JP6651406B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に搭載される電力変換装置に関するものである。

特許文献１には、直流電力を三相交流に変換する電力変換モジュールと、バッテリを充電する急速充電用デバイス及び充電器と、バッテリの電圧を低電圧系のデバイスに供給するために降圧させるＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えるパワーコントロールユニットが開示されている。このパワーコントロールユニットでは、内部を流体が流通する共通のヒートシンクを用いて、電力変換モジュール，急速充電用デバイス，充電器，及びＤＣ／ＤＣコンバータを冷却している。

国際公開第２０１３／０８０６６５号

しかしながら、特許文献１のパワーコントロールユニットでは、複数のデバイスに対して共通のヒートシンクを用いるので、最も発熱量の大きな電力変換モジュールに合わせて流体の流量を設定する必要がある。そのため、他のデバイスに対しても電力変換モジュールと同じように冷却を行うので、流体の流速が速くなりヒートシンク内の圧力損失が大きくなるおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複数のデバイスを同一の冷却媒体で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することを目的とする。

本発明のある態様によれば、電動車両に搭載される電力変換装置は、前記電動車両の駆動中に電力を変換して発熱する第１電力変換デバイスと、前記第１電力変換デバイスと比較して低温に発熱する低発熱電気デバイスと、前記第１電力変換デバイスと前記低発熱電気デバイスとが設置される設置部を有するケースと、前記設置部の内部に形成されて冷却媒体が流通する冷却媒体流路と、を備え、前記冷却媒体流路は、前記第１電力変換デバイスを冷却する部分と比較して前記低発熱電気デバイスを冷却する部分の方が流路断面積が大きいことを特徴とする。

上記態様では、冷却媒体が流通する冷却媒体流路は、第１電力変換デバイスを冷却する部分と比較して低発熱電気デバイスを冷却する部分の方が流路断面積が大きい。そのため、冷却媒体流路では、第１電力変換デバイスを冷却する部分の冷却媒体の流速は速くなり、低発熱電気デバイスを冷却する部分の冷却媒体の流速は遅くなる。その結果、第１電力変換デバイスを確実に冷却する一方で、冷却媒体の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却媒体で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の機能を説明するブロック図である。 図２は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を説明する平面の断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を説明する側面の断面図である。 図４は、冷却媒体の循環流路について説明する構成図である。 図５は、冷却媒体流路の構成を説明する図であり、図３におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図６は、パワーモジュール冷却部の構成を説明する図であり、図３におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図７は、充電装置冷却部の構成を説明する図であり、図５におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 図８は、リブに形成されるねじ孔について説明する図であり、図５におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 図９は、本発明の実施形態の第１の変形例に係る電力変換装置の構成を説明する側面の断面図である。 図１０は、本発明の実施形態の第２の変形例に係る電力変換装置の構成を説明する側面の断面図である。 図１１は、本発明の実施形態の第３の変形例に係る電力変換装置の構成を説明する側面の断面図である。 図１２は、本発明の実施形態の第４の変形例に係る電力変換装置の構成を説明する平面の断面図である。 図１３は、本発明の実施形態の第５の変形例に係る電力変換装置の冷却媒体流路の構成を説明する平面の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電力変換装置１について説明する。

まず、図１から図３を参照して、電力変換装置１の全体構成について説明する。

図１に示すように、電力変換装置１は、電動自動車又はプラグインハイブリッド自動車（電動車両）に搭載され、バッテリ（蓄電装置）５の直流電力を回転電機としてのモータジェネレータ（負荷）６の駆動に適した交流電力に変換する。モータジェネレータ６は、電力変換装置１から供給される電力により駆動される。

電力変換装置１は、モータジェネレータ６の回生電力（交流電力）を直流電力に変換して、バッテリ５を充電する。また、電力変換装置１は、車両に設けられる充電用の外部コネクタ（図示省略）から急速充電コネクタ６３又は普通充電コネクタ８１を介して電力が供給されることで、バッテリ５を充電する。

バッテリ５は、例えばリチウムイオン二次電池で構成される。バッテリ５は、電力変換装置１に直流電力を供給し、電力変換装置１から供給される直流電力により充電される。バッテリ５の電圧は、例えば２４０Ｖ〜４００Ｖの間で変動し、それよりも高い電圧が入力されることで充電される。

モータジェネレータ６は、例えば永久磁石同期電動機で構成される。モータジェネレータ６は、電力変換装置１から供給される交流電力によって駆動される。モータジェネレータ６は、車両を走行させるときに車両の駆動輪（図示省略）を回転駆動する。モータジェネレータ６は、車両が減速するときには発電機として機能し、回生電力を発生する。

図２及び図３に示すように、電力変換装置１は、底部（設置部）２ｃを有する箱型のケース２を備える。電力変換装置１は、ケース２内に、コンデンサモジュール（平滑コンデンサ）１０，パワーモジュール２０，ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，充電装置４０，充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０，及びインバータコントローラ７０を備える。これらの各部は、バスバー又は配線により電気的に接続される。

