JP5919420B1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号線への衝撃による影響を抑えられる電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は、外部から供給される電力によるバッテリ（蓄電装置）の充電を制御する充電・ＤＣＤＣコントローラ５０（充電制御部）と、バッテリの直流電圧を平滑化するコンデンサモジュール１０と、を備える。コンデンサモジュール１０とケース２との間に、充電・ＤＣＤＣコントローラ５０にコネクタ５６を介して接続される信号線５５が設けられる。コンデンサモジュール１０は、コネクタ５６に信号線５５が差し込まれる方向に延びて信号線５５が設置されるガイド面７７を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、電動自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置に関するものである。

電動自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置では、高電圧電力をやり取りするパワーモジュールや各種電子機器が備えられる。そのため、各部品の配置により筐体が大型化してしまうという問題があった。

この対処方法として、特許文献１には、蓄電装置充電パックと組み合わされて高電圧電力をやり取りする高電圧回路を含むシステムが開示されている。

特開２０１０−２５９２７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の技術では、システム内に入力される衝撃については考慮されていなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、信号線への衝撃による影響を抑えられる電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、蓄電装置と負荷との間で電力を変換する電力変換装置であって、外部から供給される電力による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御部と、前記蓄電装置の直流電圧を平滑化するコンデンサを有するコンデンサモジュールと、前記充電制御部及び前記コンデンサモジュールを収装するケースと、前記ケースに対して前記充電制御部を支持する架台と、を備え、前記コンデンサモジュールと前記ケースとの間に、前記充電制御部にコネクタを介して接続される信号線が設けられ、前記コンデンサモジュールは、前記コネクタに前記信号線が差し込まれる方向に延びて前記信号線が設置されるガイド面を有し、前記充電制御部は、前記コネクタに前記信号線が差し込まれる方向に前記コンデンサモジュールと並べて配設されることを特徴とする電力変換装置が提供される。

上記態様によれば、信号線は、コネクタに差し込まれる方向に延びるガイド面によって支持されることにより、ケース内に伝わる衝撃によって動くことが抑えられる。こうして、電力変換装置は、衝撃による信号線への影響を抑えることができる。

本発明の実施形態の電力変換装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態の電力変換装置の構成ブロック図である。 本発明の実施形態の電力変換装置の構成ブロック図である。 本発明の実施形態の電力変換装置の斜視図である。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態の電力変換装置１の機能ブロック図である。

電力変換装置１は、電動車両又はプラグインハイブリッド車両に備えられ、バッテリ５（蓄電装置）の電力をモータジェネレータ６（電動機）の駆動に適した電力に変換する。モータジェネレータ６は、電力変換装置１から供給される電力により駆動され、車両が駆動される。

電力変換装置１は、モータジェネレータ６の回生電力を直流電力に変換して、バッテリ５を充電する。また、電力変換装置１は、車両に備えられた外部コネクタから急速充電コネクタ６３又は普通充電コネクタ８１から電力が供給されることで、バッテリ５を充電する。

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、バッテリ５が、充電される。

モータジェネレータ６は、例えば永久磁石同期電動機として構成される。モータジェネレータ６は、電力変換装置１から供給される交流電力により駆動されて、車両を駆動する。車両が減速するときは、モータジェネレータ６が回生電力を発生する。

電力変換装置１は、ケース２内に、コンデンサモジュール１０、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、充電装置４０、充電・ＤＣＤＣコントローラ５０及びインバータコントローラ７０を備える。これら各部は、バスバー又は配線により電気的に接続される。

コンデンサモジュール１０は、複数のコンデンサにより構成される。コンデンサモジュール１０は、直流電圧を平滑化することで、ノイズの除去や電圧変動の抑制を行なう。コンデンサモジュール１０は、第１バスバー１１と、第２バスバー１２と、電力配線１３とを備える。

第１バスバー１１は、パワーモジュール２０に接続される。第２バスバー１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、リレー６１、バッテリ５及び電動コンプレッサ（図示せず）に接続される。電力配線１３は、可撓性を有するケーブルにより構成され、充電装置４０に接続される。第１バスバー１１と、第２バスバー１２と、電力配線１３とは、コンデンサモジュール１０の内部で正極と負極とを共用する。

