特許 6646739 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6646739

(24)【登録日】2020年1月15日

(45)【発行日】2020年2月14日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20200203BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-514633(P2018-514633)

(86)(22)【出願日】2017年4月25日

(86)【国際出願番号】JP2017016418

(87)【国際公開番号】WO2017188268

(87)【国際公開日】20171102

【審査請求日】2018年10月24日

(31)【優先権主張番号】特願2016-89221(P2016-89221)

(32)【優先日】2016年4月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】マレリ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 文洋

(72)【発明者】

【氏名】奥塚 元

(72)【発明者】

【氏名】野村 祐一郎

(72)【発明者】

【氏名】永野 雅春

【審査官】 東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０８０６６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平９−１２６６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−６０７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ １／００−７／９８

Ｂ６０Ｌ ９／１８

Ｂ６０Ｌ ５０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電装置と負荷との間で電力を変換して供給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する交流電力とを変換するパワーモジュールと、
前記蓄電装置の直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
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、
前記パワーモジュール、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記充電装置に接続され、電圧を平滑化するコンデンサを有するコンデンサモジュールと、
前記パワーモジュールと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記充電装置と、前記コンデンサモジュールとを収装し、冷却面を有するケースと、
を備え、
前記ケース内で、前記コンデンサモジュールの周囲に、前記パワーモジュール、前記充電装置及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータが配置されると共に、前記パワーモジュールと前記充電装置との間に前記ＤＣ／ＤＣコンバータが配置され、
前記コンデンサモジュールは、前記冷却面上に載置される
電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記コンデンサモジュールは、薄板状に形成されると共に前記冷却面上に載置され、
前記パワーモジュール、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記充電装置は、前記コンデンサモジュールの上方側に載置される
電力変換装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記コンデンサモジュールは、平面視で前記冷却面と略同一の面積に形成される
電力変換装置。

【請求項4】

請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記コンデンサモジュールは、薄板状に形成されると共に前記冷却面上に載置され、前記パワーモジュール、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記充電装置の少なくとも一つに対応する位置の一部に開口部を有し、
前記パワーモジュール、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記充電装置は、前記コンデンサモジュールの上方側に載置され、
前記パワーモジュール、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記充電装置の少なくとも一つは、前記冷却面に接触する伝熱部を有し、
前記伝熱部は、前記コンデンサモジュールの前記開口部を介して前記冷却面と接触する
電力変換装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、
前記コンデンサモジュールは、前記パワーモジュール、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記充電装置の少なくとも一つに電気的に接続するバスバーが、上方側に突設する
電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電動自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置は、パワーモジュールや各種電子機器が備えられ、各部品の配置により筐体が大型化してしまうという問題があった。

【0003】

このような問題に対して、ＪＰ２０１３−２０９０７８Ａには、収納ケース内の車両前方方向に高電圧部品を配列すると共に車両後方方向に低電圧部品を配列するようにした電気ユニット（特許文献１参照）が開示されている。

【発明の概要】

【0004】

ＪＰ２０１３−２０９０７８Ａに記載の従来の技術は、衝撃入力が加えられたときに、低電圧部品が高電圧部品に対する緩衝材として機能することで、ユニットを大型化することなく、衝撃入力時に高電圧部品が露出しないようにできるものである。

【0005】

一方で、ＪＰ２０１３−２０９０７８Ａに記載の従来の技術では、電力の配線における損失については考慮されていなかった。特に、パワー素子やコンデンサ等を接続する配線の経路が長くなると、経路の抵抗値やインダクタンスが上昇し、電力損失が増加するという問題がある。また、配線の経路が長くなると、配線が他の信号線等からのノイズを拾いやすくなり、電気ノイズが増加するという問題がある。

【0006】

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、電力損失や電気ノイズを低減すると共に、装置を小型化できる電力変換装置を提供することを目的とする。

