CN104584408B

CN104584408B - 电力转换装置

Info

Publication number: CN104584408B
Application number: CN201380041069.2A
Authority: CN
Inventors: 原阳成; 桑野盛雄
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2018-03-30
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: DE112013004779T5; JP5753829B2; CN104584408A; WO2014050276A1; JP2014072938A; US20150163961A1

Abstract

电力转换装置包括：功率半导体组件(300U、300V、300W)；形成第一流路的第一流路形成体(110)；形成第二流路的第二流路形成体(401)；搭载第二流路形成体的第一基板(400)；驱动电路板(200)；和壳体(101)，驱动电路板(200)配置成驱动电路的搭载面与第二流路形成体(401)的侧壁相对，第二流路形成体(401)形成收纳功率半导体组件(300U、300V、300W)的收纳空间，第二流路形成体(401)还在与驱动电路的搭载面相对的侧壁形成与收纳空间相连的插入口，功率半导体组件(300U、300V、300W)具有通过插入口与驱动电路板(200)连接的控制端子，第一流路形成体(110)固定在壳体(101)，通过这种结构来实现电力转换装置进一步的组装性的提高。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及将直流电力转换为交流电力或者将交流电力转换为直流电力的电力转换装置，特别涉及用于混合动力汽车、电动车的电力转换装置。

背景技术

伴随混合动力汽车或者电动车的小型化，也要求用于这些汽车的电力转换装置的小型化。另外，要求实现电力转换装置的小型化和组装性的提高这两者。即，在电力转换装置内，确保用于插入用于电力转换装置的组装的工具等的空间等，与电力转换装置的小型化相悖。

在专利文献1中记载有，在将功率半导体组件和电容器组件组装到电力转换装置后，利用焊接(熔接)将功率半导体组件的端子和电容器组件的端子连接，或者，利用软钎焊材料将驱动器电路板和功率半导体组件连接。

但是，要求电力转换装置的组装性进一步提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-217550号公报

发明内容

发明想要解决的技术问题

所以，本发明要解决的技术问题在于实现电力转换装置的组转性的进一步提高。

用于解决技术问题的技术方案

本发明所涉及的电力转换装置其特征在于，包括：具有将直流电流转换为交流电流的功率半导体元件的功率半导体组件；形成使冷却制冷剂流过的第一流路的第一流路形成体；形成使冷却制冷剂流过的第二流路的第二流路形成体；搭载上述第二流路形成体的第一基板；驱动电路板，其搭载有输出用于驱动上述功率半导体元件的驱动信号的驱动电路；壳体，其收纳上述功率半导体组件、上述第一流路形成体、上述第二流路形成体、上述第一基板和上述驱动电路板，上述驱动电路板配置成上述驱动电路的搭载面与上述第二流路形成体的侧壁相对，上述第二流路形成体形成收纳上述功率半导体组件的收纳空间，上述第二流路形成体还在与上述驱动电路的搭载面相对的上述侧壁形成与上述收纳空间相连的插入口，上述功率半导体组件具有通过上述插入口与上述驱动电路板连接的控制端子，上述第一流路形成体固定在上述壳体，上述第一流路形成体还形成与上述第一流路相连的开口部，上述第一基板封闭上述开口部并且与上述第一流路形成体连接，上述第一基板还形成将上述第一流路与上述第二流路相连的第一贯通孔。

发明效果

利用本发明，能够提高电力转换装置的组装性。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的电力转换装置100的外观立体图。

图2是本实施方式所涉及的电力转换装置100的分解立体图。

图3是配置在图2所示的第一流路形成体110和盖体107之间的电气部件的放大立体图。

图4是配置在图2所示的第一基板400和第二流路形成体401的放大立体图。

图5是从图4的箭头A方向看到的第一基板400的外观立体图。

图6是壳体101和第一流路形成体110的外观立体图。

图7是表示将第一基板400等收纳在壳体101中的工序的外观立体图。

图8是将图1所示的电力转换装置100的盖体107和盖体108取下的从B面的箭头方向看到的截面图。

图9是将图1所示的电力转换装置100的盖体107和盖体108取下的从C面的箭头方向看到的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的电力转换装置的实施方式进行说明。其中，在各图中，对相同要素标注相同的附图标记，重复的说明省略。

