JP2015130735A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。本明細書が開示する電力変換装置は、特に、バッテリの電力を変換して走行用モータに供給する車載用の電力変換装置に好適である。 The present invention relates to a power conversion device. The power conversion device disclosed in the present specification is particularly suitable for a vehicle-mounted power conversion device that converts battery power and supplies it to a traveling motor.
大電力を出力する電力変換装置は発熱部品を多く含む。典型的には、バッテリの電力を変換して走行用のモータに供給する車載の電力変換装置は、発熱量の大きい多数のスイッチング素子を備える。また、電力変換装置のなかには、電圧コンバータ回路とインバータ回路、あるいは、複数の電圧コンバータ回路など、複数の電力変換器を備えるものも少なくない。電力変換器は、多くのスイッチング素子などの発熱部品を含む。 A power converter that outputs a large amount of power includes many heat generating components. Typically, a vehicle-mounted power conversion device that converts battery power and supplies it to a motor for travel includes a large number of switching elements that generate a large amount of heat. Many power converters include a plurality of power converters such as a voltage converter circuit and an inverter circuit, or a plurality of voltage converter circuits. The power converter includes a heat generating component such as a number of switching elements.
電力変換器が多数の発熱部品を含む場合、その発熱部品を冷却するのに液冷式の冷却器を備えることがある。そして、複数の電力変換器を備える電力変換装置では、電力変換器ごとに冷却器を備えることがある。特許文献1には、2つの電力変換器と各電力変換器を冷却する液冷式の冷却器を備えた電力変換装置が開示されている。その電力変換装置では、2つの冷却器を連結する連結管が装置筐体の外部に露出している。連結管を装置筐体の外部に備えなければならない理由は、例えば装置の筐体を小型化する、という要求である。 When the power converter includes a large number of heat generating components, a liquid cooling type cooler may be provided to cool the heat generating components. And in a power converter device provided with a plurality of power converters, a cooler may be provided for every power converter. Patent Document 1 discloses a power conversion device that includes two power converters and a liquid-cooled cooler that cools each power converter. In the power converter, a connecting pipe that connects two coolers is exposed to the outside of the apparatus housing. The reason why the connecting pipe must be provided outside the apparatus housing is, for example, a demand for downsizing the apparatus housing.
特許文献1の電力変換装置は、一方の冷却器の冷媒管と、他方の冷却器の冷媒管が筐体側壁から突出しており、2つの冷媒管が連結管で連結されている。連結管は、例えば、弾性を有するとともに絶縁性も有するEPDM、NBR等からなるホースである。 In the power conversion device of Patent Document 1, the refrigerant pipe of one cooler and the refrigerant pipe of the other cooler protrude from the housing side wall, and the two refrigerant pipes are connected by a connecting pipe. The connecting pipe is, for example, a hose made of EPDM, NBR or the like that has elasticity and also has insulating properties.
特許文献1の電力変換装置のように、2つの冷却器から伸びる冷媒管を筐体外部で連結するには連結部材が必要となる。本明細書は、電力変換器とそれを冷却する冷却器の組を2組有する電力変換装置に関し、夫々の冷却器の冷媒管を低コストで連結する技術を提供する。 As in the power conversion device of Patent Document 1, a connecting member is required to connect the refrigerant pipes extending from the two coolers outside the housing. The present specification relates to a power conversion device having two sets of a power converter and a cooler for cooling the power converter, and provides a technique for connecting the refrigerant pipes of the respective coolers at low cost.
複数の電力変換器を内蔵する電力変換装置では、筐体を分割し、夫々に電力変換器を収容する態様が採用されることがある。本明細書が開示する技術は、分割された筐体を巧みに活用して2つの冷却器の冷媒管同士を低コストで連結する。 In a power conversion device incorporating a plurality of power converters, a mode in which a casing is divided and each of the power converters is accommodated may be employed. The technology disclosed in the present specification uses the divided housings skillfully to connect the refrigerant tubes of the two coolers at a low cost.
