CN103563234A

CN103563234A - 电力转换装置

Info

Publication number: CN103563234A
Application number: CN201280026595.7A
Authority: CN
Inventors: 前田建; 佐藤俊也; 山井广之
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: JP2012249480A; EP2717460A4; US9246408B2; JP5506740B2; CN103563234B; EP2717460B1; EP2717460A1; EP2717460B2; US20140085955A1; WO2012165226A1

Abstract

电力转换装置具备具有U相、V相和W相的功率半导体模块，并具备将直流电流转换成交流电流的逆变器电路、将直流电流平滑化的电容器模块，其中，各功率半导体模块分离地构成，分别连接到第一汇流条，电容器模块具有容纳电容器元件的箱、密封该电容器元件的密封件、在密封件内与该电容器元件相连接并且一部分从密封件表面突出的第二汇流条，第一汇流条由第一正极侧汇流条、第一负极侧汇流条、配置在第一正极侧汇流条与第一负极侧汇流条之间的第一绝缘部件构成，第一汇流条具有分别连接到U相、V相和W相的功率半导体模块的第一到第三端子、与第二汇流条从密封件表面突出的第二汇流条的端子相连接的第四端子。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及电力转换装置，特别地涉及用于混合动力车或电动车中的电力转换装置。

背景技术

在混合动力电动车和电动车的普及度迅速增加的现在，对电力转换装置要求易装配性和小型化。作为易装配性、小型化的一个方法，一般采用部件的模块化。模块化的对象如专利文献1（日本特开2009-219270号公报）所述，有功率半导体模块和平滑用电容器模块。

车用电力转换装置要求进一步的小型化，各模块之间的传热（导热）带来的影响增大，需要考虑降低各模块的发热。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-219270号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在连接功率半导体模块与平滑用电容器模块的汇流条降低发热，能够抑制各模块之间的传热。本发明要解决的技术问题为抑制配线电感的大幅增大并实现降低发热。

用于解决技术问题的技术手段

（1）根据本发明的第一方式，电力转换装置包括：

U相功率半导体模块，具有将直流电流转换成交流电流的逆变器电路的U相的上臂电路和下臂电路；V相功率半导体模块，具有逆变器电路的V相的上臂电路和下臂电路；W相功率半导体模块，具有逆变器电路的W相的上臂电路和下臂电路；和电容器模块，具有使直流电流平滑化的电容器元件，其中，与U相功率半导体模块、V相功率半导体模块和W相功率半导体模块连接的第一汇流条，与U相功率半导体模块、V相功率半导体模块和W相功率半导体模块相互分离，电容器模块具有：容纳电容器元件的箱；密封电容器模块的密封件；和第二汇流条，其在密封件内与电容器元件连接，且一部分从密封件的表面突出，第一汇流条包括第一正极侧汇流条、第一负极侧汇流条、配置在该第一正极侧汇流条与该第一负极侧汇流条之间的第一绝缘部件，第一汇流条还具有：与从U相功率半导体模块伸出的端子连接的第一端子；与从V相功率半导体模块伸出的端子连接的第二端子；与从W相功率半导体模块伸出的端子连接的第三端子；和第四端子，其与第二汇流条的从密封件的表面突出的部分的端部连接。

（2）根据本发明的第九方式，电力转换装置具备：U相功率半导体模块，具有将直流电流转换成交流电流的逆变器电路的U相的上臂电路和下臂电路；V相功率半导体模块，具有逆变器电路的V相的上臂电路和下臂电路；W相功率半导体模块，具有逆变器电路的W相的上臂电路和下臂电路；电容器模块，具有使直流电流平滑化的电容器元件；第一汇流条，其与U相功率半导体模块、V相功率半导体模块和W相功率半导体模块连接；第二汇流条，其与电容器元件和第一汇流条连接，其中，电容器模块中，电容器元件和第二汇流条容纳在电容器模块箱内，由绝缘密封件密封，与第一汇流条连接的第二汇流条的连接端子，从绝缘密封件的表面突出。

发明的效果

根据本发明，能够抑制电力转换装置的各模块的发热并且抑制模块间的传热，实现电力转换装置的小型化。

附图说明

图1是混合动力车（以下记为“HEV”）的控制框图。

图2是逆变器电路140的电路结构图。

图3（a）是基于本发明的电力转换装置的功率半导体模块300a的立体图，（b）是沿截面D剖开该功率半导体模块300a从方向E观察时的截面图。

图4（a）、（b）是分别从图3（a）、（b）取下第二密封树脂351后的图，（c）表示针对（b）的、散热片305被加压、弯曲部304A变形之前的截面图。

图5（a）是密封入模块箱304前的功率半导体模块300a的立体图，（b）是沿截面D剖开该功率半导体模块300a从方向E观察时的截面图。

图6是从图5所示的状态进一步取下第一密封树脂348和配线绝缘部608后的功率半导体模块300a的立体图。

图7是为了说明模块一次密封体302的组装工序的图。

图8是基于本发明的电力转换装置的电容器模块500的立体图。

图9是基于本发明的电力转换装置的逆变器电路的简图。

图10（a）是功率半导体模块300和电容器模块500组装后的外观立体图，（b）是（a）的A部分的放大图。

图11是基于本发明的电力转换装置的第一实施方式的电容器模块500的分解立体图。

图12是基于本发明的电力转换装置的第二实施方式的电容器模块500的分解立体图。

图13是基于本发明的电力转换装置的第三实施方式的电力转换装置200的分解立体图。

具体实施方式

下面基于附图针对本发明的实施例进行说明。本实施例的逆变器安装在以电动机作为车辆唯一驱动源的电动车、或者以内燃机发动机和电动机作为车辆的驱动源的混合动力车等电动车辆内，为将从作为车载电源的电池供给的直流电力转换成三相交流电力并供给到电动机的电力转换装置。

