JP6278243B2 - 蓄電ユニット - Google Patents

Description

本明細書では、回路部と蓄電素子とを備えた技術を開示する。

従来、電子部品が実装された回路部がケースに収容された電気接続箱が知られている。特許文献１は、電子部品が実装された回路部と、回路部の熱を放散する導電性の放熱部材と、回路部を放熱部材との間に収容する導電性のケースとを備えた電気接続箱が記載されている。回路部を覆うケースは、中継グランド端子を介して車両のグランドに接続されており、電子部品の高速スイッチング等で生じる電磁ノイズはケースでシールドされている。

ところで、電気接続箱と蓄電素子とを別々に車両等に搭載する場合、これらを接続するための電線やコネクタが必要になるため、部品点数が増加して重量が重くなるとともに、電線の抵抗による送電ロスが生じるという問題がある。そこで、電気接続箱の回路部と蓄電素子とを纏めれば、電線やコネクタ等による重量の増加や電線の抵抗による送電ロスを抑制できるため好適である。

特許文献２には、キャパシタブロックと、このキャパシタブロックに充電または放電を行うための充放電回路からなる制御回路部と、キャパシタブロック及び制御回路部を収納するケースとを備えたキャパシタユニットが記載されている。この制御回路部は上下に分割されたシールドケースで覆われた状態でケースに組み込まれている。

特開２０１４−８２８４４号公報 特開２００５−９４９４３号公報

しかしながら、特許文献２では、制御回路部と蓄電素子とを別々に配置する場合の電気接続箱と同様に、制御回路部の全体をシールドケース（ケース）で覆う必要があるため、構成の簡素化が容易ではないという問題がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、回路部のノイズによる影響を抑えて回路部と蓄電素子とを纏めることが可能な蓄電ユニットを提供することを目的とする。

本発明の蓄電ユニットは、電子部品が実装された回路部と、蓄電素子と、前記蓄電素子を保持する保持部材と、を備え、前記保持部材は、前記回路部と前記蓄電素子との間に、前記回路部から発生するノイズをシールドする導電性のシールド壁部を備えている。

本構成によれば、蓄電ユニットは、保持部材が蓄電素子を保持するとともに、保持部材のシールド壁部が回路部と蓄電素子との間に備えられているため、回路部から生じるノイズをシールド壁部でシールドすることができる。よって、回路部のノイズによる影響を抑えて回路部と蓄電素子とを纏めることが可能となる。また、回路部のみを導電性のケースに収容しなくても、蓄電素子を保持する保持部材の構成を利用して回路部から生じるノイズをシールドすることが可能になるため、蓄電ユニットの構成を簡素化することが可能になる。

本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
・前記回路部の熱を放熱する、導電性の放熱部材をさらに有する。

・前記放熱部材は、前記回路部に対して前記蓄電素子側とは反対側に配置され、前記保持部材と電気的に接続されている。
このようにすれば、保持部材と放熱部材とが電気的に接続されるため、回路部におけるシールド壁部とは反対側を放熱部材でシールドすることができる。
・前記シールド壁部は、前記蓄電素子を位置決めする位置決め部を備えている。
このようにすれば、シールド壁部を蓄電素子の位置決めに利用することができる。

・前記シールド壁部に前記蓄電素子が載置されている。
このようにすれば、回路部をシールドするためのシールド壁部を蓄電素子を載置するための部材として用いることができる。

・外部のグランドに取り付けられる導電性の取付部を備え、前記取付部がネジ留めされて固定される。
このようにすれば、取付部を外部のグランドに取り付ければ、シールド壁部をグランドに電気的に接続することができる。