本明細書が開示する電力変換装置は、第1電力変換器とその第1電力変換器を冷却する液冷式の第1冷却器を収容する第1筐体と、第2電力変換器とその第2電力変換器を冷却する液冷式の第2冷却器を収容する第2筐体を備える。第1筐体と第2筐体は合体して一つの筐体を構成する。第1筐体には、第2筐体との結合面に隣接する側壁に第1突出部が設けられている。第2筐体には、第1筐体と合体したときに第1突出部と結合する第2突出部が設けられている。そして、第1突出部の内部に第1冷媒流路が設けられており、その第1冷媒流路の一端に第1冷却器の冷媒管が連結している。第2突出部の内部に第2冷媒流路が設けられており、その第2冷媒流路の一端に第2冷却器の冷媒管が連結している。そして、第1筐体と第2筐体が合体した筐体において、第1突出部と第2突出部が結合し、第1冷媒流路と第2冷媒流路が連通する。 A power converter disclosed in the present specification includes a first power converter, a first housing that houses a liquid-cooled first cooler that cools the first power converter, a second power converter, and the first power converter A second housing that houses a liquid-cooled second cooler that cools the second power converter is provided. The first housing and the second housing are combined to form one housing. The first casing is provided with a first protrusion on the side wall adjacent to the coupling surface with the second casing. The second casing is provided with a second protrusion that is coupled to the first protrusion when the first casing is combined with the first casing. And the 1st refrigerant | coolant flow path is provided in the inside of the 1st protrusion part, and the refrigerant | coolant pipe | tube of a 1st cooler is connected with the end of the 1st refrigerant | coolant flow path. A second refrigerant flow path is provided inside the second protrusion, and a refrigerant pipe of the second cooler is connected to one end of the second refrigerant flow path. And in the housing | casing which the 1st housing | casing and the 2nd housing | casing united, the 1st protrusion part and the 2nd protrusion part couple | bond together, and a 1st refrigerant | coolant flow path and a 2nd refrigerant | coolant flow path are connected.
上記の電力変換装置は、夫々の筐体の一部に冷媒流路を設け、2つの筐体が合体すると
2つの冷媒流路が連結する。従って連結管を別途用意する必要がなく、2つの冷却器を低コストで連結できる。なお、一般に車載の電力変換装置の筐体はアルミニウムなどの金属で作られることが多く、その場合、第1突出部は第1筐体と一体成形で作ることができる。筐体製造工程で第1突出部を設けることができるので、一層コストを抑制できる。筐体が樹脂で製造される場合も同様である。また、第2筐体の第2突出部についても同様である。
In the above power conversion device, a refrigerant flow path is provided in a part of each casing, and when the two casings are combined, the two refrigerant flow paths are connected. Therefore, it is not necessary to prepare a connecting pipe separately, and the two coolers can be connected at low cost. In general, the casing of the in-vehicle power converter is often made of a metal such as aluminum. In that case, the first protrusion can be formed integrally with the first casing. Since the first protrusion can be provided in the housing manufacturing process, the cost can be further suppressed. The same applies when the housing is made of resin. The same applies to the second protrusion of the second housing.