図３に示すように、ケース２は、上面が開口する下ケース２ｂと、下ケース２ｂの開口部を閉塞する上ケース２ａと、によって構成される。下ケース２ｂ内には、パワーモジュール２０，ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，及び充電装置４０が底部２ｃの冷却面２ｄに接触するように設けられる。

下ケース２ｂは、冷却水流路（冷却媒体流路）４を有する。冷却水流路４には、冷却水（冷却媒体）が流通する。冷却水流路４は、底部２ｃの内部に形成される。冷却水流路４を流通する冷却水は、冷却水流路４の直上の冷却面２ｄに載置されるパワーモジュール２０，ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，及び充電装置４０を冷却する。冷却水流路４については、後で図４から図８を参照して詳細に説明する。

下ケース２ｂの底部２ｃの外面は、モータジェネレータ６に臨む。下ケース２ｂの底部２ｃは、後述する出力バスバー（バスバーモジュール）２４が挿通する貫通孔３を有する。貫通孔３は、下ケース２ｂにおける冷却水流路４が形成される領域の外に形成される。よって、冷却水流路４が形成される領域内に貫通孔３を形成する場合と比較して、貫通孔３のためにシール等を設ける必要がないので、下ケース２ｂを小型化できると共に、冷却水の密封性を確保できる。

コンデンサモジュール１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の上方を跨ぐように下ケース２ｂに取り付けられる。図３では、下ケース２ｂに取り付けられるコンデンサモジュール１０の脚部は省略して示している。コンデンサモジュール１０は、複数のコンデンサ素子によって構成される。コンデンサモジュール１０は、例えばバッテリ５から供給される直流電力の電圧やモータジェネレータ６からパワーモジュール２０を介して回生される回生電力の電圧を平滑化する。このように、コンデンサモジュール１０は、電圧を平滑化することで、ノイズの除去や電圧変動の抑制を行う。コンデンサモジュール１０は、第１バスバー１１，第２バスバー１２，及び電力配線１３を備える。

コンデンサモジュール１０の周囲には、パワーモジュール２０，ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，及び充電装置４０が配置される。具体的には、コンデンサモジュール１０は、ケース２の内部において、パワーモジュール２０と充電装置４０との間に配置される。コンデンサモジュール１０はＤＣ／ＤＣコンバータ３０に積層され、コンデンサモジュール１０の下方側にＤＣ／ＤＣコンバータ３０が配置される。充電装置４０は充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０に積層され、充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０の下方側に充電装置４０が配置される。

第１バスバー１１は、コンデンサモジュール１０の一方の側面から側方に突出し、パワーモジュール２０に接続される。第１バスバー１１には、パワーモジュール２０が直接螺合等によって接続される。第２バスバー１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，リレー６１，バッテリ５，及び電動コンプレッサ（図示省略）に接続される（図１参照）。電力配線１３は、充電装置４０に接続される。第１バスバー１１，第２バスバー１２，及び電力配線１３は、コンデンサモジュール１０の内部にて、正極と負極とを共用する。

第２バスバー１２は、コンデンサモジュール１０の底面から下方に突出する。第２バスバー１２は、コンデンサモジュール１０の下方に積層して配置されるＤＣ／ＤＣコンバータ３０に直接螺合により接続される。第２バスバー１２は、正側リレー６１ａ及び負側リレー６１ｂに接続される。

図２に示すように、第２バスバー１２は、バッテリ５に接続されるバッテリ側コネクタ５１と、電動コンプレッサに接続されるコンプレッサ側コネクタ５２と、に、バスバー１４を介して接続される。

コンデンサモジュール１０における第１バスバー１１の反対の側面からは、電力配線１３が側方に引き出される。電力配線１３は、可撓性を有する柔軟なケーブルであり、充電装置４０に接続される。充電装置４０は、普通充電コネクタ８１にバスバー４１を介して接続される。

信号線コネクタ６５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，充電装置４０，充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０，及びインバータコントローラ７０に接続される信号線５５を、ケース２の外部との間で接続可能にする。

信号線５５は、信号線コネクタ６５と充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０とを接続する。信号線５５は、充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０からリレーコントローラ６０に至る信号線６２と同梱されて、コンデンサモジュール１０の上面を通過して充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０のコネクタ５６に接続される。コンデンサモジュール１０の上面には、信号線５５及び信号線６２を支持する複数のガイド部５８が形成される。

パワーモジュール２０は、複数のパワー素子（図示省略）を有する。パワーモジュール２０は、パワー素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、バッテリ５の直流電力とモータジェネレータ６の交流電力とを相互に変換する。複数のパワー素子は、パワーモジュール２０に設けられるドライバ基板２１によってＯＮ／ＯＦＦが制御される。パワーモジュール２０の上面には、ドライバ基板２１が積層される。ドライバ基板２１の上方には、インバータコントローラ７０とリレーコントローラ６０とが配置される。

パワーモジュール２０は、コンデンサモジュール１０の第１バスバー１１に接続される。第１バスバー１１は、正極と負極とを一対とする３組のバスバーからなる。パワーモジュール２０には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の出力バスバー２４が接続される。

