KR20180111564A - 차량 - Google Patents

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KR20180111564A
KR20180111564A KR1020180034886A KR20180034886A KR20180111564A KR 20180111564 A KR20180111564 A KR 20180111564A KR 1020180034886 A KR1020180034886 A KR 1020180034886A KR 20180034886 A KR20180034886 A KR 20180034886A KR 20180111564 A KR20180111564 A KR 20180111564A
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motor
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게이스케 사와자키
겐시 야마나카
류스케 바바
히로미 야마사키
히토시 이무라
히데아키 다치바나
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도요타지도샤가부시키가이샤
가부시키가이샤 덴소
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
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    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
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    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
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    • B60L11/1811—
    • B60L11/1818—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
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    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/16—Connectors, e.g. plugs or sockets, specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L23/4012—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws for stacked arrangements of a plurality of semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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    • B60K6/405—Housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L2210/10—DC to DC converters
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

차량(100)은, 차륜 구동용의 모터(91a, 91b)를 수용하는 모터 하우징(90)과, 모터 하우징(90) 위에 고정되어 있는 전력 제어 장치(2; 102; 202)를 구비한다. 전력 제어 장치(2; 102; 202)는, 전력 변환용의 파워 반도체 소자를 수용한 복수의 파워 모듈(6)과 복수의 냉각기(46)가 적층된 적층 유닛(40)과, 리액터(4a, 4b)를 구비한다. 적층 유닛(40)은, 파워 모듈(6)과 냉각기(46)의 적층 방향이 차량 전후 방향을 향하도록 전력 제어 장치(2; 102; 202)의 하우징(20) 내에 배치되어 있다. 리액터(4a, 4b)는, 적층 방향으로부터 보아 적층 유닛(40)과 겹치지 않도록 하우징(20) 내에 배치되어 있다.

Description

차량{VEHICLE}
본 명세서가 개시되는 기술은 차량에 관한 것이다. 특히, 차륜 구동용의 모터를 구비한 차량에 관한 것이다.
차륜 구동용의 모터를 구비한 차량은, 전원의 전력을 사용하여 모터의 구동 전력을 제어하는 전력 제어 장치를 구비한다. 이하에서는, 차륜 구동용의 모터를 구비한 차량을 전기 자동차라고 칭하는 경우가 있고, 차륜 구동용의 모터를 간단히 「모터」라고 칭하는 경우가 있다. 전기 자동차는, 모터로 전력을 공급하는 파워 케이블을 짧게 하기 위하여, 전력 제어 장치를 모터 하우징 위에 고정하는 경우가 있다(일본 특허 공개 제2015-204688, 일본 특허 공개 제2013-066259).
일본 특허 공개 제2015-204688, 일본 특허 공개 제2013-066259의 전력 제어 장치는, 전력 변환용의 파워 반도체 소자를 수용한 복수의 파워 모듈과 복수의 냉각기가 적층된 적층 유닛과, 리액터를 구비하고 있다. 적층 유닛은, 파워 모듈과 냉각기의 적층 방향이 차량 전후 방향을 향하도록 전력 제어 장치의 하우징 내에 배치되어 있다. 리액터는 적층 유닛의 후방에 배치되어 있다.
대출력의 모터를 구비하는 전기 자동차에서는, 전력 제어 장치가 취급하는 전력도 커진다. 전력 제어 장치가 취급하는 전력이 커지면, 파워 반도체 소자의 부하도 커진다. 1개당 파워 반도체 소자의 부하를 경감하기 위하여, 2개 이상의 파워 반도체 소자를 병렬로 접속하여 사용하는 경우가 있다. 혹은, 복수의 모터를 탑재하는 전기 자동차에서는, 각각의 모터에 대하여 인버터 회로 등이 필요해지기 때문에, 더 많은 파워 반도체 소자가 필요해진다. 즉, 파워 반도체 소자를 수용하는 파워 모듈을 다수 필요로 하는 전기 자동차가 있다. 적층 유닛에 적층되는 파워 모듈의 수가 증가되면, 적층 유닛의 적층 방향의 길이가 길어진다. 적층 유닛과 리액터가 적층 방향으로 나열되어 있으면, 전력 제어 장치의 전장이 길어진다. 파워 모듈과 냉각기의 적층 방향이 차량 전후 방향을 향하도록 전력 제어 장치를 차량에 배치하고자 하면, 전후 방향으로 긴 전력 변환 장치에서는, 탑재 상의 제약이 크다. 차량에 탑재된 전력 제어 장치의 차량 전후 방향의 길이를 짧게 하는 기술이 요망되고 있다.
본 발명의 양태는, 차량에 관한 것이다. 상기 차량은, 전원과, 모터 하우징과 전력 제어 장치를 구비하고 있다. 상기 모터 하우징은, 차륜 구동용의 모터를 수용하고 있다. 상기 전력 제어 장치는, 상기 모터 하우징 위에 고정되어 있다. 상기 전력 제어 장치는, 상기 전원의 전력을 사용하여 모터의 구동 전력을 제어하도록 구성된다. 상기 전력 제어 장치는, 리액터와, 전력 변환용의 파워 반도체 소자를 수용한 복수의 파워 모듈과 복수의 냉각기가 적층된 적층 유닛을 포함한다. 상기 적층 유닛은, 상기 전력 제어 장치의 하우징 중에서, 상기 파워 모듈과 상기 냉각기의 적층 방향이 상기 차량의 전후 방향을 향하도록 배치되어 있다. 상기 리액터는, 상기 하우징 중에서, 상기 적층 방향으로부터 보아 상기 적층 유닛과 겹치지 않는 위치에 배치되어 있다. 상기 구성에 의해, 차량에 탑재된 전력 제어 장치의 차량 전후 방향의 길이를 짧게 할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 차량에 탑재된 전력 제어 장치의 하우징의 차량 전방을 향하는 면을 전방면이라고 표기하고, 후방을 향하는 면을 후면이라고 표기한다. 또한, 차량에 탑재된 하우징의 차량 우측을 향하는 면을 우측면이라고 표기하고, 차량 좌측을 좌측면이라고 표기한다. 여기서, 「차량 우측(우측면)」이란, 차량의 전방을 향하는 자세에 있어서의 「우측(우측면)」을 의미하고, 「차량 좌측(좌측면)」이란, 차량의 전방을 향하는 자세에 있어서도 「좌측(좌측면)」을 의미한다. 우측면과 좌측면의 어느 한쪽을 구별없이 나타낼 때에는 「횡측면」이라고 표기한다.