（第一实施方式）

下面针对基于本发明的电力转换装置的第一实施方式参考附图详细地进行说明。图1是表示混合动力车（以下记为“HEV”）的控制模块的图。引擎EGN、电动发电机MG1（Motor Generator）产生车辆行驶用扭矩。此外，电动发电机MG1不仅产生旋转扭矩，还具有将从外部施加到电动发电机MG1的机械能转换为电力的发电机功能。

电动发电机MG1例如为同步电机或感应电机，如上所述，根据驾驶方法不同，既可作为电动机也可作为发电机动作。在汽车上安装电动发电机MG1的情况下，期望其为小型的且能够获得高输出，使用钕等磁体的永磁体型同步电机较为合适。此外，永磁体型的同步电机与感应电机相比，转子的发热较少，基于这一点也适用于汽车。

引擎EGN的输出侧的输出扭矩通过动力分配机构TSM传递到电动发电机MG1，来自动力分配机构TSM的旋转扭矩或电动发电机MG1产生的旋转扭矩，通过变速器TM和差速器DEF传递到车轮。另一方面，再生制动运行时，旋转扭矩从车轮传递到电动发电机MG1，基于供给的旋转扭矩产生交流电力。如下所述，产生的交流电力通过电力转换装置200转换成直流电力，对高电压用电池136充电，所充电的电力再次作为行驶能量使用。

下面针对电力转换装置200进行说明。逆变器电路140通过直流连接器138与电池136电连接，电池136与逆变器电路140相互之间进行电力的发送和接收。在电动发电机MG1作为电动机动作的情况下，逆变器电路140基于从电池136通过直流连接器138供给的直流电力，产生交流电力，通过交流连接器188供给至电动发电机MG1。电动发电机MG1和逆变器电路140构成的结构作为第一电动发电单元动作。

此外，在本实施方式中，通过利用电池136的电力使第一电动发电单元作为电动单元运行，能够仅靠电动发电机MG1的动力进行车辆的驱动。进一步地，在本实施方式中，利用引擎EGN的动力或者来自车轮的动力使第一电动发电单元作为发电单元动作而发电，能够进行电池136的充电。

此外，电力转换装置200配备了用于把供给到逆变器电路140的直流电力平滑化的电容器模块500。

电力转换装置200配备有通信用连接器21，用以从上级控制装置接受指令或者向上级控制装置发送表示状态的数据。电力转换装置200，基于从连接器21输入的指令，通过控制电路172计算电动发电机MG1的控制量，进一步计算作为电动机运行还是发电机运行，基于计算结果产生控制脉冲，把该控制脉冲供给到驱动电路174。驱动电路174基于供给的控制脉冲，产生用以控制逆变器电路140的驱动脉冲。

下面利用图2对逆变器电路140的电路结构进行说明。此外，下面使用了绝缘栅型双极型晶体管作为半导体元件，以下简称为IGBT。上下臂串联电路150由作为上臂工作的IGBT328和二极管156、作为下臂工作的IGBT330和二极管166构成。逆变器电路140对应要输出的交流电力的U相、V相、W相这三相配备该串联电路150。

在该实施方式中，这三相分别对应电动发电机MG1的电枢绕组三相的各相绕组。三相中各自的上下臂串联电路150从作为串联电路中点部分的中间电极169输出交流电流。该中间电极169通过交流端子159和交流端子188与作为通向电动发电机MG1的交流电力线的后述交流汇流条802、804相连接。

上臂的IGBT328的集电极电极153通过正极端子157电连接至电容器模块500的正极侧的电容器端子506。此外，下臂的IGBT330的发射极电极通过负极端子158电连接至电容器模块500的负极侧的电容器端子504。

如上所述，控制电路172通过连接器21从上级控制装置接收控制指令，基于该指令生成作为控制信号的控制脉冲，用以控制构成各相串联电路150的上臂或下臂的IGBT328或IGBT330，并供给到驱动电路174，其中各相串联电路150构成逆变器电路140。

驱动电路174基于上述控制脉冲，把用以控制构成各相串联电路150的上臂或下臂的IGBT328或IGBT330的驱动脉冲供给到各相的IGBT328或IGBT330。IGBT328或IGBT330基于来自驱动电路174的驱动脉冲，进行导通或关断动作，把从电池136供给的直流电力转换成三相交流电力。该转换后的电力被供给到电动发电机MG1。

IGBT328具备集电极电极153、信号用发射极电极155和栅极电极154。此外，IGBT330具备集电极电极163、信号用发射极电极165和栅极电极164。二极管156电连接于集电极电极153与发射极电极155之间。此外，二极管166电连接于集电极电极163与发射极电极165之间。

