WO2023068048A1 - 電動車両用パワーコントロールユニット - Google Patents

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昌弘 加古
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愛三工業株式会社
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the technology disclosed in this specification relates to a power control unit for an electric vehicle.
  • Electric vehicles include, for example, electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, and fuel cell vehicles.
  • An electric vehicle includes a high-voltage battery that serves as a power source for a motor for driving the vehicle, and a low-voltage battery that serves as a power source for in-vehicle accessories.
  • the electric vehicle is also provided with a power control unit that appropriately controls a vehicle driving motor, a generator, and the like.
  • a power control unit includes an inverter and a DCDC converter.
  • the inverter controls the voltage supplied to the vehicle drive motor according to the load condition of the vehicle.
  • the DCDC converter steps down the voltage of the high-voltage battery to a voltage capable of charging the low-voltage battery.
  • the technology disclosed in this specification has a structure that promotes miniaturization of, for example, a power control unit.
  • the components of the water pump are integrated with the components of the power control unit. This reduces the total number of parts in the power control unit including the water pump.
  • the power control unit can be miniaturized.
  • an electric vehicle includes a high-voltage battery that serves as a power source for a vehicle drive motor and a low-voltage battery that serves as a power source for in-vehicle accessories.
  • An inverter controls the supply voltage from the high voltage battery to the vehicle drive motor.
  • a DCDC converter steps down the voltage of the high voltage battery to a voltage that can charge the low voltage battery.
  • a first electric circuit element that constitutes an inverter or a DCDC converter is mounted on the circuit board.
  • a first electrical circuit element is cooled by a heat sink.
  • a water pump causes coolant to flow through the coolant passages of the heat sink.
  • a water pump control circuit controls the operation of the water pump.
  • a second electrical circuit element forming a water pump control circuit is mounted on the circuit board together with the first electrical circuit element.
  • the second electric circuit element constituting the water pump control circuit can be cooled by the heat sink of the power control unit. Therefore, it is possible to use a second electric circuit element having a low heat resistance, thereby increasing the degree of freedom in design.
  • some of the plurality of pump electric circuit elements forming the water pump control circuit are incorporated in the converter electric circuit elements forming the DCDC converter. Therefore, both circuit elements can be integrated. Therefore, it is possible to promote reduction in the number of parts. Also, cost reduction can be achieved.
  • the water pump control circuit includes an input filter circuit that removes noise from the power supply circuit as one of the electrical circuit elements for the pump.
  • a DCDC converter includes a smoothing circuit that smoothes pulsating current obtained by rectifying alternating current after power conversion, as one of the electric circuit elements for the converter.
  • a water pump control circuit is connected to the DCDC converter so that the smoothing circuit also functions as an input filter circuit.
  • the smoothing circuit of the DCDC converter also functions as an input filter for the water pump control circuit. Therefore, the water pump control circuit is incorporated on the circuit board of the DCDC converter. As a result, the wiring length of the water pump control circuit can be shortened, and noise on the wiring of the water pump control circuit can be suppressed.
  • the water pump control circuit includes a motor control circuit that controls rotation of a water pump drive motor as one of the pump electric circuit elements.
  • a DCDC converter includes a power conversion control circuit that controls power conversion by a transformer as one of converter electric circuit elements.
  • the power conversion control circuitry includes a digital computer.
  • the motor control circuit is built into the digital computer of the power conversion control circuit.
  • a water pump control circuit includes electrical circuitry for the pump.
  • One of the pump electrical circuit elements is a motor control circuit that controls the rotation of the water pump drive motor.
  • Another pump electric circuit element is an output circuit that receives the output of the motor control circuit and controls the supply voltage to the water pump drive motor.
  • a second electric circuit element forming an output circuit is mounted on a circuit board together with a first electric circuit element forming a DCDC converter.
  • the output circuit of the water pump control circuit is mounted on the same circuit board as the first electric circuit element that constitutes the DCDC converter. Therefore, the number of parts can be reduced compared to the case of providing a dedicated circuit board for the output circuit of the water pump control circuit. As a result, the power control unit can be miniaturized. Also, cost reduction can be achieved.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of a hybrid vehicle provided with a power control unit;
  • FIG. 1 is an external view of a power control unit portion of a hybrid vehicle according to one embodiment;
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of a power control unit and its peripherals according to an embodiment;
  • FIG. 4 is an external perspective view of the power control unit with the water pump removed from the housing; It is a perspective view of a power control unit showing a water pump and a circuit board with a solid line.
  • 1 is a block circuit diagram of an embodiment in which a DCDC converter is integrated with a water pump control circuit;
  • FIG. FIG. 7 is a block circuit diagram of the DCDC converter of FIG. 6 before incorporating and integrating the water pump control circuit;
  • Figure 7 is a block circuit diagram of the water pump control circuit of Figure 6 incorporated and not integrated into the DCDC converter;
  • FIG. 1 shows a configuration example of a general-purpose hybrid vehicle.
  • This hybrid vehicle has four wheels including drive wheels 71 and driven wheels 72 .
  • the left and right drive wheels 71 are driven by an engine 61 and a vehicle drive motor (hereinafter simply referred to as a motor) 51 to drive the hybrid vehicle.
  • a hybrid vehicle includes a power control unit 100 .