本明細書は、電力変換器とそれを冷却する冷却器の組を2組有する電力変換装置に関し、夫々の冷却器の冷媒管を低コストで連結する技術を提供する。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The present specification relates to a power conversion device having two sets of a power converter and a cooler for cooling the power converter, and provides a technique for connecting the refrigerant pipes of the respective coolers at low cost. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
図面を参照して電力変換装置2を説明する。図1は、電力変換装置2の分解斜視図であり、図2は電力変換装置2の斜視図である。なお、理解を助けるため、電力変換装置2のカバーは図示を省略している。また、図3に、図2のIII−III線における断面図(第1突出部13と第2突出部14を縦に横断する断面図)を示す。図3には、カバー3aを描いてある。
The
電力変換装置2は、電気自動車に搭載され、メインバッテリ(不図示)の直流電力を昇圧した後に交流に変換して走行用モータに供給する。また、電力変換装置2は、メインバッテリの電力を降圧して補機バッテリや補機群に電力を供給する機能も有する。電力変換装置2は、電気回路としては、電圧コンバータ回路とインバータ回路を組み合わせた回路と、降圧コンバータ回路を含む。電力変換装置2は、ハードウエアとしては、主として、電圧コンバータ回路とインバータ回路のスイッチング素子(IGBTなどのトランジスタ)を集積して冷却する積層冷却ユニット20、モータ駆動用の大電流を平滑化する平滑化コンデンサ76、電圧コンバータ回路に用いられるリアクトル77、メインバッテリの電力を降圧する降圧コンバータ75、降圧コンバータ75を冷却する冷却器5、および、スイッチング素子を制御する制御回路を実装した回路基板で構成される。なお、回路基板は積層冷却ユニット20やリアクトル77の上方に配置されるが、その図示は省略している。
The
上記ハードウエア群を収容する電力変換装置2の筐体6は、第1筐体3と第2筐体4に分割されている。別言すれば、第1筐体3と第2筐体4が合体して電力変換装置2の一つの筐体6が構成される。第1筐体3には、積層冷却ユニット20、リアクトル77、平滑化コンデンサ76、及び、回路基板(不図示)が収容される。また、第2筐体4には、降圧コンバータ75が収容される。第1筐体3の底板が、第2筐体4のカバーに相当する。また、第2筐体4には、冷媒管7(図3参照)が設けられており、第2筐体4そのものが冷却器5に相当する。
A
第1筐体3の側壁には第1突出部13が設けられており、その内部に第1冷媒流路P1が形成されている。また、第2筐体4の側壁には第2突出部14が設けられており、その内部に第2冷媒流路P2が形成されている。第1筐体3と第2筐体4が合体すると、第1冷媒流路P1と第2冷媒流路P2が連通する(図2、図3を参照のこと)。第1及び第2突出部13、14、第1及び第2冷媒流路P1、P2については後に詳しく述べる。
A
積層冷却ユニット20の構造を概説する。積層冷却ユニット20は、スイッチング素子をモールドした複数のパワーカード22と、内部を冷媒が通る平板型の複数の冷却プレート21を交互に積層したものである。積層冷却ユニット20が含む多数のスイッチング素子が、電圧コンバータ回路やインバータ回路の主要部品に相当する。
The structure of the stacked
冷却プレート21は、内部が空洞であり、また、長手方向の両側(すなわち、パワーカード22の両側)のそれぞれに貫通孔が設けられている。隣接する冷却プレート21の貫通孔同士が連結管25で接続されている。また積層冷却ユニット20の積層方向の端に位置する冷却プレート21には、2本の冷媒管23と24が連結されている。積層冷却ユニット20は、第1筐体3に収納される。積層冷却ユニット20は、その積層体の一方の端部に絶縁板81と板バネ79がさらに積層され、第1筐体3の内壁と支柱78で挟持支持される。板バネ79により、積層冷却ユニット20はその積層方向に荷重を加えられつつ第1筐体3に支持される。板バネ79の荷重により、交互に積層されている冷却プレート21とパワーカード22が密着し、両者の間で熱がよく伝達される。
The
積層冷却ユニット20の積層方向の端に位置する冷却プレート21に連結されている一方の冷媒管23は、第1筐体3の側壁に設けられた第1冷媒流路P1と連結されており、他方の冷媒管24は、第1筐体3の側壁に設けられた貫通孔73を通して外部の冷媒排出管72に連結されている。
One