图1是本实施方式所涉及的电力转换装置100的外观立体图。

壳体101收纳后述的功率半导体组件300U等。出口配管103将冷却制冷剂排出到电力转换装置100的外部。出口配管103配置在壳体侧面101A的高度方向上正中的周边。入口配管102(参照图2)配置在与壳体侧面101A相反侧形成的壳体侧面101B的高度方向上的正中的周边。入口配管102将冷却制冷剂导入电力转换装置100的内部。

壳体101在壳体侧面101C形成开口部105。交流汇流条104U、交流汇流条104V和交流汇流条104W经由该开口部105从壳体101的内部向壳体101的外部突出。交流汇流条104U是传递U相的交流电流的导体部件，交流汇流条104V是传递V相的交流电流的导体部件，交流汇流条104W是传递W相的交流电流的导体部件。

而且，壳体101在壳体侧面101A形成开口部106。该开口部106形成在与交流汇流条104U和其它导体的连接部、交流汇流条104V和其它导体的连接部以及交流汇流条104W和其它的导体的连接部相对的位置。由此，操作者和操作机器人能够经由该开口部106进行交流汇流条和其它的导体的连接操作。

盖体107封闭形成在壳体101的上部的第一插入口109(参照图2)。第一插入口109形成为用于收纳后述的功率半导体组件300U等。

盖体108封闭形成在壳体101的下部的第二插入口(未图示)。第二插入口形成为用于收纳后述的DCDC转换器900。

本实施方式所涉及的电力转换装置100主要用于混合动力汽车和电动车。该车辆系统的一个例子记载于日本特开2011-217550号公报。此外，本实施方式所涉及的电力转换装置100因实现其效果也可以用于其它的用途。例如也可以用于以生产性提高、冷却性能提高为目的的冷藏库、空气调节器的家电用逆变器。另外，也可以用于使用环境与车辆用逆变器类似的工业设备用逆变器。

图2是本实施方式所涉及的电力转换装置100的分解立体图。第一流路形成体110配置在壳体101的高度方向上的正中的周边。第一流路形成体110与入口配管102和出口配管103连接。

第一流路形成体110和盖体107之间配置有第一基板400、第二流路形成体401、功率半导体组件300U至300W、电容器组件500、驱动电路板200和控制电路板600等。

后述的功率半导体组件300U至300W将直流电流转换为交流电流。后述的电容器组件500将直流电压平滑化。驱动电路板200搭载输出用于驱动功率半导体组件300U至300W的驱动信号的驱动电路。控制电路板600搭载对驱动电路板200输出用于控制功率半导体组件300U至300W的控制信号的控制电路。这些电路系统的一个例子记载于日本特开2011-217550号公报。

第一流路形成体110和盖体108之间配置有DCDC转换器900。DCDC转换器900对直流电压进行转换。该DCDC转换器900的电路系统的一个例子记载于日本专利公报4643695号。图1中所示的开口部106被盖体111封闭。

图3是配置在图2所示的第一流路形成体110和盖体107之间的电气部件的放大立体图。图4是图2所示的第一基板400和第二流路形成体401的放大立体图。

第二流路形成体401搭载在第一基板400。这些第二流路形成体401和第一基板400可以为了提高生产性和导热性而形成为一体。如图4所示，第二流路形成体401形成收纳功率半导体组件300U至300W的收纳空间402。另外，第二流路形成体401在侧壁401A形成与收纳空间402相连的插入口403。本实施方式中，该收纳空间402作为用于使冷却制冷剂流过的流路发挥作用。在本实施方式中，该插入口403是用于插入功率半导体组件300U至300W这三者的一个插入口，但也可以设置在多个功率半导体组件的每个中。

第一基板400具有用于固定电容器组件500的多个支承部件404。电容器组件500由多个支承部件404在与第一基板400热连接的状态下固定在第一基板400。由此，在电容器组件500产生的热量被传递至第一基板400，能够将电容器组件500冷却。

如图3所示，第二基板601搭载控制电路板600。第二基板601具有与从第一基板400延伸的支承部件405A连接的固定部601A。由此，控制电路板600等经由固定部601A和支承部件405A被第一基板400冷却。