作为开关用功率半导体元件，也可使用金属氧化物半导体型场效应晶体管（下面简称为MOSFET），此时不需要二极管156或二极管166。作为开关用功率半导体元件，IGBT适用于直流电压较高的场合，MOSFET适用于直流电压较低的场合。

电容器模块500配备正极侧电容器端子506、负极侧电容器端子504、正极侧电源端子509和负极侧电源端子508。来自电池136的高电压的直流电力通过直流连接器138供给到正极侧电源端子509、负极侧电源端子508，从电容器模块500的正极侧电容器端子506和负极侧电容器端子504，供给到逆变器电路140。

另一方面，通过逆变器电路140从交流电力转换得到的直流电力从正极侧电容器端子506、负极侧电容器端子504供给到电容器模块500，从正极侧电源端子509、负极侧电源端子508经由直流连接器138供给到电池136，存储在电池136中。

控制电路172配备有用于计算处理IGBT328和IGBT330的开关定时的微型计算机（下面记为“微机”）。作为输入到微机的信息，有向电动发电机MG1请求的目标扭矩值、从串联电路150供给到电动发电机MG1的电流值、电动发电机MG1的转子的磁极位置。

目标扭矩值基于未图示的上级控制装置所输出的指令信号。电流值基于电流传感器180的检测信号来检测。磁极位置基于设置于电动发电机MG1中的旋转变压器（resolver）等旋转磁极传感器（未图示）所输出的检测信号来检测。本实施方式中，举了电流传感器180检测三相电流值的情况为例子，也可以检测两相的电流值，通过运算求出三相的电流值。

控制电路172内的微机基于目标扭矩值计算电动发电机MG1的d轴、q轴的电流指令值，基于该计算所得的d轴、q轴的电流指令值与所检测出的d轴、q轴的电流值的差，计算d轴、q轴的电压指令值，并基于检测出的磁极位置将计算出的d轴、q轴的电压指令值转换成U相、V相、W相的电压指令值。然后，微机基于基于U相、V相、W相的电压指令值的基波（正弦波）与载波（三角波）的比较，生成脉冲状的调制波，把该生成的调制波作为PWM（脉冲幅度调制）信号输出到驱动电路174。

驱动电路174驱动下臂时，把PWM信号放大后的驱动信号输出到对应的下臂的IGBT330的栅极电极。此外，驱动电路174驱动上臂时，把PWM信号的基准电位的电平偏移到上臂的基准电位的电平后放大PWM信号，将其作为驱动信号分别输出到对应的上臂的IGBT328的栅极电极。

此外，控制电路172内的微机进行异常检测（过流、过压、过热等），保护串联电路150。为此，向控制电路172输入传感信息。例如，从各臂的信号用发射极电极155和信号用发射极电极165把流过各IGBT328和IGBT330的发射极电极的电流信息输入到对应的驱动部（IC）中。由此，各驱动部（IC）进行过流检测，在检测到过流的情况下，使对应的IGBT328、IGBT330的开关动作停止，保护对应的IGBT328、IGBT330防止过流。

串联电路150的温度信息从设置在串联电路150的温度传感器（未图示）输入到微机。此外，向微机输入串联电路150的直流正极侧的电压信息。微机基于这些信息进行过热检测和过压检测，在检测到过热或过压的情况下，使全部的IGBT328、IGBT330的开关动作停止。

利用图3至图7对逆变器电路140中使用的功率半导体模块300a～300c的详细结构进行说明。上述功率半导体模块300a～300c都为相同的构造，作为代表对功率半导体模块300a的构造进行说明。此外，在图3至图7中，信号端子325U对应图2所示的栅极电极154和信号用发射极电极155，信号端子325L对应图2所示的栅极电极164和发射极电极165。此外，直流正极端子315B与图2所示的正极端子157为同一部件，直流负极端子319B与图2所示的负极端子158为同一部件。此外交流端子320B与图2所示的交流端子159为相同部件。

图3（a）是本实施方式的功率半导体模块300a的立体图。图3（b）是沿截面D剖开本实施方式的功率半导体模块300a从方向E观察时的截面图。

图4表示为了帮助理解而从图3所示的状态取走螺钉309和第二密封树脂351后的功率半导体模块300a的图。图4（a）为立体图，图4（b）与图3（b）同样地是沿截面D剖开从方向E观察时的截面图。此外，图4（c）表示散热片305被加压、弯曲部304A变形之前的截面图。

图5是表示从图4所示的状态进一步地取走模块箱304后的功率半导体模块300a的图。图5（a）是立体图，图5（b）与图3（b）、图4（b）同样地是沿截面D剖开从方向E观察时的截面图。

图6是从图5所示的状态进一步取走第一密封树脂348和配线绝缘部608后的功率半导体模块300a的立体图。

图7是为了说明模块一次密封体302的组装工序的图。

构成上下臂串联电路150的功率半导体元件（IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166）如图5和图9所示，由导体板315、导体板318或者导体板320、导体板319从两面夹着固定。导体板315等在露出其散热面的状态下被第一密封树脂348密封，其散热面上热压接了绝缘片333。第一密封树脂348如图5所示具有多面体形状（在此为大致长方体形状）。

由第一密封树脂348所密封的模块一次密封体302被插入到模块箱304中，夹着绝缘片333热压接到作为CAN型冷却器的模块箱304的内表面。在此，CAN型冷却器为在一个表面具有插入口306、在另一个表面上具有底的、呈筒状的冷却器。模块箱304内部留下的空隙由第二密封树脂351填充。

