JP2015180118A - power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換器の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a power converter that performs power conversion with a power storage device, for example.
2次電池やキャパシタ等の蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換器が知られている。電力変換を行うために、電力変換器は、一般的には、スイッチング素子と、リアクトルとを備えている。この場合、スイッチング素子及びリアクトルは、電力変換に伴う発熱源となり得る。従って、電力変換器の安定的な動作を実現するためには、スイッチング素子及びリアクトルを冷却することが好ましい。 There is known a power converter that performs power conversion with a power storage device such as a secondary battery or a capacitor. In order to perform power conversion, the power converter generally includes a switching element and a reactor. In this case, the switching element and the reactor can be a heat source accompanying power conversion. Therefore, in order to realize a stable operation of the power converter, it is preferable to cool the switching element and the reactor.
スイッチング素子及びリアクトルを冷却することが可能な電力変換器は、例えば、特許文献1から特許文献3に開示されている。例えば、特許文献1には、スイッチング素子が収容されたパワーモジュールの放熱経路とリアクトルの放熱経路とができるだけ分離されるようにパワーモジュールとリアクトルとの間に空隙を確保する電力変換器が開示されている。特許文献2には、冷却管と電子部品とが積層された積層型冷却器に隣接する位置にリアクトルを配置する電力変換器が開示されている。特許文献3には、風上側から風下側に向けて直列に配置された2つのリアクトルを備える空冷式の電力変換器が開示されている。
For example,
近年、特許文献3に開示されているように、1つの筐体内に複数の(例えば、2つの)リアクトルを収容する電力変換器が提案されている。この場合、1つのリアクトルを備える電力変換器と比較して、発熱源が増えることになる。従って、複数のリアクトルの発熱による複数のリアクトル自体への熱的影響のみならず、複数のリアクトルの発熱に起因した他の回路素子(例えば、スイッチング素子を収容したパワーモジュール)に対する熱的影響がより一層無視できなくなるおそれがある。しかしながら、特許文献3に開示されている技術では、2つのリアクトルの発熱に起因した他の回路素子に対する熱的影響が何ら考慮されていない。 In recent years, as disclosed in Patent Document 3, a power converter that accommodates a plurality of (for example, two) reactors in one housing has been proposed. In this case, compared with a power converter provided with one reactor, a heat source will increase. Therefore, not only the thermal influence on the plurality of reactors itself due to the heat generation of the plurality of reactors, but also the thermal influence on other circuit elements (for example, power modules containing switching elements) due to the heat generation of the plurality of reactors is more. There is a risk that it cannot be ignored. However, the technique disclosed in Patent Document 3 does not consider any thermal effects on other circuit elements due to the heat generated by the two reactors.
一方で、特許文献1に開示されている技術を適用することで単に複数のリアクトルとパワーモジュールとの間に空隙を確保するだけでは、リアクトルの数の増加に起因して、複数のリアクトルの発熱に起因したパワーモジュールに対する熱的影響が無視できなくなるおそれがある。また、特許文献2に開示されている技術を適用することで単に複数のリアクトルとパワーモジュールとを隣接させるだけでは、リアクトルの数の増加に起因して、複数のリアクトルの発熱に起因したパワーモジュールに対する熱的影響が無視できなくなるおそれがある。
On the other hand, by simply applying the technology disclosed in
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、複数の(例えば、2つの)リアクトルを備えつつも、複数のリアクトルの発熱に起因した熱的影響を好適に低減させることが可能な電力変換器を提供することを課題とする。 Examples of problems to be solved by the present invention include the above. This invention makes it a subject to provide the power converter which can reduce suitably the thermal influence resulting from the heat_generation | fever of a some reactor, providing a some (for example, two) reactor.
本発明の電力変換器は、蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換器であって、スイッチング素子が収容されるパワーモジュールと、複数のリアクトルと、コンデンサと、前記パワーモジュール、前記複数のリアクトル及び前記コンデンサを冷却するための冷媒が供給される冷却部材とを備え、前記複数のリアクトルのうち発熱量が最も大きくなる一のリアクトルは、前記複数のリアクトルのうち前記一のリアクトル以外の他のリアクトルよりも、前記冷媒の供給方向に沿った上流側に配置され、前記一のリアクトルと前記パワーモジュール及び前記コンデンサの少なくとも一方との間には、前記冷却部材及び前記他のリアクトルの少なくとも一方が配置され、前記複数のリアクトルは、鉛直方向に沿って前記パワーモジュールの下方側に配置される。 The power converter of the present invention is a power converter that performs power conversion with a power storage device, and includes a power module in which a switching element is accommodated, a plurality of reactors, a capacitor, the power module, and the plurality of power modules. A reactor and a cooling member to which a refrigerant for cooling the condenser is supplied, and the one reactor that generates the largest amount of heat among the plurality of reactors is other than the one reactor among the plurality of reactors. It is arrange | positioned upstream from the reactor of the said refrigerant | coolant along the supply direction of said refrigerant | coolant, Between said one reactor and at least one of said power module and said capacitor | condenser, at least one of said cooling member and said other reactor The plurality of reactors are arranged on the lower side of the power module along the vertical direction. It is.
本発明の電力変換器は、蓄電装置との間で電力変換を行うことができる。電力変換器は、蓄電装置との間で電力変換を行うために、少なくとも、パワーモジュールと、複数のリアクトルと、コンデンサと、冷却部材とを備えている。 The power converter of the present invention can perform power conversion with a power storage device. The power converter includes at least a power module, a plurality of reactors, a capacitor, and a cooling member in order to perform power conversion with the power storage device.
