CN116508251A - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

一种电力转换装置，具有：与电源(200)连接的第一配线(910)和第二配线(920)；与第一配线和第二配线连接的第一电容器(520)；包括通过第一配线和第二配线与第一电容器并联连接的多个开关(511、512)的电气部件(501)；以及与第一配线和第二配线中的一方连接，并且与电位恒定的基准电位部(700)连接的第二电容器(600)，第一配线和第二配线中的另一方的与第一电容器连接的另一方侧连接点(521、522)与电源之间的不经由第一电容器的第一通电路径的阻抗比另一方侧连接点与第二电容器之间的经由第一电容器的第二通电路径的阻抗高。

Description

电力转换装置

相关申请的援引

本申请以2020年9月10日在日本提交申请的专利申请第2020-152123号为基础，以参照的方式整体地将基础申请的内容援引于此。

技术领域

本说明书所记载的公开涉及一种电力转换装置。

背景技术

在专利文献1中，已知具有与电池连接的直流平滑电路、与直流平滑电路连接的三相交流转换电路和平滑电容器的逆变器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2003-173952号公报

发明内容

直流平滑电路具有与电池连接的两个电流路径。在这两个电流路径中分别设置有一个用于去除从三相交流转换电路漏出的电流噪声的Y电容器。因此，部件数量有可能会变多。

本发明的目的在于提供一种能抑制部件数量的增大的电力转换装置。

本公开的一个方式的电力转换装置具有：

与电源连接的第一配线和第二配线；

第一电容器，上述第一电容器与第一配线和第二配线连接；

电气部件，上述电气部件包括通过第一配线和第二配线与第一电容器并联连接的多个开关；以及

第二电容器，上述第二电容器与第一配线和第二配线中的一方连接，并且与电位恒定的基准电位部连接，

第一配线和第二配线中的另一方的与第一电容器连接的另一方侧连接点与电源之间的不经由第一电容器的第一通电路径的阻抗比另一方侧连接点与第二电容器之间的经由第一电容器的第二通电路径的阻抗高。

由此，分别在第一配线侧和第二配线侧产生的电流噪声容易流向与第一配线和第二配线中的一方连接的第二电容器。因此，即使第二电容器不单独地与第一配线和第二配线连接，也能够去除分别在第一配线侧和第二配线侧产生的电流噪声。由此，能够削减部件数量。

另外，上述括号内的附图标记仅表示与后述的实施方式所记载的结构的对应关系，并不限定技术范围。

附图说明

图1是表示车载***的电路图。

图2是表示车载***的电路图的变形例。

图3是表示车载***的电路图的变形例。

图4是表示车载***的电路图的变形例。

具体实施方式

以下，参照附图，对用于实施本公开的多个方式进行说明。在各方式中，有时对与在先前的方式中说明的事项对应的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。在各方式中对结构的仅一部分进行说明的情况下，对于结构的其他部分能应用在先说明的其他方式。

另外，不仅是在各实施方式中明示为能够具体组合的部分之间的组合，只要不对组合造成阻碍，则即使没有明示也能够将实施方式彼此、实施方式和变形例以及变形例彼此部分地组合。

(第一实施方式)

首先，基于图1，对设置有电力转换装置300的车载***100进行说明。该车载***100构成电动汽车用的***。车载***100具有电池200、电力转换装置300和电动机400。电池200相当于电源。另外，在附图中，将电池200缩写为“BATT”来表示。

另外，车载***100具有未图示的多个ECU。ECU装设于基板800。这些多个ECU经由母线配线相互发送、接收信号。多个ECU协作以对电动汽车进行控制。通过多个ECU的控制，对与电池200的SOC对应的电动机400的再生和动力运行进行控制。SOC是充电状态(stateof charge)的缩写。ECU是electronic control unit(电子控制单元)的缩写。另外，在附图中，将基板800缩写为“CB”来表示。