図３に示すように、出力バスバー２４は、パワーモジュール２０に接続されるパワーモジュール端子２５と、モータジェネレータ６に接続されるモータ端子（負荷端子）２６と、出力バスバー２４の電流を検出する電流センサ２２と、を有する。出力バスバー２４は、パワーモジュール２０における第１バスバー１１の反対の側面に接続される。出力バスバー２４は、パワーモジュール２０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに直接接続され、モータジェネレータ６に３相の交流電力を出力する。

出力バスバー２４において、パワーモジュール端子２５とモータ端子２６とは、互いに交差する方向に形成される。具体的には、モータ端子２６は、出力バスバー２４の下方に配設されるモータジェネレータ６に接続される。パワーモジュール端子２５は、出力バスバー２４の側方に配設されるパワーモジュール２０に接続される。よって、モータ端子２６は、パワーモジュール端子２５に対して直角に交差するように形成される。

出力バスバー２４は、ケース２に収容される。モータ端子２６の先端は、ケース２の底部２ｃの貫通孔３を挿通して外部に露出する。これにより、モータ端子２６がハーネス等（図示省略）を介してモータジェネレータ６に接続可能になる。

このように、パワーモジュール２０と出力バスバー２４とを収容するケース２は、出力バスバー２４が挿通する貫通孔３を有するので、上ケース２ａが取り外されたケース２にパワーモジュール２０と出力バスバー２４とを組み付けるだけで、出力バスバー２４が貫通孔３を挿通してケース２から突出する。したがって、ケース２を反転させる必要がないので、電力変換装置１の組み立ての際の作業性を向上させることができる。

図１に示すように、インバータコントローラ７０は、車両のコントローラ（図示省略）からの指示及び電流センサ２２からのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電流の検出結果に基づいて、パワーモジュール２０を動作させる信号をドライバ基板２１に出力する。ドライバ基板２１は、インバータコントローラ７０からの信号に基づいて、パワーモジュール２０を制御する。これらのインバータコントローラ７０，ドライバ基板２１，パワーモジュール２０，及びコンデンサモジュール１０によって、直流電力と交流電力とを相互に変換するインバータモジュールが構成される。

図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、パワーモジュール２０を挟んで出力バスバー２４と対向して設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、バスバー３１を介して車両側コネクタ８２に接続される。車両側コネクタ８２には、車両の各部にＤＣ／ＤＣコンバータ３０が出力する直流電源を供給するハーネス等が接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、車両駆動時（パワーモジュール２０の駆動時）や停止時に、バッテリ５から供給される直流電力の電圧を変換して、他の機器へと供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、バッテリ５の直流電力（例えば４００Ｖ）を１２Ｖの直流電力に降圧する。降圧された直流電力は、車両に設けられるコントローラや、照明，ファン等の電源として供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、第２バスバー１２を介してコンデンサモジュール１０及びバッテリ５に接続される。

充電装置４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を挟んでパワーモジュール２０と対向して設けられる。充電装置４０は、車両に設けられる充電用の外部コネクタから普通充電コネクタ８１を介して供給される外部電源（例えば交流１００Ｖや２００Ｖ）を直流電力（例えば５００Ｖ）に変換する。充電装置４０により変換された直流電力は、電力配線１３からコンデンサモジュール１０を介してバッテリ５に供給される。これによりバッテリ５が充電される。

充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０は、電力変換装置１によるモータジェネレータ６の駆動及びバッテリ５の充電を制御する。具体的には、充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０は、車両のコントローラからの指示に基づいて、充電装置４０による普通充電コネクタ８１を介したバッテリ５の充電と、急速充電コネクタ６３を介したバッテリ５の充電と、モータジェネレータ６の駆動と、を制御する。

リレーコントローラ６０は、充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０によって制御され、リレー６１の断続を制御する。リレー６１は、正側リレー６１ａと負側リレー６１ｂとによって構成される。リレー６１は、車両に設けられる充電用の外部コネクタが急速充電コネクタ６３を介して接続された場合に接続され、急速充電コネクタ６３から供給される直流電力（例えば５００Ｖ）を第２バスバー１２へと供給する。供給された直流電力によりバッテリ５が充電される。

以上のように構成される電力変換装置１では、パワーモジュール２０，ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，及び充電装置４０が、コンデンサモジュール１０に隣接して配置され、第１バスバー１１，第２バスバー１２，及び電力配線１３によりそれぞれ接続される。よって、パワーモジュール２０，ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，及び充電装置４０とコンデンサモジュール１０とのそれぞれの距離を短くできる。したがって、直流電力の経路での抵抗（Ｒ［Ω］）やインダクタンス（Ｌ［Ｈ］）を小さくすることができ、電力の損失を少なくすることができる。

