JP2017200314A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動車両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.
特許文献1には、直流電力を三相交流に変換する電力変換モジュールと、バッテリを充電する急速充電用デバイス及び充電器と、バッテリの電圧を低電圧系のデバイスに供給するために降圧させるDC/DCコンバータと、を備えるパワーコントロールユニットが開示されている。このパワーコントロールユニットでは、内部を流体が流通する共通のヒートシンクを用いて、電力変換モジュール,急速充電用デバイス,充電器,及びDC/DCコンバータを冷却している。
しかしながら、特許文献1のパワーコントロールユニットでは、複数のデバイスに対して共通のヒートシンクを用いるので、最も発熱量の大きな電力変換モジュールに合わせて流体の流量を設定する必要がある。そのため、他のデバイスに対しても電力変換モジュールと同じように冷却を行うので、流体の流速が速くなりヒートシンク内の圧力損失が大きくなるおそれがある。
However, since the power control unit of
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複数のデバイスを同一の冷却媒体で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress pressure loss while ensuring cooling performance when cooling a plurality of devices with the same cooling medium.
本発明のある態様によれば、電動車両に搭載される電力変換装置は、前記電動車両の駆動中に電力を変換して発熱する第1電力変換デバイスと、前記第1電力変換デバイスと比較して低温に発熱する低発熱電気デバイスと、前記第1電力変換デバイスと前記低発熱電気デバイスとが設置される設置部を有するケースと、前記設置部の内部に形成されて冷却媒体が流通する冷却媒体流路と、を備え、前記冷却媒体流路は、前記第1電力変換デバイスを冷却する部分と比較して前記低発熱電気デバイスを冷却する部分の方が流路断面積が大きいことを特徴とする。 According to an aspect of the present invention, a power conversion device mounted on an electric vehicle is compared with a first power conversion device that generates heat by converting electric power during driving of the electric vehicle, and the first power conversion device. A low-heat-generating electric device that generates heat at a low temperature, a case having an installation part in which the first power conversion device and the low-heat-generating electric device are installed, and cooling in which a cooling medium is circulated and formed in the installation part A medium flow path, wherein the cooling medium flow path has a larger flow path cross-sectional area in the portion that cools the low heat-generating electric device than in the portion that cools the first power conversion device. And
上記態様では、冷却媒体が流通する冷却媒体流路は、第1電力変換デバイスを冷却する部分と比較して低発熱電気デバイスを冷却する部分の方が流路断面積が大きい。そのため、冷却媒体流路では、第1電力変換デバイスを冷却する部分の冷却媒体の流速は速くなり、低発熱電気デバイスを冷却する部分の冷却媒体の流速は遅くなる。その結果、第1電力変換デバイスを確実に冷却する一方で、冷却媒体の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却媒体で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。 In the above aspect, the cooling medium flow path through which the cooling medium flows has a larger flow path cross-sectional area in the portion that cools the low heat-generating electric device than in the portion that cools the first power conversion device. Therefore, in the cooling medium flow path, the flow rate of the cooling medium in the portion that cools the first power conversion device is increased, and the flow rate of the cooling medium in the portion that cools the low heat generating electrical device is decreased. As a result, it is possible to reliably increase the pressure loss in the portion where the flow rate of the cooling medium is slow while reliably cooling the first power conversion device. Therefore, when cooling a plurality of devices with the same cooling medium, pressure loss can be suppressed while ensuring cooling performance.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電力変換装置1について説明する。
