(57)【要約】【課題】電流を平滑化した電力を複数相に分岐して負荷に供給する際に、各相の電力が通過する経路間に電流アンバランス状態が生じるのを抑制する。【解決手段】高電圧バッテリに接続される直流入力端子３Ｐ，３Ｎと、インバータの各相の入力端子にそれぞれ接続される各相の直流出力端子５Ｐ，５Ｎとを、バスバー１５Ｐ，１５Ｎで接続する。バスバー１５Ｐ，１５Ｎの分岐部１９の分岐片２１において、Ｕ相、Ｗ相の電流経路の方がＶ相の電流経路よりも長くなる。そこで、内箱７内で、Ｕ相、Ｗ相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎに対してＶ相のバスバー２５Ｐ，２５Ｎを迂回させる。これにより、各相の電流経路の距離差をなくし、各相のコンデンサ素子１３を流れる電流を等しくする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続される入力電極（３Ｐ，３Ｎ）と、
多相交流負荷の各相にそれぞれ接続される相別の出力電極（５Ｐ，５Ｎ）と、
前記入力電極（３Ｐ，３Ｎ）と前記各相の出力電極（５Ｐ，５Ｎ）とをそれぞれ接続し、互いに等しい配線長を有する相別のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）と、
前記各相のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）にそれぞれ接続され、互いに等しい静電容量を有する相別のキャパシタ（１１）と、
を備えるコンデンサモジュール（１）。
【請求項２】
前記各相のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）は、前記入力電極（３Ｐ，３Ｎ）から前記各相の出力電極（５Ｐ，５Ｎ）まで、各相間で電気的に絶縁されている請求項１記載のコンデンサモジュール（１）。
【請求項３】
前記各相のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）は、相別に分岐された分岐箇所（２０）における各相間の配線長の差分と相殺される差分を、前記分岐箇所（２０）から前記出力電極（５Ｐ，５Ｎ）までの各相間の配線長に有している請求項１又は２記載のコンデンサモジュール（１）。
【請求項４】
前記相別のキャパシタ（１１）は、ケース（７）内に各相別に並べて収容されており、前記各相のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）のうち前記入力電極（３Ｐ，３Ｎ）から前記出力電極（５Ｐ，５Ｎ）までの直線距離が最も近い相のバスバー（２５Ｐ，２５Ｎ）は、他の相のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）の配策経路に対して前記ケース（７）内の前記キャパシタ（１１）を迂回する迂回経路に配策されている請求項１、２又は３記載のコンデンサモジュール（１）。
【請求項５】
前記各相のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）のうち前記入力電極（３Ｐ，３Ｎ）から前記出力電極（５Ｐ，５Ｎ）までの直線距離が最も近い相のバスバー（２５Ｐ，２５Ｎ）は、相別に分岐された分岐箇所（２０）から前記出力電極（５Ｐ，５Ｎ）までの間にジグザグ状の冗長部（３３）を有している請求項１、２、３又は４記載のコンデンサモジュール（１）。
【請求項６】
前記各相のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）のうち前記入力電極（３Ｐ，３Ｎ）から前記出力電極（５Ｐ，５Ｎ）までの直線距離が最も近い相のバスバー（２５Ｐ，２５Ｎ）は、相別に分岐された分岐箇所（２０）から前記出力電極（５Ｐ，５Ｎ）までの間にクランク状の冗長部（３７）を有している請求項１、２、３又は４記載のコンデンサモジュール（１）。
【請求項７】
前記冗長部（３７）は、前記入力電極（３Ｐ，３Ｎ）から前記出力電極（５Ｐ，５Ｎ）までの直線距離が最も近い相のバスバー（２５Ｐ，２５Ｎ）の両側から交互に形成された複数のスリット（３５）によりクランク状に形成されている請求項６記載のコンデンサモジュール（１）。
【請求項８】
前記入力電極（３Ｐ，３Ｎ）及び前記各相の出力電極（５Ｐ，５Ｎ）は正負一対の電極（３Ｐ，３Ｎ、５Ｐ，５Ｎ）をそれぞれ有しており、前記各相のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）は、互いの長さが実質的に同じ正負一対のバスバー（２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎ）をそれぞれ有している請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のコンデンサモジュール（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源から入力される電力の電流を平滑化して出力するコンデンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールで生成した電源から入力される電力の電流をコンデンサモジュールで平滑化する際に、パワーモジュールとコンデンサモジュールとを接続する導体の経路長を、高電位側と低電位側とで一致させることが提案されている。
