JP2016220344A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like.
電動自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置は、蓄電装置(バッテリ)の直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータを駆動する。 BACKGROUND ART A power conversion device mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like drives a motor by converting DC power of a power storage device (battery) into AC power using an inverter.
このような電力変換装置において、コントローラや他の電気部品に電力を供給するため、バッテリの直流電力の電圧を降下させて供給するDC/DCコンバータを備えるもの(特許文献1参照)が知られている。 In such a power conversion device, there is known a device including a DC / DC converter that supplies a controller and other electrical components by reducing the voltage of the direct-current power of the battery (see Patent Document 1). Yes.
特許文献1に記載の従来の技術において、インバータやDC/DCコンバータは、スイッチング素子等により、電力線に高周波ノイズが重畳しているので、ノイズが他の信号に影響を与える可能性がある。特にコントローラやセンサの信号線は電圧レベルが低いため、ノイズの影響を受ける場合がある。
In the conventional technique described in
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、信号線のノイズによる問題の対策を行なうことを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems, and an object thereof is to take measures against problems caused by noise of signal lines.
本発明のある実施態様によると、蓄電装置と負荷との間で電力を変換する電力変換装置であって、蓄電装置の直流電力と負荷に供給される交流電力とを変換するパワーモジュールと、外部コネクタを介して供給される電力による蓄電装置の充電を制御する充電装置と、電圧を平滑化するコンデンサを有するコンデンサモジュールと、を備え、パワーモジュールとコンデンサモジュールを接続する強電配線が、コンデンサモジュールの下方に配置され、コンデンサモジュールの上面に、充電装置への制御信号を伝達する弱電配線が配置されることを特徴とする。 According to an embodiment of the present invention, a power conversion device that converts electric power between a power storage device and a load, the power module converting DC power of the power storage device and AC power supplied to the load, and an external A charging device that controls charging of the power storage device by power supplied through the connector, and a capacitor module having a capacitor that smoothes the voltage, and the high-voltage wiring that connects the power module and the capacitor module includes: A low-power wiring that is disposed below and that transmits a control signal to the charging device is disposed on the upper surface of the capacitor module.
本発明によると、弱電配線と強電配線とがコンデンサモジュールによって隔離されているので、強電配線のノイズの影響を弱電配線が受けることが防止される。 According to the present invention, since the weak electric wiring and the high electric wiring are separated by the capacitor module, it is possible to prevent the weak electric wiring from being affected by the noise of the high electric wiring.
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態の電力変換装置1の機能ブロック図である。
FIG. 1 is a functional block diagram of a
