(57)【要約】【課題】パワーカードを用いて２つのバッテリの電圧を昇降圧する電圧変換器の接続配線を簡便にする。【解決手段】２つのスイッチング素子と各スイッチング素子に逆並列に接続された２つのダイオードを含み、平板状で、その端面から第１、第２、第３の入出力端子４５、４６、４７が突出している第１パワーカード４０と、１つのスイッチング素子と該スイッチング素子に逆並列に接続された１つのダイオードを含み、平板状で、その端面から第４、第５の入出力端子５３，５４が突出している第２パワーカード５０とが、第２の入出力端子４６と第４の入出力端子５３とが直線上に並び、第３の入出力端子４７と第５の入出力端子５４とが別の直線上に並ぶように、間隔をあけて並列配置され、第３の入出力端子４７と第４の入出力端子５３とをクランク状のバスバー６３で接続する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのスイッチング素子と各スイッチング素子に逆並列に接続された２つのダイオードを含み、平板状で、その端面から第１、第２、第３の入出力端子が突出している第１パワーカードと、１つのスイッチング素子と該スイッチング素子に逆並列に接続された１つのダイオードを含み、平板状で、その端面から第４、第５の入出力端子が突出している第２パワーカードとが、前記第２の入出力端子と前記第４の入出力端子とが直線上に並び、前記第３の入出力端子と前記第５の入出力端子とが別の直線上に並ぶように、間隔をあけて並列配置され、
前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子とがクランク状のバスバーで接続されていること、
を特徴とするパワーカード接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのパワーカードの接続構造、特に、２つのバッテリの電圧を昇降圧する電圧変換器を構成する２つのパワーカードの配置及び接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング素子をオン・オフ動作させてバッテリの電圧を昇圧して出力電路に出力するとともに、出力電路の電圧を降圧してバッテリに充電する電圧変換器を用いた電源システムが多く用いられている。また、このような電圧変換器を構成するスイッチング素子とダイオード（フリーホイールダイオード）を樹脂で一体にモジュール化したパワーカードとしたり（例えば、特許文献１参照）、２つのスイッチング素子を直列に接続し、各スイッチング素子にそれぞれフリーホイールダイオードを逆並列に接続し、これらの素子を樹脂で一体にモジュール化して大電力放熱型のパワーカードとしたりすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このようなパワーカードを用いると、電圧変換器を簡単に構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３６２３号公報
【特許文献２】特開２００８−３００６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、１つのバッテリの電圧を昇降圧する電圧変換器では、スイッチング素子がオン故障（常時オンとなってしまう故障）となった場合には電源供給ができなくなってしまう。このため、例えば、２つのバッテリと３つのスイッチング素子を用い、一つのスイッチング素子がオン故障となった場合には、一方のバッテリを切り離し、他方のバッテリから電源供給可能なフェールセーフ型の電源システムも検討されている。