  • the power control unit 100 operates the motor 51 to drive the drive wheels 71 according to the vehicle load.
  • the generator 52 generates power to charge the high voltage battery 41 which is the power source of the motor 51 .
  • the power control unit 100 controls the generator 52 to control the voltage supplied to the motor 51 .
  • the power control unit 100 includes an inverter for AC/DC conversion of the output of the generator 52 .
  • the power control unit 100 has a DCDC converter 10 .
  • the DCDC converter 10 reduces the high voltage of the high-voltage battery 41 to a voltage sufficient to charge the low-voltage battery 42 .
  • the low-voltage battery 42 is used as a power source for accessories in the vehicle.
  • the hybrid vehicle includes a fuel tank 63 that supplies fuel to the engine 61 .
  • FIG. 1 a power control unit 100 of a hybrid vehicle is integrally provided with a water pump 31 of a cooling system for cooling itself.
  • the water pump 31 is coupled and fixed to the housing 101 of the power control unit 100 .
  • the water pump 31 has its control circuit (not shown) integrally incorporated in the DCDC converter 10 in the power control unit 100 .
  • FIG. 5 shows the circuit board 102 of the DCDC converter 10 containing the water pump control circuit.
  • a heat sink 103 is arranged below the circuit board 102 to cool the circuit board 102 . Therefore, the heat sink 103 cools the first electric circuit element (not shown) that constitutes the DCDC converter 10 and the second electric circuit element (not shown) that constitutes the water pump control circuit.
  • the power control unit 100 includes an inverter 20 and a DCDC converter 10. As described above, the inverter 20 is interposed between the high voltage battery 41 and the motor 51 and generator 52 . Also, the DCDC converter 10 is interposed between the high-voltage battery 41 and the low-voltage battery 42 .
  • the water pump 31 is driven and controlled by a water pump control circuit (not shown) integrated with the DCDC converter 10 .
  • the water pump control circuit may be incorporated integrally with the inverter 20 instead of being incorporated with the DCDC converter 10 .
  • the water pump 31 is interposed in the middle of the refrigerant passage 34 through which the refrigerant (not shown) supplied from the reserve tank 33 flows.
  • a radiator 32 is also inserted in the middle of the refrigerant passage 34 . Therefore, the coolant from the reserve tank 33 flows from the water pump 31 to the heat sink (not shown) in the power control unit 100 as indicated by the arrow in FIG. Thereby, the coolant cools each electric circuit element (not shown) in the power control unit 100 .
  • a transaxle 62 is positioned below the power control unit 100 .
  • a coolant passage 34 downstream from the heat sink is routed to cool a generator 52 (not shown in FIG. 2) within the transaxle 62 .
  • the coolant returned from the generator 52 is radiated by the radiator 32 and returned to the reserve tank 33 .
  • the piping of the refrigerant passage 34 is an example, and depending on the situation, another piping may be used.
  • FIG. 6 shows a DCDC converter 10 incorporating a water pump control circuit.
  • FIG. 7 shows a general-purpose DCDC converter 10A that does not incorporate a water pump control circuit.
  • DCDC converter 10A is connected between high-voltage battery 41 and low-voltage battery 42 .
  • the DCDC converter 10A converts the voltage of the high voltage battery 41 into a voltage suitable for charging the low voltage battery 42 .
  • the DCDC converter 10A includes a power converter 16A including a transformer (not shown).
  • the left side of the power converter 16A is the primary side (high voltage side), and the right side is the secondary side (low voltage side).
  • a half-bridge type primary side switch circuit 15A is connected to the primary side so as to open and close the primary side circuit of the transformer.
  • a rectifying circuit 17A and a smoothing circuit 18A are connected to the secondary side so as to convert alternating current on the secondary side of the transformer to direct current.
  • the DCDC converter 10A includes a micro-controller unit (hereinafter referred to as MCU) 11A including a digital computer.
  • the MCU 11A performs on/off control of the primary side switch circuit 15A and on/off control of switching elements (not shown) in the rectifier circuit 17A, thereby controlling the low voltage battery 42 to be appropriately charged. Therefore, the MCU 11A constitutes a power conversion control circuit that controls power conversion in the DCDC converter 10A.
  • a signal is input to the MCU 11A from a temperature sensor 13A that detects the temperature of the circuit board of the secondary side circuit portion.
  • An input/output circuit 19A for inputting a signal of an inverter (not shown) from the outside of the DCDC converter 10A is connected to the MCU 11A.
  • FIG. 6 shows a DCDC converter 10 including a water pump control circuit 10B.
  • FIG. 8 shows a general-purpose water pump control circuit 10B that is not incorporated in the DCDC converter 10.
  • the water pump control circuit 10B has an output inverter 12B that is an output circuit.
  • the output inverter 12B has six switching elements connected in a three-phase bridge.
  • the output inverter 12B operates the water pump driving motor 31A, which is a brushless motor, according to the UVW output signal.
  • the water pump control circuit 10B has an MCU 11B including a digital computer.
  • the MCU 11B receives an input signal of pulse width modulation (PWM) and controls ON/OFF of each switching element of the output inverter 12B to control the rotation speed of the water pump driving motor 31A. Accordingly, the MCU 11B constitutes a motor control circuit for controlling the rotational speed of the water pump drive motor 31A.