상기 차량에 있어서, 상기 전력 제어 장치는, 상기 전원의 전압을 승압하도록 구성된 제1 전압 컨버터 회로와, 상기 제1 전압 컨버터 회로의 출력 전력을 교류로 변환하도록 구성된 인버터 회로를 구비하고 있어도 된다. 상기 제1 전압 컨버터 회로의 상기 전원측의 제1 정극단과 제1 부극단 사이에는, 제1 콘덴서가 접속되어 있어도 된다. 상기 제1 전압 컨버터 회로의 상기 인버터 회로측의 제2 정극단과 제2 부극단 사이에는, 제2 콘덴서가 접속되어 있어도 된다. 상기 하우징 중에서, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서가 차폭 방향의 동일한 측이고 상기 적층 유닛의 옆에 배치되어 있어도 된다. 앞선 일본 특허 공개 제2015-204688의 차량에서는, 적층 유닛의 차폭 방향의 옆에 제1 콘덴서가 배치되어 있음과 함께, 적층 유닛과 리액터와 제2 콘덴서가 적층 방향으로 나열되어 있다. 제1 콘덴서와 제2 콘덴서를 차폭 방향의 동일한 측이고 적층 유닛의 옆에 배치함으로써, 차량에 탑재된 전력 제어 장치의 차량 전후 방향의 길이를 보다 한층 짧게 할 수 있다.
상기 차량은 리어 모터와 보조 배터리를 더 구비하고 있어도 된다. 상기 모터는 전륜 구동용이어도 된다. 상기 모터 하우징은 상기 차량의 프론트 컴파트먼트에 탑재되어 있어도 된다. 상기 전력 제어 장치는, 리어 인버터 회로와, 제2 전압 컨버터 회로를 더 구비하고 있어도 된다. 상기 리어 인버터 회로는, 직류 전력을 후륜 구동용의 상기 리어 모터의 구동 전력으로 변환하도록 구성되어도 된다. 상기 제2 전압 컨버터 회로는, 상기 전원의 전압을 강압하여 상기 보조 배터리로 공급하도록 구성되어도 된다. 상기 제2 전압 컨버터 회로는, 상기 하우징 중에서 상기 리액터의 후방에 배치되어 있어도 된다. 상기 리어 모터로 전력을 전송하는 리어 모터 파워 케이블과 접속하는 리어 모터 커넥터가 상기 하우징에 있어서의 상기 차량의 후방을 향하는 면에 설치되어 있어도 된다. 상기 제2 전압 컨버터 회로로부터 상기 보조 배터리로 전력을 전송하는 보조 배터리 파워 케이블과 접속하는 보조 배터리 커넥터가, 상기 하우징의 차폭 방향을 향하는 면에 설치되어 있어도 된다. 리어 모터 커넥터를 하우징의 후면에 설치함으로써, 리어 모터 케이블를 짧게 할 수 있다. 또한, 종래는 하우징의 횡측면에 설치되어 있던 리어 모터 커넥터를 후면에 설치함으로써, 보조 배터리 커넥터를 하우징의 횡측면에 배치할 수 있게 된다. 이에 의해, 하우징 내의 후방에 배치되어 있는 제2 전압 컨버터 회로와 보조 배터리 커넥터를 접속하기 쉬워진다. 그 결과, 하우징의 상방에 배치된 기판이나 저압 커넥터와 제2 전압 컨버터 회로를 접속하기 위한 배선이 불필요해진다.
상기 차량은 에어컨을 더 구비하고 있어도 된다. 상기 전원의 전력을 상기 전력 제어 장치에 공급하는 메인 파워 케이블과 접속하는 메인 파워 커넥터가 상기 하우징의 상기 차량의 후방을 향하는 면에 설치되어 있어도 된다. 상기 하우징의 차폭 방향을 향하는 면이며 상기 메인 파워 커넥터에 가까운 측의 측면의 후방에 에어컨 커넥터가 설치되어 있어도 된다. 상기 에어컨 커넥터는, 상기 하우징의 내부에서 상기 메인 파워 커넥터와 도통하고 있어도 된다. 상기 에어컨 커넥터는, 상기 전원의 전력을 상기 에어컨에 공급하는 에어컨 케이블과 접속해도 된다. 전력 제어 장치의 코너부를 사이에 두고 메인 파워 커넥터와 에어컨 커넥터가 인접함으로써, 양자 사이의 접속 경로를 짧게 할 수 있다.
상기 차량에 있어서, 상기 전원의 전력을 상기 전력 제어 장치에 공급하는 메인 파워 케이블과 접속하는 메인 파워 커넥터가 상기 하우징의 상기 차량의 후방을 향하는 면에 설치되어 있어도 된다. 상방으로부터 보았을 때에 상기 제1 콘덴서가 상기 메인 파워 커넥터의 전방에 배치되어도 되고, 상기 제1 콘덴서와 상기 메인 파워 커넥터가 접속되어 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 제1 콘덴서와 메인 파워 커넥터 사이의 접속 경로를 짧게 할 수 있다.
상기 차량에 있어서, 상기 리액터는 상기 적층 유닛의 하방에 배치되어 있어도 된다. 상기 전력 제어 장치는, 상기 적층 유닛의 상방에 배치되고, 전력 제어 회로를 실장한 기판을 구비해도 된다. 발열량이 큰 적층 유닛이나 리액터에는 액체 냉매를 사용한 냉각기가 부수하는 경우가 있다. 전력 제어 회로를 실장한 기판을 리액터나 적층 유닛보다도 상방에 배치함으로써, 가령 냉각기로부터 액체가 누설되어도 기판에 액체가 부착되기 어려워진다. 또한, 기판을 하우징 내부 공간의 상방(상부 덮개의 바로 아래)에 배치함으로써, 기판의 교환 작업이나 메인터넌스 작업이 용이해진다.
모터 하우징과 전력 제어 장치는, 전형적으로는 차량의 프론트 컴파트먼트에 탑재된다. 본 명세서가 개시되는 기술의 상세와 한층 더한 개량은 이하의 「발명을 실시하기 위한 형태」에서 설명한다.
본 발명의 예시적 실시예의 기술적 및 산업적 의의, 특징, 이점에 대하여 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명한다.　 상기 도면에서 유사한 부호는 유사한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 실시예의 전기 자동차(하이브리드 차)의 전력계의 블록도.
도 2는 하이브리드 차에 있어서의 전자 기기의 배치를 도시하는 평면도.
도 3은 프론트 컴파트먼트의 디바이스 레이아웃을 도시하는 평면도.
도 4는 전력 제어 장치의 하우징 내의 디바이스 레이아웃을 도시하는 평면도.
도 5는 전력 제어 장치의 하우징 내의 디바이스 레이아웃을 도시하는 측면도.
도 6은 전력 제어 장치의 하우징 내의 디바이스 레이아웃을 도시하는 정면도.
도 7은 전력 제어 장치의 하우징 내의 디바이스 레이아웃의 제1 변형예를 도시하는 정면도.
도 8은 전력 제어 장치의 하우징 내의 디바이스 레이아웃의 제2 변형예를 도시하는 평면도.
도 9는 전력 제어 장치의 하우징 내의 디바이스 레이아웃의 제2 변형예를 도시하는 측면도.