模块箱304由具有导电性的部件，例如铝合金材料（Al、AlSi、AlSiC、Al-C等）构成，并且以无接合的状态形成为一体。模块箱304为除插入口306之外不设置开口的构造，插入口306被凸缘304B包围其外周。此外，如图3（a）所示，具有比其它面更大的面的第一散热面307A和第二散热面307B以相互相对的状态配置，各功率半导体元件（IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166）以与这些散热面相对的方式配置。连接该相对的第一散热面307A和第二散热面307B的三个面由比该第一散热面307A和第二散热面307B宽度更窄的、密封的面构成，剩余的一边的面形成了插入口306。模块箱304的形状不必为标准的长方体，角也可如图3（a）所示形成为曲面。

通过使用这种形状的金属制箱，即使将模块箱304插入流过水或油等冷媒（制冷剂）的冷媒流路（后述）中，由于能够通过凸缘304B确保相对于冷媒的密封性，能够以简单的结构防止冷却媒体侵入模块箱304的内部。此外，相对的第一散热面307A和第二散热面307B上分别均匀地形成了散热片305。进一步地，第一散热面307A和第二散热面307B的外周形成了厚度极薄的弯曲部304A。弯曲部304A，由于被极端地减薄到通过对散热片305加压即可轻易地发生变形的程度，提高了插入模块一次密封体302后的生产性。

如上所述，通过将导体板315隔着绝缘片333热压接到模块箱304的内壁，能够减少导体板315等与模块箱304的内壁之间的空隙，能够将功率半导体元件产生的热效率良好地传递到散热片305。进一步地，通过使绝缘片333具有一定程度的厚度和柔软性，热应力的产生能够被绝缘片333吸收，适用于温度变化激烈的车辆用电力转换装置。

模块箱304外设置用于与电容器模块500电连接的金属制直流正极配线315A和直流负极配线319A，其前端部分别形成直流正极端子315B（157）和直流负极端子319B（158）。此外，设有用于向电动发电机MG1或MG2供给交流电流的金属制交流配线320A，其前端形成有交流端子320B（159）。本实施方式中，如图6所示，直流正极配线315A与导体板315相连接，直流负极配线319A与导体板319相连接，交流配线320A与导体板320相连接。

模块箱304之外进一步地设有用于与驱动电路174电连接的金属制信号配线324U和324L，其前端部分别形成有信号端子325U（154、155）和信号端子325L（164、165）。本实施方式中如图6所示，信号配线324U与IGBT328相连接，信号配线324L与IGBT328相连接。

直流正极配线315A、直流负极配线319A、交流配线320A、信号配线324U和信号配线324L在通过由树脂材料成型的配线绝缘部608相互绝缘的状态下，作为辅助模体600一体地成型。配线绝缘部608也起到用于支承各配线的支承部件的作用，具有绝缘性的热硬化性树脂或热可塑性树脂适合作为其使用的树脂材料。由此，能够确保直流正极配线315A、直流负极配线319A、交流配线320A、信号配线324U和信号配线324L之间的绝缘性，使得高密度配线成为可能。

辅助模体600（参考图5）在连接部370上与模块一次密封体302金属接合后，通过贯通设于配线绝缘部608上的螺孔的螺钉309固定在模块箱304。模块一次密封体302与辅助模体600在连接部370上的金属接合例如可使用TIG焊接等。直流正极配线315A和直流负极配线319A，以其间隔着配线绝缘部608而相对的状态相互层叠，成大致平行地延伸的形状。通过形成为这样的配置和形状，功率半导体元件的开关动作时瞬间流过的电流相对地且在逆方向流过。由此起到相互抵消电流所产生的磁场的作用，通过该作用可实现低电感化。此外，交流配线320A和信号端子325U、325L也向着与直流正极配线315A和直流负极配线319A相同的方向延伸。

模块一次密封体302与辅助模体600通过金属接合而连接的连接部370，由第二密封树脂351密封在模块箱304内。由此，能够稳定地保持连接部370与模块箱304之间的必要的绝缘距离，因此与未密封的情况相比，能够实现功率半导体模块300a的小型化。

如图6所示，连接部370的辅助模体600（参考图5）侧，辅助模体侧直流正极连接端子315C、辅助模体侧直流负极连接端子319C、辅助模体侧交流连接端子320C、辅助模体侧信号连接端子326U和辅助模体侧信号连接端子326L排列为一列地配置。另一方面，在连接部370的模块一次密封体302侧，沿着具有多面体形状的第一密封树脂348的一个面，元件侧直流正极连接端子315D、元件侧直流负极连接端子319D、元件侧交流连接端子320D、元件侧信号连接端子327U和元件侧信号连接端子327L排列为一列地配置。这样，通过采用各端子在连接部370排列为一列的结构，使得基于传递模制（转移模制）的模块一次密封体302的制造变得容易。