  • the water pump control circuit 10B controls the rotation speed of the water pump drive motor 31A according to the input pulse width modulated signal.
  • an input filter circuit 18B for noise removal is connected to the power supply side of the output inverter 12B.
  • An overcurrent detection resistor 14B is connected to the ground side of the output inverter 12B.
  • an input signal processing circuit 19B is connected in the circuit for inputting the pulse width modulated signal to the MCU 11B.
  • the input signal processing circuit 19B converts the amplitude of the pulse width modulated signal into a signal corresponding to the pulse width of the pulse width modulated signal.
  • a detection signal from a temperature sensor 13B for detecting the temperature of a circuit board is input to the MCU 11B.
  • FIG. 6 shows the DCDC converter 10 of one embodiment.
  • the DCDC converter 10A of FIG. 7 is integrated with the water pump control circuit 10B of FIG. Therefore, the DCDC converter 10 includes a primary side switch circuit 15, a power converter 16, a rectifying circuit 17, a smoothing circuit 18, an input/output circuit 19, and a temperature sensor 13, like the DCDC converter 10A.
  • the MCU 11 of the DCDC converter 10 in FIG. 6 is integrated with the MCU 11A of the DCDC converter 10A in FIG. 7 and the MCU 11B of the water pump control circuit 10B in FIG. Therefore, the MCU 11 in FIG. 6 performs ON/OFF control of the primary side switch circuit 15 and ON/OFF control of the switching element in the rectifier circuit 17 . That is, the MCU 11 functions as a power conversion control circuit that controls power conversion in the DCDC converter 10, like the MCU 11A in FIG. At the same time, the MCU 11 functions to output a control signal to the output inverter (also referred to as an output circuit) 12 of FIG. 6, which is the same as the output inverter 12B of the water pump control circuit 10B of FIG.
  • the output inverter also referred to as an output circuit
  • each control of the primary side switch circuit 15, the rectifier circuit 17, and the output inverter 12 by the MCU 11 of FIG. the CPU (central processing unit) of the MCU 11A and the CPU of the MCU 11B can be combined into one, so the configuration can be simplified compared to the case where the MCU 11A and the MCU 11B are individually configured. Also, the size and cost of the power control unit 100 can be reduced.
  • the output inverter 12 is mounted on the circuit board 102 of the DCDC converter 10 as shown in FIG. Accordingly, six switching elements (corresponding to second electric circuit elements) that constitute the output inverter 12 are connected to appropriate gaps on the circuit board 102 of the DCDC converter 10 . Since the current capacity of the output inverter 12 is much smaller than the current capacity handled by the DCDC converter 10 (for example, 3 A:100 A), the output inverter 12 can be inserted into a small gap in the circuit board 102 . Also, the power supply circuit of the output inverter 12 is connected to the output side of the smoothing circuit 18 of the DCDC converter 10 . That is, the smoothing circuit 18 of the DCDC converter 10 plays the role of the input filter circuit 18B of the water pump control circuit 10B of FIG.
  • the smoothing circuit 18 is a circuit that has L (inductance) and C (capacitance) components inside and smoothes the pulsating current from the rectifying circuit 17 .
  • the smoothing circuit 18 can also function as the input filter circuit 18B in the water pump control circuit 10B of FIG. Therefore, in the DCDC converter 10 of FIG. 6, the input filter circuit 18B of FIG. 8 can be omitted.
  • the ground side of the output inverter 12 is connected to an overcurrent detection resistor 14 similar to the overcurrent detection resistor 14B of the general-purpose water pump control circuit 10B of FIG. Note that the configuration illustrated in FIG. 6 and whose description is omitted here is a conventionally known configuration.
  • the second electric circuit element that constitutes the output inverter 12 is connected on the circuit board 102 of the DCDC converter 10 . Therefore, the wiring length of the power supply circuit of the output inverter 12 can be shortened. Moreover, the power supply circuit of the output inverter 12 can be prevented from being exposed to the outside of the housing 101 shown in FIG.
  • the housing 101 is made of aluminum and has a noise shielding function. Therefore, noise superimposed on the power supply circuit of the output inverter 12 from the outside can be suppressed.
  • the smoothing circuit 18 of the DCDC converter 10 in FIG. 6 replaces the input filter circuit (18B in FIG. 8) of the output inverter 12 . Therefore, the input filter circuit 18B can be omitted. This suppresses a drop in the voltage supplied to the output inverter 12 by the voltage drop in the input filter circuit 18B.
  • an input terminal CAN for inputting an input signal to the input/output circuit 19 is provided for a multiplex communication signal.
  • An input signal (corresponding to the PWM signal in FIG. 8) for controlling the water pump is also input to the input terminal CAN in addition to the signal from the inverter 20 as shown in FIG. Therefore, the input/output circuit 19 of FIG. 6 also plays the role of the input signal processing circuit 19B of the water pump control circuit 10B of FIG. Therefore, in the DCDC converter 10 of FIG. 6, the input signal processing circuit 19B of FIG. 8 can be omitted.
  • circuit configuration can be simplified. Also, the size and cost of the power control unit 100 can be reduced.
  • each circuit of the DCDC converters 10, 10A and the water pump control circuit 10B includes primary side switch circuits 15, 15A, power converters 16, 16A, MCUs 11, 11A, 11B, etc. It is configured by combining a plurality of electrical circuit elements enclosed in square blocks.