電力変換装置1は、電動車両又はプラグインハイブリッド車両に備えられ、蓄電装置(バッテリ)5の電力を回転電機(モータジェネレータ)6の駆動に適した電力に変換する。モータジェネレータ6は、電力変換装置1から供給される電力により駆動され、車両が駆動される。
The
電力変換装置1は、モータジェネレータ6の回生電力を直流電力に変換して、バッテリ5を充電する。また、電力変換装置1は、車両に備えられた急速充電用のコネクタ又は普通充電用のコネクタから電力が供給されることで、バッテリ5を充電する。
The
バッテリ5は、例えばリチウムイオン二次電池で構成される。バッテリ5は、電力変換装置1に直流電力を供給し、電力変換装置1から供給される直流電力により充電される。バッテリ5の電圧は例えば240〜400Vの間で変動し、それよりも高い電圧が入力されることで、バッテリ5が、充電される。
The
モータジェネレータ6は、例えば永久磁石同期電動機として構成される。モータジェネレータ6は、電力変換装置1から供給される交流電力により駆動されて、車両を駆動する。車両が減速するときは、モータジェネレータ6が回生電力を発生する。
The motor generator 6 is configured as a permanent magnet synchronous motor, for example. Motor generator 6 is driven by AC power supplied from
電力変換装置1は、ケース2内に、コンデンサモジュール10、パワーモジュール20、DC/DCコンバータ30、充電装置40、充電・DCDCコントローラ50及びインバータコントローラ70を備える。これら各部は、バスバー又は配線により電気的に接続される。
The
コンデンサモジュール10は、複数のコンデンサ素子により構成される。コンデンサモジュール10は、電圧を平滑化することで、ノイズの除去や電圧変動の抑制を行なう。コンデンサモジュール10は、第1バスバー11と、第2バスバー12と、電力配線13とを備える。
The
第1バスバー11は、パワーモジュール20に接続される。第2バスバー12は、DC/DCコンバータ30、リレー61、バッテリ5及び電動コンプレッサ(図示せず)に接続される。電力配線13は、可撓性を有するケーブル(例えばリッツ線)により構成され、充電装置40に接続される。第1バスバー11と、第2バスバー12と、電力配線13とは、コンデンサモジュール10の内部で正極と負極とを共用する。
The
パワーモジュール20は、複数のパワー素子(図示せず)をON/OFFすることにより直流電力と交流電力とを相互に変換する。複数のパワー素子は、パワーモジュール20に備えられるドライバ基板21によりON/OFFが制御される。
The
パワーモジュール20は、コンデンサモジュール10の第1バスバー11に接続される。第1バスバー11は、正極及び負極からなる3組のバスバーからなる。パワーモジュール20は、U相、V相、W相からなる3相の出力バスバー24を備える。出力バスバー24は、電流センサ22に接続される。電流センサ22は、モータジェネレータ6側に三相の交流電力を出力するモータ側バスバー25を備える。
The
インバータコントローラ70は、車両のコントローラ(図示せず)からの指示及び電流センサ22からのU相、V相、W相の電流の検出結果に基づいて、パワーモジュール20を動作させる信号をドライバ基板21に出力する。ドライバ基板21は、インバータコントローラ70からの信号に基づいて、パワーモジュール20を制御する。インバータコントローラ70、ドライバ基板21、パワーモジュール20及びコンデンサモジュール10により、直流電力と交流電力とを相互に変換するインバータモジュールが構成される。
The
DC/DCコンバータ30は、バッテリ5から供給される直流電力の電圧を変換して、他の機器へと供給する。DC/DCコンバータ30は、バッテリ5の直流電力(例えば400V)を12Vの直流電力に降圧する。降圧された直流電力は、車両に備えられるコントローラや照明、ファン等の電源として供給される。DC/DCコンバータ30は、第2バスバー12を介してコンデンサモジュール10及びバッテリ5に接続される。
The DC /
充電装置40は、車両に備えられる充電用の外部コネクタから普通充電コネクタ81を介して供給される商用電源(例えば交流200V)を直流電力(例えば500V)に変換する。充電装置40により変換された直流電力は、電力配線13からコンデンサモジュール10を介してバッテリ5に供給される。これによりバッテリ5が充電される。
The
充電・DCDCコントローラ50は、電力変換装置1によるモータジェネレータ6の駆動及びバッテリ5の充電を制御する。具体的には、充電・DCDCコントローラ50は、車両のコントローラからの指示に基づいて、充電装置40による普通充電コネクタ81を介したバッテリ5の充電、急速充電コネクタ63を介したバッテリ5の充電及びモータジェネレータ6の駆動、DC/DCコンバータ30による降圧を制御する。
The charging /
リレーコントローラ60は、充電・DCDCコントローラ50の制御により、リレー61の断続を制御する。リレー61は、正側リレー61a及び負側リレー61bにより構成される。リレー61は、充電用の外部コネクタから急速充電コネクタ63を介して接続された場合に通電し、急速充電コネクタから供給される直流電力(例えば500V)を第2バスバー12へと供給する。供給された直流電力によりバッテリ5が充電される。
The
図2及び図3は、本実施形態の電力変換装置1の構成ブロック図である。図2は電力変換装置1の上面図であり、図3は、電力変換装置1の側面図である。
2 and 3 are configuration block diagrams of the
