JP5319034B1 - パワーコントロールユニット - Google Patents
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Abstract
電力変換モジュール(60)とバッテリ(18)に充電する際に用いられる急速充電用デバイス(62)とが収納されたパワーコントロールユニット(30)は、電力変換モジュール(60)が収納される電力変換室(76)と、充電用デバイス(62)が収納される充電デバイス室(72)が設けられ、電力変換室(76)と充電デバイス室(72)とは互いに共通の底面を有しており、電力変換モジュール(60)と充電用デバイス(62)とはそれぞれ対応する室内で前記底面に固定されており、充電用デバイス(62)の上方であって、充電デバイス室(72)と電力変換室(76)とを区画する区画壁(166)を含む周壁(160)に囲まれた位置に電力変換モジュール(60)を制御するECU(70)が配置されている。
Description
本発明は、スイッチング素子を有し、直流電力を交流電流に変換する電力変換モジュールと、該電力変換モジュールを制御する制御装置とを備え、電力変換モジュールのスイッチング素子によって生じるノイズから制御装置を保護するパワーコントロールユニットに関する。
従来から、インバータ回路のスイッチング素子がノイズを発生し、インバータ回路を制御する制御装置が該ノイズによって影響を受けてしまうため、従来からスイッチング素子が発生するノイズの影響を考慮した制御装置のレイアウトが考えられている。
特開2010−35347号公報には、インバータ回路(スイッチング素子を有する)を内蔵するパワーモジュールが発生するノイズの影響を考え、電力変換装置を3層構造にし、制御回路基板を最上階に配置するとともに、ノイズを遮蔽する金属ベース板で隔離することが記載されている。
しかしながら、特開2010−35347号公報に記載の技術では、インバータ回路、制御装置等を設けるのに、電力変換装置の筐体を3層構造にするので、該筐体が大型化してしまう。
そこで、本発明は、電力変換モジュールによるノイズの影響を低減させるとともに、小型化を実現するパワーコントロールユニットを提供することを目的とする。
本発明は、電力変換モジュールと外部から車両に搭載されたバッテリを充電する際に用いられる充電用デバイスとが収納された、車両に搭載されるパワーコントロールユニットにおいて、前記電力変換モジュールが収納される電力変換室と、前記充電用デバイスが収納される充電デバイス室が設けられ、前記電力変換室と前記充電デバイス室とは互いに共通の底面を有しており、前記電力変換モジュールと前記充電用デバイスとはそれぞれ対応する室内で前記底面に固定されており、前記充電用デバイスの上方であって、前記充電デバイス室と前記電力変換室とを区画する区画壁を含む周壁に囲まれた位置に前記電力変換モジュールを制御する制御装置が配置されていることを特徴とする。
このように、前記パワーコントロールユニットには、前記電力変換モジュールが収納される前記電力変換室と前記充電用デバイスが収納される前記充電デバイス室が設けられ、前記充電用デバイスの上方であって、前記充電デバイス室と前記電力変換室とを区画する前記区画壁を含む前記周壁に囲まれた位置に前記電力変換モジュールを制御する前記制御装置が配置されるので、前記電力変換モジュールからのノイズが前記区画壁によって遮蔽され、前記制御装置が受ける前記電力変換モジュールからのノイズによる影響を低減させることができる。また、前記制御装置が作動しているときは、前記充電用デバイスは作動しないので、前記制御装置は、前記充電用デバイスからのノイズによる影響を受けることがない。前記充電用デバイスが使用されている場合には、該充電用デバイスがノイズを発生するが、前記制御装置は作動していないので、前記充電用デバイスが発生するノイズを気にする必要がない。
前記電力変換室と前記充電デバイス室とはそれぞれ別の開口部を有してもよい。これにより、前記電力変換モジュール及び充電用デバイスのメンテナンス性が向上し、メンテナンスをし易くなる。
前記制御装置は、前記周壁に対して取り付けられてもよい。また、前記充電デバイス室は、前記電力変換室より高く形成されており、前記電力変換室より高い位置にある前記充電デバイス室の前記区画壁に前記制御装置が取り付けられていてもよい。これにより、前記区画壁は、前記電力変換モジュールからのノイズを効果的に遮蔽することができ、前記制御装置が受ける前記電力変換モジュールからのノイズによる影響を更に低減させることができる。
前記充電用デバイスは、急速充電用の充電用デバイスであって、急速充電用コンタクタを有してもよい。