第2筐体4には、降圧コンバータ75が収容される。前述したように、第2筐体4はそれ自体が冷却器5を構成しており、降圧コンバータ75を冷却する。第2筐体4の内部には、冷媒管7が形成されている。冷媒管7の一端は、第2筐体4の第2突出部14に設けられた第2冷媒流路P2と連結されている。冷媒管7の他端は、第2筐体4の側壁に設けられた開口74にて外部の冷媒供給管71に連結されている。
A step-
上記説明したように、電力変換装置2は、その内部に、電力変換器と冷却器の組を2セット内蔵している。一組は、電力変換器と冷却器が一体となった積層冷却ユニット20であり、もう一組は、降圧コンバータ75と冷却器5である。前述したように、冷却器5は、第2筐体4そのものである。
As described above, the
電力変換装置2における冷媒の流れを説明する。なお、冷媒は、例えば、水、あるいは、LLC(Long Life Coolant)である。冷媒供給管71によって、外部から電力変換装置2に冷媒が供給される。冷媒供給管71を通じて供給された冷媒は、開口74を通じて冷却器5の冷媒管7(図3参照)に流れ込む。冷媒は、冷媒管7、即ち、冷却器5を流れる間に降圧コンバータ75を冷却する。冷媒管7の他端は、第2冷媒流路P2に連結している。第2冷媒流路P2は第1冷媒流路P1と連通しており、第1冷媒流路P1は、積層冷却ユニット20の冷媒管23に接続している。従って、冷媒管7(即ち、冷却器5)を通過した冷媒は、第2冷媒流路P2、第1冷媒流路P1を通じて積層冷却ユニット20へと流れる。積層冷却ユニット20では、冷媒管23と連結管25を通じて全ての冷却プレート21へと冷媒が分配される。冷媒は、各冷却プレート21を流れるうちに冷却プレート21に接している各パワーカードを冷却する。冷却プレート21を通過した冷媒は、反対側の連結管25と冷媒管24を通じ、電力変換装置2の筐体6に連結されている外部の冷媒排出管72へと排出される。
The flow of the refrigerant in the
図1−図3とともに、図4を参照して、第1突出部13、第2突出部14、及び、それらの内部に形成されている第1冷媒流路P1、第2冷媒流路P2を説明する。図4は、図3において符号IVの破線が示す範囲の拡大断面図である。また、図4では、理解を助けるために、パワーカード22は仮想線で描いてある。
Referring to FIG. 4 together with FIG. 1 to FIG. 3, the
前述したように、第1筐体3の側壁に第1突出部13が設けられており、第2筐体4の側壁に第2突出部14が設けられている。図1、図2によく表されているように第1筐体3の底面が第2筐体4との結合面となる。第1突出部13は、第1筐体3の第2筐体4との結合面(即ち底面)に隣接する側壁に設けられている。なお、結合面(底面)に隣接する側壁とは、換言すれば、結合面(底面)の縁と連続している側壁である。第1冷媒流路P1は、第1突出部13の内部に形成されている。第1冷媒流路P1の一端13bは、第1筐体3の内側に開口している。第1冷媒流路P1の一端13bには、丸グロメット17を介して積層冷却ユニット20の冷媒管23が連結されている。第1冷媒流路P1は、第1突出部13の内部で直角にカーブしており、その他端は第1突出部13の底面13aに開口している。
As described above, the
第2突出部14は、第2筐体4の側壁に設けられている。第2突出部14の内部に第2冷媒流路P2が形成されている。前述したように第2筐体4はそれ自体が冷却器5であり、第2冷媒流路P2は、冷却器5の冷媒管7と連続している。別言すれば、第2冷媒流路P2は、冷却器5の冷媒管7と連結されている。第2冷媒流路P2は、第2突出部14の内部で直角にカーブしており、その一端は第2突出部14の上面14aに開口している。
The
第2突出部14は、第1筐体3と第2筐体4が合体したときに第1突出部13と結合するように設けられている。より具体的には、第1筐体3と第2筐体4が合体すると、第1突出部13の底面13aが第2突出部14の上面14aに結合する。そうすると、第1冷媒流路P1と第2冷媒流路P2が連通する。なお、図1では省略しているが、図3、図4に示すように、第2突出部14の上面14aには、第2冷媒流路P2の開口を囲むように、Oリング16が配置されている。Oリング16は、第1突出部13と第2突出部14が結合したとき、第1冷媒流路P1と第2冷媒流路P2の境界から冷媒が漏れることを防止する。
The