  • the electric circuit elements forming the water pump control circuit 10B are the electric circuit elements for the pump
  • the electric circuit elements forming the DCDC converters 10 and 10A are the electric circuit elements for the converter.
  • Each electric circuit element is constructed by assembling electric circuit elements such as ICs, switching elements, capacitors, diodes, resistors, etc. selected according to the function of each electric circuit element on a printed circuit board. ing.
  • the water pump was fixed to the housing of the power control unit, but it may be fixed to the heat sink.
  • the circuit board on which the first electric circuit elements constituting the inverter are mounted and the circuit board on which the first electric circuit elements constituting the DCDC converter are mounted are integrated.
  • the circuit board on which the first electric circuit element forming the inverter is mounted and the circuit board on which the first electric circuit element forming the DCDC converter is mounted may be configured separately.
  • the second electric circuit element constituting the water pump control circuit is mounted on one of the circuit boards.

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Abstract

インバータ（２０）は、高圧バッテリ（４１）から車両駆動用モータへの供給電圧を制御する。ＤＣＤＣコンバータ（１０）は、高圧バッテリ（４１）の電圧を、車両内補機類の電源となる低圧バッテリ（４２）を充電可能な電圧まで降圧する。回路基板（１０２）には、インバータ（２０）又はＤＣＤＣコンバータ（１０）を構成する第１電気回路素子が搭載される。ヒートシンク（１０３）が第１電気回路素子を冷却する。ウォータポンプ（３１）がヒートシンク（１０３）の冷媒通路に冷媒を通流させる。ウォータポンプ制御回路がウォータポンプ（３１）の作動を制御する。ウォータポンプ制御回路を構成する第２電気回路素子は、回路基板（１０２）に第１電気回路素子と共に搭載されている。

Description

電動車両用パワーコントロールユニット
　本明細書に開示の技術は、電動車両用パワーコントロールユニットに関する。
　電動車両は、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグイン・ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等である。電動車両は、車両駆動用モータの電源となる高圧バッテリと、車両内補機類の電源となる低圧バッテリを備える。電動車両には、車両駆動用モータ、ジェネレータ等を適切に制御するパワーコントロールユニットも設けられる。パワーコントロールユニットは、インバータとＤＣＤＣコンバータを含む。インバータは、車両駆動用モータへの供給電圧を車両の負荷状態に応じて制御する。ＤＣＤＣコンバータは、高圧バッテリの電圧を低圧バッテリを充電可能な電圧まで降圧する。
　電動車両では、高圧バッテリが大容量で大型であるため、搭載部品の小型化の必要性が高い。特開２００４－３０４９３５号公報の発明では、パワーコントロールユニットの冷却に用いられるウォータポンプをパワーコントロールユニットのケースに固定可能としている。これにより、ウォータポンプを車体に取り付ける場合に必要とされる取付ブラケット等を廃止できる。その結果、システム全体が小型化できる。しかし、個々の部品自体は不変であり、更なる改善の余地がある。
　本明細書が開示する技術は、例えばパワーコントロールユニットを小型化することを促進する構造を有する。具体的には、ウォータポンプの構成部品をパワーコントロールユニットの構成部品に組み合わせて一体化する。これにより、ウォータポンプを含むパワーコントロールユニット全体の部品点数を削減する。かくして、パワーコントロールユニットを小型化にできる。
