JP2009278794A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置における平滑コンデンサの温度について、従来より簡素な手法で均一化を図れるようにする。
【解決手段】電源電圧を昇圧する昇圧コンバータと、該昇圧コンバータによる昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータと、該インバータへの電力供給線に並列接続される平滑コンデンサＣ及び放電抵抗Ｒと、を含んで構成され、その平滑コンデンサＣが、電力供給線に設けられた高電位側バスバーＰと低電位側バスバーＮとの間に複数のコンデンサ素子Ｃ１を並列接続したモジュールとして、コンデンサ容器２に収納されており、放電抵抗Ｒについて、コンデンサ容器２中の比較的温度の低い領域に収納するようにした電力変換装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用の電力変換装置であって、直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給するインバータを備えた電力変換装置に関する。

ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）では、二次電池から発生される直流電力を交流電力へ変換して、交流負荷であるモータを駆動する。この直流（ＤＣ）−交流（ＡＣ）変換を行う電力変換装置として、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）により構成したインバータを備えた電力変換装置が使用されている。このような電力変換装置では、インバータのスイッチング時に電源側で生じる電源リップルを抑制する目的で、インバータへ電力を供給する配線部分（直流入力側）に平滑コンデンサを組み込んでいる。

このような平滑コンデンサを組み込んだ構成を有する電力変換装置が特許文献１に示されている。特許文献１の電力変換装置は、二次電池（直流電源）から発生される電源電圧を昇圧する昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣ変換器）を備え、この昇圧コンバータにより所定の電圧まで昇圧した電源電圧をインバータ（ＤＣ−ＡＣ変換器）へ印加する。そして、この昇圧コンバータからインバータへの電力供給線に、平滑コンデンサと放電抵抗とが並列に接続されている。放電抵抗は、平滑コンデンサに溜まった電荷を放電するために設けられるものである。

図３に、電力変換装置の組み立て例を示してある。図示の電力変換装置において、バスバー間に複数のコンデンサ素子１を並列接続してモジュール化される平滑コンデンサは、専用のコンデンサ容器２内に収納される。そして、このコンデンサ容器２の上部に、昇圧コンバータ、インバータ、及び放電抵抗を収容したハウジング３が組み付けられる。
特開２００６−０４２４９８号公報（図１１）

車両用の電力変換装置では負荷の駆動電流が大きいので、平滑コンデンサは、必要な容量を一つの素子で得ようとするとサイズが大きくなってしまう。そこで、図３のように、電力供給線に接続した高電位側バスバーと低電位側バスバーとの間に複数のコンデンサ素子をマトリックス状に並べて並列接続したモジュールとして平滑コンデンサを構成し、これを一つのコンデンサ容器に収納して電力変換装置に組み入れるようにしている。

このような電力変換装置における平滑コンデンサでは、コンデンサ素子に流れ込むリップル電流が素子温度の上昇を招く原因となるが、その温度上昇の程度が、バスバーの間に多数並べられたコンデンサ素子の接続位置によって異なることが知られている。温度の違いはコンデンサ素子の劣化に差を生じさせるため、できるだけ温度の均一化を図るべく、コンデンサ素子の容量を場所によって変えたり、冷却構造を工夫する等の策が施されている。しかし、場所によって容量を変更したり、冷却構造に工夫を加えるのはコスト的に不利で、より簡素な手法による改善が望まれる。

本発明は、この点に着目したもので、電力変換装置における平滑コンデンサの温度について、簡素な手法で均一化を図れるようにするものである。

本発明に関わる電力変換装置は、電源電圧を昇圧する昇圧コンバータと、該昇圧コンバータによる昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記昇圧コンバータから前記インバータへの電力供給線に接続される平滑コンデンサと、前記電力供給線に前記平滑コンデンサと並列接続される放電抵抗と、を含んで構成される電力変換装置である。本発明では、その平滑コンデンサを、前記電力供給線に接続された高電位側バスバーと低電位側バスバーとの間に複数のコンデンサ素子を並列接続したモジュールとして構成して、コンデンサ容器に収納すると共に、前記放電抵抗を、前記コンデンサ容器中の比較的温度の低い領域に収納する。

放電抵抗は、損失抑制のために抵抗値を大きくしてあることから、発熱素子である。したがって、この放電抵抗をコンデンサ容器内の比較的低温の領域に設置することで、当該領域の温度を上げ、容器内温度の均衡を図ることができる。すなわち、コンデンサ容器中に放電抵抗を配置するだけの簡素な手法で、平滑コンデンサの温度均一化を図ることができる。

図１に、本発明に係る電力変換装置の実施形態について、ブロック図で示している。図示のように本実施形態の電力変換装置は、直流電源として二次電池ＢＡＴを使用しており、この二次電池ＢＡＴの電源電圧を昇圧コンバータＣＮＶで所定の電圧まで昇圧する構成を有する。そして、昇圧後の直流電力がインバータＩＮＶで交流電力へ変換され、車両の走行用モータを備えた交流負荷ＡＬへ供給される。

