JP5821956B2 - 容量素子収納ユニット - Google Patents
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Description
本発明は、容量素子収納ユニットに関する。
ハイブリッド車両は、蓄電装置の出力電力を変換してモータジェネレータに電力を供給する電力変換装置を備えている。そして、電力変換装置は、インバータの入力側に接続される平滑用容量素子と、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側に接続されるフィルタ用容量素子とを備えている。ここで、平滑用容量素子とフィルタ用容量素子との間で耐熱温度が異なることがあり、平滑用容量素子とフィルタ用容量素子とを共通のパッケージに収納する場合に、各容量素子間の伝熱を抑制することが求められている。
本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、直流電源からの直流電力が入力され、該入力された直流電力を異なる電圧値の直流電力に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電力が入力され、該入力された直流電力を交流に変換して出力するインバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側に設けられた第１の容量素子と、インバータの入力側に設けられた第２の容量素子と、を備える電力変換ユニットが開示されている。ここでは、第１の容量素子と第２の容量素子とが共通のパッケージ内に収納され、第１の容量素子と第２の容量素子との間の伝熱を抑制するために、第１の容量素子と第２の容量素子との間にスリットが設けられることが開示されている。
上記特許文献１によれば、平滑用容量素子とフィルタ用容量素子との間の伝熱を抑制することができるが、伝熱抑制効果を高めるためにはスリットの幅を大きくする必要がある。しかし、スリットの幅を大きくすると、共通のパッケージの強度が低下する可能性がある。
本発明の目的は、より好適に容量素子間の伝熱抑制効果を高めることを可能とする容量素子収納ユニットを提供することである。
本発明に係る容量素子収納ユニットは、熱伝導率が高い金属等の導電材料で構成されるバスバで接続される複数の容量素子を収納し、前記複数の容量素子の間で温度が高くなる位置にスリット部が設けられる共通パッケージと、内部に収納される要素を冷却するための冷却部を有する筐体と、前記スリット部において前記共通パッケージを前記筐体に固定するための固定部と、を備え、前記固定部は、熱伝導率が高い金属等の導電材料で構成される導電部を含み、前記バスバが前記導電部に接続固定されていることを特徴とする。
また、本発明に係る容量素子収納ユニットにおいて、前記固定部は、前記複数の容量素子のうち前記スリット部に隣接する容量素子の中心部に対応する位置に設けられることが好ましい。
また、本発明に係る容量素子収納ユニットにおいて、前記筐体は、第１の電力変換回路と、第２の電力変換回路とを収納し、前記複数の容量素子は、前記第１の電力変換回路に接続される第１の容量素子と、前記第２の電力変換回路に接続される第２の容量素子と、を有することが好ましい。
上記構成によれば、複数の容量素子の間で温度が高くなる位置にスリット部が設けられ、さらに当該スリット部において、冷却部を有する筐体に固定されている。これにより、複数の容量素子の熱が共通パッケージと固定部とを介して筐体に逃がされる。したがって、より好適に伝熱抑制効果を高めることができる。
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
図１は、容量素子収納ユニット１０を含む電力変換装置システム８の構成を示す図である。電力変換装置システム８は、蓄電装置１２と、モータジェネレータ２２と、電力変換装置２３と、制御装置２４とを備える。電力変換装置２３は、容量素子収納ユニット１０と、フィルタ用容量素子１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、平滑用容量素子１８と、インバータ２０とを備える。なお、以下では、電力変換装置システム８は、いわゆるハイブリッド車両に搭載されているものとして説明する。
