WO2016060123A1 - サービスプラグ - Google Patents

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terminal
plug
bus bar
heat pipe
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博照 加藤
木村　修
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矢崎総業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a service plug.
  • one of the conventional service plugs (hereinafter referred to as “conventional plug”) is configured so as to be able to be inserted into and removed from a plug receiving unit disposed on the power supply path, and the service plug is removed from the plug receiving unit.
  • the built-in interlock switch is switched from on to off, and a signal (off signal) indicating this switching is transmitted to the interlock control unit.
  • the interlock control unit opens a relay provided on the power supply path.
  • route is interrupted
  • the conventional plug and the relay are separate, and a switch and a signal line for detecting that the conventional plug has been removed from the plug receiving portion are required. As a result, the number of parts increases. Further, in the above system, since a mechanical relay is used as a relay, as the electric power transmitted through the power supply path is increased, the relay is also increased in size and the entire system is increased in size.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a service plug capable of suppressing an increase in the number of parts in a system to which the service plug is applied and suppressing an increase in the size of the entire system. Is to provide
  • a service plug according to the present invention is characterized by the following (1) to (5).
  • a service plug configured to be insertable / removable with respect to a plug receiving portion arranged on a power supply path connecting a battery and a load, A first terminal connected to a battery-side power path in a state of being inserted into the plug receiving portion; A second terminal connected to a power path on the load side in a state of being inserted into the plug receiving portion; A semiconductor element disposed between the first terminal and the second terminal and controlled to be turned on / off, thereby blocking or allowing conduction between the first terminal and the second terminal; Service plug with (2) The service plug according to (1) above, A service plug further comprising a control circuit for controlling on / off of the semiconductor element.
  • the service plug having the above configuration (1) since it includes a semiconductor element that cuts off or permits conduction between the first terminal and the second terminal by being turned on / off, the service plug is applied to a system to which a conventional plug is applied.
  • This semiconductor element can be used instead of the relay used. Therefore, since the relay as a separate member can be eliminated, an increase in the size of the system is suppressed. Further, since the semiconductor element is integrated with the service plug, there is no need to transmit a signal for turning off the semiconductor element from the outside of the service plug when the service plug is removed from the plug receiving portion. A line etc. becomes unnecessary.
  • the service plug of this configuration can suppress an increase in the number of parts in a system to which the service plug is applied and can suppress an increase in the size of the entire system.
  • the control circuit for controlling on / off of the semiconductor element since the control circuit for controlling on / off of the semiconductor element is built in the service plug, for example, if a signal from a sensor for measuring the battery voltage is received by the control circuit
  • the semiconductor element can be changed from on to off when the battery voltage is abnormal, without requiring an external instruction signal.
  • the service plug itself can be provided with a function of suppressing the occurrence of inrush current. More specifically, if the service plug is provided with functions of a precharge relay and a precharge resistor to suppress the occurrence of an inrush current, it is possible to contribute to the miniaturization of the system by the integration of these functions.
  • one of the conventional heat dissipation structures (hereinafter referred to as “conventional heat dissipation structure”) has a pair of heat pipes arranged so as to sandwich the front and back surfaces of the semiconductor element, and is connected to each of the pair of heat pipes. It has an electrode. Further, an insulating plate is sandwiched between the pair of heat pipes. The pair of heat pipes and the insulating plate are positioned by protrusions or holes formed in each of them (see, for example, Patent Document 2).
  • the heat dissipation structure becomes complicated as a whole due to the protrusions or holes for positioning.
  • the service plug having the configuration of (3) above, by directly connecting the heat pipe and the first electrode of the semiconductor element, the heat generated in the semiconductor element can be easily released to the heat pipe, Thus, an electrical connection between the external bus bar and the first electrode can be made. Furthermore, by resin-sealing with the mold part, the heat pipe and the semiconductor element are integrated, and the insulating plate and the heat conducting member for fixing the relative positions of each other can be omitted. Therefore, compared with the conventional heat dissipation structure, a high heat dissipation effect can be obtained with a simple structure. Thereby, the enlargement of the system to which the service plug is applied can be suppressed.
  • the heat pipe and the bus bar can be easily insulated while the first bus bar, the second bus bar and the heat pipe are integrated.
  • the heat of the semiconductor element can be transmitted to the radiator via the heat pipe. Thereby, the heat dissipation of the semiconductor element can be performed efficiently.
  • a service plug capable of suppressing an increase in the number of parts in a system to which the service plug is applied and suppressing an increase in the size of the entire system.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a used part and a schematic configuration of a service plug according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a mechanical configuration of the service plug shown in FIG. 3 is a perspective view showing the internal configuration of the service plug shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an internal configuration of the semiconductor circuit breaker shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a heat dissipation structure for a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing the heat dissipation structure of the semiconductor element shown in FIG.