在此，对于从模块一次密封体302的第一密封树脂348延伸到外侧的部分，针对将其每个种类看作一个端子时的各端子的位置关系进行说明。在以下的说明中，将直流正极配线315A（包括直流正极端子315B和辅助模体侧直流正极连接端子315C）和元件侧直流正极连接端子315D构成的端子称为正极侧端子，将直流负极配线319A（包括直流负极端子319B和辅助模体侧直流负极连接端子319C）和元件侧直流负极连接端子315D构成的端子称为负极侧端子，将交流配线320A（包括交流端子320B和辅助模体侧交流连接端子320C）和元件侧交流连接端子320D构成的端子称为输出端子，将信号配线324U（包括信号端子325U和辅助模体侧信号连接端子326U）和元件侧信号连接端子327U构成的端子称为上臂用信号端子，将信号配线324L（包括信号端子325L和辅助模体侧信号连接端子326L）和元件侧信号连接端子327L构成的端子称为下臂用信号端子。

上述的各端子都从第一密封树脂348和第二密封树脂351通过连接部370突出，其从第一密封树脂348突出的各突出部分（元件侧直流正极连接端子315D、元件侧直流负极连接端子319D、元件侧交流连接端子320D、元件侧信号连接端子327U和元件侧信号连接端子327L）如上所述沿着具有多面体形状的第一密封树脂348的一个面排列为一列。此外，直流正极配线315A和直流负极配线319A从第二密封树脂351以层叠状态突出，延伸到模块箱304的外部。通过采用这样的结构，在利用第一密封树脂348密封功率半导体元件来制造模块一次密封体302时的合模的时候，能够防止功率半导体元件与该端子的连结部分的过大应力或模具的间隙的产生。此外，通过分别流过层叠的正极配线315A和直流负极配线319A的各个的相反方向的电流，产生相互抵消的方向的磁通，因此能够实现低电感化。

在辅助模体600（参考图5）侧，辅助模体侧直流正极连接端子315C、辅助模体侧直流负极连接端子319C分别形成于直流正极端子315B、直流负极端子319B的相反侧的直流正极配线315A、直流负极配线319A的前端部上。此外，辅助模体侧交流连接端子320C形成于交流配线320A中与交流端子320B相反侧的前端部。辅助模体侧信号连接端子326U、326L分别形成于信号配线324U、324L中与信号端子325U、325L相反侧的前端部。

另一方面，在模块一次密封体302侧，元件侧直流正极连接端子315D、元件侧直流负极连接端子319D、元件侧交流连接端子320D分别形成于导体板315、319、320上。此外，元件侧信号连接端子327U、327L通过连接线371分别连接到IGBT328、IGBT330。

如图7所示，直流正极侧的导体板315与交流输出侧的导体板320、以及元件侧信号连接端子327U与327L被加工成一体，使得在连接到共通的连接板（条）372的状态下，它们成大致同一平面状的配置。在导体板315，固定有上臂侧的IGBT328的集电极电极和上臂侧的二极管156的阴极电极。在导体板320，固定有下臂侧的IGBT330的集电极电极和下臂侧的二极管166的阴极电极。在IGBT328、IGBT330和二极管155、166之上，导体板318与导体板319被配置成大致同一平面状。在导体板318，固定有上臂侧的IGBT328的发射极电极和上臂侧的二极管156的阳极电极。在导体板319，固定有下臂侧的IGBT330的发射极电极和下臂侧的二极管166的阳极电极。各功率半导体元件分别通过金属接合件160固定在设于各导体板的元件固定部322。金属接合件160例如为包含焊材、银片和细微金属颗粒的低温烧结接合件等。

各功率半导体元件为板状的扁平结构，该功率半导体元件的各电极形成在正反面。如图7所示，功率半导体元件的各电极被导体板315与导体板318或者被导体板320与导体板319所夹。即，导体板315与导体板318为隔着IGBT328和二极管156大致平行地相对的层叠配置。同样地，导体板320与导体板319为隔着IGBT330和二极管166大致平行地相对的层叠配置。此外，导体板320与导体板318通过中间电极329连接。通过该连接，上臂电路与下臂电路被电连接，形成上下臂串联电路。如上所述，在导体板315与导体板318之间夹入IGBT328和二极管156，并在导体板320与导体板319之间夹入IGBT330和二极管166，导体板320与导体板318通过中间电极329连接。之后，通过连接线371连接IGBT328的控制电极328A与元件侧信号连接端子327U，并通过连接线371连接IGBT330的控制电极330A与元件侧信号连接端子327L。

图8是基于本实施方式的电容器模块500的立体图。在电容器箱502设有用以将电容器模块500固定到与流路形成体12a和12b（后述，参考图13）一体成型的壳体10上的固定单元，例如用以使螺钉贯通的孔520a～520c。此外，将流路形成体12a和12b合并称为流路形成体12。

此外，在电容器箱502的长边侧的一个侧面，形成有突出容纳部502a。在该突出容纳部502a内容纳了与薄膜电容器和电源端子508、509电串联或并联地连接的电路元件。在本实施方式中，容纳有消除来自电池136的噪声并电接地的噪声消除用电容器593（参考图12、13）。由于该电容器593比薄膜电容器更小型，突出容纳部502a的高度形成得比电容器箱502的高度更小。即，在突出容纳部502a的下方形成空间。后述的流路形成体12其内部空间形成冷媒流路的一部分。由此，能够冷却噪声消除用电容器，并且抑制了在局部上冷媒流路的截面积增大，防止压力损失的增大。