本発明に係るパワーコントロールユニットによれば、電力変換モジュールからのノイズが区画壁によって遮蔽されるので、制御装置が受ける電力変換モジュールからのノイズによる影響を低減させることができる。また、制御装置が作動しているときは、充電用デバイスは作動しないので、制御装置は充電用デバイスからのノイズによる影響を受けることがない。充電用デバイスが使用されている場合には、充電用デバイスがノイズを発生するが、制御装置は作動していないので、充電用デバイスが発生するノイズを気にする必要がない。
本発明に係るパワーコントロールユニットを有する電気自動車について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
図1は、電気自動車(車両)10の概略構成を模式化した概略構成斜視図、図2は、電気自動車10の概略構成を模式化した概略構成側面図である。なお、本実施の形態では、車体12の鉛直方向を上下方向とし、該鉛直方向に垂直な方向を水平方向とする。また、電気自動車10の進行方向を前、後退方向を後、進行方向に向かって左方向を左、右方向を右とする。
電気自動車10は、車体12内部に、前輪14L、14Rと後輪16L、16Rとの間で、且つ、車体12の底部に設けられた高電圧を出力するバッテリ18と、フロアパネル20を介してバッテリ18の上方に設けられる車室22と、該車室22とは隔てられて車体12の前方に区画されたモータルーム24と、該モータルーム24を覆うダッシュパネル26と、ダッシュパネル26の下方で、且つ、該モータルーム24に設けられた走行用モータ28の上方に載置されたパワーコントロールユニット(Power Control Unit)30とを備える。ダッシュパネル26は、ダッシュパネルロア26aとダッシュパネルアッパー26bとを有する。ダッシュパネル26は、モータルーム24と車室22とを仕切るものであり、モータルーム24からの汚れ、水、臭い等の浸入を防ぐ構造を有する。また、ダッシュパネル26は、外部からの水の浸入に対して、A/C(エアコンディショナー)配管内に流入させない水排出機能を有する。
電源ケーブル34は、バッテリ18に蓄積された電力をパワーコントロールユニット30に伝達するためのものであり、電源ケーブル34の一端はバッテリ18の電源コネクタ36に接続され、他端はパワーコントロールユニット30の電源コネクタ94(図7参照)に接続される。パワーコントロールユニット30は、バッテリ18から供給される直流電力を三相(U、V、W相)の交流電力に変換し、該変換した三相の交流電力を走行用モータ28に供給することで走行用モータ28を駆動制御する。
パワーコントロールユニット30は、直流電力を三相交流に変換する電力変換モジュール60(図4、図5、図7参照)と電力変換モジュール60を制御することで走行用モータ28を駆動させるECU70(図4、図7、図9参照)とを有する。走行用モータ28とパワーコントロールユニット30とは、三相交流電力ケーブル(電力供給線)38を介して接続されており、三相交流電力ケーブル38の一端は走行用モータ28の電力コネクタ40に接続され、三相交流電力ケーブル38の他端はパワーコントロールユニット30の電力コネクタ42(電力コネクタ42a、42b、42c)に接続される。パワーコントロールユニット30を走行用モータ28の上方に配置させるので、高電圧の三相交流電力ケーブル38を短くすることができる。
図3はパワーコントロールユニット30の外観斜視図、図4はパワーコントロールユニット30の分解斜視図を示す。パワーコントロールユニット30は、ヒートシンク50と、ヒートシンク50の上部に設けられるアッパーケース52と、アッパーケース52の上部を覆う上カバー54と、ヒートシンク50の下部に設けられるロアケース56と、ロアケース56の下部を覆う下カバー58とを有する。ヒートシンク50、アッパーケース52、上カバー54、ロアケース56、及び下カバー58のうち、少なくともアッパーケース52は、アルミ等の金属で構成されている。ヒートシンク50、アッパーケース52、上カバー54、ロアケース56、及び下カバー58は、パワーコントロールユニット30の筐体を構成する。
ヒートシンク50の上面略中央には電力変換モジュール60が、ヒートシンク50の上面右側には、外部からバッテリ18を充電する際に用いられる急速充電用デバイス(充電用デバイス)62、ヒューズ98a、98b(図5、図7参照)等が設けられ、ヒートシンク50の左側上方には、電力変換モジュール60とアッパーケース52の電力コネクタ42a、42b、42cとを接続する三相端子64a、64b、64cが設けられている。電力変換モジュール60は、バッテリ18の直流電力を三相(U、V、W相)の交流電力に変換し、該変換した各相の交流電力を三相端子64a、64b、64cに出力する。三相端子64a、64b、64cは、その中間部がヒートシンク50の上面左側に設けられた三相端子台66に支持される。
電力変換モジュール60は、複数のスイッチング素子を有するスイッチングモジュールを筐体内に内蔵する。この複数のスイッチング素子がオンオフされることで、電力変換モジュール60は、バッテリ18からの直流電力を三相の交流電力に、又は、走行用モータ28から三相の交流電力を直流電力に変換する。
