JP2018046191A - Power converter - Google Patents

Power converter Download PDF

Info

Publication number
JP2018046191A
JP2018046191A JP2016180698A JP2016180698A JP2018046191A JP 2018046191 A JP2018046191 A JP 2018046191A JP 2016180698 A JP2016180698 A JP 2016180698A JP 2016180698 A JP2016180698 A JP 2016180698A JP 2018046191 A JP2018046191 A JP 2018046191A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
semiconductor module
cooler
semiconductor modules
heat storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016180698A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6648658B2 (en
Inventor
忠史 吉田
Tadashi Yoshida
忠史 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2016180698A priority Critical patent/JP6648658B2/en
Publication of JP2018046191A publication Critical patent/JP2018046191A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6648658B2 publication Critical patent/JP6648658B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for making effective use of a heat reservoir, in a power converter including a lamination unit laminating a semiconductor module and a cooler, and the heat reservoir for temporarily reserving the heat which cannot be absorbed by the cooler.SOLUTION: A power converter 2 includes a lamination unit 20 and a heat reservoir 37. The lamination unit 20 is a lamination laminating a semiconductor module 3 housing a transistor for power conversion, and a cooler 22. Each of multiple semiconductor modules 3 and the heat reservoir 37 are connected by a heat transmission member (a middle point terminal 25c and a heat slinger 41). One heat reservoir 37, which is thermally connected with the multiple semiconductor modules 3, absorbs local or temporal heat quantity produced in the lamination unit 20, and disperses it spatially or temporarily.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本明細書は、電力変換用の半導体素子を収容した複数の半導体モジュールと、内部に冷媒の流路が形成されており、半導体モジュールと交互に積層されている複数の冷却器を備えた電力変換装置を開示する。   The present specification relates to a power conversion system including a plurality of semiconductor modules containing semiconductor elements for power conversion, and a plurality of coolers in which refrigerant flow paths are formed and stacked alternately with the semiconductor modules. An apparatus is disclosed.

上記した半導体モジュールと冷却器を備えた電力変換装置が例えば特許文献1−3に開示されている。いずれの文献の電力変換装置も、電気自動車においてバッテリの電力を走行用モータの駆動電力に変換する。電気自動車の電力変換装置は大電力を扱うため、半導体モジュールの発熱量が大きく、夫々の半導体モジュールを両面から冷却することできる上記の電力変換装置は、冷却能力に優れている。   For example, Patent Literatures 1-3 disclose a power conversion device including the semiconductor module and the cooler described above. Any of the power conversion devices of any document converts the electric power of the battery into the driving electric power of the traveling motor in the electric vehicle. Since the power conversion device of an electric vehicle handles a large amount of power, the semiconductor module generates a large amount of heat, and the above power conversion device capable of cooling each semiconductor module from both sides has excellent cooling capacity.

特許文献2の電力変換装置は、急加速時や急発進時など、特定の半導体モジュールの一時的な発熱量の増大に対処すべく、複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層体の一部に、蓄熱体(ヒートマス)を挟んでいる。特許文献3の電力変換装置は、複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層体に蓄熱体を挟み込むとともに、その蓄熱体に別の発熱体を接触させ、半導体モジュールだけでなく、別の発熱体も冷却できるようになっている。なお、以下では、複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層体を積層ユニットと称する場合がある。   The power conversion device of Patent Document 2 is a part of a stack of a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers in order to cope with a temporary increase in heat generation amount of a specific semiconductor module, such as during sudden acceleration or sudden start. In addition, a heat storage body (heat mass) is sandwiched. In the power conversion device of Patent Document 3, a heat storage body is sandwiched between a stack of a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers, and another heat generator is brought into contact with the heat storage body. Can also be cooled. Hereinafter, a stacked body of a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers may be referred to as a stacked unit.

特開2012−238681号公報JP 2012-238881 A 特開2011−100791号公報JP 2011-1000079 A 特開2009−261125号公報JP 2009-261125 A

特許文献2の電力変換装置は、蓄熱体の近傍に位置する半導体モジュールは一時的に増大した熱量を蓄熱体に吸収させることができるが、蓄熱体から遠い半導体モジュールは蓄熱体を利用できない。熱量が一時的に増大する可能性のある半導体モジュールが積層ユニットの中に点在していると、夫々の半導体モジュールに対して蓄熱体を配置しなければならなくなり、積層ユニットの長さが増してしまう。蓄熱体を組み込む構造には改善の余地がある。   In the power conversion device of Patent Document 2, the semiconductor module located in the vicinity of the heat storage body can cause the heat storage body to absorb the amount of heat temporarily increased, but the semiconductor module far from the heat storage body cannot use the heat storage body. If semiconductor modules that may temporarily increase the amount of heat are scattered in the stacked units, it is necessary to arrange heat storage bodies for each semiconductor module, increasing the length of the stacked units. End up. There is room for improvement in the structure incorporating a heat storage element.