【0007】

本発明のある実施態様によると、蓄電装置と負荷との間で電力を変換して供給する電力変換装置であって、蓄電装置の直流電力と負荷に供給する交流電力とを変換するパワーモジュールと、蓄電装置の直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、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蓄電装置に充電させる充電装置と、パワーモジュール、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び充電装置に接続され、電圧を平滑化するコンデンサを有するコンデンサモジュールと、パワーモジュールと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、充電装置と、コンデンサモジュールとを収装し、冷却面を有するケースと、を備え、ケース内で、コンデンサモジュールの周囲に、パワーモジュール、充電装置及びＤＣ／ＤＣコンバータが配置されると共に、パワーモジュールと充電装置との間にＤＣ／ＤＣコンバータが配置され、コンデンサモジュールは、冷却面上に載置される。

【0008】

本発明によると、ケース内において、コンデンサモジュールの周囲に、パワーモジュール、充電装置及びＤＣ／ＤＣコンバータが配置され、コンデンサモジュールとＤＣ／ＤＣコンバータと積層されて配置されると共に、冷却面側に載置されるので、コンデンサモジュールと、パワーモジュール、充電装置及びＤＣ／ＤＣコンバータとの間の電力配線の距離を短くすることができる。これにより、直流電力の経路での抵抗やインダクタンスを小さくでき、ノイズを拾いにくくできるので、電力損失や電気ノイズを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態の電力変換装置の機能ブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１実施形態の電力変換装置の上面図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の第１実施形態の電力変換装置の側面図である。

【図3B】図３Ｂは、本発明の第１実施形態の電力変換装置の斜視図である。

【図4】図４は、本発明の第２実施形態の電力変換装置の側面図である。

【図5】図５は、本発明の第２実施形態のコンデンサモジュールの説明図である。

【図6】図６は、本発明の第２実施形態のコンデンサモジュールの他の構成例を示す説明図である。

【図7】図７は、本発明の第２実施形態の他の構成例のコンデンサモジュールを適用した電力変換装置の断面図である。

【図8】図８は、本発明の第２実施形態のコンデンサモジュールの構成例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

【0011】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の電力変換装置１の機能ブロック図である。

【0012】

電力変換装置１は、電動車両又はプラグインハイブリッド車両に備えられ、蓄電装置（バッテリ）５の電力を回転電機（モータジェネレータ）６の駆動に適した電力に変換する。負荷としての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、車両が駆動される。

【0013】

電力変換装置１は、モータジェネレータ６の回生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、車両に備えられた急速充電用のコネクタ又は普通充電用のコネクタから電力が供給されることで、バッテリ５を充電する。

【0014】

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、バッテリ５が、充電される。

【0015】

モータジェネレータ６は、例えば永久磁石同期電動機として構成される。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り駆動されて、車両を駆動する。車両が減速するときは、モータジェネレータ６が回生電力を発生する。

【0016】

電力変換装置１は、ケース２内に、コンデンサモジュール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。これら各部は、バスバー又は配線により電気的に接続される。

【0017】

コンデンサモジュール１０は、複数のコンデンサ素子により構成される。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なう。コンデンサモジュール１０は、第１バスバー１１と、第２バスバー１２と、電力配線１３とを備える。第１バスバー１１は、三極交流のそれぞれの極に対応する一組のバスバーを含み、６個のバスバーから構成される。第２バスバーは、直流の正極及び負極それぞれに対応する二つのバスバーから構成される。

【0018】

第１バスバー１１は、パワーモジュール２０に接続される。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（図示せず）に接続される。電力配線１３は、可撓性を有するケーブル（例えばリッツ線）により構成され、充電装置４０に接続される。第１バスバー１１と、第２バスバー１２と、電力配線１３とは、コンデンサモジュール１０の内部で正極と負極とを共用する。

【0019】

パワーモジュール２０は、複数のパワー素子（図示せず）をＯＮ／ＯＦＦすることにより直流電力と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に備えられるドライバ基板２１によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。

