ev/hv用製品 - denso.co.jp · denso offers a wide range of products to optimally control the...
TRANSCRIPT
Products for Electric and Hybrid Vehicles
EV/HV用製品
DENSO offers a wide range of products to optimally control the large amount of electric motor power needed by hybrid and electric vehicles. To increase the energy efficiency of vehicles these products are compact, l ightweight, and have highly efficient electric and electronic circuits to economically use the energy stored in batteries.
• Downsizing an inverter using DENSO’s own double-sided cool ing power module and stacked double-sided cooler, both designed to efficiently cool power semiconductor chips.
• Reducing power converter circuits in size and weight by integrating two inverters, a boost converter, and a DC-DC converter (power control unit).
• Min iatur iz ing a motor-generator us ing a rectangular wire for motor coil winding with DENSO’s own motor coil winding technique and motor core structure.
• Max im iz ing the cha rg ing capac i t y o f a l i t h ium- ion ba t te ry pack w i th a ba t te ry monitoring unit that uses a circuit to equalize the voltage of each battery cell.
■ 特徴 Key Points
■ ハイブリッド車のシステム構成 Hybrid Vehicle System Structure
電動モータを用いて走行するハイブリッド車や電気自動車に必要な、大電力を最適に制御するための各種製品です。バッテリに蓄えられた電気を無駄なく使える高効率な電気・電子回路の採用と小型軽量化により、クルマの燃費、電費*を向上します。 *電費:電気自動車の単位電力量あたりの走行距離。エンジン車の燃費に相当
● 電力変換部分を効率的に冷却するための独自の両面冷却パワー素子パッケージと積層冷却コア採用による、インバータの小型化
● インバータと昇圧コンバータ、DC-DCコンバータを一体化*することによる、電力変換部分の小型軽量化 *製品名:パワーコントロールユニット
● 巻線の平角線化、独自の巻線およびコア構造の採用による、モータジェネレータの小型化
● セルごとの電圧均等化回路を採用した電池監視ユニットにより、リチウムイオン電池の充電能力を最大化
エンジンEngine
モータジェネレータMotor-generator 補助バッテリ
Auxiliary Battery
(DC-DCコンバータ)DC-DC Converter
バッテリBattery
エンジンECUEngine ECU
ハイブリッドECUHybrid ECU
電池監視ユニットBattery Monitoring Unit
システムメインリレーSystem Main
Relay
バッテリ電流センサ
Battery Current Sensor
電動コンプレッサElectric Compressor
当社製品DENSOproduct
パワーコントロールユニットインバータ×2昇圧コンバータ
DC-DCコンバータを内蔵Power Control Unit
Integrating:two invertersboost converter
DC-DC converter
EV/HV用製品
電気自動車やハイブリッド車は、通常のガソリン車にはない特有の製品を搭載しています。デンソーは、最先端技術を注ぎ込んだ様々な製品を供給しています。例えば、パワーエレクトロニクス分野では、モーターの制御とエネルギー回生の核となるインバータ、バッテリーの充放電を最適化する電池監視ユニットなどです。