しかし、特許文献１，２に記載されたようなパワーカードを用いてこのようなフェールセーフ性の高い電圧変換器を構成すると、パワーカードの入出力端子間の接続が複雑になってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、パワーカードを用いて２つのバッテリの電圧を昇降圧する電圧変換器の接続配線を簡便にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のパワーカード接続構造は、２つのスイッチング素子と各スイッチング素子に逆並列に接続された２つのダイオードを含み、平板状で、その端面から第１、第２、第３の入出力端子が突出している第１パワーカードと、１つのスイッチング素子と該スイッチング素子に逆並列に接続された１つのダイオードを含み、平板状で、その端面から第４、第５の入出力端子が突出している第２パワーカードとが、前記第２の入出力端子と前記第４の入出力端子とが直線上に並び、前記第３の入出力端子と前記第５の入出力端子とが別の直線上に並ぶように、間隔をあけて並列配置され、前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子とがクランク状のバスバーで接続されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、パワーカードを用いて２つのバッテリの電圧を昇降圧する電圧変換器の接続配線を簡便にすることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態における電圧変換器の構成を示す配線図である。
【図２】本発明の実施形態における電圧変換器の実体配線図である。
【図３】本発明の実施形態における第１のパワーカードの外形形状を示す平面図と立面図である。
【図４】本発明の実施形態における第２のパワーカードの外形形状を示す平面図と立面図である。
【図５】本発明の実施形態における電圧変換器の各パワーカードの配置と各パワーカード間を接続するバスバーを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の電圧変換器１０は、第１、第２、第３のスイッチングアーム１１，１２，１３を含み、第１、第２の２つのバッテリ２３，２５と図５に示すインバータ８０が接続される出力電路２６との間で電圧変換を行う電圧変換器１０である。出力電路２６は、第１の電路である高圧電路１４、２６ａ（高圧側出力電路）とグランド電路１５、２６ｂ（グランド側出力電路）とを含み、第１、第２、第３のスイッチングアーム１１，１２，１３は、高圧電路１４からグランド電路１５に向かって直列に接続されている。第１のスイッチングアーム１１は、第１スイッチング素子３１と第１スイッチング素子３１に逆並列に接続されたダイオード３２によって構成されている。また、第２、第３のスイッチングアーム１２，１３は其々第２、第３スイッチング素子３３，３４にダイオード３５，３６が逆並列に接続されたものである。第１〜第３スイッチング素子３１，３３，３４は、例えば、ＩＧＢＴ等のスイッチングトランジスタである。第１スイッチングアーム１１は後で説明する第２パワーカード５０によって構成され、第２スイッチングアーム１２及び第３スイッチングアーム１３は、後で説明する第１パワーカード４０によって構成されている。
【００１０】
第２のスイッチングアーム１２と第３のスイッチングアーム１３の間の第２接続点１８とグランド電路１５との間には、第１電路１９が配置され、第１電路１９には第１リアクトル２０が接続されている。また、第１電路１９とグランド電路１５との間には、第１バッテリ２３が第３スイッチングアーム１３と並列に接続されている。電圧変換器１０と第１バッテリ２３との間には、第１バッテリ２３と電圧変換器１０との接続を入り切りする第１システムメインリレー２２が配置されている。また、第１のスイッチングアーム１１と第２のスイッチングアーム１２の間の第１接続点１６とグランド電路１５との間には、第２電路１７が配置され、第２電路１７には第２リアクトル２１が接続されている。また、第２電路１７とグランド電路１５との間には、第２バッテリ２５が第２、第３スイッチングアーム１２，１３と並列に接続されている。電圧変換器１０と第２バッテリ２５との間には、第２バッテリ２５と電圧変換器１０との接続を入り切りする第２システムメインリレー２４が配置されている。そして、高圧電路１４の一端は高圧側出力電路２６ａに接続され、グランド電路１５の一端はグランド側出力電路２６ｂに接続されている。各電路２６ａ，２６ｂは出力電路２６を構成し、出力電路２６は、図５に示すようにインバータ８０に接続される。各電路２６ａ，２６ｂから出力される電圧は、昇圧電圧（高電圧ＶＨである）。また、各スイッチング素子３１，３３，３４はそれぞれ図２に示す制御部７０に接続され、制御部７０の指令によりオン・オフ動作する。このように、電圧変換器１０に第１、第２リアクトル２０，２１、第１、第２システムメインリレー２２，２４、第１、第２バッテリ２３，２５、制御部７０を接続すると２つのバッテリを用いた電源システム１００が構成される。