ヒートシンク50とアッパーケース52とで、急速充電用デバイス62を収納する充電デバイス室72と、ヒューズ98a、98bを収納するヒューズ室74、電力変換モジュール60を収納する電力変換室76、三相端子64a、64b、64cを収納する三相端子室78とが形成される。充電デバイス室72は、充電デバイス室72内へのアクセスを可能にするアッパーケース52の上面に形成された第1開口部72aを有し、ヒューズ室74は、ヒューズ室74内へのアクセスを可能にするアッパーケース52の上面に形成された第2開口部74aを有し、電力変換室76は、電力変換室76内へのアクセスを可能にするアッパーケース52の上面に形成された第3開口部76aを有し、三相端子室78は、三相端子室78内へのアクセスを可能にするアッパーケース52の上面に形成された第4開口部78aを有する(図4、図8参照)。電力変換モジュール60を制御するECU(制御装置)70は、急速充電用デバイス62の上方であって、充電デバイス室72内に設けられている。
上カバー54は、第1開口部72aを覆う第1上カバー54aと、第2開口部74aを覆う第2上カバー54bと、第3開口部76aを覆う第3上カバー54cと、第4開口部78aを覆う第4上カバー54dとを有する。充電デバイス室72は、ヒューズ室74、電力変換室76、及び三相端子室78より高く形成されているので、第1開口部72aは、第2開口部74a〜第4開口部78aに比べ、高い位置に形成されている。
電力変換モジュール60の上方、且つ、第3開口部76aの下方で、平滑コンデンサ96(図7参照)を有するコンデンサモジュール80がアッパーケース52の内壁に吊り下げられるように取り付けられている。平滑コンデンサ96は、電力変換モジュール60と電気的に接続され、バッテリ18からの電力を平滑化するものである。コンデンサモジュール80は、平滑コンデンサ96を筐体で収納したものである。
ロアケース56の底面には、バッテリ18を充電する充電器82と、電気自動車10に搭載された低電圧系のデバイス(電装品)に低電圧の電力を供給するためにバッテリ18の電圧を降圧させるDC/DCコンバータ84とが設けられている。DC/DCコンバータ84及び充電器82は、長方形の筐体に収納されたものであり、DC/DCコンバータ84より部品数が多く大きくなり易い充電器82の筐体は、DC/DCコンバータ84の筐体よりも大きい。
ヒートシンク50は、流体が流入される流入部86と、流体が流出する流出部88とを有する。ヒートシンク50の底面とロアケース56の上面とで前記流体が流れる流路(図示略)が形成される。流入部86から流入した前記流体は、ヒートシンク50とロアケース56によって形成された前記流路を通って流出部88から流出する。これにより、ヒートシンク50は、ヒートシンク50の上面側に設けられた電力変換モジュール60及び急速充電用デバイス62等、及び、ヒートシンク50の底面側に設けられた充電器82及びDC/DCコンバータ84が発熱した熱量を放熱させて冷却することができる。
図5はヒートシンク50の上面図、図6はロアケース56の底面図、図7はパワーコントロールユニット30の回路図である。
電力変換モジュール60は、電源コネクタ94(図7参照)に接続され、電源ケーブル34を介してバッテリ18を電源コネクタ94に接続することで、電力変換モジュール60とバッテリ18とが接続される。電力変換モジュール60とバッテリ18との間に、電圧を平滑化するコンデンサモジュール80の平滑コンデンサ96が並列に接続されている。コンデンサモジュール80は、DC/DCコンバータ84、充電器82、及び急速充電用デバイス62、及びヒューズ98a、98bとバスバーによって電気的に接続されている。
これにより、DC/DCコンバータ84、充電器82、急速充電用デバイス62、及びヒューズ98a、98bは、バッテリ18と接続される。バスバーは、銅板等の金属板を打ち抜き加工することで形成される。急速充電用デバイス62は、ダイオード(急速充電用ダイオード)100、第1メインコンタクタ(第1急速充電用コンタクタ)102、第2メインコンタクタ(第2急速充電用コンタクタ)104、抵抗R、及びプレコンタクタ106を有する。このように、高電圧部品(電力変換モジュール60、DC/DCコンバータ84、充電器82、急速充電用デバイス62)を1つの筐体に収納することで、高電圧ケーブルを用いることなくバスバーで接続することができ、パワーコントロールユニット30を小型化することができ、更に、コストが低廉になる。
コンデンサモジュール80は、図5に示すように、第1正端子110a、第1負端子110b、第2正端子112a、第2負端子112b、第3正端子114a、第3負端子114bとを有し、第1正端子110a、第2正端子112a、及び第3正端子114aは互いに導通しており、第1負端子110b、第2負端子112b、及び第3負端子114bは互いに導通している。第2正端子112a及び第2負端子112bは、バスバー115a、115b、及び、電源ケーブル94a、94b(図6参照)を介して電源コネクタ94に接続されており、これにより、第2正端子112aはバッテリ18の正極側と、第2負端子112bはバッテリ18の負極側とにそれぞれ接続される。