  • FIG. 7 is a front view schematically showing a heat dissipation structure of the semiconductor element shown in FIG.
  • service plug 1 The service plug (hereinafter referred to as “service plug 1”) according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • a service plug 1 is a power source that connects a battery (a high-voltage battery for traveling) B and a load (a high-voltage load to which a high voltage is input from the battery B such as an inverter and a converter) L.
  • a battery a high-voltage battery for traveling
  • a load a high-voltage load to which a high voltage is input from the battery B such as an inverter and a converter
  • L high-voltage load to which a high voltage is input from the battery B such as an inverter and a converter
  • the service plug 1 includes a first terminal T ⁇ b> 1, a second terminal T ⁇ b> 2, and a semiconductor circuit breaker S incorporating a semiconductor element so as to be accommodated in a housing H.
  • the first terminal T1 is connected to the electric wire W1 serving as the power supply path R1 on the battery B side in the state where the service plug 1 is inserted into the plug receiving portion C.
  • the second terminal T2 is connected to the electric wire W2 serving as the power supply path R2 on the load L side in a state where the service plug 1 is inserted into the plug receiving portion C.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 are so-called male terminals.
  • the plug receiving part C is formed with female terminals (not shown) connected to the electric wires W1, W2.
  • the service plug 1 has a lever operation portion O that assists in inserting and removing the service plug 1 with respect to the plug receiving portion C. By operating this lever operation portion O, the operator can easily insert and remove the service plug 1.
  • the service plug 1 includes a semiconductor circuit breaker S between the first terminal T1 and the second terminal T2.
  • the semiconductor circuit breaker S includes a power device (semiconductor element) S ⁇ b> 1 that cuts off or permits conduction between the first terminal T ⁇ b> 1 and the second terminal T ⁇ b> 2 by being on / off controlled.
  • the power device S1 is a MOSFET made of a material such as Si, SiC, and GaN, which is mounted on the bus bar (drain electrode bus bar S4) via a die bond material.
  • the power device S1 has a configuration in which the gate electrode is connected to the gate wire S2, the source electrode is connected to the source wire S3, and the drain electrode is connected to the drain electrode bus bar S4.
  • a gate electrode bus bar S5 is provided at the end of the gate wire S2 opposite to the gate electrode, and a source electrode bus bar S6 is provided at the end of the source wire S3 opposite to the source electrode. .
  • the drain electrode bus bar S4 is connected to the first terminal T1, and the gate electrode bus bar S5 is connected to the second terminal T2. It is preferable that the drain electrode bus bar S4 and the first terminal T1 are not separate but integrated. That is, it is preferable that the drain electrode bus bar S4 extends to the outside of the semiconductor circuit breaker S to form the first terminal T1. Similarly, it is preferable that the gate electrode bus bar S5 and the second terminal T2 are not separate, and the gate electrode bus bar S5 extends to the outside of the semiconductor circuit breaker S to form the second terminal T2.
  • the gate electrode bus bar S5 is provided with a gate control circuit (control circuit) S7 for outputting a signal for controlling on / off of the power device S1.
  • the gate control circuit S7 has a function of suppressing inrush current by repeating the on / off operation.
  • the gate control circuit S7 may be connected to an external power supply ECU (not shown), for example. In this case, the gate control circuit S7 can receive a signal indicating the battery voltage transmitted from the power supply ECU, and can output a signal for turning off the power device S1 when the battery voltage is abnormal.
  • the service plug 1 has a power device S1 instead of the mechanical relay used by the conventional plug. Therefore, the enlargement of the entire system shown in FIG. 1 is suppressed as compared with the case where a mechanical relay is used.
  • the service plug 1 is removed from the plug receiving part C at the time of maintenance of the load L, for example. Since the service plug 1 is integrated with the power device S1, there is no need to receive a signal for turning off the power device S1 from the outside even when the service plug 1 is removed from the plug receiving portion C, and a switch, a signal line, etc. Is no longer necessary.
  • the gate control circuit S7 has a function of suppressing the inrush current, functions such as a precharge relay and a precharge resistor can be integrated into the service plug 1, and the system to which the service plug 1 is applied is further downsized. Will contribute.
  • the gate control circuit S7 when the gate control circuit S7 is connected to a power supply ECU that measures the battery voltage, the power device S1 can be changed from on to off when the battery voltage is abnormal. Therefore, the protection function at the time of abnormal voltage is not impaired.
  • semiconductor circuit breaker 10 semiconductor circuit breaker 10
  • the semiconductor circuit breaker 10 is, for example, a MOSFET, and has a drain electrode as a first electrode on the back surface and a source electrode as a second electrode on the surface.
  • the heat dissipation structure 2 of the semiconductor circuit breaker 10 includes a heat pipe 20, a first bus bar 30, a second bus bar 40, a mold part 60, and a radiator 70.