另外，第二基板601支承第三基板602。该第三基板602向与第二基板601中的控制电路板600的搭载面垂直的方向且第一基板400的配置方向突出。

驱动电路板200搭载在第三基板602的配置有功率半导体组件300U至300W一侧的面。由此，驱动电路板200被第三基板602和第二基板601冷却。

另外，第二基板601具有与从第二流路形成体401延伸的支承部件405B连接的固定部601B。由此，第二基板601经由第二流路形成体401和固定部601B热连接，因此，能够实现控制电路板600或者驱动电路板200的冷却性能的提高。

另外，第二基板601和第三基板602由铝等的导电性高的材料构成。而且，图1中所示的壳体101由铝等的导电性高的材料构成。第二基板601具有与壳体101直接连接的固定部601C。并且，控制电路板600配置在隔着第二基板601与功率半导体组件300U至300W相反侧。由此，能够将从功率半导体组件300U至300W、驱动电路板200辐射的电磁噪声经由固定部601C等流到大地(接地)，因此能够保护控制电路板600不受电磁噪声的影响。

本实施方式中，驱动电路板200配置成驱动电路的搭载面与第二流路形成体401的侧壁401A相对。功率半导体组件300U至300W具有通过插入口403与驱动电路板200连接的控制端子325。本实施方式中，控制端子325和驱动电路板200的连接操作在将功率半导体组件300U至300W和驱动电路板200搭载在壳体101前进行。

此外，第三基板602形成在与控制端子325和驱动电路板200的连接部201相对的位置形成的开口部603。由此，能够实现第三基板602的电磁噪声的除去效果和连接操作性的提高。

电流传感器202配置成形成在电流传感器202的贯通孔被交流汇流条104U至104W贯通。如图2所示，电容器组件500具有将直流正极端子501的一部分和直流负极端子502的一部分密封的树脂密封体503。如图3所示，树脂密封体503中，该树脂密封体503的一面与第二流路形成体401的一面接触。由此，树脂密封体503被冷却并且直流正极端子501和直流负极端子502也被冷却。

图5是从图4的箭头A方向看到的第一基板400的外观立体图。第一基板400形成与收纳空间402相连的第一贯通孔406。另外，第一基板400形成与收纳空间402相连的第二贯通孔407。

图6是壳体101和第一流路形成体110的外观立体图。在本实施方式中，第一流路形成体110与壳体101形成为一体。例如，壳体101和第一流路形成体110通过铸造而制成。由此，因没有紧固件(螺栓等)，所以，对于重量的减少也具有效果。另外，壳体101和第一流路形成体110的导热变得良好，电力转换装置100整体的冷却性性能提高。

第一流路形成体110形成与入口配管102相连的流路112a。该流路112a形成为与图5中所示的第一贯通孔406相连。另外，第一流路形成体110隔着分隔壁113在流路112a的侧部形成流路112b。该流路112b形成为与图5中所示的第二贯通孔407相连。而且，第一流路形成体110与流路112b相连并且形成与出口配管103相连的流路112c。流路112c形成为流过流路112c的制冷剂的流动方向为与流过流路112a和流路112b的制冷剂的流动方向相反。

流路112a、流路112b以及流路112c与被后述的第一基板400封闭的开口部相连。

图7是表示将第一基板400等收纳在壳体101的工序的外观立体图。图8是将图1所示的电力转换装置100的盖体107和盖体108取下的从B面的箭头方向看到的截面图。图9是将图1所示的电力转换装置100的盖体107和盖体108取下的从C面的箭头方向看到的截面图。

如图7所示，安装有功率半导体组件300U等的第一基板400配置在第一流路形成体110，与第一流路形成体110连接。

如图8所示，第一基板400固定在第一流路形成体110，使得封闭与流路112a相连的开口、与流路112b相连的开口和与流路112c相连的开口。由此，第一基板400与冷却制冷剂直接接触。

如图8所示，冷却制冷剂通过流路112a以制冷剂流114所示那样，流过第二流路形成体401的收纳空间402。冷却制冷剂对功率半导体组件300U至300W进行冷却后，如制冷剂流115所示，从收纳空间402流过流路112b。功率半导体组件300U至300W由收纳于收纳空间402内的冷却部和突出至收纳空间402之外的电连接部构成。在构造上，对于功率半导体组件300U至300W而言，电连接部的突出方向成为决定功率半导体组件300U至300W的尺寸的主要因素。因此，为了减小电力转换装置100的高度方向，需要充分考虑功率半导体组件的朝向。另外，在组装电力转换装置100时，从电力转换装置100的壳体101的开口部进行对功率半导体组件、其它部件进行组装、螺纹紧固、焊接、软钎焊等的操作，但是，难以进行距开口部深的位置(接近壳体101的底面的位置)的操作。