電力変換モジュール60は、第2正端子112a及び第2負端子112bに接続される図示しない接続正端子及び接続負端子(接続端子)を有し、電力変換モジュール60の前記接続正端子は、第2正端子112aとバスバー115aの一端とに接続され、電力変換モジュール60の前記接続負端子は、第2負端子112bとバスバー115bの一端とに接続されている。電源ケーブル94a、94bは、ヒートシンク50の下方から貫通孔50a、50bを通ってパワーコントロールユニット30内に挿入され、バスバー115a、115bの他端に接続されている。
第1正端子110aと、ヒューズ98a、98bの一端と、及びダイオード100のカソードとは、単一のバスバー116によって接続されており、バスバー116とバッテリ18とは同電位である。第1正端子110aと接続されていないヒューズ98aの他端は、エアコンコンプレッサ(空調用コンプレッサ)118に接続され、第1正端子110aと接続されていないヒューズ98bの他端は、ヒータ120に接続される(図7参照)。
ダイオード100のカソードは、抵抗R、プレコンタクタ106を介して、第1メインコンタクタ102の一端に接続され、ダイオード100のアノードは、バスバー122によって第1メインコンタクタ102の前記一端に接続される。第1負端子110bは、バスバー124によって第2メインコンタクタ104の一端に接続される。
第3正端子114aは、図5及び図6に示すように、バスバー126、128によって充電器82の第4正端子130aと、バスバー126、132によってDC/DCコンバータ84の第5正端子134aとにそれぞれ接続され、第3負端子114bは、バスバー136、138によって充電器82の第4負端子130bと、バスバー136、140によってDC/DCコンバータ84の第5負端子134bとに接続されている。
充電器82の第6正端子142a及び第6負端子142bは、ケーブル92aを介してコネクタ92に接続され、DC/DCコンバータ84の第7正端子144a及び第7負端子144bは、パワーコントロールユニット30の外部に導出したケーブル146に接続されている。これにより、DC/DCコンバータ84によって降圧された電力は、ケーブル146によって電気自動車10に搭載された低電圧系のデバイスに供給可能となる。
図6に示すようにDC/DCコンバータ84及び充電器82は、長手方向がお互いに直交するように配置され、DC/DCコンバータ84の長辺と充電器82の短辺とが隣り合うように配置されている。
コネクタ92に接続されたプラグ93が商業用コンセントに接続されることで、100V又は200Vの交流電力が充電器82に供給され、充電器82は、バッテリ18を普通充電する(図7参照)。
図8は、図5のヒートシンク50の上部にアッパーケース52を配置したときの上面図である。なお、図8においては、コンデンサモジュール80の図示を省略している。アッパーケース52には、急速充電用コネクタ148が設けられており、第1メインコンタクタ102の他端及び第2メインコンタクタ104の他端が、バスバー149a、149bを介して急速充電用コネクタ148に接続される。急速充電用コネクタ148には、サービスエリア等や給電ステーションに設けられた図示しない高圧の直流電力を供給する急速充電器の充電器側コネクタ150と接続するコネクタ152が接続される(図7参照)。前記急速充電器の充電器側コネクタ150とコネクタ152とが接続されることで、前記急速充電器はバッテリ18を急速充電する。
図9は、充電デバイス室72へのECU70の取り付けを説明する説明図、図10は、ECU70が取り付けられたパワーコントロールユニット30の一部模式断面図である。充電デバイス室72は、周壁160に囲まれており、周壁160は、アッパーケース52の外周壁162と、充電デバイス室72とヒューズ室74とを区画する区画壁164と、充電デバイス室72と電力変換室76とを区画する区画壁166とで構成されている。区画壁164、166の少なくとも1部は、アッパーケース52の外壁としての機能も果し、アルミ等の金属で構成されている。ECU70が電力変換室76より高い位置にある充電デバイス室72の周壁160に取り付けられることで、ECU70は、急速充電用デバイス62の上方且つ周壁160に囲まれた位置に配置される。このECU70の充電デバイス室72への取り付けは、ネジ170、170によって、区画壁166、及び、区画壁166に対向するアッパーケース52の外周壁162に設けられた締結部位172、172(図8参照)とECU70の締結部位174、174とを締結させることで行われる。
