JP6477304B2 - 半導体モジュールユニット - Google Patents

Description

本発明は、半導体モジュールユニットに関し、詳しくは、半導体素子が内蔵された複数の半導体モジュールと複数の冷却器とが交互に積層されてなる積層体を有する半導体モジュールユニットに関する。

従来、この種の半導体モジュールユニットとしては、複数のパワーモジュールと、複数の冷媒通路と、第１，第２パイプとを備え、バッテリの電圧を変換する電圧コンバータとインバータと共に自動車に搭載されているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。パワーモジュールは、電圧コンバータやインバータを構成するスイッチング素子を内蔵している。複数の冷媒通路は、冷媒が流通し、パワーモジュールと交互に積層されている。第１パイプは、冷媒通路と内部が連通し、冷媒が供給されている。第２パイプは、冷媒通路と内部が連通し、冷媒が排出される。この半導体モジュールユニットは、第１パイプ、第２パイプの開口が水平方向に対して斜め下方に向くよう、自動車に取り付けられている。

特開２０１３−５１８４８号公報

上述の半導体モジュールユニットでは、第１パイプ、第２パイプの開口が水平方向に対して斜め下方に向くよう自動車に取り付けられているから、何らかの異常で冷媒の循環が停止したり冷媒漏れが生じたりすると、冷媒通路内に残留していた冷媒が第１パイプや第２パイプから斜め下方へ流出し、冷媒量の低下によってパワーモジュールに対する冷却性能が低下してしまう。また、冷媒が斜め下方へ流出すると、特に、上方における冷媒量が低下し、上方に配置されたパワーモジュールの温度が上昇する。パワーモジュールの温度が上昇すると、パワーモジュールに内蔵されているスイッチング素子の駆動を制限する制御が行われる。パワーモジュールが内蔵するスイッチング素子が走行用のモータを駆動するためのものである場合、スイッチング素子の駆動が制限されると、走行性能が大きく低下してしまう。そのため、走行用のモータを駆動するためのインバータを構成するスイッチング素子を内蔵したパワーモジュールの温度上昇は、特に、抑制されることが望ましい。

本発明の半導体モジュールユニットは、冷媒の循環が停止した場合において、半導体素子を内蔵した半導体モジュールの温度上昇、特に、走行用のモータを駆動するためのインバータを構成するスイッチング素子を内蔵する半導体モジュールの温度上昇を抑制することを主目的とする。

本発明の半導体モジュールユニットは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の半導体モジュールユニットは、
半導体素子が内蔵された複数の半導体モジュールと、冷媒が流通し前記複数の半導体モジュールと熱交換可能な複数の冷却器と、を有し、前記複数の半導体モジュールと前記複数の冷却器とが交互に積層されてなり、前記複数の半導体モジュールのうちの一部には前記半導体素子としてバッテリからの電力を昇圧する昇圧コンバータを構成する昇圧用スイッチング素子が内蔵され、前記複数の半導体モジュールのうちの残りには、前記半導体素子として昇圧コンバータからの電力を用いてモータを駆動するインバータを構成するインバータ用スイッチング素子が内蔵された積層体と、
前記複数の冷却器と連通し、前記積層体の積層方向における一方の端部側から冷媒が供給される供給管と、
前記複数の冷却器と連通し、前記積層体の前記一方の端部側から冷媒を排出する排出管と、
を備え、
前記モータおよび前記バッテリと共に車両に搭載される半導体モジュールユニットであって、
前記積層体は、前記一方の端部側が水平方向に対して斜め上方となるように、前記水平方向に対して角度を持って配置されており、
前記インバータ用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールは、前記昇圧用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールより前記積層体の前記一方の端部と反対側に配置されている、
ことを要旨とする。