电池200具有多个二次电池。这些多个二次电池构成串联连接的电池组。该电池组的SOC相当于电池200的SOC。作为二次电池，能够采用锂离子二次电池、镍氢二次电池以及有机自由基电池等。

＜电力转换装置＞

电力转换装置300具有逆变器500和第二电容器600。电力转换装置300进行电池200与电动机400之间的电力转换。电力转换装置300将电池200的直流电力转换为交流电力。电力转换装置300将由电动机400的发电(再生)生成的交流电力转换为直流电力。

电动机400连结于未图示的电动汽车的输出轴。电动机400的旋转能量经由输出轴传递到电动汽车的行驶轮。相反地，行驶轮的旋转能量经由输出轴传递到电动机400。

电动机400通过从电力转换装置300供给的交流电力进行动力运行。由此，向行驶轮施加推进力。另外，电动机400通过从行驶轮传递的旋转能量而再生。由该再生产生的交流电力通过电力转换装置300转换为直流电力。该直流电力被供给至电池200。另外，直流电力还被供给至装设于电动汽车的各种电负载。

＜逆变器＞

逆变器500具有电气部件501和第一电容器520，上述电气部件501包括由多个开关组成的电桥支路组510。逆变器500分别连接至与电池200连接的第一供电母线910和第二供电母线920。第一供电母线910连接到电池200的正极。第二供电母线920连接到电池200的负极。

如图1所示，在第一供电母线910和第二供电母线920上并联连接有电气部件501和第一电容器520。第一供电母线910相当于第一配线。第二供电母线920相当于第二配线。

上述电桥支路组510具有U相电桥支路513、V相电桥支路514和W相电桥支路515。这些三相的电桥支路分别具有第一高侧开关511和第一低侧开关512作为开关。另外，三相的电桥支路分别具有第一高侧二极管511a和第一低侧二极管512a作为二极管。第一高侧开关511和第一低侧开关512相当于开关。

第一高侧二极管511a的阴极连接点与第一高侧开关511的集电极连接。第一高侧二极管511a的阳极连接点与第一高侧开关511的发射极连接。由此，第一高侧二极管511a与第一高侧开关511被反向并联连接。

第一低侧二极管512a的阴极连接点与第一低侧开关512的集电极连接。第一低侧二极管512a的阳极连接点与第一低侧开关512的发射极连接。由此，第一低侧二极管512a与第一低侧开关512被反向并联连接。

三相的电桥支路各自所包括的开关和二极管由未图示的树脂构件进行树脂密封。与第一高侧开关511的集电极连接的集电极端子的一部分从树脂构件露出。集电极端子的一部分与第一供电母线910连接。

与第一低侧开关512的发射极连接的发射极端子的一部分从树脂构件露出。发射极端子的一部分与第二供电母线920连接。

与第一高侧开关511和第一低侧开关512各自的栅极连接的栅极端子或传感器端子等开关端子的一部分从树脂构件露出。开关端子与基板800连接。

分别与第一高侧开关511的发射极和第一低侧开关512的集电极连接的输出端子的一部分从树脂构件露出。

U相母线410与分别连接到U相电桥支路513所包括的第一高侧开关511的发射极和第一低侧开关512的集电极的输出端子连接。U相母线410与电动机400的U相定子线圈连接。

V相母线420与分别连接到V相电桥支路514所包括的第一高侧开关511的发射极和第一低侧开关512的集电极的输出端子连接。V相母线420与电动机400的V相定子线圈连接。

W相母线430与分别连接到W相电桥支路515所包括的第一高侧开关511的发射极和第一低侧开关512的集电极的输出端子连接。W相母线430与电动机400的W相定子线圈连接。

另外，在本实施方式中，采用N通道型的IGBT作为开关。但是，作为这些开关，也可以采用MOSFET而不是IGBT。在采用MOSFET作为开关的情况下，也可以没有二极管。