本明細書が開示する電力変換装置は、電力変換用の半導体素子を収容した複数の半導体モジュールと、内部に冷媒の流路が形成されており半導体モジュールと交互に積層されている複数の冷却器と、蓄熱体を備えている。複数の半導体モジュールの夫々と蓄熱体が、伝熱部材で接続されている。即ち、本明細書が開示する電力変換装置は、一つの蓄熱体に複数の半導体モジュールを伝熱部材で接続する。そうすることで、複数の半導体モジュールが一つの蓄熱体を共通に利用することができる。積層ユニットのいくつもの蓄熱体を挟む必要がなくなり、積層ユニットの長さの増大を抑えることができる。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 plurality of semiconductor modules that house semiconductor elements for power conversion, and a plurality of coolers in which coolant flow paths are formed and are stacked alternately with the semiconductor modules. And it has a heat storage. Each of the plurality of semiconductor modules and the heat storage body are connected by a heat transfer member. In other words, the power conversion device disclosed in this specification connects a plurality of semiconductor modules to one heat storage body by a heat transfer member. By doing so, a plurality of semiconductor modules can use one heat storage body in common. There is no need to sandwich a number of heat storage elements of the laminated unit, and an increase in the length of the laminated unit can be suppressed. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the electric vehicle containing the power converter device of an Example. 電力変換装置の筐体内部の部品レイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the component layout inside the housing | casing of a power converter device. 電力変換装置の筐体内部の部品レイアウトを示す正面図である。It is a front view which shows the component layout inside the housing | casing of a power converter device. 積層ユニットの断面図である。It is sectional drawing of a lamination | stacking unit. 変形例の積層ユニットを搭載した電力変換装置の筐体内部の部品レイアウトを示す正面図である。It is a front view which shows the component layout inside the housing | casing of the power converter device which mounts the lamination | stacking unit of a modification. 変形例の積層ユニットの側面図である。It is a side view of the lamination | stacking unit of a modification.

図面を参照して実施例の電力変換装置2を説明する。実施例の電力変換装置2は、電気自動車に搭載され、バッテリの電力を走行用モータの駆動電力に変換するデバイスである。まず、電力変換装置2を含む電気自動車100の電気系統について説明する。図1は、電力変換装置2を含む電気自動車100の電力系のブロック図である。電力変換装置2は、バッテリ13の直流電力を昇圧した後に交流に変換し、走行用モータ15a、15bに供給する。電力変換装置2の直流端は、システムメインリレー14を介してバッテリ13に接続されており、交流端は、2個のモータ15a、15bに接続されている。   A power converter 2 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion device 2 according to the embodiment is a device that is mounted on an electric vehicle and converts battery power into driving power for a travel motor. First, the electric system of the electric vehicle 100 including the power conversion device 2 will be described. FIG. 1 is a block diagram of a power system of an electric vehicle 100 including a power conversion device 2. The power conversion device 2 boosts the DC power of the battery 13, converts it to AC, and supplies it to the traveling motors 15 a and 15 b. The DC terminal of the power conversion device 2 is connected to the battery 13 via the system main relay 14, and the AC terminal is connected to the two motors 15a and 15b.

電気自動車100は、2個のモータ15a、15bの出力をギアボックス16で合成し、車軸17へ動力を伝達して走行する。電気自動車100は、車両の運動エネルギを使ってモータ15a、15bを車軸側から逆駆動し、発電することもできる。発電で得た電力でバッテリ13を充電する。車両の運動エネルギを利用して得た電力は回生電力と呼ばれることがある。   The electric vehicle 100 combines the outputs of the two motors 15 a and 15 b with the gear box 16 and transmits power to the axle 17 to travel. The electric vehicle 100 can also generate electric power by reversely driving the motors 15a and 15b from the axle side using the kinetic energy of the vehicle. The battery 13 is charged with the power obtained by the power generation. The electric power obtained by using the kinetic energy of the vehicle is sometimes called regenerative electric power.

電力変換装置2は、バッテリ13の電圧を昇圧する電圧コンバータ12と、直流電力を交流電力に変換する2個のインバータ10a、10bを含む。電圧コンバータ12は、フィルタコンデンサ4、リアクトル5、2個のトランジスタ9a、9b、2個のダイオードを備えている。2個のトランジスタ9a、9bは、直列に接続されており、トランジスタ9a、9bの夫々に、ダイオードが逆並列に接続されている。トランジスタ9a、9bとダイオード、即ち、図1にて破線3aで囲まれている範囲が、後述する半導体モジュール3aに相当する。電圧コンバータ12は、バッテリ13の電圧を昇圧する機能のほか、インバータ10a、10bから送られてくる回生電力の電圧を降圧してバッテリ13へ供給する降圧機能も有しており、いわゆる、双方向DC−DCコンバータである。図1の電圧コンバータ12の回路構成はよく知られているので詳しい説明は省略する。   The power converter 2 includes a voltage converter 12 that boosts the voltage of the battery 13 and two inverters 10a and 10b that convert DC power into AC power. The voltage converter 12 includes a filter capacitor 4, a reactor 5, two transistors 9a and 9b, and two diodes. The two transistors 9a and 9b are connected in series, and a diode is connected in antiparallel to each of the transistors 9a and 9b. Transistors 9a and 9b and diodes, that is, a range surrounded by a broken line 3a in FIG. 1, corresponds to a semiconductor module 3a described later. The voltage converter 12 has a function of stepping up the voltage of the battery 13 and also has a step-down function of stepping down the voltage of regenerative power sent from the inverters 10a and 10b and supplying it to the battery 13, so-called bidirectional. It is a DC-DC converter. Since the circuit configuration of the voltage converter 12 in FIG. 1 is well known, detailed description thereof is omitted.