この本発明の半導体モジュールユニットでは、複数の半導体モジュールと複数の冷却器とが交互に積層され積層体を備える。積層体の複数の半導体モジュールのうちの一部には半導体素子としてバッテリからの電力を昇圧する昇圧コンバータを構成する昇圧用スイッチング素子が内蔵され、複数の半導体モジュールのうちの残りには、半導体素子として昇圧コンバータからの電力を用いてモータを駆動するインバータを構成するインバータ用スイッチング素子が内蔵されている。積層体には、複数の冷却器と連通し、積層体の積層方向における一方の端部側から冷媒が供給される供給管と、複数の冷却器と連通し、積層体の積層方向における一方の端部側から冷媒が排出される排出管と、が取り付けられている。積層体は、一方の端部側が水平方向に対して斜め上方となるように、水平方向に対して角度を持って配置されている。したがって、冷媒の循環が停止したり冷媒漏れが生じたりするなど供給管への冷媒の供給に何らかの異常が生じたときに、冷媒を冷却器内に保持することができ、半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。インバータ用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールは、昇圧用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールより一方の端部と反対側に配置されている。積層体が一方の端部側が水平方向に対して斜め上方となるように、水平方向に対して角度を持って配置されており、インバータ用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールが、昇圧用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールより一方の端部と反対側に配置されているから、供給管への冷媒の供給に何らかの異常が生じたときに、特に、一方の端部と反対側に配置された冷却器、すなわち、インバータ用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールを冷却する冷却器に冷媒をより確実に保持することができる。これにより、特に、インバータ用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールの温度の上昇を抑制することができる。

本発明の一実施例としての半導体モジュールユニットが搭載されたハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機系の構成の概略を示す構成図である。 半導体モジュールユニット９０を車両の側面方向から眺めたときの外観を説明するための説明図である。 半導体モジュールユニット９０を車両の上面方向から眺めたときの外観を説明するための説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての半導体モジュールユニットが搭載されたハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、昇圧コンバータ５６と、システムメインリレー（以下、「ＳＭＲ」という）５５と、ＨＶユニット冷却装置６０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４によって運転制御されている。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートから入力されている。エンジンＥＣＵ２４に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・エンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランク角θｃｒ
・スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度ＴＨ

エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４から出力される制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの制御信号
・燃料噴射弁への制御信号
・イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号

エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサからのクランク角θｃｒに基づいて、クランクシャフト２６の回転数、即ち、エンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、エンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを備える周知の同期発電電動機として構成されており、上述したように回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、モータＭＧ１と同様に同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータＥＣＵ４０によってインバータ４１，４２を制御することにより駆動する。インバータ４１，４２は、電力ライン（以下、駆動電圧系電力ラインという。）５４ａによりバッテリ５０とシステムメインリレー５５が接続された電力ライン（以下、電池電圧系電力ラインという。）５４ｂに接続された昇圧コンバータ５６に接続されている。インバータ４１，４２は、図２に示すように、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれ駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ４１，４２に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合を調節することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータＭＧ１，ＭＧ２を回転駆動することができる。インバータ４１，４２は、駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線と負極母線とを共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。

昇圧コンバータ５６は、図２に示すように、２つのトランジスタＴ５１，Ｔ５２とトランジスタＴ５１，Ｔ５２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ５１，Ｄ５２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ５１，Ｔ５２は、それぞれ駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線，駆動電圧系電力ライン５４ａおよび電池電圧系電力ライン５４ｂの負極母線に接続されており、トランジスタＴ５１，Ｔ５２の接続点と電池電圧系電力ライン５４ｂの正極母線とにリアクトルＬが接続されている。したがって、トランジスタＴ５１，Ｔ５２をオンオフすることにより、電池電圧系電力ライン５４ｂの電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン５４ａに供給したり、駆動電圧系電力ライン５４ａの電力を降圧して電池電圧系電力ライン５４ｂに供給したりすることができる。