Hereinafter, with reference to drawings,
まず、図1から図3を参照して、電力変換装置1の全体構成について説明する。
First, the overall configuration of the
図1に示すように、電力変換装置1は、電動自動車又はプラグインハイブリッド自動車(電動車両)に搭載され、バッテリ(蓄電装置)5の直流電力を回転電機としてのモータジェネレータ(負荷)6の駆動に適した交流電力に変換する。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る。
As shown in FIG. 1, a
電力変換装置1は、モータジェネレータ6の回生電力(交流電力)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、車両に設けられる充電用の外部コネクタ(図示省略)から急速充電コネクタ63又は普通充電コネクタ81を介して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240V〜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で構成される。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って駆動される。モータジェネレータ6は、車両を走行させるときに車両の駆動輪(図示省略)を回転駆動する。モータジェネレータ6は、車両が減速するときには発電機として機能し、回生電力を発生する。
The motor generator 6 is constituted by a permanent magnet synchronous motor, for example. Motor generator 6 is driven by AC power supplied from
図2及び図3に示すように、電力変換装置1は、底部(設置部)2cを有する箱型のケース2を備える。電力変換装置1は、ケース2内に、コンデンサモジュール(平滑コンデンサ)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・DC/DC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。これらの各部は、バスバー又は配線により電気的に接続される。
As shown in FIG.2 and FIG.3, the
図3に示すように、ケース2は、上面が開口する下ケース2bと、下ケース2bの開口部を閉塞する上ケース2aと、によって構成される。下ケース2b内には、パワーモジュール20,DC/DCコンバータ30,及び充電装置40が底部2cの冷却面2dに接触するように設けられる。
As shown in FIG. 3, the
下ケース2bは、冷却水流路(冷却媒体流路)4を有する。冷却水流路4には、冷却水(冷却媒体)が流通する。冷却水流路4は、底部2cの内部に形成される。冷却水流路4を流通する冷却水は、冷却水流路4の直上の冷却面2d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。冷却水流路4については、後で図4から図8を参照して詳細に説明する。
The
下ケース2bの底部2cの外面は、モータジェネレータ6に臨む。下ケース2bの底部2cは、後述する出力バスバー(バスバーモジュール)24が挿通する貫通孔3を有する。貫通孔3は、下ケース2bにおける冷却水流路4が形成される領域の外に形成される。よって、冷却水流路4が形成される領域内に貫通孔3を形成する場合と比較して、貫通孔3のためにシール等を設ける必要がないので、下ケース2bを小型化できると共に、冷却水の密封性を確保できる。
The outer surface of the
コンデンサモジュール10は、DC/DCコンバータ30の上方を跨ぐように下ケース2bに取り付けられる。図3では、下ケース2bに取り付けられるコンデンサモジュール10の脚部は省略して示している。コンデンサモジュール10は、複数のコンデンサ素子によって構成される。コンデンサモジュール10は、例えばバッテリ5から供給される直流電力の電圧やモータジェネレータ6からパワーモジュール20を介して回生される回生電力の電圧を平滑化する。このように、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う。コンデンサモジュール10は、第1バスバー11,第2バスバー12,及び電力配線13を備える。
The
コンデンサモジュール10の周囲には、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。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・DC/DCコントローラ50に積層され、充電・DC/DCコントローラ50の下方側に充電装置40が配置される。
Around the
第1バスバー11は、コンデンサモジュール10の一方の側面から側方に突出し、パワーモジュール20に接続される。第1バスバー11には、パワーモジュール20が直接螺合等によって接続される。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(図示省略)に接続される(図1参照)。電力配線13は、充電装置40に接続される。第1バスバー11,第2バスバー12,及び電力配線13は、コンデンサモジュール10の内部にて、正極と負極とを共用する。
The
第2バスバー12は、コンデンサモジュール10の底面から下方に突出する。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に接続される。
The
図2に示すように、第2バスバー12は、バッテリ5に接続されるバッテリ側コネクタ51と、電動コンプレッサに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。
As shown in FIG. 2, the
コンデンサモジュール10における第1バスバー11の反対の側面からは、電力配線13が側方に引き出される。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を介して接続される。
From the opposite side surface of the
信号線コネクタ65は、DC/DCコンバータ30,充電装置40,充電・DC/DC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55を、ケース2の外部との間で接続可能にする。
The
信号線55は、信号線コネクタ65と充電・DC/DCコントローラ50とを接続する。信号線55は、充電・DC/DC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・DC/DC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を支持する複数のガイド部58が形成される。