上記構造の電力変換装置2の利点を説明する。電力変換装置2は、電力変換器とそれを冷却する冷却器の組を二組備える。一つは、電力変換器と冷却器が一体となった積層冷却ユニット20であり、もう一つは、降圧コンバータ75とそれを冷却する冷却器5である。2つの冷却器の冷媒管は、筐体6の側壁に設けられた冷媒流路(第1冷媒流路P1と第2冷媒流路P2)を通じて連通している。第1冷媒流路P1は第1筐体3の側壁に設けられた第1突出部13の内部に形成されている。第2冷媒流路P2は、第2筐体4の側壁に設けられた第2突出部14の内部に形成されている。第1筐体3と第2筐体4が合体すると、第1突出部13と第2突出部14も結合し、第1冷媒流路P1と第2冷媒流路P2が連通する。この構造は、筐体内部の空間を使うことなく、2つの冷却器の冷媒管を連通することができる。従って、筐体内部の空間を他の電気デバイスの収容に割り当てるなど、有効に使うことができる。逆にいえば、第1冷却器(積層冷却ユニット20)と第2冷却器(冷却器5)の連結部を配置する空間を筐体内部に設ける必要がないので、筐体を小型化することができる。第1冷却器(積層冷却ユニット20)と第2冷却器(冷却器5)の連結部は、筐体側壁に設けられた突出部(第1突出部13と第2突出部14)という形態で実現されるが、連結部を内部に設ける場合には筐体全体をサイズアップしなければならないことと比較すると、突出部を設ける方が空間効率がよい。
The advantages of the
また、上記の構造は、筐体外部に別の冷媒管ジョイントなどの別部品を備えることなく、さらには、筐体内部の空間を使うことなく2つの冷却器の冷媒管を連通することができる。従って低コストで実現できる。しかも、第1冷媒流路P1と第2冷媒流路P2は、筐体と一体となった突出部の内部に形成されるので、筐体の製造時に同時に成形することができる。 Further, the above structure can communicate the refrigerant pipes of the two coolers without providing another part such as another refrigerant pipe joint outside the casing, and without using a space inside the casing. . Therefore, it can be realized at low cost. In addition, since the first refrigerant flow path P1 and the second refrigerant flow path P2 are formed inside the protruding portion integrated with the casing, they can be simultaneously formed when the casing is manufactured.
さらにまた、第1冷媒流路P1と第2冷媒流路P2は、筐体と一体になった突出部(第1突出部13、第2突出部14)に形成されているので、別部品の冷媒管ジョイントなどを用いる場合と比較して強度が高い。車載デバイスの筐体は、衝突時の安全性も考慮にいれなければならない。その意味で、冷媒流路を高い強度で実現することのできる上記構造は、車載の筐体として好適である。
Furthermore, since the first refrigerant flow path P1 and the second refrigerant flow path P2 are formed in the protrusions (the
先に、突出部(第1突出部13、第2突出部14)は、筐体(第1筐体3、第2筐体4)と同時に成形可能であると述べた。この点について補足する。第1突出部13は、第1筐体3の一部である。第1突出部13を含む第1筐体3は、アルミニウムの射出成形で作られている。第2突出部14は、第2筐体4の一部である。第2突出部14を含む第2筐体4も、アルミニウムの射出成形で作られている。金属(アルミニウム)の射出成形でL字型の流路を成形するのに適した筐体の構造を説明する。図5は、変形例の電力変換装置2aの突出部付近の拡大断面図である。図1−図4に示した電力変換装置2と同様に、第1筐体103に第1突出部113が設けられており、第2筐体104に第2突出部114が設けられている。第1突出部113(第2突出部114)は、孔113c(114c)を有する点以外は、図1−図4の第1突出部13(第2突出部14)と同じである。
Previously, it has been described that the projecting portions (the first projecting
孔113cは、第1筐体103の射出成形を容易にするための孔である。即ち、第1突出部113は、射出成形時には、孔113cから開口113bまで直線的な貫通孔を有するように射出成形される。即ち、射出成形型として、孔113cから開口113bまで直線的な貫通孔を作るための図中X軸方向に移動するスライド型と、第1冷媒流路P1の残りの部分を作るためのZ軸方向の突出部を有する下型で、第1冷媒流路P1を成形することができる。なお、孔113cは、後にゴム栓18で封止する。
The
孔114cについても同様であり、射出成形を容易にするための孔であり、成形後は、ゴム栓18で封止される。なお、図では、第2突出部114の図中右側は、第2筐体104が中実のように描かれているが、これは、第2筐体104の内部を簡略化して描いたことによる。実際には第1筐体103と同様に、第2筐体104にも側壁が存在し、第2突出部114にも、孔114cから図中X軸方向に伸びる貫通孔が形成されている。