本発明では特に、複数のリアクトルのうち発熱量(例えば、電力変換に伴う発熱量)が最も大きくなる一のリアクトルは、他のリアクトルよりも、冷媒の供給方向に沿った上流側に配置される。例えば、一のリアクトルは、他のリアクトルと比較して、冷媒の供給方向に沿った相対的に上流側に位置する冷却部材に隣接する又は近接するように配置される。ここで、冷媒の供給方向に沿った上流側に位置する冷却部材の冷却効果が、冷媒の供給方向に沿った下流側に位置する冷却部材の冷却効果よりも高いことを考慮すれば、発熱量が最も大きくなる一のリアクトルが好適に冷却される。一方で、他のリアクトルは、一のリアクトルよりも冷媒の供給方向に沿った下流側(つまり、冷却効果が相対的に低い冷却部材側)に配置されるものの、他のリアクトルの発熱量が相対的に小さいことから、他のリアクトルもまた好適に又は相応に冷却される。従って、発熱量が最も大きくなる一のリアクトルが他のリアクトルよりも冷媒の供給方向に沿った上流側に配置されることで、複数のリアクトルが好適に冷却される。その結果、複数のリアクトルの発熱に起因した熱的影響(例えば、複数のリアクトル自身に対する熱的影響や、パワーモジュール及びコンデンサに対する熱的影響)が好適に抑制される。 In the present invention, in particular, one of the plurality of reactors that generates the largest amount of heat (for example, the amount of heat generated by power conversion) is disposed upstream of the other reactors along the refrigerant supply direction. . For example, one reactor is disposed so as to be adjacent to or close to a cooling member located on the relatively upstream side in the refrigerant supply direction as compared with the other reactors. Here, if it is considered that the cooling effect of the cooling member located on the upstream side along the refrigerant supply direction is higher than the cooling effect of the cooling member located on the downstream side along the refrigerant supply direction, the heat generation amount One reactor having the largest value is preferably cooled. On the other hand, although the other reactors are arranged downstream of the one reactor in the refrigerant supply direction (that is, on the cooling member side where the cooling effect is relatively low), the heat generation amount of the other reactors is relatively Because of their small size, the other reactors are also suitably or appropriately cooled. Therefore, the plurality of reactors are suitably cooled by disposing the one reactor having the largest amount of heat generation on the upstream side in the refrigerant supply direction with respect to the other reactors. As a result, the thermal influence (for example, the thermal influence with respect to several reactor itself, and the thermal influence with respect to a power module and a capacitor | condenser) resulting from the heat_generation | fever of several reactors is suppressed suitably.
加えて、本発明では、一のリアクトルとパワーモジュール及びコンデンサの少なくとも一方との間には、冷却部材及び他のリアクトルの少なくとも一方が配置される。このため、一のリアクトルとパワーモジュール及びコンデンサの少なくとも一方との間に冷却部材及び他のリアクトルの少なくとも一方が配置されない場合と比較して、一のリアクトルの発熱に起因した熱的影響が、パワーモジュール及びコンデンサの少なくとも一方に伝達されにくくなる。その結果、複数のリアクトルの発熱に起因した熱的影響(特に、一のリアクトルの発熱に起因したパワーモジュール及びコンデンサに対する熱的影響)が好適に抑制される。 In addition, in the present invention, at least one of the cooling member and the other reactor is disposed between one reactor and at least one of the power module and the capacitor. For this reason, compared with the case where at least one of the cooling member and the other reactor is not disposed between the one reactor and at least one of the power module and the capacitor, the thermal influence caused by the heat generation of the one reactor It becomes difficult to be transmitted to at least one of the module and the capacitor. As a result, the thermal influence caused by the heat generation of the plurality of reactors (particularly, the thermal influence on the power module and the capacitor caused by the heat generation of one reactor) is suitably suppressed.
加えて、本発明では、複数のリアクトルは、鉛直方向に沿ってパワーモジュールの下方側に配置される。つまり、複数のリアクトルが配置される空間と、パワーモジュールが配置される空間とが、鉛直方向に沿って物理的に区分(或いは、分断又は隔離)される。従って、複数のリアクトルが配置される空間とパワーモジュールが配置される空間とが鉛直方向に沿って物理的に区分されない(例えば、複数のリアクトルが配置される空間とパワーモジュールが配置される空間とが鉛直方向に沿って同じ位置に存在する)場合と比較して、複数のリアクトルの発熱に起因した熱的影響は、パワーモジュールに直接的に伝達されにくくなる。従って、複数のリアクトルの発熱に起因した熱的影響(特に、パワーモジュールに対する熱的影響)が好適に抑制される。 In addition, in the present invention, the plurality of reactors are arranged on the lower side of the power module along the vertical direction. That is, the space where the plurality of reactors are arranged and the space where the power module is arranged are physically divided (or divided or separated) along the vertical direction. Therefore, the space where the plurality of reactors are arranged and the space where the power modules are arranged are not physically separated along the vertical direction (for example, the space where the plurality of reactors are arranged and the space where the power modules are arranged) Compared with the case where the two are present at the same position along the vertical direction), the thermal influence caused by the heat generated by the plurality of reactors is less likely to be directly transmitted to the power module. Therefore, the thermal influence (especially the thermal influence with respect to a power module) resulting from the heat_generation | fever of several reactors is suppressed suitably.