図10に示すように、ECU70と電力変換モジュール60との間には、区画壁166が設けられているので、電力変換モジュール60からのノイズは、アルミ等の金属で構成されている区画壁166によって遮蔽され、ECU70が受ける電力変換モジュール60からのノイズによる影響を低減させることができる。また、急速充電用デバイス62の上方にECU70を設けても、電気自動車10の走行中(ECU70によって走行用モータ28が駆動しているとき)には急速充電を行うことは無いので、ECU70の作動中に急速充電用デバイス62がノイズを発生することがなく、ECU70は、急速充電用デバイス62からのノイズによる影響を受けることがない。一方、急速充電中は、電気自動車10が走行することはないので(ECU70が作動していないので)、急速充電用デバイス62からのノイズを気にする必要がない。
このように、パワーコントロールユニット30に、電力変換モジュール60が収納される電力変換室76と、急速充電用デバイス62が収納される充電デバイス室72とが設けられ、急速充電用デバイス62の上方であって、充電デバイス室72と電力変換室76と区画する区画壁166を含む周壁160に囲まれた位置にECU70を配置したので、電力変換モジュール60からのノイズは区画壁166によって遮蔽され、ECU70が受ける電力変換モジュール60からのノイズによる影響を低減させることができる。また、ECU70が作動している場合は、急速充電用デバイス62は作動しないので、ECU70は、急速充電用デバイス62からのノイズによる影響を受けることがない。一方、急速充電デバイスが使用されている場合には、急速充電用デバイス62がノイズを発生するが、ECU70は作動していないので、急速充電用デバイス62が発生するノイズを気にする必要がない。
また、充電デバイス室72は第1開口部72aを有し、ヒューズ室74は第2開口部74aを有し、電力変換室76は第3開口部76aを有し、三相端子室78は第4開口部78aを有するので、メンテナンス性が向上し、メンテナンスをし易くなる。
更に、充電デバイス室72は、電力変換室76より高く形成されており、電力変換室76より高い位置にある充電デバイス室72の区画壁166にECU70が取り付けられるので、区画壁166は、電力変換モジュール60からのノイズを効果的遮蔽することができ、ECU70が受ける電力変換モジュール60からのノイズによる影響を更に低減させることができる。
以上、本発明について好適な実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
Claims (5)
- 直流電力を交流電力に変換する電力変換モジュール(60)と外部から車両(10)に搭載されたバッテリ(18)を充電する際に用いられる充電用デバイス(62)とが収納された、前記車両(10)に搭載されるパワーコントロールユニット(30)において、
前記電力変換モジュール(60)が収納される電力変換室(76)と、前記充電用デバイス(62)が収納される充電デバイス室(72)が設けられ、
前記電力変換室(76)と前記充電デバイス室(72)とは互いに共通の底面を有しており、前記電力変換モジュール(60)と前記充電用デバイス(62)とはそれぞれ対応する室内で前記底面に固定されており、前記充電用デバイス(62)の上方であって、前記充電デバイス室(72)と前記電力変換室(76)とを区画する区画壁(166)を含む周壁(160)に囲まれた位置に前記電力変換モジュール(60)を制御する制御装置(70)が配置されている
ことを特徴とするパワーコントロールユニット(30)。 - 請求項1に記載のパワーコントロールユニット(30)において、
前記電力変換室(76)と前記充電デバイス室(72)とはそれぞれ別の開口部(76a、72a)を有する
ことを特徴とするパワーコントロールユニット(30)。 - 請求項1又は2に記載のパワーコントロールユニット(30)において、
前記制御装置(70)は、前記周壁(160)に対して取り付けられる
ことを特徴とするパワーコントロールユニット(30)。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載のパワーコントロールユニット(30)において、
前記充電デバイス室(72)は、前記電力変換室(76)より高く形成されており、前記電力変換室(76)より高い位置にある前記充電デバイス室(72)の前記区画壁(166)に前記制御装置(70)は取り付けられている
ことを特徴とするパワーコントロールユニット(30)。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載のパワーコントロールユニット(30)において、
前記充電用デバイス(62)は、急速充電用の充電用デバイスであって、急速充電用コンタクタ(102、104)を有する
ことを特徴とするパワーコントロールユニット(30)。
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