도면을 참조하여 실시예의 전기 자동차를 설명한다. 실시예의 전기 자동차는, 주행용의 구동원으로서 엔진과 3개의 모터를 구비하는 하이브리드 차이다. 먼저, 하이브리드 차(100)의 전력계를 설명한다. 도 1에 하이브리드 차(100)의 전력계의 블록도를 도시한다. 하이브리드 차(100)는, 전륜을 구동하는 2개의 모터(제1 프론트 모터(91a), 제2 프론트 모터(91b))와, 후륜을 구동하는 리어 모터(91c)를 구비한다. 이하, 설명을 간단하게 하기 위하여, 제1 프론트 모터(91a)를 제1 F 모터(91a)라고 표기하고, 제2 프론트 모터(91b)를 제2 F 모터(91b)라고 표기한다. 또한, 프론트 모터와 리어 모터를 구별하지 않고 언급할 때에는, 단순하게 모터(91)라고 표기한다. 또한, 전기 자동차 혹은 하이브리드 차는, 본 개시에 있어서의 차량의 일례이다.
3개의 모터(91)는, 전력 제어 장치(PCU)(2)에 의해 제어된다. PCU(2)는 메인 배터리(80)의 전력으로부터, 3개의 모터(91)의 각각의 구동 전력을 생성한다. PCU(2)는 3개의 전압 컨버터 회로(10a, 10b, 14)와, 3개의 인버터 회로(12a, 12b, 13)와, 전력 제어 회로(15)를 구비하고 있다. 메인 배터리(80)는, 본 개시에 있어서의 전원의 일례이다.
전압 컨버터 회로(10a, 10b)를 설명한다. 전압 컨버터 회로(10a, 10b)는 병렬로 접속되어 있다. 전압 컨버터 회로(10a, 10b)는 메인 배터리(80)의 전압을 승압하여 인버터 회로(12a, 12b, 13)에 공급하는 승압 동작과, 인버터 회로(12a, 12b, 13)로부터 이송되는 회생 전력(모터(91)가 발전한 전력)을 강압하여 메인 배터리(80)에 공급하는 강압 동작이 가능하다. 전압 컨버터 회로(10a, 10b)는, 소위 쌍방향 DC-DC 컨버터이다. 전압 컨버터 회로(10a, 10b)의 메인 배터리(80)측의 단자를 저압 정극단(11a), 저압 부극단(11b)이라고 표기하고, 인버터 회로(12a, 12b, 13)측의 단자를 고압 정극단(11c), 고압 부극단(11d)이라고 표기한다.
전압 컨버터 회로(10a)는, 2개의 파워 트랜지스터(5a, 5b)와, 2개의 환류 다이오드(8a, 8b)와, 리액터(4a)를 구비하고 있다. 2개의 파워 트랜지스터(5a, 5b)는 직렬로 접속되어 있고, 각각의 파워 트랜지스터(5a, 5b)에 환류 다이오드(8a, 8b)가 역병렬로 접속되어 있다. 2개의 파워 트랜지스터(5a, 5b)의 직렬 접속의 중점과, 저압 정극단(11a) 사이에 리액터(4a)가 접속되어 있다. 2개의 파워 트랜지스터(5a, 5b)의 직렬 접속은, 고압 정극단(11c)과 고압 부극단(11d) 사이에 접속되어 있다. 저압 부극단(11b)과 고압 부극단(11d)은 직접 접속되어 있다. 도 1 중의 하측의 파워 트랜지스터(5b)가 주로 승압 동작에 관여하고, 상측의 파워 트랜지스터(5a)가 주로 강압 동작에 관여한다. 도 1의 전압 컨버터 회로(10a)의 동작은 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
전압 컨버터 회로(10b)는 2개의 파워 트랜지스터(5c, 5d)와 2개의 환류 다이오드(8c, 8d)와 리액터(4b)를 구비하고 있다. 전압 컨버터 회로(10b)의 구조는 전압 컨버터 회로(10a)와 동일하므로 설명은 생략한다.
전압 컨버터 회로(10a, 10b)의 저압 정극단(11a)과 저압 부극단(11b)은, PCU(2)의 메인 파워 커넥터(24)에 접속되어 있다. 메인 파워 커넥터(24)에는, 메인 배터리(80)의 전력을 PCU(2)로 전송하는 메인 파워 케이블(31)이 접속된다. 환언하면, 메인 파워 케이블(31)과 메인 파워 커넥터(24)를 통하여 메인 배터리(80)와 전압 컨버터 회로(10a, 10b)가 접속된다.
전압 컨버터 회로(10a, 10b)의 메인 배터리(80)측의 단자, 즉, 저압 정극단(제1 정극단의 일례)(11a)과 저압 부극단(제1 부극단의 일례)(11b) 사이에는 필터 콘덴서(3)가 접속되어 있다. 전압 컨버터 회로(10a, 10b)의 인버터 회로측의 단자, 즉, 고압 정극단(제2 정극단의 일례)(11c)과 고압 부극단(제2 부극단의 일례)(11d) 사이에는 평활 콘덴서(7)가 접속되어 있다.
PCU(2)가 병렬 접속된 2개의 전압 컨버터 회로(10a, 10b)를 갖고 있는 것은, 파워 트랜지스터의 1개당 부하를 경감하기 위해서이다.
직렬로 접속된 2개의 파워 트랜지스터(5a, 5b)와 2개의 환류 다이오드(8a, 8b)는 하나의 패키지에 수용되어 있고, 그 패키지를 파워 모듈(6a)이라고 표기한다. 직렬로 접속된 2개의 파워 트랜지스터(5c, 5d)와 2개의 환류 다이오드(8c, 8d)도 하나의 패키지에 수용되어 있고, 그 패키지를 파워 모듈(6b)이라고 표기한다.
인버터 회로(12a)에 대하여 설명한다. 인버터 회로(12a)는 파워 모듈(6a)과 동일한 6개의 파워 모듈(6c-6h)을 구비하고 있다. 도 1에서는 파워 모듈(6c, 6d)의 내부 구조만을 도시하고 있고, 다른 파워 모듈(6e-6h)의 내부 구조는 도시를 생략했다. 파워 모듈(6c-6h)은 병렬로 접속되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 파워 모듈(6c, 6d)의 각각의 중에서, 2개의 파워 트랜지스터(5e, 5f)가 직렬로 접속되어 있다. 파워 트랜지스터(5e, 5f)의 각각에 환류 다이오드(8e, 8f)가 역병렬로 접속되어 있다. 파워 트랜지스터(5e, 5f)의 직렬 접속의 중점끼리 접속되어 있다. 파워 모듈(6c, 6d)의 도 1 중의 상측의 2개의 파워 트랜지스터(5e)는 동기하여 동작하도록 제어된다. 파워 모듈(6c, 6d)의 도 1 중의 하측의 2개의 파워 트랜지스터(5f)도 동기하여 동작하도록 제어된다. 즉, 파워 모듈(6c, 6d)은, 동기하여 동작하도록 제어되어, 마치 하나의 파워 모듈과 같이 기능한다. 2개의 파워 모듈(6c, 6d)을 동기하여 동작시킴으로써 1개당 파워 트랜지스터의 부하가 경감된다.
