JP2013230054A - パワーコントロールユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】ノイズを抑制する為のノイズ除去装置をパワーコントロールユニット内に設けた場合であっても小型化を可能にしたパワーコントロールユニットを提供する。
【解決手段】パワーコントロールユニット30は、スナバコンデンサモジュール100を収容するコンデンサ収容部124aと、長手方向がスナバコンデンサモジュール100の長手方向と平行するようにコモンコア102を収容するコア収容部124bとが一体形成されたケースを備え、コンデンサ収容部124aは、長手方向の面であって、電力変換モジュール40と対向する面にスナバコンデンサモジュール100を挿入するための第1開口部130が設けられ、コア収容部124bは、上面にコモンコア102を挿入するための第2開口部134が設けられ、第1開口部130及び第2開口部134から樹脂部材132、136を投入して、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を固定する。
【選択図】図11
【解決手段】パワーコントロールユニット30は、スナバコンデンサモジュール100を収容するコンデンサ収容部124aと、長手方向がスナバコンデンサモジュール100の長手方向と平行するようにコモンコア102を収容するコア収容部124bとが一体形成されたケースを備え、コンデンサ収容部124aは、長手方向の面であって、電力変換モジュール40と対向する面にスナバコンデンサモジュール100を挿入するための第1開口部130が設けられ、コア収容部124bは、上面にコモンコア102を挿入するための第2開口部134が設けられ、第1開口部130及び第2開口部134から樹脂部材132、136を投入して、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を固定する。
【選択図】図11
Description
本発明は、ノイズを抑制する為のノイズ除去装置をパワーコントロールユニット内に設けた場合であっても、小型化を可能にしたパワーコントロールユニットに関する。
下記に示す特許文献1に示すように、電力変換装置から外部へのノイズの漏出を防止する為に、筐体を金属とし、全体をシールドする技術が知られている。
しかしながら、近年、車両内には、ノイズの影響を受けやすい電子機器等が多数設けられており、EV車両やプラグインハイブリッド車両等、大電力を扱う車両が増えてきており、従来よりノイズを抑制することが必要となってきている。
また、ノイズ抑制の方法については、スナバコンデンサ又はコモンコア等のノイズ除去装置を用いることが古くから知られているが、ノイズ除去装置を用いる場合は、ノイズ除去装置が電力変換装置(パワーコントロールユニット)内のスペースを占有するため、電力変換装置が大型化してしまうという問題がある。
特に、車両内には多くの部品が混在し、密な状態になっているため、電力変換装置はなるべくコンパクトの方が好ましい。
そこで、本発明は、ノイズを抑制する為のノイズ除去装置をパワーコントロールユニット内に設けた場合であっても、小型化を可能にしたパワーコントロールユニットを提供することを目的とする。
本発明は、車両に搭載されるパワーコントロールユニットにおいて、バッテリの直流電力を交流電力に変換する電力変換モジュールと、前記電力変換モジュールが上面に配置されるヒートシンクと、前記電力変換モジュールの端部に設けられる正極及び負極からなる直流接続端子部と、前記ヒートシンクの上面側であって、前記電力変換モジュールの前記直流接続端子部側に設けられ、且つ、一定方向に沿って整列された複数のスナバコンデンサを有するスナバコンデンサモジュールと、前記ヒートシンクの上面側であって、前記スナバコンデンサモジュールを介して前記電力変換モジュールの前記直流接続端子部側に設けられる円環で前記一定方向に長いコモンコアと、前記スナバコンデンサモジュールを収容するコンデンサ収容部と、前記コモンコアの長手方向が前記スナバコンデンサモジュールの長手方向と平行するように前記コモンコアを収容するコア収容部とが一体形成されたケースと、を有し、前記コンデンサ収容部は、長手方向の面であって、前記電力変換モジュールと対向する面に、前記スナバコンデンサモジュールを挿入するための第1開口部が設けられ、前記コア収容部は、上面に、前記コモンコアを挿入するための第2開口部が設けられ、前記第1開口部及び前記第2開口部から樹脂部材を前記コンデンサ収容部及び前記コア収容部内に投入することで、前記スナバコンデンサモジュール及び前記コモンコアは、前記コンデンサ収容部及び前記コア収容部に、前記樹脂部材によって少なくとも一部が埋没して固定されることを特徴とする。
前記パワーコントロールユニットにおいて、前記コモンコアの長手方向は、前記スナバコンデンサモジュールの長手方向より短く、前記コンデンサ収容部及び前記コア収容部は、前記スナバコンデンサモジュールと前記コモンコアとの長手方向の一端が揃うように、前記スナバコンデンサモジュール及び前記コモンコアを収容し、前記直流接続端子部は、前記スナバコンデンサモジュール及び前記コモンコアの長手方向の他端側に少なくとも設けられ、前記直流接続端子部には、前記スナバコンデンサの接続端子が接続されるとともに、前記一端側から前記他端側に向かって前記コモンコアの内部を貫通したバスバーが接続されている。
前記パワーコントロールユニットにおいて、前記コモンコアは、楕円形状であり、長軸が上下方向となるように前記コア収容部に挿入される。
前記パワーコントロールユニットにおいて、前記コモンコアは、内周の一部が少なくとも前記樹脂部材によって埋没している。
前記パワーコントロールユニットにおいて、前記コモンコアの高さは、前記コンデンサ収容部の高さより高く、前記コモンコアと、前記コンデンサ収容部との間には、衝撃緩和剤が設けられている。