  • the heat pipe 20 is a long metal member and has thermal conductivity and electrical conductivity.
  • the semiconductor circuit breaker 10 is disposed at one end 20 a of the heat pipe 20.
  • the semiconductor circuit breaker 10 is fixed on an adhesive (die bond material) such as a silver paste applied to the heat pipe 20, for example.
  • the semiconductor circuit breaker 10 is disposed so as to be in surface contact with the heat pipe 20.
  • the back surface of the semiconductor circuit breaker 10 and the heat pipe 20 are thermally connected. More specifically, the drain electrode formed on the back surface of the semiconductor circuit breaker 10 and the heat pipe 20 are electrically connected.
  • the first bus bar 30 is a metal plate.
  • the first bus bar 30 is formed, for example, in a substantially rectangular shape, and an opening 31 for terminal connection is formed at the tip thereof.
  • the first bus bar 30 is provided on the other end 20b side of the heat pipe 20, and for example, the first bus bar 30 and the heat pipe 20 are arranged in a straight line.
  • the base end portion of the first bus bar 30 is connected to the heat pipe 20 by a technique such as welding.
  • a connection method between the first bus bar 30 and the heat pipe 20 a connection method other than welding (for example, bolt fastening and connector connection) may be used.
  • the first bus bar 30 may be integrally formed with the heat pipe 20.
  • the second bus bar 40 is a metal plate material.
  • the second bus bar 40 is formed in, for example, a substantially rectangular shape, and an opening 41 for terminal connection is formed at the tip thereof.
  • the second bus bar 40 is provided on the side opposite to the first bus bar 30 (that is, the one end 20a side of the heat pipe 20).
  • the second bus bar 40 and the heat pipe 20 are linearly arranged. Are arranged as follows.
  • the second bus bar 40 and the heat pipe 20 are isolated so as to be spaced apart from each other.
  • a metal wire 50 such as aluminum is connected to the base end of the second bus bar 40.
  • the other end of the wire 50 is connected to a source electrode provided on the surface of the semiconductor circuit breaker 10. That is, the second bus bar 40 and the source electrode of the semiconductor circuit breaker 10 are electrically connected through the wire 50.
  • the connection between the second bus bar 40 and the semiconductor circuit breaker 10 may be performed using a connection member such as a connector in addition to the wire 50.
  • the mold part 60 is resin-sealed in a predetermined range including one end part 20a of the heat pipe 20, the wire 50, and the base end part of the second bus bar 40.
  • the mold 60 covers the periphery of the semiconductor circuit breaker 10 including the heat pipe 20, the periphery of the wire 50, and the periphery of the connection portion to which the wire 50 is connected in the second bus bar 40.
  • the heat radiator 70 is connected to the heat pipe 20 and dissipates heat transmitted through the heat pipe 20 to the outside.
  • the radiator 70 for example, a radiation fin in which a plurality of plate-like fins are arranged in parallel can be used.
  • the radiator 70 is connected to the back side of the heat pipe 20.
  • the radiator 70 is arranged in a position closer to the other end 20b than to one end 20a in the longitudinal direction of the heat pipe 20.
  • the body of the vehicle can be used as the radiator 70 by connecting the heat pipe 20 to the body of the vehicle.
  • the heat pipe 20 is prepared, and the semiconductor circuit breaker 10 is connected to one end 20a thereof.
  • the connection of the semiconductor circuit breaker 10 to the heat pipe 20 is performed by die bonding, for example.
  • the drain electrode formed on one surface of the semiconductor circuit breaker 10 is processed so as to face the heat pipe 20 and come into surface contact.
  • the first bus bar 30 is connected to the other end 20b of the heat pipe 20 by welding, for example.
  • the source electrode formed on the surface of the semiconductor circuit breaker 10 and the second bus bar 40 are connected by the wire 50.
  • the wire 50 and the source electrode and the second bus bar 40 can be connected by, for example, soldering.
  • the mold part 60 for resin sealing is formed so as to include one end part 20a of the heat pipe 20, the wire 50, and the base end part of the second bus bar 40.
  • the radiator 70 is connected to the heat pipe 20.
  • the radiator 70 is connected to the back surface of the heat pipe 20 (that is, the surface opposite to the surface to which the semiconductor circuit breaker 10 is connected).
  • the semiconductor breaker 10 including the heat dissipation structure 2 can be manufactured through the above steps. Note that the second step and the fifth step are not limited to the order described above, and can be performed at an arbitrary timing.
  • the heat dissipation structure 2 of the semiconductor circuit breaker 10 includes the metal heat pipe 20 in contact with the first electrode formed on one surface of the semiconductor circuit breaker 10, and the heat And a mold part 60 for resin-sealing the periphery of the semiconductor circuit breaker 10 including the pipe 20.
