JP2017169352A - Power conversion device for electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源の電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter that converts electric power of a power source into driving power of a traveling motor.
電源の電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換装置は、電源の電力を伝える電力正極線と電力負極線の間に平滑コンデンサを備えることが多い。平滑コンデンサは、電源からの電流(あるいは、電圧変換後の電流)に重畳するノイズを除去する。走行用モータを駆動する電力は高電圧であるため、電力変換装置は、衝突時に平滑コンデンサを速やかに放電する機構を備えることが望ましい。例えば特許文献1、特許文献2には、平滑コンデンサを速やかに放電する技術が開示されている。特許文献1の技術は次のとおりである。電力変換装置は、平滑コンデンサを放電させるリレーに係止棒が係止しており、通常は係止棒によりリレーが開放状態に保持され、平滑コンデンサの放電回路が遮断されている。衝突の荷重により電力変換装置が後方へ移動すると係止棒がリレーから外れ、平滑コンデンサが放電回路に接続される。特許文献2の技術は次のとおりである。電力変換装置に短絡用金具が備えられている。短絡用金具は、電力制御装置の筐体を貫通しており、筐体の内部で2個の端子と対向している。2個の端子は夫々、平滑コンデンサの夫々の電極と導通している。短絡用金具は、筐体の外部に露出している部分が外力(衝突荷重)を受けると筐体内へ押し込まれるとともに2個の端子と接触し、2個の端子間を導通させる。2個の端子が導通することによって平滑コンデンサが短絡し、放電される。
In many cases, a power conversion device that converts power of a power source into driving power of a motor for driving includes a smoothing capacitor between a power positive line and a power negative line that transmit power of the power source. The smoothing capacitor removes noise superimposed on the current from the power supply (or the current after voltage conversion). Since the electric power for driving the traveling motor is a high voltage, it is desirable that the power converter has a mechanism for quickly discharging the smoothing capacitor in the event of a collision. For example, Patent Literature 1 and
特許文献1に開示された技術では、荷重が加わったときにリレーを開放状態から導通状態に切り換える係止棒が必要である。また、特許文献2に開示された技術では、電力変換装置の筐体を貫通する短絡用金具が必要である。いずれの文献の技術も、衝突時に平滑コンデンサを放電させるための専用の部品が必要であり、コストが嵩む。本明細書は、衝突時に平滑コンデンサを放電させる機構を低コストで実現する技術を提供する。
The technique disclosed in Patent Document 1 requires a locking rod that switches the relay from an open state to a conductive state when a load is applied. Moreover, in the technique disclosed in
本明細書が開示する電力変換装置は、その筐体の内部に、電源から供給される電流を平滑化する平滑コンデンサと、電源の電力を平滑コンデンサに伝える正極バスバと負極バスバが備えられている。そして筐体に、所定の大きさ以上の荷重が加わると筐体内側に離脱する脆弱部が設けられている。離脱した脆弱部が正極バスバと負極バスバの双方と接触するように、正極バスバの一部と負極バスバの一部が、所定の距離を隔てて脆弱部の裏面に対向している。この電力変換装置では、衝突時の荷重により離脱する脆弱部が正極バスバと負極バスバを短絡させ、平滑コンデンサを放電する。この電力変換装置は、放電用の専用の部品を必要としないので低コストで実現することができる。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。 