また、コンデンサモジュール１０は、発熱量が多いパワーモジュール２０と充電装置４０との間に配置される。よって、パワーモジュール２０と充電装置４０とで互いに熱による影響を与えることを抑制できる。特に、パワーモジュール２０の動作（モータジェネレータ６の力行及び回生）と、充電装置４０の動作（普通充電コネクタ８１を介して接続される外部コネクタからのバッテリ５の充電）と、は同時に実行されることがないので、これらの間における熱による影響を排除することができる。

次に、図４から図８を参照して冷却水流路４の具体的な構成について説明する。

図４に示すように、冷却水流路４からは、後述する排出流路９５を介して循環流路７に冷却水が排出される。循環流路７に排出された冷却水は、車両の最前部に配設されるサブラジエータ８によって冷却される。サブラジエータ８によって冷却された冷却水は、供給流路９４を介して冷却水流路４に供給される。循環流路７におけるサブラジエータ８と供給流路９４との間には、循環流路７及び冷却水流路４に冷却水を循環させるウォーターポンプ９が設けられる。

図５に示すように、冷却水流路４は、パワーモジュール２０に沿って形成されるパワーモジュール冷却部（第１冷却部）９１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に沿って形成されるＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部（第２冷却部）９２と、充電装置４０に沿って形成される充電装置冷却部（第３冷却部）９３と、を有する。ここでは、パワーモジュール２０が、第１電力変換デバイスに該当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０が第２電力変換デバイスに該当する。また、第２電力変換デバイス及びコンデンサモジュール１０が、低発熱電気デバイスに該当する。また、パワーモジュール冷却部９１が、第１電力変換デバイス冷却部に該当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２及び充電装置冷却部９３が、低発熱電気デバイス冷却部に該当する。

また、冷却水流路４は、パワーモジュール冷却部９１とＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２とを接続する第１接続部（接続流路）９６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２と充電装置冷却部９３とを接続する第２接続部９７と、を有する。パワーモジュール冷却部９１とＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２と充電装置冷却部９３とは、第１接続部９６及び第２接続部９７を介して冷却水流路４に直列に配列される。

ケース２には、パワーモジュール冷却部９１に外部から冷却水を供給する供給流路９４と、充電装置冷却部９３から外部に冷却水を排出する排出流路９５と、が設けられる。電力変換装置１は、供給流路９４と排出流路９５とが車両の前方を向くように配置される。これにより、サブラジエータ８（図４参照）と冷却水流路４との距離を最短にすることができる。

冷却水流路４を流通する冷却水は、供給流路９４から供給され、パワーモジュール２０を冷却して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却して、充電装置４０を冷却した後に、排出流路９５から外部へと排出される。このように、冷却水流路４は、供給流路９４と排出流路９５との間に直列に配列される単一の流路である。

冷却水流路４は、パワーモジュール２０を冷却するパワーモジュール冷却部９１と比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却するＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２及び充電装置４０を冷却する充電装置冷却部９３の方が流路断面積（冷却水の流れ方向と直交する断面積）が大きくなるように形成される。即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２及び充電装置冷却部９３における冷却水の流速は、パワーモジュール冷却部９１における冷却水の流速と比較して遅い。なお、流路断面積は、冷却水の流れ方向に直交する断面の面積であり、流路断面積を大きくする手法としては、例えば、流路の幅や深さを大きくすることが挙げられる。

このように、冷却水流路４は、パワーモジュール２０を冷却する部分と比較してＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却する部分及び充電装置４０を冷却する部分の方が流路断面積が大きい。そのため、冷却水流路４では、パワーモジュール２０を冷却する部分の冷却水の流速は速くなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却する部分及び充電装置４０を冷却する部分の冷却水の流速は遅くなる。その結果、パワーモジュール２０を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、パワーモジュール２０及び充電装置４０と同時に動作しうるものであるが、パワーモジュール２０や充電装置４０と比較して低温に発熱する。そこで、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却する部分の冷却水の流速をあえて一番遅くして、複数の機器を冷却することに伴う圧力損失の増加を抑制するようにした。これにより、ウォーターポンプ９の出力増加（大型化）を抑制することができる。

また、パワーモジュール２０と充電装置４０とは、単一の冷却水流路４上に配置される。しかしながら、パワーモジュール２０は車両の走行時（モータジェネレータ６の駆動中）に動作するものであるのに対して、充電装置４０は車両の停止時に動作するものである。そのため、パワーモジュール２０と充電装置４０とが同時に実行されて冷却が必要な程の高温になることはない。よって、充電装置４０を冷却する冷却水がパワーモジュール２０の冷却によって既に高温になっていることはない。したがって、同じ冷却水流路４を流通する冷却水によってパワーモジュール２０と充電装置４０とを共に冷却することができるため、単一の循環流路７で電力変換装置１の熱を放熱することができ、冷却水流路４の構成を簡素化することができる。

ここで、パワーモジュール２０と充電装置４０を比較すると、充電装置４０の方が低温に発熱するため、冷却水流路４において、パワーモジュール冷却部９１と比較して充電装置冷却部９３の流速が遅くなるようにしている。これにより、圧力損失の増加を抑制される。本実施形態では、パワーモジュール冷却部９１，充電装置冷却部９３，ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２の順に流路断面積が大きくなり、各々を流れる冷却水の流速は遅くなる。

