(57)【要約】【課題】コンデンサモジュールにおいて、複数のコンデンサ素子の温度を的確に検出できるようにすることである。【解決手段】コンデンサモジュール１０は、複数のコンデンサ素子５０と、コンデンサ素子５０の端子部に接続される素子接続部２４を一方端に有し、外部接続用の負極電極部２２を他方端に有するバスバー２８と、バスバー２８と一体化してコンデンサ素子５０の発熱部位に接触する接触部５２と、接触部５２から延出し、かつバスバー２８において電流が流れる経路とは別の方向に延出する延出部５６に設けられる温度検出手段であるサーミスタ６０とを備える。接触部５２は、隣接するコンデンサ素子５０の間の隙間に挿入される先端部５４を有する。【選択図】図１
2014203893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンデンサ素子と、
コンデンサ素子の端子部に接続される素子接続部を一方端に有し、外部接続用の電極部を他方端に有するバスバーと、
バスバーと一体化してコンデンサ素子の発熱部位に接触する接触部と、
接触部から延出する延出部に設けられる温度検出手段と、
を備えることを特徴とするコンデンサモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のコンデンサモジュールにおいて、
延出部は、接触部から延出し、電流が流れる経路とは別の方向に延出することを特徴とするコンデンサモジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコンデンサモジュールにおいて、
バスバーの電流が流れる経路と延出部との間に設けられる切欠部を備えることを特徴とするコンデンサモジュール。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１に記載のコンデンサモジュールにおいて、
接触部は、隣接するコンデンサ素子の間に挿入されることを特徴とするコンデンサモジュール。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１に記載のコンデンサモジュールにおいて、
バスバーで接続された複数のコンデンサ素子を収納するケースと、
複数のコンデンサ素子をモールドするためにケース内に充填されたモールド樹脂と、
を備え、
温度検出手段は、モールド樹脂から露出することを特徴とするコンデンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のコンデンサ素子で構成されるコンデンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流や電圧の平滑化のために、複数のコンデンサ素子を互いに接続したコンデンサモジュールが用いられる。コンデンサ素子は充放電を繰り返すことで発熱するので、その温度監視が行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、外部接続用の端子部を設けたバスバーで複数のコンデンサを接続しケースに収納し、バスバーの端子部を除いて樹脂モールドするケースモールド型コンデンサについて、コンデンサの発熱をサーミスタで検知することが述べられている。ここでは、サーミスタを設ける位置として、バスバーとコンデンサの間、隣接するコンデンサの間等が示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、インバータ装置に用いられるコンデンサモジュールにおいて、コンデンサを並列接続すると共にその一部をコンデンサ正負端子とし別の一部を伝熱部とした正負の結線導体が述べられている。
【０００５】
特許文献３には、バスバーに流れる電流をバスバーの上流側と下流側の間の抵抗ドロップから検出する際に、バスバーに温度検出ダイオードを含む回路基板を設けて、温度の影響を補正することが述べられている。ここでは、バスバーの温度と温度検出ダイオードとの間の温度差を少なくするために、バスバーと回路基板の間に熱伝導性のよい材料を挟むことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１１３７０号公報
【特許文献２】特開２００８−１４８５３０号公報