这些开关能够由Si等的半导体和SiC等的宽带隙半导体来制造。作为半导体元件的构成材料，没有特别限定。

＜第一电容器＞

第一电容器520是对将交流整流为直流时产生的脉流进行平滑化的平滑电容器。

第一电容器520具有两个电极。这两个电极中的一方的电极在第一电容器连接点521处与第一供电母线910连接。这两个电极中的另一方的电极在第二电容器连接点522处与第二供电母线920连接。

＜第二电容器＞

第二电容器600是用于去除流过第一供电母线910和第二供电母线920的电流噪声的滤波电容器。在这些供电母线中流过由逆变器500产生的高频的电流噪声、由于电磁噪声侵入供电母线而产生的电流噪声等。

第二电容器600具有两个电极。这两个电极中的一方的电极在第三电容器连接点601处与第一供电母线910连接。这两个电极中的另一方的电极在第四电容器连接点602处与车身700连接。另外，第四电容器连接点602也可以不与车身700连接。只要第二电容器600与电位为恒定的基准电位连接即可。车身700相当于基准电位部。

另外，第二电容器600的静电电容比电池200的寄生电容大。

＜第一供电母线和第二供电母线＞

如至此为止所说明那样，在第一供电母线910和第二供电母线920上并联连接有电气部件501和第一电容器520。第一供电母线910连接到电池200的正极。第二供电母线920连接到电池200的负极。

第一供电母线910中的第一电容器520所连接的第一电容器连接点521位于第一供电母线910的与电池200连结的第一连结点931和第一供电母线910的与电气部件501连结的第二连结点932之间。第一电容器连接点521相当于一方侧连接点。

第二供电母线920中的第一电容器520所连接的第二电容器连接点522位于第二供电母线920的与电池200连结的第三连结点941和第二供电母线920的与电气部件501连结的第四连结点942之间。第二电容器连接点522相当于另一方侧连接点。

以下，为了便于说明，将第一供电母线910中的第一连结点931与第一电容器连接点521之间的部位表示为第一传输部位911。将第一供电母线910中的第一电容器连接点521与第二连结点932之间的部位表示为第二传输部位912。另外，第一连结点931相当于第三连接点。

同样地，将第二供电母线920中的第三连结点941与第二电容器连接点522之间的部位表示为第三传输部位921。将第二供电母线920中的第二电容器连接点522与第四连结点942之间的部位表示为第四传输部位922。另外，第三连结点941相当于第一连接点。第四连结点942相当于第二连接点。

＜第二电容器的连接部位＞

如图1所示，在本实施方式中，第二电容器600中的与第一供电母线910连接的连接点位于第一供电母线910的第一传输部位911。为了便于说明，将第二电容器600中的与第一供电母线910连接的连接点表示为第三电容器连接点601。

换言之，第三电容器连接点601位于第一连结点931与第一电容器连接点521之间。另外，第三电容器连接点601也可以位于第二传输部位912。

另外，第二电容器600也可以与第二供电母线920连接。在这种情况下，第二电容器600与第二供电母线920的第三传输部位921和第四传输部位922中的任一个连接。在这种情况下，第三电容器连接点601位于第三传输部位921或第四传输部位922。

＜电流噪声和阻抗＞

如上所述，电气部件501具有多个开关。通过对多个开关进行PWM控制，将直流电力转换为交流电力，将交流电力转换为直流电力。由于该PWM控制，从多个开关产生高频的电流噪声。该电流噪声从电气部件501分别流向第二传输部位912和第四传输部位922。

该电流噪声的频率比流过第一供电母线910和第二供电母线920的交流电力高。在该电流噪声的频带中，第二电容器连接点522与第三连结点941之间的第一通电路径901的阻抗比第二电容器连接点522与第三电容器连接点601之间的第二通电路径902的阻抗高。

由于该阻抗的大小关系，当然，第一电容器520的阻抗比第一通电路径901的阻抗低。

在该电流噪声的频带中，第一电容器连接点521与第三电容器连接点601之间的第三通电路径903的阻抗比第一电容器连接点521与第三连结点941之间的第四通电路径904的阻抗低。