蓄電装置１２は、モータジェネレータ２２に電力を供給するためのバッテリである。また、蓄電装置１２は、充放電可能な直流電源であって、例えば、炭素物質で構成された負極と、リチウムイオンが移動するための電解液と、リチウムイオンを可逆的に出し入れできる正極活物質とを有するリチウムイオン二次電池を用いることができる。
フィルタ用容量素子１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力側に設けられる容量素子である。フィルタ用容量素子１４は、蓄電装置１２に並列接続される。フィルタ用容量素子１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を構成するスイッチング素子のスイッチング動作時に発生する蓄電装置１２の電力変動を抑制する機能を有する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、蓄電装置１２の出力電力を昇圧してインバータ２０側に供給する電力変換回路である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、インバータ２０側から回生電力として供給される直流電力を降圧して、蓄電装置１２に充電電力として供給する。
平滑用容量素子１８は、インバータ２０の入力側に設けられる容量素子である。平滑用容量素子１８は、正極母線１と負極母線２との間の電力変動を抑制する機能を有する。ここで、正極母線１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６とインバータ２０の正極側端子同士を接続する電力線である。負極母線２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６とインバータの負極側端子同士を接続する電力線である。なお、平滑用容量素子１８の耐熱温度Ｔ1は、フィルタ用容量素子１４の耐熱温度Ｔ2と異なり、例えば、フィルタ用容量素子１４の耐熱温度Ｔ2は平滑用容量素子１８の耐熱温度Ｔ1よりも高い関係にある。
インバータ２０は、ハイブリッド車両の力行時にはＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電力である直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ２２に供給するための電力変換回路である。また、インバータ２０は、ハイブリッド車両の回生時にはモータジェネレータ２２で発電された回生エネルギである交流電力を直流電力に変換してＤＣ／ＤＣコンバータ１６に供給する。
モータジェネレータ２２は、それぞれＵ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルとを含んで構成される三相交流回転電機（負荷回路）である。また、モータジェネレータ２２には、図示しない動力分配機構を介して、ハイブリッド車両の車輪が接続されている。
制御装置２４は、電力変換装置２３全体を制御する機能を有する。例えば、インバータ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ１６に含まれるスイッチング素子のスイッチング制御を行う機能を有する。
次に、容量素子収納ユニット１０について説明する。図２は、容量素子収納ユニット１０を示す断面図である。
容量素子収納ユニット１０は、筐体１０２と、共通パッケージ１０４と、固定部１０６とを備える。また、筐体１０２は、共通パッケージ１０４と、固定部１０６とを内部に収納し、共通パッケージ１０４は固定部１０６によって筐体１０２の内部壁に固定される。
また、筐体１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、インバータ２０とを内部に収納する。ここで、筐体１０２は、共通パッケージ１０４よりも熱伝導率の高い金属等の導電材料で構成されており、内部に収納したＤＣ／ＤＣコンバータ１６及びインバータ２０と外部との間のシールド機能を有する。また、筐体１０２には、冷却液（冷却水）等の冷媒が流れる冷却流路１０８が形成されている。冷却流路１０８は、その内部を流れる冷却液によって筐体１０２を冷却する冷却部である。これにより、筐体１０２内に収納されるＤＣ／ＤＣコンバータ１６及びインバータ２０の冷却を行うことができる。