　本開示の１つの側面によると電動車両は、車両駆動用モータの電源となる高圧バッテリと、車両内補機類の電源となる低圧バッテリを備える。インバータが高圧バッテリから車両駆動用モータへの供給電圧を制御する。ＤＣＤＣコンバータが高圧バッテリの電圧を低圧バッテリを充電可能な電圧まで降圧する。インバータ又はＤＣＤＣコンバータを構成する第１電気回路素子が回路基板に搭載される。第１電気回路素子がヒートシンクによって冷却される。ヒートシンクの冷媒通路にウォータポンプが冷媒を通流させる。ウォータポンプ制御回路がウォータポンプの作動を制御する。ウォータポンプ制御回路を構成する第２電気回路素子が回路基板に第１電気回路素子と共に搭載されている。
　そのため、ウォータポンプを含むパワーコントロールユニットの部品点数を削減してパワーコントロールユニットを小型化することができる。また、コストダウンを図ることができる。しかも、ウォータポンプ制御回路を構成する第２電気回路素子をパワーコントロールユニットのヒートシンクにて冷却することができる。そのため、第２電気回路素子として耐熱性能の低いものを使用することができ、設計の自由度を高めることができる。
　本開示の他の側面によると、ウォータポンプ制御回路を構成する複数のポンプ用電気回路要素の一部は、ＤＣＤＣコンバータを構成するコンバータ用電気回路要素に組み込まれている。したがって両回路要素を一体化できる。そのため、部品点数の削減を促進することができる。また、コストダウンを図ることができる。
　本開示の他の側面によると、ウォータポンプ制御回路は、ポンプ用電気回路要素の一つとして電源回路からのノイズを除去する入力フィルタ回路を備える。ＤＣＤＣコンバータは、コンバータ用電気回路要素の一つとして電力変換後の交流電流を整流した脈流を平滑化する平滑回路を備える。平滑回路を、入力フィルタ回路としても機能するようにＤＣＤＣコンバータに対してウォータポンプ制御回路が接続されている。
　したがってウォータポンプ制御回路に専用の入力フィルタを設けなくて済む。そのため、部品点数の削減を促進することができる。また、コストダウンを図ることができる。しかも、入力フィルタによるウォータポンプ制御回路の電圧ドロップを抑制することができる。上述のように、ＤＣＤＣコンバータの平滑回路をウォータポンプ制御回路の入力フィルタとしても機能させる。そのため、ウォータポンプ制御回路は、ＤＣＤＣコンバータの回路基板上に組み込まれる。その結果、ウォータポンプ制御回路の配線長を短くすることができ、ウォータポンプ制御回路の配線に乗るノイズを抑制することができる。
　本開示の他の側面によると、ウォータポンプ制御回路は、ポンプ用電気回路要素の一つとしてウォータポンプ駆動用モータの回転を制御するモータ制御回路を備える。ＤＣＤＣコンバータは、トランスによる電力変換を制御する電力変換制御回路をコンバータ用電気回路要素の一つとして備える。電力変換制御回路は、デジタルコンピュータを含む。モータ制御回路は、電力変換制御回路のデジタルコンピュータに組み込まれて構成されている。
　したがって、ＤＣＤＣコンバータ用及びウォータポンプ制御回路用で本来２つ必要なデジタルコンピュータを一つにまとめることができる。そのため、部品点数を削減でき、パワーコントロールユニットを小型化することができる。また、コストダウンを図ることができる。
　本開示の他の側面によると、ウォータポンプ制御回路は、ポンプ用電気回路要素を備える。ポンプ用電気回路要素の１つは、ウォータポンプ駆動用モータの回転を制御するモータ制御回路である。ポンプ用電気回路要素の他の１つは、モータ制御回路の出力を受けてウォータポンプ駆動用モータへの供給電圧を制御する出力回路である。出力回路を構成する第２電気回路素子は、回路基板にＤＣＤＣコンバータを構成する第１電気回路素子と共に搭載されている。
　したがって、ウォータポンプ制御回路の出力回路は、ＤＣＤＣコンバータを構成する第１電気回路素子と同一の回路基板上に搭載される。そのため、ウォータポンプ制御回路の出力回路のために専用の回路基板を設ける場合に比べて部品点数を削減できる。その結果、パワーコントロールユニットを小型化することができる。また、コストダウンを図ることができる。
パワーコントロールユニットを備えたハイブリッド自動車のシステム構成図である。 一実施形態であるハイブリッド自動車のパワーコントロールユニット部分の外観図である。 一実施形態であるパワーコントロールユニット及びその周辺のシステム構成図である。 ウォータポンプが筐体から外れた状態のパワーコントロールユニットの外観斜視図である。 ウォータポンプと回路基板を実線で示すパワーコントロールユニットの斜視図である。 ＤＣＤＣコンバータにウォータポンプ制御回路を組み込んで一体化した一実施形態のブロック回路図である。 ウォータポンプ制御回路を組み込んで一体化する前における図６のＤＣＤＣコンバータのブロック回路図である。 ＤＣＤＣコンバータに組み込んで一体化していない図６のウォータポンプ制御回路のブロック回路図である。
＜ハイブリッド自動車の構成例＞