The
パワーモジュール20は、複数のパワー素子(図示省略)を有する。パワーモジュール20は、パワー素子のON/OFFを制御することにより、バッテリ5の直流電力とモータジェネレータ6の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に設けられるドライバ基板21によってON/OFFが制御される。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とが配置される。
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、正極と負極とを一対とする3組のバスバーからなる。パワーモジュール20には、U相、V相、W相からなる3相の出力バスバー24が接続される。
The
図3に示すように、出力バスバー24は、パワーモジュール20に接続されるパワーモジュール端子25と、モータジェネレータ6に接続されるモータ端子(負荷端子)26と、出力バスバー24の電流を検出する電流センサ22と、を有する。出力バスバー24は、パワーモジュール20における第1バスバー11の反対の側面に接続される。出力バスバー24は、パワーモジュール20のU相、V相、W相それぞれに直接接続され、モータジェネレータ6に3相の交流電力を出力する。
As shown in FIG. 3, the
出力バスバー24において、パワーモジュール端子25とモータ端子26とは、互いに交差する方向に形成される。具体的には、モータ端子26は、出力バスバー24の下方に配設されるモータジェネレータ6に接続される。パワーモジュール端子25は、出力バスバー24の側方に配設されるパワーモジュール20に接続される。よって、モータ端子26は、パワーモジュール端子25に対して直角に交差するように形成される。
In the
出力バスバー24は、ケース2に収容される。モータ端子26の先端は、ケース2の底部2cの貫通孔3を挿通して外部に露出する。これにより、モータ端子26がハーネス等(図示省略)を介してモータジェネレータ6に接続可能になる。
The
このように、パワーモジュール20と出力バスバー24とを収容するケース2は、出力バスバー24が挿通する貫通孔3を有するので、上ケース2aが取り外されたケース2にパワーモジュール20と出力バスバー24とを組み付けるだけで、出力バスバー24が貫通孔3を挿通してケース2から突出する。したがって、ケース2を反転させる必要がないので、電力変換装置1の組み立ての際の作業性を向上させることができる。
As described above, the
図1に示すように、インバータコントローラ70は、車両のコントローラ(図示省略)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。これらの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によって、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。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、DC/DCコンバータ30は、パワーモジュール20を挟んで出力バスバー24と対向して設けられる。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には、車両の各部にDC/DCコンバータ30が出力する直流電源を供給するハーネス等が接続される。
As shown in FIG. 2, the DC /
DC/DCコンバータ30は、車両駆動時(パワーモジュール20の駆動時)や停止時に、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、車両に設け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、DC/DCコンバータ30を挟んでパワーモジュール20と対向して設けられる。充電装置40は、車両に設け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外部電源(例えば交流100Vや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 charging
充電・DC/DC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・DC/DC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の充電と、急速充電コネクタ63を介したバッテリ5の充電と、モータジェネレータ6の駆動と、を制御する。
The charging / DC /
リレーコントローラ60は、充電・DC/DCコントローラ50によって制御され、リレー61の断続を制御する。リレー61は、正側リレー61aと負側リレー61bとによって構成される。リレー61は、車両に設けられる充電用の外部コネクタが急速充電コネクタ63を介して接続された場合に接続され、急速充電コネクタ63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
以上のように構成される電力変換装置1では、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、コンデンサモジュール10に隣接して配置され、第1バスバー11,第2バスバー12,及び電力配線13によりそれぞれ接続される。よって、パワーモジュール20,DC/DCコンバータ30,及び充電装置40とコンデンサモジュール10とのそれぞれの距離を短くできる。したがって、直流電力の経路での抵抗(R[Ω])やインダクタンス(L[H])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
また、コンデンサモジュール10は、発熱量が多いパワーモジュール20と充電装置40との間に配置される。よって、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の力行及び回生)と、充電装置40の動作(普通充電コネクタ81を介して接続される外部コネクタからのバッテリ5の充電)と、は同時に実行されることがないので、これらの間における熱による影響を排除することができる。
The
次に、図4から図8を参照して冷却水流路4の具体的な構成について説明する。
Next, a specific configuration of the cooling
図4に示すように、冷却水流路4からは、後述する排出流路95を介して循環流路7に冷却水が排出される。循環流路7に排出された冷却水は、車両の最前部に配設されるサブラジエータ8によって冷却される。サブラジエータ8によって冷却された冷却水は、供給流路94を介して冷却水流路4に供給される。循環流路7におけるサブラジエータ8と供給流路94との間には、循環流路7及び冷却水流路4に冷却水を循環させるウォーターポンプ9が設けられる。
