WO2020235500A1 - 電力変換装置及び電気式駆動ユニット - Google Patents

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鎌田　誠二
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Definitions

  • the present invention relates to a power converter and an electric drive unit.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-094956 filed in Japan on May 21, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a power conversion device including a battery module mounted on an electric vehicle and a power converter that boosts the power output from the battery module and converts it into alternating current. Both the battery module and the power converter generate a large amount of heat. Therefore, it is necessary to maintain the operating temperatures of the battery module and the power converter below the rated upper limit.
  • Lithium-ion batteries are often used for the above battery modules, and the rated upper limit of the operating temperature is generally low.
  • the power converter includes a semiconductor element for high power.
  • the power converter generates more heat due to power loss than the battery module, and has a higher rated upper limit of operating temperature than the lithium ion battery. Therefore, conventionally, in order to control the operating temperatures of the battery module and the power converter below the rated upper limit, the battery module and the power converter are structurally separated from each other so as not to interfere with each other, and each is cooled differently. It is cooled by the device. As a result, the power converter has become larger.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to suppress an increase in size of a power conversion device.
  • One aspect of the present invention is a thermal coupling that thermally couples an all-solid-state battery, a power converter that performs power conversion between the all-solid-state battery and a load, and the all-solid-state battery and the power converter. It is a power conversion device including a member.
  • the power converter according to (1) comprising a first circuit board having a first surface and a second surface opposite to the first surface, the all-solid-state battery and the above.
  • the power converter is mounted on the first surface, and the heat coupling member may be arranged on the second surface.
  • the switching element included in the inverter and the boost converter may be a switching element of a wide-gap semiconductor.
  • a second circuit board having a third surface facing the first surface and a fourth surface opposite to the third surface is provided, and the first control device comprises the all-solid-state battery. It is mounted on at least one of the third surface and the fourth surface so as to be located above, and the second control device is located above the third surface and the first surface so as to be located above the power converter. It may be mounted on at least one of the four surfaces.
  • the electric power converter according to any one of (2) to (5) and a motor as the load are provided, and the motor comes into contact with the thermal coupling member to bring the all-solid-state battery and the electric power.
  • It is an electric drive unit characterized by being thermally coupled to a converter.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a side view of the power conversion device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a specific configuration of the power conversion device 1 according to the first embodiment.
  • the power conversion device 1 is mounted on the vehicle.
  • the vehicle is, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the power converter 1 includes a battery module 2, a power converter 3, a circuit board 4, and a heat coupling member 5.
  • the circuit board 4 corresponds to the "first circuit board" of the present invention.
  • the battery module 2 includes a plurality of all-solid-state batteries 20.
  • the all-solid-state battery 20 is a battery using a solid electrolyte that does not contain an organic electrolyte.
  • the all-solid-state battery 20 has a higher heat-resistant temperature (operating temperature is the rated upper limit) than the lithium-ion battery.
  • the heat-resistant temperature of the all-solid-state battery 20 is about 150 ° C.
  • the heat-resistant temperature of the lithium-ion battery is about 60 ° C.
  • the plurality of all-solid-state batteries 20 are mounted on the circuit board 4.
  • the battery module 2 includes a plurality of all-solid-state batteries 20, but the present invention is not limited to this, and one or more all-solid-state batteries 20 may be provided. That is, the power conversion device 1 may include one or more all-solid-state batteries 20, and the number of all-solid-state batteries 20 is not particularly limited.
  • the power converter 3 performs power conversion between the battery module 2 and the load.
  • the load is, for example, a motor for traveling the vehicle.
  • the power converter 3 is mounted on the circuit board 4.
  • the power converter 3 includes a boost converter 31 and an inverter 32.
  • the boost converter 31 boosts the power output from the plurality of all-solid-state batteries 20 at a predetermined boost ratio and outputs the power to the inverter 32.
  • the boost converter 31 may further have a function of stepping down the regenerative power input from the inverter 32 at a predetermined step-down ratio and outputting it to the plurality of all-solid-state batteries 20.
  • the boost converter 31 includes a smoothing capacitor C, a reactor L, and switching elements T1 and T2 connected in series with each other.
  • the smoothing capacitor C smoothes the voltage output from the battery module 2.
  • One end of the reactor L is connected to the output terminal of the battery module 2 (the positive electrode terminal of the all-solid-state battery 20), and the other end is connected to the connection point between the switching element T1 and the switching element T2.
  • the switching elements T1 and T2 are semiconductor elements.
  • the case where the switching elements T1 and T2 of the present embodiment are IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) will be described, but the present invention is not limited to this, and for example, FETs (Field Effective Transistors; field effect transistors) are described. It may be a transistor) or the like.
  • the switching elements T1 and T12 may be switching elements of a wide-gap semiconductor such as SiC (silicon carbide) or GaN (gallium nitride).
  • the boost converter 31 turns on / off the switching elements T1 and T2, and alternately repeats the accumulation and release of the magnetic energy of the reactor L to boost the power output from the battery module 2.
  • the boost converter 31 supplies boosted power to the inverter 32.
  • the boost converter 31 may include a smoothing capacitor for smoothing the boosted voltage.
  • the inverter 32 converts the power output from the boost converter 31 into AC power and supplies it to a load such as a motor.
  • the inverter 32 is a three-phase inverter and includes three switching legs corresponding to each phase.
  • the inverter 32 includes switching elements T11 to T16, which are semiconductor elements.
  • the switching elements T11 to T16 may be IGBTs or FETs.
