자동차 정보 기술 - 히타치의 양면 냉각 인버터

히타치의 양면 냉각 인버터

히타치의 양면 냉각 인버터

 체적과 질량을 반감 그리즈와 얇은 전선을 사용하지 않고 실현 히타치는 하이브리드차와 전기자동차의 인버터의 체적과 질량을 현행품으로부터 거의 반감할 수 있는 기술을 개발했다. 파워 반도체 소자를 양면에서 냉각시켜 실현한다. 이 기술을 사용한 인버터를 2013년부터 양산했다. 히타치 오토모티브 시스템의 인버터는 미국 GM이 2010년에 발표한 플러그인 하이브리드차 쉐보레 볼트에 들어갔다. 그 현행품은 파워 반도체 소자인 IGBT 소자를 한 명에서 냉각시키는 구조이다. 그것을 이번에 양면에서 냉각시키는 구조로 바꾸었다. 방열 성능이 35% 높아지고, 출력 파워 밀도를 약 40KW/L로 현행품의 약 2배로 올릴 수 있다. 거기에 더해 IGBT 소자의 온도가 올라가기 어려워지므로 소자에 흘리는 전류량을 늘려 전류 밀도를 높일 수 잇다. 이것도 소형화에 연결된다. 현상의 IGBT 소자의 내열 온도는 대게 150~175도로 이 온도에 이르지 않게 전류량을 억제하고 있었다.

제품 비율과 배치의 자유도를 고려

 시험 제작해 보인 것은 인버터를 구성하는 파워 모듈이다. IGBT 소자와 DIODE가 가각 두개씩 실장 되어 있으며, 이것으로 최고 출력이 100KW 이상의 3상 교류 모터의 1 상분의 구동 전력을 공급할 수 있다. 외형 수치는 약 70X70X10mm로 작다. 차채 모터는 거의 3상 모터이므로 인버터로 하려면 이 파워 모듈을 3개 사용해 거기에 제어 회로를 더할 필요가 있다. 3 상분을 정리해 하나의 모듈로 하지 않고 1 상분만으로 한 것은 생산시의 제품 비율과 차량에 배치할 때의 자유도를 고려했기 때문이다. 현재 상태로서는 1상분이면 양산 수준이라고 할 수 있는 제품 비율을 달성하는 목표가 선다는 단계여서 3 상분을 정리해 만들면 제품 비율이 크게 떨어질 수도 있다. 배치의 자유도에서는 1 상분만의 모듈로 만들어주면 예를 들어 하나를 가로 장착하고 나머지 두 개를 세로로 자악하는 것이 가능하다. 파워 모듈의 구조는 전력을 끄집어내는 구리판을 접합한 IGBT 소자의 상하를 방열 기판과 세라믹 절연 기판, 냉각핀에 끼워 넣는 형태가 된다. 제조할 때는 절연 기판까지 끼워 넣은 것을냉각 핀을 장착한 외장에 꽂고 마지막에 수지로 틈새를 막는다. 구리판의 평면도를 높인다. 차채의 인버터로 IGBT 소자를 양면에서 냉각시키는 구조는 지금까지 덴소가 실현하고 있으며, 도요타가 렉서스 LS600에 양산 적용시켰다.