本発明によれば、スナバコンデンサモジュールを収容するコンデンサ収容部と、コモンコアの長手方向がスナバコンデンサモジュールの長手方向と平行するようにコモンコアを収容するコア収容部とが一体形成されたケースを有するので、スナバコンデンサモジュール及びコモンコアの配置面積を小さくすることができ、パワーコントロールユニットの小型化を図りながら、サージ電圧及び放射ノイズを効果的に抑制することができるとともに、スナバコンデンサモジュール及びコモンコアの取り付け性が向上する。また、コンデンサ収容部の電力変換モジュールと対向する面にスナバコンデンサモジュールを挿入するための第1開口部が、コア収容部の上面にコモンコアを挿入するための第2開口部がそれぞれ別個に設けられ、第1開口部及び第2開口部から樹脂部材を投入してスナバコンデンサモジュール及びコモンコアを固定するので、スナバコンデンサモジュール及びコモンコアの配置面積を小さくすることができ、パワーコントロールユニットの小型化を図ることができる。
本発明によれば、スナバコンデンサモジュールと、長手方向がスナバコンデンサモジュールの長手方向より短いコモンコアとを、長手方向の一端が揃うように配置し、直流接続端子部は、コモンコアの長手方向の他端側に少なくとも設けられているので、コモンコアの内部を貫通するバスバーと直列接続端子部との接続性が向上し、バスバーの形状を簡素化することができ、パワーコントロールユニットの小型化を図ることができる。また、直流接続端子部とスナバコンデンサの接続端子とが接続されているので、スナバコンデンサモジュールを電力変換モジュールにより近づけて配置することができ、パワーコントロールユニットの小型化を図るとともに、サージ電圧をより効果的に抑制することができる。
本発明によれば、コモンコアは、楕円形状であり、長軸が上下方向となるようにコア収容部に挿入されるので、コモンコアの配置面積を更に小さくすることができ、パワーコントロールユニットの小型化を図ることができる。
本発明によれば、コモンコアは、内周の一部が少なくとも樹脂部材によって埋没しているので、コモンコアのバランス性、耐震性が向上し、コモンコアの内周と、コモンコアを貫通するバスバーとが接触することを抑制することができる。
本発明によれば、コモンコアとコンデンサ収容部との間には、衝撃緩和剤が設けられているので、コモンコアの耐震性が向上する。
本発明に係るパワーコントロールユニットを有する電気自動車について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
図1は、電気自動車(車両)10の概略構成を模式化した概略構成斜視図、図2は、電気自動車10の概略構成を模式化した概略構成側面図である。
電気自動車10は、車体12内部に、前輪14L、14Rと後輪16L、16Rとの間で、且つ、車体12の底部に設けられた高電圧を出力する複数のバッテリセルを有するバッテリ18と、フロアパネル20を介してバッテリ18の上方に設けられる車室22と、該車室22とは隔てられて車体12の前方に区画されたモータルーム24と、該モータルーム24を覆うダッシュパネル26と、ダッシュパネル26の下方で、且つ、該モータルーム24に設けられた回転電機の一種である走行用モータ(外部電気機器)28の上方に載置されたパワーコントロールユニット(Power Control Unit)30とを備える。ダッシュパネル26は、ダッシュパネルロア26aとダッシュパネルアッパー26bとを有する。ダッシュパネル26は、モータルーム24と車室22とを仕切るものであり、モータルーム24からの汚れ、水、臭い等の浸入を防ぐ構造を有する。また、ダッシュパネル26は、外部からの水の浸入に対して、A/C(エアコンディショナー)配管内に流入させない水排出機能を有する。
電源ケーブル34は、バッテリ18に蓄積された電力をパワーコントロールユニット30に伝達するためのものであり、電源ケーブル34の一端はバッテリ18の電源コネクタ36に接続され、他端はパワーコントロールユニット30の電源コネクタ38(図8参照)に接続される。パワーコントロールユニット30は、バッテリ18から供給される直流電力を三相(U、V、W相)の交流電力に変換し、該変換した三相の交流電力を走行用モータ28に供給することで走行用モータ28を駆動制御する。
パワーコントロールユニット30は、直流電力を三相交流に変換する電力変換モジュール40(図4、図5、図8参照)と電力変換モジュール40を制御することで走行用モータ28を駆動させる制御部としてのECU42(図4、図8参照)とを有する。走行用モータ28とパワーコントロールユニット30とは、三相ケーブル(電力供給線)44を介して接続されており、三相ケーブル44の一端は走行用モータ28の電力コネクタ46に接続され、三相ケーブル44の他端はパワーコントロールユニット30の電力コネクタ48(電力コネクタ48a、48b、48c)に接続される。パワーコントロールユニット30を走行用モータ28の上方に配置させるので、高電圧の三相ケーブル44を短くすることができる。
図3は、パワーコントロールユニット30の外観斜視図、図4は、パワーコントロールユニット30の分解斜視図を示す。なお、発明の理解を容易にするために、特に指示のない限り、図3以降の説明に関しては、図3に示す矢印方向を基準として、前後、上下、及び左右の方向を説明する。
パワーコントロールユニット30は、ヒートシンク50と、ヒートシンク50の上部に設けられるアッパーケース52と、アッパーケース52の上部を覆う上カバー54と、ヒートシンク50の下部に設けられるロアケース56と、ロアケース56の下部を覆う下カバー58とを有する。ヒートシンク50、アッパーケース52、上カバー54、ロアケース56、及び下カバー58は、パワーコントロールユニット30の筐体を構成する。