以下、パワーモジュール冷却部９１，ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２，及び充電装置冷却部９３について各々詳細に説明する。

図６に示すように、パワーモジュール冷却部９１は、パワーモジュール２０に臨む面が開口して形成され流通する冷却水によってパワーモジュール２０を直接冷却する上部冷却部９１ａと、供給流路９４から供給される冷却水を上方の上部冷却部９１ａに導く上昇接続部９１ｂと、上部冷却部９１ａを流通した冷却水を下方のＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２に導く下降接続部９１ｃと、を有する。ここで、パワーモジュール冷却部９１の流路断面積は、パワーモジュール２０を冷却するための冷却水が流れる流路の断面積であり、上部冷却部９１ａの断面積である。

図５及び図６に示すように、供給流路９４の流路断面積はパワーモジュール冷却部９１の流路断面積と比較して小さい。しかしながら、供給流路９４から供給された冷却水は、上昇接続部９１ｂの壁部にぶつかって上昇する際に、パワーモジュール冷却部９１の幅方向（図５では左右方向）いっぱいに拡がる。よって、上昇接続部９１ｂが設けられることで、上部冷却部９１ａの一部に冷却水が偏ることが防止されるので、パワーモジュール２０全体を満遍なく冷却することができる。

図６に示すように、パワーモジュール２０の下面には、複数の放熱ピン（放熱フィン）からなるヒートシンク２０ａが突設される。上部冷却部９１ａを流通する冷却水は、パワーモジュール２０の下面とヒートシンク２０ａとに接触して、パワーモジュール２０を直接冷却する。また、パワーモジュール冷却部９１には、供給流路９４から導かれた冷却水が最初に供給される。よって、パワーモジュール冷却部９１には、冷却水流路４の中で最も低温の状態で冷却水が流通する。これにより、電力変換装置１の中でも最も発熱量の大きなパワーモジュール２０を効率的に冷却することができる。

図５に示すように、パワーモジュール冷却部９１からＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２導かれる冷却水の進行方向は、第１接続部９６を介して変換されて逆方向に折り返される。これにより、パワーモジュール冷却部９１における冷却水の流れ方向とＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２における冷却水の流れ方向とは、互いに対向する向きになる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２は、冷却水の流れ方向に沿って形成される複数（６つ）のリブ９２ａによって複数（７つ）の並列流路９２ｂに区画される。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２の流路断面積は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却するための冷却水が流れる流路の断面積であり、すべての並列流路９２ｂの断面積の合計である。

リブ９２ａは、パワーモジュール冷却部９１からの距離が大きいものほど第１接続部９６に臨む長さが長く形成される。これにより、例えば手前側の並列流路９２ｂのみに冷却水が導かれるなど冷却水が偏ることが防止され、すべての並列流路９２ｂに冷却水を導くことができる。即ち、リブ９２ａにおいて第１接続部９６に臨む部分が、後述する段部９６ａと共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２に均等に冷却水を導く整流部９８を構成している。

第１接続部９６には、パワーモジュール冷却部９１からＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２に導かれる冷却水を複数の並列流路９２ｂのうちパワーモジュール冷却部９１に近い並列流路９２ｂに向けて案内する段部９６ａが設けられる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２内で冷却水が奥側に偏ることが防止される。また、リブ９２ａのうち少なくとも一つは、並列流路９２ｂに突出して流路断面積を小さくする突出部９２ｃを有する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０内で冷却水が偏ることが更に防止されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０全体を満遍なく冷却することができる。

なお、本実施形態では、突出部９２ｃは、複数の並列流路９２ｂのうち冷却水が導かれやすい並列流路９２ｂに設けられる。本実施形態では、突出部９２ｃは、冷却水の流れ方向の最も手前の並列流路９２ｂと最も奥から２番目の並列流路９２ｂとにそれぞれ設けられる。突出部９２ｃが設けられる位置は、複数の並列流路９２ｂにおける冷却水の流れの偏りに応じて適宜設定される。

図８に示すように、リブ９２ａには、ケース２内の部品を締結するためのねじ孔２ｅが形成される。これにより、冷却水流路４が設けられる分だけケース２の底部２ｃの肉厚が薄くなっていても、ねじ孔２ｅの長さを充分に確保することが可能である。なお、ねじ孔２ｅは、図５に示す位置に限らず、ケース２内の部品の配置に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２のリブ９２ａの他の位置や、後述する充電装置冷却部９３のリブ９３ｃ，９３ｆが設けられる位置に形成される。