パワーモジュール２０は、複数のパワー素子（図示せず）をＯＮ／ＯＦＦすることにより直流電力と交流電力とを相互に変換する。複数のパワー素子は、パワーモジュール２０に備えられるドライバ基板２１によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。

パワーモジュール２０は、コンデンサモジュール１０の第１バスバー１１に接続される。第１バスバー１１は、正極及び負極からなる３組のバスバーからなる。パワーモジュール２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の出力バスバー２４を備える。出力バスバー２４は、電流センサ２２に接続される。電流センサ２２は、モータジェネレータ６側に三相の交流電力を出力するモータ側バスバー２５を備える。

インバータコントローラ７０は、車両のコントローラ（図示せず）からの指示及び電流センサ２２からのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流の検出結果に基づいて、パワーモジュール２０を動作させる信号をドライバ基板２１に出力する。ドライバ基板２１は、インバータコントローラからの信号に基づいて、パワーモジュール２０を制御する。インバータコントローラ７０、ドライバ基板２１、パワーモジュール２０及びコンデンサモジュール１０により、直流電力と交流電力とを相互に変換するインバータモジュールが構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、バッテリ５から供給される直流電力の電圧を変換して、他の機器へと供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、バッテリ５の直流電力（例えば４００Ｖ）を１２Ｖの直流電力に降圧する。降圧された直流電力は、車両に備えられるコントローラや照明、ファン等の電源として供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、第２バスバー１２を介してコンデンサモジュール１０及びバッテリ５に接続される。

充電装置４０は、車両に備えられる普通充電コネクタ８１から供給される商用電源（例えば交流２００Ｖ）を直流電力（例えば５００Ｖ）に変換する。充電装置４０により変換された直流電力は、電力配線１３からコンデンサモジュール１０を介してバッテリ５に供給される。これによりバッテリ５が充電される。

ＰＤＭ（Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｒｉｖｅｒｙ Ｍｏｄｕｌｅ）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の充電を制御する充電制御部として設けられる。具体的には、充電・ＤＣＤＣコントローラ５０は、車両のコントローラからの指示に基づいて、充電装置４０による普通充電コネクタ８１を介したバッテリ５の充電、急速充電コネクタ６３を介したバッテリ５の充電及びモータジェネレータ６の駆動を制御する。

リレーコントローラ６０は、充電・ＤＣＤＣコントローラ５０の制御により、リレー６１の断続を制御する。リレー６１は、正側リレー６１ａ及び負側リレー６１ｂにより構成される。リレー６１は、急速充電コネクタ６３が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。

図２及び図３は、本実施形態の電力変換装置１の構成ブロック図である。図２は電力変換装置１の上面図であり、図３は、電力変換装置１の側面図である。

ケース２の内部では、コンデンサモジュール１０の周囲に、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０が配置される。

より具体的には、コンデンサモジュール１０は、ケース２の内部において、パワーモジュール２０と充電装置４０との間に配置される。コンデンサモジュール１０はＤＣ／ＤＣコンバータ３０に積層され、コンデンサモジュール１０の下方側にＤＣ／ＤＣコンバータ３０が配置される。充電装置４０は充電・ＤＣＤＣコントローラ５０に積層され、充電・ＤＣＤＣコントローラ５０の下方側に充電装置４０が配置される。

コンデンサモジュール１０の一方の側面には、第１バスバー１１が突出する。第１バスバー１１には、パワーモジュール２０が直接螺合等により接続される。パワーモジュール２０において、第１バスバー１１とは逆側に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の出力バスバー２４が突出する。

出力バスバー２４には、電流センサ２２が直接螺合等により接続される。電流センサ２２の下方側（図３参照）には、モータ側バスバー２５が突出する。モータ側バスバー２５は、パワーモジュール２０の出力バスバー２４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに直接接続され、３相の交流電力を出力する。モータ側バスバー２５は、ケース２から露出して構成され、ハーネス等によりモータジェネレータ６に接続する。

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とが積層して配置される。

コンデンサモジュール１０の底面側には、第２バスバー１２が突出する。第２バスバー１２は、コンデンサモジュール１０の下方に積層して配置されるＤＣ／ＤＣコンバータ３０に直接螺合により接続される。第２バスバー１２は、正側リレー６１ａ及び負側リレー６１ｂへと接続される。