파워 모듈(6e, 6f)도, 파워 모듈(6c, 6d)과 동일한 접속 구조를 갖고 있다. 파워 모듈(6g, 6h)도, 파워 모듈(6c, 6d)과 동일한 접속 구조를 갖고 있다. 파워 모듈(6d)의 파워 트랜지스터(5e, 5f)의 직렬 접속의 중점과, 파워 모듈(6d)의 파워 트랜지스터(5e, 5f)의 직렬 접속의 중점으로부터 교류가 출력된다. 파워 모듈(6e)의 파워 트랜지스터의 직렬 접속의 중점과, 파워 모듈(6f)의 파워 트랜지스터의 직렬 접속의 중점으로부터도 교류가 출력된다. 파워 모듈(6g)의 파워 트랜지스터의 직렬 접속의 중점과 파워 모듈(6h)의 파워 트랜지스터의 직렬 접속의 중점으로부터도 교류가 출력된다. 이들 3종류의 교류는 서로 120도의 위상차를 갖고 있으며, 3종류의 교류가 삼상 교류를 이룬다. 파워 모듈(6e, 6f)을 동기하여 동작시킴으로써 또한, 파워 모듈(6g, 6f)을 동기하여 동작시킴으로써 1개당 파워 트랜지스터의 부하가 경감된다.
인버터 회로(12a)의 삼상 교류를 전달하는 내부 케이블은 프론트 모터 커넥터(27)에 접속되어 있다. 이하에서는, 파워 모듈(6a-6h)을 구별없이 언급할 때에는 파워 모듈(6)이라고 표기한다. 후술하는 바와 같이 인버터 회로(12b, 13)에도 마찬가지의 파워 모듈이 포함된다. 이들 파워 모듈도 「파워 모듈(6)」이라고 표기한다.
인버터 회로(12b)는 인버터 회로(12a)와 동일한 구조를 갖고 있으며, 도 1에서는 인버터 회로(12b)의 회로 구성의 도시를 생략했다. 인버터 회로(12b)도 6개의 파워 모듈(6)을 구비하고 있다. 인버터 회로(12b)의 삼상 교류를 전달하는 내부 케이블도 프론트 모터 커넥터(27)에 접속되어 있다. 프론트 모터 커넥터(27)는 전륜(81)(도 2 참조)의 구동에 관한 2개의 모터(제1 F 모터(91a), 제2 F 모터(91b))로 전력을 전송하는 프론트 모터 파워 케이블(32)이 접속되는 커넥터이다. 프론트 모터 커넥터(27)와 프론트 모터 파워 케이블(32)을 통하여 PCU(2)로부터 제1 F 모터(91a)와 제2 F 모터(91b)로 전력이 공급된다.
인버터 회로(13)는 후륜(82)(도 2 참조)을 구동하는 리어 모터(91c)의 구동 전력을 생성한다. 인버터 회로(13)도, 전압 컨버터 회로(10a, 10b)의 고압 정극단(11c)과 고압 부극단(11d)에 접속되어 있다. 인버터 회로(12a, 12b)는 2개의 파워 모듈(6)이 병렬 동작하도록 구성되어 있지만, 인버터 회로(13)는 3개의 파워 모듈을 갖고 있으며, 120도의 위상차를 갖는 교류를 생성한다. 이것은, 리어 모터(91c)가 제1 F 모터(91a) 및 제2 F 모터(91b)와 비교하여 출력이 작기 때문이다. 인버터 회로(13)의 삼상 교류를 전달하는 내부 케이블은 리어 모터 커넥터(23)에 접속되어 있다. 리어 모터 커넥터(23)는 후륜(82)을 구동하는 리어 모터(91c)로 전력을 전송하는 리어 모터 파워 케이블(33)이 접속되는 커넥터이다. 리어 모터 커넥터(23)와 리어 모터 파워 케이블(33)을 통하여 PCU(2)로부터 리어 모터(91c)로 전력이 공급된다.
전압 컨버터 회로(14)에 대하여 설명한다. 전압 컨버터 회로(14)는, 전압 컨버터 회로(10a, 10b)와 달리, 트랜스를 통하여 전압을 변환하는 절연형 컨버터이다. 절연형 컨버터 회로는 잘 알려져 있으므로, 자세한 회로도는 생략했다. 전압 컨버터 회로(14)는, 메인 파워 커넥터(24)를 통하여 메인 배터리(80)와 접속되어 있다. 전압 컨버터 회로(14)는 메인 배터리(80)의 전압을 보조 배터리(97)의 전압까지 강압하여 보조 배터리(97)로 공급한다. 보조 배터리(97)는, 카 오디오나 룸 램프 등 저전압으로 동작하는 디바이스로 전력을 공급하는 배터리이다. 보조 배터리(97)로부터 전력 공급을 받아 동작하는 디바이스를 「보조 기기」라고 총칭한다. PCU(2)의 전력 제어 회로(15)(후술)도 「보조 기기」에 속한다.
전압 컨버터 회로(14)는 PCU(2)의 하우징에 설치된 AMD 커넥터(25)를 통하여 보조 배터리(97)에 접속된다. 전압 컨버터 회로(14)는, PCU(2)의 상위의 제어기인 HV 제어 장치(95)로부터 명령을 받아 동작한다. 전압 컨버터 회로(14)와 HV 제어 장치(95)는, PCU(2)의 하우징에 설치된 DDC 신호 커넥터(26)를 통하여 접속된다.
전압 컨버터 회로(10a, 10b), 인버터 회로(12a, 12b, 13)의 파워 트랜지스터는, 전력 제어 회로(15)로부터 명령을 받아 동작한다. 전력 제어 회로(15)는, 저압 커넥터(22)를 통하여 HV 제어 장치(95) 및 보조 배터리(97)와 접속되어 있다. 전력 제어 회로(15)는, 보조 배터리(97)로부터 전력 공급을 받음과 함께, HV 제어 장치(95)로부터 명령을 받아 동작한다.
PCU(2)는 메인 배터리(80)의 전력을 에어컨(94)으로 전달하는 중계기로서도 기능한다. PCU(2)의 하우징에는 에어컨 커넥터(21)가 설치되어 있다. 에어컨 커넥터(21)는 하우징의 내부에서 메인 파워 커넥터(24)와 접속되어 있다. PCU(2)는 메인 배터리(80)의 전력을 중계하여 에어컨(94)에 이송한다.
PCU(2)와 제1 F 모터(91a)와 제2 F 모터(91b)는, 엔진과 함께 차량의 프론트 컴파트먼트에 탑재된다. 도 2에 하이브리드 차(100)의 평면도를 도시한다.
도면 중의 좌표계에 대하여 설명한다. F축의 화살표는 차량 전방을 나타내고, V축의 화살표는 차량 상방향을 나타내고, H축의 화살표는 차량 우측을 나타낸다. 「우측」, 「좌측」은, 차량 전방을 향한 자세를 기준으로 하여 정의된다. H축의 방향은, 차폭 방향이라고 표현되는 경우가 있다.