【0020】

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、正極及び負極からなる３組のバスバーからなる。パワーモジュール２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の出力バスバー２４を備える。出力バスバー２４は、電流センサ２２に接続される。電流センサ２２は、モータジェネレータ６側に三相の交流電力を出力するモータ側バスバー２５を備える。

【0021】

インバータコントローラ７０は、車両のコントローラ（図示せず）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。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により、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。

【0022】

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、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、車両に備え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。

【0023】

充電装置４０は、車両に備え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商用電源（例えば交流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。

【0024】

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、急速充電コネクタ６３を介したバッテリ５の充電及びモータジェネレータ６の駆動、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０による降圧を制御する。

【0025】

リレーコントローラ６０は、充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０の制御により、リレー６１の断続を制御する。リレー６１は、正側リレー６１ａ及び負側リレー６１ｂにより構成される。リレー６１は、充電用の外部コネクタから急速充電コネクタ６３を介して接続された場合に通電し、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。

【0026】

図２、図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第１実施形態の電力変換装置１の構成ブロック図である。図２は電力変換装置１の上面図であり、図３Ａは、電力変換装置１の側面図であり、図３Ｂは、電力変換装置１の斜視図である。

【0027】

ケース２の内部では、コンデンサモジュール１０の周囲に、コンデンサモジュール１０に隣接して、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０が配置される。

【0028】

より具体的には、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との間で、これらパワーモジュール２０と充電装置４０とに隣接して配置される。コンデンサモジュール１０はＤＣ／ＤＣコンバータ３０に直接対向して配置され、コンデンサモジュール１０の上方側にＤＣ／ＤＣコンバータ３０が積層して配置される。充電装置４０は充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０に直接対向して配置され、充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０の下方側に充電装置４０が積層して配置される。また、図３Ｂに示すように、コンデンサモジュール１０とパワーモジュール２０とは、第１バスバー１１により直接接続する。すなわち、コンデンサモジュール１０から延設される第１バスバー１１が、パワーモジュール２０の端子へとネジ止めされることにより、コンデンサモジュール１０とパワーモジュール２０とが直接接続する。

【0029】

コンデンサモジュール１０の一方の側面には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の第１バスバー１１が突出する。第１バスバー１１には、パワーモジュール２０が直接螺合等により接続される。パワーモジュール２０において、第１バスバー１１とは逆側に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の出力バスバー２４が突出する。

【0030】

出力バスバー２４には、電流センサ２２が直接螺合等により接続される。電流センサ２２の下方側（図３Ａ参照）には、モータ側バスバー２５が突出する。モータ側バスバー２５は、パワーモジュール２０の出力バスバー２４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに直接接続され、３相の交流電力を出力する。モータ側バスバー２５は、ケース２から露出して構成され、ハーネス等によりモータジェネレータ６に接続される。

【0031】

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の上方側には、インバータコントローラ７０とリレーコントローラ６０とが積層して配置される。

【0032】

コンデンサモジュール１０の底面側には、第２バスバー１２が突出する。第２バスバー１２は、コンデンサモジュール１０の上方側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へと接続される（図１参照）。

【0033】

第２バスバー１２は、バッテリ５が接続されるバッテリ側コネクタ５１と、電動コンプレッサが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。

【0034】

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は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０が出力する直流電源を車両の各部に供給するハーネス等が接続される。

【0035】

コンデンサモジュール１０の第１バスバー１１とは反対の側には、電力配線１３が突出する。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。

【0036】

信号線コネクタ６５は、電力変換装置１の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を、ケース２の外部との間で接続する。

【0037】

信号線コネクタ６５から充電・ＤＣ／ＤＣコントローラ５０へと信号線５５が接続される。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、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０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。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の上面には信号線５５及び信号線６２を支持するガイド部５８が形成される。

【0038】

ケース２は、上ケース２ａと下ケース２ｂとにより構成される。下ケース２ｂには冷却水流路４が形成されている。冷却水流路４には冷却水が流通するように構成されており、冷却水流路４の直上に載置されるパワーモジュール２０、コンデンサモジュール１０及び充電装置４０を冷却する。