駆動電圧系電力ライン５４ａには、平滑用の平滑コンデンサ５７と放電用の放電抵抗５８とが並列に接続されている。また、電池電圧系電力ライン５４ｂのバッテリ５０の出力端子側には、正極側リレーＳＢと負極側リレーＳＧとプリチャージ用リレーＳＰとプリチャージ用抵抗ＲＰとからなるＳＭＲ５５が取り付けられており、さらに、電池電圧系電力ライン５４ｂの昇圧コンバータ５６側には、平滑用の平滑コンデンサ５９が接続されている。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサからの回転位置θｍ１，θｍ２
・モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流
・平滑コンデンサ５７の端子間に取り付けられた電圧センサ５７ａからの平滑コンデンサ５７の電圧（駆動電圧系電力ライン５４ａの電圧）ＶＨ
・平滑コンデンサ５９の端子間に取り付けられた電圧センサ５７ａからの平滑コンデンサ５９の電圧（電池電圧系電力ライン５４ｂの電圧）ＶＬ

モータＥＣＵ４０からは、種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０から出力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・インバータ４１，４２の図示しないトランジスタへのスイッチング制御信号
・昇圧コンバータ５６の図示しないトランジスタへのスイッチング制御信号

モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２，昇圧コンバータ５６を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。モータＥＣＵ４０は、図示しない回転位置検出センサからのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。

実施例では、主としてインバータ４１，４２についてはＵ相，Ｖ相，Ｗ相の上下各アーム毎に、昇圧コンバータ５６について上下アームにモジュール化され、これらが積層されて半導体モジュールユニット９０を構成している。半導体モジュールユニット９０の構成については、後述する。

バッテリ５０は、定格電圧が所定電圧（例えば、２６０Ｖや２８０Ｖ，３００Ｖなど）のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、ＳＭＲ５５を介して電池電圧系電力ライン５４ｂに接続されている。バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２によって管理されている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ５２に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサからの電池電圧Ｖｂ
・バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ｉｂ
・バッテリ５０に取り付けられた温度センサからの電池温度Ｔｂ

バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからの電池電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。

ＨＶユニット冷却装置６０は、冷却水（ＬＬＣ（ロングライフクーラント））と外気との熱交換を行なうラジエータ６２と、ラジエータ６２，半導体モジュールユニット９０，モータＭＧ１，ＭＧ２にこの順に冷却水を循環させる図示しない循環流路６４と、ラジエータ６２の図示しないラジエータキャップと循環流路６４との間に設けられ冷却水を一時的に貯蔵するリザーバータンク６５と、冷却水を圧送する電動ポンプ６６と、を備える。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号
・シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ
・アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ
・ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ
・車速センサ８８からの車速Ｖ

ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては以下の（１）〜（３）のものがある。
（１）トルク変換運転モード：要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する運転モード
（２）充放電運転モード：要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する運転モード
（３）モータ運転モード：エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力を駆動軸３６に出力するよう運転制御する運転モード

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令とモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とに基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するのに必要な電圧を求めて目標電圧指令ＶＨ＊を設定し、駆動電圧系電圧ＶＨが設定した目標電圧指令ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ５６の２つのトランジスタＴ５１，Ｔ５２をスイッチング制御する。

実施例のハイブリッド自動車２０では、インバータ４１，４２の温度が所定温度Ｔｒｅｆ１を超えたときや昇圧コンバータ５６の温度が所定温度Ｔｒｅｆ２を超えたときには、インバータ４１，４２や昇圧コンバータ５６の駆動を制限して、インバータ４１，４２や昇圧コンバータ５６の温度の上昇を抑制している。

また、ＨＶユニット冷却装置６０に何らかの異常が生じているときには、昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１をオンすると共にトランジスタＴ５２をオフとする上アームオン制御を行なう。

次に、半導体モジュールユニット９０の構成について説明する。図３は、半導体モジュールユニット９０の車両の側面方向から眺めたときの外観の概略を説明するための説明図であり、図４は、半導体モジュールユニット９０を車両の上面方向から眺めたときの外観の概略を説明するための説明図である。半導体モジュールユニット９０は、半導体モジュール９２ａ〜９２ｈと９つの冷却器９４とが交互に積層されて構成された積層体９６と、積層体９６の積層方向（図３における斜め上下方向、図４における左右方向）における右側の端部９０ａ側に取り付けられ冷却水が供給・排出される供給管９８ａ，排出管９８ｂと、を備えている。