The same applies to the
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。積層冷却ユニット20が、第1電力変換器と第1冷却器の一例に相当する。降圧コンバータ75が第2電力変換器の一例に相当する。冷却器5が第2冷却器の一例に相当する。第1冷媒流路P1、第2冷媒流路P2は、他の形状であってもよい。同様に、第1突出部13、第2突出部14も、他の形状であってもよい。
Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. The stacked
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2、2a:電力変換装置
3、103:第1筐体
3a:カバー
4、104:第2筐体
5:冷却器(第2冷却器)
6:筐体
7:冷媒管
13、113:第1突出部
13a:底面
13b:一端
14、114:第2突出部
14a:上面
16:Oリング
17:丸グロメット
18:ゴム栓
20:積層冷却ユニット(第1電力変換器、第1冷却器)
21:冷却プレート
22:パワーカード
23、24:冷媒管
25:連結管
71:冷媒供給管
72:冷媒排出管
73:貫通孔
74:開口
75:降圧コンバータ(第2電力変換器)
76:平滑化コンデンサ
113c、114c:孔
P1:第1冷媒流路
P2:第2冷媒流路
2, 2a:
6: Housing 7:
21: Cooling plate 22:
76: smoothing
Claims (1)
前記第1筐体の前記第2筐体との結合面に隣接する側壁に第1突出部が設けられており、
前記第2筐体の側壁に、前記第1筐体と合体したときに前記第1突出部と結合する第2突出部が設けられており、
前記第1突出部の内部に第1冷媒流路が設けられており、当該第1冷媒流路の一端に前記第1冷却器の冷媒管が連結しており、
前記第2突出部の内部に第2冷媒流路が設けられており、当該第2冷媒流路の一端に前記第2冷却器の冷媒管が連結しており、
前記第1筐体と前記第2筐体が合体した筐体において前記第1冷媒流路と前記第2冷媒流路が連通している、
ことを特徴とする電力変換装置。 A first housing that houses a first power converter and a liquid-cooled first cooler that cools the first power converter; a liquid-cooled that cools the second power converter and the second power converter; A power converter comprising a second housing that contains the second cooler and is united with the first housing,
A first protrusion is provided on a side wall of the first casing adjacent to the coupling surface with the second casing;
A second protrusion that is coupled to the first protrusion when the first casing is combined with the side wall of the second casing;
A first refrigerant flow path is provided inside the first protrusion, and a refrigerant pipe of the first cooler is connected to one end of the first refrigerant flow path;
A second refrigerant flow path is provided inside the second protrusion, and a refrigerant pipe of the second cooler is connected to one end of the second refrigerant flow path;
The first refrigerant channel and the second refrigerant channel communicate with each other in a case where the first case and the second case are combined;
The power converter characterized by the above-mentioned.
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