As shown in FIG. 4, the cooling water is discharged from the cooling
図5に示すように、冷却水流路4は、パワーモジュール20に沿って形成されるパワーモジュール冷却部(第1冷却部)91と、DC/DCコンバータ30に沿って形成されるDC/DCコンバータ冷却部(第2冷却部)92と、充電装置40に沿って形成される充電装置冷却部(第3冷却部)93と、を有する。ここでは、パワーモジュール20が、第1電力変換デバイスに該当し、DC/DCコンバータ30及び充電装置40が第2電力変換デバイスに該当する。また、第2電力変換デバイス及びコンデンサモジュール10が、低発熱電気デバイスに該当する。また、パワーモジュール冷却部91が、第1電力変換デバイス冷却部に該当し、DC/DCコンバータ冷却部92及び充電装置冷却部93が、低発熱電気デバイス冷却部に該当する。
As shown in FIG. 5, the cooling
また、冷却水流路4は、パワーモジュール冷却部91とDC/DCコンバータ冷却部92とを接続する第1接続部(接続流路)96と、DC/DCコンバータ冷却部92と充電装置冷却部93とを接続する第2接続部97と、を有する。パワーモジュール冷却部91とDC/DCコンバータ冷却部92と充電装置冷却部93とは、第1接続部96及び第2接続部97を介して冷却水流路4に直列に配列される。
The cooling
ケース2には、パワーモジュール冷却部91に外部から冷却水を供給する供給流路94と、充電装置冷却部93から外部に冷却水を排出する排出流路95と、が設けられる。電力変換装置1は、供給流路94と排出流路95とが車両の前方を向くように配置される。これにより、サブラジエータ8(図4参照)と冷却水流路4との距離を最短にすることができる。
The
冷却水流路4を流通する冷却水は、供給流路94から供給され、パワーモジュール20を冷却して、DC/DCコンバータ30を冷却して、充電装置40を冷却した後に、排出流路95から外部へと排出される。このように、冷却水流路4は、供給流路94と排出流路95との間に直列に配列される単一の流路である。
Cooling water flowing through the cooling
冷却水流路4は、パワーモジュール20を冷却するパワーモジュール冷却部91と比較して、DC/DCコンバータ30を冷却するDC/DCコンバータ冷却部92及び充電装置40を冷却する充電装置冷却部93の方が流路断面積(冷却水の流れ方向と直交する断面積)が大きくなるように形成される。即ち、DC/DCコンバータ冷却部92及び充電装置冷却部93における冷却水の流速は、パワーモジュール冷却部91における冷却水の流速と比較して遅い。なお、流路断面積は、冷却水の流れ方向に直交する断面の面積であり、流路断面積を大きくする手法としては、例えば、流路の幅や深さを大きくすることが挙げられる。
Compared with the power
このように、冷却水流路4は、パワーモジュール20を冷却する部分と比較してDC/DCコンバータ30を冷却する部分及び充電装置40を冷却する部分の方が流路断面積が大きい。そのため、冷却水流路4では、パワーモジュール20を冷却する部分の冷却水の流速は速くなり、DC/DCコンバータ30を冷却する部分及び充電装置40を冷却する部分の冷却水の流速は遅くなる。その結果、パワーモジュール20を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。
As described above, the cooling
ここで、DC/DCコンバータ30は、パワーモジュール20及び充電装置40と同時に動作しうるものであるが、パワーモジュール20や充電装置40と比較して低温に発熱する。そこで、本実施形態では、DC/DCコンバータ30を冷却する部分の冷却水の流速をあえて一番遅くして、複数の機器を冷却することに伴う圧力損失の増加を抑制するようにした。これにより、ウォーターポンプ9の出力増加(大型化)を抑制することができる。
Here, the DC /
また、パワーモジュール20と充電装置40とは、単一の冷却水流路4上に配置される。しかしながら、パワーモジュール20は車両の走行時(モータジェネレータ6の駆動中)に動作するものであるのに対して、充電装置40は車両の停止時に動作するものである。そのため、パワーモジュール20と充電装置40とが同時に実行されて冷却が必要な程の高温になることはない。よって、充電装置40を冷却する冷却水がパワーモジュール20の冷却によって既に高温になっていることはない。したがって、同じ冷却水流路4を流通する冷却水によってパワーモジュール20と充電装置40とを共に冷却することができるため、単一の循環流路7で電力変換装置1の熱を放熱することができ、冷却水流路4の構成を簡素化することができる。
Further, the
ここで、パワーモジュール20と充電装置40を比較すると、充電装置40の方が低温に発熱するため、冷却水流路4において、パワーモジュール冷却部91と比較して充電装置冷却部93の流速が遅くなるようにしている。これにより、圧力損失の増加を抑制される。本実施形態では、パワーモジュール冷却部91,充電装置冷却部93,DC/DCコンバータ冷却部92の順に流路断面積が大きくなり、各々を流れる冷却水の流速は遅くなる。
Here, when the
以下、パワーモジュール冷却部91,DC/DCコンバータ冷却部92,及び充電装置冷却部93について各々詳細に説明する。
Hereinafter, each of the power
図6に示すように、パワーモジュール冷却部91は、パワーモジュール20に臨む面が開口して形成され流通する冷却水によってパワーモジュール20を直接冷却する上部冷却部91aと、供給流路94から供給される冷却水を上方の上部冷却部91aに導く上昇接続部91bと、上部冷却部91aを流通した冷却水を下方のDC/DCコンバータ冷却部92に導く下降接続部91cと、を有する。ここで、パワーモジュール冷却部91の流路断面積は、パワーモジュール20を冷却するための冷却水が流れる流路の断面積であり、上部冷却部91aの断面積である。
As shown in FIG. 6, the power
図5及び図6に示すように、供給流路94の流路断面積はパワーモジュール冷却部91の流路断面積と比較して小さい。しかしながら、供給流路94から供給された冷却水は、上昇接続部91bの壁部にぶつかって上昇する際に、パワーモジュール冷却部91の幅方向(図5では左右方向)いっぱいに拡がる。よって、上昇接続部91bが設けられることで、上部冷却部91aの一部に冷却水が偏ることが防止されるので、パワーモジュール20全体を満遍なく冷却することができる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the channel cross-sectional area of the