ヒートシンク50の上面略中央には電力変換モジュール40が、ヒートシンク50の上面右側には、外部からバッテリ18を充電する際に用いられる急速充電用デバイス60、ヒューズ62a、62b(図5参照)等が設けられ、ヒートシンク50の左側上方には、電力変換モジュール40とアッパーケース52の電力コネクタ48a、48b、48cとを接続する三相端子64a、64b、64c(以下、総称して三相端子64と呼ぶ場合もある)が設けられている。電力変換モジュール40は、バッテリ18の直流電力を三相(U、V、W相)の交流電力に変換し、該変換した各相の交流電力を三相端子64a、64b、64cに出力する。三相端子64a、64b、64cは、その中間部がヒートシンク50の上面左側に設けられた三相端子台66に下方から支持される。この三相端子台66は、熱伝導性の部材を含み、三相端子64a、64b、64cの熱をヒートシンク50に伝える。
電力変換モジュール40は、複数のスイッチング素子を有するスイッチングモジュールを筐体内に内蔵する。この前記複数のスイッチング素子は、各相(例えば、U相、V相、W相)のスイッチング素子を有する。この複数のスイッチング素子がオンオフされることで、電力変換モジュール40は、バッテリ18からの直流電力を三相の交流電力に、又は、走行用モータ28から三相の交流電力を直流電力に変換する。
ヒートシンク50とアッパーケース52とで、急速充電用デバイス60を収納する充電デバイス室72、ヒューズ62a、62bを収納するヒューズ室74、電力変換モジュール40を収納する電力変換室76、及び、三相端子64a、64b、64cを収納する三相端子室78とが形成される。充電デバイス室72は、充電デバイス室72内へのアクセスを可能にするアッパーケース52の上面に形成された充電デバイス室開口部72aを有し、ヒューズ室74は、ヒューズ室74内へのアクセスを可能にするアッパーケース52の上面に形成されたヒューズ室開口部74aを有し、電力変換室76は、電力変換室76内へのアクセスを可能にするアッパーケース52の上面に形成された電力変換室開口部76aを有し、三相端子室78は、三相端子室78内へのアクセスを可能にするアッパーケース52の上面に形成された三相端子室開口部78aを有する(図4、図12参照)。電力変換モジュール40を制御するECU(制御装置)42は、急速充電用デバイス60の上方であって、充電デバイス室72内に設けられている。
上カバー54は、充電デバイス室開口部72aを覆う第1上カバー54aと、ヒューズ室開口部74aを覆う第2上カバー54bと、電力変換室開口部76aを覆う第3上カバー54cと、三相端子室開口部78aを覆う第4上カバー54dとを有する。充電デバイス室72は、ヒューズ室74、電力変換室76、及び三相端子室78より高く形成されているので、充電デバイス室開口部72aは、ヒューズ室開口部74a、電力変換室開口部76a、及び三相端子室開口部78aに比べ、高い位置に形成されている。
電力変換モジュール40の上方、且つ、電力変換室開口部76aの下方で、複数の平滑コンデンサからなる平滑コンデンサモジュール80(図8参照)を収容する平滑コンデンサ収容部82がアッパーケース52の内壁に吊り下げられるように取り付けられている。平滑コンデンサモジュール80は、電力変換モジュール40と電気的に接続され、バッテリ18からの電力を平滑化するものである。
ロアケース56の底面には、バッテリ18を充電する充電器84と、電気自動車10に搭載された低電圧系のデバイス(電装品)に低電圧の電力を供給するためにバッテリ18の電圧を降圧させるDC/DCコンバータ86とが設けられている。DC/DCコンバータ86及び充電器84は、長方形の筐体に収納されたものであり、DC/DCコンバータ86より部品数が多く、大きくなり易い充電器84の筐体は、DC/DCコンバータ86の筐体よりも大きい。
ヒートシンク50は、流体が流入される流入部88と、前記流体が流出する流出部90とを有する。ヒートシンク50の底面とロアケース56の上面とで前記流体が流れる流路(図示略)が形成される。流入部88から流入した前記流体は、ヒートシンク50とロアケース56によって形成された前記流路を通って流出部90から流出する。これにより、ヒートシンク50は、ヒートシンク50の上面側に設けられた電力変換モジュール40及び急速充電用デバイス60等、及び、ヒートシンク50の下面側に設けられた充電器84及びDC/DCコンバータ86が発熱した熱量を放熱させて冷却することができる。
図5は、ヒートシンク50の上面図、図6は、図5に示すヒートシンク50の上面要部拡大図、図7は、ロアケース56の底面図、図8は、パワーコントロールユニット30の回路図である。
図8に示すように、電力変換モジュール40は、電源コネクタ38に接続され、電源ケーブル34を介してバッテリ18を電源コネクタ38に接続することで、電力変換モジュール40とバッテリ18とは、平滑コンデンサモジュール80と、後述するスナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102とを介して接続される。ヒューズ62a、62b、急速充電用デバイス60、充電器84、及びDC/DCコンバータ86は、バスバー(接続線)によってバッテリ18と接続されるとともに、平滑コンデンサモジュール80、スナバコンデンサモジュール100、及びコモンコア102を介して電力変換モジュール40と接続される。バスバーは、銅版等の金属板を打ち抜き加工することで形成される。なお、急速充電用デバイス60は、ダイオード104、第1メインコンタクタ106と、第2メインコンタクタ108、抵抗R、及びプレコンタクタ110を有する。
電力変換モジュール40は、後方側の端部に1列に配置された3つの正極及び負極からなる直流接続端子部120a、120bを有し、正極の直流接続端子部120aは互いに導通しており、負極の直流接続端子部120bは互いに導通している。正極の直流接続端子部120aと負極の直流接続端子部120bとは交互に配列されている。