・発熱体としての前記電子部品と前記シールド壁部との間には、断熱層が形成されている。
仮に回路部の下に蓄電素子を配置する場合には、回路部の熱が蓄電素子に伝わりやすく、発熱体の熱による蓄電素子の劣化が懸念される。この場合、回路部と回路部の下の蓄電素子との間に間隔を空けて、発熱体の熱が蓄電素子に伝わりにくくすることも考えられるが、この場合は間隔を空ける分だけ蓄電ユニットが大型化するという問題がある。本構成によれば、回路部と蓄電素子との間に形成されたシールド壁部と発熱体との間に断熱層が形成されるため、発熱体の熱による蓄電素子の劣化を抑制して蓄電素子を保護できるとともに、シールド壁部と発熱体との間のスペースを断熱層として有効に利用することで蓄電ユニットをコンパクト化することができる。

・前記保持部材は、前記蓄電素子を内側に収容する収容壁と、前記蓄電素子を前記収容壁内に挿入可能な開口部と、を備え、前記開口部を閉鎖するカバーを備えている。
このようにすれば、シールド機能が不要な部分については、カバーで覆うことで、蓄電素子を保護することができる。

・前記保持部材は、前記回路部の周りに配され、前記放熱部材に当接する導電性の周壁を備えている。
このようにすれば、周壁によって回路部の周りをシールドすることができるとともに、周壁が放熱部材に当接することで蓄電素子の重みを周壁で支えることが可能になる。

本発明によれば、回路部のノイズによる影響を抑えて回路部と蓄電素子とを纏めることが可能となる。

実施形態の蓄電ユニットを示す斜視図 蓄電ユニットを示す平面図 図２のＡ−Ａ断面図 蓄電ユニットを示す正面図 蓄電ユニットを示す左側面図 図５のＢ−Ｂ断面図 蓄電ユニットを示す背面図 蓄電ユニットの分解斜視図 蓄電モジュールを示す右側面図 蓄電モジュールを示す底面図 放熱部材を示す底面図 保持部材を示す斜視図 保持部材を示す平面図 保持部材を示す正面図 保持部材を示す左側面図 保持部材を示す右側面図 保持部材を示す背面図 保持部材を示す底面図

＜実施形態＞
実施形態を図１ないし図１８を参照しつつ説明する。
蓄電ユニット１０（図１）は、例えば、電気自動車やハイブリット自動車等の車両のバッテリ等からなる主電源とランプ等の車載電装品や駆動モータ等からなる負荷との間の電力供給経路に配され、例えば、エンジンのアイドルストップ時やエンジンの再始動時の補助電源及び充放電の制御装置として用いることができる。以下では、上下方向、左右方向については、図４を基準（Ｘ方向を右方、Ｚ方向を上方）とし、前後方向については、図２の下方を前方、上方（Ｙ方向）を後方として説明する。

（蓄電ユニット１０）
蓄電ユニット１０は、図８に示すように、複数（本実施形態では４個）の蓄電素子１２を有する蓄電モジュール１１と、蓄電モジュール１１を保持する保持部材５０と、保持部材５０の開口部５４を覆うカバー６８と、電子部品３３が実装された回路部３０と、回路部３０の熱を放熱する放熱部材３８と、蓄電ユニット１０を車両等の被取付部に取り付けるための取付部７５と、を備えている。

（蓄電モジュール１１）
蓄電モジュール１１は、図９，図１０に示すように、主電源よりも容量の小さい補助電源として用いられる複数の蓄電素子１２と、複数の蓄電素子１２を収容する合成樹脂製の蓄電素子ケース１６と、一対のプリント基板２４と、電極端子１４間を接続する金属製の接続部材２５と、を備えている。

複数の蓄電素子１２は、左右一対、上下２段に配置され、それぞれ内部に図示しない蓄電要素が収容された扁平な直方体状の本体部の端面から垂直に一対の電極端子１４が突出している。左右一対の蓄電素子１２は、電極端子１４が背き合う向きで配置されている。複数の蓄電素子１２は、異極の電極端子１４が接続部材２５で接続されることで全体が直列接続されている。