  • the switching elements T11 and T14 are connected in series to form a pair, and the switching elements T12 and T15 are connected in series to form a pair.
  • the switching elements T13 and T16 are connected in series to form a pair.
  • the windings of the three phases (U phase, V phase, and W phase) of the motor are connected to each of the connection points of the paired switching elements T11 to T16 via the terminal M.
  • the switching elements T11 to T16 may be switching elements of wide-gap semiconductors such as SiC and GaN.
  • the circuit board 4 has a first surface 4a and a second surface 4b which is a surface opposite to the first surface 4a.
  • the battery module 2 and the power converter 3 are mounted on the first surface 4a of the circuit board 4.
  • the battery module 2 and the power converter 3 are mounted on the same surface of the circuit board 4.
  • the inverter 32, the boost converter 31, and the battery module 2 are mounted in this order from the first end side to the second end side.
  • a heat coupling member 5 is arranged on the second surface 4b of the circuit board 4.
  • the thermal coupling member 5 thermally couples the battery module 2 (a plurality of all-solid-state batteries 20) and the power converter 3.
  • the thermal coupling is a state in which heat is thermally coupled, and in the present embodiment, heat is transferred between the battery module 2 and the power converter 3 via the thermal coupling member 5.
  • the heat coupling member 5 is a material having high thermal conductivity, and is, for example, a metal such as aluminum, iron, or copper.
  • the heat coupling member 5 is a heat sink.
  • the heat sink is a substantially rectangular parallelepiped member made of a metal such as aluminum.
  • the heat sink may be provided with one or more refrigerant flow paths R through which the refrigerant flows.
  • the operating temperatures of the battery module 2 and the power converter 3 are controlled to be equal to or lower than the rated upper limit by the refrigerant flowing in the refrigerant flow path R. That is, since the heat coupling member 5 according to the present embodiment is a heat sink, it has a first function of thermally coupling the battery module 2 (a plurality of all-solid-state batteries 20) and the power converter 3, and the battery module 2 and the electric power. It has a second function of cooling the heat generated with the converter 3. For example, the refrigerant flows in the direction from the first end side to the second end side of the circuit board 4. That is, the refrigerant flows from the power converter 3 toward the battery module 2 in the refrigerant flow path R.
  • the power converter 1 is a thermal coupling member that thermally couples the battery module 2 having the all-solid-state battery 20, the power converter 3, and the battery module 2 and the power converter 3. 5 is provided.
  • the power conversion device 1 of the first embodiment since the all-solid-state battery 20 and the power converter 3 are thermally coupled by using the heat coupling member 5, one cooling device can be used.
  • the operating temperatures of the battery module 2 and the power converter 3 can be controlled to be equal to or lower than the rated upper limit. As a result, the power converter becomes smaller.
  • the heat generated by the battery module is cooled by an electric fan, and the power converter is cooled by a water cooling system. Therefore, in the conventional power converter, two cooling devices, an electric fan and a water cooling system, are required to cool each of the battery module and the power converter.
  • the battery module 2 is composed of an all-solid-state battery 20, and the all-solid-state battery 20 and the power converter 3 are thermally coupled by using a heat coupling member 5 such as a heat sink. I'm letting you. Thereby, for example, the temperatures of the all-solid-state battery 20 and the power converter 3 can be controlled by one cooling device.
  • the battery capacity of the all-solid-state battery 20 is increased at a high temperature, and the life characteristic at a high temperature is also significantly improved as compared with the lithium ion battery. Therefore, in the power converter 1 according to the first embodiment, the heat of the power converter 3 is completely removed by thermally coupling the all-solid-state battery 20 and the power converter 3 with the heat coupling member 5 such as a heat sink. It is moved to the solid-state battery 20 to efficiently heat the all-solid-state battery 20. As a result, the power conversion device 1 according to the first embodiment can maximize the performance of the all-solid-state battery 20.
  • the all-solid-state battery 20 and the power converter 3 are mounted on the first surface 4a of the circuit board 4.
  • the inverter 32, the boost converter 31, and the all-solid-state battery 20 are mounted in this order from the first end side to the second end side.
  • FIG. 3 is a side view of the power conversion device 1B according to the second embodiment.
  • the power converter 1B controls the first control device 7 and the power converter 3 that monitor and control the state of the battery module 2 as compared with the power converter 1 of the first embodiment.
  • the difference is that the second control device 8 is provided.
  • the same or similar parts may be designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations.
  • the power converter 1B includes a battery module 2, a power converter 3, a circuit board 4, a heat coupling member 5, a control circuit board 6, a first control device 7, and a second control device 8.
  • the control circuit board 6 corresponds to the "second circuit board" of the present invention.
  • the control circuit board 6 has a third surface 6b facing the first surface 4a of the circuit board 4 and a fourth surface 6a which is a surface opposite to the third surface 6b.
  • the third surface 6b and the fourth surface 6a are surfaces on which component mounting and wiring are performed. Further, a shield layer S is interposed between the third surface 6b and the fourth surface 6a.
  • the first control device 7 monitors and controls the state of the battery module 2.
  • the first control device 7 includes a battery monitoring unit 71 and a charge / discharge control unit 72.
  • the battery monitoring unit 71 monitors the state (for example, output voltage) of the plurality of all-solid-state batteries 20 constituting the battery module 2.
  • the battery monitoring unit 71 includes a plurality of ICs (integrated circuits).