電力変換モジュール40の直流接続端子部120a、120b側に、コア内蔵スナバコンデンサ部122が設けられている。コア内蔵スナバコンデンサ部122は、図6に示すように、複数のスナバコンデンサからなるスナバコンデンサモジュール100と、該スナバコンデンサモジュール100を収容するコンデンサ収容部124aと、円環で一定方向に長いコモンコア102と、該コモンコア102を収容するコア収容部124bとを有する。コンデンサ収容部124aとコア収容部124bとは一体形成されている。図示しないが、この複数の前記スナバコンデンサは一定方向に整列配置され、且つ、並列接続されている。スナバコンデンサモジュール100は、直流接続端子部120a、120b側に配置され、スナバコンデンサモジュール100を挟んで、電力変換モジュール40の直流接続端子部120a、120b側に、コモンコア102が配置されている。つまり、コモンコア102と電力変換モジュール40との間に、スナバコンデンサモジュール100が配置されている。
スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102の長手方向が、3つの直流接続端子部120a、120bが設けられた電力変換モジュール40の端部と平行するように、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102が配置される。また、スナバコンデンサモジュール100の長手方向のヒューズ62a、62b側の一端と、コモンコア102の長手方向のヒューズ62a、62b側の一端とが略揃うように、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102は配置される。スナバコンデンサモジュール100の長手方向の長さは、コモンコア102の長手方向の長さよりも長く形成されている。
スナバコンデンサモジュール100の電力変換モジュール40側には、3つの正極及び負極の直流接続端子部120a、120bに接続される3つの正極及び負極からなる接続端子部126a、126bが設けられている。正極の接続端子部126aは、並列接続された複数の前記スナバコンデンサの一端側に接続され、負極の接続端子部126bは、並列接続された複数の前記スナバコンデンサの他端側に接続されている(図示略)。
また、平滑コンデンサ収容部82の後方側の端部には、3つの正極及び負極の直流接続端子部120a、120bに接続される3つの正極及び負極からなる接続端子部128a、128bが設けられている。この接続端子部128a、128bは、平滑コンデンサモジュール80に接続されており、正極の接続端子部128aは、平滑コンデンサモジュール80の一端側に接続され、負極の接続端子部128bは、平滑コンデンサモジュール80の他端側に接続されている。
この3つの直流接続端子部120a、120bと、スナバコンデンサモジュール100の3つの接続端子部126a、126bと、平滑コンデンサモジュール80の3つの接続端子部128a、128bとは互いに接続される。図9に示すように、直流接続端子部120aの上に、平滑コンデンサモジュール80の接続端子部128aが接続され、平滑コンデンサモジュール80の接続端子部128aの上にスナバコンデンサモジュール100の接続端子部126aが接続され、ボルトBによってその接続が固定されている。直流接続端子部120b、接続端子部128b、及び接続端子部126bの接続も図9と同様なので説明を省略する。なお、図9に示すように、スナバコンデンサモジュール100及びコンデンサ収容部124aの高さは、ヒートシンク50から直流接続端子部120a、120bまでの高さと同じか、若しくはそれより低く形成されている。
図10は、コア内蔵スナバコンデンサ部122の斜視図、図11はコア内蔵スナバコンデンサ部122の断面図である。
コンデンサ収容部124aは、スナバコンデンサモジュール100を収容可能なケースであり、長手方向の面であって、電力変換モジュール40と対向する面に第1開口部130が設けられている。接続端子部126a、126bが外側となるように、第1開口部130にスナバコンデンサモジュール100をコンデンサ収容部124a内に挿入し、樹脂部材132をコンデンサ収容部124a内に投入することで、スナバコンデンサモジュール100をコンデンサ収容部124aに固定する。このとき、スナバコンデンサモジュール100が埋没し、且つ、接続端子部126a、126bの一部が埋没しないように、樹脂部材132を投入する。樹脂部材132を投入してスナバコンデンサモジュール100をコンデンサ収容部124aに固定した後、第1開口部130を覆う絶縁シート130aが取り付けられる(図11参照)。この絶縁シート130aは、接続端子部126a、126bの一部を覆う。
コア収容部124bは、コモンコア102の一部を収容することができるケースであり、上面に第2開口部134が設けられている。コモンコア102は、楕円形状であり、コモンコア102の長軸が上下方向となり、短軸がヒートシンク50の平面方向となるように、コア収容部124bの第2開口部134からコモンコア102内に挿入し、樹脂部材136をコア収容部124b内に投入することで、コモンコア102をコア収容部124bに固定する。このとき、コモンコア102の内周の一部が少なくとも埋没するように樹脂部材136を投入する。
コモンコア102とコンデンサ収容部124aとの間には、衝撃緩衝剤138が設けられている。衝撃緩衝剤138は、コモンコア102の重心位置付近かそれより高い位置に設けられている。コモンコア102とコンデンサ収容部124aの間であって、高さが重心位置以上の位置に衝撃緩衝剤138を設け、コモンコア102の下側を樹脂部材136で固定することで、コモンコア102のバランス性及び耐震性が向上する。図11に示すように、コモンコア102の高さは、スナバコンデンサモジュール100及びコンデンサ収容部124aの高さより高い。また、図示しないが、コモンコア102の高さは、ヒートシンク50から直流接続端子部120a、120bまでの高さより高い。