蓄電素子ケース１６は、内部に角筒状の空間を形成する枠部１７と、枠部１７の左右の開口を閉鎖する一対の蓋部２１Ａ，２１Ｂとを備える。枠部１７には、蓄電素子１２を露出させる露出孔１８が貫通形成されている。枠部１７の底面の四隅の位置には、保持部材５０に嵌め入れて蓄電モジュール１１を位置決めすることができる円柱状のボス部１９が下方に突出している。ボス部１９には、金属のネジ２９でネジ留めが可能なネジ孔１９Ａが形成されている。ネジ孔１９Ａの開口にはネジ２９の挿入を案内するためのテーパが形成されている。

蓋部２１Ａ，２１Ｂの周縁部には、撓み変形可能な係止片２２が枠部１７側に突出している。係止片２２には長方形状の係止孔２２Ａが貫通形成されており、この係止孔２２Ａの孔縁が枠部１７の外面に形成された係止凸部２０に係止されることで蓋部２１Ａ，２１Ｂの枠部１７からの離脱が規制される。
プリント基板２４は、導電路のパターンが印刷された絶縁板からなり、電極端子１４に電気的に接続されている。

接続部材２５は、銅合金等の金属板材からなり、蓋部２１Ａ，２１Ｂを貫通した電極端子１４に締結部材としてのナット２７で締結されている。接続部材２５のうち、直列接続の端部に位置する電極端子１４に接続される接続部材２５Ａには、回路部３０の端子部３６と接続するための端子接続部２６が設けられている。端子接続部２６は、クランク状に屈曲された接続部材２５Ａの先端部に形成され、円柱状の端子部３６に嵌まる凹状の先端部を有する。

（回路部３０）
回路部３０は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の機能を有するものであり、図８に示すように、長方形状の２枚の回路基板３１，３２と、回路基板３１，３２に実装される複数の電子部品３３と、回路基板３１，３２に装着されるコネクタ部３５とを備えている。

回路基板３１は、絶縁板に導電路のパターンが印刷されてなるプリント基板に金属板材を導電路の形状に打ち抜いたバスバーとを重ねて構成されており、放熱部材３８の平坦な上面に絶縁性の接着剤で固定されている。回路基板３２は、絶縁板に導電路のパターンが印刷されてなるプリント基板からなり、回路基板３１よりも高い位置の異なる領域に配され、中継端子を介して回路基板３１に接続されている。回路基板３１，３２は、放熱部材３８にネジ３４でネジ留めされている。電子部品３３は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）３３Ａ（図６参照）等のリレー、コンデンサ（図８ではリレーやコンデンサ等は省略）、回路基板３１の縁部にネジ留めされたコイル等からなる。

コネクタ部３５は、回路基板３１，３２の縁部にコネクタハウジングがネジ留めして固定されており、Ｌ字状のコネクタ端子が回路基板３１，３２の導電路に接続されている。回路基板３１，３２の前方側の角部には、外部の電線Ｗが接続される端子部３６が形成されている。端子部３６は、合成樹脂製の端子保持部３７に保持されており、端子保持部３７は、回路基板３１，３２の縁部に固定されている。

（放熱部材３８）
放熱部材３８は、アルミニウム合金や銅合金等の熱伝導性が高い金属材料からなり、上面側が平坦で、下面側に多数の放熱フィン３９が並んで配されている。ＦＥＴ３３Ａの熱は、回路部３０を介して放熱部材３８から外部に放熱される。放熱部材３８の周縁部には、図３，図１１に示すように、保持部材５０に金属のネジ４０でネジ留めするためのネジ孔４１が４か所に形成されている。

（保持部材５０）
保持部材５０は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属材料からなり、例えば、アルミダイキャストで成形され、図１２，図１３に示すように、回路部３０に対向配置される長方形の板状のシールド壁部５１と、シールド壁部５１の周縁部から上方に張り出す角筒状の収容壁５５と、シールド壁部５１の周縁部から下方に収容壁５５よりも低く張り出す角筒状の周壁６４とを備えている。