【特許文献３】特開２０１２−７８３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コンデンサモジュールは複数のコンデンサ素子で構成されているので、コンデンサ素子の特性ばらつきによって発熱状態が異なってくる。また、コンデンサモジュールが負荷の駆動回路に接続されてその電流や電圧の平滑化に用いられるときは、駆動回路の動作状態によってコンデンサ素子に流れるリップル電流の負担状態が複雑に変化する。これらのことから、コンデンサモジュールを構成する複数のコンデンサ素子のどの部位が最高温度となるかが予測できないことが多い。
【０００８】
コンデンサモジュールの耐熱特性を確保する方法としては、コンデンサ素子を大容量化することが考えられるが、コンデンサモジュールが大型化し、コストが増加する。各コンデンサ素子毎に温度監視をすることも考えられるが、温度検出手段が多数となり、その取付工数も増大する。
【０００９】
本発明の目的は、温度検出手段の数を増加させずに、複数のコンデンサ素子の温度を的確に検出できるコンデンサモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るコンデンサモジュールは、複数のコンデンサ素子と、コンデンサ素子の端子部に接続される素子接続部を一方端に有し、外部接続用の電極部を他方端に有するバスバーと、バスバーと一体化してコンデンサ素子の発熱部位に接触する接触部と、接触部から延出する延出部に設けられる温度検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るコンデンサモジュールにおいて、延出部は、接触部から延出し、電流が流れる経路とは別の方向に延出することが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るコンデンサモジュールにおいて、バスバーの電流が流れる経路と延出部との間に設けられる切欠部を備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係るコンデンサモジュールにおいて、接触部は、隣接するコンデンサ素子の間に挿入されることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係るコンデンサモジュールにおいて、バスバーで接続された複数のコンデンサ素子を収納するケースと、複数のコンデンサ素子をモールドするためにケース内に充填されたモールド樹脂と、を備え、温度検出手段は、モールド樹脂から露出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、温度検出手段は、接触部から延出する延出部に設けられる。これによってリップル電流の変化の影響を直接的に受けずに、複数のコンデンサ素子の温度を的確に検出することができる。
【００１６】
また、コンデンサモジュールにおいて、延出部は、電流が流れる経路とは別の方向に延出するので、リップル電流の変化の影響を受けることなく、複数のコンデンサ素子の温度を的確に検出することができる。
【００１７】
また、コンデンサモジュールにおいて、バスバーの電流が流れる経路と延出部との間に切欠部が設けられるので、延出部の温度は、リップル電流の変化の影響を直接的に受けずに済む。
【００１８】
また、コンデンサモジュールにおいて、接触部は、隣接するコンデンサ素子の間に挿入されるので、接触部から延出する延出部は、コンデンサ素子の温度を反映した温度となる。
【００１９】
また、コンデンサモジュールにおいて、複数のコンデンサ素子をモールドするためにケース内に充填されたモールド樹脂から露出して温度検出手段が設けられるので、温度検出手段の温度特性に影響されずにコンデンサ素子の温度を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態におけるコンデンサモジュールの構造を示す図である。（ａ）はコンデンサモジュールの全体図、（ｂ）は複数のコンデンサ素子とバスバーの接続状態を示す図、（ｃ）はバスバーと一体化してコンデンサ素子に接触する接触部の先端部についての拡大断面図、（ｄ）は接触部、延出部を有するバスバーを示す図である。