【００１１】
このように構成された電源システム１００の動作について簡単に説明する。図２に示す制御部７０は、第２、第３スイッチング素子３３，３４をオン（第２，第３スイッチングアームをオン）、第１スイッチング素子３１をオフ（第１スイッチングアームをオフ）として第１バッテリ２３→第１リアクトル２０→第３スイッチング素子３４→第１バッテリ２３と電流の流れる回路Ｒ１と、第２バッテリ２５→第２リアクトル２１→第２スイッチング素子３３→第３スイッチング素子３４→第２バッテリ２５と電流の流れる回路Ｒ２とを形成し、第１バッテリ２３により第１リアクトル２０に電気エネルギをチャージするとともに、第２バッテリ２５により第２リアクトル２１に電気エネルギをチャージする。次に制御部７０は、第１、第２スイッチング素子３１，３３をオンとし（第１，第２スイッチングアームをオン）、第３スイッチング素子３４をオフ（第３スイッチングアームをオフ）として、第１バッテリ２３→第１リアクトル２０→ダイオード３５→ダイオード３２→高圧電路１４，２６ａ→グランド電路１５，２６ｂ→第１バッテリ２３と電流の流れる回路Ｒ３と、第２バッテリ２５→第２リアクトル２１→ダイオード３２→高圧電路１４，２６ａ→グランド電路１５，２６ｂ→第２バッテリ２５と電流の流れる回路Ｒ４とを形成し、第１、第２リアクトル２０，２１にチャージされた電力を昇圧して出力電路２６から図５に示すインバータ８０に出力する。また、この際、高圧電路１４，２６ａ→第１スイッチング素子３１→第２スイッチング素子３３→第１リアクトル２０→第１バッテリ２３→グランド電路１５，２６ｂ→高圧電路１４，２６ａと電流の流れる回路Ｒ５と、高圧電路１４，２６ａ→第１スイッチング素子３１→第２リアクトル２１→第２バッテリ２５→グランド電路１５，２６ｂ→高圧電路１４，２６ａと電流の流れる回路Ｒ６とが同時に形成されるので、負荷による回生電力がある場合には回生電力が降圧されて第１、第２バッテリ２３，２５に充電される。また電力回生の場合には、先に説明した回路Ｒ１，Ｒ２を逆方向に電流が流れ、第１、第２リアクトル２０，２１に蓄積された電気エネルギを第１、第２バッテリ２３，２５に充電する。
【００１２】
次に、図２を参照しながら第１、第２パワーカード４０，５０を用いて先に説明した電源システム１００を構成した場合について説明する。図２に示すように、第１パワーカード４０は、第２、第３スイッチング素子３３，３４を直列に接続し、各スイッチング素子３３，３４にそれぞれダイオード３５，３６を逆並列に接続し、これらの素子を樹脂で一体にモジュール化したものである。１つのスイッチング素子と１つのダイオードの対は一つのスイッチングアームを構成するから、第１パワーカード４０は、図１に示す２つのスイッチングアーム１２，１３を直列に接続したものである。第１パワーカード４０は、４つの信号端子４１〜４４と第１から第３の３つの入出力端子４７，４８，４９とを備えている。信号端子４１，４３は第２，第３スイッチング素子３３，３４のゲートに接続され、信号端子４２は、第２スイッチング素子３３のエミッタと第３スイッチング素子３４のコレクタとの接続点に接続され、信号端子４４は第３スイッチング素子３４のエミッタに接続されている。また、第１入出力端子４５は第３スイッチング素子３４のエミッタに接続され、第２入出力端子４６は第２スイッチング素子３３のエミッタと第３スイッチング素子３４のコレクタとの接続点１８に接続され、第３入出力端子４７は第２スイッチング素子３３のコレクタに接続されている。
【００１３】
図２に示すように、第２パワーカード５０は、第１スイッチング素子３１にダイオード３２を逆並列に接続し、これらの素子を樹脂で一体にモジュール化したものである。第２パワーカード５０は、２つの信号端子５１，５２と２つの第４入出力端子５３、第５入出力端子５４を備えている。信号端子５１，５２はそれぞれ第１スイッチング素子３１のゲート、エミッタに接続されている。また、第４入出力端子５３は第１スイッチング素子３１のエミッタに接続され、第５入出力端子５４は第１スイッチング素子３１のコレクタに接続されている。