図6に示すように、パワーモジュール20の下面には、複数の放熱ピン(放熱フィン)からなるヒートシンク20aが突設される。上部冷却部91aを流通する冷却水は、パワーモジュール20の下面とヒートシンク20aとに接触して、パワーモジュール20を直接冷却する。また、パワーモジュール冷却部91には、供給流路94から導かれた冷却水が最初に供給される。よって、パワーモジュール冷却部91には、冷却水流路4の中で最も低温の状態で冷却水が流通する。これにより、電力変換装置1の中でも最も発熱量の大きなパワーモジュール20を効率的に冷却することができる。
As shown in FIG. 6, a
図5に示すように、パワーモジュール冷却部91からDC/DCコンバータ冷却部92導かれる冷却水の進行方向は、第1接続部96を介して変換されて逆方向に折り返される。これにより、パワーモジュール冷却部91における冷却水の流れ方向とDC/DCコンバータ冷却部92における冷却水の流れ方向とは、互いに対向する向きになる。
As shown in FIG. 5, the traveling direction of the cooling water led from the power
DC/DCコンバータ冷却部92は、冷却水の流れ方向に沿って形成される複数(6つ)のリブ92aによって複数(7つ)の並列流路92bに区画される。ここで、DC/DCコンバータ冷却部92の流路断面積は、DC/DCコンバータ30を冷却するための冷却水が流れる流路の断面積であり、すべての並列流路92bの断面積の合計である。
The DC / DC
リブ92aは、パワーモジュール冷却部91からの距離が大きいものほど第1接続部96に臨む長さが長く形成される。これにより、例えば手前側の並列流路92bのみに冷却水が導かれるなど冷却水が偏ることが防止され、すべての並列流路92bに冷却水を導くことができる。即ち、リブ92aにおいて第1接続部96に臨む部分が、後述する段部96aと共に、DC/DCコンバータ冷却部92に均等に冷却水を導く整流部98を構成している。
The
第1接続部96には、パワーモジュール冷却部91からDC/DCコンバータ冷却部92に導かれる冷却水を複数の並列流路92bのうちパワーモジュール冷却部91に近い並列流路92bに向けて案内する段部96aが設けられる。これにより、DC/DCコンバータ冷却部92内で冷却水が奥側に偏ることが防止される。また、リブ92aのうち少なくとも一つは、並列流路92bに突出して流路断面積を小さくする突出部92cを有する。これにより、DC/DCコンバータ30内で冷却水が偏ることが更に防止されるので、DC/DCコンバータ30全体を満遍なく冷却することができる。
The first connecting
なお、本実施形態では、突出部92cは、複数の並列流路92bのうち冷却水が導かれやすい並列流路92bに設けられる。本実施形態では、突出部92cは、冷却水の流れ方向の最も手前の並列流路92bと最も奥から2番目の並列流路92bとにそれぞれ設けられる。突出部92cが設けられる位置は、複数の並列流路92bにおける冷却水の流れの偏りに応じて適宜設定される。
In the present embodiment, the
図8に示すように、リブ92aには、ケース2内の部品を締結するためのねじ孔2eが形成される。これにより、冷却水流路4が設けられる分だけケース2の底部2cの肉厚が薄くなっていても、ねじ孔2eの長さを充分に確保することが可能である。なお、ねじ孔2eは、図5に示す位置に限らず、ケース2内の部品の配置に応じて、DC/DCコンバータ冷却部92のリブ92aの他の位置や、後述する充電装置冷却部93のリブ93c,93fが設けられる位置に形成される。
As shown in FIG. 8, the
図5に示すように、充電装置冷却部93は、DC/DCコンバータ冷却部92から充電装置冷却部93に導かれる冷却水の進行方向を、第2接続部97を介して変換して逆方向に折り返す第1流路部93aと、第1流路部93aから排出流路95に向けて更に逆方向に折り返す第2流路部93bと、を有する。そのため、DC/DCコンバータ冷却部92における冷却水の流れ方向と第1流路部93aにおける冷却水の流れ方向とは、互いに対向する向きになる。また、第1流路部93aにおける冷却水の流れ方向と第2流路部93bにおける冷却水の流れ方向とは、互いに対向する向きになる。このように、冷却水の進行方向を折り返すことで、冷却面2dの限られた面積の中で、冷却水が各部材を冷却するための面積が占める割合を大きくすることができる。ここで、充電装置冷却部93の流路断面積は、充電装置40を冷却するための冷却水が流れる流路の断面積であり、第1流路部93a又は第2流路部93bの断面積である。
As shown in FIG. 5, the charging
第1流路部93aと第2流路部93bとは、充電装置40上に実装される発熱量の大きな電子部品40a(図7参照)の配列に沿ってそれぞれ形成される。第1流路部93aは、冷却水の流れ方向に沿って形成される複数(2つ)のリブ93cによって複数(3つ)の並列流路93dに区画される。第2流路部93bも同様に、冷却水の流れ方向に沿って形成される複数(3つ)のリブ93fによって複数(4つ)の並列流路93gに区画される。これにより、充電装置冷却部93内で冷却水が偏ることが防止されるので、充電装置40全体を満遍なく冷却することができる。
The first
第1流路部93aにおける複数の並列流路93dのうち冷却水の流れ方向の最も上流の並列流路93dは、ケース2の冷却面2dをケース2内に突出させる深溝流路93eである。同様に、第2流路部93bにおける複数の並列流路93gのうち冷却水の流れ方向の最も下流の並列流路93gは、ケース2の冷却面2dをケース2内に突出させる深溝流路93hである。このように深溝流路93e,93hが設けられることによって、充電装置40の高い位置にある電子部品40b(図7参照)の近傍に冷却水を流し、電子部品40bを冷却することができる。
Of the plurality of
また、第2接続部97には、DC/DCコンバータ冷却部92から充電装置冷却部93に導かれる冷却水を第1流路部93aの深溝流路93eに向けて案内する段部97aが設けられる。これにより、充電装置冷却部93内で冷却水が偏ることが更に防止されるので、充電装置40全体を満遍なく冷却することができる。
Further, the
また、第1流路部93aから第2流路部93bが逆方向に折り返されるので、供給流路94と排出流路95とを、ケース2の同一の側面に形成することができる。よって、供給流路94と排出流路95とのサブラジエータ8に対する距離を短くできるので、冷却水の供給と排出とを短い循環流路7で行うことができる。
Further, since the second
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above embodiment, there exist the effects shown below.