このように、本発明の電力変換器によれば、複数の(例えば、2つの)リアクトルを備えつつも、複数のリアクトルの発熱に起因した熱的影響を好適に低減させることができる。 As described above, according to the power converter of the present invention, it is possible to suitably reduce the thermal influence caused by the heat generation of the plurality of reactors while including a plurality of (for example, two) reactors.
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。 The effect | action and other gain of this invention are clarified from the form for implementing demonstrated below.
以下、本発明の電力変換器の実施形態について説明する。尚、以下では、本発明の電力変換器が、車両(特に、蓄電装置から出力される電力を用いて走行する車両)に対して適用される実施形態を例にあげて説明を進める。しかしながら、電力変換器は、車両以外の任意の機器に対して適用されてもよい。 Hereinafter, embodiments of the power converter of the present invention will be described. In the following description, an embodiment in which the power converter of the present invention is applied to a vehicle (in particular, a vehicle that travels using electric power output from a power storage device) will be described as an example. However, the power converter may be applied to any device other than the vehicle.
(1)車両の構成
はじめに、図1を参照して、本実施形態の車両1の構成について説明する。ここに、図1は、本実施形態の車両1の構成の一例を示すブロック図である。
(1) Configuration of Vehicle First, the configuration of the
図1に示すように、車両1は、モータジェネレータ10と、車軸21と、車輪22と、電源システム30と、ECU40とを備える。
As shown in FIG. 1, the
モータジェネレータ10は、力行時には、主として、電源システム30から出力される電力を用いて駆動することで、車軸21に動力(つまり、車両1の走行に必要な動力)を供給する電動機として機能する。車軸21に伝達された動力は、車輪22を介して車両1を走行させるための動力となる。更に、モータジェネレータ10は、回生時には、主として、電源システム30が備える第1電源31及び第2電源32を充電するための発電機として機能する。
The
尚、車両1は、2つ以上のモータジェネレータ10を備えていてもよい。更に、車両1は、モータジェネレータ10に加えて、エンジンを更に備えていてもよい。
Note that the
電源システム30は、力行時には、モータジェネレータ10が電動機として機能するために必要な電力をモータジェネレータ10に対して出力する。更に、電源システム30には、回生時には、発電機として機能するモータジェネレータ10が発電する電力が、モータジェネレータ10から入力される。
The
このような電源システム30は、「蓄電装置」の一具体例である第1電源31と、「蓄電装置」の一具体例である第2電源32と、電力変換器33と、インバータ35とを備えている。
Such a
第1電源31及び第2電源32の夫々は、電力の出力(つまり、放電)を行うことが可能な電源である。第1電源31及び第2電源32の夫々は、電力の出力を行うことに加えて、電力の入力(つまり、充電)を行うことが可能な電源であってもよい。第1電源31及び第2電源32のうちの少なくとも一方は、例えば、鉛蓄電池や、リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池や、燃料電池や、電気二重層コンデンサ等であってもよい。
Each of the
電力変換器33は、ECU40の制御下で、第1電源31が出力する電力及び第2電源32が出力する電力を、電源システム30に要求されている要求電力(典型的には、電源システム30がモータジェネレータ10に対して出力するべき電力)に応じて変換する。電力変換器33は、変換した電力を、インバータ35に出力する。更に、電力変換器33は、ECU40の制御下で、インバータ35から入力される電力(つまり、モータジェネレータ10の回生によって発生した電力)を、電源システム30に要求されている要求電力(典型的には、電源システム30に対して入力するべき電力であり、実質的には、第1電源31及び第2電源32に対して入力するべき電力)に応じて変換する。電力変換器33は、変換した電力を、第1電源31及び第2電源32の少なくとも一方に出力する。このような電力変換により、電力変換器33は、実質的には、第1電源31及び第2電源32とインバータ35との間における電力の分配及び第1電源31と第2電源32との間における電力分配を行うことができる。
Under the control of the
インバータ35は、力行時には、電力変換器33から出力される電力(直流電力)を交流電力に変換する。その後、インバータ35は、交流電力に変換した電力を、モータジェネレータ10に供給する。更に、インバータ35は、回生時には、モータジェネレータ10が発電した電力(交流電力)を直流電力に変換する。その後、インバータ35は、直流電力に変換した電力を、電力変換器33に供給する。
The
ECU40は、車両1の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。
The
(2)電力変換器の回路構成
続いて、図2を参照しながら、電力変換器33の回路構成について説明する。図2は、電力変換器33の回路構成を示す回路図である。
(2) Circuit Configuration of Power Converter Next , the circuit configuration of the
図2に示すように、電力変換器33は、スイッチング素子S1と、スイッチング素子S2と、スイッチング素子S3と、スイッチング素子S4と、ダイオードD1と、ダイオードD2と、ダイオードD3と、ダイオードD4と、リアクトルL1と、リアクトルL2と、平滑コンデンサCと、フィルタコンデンサC1と、フィルタコンデンサC2とを備える。
As shown in FIG. 2, the
スイッチング素子S1は、ECU40から出力される制御信号に応じてスイッチングすることができる。つまり、スイッチング素子S1は、ECU40から出力される制御信号に応じて、スイッチング状態をオン状態からオフ状態へ又はオフ状態からオン状態へと切り替えることができる。このようなスイッチング素子S1として、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)や、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタや、電力用バイポーラトランジスタが用いられる。尚、スイッチング素子S2、スイッチング素子S3及びスイッチング素子S4についても、スイッチング素子S1と同様である。
The switching element S1 can be switched in accordance with a control signal output from the
スイッチング素子S1、スイッチング素子S2、スイッチング素子S3及びスイッチング素子S4は、電源ラインPLと接地ラインGLとの間において、電気的に直列に接続される。具体的には、スイッチング素子S1は、電源ラインPLとノードN1との間に電気的に接続される。スイッチング素子S2は、ノードN1とノードN2との間に電気的に接続される。スイッチング素子S3は、ノードN2とノードN3との間に電気的に接続される。スイッチング素子S4は、ノードN3と接地ラインGLとの間に電気的に接続される。 Switching element S1, switching element S2, switching element S3, and switching element S4 are electrically connected in series between power supply line PL and ground line GL. Specifically, switching element S1 is electrically connected between power supply line PL and node N1. Switching element S2 is electrically connected between nodes N1 and N2. Switching element S3 is electrically connected between nodes N2 and N3. Switching element S4 is electrically connected between node N3 and ground line GL.