【0039】

以上のように、本発明の第１実施形態では、蓄電装置（バッテリ５）と負荷（モータジェネレータ６）との間で電力を変換して供給する電力変換装置１であって、バッテリ５の直流電力とモータジェネレータ６に供給する交流電力とを変換するパワーモジュール２０と、バッテリ５の直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、外部コネクタ（普通充電コネクタ８１）を介して供給される電力によりバッテリ５を充電させる充電装置４０と、電圧を平滑化するコンデンサを有するコンデンサモジュール１０と、パワーモジュール２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、充電装置４０と、コンデンサモジュール１０とを収装するケース２と、を備え、ケース２内で、コンデンサモジュール１０の周囲に、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。

【0040】

このように構成することで、ケース２内でコンデンサモジュール１０と、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０との距離を短くできるので、直流電力の経路での抵抗（Ｒ）やインダクタンス（Ｌ）を小さくすることができ、電力損失や電気ノイズを低減できる。さらに、ケース２内でコンデンサモジュール１０と、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０との距離を短くできるので、電力変換装置１を小型化することができる。

【0041】

また、本発明の第１実施形態の電力変換装置１では、コンデンサモジュール１０がパワーモジュール２０と充電装置４０との間に配置される。すなわち、コンデンサモジュール１０を、発熱量が多いパワーモジュール２０と充電装置４０との間に配置したので、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、回生）と、充電装置４０の動作（普通充電コネクタ８１からの電力によるバッテリ５の充電）とは同時に実行されることがないので、これらの間での熱による影響を排除することができる。

【0042】

より具体的には、次のような状況を想定する。すなわち、充電設備のある車庫や駐車場等において車両が充電設備から充電コネクタを介して充電されている場合は、充電装置４０が動作してバッテリ５を充電することにより、充電装置４０が発熱する。その後、車両を走行する場合は、パワーモジュール２０が動作してバッテリ５の電力を用いてモータジェネレータ６を駆動することにより、パワーモジュールが発熱する。このような状況において、充電装置４０とパワーモジュール２０とが隣接して配置されている場合には、既に発熱している充電装置４０と走行により発熱するパワーモジュール２０との間で互いに熱による影響を受け合う。これに対して、本発明の第１実施形態では、平面視において、充電装置４０とパワーモジュール２０との間に、コンデンサモジュール１０を配置したことにより、これらの間で熱による影響を排除することができる。コンデンサモジュール１０は、複数のコンデンサ素子により構成される。コンデンサ素子は、例えば積層された金属及び樹脂のフィルムを巻回して構成されるので、体積当たりの熱的容量が大きい。このような構成により、隣接するパワーモジュール２０又は充電装置４０の熱が上昇したとしても、コンデンサモジュール１０の熱的容量が大きいためにその熱を受け止め、他方へとその熱が伝達することを抑制する。

【0043】

また、本発明の第１実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、前記コンデンサモジュール１０と積層して配置されるので、ケース２内でコンデンサモジュール１０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０とが積層方向に隣接して配置され、電力変換装置１を小型化することができる。

【0044】

また、本発明の第１実施形態の電力変換装置１では、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、第１の端子がパワーモジュール２０に接続され、第２の端子がＤＣ／ＤＣコンバータ３０に接続され、第３の端子が充電装置４０に接続される。このような構成により、ケース２内でコンデンサモジュール１０と、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０との電力経路を短くできるので、直流電力の経路での抵抗（Ｒ）やインダクタンス（Ｌ）を小さくすることができ、電力損失や電気ノイズを低減できると共に、電力変換装置１を小型化することができる。

【0045】

また、本発明の第１実施形態の電力変換装置１は、第１の端子及び第２の端子は、第１バスバー１１、第２バスバー１２であり、第３の端子は、可撓性を有するケーブル（電力配線１３）である。このような構成により、特に第３の端子を接続する経路を自由にできるので、ケース２に内での各部の配置の自由度が増し、電力変換装置１を小型化することができる。