冷却水流路4は、パワーモジュール20を冷却する部分と比較してDC/DCコンバータ30を冷却する部分及び充電装置40を冷却する部分の方が流路断面積が大きい。そのため、冷却水流路4では、パワーモジュール20を冷却する部分の冷却水の流速は速くなり、DC/DCコンバータ30を冷却する部分及び充電装置40を冷却する部分の冷却水の流速は遅くなる。その結果、パワーモジュール20を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。
The cooling
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部を示したに過ぎず、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. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
例えば、上記実施形態におけるパワーモジュール20,DC/DCコンバータ30,充電装置40,コンデンサモジュール10の配置態様に代えて、以下に示す第1から第5の変形例のようにしてもよい。
For example, instead of the arrangement of the
図9に示す第1の変形例では、ケース2の冷却面2d上にコンデンサモジュール10を配置し、その上にDC/DCコンバータ30を配置している。この場合、コンデンサモジュール10が、低発熱電気装置に該当する。また、コンデンサモジュール10を冷却するコンデンサモジュール冷却部99(第2冷却部)が、充電装置冷却部93と共に低発熱電気装置冷却部に該当する。
In the first modification shown in FIG. 9, the
また、ケース2の冷却面2d上にDC/DCコンバータ30とコンデンサモジュール10とを並べて配置してもよい。この場合、DC/DCコンバータ30とコンデンサモジュール10とが、共に低発熱電気装置に該当し、DC/DCコンバータ冷却部92とコンデンサモジュール冷却部99とが、共に低発熱電気装置冷却部に該当する。
Further, the DC /
以上より、第1の変形例によれば、上記実施形態と同様に、パワーモジュール20を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。
As mentioned above, according to the 1st modification, while the
図10に示す第2の変形例では、ケース2の冷却面2dの裏側に他の冷却面2fを形成し、冷却面2d上にパワーモジュール20とDC/DCコンバータ30とを配置し、冷却面2f上に充電装置40を配置している。また、ケース2は、下ケース2bの更に下側に設けられて充電装置40及びDC/DCコントローラ50を収容する下カバー2gを有する。
In the second modification shown in FIG. 10, another
ここで、上述したように、パワーモジュール20と充電装置40とは同時に動作するものではない。また、DC/DCコンバータ30の動作中の発熱量は、パワーモジュール20と充電装置40との動作中の発熱量と比較して小さい。この変形例では、パワーモジュール20を冷却するパワーモジュール冷却部91は、充電装置40を冷却する充電装置冷却部93を兼ねており、DC/DCコンバータ冷却部92と比較して流路断面積が小さい。また、パワーモジュール20の発熱量は、充電装置40と比較して大きいので、パワーモジュール冷却部91内の冷却水の流速は、パワーモジュール20を冷却するために必要な流速に設定される。
Here, as described above, the
以上より、第2の変形例によれば、パワーモジュール20と充電装置40とを確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。なお、DC/DCコンバータ30を、冷却面2d上にパワーモジュール20と並べて配置するのに代えて、冷却面2f上に充電装置40と並べて配置してもよい。
As mentioned above, according to the 2nd modification, while the
図11に示す第3の変形例では、ケース2の冷却面2dの裏側に他の冷却面2fを形成し、冷却面2d上にパワーモジュール20とDC/DCコンバータ30とを配置し、冷却面2f上に充電装置40を配置している。また、ケース2は、下ケース2bの更に下側に設けられて充電装置40及びDC/DCコントローラ50を収容する下カバー2gを有する。
In the third modification shown in FIG. 11, another
この変形例では、DC/DCコンバータ冷却部92は、充電装置40を冷却する充電装置冷却部93を兼ねており、パワーモジュール冷却部91と比較して流路断面積が大きい。また、充電装置40の発熱量は、DC/DCコンバータ30と比較して大きいので、DC/DCコンバータ冷却部92内の冷却水の流速は、充電装置40を冷却するために必要な流速に設定される。
In this modification, the DC / DC
以上より、第3の変形例によれば、パワーモジュール20を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。
As mentioned above, according to the 3rd modification, while cooling the
図12に示す第4の変形例では、冷却水流路4は、供給流路94から流入した冷却水がU字状に導かれて排出流路95から流出するように形成される。冷却水流路4には、上流から順にパワーモジュール20を冷却するパワーモジュール冷却部91,コンデンサモジュール10を冷却するコンデンサモジュール冷却部99,DC/DCコンバータ30を冷却するDC/DCコンバータ冷却部92,及び充電装置40を冷却する充電装置冷却部93が設けられる。
In the fourth modified example shown in FIG. 12, the cooling
この変形例では、パワーモジュール冷却部91の流路断面積が最も小さく、コンデンサモジュール冷却部99及びDC/DCコンバータ冷却部92の流路断面積が最も小さい。また、充電装置冷却部93の流路断面積は、パワーモジュール冷却部91と比較して大きく、コンデンサモジュール冷却部99及びDC/DCコンバータ冷却部92と比較して小さい。
In this modification, the channel cross-sectional area of the power
以上より、第4の変形例によれば、パワーモジュール20を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。
As mentioned above, according to the 4th modification, while the
図13に示す第5の変形例では、冷却水流路4は、供給流路94から流入した冷却水が直線状に導かれて排出流路95から流出するように形成される。冷却水流路4には、上流から順にパワーモジュール20を冷却するパワーモジュール冷却部91,DC/DCコンバータ30を冷却するDC/DCコンバータ冷却部92,及び充電装置40を冷却する充電装置冷却部93が設けられる。
In the fifth modification shown in FIG. 13, the cooling
パワーモジュール冷却部91とDC/DCコンバータ冷却部92との間には、冷却水をDC/DCコンバータ冷却部92に均等に導くためのリブ96b及びピン96cが設けられる。これらのリブ96b及びピン96cが、整流部98に該当する。
Between the power
この変形例では、パワーモジュール冷却部91の流路断面積が最も小さく、DC/DCコンバータ冷却部92の流路断面積が最も小さい。また、充電装置冷却部93の流路断面積は、パワーモジュール冷却部91と比較して大きく、DC/DCコンバータ冷却部92と比較して小さい。
In this modification, the cross-sectional area of the power
以上より、第5の変形例によれば、パワーモジュール20を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。
As mentioned above, according to the 5th modification, while the
1 電力変換装置
2 ケース
2c 底部(設置部)
2d 冷却面
2e ねじ孔
4 冷却水流路(冷却媒体流路)
5 バッテリ(蓄電装置)
6 モータジェネレータ(負荷)
10 コンデンサモジュール(平滑コンデンサ,低発熱電気デバイス)
20 パワーモジュール(第1電力変換デバイス)
30 DC/DCコンバータ(第2電力変換デバイス,低発熱電気デバイス)
40 充電装置(第2電力変換デバイス,低発熱電気デバイス)
91 パワーモジュール冷却部(第1冷却部,第1電力変換デバイス冷却部)