ダイオードD1は、スイッチング素子S1に対して電気的に並列に接続される。ダイオードD2は、スイッチング素子S2に対して電気的に並列に接続される。ダイオードD3は、スイッチング素子S3に対して電気的に並列に接続される。ダイオードD4は、スイッチング素子S4に対して電気的に並列に接続される。尚、ダイオードD1は、スイッチング素子S1に対して逆並列の関係を有する向きで接続される。ダイオードD2からダイオードD4についても同様である。 The diode D1 is electrically connected in parallel to the switching element S1. The diode D2 is electrically connected in parallel to the switching element S2. The diode D3 is electrically connected in parallel to the switching element S3. The diode D4 is electrically connected in parallel to the switching element S4. The diode D1 is connected in a direction having an antiparallel relationship with the switching element S1. The same applies to the diodes D2 to D4.
リアクトルL1は、第1電源31の正極端子とノードN2との間に電気的に接続される。リアクトルL2は、第2電源32の正極端子とノードN1との間に電気的に接続される。平滑コンデンサCは、電源ラインPLと接地ラインGLとの間に電気的に接続される。フィルタコンデンサC1は、リアクトルL1よりも第1電源31側において、第1電源31に対して電気的に並列に接続される。フィルタコンデンサC2は、リアクトルL2よりも第2電源32側において、第2電源32に対して電気的に並列に接続される。第1電源31の負極端子は、接地ラインGLに電気的に接続される。第2電源32の負極端子は、ノードN3に電気的に接続される。インバータ35は、電源ラインPL及び接地ラインGLの夫々に電気的に接続される。
Reactor L1 is electrically connected between the positive terminal of
電力変換器33は、第1電源31及び第2電源32の夫々に対応する昇圧チョッパ回路を備えている。その結果、電力変換器33は、第1電源31及び第2電源32の双方との間で電力変換を行うことができる。
The
具体的には、第1電源31に対しては、スイッチング素子S1及びS2が上アーム素子となる一方で、スイッチング素子S3及びS4が下アーム素子となる第1チョッパ回路が形成される。車両1が力行している場合には、第1チョッパ回路は、第1電源31に対する昇圧チョッパ回路として機能してもよい。この場合、スイッチング素子S3及びS4がオン状態にある期間中に、第1電源31から出力される電力がリアクトルL1に蓄積される。リアクトルL1に蓄積された電力は、スイッチング素子S3及びS4の少なくとも一方がオフ状態にある期間中に、スイッチング素子S1及びS2並びにダイオードD1及びD2の少なくとも一部を介して電源ラインPLに放出される。一方で、車両1が回生している場合には、第1チョッパ回路は、第1電源31に対する降圧チョッパ回路として機能してもよい。この場合、スイッチング素子S1及びS2がオン状態にある期間中に、回生によって生成された電力がリアクトルL1に蓄積される。リアクトルL1に蓄積された電力は、スイッチング素子S1及びS2の少なくとも一方がオフ状態にある期間中に、スイッチング素子S3及びS4並びにダイオードD3及びD4の少なくとも一部を介して接地ラインGLに放出される。
Specifically, for the
他方で、第2電源32に対しては、スイッチング素子S4及びS1が上アーム素子となる一方で、スイッチング素子S2及びS3が下アーム素子となる第2チョッパ回路が形成される。車両1が力行している場合には、第2チョッパ回路は、第2電源32に対する昇圧チョッパ回路として機能してもよい。この場合、スイッチング素子S2及びS3がオン状態にある期間中に、第2電源32から出力される電力がリアクトルL2に蓄積される。リアクトルL2に蓄積された電力は、スイッチング素子S2及びS3の少なくとも一方がオフ状態にある期間中に、スイッチング素子S4及びS1並びにダイオードD4及びD1の少なくとも一部を介して電源ラインPLに放出される。一方で、車両1が回生している場合には、第2チョッパ回路は、第2電源32に対する降圧チョッパ回路として機能してもよい。この場合、スイッチング素子S4及びS1がオン状態にある期間中に、回生によって生成された電力がリアクトルL2に蓄積される。リアクトルL2に蓄積された電力は、スイッチング素子S4及びS1の少なくとも一方がオフ状態にある期間中に、スイッチング素子S2及びS3並びにダイオードD2及びD3の少なくとも一部を介して、第2電源32の負極端子が接続されているラインに放出される。
On the other hand, for the
尚、スイッチング素子S1からスイッチング素子S4のスイッチング状態の切り替えに伴う電源ラインPLと接地ラインGLとの間の端子間電圧の変動は、平滑コンデンサCによって抑制される。スイッチング素子S1からスイッチング素子S4のスイッチング状態の切り替えに伴う第1電源31の端子間電圧の変動は、フィルタコンデンサC1によって抑制される。スイッチング素子S1からスイッチング素子S4のスイッチング状態の切り替えに伴う第2電源32の端子間電圧の変動は、フィルタコンデンサC1によって抑制される。
Note that the smoothing capacitor C suppresses fluctuations in the voltage between the terminals between the power supply line PL and the ground line GL due to switching of the switching state of the switching elements S1 to S4. The fluctuation of the voltage between the terminals of the
(3)電力変換器の外観