【図２】コンデンサモジュールの参考例を示す図である。
【図３】図１とは別の構成例を示す図である。
【図４】図１、図３とは別の構成例を示す図である。
【図５】図１、図３、図４とは別の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるコンデンサモジュールに接続され、温度検出と電圧検出を兼ねる検出回路等を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下では、ハイブリッド車両等に搭載されるインバータ回路に接続されるコンデンサモジュールを述べるが、これは用途の一例の説明のためであり、これ以外の用途に用いられるコンデンサモジュールであってもよい。
【００２２】
以下で述べる材質、寸法、形状、個数等は説明のための例示であって、コンデンサモジュールの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１は、ハイブリッド車両に搭載されるインバータ回路に接続されるコンデンサモジュール１０の構造を示す図である。ここでは、コンデンサモジュール１０を分解し、内部構造が分かるように示した。すなわち、図１（ａ）はコンデンサモジュール１０の構成図で、モールドケース４０に収納された複数のコンデンサ素子５０とバスバー２８等を示す図、（ｂ）は複数のコンデンサ素子５０とバスバー２８等の接続状態を示す図、（ｃ）は、バスバー２８と一体化してコンデンサ素子５０に接触する接触部５２の先端部５４の拡大図、（ｄ）は、接触部５２、延出部５６を有するバスバー２８を示す図である。
【００２４】
図１(ａ)に示されるように、コンデンサモジュール１０は、直方体のモールドケース４０と、モールドケース４０に設けられる取付部４２で外形が形成される。モールドケース４０からは、正極電極部２０と負極電極部２２が引き出され、温度検出端子３０と負極電圧検出端子３２と正極電圧検出端子３４が引き出される。
【００２５】
モールドケース４０は、放熱性と電気絶縁性を有する材料で構成される容器である。かかるモールドケース４０としては、適当な耐熱性を有する樹脂を所定の形状に成形したものを用いることができる。材料として、樹脂に代えてセラミックを用いてもよい。
【００２６】
正極電極部２０と負極電極部２２は、それぞれ、インバータ回路の正極母線と負極母線に接続される端子である。負極電圧検出端子３２と正極電圧検出端子３４は、コンデンサモジュール１０の端子間電圧、換言すれば、インバータ回路の正極母線と負極母線の間の電圧であるシステム電圧を検出する端子である。ここで、正極電圧検出端子３４は、正極電極部２０から引き出される。温度検出端子３０は、コンデンサモジュール１０を構成する複数のコンデンサ素子５０の温度を検出するための端子である。
【００２７】
温度検出端子３０と負極電圧検出端子３２と正極電圧検出端子３４は、温度検出と電圧検出を兼ねる検出回路に接続される。温度検出と電圧検出を兼ねる検出回路の詳細については、図６を用いて後述する。
【００２８】
モールドケース４０には、複数のコンデンサ素子５０とバスバー２８等が収容され、モールド樹脂４４が充填される。
【００２９】
コンデンサ素子５０は、適当な容量と、耐圧特性、耐熱特性を有する容量素子である。かかるコンデンサ素子５０としては、フィルム状の正極板と負極板を誘電体であるセパレータを介して積層し、これを巻回した積層フィルムコンデンサを用いることができる。
【００３０】
バスバー２８，２９は、複数のコンデンサ素子５０を並列に接続するための導電材である。バスバー２８は、複数のコンデンサ素子５０の負極側を互いに接続する導電材で、バスバー２９は、複数のコンデンサ素子５０の正極側を互いに接続する導電材である。かかるバスバー２８，２９としては、金属製の板材を所定の形状に加工したものを用いることができる。例えば、銅材、銅合金材、アルミニウム材、ステンレス鋼材等を所定の形状に加工したものを用いることができる。
【００３１】
バスバー２８は、バスバー本体部２６と、バスバー本体部２６の一方端であってコンデンサ素子５０の負極端子部に接続される素子接続部２４と、バスバー本体部２６の他方端であって外部接続用の負極電極部２２とで構成される。素子接続部２４は、溶接等でコンデンサ素子５０の負極端子部と接続される。負極電極部２２には、インバータ回路の接続端子と接続するためのボルト等が通るための接続用穴が設けられる。