インバータ10aは、6個のトランジスタ9c−9hと、夫々のトランジスタに逆並列に接続されているダイオードを備えている。6個のトランジスタ9c−9hは、2個ずつ、直列に接続されている。トランジスタ9cと9d、9eと9f、9gと9hが、夫々直列に接続されている。3組の直列接続は、並列に接続されている。各直列接続の中点から交流が出力される。破線3b、3c、3dが、夫々、半導体モジュールに相当する。   The inverter 10a includes six transistors 9c-9h and a diode connected in antiparallel to each transistor. Two of the six transistors 9c-9h are connected in series. Transistors 9c and 9d, 9e and 9f, and 9g and 9h are connected in series, respectively. The three sets of series connections are connected in parallel. AC is output from the midpoint of each series connection. Dashed lines 3b, 3c, and 3d correspond to semiconductor modules, respectively.

インバータ10bは、インバータ10aと同じ構成を有している。即ち、インバータ10bも、3個の半導体モジュール3e、3f、3gを備えている。夫々の半導体モジュール3e−3gの中には、2個のトランジスタと2個のダイオードが含まれている。電圧コンバータ12とインバータ10a、10bの間に、平滑化コンデンサ6が並列に接続されている。トランジスタ9a−9h、及び、インバータ10bに内蔵されているトランジスタは、電力変換用のスイッチング素子に相当する。   The inverter 10b has the same configuration as the inverter 10a. That is, the inverter 10b also includes three semiconductor modules 3e, 3f, and 3g. Each semiconductor module 3e-3g includes two transistors and two diodes. A smoothing capacitor 6 is connected in parallel between the voltage converter 12 and the inverters 10a and 10b. The transistors 9a-9h and the transistors built in the inverter 10b correspond to power conversion switching elements.

7個の半導体モジュール3a−3gのトランジスタは、不図示のコントローラから駆動信号(PWM信号)を受けて作動する。以下、7個の半導体モジュール3a−3gのいずれか一つを区別なく示すときには半導体モジュール3と表記する。   The transistors of the seven semiconductor modules 3a to 3g operate by receiving drive signals (PWM signals) from a controller (not shown). Hereinafter, when any one of the seven semiconductor modules 3a to 3g is shown without distinction, it is referred to as a semiconductor module 3.

電力変換装置2のハードウエア構成を説明する。図2に、電力変換装置2の平面図を示す。なお、図2は、カバーを外し、筐体30の内部の部品レイアウトを示した平面図である。図3に電力変換装置2の正面図を示す。図3は、図2における右側の筐体壁をカットし、筐体30の内部の部品レイアウトを示した正面図である。   A hardware configuration of the power conversion device 2 will be described. In FIG. 2, the top view of the power converter device 2 is shown. FIG. 2 is a plan view showing a component layout inside the housing 30 with the cover removed. The front view of the power converter device 2 is shown in FIG. FIG. 3 is a front view showing a component layout inside the housing 30 by cutting the right housing wall in FIG. 2.

半導体モジュール3は、本体21の中に、2個のトランジスタと2個のダイオードを封止したパッケージである。本体21は、樹脂の射出成形で作られている。7個の半導体モジュール3は、8個の冷却器22とともに、積層ユニット20を構成する。図2では、積層ユニット20の両端の冷却器にのみ符号22を付し、他の冷却器には符号を省略した。積層ユニット20は、7個の半導体モジュール3(3a−3g)と8個の冷却器22を、一つずつ交互に積層した積層体である。冷却器22は、その内部に液体冷媒が通る流路が設けられている。一つの半導体モジュール3を挟んで隣接する一対の冷却器22は、2個の連結管23で接続されている。図2では、一つの連結管にのみ、符号23を付し、他の連結管には符号を省略した。連結管23により、全ての冷却器22が連通する。   The semiconductor module 3 is a package in which two transistors and two diodes are sealed in a main body 21. The main body 21 is made by resin injection molding. The seven semiconductor modules 3 together with the eight coolers 22 constitute a stacked unit 20. In FIG. 2, reference numeral 22 is given only to the coolers at both ends of the laminated unit 20, and reference numerals are omitted for the other coolers. The stacked unit 20 is a stacked body in which seven semiconductor modules 3 (3a-3g) and eight coolers 22 are alternately stacked one by one. The cooler 22 is provided with a flow path through which the liquid refrigerant passes. A pair of coolers 22 adjacent to each other with one semiconductor module 3 interposed therebetween are connected by two connecting pipes 23. In FIG. 2, reference numeral 23 is attached to only one connecting pipe, and reference numerals are omitted for the other connecting pipes. All the coolers 22 communicate with each other through the connecting pipe 23.