　図１は、汎用のハイブリッド自動車の構成例を示す。このハイブリッド自動車は、駆動輪７１と従動輪７２を含む４輪を有する。左右の駆動輪７１をエンジン６１と車両駆動用モータ（以下、単にモータという）５１により駆動してハイブリッド自動車が走行する。ハイブリッド自動車は、パワーコントロールユニット１００を備える。パワーコントロールユニット１００は、車両負荷に応じて、モータ５１を作動して駆動輪７１を駆動する。ジェネレータ５２は、発電して、モータ５１の動力源である高圧バッテリ４１を充電する。図３に示すように、パワーコントロールユニット１００は、ジェネレータ５２を制御してモータ５１の供給電圧を制御する。パワーコントロールユニット１００は、ジェネレータ５２の出力を交直変換するため、インバータを備える。パワーコントロールユニット１００は、ＤＣＤＣコンバータ１０を備える。ＤＣＤＣコンバータ１０は、高圧バッテリ４１により低圧バッテリ４２を充電するために、高圧バッテリ４１の高電圧を低圧バッテリ４２を充電な電圧まで降下させる。低圧バッテリ４２は、車両内の補機類の動力源として使用される。図１に示すように、ハイブリッド自動車は、エンジン６１に燃料を供給する燃料タンク６３を備える。
＜一実施形態の構成概要＞
　図２～５は、パワーコントロールユニット１００の一実施形態を示す。この実施形態では、ハイブリッド自動車のパワーコントロールユニット１００に自らを冷却する冷却システムのウォータポンプ３１が一体に設けられている。図２、４、５に示すように、ウォータポンプ３１は、パワーコントロールユニット１００の筐体１０１に結合して固定されている。また、図３に示すように、ウォータポンプ３１は、その制御回路（図示略）がパワーコントロールユニット１００内のＤＣＤＣコンバータ１０に一体に組み込まれている。図５は、ウォータポンプ制御回路を含むＤＣＤＣコンバータ１０の回路基板１０２を示す。回路基板１０２の下部にはヒートシンク１０３が配置され、回路基板１０２を冷却している。そのため、ＤＣＤＣコンバータ１０を構成する第１電気回路素子（図示略）及びウォータポンプ制御回路を構成する第２電気回路素子（図示略）はヒートシンク１０３により冷却される。
　図３に示すように、パワーコントロールユニット１００内には、インバータ２０とＤＣＤＣコンバータ１０が含まれる。上述のように、インバータ２０は、高圧バッテリ４１とモータ５１及びジェネレータ５２との間に介挿されている。また、ＤＣＤＣコンバータ１０は、高圧バッテリ４１と低圧バッテリ４２との間に介挿されている。ウォータポンプ３１は、ＤＣＤＣコンバータ１０に一体に組み込まれたウォータポンプ制御回路（図示略）により駆動制御されている。なお、ウォータポンプ制御回路は、ＤＣＤＣコンバータ１０に組み込まれるのに代えて、インバータ２０に一体に組み込まれるようにしてもよい。
　図２に示すように、ウォータポンプ３１は、リザーブタンク３３から供給される冷媒（図示略）を通流させる冷媒通路３４の途中に介挿されている。ラジエータ３２も冷媒通路３４の途中に介挿されている。そのため、リザーブタンク３３からの冷媒は、図２の矢印で示すように、ウォータポンプ３１からパワーコントロールユニット１００内のヒートシンク（図示略）に流れる。これにより冷媒は、パワーコントロールユニット１００内の各電気回路素子（図示略）を冷却する。パワーコントロールユニット１００の下方にトランスアクスル６２が位置する。ヒートシンクより下流の冷媒通路３４は、トランスアクスル６２内のジェネレータ５２（図２では図示略）を冷却するように配管されている。ジェネレータ５２から戻った冷媒は、ラジエータ３２で放熱され、リザーブタンク３３に戻される。なお、上記冷媒通路３４の配管は、一例であり、状況に応じてこれとは別の配管とすることもあり得る。
＜汎用のＤＣＤＣコンバータの構成例＞
　図６は、ウォータポンプ制御回路が組み込まれたＤＣＤＣコンバータ１０を示す。一方、図７は、ウォータポンプ制御回路が組み込まれていない汎用のＤＣＤＣコンバータ１０Ａを示す。ＤＣＤＣコンバータ１０Ａは、高圧バッテリ４１と低圧バッテリ４２との間に接続される。ＤＣＤＣコンバータ１０Ａは、高圧バッテリ４１の電圧を、低圧バッテリ４２を充電するのに適した電圧に変換している。ＤＣＤＣコンバータ１０Ａは、トランス（図示略）を含む電力変換器１６Ａを備える。図７にて電力変換器１６Ａの左側が一次側（高圧側）で、右側が二次側（低圧側）である。一次側には、トランスの一次側回路を開閉するようにハーフブリッジ方式の一次側スイッチ回路１５Ａが接続されている。また、二次側には、トランスの二次側の交流電流を直流電流に変換するように整流回路１７Ａ及び平滑回路１８Ａが接続されている。
　図７に示すようにＤＣＤＣコンバータ１０Ａは、デジタルコンピュータを含むマイクロ・コントローラ・ユニット（以下、ＭＣＵという）１１Ａを備える。ＭＣＵ１１Ａは、一次側スイッチ回路１５Ａのオンオフ制御、並びに整流回路１７Ａ内のスイッチング素子（図示略）のオンオフ制御を行うことによって低圧バッテリ４２を適切に充電するように制御している。従って、ＭＣＵ１１Ａは、ＤＣＤＣコンバータ１０Ａにおける電力変換を制御する電力変換制御回路を成している。ＭＣＵ１１Ａには、二次側回路部分の回路基板温度を検出する温度センサ１３Ａから信号が入力される。ＭＣＵ１１Ａには、ＤＣＤＣコンバータ１０Ａの外部からインバータ（図示略）の信号を入力するための入出力回路１９Ａが接続される。
＜汎用のウォータポンプの構成例＞