  • the drain electrode of the semiconductor circuit breaker 10 by directly connecting the drain electrode of the semiconductor circuit breaker 10 to the heat pipe 20, heat generated in the semiconductor circuit breaker 10 can be released to the outside of the semiconductor circuit breaker 10 through the heat pipe 20. Electrical connection with the drain electrode can be made through the heat pipe 20. Furthermore, the heat pipe 20 and the semiconductor circuit breaker 10 are integrated by the mold part 60. Therefore, since an insulating plate and a heat conductive member can be omitted, a high heat dissipation effect can be obtained with a simple structure.
  • the heat dissipation structure 2 can be realized with a simple configuration.
  • the heat dissipation structure 2 having the above configuration has only one semiconductor circuit breaker 10. However, if the size of the mold part 60 is changed, the heat dissipation structure 2 can also include a plurality of semiconductor circuit breakers 10. In other words, it is possible to increase or decrease the number of semiconductor circuit breakers 10 according to the design. For this reason, the thermal radiation structure 2 can respond to various design specifications.
  • the first bus bar 30 and the drain electrode of the semiconductor circuit breaker 10 can be electrically connected via the heat pipe 20.
  • the second bus bar 40 and the source electrode of the semiconductor circuit breaker 10 can be electrically connected via the wire 50. Furthermore, it is possible to easily insulate the heat pipe 20 and the wire 50 while integrating the second bus bar 40 and the semiconductor circuit breaker 10 (heat pipe 20). Therefore, the heat dissipation structure 2 can be realized with a simple configuration.
  • the heat of the semiconductor circuit breaker 10 can be transmitted to the radiator 70 by the heat pipe 20. Thereby, heat dissipation of the semiconductor circuit breaker 10 can be performed efficiently.
  • the service plug 1 has a male terminal, and the plug receiving portion C has a female terminal.
  • the service plug 1 may have a female terminal, and the plug receiving part C may have a male terminal.
  • the service plug 1 has electric wires W1 and W2 as power supply paths R1 and R2 from the plug receiver C.
  • the service plug 1 is not limited to the electric wires W1 and W2, and may be connected to the bus bar.
  • the service plug 1 has a MOSFET as the power device S1.
  • the service plug 1 may include other semiconductor elements that can be turned on and off, such as transistors.