  • the battery monitoring unit 71 is mounted on the third surface 6b of the control circuit board 6.
  • the battery monitoring unit 71 is mounted so as to be located above the battery module 2 on the third surface 6b.
  • the charge / discharge control unit 72 controls the charge / discharge of a plurality of all-solid-state batteries 20 constituting the battery module 2.
  • the charge / discharge control unit 72 is a battery ECU (Electronic Control Unit).
  • the charge / discharge control unit 72 is mounted on the fourth surface 6a of the control circuit board 6.
  • the charge / discharge control unit 72 is mounted so as to be located above the battery module 2 on the fourth surface 6a.
  • the present invention is not limited to this, and the battery monitoring unit 71 and the charge / discharge control unit 72 may be mounted on at least one of the third surface 6b and the fourth surface 6a.
  • the second control device 8 includes a drive circuit 81 and a control unit 82.
  • the drive circuit 81 includes a gate driver that drives the switching elements T11 to T16. Further, the drive circuit 81 includes a gate driver for driving the switching elements T1 and T1 and 2.
  • the drive circuit 81 is mounted on the third surface 6b of the control circuit board 6. The drive circuit 81 is mounted so as to be located above the power converter 3 on the third surface 6b.
  • the control unit 82 controls the drive of the drive circuit 81 to switch and control the switching elements T11 to T16 and the switching elements T1 and T1 and 2.
  • the control unit 82 is, for example, a so-called motor ECU having a microcomputer.
  • the control unit 82 is mounted on the fourth surface 6a of the control circuit board 6.
  • the control unit 82 is mounted so as to be located above the power converter 3 on the fourth surface 6a.
  • the present invention is not limited to this, and the drive circuit 81 and the control unit 82 may be mounted on at least one of the third surface 6b and the fourth surface 6a.
  • the power converter 1B has the battery module 2 having the all-solid-state battery 20, the power converter 3, the battery module 2, and the power converter, as in the first embodiment.
  • a heat coupling member 5 that thermally couples with 3 is provided.
  • the all-solid-state battery 20 and the power converter 3 are thermally coupled by using the heat coupling member 5, so that one cooling device can be used.
  • the operating temperatures of the battery module 2 and the power converter 3 can be controlled to be equal to or lower than the rated upper limit. As a result, the power converter becomes smaller.
  • the heat of the power converter 3 is completely removed by thermally coupling the all-solid-state battery 20 and the power converter 3 with the heat coupling member 5 such as a heat sink. It is moved to the solid-state battery 20 to efficiently heat the all-solid-state battery 20. As a result, the power conversion device 1B according to the second embodiment can maximize the performance of the all-solid-state battery 20.
  • the all-solid-state battery 20 and the power converter 3 are mounted on the first surface 4a of the circuit board 4.
  • the inverter 32, the boost converter 31, and the all-solid-state battery 20 are mounted in this order from the first end side to the second end side.
  • the first control device 7 is mounted on at least one of the third surface 6b and the fourth surface 6a so as to be located above the all-solid-state battery 20.
  • the second control device 8 is mounted on at least one of the third surface 6b and the fourth surface 6a so as to be located above the power converter 3.
  • the power conversion device 1B can shorten the wiring distance of each component as compared with the conventional one, and contributes to reduction of smoothing capacitors, noise reduction, and miniaturization of the device.
  • FIG. 4 is a side view of the power conversion device 1C according to the third embodiment.
  • the power conversion device 1C according to the third embodiment is different from the power conversion device 1 of the first embodiment in that it includes a heat source device 100.
  • the same or similar parts may be designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations.
  • the power converter 1C includes a battery module 2, a power converter 3, a circuit board 4, a heat coupling member 5, a circuit board 10, and a heat source device 100.
  • the first surface 5a is in contact with the second surface 4b of the circuit board 4, and the second surface 5b is in contact with the circuit board 10.
  • the circuit board 10 has a first surface 10a and a second surface 10b which is a surface opposite to the first surface 10a.
  • the second surface 5b of the heat coupling member 5 is in contact with the first surface 10a of the circuit board 10.
  • the heat source device 100 is mounted on the second surface 10b of the circuit board 10.
  • the heat source device 100 is a heat source device other than the power converter 3 and the battery module 2, and is, for example, a DCDC converter (for example, a buck converter) or a charging device for charging the battery module 2.
  • a DCDC converter for example, a buck converter
  • the battery module 2 having the all-solid-state battery 20, the power converter 3, and the battery module 2 and the power converter 3 are thermally coupled.
  • the member 5 is provided.
  • the power conversion device 1C of the third embodiment can exert the same effect as that of the first embodiment.
  • the power converter 1C according to the third embodiment further includes a heat source device 100, and heat-couples the battery module 2, the power converter 3, and the heat source device 100 via the heat coupling member 5. According to such a configuration, the power converter 1C does not need to cool the battery module 2, the power converter 3, and the heat source device 100 by different cooling devices, and can be cooled by one cooling device. Contributes to the miniaturization of equipment.
  • the battery module 2 and the power converter 3 do not necessarily have to be mounted on the same surface.
  • the battery module 2 may be mounted on the second surface 10b of the circuit board 10.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the electric drive unit 200.
  • the same or similar parts may be designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations.
  • the electric drive unit 200 drives the wheels of the vehicle with the electric power of the battery module 2.
  • the electric drive unit 200 integrally includes a power conversion device 1, a motor 201, and a gear 202.