하이브리드 차(100)의 프론트 컴파트먼트(99)에는 엔진(96), 트랜스액슬(90), 에어컨(94), 보조 배터리(97)가 탑재되어 있다. 트랜스액슬(90)의 하우징에는 제1 F 모터(91a)와 제2 F 모터(91b)가 수용되어 있다. 그로 인해, 트랜스액슬(90)은 모터 하우징이라고 칭할 수 있다. 트랜스액슬(90)과 엔진(96)은 연결되어 있고, 도시하지 않은 2개의 사이드 멤버에 현가되어 있다. 트랜스액슬(90)의 하우징과 엔진(96)의 하우징을, 전륜의 차축(98)이 관통하고 있다.
PCU(2)는 트랜스액슬(90)(모터 하우징) 위에 고정되어 있다. PCU(2)가 트랜스액슬(90) 위에 배치되어 있기 때문에, PCU(2)와 제1, 제2 F 모터(91a, 91b)를 연결하는 프론트 모터 파워 케이블(32)(도 1 참조)을 짧게 할 수 있다.
프론트 컴파트먼트(99)의 좌측 전방부(도 2 중의 우측 하부)에 보조 배터리(97)가 배치되어 있고, 우측 전방부(도 2 중의 좌측 하부)에 에어컨(94)이 접속되어 있다.
메인 배터리(80)는 후부 좌석 하에 배치되어 있고, 리어 모터(91c)는 차량의 후부 공간에 배치되어 있다. 도 2의 굵은 선은 파워 케이블이나 통신 케이블 등을 나타내고 있다. PCU(2)는 다양한 디바이스와 접속되어 있다. 도 3을 참조하여 PCU(2)가 갖는 커넥터에 대하여 설명한다.
도 3은 프론트 컴파트먼트(99)에 있어서의 디바이스 레이아웃과, PCU(2)와 다른 디바이스의 전기적 접속 관계를 도시하는 평면도이다. 먼저, PCU(2)의 하우징(20)의 각 면을 정의한다. 프론트 컴파트먼트(99)에서 트랜스액슬(90) 위에 고정된 PCU(2)의 하우징(20)의 차량 전방을 향하는 면을 전방면(20a)이라고 표기한다. 하우징(20)의 차량 후방을 향하는 면을 후면(20b)이라고 표기한다. 하우징(20)의 차폭 방향의 우측을 향하는 면을 우측면(20c)이라고 표기하고, 좌측을 향하는 면을 좌측면(20d)이라고 표기한다. 우측면(20c)과 좌측면(20d)의 한쪽을 구별없이 나타낼 때에는 횡측면이라고 표기한다.
하우징(20)에는 7개의 커넥터가 설치되어 있다. 하우징(20)의 후면(20b)에, 메인 파워 커넥터(24)와 리어 모터 커넥터(23)가 설치되어 있다. 하우징(20)의 좌측면(20d)에, 프론트 모터 커넥터(27)와, AMD 커넥터(25)와, DDC 신호 커넥터(26)가 설치되어 있다. 하우징(20)의 우측면(20c)에 에어컨 커넥터(21)가 설치되어 있다. 하우징(20)의 상면에는 저압 커넥터(22)가 설치되어 있다.
메인 파워 커넥터(24)에는, 메인 배터리(80)로부터 전력을 전송하는 메인 파워 케이블(31)이 접속된다. 리어 모터 커넥터(23)에는, 리어 모터(91c)로 전력을 전송하는 리어 모터 파워 케이블(33)이 접속된다. 프론트 모터 커넥터(27)에는, 제1 F 모터(91a)와 제2 F 모터(91b)에 전력을 전송하는 프론트 모터 파워 케이블(32)이 접속된다. 또한, 프론트 모터 파워 케이블(32)은, 프론트 모터 커넥터(27) 하에 배치되기 때문에, 도 2, 도 3에서는 보이지 않는다.
AMD 커넥터(25)에는, PCU(2)의 내부 전압 컨버터 회로(14)로부터 보조 배터리(97)로 전력을 전송하는 케이블(보조 배터리 파워 케이블의 일례)(34)이 접속된다. 보조 배터리(97)와 PCU(2)는 저압 커넥터(22)를 통해서도 연결되어 있다. 저압 커넥터(22)를 통하여 보조 배터리(97)로부터 하우징(20)의 내부의 전력 제어 회로(15)(도 1 참조)로 전력이 공급된다.
DDC 신호 커넥터(26)에는, HV 제어 장치(95)와의 통신 케이블이 접속된다. DDC 신호 커넥터(26)를 통하여 HV 제어 장치(95)와 전압 컨버터 회로(14)가 접속된다. HV 제어 장치(95)와 PCU(2)는, 저압 커넥터(22)를 통해서도 연결되어 있다. 저압 커넥터(22)를 통하여 HV 제어 장치(95)로부터 하우징(20)의 내부의 전력 제어 회로(15)(도 1 참조)로 명령이 송신된다.
에어컨 커넥터(21)에는 에어컨(94)으로 전력을 전송하는 케이블이 접속된다. 에어컨 커넥터(21)는 하우징(20)의 내부에서 메인 파워 커넥터(24)와 접속되어 있다. PCU(2)의 하우징(20)은 메인 배터리(80)의 전력을 에어컨(94)으로 전송하는 중계기로서 기능한다.
하이브리드 차(100)에서는, 차량 후방에 배치되어 있는 디바이스(메인 배터리(80), 리어 모터(91c))와 접속되는 케이블(31, 33)은, PCU(2)의 하우징(20)의 후면(20b)에 설치된 커넥터(메인 파워 커넥터(24), 리어 모터 커넥터(23))에 접속된다. 차량 우측 전방부(도 3 중의 좌측 하부)에 배치되어 있는 에어컨(94)과 접속되는 케이블(35)은, 하우징(20)의 우측면(20c)에 설치된 커넥터(에어컨 커넥터(21))에 접속된다. 차량 좌측 전방부(도 3 중의 우측 하부)에 배치되어 있는 보조 배터리(97)와 접속되는 케이블(34)은, 하우징(20)의 좌측면(20d)에 설치된 커넥터(AMD 커넥터(25))에 접속된다. 이와 같이, 하이브리드 차(100)에서는, PCU(2)의 많은 커넥터가, 케이블 접속처의 디바이스에 가까운 면에 설치되어 있다.
하우징(20)의 전방면(20a)에는 2개의 파이프(냉매 공급 파이프(31a)와 냉매 배출 파이프(31b))가 접속되어 있다. 2개의 파이프는, 도시하지 않은 냉매 순환 장치에 접속되어 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 PCU(2)의 하우징(20)의 내부의 디바이스 레이아웃을 설명한다. 도 4는 하우징(20)의 상부 커버를 커트한 하우징(20)의 평면도이다. 도 5는 하우징(20)의 좌측판을 커트한 하우징(20)의 측면도이다. 도 6은 하우징(20)의 전방판을 커트한 하우징(20)의 정면도이다. 또한, 도 4에서는 적층 유닛(40)의 상방에 배치되는 기판(45)(후술)의 도시를 생략하고 있다. 도 5에서는, 전류 센서 유닛(44)(후술)의 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 4 내지 도 6은 하우징(20)의 내부의 디바이스 레이아웃을 설명하는 도면이며, 각 디바이스는 모식적으로 간단한 도형으로 나타내고 있다. 또한, 디바이스 사이의 결선이나, 디바이스를 고정하는 부품 등의 도시는 생략했다.