図2において右端の冷却器22には、冷媒導入管34と冷媒排出管35が接続されている。隣接する一対の冷却器22を接続する2個の連結管23の一方は、積層方向(図中のX方向)からみて冷媒導入管34と重なるように位置しており、他方の連結管23は、冷媒排出管35と重なるように位置している。冷媒導入管34と冷媒排出管35は、筐体30に設けられた貫通孔30aを通り、一端が筐体30の外側に突き出ている。冷媒導入管34と冷媒排出管35には、不図示の冷媒循環装置が接続されている。冷媒導入管34を通じて供給される液体冷媒は、隣接する一対の冷却器22を連結する一方の連結管23を通じて全ての冷却器22に分配される。液体冷媒は、各冷却器22を通過する間に隣接する半導体モジュール3から熱を吸収し、他方の連結管23と冷媒排出管35を通じて電力変換装置2の外へ排出される(冷媒循環装置へと戻される)。液体冷媒は、例えば、LLC(Long Life Coolant)である。   In FIG. 2, a refrigerant introduction pipe 34 and a refrigerant discharge pipe 35 are connected to the rightmost cooler 22. One of the two connecting pipes 23 that connect the pair of adjacent coolers 22 is positioned so as to overlap the refrigerant introduction pipe 34 when viewed from the stacking direction (X direction in the figure), and the other connecting pipe 23 is The refrigerant discharge pipe 35 is positioned so as to overlap. The refrigerant introduction pipe 34 and the refrigerant discharge pipe 35 pass through a through hole 30 a provided in the casing 30, and one end protrudes to the outside of the casing 30. A refrigerant circulation device (not shown) is connected to the refrigerant introduction pipe 34 and the refrigerant discharge pipe 35. The liquid refrigerant supplied through the refrigerant introduction pipe 34 is distributed to all the coolers 22 through one connection pipe 23 that connects a pair of adjacent coolers 22. The liquid refrigerant absorbs heat from the adjacent semiconductor module 3 while passing through each cooler 22 and is discharged out of the power converter 2 through the other connecting pipe 23 and the refrigerant discharge pipe 35 (to the refrigerant circulation apparatus). Is returned). The liquid refrigerant is, for example, LLC (Long Life Coolant).

各半導体モジュール3の上面から、3個のパワー端子25(正極端子25a、負極端子25b、中点端子25c)が延びている。各半導体モジュール3の下面から複数の制御端子27が延びている(図3参照)。各半導体モジュール3には、2個のトランジスタの直列接続が収容されており、正極端子25aは、半導体モジュール3の本体21の内部で、直列接続の高電位側に接続されている。負極端子25bは、本体21の内部で、直列接続の低電位側に接続されており、中点端子25cは、直列接続の中点に接続されている。各半導体モジュール3の正極端子25aと負極端子25bは、夫々、正極バスバ31、負極バスバ32を介して平滑化コンデンサ6と接続されている。図2では、各半導体モジュール3の中点端子25cの接続先は図示を省略した。図3では、中点端子25cに接続する出力バスバ39の一部のみを示してある。複数の半導体モジュール3a−3gの中点端子25cは、蓄熱体37を通過している。蓄熱体37については後述する。   Three power terminals 25 (a positive terminal 25a, a negative terminal 25b, and a midpoint terminal 25c) extend from the upper surface of each semiconductor module 3. A plurality of control terminals 27 extend from the lower surface of each semiconductor module 3 (see FIG. 3). Each semiconductor module 3 accommodates a series connection of two transistors, and the positive electrode terminal 25 a is connected to the high potential side of the series connection inside the main body 21 of the semiconductor module 3. The negative electrode terminal 25b is connected to the low potential side in series connection inside the main body 21, and the midpoint terminal 25c is connected to the midpoint of series connection. The positive terminal 25a and the negative terminal 25b of each semiconductor module 3 are connected to the smoothing capacitor 6 via the positive bus bar 31 and the negative bus bar 32, respectively. In FIG. 2, the connection destination of the midpoint terminal 25c of each semiconductor module 3 is not shown. In FIG. 3, only a part of the output bus bar 39 connected to the midpoint terminal 25c is shown. Midpoint terminals 25 c of the plurality of semiconductor modules 3 a to 3 g pass through the heat storage body 37. The heat storage body 37 will be described later.

制御端子27は、半導体モジュール3の内部の夫々のトランジスタのゲートにつながっているゲート端子、各トランジスタのセンスエミッタにつながっているセンスエミッタ端子、半導体モジュール3に内蔵されている温度センサにつながっているセンサ端子などである。制御端子は、積層ユニット20の下方に配置されている制御基板29に接続されている。制御基板29は、不図示の上位のコントローラからの指令を受け、各半導体モジュール3に収容されている各トランジスタへ駆動信号を供給する。   The control terminal 27 is connected to a gate terminal connected to the gate of each transistor inside the semiconductor module 3, a sense emitter terminal connected to the sense emitter of each transistor, and a temperature sensor built in the semiconductor module 3. Sensor terminals. The control terminal is connected to a control board 29 arranged below the stacked unit 20. The control board 29 receives a command from an upper controller (not shown) and supplies a drive signal to each transistor housed in each semiconductor module 3.