続いて、図3から図5を参照しながら、電力変換器33の外観構成について説明する。図3は、電力変換器33の外観構成を模式的に示す側面図である。但し、図3では、図面を見やすくするために、筐体330のみが断面図として描画されている一方で、筐体330以外の部材が側面図として描画されている。また、図4は、電力変換器33のうち主としてパワーモジュールPMが配置される上部階層空間330Uの外観構成を模式的に示す上面図である。但し、図4では、図面を見やすくするために、筐体330の上側のカバー並びに後述する制御基板CB及びブラケット331aが省略されている。また、図5は、電力変換器33のうち主としてリアクトルL1及びL2が配置される下部階層空間330Lの外観構成を模式的に示す上面図である。但し、図5では、図面を見やすくするために、筐体330の上側のカバー、後述する制御基板CB及びブラケット331a、並びに上部階層空間330Uに配置される各種回路(具体的には、パワーモジュールPM及び平滑コンデンサC)が省略されている。尚、図3から図5では、X軸、Y軸及びZ軸によって規定される3次元座標空間内で電力変換器33の外観構成が描画されている。
(3) Appearance of Power Converter Next, an appearance configuration of the
図3から図5に示すように、電力変換器33は、箱形の筐体330を備えている。筐体330の内部には、複数の板状の半導体モジュール333を収容するパワーモジュールPMや、リアクトルL1及びL2や、平滑コンデンサCや、フィルタコンデンサC1及びC2が収容されている。更に、筐体330の内部には、制御基板CBが収容されている。尚、筐体330内には、更にその他の回路素子が収容されていてもよい。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
本実施形態では、図3に示すように、筐体330の内部の空間は、鉛直方向において相対的に上側に位置する上部階層空間330Uと、Z軸に沿った鉛直方向において相対的に下側に位置する下部階層空間330Lとに区分されている。上部階層空間330Uには、主として複数の半導体モジュール333やフィルタコンデンサC1及びC2の一部や平滑コンデンサCや制御基板CBが収容されている。下部階層空間330Lには、主としてリアクトルL1及びL2やフィルタコンデンサC1及びC2の他の一部が収容されている。上部階層空間330と下部階層空間330Lとの間(より具体的には、パワーモジュールPMとリアクトルL1及びL2の間)には、アルミ板等の隔離壁335が配置されている。但し、上部階層空間330と下部階層空間330Lとの間には、アルミ板等の隔離壁335が配置されていなくてもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the space inside the
複数の半導体モジュール333には、夫々、上述したスイッチング素子S1からスイッチング素子S4及びダイオードD1からダイオードD4のうちの少なくとも一つが封止されている。複数の半導体モジュール333は、冷却機構332と一体化されている。尚、以下では、複数の半導体モジュール333及び冷却機構332が一体化された構造体を、パワーモジュールPMと称している。
Each of the plurality of
冷却機構332は、導入管路332aと、導出管路332bと、下部階層用冷却管路332−1cと、上部階層用冷却管路332−2cと、複数の冷却板332dとを備えている。
The
導入管路332aには、複数の半導体モジュール333、リアクトルL1及びL2、平滑コンデンサC、並びに、フィルタコンデンサC1及びC2の少なくとも一つを冷却するための冷媒(例えば、冷却水)が供給される。その結果、導入管路332aを介して、電力変換器33内に冷媒が導入される。
The
導入管路332aは、下部階層用冷却管路332−1cに連結されている。このため、導入管路332aに導入された冷媒は、下部階層用冷却管路332−1cに供給される。下部階層用冷却管路332−1cは、図5に示すように、隔離壁335の上面上でリアクトルL1及びL2の外縁を取り囲む若しくは外縁に沿って又は上面に沿って延伸している。従って、リアクトルL1及びL2は、隔離壁335を介してリアクトルL1及びL2と隣接する下部階層用冷却管路332−1cによって冷却される。
The
下部階層用冷却管路332−1cは、上部階層用冷却管路332−2cに連結されている。このため、下部階層用冷却管路332−1c内を通過した冷媒は、上部階層用冷却管路332−2cに供給される。上部階層用冷却管路332−2cは、図4に示すように、複数の冷却板332dの夫々を貫くことで、複数の冷却板332dが平行に並ぶように複数の冷却板332dを支持している。上部階層用冷却管路332−2cの内部の空隙は、複数の冷却板332dの夫々の内部の空隙に通じている。
The lower hierarchy cooling pipe 332-1c is connected to the upper hierarchy cooling pipe 332-2c. For this reason, the refrigerant that has passed through the lower-tier cooling pipeline 332-1c is supplied to the upper-tier cooling pipeline 332-2c. As shown in FIG. 4, the upper level cooling pipe 332-2c passes through each of the plurality of
上部階層用冷却管路332−2cは、導出管路332bに連結されている。このため、上部階層用冷却管路332−2c内を通過した冷媒は、導出管路332bを介して、電力変換器33の外へ導出(排出)される。
The upper hierarchy cooling pipe 332-2c is connected to the
隣り合う2つの冷却板332dの間のスリット332eには、図4に示すように、半導体モジュール333が収容される。つまり、パワーモジュールPM内では、板状の複数の半導体モジュール333と複数の冷却板332dとが交互に積層されている。その結果、両面(図3及び図4中のX軸方向に沿った両面)から半導体モジュール333が冷却されるため、半導体モジュール333が効率的に冷却される。
As shown in FIG. 4, the
平滑コンデンサCは、パワーモジュールPMの側方(図4に示す例では、−Y軸方向に位置する側方)に配置されている。フィルタコンデンサC1及びC2の夫々は、パワーモジュールPMの側方(図3及び図4に示す例では、+Y軸方向に位置する側方)に配置されている。 The smoothing capacitor C is disposed on the side of the power module PM (in the example shown in FIG. 4, the side located in the −Y axis direction). Each of the filter capacitors C1 and C2 is disposed on the side of the power module PM (in the example illustrated in FIGS. 3 and 4, the side is located in the + Y-axis direction).