A power conversion device disclosed in the present specification includes a smoothing capacitor that smoothes a current supplied from a power source, and a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar that transmit power from the power source to the smoothing capacitor. . The casing is provided with a fragile portion that is detached from the inside of the casing when a load of a predetermined size or more is applied. A part of the positive electrode bus bar and a part of the negative electrode bus bar are opposed to the back surface of the weak part at a predetermined distance so that the detached weak part comes into contact with both the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar. In this power conversion device, the weakened portion that is separated by the load at the time of the collision short-circuits the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar, and discharges the smoothing capacitor. This power conversion device can be realized at low cost because it does not require a dedicated component for discharging. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置10は、電気自動車に搭載されている。図1に、電力変換装置10を含む、電気自動車の電力系のブロック図を示す。なお、図1において、楕円で囲んだ領域は、電力変換装置10の筐体14の一部断面を示す。図1は回路ブロック図であるが、楕円で囲んだ領域のみ、ハードウエアの一部を示している。
A power converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The
電気自動車は、走行用モータ6で走行する。以下、走行用モータ6を単にモータ6と称する。電力変換装置10は、車載のバッテリ2(電源)の直流電力を適宜の周波数の交流電力に変換してモータ6に供給する。別言すれば、電力変換装置10は、バッテリ2の電力をモータ6の駆動電力に変換する。バッテリ2と電力変換装置10は、システムメインリレー3を介して接続されている。システムメインリレー3と電力変換装置10は、上位コントローラ7によって制御される。
The electric vehicle travels with the
電力変換装置10は、その内部に、電圧コンバータ回路4と、平滑コンデンサ13と、インバータ回路5を備えている。電圧コンバータ回路4は、バッテリ2の電圧を昇圧してインバータ回路5に供給する昇圧動作と、インバータ回路5から送られる回生電力を降圧してバッテリ2に供給する降圧動作の双方の機能を備えている。即ち、電圧コンバータ回路4は、双方向DC−DCコンバータである。電圧コンバータ回路4は、フィルタコンデンサ、リアクトル、2個のスイッチング素子、及び、各スイッチング素子に逆並列に接続されている還流ダイオードで構成されている。図1に示す電圧コンバータ回路4はよく知られているので詳しい説明は割愛する。
The
インバータ回路5は、電圧コンバータ回路4を通じて供給されるバッテリ2の直流電力を交流電力に変換してモータ6に供給する。ドライバがブレーキペダルを踏んだ際には、インバータ回路5は、モータ6が逆駆動により発電した交流電力を直流電力に変換して電圧コンバータ回路4に供給する。電圧コンバータ回路4とインバータ回路5は、上位コントローラ7からの指令により動作する。電圧コンバータ回路4とインバータ回路5の間には平滑コンデンサ13が並列に接続されている。
The
電圧コンバータ回路4と平滑コンデンサ13とインバータ回路5は、バスバと呼ばれる細長金属板で接続されている。図1は回路ブロック図であるから結線は単純な線で描かれているが、図1の楕円の中では、バッテリ2の電力を平滑コンデンサ13に伝える正極バスバ12aと負極バスバ12bの一部が描かれている。
The voltage converter circuit 4, the