  • the power conversion device 1 boosts the power of the battery module 2 and converts it into AC power by the power converter 3 and supplies it to the motor 201.
  • the motor 201 is a traveling motor that rotates with the electric power supplied from the electric power converter 1.
  • the motor 201 is provided on the second surface 5b of the heat coupling member 5.
  • the gear 202 drives the wheels by transmitting the rotational force of the motor 201 to the wheels of the vehicle.
  • the gear 202 is provided on the second surface 5b of the heat coupling member 5.
  • the heat coupling member 5 thermally couples the battery module 2, the power converter 3, and the motor 201 having the all-solid-state battery 20.
  • the operating temperatures of the battery module 2, the power converter 3, and the motor 201 can be controlled to be equal to or lower than the rated upper limit by one cooling device.
  • the electric drive unit 200 having the power conversion device is miniaturized. Further, the electric drive unit 200 can efficiently transfer the heat generated by the motor 201 to the all-solid-state battery 20, and can maximize the performance of the all-solid-state battery 20.
  • the all-solid-state battery 20 and the power converter 3 are provided on the first surface 5a side of the heat coupling member 5, and the motor 201 is the heat coupling member 5. It is provided on the second surface 5b side of the above.
  • the wiring distance between the motor 201 and the power conversion device 1 can be shortened, which contributes to reduction of smoothing capacitors, noise reduction, and miniaturization of the device.
  • the electric power conversion device 1 according to the first embodiment, the electric power conversion device 1B according to the second embodiment, and the electric drive unit 200 according to the fourth embodiment are heat source devices according to the third embodiment. It may be provided with 100.
  • the circuit board 10 may be provided on the second surface 5b of the heat coupling member 5, and the heat source device 100 may be mounted on the circuit board 10.
  • the circuit board 10 may be provided on the second surface 5b of the heat coupling member 5, and the heat source device 100 may be mounted on the circuit board 10.
  • the electric drive unit 200 may be provided with a circuit board 10 on the second surface 5b of the heat coupling member 5, and the heat source device 100 may be mounted on the circuit board 10.
  • Modification 2 The power conversion device 1 of the first embodiment, the power conversion device 1C of the third embodiment, and the electric drive unit 200 according to the fourth embodiment are controlled according to the second embodiment.
  • the circuit board 6, the first control device 7, and the second control device 8 may be provided.
  • the heat coupling member 5 does not have to include the refrigerant flow path R.
  • the heat-coupling member 5 may be a member that heat-bonds the all-solid-state battery 20 and the power converter 3, and may not have a cooling capacity.
  • the electric power converter 3 is a heat coupling member 5