一方で、リアクトルL1及びL2の夫々は、パワーモジュールPMの下方(図3に示す例では、−Z軸方向に位置する下方)に配置されている。特に、リアクトルL1及びL2の夫々は、パワーモジュールPMとの間に下部階層用冷却管路332−1c及び隔離壁335が配置されるように、パワーモジュールPMの下方に配置されている。
On the other hand, each of reactors L1 and L2 is arranged below power module PM (in the example shown in FIG. 3, below the −Z axis direction). In particular, each of the reactors L1 and L2 is disposed below the power module PM such that the lower-tier cooling pipe 332-1c and the
加えて、リアクトルL1及びL2は、リアクトルL1及びL2の発熱量(例えば、電力変換に伴う発熱量)を考慮した上で配置される。具体的には、リアクトルL1及びL2は、発熱量が大きい方のリアクトルが、発熱量が小さい方のリアクトルよりも下部階層用冷却管路332−1cの上流側(つまり、導入管路332a側)に位置するように配置される。図3及び図5に示す例では、リアクトルL2の発熱量がリアクトルL1の発熱量よりも大きい場合のリアクトルL1及びL2の配置態様が示されている。この場合、発熱量が大きいリアクトルL2と下部階層空間330Uに一部が進入しているフィルタコンデンサC1及びC2との間には、発熱量が小さいリアクトルL1が配置されることになる。但し、リアクトルL1及びL2は、リアクトルL1及びL2の発熱量を考慮することなく配置されてもよい。
In addition, the reactors L1 and L2 are arranged in consideration of the heat generation amounts of the reactors L1 and L2 (for example, the heat generation amount accompanying power conversion). Specifically, in the reactors L1 and L2, the reactor having the larger calorific value is upstream of the lower-tier cooling pipe 332-1c (that is, the
パワーモジュールPMは、上方(図3に示す例では、+Z軸方向)に向かって延伸するステー331cを介して、パワーモジュールPMの上方に位置するブラケット331aに固定されている。フィルタコンデンサC1及びC2の夫々は、上方に向かって延伸するステー331dを介して、ブラケット331aに固定されている。平滑コンデンサCは、上方に向かって延伸するステー331eを介して、平滑コンデンサCの上方に位置するブラケット331aに固定されている。リアクトルL1及びリアクトルL2は、下方(図3に示す例では、−Z軸方向)に向かって延伸するステー331fを介して、筐体330の内部の下面に固定されている。ブラケット331aは、その縁部が筐体330の内部から突出したフランジに固定されるように、筐体330内に配置されている。
The power module PM is fixed to a
ブラケット331aには更に、上方向(図3に示す例では、+Z軸方向)に向かって延伸するステー331bを介して板状の制御基板CBが固定されている。半導体モジュール333からは、制御基板CBに向かってリード線333aが延びている。その結果、半導体モジュール333に収容されるスイッチング素子S1からスイッチング素子S4は、制御基板CBからリード線333aを介して出力される制御信号を介して、スイッチング状態を切り替える。尚、複数の半導体モジュール333、平滑コンデンサC、フィルタコンデンサC1及びC2、並びに、リアクトルL1及びリアクトルL2の間の電気的な導通は、不図示のバスバーによって実現される。
Further, a plate-like control board CB is fixed to the
以上説明したように、本実施形態では、主としてリアクトルL1及びL2が配置される下部階層空間330Lと、主としてパワーモジュールPM、平滑コンデンサC並びにフィルタコンデンサC1及びC2が配置される上部階層空間330Uとが物理的に区分される。従って、リアクトルL1及びL2が配置されるが配置される空間とパワーモジュールPMが配置される空間とが鉛直方向に沿って物理的に区分されない(例えば、リアクトルL1及びL2、パワーモジュールPM、平滑コンデンサC並びにフィルタコンデンサC1及びC2が共に上部階層空間330Uに配置される)場合と比較して、リアクトルL1及びL2の発熱に起因した熱的影響は、パワーモジュールPM、平滑コンデンサC並びにフィルタコンデンサC1及びC2に直接的に伝達されにくくなる。従って、リアクトルL1及びL2の発熱に起因した熱的影響(特に、パワーモジュールPM、平滑コンデンサC並びにフィルタコンデンサC1及びC2に対する熱的影響)が好適に抑制される。
As described above, in the present embodiment, the lower
更に、本実施形態では、リアクトルL1及びL2が上部階層空間330Uとは物理的に区分される下部階層空間330Lに配置されるがゆえに、リアクトルL1及びL2は、パワーモジュールPMの側方に配置されなくともよくなる。このため、リアクトルL1及びL2がパワーモジュールPMの側方に配置される場合と比較して、リアクトルL1及びL2の設計自由度が向上する。このため、例えば、リアクトルL1及びL2の形状として、いわゆる偏平形状(例えば、XY平面に沿った水平方向のサイズと比較して鉛直方向のサイズが相対的に小さくなる形状)を採用しやすくなる。リアクトルL1及びL2の形状が偏平形状になる(つまり、XY平面に沿ったサイズが相対的に大きくなる)と、下部階層用冷却管路332−1cに対向するリアクトルL1及びL2の面積が相対的に大きくなる。その結果、リアクトルL1及びL2がより一層好適に冷却される。このような観点からも、リアクトルL1及びL2の発熱に起因した熱的影響が好適に抑制される。
Furthermore, in the present embodiment, the reactors L1 and L2 are disposed in the lower
更に、本実施形態では、発熱量が相対的に大きいリアクトルL2が、発熱量が相対的に小さいリアクトルL1よりも下部階層用冷却管路332−1cの上流側に位置するように配置される。ここで、冷媒の供給方向に沿った上流側に位置する下部階層用冷却管路332−1cの冷却効果が、冷媒の供給方向に沿った下流側に位置する下部階層用冷却管路332−1cの冷却効果よりも高いことを考慮すれば、発熱量が相対的に大きいリアクトルL2が好適に冷却される。一方で、発熱量が相対的に小さいリアクトルL1は、発熱量が相対的に大きいリアクトルL2よりも冷媒の供給方向に沿った下流側(つまり、冷却効果が相対的に低い下部階層用冷却管路332−1c側)に配置されるものの、リアクトルL1の発熱量が相対的に小さいことから、リアクトルL1もまた好適に又は相応に冷却される。従って、リアクトルL1及びL2の双方が好適に冷却される。その結果、リアクトルL1及びL2の発熱に起因した熱的影響が好適に抑制される。 