하우징(20)의 내부에는 적층 유닛(40), 콘덴서 유닛(42), 전류 센서 유닛(44), 2개의 리액터(4a, 4b), 전압 컨버터 유닛(41)이 수용되어 있다.
적층 유닛(40)에 대하여 설명한다. 적층 유닛(40)은, 복수의 파워 모듈(6)과 복수의 냉각기(46)가 적층된 유닛이다. 도 4와 도 5에서는, 좌측의 2개의 파워 모듈에만 부호(6)를 부여하고, 다른 파워 모듈에 대한 부호는 생략했다. 또한, 도 4와 도 5에서는, 좌측의 2개의 냉각기에만 부호(46)를 부여하고, 나머지의 냉각기에 대한 부호는 생략했다. 적층 유닛(40)의 복수의 파워 모듈(6)은, 도 1에서 설명한 파워 모듈(6a-6h) 및 인버터 회로(12b)에 포함되는 파워 모듈과 인버터 회로(13)에 포함되는 파워 모듈에 상당한다.
적층 유닛(40)에서는, 냉각기(46)와 파워 모듈(6)이 1개씩 교대로 적층되어 있고, 각각의 파워 모듈(6)의 양측에 냉각기(46)가 접한다. 냉각기(46)의 내부에는 액체의 냉매가 흐르는 유로가 형성되어 있다. 적층 유닛(40)의 복수의 냉각기(46)에는, 냉매 공급 파이프(31a)와 냉매 배출 파이프(31b)가 관통하고 있다. 냉매 공급 파이프(31a)를 통하여 도시하지 않은 냉매 순환 장치로부터 냉매가 각 냉각기(46)로 분배된다. 냉매는 각 냉각기(46)의 내부를 흐르는 동안 인접하는 파워 모듈(6)로부터 열을 흡수한다. 열을 흡수한 냉매는 냉매 배출 파이프(31b)를 통하여 적층 유닛(40)의 밖으로 배출되어, 도시하지 않은 냉매 순환 장치로 되돌려진다.
적층 유닛(40)은, 하우징(20)을 위에서 보았을 때에, 파워 모듈(6)과 냉각기(46)의 적층 방향이 차량 전후 방향을 향하도록, 하우징(20) 내에 배치된다. 도 4가 하우징(20)을 위에서 보았을 때의 도면에 상당한다. 적층 유닛(40)의 하측의 2개의 리액터(4a, 4b)가 배치되어 있다(도 5, 도 6 참조). 2개의 리액터(4a, 4b)의 후방에, 전압 컨버터 유닛(41)이 배치되어 있다(도 5 참조). 전압 컨버터 유닛(41)은, 도 1에서 설명한 전압 컨버터 회로(14)를 수용한 유닛이다.
적층 유닛(40)의 우측 옆(도 4의 상측, 도 6의 좌측)에 콘덴서 유닛(42)이 배치되어 있다. 콘덴서 유닛(42)은, 도 1에서 설명한 필터 콘덴서(3)와 평활 콘덴서(7)를 수용하고 있다. 즉, 하우징(20)의 내부에서, 필터 콘덴서(3)와 평활 콘덴서(7)가 차폭 방향의 동일한 측(차량 우측)이고 적층 유닛(40)의 옆에 배치되어 있다.
하우징(20)의 후면(20b)의 우측 가까이에 메인 파워 커넥터(24)가 설치되어 있다. 하우징(20)의 우측면(20c)의 후부에 에어컨 커넥터(21)가 설치되어 있다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 메인 파워 커넥터(24)는 하우징(20)의 내부에서 에어컨 커넥터(21)와 접속되어 있다. 환언하면, 하우징(20)의 횡측면이며 메인 파워 커넥터(24)에 가까운 측의 횡측면(우측면(20c))의 후방에, 에어컨 커넥터(21)가 설치되어 있다. 에어컨 커넥터(21)는 메인 배터리(80)의 전력을 에어컨(94)에 공급하는 에어컨 케이블(35)을 접속하는 커넥터이다.
도 4에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 상방으로부터 보아, 메인 파워 커넥터(24)의 전방에 필터 콘덴서(3)가 위치하고 있다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 메인 파워 커넥터(24)와 필터 콘덴서(3)가 접속된다. 도 4의 굵은 파선 L1이, 메인 파워 커넥터(24)와 에어컨 커넥터(21)와 필터 콘덴서(3)의 접속 경로를 나타내고 있다. 도 4의 굵은 파선 L1이 나타내는 바와 같이, 상기한 레이아웃은, 메인 파워 커넥터(24)와 에어컨 커넥터(21)와 필터 콘덴서(3) 사이의 접속 경로를 짧게 할 수 있다. 특히, 메인 파워 커넥터(24)와 에어컨 커넥터(21)가 하우징(20)의 코너를 사이에 두고 인접하고 있으므로, 그것들 사이의 접속 경로가 짧아진다.
도 4, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 적층 유닛(40)의 좌측 옆에 전류 센서 유닛(44)이 배치되어 있다. 인버터 회로(12a와 12b)가 출력하는 삼상 교류를 전달하는 버스바(도시하지 않음)는, 전류 센서 유닛(44)을 통과하여 프론트 모터 커넥터(27)에 도달하고 있다. 전류 센서 유닛(44)은, 각 버스바를 흐르는 전류(즉, 제1, 제2 F 모터(91a, 91b)로 공급되는 삼상 교류)를 계측한다.
도 5, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 적층 유닛(40)의 상방에 기판(45)이 배치되어 있다. 기판(45)은, 도 1에서 설명한 전력 제어 회로(15)가 실장되어 있는 전자 부품이다. 하우징(20)의 상면에 저압 커넥터(22)가 설치되어 있고, 앞서 설명한 바와 같이, 기판(45)에 실장되어 있는 전력 제어 회로(15)는, 저압 커넥터(22)를 통하여 보조 배터리(97)로부터 전력 공급을 받는다. 또한, 전력 제어 회로(15)는 저압 커넥터(22)를 통하여 HV 제어 장치(95)로부터 명령을 받는다. 기판(45)과 저압 커넥터(22)가 근접하여 배치되어 있으므로, 기판(45)과 저압 커넥터(22) 사이의 접속 경로를 짧게 할 수 있다.
도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 하우징(20)의 내부에서는, 리액터(4a, 4b)는, 적층 유닛(40)의 적층 방향(도 5, 도 6 중의 F축 방향)으로부터 본 적층 유닛(40)과 겹치지 않는 위치에 배치되어 있다. 적층 유닛(40)의 적층 방향의 각각의 단은 하우징(20)의 내벽면에 대향하고 있다. 환언하면, 적층 유닛(40)의 적층 방향의 각각의 단은 하우징(20)의 내벽면에 근접하고 있다. 적층 유닛(40)은, 복수의 파워 모듈(6)과 복수의 냉각기(46)의 적층체이며, 적층 방향의 길이가 길다. 리액터(4a, 4b)의 적어도 한쪽이 적층 방향으로 적층 유닛(40)과 겹쳐지도록 배치되어 있으면, 하우징(20)의 차량 전후 방향의 길이가 길어져 버린다. 실시예의 하이브리드 차(100)의 PCU(2)는, F축 방향(적층 방향)으로부터 보아 리액터(4a, 4b)의 양쪽이 적층 유닛(40)과 겹치지 않도록 배치되어 있고, 또한 적층 유닛(40)의 적층 방향의 각각의 단이 하우징(20)의 내벽면에 대향하고 있고, 하우징(20)의 차량 전후 방향이 짧게 되어 있다.