図5に示すように、電力変換モジュール40の三相端子64a、64b、64cに最も近い正極の直流接続端子部120aにバスバー150の一端が接続され、該バスバー150は、三相端子64a、64b、64cからヒューズ62a、62b側に向かって、コモンコア102の内部を貫通している。
バスバー150の他端である分岐点J1は、バスバー152に接続され、図5、図7に示すように、該バスバー152は電源ケーブル154aを介して電源コネクタ38に接続されている。また、真ん中に位置する負極の直流接続端子部120bにバスバー156の一端が接続され、該バスバー156は、三相端子64a、64b、64cからヒューズ62a、62b側に向かって、コモンコア102の内部を貫通している。
バスバー156の他端である分岐点J2は、バスバー158に接続され、図5、図7に示すように、該バスバー158は電源ケーブル154bを介して電源コネクタ38に接続されている。これにより、正極の直流接続端子部120aはバッテリ18の正極側と、負極の直流接続端子部120bはバッテリ18の負極側とそれぞれ接続される。コモンコア102がヒューズ62a、62b側に寄せて設けられているので、バスバー150と直流接続端子部120aとの接続、及び、バスバー156と直流接続端子部120bとの接続を、コモンコア102が邪魔することなく、バスバー150、156の直流接続端子部120a、120bへの接続が容易になり、接続性が向上する。また、バスバー150、156の形状を簡素化することができる。
電源ケーブル154a、154bは、下方からヒートシンク50に形成された貫通孔50a、50bを通ってパワーコントロールユニット30内に挿入され、バスバー152、158の端部に接続されている。
ヒューズ62a、62bの一端とバスバー150の他端である分岐点J1とは、所定の距離を有するバスバー160によって接続され、バスバー160のヒューズ62a、62bとの接続点である分岐点J3と、ダイオード104のカソードとは、バスバー162によって接続されている。バスバー160に充電電流を検出するホール素子を利用した電流センサ164が設けられている。ヒューズ62aの他端は、ノーマルモードコイル166を介して、電源コンプレッサの一種であるエアコンコンプレッサ168の正極端子に接続され、ヒューズ62bの他端は、ヒータ170の正極端子に接続される(図5、図8参照)。ノーマルモードコイル166を設けることで、エアコンコンプレッサ168の共振周波数をパワーコントロールユニット30の共振周波数帯からずらすことができ、エアコンコンプレッサ168及びパワーコントロールユニット30間で共振現象が発生することを抑制することができる。このヒューズ62a、62b、ノーマルモードコイル166は、コイル収納部172に設けられている。
ダイオード104のカソードは、抵抗R、プレコンタクタ110を介して、第1メインコンタクタ106の一端に接続され、ダイオード104のアノードは、バスバー174によって、第1メインコンタクタ106の前記一端に接続される。
コイル収納部172に設けられたエアコンコンプレッサ168及びヒータ170の負極端子に接続するためのバスバー175と、バスバー156の他端である分岐点J2とは、バスバー176によって接続され、バスバー175と第2メインコンタクタ108の一端とは、バスバー178によって接続される。
分岐点J3と、バスバー180の一端とが接続され、バスバー180の他端は、図7に示すように、バスバー182によって充電器84の第1正極端子184aに、バスバー186によってDC/DCコンバータ86の第1正極端子188aにそれぞれ接続される。電源ケーブル154bと接続されるバスバー158の端部とバスバー190の一端とが接続され、バスバー190の端部は、図7に示すように、バスバー192によって充電器84の第1負極端子184bに、バスバー194によってDC/DCコンバータ86の第1負極端子188bにそれぞれ接続される。
充電器84の第2正極端子200a及び第2負極端子200bは、ケーブル202を介してコネクタ204(図8参照)に接続され、DC/DCコンバータ86の第2正極端子206a及び第2負極端子206bは、パワーコントロールユニット30の外部に導出したケーブル208に接続される。これにより、DC/DCコンバータ86が降圧した電力は、ケーブル208によって電気自動車10に搭載された低電圧系のデバイスに供給される。
また、電力変換モジュール40は、図5に示すように、U相端子210a、V相端子210b、及びW相端子210cを有し、U相端子210aに三相端子64aが接続され、V相端子210bに三相端子64bが接続され、W相端子210cに三相端子64cが接続される。
図7に示すように、DC/DCコンバータ86及び充電器84は、長手方向が互いに直行するように配置され、DC/DCコンバータ86の長辺と充電器84の短辺とが隣り合うように配置されている。
コネクタ204に接続されたプラグ212が図示しない商業用コンセント(外部電力)に接続されることで、100V又は200Vの交流電力が充電器84に供給され、充電器84は、バッテリ18を普通充電する(図8参照)。
図12は、図5のヒートシンク50の上方にアッパーケース52を載置したときの上面図である。なお、図12においては、平滑コンデンサモジュール80の図示を省略している。アッパーケース52には、急速充電用コネクタ220が設けられており、第1メインコンタクタ106の他端及び第2メインコンタクタ108の他端が、バスバー222、224を介して急速充電用コネクタ220に接続される。急速充電用コネクタ220には、給電ステーションに設けられた図示しない高圧の直流電力を供給する急速充電器(外部電力)の充電器側コネクタ226と接続するコネクタ228が接続される(図8参照)。前記急速充電器の充電器側コネクタ226とコネクタ228とが接続されることで、前記急速充電器はバッテリ18を急速充電する。