第一汇流条590被配置在电容器箱502的容纳空间的外部，与功率半导体模块300a～300c相连接。此外，第一汇流条590（参考图11）具有负极侧汇流条590b、正极侧汇流条590a、配置在负极侧汇流条590b与正极侧汇流条590a之间的绝缘性部件（未图示）。此外，在图11中第一汇流条590为两个汇流条重叠表示，但上侧为正极侧汇流条590a、下侧为负极侧汇流条590b。此外，正极侧汇流条590a的平面部596a和负极侧汇流条590b的平面部596b合并地称为第一汇流条590的平面部596。

虽然在图8中未示出，在电容器箱502的内部设有多个后述的薄膜电容器，该薄膜电容器与第二汇流条549（参考图11）的负极侧汇流条549b和正极侧汇流条549b电连接。负极侧汇流条与正极侧汇流条之间配置有绝缘性部件，负极侧汇流条与正极侧汇流条以层叠状态构成。即，负极侧汇流条与正极侧汇流条构成层叠状态的第二汇流条548。虽然在图8中省略，为了在电容器箱502中固定薄膜电容器和第二汇流条548而在该电容器箱502内填充树脂制的密封体。

负极侧电源端子508和正极侧电源端子509分别电连接到配置在电容器箱502内的第二汇流条549，从电容器箱502的开口突出，进一步地向电容器箱502的侧面弯曲。如图2中所说明，在正极侧电源端子509和负极侧电源端子508，通过直流连接器138供给直流电力。

此外，在本实施方式中说明了传输直流电流的汇流条为如第一汇流条590和第二汇流条549这样的层叠状态，但并不限定于层叠状态，只需由电容器箱502内的汇流条和电容器箱502外部的汇流条构成即可。

第一端子503a、第二端子503b和第三端子503c分别电连接到第一汇流条590，对应功率半导体模块300a～300c的正极端子157（315B）和负极端子158（319B）而设置。构成第一端子503a的负极侧端子504a与正极侧端子506a之间设有绝缘片，确保绝缘。剩余的第二端子503b、第三端子503c也相同。进一步地，第一汇流条590具有与从密封件表面突出的第二汇流条549的一部分的连接端子548a和548b对应地连接的第四端子591a和591b。此外，在图11中第二汇流条549为两个汇流条549a、549b重叠表示，但上侧为正极侧汇流条549a、下侧为负极侧汇流条549b。此外，正极侧汇流条549a的平面部547a和负极侧汇流条549b的平面部547b合并地称为第二汇流条549的平面部547。

在此参考图8和图9针对回流电流进行说明。

图9是逆变器电路的简图。U相上臂IGBT为导通（ON）（下臂IGBT为截止（OFF））、V相下臂IGBT为截止（上臂IGBT为截止）、W相下臂IGBT为导通（上臂IGBT为截止）时电流如图9箭头所示流过。此时，流过V相的电流不流回电池侧，而是向阻抗较低的U相上臂IGBT流动。将该流过V相的电流称为回流电流，在图8中从V相上臂的正极侧（图8的504b）向U相上臂的正极侧（图8的504a）流动（图8的595b）。

回流电流不在上下臂之间流动，而仅在上臂之间或者下臂之间流动。根据各相的电流的流入流出组合，回流电流的流动方式在上臂下臂中分别有6种。在图8中，以双向箭头595a～595c表示上臂之间的6种回流电流。

如上所述，这些回流电流仅在上臂之间或下臂之间流动，通过图8所示的上臂之间的回流电流，抑制了通过第一汇流条590的第四端子591a向第二汇流条的端子548a的流动。即，上臂之间的回流电流（595a～595c）经过第一汇流条590的正极侧汇流条590a的平面部596a在各功率半导体模块300a～300c之间流动。

同样地，虽然图中省略，下臂之间的回流电流通过第一汇流条590的负极侧汇流条590b的平面部596b在各功率半导体模块300a～300c之间流动，抑制了向第二汇流条的端子548b的流动。

因此，通过设置如本实施方式的第一汇流条590，仅在第一汇流条590中产生回流电流导致的发热，防止了对电容器元件的热影响。

图10（a）是安装功率半导体模块300a～300c和电容器模块500后的外观立体图。图10（b）是图10（a）的部分A的放大图。

功率半导体模块300c以隔着电容器模块500与功率半导体模块300a相互相对的方式固定，进一步地，噪声消除用电容器元件593配置在隔着电容器模块500与功率半导体模块300b相互相对的位置上。由此，即使以在电容器模块500的一侧面设置两个、另一侧面设置一个的方式配置设于各相的功率半导体模块300a～300c，功率半导体模块300a～300c和电容器模块500也能整齐地构成。进一步地，通过在功率半导体模块300a～300c和电容器模块500之间流过冷却冷媒，能够冷却两方的模块，因此对电力转换装置200进一步的小型化作出贡献。

进一步地，如上所述，电源端子508和509从突出容纳部502a突出（参考图8）。因此，电源端子508和509成为比功率半导体模块300a～300c的任一个更靠近噪声消除用电容器593的配置（参考图12、图13），降低了噪声对功率半导体模块300a～300c的影响。

与第一汇流条590和电容器模块500内的第二汇流条549的电流通路面积相比，直流正极端子315B和直流负极端子319B的电流通路的面积非常小。因此，电流流动到直流正极端子315B和直流负极端子319B时，电流通路的面积发生较大变化。即，电流在直流正极端子315B和直流负极端子319B集中。