【００３２】
バスバー２９は、図１（ａ）において全体の図示がされていないが、バスバー２８と同様の構成で、バスバー本体部と、バスバー本体部の一方端であってコンデンサ素子５０の正極端子部に溶接等で接続される素子接続部と、バスバー本体部の他方端であって外部接続用に接続用穴が設けられる正極電極部２０とで構成される。なお、図１（ａ）では正極電極部２０のみが図示されている。
【００３３】
バスバー２８は、さらに、バスバー２８において電流が流れる経路とは切り離されて別の方向に延出する延出部５６を有する。バスバー２８において電流が流れる経路とは、コンデンサ素子５０と負極電極部２２を結ぶバスバー２８において、経路中の電気抵抗が最も低く、電流が流れやすい経路である。図１（ａ），（ｂ）の場合、バスバー本体部２６に沿った経路がバスバー２８において電流が流れる経路に相当する。
【００３４】
サーミスタ６０は、延出部５６に取り付けられる温度検出手段である。温度検出手段としては、サーミスタ６０に代えて他の温度センサを用いてもよい。例えば、温度と抵抗値との関係が分かっている温度検出用抵抗素子を用いてもよい。
【００３５】
サーミスタ６０を、バスバー２８において電流が流れる経路であるバスバー本体部２６に取り付けずに、延出部５６に取り付けるのは、複数のコンデンサ素子５０の正極側と負極側との間に流れるリップル電流の影響を除くためである。バスバー本体部２６にはリップル電流が流れるので、その温度上昇はリップル電流の影響を受ける。サーミスタ６０が検出したいのは、複数のコンデンサ素子５０における温度であるが、以下の理由によって、バスバー本体部２６の温度は必ずしも複数のコンデンサ素子５０における温度を正確には示さない。
【００３６】
すなわち、リップル電流は、インバータ回路の動作状態によって周波数成分が変化する。また複数のコンデンサ素子５０の周波数特性もばらつくので、リップル電流状態が変化すると、そのリップル電流を分担するコンデンサ素子が入れ替わることが生じ、結局、リップル電流の充放電による温度上昇が最大になるコンデンサ素子が変化することになる。バスバー本体部２６の温度は、リップル電流そのものの抵抗ドロップによって上昇する温度を示すが、耐熱性が問題になるコンデンサ素子５０の温度を正確には示さない。この理由によって、サーミスタ６０は、バスバー本体部２６に取り付けずに、延出部５６に取り付けられる。
【００３７】
モールド樹脂４４は、複数のコンデンサ素子５０に密着して放熱性を向上させるためにモールドケース４０の内部に充填される。かかるモールド樹脂４４としては、適当な耐熱性を有する樹脂を用いることができる。例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。モールド樹脂４４は、複数のコンデンサ素子５０を覆うように充填される。バスバー２８については、バスバー本体部２６、延出部５６を覆ってもよいが、サーミスタ６０は覆わないようにする。
【００３８】
仮に、サーミスタ６０をモールド樹脂４４で覆うとすると、モールド樹脂４４が複数のコンデンサ素子５０の発熱を受けてかなりの温度上昇があるため、サーミスタ６０の温度特性に影響を及ぼす。このことから、サーミスタ６０は、モールド樹脂４４で覆わず、モールド樹脂４４から露出させる。
【００３９】
図１（ｂ）は、モールドケース４０に収納する前の複数のコンデンサ素子５０とバスバー２８等の接続状態を示す図である。図１（ｂ）ではモールドケース４０に隠れて図示されなかったが、バスバー２８は、延出部５６の他に、複数のコンデンサ素子５０に接触する接触部５２を有する。延出部５６は、バスバー本体部２６から直接的に延出するのではなく、接触部５２から延出する。
【００４０】
すなわち、接触部５２は、バスバー２８と一体化してコンデンサ素子５０の発熱部位に接触する。バスバー２８との一体化は、同じ素材を加工してバスバー２８と接触部５２とを作り出して１つの部品とすることでもよく、バスバー２８と接触部５２を別個の部品とし、伝熱性のよい接合部材で一体化してもよい。後者の場合、接触部５２は、非導電性材料で構成してもよい。以下では、バスバー２８と接触部５２とは、同じ素材から作り出した一体ものとする。