図５に示すように、充電装置冷却部９３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２から充電装置冷却部９３に導かれる冷却水の進行方向を、第２接続部９７を介して変換して逆方向に折り返す第１流路部９３ａと、第１流路部９３ａから排出流路９５に向けて更に逆方向に折り返す第２流路部９３ｂと、を有する。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２における冷却水の流れ方向と第１流路部９３ａにおける冷却水の流れ方向とは、互いに対向する向きになる。また、第１流路部９３ａにおける冷却水の流れ方向と第２流路部９３ｂにおける冷却水の流れ方向とは、互いに対向する向きになる。このように、冷却水の進行方向を折り返すことで、冷却面２ｄの限られた面積の中で、冷却水が各部材を冷却するための面積が占める割合を大きくすることができる。ここで、充電装置冷却部９３の流路断面積は、充電装置４０を冷却するための冷却水が流れる流路の断面積であり、第１流路部９３ａ又は第２流路部９３ｂの断面積である。

第１流路部９３ａと第２流路部９３ｂとは、充電装置４０上に実装される発熱量の大きな電子部品４０ａ（図７参照）の配列に沿ってそれぞれ形成される。第１流路部９３ａは、冷却水の流れ方向に沿って形成される複数（２つ）のリブ９３ｃによって複数（３つ）の並列流路９３ｄに区画される。第２流路部９３ｂも同様に、冷却水の流れ方向に沿って形成される複数（３つ）のリブ９３ｆによって複数（４つ）の並列流路９３ｇに区画される。これにより、充電装置冷却部９３内で冷却水が偏ることが防止されるので、充電装置４０全体を満遍なく冷却することができる。

第１流路部９３ａにおける複数の並列流路９３ｄのうち冷却水の流れ方向の最も上流の並列流路９３ｄは、ケース２の冷却面２ｄをケース２内に突出させる深溝流路９３ｅである。同様に、第２流路部９３ｂにおける複数の並列流路９３ｇのうち冷却水の流れ方向の最も下流の並列流路９３ｇは、ケース２の冷却面２ｄをケース２内に突出させる深溝流路９３ｈである。このように深溝流路９３ｅ，９３ｈが設けられることによって、充電装置４０の高い位置にある電子部品４０ｂ（図７参照）の近傍に冷却水を流し、電子部品４０ｂを冷却することができる。

また、第２接続部９７には、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２から充電装置冷却部９３に導かれる冷却水を第１流路部９３ａの深溝流路９３ｅに向けて案内する段部９７ａが設けられる。これにより、充電装置冷却部９３内で冷却水が偏ることが更に防止されるので、充電装置４０全体を満遍なく冷却することができる。

また、第１流路部９３ａから第２流路部９３ｂが逆方向に折り返されるので、供給流路９４と排出流路９５とを、ケース２の同一の側面に形成することができる。よって、供給流路９４と排出流路９５とのサブラジエータ８に対する距離を短くできるので、冷却水の供給と排出とを短い循環流路７で行うことができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

冷却水流路４は、パワーモジュール２０を冷却する部分と比較してＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却する部分及び充電装置４０を冷却する部分の方が流路断面積が大きい。そのため、冷却水流路４では、パワーモジュール２０を冷却する部分の冷却水の流速は速くなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却する部分及び充電装置４０を冷却する部分の冷却水の流速は遅くなる。その結果、パワーモジュール２０を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態におけるパワーモジュール２０，ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，充電装置４０，コンデンサモジュール１０の配置態様に代えて、以下に示す第１から第５の変形例のようにしてもよい。

図９に示す第１の変形例では、ケース２の冷却面２ｄ上にコンデンサモジュール１０を配置し、その上にＤＣ／ＤＣコンバータ３０を配置している。この場合、コンデンサモジュール１０が、低発熱電気装置に該当する。また、コンデンサモジュール１０を冷却するコンデンサモジュール冷却部９９（第２冷却部）が、充電装置冷却部９３と共に低発熱電気装置冷却部に該当する。

また、ケース２の冷却面２ｄ上にＤＣ／ＤＣコンバータ３０とコンデンサモジュール１０とを並べて配置してもよい。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とコンデンサモジュール１０とが、共に低発熱電気装置に該当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２とコンデンサモジュール冷却部９９とが、共に低発熱電気装置冷却部に該当する。

以上より、第１の変形例によれば、上記実施形態と同様に、パワーモジュール２０を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。

図１０に示す第２の変形例では、ケース２の冷却面２ｄの裏側に他の冷却面２ｆを形成し、冷却面２ｄ上にパワーモジュール２０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０とを配置し、冷却面２ｆ上に充電装置４０を配置している。また、ケース２は、下ケース２ｂの更に下側に設けられて充電装置４０及びＤＣ／ＤＣコントローラ５０を収容する下カバー２ｇを有する。

ここで、上述したように、パワーモジュール２０と充電装置４０とは同時に動作するものではない。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の動作中の発熱量は、パワーモジュール２０と充電装置４０との動作中の発熱量と比較して小さい。この変形例では、パワーモジュール２０を冷却するパワーモジュール冷却部９１は、充電装置４０を冷却する充電装置冷却部９３を兼ねており、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２と比較して流路断面積が小さい。また、パワーモジュール２０の発熱量は、充電装置４０と比較して大きいので、パワーモジュール冷却部９１内の冷却水の流速は、パワーモジュール２０を冷却するために必要な流速に設定される。