シールド壁部５１は、回路部３０の全体を覆う大きさの長方形状であって、回路部３０に対して隙間を空けて対向配置されている（図６参照）。これにより、発熱体であるＦＥＴ３３Ａとシールド壁部５１との間には断熱層４２（空気層）が形成されている。

シールド壁部５１の上面には、蓄電モジュール１１のボス部１９及び係止片２２からなる凸部が嵌め入れられて蓄電モジュール１１を位置決めするための位置決め部５２がボス部１９及び係止片２２の形状に応じた形状の凹部として形成されている。位置決め部５２のうち、ボス部１９が嵌まる位置決め部５２Ａには、ネジ２９の軸部を通す円形状の通し孔５３が貫通形成されている。図３に示すように、位置決め部５２Ａに嵌め入れられたボス部１９がネジ２９でネジ留めされた状態では、ネジ２９の頭部の底面は、放熱部材３８の上面の逃げ凹部３８Ａ内に配される。

収容壁５５は、蓄電モジュール１１を包囲するように蓄電モジュール１１の高さに応じた一定の高さで角筒状に配され、図１２〜図１４に示すように、収容壁５５の前壁と後壁には、蓄電モジュール１１の露出孔１８に連なる長方形状の連通孔５７が複数貫通形成されている。収容壁５５の前壁における連通孔５７の両側には、上下方向に延びるリブ５８が突設されている。収容壁５５の上端部は、収容壁５５の内側に蓄電モジュール１１を挿通可能な大きさの開口部５４とされている。

収容壁５５の内側の角部の位置には、金属製の押さえ板２８（図８参照）をネジ２３でネジ留めするための４つの留め部５９が形成されている。押さえ板２８は、蓄電素子１２の膨張を押さえるものであり、シールド壁部５１と押さえ板２８との間に蓄電モジュール１１が挟まれて蓄電モジュール１１が上下方向に位置決めされる。左右の収容壁５５の外面には、カバー６８を係止する係止部６０が突設されている。収容壁５５の前方側の両端部には、収容壁５５が分断されて端子部３６が導出可能とされた端子導出部７４が形成されている。収容壁５５の後方側の両端部には、角部を内側に窪ませた窪み部６２が形成されている。

周壁６４は、回路部３０の周りを全周に亘って包囲するように配され、放熱部材３８の上面との間を隙間なく塞ぐことができる高さで形成されている。左右の周壁６４の外面には、車両のグランド電位の被取付部に取付けられる取付部７５を金属のネジ８０でネジ留めするための複数のネジ孔６１と、取付部７５を位置決めするための位置決め凸部６７とが形成されている。周壁６４の底面には、図３に示すように、放熱部材３８をネジ４０でネジ留めするためのネジ孔からなる留め部６６が形成されている。留め部６６がネジ留めされることで放熱部材３８と周壁６４が電気的に接続される。周壁６４の前面には、図１４に示すように、コネクタ部３５の位置に応じてコネクタ部３５の上半分の外周をほぼ隙間なく嵌めることができる切欠部６５が形成されている。

（カバー６８）
カバー６８は、絶縁性の合成樹脂製であって、図８に示すように、長方形の板状の板状部６９と、保持部材５０に係止される被係止部７１と、端子導出部７４に嵌め入れられる嵌入部７３と、を備えている。板状部６９には、前後に並んだスリット７０が板状部６９を貫通している。

被係止部７１は、板状部６９の両側縁から下方に突出しており、保持部材５０の係止部６０が孔縁に係止する複数の長方形状の係止孔７２が貫通形成されている。嵌入部７３は、角部側を凹ませてＬ字状に下方に延びている。