【0046】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。

【0047】

図４は、本発明の第２実施形態の電力変換装置１の側面図である。

【0048】

第１実施形態では、コンデンサモジュール１０がパワーモジュール２０と充電装置４０との間に配置され、コンデンサモジュール１０の上方側にＤＣ／ＤＣコンバータ３０が積層して配置される構成であった。

【0049】

これに対して、第２実施形態では、コンデンサモジュール１０がケース２の冷却面上に載置され、その上方側に、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０が載置される構成とした。

【0050】

図４に示すように、下ケース２ｂには冷却水流路４が形成される。下ケース２ｂには、冷却水流路４の上方側であって下ケース２ｂの内面の上側（以下、「冷却面４ａ」と呼ぶ）のおよそ全面、すなわち冷却面４ａと平面視で略同一の面積に形成された薄板状のコンデンサモジュール１０が載置される。

【0051】

コンデンサモジュール１０の上方側には、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０が載置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、パワーモジュール２０と充電装置４０との間に配置される。

【0052】

コンデンサモジュール１０を構成するコンデンサ素子は、例えば、金属薄膜と誘電体薄膜とが積層されて構成される。コンデンサモジュール１０の静電容量は積層された薄膜の面積に対応する。そこで、薄膜の形状や積層形状を変更することで、形状の自由度を高められる。本実施形態では、立方体形状のコンデンサモジュール１０の外形をできるだけ上下方向に薄く形成することで、必要な静電容量を確保しながら、コンデンサモジュール１０を薄板状に形成した。

【0053】

一例として、コンデンサモジュールの１０の形状を、図２における平面視で点Ａと点Ｂとを対角とする矩形形状とした場合は、図２及び図３Ａに示すコンデンサモジュール１０と同容量であっても、上下方向に概ね１／３の薄さの形状とすることができる。

【0054】

本発明の第２実施形態のコンデンサモジュール１０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の下方側の略全面に配置され、コンデンサモジュールの１０の上方側にバスバーが突設する。より具体的には、薄板状のコンデンサモジュール１０の内部の全面に正極及び負極のバスバーを配置し、任意の場所から正極及び負極のバスバーを上方に立ち上げる構造とすることで、薄板状のコンデンサモジュールの上方の任意の場所にバスバーを配置することができる。

【0055】

このような構成により、コンデンサモジュール１０の第１バスバー１１、第２バスバー１２及び第３バスバー２３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への接続のために最も近い場所に配置できる。従って、コンデンサモジュール１０と、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０との間の電力経路を短くできるので、直流電力の経路での抵抗（Ｒ）やインダクタンス（Ｌ）を小さくすることができ、電力損失や電気ノイズを低減できると共に、電力変換装置１を、第１実施形態と比較して上下方向に小型化（薄型化）することができる。

【0056】

また、コンデンサモジュール１０の任意の場所にバスバーを配置できるので、コンデンサモジュール１０の上方側に配置する各部品の位置を自由に決定できる。コレにより、レイアウトの自由度が向上し、電力変換装置１のケース２内の各部品の配置の自由度が高められるので、電力変換装置１を小型化することができる。

【0057】

図５は、本発明の第２実施形態のコンデンサモジュール１０を説明する斜視図である。

【0058】

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及び第３バスバー２３を備える。第１バスバー１１、第２バスバー１２及び第３バスバー２３は、コンデンサモジュール１０の上方側に突設され、それぞれパワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０が載置される位置に対応して設けられる。

【0059】

第１バスバー１１は、パワーモジュール２０の入力端子に対応して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに正極と負極との組を有する６つのバスバーにより構成される。

【0060】

第２バスバー１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の入力端子に対応して正極と負極との組からなる２つのバスバーにより構成される。