【００１４】
図２に示すように、第１パワーカード４０の第３入出力端子４７と第２パワーカード５０の第４入出力端子５３とをバスバー６３で接続し、第１パワーカード４０の第２入出力端子４６にバスバー６２を接続し、バスバー６２には第１リアクトル２０を介して第１システムメインリレー２２のプラス側端子２２ａとを接続する。第１パワーカード４０の第１入出力端子４５と第１システムメインリレー２２のマイナス側端子２２ｂをバスバー６０で接続し、第１システムメインリレー２２のプラス側端子２２ａ、マイナス側端子２２ｂにそれぞれバッテリ２３のプラス側とマイナス側とを接続する。第１バスバー６０は図１に示す電圧変換器１０のグランド電路１５である。また、第２パワーカード５０の第４入出力端子５３にはバスバー６４を接続し、バスバー６４には第２リアクトル２１を介して第２システムメインリレー２４のプラス側端子２４ａを接続し、第２システムメインリレー２４のマイナス側端子２４ｂはバスバー６０に接続する。そして、第２システムメインリレー２４のプラス側端子２４ａ、マイナス側端子２４ｂにそれぞれ第２バッテリ２５のプラス側とマイナス側とを接続する。また、第１パワーカード４０の第１入出力端子４５にはバスバー６１を接続する。バスバー６１は、第１入出力端子４５を介して図１に示す電圧変換器１０のグランド電路１５であるバスバー６０に接続される。第２パワーカード５０の第５入出力端子５４にはバスバー６５を接続する。バスバー６５，６１は電圧変換器１０の出力電路２６を構成する。バスバー６５，６１は図５に示すように、負荷であるインバータ８０に接続される。また、各信号端子４１〜４４，５１，５２は制御部７０に接続される。
【００１５】
このように、各パワーカード４０，５０、第１、第２リアクトル２０，２１、第１、第２システムメインリレー２２，２４、第１、第２バッテリ２３，２５、制御部７０を接続すると、第２パワーカード５０の第１スイッチング素子３１とダイオード３２の対、第１パワーカード４０の第２スイッチング素子３３とダイオード３５の対、第１パワーカード４０の第３スッチング素子３４とダイオード３６の対は、高圧電路１４からグランド電路１５に向かって直列に接続されることになるので、図１を参照して説明した第１、第２、第３のスイッチングアーム１１，１２，１３を構成する。また、図２に示すように、第１バッテリ２３は、第３スイッチング素子３４と並列に接続されており、第２バッテリ２５は第２、第３スイッチング素子３３、３４と並列に接続されている。以上述べた通りであるから、各パワーカード４０，５０、第１、第２リアクトル２０，２１を図２のように接続すると図１を参照して説明した電圧変換器１０が構成され、それに第１、第２システムメインリレー２２，２４、第１、第２バッテリ２３，２５を接続すると２つのバッテリを用いる電源システム１００が構成される。
【００１６】
次に、図３，４を参照しながら第１、第２パワーカード４０，５０の外形形状について説明する。図３（ｂ）に示すように、第１パワーカード４０は、第２、第３スイッチング素子３３，３４と、２つのダイオード３５，３６とを樹脂で平板状或いは薄い直方体状に一体成型したものであり、各スイッチング素子３３，３４、各ダイオード３５，３６から発生した熱は、平板状の両表面より外部に放熱される。図３（ｂ）に示すように、樹脂パッケージの上端面からは、バスバー６０〜６４が接続される第１、第２、第３入出力端子４５，４６，４７が突出している。図３（ａ）に示す第１、第２、第３入出力端子４５，４６，４７は樹脂パッケージの上端面に幅方向に一列に等間隔に並んで配置されている。また、図３（ｂ）に示すように、樹脂パッケージの下端面からは、４本の信号端子４１〜４４が突出している。
【００１７】