図３は、共通パッケージ１０４と固定部１０６の斜視図である。共通パッケージ１０４は、フィルタ用容量素子１４と平滑用容量素子１８を一体として収納しパッケージ化されている。ここで、フィルタ用容量素子１４は、２つの容量素子１４ａ，１４ｂを含む。そして、平滑用容量素子１８は、２つの容量素子１８ａ，１８ｂを含む。なお、ここでは、フィルタ用容量素子１４及び平滑用容量素子１８の数は、それぞれ２つずつであるものとして説明するが、それ以外の数であってもよい。
図３に示されるように、共通パッケージ１０４において、容量素子１４ａ，１４ｂと容量素子１８ａ，１８ｂが互いに間隔をおいて収納されている。そして、容量素子１４ａ，１４ｂと容量素子１８ａ，１８ｂは、その周囲を覆うポッティング樹脂材によって封止される。
ここで、容量素子１４ａ，１４ｂと容量素子１８ａ，１８ｂを１つのパッケージ内に収納すると、これらの容量素子間で熱が伝わりやすくなる。一般的に、容量素子は、その耐熱温度を超えない範囲でその性能を十分に発揮することが要求されるが、複数の容量素子の耐熱温度が異なる場合は、耐熱温度の高い容量素子から耐熱温度の低い容量素子へ熱が伝わることで、耐熱温度の高い容量素子の温度も耐熱温度の低い容量素子に合わせて使用する必要がある。その場合は、耐熱温度の高い容量素子がその性能を十分に発揮できなくなる。
これに対して共通パッケージ１０４では、図３に示すように、耐熱温度の異なる容量素子１４ｂと容量素子１８ａ間の伝熱を抑制するためにスリット部１０５を形成している。スリット部１０５は、共通パッケージ１０４において、温度が高くなる部分であり、耐熱温度の異なる容量素子１４ｂと容量素子１８ａとの間に形成されている。そして、このスリット部１０５により、容量素子１４ｂと容量素子１８ａとの間の伝熱が抑制される。そのため、耐熱温度の高い容量素子１４ｂを耐熱温度の低い容量素子１８ａから熱的に分離することができ、容量素子１４ｂから容量素子１８ａへ伝わる熱が抑制される。
また、フィルタ用容量素子１４を構成する２つの容量素子１４ａ，１４ｂの正電極同士及び負電極同士は、それぞれバスバ１４１とバスバ１４２によって接続される。具体的には、バスバ１４１は、容量素子１４ａ，１４ｂの正電極同士を接続する。バスバ１４２は、容量素子１４ａ，１４ｂの負電極同士を接続する。そして、バスバ１４１の端部は、固定部１０６の導電部１０６ａに対して接続される。
また、平滑用容量素子１８を構成する２つの容量素子１８ａ，１８ｂの正電極同士及び負電極同士は、それぞれバスバ１８１とバスバ１８２によって接続される。具体的には、バスバ１８１は、容量素子１８ａ，１８ｂの正電極同士を接続する。バスバ１８２は、容量素子１８ａ，１８ｂの負電極同士を接続する。そして、バスバ１８２の端部は、固定部１０６の導電部１０６ｃに対して接続される。なお、バスバ１４１，１４２，１８１，１８２は、熱伝導率の高い金属等の導電材料で構成されている。
固定部１０６は、スリット部１０５において、スリット部１０５に隣接する容量素子１４ｂと容量素子１８ａの高さ方向（矢印ｈ）の中央部において、共通パッケージ１０４を筐体１０２の内壁に対して接続するように取付る固定部材である。固定部１０６は、筐体１０２に対して導電するように接続固定される導電部１０６ａ，１０６ｃと、導電部１０６ａと導電部１０６ｃを絶縁するために導電部１０６ａと導電部１０６ｃの間に挟まれる絶縁部１０６ｂとを備える。なお、導電部１０６ａ，１０６ｃは、熱伝導率の高い金属等の導電材料で構成されている。
続いて、上記構成の容量素子収納ユニット１０の作用について、図１〜図３を用いて説明する。
一般的に、平滑用容量素子１８の耐熱温度Ｔ1は、フィルタ用容量素子１４の耐熱温度Ｔ2とは異なる。例えば、フィルタ用容量素子１４の耐熱温度Ｔ2は、平滑用容量素子１８の耐熱温度Ｔ1に比べて高くなる。このため、共通パッケージ１０４においてスリット部１０５を形成することでフィルタ用容量素子１４から平滑用容量素子１８へ伝わる熱が抑制される。ここで、より伝熱抑制効果を高める場合には、スリット部１０５のスリット幅を広げる必要がある。しかし、スリット幅を広げすぎると、ハイブリッド車両の走行中等の振動等により共通パッケージ１０４に亀裂が生じてしまう可能性もある。そのため、ハイブリッド車両の走行中等の振動等による共通パッケージ１０４の損傷を抑制しつつ、伝熱抑制効果を高めることが求められる。これが本発明によって解決しようとする課題である。