ケース2の内部では、コンデンサモジュール10の周囲に、パワーモジュール20、DC/DCコンバータ30及び充電装置40が配置される。
Inside the case 2, the
より具体的には、コンデンサモジュール10は、ケース2の内部において、パワーモジュール20と充電装置40との間に配置される。コンデンサモジュール10はDC/DCコンバータ30に積層され、コンデンサモジュール10の下方側にDC/DCコンバータ30が配置される。充電装置40は充電・DCDCコントローラ50に積層され、充電・DCDCコントローラ50の下方側に充電装置40が配置される。
More specifically, the
コンデンサモジュール10の一方の側面には、第1バスバー11が突出する。第1バスバー11には、パワーモジュール20が直接螺合等により接続される。パワーモジュール20において、第1バスバー11とは逆側に、U相、V相、W相からなる3相の出力バスバー24が突出する。
The
出力バスバー24には、電流センサ22が直接螺合等により接続される。電流センサ22の下方側(図3参照)には、モータ側バスバー25が突出する。モータ側バスバー25は、パワーモジュール20の出力バスバー24のU相、V相、W相それぞれに直接接続され、3相の交流電力を出力する。モータ側バスバー25は、ケース2から露出して構成され、ハーネス等によりモータジェネレータ6に接続される。
The
パワーモジュール20の上面にはドライバ基板21が積層される。ドライバ基板21の上方には、インバータコントローラ70とリレーコントローラ60とが積層して配置される。
A
コンデンサモジュール10の底面側には、第2バスバー12が突出する。第2バスバー12は、コンデンサモジュール10の下方に積層して配置されるDC/DCコンバータ30に直接螺合により接続される。第2バスバー12は、正側リレー61a及び負側リレー61bへと接続される(図1参照)。
The
第2バスバー12は、バッテリ5が接続されるバッテリ側コネクタ51と、電動コンプレッサが接続されるコンプレッサ側コネクタ52とに、バスバー14を介して接続される。
The
DC/DCコンバータ30は、バスバー31を介して車両側コネクタ82に接続される。車両側コネクタ82は、DC/DCコンバータ30が出力する直流電源を車両の各部に供給するハーネス等が接続される。
The DC /
コンデンサモジュール10の第1バスバー11とは反対の側には、電力配線13が突出する。電力配線13は、可撓性を有する柔軟なケーブルであり、充電装置40に接続される。充電装置40は普通充電コネクタ81にバスバー41を介して接続する。
On the opposite side of the
信号線コネクタ65は、電力変換装置1のDC/DCコンバータ30、充電装置40、充電・DCDCコントローラ50及びインバータコントローラ70に接続される信号線を、ケース2の外部との間で接続する。
The
信号線コネクタ65から充電・DCDCコントローラ50へと信号線55が接続される。信号線55は、充電・DCDCコントローラ50からリレーコントローラ60に至る信号線62と同梱されて、コンデンサモジュール10の上面を通過して充電・DCDCコントローラ50のコネクタ56に接続される。コンデンサモジュール10の上面には信号線55及び信号線62を支持するガイド部58が形成される。
A
ケース2は、上ケース2aと下ケース2bとにより構成される。下ケース2bには冷却水流路4が形成されている。冷却水流路4には冷却水が流通するように構成されており、冷却水流路4の直上に載置されるパワーモジュール20、DC/DCコンバータ30及び充電装置40を冷却する。
The case 2 is composed of an
このように構成された電力変換装置1は、コンデンサモジュール10と、パワーモジュール20、DC/DCコンバータ30及び充電装置40とが隣接して配置され、第1バスバー11、第2バスバー12及び電力配線13により各部がコンデンサモジュール10に接続される。このような構成により、コンデンサモジュール10と、パワーモジュール20、DC/DCコンバータ30及び充電装置40との距離を短くできるので、直流電力の経路での抵抗(R)やインダクタンス(L)を小さくすることができ、電力の損失を少なくすることができる。
In the
さらに、コンデンサモジュール10を、発熱量が多いパワーモジュール20と充電装置40との間に配置したので、パワーモジュール20と充電装置40とで互いに熱による影響を与えることを抑制できる。特に、パワーモジュール20の動作(モータジェネレータ6の力行、回生)と、充電装置40の動作(普通充電コネクタ81によるバッテリ5の充電)とは同時に実行されることがないので、これらの間での熱による影響を排除することができる。
Furthermore, since the
次に、コンデンサモジュール10の構成を説明する。
Next, the configuration of the
図4は本実施形態のコンデンサモジュール10の斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view of the
コンデンサモジュール10は、コンデンサケース110の内部に複数のコンデンサが収容されると共に、正極及び負極からなる内部バスバーにより複数のコンデンサが電気的に接続される。コンデンサ及び内部バスバーは樹脂材料によりモールドされる。
In the
コンデンサモジュール10の上面には、ガイド部58が形成されている。ガイド部58はかぎ爪形状を有すると共に、複数のガイド部58が互いに対応するよう形成されており、対向するガイド部58の間に信号線55及び信号線57を固定する。これにより、信号線55及び信号線57の位置決めが成されると共に、振動や衝撃等により信号線55及び信号線57が移動することが防止される。