とりわけ、走行用インバータでは、パワー素子*の温度上昇を抑えるための冷却方法に新たな技術を投入し、世界トップクラスの電力の出力密度(単位体積当たりの出力)を達成しました。ここにはラジエータの冷却技術と、半導体製品の自社生産で培ったエレクトロニクス技術が生かされています。
デンソーはこれからも、新技術・新製品の開発により電気自動車、ハイブリッド車の進化に貢献していきます。
*大きな電流をオン・オフする、スイッチのような働きをする電子部品。
DCーDCコンバータパワーコントロールユニット
電流センサシステムメインリレー
電動コンプレッサ
ハイブリッド車両用ECU
リチウムイオン電池用電池監視ユニット
小型ハイブリッド車用モータステータ
見たい製品を選んでボタンを押してください
EV/HV用製品
■アウトライン
●ハイブリッド車用パワーコントロールユニット(PCU)には、高級車へのハイブリッド車の展開に対応した 高出力化と、全てのクラスへの車種展開に対応した小型化が求められている。
●飛躍的な冷却性能向上により、出力密度(単位体積あたりの出力)を約60%向上
パワーコントロールユニット
■特徴
外 観
B-B断面
B
B冷却水
パワー素子
【従来品】 片面冷却器
両面放熱パワーモジュール
冷却水
出口
入口
A
A
ダイヤフラム構造
積層型両面冷却器
A-A断面
パワー素子
冷却チューブ
両面冷却器【開発品】
■手段
●両面放熱パワーモジュールにより、冷却性能を飛躍的に向上。
●積層型両面冷却器により、冷却性能を飛躍的に向上。
●ダイヤフラム構造により、パワーモジュールと冷却器との 密着性を飛躍的に向上。
■効果
出力0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
パワーコントロールユニット
出力密度比
出力密度 : 単位体積当たりの出力
従来型インバータ(片面放熱)
デンソー製インバータ(両面放熱)
HVの安全と保護のための高電圧リレーです。
●磁石をS-S対向配置し、磁力でアーク経路を 伸ばすことで小型空間で消弧を実現 ●開放型接点室を採用し小型化
接点定格
機械的寿命
寸法
重量
仕 様
DC360V 60A
More than 100,000 times
40mm × 37mm × 50mm
0.17kg
使用箇所リレー インバータ
リレー
メインバッテリ
37
50
40
開放型接点室
接点磁石の対向配置
アーク経路(消弧用磁石の作用)
消弧用磁石
システムメインリレー(SMR)
■概要
●エンジンによって駆動されていた従来のカーエアコン用コンプレッサは、 バッテリー走行中やエンジン停止中は運転できないので、結果として乗員の快適性が損なわれる。 ●空調のために、エンジンを稼働させる必要が無い→省燃費。
■特徴
●車両用として世界初の、モータ・インバータを一体化した量産型電動コンプレッサ。 ●従来のコンプレッサとほぼ同体格とすることにより、搭載性も良好。
●重量増加を最小限に留め、車両の燃費改善に貢献。
●静かな環境を損なわない低騒音・低振動設計。
●スモールクラスからラグジュアリークラスまでカバーする3バリエーション設定。
Luxury
Large
Medium
Compact
Small
34cc/rev.
27cc/rev.
14cc/rev.
cc/rev : コンプレッサ1回転あたりの冷媒送出量
Vehicle Electric Compressor
「株式会社豊田自動織機との共同開発品」
電動コンプレッサ
電動コンプレッサ
■手段
■効果
ハイブリッド車両において従来のコンプレッサ(ベルト駆動コンプレッサ)に対し、燃費を最大19%改善。
小容量 高回転 低損失スクロール
冷媒流れ
小型インバータ
吸入冷媒ガス(低温)によるインバータ/モータ冷却
高効率 低振動モータ
補機バッテリ充電用のDCーDCコンバータです。パワーコントロールユニットへの内蔵タイプもあります。
●独自の2トランス方式により低損失化(素子数減、同期整流)
●磁気部品の統合により構造の簡素化・巻線の低損失化
●回路素子の最適配置により放熱性向上
同期整流
複合2トランス
288V
14V
トランス チョークコイル
+統合化
(体格:-12%)
DCーDCコンバータ
定格入力電圧
出力電圧
最大出力電流
最大効率
寸法
重量
仕 様
288V
13V to 15V 可変制御
120A
96%
360mm × 95mm ×105mm
2.7kg
メインバッテリの容量管理のための電流検出用の電流センサです。
● ホールICとコアのみのシンプルな構造
● プリント基板レス、はんだレス
● 入出力端子にはコンデンサを配し耐ノイズ性を向上
電流センサ
ターミナル
電圧
ホールIC
磁束
コア
電流
ノイズ
コンデンサ
■ 構造
コンデンサターミナル
ホールIC
コア
電流
コネクタ付ケース供給電圧範囲
被測定電流
精度(耐久後)
寸法
重量
仕様
DC5.0 ± 0.5V