  • the semiconductor circuit breaker S includes a source wire S3 extending from the source electrode to the source electrode bus bar S6.
  • the semiconductor circuit breaker S may not require the source wire S3 by directly connecting the source electrode bus bar S6 to the source electrode.
  • the service plug 1 may include a fuse in series with the semiconductor circuit breaker S, and has a ceramic substrate or the like on which a predetermined circuit is formed instead of each bus bar S4 to S6. Also good.
  • a service plug (1) configured to be insertable / removable with respect to a plug receiving portion (C) disposed on a power supply path (R) connecting a battery (B) and a load (L), A first terminal (T1) connected to the battery-side power supply path (W1) in a state of being inserted into the plug receiving portion; A second terminal (T2) connected to the load-side power supply path (W2) in a state of being inserted into the plug receiving portion; Conductivity between the first terminal (T1) and the second terminal (T2) is disposed between the first terminal (T1) and the second terminal (T2) and is controlled on and off.
  • the present invention it is possible to suppress an increase in the number of parts in a system to which a service plug is applied and to suppress an increase in the size of the entire system.
  • the present invention that exhibits this effect is useful for service plugs.

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Abstract

　サービスプラグ（１）は、バッテリと負荷とを繋ぐ電源経路上に配置されたプラグ受部（Ｃ）に対して挿抜可能に構成され、バッテリ側の電源経路（Ｗ１）に接続される第１端子（Ｔ１）と、負荷側の電源経路（Ｗ２）に接続される第２端子（Ｔ２）と、第１端子と第２端子との間に配置されると共にオンオフ制御されることによって第１端子と第２端子との間の導通を遮断又は許可する半導体素子（Ｓ１）と、を備える。

Description

サービスプラグ
　本発明は、サービスプラグに関する。
　従来から、バッテリ（高電圧蓄電池）と負荷（高電圧機器）とを繋ぐ電源経路を開閉する（導通を許可または遮断する）ためのサービスプラグが提案されている。
　例えば、従来のサービスプラグの一つ（以下「従来プラグ」という。）は、電源経路上に配置されたプラグ受部に対して挿抜可能に構成されており、プラグ受部からサービスプラグが抜かれた場合、内蔵されたインターロック用スイッチをオンからオフに切り替えると共に、この切り替えを表す信号（オフ信号）をインターロック制御部に送信する。インターロック制御部は、サービスプラグから上記信号を受信すると、電源経路上に設けられたリレーを開放する。これにより、電源経路における導通が遮断され、サービスプラグをプラグ受部から安全に抜くことができる（例えば、特許文献１を参照。）。
日本国特開２０１３－１４３８０６号公報 日本国特開２０１２－４３９１５号公報
　従来プラグが適用された上記システムでは、従来プラグがプラグ受部から抜かれた場合にリレーを開放するための信号がインターロック制御部に送信され、インターロック制御部がリレーを開放するようになっている。
　しかし、上記システムでは、従来プラグとリレーとが別体であり、且つ、従来プラグがプラグ受部から抜かれたことを検出するスイッチ及び信号線等が必要となる。そのため、部品点数が多くなってしまう。更に、上記システムでは、リレーとして機械式リレーを使用しているため、電源経路を介して伝達される電力が大きくなるにつれて、リレーも大型化し、システム全体が大型化することになる。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サービスプラグを適用したシステムにおける部品点数の増加を抑えると共にシステム全体の大型化を抑制することが可能なサービスプラグ、を提供することにある
　前述した目的を達成するために、本発明に係るサービスプラグは、下記（１）～（５）を特徴としている。
（１）