複数の半導体モジュール3と複数の冷却器22の積層ユニット20の積層方向の一端が筐体30に設けられた支持壁36に当接しており、他端は板バネ33を介して支持柱38に支持されている。板バネ33により、積層ユニット20は、その積層方向に荷重を受ける。積層方向の荷重により、冷却器22と半導体モジュール3が密着し、半導体モジュール3から冷却器22への熱伝達の効率が高められる。積層ユニット20の周囲に、フィルタコンデンサ4、リアクトル5、平滑化コンデンサ6が配置されている。それらと積層ユニット20との接続は、バスバ31、32を除いて図示を省略した。   One end of the stacking unit 20 of the plurality of semiconductor modules 3 and the plurality of coolers 22 in the stacking direction is in contact with the support wall 36 provided in the housing 30, and the other end is in contact with the support pillar 38 via the leaf spring 33. It is supported. The laminated unit 20 receives a load in the laminating direction by the leaf spring 33. Due to the load in the stacking direction, the cooler 22 and the semiconductor module 3 are in close contact with each other, and the efficiency of heat transfer from the semiconductor module 3 to the cooler 22 is increased. A filter capacitor 4, a reactor 5, and a smoothing capacitor 6 are disposed around the multilayer unit 20. The connection between them and the laminated unit 20 is omitted except for the bus bars 31 and 32.

蓄熱体37について説明する。図4は、積層ユニット20を、中点端子25cを横断するXZ平面でカットした断面図である。なお、図4では、積層ユニット20の途中のいくつかの冷却器22と半導体モジュール3c−3eは図示を省略した。まず、半導体モジュール3aの内部構造について説明する。半導体モジュール3aの内部では、2枚の放熱板41、44の間に、トランジスタチップ42とスペーサ43が挟まれている。2枚の放熱板41、44とスペーサ43は、電気と熱をよく伝達する銅で作られている。なお、冷却器22の内部には、フィン45が備えられている。フィン45は、冷却器22の両側板(半導体モジュールと接する側板)の内側に接している。   The heat storage body 37 will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of the laminated unit 20 cut along an XZ plane that crosses the midpoint terminal 25c. In FIG. 4, illustration of some coolers 22 and the semiconductor modules 3 c-3 e in the middle of the stacked unit 20 is omitted. First, the internal structure of the semiconductor module 3a will be described. Inside the semiconductor module 3 a, the transistor chip 42 and the spacer 43 are sandwiched between the two heat radiation plates 41 and 44. The two heat sinks 41 and 44 and the spacer 43 are made of copper that well transmits electricity and heat. A fin 45 is provided inside the cooler 22. The fins 45 are in contact with the inner sides of both side plates (side plates in contact with the semiconductor module) of the cooler 22.

2枚の放熱板41、44とトランジスタチップ42とスペーサ43は、樹脂製の本体21に埋設されており、放熱板41、44の夫々の一方の幅広面が、本体21から露出している。図4では見えないが、本体21の紙面奥側に別のトランジスタチップが埋設されている。トランジスタチップ42と別のトランジスタが、図1のトランジスタ9a、9bに相当する。トランジスタチップ42は平板状であり、夫々の幅広面に、エミッタ電極とコレクタ電極が露出している。コレクタ電極が一方の放熱板41に接合されており、エミッタ電極がスペーサ43を介して他方の放熱板44に接合されている。放熱板41の一端に中点端子25cが接続している。すなわち、放熱板41は、トランジスタチップ42の熱を本体表面に移送するだけでなく、トランジスタチップ42のコレクタ電極を本体21の外部と導通するための導電経路の一部をなす。放熱板44は、図の紙面奥側で負極端子25bと接続されている。   The two heat sinks 41 and 44, the transistor chip 42, and the spacer 43 are embedded in the resin main body 21, and one wide surface of each of the heat sinks 41 and 44 is exposed from the main body 21. Although not visible in FIG. 4, another transistor chip is embedded on the back side of the main body 21 in the drawing. Transistors different from the transistor chip 42 correspond to the transistors 9a and 9b in FIG. The transistor chip 42 has a flat plate shape, and an emitter electrode and a collector electrode are exposed on each wide surface. The collector electrode is joined to one heat sink 41 and the emitter electrode is joined to the other heat sink 44 via a spacer 43. A midpoint terminal 25 c is connected to one end of the heat sink 41. That is, the heat sink 41 not only transfers the heat of the transistor chip 42 to the surface of the main body, but also forms a part of a conductive path for conducting the collector electrode of the transistor chip 42 to the outside of the main body 21. The heat radiating plate 44 is connected to the negative electrode terminal 25b on the back side of the drawing.

放熱板41には、図4の紙面奥側に位置する別のトランジスタチップのエミッタ電極も接続されている。従って、放熱板41は、2個のトランジスタチップを直列に接続する役割も担っている。半導体モジュール3の本体21の表面に露出している放熱板41、44は、それぞれ、冷却器22と接している。トランジスタチップ42、及び、本体21に封止されている別のトランジスタチップの熱は、放熱板41、44を介して冷却器22に吸収される。なお、冷却器22が導電性の物質で作られている場合には、放熱板41、44と冷却器22の間に絶縁板が挟まれる。他の半導体モジュール3b−3gも半導体モジュール3aと同じ内部構造を有している。   The radiator plate 41 is also connected to an emitter electrode of another transistor chip located on the back side of the sheet of FIG. Therefore, the heat radiating plate 41 also plays a role of connecting two transistor chips in series. The radiator plates 41 and 44 exposed on the surface of the main body 21 of the semiconductor module 3 are in contact with the cooler 22. The heat of the transistor chip 42 and another transistor chip sealed in the main body 21 is absorbed by the cooler 22 through the radiator plates 41 and 44. When the cooler 22 is made of a conductive material, an insulating plate is sandwiched between the heat sinks 41 and 44 and the cooler 22. Other semiconductor modules 3b-3g also have the same internal structure as the semiconductor module 3a.