因此，在本实施方式中，负极侧端子504c具有从第一汇流条590立起的立起部543，其前端部具有连接部542。此外，正极侧端子506c具有从第一汇流条590立起的立起部544，其前端部具有连接部545。以在上述连接部542与连接部545之间夹着功率半导体模块300c的直流负极端子319B、直流正极端子315B的方式连接。

由此，构成负极侧端子504a和正极侧端子506a隔着绝缘片延伸到连接部542和连接部545前的层叠结构，因此能够减小电流集中的该电容器端子的配线部分的电感。进一步地，直流负极端子319B的前端与连接部542的侧边通过焊接来连接，同样地直流正极端子315B的前端与连接部545的侧边通过焊接来连接。因此，在低电感化带来的特性改善的基础上，能够通过一个方向上的加工作业来连续地进行导体间连接，提高生产效率（生产性）。

图11是平滑电容器模块500的分解立体图。平滑电容器模块500大致由4个部件构成。在容纳电容器模块的内容物的电容器箱502中，容纳了平滑用电容器元件560和噪声消除用电容器元件593。平滑用电容器元件560由单个或多个构成，与第二汇流条546相连接。

从电容器元件560向第一汇流条590的方向列举存在于电容器元件560a～560c与第一汇流条590之间的部件或物质时，有树脂制的密封件（未图示）、第二汇流条549、树脂制的密封件和空气。上述列举的部件和物质中，树脂制的密封件和空气的层中热传导率低，起到隔热层的作用。因此，因回流电流流过第一汇流条590而产生的第一汇流条590中的热被填充树脂和空气层所隔断，抑制了电容器元件温度的上升。

通过最大限度地扩大第二汇流条546收入电容器箱502内的宽度，例如通过扩大到覆盖平滑用电容器元件560的程度来构成，减少了电阻，对降低发热起到贡献。该第二汇流条549通过在保持层叠构造的情况下向上方立起，正负极向相互分离的方向弯曲，来形成分别与第一汇流条590的第四端子591a、591b相连接的连接端子548a和548b。通过该构造，在细节部分也用层叠构造，能够实现低电感化。对于第一汇流条590，也与第二汇流条549同样地实现基于层叠构造的低电感化和增大宽度，抑制电阻，实现发热降低。如上所述，包括向功率模块的连接在内，通过层叠构造实现了低电感化。

此外，第一汇流条590与第二汇流条549配置在相互相对的位置上，缩短了连接两者的配线，实现电路的低电感化。此外，通过使宽广平面相对地接近，部件配置空间减少，使电力转换装置的薄型化（低高度化）变得可能。在该部件配置中，第一汇流条590以跨电容器模块500的方式配置，在功率半导体模块300a～300c之间流动的电流由于经过与电容器模块500相对的宽广面，因此电流的不均衡较小。即，第一汇流条590大致均匀地发热。

（第二实施方式）

针对基于本发明的电力转换装置的第二实施方式，下面参考图12进行说明。图12是第二实施方式中的电容器模块500的分解立体图，电容器模块500与第一实施方同样地大致由4个部件构成。此外，附以与第一实施方式（参考图11）相同记号的构造具有与实施例1相同的功能。

在本实施方式中，第二汇流条546不具有电源端子508和509。另一方面，第一汇流条599形成有电源端子508和509，第一汇流条599在第二汇流条546之前接受来自电池的电力供应。通过该构造，直流电流597a～597c不经过第二汇流条546而直接流入功率半导体模块300。因此，在该情况下，直流电流仅在第一汇流条599中流动，第二汇流条549中仅有回流电流和除了DC电流之外的纹波电流流过。其结果是，第二汇流条546的发热降低，能够缓和容许最大温度较低的电容器元件560a～560c的受热。

此外，与第一实施方式（图11）同样地，第一汇流条599由两个汇流条（正极侧汇流条599a、负极侧汇流条599b）构成，第二汇流条546也由两个汇流条（正极侧汇流条546a、负极侧汇流条546b）构成。此外，各汇流条的平面部采用与实施方式1相同的参考编号。

（第三实施方式）

针对作为基于本发明的电力转换装置的第三实施方式的冷却构造，下面参考图13进行说明。在本实施方式中，电力转换装置的壳体10一体成形有流路形成体12，该流路形成体12具有流路形成体12a和隔着电容器模块500的容纳空间10a与该流路形成体12a相对地配置的流路形成体12b。该流路形成体12的内部空间形成有流过冷却功率半导体模块300a～300c的冷媒的冷媒流路。

在流路形成体12a形成有用于将功率半导体模块300a插入到冷媒流路内的开口400a和用于将功率半导体模块300b插入到冷媒流路内的开口400b。此外，在流路形成体12b形成有用于将功率半导体模块300c插入到冷媒流路内的开口400c。此外，开口400c因图示不方便而在图13中不可见，以参考编号表示。

在本实施方式中，不设置具有电容器模块500的电容器箱502，而将电容器元件560、第二汇流条548、密封件配置在流路形成体12a和12b以及一体成形有这些流路形成体的壳体10所形成的容纳空间10a内。由此，能够促进电容器元件560、第二汇流条548的冷却。