　図６は、ウォータポンプ制御回路１０Ｂを含むＤＣＤＣコンバータ１０を示す。一方、図８は、ＤＣＤＣコンバータ１０に組み込まれていない汎用のウォータポンプ制御回路１０Ｂを示す。ウォータポンプ制御回路１０Ｂは、出力回路である出力インバータ１２Ｂを備える。出力インバータ１２Ｂは、三相ブリッジ接続した６個のスイッチング素子を備える。出力インバータ１２Ｂは、ＵＶＷの出力信号によりブラシレスモータであるウォータポンプ駆動用モータ３１Ａを作動する。ウォータポンプ制御回路１０Ｂは、デジタルコンピュータを含むＭＣＵ１１Ｂを備える。ＭＣＵ１１Ｂは、パルス幅変調（ＰＷＭ）の入力信号を受けて出力インバータ１２Ｂの各スイッチング素子のオンオフを制御してウォータポンプ駆動用モータ３１Ａの回転速度を制御している。従って、ＭＣＵ１１Ｂは、ウォータポンプ駆動用モータ３１Ａの回転速度を制御するモータ制御回路を成している。そして、ウォータポンプ制御回路１０Ｂは、入力されるパルス幅変調信号に応じてウォータポンプ駆動用モータ３１Ａの回転速度を制御している。
　図８に示すように出力インバータ１２Ｂの電源側には、ノイズ除去用の入力フィルタ回路１８Ｂが接続されている。また、出力インバータ１２Ｂのアース側には、過電流検知抵抗１４Ｂが接続されている。一方、ＭＣＵ１１Ｂにパルス幅変調信号を入力する回路中には、入力信号処理回路１９Ｂが接続されている。入力信号処理回路１９Ｂは、パルス幅変調信号のパルス幅に応じた振幅の信号に変換する。また、ＭＣＵ１１Ｂには、回路基板温度検出用の温度センサ１３Ｂの検出信号が入力されている。
＜一実施形態の詳細構成＞
　図６は、一実施形態のＤＣＤＣコンバータ１０を示す。このＤＣＤＣコンバータ１０では、図７のＤＣＤＣコンバータ１０Ａに図８のウォータポンプ制御回路１０Ｂが組み込まれて一体化されている。そのため、ＤＣＤＣコンバータ１０は、ＤＣＤＣコンバータ１０Ａと同様、一次側スイッチ回路１５、電力変換器１６、整流回路１７、平滑回路１８、入出力回路１９、及び温度センサ１３を備える。
　図６のＤＣＤＣコンバータ１０のＭＣＵ１１は、図７のＤＣＤＣコンバータ１０ＡのＭＣＵ１１Ａに図８のウォータポンプ制御回路１０ＢのＭＣＵ１１Ｂが一体に組み込まれている。そのため、図６のＭＣＵ１１は、一次側スイッチ回路１５のオンオフ制御、並びに整流回路１７内のスイッチング素子のオンオフ制御を行っている。即ち、ＭＣＵ１１は、図７のＭＣＵ１１Ａと同様、ＤＣＤＣコンバータ１０における電力変換を制御する電力変換制御回路として機能している。同時に、ＭＣＵ１１は、図８のウォータポンプ制御回路１０Ｂの出力インバータ１２Ｂと同じ図６の出力インバータ（出力回路ともいう）１２に制御信号を出力する機能を果たしている。図６のＭＣＵ１１による一次側スイッチ回路１５及び整流回路１７、並びに出力インバータ１２の各制御は、ＭＣＵ１１のメモリ（図示略）内に予め格納されたプログラムにより実行される。このようにＭＣＵ１１では、ＭＣＵ１１ＡのＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）とＭＣＵ１１ＢのＣＰＵを一つにまとめることができるため、ＭＣＵ１１ＡとＭＣＵ１１Ｂを個別に構成した場合に比べて構成を簡素化できる。また、パワーコントロールユニット１００の小型化及びコストダウンを図ることができる。
　図６に示すように出力インバータ１２は、ＤＣＤＣコンバータ１０の回路基板１０２に搭載されている。従って、出力インバータ１２を構成する６個のスイッチング素子（第２電気回路素子に相当）がＤＣＤＣコンバータ１０の回路基板１０２上の適宜の隙間に接続されている。出力インバータ１２の電流容量は、ＤＣＤＣコンバータ１０の扱う電流容量に比べて極めて小さい（例えば３Ａ：１００Ａ）ため、出力インバータ１２は、回路基板１０２の小さな隙間に挿入することができる。また、出力インバータ１２の電源回路は、ＤＣＤＣコンバータ１０の平滑回路１８の出力側に接続されている。即ち、ＤＣＤＣコンバータ１０の平滑回路１８が図８のウォータポンプ制御回路１０Ｂの入力フィルタ回路１８Ｂの役割を担っている。平滑回路１８は、内部にＬ（インダクダンス）、Ｃ（キャパシタンス）成分を持ち、整流回路１７からの脈流を平滑化する回路である。平滑回路１８は、図８のウォータポンプ制御回路１０Ｂにおける入力フィルタ回路１８Ｂとしての機能も果たすことができる。従って、図６のＤＣＤＣコンバータ１０では、図８の入力フィルタ回路１８Ｂを割愛することができる。図６に示すように出力インバータ１２のアース側には、図８の汎用のウォータポンプ制御回路１０Ｂの過電流検知抵抗１４Ｂと同様の過電流検知抵抗１４が接続されている。なお、図６に図示され、ここで説明を割愛した構成は従来公知の構成である。
　図６に示すように出力インバータ１２を構成する第２電気回路素子がＤＣＤＣコンバータ１０の回路基板１０２上に接続されている。そのため、出力インバータ１２の電源回路の配線長を短くすることができる。しかも、出力インバータ１２の電源回路を図５に示す筐体１０１の外部に露出しないようにすることができる。筐体１０１は、アルミニウム製であり、ノイズシールド機能を備える。そのため、出力インバータ１２の電源回路に外部から重畳するノイズを抑制することができる。また、図６のＤＣＤＣコンバータ１０の平滑回路１８が出力インバータ１２の入力フィルタ回路（図８の１８Ｂ）の代わりとなる。そのため入力フィルタ回路１８Ｂを割愛できる。これにより、入力フィルタ回路１８Ｂの電圧降下分だけ出力インバータ１２に供給される電圧の低下が抑制される。