図４（ｂ）に示すように、第２パワーカード５０は、第１スイッチング素子３１と、ダイオード３２とを樹脂で平板状或いは薄い直方体状に一体成型したものであり、スイッチング素子３１とダイオード３２から発生した熱は平板状の両表面より外部に放熱される。本実施形態では第２パワーカード５０の外形形状は、第１パワーカード４０と同様である。図４（ｂ）に示すように、樹脂パッケージの上端面からは、バスバー６３が接続される第４入出力端子５３と、バスバー６５が接続される第５入出力端子５４とが突出している。第４入出力端子５３は樹脂パッケージの中央に配置され、第５入出力端子５４は、片方の側によっている。第４入出力端子５３と第５入出力端子５４の大きさ、及び間隔は、第１パワーカード４０の第１から第３入出力端子４５から４７と同様である。図４（ａ）に示すように、第４、第５入出力端子５３，５４樹脂パッケージの上端面に幅方向に一列に並んで配置されている。また、図３（ｂ）に示すように、樹脂パッケージの下端面からは、２本の信号端子５１，５２が突出している。
【００１８】
図５を参照して第１、第２パワーカード４０，５０の配置とバスバー６０〜６５による各入出力端子４５から４７、５３，５４の接続について説明する。図５に示すように、第１、第２のパワーカード４０，５０は、第１パワーカード４０の第２入出力端子４６と第２パワーカード５０の第４入出力端子５３とが一の直線上に並び、第１パワーカード４０の第３入出力端子４７と第２パワーカード５０の第５入出力端子５４とが一の直線に並行な他の直線上に並ぶように、間隔をあけて並列配置されている。第１、第２パワーカードの間隔は、各パワーカードの表面から放熱が可能な程度であってよい。第１パワーカード４０の第１入出力端子４５の第２パワーカード５０の反対側には第１、第２システムメインリレー２２，２４を介して第１、第２バッテリ２３，２５のマイナス側に接続されるバスバー６０が接続され、第１入出力端子４５の第２パワーカード５０側には、インバータ８０のグランド電路に接続されるバスバー６１が接続されている。なお、バスバー６０とバスバー６１とは一本のバスバーとして構成してもよい。また、第１パワーカード４０の第２入出力端子４６の第２パワーカード５０と反対側には、第１リアクトル２０、第１システムメインリレー２２を介して第１バッテリ２３のプラス側に接続されるバスバー６２が接続されている。第１パワーカード４０の第３入出力端子４７の第２パワーカード５０と反対側には、第２リアクトル２１、第２システムメインリレー２４を介して第２バッテリ２５のプラス側に接続されるバスバー６４が接続されている。また、第１パワーカード４０の第３入出力端子４７の第２パワーカード５０の側には、第２パワーカード５０中央の第４入出力端子５３との間を接続するクランク状のバスバー６３が接続されている。バスバー６４とバスバー６３とは一体のバスバーであってもよい。更に、第２パワーカード５０の第５入出力端子５４の第１パワーカード４０と反対側にはインバータ８０の高圧電路に接続されるバスバー６５が接続されている。以上、図５を参照して説明したように、第２、第４入出力端子４７，５３の間を接続するバスバー６３がクランク形状であるが、それ以外のバスバー６０，６１，６２，６４，６５は全て直線状のバスバーで構成されているので、第１、第２パワーカード４０，５０を用いて電圧変換器１０を構成する場合に、接続配線を非常に簡便な構成とすることができる。
【符号の説明】
【００１９】
１０  電圧変換器、１１  第１スイッチングアーム、１２  第２スイッチングアーム、１３  第３スイッチングアーム、１４  高圧電路、１５  グランド電路、１６，１８  接続点、１７  第２電路、１９  第１電路、２０  第１リアクトル、２１  第２リアクトル、２２  第１システムメインリレー、２３  第１バッテリ、２４  第２システムメインリレー、２２ａ，２４ａ  プラス側端子、２２ｂ，２４ｂ  マイナス側端子、２５  第２バッテリ、２６  出力電路、２６ａ  高圧側出力電路、２６ｂ  グランド側出力電路、３１  第１スイッチング素子、３２，３５，３６  ダイオード、３３  第２スイッチング素子、３４  第３スイッチング素子、４０  第１パワーカード、５０  第２パワーカード、４１〜４４，５１，５２  信号端子、４５〜４７，５３，５４  入出力端子、６０〜６５  バスバー、７０  制御部、８０  インバータ、１００  電源システム。
【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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