所以，第一流路成形体110和第二流路成形体401分离地构成，第二流路成形体401与第一基板400连接。并且，第二流路成形体401不是在壳体101内进行将功率半导体组件300U至300W等的主要电气部件组装、连接到第一基板400的操作，而是在壳体101外进行。而且，将组装有主要电气部件的第一基板400固定在第二流路成形体401。由此，在组装时，没有电力转换装置100的外壁、即壳体101的壁，因此，没有操作的方向性，设计和组装性的自由度提高。另外，功率半导体组件300U至300W的电连接的方向的自由度也提高，因此，功率半导体组件300U至300W能够以功率半导体组件300U至300W的电连接部的突出方向朝向壳体101的内壁的方式进行配置。由此，能够减小电力转换装置100的高度方向。

另外，进行电容器组件500的组装、螺纹紧固、焊接、软钎焊等的电气部分的紧固操作和电容器组件500自身的固定操作，但是，处于难以进行距壳体101的开口部深的位置的操作的构造。

所以，在本实施方式中，如图8和图9所示，电容器组件500配置在第一基板400上。在电容器组件组装时，组装到第一基板400，由此，因没有壳体101的壁，所以，没有操作的方向性，螺纹紧固和焊接等的组装性的自由度提高。

另外，图9所示的电容器元件505经由电容器侧端子504接收来自高输出的功率半导体组件的热的冲击，存在导致电容器元件505的性能的降低等的危险。

所以，第二流路形成体110形成至(直至)流路112a、流路112c与电容器组件500相对的位置。由此，能够将电容器组件500冷却，能够提高电容器元件505的所期望的性能和寿命。

另外，在本实施方式中，电容器组件500具有收纳电容器侧端子504的一部分和电容器元件505的电容器壳体506。电容器壳体506形成电容器侧端子505突出的电容器侧开口部507。并且，电容器壳体506配置在第一基板400，使得电容器侧开口部507与收纳功率半导体组件的第一流路形成体110相对。

由此，能够缩短与功率半导体组件连接的电容器侧端子505的布线距离，能够减少电感(inductance)、抑制电容器侧端子505自身的发热。

另外，在本实施方式中，功率半导体组件300V配置在隔着功率半导体组件300W与第一基板400相对的位置，在功率半导体组件300V和第二功率半导体组件300W之间形成有用于使冷却制冷剂流过的流路空间116a。另外，功率半导体组件300U配置在隔着功率半导体组件300V和功率半导体组件300W与第一基板400相对的位置，在功率半导体组件300U和第二功率半导体组件300V之间形成有用于使冷却制冷剂流过的流路空间116b。

由此，能够使制冷剂直接与功率半导体组件300U至300W接触，并且，制冷剂流过各功率半导体组件的两面，所以，能够提高功率半导体组件300U至300W的冷却性能。

另外，在本实施方式中，壳体101被第一流路形成体110分成第一收纳空间117和第二收纳空间118。搭载有主要电气部件的第一基板400收纳于第一收纳空间117，另一方面，构成DCDC转换器900的电路部件收纳于第二收纳空间118并且配置在第一流路形成体110上。由此，逆变器电路被第一流路形成体110的一方的面冷却，DCDC转换器被第一流路形成体110的一方的面冷却，能够有效地利用第一流路形成体110的冷却面积，实现装置整体的小型化。

另外，在本实施方式中，金属制的第二基板601配置在隔着功率半导体组件300U至300W与第一基板400相对的位置。并且，第二基板601具有与金属制的壳体101连接的固定部601C。另外，控制电路板600配置在隔着第二基板601与功率半导体组件300U至300W相对的位置。由此，第二基板601能够屏蔽从功率半导体组件300U至300W辐射的电磁噪声，保护控制电路板600不受电磁噪声的影响。