또한, 「리액터(4a, 4b)는, 적층 유닛(40)의 적층 방향으로부터 본 적층 유닛(40)과 겹치지 않는 위치에 배치되어 있다」란, 다음과 같이 환언할 수 있다. 즉, 리액터(4a, 4b)는, 적층 유닛(40)의 적층 방향의 연장 상에서 이격되어 배치되어 있다. 혹은, 리액터(4a, 4b)는, 적층 유닛(40)의 적층 방향으로부터 벗어난 위치에 배치되어 있다. 차륜 구동용의 PCU(2)에서 사용되는 리액터(4a, 4b)는, 체격이 커, 하우징(20)의 전후 방향의 길이에 대한 영향이 크다. 실시예의 PCU(2)에서는, 그러한 리액터(4a, 4b)의 배치를 고안함으로써, 하우징(20)의 차량 전후 방향의 길이를 짧게 할 수 있었다.
2개의 콘덴서(필터 콘덴서(3), 평활 콘덴서(7))도, 적층 방향(도 5, 도 6 중의 F축 방향)으로부터 보아 적층 유닛(40)과 겹치지 않도록 배치되어 있다. 이 점도, PCU(2)의 하우징(20)의 차량 전후 방향의 길이를 억제하는 데 공헌하고 있다.
실시예의 PCU(2)에서는, 회로가 실장된 기판(45)이 적층 유닛(40)의 상방에 배치되어 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 적층 유닛(40)에는 액체의 냉매가 통과한다. 적층 유닛(40)으로부터는 액체가 누설될 우려가 있다. 기판(45)이 적층 유닛(40)의 상방에 배치되어 있는 점에서, 가령 적층 유닛(40)으로부터 액체가 누설되어도 기판(45)은 누설 피해로부터 면한다.
PCU(2)의 하우징 내의 디바이스 레이아웃의 제1 변형예를 설명한다. 도 7에 PCU(102)의 하우징(20)의 내부의 디바이스 레이아웃의 정면도를 도시한다. 도 6과 동일한 부품에는 동일한 부호를 부여했다. 이 예에서는, 리액터(4a)가 적층 방향(도 7 중의 F축 방향)으로부터 보아 적층 유닛(40)의 차량 우측(도 7의 좌측)에 배치되어 있다. 리액터(4b)는 리액터(4a)의 차량 후방측에 배치되어 있다. 그리고, 콘덴서 유닛(42)(필터 콘덴서(3), 평활 콘덴서(7))이 적층 유닛(40)의 하측에 배치되어 있다. 이 변형예에서도, 리액터(4a, 4b)는, 적층 방향(도 7 중의 F축 방향)으로부터 보아 적층 유닛(40)과 겹치지 않도록 배치되어 있다. 콘덴서 유닛(42)(필터 콘덴서(3)와 평활 콘덴서(7))도, 적층 방향으로부터 보아 적층 유닛(40)과 겹치지 않도록 배치되어 있다. 또한, 적층 유닛(40)의 적층 방향의 각각의 단은, 하우징(20)의 내벽면에 대향하고 있다. 환언하면, 적층 유닛(40)의 적층 방향의 각각의 단은, 하우징(20)의 내벽면에 근접하고 있다. 이 변형예에서도, 리액터(4a, 4b)와 필터 콘덴서(3)와 평활 콘덴서(7)는, 적층 유닛(40)과 적층 방향으로 나열되어 있지 않으므로, PCU(102)의 차량 전후 방향의 길이를 억제할 수 있다.
PCU(2)의 하우징 내의 디바이스 레이아웃의 제2 변형예를 설명한다. 도 8에 PCU(202)의 하우징(20)의 내부의 디바이스 레이아웃의 평면도를 도시한다. 도 9에 PCU(202)의 하우징(20)의 내부의 디바이스 레이아웃의 측면도를 도시한다. 도 4, 도 5에 도시한 PCU(2)와 동일한 부품에는 동일한 부호를 부여했다. PCU(202)는 소형의 이륜 구동의 전기 자동차에 탑재된다. 그 전기 자동차는, 주행용의 구동원으로서 1개의 모터만을 구비한다. 그로 인해, PCU(202)의 적층 유닛(240)은, 전술한 PCU(2)의 적층 유닛(40)보다도 파워 모듈(6)의 수가 적다. 그로 인해, 적층 유닛(240)의 적층 방향의 길이가 적층 유닛(40)의 길이보다도 짧다. 한편, PCU(202)의 하우징(20)은, 전술한 PCU(2)와 동일한 타입의 하우징을 이용하고 있다. 그로 인해, PCU(202)의 하우징(20)에서는, 적층 유닛(240)의 적층 방향(도 8, 도 9 중의 F축 방향)의 옆에 큰 공간 Sp가 존재한다. 이와 같이, 적층 유닛의 적층 방향으로 리액터가 존재하지 않음으로써, 적층 유닛에 있어서의 파워 모듈의 매수를 증감시키는 것이 용이해진다. 또한, PCU(202)의 하우징 내의 공간 Sp에는, 리액터 이외의 디바이스(예를 들어 콘덴서나 와이어하니스 등)를 배치해도 된다.
실시예에서 설명한 기술에 관한 유의점을 설명한다. 전력 변환 장치는, 차량의 후부 공간에 탑재되어도 된다.
실시예의 AMD 커넥터(25)가 보조 배터리 커넥터의 일례이다. 실시예의 필터 콘덴서(3)가 제1 콘덴서의 일례이다. 실시예의 평활 콘덴서(7)가 제2 콘덴서의 일례이다. 실시예의 트랜스액슬(90)이 모터 하우징의 일례이다. 실시예의 인버터 회로(13)가 리어 인버터 회로의 일례이다. 실시예의 전압 컨버터 회로(10a, 10b)가 제1 전압 컨버터 회로의 일례이다. 실시예의 전압 컨버터 유닛(41)에 수용되는 전압 컨버터 회로(14)가, 제2 전압 컨버터 회로의 일례이다.
적층 유닛(40)의 파워 모듈(6)과 냉각기(46)의 적층 방향은, 대략 차량 전후 방향을 향하고 있으면 된다. 예를 들어, 적층 방향은, 차폭 방향으로부터 보아 수평선으로부터 조금 기울어져 있어도 되고, 혹은, 위에서 보아 전후 방향으로 연장되는 직선에 대하여 조금 기울어져 있어도 된다.