92 DC/DCコンバータ冷却部(第2冷却部,低発熱電気デバイス冷却部)
92a リブ
92b 並列流路
92c 突出部
93 充電装置冷却部(第3冷却部,低発熱電気デバイス冷却部)
93a 第1流路部
93b 第2流路部
93c リブ
93d 並列流路
93e 深溝流路
93f リブ
93g 並列流路
93h 深溝流路
96 第1接続部(接続流路)
96a 段部
97 第2接続部
97a 段部
1
5 Battery (power storage device)
6 Motor generator (load)
10 Capacitor modules (smoothing capacitors, low heat generation electrical devices)
20 Power module (first power conversion device)
30 DC / DC converter (second power conversion device, low heat generation electrical device)
40 Charging device (second power conversion device, low heat generation electrical device)
91 Power module cooling unit (first cooling unit, first power conversion device cooling unit)
92 DC / DC converter cooling section (second cooling section, low heat generation electric device cooling section)
93a 1st
Claims (14)
前記電動車両の駆動中に電力を変換して発熱する第1電力変換デバイスと、
前記第1電力変換デバイスと比較して低温に発熱する低発熱電気デバイスと、
前記第1電力変換デバイスと前記低発熱電気デバイスとが設置される設置部を有するケースと、
前記設置部の内部に形成されて冷却媒体が流通する冷却媒体流路と、を備え、
前記冷却媒体流路は、前記第1電力変換デバイスを冷却する部分と比較して前記低発熱電気デバイスを冷却する部分の方が流路断面積が大きいことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device mounted on an electric vehicle,
A first power conversion device that converts power to generate heat during driving of the electric vehicle;
A low heat generation electric device that generates heat at a low temperature compared to the first power conversion device;
A case having an installation part in which the first power conversion device and the low heat generation electrical device are installed;
A cooling medium passage formed inside the installation portion and through which the cooling medium flows, and
The power conversion apparatus according to claim 1, wherein the cooling medium flow path has a larger flow path cross-sectional area in a portion that cools the low heat-generating electric device than in a portion that cools the first power conversion device.
前記低発熱電気デバイスは、前記第1電力変換デバイスとは別途設けられて電力を変換して発熱する第2電力変換デバイスと、電力を平滑化する平滑コンデンサと、の少なくともいずれか一方であることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The low heat generation electrical device is at least one of a second power conversion device that is provided separately from the first power conversion device and converts power to generate heat, and a smoothing capacitor that smoothes power. The power converter characterized by this.
前記冷却媒体流路は、冷却媒体が前記第1電力変換デバイスを冷却した後に前記低発熱電気デバイスを冷却するように形成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 power conversion apparatus, wherein the cooling medium flow path is formed to cool the low-heat-generating electric device after the cooling medium cools the first power conversion device.
前記冷却媒体流路は、前記第1電力変換デバイスを冷却する部分から前記低発熱電気デバイスを冷却する部分に均等に冷却媒体を導くように形成される整流部を有す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 cooling medium flow path includes a rectifying unit formed so as to uniformly guide the cooling medium from a part for cooling the first power conversion device to a part for cooling the low heat generation electric device. apparatus.
前記冷却媒体流路は、
前記第1電力変換デバイスを冷却する第1電力変換デバイス冷却部と、
前記第1電力変換デバイス冷却部から導かれる冷却媒体の進行方向を変換すると共に前記低発熱電気デバイスを冷却する低発熱電気デバイス冷却部と、
前記第1電力変換デバイス冷却部と前記低発熱電気デバイス冷却部とを接続する接続流路と、を有し、
前記低発熱電気デバイス冷却部は、複数の並列流路を区画する複数のリブを有し、
前記複数のリブは、前記第1電力変換デバイス冷却部からの距離が大きいほど前記接続流路に臨む長さが長く形成さ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 cooling medium flow path is
A first power conversion device cooling unit that cools the first power conversion device;
A low heat generation electric device cooling section for converting a traveling direction of a cooling medium guided from the first power conversion device cooling section and cooling the low heat generation electric device;
A connection flow path connecting the first power conversion device cooling section and the low heat generation electric device cooling section,
The low heat generation electric device cooling section has a plurality of ribs that define a plurality of parallel flow paths,
The plurality of ribs are formed such that a length facing the connection flow path is longer as a distance from the first power conversion device cooling unit is larger.