  • the battery module 2 may be provided on the first surface 5a side of the above, and may be provided on the second surface 5b side of the thermal coupling member 5. That is, the power conversion device 1, the power conversion device 1B, and the electric drive unit 200 may have a structure in which the heat coupling member 5 is sandwiched between the battery module 2 and the power converter 3 from both sides.
  • the battery module 2 and the power converter 3 are respectively limited to the battery module 2 and the power converter 3 via a circuit board when thermally coupling with the heat coupling member 5. Not done. That is, the battery module 2 may come into direct contact with the first surface 5a or the second surface 5b of the heat coupling member 5. The power converter 3 may come into direct contact with the first surface 5a or the second surface 5b of the heat coupling member 5.

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Abstract

全固体電池と、前記全固体電池と負荷との間で電力変換を行う電力変換器と、前記全固体電池と前記電力変換器とを熱結合する熱結合部材と、を備える電力変換装置である。

Description

電力変換装置及び電気式駆動ユニット
　本発明は、電力変換装置及び電気式駆動ユニットに関する。
　本願は、２０１９年５月２１日に、日本に出願された特願２０１９－０９４９５６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　下記特許文献１には、電気自動車に搭載されている電池モジュールと、前記電池モジュールから出力される電力を昇圧し交流に変換する電力変換器と、を備える電力変換装置が開示されている。電池モジュール及び電力変換器はともに発熱量が多い。そのため、電池モジュール及び電力変換器のそれぞれの動作温度を定格上限以下に維持する必要がある。
特開２０１４－７６７８１号公報
　上記電池モジュールは、リチウムイオン電池が用いられことが多く、一般的に動作温度の定格上限が低い。上記電力変換器は、大電力用の半導体素子を備えている。上記電力変換器は、電力損失による発熱量が電池モジュールよりも多く、動作温度の定格上限がリチウムイオン電池よりも高い。そのため、従来では、電池モジュールと電力変換器とのそれぞれの動作温度を定格上限以下に制御するために、電池モジュールと電力変換器とを互いに熱干渉しないように構造的に引き離し、それぞれを異なる冷却装置で冷却している。その結果、電力変換装置が大型化している。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電力変換装置の大型化を抑制することである。
（１）本発明の一態様は、全固体電池と、前記全固体電池と負荷との間で電力変換を行う電力変換器と、前記全固体電池と前記電力変換器とを熱結合する熱結合部材と、を備える電力変換装置である。
（２）上記（１）の電力変換装置であって、第１面と、前記第１面とは反対の面である第２面と、を有する第１回路基板を備え、全固体電池と前記電力変換器とは、前記第１面に実装されており、前記熱結合部材は、前記第２面に配置されていてもよい。
（３）上記（２）の電力変換装置であって、前記電力変換器は、インバータ及び昇圧コンバータを備え、前記第１面の第１端部側から第２端部側に向かって、前記インバータ、前記昇圧コンバータ、前記全固体電池の順に実装されていてもよい。
（４）上記（３）の電力変換装置であって、前記インバータ及び前記昇圧コンバータに含まれるスイッチング素子は、ワイドギャップ半導体のスイッチング素子であってもよい。
（５）上記（２）から（４）のいずれかの電力変換装置であって、前記全固体電池の状態を監視する第１制御装置と、前記電力変換器を制御する第２制御装置と、前記第１面と対向する第３面と、前記第３面と反対の面である第４面と、を有する第２回路基板と、を備え、前記第１制御装置は、前記全固体電池の上方に位置するように前記第３面及び前記第４面の少なくともいずれかに実装されており、前記第２制御装置は、前記電力変換器の上方に位置するように前記第３面及び前記第４面の少なくともいずれかに実装されていてもよい。
（６）上記（２）から（５）のいずれかの電力変換装置と、前記負荷としてのモータと、を備え、前記モータは、前記熱結合部材と接触することで前記全固体電池及び前記電力変換器と熱結合している、ことを特徴とする電気式駆動ユニットである。
　以上説明したように、本発明によれば、電力変換装置の大型化を抑制することができる。
第１の実施形態に係る電力変換装置１の側面図の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る電力変換装置１の具体的な構成の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る電力変換装置１Ｂの側面図である。 第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｃの側面図である。 本実施形態に係る第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｃの変形例を示す図である。 第４の実施形態に係る電気式駆動ユニット２００の側面図である。
　以下、本実施形態に係る電力変換装置を、図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置１の側面図の一例を示す図である。図２は、第１の実施形態に係る電力変換装置１の具体的な構成の一例を示す図である。電力変換装置１は、車両に搭載される。前記車両は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車である。
　図１に示すように、電力変換装置１は、電池モジュール２、電力変換器３、回路基板４及び熱結合部材５を備える。なお、回路基板４は、本発明の「第１回路基板」に相当する。
　電池モジュール２は、複数の全固体電池２０を備える。全固体電池２０は、有機電解液を含有しない固体電解質を使用した電池である。全固体電池２０は、リチウムイオン電池と比較して耐熱温度（動作温度を定格上限）が高い。例えば、全固体電池２０の耐熱温度が１５０℃程度であるのに対して、リチウムイオン電池の耐熱温度が６０℃程度である。複数の全固体電池２０は、回路基板４に実装されている。
　なお、本実施形態では、電池モジュール２は、複数の全固体電池２０を備えているが、これに限定されず、全固体電池２０を一以上備えていればよい。すなわち、電力変換装置１は、一以上の全固体電池２０を備えていればよく、全固体電池２０の個数には特に限定されない。
　電力変換器３は、電池モジュール２と負荷との間で電力変換を行う。負荷とは、例えば上記車両の走行用のモータである。電力変換器３は、回路基板４に実装されている。