このような構成を有するパワーコントロールユニット30は、走行時は、バッテリ18から直流の放電電流が分岐点J1を介して電力変換モジュール40に供給され、電力変換モジュール40は供給された直流電力を三相の交流電力に変換して走行用モータ28に供給する。また、充電時は、充電器84又は急速充電用デバイス60から分岐点J3及びJ1を介してバッテリ18に充電電流が供給され、バッテリ18は充電される。
従って、バッテリ18から電力変換モジュール40側と、充電器84及び急速充電用デバイス60側とに分岐する分岐点J1(第1分岐点)と、分岐点J1から充電器84側と急速充電用デバイス60側とに分岐する分岐点J3(第2分岐点)との間に設けられたバスバー160には、走行時には電力変換モジュール40に供給される放電電力が流れず、充電時には、充電器84又は急速充電用デバイス60からバッテリ18に供給される直流の充電電流が流れるので、該バスバー160に電流センサ164を設けることで、充電電流を正確に検出することができるとともに、電流センサ164の発熱を抑制することができ、電流センサ164の寿命が向上する。また、充電器84からの充電電流と急速充電用デバイス60からの充電電流とを1つの電流センサで検出することができる。なお、ECU42は、電流センサ164の検出結果に基づいて、普通充電及び急速充電の充電状態(どのくらい充電されたか)を算出する。
また、DC/DCコンバータ86、エアコンコンプレッサ168、及びヒータ170は、充電時も駆動する負荷であることから、充電時にDC/DCコンバータ86、エアコンコンプレッサ168、及びヒータ170(以下、負荷)が駆動した場合は、充電器84又は急速充電用デバイス60からの電流は、DC/DCコンバータ86、エアコンコンプレッサ168、及びヒータ170に供給される。
しかしながら、分岐点J3は、バッテリ18からの電流が、最初に、充電器84及び急速充電用デバイス60側と、前記負荷側とに分岐する分岐点(第3分岐点)でもあるので、分岐点J3と分岐点J3よりバッテリ18側に設けられる分岐点J1との間に設けられたバスバー160には、前記負荷に供給される電流が流れずに、充電電流のみが流れる。従って、電流センサ164は、正確にバッテリ18に供給される充電電流のみを検出することができ、充電電流の検出精度が向上する。
なお、分岐点J3を第2分岐点及び第3分岐点として機能させたが、第2分岐点と第3分岐点を異なる位置に別個に設けてもよい。この場合は、分岐点J1(第1分岐点)と第2分岐点との間に第3分岐点を設ける。
以上のように、バッテリ18と電力変換モジュール40とは、バスバー150、152、156、158によって接続されるとともに、バッテリ18と電力変換モジュール40との間には、平滑コンデンサモジュール80、スナバコンデンサモジュール100、及びコモンコア102が介装される。また、ヒューズ62a、62b、急速充電用デバイス60、充電器84、及びDC/DCコンバータ86は、バスバー152、158、160、162、176、178、180、182、186、190、192、194によってバッテリ18に接続されるとともに、平滑コンデンサモジュール80、スナバコンデンサモジュール100、及びコモンコア102を介してバスバー150、156、158、160、162、176、178、180、182、186、190、192、194によって電力変換モジュール40に接続される。従って、電力変換モジュール40で発生したサージ電圧及び放射ノイズが、バッテリ18、ヒューズ62a、62b、急速充電用デバイス60、充電器84、及びDC/DCコンバータ86に伝達されるのを抑制することができる。
図13は、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を設けない場合と設けた場合とで、バッテリ18、ヒューズ62a、62b、急速充電用デバイス60、充電器84、及びDC/DCコンバータ86に伝達されるサージ電圧及び放射ノイズの一例を示す図である。
領域Oは、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を設けない場合に、バッテリ18、ヒューズ62a、62b、急速充電用デバイス60、充電器84、及びDC/DCコンバータ86に伝達されるサージ電圧及び放射ノイズを示している。
領域Pは、スナバコンデンサモジュール100のみを設けた場合に、バッテリ18、ヒューズ62a、62b、急速充電用デバイス60、充電器84、及びDC/DCコンバータ86に伝達されるサージ電圧及び放射ノイズを示している。領域Oと領域Pとを比較すると、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を設けない場合に比べ、スナバコンデンサモジュール100を設けると、サージ電圧が低減されているのがわかる。なお、放射ノイズは殆ど低減されていない。
領域Qは、コモンコア102のみを設けた場合に、バッテリ18、ヒューズ62a、62b、急速充電用デバイス60、充電器84、及びDC/DCコンバータ86に伝達されるサージ電圧及び放射ノイズを示している。領域Oと領域Qとを比較すると、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を設けない場合に比べ、コモンコア102を設けると、放射ノイズが低減されているのがわかる。なお、サージ電圧は殆ど低減されていない。
領域Rは、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を設けた場合に、バッテリ18、ヒューズ62a、62b、急速充電用デバイス60、充電器84、及びDC/DCコンバータ86に伝達されるサージ電圧及び放射ノイズを示している。