此外，上述的第一和第二实施方式能够分别与第三实施方式组合来实施。

并且，只要不破坏本发明的特征，本发明并不限定于上述实施方式和变形实施例。

下面的优先权基础申请的公开内容作为引用文包含于此。

日本专利申请2011年第121214号（2011年5月31日申请）

Claims

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

U相功率半导体模块，具有将直流电流转换成交流电流的逆变器电路的U相的上臂电路和下臂电路；

V相功率半导体模块，具有所述逆变器电路的V相的上臂电路和下臂电路；

W相功率半导体模块，具有所述逆变器电路的W相的上臂电路和下臂电路；和

电容器模块，具有使所述直流电流平滑化的电容器元件，其中，

与所述U相功率半导体模块、所述V相功率半导体模块和所述W相功率半导体模块连接的第一汇流条，与所述U相功率半导体模块、所述V相功率半导体模块和所述W相功率半导体模块相互分离，

所述电容器模块具有：容纳所述电容器元件的箱；密封所述电容器模块的密封件；和第二汇流条，其在所述密封件内与所述电容器元件连接，且一部分从所述密封件的表面突出，

所述第一汇流条包括第一正极侧汇流条、第一负极侧汇流条、配置在所述第一正极侧汇流条与所述第一负极侧汇流条之间的第一绝缘部件，

所述第一汇流条还具有：

与从所述U相功率半导体模块伸出的端子连接的第一端子；

与从所述V相功率半导体模块伸出的端子连接的第二端子；

与从所述W相功率半导体模块伸出的端子连接的第三端子；和

第四端子，其与所述第二汇流条的从所述密封件的表面突出的部分的端部连接。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述U相功率半导体模块具备：具有所述逆变器电路的上臂电路的上臂侧U相功率半导体模块；和具有所述逆变器电路的下臂电路的下臂侧U相功率半导体模块，这两个模块相互分离，

所述V相功率半导体模块具备：具有所述逆变器电路的上臂电路的上臂侧V相功率半导体模块；和具有所述逆变器电路的下臂电路的下臂侧V相功率半导体模块，这两个模块相互分离，

所述W相功率半导体模块具备：具有所述逆变器电路的上臂电路的上臂侧W相功率半导体模块；和具有所述逆变器电路的下臂电路的下臂侧W相功率半导体模块，这两个模块相互分离。

3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于：

所述第一汇流条具有电池侧端子，该电池侧端子接受从电池供给的直流电流。

4.如权利要求1～3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

所述第二汇流条包括第二正极侧汇流条、第二负极侧汇流条和配置在该第二正极侧汇流条与该第二负极侧汇流条之间的第二绝缘部件。

5.如权利要求1～4中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

所述第一汇流条与所述第二汇流条相对地配置。

6.如权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于：

所述U相功率半导体模块、所述V相功率半导体模块和所述W相功率半导体模块以夹着所述电容器模块的方式配置。

7.如权利要求1～5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

还具备电力转换装置箱，其容纳所述U相功率半导体模块、所述V相功率半导体模块、所述W相功率半导体模块和所述电容器模块，

所述电力转换装置箱具有形成第一流路和第二流路的流路形成体，其中所述第一流路配置在所述电容器模块的侧部，所述第二流路隔着所述电容器模块与所述第一流路相对，

所述U相功率半导体模块和所述V相功率半导体模块配置在所述第一流路侧，所述W相功率半导体模块配置在所述第二流路侧。

8.如权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于：

所述电力转换装置箱与所述流路形成体形成为一体。

9.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

W相功率半导体模块，具有所述逆变器电路的W相的上臂电路和下臂电路；

电容器模块，具有使所述直流电流平滑化的电容器元件；

第一汇流条，其与所述U相功率半导体模块、所述V相功率半导体模块和所述W相功率半导体模块连接；和

第二汇流条，其与所述电容器元件和所述第一汇流条连接，其中，

所述电容器模块中，所述电容器元件和所述第二汇流条容纳在电容器模块箱内，由绝缘密封件密封，

与所述第一汇流条连接的所述第二汇流条的连接端子，从所述绝缘密封件的表面突出。

10.如权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：

所述第一汇流条包括第一正极侧汇流条、第一负极侧汇流条和配置在所述第一正极侧汇流条与所述第一负极侧汇流条之间的第一绝缘部件，

所述第一正极汇流条与所述第一负极汇流条分别具有作为宽度较宽的平面部的第一正极汇流条平面部和第一负极汇流条平面部，所述第一正极汇流条平面部与所述第一负极汇流条平面部隔着所述第一绝缘部件重叠，

所述第二汇流条包括第二正极侧汇流条、第二负极侧汇流条和配置在所述第二正极侧汇流条与所述第二负极侧汇流条之间的第二绝缘部件，

所述第二正极汇流条与所述第二负极汇流条分别具有作为宽度较宽的平面部的第二正极汇流条平面部和第二负极汇流条平面部，所述第二正极汇流条平面部与所述第二负极汇流条平面部隔着所述第二绝缘部件重叠。

11.如权利要求10所述的电力转换装置，其特征在于：

所述第一汇流条具有：

与从所述U相功率半导体模块伸出的端子连接的第一端子；

与从所述V相功率半导体模块伸出的端子连接的第二端子；

与从所述W相功率半导体模块伸出的端子连接的第三端子；和

与所述第二汇流条的连接端子连接的第四端子。