　電力変換器３は、昇圧コンバータ３１及びインバータ３２を備える。
　昇圧コンバータ３１は、複数の全固体電池２０から出力される電力を所定の昇圧比で昇圧してインバータ３２に出力する。ただし、本実施形態では、昇圧コンバータ３１は、インバータ３２から入力される回生電力を所定の降圧比で降圧して複数の全固体電池２０に出力する機能をさらに備えてもよい。
　昇圧コンバータ３１は、平滑コンデンサＣと、リアクトルＬと、互い直列に接続されるスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２と、を備える。平滑コンデンサＣは、電池モジュール２から出力される電圧を平滑する。
　リアクトルＬは、一端が電池モジュール２の出力端子（全固体電池２０の正極端子）に接続され、他端がスイッチング素子Ｔ１とスイッチング素子Ｔ２との接続点に接続されている。
　スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２は、半導体素子である。本実施形態のスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＦＥＴ（Field Effective Transistor；電界効果トランジスタ）等であってもよい。スイッチング素子Ｔ１，Ｔ１２は、ＳｉＣ（炭化珪素）やＧａＮ（窒化ガリウム）等のワイドギャップ半導体のスイッチング素子であってもよい。
　昇圧コンバータ３１は、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２をＯＮ/ＯＦＦして、リアクトルＬの磁気エネルギーの蓄積及び放出を交互に繰返すことで電池モジュール２から出力される電力を昇圧する。昇圧コンバータ３１は、昇圧した電力をインバータ３２に供給する。なお、昇圧コンバータ３１は、昇圧した電圧を平滑する平滑用のコンデンサを備えてもよい。
　インバータ３２は、昇圧コンバータ３１から出力された電力を交流電力に変換してモータ等の負荷に供給する。本実施形態では、インバータ３２は、三相インバータであり、各相に対応した３つのスイッチングレグを備えている。
　インバータ３２は、半導体素子であるスイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６を備える。尚、スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６としては、ＩＧＢＴであってもよいし、ＦＥＴであってもよい。インバータ３２に設けられたスイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６のうち、スイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１４が直列的に接続されて対をなしており、スイッチング素子Ｔ１２，Ｔ１５が直列的に接続されて対をなしており、スイッチング素子Ｔ１３，Ｔ１６が直列的に接続されて対をなしている。対をなすスイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６の接続点の各々には、端子Ｍを介してモータの三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線が接続される。
　なお、スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６は、ＳｉＣやＧａＮ等のワイドギャップ半導体のスイッチング素子であってもよい。
　回路基板４は、第１面４ａと、第１面４ａとは反対の面である第２面４ｂと、を有する。回路基板４の第１面４ａには、電池モジュール２及び電力変換器３が実装されている。このように、電池モジュール２及び電力変換器３は、回路基板４において、同一面上に実装されている。
　具体的には、回路基板４の第１面４ａにおいて、第１端部側から第２端部側に向かって、インバータ３２、昇圧コンバータ３１、電池モジュール２の順に実装されている。
　回路基板４の第２面４ｂには、熱結合部材５が配置されている。
　熱結合部材５は、電池モジュール２（複数の全固体電池２０）と電力変換器３とを熱結合する。熱結合とは、熱的に結合された状態であって、本実施形態では電池モジュール２と電力変換器３との間で熱結合部材５を介して熱が移動する状態である。熱結合部材５は、熱伝導性が高い材料であって、例えば、アルミニウム、鉄、銅などの金属である。例えば、熱結合部材５は、ヒートシンクである。ヒートシンクは、アルミニウム等の金属により構成された略直方体状の部材である。なお、前記ヒートシンクは、内部に冷媒が流通する冷媒流路Ｒを一以上備えてもよい。これにより、電池モジュール２及び電力変換器３の動作温度は、冷媒流路Ｒに流れる冷媒により、定格上限以下に制御される。
　すなわち、本実施形態に係る熱結合部材５は、ヒートシンクであるため、電池モジュール２（複数の全固体電池２０）と電力変換器３とを熱結合する第１の機能と、電池モジュール２と電力変換器３との発熱を冷却する第２の機能を有する。
　なお、例えば、冷媒は、回路基板４の第１端部側から第２端部側に向かう方向に流れる。すなわち、冷媒は、冷媒流路Ｒにおいて、電力変換器３から電池モジュール２に向かって流れる。
　このように、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、全固体電池２０を有する電池モジュール２と、電力変換器３と、電池モジュール２と電力変換器３とを熱結合する熱結合部材５を備える。
　このような構成によれば、第１の実施形態の電力変換装置１は、熱結合部材５を用いて全固体電池２０と電力変換器３とを熱結合させているため、一つの冷却装置で電池モジュール２と電力変換器３とのそれぞれの動作温度を定格上限以下に制御することができる。その結果、電力変換装置が小型化する。
　具体的には、従来の電力変換装置では、電池モジュールの発熱を電動式ファンで冷却し、電力変換器を水冷システムで冷却している。したがって、従来の電力変換装置では、電池モジュール及び電力変換器のそれぞれを冷却するために、電動式ファンと水冷システムの２つの冷却装置が必要である。
　一方、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、電池モジュール２を全固体電池２０で構成し、ヒートシンク等の熱結合部材５を用いて全固体電池２０と電力変換器３とを熱結合させている。これにより、例えば、一つの冷却装置で全固体電池２０と電力変換器３とのそれぞれの温度を制御することができる。
　ここで、全固体電池２０は、高温において電池容量が増大し、高温での寿命特性もリチウムイオン電池と比較して大幅に向上している。そこで、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、ヒートシンク等の熱結合部材５を用いて全固体電池２０と電力変換器３とを熱結合させることで、電力変換器３の熱を全固体電池２０に移動させ、全固体電池２０を効率良く温める。これにより、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、全固体電池２０の性能を最大限に引き出すことができる。