領域Oと領域Rとを比較すると、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を設けない場合に比べ、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を設けると、サージ電圧及び放射ノイズが共に低減されているのがわかる。また、領域Pと領域Rとを比較するとわかるように、スナバコンデンサモジュール100のみを設けた場合に比べ、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を共に設けた方が、よりサージ電圧が低減されている。また、領域Qと領域Rとを比較するとわかるように、コモンコア102のみを設けた場合に比べ、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を共に設けた方が、より放射ノイズが低減されている。
また、長手方向が互いに平行するようにスナバコンデンサモジュール100とコモンコア102とを配置するので、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102の配置面積を小さくすることができ、パワーコントロールユニット30内のデッドスペースを有効活用することができる。従って、パワーコントロールユニット30の小型化を図ることできる。
また、スナバコンデンサモジュール100とコモンコア102とを、その長手方向の一端が揃うように配置し、コモンコア102の他端側に設けた直流接続端子部120a、120bに、コモンコア102を貫通したバスバー150、156を接続したので、バスバー150、156と直流接続端子部120a、120bとの接続性が向上し、バスバー150、156の形状を簡素化することができ、パワーコントロールユニット30の小型化を図ることができる。更に、直流接続端子部120a、120bとスナバコンデンサモジュール100の接続端子部126a、126bとを、バスバーを介することなく直接接続するので、スナバコンデンサモジュール100を電力変換モジュール40側により近づけて接続することができ、パワーコントロールユニット30の小型化を図ることができるとともに、サージ電圧をより効果的に抑制することができる。
また、スナバコンデンサモジュール100を収容するコンデンサ収容部124aと、コモンコア102を収容するコア収容部124bとを一体形成して、1つのユニットとするので、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102の取り付け性が向上する。
また、コンデンサ収容部124aの長手方向の面であって、電力変換モジュール40と対向する面に、スナバコンデンサモジュール100を挿入するための第1開口部130が、コア収容部124bの上面にコモンコア102を挿入するための第2開口部134がそれぞれ別個に設けられ、第1開口部130及び第2開口部134から樹脂部材132、136を投入して、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を固定するので、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102の前後方向の配置面積を狭くすることができ、パワーコントロールユニット30の小型化を図ることができる。つまり、1つの開口部からスナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を挿入し、該1つの開口部から樹脂部材を投入する場合に比べ、スナバコンデンサモジュール100及びコモンコア102を電力変換モジュール40側に詰めて配置することができるので、配置面積を小さくすることができる。
コモンコア102は楕円形状であり、長軸が上下方向、短軸がヒートシンク50の平面方向となるように、コモンコア102をコア収容部124bに挿入されるので、コモンコア102の前後方向における載置面積を狭くすることができ、パワーコントロールユニット30の小型化を図ることができる。
また、コモンコア102は、内周の一部が少なくとも樹脂部材によって埋没しているので、コモンコア102のバランス性、耐震性が向上し、コモンコア102の内周と、コモンコア102を貫通するバスバー150、156とが接触することを抑制することができる。また、コモンコア102とコンデンサ収容部124aとの間には、衝撃緩衝剤138が設けられているので、コモンコア102の耐震性が向上する。
直流接続端子部120a、120bのヒートシンク50からの高さは、スナバコンデンサモジュール100及びコンデンサ収容部124aの高さより高いので、コモンコア102を貫通したバスバー150、156を、直流接続端子部120a、120bに接続する際に、スナバコンデンサモジュール100及びコンデンサ収容部124aが邪魔にならず、バスバー150、156と直流接続端子部120a、120bとの接続性が向上し、バスバー150、156の形状を簡素化することができ、パワーコントロールユニット30の小型化を図ることができる。
コモンコア102の高さは、スナバコンデンサモジュール100の高さよりも高いので、コモンコア102を貫通したバスバー150、156をスナバコンデンサモジュール100及びコンデンサ収容部124aの上で通し易くなり、バスバー150、156と直流接続端子部120a、120bとの接続性が向上し、バスバー150、156の形状を簡素化することができ、パワーコントロールユニット30の小型化を図ることができる。
以上、本発明について好適な実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
10…電気自動車 12…車体
18…バッテリ 28…走行用モータ
30…パワーコントロールユニット 34…電源ケーブル