平滑コンデンサ13は、電圧コンバータ回路4の出力電流(バッテリ2から供給される電流)に重畳するノイズ成分を除去するために備えられている。走行用のモータ6の出力は数十キロワットと大きく、それゆえ、バッテリ2の出力も数十キロワットであり、その出力電圧は例えば300ボルトである。電圧コンバータ回路4は、バッテリ2の出力電圧を例えば600ボルトまで昇圧する。電圧コンバータ回路4の出力端に接続されている平滑コンデンサ13には大電力が印加される。それゆえ、車両が衝突した際には平滑コンデンサ13は速やかに放電されることが望まれる。実施例の電力変換装置10では、衝突時、電力変換装置10の筐体14に所定値以上の荷重が加わったときに、平滑コンデンサ13に接続されている正負のバスバが短絡し、平滑コンデンサ13を放電する構造を備えている。以下において、その構造を説明する。なお、上位コントローラ7は、衝突を検知するエアバックセンサ8からの信号(衝突したことを示す信号)を受けると、システムメインリレー3を開放するとともに、電力変換装置10の電圧コンバータ回路4とインバータ回路5を停止する。
The
図1の楕円内に示すように、筐体14に、所定の大きさ以上の荷重が加わると内側に離脱する脆弱部15が設けられている。バッテリ2の電力を平滑コンデンサ13に伝える正極バスバ12aと負極バスバ12bの一部が所定の距離を隔てて脆弱部15の裏面に近接配置されている。脆弱部15とは、筐体14においてリング状の溝14aに囲まれた領域である。リング状の溝14aの溝底に相当する部分では筐体14の厚みが他の部分よりも薄くなっており、衝突の荷重が加わると溝14aの溝底にそって筐体14の一部(脆弱部15)が破断するようになっている。脆弱部15を含め、筐体14は、導電性の金属で作られている。外から荷重を受けて脆弱部15が筐体14の内部へ押し込まれると、導電性の脆弱部15が正極バスバ12aと負極バスバ12bに接触し、両者を短絡させ、平滑コンデンサ13が放電される。
As shown in the ellipse in FIG. 1, the
図2に、電力変換装置10の断面図を示す。図3に、荷重を受けて脆弱部15が離脱したときの電力変換装置10の断面図を示す。図2、図3では、電気自動車90の前部の輪郭を仮想線で描いてある。図2、図3は、車両前後方向と上下方向に拡がる平面で電力変換装置10をカットした断面図である。なお図2、図3では、電力変換装置10の内部構造は説明のため、模式化して描いてある。また、理解を助けるために、電気自動車90の大きさに対して電力変換装置10を相対的に大きく描いてある。以降の図4、図5も同様である。また、図中の座標系のF軸は車両前方を向いており、H軸は車幅方向を向いており、V軸は上方を向いている。以降の図4、図5でも座標系各軸の意味は同じである。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
電力変換装置10は、電気自動車90の車両前部空間(フロントコンパートメント)に搭載されている。電力変換装置10は、例えば、前後方向に延びているフレーム部材21に固定されている。電力変換装置10は、車両前部空間に搭載されているので、前方衝突の際に、前面に衝突荷重を受ける可能性が高い。電力変換装置10は、衝突時に荷重を受ける可能性が高い面(本実施例の場合は前面)に、脆弱部15が設けられている。先に述べたように、脆弱部15は、筐体14においてリング状の溝14aで囲まれた領域であり、この領域に所定の大きさ以上の荷重が加わると、リング状の溝14aの底で筐体14が破断し、脆弱部15が筐体14から離脱する。図3の符号Wが示す矢印が衝突の際に電力変換装置10に加わる荷重を示している。電力変換装置10は、筐体14において衝突の際に荷重を受ける可能性が高い箇所に脆弱部15を設けている。
The
脆弱部15を含む筐体14は導電性の金属、例えばアルミニウムで作られている。脆弱部15の裏面に対向するように、裏面から所定の距離を隔てて正極バスバ12aと負極バスバ12bが位置している。先に述べたように、正極バスバ12aと負極バスバ12bは、バッテリ2の電力を平滑コンデンサ13に伝える導体である。なお、図2、図3において、正極バスバ12a、負極バスバ12bのハッチングを施した断面の先は、不図示のコネクタまで続いており、平滑コンデンサ13は、コネクタおよび、図1のシステムメインリレー3を介してバッテリ2と導通している。先に述べたように、図1、図2では電力変換装置10の内部構造を模式化して描いてあり、平滑コンデンサ13と正極バスバ12aと負極バスバ12b以外の部品は図示を省略している。
The
図3に示すように、荷重Wを受けた脆弱部15が筐体14から離間して筐体内部に押し込まれると、脆弱部15が正極バスバ12aと負極バスバ12bと接触し、両者は短絡する。正極バスバ12aと負極バスバ12bは平滑コンデンサ13の夫々の電極と導通しているため、正極バスバ12aと負極バスバ12bが短絡すると、平滑コンデンサ13は放電する。このように、電力変換装置10は、衝突の衝撃を利用して平滑コンデンサ13を放電する構造を備えている。しかもその構造は、もともと電力変換装置10が備えている筐体14と正極バスバ12aと負極バスバ12bを利用しているため、低コストで実現できる。
As shown in FIG. 3, when the
実施例の電力変換装置の変形例を説明する。図4に、第1変形例の電力変換装置10aの断面図を示す。変形例の電力変換装置10aも、先の電力変換装置10と同様に、電気自動車90のフロントコンパートメントに搭載されている。従って、前方衝突時、電力変換装置10aはその前面に荷重を受ける可能性が高い。詳しくは後述するように、電力変換装置10aも、先に電力変換装置10と同様に、筐体114の前面に脆弱部115を設けてある。