　また、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、全固体電池２０と電力変換器３とを回路基板４の第１面４ａに実装している。例えば、回路基板４の第１面４ａにおいて、第１端部側から第２端部側に向かって、インバータ３２、昇圧コンバータ３１、全固体電池２０の順に実装されている。これにより、電力変換装置１は、従来と比較して各部品の配線距離を短くでき、平滑コンデンサの削減やノイズの低減、装置の小型化に寄与する。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ｂについて説明する。図３は、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ｂの側面図である。
　第２の実施形態に係る電力変換装置１Ｂは、第１の実施形態の電力変換装置１と比較して、電池モジュール２の状態を監視及び制御する第１制御装置７及び電力変換器３を制御する第２制御装置８を備える点で相違する。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。
　具体的には、電力変換装置１Ｂは、電池モジュール２、電力変換器３、回路基板４、熱結合部材５、制御用回路基板６、第１制御装置７及び第２制御装置８を備える。なお、制御用回路基板６は、本発明の「第２回路基板」に相当する。
　制御用回路基板６は、回路基板４の第１面４ａと対向する第３面６ｂと、前記第３面６ｂと反対の面である第４面６ａと、を有する。第３面６ｂ及び第４面６ａは、部品実装及び配線が行われる面である。また、第３面６ｂと第４面６ａとの間には、シールド層Ｓが介挿されている。
　第１制御装置７は、電池モジュール２の状態を監視及び制御する。具体的には、第１制御装置７は、電池監視部７１及び充放電制御部７２を備える。
　電池監視部７１は、電池モジュール２を構成する複数の全固体電池２０の状態（例えば、出力電圧）を監視する。電池監視部７１は、複数のＩＣ（集積回路；integrated circuit）を備える。電池監視部７１は、制御用回路基板６の第３面６ｂに実装されている。電池監視部７１は、第３面６ｂにおいて、電池モジュール２の上方に位置するように実装されている。
　充放電制御部７２は、電池モジュール２を構成する複数の全固体電池２０の充放電を制御する。例えば、充放電制御部７２は、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。充放電制御部７２は、制御用回路基板６の第４面６ａに実装されている。充放電制御部７２は、第４面６ａにおいて、電池モジュール２の上方に位置するように実装されている。
　ただし、これに限定されず、電池監視部７１及び充放電制御部７２は、第３面６ｂ及び第４面６ａの少なくもいずれかの面に実装されていればよい。
　第２制御装置８は、駆動回路８１及び制御部８２を備える。
　駆動回路８１は、スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６を駆動するゲートドライバを備える。また、駆動回路８１は、スイッチング素子Ｔ１，２を駆動するゲートドライバを備える。駆動回路８１は、制御用回路基板６の第３面６ｂに実装されている。駆動回路８１は、第３面６ｂにおいて、電力変換器３の上方に位置するように実装されている。
　制御部８２は、駆動回路８１の駆動を制御して、スイッチング素子Ｔ１１～Ｔ１６及びスイッチング素子Ｔ１，２をスイッチング制御する。制御部８２は、例えば、マイコンを有するいわゆるモータＥＣＵである。制御部８２は、制御用回路基板６の第４面６ａに実装されている。制御部８２は、第４面６ａにおいて、電力変換器３の上方に位置するように実装されている。
　ただし、これに限定されず、駆動回路８１及び制御部８２は、第３面６ｂ及び第４面６ａの少なくもいずれかの面に実装されていればよい。
　このように、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ｂは、第１の実施形態と同様に、全固体電池２０を有する電池モジュール２と、電力変換器３と、電池モジュール２と電力変換器３とを熱結合する熱結合部材５を備える。
　このような構成によれば、第２の実施形態の電力変換装置１Ｂは、熱結合部材５を用いて全固体電池２０と電力変換器３とを熱結合させているため、一つの冷却装置で電池モジュール２と電力変換器３とのそれぞれの動作温度を定格上限以下に制御することができる。その結果、電力変換装置が小型化する。さらに、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ｂは、ヒートシンク等の熱結合部材５を用いて全固体電池２０と電力変換器３とを熱結合させることで、電力変換器３の熱を全固体電池２０に移動させ、全固体電池２０を効率良く温める。これにより、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ｂは、全固体電池２０の性能を最大限に引き出すことができる。
　また、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ｂは、全固体電池２０と電力変換器３とを回路基板４の第１面４ａに実装している。例えば、回路基板４の第１面４ａにおいて、第１端部側から第２端部側に向かって、インバータ３２、昇圧コンバータ３１、全固体電池２０の順に実装されている。さらに、第１制御装置７は、全固体電池２０の上方に位置するように第３面６ｂ及び前記第４面６ａの少なくともいずれかに実装されている。第２制御装置８は、電力変換器３の上方に位置するように第３面６ｂ及び第４面６ａの少なくともいずれかに実装されている。これにより、電力変換装置１Ｂは、従来と比較して各部品の配線距離を短くでき、平滑コンデンサの削減やノイズの低減、装置の小型化に寄与する。
（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｃについて説明する。図４は、第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｃの側面図である。
　第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｃは、第１の実施形態の電力変換装置１と比較して、熱源機器１００を備える点で相違する。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。
　具体的には、電力変換装置１Ｃは、電池モジュール２、電力変換器３、回路基板４、熱結合部材５、回路基板１０及び熱源機器１００を備える。
　熱結合部材５は、第１面５ａが回路基板４の第２面４ｂに接触しており、第２面５ｂが回路基板１０に接触している。
　回路基板１０は、第１面１０ａと、第１面１０ａとは反対の面である第２面１０ｂと、を有する。回路基板１０の第１面１０ａには、熱結合部材５の第２面５ｂが接触している。回路基板１０の第２面１０ｂには、熱源機器１００が実装されている。
　熱源機器１００は、電力変換器３及び電池モジュール２以外の熱源機器であって、例えば、ＤＣＤＣコンバータ（例えば、降圧コンバータ）や電池モジュール２を充電する充電機器である。
　上述したように、第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｃは、全固体電池２０を有する電池モジュール２と、電力変換器３と、電池モジュール２と電力変換器３とを熱結合する熱結合部材５を備える。
　このような構成によれば、第３の実施形態の電力変換装置１Ｃは、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
　また、第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｃは、熱源機器１００をさらに備え、熱結合部材５を介して電池モジュール２、電力変換器３及び熱源機器１００を熱結合する。