取付部７５は、Ｌ字状の金属からなり、保持部材５０の外面に固定される保持部材側固定部７６と、保持部材側固定部７６と直交する方向に板状に延びて外部に固定される外部固定部７９とを備えている。保持部材側固定部７６は、ネジ８０の軸部が通る通し孔７７と周壁６４の外面の位置決め凸部６７が嵌め入れられる位置決め孔７８とが貫通形成されている。保持部材側固定部７６は、周壁６４の外面にネジ８０でネジ留めして固定されることで周壁６４と電気的に接続される。外部固定部７９は、車両のスタッドボルト等が挿通される挿通孔７９Ａが貫通形成されている。

本実施形態の作用、効果について説明する。
実施形態によれば、蓄電ユニット１０は、保持部材５０が蓄電素子１２を保持するとともに、保持部材５０のシールド壁部５１が回路部３０と蓄電素子１２との間に備えられているため、回路部３０から生じるノイズや外部からのノイズをシールド壁部５１でシールドすることができる。よって、回路部３０のノイズによる影響を抑えて回路部３０と蓄電素子１２とを纏めることが可能となる。また、回路部３０の全体を導電性のケースに収容しなくても、回路部３０から生じるノイズをシールドすることができるため、蓄電ユニット１０の構成を簡素化することが可能になる。

また、回路部３０の熱を放熱する導電性の放熱部材３８を備え、放熱部材３８は、回路部３０に対して蓄電素子１２側とは反対側に配置され、保持部材５０は、導電性を有し、放熱部材３８と保持部材５０とがネジ４０でネジ留めされて電気的に接続されている。
このようにすれば、導電性の保持部材５０と導電性の放熱部材３８とが電気的に接続されるため、回路部３０のシールド壁部５１とは反対側の面を放熱部材３８でシールドすることができる。

さらに、シールド壁部５１に蓄電モジュール１１（蓄電素子１２）が載置されている。
このようにすれば、回路部３０をシールドするためのシールド壁部５１を蓄電モジュール１１を載置するための部材として用いることができる。

また、シールド壁部５１は、蓄電モジュール１１（蓄電素子１２）を位置決めする位置決め部５２を備えている。
このようにすれば、シールド壁部５１を蓄電モジュール１１の位置決めに利用することができる。

さらに、外部のグランドに取り付けられる導電性の取付部７５を備え、取付部７５がネジ８０でネジ留めして固定される。
このようにすれば、取付部７５を外部のグランドに取り付ければ、シールド壁部５１をグランドに電気的に接続することができる。

また、発熱体としてのＦＥＴ３３Ａ（電子部品）とシールド壁部５１との間には、断熱層５２が形成されている。
回路部３０の下に蓄電素子１２を配置する場合には、回路部３０の熱が蓄電素子１２に伝わりやすい。ここで、蓄電素子１２は、電池に代えて、キャパシタを用いることも可能であるが、キャパシタは、熱により劣化が促進されるという問題がある。そのため、仮に回路部３０の下にキャパシタ（蓄電素子）を配置した場合には、回路部３０の熱がキャパシタに伝わりやすいため、キャパシタの劣化が促進されるという問題がある。この場合、回路部３０と回路部３０の下のキャパシタとの間に間隔を空けて、ＦＥＴ３３Ａの熱がキャパシタに伝わりにくくすることも考えられるが、この場合は間隔を空ける分だけ蓄電ユニットが大型化するという問題がある。これに対して、本実施形態によれば、回路部３０と蓄電素子１２との間に形成されたシールド壁部５１とＦＥＴ３３Ａとの間に断熱層４２が形成されている。そのため、ＦＥＴ３３Ａから断熱層４２，シールド壁部５１，蓄電素子ケース１６を介して蓄電素子１２に熱が伝達されることになり、ＦＥＴ３３Ａの熱が蓄電素子１２に伝わりにくい。したがって、ＦＥＴ３３Ａの熱による蓄電素子１２の劣化を抑制して蓄電素子１２を保護できるとともに、シールド壁部５１とＦＥＴ３３Ａとの間のスペースを断熱層４２として有効に利用することで蓄電ユニット１０をコンパクト化することができる。