以上所示的第一通电路径901～第四通电路径904在图1中用实线箭头表示。如图1所示，在第一通电路径901中包含第三传输部位921。在第二通电路径902中包含第一电容器520和第一传输部位911的一部分。在第三通电路径903中包含第一传输部位911的一部分。在第四通电路径904中包含第一电容器520和第三传输部位921。

＜电力转换装置的构成要素＞

电力转换装置300除了至此为止所说明的电路的构成要素之外，还具有壳体502。在壳体502中收纳有逆变器500。如图1所示，第一传输部位911的一部分和第三传输部位921的一部分从壳体502露出。第二电容器600与从壳体502露出的第一传输部位911的一部分连接。第二电容器600配置在壳体502的外部。

从壳体502露出的第一传输部位911的一部分被由导磁率较高的构件构成的屏蔽部940覆盖。屏蔽部940对从壳体502露出的第一传输部位911进行覆盖，从而容易抑制来自外部的电磁噪声侵入第一传输部位911。

＜作用效果＞

如至此为止所说明的那样，在电流噪声的频带中，第一通电路径901的阻抗比第二通电路径902的阻抗高。因此，相较于第一通电路径901，电气部件501在第二供电母线920侧产生的电流噪声更容易流向第二通电路径902。

另外，在电流噪声的频带中，第三通电路径903的阻抗比第四通电路径904的阻抗低。因此，相较于第四通电路径904，电气部件501在第一供电母线910侧产生的电流噪声更容易通过第三通电路径903。

如上所述，在第二通电路径902和第三通电路径903中包含第一传输部位911的一部分。第二电容器600在第三电容器连接点601处与该第一传输部位911的一部分连接。

由此，分别在电气部件501的第一供电母线910侧和第二供电母线920侧产生的电流噪声容易流向第二电容器600。

因此，即使第二电容器600没有单独地分别与第一供电母线910和第二供电母线920连接，也能够去除分别在电气部件501的第一供电母线910侧和第二供电母线920侧产生的电流噪声。由此，能够削减部件数量。

如至此为止所说明的那样，第二电容器600配置在壳体502的外部。由此，难以限制电气部件501和第一电容器520在壳体502的内部的配置。容易提高电气部件501和第一电容器520在壳体502的内部的设计的自由度。

如至此为止所说明的那样，第二电容器600的静电电容比电池200的寄生电容大。因此，容易通过第二电容器600去除流过第一传输部位911的电流噪声。

(第一变形例)

如图2所示，在电气部件501中，除了电桥支路组510之外，还可以包括电抗器530、连结母线531、A相电桥支路518和第三电容器540。A相电桥支路518包括两个串联连接的第二高侧开关516和第二低侧开关517。第二高侧开关516相当于辅助开关。

另外，除了第一传输部位911和第二传输部位912以外，第一供电母线910还具有经由电抗器530及第二高侧开关516与第二传输部位912连接的第五传输部位913。另外，电抗器530和第二高侧开关516承担将第二传输部位912和第五传输部位913连接的第一供电母线910的一部分。

如图2所示，电抗器530的一端与第二传输部位912的一端连接。电抗器530的另一端与连结母线531的一端连接。连接母线531的另一端与A相电桥支路518所包括的第二高侧开关516和第二低侧开关517的中点连接。另外，第二传输部位912的一端与电抗器530的一端的连接点相当于第二连结点932。

另外，第二高侧开关516的集电极与第五传输部位913连接。第二低侧开关517的发射极与第四传输部位922连接。第二高侧开关516的发射极与第二低侧开关517的集电极连接。由此，第二高侧开关516和第二低侧开关517从第五传输部位913朝向第四传输部位922依次串联连接。

在第五传输部位913和第四传输部位922处，除了A相电桥支路518之外，还连接有第三电容器540和上述电桥支路组510。A相电桥支路518、第三电容器540和电桥支路组510在第五传输部位913与第四传输部位922之间并联连接。电桥支路组510在第一开关连接点551处连接到第五传输部位913。电桥支路组510在第二开关连接点552处连接到第四传输部位922。