【００４１】
そして、この発熱部位に接触する接触部５２から延出し、電流が流れる経路とは別の方向に延出する延出部５６に、サーミスタ６０が取り付けられることになる。これによって、サーミスタ６０は、バスバー本体部２６に流れるリップル電流や電流変動の影響を受けず、複数のコンデンサ素子５０の発熱部位の温度を精度よく検出することができる。
【００４２】
接触部５２は、バスバー本体部２６と一体の導電材で構成され、複数のコンデンサ素子５０の外周に接触して設けられる板部である。図１（ａ）で説明したように、複数のコンデンサ素子５０とバスバー２８等はモールドケース４０の中に収納され、放熱用のモールド樹脂４４が充填される。したがって、接触部５２と複数のコンデンサ素子５０の外周の間は放熱用のモールド樹脂４４で埋められるので、複数のコンデンサ素子５０の発熱は、接触部５２に効率よく伝熱される。
【００４３】
接触部５２の先端部５４は、円筒状のコンデンサ素子５０の外周に沿う形状を有する。図１（ｄ）の拡大断面図に示されるように、接触部５２の先端部５４は、隣接するコンデンサ素子５０の隙間に挿入される。複数のコンデンサ素子５０において、隣接するコンデンサ素子５０の間の隙間は熱がこもりやすく、温度が最も高くなると考えられる。接触部５２の先端部５４をこの隙間に挿入することで、複数のコンデンサ素子５０の発熱は、接触部５２に効率よく伝熱され、サーミスタ６０の検出精度がさらに向上する。
【００４４】
切欠部５８は、バスバー２８の電流が流れる経路であるバスバー本体部２６に沿った経路と、延出部５６との間に設けられ、バスバー本体部２６と延出部５６との間を細い接続部で接続するように切り欠いた部分である。これにより、バスバー本体部２６と延出部５６の間の接続は、電気抵抗的にも熱抵抗的にも高抵抗となる。切欠部５９は、バスバー２８の電流が流れる経路であるバスバー本体部２６に沿った経路と、接触部５２との間に設けられ、バスバー本体部２６と接触部５２との間を細い接続部で接続するように切り欠いた部分である。これにより、バスバー本体部２６と接触部５２の間の接続は、電気抵抗的にも熱抵抗的にも高抵抗となる。
【００４５】
切欠部５８，５９を設けることで、接触部５２と延出部５６を含めたバスバー２８において、経路中の電気抵抗が最も低く、電流が流れやすい経路がバスバー本体部２６に沿った経路となる。これによって、延出部５６に設けられるサーミスタ６０は、バスバー本体部２６に流れるリップル電流や電流変動の影響を受けず、接触部５２を介して複数のコンデンサ素子５０の発熱部位の温度を精度よく検出することができる。
【００４６】
図２から図５は、他の接触部の例を示す図である。図２と図３は、予め最大発熱となるコンデンサ素子５０Ａ，５０Ｂが分かっているときに、そのコンデンサ素子５０Ａ，５０Ｂの外周に接触部９０，９２をバスバー本体部２６と一体化しながら延ばす例を示す図である。
【００４７】
図２は、参考例であるが、紙面上で最も右側に配置するコンデンサ素子５０Ａが最大発熱する場合に、そのコンデンサ素子５０Ａの外周に接触するように接触部９０を設けるものである。この場合、サーミスタ６０を図１のように紙面の左側の延出部５６に設けるものとすると、最大発熱部位とサーミスタ６０が離れすぎる。そこで、サーミスタ６０は、負極電極部２２の上に取り付ける。この場合でも、バスバー２８において電流が流れる経路であるバスバー本体部２６にサーミスタ６０を取り付けることを避ける。
【００４８】
図３は、紙面上で最も左側に配置するコンデンサ素子５０Ｂが最大発熱する場合に、そのコンデンサ素子５０Ｂの外周に接触するように接触部９２を設ける。この場合には、図１と同様に、延出部５６の上にサーミスタ６０が取り付けられる。バスバー本体部２６と延出部５６との間には、図１と同様に切欠部５８が設けられる。図１に比べると、接触部９２が小面積ですみ、バスバー全体のコストを低減できる。
【００４９】
図４、図５は、最大発熱となるコンデンサ素子５０が分かっていないときに、複数のコンデンサ素子５０の最大温度を精度よく検出するための放熱部の構成を示す図である。図４は、すべてのコンデンサ素子５０の外周に、それぞれ分離した接触部９４を設けるものである。バスバー本体部２６と延出部５６との間には、図１と同様に切欠部５８が設けられる。図１に比べると、接触部９４が小面積ですみ、バスバー全体のコストを低減できる。