-200 ~ +200A
3%FS
47mm × 37mm × 17mm
34g
■概要
●リチウムイオン電池を安全に、かつできるだけ有効に使用するために高精度な制御が求められている。 ●独自の回路方式により、一般的な方式に比べ、低コストでセル単位の電圧制御が可能となり、セル間のばらつきを解消することができる。
■特徴
セル電圧を各々検出し、ばらつきをマイコンで判断し放電
平均
比較回路 判定回路
開発した回路方式
放電回路
論理回路
A/Dやマイコンを使わないシンプルな論理回路構成
目標
従来の回路方式I/F: インターフェイス回路 A/D: アナログ/デジタル変換回路
I/F A/Dマイコン
電圧検出回路 放電回路
■手段 全セルの平均電圧とセル電圧を比較し、電圧の高いセルをシンプルな論理回路で判定させ、放電させる。
平均電圧とセル電圧の差を比較し、放電(シンプルな回路で)
リチウムイオン電池用電池監視ユニット
HVシステムにおける総合的制御を行うECUです。
HV-ECU
高電圧リレー
12V
メインバッテリ(245V)
CANバス
エンジン情報センサ
インジェクタ
イグナイタ
電子スロットル
エンジン制御
HV制御 DC/DCコンバータ
MG-ECU
ブレーキECU
シフトポジションセンサ
アクセルセンサ
電池監視ユニット
MG1 MG2
昇圧コンバータインバータ
CANバス(A/C ECU等)
●モーターとエンジンの駆動力制御、 HVバッテリー制御、回生ブレーキ制御等を行う
定格入力電圧
CPU
クロック周波数
寸法
重量
仕 様
12V
32ビットマイコンマルチコア・ロックステップ
200MHz
160mm × 150mm × 35mm
0.3kg
動力分割機構
ハイブリッド車両用ECU(HV-ECU)
■概要
●低燃費・低環境負荷性に優れた小型ハイブリッド車(HV)の開発が期待されており、小型HVに搭載可能な高電圧・小型モータが 要求されている。
●新規にステータの巻線構造・コイル・製法を開発してステータの小型化を達成し、HVの小型化に貢献した。
小型ハイブリッド車用モータステータ
■特徴
コイル コイル
新コイルエンド形状・絶縁構造の採用によるコイルエンド体格低減
分割コア・外筒の採用による巻線への組付け
平角線化によるコイル占積率向上コイルエンド コア
コア断面図
絶縁紙
巻線
分割コア
外筒
コア
コイル 階段状コイル
分割コア
LcLc"
占積率+10%
Lc > Lc"
【従来品】 【開発品】
【従来品】 【開発品】
コイルエンド構造
■手段
■効果
小型ハイブリッド車用モータステータ
コイル構造
ステータの体格低減
幅 ▲10%軸長(高さ) ▲15%
コイルエンド構造
トランスアクスル断面
コイル皮膜の新規開発 コイルエンドの階段形状化
エナメル層
導体
エナメル層
▲10%
▲15%
導体
開発品 モータ
車両前方 車両後方
樹脂層 コア コア
コイルエンドの小型化
階段状コイル
【従来品】 【開発品】 【従来品】 【開発品】
従来品
Products for Electric and Hybrid Vehicles
Electr ic and Hybr id Vehicles that reduce CO2 emissions are equipped with some specific products not found in conventional gasoline powered vehicles. DENSO provides products based on its cutting-edge technologies. These include traction inverters for controlling electric drive motors and regenerating energy, and drive battery monitoring units for power electronics systems.
Traction inverters are critical to the control of electric motors. DENSO provides inverters boasting the world’s top discharge power density with a new cooling technology that limits temperature levels in built-in semiconductor power devices*. This cooling technology is based on both radiator cool ing technologies and electronics technologies that have been developed through in-house production of semiconductor devices.