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第1電力変換デバイスと、
前記第1電力変換デバイスと前記蓄電装置の間で、電力を平滑化する平滑コンデンサと、
前記蓄電装置から供給される直流電圧を変換するか、又は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する第2電力変換デバイスと、
前記第1電力変換デバイスと前記平滑コンデンサと前記第2電力変換デバイスとを収容するケースと、
前記ケースに設けられて冷却媒体が流通し、前記平滑コンデンサ及び前記第2電力変換デバイスの少なくとも一方と、前記第1電力変換デバイスと、を冷却する冷却媒体流路と、を備え、
前記冷却媒体流路は、前記第1電力変換デバイスを冷却する第1冷却部と、前記第1電力変換デバイスを冷却した後に前記平滑コンデンサ及び前記第2電力変換デバイスの少なくとも一方を冷却する第2冷却部と、を有し、
前記第2冷却部における冷却媒体の流速は、前記第1冷却部における冷却媒体の流速と比較して遅い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 first power conversion device that converts DC power of the power storage device and AC power supplied to the load;
A smoothing capacitor for smoothing power between the first power conversion device and the power storage device;
A second power conversion device that converts a DC voltage supplied from the power storage device or converts AC power supplied via an external connector into DC power;
A case for housing the first power conversion device, the smoothing capacitor, and the second power conversion device;
A cooling medium flow path provided in the case for circulating a cooling medium, and cooling at least one of the smoothing capacitor and the second power conversion device, and the first power conversion device;
The cooling medium flow path includes a first cooling unit that cools the first power conversion device, and a second cooling unit that cools at least one of the smoothing capacitor and the second power conversion device after cooling the first power conversion device. A cooling unit,
The power conversion device according to claim 1, wherein the flow rate of the cooling medium in the second cooling unit is slower than the flow rate of the cooling medium in the first cooling unit.
前記第2冷却部は、複数の並列流路を区画する複数のリブを有することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 6,
The second cooling unit has a plurality of ribs that define a plurality of parallel flow paths.
前記複数のリブのうち少なくとも一つは、前記並列流路に突出して流路断面積を小さくする突出部を有することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 7,
At least one of the plurality of ribs has a protruding portion that protrudes into the parallel flow path and reduces a cross-sectional area of the flow path.
前記冷却媒体流路は、前記第1冷却部から前記第2冷却部に導かれる冷却媒体を前記複数の並列流路のうち前記第1冷却部に近い前記並列流路に向けて案内する段部を更に有することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 7 or 8,
The cooling medium flow path guides the cooling medium guided from the first cooling section to the second cooling section toward the parallel flow path close to the first cooling section among the plurality of parallel flow paths. The power converter characterized by further having.
前記リブには、前記ケース内の部品を締結するためのねじ孔が形成さ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 7 to 9,
The rib is provided with a screw hole for fastening a component in the case.
前記第2電力変換デバイスは、
前記蓄電装置から供給される直流電圧を変換するDC/DCコンバータと、
前記ケース内に収容され、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に充電させる充電装置と、を有し、
前記第2冷却部は、前記DC/DCコンバータを冷却し、
前記冷却媒体流路は、前記DC/DCコンバータを冷却した後に前記充電装置を冷却する第3冷却部を更に有することを特徴とする電力変換装置。 It is a power converter device as described in any one of Claim 6 to 10, Comprising:
The second power conversion device includes:
A DC / DC converter for converting a DC voltage supplied from the power storage device;
A charging device that is accommodated in the case and converts the AC power supplied via the external connector into DC power to charge the power storage device, and
The second cooling unit cools the DC / DC converter,
The cooling medium flow path further includes a third cooling unit that cools the charging device after cooling the DC / DC converter.
前記第3冷却部は、複数の並列流路を区画する複数のリブを有し、
前記第3冷却部における前記複数の並列流路のうち冷却媒体の流れ方向の最も上流の前記並列流路は、前記ケースにおける前記充電装置が接触する壁部に設けられる冷却面を前記ケース内に突出させる深溝流路であることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 11,
The third cooling unit has a plurality of ribs that define a plurality of parallel flow paths,
Of the plurality of parallel flow paths in the third cooling section, the parallel flow path that is the most upstream in the flow direction of the cooling medium has a cooling surface provided in a wall portion that contacts the charging device in the case in the case. A power conversion device characterized by being a deep groove channel to be projected.
前記冷却媒体流路は、
前記第2冷却部から前記第3冷却部に導かれる冷却媒体を前記深溝流路に向けて案内する段部を更に有することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 12, wherein
The cooling medium flow path is
The power converter according to claim 1, further comprising a step portion for guiding a cooling medium guided from the second cooling portion to the third cooling portion toward the deep groove flow path.
前記電動車両の駆動中に電力を変換して発熱する第1電力変換デバイスと、
前記第1電力変換デバイスと比較して低温に発熱する低発熱電気デバイスと、
前記第1電力変換デバイスと前記低発熱電気デバイスとが設置される設置部を有するケースと、
前記設置部の内部に形成されて冷却媒体が流通する冷却媒体流路と、を備え、
前記冷却媒体流路内の冷却媒体は、前記第1電力変換デバイスを冷却する部分と比較して前記低発熱電気デバイスを冷却する部分の方が流速が遅く、
前記低発熱電気デバイスは、前記第1電力変換デバイスとは別途設けられて電力を変換して発熱する第2電力変換デバイス又は電力を平滑化する平滑コンデンサであることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device mounted on an electric vehicle,
A first power conversion device that converts power to generate heat during driving of the electric vehicle;
A low heat generation electric device that generates heat at a low temperature compared to the first power conversion device;
A case having an installation part in which the first power conversion device and the low heat generation electrical device are installed;
A cooling medium passage formed inside the installation portion and through which the cooling medium flows, and
The cooling medium in the cooling medium flow path has a slower flow rate in the part that cools the low heat-generating electric device than in the part that cools the first power conversion device,
The low-heat-generating electric device is a second power conversion device that is provided separately from the first power conversion device and converts power to generate heat, or a smoothing capacitor that smoothes power.
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