【００５０】
図５は、図１から先端部５４を省略した接触部９６を用いるものである。バスバー本体部２６と延出部５６との間には、図１と同様に切欠部５８が設けられ、バスバー本体部２６と接触部９６との間には、図１と同様に切欠部５９が設けられる。先端部５４を設けないので、バスバー全体の加工が容易となる。
【００５１】
図６は、コンデンサモジュール１０に接続され、温度検出と電圧検出を兼ねる検出回路７０の構成と、検出回路７０とインバータ制御回路８０との接続関係を示す図である。図６には、コンデンサモジュール１０として、複数のコンデンサ素子５０から引き出される正極電極部２０、負極電極部２２、負極側のバスバー本体部２６、延出部５６、サーミスタ６０、温度検出端子３０、負極電圧検出端子３２、正極電圧検出端子３４が示される。
【００５２】
図６に示されるように、サーミスタ６０の２つの端子のうち、一方側の端子は温度検出のためのみに用いられる温度検出端子３０であるが、他方側の端子は、温度検出と、負極電圧検出を兼ねている。このように、サーミスタ６０をバスバー２８と一体の延出部５６の上に設け、延出部５６にサーミスタ６０の他方側の端子を接続することで、他方側の端子について、温度検出と、負極電圧検出を兼ねさせることができる。これにより、コンデンサモジュール１０から引き出す端子数を１つ減らすことができる。
【００５３】
検出回路７０は、負極電圧検出端子３２と正極電圧検出端子３４の検出値を差動増幅器７２の２つの入力端子に入力して、制御ＧＮＤに対するコンデンサモジュール１０の端子間電圧を出力する電圧検出機能を有する。また、検出回路７０は、サーミスタ６０の両端子の検出値に基づいて、温度に対応する電圧値を保護回路７４を経て出力する温度検出機能を有する。
【００５４】
検出回路７０から出力されるコンデンサモジュール１０の端子間電圧は、インバータ制御回路８０のコントローラであるＭＧ−ＥＣＵ８２に内蔵されるＡＤＣ８４によって、ディジタル値のシステム電圧値に変換される。また、検出回路７０から出力される温度に対応する電圧値は、適当なレベル変換が行われた後、ＭＧ−ＥＣＵ８２に内蔵される別のＡＤＣ８６によってディジタル値の温度値に変換される。ＭＧ−ＥＣＵ８２は、ディジタル変換された後のこれらのデータを用いて、インバータ回路の動作を制御し、インバータ回路に接続される車両搭載の回転電機の動作を制御する。
【００５５】
このように、コンデンサモジュール１０において、複数のコンデンサ素子５０に接続されるバスバー２８の形状を工夫して、コンデンサ素子５０の発熱部位に接触する接触部５２と、接触部５２から延出し、かつバスバー２８において電流が流れる経路とは別の方向に延出する延出部５６を設ける。そして、延出部５６に温度検出手段であるサーミスタを取り付けることで、複数のコンデンサ素子５０の温度を的確に精度よく検出できる。これによって、コンデンサモジュール１０の保護を図ることができると共に、車両に搭載されるインバータ回路および回転電機の制御の精度の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０  コンデンサモジュール、２０  正極電極部、２２  負極電極部、２４  素子接続部、２６  バスバー本体部、２８，２９  バスバー、３０  温度検出端子、３２  負極電圧検出端子、３４  正極電圧検出端子、４０  モールドケース、４２  取付部、４４  モールド樹脂、５０，５０Ａ，５０Ｂ  コンデンサ素子、５２，９０，９２，９４，９６  接触部、５４  先端部、５６  延出部、５８，５９  切欠部、６０  サーミスタ（温度検出手段）、７０  検出回路、７２  差動増幅器、７４  保護回路、８０  インバータ制御回路、８２  ＭＧ−ＥＣＵ、８４，８６  ＡＤＣ。
【図１】
2014203893.tif 000003
【図２】
2014203893.tif 000004
【図３】
2014203893.tif 000005
【図４】
2014203893.tif 000006
【図５】
2014203893.tif 000007
【図６】
2014203893.tif 000008