　バッテリと負荷とを繋ぐ電源経路上に配置されたプラグ受部に対して挿抜可能に構成されたサービスプラグであって、
　前記プラグ受部に対して挿入された状態において、バッテリ側の電源経路に接続される第１端子と、
　前記プラグ受部に対して挿入された状態において、負荷側の電源経路に接続される第２端子と、
　前記第１端子と前記第２端子との間に配置されると共にオンオフ制御されることによって前記第１と前記第２端子との間の導通を遮断又は許可する半導体素子と、
　を備えたサービスプラグであること。
（２）
　上記（１）に記載のサービスプラグであって、
　前記半導体素子をオンオフ制御する制御回路を更に備える
　サービスプラグであること。
（３）
　上記（１）又は上記（２）に記載のサービスプラグであって、
　前記半導体素子の放熱構造として、前記半導体素子の一方の面に形成される第１電極に接触配置される金属製のヒートパイプと、前記ヒートパイプを含む前記半導体素子の周囲を樹脂封止するモールド部と、を有する、
　サービスプラグであること。
（４）
　上記（３）に記載のサービスプラグであって、
　前記ヒートパイプに接続されて前記第１電極と電気的に接続される第１バスバと、
　前記半導体素子の他方の面に形成される第２電極と接続部材を介して電気的に接続される第２バスバと、を更に有し、
　前記モールド部が、
　前記接続部材の周囲、及び、前記第２バスバと前記接続部材と接続領域の周囲を更に樹脂封止する、
　サービスプラグであること。
（５）
　上記（３）又は上記（４）に記載のサービスプラグであって、
　前記ヒートパイプに接続される放熱器を更に有する、
　サービスプラグであること。
　上記（１）の構成のサービスプラグによれば、オンオフ制御されることによって第１端子と第２端子との間の導通を遮断又は許可する半導体素子を備えるため、従来プラグが適用されたシステムにて用いられているリレーに代え、この半導体素子を用いることができる。そのため、別部材としてのリレーを排除できるため、システムの大型化が抑制される。更に、サービスプラグと一体化された半導体素子を有するため、サービスプラグがプラグ受部から抜かれた場合にサービスプラグの外部から半導体素子をオフするための信号を送信等する必要が無く、スイッチ及び信号線等が不要となる。
　したがって、本構成のサービスプラグは、サービスプラグを適用したシステムにおける部品点数の増加を抑えると共にシステム全体の大型化を抑制することができる。
　上記（２）の構成のサービスプラグによれば、半導体素子をオンオフ制御する制御回路をサービスプラグに内蔵しているため、例えば、バッテリ電圧を計測するセンサからの信号を制御回路にて受信すれば、外部からの指示信号を要することなく、バッテリ電圧の異常時に半導体素子をオンからオフに変更できる。更に、突入電流の発生を抑制する機能をサービスプラグそのものに持たせることもできる。より具体的には、プリチャージリレー及びプリチャージ抵抗の機能をサービスプラグに持たせて突入電流の発生を抑制すれば、それら機能を統合させた分だけ、システムの小型化に貢献できることになる。
　ところで、サービスプラグに半導体素子を内蔵させるにあたり、半導体素子の使用時に発生する熱を出来る限り効率的に放熱することが好ましい。
　例えば、従来の放熱構造の一つ（以下「従来放熱構造」という。）は、半導体素子の表裏面を挟むように配置された一対のヒートパイプを有し、一対のヒートパイプの各々に接続された電極を有している。更に、一対のヒートパイプの間には絶縁板が挟まれている。一対のヒートパイプと絶縁板とは、各々に形成された突起又は穴により位置決めされるようになっている（例えば、特許文献２を参照。）。しかし、従来放熱構造によれば、位置決めのための突起又は穴に起因し、放熱構造が全体として複雑化する。
　上記（３）の構成のサービスプラグによれば、ヒートパイプと半導体素子の第１電極とを直接接続することにより、半導体素子において発生した熱をヒートパイプに容易に放出できると共に、ヒートパイプを介して外部のバスバ等と第１電極との電気的な接続を行うことができる。更に、モールド部により樹脂封止することにより、ヒートパイプと半導体素子との一体化が図られ、互いの相対位置を固定するための絶縁板及び熱伝導部材等を省略できる。したがって、従来放熱構造に比べ、簡素な構造で高い放熱効果を得ることができる。これにより、サービスプラグを適用したシステムの大型化を抑制することもできる。
　上記（４）の構成のサービスプラグによれば、第１バスバ、第２バスバ及びヒートパイプの一体化を図りつつ、ヒートパイプとバスバとの絶縁を容易に行うことができる。
　上記（５）の構成のサービスプラグによれば、半導体素子の熱をヒートパイプを介して放熱器に伝えることができる。これにより、半導体素子の放熱を効率よく行うことができる。
　本発明によれば、サービスプラグを適用したシステムにおける部品点数の増加を抑えると共にシステム全体の大型化を抑制することが可能なサービスプラグを提供できる。
　以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
図１は、本発明の第１実施形態に係るサービスプラグの使用箇所及び概略構成を示す回路図である。 図２は、図１に示すサービスプラグの機械的構成を示す斜視図である。 図３は、図２に示すサービスプラグの内部構成を示す透視斜視図である。 図４は、図３に示す半導体遮断器の内部構成を示す斜視図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る半導体素子の放熱構造を模式的に示す斜視図である。 図６は、図５に示す半導体素子の放熱構造を模式的に示す平面図である。 図７は、図５に示す半導体素子の放熱構造を模式的に示す正面図である。
＜第１実施形態＞
　以下、本発明の第１実施形態に係るサービスプラグ（以下「サービスプラグ１」という。）について、図面を参照しながら説明する。