Further, in the present embodiment, the reactor L2 having a relatively large amount of heat generation is arranged so as to be positioned on the upstream side of the lower hierarchy cooling pipe 332-1c than the reactor L1 having a relatively small amount of heat generation. Here, the cooling effect of the lower hierarchy cooling pipe 332-1c located on the upstream side along the refrigerant supply direction is the lower hierarchy cooling pipe 332-1c located on the downstream side along the refrigerant supply direction. Considering that the cooling effect is higher than that of the reactor L2, the reactor L2 having a relatively large calorific value is suitably cooled. On the other hand, the reactor L1 having a relatively small calorific value is downstream of the reactor L2 having a relatively large calorific value in the refrigerant supply direction (that is, the lower-tier cooling pipe having a relatively low cooling effect). However, since the amount of heat generated by the reactor L1 is relatively small, the reactor L1 is also suitably or appropriately cooled. Therefore, both reactors L1 and L2 are suitably cooled. As a result, the thermal influence resulting from the heat generation of reactors L1 and L2 is suitably suppressed.
加えて、本実施形態では、リアクトルL1及びL2とパワーモジュールPMとの間には、下部階層用冷却管路332−1cが配置される。このため、リアクトルL1及びL2とパワーモジュールPMとの間に下部階層用冷却管路332−1cが配置されない場合と比較して、リアクトルL1及びL2の発熱に起因した熱的影響が、パワーモジュールPMに伝達されにくくなる。言い換えれば、リアクトルL1及びL2とパワーモジュールPMとが直接的に隣接している場合と比較して、リアクトルL1及びL2の発熱に起因した熱的影響が、パワーモジュールPMに伝達されにくくなる。その結果、リアクトルL1及びL2の発熱に起因した熱的影響(特に、パワーモジュールPMに対する熱的影響)が好適に抑制される。 In addition, in the present embodiment, the lower-tier cooling pipe 332-1c is disposed between the reactors L1 and L2 and the power module PM. For this reason, compared with the case where the cooling pipe 332-1c for lower tiers is not arrange | positioned between reactor L1 and L2 and power module PM, the thermal influence resulting from the heat_generation | fever of reactor L1 and L2 is power module PM. It becomes difficult to be transmitted to. In other words, compared to the case where the reactors L1 and L2 and the power module PM are directly adjacent to each other, the thermal effect caused by the heat generated by the reactors L1 and L2 is less likely to be transmitted to the power module PM. As a result, the thermal influence (particularly the thermal influence on the power module PM) resulting from the heat generation of the reactors L1 and L2 is suitably suppressed.
加えて、本実施形態では、発熱量が大きいリアクトルL2とフィルタコンデンサC1及びC2との間には、発熱量が小さいリアクトルL1が配置される。この場合、リアクトルL1の存在によって、リアクトルL2の発熱に起因した熱的影響は、フィルタコンデンサC1及びC2に直接的に伝達されにくくなる。更には、リアクトルL2とフィルタコンデンサC1及びC2とが直接的に隣接している場合におけるリアクトルL2の発熱に起因したフィルタコンデンサC1及びC2に対する熱的影響と比較して、リアクトルL1の発熱に起因したフィルタコンデンサC1及びC2に対する熱的影響は小さくなる。従って、リアクトルL1及びL2の発熱に起因した熱的影響(特に、リアクトルL2の発熱に起因したフィルタコンデンサC1及びC2に対する熱的影響)が好適に抑制される。 In addition, in the present embodiment, the reactor L1 having a small heat generation amount is disposed between the reactor L2 having a large heat generation amount and the filter capacitors C1 and C2. In this case, the presence of the reactor L1 makes it difficult for the thermal influence caused by the heat generated by the reactor L2 to be directly transmitted to the filter capacitors C1 and C2. Furthermore, compared with the thermal influence with respect to the filter capacitor C1 and C2 resulting from the heat_generation | fever of the reactor L2 in case the reactor L2 and the filter capacitors C1 and C2 adjoin directly, it originated in the heat_generation | fever of the reactor L1 The thermal effect on the filter capacitors C1 and C2 is reduced. Therefore, the thermal influence caused by the heat generation of reactors L1 and L2 (particularly, the thermal influence on filter capacitors C1 and C2 caused by the heat generation of reactor L2) is suitably suppressed.