【０００３】
この提案によれば、導体の配線インダクタンスを高電位側と低電位側とで均一化することができる。これにより、高電位側と低電位側とのどちらか一方の導体に偏って発熱が生じて、双方の導体間に電流アンバランス状態が生じるのを、抑制することができる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３０７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、コンデンサモジュールにおいて電流を平滑化した電力を複数相に分岐して負荷に供給する場合は、電力が通過する経路をコンデンサモジュール内で相別に分岐させる必要がある。
【０００６】
電力が通過する経路をコンデンサモジュール内で相別に分岐させる場合は、各経路間に電流アンバランス状態が生じるのを抑制し、一部のコンデンサ素子が偏って劣化しないようにすることが重要となる。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電流を平滑化した電力を複数相に分岐して負荷に供給する際に、各相の電力が通過する経路間に電流アンバランス状態が生じるのを抑制することができるコンデンサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によるコンデンサモジュールは、
電源に接続される入力電極と、
多相交流負荷の各相にそれぞれ接続される相別の出力電極と、
前記入力電極と前記各出力電極とをそれぞれ接続し、互いに等しい配線長を有する相別のバスバーと、
前記各相のバスバーにそれぞれ接続され、互いに等しい静電容量を有する相別のキャパシタと、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電流を平滑化した電力を複数相に分岐して負荷に供給する際に、各相の電力が通過する経路間に電流アンバランス状態が生じるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンデンサモジュールの外観を示す斜視図である。
【図２】図１の内箱に収容されたコンデンサモジュールの構成要素を示す斜視図である。
【図３】図２の内箱の長辺方向における一方の端面側に配置されたバスバーの分岐部を示す説明図である。
【図４】図２の内箱に対するＶ相の正極及び負極のバスバーの配置を模式的に示す説明図である。
【図５】図２の各相の正極及び負極のバスバーと各相のキャパシタを構成するコンデンサ素子との接続関係を示す等価回路図である。
【図６】図２の各相の正極及び負極のバスバーと各相のキャパシタを構成するコンデンサ素子との接続関係の比較例を示す等価回路図である。
【図７】図６の等価回路図の接続関係とした各コンデンサ素子により電流を平滑化する場合の各コンデンサ素子の発熱分布を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るコンデンサモジュールの内箱に対する各相の正極及び負極のバスバーの配置を模式的に示す説明図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係るコンデンサモジュールの内箱に対する各相の正極及び負極のバスバーの配置を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係るコンデンサモジュールの外観を示す斜視図である。図１に示す本実施形態のコンデンサモジュール１は、モータを推進源に含む電動車両に搭載される。本実施形態では、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）に搭載されるコンデンサモジュールについて説明する。
【００１２】
本実施形態のコンデンサモジュール１は、プラグインハイブリッド車に搭載されるパワーコントロールユニットに、プラグイン用充電器、ＤＣＤＣコンバータ及びインバータ等と共に設けられる。
【００１３】
パワーコントロールユニットにおいては、急速充電ポートに急速充電器から入力される高電圧直流電力が、急速充電用の電力として高電圧バッテリに出力される。また、商用電源ポートに商用電源から入力される交流電力が、プラグイン用充電器により高電圧の直流電力に変換されて、通常充電用の電力として高電圧バッテリに出力される。
【００１４】
さらに、パワーコントロールユニットにおいては、高電圧バッテリポートに高電圧バッテリから入力される高電圧の直流電力が、ＤＣＤＣコンバータにより低電圧バッテリ向けの低電圧の直流電力に電圧変換されて、低電圧バッテリに出力される。
【００１５】
また、パワーコントロールユニットにおいては、高電圧バッテリポートに高電圧バッテリから入力される高電圧の直流電力が、インバータにより三相交流電力に変換されて、推進源のモータに出力される。
【００１６】
そして、コンデンサモジュール１は、プラグイン用充電器及びＤＣＤＣコンバータの電力変換で発生したスイッチングノイズを含む高電圧バッテリからの直流電力の電流を、ＵＶＷの相別に平滑化してインバータに出力する。
【００１７】