第三电容器540具有两个电极。这两个电极中的一方的电极在第五电容器连接点541处与第五传输部位913连接。这两个电极中的另一方的电极在第六电容器连接点542处与第四传输部位922连接。

第五电容器连接点541与第一连结点931之间的阻抗容易比经由第三电容器540的第五电容器连接点541与第三连结点941之间的阻抗高。

因此，在电桥支路组510的第五传输部位913侧产生的电流噪声容易通过第三电容器540流向第四传输部位922。

此外，在电桥支路组510的第四传输部位922侧产生的电流噪声也容易流向第四传输部位922。如上所述，第一电容器520在第二电容器连接点522处与第二供电母线920连接。在电桥支路组510中产生的电流噪声容易经过第四传输部位922，并且流向第二电容器连接点522。

如至此为止所说明的那样，在电流噪声的频带中，第一通电路径901的阻抗比第二通电路径902的阻抗高。相较于第一通电路径901，流过第二电容器连接点522的电流噪声更容易流向第二通电路径902。

其结果是，电流噪声容易流向第二电容器600。即使第二电容器600没有单独地分别与第一供电母线910和第二供电母线920连接，也能够去除在电桥支路组510中产生的电流噪声。

(第二变形例)

在第一变形例中，如图2所示，说明了第三电容器连接点601位于第一连结点931与第一电容器连接点521之间的方式。但是，也可以在保持第一变形例中说明的电路的结构的同时，如图3所示那样使第三电容器连接点601位于第二电容器连接点522与第六电容器连接点542之间。

在这种情况下，在上述的电桥支路组510和A相电桥支路518中产生且流向第四传输部位922的电流噪声在流过第二电容器连接点522之前容易流过第三电容器连接点601。在流过第二电容器连接点522之前，能够通过第二电容器600去除电流噪声。

另外，在第一通电路径901中包含第一传输部位911。在第二通电路径902中包含第一电容器520和第四传输部位922的一部分。第二电容器连接点522相当于一方侧连接点。伴随于此，第一电容器连接点521相当于另一方侧连接点。第一连结点931相当于第一连接点。第二连结点932相当于第二连接点。第三连结点941相当于第三连接点。第一开关连接点551相当于另一方侧开关连接点。第二开关连接点552相当于一方侧开关连接点。

如至此为止所说的那样，第一通电路径901的阻抗比第二通电路径902的阻抗高。因此，即使在电桥支路组510和A相电桥支路518的第五传输部位913侧产生的电流噪声流向第一电容器连接点521，相较于第一通电路径901也更容易流向第二通电路径902。

其结果是，该电流噪声容易流向第二电容器600。即使第二电容器600没有单独地分别与第一供电母线910和第二供电母线920连接，也能够去除在电桥支路组510和A相电桥支路518中产生的电流噪声。

另外，尽管未图示，但是第二电容器600也可以位于第三连结点941与第二电容器连接点522之间。在这种情况下，在第二通电路径902中包含第一电容器520和第三传输部位921的一部分。

(第三变形例)

电力转换装置300除了至此为止所说明的电路的构成要素之外，如图4所示，还具有电阻器801和放电电阻950。电阻器801与上述ECU一起装设于基板800。放电电阻950连接到第一供电母线910和第二供电母线920。电阻器801的阻抗比放电电阻950的阻抗高。

如图4所示，除了ECU和电阻器801之外，在基板800上还装设有第二电容器600。第二电容器600连接到电阻器801。

第一供电母线910除了至此为止说明的传输部位以外，还具有与基板800连接的基板传输部位914。基板传输部位914分别与第二电容器600和电阻器801连接。因此，从电桥支路组510产生的电流噪声分别流过第二电容器600和电阻器801。