(4)電力変換器の変形例
続いて、図6から図7を参照しながら、変形例の電力変換器33Zの外観構成について説明する。図6は、変形例の電力変換器33Zの外観構成を模式的に示す側面図である。但し、図6では、図面を見やすくするために、筐体330のみが断面図として描画されている一方で、筐体330以外の部材が側面図として描画されている。また、図7は、電力変換器33のうち磁気結合型リアクトルLCが配置される下部階層空間330Lの外観構成を模式的に示す上面図である。但し、図5では、図面を見やすくするために、筐体330の上側のカバー、後述する制御基板CB及びブラケット331a、並びに上部階層空間330Uに配置される各種回路(具体的には、パワーモジュールPM及び平滑コンデンサC)が省略されている。尚、図6から図7においても、図3から図5と同様に、X軸、Y軸及びZ軸によって規定される3次元座標空間内で電力変換器33の外観構成が描画されている。また、図6から図7に現れる構成要素のうち図3から図5に現れる構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付することでその詳細な説明を省略する。
(4) Modified Example of Power Converter Next, the external configuration of a modified
図6及び図7に示すように、変形例の電力変換器33Zは、上述した電力変換器33と比較して、リアクトルL1及びL2に代えて、磁気結合型リアクトル(複合リアクトル)LCを備えていると言う点で異なっている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
磁気結合型リアクトルLCは、一体化されたコアに対して、リアクトルL1として機能するコイルとリアクトルL2として機能するコイルとが巻かれることで構成されるリアクトルである。図6及び図7に示す例では、一体化されたコアに対して、リアクトルL1として機能する2つのコイルとリアクトルL2として機能する1つコイルとが巻かれている例が示されている。この場合、磁気結合型リアクトルLCのサイズは、リアクトルL1及びL2の全体のサイズよりも小さくなる。従って、電力変換器33Zの小型化が実現される。
The magnetically coupled reactor LC is a reactor configured by winding a coil functioning as the reactor L1 and a coil functioning as the reactor L2 around an integrated core. In the example shown in FIGS. 6 and 7, an example is shown in which two coils functioning as the reactor L1 and one coil functioning as the reactor L2 are wound around the integrated core. In this case, the size of the magnetically coupled reactor LC is smaller than the overall size of the reactors L1 and L2. Therefore, the
変形例においても、上述した電力変換器33と同様に、発熱量の大きいリアクトルとして機能するコイルは、発熱量の小さいリアクトルとして機能するコイルよりも下部階層用冷却管路332−1cの上流側に位置するように配置されることが好ましい。加えて、変形例では、磁気結合型リアクトルLCは、下部階層用冷却管路332−1cの上流側(つまり、導入管路332a側)にできるだけ近接するように配置されることが好ましい。
Also in the modified example, like the
このような変形例の電力変換装置33Zもまた、上述した電力変換装置33と同様に、上述した電力変換装置33が享受することができる各種効果を好適に享受することができる。
Similarly to the
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電力変換器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and a power converter with such a change. Is also included in the technical scope of the present invention.
1 車両
30 電源システム
31 第1電源
32 第2電源
33 電力変換器
330U 上部階層空間
330L 下部階層空間
332 冷却機構
335 隔離壁
C 平滑コンデンサ
C1、C2 フィルタコンデンサ
L1、L2 リアクトル
PM パワーモジュール
DESCRIPTION OF
Claims (1)
スイッチング素子が収容されるパワーモジュールと、
複数のリアクトルと、
コンデンサと、
前記パワーモジュール、前記複数のリアクトル及び前記コンデンサを冷却するための冷媒が供給される冷却部材と
を備え、
前記複数のリアクトルのうち発熱量が最も大きくなる一のリアクトルは、前記複数のリアクトルのうち前記一のリアクトル以外の他のリアクトルよりも、前記冷媒の供給方向に沿った上流側に配置され、
前記一のリアクトルと前記パワーモジュール及び前記コンデンサの少なくとも一方との間には、前記冷却部材及び前記他のリアクトルの少なくとも一方が配置され、
前記複数のリアクトルは、鉛直方向に沿って前記パワーモジュールの下方側に配置される
ことを特徴とする電力変換器。 A power converter that performs power conversion with a power storage device,
A power module that houses the switching element;
Multiple reactors,
A capacitor,
A cooling member to which a refrigerant for cooling the power module, the plurality of reactors, and the condenser is supplied,
One reactor that generates the largest amount of heat among the plurality of reactors is arranged on the upstream side in the refrigerant supply direction from the other reactors other than the one reactor among the plurality of reactors,
Between the one reactor and at least one of the power module and the capacitor, at least one of the cooling member and the other reactor is disposed,
The plurality of reactors are arranged on a lower side of the power module along a vertical direction.
Priority Applications (1)
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