さらに、保持部材５０は、蓄電モジュール１１（蓄電素子１２）を包囲する収容壁５５と、蓄電モジュール１１を収容壁５５内に挿入可能な開口部５４と、を備え、開口部５４を閉鎖する樹脂製のカバー６８を備えている。
このようにすれば、シールド機能が不要な部分については、樹脂性のカバー６８で覆うことで、蓄電素子を保護しつつ、製造コストを低減することができる。

また、保持部材５０は、回路部３０の周りに配され、放熱部材３８に当接する導電性の周壁６４を備えている。
このようにすれば、周壁６４によって回路部３０の周りをシールドすることができるとともに、周壁６４が放熱部材３８に当接することで蓄電素子１２の重みを周壁６４で支えることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）シールド壁部５１は、金属製としたが、金属製に限られず、導電性を有していればよい。例えば、シールド壁部５１を導電性樹脂で形成したり、絶縁性の板材に金属のメッキを施して回路部３０のノイズをシールドするようにしてもよい。
（２）回路部３０は、２枚の回路基板３１,３２としたが、回路基板３１,３２を統合して１枚の回路基板としてもよい。

（３）上記実施形態では、保持部材５０は、全体が金属製であったが、全体が金属製でなくてもよく、少なくともシールド壁部５１が導電性を有していればよい。
（４）カバー６８は、絶縁性の合成樹脂製としたが、導電性（金属製）としてもよい。

（５）蓄電素子１２は、電池としたが、これに限られず、キャパシタとしてもよい。
（６）保持部材５０は、収容壁５５や周壁６４を備えていなくてもよい。

（７）蓄電ユニット１０を車両等に搭載する際の向きは、上記実施形態の向きに限られず、種々の向きで配置することができる。例えば、図４の左右方向が上下方向（Ｘ方向が上方又は下方）となるように配置してもよい。

（８）保持部材５０の蓄電モジュール（蓄電素子１２）の保持は、上記構成に限られない。例えば、保持部材に係止爪を設け、この係止爪が蓄電モジュール（蓄電素子１２）を係止することで蓄電モジュール（蓄電素子１２）を保持部材の所定の位置に保持するようにしてもよい。
（９）蓄電素子１２の数は、上記実施形態の数に限られない。
（１０）断熱層４２は、空気層としたが、これに限られず、例えば樹脂層等であってもよい。

１０： 蓄電ユニット
１１： 蓄電モジュール
１２： 蓄電素子
１９： ボス部
２２： 係止片
２３，２９，３４，４０，８０： ネジ
３０： 回路部
３３： 電子部品
３８： 放熱部材
４２： 断熱層
５０： 保持部材
５１： シールド壁部
５２Ａ（５２）： 位置決め部
５４： 開口部
５５： 収容壁
５７： 連通孔
６４： 周壁
６８： カバー
７５： 取付部

Claims (3)

1. 電子部品が実装された回路部と、
   蓄電素子と、
   前記蓄電素子を前記回路部の上方において保持する保持部材と、
   前記回路部の熱を放熱する、導電性の放熱部材であって、前記回路
   部に対して前記蓄電素子側とは反対側に配置され、前記保持部材と電
   気的に接続されている放熱部材と、を備え、
   前記保持部材は、金属材料から一体形成された、
   前記回路部と前記蓄電素子との間に、前記回路部から発生するノイズをシールドする導電性のシールド壁部と、
   前記シールド壁部の周縁部から上方に張り出す角筒状の収容壁と、
   前記シールド壁部の周縁部から下方に前記収容壁よりも低く張り出す角筒状の周壁と、を含み、
   前記周壁は、回路部の周りを全周に亘って包囲するように配され、放熱部材と電気的に接続されている、蓄電ユニット。
2. 前記シールド壁部に前記蓄電素子が載置されている請求項１に記載の蓄電ユニット。
3. 発熱体としての前記電子部品と前記シールド壁部との間には、断熱層が形成されている請求項１または請求項２に記載の蓄電ユニット。

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