この実施形態の電力変換装置において、平滑コンデンサＣと放電抵抗Ｒとは、昇圧コンバータＣＮＶからインバータＩＮＶへ直流電力を供給する電力供給線に、並列接続されている。具体的には図２に示すように、平滑コンデンサＣは、電力供給線に接続された高電位側バスバーＰと低電位側バスバーＮとの間に複数のコンデンサ素子Ｃ１をマトリックス状に並べて並列接続したモジュールとして構成されており、放電抵抗Ｒは、バスバーＰ，Ｎに対し、電源側とは反対側（インバータＩＮＶへ接続される側）の領域に接続されている。

図２（Ａ）に示す本実施形態に係る放電抵抗Ｒは、点線で示すコンデンサ容器２の中に収納される点で、従来の構造と異なっている。すなわち、本実施形態の平滑コンデンサＣは、上記のようにバスバーＰ，Ｎの間に複数のコンデンサ素子Ｃ１を並列接続したモジュールとして構成されて、コンデンサ容器２に収納されており、そして、放電抵抗Ｒは、そのコンデンサ容器２の中の比較的温度の低い領域、本実施形態の場合、バスバーＰ，Ｎの電源側とは反対側の端部に配置されている。

バスバーＰ，Ｎに対し、昇圧コンバータＣＮＶの動作により生じる高周波リップル電流は、バスバーＰ，Ｎのインダクタンス成分により電源側のコンデンサ素子Ｃ１−Ａに集中する。したがって、当該コンデンサ素子Ｃ１−Ａに流れるリップル電流は、反対側のコンデンサ素子Ｃ１−Ｄに流れるリップル電流に比べて大きくなる傾向にあり、これに起因して、コンデンサ素子Ｃ１−Ａの温度上昇が他の素子に比べて大きくなる。つまり、コンデンサ容器２内において温度の不均衡が生じ、バスバーＰ，Ｎの電源側とは反対側の温度が他の領域に比べて低くなる。

平滑コンデンサＣの放電のために設けられる放電抵抗Ｒは、損失抑制のために抵抗値を大きくしてあることから、発熱する。そこで、当該放電抵抗Ｒをコンデンサ容器２内の比較的低温の領域、すなわち図２の実施形態ではバスバーＰ，Ｎの電源側とは反対側の端部に配置することで、容器内温度の均衡を図ることができる。したがって、コンデンサ素子Ｃ１の容量を場所によって変えたり、平滑コンデンサＣの冷却構造に特別な工夫をせずとも、平滑コンデンサＣの温度均一化を図ることが可能となる。その結果、コンデンサ素子Ｃ１の経時劣化を場所に寄らず均等化することができる。

なお、放電抵抗Ｒの電気的接続（配線）はバスバーＰ，Ｎの電源側でもその反対側でもよく、放電抵抗Ｒの容器内配置がバスバーＰ，Ｎの電源側とは反対側になっていればよい。

図２（Ｂ）には、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタを使用した放電抵抗Ｒ’を、図２（Ａ）の実施形態と同じ領域に配置した例を示している。ＮＴＣサーミスタは、素子温度の上昇に伴って抵抗値が減少するデバイスであり、抵抗値が減少すれば発熱が減る。したがって、当該放電抵抗Ｒ’によれば、配置領域の温度に応じて発熱を可変にすることができ、過度な温度上昇を抑制し得ることとなる。

電力変換装置の回路例を示したブロック図。 コンデンサ容器内における平滑コンデンサと放電抵抗の配置を説明する図。 コンデンサ容器の組み付け例について示す電力変換装置の外観図。

符号の説明

Ｃ 平滑コンデンサ
Ｃ１ コンデンサ素子
Ｐ，Ｎ バスバー
Ｒ，Ｒ’ 放電抵抗
２ コンデンサ容器

Claims (3)

1. 電源電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
   該昇圧コンバータによる昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記昇圧コンバータから前記インバータへの電力供給線に接続される平滑コンデンサと、
   前記電力供給線に前記平滑コンデンサと並列接続される放電抵抗と、
   を含んで構成され、
   前記平滑コンデンサは、前記電力供給線に接続された高電位側バスバーと低電位側バスバーとの間に複数のコンデンサ素子を並列接続したモジュールとして構成されて、コンデンサ容器に収納され、
   前記放電抵抗は、前記コンデンサ容器中の比較的温度の低い部分に収納されている
   電力変換装置。
2. 前記放電抵抗は、前記コンデンサ容器中における前記バスバーの電源側とは反対側の領域に配置されている請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記放電抵抗は、ＮＴＣサーミスタである請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。

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