The modification of the power converter device of an Example is demonstrated. In FIG. 4, sectional drawing of the
電力変換装置10aは、実施例の電力変換装置10に、荷重誘導部材22を付加したものである。荷重誘導部材22は、脆弱部115が設けられている筐体114の前面に、可撓性の支持ブラケット23を介して取り付けられている。荷重誘導部材22は、筐体114の前面全体に拡がっている。また、荷重誘導部材22は、脆弱部115と対向する部位に、突出部22aを備えている。前方衝突の際、支持ブラケット23は、衝突荷重を受けると変形し、荷重誘導部材22が後退する。荷重誘導部材22が後退すると、その後面の突出部22aが脆弱部115を押圧し、脆弱部115が確実に筐体114から離脱する。なお、筐体114の裏面には、脆弱部115の範囲を規定する溝114aを囲むように、リブ114bが設けられている。リブ114bは、脆弱部115の周囲を補強する。変形例の電力変換装置10aでは、脆弱部115よりも面積の広い荷重誘導部材22が、前方衝突時に荷重が発生すると想定される領域に広く拡がっており、衝突時の荷重ポイントが想定から多少ずれても荷重を脆弱部115へ導く。荷重誘導部材22を備えることで、衝突時に脆弱部115が筐体114から離脱する確実性を高める。即ち、変形例の電力変換装置10aは、荷重誘導部材22を備えることによって、衝突時に正極バスバ12aと負極バスバ12bを短絡させる確実性を高めている。
The
また、筐体114において、脆弱部115を囲むように設けられているリブ114bは、脆弱部115以外の部位が衝突時の荷重によって大きく変形することを防止する。リブ114bを設けることで、脆弱部115が溝114aを境に離脱する確実性がより一層高まる。
In the
図5に、第2変形例の電力変換装置10bの断面図を示す。第2変形例の電力変換装置10bも、図2の電力変換装置10と同様に電気自動車90aのフロントコンパートメントに搭載されている。ただし、電力変換装置10bは、フレーム部材21に懸架するように固定されており、先の電力変換装置10よりも低い位置に配置されている。また、電力変換装置10bは、前下がりの姿勢でフレーム部材21に固定されている。電力変換装置10bの筐体214の上面も前下がりの姿勢となる。この電力変換装置10bは、低い位置に固定されているとともに前下がりの姿勢で固定されているため、前方衝突時に筐体214の前面と上面に荷重を受ける。筐体214の前面には、堅牢な支持ブラケット31を介してプロテクタ30が取り付けられており、正面から荷重を受けても筐体214の前面は保護される。
In FIG. 5, sectional drawing of the
一方、筐体214の上面には、可撓性の支持ブラケット23を介して荷重誘導部材222が取り付けられている。図5に示すように、衝突時に斜め上前方から荷重Wを受けると、支持ブラケット23が変形し、荷重誘導部材222は下方へ移動する。電力変換装置10bの筐体214の上面には脆弱部215が設けられている。脆弱部215は、筐体214において、溝214aで囲まれた領域である。筐体214は、上方から所定の大きさ以上の荷重を受けると、溝214aの底部で破断し、脆弱部215が筐体214から離脱する。荷重誘導部材222の脆弱部215と対向する部位には突出部222aが設けられており、荷重誘導部材222が荷重Wを受けて下方に移動すると、突出部222aが脆弱部215を下方に荷重する。脆弱部215は、その荷重により筐体214から離脱し、筐体214の内部へ押し込まれる。筐体214の内部では、脆弱部215の裏面に近接して(所定の距離を隔てて)、正極バスバ12aと負極バスバ12bが配置されている。正極バスバ12aと負極バスバ12bは、平滑コンデンサ13に接続されており、先の電力変換装置10と同様に、バッテリ2の電力を平滑コンデンサ13に伝える。導電性の脆弱部215が筐体214の内部に押し込まれると、正極バスバ12aと負極バスバ12bが脆弱部215に接し、両者は短絡する。正極バスバ12aと負極バスバ12bの短絡により、平滑コンデンサ13は放電する。
On the other hand, a
第1変形例の電力変換装置10aと第2変形例の電力変換装置10bは、実施例の電力変換装置10と同様に、電力変換装置が元々と備えている筐体と正極バスバと負極バスバを利用して衝突時に平滑コンデンサ13を放電させる。電力変換装置10a、10bにおいても、衝突時の荷重により平滑コンデンサ13を放電する構造を低コストで実現できる。
Similarly to the