　図６に示すように入出力回路１９に入力信号を入力する多重通信信号の入力端子ＣＡＮが設けられる。入力端子ＣＡＮには、図３に示すようにインバータ２０からの信号の他に、ウォータポンプを制御する入力信号（図８のＰＷＭ信号に相当）も入力されている。そのため、図６の入出力回路１９は、図８のウォータポンプ制御回路１０Ｂの入力信号処理回路１９Ｂの役割も担っている。従って、図６のＤＣＤＣコンバータ１０では、図８の入力信号処理回路１９Ｂを割愛することができる。かくして、回路構成を簡素化することができる。また、パワーコントロールユニット１００の小型化及びコストダウンを図ることができる。
　図６～８のように、ＤＣＤＣコンバータ１０、１０Ａ及びウォータポンプ制御回路１０Ｂの各回路は、一次側スイッチ回路１５、１５Ａ、電力変換器１６、１６Ａ、ＭＣＵ１１、１１Ａ、１１Ｂ等、各図中、四角のブロックで囲んで示した複数の電気回路要素を組み合わせて構成されている。各電気回路要素のうち、ウォータポンプ制御回路１０Ｂを構成する電気回路要素がポンプ用電気回路要素であり、ＤＣＤＣコンバータ１０、１０Ａを構成する電気回路要素がコンバータ用電気回路要素である。また、各電気回路要素は、各電気回路要素の機能に応じて選択されたＩＣ、スイッチング素子、コンデンサ、ダイオード、抵抗等の電気回路素子をプリント基板である回路基板上に組付けることにより構成されている。
＜その他の実施形態＞
　以上、本明細書に開示の技術を特定の実施形態について説明したが、その他各種の形態で実施可能なものである。例えば、上記実施形態では、ウォータポンプは、パワーコントロールユニットの筐体に固定したが、ヒートシンクに固定してもよい。図６では、インバータを構成する第１電気回路素子を搭載する回路基板と、ＤＣＤＣコンバータを構成する第１電気回路素子を搭載する回路基板が一体に構成されている。これに代えて、インバータを構成する第１電気回路素子を搭載する回路基板と、ＤＣＤＣコンバータを構成する第１電気回路素子を搭載する回路基板が別体に構成してもよい。この場合、いずれか１つの回路基板にウォータポンプ制御回路を構成する第２電気回路素子が搭載される。

Claims (5)

  1. 　電動車両用パワーコントロールユニットであって、
    　高圧バッテリから車両駆動用モータへの供給電圧を制御するインバータと、
    　前記高圧バッテリの電圧を、車両内補機類の電源である低圧バッテリを充電可能な電圧まで降圧するＤＣＤＣコンバータと、
    　前記インバータ又は前記ＤＣＤＣコンバータを構成する第１電気回路素子が搭載される回路基板と、
    　前記第１電気回路素子を冷却するヒートシンクと、
    　該ヒートシンクの冷媒通路に冷媒を通流させるウォータポンプと、
    　該ウォータポンプの作動を制御するウォータポンプ制御回路と、を備え、
    　該ウォータポンプ制御回路を構成する第２電気回路素子は、前記回路基板に前記第１電気回路素子と共に搭載されている電動車両用パワーコントロールユニット。
  2. 　請求項１に記載の電動車両用パワーコントロールユニットであって、
    　前記ウォータポンプ制御回路を構成する複数のポンプ用電気回路要素の一部は、前記ＤＣＤＣコンバータを構成するコンバータ用電気回路要素に組み込まれて構成されている電動車両用パワーコントロールユニット。
  3. 　請求項２に記載の電動車両用パワーコントロールユニットであって、
    　前記ウォータポンプ制御回路は、前記ポンプ用電気回路要素の一つとして電源回路からのノイズを除去する入力フィルタ回路を備え、
    　前記ＤＣＤＣコンバータは、前記コンバータ用電気回路要素の一つとして電力変換後の交流電流を整流した脈流を平滑化する平滑回路を備え、
    　前記平滑回路を、前記入力フィルタ回路としても機能するように前記ＤＣＤＣコンバータに対して前記ウォータポンプ制御回路が接続されている電動車両用パワーコントロールユニット。
  4. 　請求項２又は３に記載の電動車両用パワーコントロールユニットであって、
    　前記ウォータポンプ制御回路は、前記ポンプ用電気回路要素の一つとしてウォータポンプ駆動用モータの回転を制御するモータ制御回路を備え、
    　前記ＤＣＤＣコンバータは、トランスによる電力変換を制御する電力変換制御回路を前記コンバータ用電気回路要素の一つとして備え、前記電力変換制御回路がデジタルコンピュータを含み、
    　前記モータ制御回路は、前記電力変換制御回路の前記デジタルコンピュータに組み込まれて構成されている電動車両用パワーコントロールユニット。
  5. 　請求項２～４のいずれか１つに記載の電動車両用パワーコントロールユニットであって、
    　前記ウォータポンプ制御回路は、前記ポンプ用電気回路要素として、ウォータポンプ駆動用モータの回転を制御するモータ制御回路と、該モータ制御回路の出力を受けて前記ウォータポンプ駆動用モータへの供給電圧を制御する出力回路と、を備え、
    　該出力回路を構成する前記第２電気回路素子は、前記回路基板に前記ＤＣＤＣコンバータを構成する前記第１電気回路素子と共に搭載されている電動車両用パワーコントロールユニット。
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