半導体モジュール９２ａ〜９２ｈは、端部９０ａとは反対側の端部９０ｂから端部９０ａに向けてこの順に配置されている。半導体モジュール９２ａは、インバータ４１の駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるようペアで配置されたトランジスタＴ１１，Ｔ１４とそれらに逆方向に並列接続されたダイオードＤ１１，Ｄ１４を内蔵している。半導体モジュール９２ｂ，９２ｃは、半導体モジュール９２ａと同様に、インバータ４１の駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されたトランジスタとそれらに逆方向に並列接続されたダイオードとを内蔵している。半導体モジュール９２ｄは、インバータ４２の駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるようペアで配置されたトランジスタＴ２１，Ｔ２４とそれらに逆方向に並列接続されたダイオードＤ２１，Ｄ２４を内蔵している。半導体モジュール９２ｅ，９２ｆは、半導体モジュール９２ｄと同様に、インバータ４２の駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されたトランジスタとそれらに逆方向に並列接続されたダイオードを内蔵している。半導体モジュール９２ｇは、昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１とトランジスタＴ５１に逆方向に並列接続されたダイオードＤ５１を内蔵している。半導体モジュール９２ｈは、昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５２とトランジスタＴ５２に逆方向に並列接続されたダイオードＤ５２を内蔵している。

９つの冷却器９４は、ＨＶユニット冷却装置６０の循環流路６４の一部をなし、内部に冷却水が流通している。各冷却器９４は、半導体モジュール９２ａ〜９２ｈのうちそれぞれ隣合うモジュールを冷却している。

供給管９８ａ，排出管９８ｂは、ＨＶユニット冷却装置６０の循環流路６４の一部をなし、各冷却器９４と連通している。供給管９８ａには、ラジエータ６２からの冷却水が供給されている。供給管９８ａに供給された冷却水は、各冷却器９４を流通し、排出管９８ｂから電動ポンプ６６側に排出される。排出管９８ｂは、リザーバータンク６５の底部に連通しており、端部９０ｂは、図３に示すように、リザーバータンク６５より低い位置に配置されている。

こうして構成された半導体モジュールユニット９０において、積層体９６は、図３に示すように、端部９０ａが水平方向（図２における左右の方向）に対して斜め上方となるように、図中両端矢印で示した車両の水平方向に対して角度（例えば、２０度，３０度，４０度など）を持って配置されている。したがって、電動ポンプ６６の駆動が停止して冷却水の循環が停止したときには、インバータ４１，４２を駆動するためのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６や昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１，５２の熱で気化した各冷却器９４内の冷却水が上方の供給管９８ａ，排出管９８ｂやリザーバータンク６５に移動し、リザーバータンク６５や供給管９８ａ，排出管９８ｂに残留している液化した冷却水が重力によって各冷却器９４に移動する。また、ラジエータ６２などで冷却水漏れが生じてＨＶユニット冷却装置６０の全体で残留している冷却水量が低下したときには、端部９０ａが水平方向（図２における左右の方向）に対して斜め上方となるよう配置されているから、供給管９８ａ，排出管９８ｂからの冷却水の流出が抑制される。このように、積層体９６を、端部９０ａを水平方向に対して斜め上方となるように、車両の水平方向に対して角度を持って配置することにより、冷却水の循環が停止したり冷却水漏れが生じたりするなど供給管９８ａへの冷却水の供給に何らかの異常が生じたときにおいて、各冷却器９４内、特に、端部９０ｂ側に配置された冷却器９４内に冷却水を保持することができる。したがって、各冷却器９４、特に、端部９０ｂ側に配置された冷却器９４の冷却性能の低下を抑制することができる。

また、冷却水の供給に異常が生じていないときに、積層体９６を水平方向に対して角度を持たせずに（水平方向に平行に）配置すると、各冷却器９４のうち端部９０ａ側に配置された冷却器の流量が高くなり、各冷却器９４の冷却性能にばらつきが生じると考えられる。実施例では、積層体９６を水平方向に対して角度を持って配置することにより、各冷却器９４の流量のばらつきを抑制することができる。したがって、各冷却器９４の冷却性能のばらつきを抑制することができる。