そのために、コンデンサモジュール１は、正極（Ｐ極）及び負極（Ｎ極）の直流入力端子３Ｐ，３Ｎと、三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の正極（Ｐ極）及び負極（Ｎ極）の直流出力端子５Ｐ，５Ｎとを有している。直流入力端子３Ｐ，３Ｎは、高電圧バッテリポートを介して高電圧バッテリに接続される。各相の直流出力端子５Ｐ，５Ｎは、インバータの各相の入力端子（図示せず）にそれぞれ接続される。
【００１８】
直流入力端子３Ｐ，３Ｎは、矩形状の内箱７（請求項中のケースに相当）に被せた箱蓋９の長辺方向に延在する側面の下縁から外方に延出している。各相の直流出力端子５Ｐ，５Ｎは、箱蓋９の短辺方向に延在する側面の下縁から外方に延出している。
【００１９】
内箱７には、箱蓋９を外した図２の斜視図に示すように、平滑化用のキャパシタ１１が各相毎に並べて収容されている。各相のキャパシタ１１は、複数（本実施形態では３つ）のコンデンサ素子１３でそれぞれ構成されている。各コンデンサ素子１３は同じ静電容量を有している。
【００２０】
正極（Ｐ極）及び負極（Ｎ極）の直流入力端子３Ｐ，３Ｎ及び各相の直流出力端子５Ｐ，５Ｎは、正極（Ｐ極）及び負極（Ｎ極）のバスバー１５Ｐ，１５Ｎの両終端部にそれぞれ設けられている。バスバー１５Ｐ，１５Ｎは、全体に亘って平行に配置され、互いに絶縁されている。
【００２１】
このうち、バスバー１５Ｐ，１５Ｎの直流出力端子５Ｐ，５Ｎ側の端部は、内箱７の短辺方向に延在する２つの側面１７，１９のうち一方の側面１９の下端に配置されている。内箱７のもう一方の側面１７には、図３の説明図に示すように、バスバー１５Ｐ，１５Ｎの分岐部２０（請求項中の分岐箇所に相当）が配置されている。
【００２２】
分岐部２０においてバスバー１５Ｐ，１５Ｎは、内箱７の側面１７の上端に配置された分岐片２１により、３つのバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎに分岐されている。
【００２３】
３つのバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎのうち両端のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎは、Ｕ相、Ｗ相に対応している。また、側面１７の中央のバスバー２５Ｐ，２５Ｎは、Ｖ相に対応している。分岐された各相に対応するバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎも、全体に亘って平行に配置され、互いに絶縁されている。
【００２４】
分岐片２１におけるバスバー１５Ｐ，１５Ｎから各相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎに流れる電流の経路は、図３の矢印で示すように、Ｕ相、Ｗ相の方がＶ相よりも距離が長い。即ち、本実施形態では、Ｖ相に対応するバスバー２５Ｐ，２５Ｎが、請求項中の「入力電極から出力電極までの直線距離が最も近い相のバスバー」に相当する。
【００２５】
そこで、本実施形態のコンデンサモジュール１では、Ｖ相のバスバー２５Ｐ，２５ＮをＵ相、Ｗ相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎよりも迂回させている。これにより、Ｖ相のバスバー２５Ｐ，２５Ｎを流れる電流の経路は、Ｕ相、Ｗ相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎを流れる電流の経路よりも長くなる。この経路の距離差により、分岐片２１におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流経路の距離差を相殺することができる。
【００２６】
上述した電流経路の距離差を発生させるために、本実施形態のコンデンサモジュール１では、内箱７の側面１７，１９間において、Ｕ相、Ｗ相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎを内箱７の上方に延設している。
【００２７】
また、内箱７の側面１７，１９間において、Ｖ相のバスバー２５Ｐ，２５Ｎを、図４の説明図に模式的に示すように、内箱７の両側面１７，１９及び底面３１に沿って内箱７の内部に延設している。
【００２８】
なお、直流入力端子３Ｐ，３Ｎ側のバスバー１５Ｐ，１５Ｎは、図３に示すように、内箱７の側面１７の下端に沿って内箱７の長辺方向の側面２９に延出し、さらに、図２に示すように、側面２９の下端に沿って延出している。そして、バスバー１５Ｐ，１５Ｎの直流入力端子３Ｐ，３Ｎ側の端部は、内箱７の長辺方向における側面２９の中央箇所に配置されている。
【００２９】
各相の正極（Ｐ極）のバスバー２３Ｐ，２５Ｐ，２７Ｐは、内箱７の対応する各相のキャパシタ１１を構成する３つのコンデンサ素子１３の、正極（Ｐ極）のメタリコン電極（図示せず）にそれぞれ接続されている。
【００３０】
また、各相の負極（Ｎ極）のバスバー２３Ｎ，２５Ｎ，２７Ｎは、内箱７の対応する各相のキャパシタ１１を構成する３つのコンデンサ素子１３の、負極（Ｎ極）のメタリコン電極（図示せず）にそれぞれ接続されている。
【００３１】
このように接続された各相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎと各相のコンデンサ素子１３との接続関係を、図５の等価回路図に示す。この等価回路図からも明らかなように、直流入力端子３Ｐ，３Ｎから各相の直流出力端子５Ｐ，５Ｎに流れる電流は、各相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎに接続された３つのコンデンサ素子１３において、各相別にそれぞれ平滑化される。