そこで、図１〜図３に示される容量素子収納ユニット１０によれば、フィルタ用容量素子１４の容量素子１４ｂと平滑用容量素子１８の容量素子１８ａに生じる熱を熱伝導率の高い固定部１０６を介して筐体１０２側に逃がすことができる。ここで、上記のように、筐体１０２の冷却流路１０８では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６及びインバータ２０の冷却を行なうために冷却液が流れているため、筐体１０２自体も冷却されている。これにより、容量素子１４ｂと容量素子１８ａに生じる熱は筐体１０２側に逃がされて冷却される。したがって、容量素子１４ｂと容量素子１８ａとの間の伝熱抑制効果をより高めることができる。また、固定部１０６は、容量素子１４ｂと容量素子１８ａに生じる熱の温度が最も高くなる中央部に取り付けられているため、より好適に伝熱を抑制することができる。
さらに、容量素子収納ユニット１０によれば、フィルタ用容量素子１４を構成する２つの容量素子１４ａ，１４ｂの正電極に接続されるバスバ１４１の端部が固定部１０６の導電部１０６ａに接続されている。これにより、容量素子１４ａ，１４ｂに生じる熱がバスバ１４１及び導電部１０６ａを介して筐体１０２側に逃がされることで、容量素子１４ａ，１４ｂ自体を冷却することができる。また、平滑用容量素子１８を構成する２つの容量素子１８ａ，１８ｂの負電極に接続されるバスバ１８２の端部が固定部１０６の導電部１０６ｃに接続されている。これにより、容量素子１８ａ，１８ｂに生じる熱がバスバ１８２及び導電部１０６ｃを介して筐体１０２側に逃がされることで、容量素子１８ａ，１８ｂ自体を冷却することができる。
なお、上記容量素子収納ユニット１０では、バスバ１４１及びバスバ１８２が固定部１０６に接続されるものとして説明したが、バスバ１４２及びバスバ１８１が接続されるものとしてもよい。また、絶縁部の数を増やすことで、全てのバスバが筐体１０２に接続されるものとしてもよい。
１ 正極母線、２ 負極母線、８ 電力変換装置システム、１０ 容量素子収納ユニット、１２ 蓄電装置、１４ フィルタ用容量素子、１４ａ，１４ｂ 容量素子、１６ コンバータ、１８ 平滑用容量素子、１８ａ，１８ｂ 容量素子、２０ インバータ、２２ モータジェネレータ、２３ 電力変換装置、２４ 制御装置、１０２ 筐体、１０４ 共通パッケージ、１０５ スリット部、１０６ 固定部、１０６ａ，１０６ｃ 導電部、１０６ｂ 絶縁部、１０８ 冷却流路、１４１，１４２，１８１，１８２ バスバ。
Claims (3)
- 熱伝導率が高い金属等の導電材料で構成されるバスバで接続される複数の容量素子を収納し、前記複数の容量素子の間で温度が高くなる位置にスリット部が設けられる共通パッケージと、
内部に収納される要素を冷却するための冷却部を有する筐体と、
前記共通パッケージから前記筐体へ熱を伝えるために、前記スリット部において前記共通パッケージを前記筐体の内壁に対して接続固定するための固定部と、を備え、
前記固定部は、熱伝導率が高い金属等の導電材料で構成される導電部を含み、
前記バスバが前記導電部に接続固定されていること、
を特徴とする容量素子収納ユニット。 - 請求項１に記載の容量素子収納ユニットにおいて、
前記固定部は、前記複数の容量素子のうち前記スリット部に隣接する容量素子の中心部に対応する位置に設けられることを特徴とする容量素子収納ユニット。 - 請求項１または２に記載の容量素子収納ユニットにおいて、
前記筐体は、第１の電力変換回路と、第２の電力変換回路とを収納し、
前記複数の容量素子は、
前記第１の電力変換回路に接続される第１の容量素子と、
前記第２の電力変換回路に接続される第２の容量素子と、
を有することを特徴とする容量素子収納ユニット。
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