さらに、端部９０ｂ側には、インバータ４１，４２を駆動するためのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６などが内蔵された半導体モジュール９２ａ〜９２ｆが配置されている。上述したように、供給管９８ａへの冷却水の供給に何らかの異常が生じたときには、特に、端部９０ｂ側に配置された冷却器９４、すなわち、半導体モジュール９２ａ〜９２ｆに隣接する冷却器９４に冷却水を保持することができる。したがって、半導体モジュール９２ａ〜９２ｆの温度上昇を、特に、抑制することができる。インバータ４１，４２の温度が上昇して所定温度Ｔｒｅｆを超えると、上述したように、インバータ４１，４２の駆動が制限され、走行性能が低下する場合がある。実施例では、こうした異常時に、インバータ４１，４２を構成するトランジスタ等を内蔵する半導体モジュール９２ａ〜９２ｆの温度上昇を抑制することができるから、インバータ４１，４２の駆動が制限されることを抑制することができる。したがって、走行性能が低下することを抑制できる。

なお、冷却水の供給に何らかの異常が生じると、端部９０ａ側に配置された半導体モジュール９２ｇ，９２ｈに冷却水が充分に供給されなくなる場合がある。冷却水の供給に何らかの異常が生じると、上述したように、昇圧コンバータ５６では上アームオン制御が実行されて、昇圧コンバータ５６を構成するトランジスタＴ５１，Ｔ５２のスイッチングが行われないから、昇圧コンバータ５６の損失が小さくなる。そのため、冷却水が充分に供給されなくなっても、昇圧コンバータ５６の温度がさほど上昇せず、昇圧コンバータ５６が駆動制限される機会が少なくなる。したがって、走行性能が低下することを抑制できる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、積層体９６は、端部９０ａ側が水平方向に対して斜め上方となるように、水平方向に対して角度を持って配置されているから、半導体モジュール９２ａ〜９２ｈの温度の上昇を抑制することができる。

さらに、インバータ４１，４２のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６を内蔵する半導体モジュール９２ａ〜９２ｆは、昇圧コンバータ５６のトランジスタＴ５１，５６を内蔵する半導体モジュール９２ｇ，９２ｈより端部９０ｂ側に配置されているから、冷却水の供給に何らかの異常が生じたときに、特に、半導体モジュール９２ａ〜９２ｆの温度の上昇を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、半導体モジュール９２ａ〜９２ｃを、半導体モジュール９２ｄ〜９２ｆより端部９０ｂ側に配置したが、半導体モジュール９２ｄ〜９２ｆを半導体モジュール９２ａ〜９２ｃより端部９０ｂ側に配置してもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、インバータ４１を構成するトランジスタＴ１１〜Ｔ１６やダイオードＤ１１〜Ｄ１６を半導体モジュール９２ａ〜９２ｃに分けて搭載するものとしたが、インバータ４１を構成するトランジスタＴ１１〜Ｔ１６やダイオードＤ１１〜Ｄ１６を１つの半導体モジュールに搭載したり、２つまたは４つ以上の半導体モジュールに分けて搭載してもよい。同様に、インバータ４２を構成するトランジスタＴ２１〜Ｔ２６，ダイオードＤ２１〜Ｄ２６についても、１つの半導体モジュールに搭載したり、２つまたは４つ以上の半導体モジュールに搭載してもよい。さらに、昇圧コンバータ５６を構成するトランジスタＴ５１，Ｔ５２，ダイオードＤ５１，Ｄ５２を１つの半導体モジュールに搭載したり、３つ以上の半導体モジュールに分けて搭載してもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、積層体９６は、昇圧コンバータ５６を構成するトランジスタＴ５１，Ｔ５２，ダイオードＤ５１，Ｄ５２を内蔵する半導体モジュール９２ｇ，９２ｈと、インバータ４１を構成するトランジスタＴ１１〜Ｔ１６やダイオードＤ１１〜Ｄ１６を内蔵する半導体モジュール９２ａ〜９２ｃと、インバータ４２を構成するトランジスタＴ２１〜Ｔ２６，ダイオードＤ２１〜Ｄ２６を内蔵する半導体モジュール９２ｄ〜９２ｆと、を備えるものとしたが、インバータ４１を構成するトランジスタ等を内蔵する半導体モジュールおよびインバータ４２を構成するトランジスタ等を内蔵する半導体モジュールの少なくとも一方と昇圧コンバータ５６を構成するトランジスタ等を内蔵する半導体モジュールとを備えるものとすればよいから、例えば、半導体モジュール９２ｄ〜９２ｆを含まずに半導体モジュール９２ａ〜９２ｃと半導体モジュール９２ｇ，９２ｈとを備えるものとしてもよいし、半導体モジュール９２ａ〜９２ｃを含まずに半導体モジュール９２ｄ〜９２ｆと半導体モジュール９２ｇ，９２ｈとを備えるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、端部９０ｂをリザーバータンク６５の底部より低くするものとしたが、端部９０ｂをリザーバータンク６５の底部と同じ高さにしたり、端部９０ｂをリザーバータンク６５の底部より高くしてもよい。