【００３２】
このとき、直流入力端子３Ｐ，３Ｎから各相の直流出力端子５Ｐ，５Ｎに流れる電流の経路が各相とも同じ距離になるので、各相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎを流れる電流の大きさにばらつきが生じにくくなる。このため、各相のコンデンサ素子１３の発熱量にばらつきが起こりにくくなり、一部のコンデンサ素子１３の偏った劣化が抑制される。
【００３３】
なお、各相のキャパシタ１１及びバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２５Ｐ，２５Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎを収容した内箱７には、図１に示すように、箱蓋９が被せられる。各コンデンサ素子１３の通電によって内箱７の内部に発生する熱は、箱蓋９の通気孔３９を通じてコンデンサモジュール１の外部に放出される。
【００３４】
ここで、比較のために、図６の等価回路に示すように、ＵＶＷの各相に分岐する前に全てのコンデンサ素子１３（本実施形態の場合は３相×３つ＝９つ）を並列接続したバスバー１５Ｐ，１５Ｎで、直流入力端子３Ｐ，３Ｎと各相の直流出力端子５Ｐ，５Ｎとを接続する場合を考える。
【００３５】
この場合は、バスバー１５Ｐ，１５Ｎによって直流入力端子３Ｐ，３Ｎと各相の直流出力端子５Ｐ，５Ｎとの間に、複数の経路が形成される。そして、経路長が短い経路ほど多くの電流が流れる。このため、図７の説明図に示すように、経路長が短い経路上のコンデンサ素子１３と経路長が長い経路上のコンデンサ素子１３との間に、流れる電流量の違いによる温度差が生じる。
【００３６】
コンデンサ素子１３間に温度差が生じると、発熱の影響によるコンデンサ素子１３の劣化にばらつきが生じ、劣化の早いコンデンサ素子１３に合わせてコンデンサモジュール１のメンテナンスを行わなければならなくなる。
【００３７】
しかし、本実施形態のコンデンサモジュール１では、各相のコンデンサ素子１３の発熱量にばらつきが起こりにくく、一部のコンデンサ素子１３の偏った劣化が抑制される。このため、全てのコンデンサ素子１３が劣化するまでは一部のコンデンサ素子１３が偏って劣化しても平滑化に必要な静電容量が確保されるように、大きい静電容量のマージンを大きく取ったコンデンサ素子１３を用いる必要をなくすことができる。
【００３８】
なお、本実施形態のコンデンサモジュール１では、Ｖ相のバスバー２５Ｐ，２５ＮをＵ相、Ｗ相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎよりも迂回させるために、図４に示すように、Ｖ相のバスバー２５Ｐ，２５Ｎを、内箱７の両側面１７，１９及び底面３１に沿って内箱７の内部に延設した。
【００３９】
しかし、Ｕ相、Ｗ相のバスバー２３Ｐ，２３Ｎ、２７Ｐ，２７Ｎと同じく、Ｖ相のバスバー２５Ｐ，２５Ｎも、内箱７の側面１７，１９間において内箱７の上方に延設してもよい。
【００４０】
その場合、バスバー１５Ｐ，１５Ｎの分岐片２１におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流経路の距離差を相殺する電流経路の距離差を発生させるために、内箱７の側面１７，１９間において、Ｖ相のバスバー２５Ｐ，２５Ｎに冗長部を形成する。
【００４１】
具体的には、例えば、内箱７の側面１７，１９間においてＶ相のバスバー２５Ｐ，２５Ｎに、図８の説明図に示すようにジグザグ状の冗長部３３を形成したり、図９の説明図に示すように、両縁から交互にスリット３５を設けた冗長部３７を形成する。
【００４２】
このような構成によっても、各相のコンデンサ素子１３の発熱量にばらつきが起こりにくく、一部のコンデンサ素子１３の偏った劣化が抑制される構成のコンデンサモジュールを、実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、電源から入力される電力の電流を平滑化して出力するコンデンサモジュールにおいて利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  コンデンサモジュール
３Ｐ，３Ｎ  直流入力端子（入力電極）
５Ｐ，５Ｎ  直流出力端子（出力電極）
７  内箱（ケース）
９  箱蓋
１１  キャパシタ
１３  コンデンサ素子
１５Ｎ  負極のバスバー
１５Ｐ  正極のバスバー
１７，１９，２９  内箱側面
２０  分岐部（分岐箇所）
２１  分岐片
２３Ｎ，２７Ｎ  ＵＷ相の負極のバスバー
２３Ｐ，２７Ｐ  ＵＷ相の正極のバスバー
２５Ｎ  Ｖ相の負極のバスバー（入力電極から出力電極までの直線距離が最も近い相のバスバー）
２５Ｐ  Ｖ相の正極のバスバー（入力電極から出力電極までの直線距離が最も近い相のバスバー）
３１  内箱底面
３３，３７  バスバー冗長部
３５  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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