36、38…電源コネクタ 40…電力変換モジュール
42…ECU 44…三相ケーブル
46、48…電力コネクタ 50…ヒートシンク
52…アッパーケース 54…上カバー
56…ロアケース 58…下カバー
60…急速充電用デバイス 62a、62b…ヒューズ
64a、64b、64c…三相端子 66…三相端子台
72…充電デバイス室 74…ヒューズ室
76…電力変換室 78…三相端子室
80…平滑コンデンサモジュール 82…平滑コンデンサ収容部
84…充電器 86…DC/DCコンバータ
100…スナバコンデンサモジュール 102…コモンコア
104…ダイオード 106…第1メインコンタクタ
108…第2メインコンタクタ 110…プレコンタクタ
120a、120b…直流接続端子部 122…コア内蔵スナバコンデンサ部
124a…コンデンサ収容部 124b…コア収容部
126a、126b、128a、128b…接続端子部
130…第1開口部 132、136…樹脂部材
134…第2開口部 138…衝撃緩衝剤
150、152、156、158、160、162、174、175、176、178、180、182、186、190、192、194、222、224…バスバー
164…電流センサ
18…バッテリ 28…走行用モータ
30…パワーコントロールユニット 34…電源ケーブル
36、38…電源コネクタ 40…電力変換モジュール
42…ECU 44…三相ケーブル
46、48…電力コネクタ 50…ヒートシンク
52…アッパーケース 54…上カバー
56…ロアケース 58…下カバー
60…急速充電用デバイス 62a、62b…ヒューズ
64a、64b、64c…三相端子 66…三相端子台
72…充電デバイス室 74…ヒューズ室
76…電力変換室 78…三相端子室
80…平滑コンデンサモジュール 82…平滑コンデンサ収容部
84…充電器 86…DC/DCコンバータ
100…スナバコンデンサモジュール 102…コモンコア
104…ダイオード 106…第1メインコンタクタ
108…第2メインコンタクタ 110…プレコンタクタ
120a、120b…直流接続端子部 122…コア内蔵スナバコンデンサ部
124a…コンデンサ収容部 124b…コア収容部
126a、126b、128a、128b…接続端子部
130…第1開口部 132、136…樹脂部材
134…第2開口部 138…衝撃緩衝剤
150、152、156、158、160、162、174、175、176、178、180、182、186、190、192、194、222、224…バスバー
164…電流センサ
Claims (5)
- 車両に搭載されるパワーコントロールユニットにおいて、
バッテリの直流電力を交流電力に変換する電力変換モジュールと、
前記電力変換モジュールが上面に配置されるヒートシンクと、
前記電力変換モジュールの端部に設けられる正極及び負極からなる直流接続端子部と、
前記ヒートシンクの上面側であって、前記電力変換モジュールの前記直流接続端子部側に設けられ、且つ、一定方向に沿って整列された複数のスナバコンデンサを有するスナバコンデンサモジュールと、
前記ヒートシンクの上面側であって、前記スナバコンデンサモジュールを介して前記電力変換モジュールの前記直流接続端子部側に設けられる円環で前記一定方向に長いコモンコアと、
前記スナバコンデンサモジュールを収容するコンデンサ収容部と、前記コモンコアの長手方向が前記スナバコンデンサモジュールの長手方向と平行するように前記コモンコアを収容するコア収容部とが一体形成されたケースと、
を有し、
前記コンデンサ収容部は、長手方向の面であって、前記電力変換モジュールと対向する面に、前記スナバコンデンサモジュールを挿入するための第1開口部が設けられ、
前記コア収容部は、上面に、前記コモンコアを挿入するための第2開口部が設けられ、
前記第1開口部及び前記第2開口部から樹脂部材を前記コンデンサ収容部及び前記コア収容部内に投入することで、前記スナバコンデンサモジュール及び前記コモンコアは、前記コンデンサ収容部及び前記コア収容部に、前記樹脂部材によって少なくとも一部が埋没して固定される
ことを特徴とするパワーコントロールユニット。 - 請求項1に記載のパワーコントロールユニットにおいて、
前記コモンコアの長手方向は、前記スナバコンデンサモジュールの長手方向より短く、
前記コンデンサ収容部及び前記コア収容部は、前記スナバコンデンサモジュールと前記コモンコアとの長手方向の一端が揃うように、前記スナバコンデンサモジュール及び前記コモンコアを収容し、
前記直流接続端子部は、前記スナバコンデンサモジュール及び前記コモンコアの長手方向の他端側に少なくとも設けられ、
前記直流接続端子部には、前記スナバコンデンサの接続端子が接続されるとともに、前記一端側から前記他端側に向かって前記コモンコアの内部を貫通したバスバーが接続されている
ことを特徴とするパワーコントロールユニット。 - 請求項1又は2に記載のパワーコントロールユニットにおいて、
前記コモンコアは、楕円形状であり、長軸が上下方向となるように前記コア収容部に挿入される
ことを特徴とするパワーコントロールユニット。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載のパワーコントロールユニットにおいて、
前記コモンコアは、内周の一部が少なくとも前記樹脂部材によって埋没している
ことを特徴とするパワーコントロールユニット。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載のパワーコントロールユニットにおいて、
前記コモンコアの高さは、前記コンデンサ収容部の高さより高く、
前記コモンコアと、前記コンデンサ収容部との間には、衝撃緩和剤が設けられている
ことを特徴とするパワーコントロールユニット。
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