【0061】

第３バスバー２３は、充電装置４０の入力端子に対応して正極と負極との組からなる２つのバスバーにより構成される。

【0062】

パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０は、コンデンサモジュール１０の上面に載置されたときに、第１バスバー１１、第２バスバー１２及び第３バスバー２３に電気的に接続される。

【0063】

以上のように、本発明の第２実施形態では、ケース２内において、下ケース２ｂの冷却面４ａに、薄板状のコンデンサモジュール１０を配置し、コンデンサモジュール１０の上方側に、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０を載置する構成とした。

【0064】

このように、コンデンサモジュール１０を薄板状に形成し、下ケース２ｂの冷却面４ａの略全面に配置することにより、コンデンサモジュール１０がケース２内で占める上下方向の体積が小さくなり、電力変換装置１を薄型化することができる。

【0065】

図６は、本発明の第２実施形態におけるコンデンサモジュール１０の他の構成例を示す説明図であり、図７は、本発明の第２実施形態の他の構成例のコンデンサモジュールを適用した電力変換装置の断面図である。

【0066】

図４に示したように、下ケース２ｂの冷却面４ａの略全面にわたってコンデンサモジュール１０を配置した場合は、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０と冷却面４ａとの間の熱抵抗が大きくなる。

【0067】

そこで、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０の冷却効率を高めるために、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０と冷却面４ａとが直接接するように、コンデンサモジュール１０に開口部を設けた。

【0068】

図６に示すように、開口部２０ａは、パワーモジュール２０と冷却面４ａとが直接接する位置に形成される。同様に、開口部３０ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と冷却面４ａが直接接する位置に形成され、開口部４０ａは、充電装置４０と冷却面４ａとが直接接する位置に形成される。

【0069】

図７に示すように、パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０は、開口部２０ａ、３０ａ及び４０ａに対応する位置に、例えば金属で形成される伝熱部を備える。パワーモジュール２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び充電装置４０に備えられる半導体素子やインダクタ等の発熱部品が、伝熱部を介して冷却面４ａとで直接熱交換が行なわれる。

【0070】

前述のように、コンデンサモジュール１０は、必要な静電容量を確保しつつ、その外形を様々に変更することが可能である。従って、図６に示すように、コンデンサモジュール１０の上方側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が冷却面４ａに直接触れるような開口部を構成することで、放熱効率を高めることができ、電力変換装置１の効率を向上できる。

【0071】

図８は、本発明の第２実施形態におけるコンデンサモジュール１０の他の構成例を示す説明図である。

【0072】

コンデンサモジュール１０の静電容量は、金属薄膜及び誘電体薄膜の積層体の体積に依存する。そこで、コンデンサモジュール１０に要求される静電容量を確保しつつ、さらに電力変換装置１を薄型化するために、コンデンサモジュール１０の形状を図７に示すような箱形形状としてもよい。

【0073】

より具体的には、コンデンサモジュール１０の冷却面４ａに接する側を図５に示す形状よりもさらに薄型化し、その四辺側を上方側に立ち上げた箱形形状として、四辺側に立ち上げた空間をコンデンサ素子として活用することで、コンデンサモジュール１０の冷却面４ａに接する面を薄型化できるので、電力変換装置１をより薄型化することが可能となる。

【0074】

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つを示したものに過ぎず、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。

【0075】

上記第１実施形態では、コンデンサモジュール１０と充電装置４０との間を可撓性を有するケーブル（電力配線１３）により接続し、第２実施形態では、コンデンサモジュール１０と充電装置４０との間をバスバー（第３バスバー２３）により接続したが、これに限られない。コンデンサモジュール１０と充電装置４０との間をバスバーにより接続してもよいし、コンデンサモジュール１０と、パワーモジュール２０又はＤＣ／ＤＣコンバータ３０との間を可撓性を有するケーブルにより接続してもよい。

【0076】

本願は、２０１６年４月２７日に日本国特許庁に出願された特願２０１６−０８９２２１に基づく優先権を主張する。この出願のすべての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】