　図１に示すように、サービスプラグ１は、バッテリ（走行用の高電圧蓄電池）Ｂと、負荷（インバータ及びコンバータ等のバッテリＢから高電圧が入力される高電圧負荷）Ｌと、を繋ぐ電源経路Ｒ上に設けられる。より具体的には、図２に示すように、サービスプラグ１は、プラグ受部Ｃに対して挿抜可能に構成されている。プラグ受部Ｃは、バッテリＢ側への電源経路Ｒ１を構成する電線Ｗ１と、負荷Ｌ側への電源経路を構成する電線Ｗ２と、を有している。
　図３に示すように、サービスプラグ１は、第１端子Ｔ１と、第２端子Ｔ２と、半導体素子を内蔵した半導体遮断器Ｓとを、ハウジングＨの内部に収容するように備えている。第１端子Ｔ１は、サービスプラグ１がプラグ受部Ｃに対して挿入された状態において、バッテリＢ側の電源経路Ｒ１となる電線Ｗ１に接続される。第２端子Ｔ２は、サービスプラグ１がプラグ受部Ｃに対して挿入された状態において、負荷Ｌ側の電源経路Ｒ２となる電線Ｗ２に接続される。
　より詳細に述べると、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２は、いわゆる雄端子である。一方、プラグ受部Ｃには電線Ｗ１，Ｗ２につながる雌端子（図示省略）が形成されている。サービスプラグ１がプラグ受部Ｃに挿入された場合、これら雄端子と雌端子とが電気的に接続された状態となる。
　なお、図２及び図３に示すように、サービスプラグ１は、サービスプラグ１のプラグ受部Ｃに対する挿抜を補助するレバー操作部Ｏを有している。このレバー操作部Ｏを操作することにより、作業者は容易にサービスプラグ１を挿抜できる。
　更に、サービスプラグ１は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に半導体遮断器Ｓを備えている。図４に示すように、半導体遮断器Ｓは、オンオフ制御されることによって第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の導通を遮断又は許可するパワーデバイス（半導体素子）Ｓ１を備えている。
　より具体的には、パワーデバイスＳ１は、バスバ（ドレイン電極バスバＳ４）にダイボンド材を介して搭載された、Ｓｉ、ＳｉＣ、及びＧａＮ等の材料からなるＭＯＳＦＥＴである。パワーデバイスＳ１は、そのゲート電極がゲートワイヤＳ２に接続され、そのソース電極がソースワイヤＳ３に接続され、そのドレイン電極がドレイン電極バスバＳ４に接続された構成を有している。なお、ゲートワイヤＳ２のゲート電極と反対側の端部には、ゲート電極バスバＳ５が設けられており、ソースワイヤＳ３のソース電極と反対側の端部にはソース電極バスバＳ６が設けられている。
　ドレイン電極バスバＳ４は第１端子Ｔ１に接続されており、ゲート電極バスバＳ５は第２端子Ｔ２に接続されている。なお、ドレイン電極バスバＳ４と第１端子Ｔ１とは別体でなく一体化されていることが好ましい。即ち、ドレイン電極バスバＳ４が半導体遮断器Ｓの外側にまで延びて第１端子Ｔ１を形成していることが好ましい。同様に、ゲート電極バスバＳ５と第２端子Ｔ２とは別体でなく、ゲート電極バスバＳ５が半導体遮断器Ｓの外側にまで延びて第２端子Ｔ２を形成していることが好ましい。
　ゲート電極バスバＳ５には、パワーデバイスＳ１をオンオフ制御する信号を出力するためのゲート制御回路（制御回路）Ｓ７が設けられている。ゲート制御回路Ｓ７は、オンオフ動作を繰り返すことにより、突入電流を抑制する機能を備えている。更に、ゲート制御回路Ｓ７は、例えば、外部の電源ＥＣＵ（図示省略）に接続されてもよい。この場合、ゲート制御回路Ｓ７は、電源ＥＣＵから送信されたバッテリ電圧を示す信号を受信すると共に、バッテリ電圧が異常である場合にはパワーデバイスＳ１をオフする信号を出力できることとなる。
　次いで、本実施形態に係るサービスプラグ１の作用等を説明する。
　サービスプラグ１は、図１～図４からも明らかなように、従来プラグが採用するような機械式リレーに代えてパワーデバイスＳ１を有している。そのため、図１に示すシステム全体として、機械式リレーを用いた場合に比べ、大型化が抑制されている。
　更に、サービスプラグ１は、例えば、負荷Ｌのメンテナンス時等においてプラグ受部Ｃから抜かれることとなる。サービスプラグ１は、パワーデバイスＳ１と一体化されているため、プラグ受部Ｃから抜かれた場合であってもパワーデバイスＳ１をオフする信号を外部から受信等する必要が無く、スイッチ及び信号線等が不要となる。
　更に、ゲート制御回路Ｓ７に突入電流を抑制する機能を持たせているため、プリチャージリレー及びプリチャージ抵抗といった機能についてもサービスプラグ１に統合でき、サービスプラグ１を適用したシステムの更なる小型化に貢献することとなる。
　更に、ゲート制御回路Ｓ７をバッテリ電圧を計測する電源ＥＣＵに接続した場合、バッテリ電圧の異常時にパワーデバイスＳ１をオンからオフに変更できる。よって、異常電圧時の保護機能が損なわれることがない。
＜第２実施形態＞
　以下、本発明の第２実施形態に係るサービスプラグとして、上述したサービスプラグ１に内蔵された半導体遮断器Ｓに特定の放熱構造２を適用した例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下、第１実施形態の半導体遮断器Ｓとの区別のため、本実施形態（第２実施形態）における半導体遮断器を「半導体遮断器１０」と称呼する。
　図５～図７に示すように、半導体遮断器１０は、例えばＭＯＳＦＥＴであり、裏面に第１電極であるドレイン電極を有し、表面に第２電極であるソース電極を有している。
　半導体遮断器１０の放熱構造２は、ヒートパイプ２０、第１バスバ３０、第２バスバ４０、モールド部６０及び放熱器７０を備えている。