第２バスバー１２は、バッテリ５へと接続するバッテリ側コネクタ５１と、電動コンプレッサへと接続す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。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、バスバー３１を介して車両側コネクタ８２に接続される。車両側コネクタ８２は、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に接続される。

コンデンサモジュール１０の第１バスバー１１とは反対の側には、電力配線１３が突出する。電力配線１３は、可撓性を有する柔軟なケーブルであり、充電装置４０に接続される。充電装置４０は普通充電コネクタ８１にバスバー４１を介して接続する。

ケース２は、上ケース２ａと下ケース２ｂとにより構成される。下ケース２ｂには冷却水流路４が形成されている。冷却水流路４には配管９６、９７（図４参照）を通じて矢印で示すように冷却水（冷却媒体）が流通するように構成される。冷却水流路４の直上に載置されるパワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、及び充電装置４０は、冷却水によって順に冷却される。

このようにして、コンデンサモジュール１０と、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０とが隣接して配置され、第１バスバー１１、第２バスバー１２及び電力配線１３により接続されるので、コンデンサモジュール１０と、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０との距離を短くできる。これにより、直流電力の経路での抵抗（Ｒ）やインダクタンス（Ｌ）を小さくすることができ、電力の損失を少なくすることができる。

さらに、コンデンサモジュール１０を、発熱量が多いパワーモジュール２０と充電装置４０との間に配置したので、パワーモジュール２０と充電装置４０とで互いに熱による影響を与えることを抑制できる。特に、パワーモジュール２０の動作（モータジェネレータ６の力行、回生）と、充電装置４０の動作（普通充電コネクタ８１を介したバッテリ５の充電）とは同時に実行されることがないので、これらの間での熱による影響を排除することができる。

信号コネクタ６５は、電力変換装置１のＤＣ／ＤＣコンバータ３０、充電装置４０、充電・ＤＣＤＣコントローラ５０及びインバータコントローラ７０に接続される信号線５５、５９等（図４参照）を、ケース２の外部とで接続する。

信号コネクタ６５から充電・ＤＣＤＣコントローラ５０に至る信号線５５は、充電・ＤＣＤＣコントローラ５０からリレーコントローラ６０に至る信号線６２と同梱されて、コンデンサモジュール１０とケース２との間を経由して充電・ＤＣＤＣコントローラ５０のコネクタ５６に接続される。

図４は、下ケース２ｂに上ケース２ａを組み付ける前の状態を示す電力変換装置１の斜視図である。なお、説明の簡略化のため、電力変換装置１は一部を省略して図示している。

下ケース２ｂには、充電装置４０の上方にベース５３（架台）が取り付けられる。ベース５３の上には、充電・ＤＣＤＣコントローラ５０を構成するＤＣＤＣ基板５７が取り付けられる。

ＤＣＤＣ基板５７上には、信号線５５が接続されるコネクタ５６と、信号線６２が接続されるコネクタ６６と、が取り付けられる。コネクタ５６、６６は、ＤＣＤＣ基板５７から上方に突出して設けられる。コネクタ５６、６６は、信号線５５、６２が差し込まれる開口がそれぞれコンデンサモジュール１０の上方に向くように配置される。

信号線５５、６２は、可撓性を有するケーブルによって構成される。コンデンサモジュール１０の上部には、信号線５５、６２が設置されるガイド面７７が設けられる。

コンデンサモジュール１０は、下ケース２ｂに取り付けられるコンデンサカバー７５を備え、コンデンサカバー７５の上面にガイド面７７が形成される。コンデンサカバー７５の下方には、コンデンサモジュール１０を構成する複数のコンデンサ（図示せず）が設けられる。コンデンサの下方には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０が設けられる。

コンデンサカバー７５のガイド面７７は、ＤＣＤＣ基板５７の延長方向に延びるように形成される。ガイド面７７とＤＣＤＣ基板５７の上面５８とは、互いに同一平面上（面一）に並ぶように設けられる。この位置関係は、下ケース２ｂの底壁９０に対するベース５３の高さを任意に設定することにより得られる。

コンデンサカバー７５には、信号線５５、６２をコネクタ５６、６６に差し込まれる方向に案内する複数のガイド部７８が形成される。各ガイド部７８は、コネクタ５６、６６に差し込まれた信号線５５、６２に沿って並ぶように配置される。