　このような構成によれば、電力変換装置１Ｃは、電池モジュール２、電力変換器３及び熱源機器１００のそれぞれを異なる冷却装置で冷却する必要がなく、一の冷却装置で冷却することができ、装置の小型化に寄与する。
　なお、電力変換装置１Ｃにおいて、電池モジュール２及び電力変換器３は、必ずしも同一面上に実装されている必要はない。例えば、図５に示すように、電池モジュール２は、回路基板１０の第２面１０ｂに実装されてもよい。
（第４の実施形態）
　次に、第４の実施形態に係る電気式駆動ユニット２００について説明する。図６は、電気式駆動ユニット２００の概略構成図である。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。
　電気式駆動ユニット２００は、車両の車輪を電池モジュール２の電力で駆動する。電気式駆動ユニット２００は、電力変換装置１、モータ２０１及びギア２０２を一体で備える。
　電力変換装置１は、電池モジュール２の電力を電力変換器３で昇圧且つ交流電力に変換してモータ２０１に供給する。
　モータ２０１は、電力変換装置１から供給される電力で回転する走行用モータである。モータ２０１は、熱結合部材５の第２面５ｂに設けられている。
　ギア２０２は、モータ２０１の回転力を上記車両の車輪に伝達することで車輪を駆動する。ギア２０２は、熱結合部材５の第２面５ｂに設けられている。
　第４の実施形態に係る熱結合部材５は、全固体電池２０を有する電池モジュール２、電力変換器３及びモータ２０１を熱結合させる。このような構成によれば、第４の実施形態では、一つの冷却装置で電池モジュール２、電力変換器３及びモータ２０１のそれぞれの動作温度を定格上限以下に制御することができる。その結果、電力変換装置を有する電気式駆動ユニット２００が小型化する。さらに、電気式駆動ユニット２００は、モータ２０１で発生した熱を全固体電池２０に効率伝えることができ、全固体電池２０の性能を最大限に引き出すことができる。
　また、第４の実施形態に係る電気式駆動ユニット２００では、全固体電池２０と電力変換器３とを熱結合部材５の第１面５ａ側に設けられており、モータ２０１が熱結合部材５の第２面５ｂ側に設けられている。これにより、モータ２０１と電力変換装置１との配線距離を短くでき、平滑コンデンサの削減やノイズの低減、装置の小型化に寄与する。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
（変形例１）第１の実施形態の電力変換装置１、第２の実施形態の電力変換装置１Ｂ及び第４の実施形態に係る電気式駆動ユニット２００は、第３の実施形態に係る熱源機器１００を備えてもよい。例えば、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、熱結合部材５の第２面５ｂにおいて回路基板１０を設け、その回路基板１０に熱源機器１００を実装してもよい。例えば、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ｂは、熱結合部材５の第２面５ｂにおいて回路基板１０を設け、その回路基板１０に熱源機器１００を実装してもよい。電気式駆動ユニット２００は、熱結合部材５の第２面５ｂにおいて回路基板１０を設け、その回路基板１０に熱源機器１００を実装してもよい。
（変形例２）第１の実施形態の電力変換装置１、第３の実施形態の電力変換装置１Ｃ及び第４の実施形態に係る電気式駆動ユニット２００は、第２の実施形態で説明した制御用回路基板６、第１制御装置７及び第２制御装置８を備えてもよい。
（変形例３）第１の実施形態～第４の実施形態において、熱結合部材５は、冷媒流路Ｒを備えていなくてもよい。熱結合部材５は、全固体電池２０と電力変換器３とを熱結合する部材であればよく、冷却能力を備えていなくてもよい。
（変形例４）第１の実施形態の電力変換装置１、第２の実施形態の電力変換装置１Ｂ及び第４の実施形態に係る電気式駆動ユニット２００において、電力変換器３を熱結合部材５の第１面５ａ側に設け、電池モジュール２を熱結合部材５の第２面５ｂ側に設けてもよい。すなわち、電力変換装置１、電力変換装置１Ｂ及び電気式駆動ユニット２００は、熱結合部材５を電池モジュール２と電力変換器３とで両面から挟む構造を有してもよい。
（変形例５）第１の実施形態～第４の実施形態において、電池モジュール２と電力変換器３とは、それぞれ熱結合部材５と熱結合するにあたって、回路基板を介しているがこれに限定されない。すなわち、電池モジュール２は、熱結合部材５の第１面５ａ又は第２面５ｂに直接接触してもよい。電力変換器３は、熱結合部材５の第１面５ａ又は第２面５ｂに直接接触してもよい。
　上記の電力変換装置によれば、電力変換装置の大型化を抑制することができる。
１，１Ｂ，１Ｃ　電力変換装置
２　電池モジュール
３　電力変換器
４　回路基板（第１回路基板）
５　熱結合部材
６　制御用回路基板（第２回路基板）
２０　全固体電池
３１　昇圧コンバータ
３２　インバータ
Ｔ１，Ｔ２　スイッチング素子
Ｔ１１～Ｔ１６　スイッチング素子
２００　電気式駆動ユニット
２０１　モータ

Claims (6)

  1. 　全固体電池と、
    　前記全固体電池と負荷との間で電力変換を行う電力変換器と、
    　前記全固体電池と前記電力変換器とを熱結合する熱結合部材と、
    　を備える電力変換装置。
  2. 　第１面と、前記第１面とは反対の面である第２面と、を有する第１回路基板を備え、
    　全固体電池と前記電力変換器とは、前記第１面に実装されており、
    　前記熱結合部材は、前記第２面に配置されている、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記電力変換器は、インバータ及び昇圧コンバータを備え、
    　前記第１面の第１端部側から第２端部側に向かって、前記インバータ、前記昇圧コンバータ、前記全固体電池の順に実装されている、
    　請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記インバータ及び前記昇圧コンバータに含まれるスイッチング素子は、ワイドギャップ半導体のスイッチング素子である、請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　前記全固体電池の状態を監視する第１制御装置と、
    　前記電力変換器を制御する第２制御装置と、
    　前記第１面と対向する第３面と、前記第３面と反対の面である第４面と、を有する第２回路基板と、
    　を備え、
    　前記第１制御装置は、前記全固体電池の上方に位置するように前記第３面及び前記第４面の少なくともいずれかに実装されており、
    　前記第２制御装置は、前記電力変換器の上方に位置するように前記第３面及び前記第４面の少なくともいずれかに実装されている、
    　請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6. 　請求項２から５のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
    　前記負荷としてのモータと、
    　を備え、
    　前記モータは、前記熱結合部材と接触することで前記全固体電池及び前記電力変換器と熱結合している、
    　電気式駆動ユニット。
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