放熱板41を介してトランジスタチップ42と別のトランジスタチップと接続している中点端子25cに、蓄熱体37が接続している。全ての半導体モジュール3a−3gの中点端子25cが蓄熱体37と接続している。中点端子25cも、放熱板41と同じく、熱をよく通す銅で作られており、伝熱部材と表現してもよい部材である。従って別言すれば、複数の半導体モジュール3a−3gの夫々と蓄熱体37が伝熱部材(中点端子25cと放熱板41)で接続されていることになる。トランジスタチップ42と別のトランジスタチップが発生する熱量のうち、半導体モジュール3に隣接している冷却器22が吸収できない分は、伝熱部材(中点端子25cと放熱板41)を介して蓄熱体37が吸収する。   The heat accumulator 37 is connected to a midpoint terminal 25c connected to the transistor chip 42 and another transistor chip via the heat radiating plate 41. The midpoint terminals 25 c of all the semiconductor modules 3 a to 3 g are connected to the heat storage body 37. Similarly to the heat radiating plate 41, the midpoint terminal 25 c is made of copper that conducts heat well and may be expressed as a heat transfer member. Therefore, in other words, each of the plurality of semiconductor modules 3a to 3g and the heat storage body 37 are connected by the heat transfer member (the midpoint terminal 25c and the heat radiating plate 41). Of the amount of heat generated by the transistor chip 42 and another transistor chip, the amount that cannot be absorbed by the cooler 22 adjacent to the semiconductor module 3 is stored through the heat transfer member (the middle point terminal 25c and the heat radiating plate 41). 37 absorbs.

蓄熱体37は、例えば、ゼオライトやシリカ(酸化シリコン)などの物質や、銅などの金属で作られる。なお、銅などの導電性の金属を用いる場合には、中点端子25cと蓄熱体37の間に絶縁体が挟まれる。   The heat storage body 37 is made of, for example, a substance such as zeolite or silica (silicon oxide), or a metal such as copper. When a conductive metal such as copper is used, an insulator is sandwiched between the midpoint terminal 25 c and the heat storage body 37.

蓄熱体37の利点を説明する。一つの蓄熱体37は、伝熱部材(中点端子25cと放熱板41)を介して複数の半導体モジュール3a−3gと熱的に接続されている。蓄熱体37は、半導体モジュール3a−3gのいずれかの発熱量が一時的に大きくなったとき、隣接する冷却器22で吸収しきれない熱量を一時的に受け入れる。蓄熱体37が受け入れた熱量は、半導体モジュール3a−3gの発熱量が下がり、冷却器22に吸熱余裕が生じたときに冷却器22で吸収される。   The advantage of the heat storage body 37 will be described. One heat storage body 37 is thermally connected to the plurality of semiconductor modules 3a to 3g via heat transfer members (the middle point terminal 25c and the heat radiating plate 41). The heat storage body 37 temporarily receives the amount of heat that cannot be absorbed by the adjacent cooler 22 when any of the heat generation amounts of the semiconductor modules 3a to 3g temporarily increases. The amount of heat received by the heat accumulator 37 is absorbed by the cooler 22 when the heat generation amount of the semiconductor modules 3a to 3g decreases and a heat absorption margin occurs in the cooler 22.

また、図1に示すように、複数の半導体モジュール3a−3gは、電圧コンバータ12に用いられるもの(半導体モジュール3a)、モータ15a用のインバータ10aに用いられるもの(半導体モジュール3b−3d)、モータ15b用のインバータ10bに用いられるもの(半導体モジュール3e−3g)がある。半導体モジュール3a−3gは、異なる回路で用いられる半導体モジュールの集合であり、状況に応じて発熱の大きい半導体モジュールが異なる。発熱量の大きい半導体モジュールの熱量は、隣接する冷却器22のみならず、伝熱部材(中点端子25cと放熱板41)と蓄熱体37を介して、吸熱余裕のある別の冷却器22が吸収することができる。即ち、複数の半導体モジュール3a−3gと伝熱部材(中点端子25cと放熱板41)で接続されている蓄熱体37は、積層ユニット20で局所的に発生した熱量を均一化する方向に分散させる効果がある。   As shown in FIG. 1, the plurality of semiconductor modules 3a-3g are used for the voltage converter 12 (semiconductor module 3a), used for the inverter 10a for the motor 15a (semiconductor module 3b-3d), and the motor. There is one (semiconductor module 3e-3g) used for the inverter 10b for 15b. The semiconductor modules 3a to 3g are a set of semiconductor modules used in different circuits, and semiconductor modules that generate large amounts of heat differ depending on the situation. The amount of heat generated by the semiconductor module having a large amount of heat generated is not limited to the adjacent coolers 22, but is provided by another cooler 22 having a heat absorption margin via the heat transfer member (the middle point terminal 25 c and the heat sink 41) and the heat storage body 37. Can be absorbed. In other words, the heat storage body 37 connected to the plurality of semiconductor modules 3a to 3g and the heat transfer member (the middle point terminal 25c and the heat radiating plate 41) disperses the heat generated locally in the stacked unit 20 in a uniform direction. There is an effect to make.