DENSO will continue to assist the advancement of hybrid vehicles by developing new technologies and products.
*Power devices are electronic components that act as switches to turn on and off the flow of high current.
DC-DC Converter
Press the button to see your selected product.
Power Control Unit
Battery Current Sensor System Main Relay
Electric Compressor
Hybrid VehicleElectronic Control Unit
Products for Electric and Hybrid Vehicles
Battery Monitoring Unit for Lithium-ion Batteries
Motor Stator for Small Hybrid Vehicle
■Outline
●Higher output power is required for luxury hybrid vehicles, as well as smaller packaging for full-line implementation of hybrid systems.●DENSO has achieved 60% increase in power density (output power per unit volume) from conventional models by a dramatic improvement of cooling performance.
Power Control Unit
■Feature
View
Section B-B
B
B
Coolant
Power Chips
【Conventional Design】 Single-SidedCooler
Double-Sided Power Module
Coolant
Outlet
Inlet
A
A
DiaphragmConstruction
StackedDouble-Sided Cooler
Section A-A
Power Chips
Cooling Tubes
Double-SidedCooler
【New Design】
■Engineering Key Point
●Double-sided power module for improved cooling
●Stacked double-sided cooler for improved cooling
●Diaphragm construction for improved adhesion of power module and cooler
■Benefit
Output power0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Power Control Unit
Ratio of P
ower D
ensity
Power density : Output power per unit volume
Conventional Inverters (single sided cooling)
DENSO Inverters(double sided cooling)
High voltage relay for the safety and protection of hybrid systems.
●By arranging magnets opposite each other and lengthening the arc path with magnetic force, it allows the arc to be extinguished in a smaller space ●Reduced size by using an unsealed contact chamber
Relays in the systemRelay Inverter
Relay
Mainbattery
37
50
40
Unsealedcontactchamber
ContactOpposed magnet arrangement
Arc path(Effect of magnets)
Magnets forarc extinction
Contact rating
On-off cycle life
Dimensions
Weight
Specifications
DC360V 60A
More than 100,000 times
40mm × 37mm × 50mm
0.17kg
System Main Relay (SMR)
■Outline
●A conventional compressor is hardly possible to be applied to EV and HV because it is driven by engine. ●It is not necessary to drive engine for air conditioning. → Fuel efficiency improved.
■Feature
●The world first Mass-production electric compressor integrated inverter and motor. ●Compact size almost same as a conventional compressor.
●Minimizing mass increase for vehicle fuel/power efficiency.
●Low noise/vibration design for quiet environment.
●3 varieties covering from small-class vehicle to luxury-class.
Co-development product with TOYOTA INDUSTRIES CORPORATION
Electric Compressor
Luxury
Large
Medium
Compact
Small
34cc/rev.
27cc/rev.
14cc/rev.
cc/rev : Voluminal displacement per revolution
Vehicle Electric Compressor
■Engineering Key Point
■Benefit
Electric compressor improves fuel consumption by maximum 19%, compared to conventional compressor (Belt-driven compressor) for HV.
Small displacement / High speed / Small internal loss scroll
Refrigerant flow
Compact Inverter
Inverter / Motor cooled by suctionrefrigerant gas (low temperature)
High Efficiency / Low Vibration Motor
Electric Compressor
DC-DC converter designed to recharge the auxiliary batteryCan be integrated into a power control unit
●Reduced conversion loss by using DENSO's original dual transformer system (fewer circuit elements, synchronous rectification)●Simplified structure and reduced transformer winding loss by integrating magnetic parts●Improved heat dissipation efficiency by optimally arranging circuit elements
Synchronous rectification
Complex dualtransformer
288V
14V
Transformer Choke coil
+Integration
(Volume : -12%)
DC-DC Converter
Nominal input voltage
Output voltage
Max. output current
Max. efficiency
Dimensions
Weight
Specifications
288V
13V to 15V Controllable
120A
96%
360mm × 95mm × 105mm
2.7kg
Current sensor to detect the current flow and monitor the state of the main battery charge.