A
内部バスバーは、第1バスバー11、第2バスバー12及び電力配線13へとそれぞれ分岐する。
The internal bus bar branches to the
第1バスバー11は、パワーモジュール20のU相、V相、W相の3相に対応する3組の正極及び負極のバスバーからなり、コンデンサケース110の底面から一方の側面へと突設する。
The
第2バスバー12は1組の正極及び負極のバスバーからなり、コンデンサケース110の底面から前述の一方の側面に隣接する第2の側面へと突設する。電力配線13は、正極及び負極を有する可撓性を有するケーブルからなり、コンデンサケース110の底面側に延設される。
The
第1バスバー11は、ケース2に内装されている状態でコンデンサモジュール10の一方の側面側に位置するパワーモジュール20が備えるU相、V相、W相の3相に対応する端子に接する形状とされている。第1バスバー11は、パワーモジュール20の端子に接する状態で螺合等により端子に接続される。
The
第2バスバー12は、ケース2に内装されている状態でコンデンサモジュール10の底面側に位置するDC/DCコンバータ30が備える端子に接する形状とされている。第2バスバー12は、DC/DCコンバータ30の端子に接する状態で螺合等により端子に接続される。DC/DCコンバータ30の端子には、バスバー14が接続される。バスバー14は、リレー61、バッテリ側コネクタ51及びコンプレッサ側コネクタ52へと接続する。
The
電力配線13は、ケース2に内装されている状態でコンデンサモジュール10の前記一方の側面に対向する側面に位置する充電装置40が備える端子へと接続される。電力配線13は可撓性を有するので、充電装置40の上方に配置される充電・DCDCコントローラ50や、ケース2内に備えられる他の部品や構造物を避けて、充電装置40の端子に接続する。
The
以上説明したように、本発明の実施形態の電力変換装置1は、蓄電装置(バッテリ5)と負荷(モータジェネレータ6)との間で電力を変換して供給する電力変換装置1であって、バッテリ5の直流電力とモータジェネレータ6に供給する交流電力とを変換するパワーモジュール20と、外部コネクタ(普通充電コネクタ81)を介して供給される電力によりバッテリ5を充電させる充電装置40と、電圧を平滑化するコンデンサを有するコンデンサモジュール10と、パワーモジュール20と、を備え、パワーモジュール20とコンデンサモジュール10を接続する強電配線は、コンデンサモジュール10の下方に配置され、コンデンサモジュール10の上面に、充電装置40への制御信号を伝達する弱電配線(信号線57)が配置されるように構成した。
As described above, the
このような構成により、コンデンサモジュール10の下方側に、高電圧の電力が流通する強電配線(第1バスバー11、第2バスバー12及び電力配線13)が配置され、コンデンサモジュール10の上面に、制御指令やセンサの取得信号等の低電圧(弱電)の信号が流通する弱電配線(信号線55及び信号線57)が配置されるので、弱電配線と強電配線との間にコンデンサモジュール10が配置されることで、強電配線と弱電配線との間の隔離距離が十分に確保されるため、パワーモジュール20のスイッチング素子のON/OFFにより強電配線に重畳するノイズの影響を弱電配線が受けることが防止される。
With such a configuration, the high voltage wiring (the
また、本発明の実施形態の電力変換装置1は、バッテリ5から供給される直流電圧を変換するDC/DCコンバータ30を更に備え、コンデンサモジュール10の下方にDC/DCコンバータ30が配置されるように構成した。
The
このような構成により、コンデンサモジュール10とDC/DCコンバータ30との間の強電配線に重畳するノイズの影響を弱電配線が受けることが防止される。
With such a configuration, it is possible to prevent the low-power wiring from being affected by noise superimposed on the high-power wiring between the
また、本発明の実施形態の電力変換装置1は、コンデンサモジュール10はケース2中で、パワーモジュール20と充電装置との間に配置されると共に、DC/DCコンバータ30に積層されて配置され、信号線55、57は、コンデンサモジュール10の上面を経由して、充電装置40に接続されるように構成した。
Further, in the
このような構成により、信号線55、57と強電配線との間にコンデンサモジュール10が配置されて、強電配線に重畳するノイズの影響を信号線55、57が受けることが防止されると共に、さらに、ケース2内でコンデンサモジュール10と、パワーモジュール20、DC/DCコンバータ30及び充電装置40との距離を短くできるので、電力変換装置1を小型化することができる。
With such a configuration, the
また、本発明の実施形態の電力変換装置1は、コンデンサモジュール10の上面に、信号線55、56を支持するガイド部58を備えたので、振動や衝撃等により信号線55、56が移動することが防止される。
In addition, since the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above, but the above embodiment is merely one example of application of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. is not.