実施例に関する留意点を述べる。脆弱部が筐体から離脱したときに正極バスバと負極バスバをより確実に短絡させるために、脆弱部の裏面に肉盛を施し、離脱前の脆弱部の裏面とバスバ(正極バスバと負極バスバ)との距離を短くすることも好適である。 Points to be noted regarding the embodiment will be described. In order to more reliably short-circuit the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar when the fragile part is detached from the housing, the back surface of the fragile part is overlaid and the back surface of the fragile part and the bus bar (positive electrode bus bar and negative electrode bus bar) before detachment. It is also preferable to shorten the distance between
実施例の電気自動車が請求項の「電動車両」の一例に相当する。本明細書が開示する技術は、電気自動車のほか、ハイブリッド車や燃料電池車に適用することも好適である。 The electric vehicle according to the embodiment corresponds to an example of “electric vehicle” in the claims. The technology disclosed in this specification is preferably applied to a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle in addition to an electric vehicle.
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:バッテリ
3:システムメインリレー
4:電圧コンバータ回路
5:インバータ回路
6:走行用モータ
7:上位コントローラ
8:エアバックセンサ
10、10a、10b:電力変換装置
12a:正極バスバ
12b:負極バスバ
13:平滑コンデンサ
14、114、214:筐体
14a、114a、214a:溝
15、115、215:脆弱部
21:フレーム部材
22、222:荷重誘導部材
22a、222a:突出部
23、31:支持ブラケット
30:プロテクタ
90、90a:電気自動車
114b:リブ
2: Battery 3: System main relay 4: Voltage converter circuit 5: Inverter circuit 6: Motor for travel 7: Host controller 8:
Claims (1)
前記電力変換装置の筐体の内部に、前記電源から供給される電流を平滑化する平滑コンデンサと、前記電源の電力を前記平滑コンデンサに伝える正極バスバ及び負極バスバが備えられており、
前記筐体に、所定の大きさ以上の荷重が加わると前記筐体の内側に離脱する脆弱部が設けられており、
離脱した前記脆弱部が前記正極バスバと前記負極バスバの双方と接触するように、前記正極バスバの一部と前記負極バスバの一部が、所定の距離を隔てて前記脆弱部の裏面に対向している、電力変換装置。 It is a power conversion device that is mounted on an electric vehicle and converts the power of the power source into the driving power of the traveling motor,
A smoothing capacitor that smoothes the current supplied from the power source, and a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar that transmit the power of the power source to the smoothing capacitor are provided inside the casing of the power converter.
The casing is provided with a fragile part that is detached from the inside of the casing when a load of a predetermined size or more is applied,
A part of the positive electrode bus bar and a part of the negative electrode bus bar are opposed to the back surface of the fragile part at a predetermined distance so that the weakened part that has been detached comes into contact with both the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar. The power converter.
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