出ニップル６，１７がともに概略直線状となっており、かつ概略平行になるように配置されているので、容易に接続することができる。
なお、コンバータ用冷却器４及びインバータ用冷却器１３への冷却冷媒は、それぞれ個別に供給してもよいし、コンバータ用冷却器４に供給した後、引き続きインバータ用冷却器１３に供給してもよい。また、インバータ用冷却器１３に供給した後、引き続きコンバータ用冷却器４に供給してもよい。
また、コンバータ用冷却器４及びインバータ用冷却器１３の内部の冷却水路については、必ずしも直線状である必要性はなく、例えば蛇行していてもよい。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２の車載用電力変換装置を示す分解斜視図である。
この実施の形態では、コンバータ用冷却器４Ａは、周縁部に発熱部品である、スイッチング素子７、共振コイル８、トランス９及び平滑コイル１０を囲った囲い部２１が設けられている。
また、実施の形態１では、ＤＣＤＣコンバータ１の発熱部品と、インバータ２の発熱部品とは、コンバータ用冷却器４を挟んでそれぞれ反対側に配置されていたが、この実施の形態では、ＤＣＤＣコンバータ１Ａの発熱部品及びインバータ２の発熱部品は、コンバータ用冷却器４Ａに対して共に同じ側に、互いに対向して配置されている。
この際、ＤＣＤＣコンバータ１Ａの発熱部品のうち、背が高いトランス９、あるいは平滑コイル１０とインバータ２の背の高い入力コンデンサ１５の位置が重ならないように配置されている。
囲い部２１は、インバータ２及びＤＣＤＣコンバータ１Ａとが一体化されたときに、コンバータ用発熱部品及びインバータ用発熱部品を囲っている。
他の構成は、実施の形態１の車載用電力変換装置と同じである。

この実施の形態の車載用電力変換装置では、ＤＣＤＣコンバータ用冷却器４Ａは、周縁部に囲い部２１を有しており、この囲い部２１は、インバータ２及びＤＣＤＣコンバータ１Ａが一体化されたときにコンバータ用発熱部品及びインバータ用発熱部品を囲っているので、新たにコンバータ用発熱部品及びインバータ用発熱部品を覆うカバーを備える必要性がなく、部品点数及び材料費を削減することができるとともに、実施の形態１の車載用電力変換装置と比較して全高を低くすることができる。

また、ＤＣＤＣコンバータ１Ａの発熱部品と、インバータ２の発熱部品とは、互いに対向して配置されているが、ＤＣＤＣコンバータ１Ａの発熱部品のうち、背が高いトランス９、あるいは平滑コイル１０とインバータ２の背の高い入力コンデンサ１５とが互いに対向しないように配置されているので、実施の形態１の車載用電力変換装置と比較して電力変換装置全体の高さを低くすることができる。

なお、上記の実施の形態では、ＤＣＤＣコンバータ用冷却器４Ａに囲い部２１を有していたが、インバータ用冷却器において、周縁部にインバータ及びＤＣＤＣコンバータが一体化されたときにコンバータ用発熱部品及びインバータ用発熱部品を囲う囲い部を設けるようにしてもよい。

１，１Ａ ＤＣＤＣコンベア、２ インバータ、３ カバー、４，４Ａ コンバータ用冷却器、５ 流入ニップル（冷却水路）、６ 流出ニップル（冷却水路）、７ スイッチング素子、８ 共振コイル、９ トランス、１０ 平滑コイル、１１ コンデンサ、１２ コンデンサ、１３ インバータ用冷却器、１４ スイッチング素子、１５ 入力コンデンサ、１６ 流入ニップル（冷却水路）、１７ 流出ニップル（冷却水路）、１８ 抵抗、１９ 熱伝導部材、２０ ねじ、２１ 囲い部。

Claims (3)

1. 車両に搭載され、直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   直流電力を電圧の異なる直流電力に変換するＤＣＤＣコンバータとが一体化された車載用電力変換装置において、
   前記インバータは、インバータ用発熱部品と、このインバータ用発熱部品を載置しインバータ用発熱部品を冷却するインバータ用冷却器とを有し、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、コンバータ用発熱部品と、このコンバータ用発熱部品を前記インバータ用発熱部品と対向して載置しコンバータ用発熱部品を冷却するＤＣＤＣコンバータ用冷却器とを有し、
   前記ＤＣＤＣコンバータ用冷却器または前記インバータ用冷却器は、周縁部に前記コンバータ用発熱部品または前記インバータ用発熱部品を囲って設けられた囲い部を有しており、
   前記囲い部は、前記インバータ及び前記ＤＣＤＣコンバータが一体化されたときに、前記コンバータ用発熱部品及び前記インバータ用発熱部品を囲っていることを特徴とする車載用電力変換装置。
2. 前記囲い部内の各前記インバータ用発熱部品及び各前記コンバータ用発熱部品のうち、最大の全高のインバータ用発熱部品と最大の全高のコンバータ用発熱部品とは対向しないように配設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。
3. 前記インバータ用冷却器の内部に冷媒を入出流する冷却水路と、前記ＤＣＤＣコンバータ用冷却器の内部に冷媒を入出流する冷却水路とは、ともに直線状で、かつ平行であ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。

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