如上所述，电阻器801的阻抗比放电电阻950的阻抗高。因此，与电阻器801侧相比，电流噪声更容易主动地流向第二电容器600侧。由此，能够减小第二电容器600的容量。第二电容器600的体格容易变小。

另外，尽管未图示，但是在逆变器500中除了电桥支路组510和第一电容器520之外，还可以包括A相电桥支路518和电抗器530等。

(其他变形例)

在本实施方式中，示出了电力转换装置300包含在电动汽车用的车载***100中的示例。但是，作为电力转换装置300的应用，并不特别限定于上述示例。例如，也可以采用在包括电动机400和内燃机的混合动力***中包含电力转换装置300的结构。

在本实施方式中，示出了一个电动机400连接到电力转换装置300的示例。但是，也可以采用多个电动机400连接到电力转换装置300的结构。在这种情况下，电力转换装置300具有多个用于构成逆变器500的三相开关模块。

虽然基于实施例对本公开进行了记述，但是应当理解，本公开并不限定于上述实施例、结构。本公开也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，虽然在本公开中示出了各种各样的组合、方式，但是进一步在此基础上包含有仅单个要素、其以上或以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。

Claims (8)

1.一种电力转换装置，具有：

与电源(200)连接的第一配线(910)和第二配线(920)；

第一电容器(520)，所述第一电容器与所述第一配线和所述第二配线连接；

电气部件(501)，所述电气部件包括通过所述第一配线和所述第二配线与所述第一电容器并联连接的多个开关(511、512)；以及

第二电容器(600)，所述第二电容器与所述第一配线和所述第二配线中的一方连接，并且与电位恒定的基准电位部(700)连接，

第一通电路径的阻抗比第二通电路径的阻抗高，所述第一通电路径是所述第一配线和所述第二配线中的另一方的与所述第一电容器连接的另一方侧连接点(521、522)与所述电源之间的不经由所述第一电容器的路径，所述第二通电路径是所述另一方侧连接点与所述第二电容器之间的经由所述第一电容器的路径。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述另一方侧连接点位于第一连接点(931、941)和第二连接点(932、942)之间，所述第一连接点将所述第一配线和所述第二配线中的另一方与所述电源连接，所述第二连接点将所述第一配线和所述第二配线中的另一方与所述电气部件连接。

3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述第一配线和所述第二配线中的一方的与所述第二电容器连接的第三电容器连接点(601)位于第三连接点(931、941)和一方侧连接点(521、522)之间，所述第三连接点将所述第一配线和所述第二配线中的一方与所述电源连接，所述一方侧连接点将所述第一配线和所述第二配线中的一方与所述第一电容器连接。

4.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电气部件除了多个所述开关之外，还具有从所述一方侧连接点朝向一方侧开关连接点(551、552)排列的电抗器(530)和辅助开关(516)，所述一方侧开关连接点将所述第一配线和所述第二配线中的一方与多个所述开关连接。

5.如权利要求2或3所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电气部件除了多个所述开关之外，还具有从所述另一方侧连接点朝向另一方侧开关连接点(551、552)排列的电抗器(530)和辅助开关(516)，所述另一方侧开关连接点将所述第一配线和所述第二配线中的另一方与多个所述开关连接。

6.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电力转换装置具有壳体(502)，所述壳体收纳所述电气部件和所述第一电容器，

所述第二电容器配置在所述壳体的外部。

7.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，所述电力转换装置具有：

基板(800)，所述基板包括所述第一配线和所述第二配线中的一方的一部分；

电阻器(801)，所述电阻器装设于所述基板，并且一端与所述第一配线和所述第二配线中的一方连接；以及

放电电阻(950)，所述放电电阻与所述第一配线和所述第二配线连接，

所述电阻器的阻抗比所述放电电阻的阻抗高，

所述第二电容器装设于所述基板，并且与所述基板所包括的所述第一配线和所述第二配线中的一方的一部分连接。

8.如权利要求1至7中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

所述第二电容器的静电电容比所述电源的寄生电容大。