以上より、第２の変形例によれば、パワーモジュール２０と充電装置４０とを確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を、冷却面２ｄ上にパワーモジュール２０と並べて配置するのに代えて、冷却面２ｆ上に充電装置４０と並べて配置してもよい。

図１１に示す第３の変形例では、ケース２の冷却面２ｄの裏側に他の冷却面２ｆを形成し、冷却面２ｄ上にパワーモジュール２０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０とを配置し、冷却面２ｆ上に充電装置４０を配置している。また、ケース２は、下ケース２ｂの更に下側に設けられて充電装置４０及びＤＣ／ＤＣコントローラ５０を収容する下カバー２ｇを有する。

この変形例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２は、充電装置４０を冷却する充電装置冷却部９３を兼ねており、パワーモジュール冷却部９１と比較して流路断面積が大きい。また、充電装置４０の発熱量は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と比較して大きいので、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２内の冷却水の流速は、充電装置４０を冷却するために必要な流速に設定される。

以上より、第３の変形例によれば、パワーモジュール２０を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。

図１２に示す第４の変形例では、冷却水流路４は、供給流路９４から流入した冷却水がＵ字状に導かれて排出流路９５から流出するように形成される。冷却水流路４には、上流から順にパワーモジュール２０を冷却するパワーモジュール冷却部９１，コンデンサモジュール１０を冷却するコンデンサモジュール冷却部９９，ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却するＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２，及び充電装置４０を冷却する充電装置冷却部９３が設けられる。

この変形例では、パワーモジュール冷却部９１の流路断面積が最も小さく、コンデンサモジュール冷却部９９及びＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２の流路断面積が最も小さい。また、充電装置冷却部９３の流路断面積は、パワーモジュール冷却部９１と比較して大きく、コンデンサモジュール冷却部９９及びＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２と比較して小さい。

以上より、第４の変形例によれば、パワーモジュール２０を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。

図１３に示す第５の変形例では、冷却水流路４は、供給流路９４から流入した冷却水が直線状に導かれて排出流路９５から流出するように形成される。冷却水流路４には、上流から順にパワーモジュール２０を冷却するパワーモジュール冷却部９１，ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を冷却するＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２，及び充電装置４０を冷却する充電装置冷却部９３が設けられる。

パワーモジュール冷却部９１とＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２との間には、冷却水をＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２に均等に導くためのリブ９６ｂ及びピン９６ｃが設けられる。これらのリブ９６ｂ及びピン９６ｃが、整流部９８に該当する。

この変形例では、パワーモジュール冷却部９１の流路断面積が最も小さく、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２の流路断面積が最も小さい。また、充電装置冷却部９３の流路断面積は、パワーモジュール冷却部９１と比較して大きく、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部９２と比較して小さい。

以上より、第５の変形例によれば、パワーモジュール２０を確実に冷却する一方で、冷却水の流速が遅い部分における圧力損失の増加を抑制することが可能である。したがって、複数のデバイスを同一の冷却水で冷却する場合に、冷却性能を確保しつつ圧力損失を抑制することができる。

１ 電力変換装置
２ ケース
２ｃ 底部（設置部）
２ｄ 冷却面
２ｅ ねじ孔
４ 冷却水流路（冷却媒体流路）
５ バッテリ（蓄電装置）
６ モータジェネレータ（負荷）
１０ コンデンサモジュール（平滑コンデンサ，低発熱電気デバイス）
２０ パワーモジュール（第１電力変換デバイス）
３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２電力変換デバイス，低発熱電気デバイス）
４０ 充電装置（第２電力変換デバイス，低発熱電気デバイス）
９１ パワーモジュール冷却部（第１冷却部，第１電力変換デバイス冷却部）
９２ ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却部（第２冷却部，低発熱電気デバイス冷却部）
９２ａ リブ
９２ｂ 並列流路
９２ｃ 突出部
９３ 充電装置冷却部（第３冷却部，低発熱電気デバイス冷却部）
９３ａ 第１流路部
９３ｂ 第２流路部
９３ｃ リブ
９３ｄ 並列流路
９３ｅ 深溝流路
９３ｆ リブ
９３ｇ 並列流路
９３ｈ 深溝流路
９６ 第１接続部（接続流路）
９６ａ 段部
９７ 第２接続部
９７ａ 段部

Claims (14)