附图标记说明

100…电力转换装置；101…壳体；101A…壳体侧面；101B…壳体侧面；101C…壳体侧面；102…入口配管；103…出口配管；104U…交流汇流条；104V…交流汇流条；104W…交流汇流条；105…开口部；106…开口部；107…盖体；108…盖体；109…第一插入口；110…第一流路形成体；111…盖体；112a…流路；112b…流路；112c…流路；113…分隔壁；114…制冷剂流；115…制冷剂流；116a…流路空间；116b…流路空间；200…驱动电路板；201…连接部；202…电流传感器；300U…功率半导体组件；300V…功率半导体组件；300W…功率半导体组件；325…控制端子；400…第一基板；401…第二流路形成体；401A…侧壁；402…收纳空间；403…插入口；404…支承部件；405A…支承部件；405B…支承部件；406…第一贯通孔；407…第二贯通孔；500…电容器组件；501…直流正极端子；502…直流负极端子；503…树脂密封体；504…电容器侧端子；505…电容器元件；506…电容器壳体；507…电容器侧开口部；600…控制电路板；601A…固定部；601B…固定部；601C…固定部；601…第二基板；602…第三基板；603…开口部；900…DCDC转换器。

Claims

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

具有将直流电流转换为交流电流的功率半导体元件的功率半导体组件；

形成使冷却制冷剂流过的第一流路的第一流路形成体；

形成使冷却制冷剂流过的第二流路的第二流路形成体；

搭载所述第二流路形成体的第一基板；

驱动电路板，其搭载有输出用于驱动所述功率半导体元件的驱动信号的驱动电路；

壳体，其收纳所述功率半导体组件、所述第一流路形成体、所述第二流路形成体、所述第一基板和所述驱动电路板，

所述驱动电路板配置成所述驱动电路的搭载面与所述第二流路形成体的侧壁相对，

所述第二流路形成体形成收纳所述功率半导体组件的收纳空间，

所述第二流路形成体还在与所述驱动电路的搭载面相对的所述侧壁形成与所述收纳空间相连的插入口，

所述功率半导体组件具有通过所述插入口与所述驱动电路板连接的控制端子，

所述第一流路形成体固定在所述壳体，

所述第一流路形成体还形成与所述第一流路相连的开口部，

所述第一基板封闭所述开口部并且与所述第一流路形成体连接，

所述第一基板还形成将所述第一流路与所述第二流路相连的第一贯通孔，

在所述第一基板形成有将所述第一流路与所述第二流路相连的第二贯通孔，

所述第一流路形成体具有与所述第一基板接触并且配置在所述第一贯通孔和所述第二贯通孔之间的分隔壁。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

具有将直流电压平滑化的电容器组件，

所述电容器组件配置在所述第一基板上。

3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于：

所述第一流路形成至与所述电容器组件相对的位置。

4.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于：

所述电容器组件包括：电容器元件；与所述电容器元件电连接的电容器侧端子；和收纳所述电容器元件和所述电容器侧端子的电容器壳体，

所述电容器壳体形成所述电容器侧端子突出的电容器侧开口部，

并且，所述电容器壳体以所述电容器侧开口部与所述第二流路形成体相对的方式配置在所述第一基板。

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：

所述功率半导体组件由第一功率半导体组件和第二功率半导体组件构成，

所述第二功率半导体组件配置在隔着所述第一功率半导体组件与所述第一基板相对的位置，

在所述第一功率半导体组件和所述第二功率半导体组件之间形成有使所述冷却制冷剂流过的流路空间。

6.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：

具有对直流电压进行转换的DCDC转换器电路，

所述壳体被所述第一流路形成体分为第一收纳空间和第二收纳空间，

所述功率半导体组件、所述第二流路形成体和所述第一基板收纳于所述第一收纳空间，

所述DCDC转换器电路收纳于所述第二收纳空间并且配置在所述第二流路形成体。

7.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，包括：

配置在隔着所述功率半导体组件与所述第一基板相对的位置并且固定在所述壳体的金属制的第二基板；和

控制电路板，其搭载有将用于控制所述功率半导体元件的控制信号输出至所述驱动电路的控制电路，

所述控制电路板配置在隔着所述第二基板与所述功率半导体组件相对的位置。

8.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：

所述第一流路形成体与所述壳体形成为一体。