上記したように、蓄熱体37は、積層ユニット20で発生する一時的に増大する熱量、あるいは、局所的に増大する熱量を受け入れる。そして、受け入れた熱量を、時間的に、あるいは、空間的に分散して冷却器22に移送する。それゆえ、複数の冷却器22は、全体で、積層ユニット20の時間的/空間的に平均的な発熱量を吸収できるだけの能力があればよい。冷却器22には、積層ユニット20の局所的あるいは、一時的な高発熱量を吸収する能力が不要となり、そのサイズを小型化することができる。   As described above, the heat storage body 37 receives a temporarily increasing amount of heat generated in the laminated unit 20 or a locally increasing amount of heat. Then, the received heat quantity is transferred to the cooler 22 in a temporally or spatially dispersed manner. Therefore, the plurality of coolers 22 need only have a capacity capable of absorbing the average heat generation of the stacked unit 20 in terms of time / space. The cooler 22 does not need the ability of absorbing the local or temporary high calorific value of the laminated unit 20, and the size can be reduced.

また、蓄熱体37は、積層ユニット20の中で冷却器22あるいは半導体モジュール3に挟まれているのではなく、積層ユニット20に隣り合うように配置される。従って、蓄熱体37は、積層ユニット20の長手方向の長さの増大を招かない、という利点がある。   Further, the heat storage body 37 is not sandwiched between the cooler 22 or the semiconductor module 3 in the laminated unit 20 but is disposed adjacent to the laminated unit 20. Therefore, the heat storage body 37 has an advantage that the length of the laminated unit 20 in the longitudinal direction is not increased.

図5と図6を参照して、変形例の積層ユニット120を説明する。図5は、変形例の積層ユニット120を含む電力変換装置102の正面図(筐体30の一部の壁をカットした正面図)である。図6は、積層ユニット120の側面図である。積層ユニット120は、蓄熱体137を伴う。先の積層ユニット20では、蓄熱体37は、半導体モジュール3の本体21の内部でトランジスタチップ42に接している伝熱部材(中点端子25cと放熱板41)を介して半導体モジュール3(内部のトランジスタ)と熱的に接続されている。変形例の積層ユニット120は、隣接する半導体モジュール3と冷却器22の間に伝熱板136を挟み込み、その伝熱板136から枝部136aを延ばし、その枝部136aが蓄熱体137と接続している。別言すれば、変形例の積層ユニット120では、複数の半導体モジュール3の夫々に伝熱板136が接しており、その伝熱板136を介して複数の半導体モジュール3が一つの蓄熱体137と熱的に接続されている。この変形例では、伝熱板136の枝部136aの位置と形状を変えることで、蓄熱体137の配置に自由度を与えることができる。   With reference to FIG. 5 and FIG. 6, the laminated unit 120 of a modification is demonstrated. FIG. 5 is a front view (a front view in which a part of the wall of the housing 30 is cut) of the power conversion device 102 including the laminated unit 120 of the modification. FIG. 6 is a side view of the laminated unit 120. The stacked unit 120 is accompanied by a heat storage body 137. In the previous laminated unit 20, the heat storage body 37 is connected to the semiconductor module 3 (inside the internal module 21 via the heat transfer member (the middle terminal 25 c and the heat radiation plate 41) in contact with the transistor chip 42 inside the main body 21 of the semiconductor module 3. Transistor). In the laminated unit 120 of the modified example, the heat transfer plate 136 is sandwiched between the adjacent semiconductor module 3 and the cooler 22, the branch portion 136 a is extended from the heat transfer plate 136, and the branch portion 136 a is connected to the heat storage body 137. ing. In other words, in the laminated unit 120 of the modified example, the heat transfer plate 136 is in contact with each of the plurality of semiconductor modules 3, and the plurality of semiconductor modules 3 are connected to one heat storage body 137 via the heat transfer plate 136. Thermally connected. In this modification, by changing the position and shape of the branch portion 136a of the heat transfer plate 136, it is possible to give a degree of freedom to the arrangement of the heat storage body 137.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の中点端子25cと放熱板41が、請求項の「伝熱部材」の一例に相当する。変形例の積層ユニット120における伝熱板136が、請求項の「伝熱部材」の別の例に相当する。   Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. The midpoint terminal 25c and the heat sink 41 of the embodiment correspond to an example of “heat transfer member” in the claims. The heat transfer plate 136 in the laminated unit 120 of the modification corresponds to another example of “heat transfer member” in the claims.