실시예의 전기 자동차(하이브리드 차(100))는, 주행용으로 2개의 프론트 모터(91a, 91b)와, 리어 모터(91c)를 구비하고 있다. 본 명세서가 개시되는 기술은, 주행용의 모터의 수에 한정되지 않는다. 본 명세서가 개시되는 기술은, 리어 모터를 구비하지 않는 전기 자동차에 적용하는 것도 적합하다. 본 명세서가 개시되는 기술은, 주행용으로 모터를 구비하지만 엔진을 구비하지 않는 자동차 및 연료 전지차에 적용해도 된다.
실시예의 전기 자동차(하이브리드 차(100))는 2개의 리액터(4a, 4b)를 구비하고 있다. 본 명세서가 개시되는 기술은, 1개의 리액터를 구비하는 전기 자동차에 적용해도 되고, 3개 이상의 리액터를 구비하는 전기 자동차에 적용해도 된다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 특허 청구 범위를 한정하는 것은 아니다. 특허 청구 범위에 기재된 기술에는, 이상으로 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원 시 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (6)

  1. 차량(100)에 있어서,
    전원(80),
    차륜 구동용의 모터(91a, 91b)를 수용하는 모터 하우징(90) 및
    상기 모터 하우징(90) 위에 고정된 전력 제어 장치(2; 102; 202)를
    포함하고,
    상기 전력 제어 장치(2; 102; 202)는 상기 전원(80)의 전력을 사용하여 상기 모터(91a, 91b)의 구동 전력을 제어하도록 구성되고,
    상기 전력 제어 장치(2; 102; 202)는, 리액터(4a, 4b)와, 복수의 파워 모듈(6)과 복수의 냉각기(46)가 적층된 적층 유닛(40)을 포함하고, 상기 복수의 파워 모듈(6)은 전력 변환용의 파워 반도체 소자를 수용하고 있으며,
    상기 적층 유닛(40)은, 상기 전력 제어 장치(2; 102; 202)의 하우징(20) 중에서, 상기 파워 모듈(6)과 상기 냉각기(46)의 적층 방향이 상기 차량(100)의 전후 방향을 향하도록 배치되어 있고,
    상기 리액터(4a, 4b)는, 상기 하우징(20) 중에서, 상기 적층 방향으로부터 보아 상기 적층 유닛(40)과 겹치지 않는 위치에 배치되어 있는, 차량(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 제어 장치(2; 102; 202)는 제1 전압 컨버터 회로(10a, 10b)와, 인버터 회로(12a, 12b)를 구비하고 있고,
    상기 제1 전압 컨버터 회로(10a, 10b)는, 상기 전원(80)의 전압을 승압하도록 구성되고,
    상기 인버터 회로(12a, 12b)는, 상기 제1 전압 컨버터 회로(10a, 10b)의 출력 전력을 교류로 변환하도록 구성되고,
    상기 제1 전압 컨버터 회로(10a, 10b)의 상기 전원(80)측의 제1 정극단(11a)과 제1 부극단(11b) 사이에는, 제1 콘덴서(3)가 접속되어 있고,
    상기 제1 전압 컨버터 회로(10a, 10b)의 상기 인버터 회로(12a, 12b)측의 제2 정극단(11c)과 제2 부극단(11d)의 사이에는, 제2 콘덴서(7)가 접속되어 있고,
    상기 하우징(20) 중에서, 상기 제1 콘덴서(3)와 상기 제2 콘덴서(7)가 차폭 방향의 동일한 측이고 상기 적층 유닛(40)의 옆에 배치되어 있는, 차량(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    리어 모터(91c) 및
    보조 배터리(97)를 더 포함하고,
    상기 모터(91a, 91b)는 전륜 구동용이며,
    상기 모터 하우징(90)은 상기 차량(100)의 프론트 컴파트먼트(99)에 탑재되어 있고,
    상기 전력 제어 장치(2; 102; 202)는, 리어 인버터 회로(13)와, 제2 전압 컨버터 회로(14)를 더 구비하고 있고,
    상기 리어 인버터 회로(13)는, 직류 전력을 후륜 구동용의 상기 리어 모터(91c)의 구동 전력으로 변환하도록 구성되고,
    상기 제2 전압 컨버터 회로(14)는, 상기 전원(80)의 전압을 강압하여 상기 보조 배터리(97)에 공급하도록 구성되고,
    상기 제2 전압 컨버터 회로(14)는 상기 하우징(20) 중에서 상기 리액터(4a, 4b)의 후방에 배치되어 있고,
    상기 리어 모터(91c)로 전력을 전송하는 리어 모터 파워 케이블(33)과 접속하는 리어 모터 커넥터(23)가 상기 하우징(20)에 있어서의 상기 차량(100)의 후방을 향하는 면에 설치되어 있고,
    상기 제2 전압 컨버터 회로(14)로부터 상기 보조 배터리(97)로 전력을 전송하는 보조 배터리 파워 케이블(34)과 접속하는 보조 배터리 커넥터(25)가 상기 하우징(20)의 차폭 방향을 향하는 면에 설치되어 있는, 차량(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    에어컨(94)을 더 구비하고,
    상기 모터 하우징(90)은 상기 차량(100)의 프론트 컴파트먼트(99)에 탑재되어 있고,
    상기 전원(80)의 전력을 상기 전력 제어 장치(2; 102; 202)에 공급하는 메인 파워 케이블(31)과 접속하는 메인 파워 커넥터(24)가 상기 하우징(20)의 상기 차량(100)의 후방을 향하는 면에 설치되어 있고,
    상기 하우징(20)의 차폭 방향을 향하는 면이며 상기 메인 파워 커넥터(24)에 가까운 측의 측면의 후방에 에어컨 커넥터(21)가 설치되어 있고,
    상기 에어컨 커넥터(21)는, 상기 하우징(20)의 내부에서 상기 메인 파워 커넥터(24)와 도통하고 있고,
    상기 에어컨 커넥터(21)는, 상기 전원(80)의 전력을 상기 에어컨(94)에 공급하는 에어컨 케이블(35)과 접속하는, 차량(100).
  5. 제2항에 있어서,
    상기 모터 하우징(90)은 상기 차량(100)의 프론트 컴파트먼트(99)에 탑재되어 있고,
    상기 전원(80)의 전력을 상기 전력 제어 장치(2; 102; 202)에 공급하는 메인 파워 케이블(31)과 접속하는 메인 파워 커넥터(24)가 상기 하우징(20)의 상기 차량(100)의 후방을 향하는 면에 설치되어 있고,
    상방으로부터 보았을 때에 상기 제1 콘덴서(3)가 상기 메인 파워 커넥터(24)의 전방에 배치되어 있고, 상기 제1 콘덴서(3)와 상기 메인 파워 커넥터(24)가 접속되어 있는, 차량(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리액터(4a, 4b)는 상기 적층 유닛(40)의 하방에 배치되어 있고,
    상기 전력 제어 장치(2; 102; 202)는, 상기 적층 유닛(40)의 상방에 배치되고, 전력 제어 회로(15)를 실장한 기판(45)을 더 구비하는, 차량(100).
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