1. 電動車両に搭載される電力変換装置であって、
   前記電動車両の駆動中に電力を変換して発熱する第１電力変換デバイスと、
   前記第１電力変換デバイスと比較して低温に発熱する低発熱電気デバイスと、
   前記第１電力変換デバイスと前記低発熱電気デバイスとが設置される設置部を有するケースと、
   前記設置部の内部に形成されて冷却媒体が流通する冷却媒体流路と、を備え、
   前記冷却媒体流路は、前記第１電力変換デバイスを冷却する部分と比較して前記低発熱電気デバイスを冷却する部分の方が流路断面積が大きいことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記低発熱電気デバイスは、前記第１電力変換デバイスとは別途設けられて電力を変換して発熱する第２電力変換デバイスと、電力を平滑化する平滑コンデンサと、の少なくともいずれか一方であることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１又は２に記載の電力変換装置であって、
   前記冷却媒体流路は、冷却媒体が前記第１電力変換デバイスを冷却した後に前記低発熱電気デバイスを冷却するように形成されることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、
   前記冷却媒体流路は、前記第１電力変換デバイスを冷却する部分から前記低発熱電気デバイスを冷却する部分に均等に冷却媒体を導くように形成される整流部を有することを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１から３のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、
   前記冷却媒体流路は、
   前記第１電力変換デバイスを冷却する第１電力変換デバイス冷却部と、
   前記第１電力変換デバイス冷却部から導かれる冷却媒体の進行方向を変換すると共に前記低発熱電気デバイスを冷却する低発熱電気デバイス冷却部と、
   前記第１電力変換デバイス冷却部と前記低発熱電気デバイス冷却部とを接続する接続流路と、を有し、
   前記低発熱電気デバイス冷却部は、複数の並列流路を区画する複数のリブを有し、
   前記複数のリブは、前記第１電力変換デバイス冷却部からの距離が大きいほど前記接続流路に臨む長さが長く形成されることを特徴とする電力変換装置。
6. 蓄電装置と負荷との間で電力を変換する電力変換装置であって、
   前記蓄電装置の直流電力と前記負荷に供給される交流電力とを変換する第１電力変換デバイスと、
   前記第１電力変換デバイスと前記蓄電装置の間で、電力を平滑化する平滑コンデンサと、
   前記蓄電装置から供給される直流電圧を変換するか、又は外部コネクタを介して供給される交流電力を直流電力に変換する第２電力変換デバイスと、
   前記第１電力変換デバイスと前記平滑コンデンサと前記第２電力変換デバイスとを収容するケースと、
   前記ケースに設けられて冷却媒体が流通し、前記平滑コンデンサ及び前記第２電力変換デバイスの少なくとも一方と、前記第１電力変換デバイスと、を冷却する冷却媒体流路と、を備え、
   前記冷却媒体流路は、前記第１電力変換デバイスを冷却する第１冷却部と、前記第１電力変換デバイスを冷却した後に前記平滑コンデンサ及び前記第２電力変換デバイスの少なくとも一方を冷却する第２冷却部と、を有し、
   前記第２冷却部における冷却媒体の流速は、前記第１冷却部における冷却媒体の流速と比較して遅いことを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項６に記載の電力変換装置であって、
   前記第２冷却部は、複数の並列流路を区画する複数のリブを有することを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項７に記載の電力変換装置であって、
   前記複数のリブのうち少なくとも一つは、前記並列流路に突出して流路断面積を小さくする突出部を有することを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項７又は８に記載の電力変換装置であって、
   前記冷却媒体流路は、前記第１冷却部から前記第２冷却部に導かれる冷却媒体を前記複数の並列流路のうち前記第１冷却部に近い前記並列流路に向けて案内する段部を更に有することを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項７から９のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、
    前記リブには、前記ケース内の部品を締結するためのねじ孔が形成されることを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項６から１０のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、
    前記第２電力変換デバイスは、
    前記蓄電装置から供給される直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記ケース内に収容され、外部コネクタを介して供給される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に充電させる充電装置と、を有し、
    前記第２冷却部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを冷却し、
    前記冷却媒体流路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを冷却した後に前記充電装置を冷却する第３冷却部を更に有することを特徴とする電力変換装置。
12. 請求項１１に記載の電力変換装置であって、
    前記第３冷却部は、複数の並列流路を区画する複数のリブを有し、
    前記第３冷却部における前記複数の並列流路のうち冷却媒体の流れ方向の最も上流の前記並列流路は、前記ケースにおける前記充電装置が接触する壁部に設けられる冷却面を前記ケース内に突出させる深溝流路であることを特徴とする電力変換装置。
13. 請求項１２に記載の電力変換装置であって、
    前記冷却媒体流路は、
    前記第２冷却部から前記第３冷却部に導かれる冷却媒体を前記深溝流路に向けて案内する段部を更に有することを特徴とする電力変換装置。
14. 電動車両に搭載される電力変換装置であって、
    前記電動車両の駆動中に電力を変換して発熱する第１電力変換デバイスと、
    前記第１電力変換デバイスと比較して低温に発熱する低発熱電気デバイスと、
    前記第１電力変換デバイスと前記低発熱電気デバイスとが設置される設置部を有するケースと、
    前記設置部の内部に形成されて冷却媒体が流通する冷却媒体流路と、を備え、
    前記冷却媒体流路内の冷却媒体は、前記第１電力変換デバイスを冷却する部分と比較して前記低発熱電気デバイスを冷却する部分の方が流速が遅く、
    前記低発熱電気デバイスは、前記第１電力変換デバイスとは別途設けられて電力を変換して発熱する第２電力変換デバイス又は電力を平滑化する平滑コンデンサであることを特徴とする電力変換装置。

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