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:電力変換装置
3、3a−3g:半導体モジュール
4:フィルタコンデンサ
5:リアクトル
6:平滑化コンデンサ
9a−9h:トランジスタ
10a、10b:インバータ
12:電圧コンバータ
13:バッテリ
14:システムメインリレー
15a、15b:走行用モータ
16:ギアボックス
17:車軸
20、120:積層ユニット
21:本体
22:冷却器
23:連結管
25a:正極端子
25b:負極端子
25c:中点端子
27:制御端子
29:制御基板
30:筐体
31:正極バスバ
32:負極バスバ
33:板バネ
34:冷媒導入管
35:冷媒排出管
36:支持壁
37、137:蓄熱体
39:出力バスバ
41、44:放熱板
42:トランジスタチップ
43:スペーサ
45:フィン
100:電気自動車
136:伝熱板
136a:枝部
2: Power converter 3, 3a-3g: Semiconductor module 4: Filter capacitor 5: Reactor 6: Smoothing capacitor 9a-9h: Transistors 10a, 10b: Inverter 12: Voltage converter 13: Battery 14: System main relays 15a, 15b : Traveling motor 16: Gear box 17: Axle 20, 120: Laminating unit 21: Main body 22: Cooler 23: Connecting pipe 25 a: Positive terminal 25 b: Negative terminal 25 c: Midpoint terminal 27: Control terminal 29: Control board 30 : Housing 31: Positive electrode bus bar 32: Negative electrode bus bar 33: Leaf spring 34: Refrigerant introduction pipe 35: Refrigerant discharge pipe 36: Support wall 37, 137: Heat storage body 39: Output bus bar 41, 44: Heat sink 42: Transistor chip 43 : Spacer 45: Fin 100: Electric vehicle 136: Heat transfer plate 136 a: Branch

Claims (1)

電力変換用の半導体素子を収容した複数の半導体モジュールと、
内部に冷媒の流路が形成されており、前記半導体モジュールと交互に積層されている複数の冷却器と、
蓄熱体と、
を備えており、
前記複数の半導体モジュールの夫々と前記蓄熱体が伝熱部材で接続されている、電力変換装置。
A plurality of semiconductor modules containing semiconductor elements for power conversion;
A plurality of coolers in which a flow path of a refrigerant is formed and stacked alternately with the semiconductor module;
Thermal storage,
With
A power converter, wherein each of the plurality of semiconductor modules and the heat storage body are connected by a heat transfer member.
JP2016180698A 2016-09-15 2016-09-15 Power converter Active JP6648658B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016180698A JP6648658B2 (en) 2016-09-15 2016-09-15 Power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016180698A JP6648658B2 (en) 2016-09-15 2016-09-15 Power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018046191A true JP2018046191A (en) 2018-03-22
JP6648658B2 JP6648658B2 (en) 2020-02-14

Family

ID=61695170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016180698A Active JP6648658B2 (en) 2016-09-15 2016-09-15 Power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6648658B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020013830A (en) * 2018-07-13 2020-01-23 トヨタ自動車株式会社 Power conversion apparatus
CN113366632A (en) * 2019-12-05 2021-09-07 东芝三菱电机产业系统株式会社 Component module

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000232286A (en) * 1999-02-10 2000-08-22 Hitachi Ltd Heat dissipating system
JP2009261125A (en) * 2008-04-16 2009-11-05 Denso Corp Power control unit
JP2011100791A (en) * 2009-11-04 2011-05-19 Toyota Motor Corp Cooler
JP2012217322A (en) * 2011-03-30 2012-11-08 Denso Corp Power conversion apparatus
JP2016015441A (en) * 2014-07-03 2016-01-28 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000232286A (en) * 1999-02-10 2000-08-22 Hitachi Ltd Heat dissipating system
JP2009261125A (en) * 2008-04-16 2009-11-05 Denso Corp Power control unit
JP2011100791A (en) * 2009-11-04 2011-05-19 Toyota Motor Corp Cooler
JP2012217322A (en) * 2011-03-30 2012-11-08 Denso Corp Power conversion apparatus
JP2016015441A (en) * 2014-07-03 2016-01-28 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020013830A (en) * 2018-07-13 2020-01-23 トヨタ自動車株式会社 Power conversion apparatus
JP7052610B2 (en) 2018-07-13 2022-04-12 株式会社デンソー Power converter
CN113366632A (en) * 2019-12-05 2021-09-07 东芝三菱电机产业系统株式会社 Component module
CN113366632B (en) * 2019-12-05 2024-03-19 东芝三菱电机产业系统株式会社 Component module

Also Published As

Publication number Publication date
JP6648658B2 (en) 2020-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4506848B2 (en) Semiconductor module
JP5407275B2 (en) Power converter
JP4661645B2 (en) Power semiconductor module
JP5048705B2 (en) Power converter for vehicle
KR102440583B1 (en) Power unit, and power transformatin device
JP2014108014A (en) Inverter device
JP6136760B2 (en) Power converter
JP6500756B2 (en) Power converter
JP2014138445A (en) Electric power conversion apparatus
JP5343928B2 (en) Power converter
JP2016213946A (en) Electric power conversion system and railway vehicle
WO2015059552A1 (en) Power converter
JP2019103380A (en) Electric power conversion device
JP6648658B2 (en) Power converter
JP2012222943A (en) Electric power conversion apparatus
JP2010016941A (en) Power converter
JP2015070682A (en) Power conversion device
JP4452605B2 (en) Semiconductor device
JP2015154527A (en) power converter
JP6943212B2 (en) Power converter
JP2014082840A (en) Power conversion device
JP6686813B2 (en) Semiconductor device
JP7163778B2 (en) semiconductor equipment
JP5526843B2 (en) Power converter
JP2015136225A (en) power converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181016

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190610

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190709

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190822

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191217

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191230

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6648658

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151