実施例では、本発明を、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、昇圧コンバータ５６とを備えるハイブリッド自動車に適用するものとしたが、走行用のモータと、インバータと、バッテリからの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータとを備える自動車であれば、如何なるものに適用しても構わない。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、半導体モジュール９２ａ〜９２ｈが「半導体モジュール」に相当し、冷却器９４が「冷却器」に相当し、積層体９６が「積層体」に相当し、供給管９８ａが「供給管」に相当し、排出管９８ｂが「排出管」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、半導体モジュールユニットの製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジンＥＣＵ、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、４０ モータＥＣＵ、４１ インバータ、４２ インバータ、５０ バッテリ、５２ バッテリＥＣＵ、５４ａ 駆動電圧系電力ライン、５４ｂ 電池電圧系電力ライン、５５ システムメインリレー（ＳＭＲ）、５６ 昇圧コンバータ、５７ 平滑コンデンサ、５７ａ 電圧センサ、５８ 放電抵抗、５９ 平滑コンデンサ、５９ａ 電圧センサ、６０ ＨＶユニット冷却装置、６２ ラジエータ、６４ 循環流路、６５ リザーバータンク、６６ 電動ポンプ、７０ ＨＶＥＣＵ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、９０ 半導体モジュールユニット、９０ａ，９０ｂ 端部、９２ 半導体モジュールユニット、９２ａ〜９２ｈ 半導体モジュール、９４ 冷却器、９６ 積層体、９８ａ 供給管、９８ｂ 排出管、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ５１，Ｄ５２ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、ＳＢ 正極側リレー、ＳＧ 負極側リレー、ＳＰ プリチャージリレー、ＲＰ プリチャージ用抵抗、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ５１，Ｔ５２ トランジスタ。

Claims (1)

1. 半導体素子が内蔵された複数の半導体モジュールと、冷媒が流通し前記複数の半導体モジュールと熱交換可能な複数の冷却器と、を有し、前記複数の半導体モジュールと前記複数の冷却器とが交互に積層されてなり、前記複数の半導体モジュールのうちの一部には前記半導体素子としてバッテリからの電力を昇圧する昇圧コンバータを構成する昇圧用スイッチング素子が内蔵され、前記複数の半導体モジュールのうちの残りには、前記半導体素子として昇圧コンバータからの電力を用いてモータを駆動するインバータを構成するインバータ用スイッチング素子が内蔵された積層体と、
   前記複数の冷却器と連通し、前記積層体の積層方向における一方の端部側から冷媒が供給される供給管と、
   前記複数の冷却器と連通し、前記積層体の前記一方の端部側から冷媒を排出する排出管と、
   を備え、
   前記モータおよび前記バッテリと共に車両に搭載される半導体モジュールユニットであって、
   前記積層体は、前記一方の端部側が水平方向に対して斜め上方となるように、前記水平方向に対して角度を持って配置されており、
   前記インバータ用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールは、前記昇圧用スイッチング素子を内蔵する半導体モジュールより前記積層体の前記一方の端部と反対側に配置されている、
   半導体モジュールユニット。

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