上記実施形態では、コンデンサモジュール10と充電装置40との間を可撓性を有するケーブル(電力配線13)により接続したが、これに限られない。コンデンサモジュール10と充電装置40との間をバスバーにより接続してもよいし、コンデンサモジュール10と、パワーモジュール20又はDC/DCコンバータ30との間を可撓性を有するケーブルにより接続してもよい。
In the above embodiment, the
1 電力変換装置
2 ケース
4 冷却水流路
5 蓄電装置(バッテリ)
6 回転電機(モータジェネレータ)
10 コンデンサモジュール
11 第1バスバー
12 第2バスバー
13 電力配線
20 パワーモジュール
30 DC/DCコンバータ
40 充電装置
50 充電・DCDCコントローラ
51 バッテリ側コネクタ
52 コンプレッサ側コネクタ
55 信号線
56 コネクタ
58 ガイド部
60 インバータコントローラ
61 リレー
62 信号線
65 信号線コネクタ
70 メインコントローラ
DESCRIPTION OF
6 Rotating electric machine (motor generator)
DESCRIPTION OF
本発明のある実施態様によると、蓄電装置と負荷との間で電力を変換する電力変換装置であって、蓄電装置の直流電力と負荷に供給される交流電力とを変換するパワーモジュールと、外部コネクタを介して供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電装置を充電させる充電装置と、パワーモジュールと充電装置との間に配置され、電圧を平滑化するコンデンサを有するコンデンサモジュールと、蓄電装置から供給される直流電圧を変換するDC/DCコンバータと、パワーモジュールと、充電装置と、コンデンサモジュールと、DC/DCコンバータと、を収装するケースと、ケース内において、充電装置と比較してパワーモジュールの近くに配置された信号線コネクタと、信号線コネクタから充電装置へ配線されて、充電装置を制御する信号を伝達する信号線と、を備え、パワーモジュールとコンデンサモジュールとは、コンデンサモジュールの一方の面側で強電配線され、DC/DCコンバータとコンデンサモジュールとは、コンデンサモジュールの一方の面側で強電配線され、信号線は、コンデンサモジュールの一方の面とは反対の他方の面を経由して、充電装置に接続されることを特徴とする電力変換装置。 According to an embodiment of the present invention, a power conversion device that converts electric power between a power storage device and a load, the power module converting DC power of the power storage device and AC power supplied to the load, and an external a charging device for charging the power storage device by converting the AC power supplied to DC power via the connector, is disposed between the power module and the charging device, and the capacitor module having a capacitor for smoothing the voltage, the power storage Compared with a charging device in a case housing a DC / DC converter for converting a DC voltage supplied from the device, a power module, a charging device, a capacitor module, and a DC / DC converter. The signal line connector placed near the power module and the signal line connector wired to the charging device to control the charging device And a signal line for transmitting No., the power module and the capacitor module are strong electric wiring in one side of the capacitor module, and the DC / DC converter and the capacitor module, high voltage at one side of the capacitor module A power converter , wherein the signal line is wired and connected to the charging device via the other surface opposite to the one surface of the capacitor module.
Claims (4)
前記蓄電装置の直流電力と前記負荷に供給される交流電力とを変換するパワーモジュールと、
外部コネクタを介して供給される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置を充電させる充電装置と、
電圧を平滑化するコンデンサを有するコンデンサモジュールと、
を備え、
前記パワーモジュールと前記コンデンサモジュールとを接続する強電配線は、前記コンデンサモジュールの下方に配置され、
前記コンデンサモジュールの上面に、前記充電装置を制御する信号を伝達する弱電配線が配置される
ことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that converts power between a power storage device and a load,
A power module that converts DC power of the power storage device and AC power supplied to the load;
A charging device for charging the power storage device by converting AC power supplied via an external connector into DC power;
A capacitor module having a capacitor for smoothing the voltage;
With
The strong electrical wiring connecting the power module and the capacitor module is disposed below the capacitor module,
A power conversion device, wherein a weak electrical wiring for transmitting a signal for controlling the charging device is disposed on an upper surface of the capacitor module.
前記蓄電装置から供給される直流電圧を変換するDC/DCコンバータを更に備え、
前記コンデンサモジュールの下方に前記DC/DCコンバータが配置される
ことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
A DC / DC converter for converting a DC voltage supplied from the power storage device;
The power converter according to claim 1, wherein the DC / DC converter is disposed below the capacitor module.
前記コンデンサモジュールは、前記ケース中で、前記パワーモジュールと前記充電装置との間に配置されると共に、前記DC/DCコンバータに積層されて配置され、
前記弱電配線は、前記コンデンサモジュールの上面を経由して、前記充電装置に接続される
ことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 2,
The capacitor module is disposed between the power module and the charging device in the case, and is stacked on the DC / DC converter.
The power converter according to claim 1, wherein the weak electrical wiring is connected to the charging device via an upper surface of the capacitor module.
前記コンデンサモジュールの上面に、前記弱電配線を支持するガイド部が備えられる
ことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 3,
The power converter according to claim 1, further comprising: a guide portion that supports the weak electrical wiring on an upper surface of the capacitor module.
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