● Simple structure consisting only of a Hall IC and a core
● No printed board or soldering required
● Input and output terminals with capacitors for improved noise reduction
Battery Current Sensor
■ Structure
Supply voltage rangeMeasured current rangeAccuracy after reliability test
DimensionsWeight
SpecificationsDC5.0 ± 0.5V
−200 ~ +200A3%FS
47mm × 37mm × 17mm34g
CapacitorTerminal
Hall IC
Core
Measured current
Case withembeddedconnector
Terminal
Voltage
Hall IC
Magnetic flux
Core
CurrentNoise
Capacitor
■Outline
●It is expected for Battery Monitoring Unit to control the battery’s voltage highly accurately in order to operate lithium-ion batteries safely and efficiently.
●Compared to the conventional voltage control method, DENSO’s new method enables to control the voltage of each cell and eliminate the fluctuation among the cells at lower cost.
Battery Monitoring Unit for Lithium-ion Batteries
Measure the voltage of each cell and detect the cells which have higher-voltage than the target level using a microcomputer and enable all cells to discharge at the same level.
Compare the cell voltage with the average for cell’s discharge by using a simple circuit.
■Feature
■Engineering Key Point
Target
Conventional voltage control method
Voltage Detection Circuit Discharge Circuit
I/F
A/D
Microcomputer
I/F: Interface circuitA/D:Analog to digital conversion circuit
Logic Circuit
Average
ComparisonCircuit
JudgmentCircuit
Newly developed voltage control method
DischargeCircuit
Simple circuit structure without anA/D circuit or a microcomputer
Battery Monitoring Unit for Lithium-ion Batteries
The function of new voltage control method is to compare the single cell voltage with the average voltage of all cells for cell’s discharge by using a simple circuit.
ECU to control overall hybrid system in a hybrid vehicle
HV-ECU
High voltagerelays
12V
Mainbattery(245V)
CAN Bus
IC Enginesensors
Injector
Igniter
Electronicthrottle
Enginecontrol
Hybridsystemcontrol DC/DC
Converter
MG-ECU
Brake ECU
Shift position sensor
Acceleratorpedal sensor
Battery monitoring unit
MG1 MG2
Boost converterInverter
(Air conditioning ECU, etc)
●Control traction of motor and engine, HV battery, regenerative braking and other functions.
Nominal input voltage
CPU
Clock speed
Dimensions
Weight
Specifications
12V
32-bit Processor Multi-core Lock step
200MHz
160mm × 150mm × 35mm
0.3kg
Power splitter
Hybrid Vehicle Electronic Control Unit(HV-ECU)
■Outline
●Low fuel consumption and low emission small size HV is expected so that a high voltage down sized motor is required to be carried by small size HV. ●A downsized stator for small HV can be developed by utilizing a newly developed coil, winding structure and production method. The stator contributes to development of small size HV.
Motor Stator for Small Hybrid Vehicle
■Feature
Coil
Coil
Reduction in size of end winding by utilizing newly winding structure and insulation
Separated cores inserted intoa group of completed winding
Increase of space factor of coil by utilizing rectangular coilsEnd winding Core
Cross sections of core
Insulation paper
Winding
Separated core
Outer ring
Core
Coil Stair shaped coil
Separated core
LcLc"
Space factor +10%
Lc > Lc"
【Conventional】 【Developed】
【Conventional】 【Developed】
End windings of motor stator
■Engineering Key Point
■Benefit
Motor Stator for Small Hybrid Vehicle
Stator coil
Downsizing of stator
Width -10%Height -15%
Shape of end winding
Cross section of T/A
Newly developed coil Coil with stair like shape
Enamel layer
Conductor
Enamel layer
▲10%
▲15%
Conductor
Developed Stator Motor
Front side Rear side
Resin layer Core Core
Reduction in size of end winding
Stair shaped Coil
【Conventional】 【Developed】 【Conventional】 【Developed】
Conventional stator