ガイド部７８は、ガイド面７７から突出する突出部７８ａと、突出部７８ａから曲がってガイド面７７の上方に延びるフック状の延設部７８ｂと、を有する。ガイド面７７と各ガイド部７８との間には、コネクタ５６、６６に差し込まれる信号線５５、６２を案内する空間が形成される。

電力変換装置１を組み立てる際に、下ケース２ａに取り付けられた信号コネクタ６５から延びる信号線５５は、コンデンサモジュール１０と上ケース２ａとの間を通して、コネクタ５６に差し込まれる。リレーコントローラ６０に設けられるコネクタ６８から延びる信号線６２は、コンデンサモジュール１０と上ケース２ａとの間を通して、コネクタ６６に差し込まれる。このときに、ガイド面７７がコネクタ５６、６６が取り付けられるＤＣＤＣ基板５７の延長方向に延びてＤＣＤＣ基板５７の上面５８と同一平面上に並んでいるため、信号線５５、６２がガイド面７７及び各ガイド部７８によって案内されてコネクタ５６、６６に差し込まれる。こうして、信号線５５、６２の組み付け作業が円滑に行われる。

コネクタ５６、６６にそれぞれ差し込まれた信号線５５、６２は、コンデンサモジュール１０に設けられたガイド面７７及び各ガイド部７８によって支持される。信号線５５、６２は、コネクタ５６、６６に差し込まれる方向に延びるガイド面７７の上に設置されるため、車両から受ける振動や衝撃によってケース２内で動くことが抑えられる。これにより、信号線５５、６２のコネクタ５６、６６に対する接続状態が維持され、充電・ＤＣＤＣコントローラ５０の送受信が安定して行われる。

信号線５５、６２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０との間にコンデンサモジュール１０が配置されるため、ノイズ発生源となるＤＣ／ＤＣコンバータ３０、第１バスバー１１、及び第２バスバー１２等に対する距離が確保される。そして、コンデンサモジュール１０は、コンデンサの導電材がノイズを遮断する機能を果たす。これにより、ケース２内でコンデンサモジュール１０の下方に配置されるＤＣ／ＤＣコンバータ３０、第１バスバー１１、及び第２バスバー１２等から発生するノイズが信号線５５、６２に入力されることがコンデンサモジュール１０によって抑えられる。

こうして、電力変換装置１は、ノイズ及び衝撃による影響が抑えて充電・ＤＣＤＣコントローラ５０とコンデンサモジュール１０とが並んで配置されるため、装置の小型化が図れる。

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。

１ 電力変換装置
２ ケース
１０ コンデンサモジュール
２０ パワーモジュール
３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５０ 充電・ＤＣＤＣコントローラ（充電制御部）
５５ 信号線
５６ コネクタ
５７ ＤＣＤＣ基板（基板）
５８ 上面
７７ ガイド面
７８ ガイド部

Claims (5)

1. 蓄電装置と負荷との間で電力を変換する電力変換装置であって、
   外部から供給される電力による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御部と、
   前記蓄電装置の直流電圧を平滑化するコンデンサを有するコンデンサモジュールと、
   前記充電制御部及び前記コンデンサモジュールを収装するケースと、
   前記ケースに対して前記充電制御部を支持する架台と、を備え、
   前記コンデンサモジュールと前記ケースとの間に、前記充電制御部にコネクタを介して接続される信号線が設けられ、
   前記コンデンサモジュールは、前記コネクタに前記信号線が差し込まれる方向に延びて前記信号線が設置されるガイド面を有し、
   前記充電制御部は、前記コネクタに前記信号線が差し込まれる方向に前記コンデンサモジュールと並べて配設されることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記コネクタは、前記充電制御部の基板から突出して設けられ、
   前記ガイド面は、前記基板の延長方向に延びることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置であって、
   前記ガイド面は、前記基板の上面と同一平面上に並ぶように配置されることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、
   前記ガイド面から突出して前記信号線を前記コネクタに差し込まれる方向に案内するガイド部を備えることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、
   前記ケース内には、前記蓄電装置の直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータがさらに収装され、
   前記コンデンサモジュールは、前記信号線と前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に配置されることを特徴とする電力変換装置。

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