　ヒートパイプ２０は、金属製の長尺部材であり、熱伝導性及び電気伝導性を有している。ヒートパイプ２０の一方の端部２０ａには、半導体遮断器１０が配置されている。半導体遮断器１０は、例えば、ヒートパイプ２０に塗布された銀ペーストなどの接着剤（ダイボンド材）の上に固着されている。半導体遮断器１０は、ヒートパイプ２０と面接触するように配置されている。その結果、半導体遮断器１０の裏面とヒートパイプ２０とが熱的に接続している。より具体的には、半導体遮断器１０の裏面に形成されるドレイン電極とヒートパイプ２０とが電気的に接続している。
　第１バスバ３０は、金属製の板材である。第１バスバ３０は、例えば、略矩形状に形成されており、その先端部には端子接続用の開口３１が形成されている。
　第１バスバ３０は、ヒートパイプ２０の他方の端部２０ｂ側に設けられており、例えば第１バスバ３０とヒートパイプ２０とが直線的に並ぶように配置されている。第１バスバ３０の基端部は、例えば、溶接などの手法によりヒートパイプ２０と接続されている。なお、第１バスバ３０とヒートパイプ２０との接続手法として、溶接以外の接続方法（例えばボルト締結及びコネクタ接続など）が用いられてもよい。第１バスバ３０は、ヒートパイプ２０と一体形成されてもよい。
　第２バスバ４０は、金属製の板材である。この第２バスバ４０は、例えば略矩形状に形成されており、その先端部には端子接続用の開口４１が形成されている。
　第２バスバ４０は、第１バスバ３０とは反対側（即ち、ヒートパイプ２０の一方の端部２０ａ側）に設けられており、例えば、第２バスバ４０とヒートパイプ２０とが直線的に並ぶように配置されている。第２バスバ４０とヒートパイプ２０とは一定の間を隔てるよに隔離されている。
　第２バスバ４０の基端部には、アルミ等の金属製のワイヤ５０が接続されている。ワイヤ５０の他方の端部は、半導体遮断器１０の表面に設けられたソース電極に接続されている。即ち、第２バスバ４０と、半導体遮断器１０のソース電極とはワイヤ５０を介して電気的に接続されている。なお、第２バスバ４０と半導体遮断器１０との接続は、ワイヤ５０以外にもコネクタなどの接続部材を用いて行われてもよい。
　モールド部６０は、ヒートパイプ２０の一方の端部２０ａ、ワイヤ５０及び第２バスバ４０の基端部を含む所定の範囲を樹脂封止している。モールド部６０により、ヒートパイプ２０を含む半導体遮断器１０の周囲、ワイヤ５０の周囲、第２バスバ４０においてワイヤ５０が接続する接続部位の周囲が、一括して覆われている。
　放熱器７０は、ヒートパイプ２０に接続され、ヒートパイプ２０を伝わる熱を外部に放熱する。放熱器７０として、例えば、複数の板状フィンが並列する放熱フィンを用いることができる。放熱器７０は、ヒートパイプ２０の裏面側に接続されている。放熱器７０は、ヒートパイプ２０の長手方向において、一方の端部２０ａよりも他方の端部２０ｂに近い位置に配置されている。
　なお、半導体遮断器１０が車両搭載用である場合、ヒートパイプ２０を車両のボディに接続することにより、車両のボディを放熱器７０として利用することも可能である。
　次いで、このような放熱構造２を備える半導体遮断器１０の製造方法について説明する。
　第１の工程にて、ヒートパイプ２０を用意し、その一方の端部２０ａに半導体遮断器１０を接続する。ヒートパイプ２０への半導体遮断器１０の接続は、例えば、ダイボンディングにより行われる。このダイボンディングでは、半導体遮断器１０の一方の面に形成されるドレイン電極がヒートパイプ２０と向き合い面接触するように処理される。
　第２の工程にて、例えば、溶接によってヒートパイプ２０の他方の端部２０ｂに第１バスバ３０を接続する。
　第３の工程にて、半導体遮断器１０の表面に形成されるソース電極と、第２バスバ４０と、をワイヤ５０により接続する。ワイヤ５０と、ソース電極及び第２バスバ４０とは、例えば、半田付けによって接続され得る。
　第４の工程にて、ヒートパイプ２０の一方の端部２０ａ、ワイヤ５０、第２バスバ４０の基端部を含むように樹脂封止するモールド部６０を形成する。
　第５の工程にて、ヒートパイプ２０に放熱器７０を接続する。放熱器７０は、ヒートパイプ２０の裏面（即ち、半導体遮断器１０が接続されている面とは反対の面）に接続される。
　上記工程を経て、放熱構造２を備える半導体遮断器１０を製造することができる。なお、第２の工程及び第５の工程については、上述した順序に限らず、任意のタイミングで行うことも可能である。
　このように本実施形態において、半導体遮断器１０の放熱構造２は、当該半導体遮断器１０がその一方の面に形成される第１電極にて接触配置される金属製のヒートパイプ２０と、ヒートパイプ２０を含む半導体遮断器１０の周囲を樹脂封止するモールド部６０と、を有している。
　上記構成によれば、ヒートパイプ２０に半導体遮断器１０のドレイン電極を直接接続することにより、ヒートパイプ２０を介して半導体遮断器１０において発生した熱を半導体遮断器１０の外部に放出できると共に、ヒートパイプ２０を介してドレイン電極との電気的な接続を行うことができる。更に、モールド部６０により、ヒートパイプ２０と半導体遮断器１０との一体化が図られる。よって、絶縁板や熱伝導部材を省略できるので、簡素な構造で高い放熱効果を得ることができる。
　更に、ヒートパイプ２０に半導体遮断器１０を設置する際、モールド部６０の範囲内であれば好きな位置に設置することができ、両者の位置合わせを必要としない。そのため、放熱構造２を簡素な構成で実現することができる。
　上記構成の放熱構造２は、半導体遮断器１０を一つのみ有している。しかし、モールド部６０のサイズを変更すれば、放熱構造２は、複数の半導体遮断器１０を有することもできる。換言すると、設計に合わせて半導体遮断器１０の数を増減することも可能である。このため、放熱構造２は、様々な設計仕様に対応することができる。
　更に、放熱構造２によれば、ヒートパイプ２０を介して第１バスバ３０と半導体遮断器１０のドレイン電極とを電気的に接続することができる。また、ワイヤ５０を介して第２バスバ４０と半導体遮断器１０のソース電極とを電気的に接続することができる。更に、第２バスバ４０と半導体遮断器１０（ヒートパイプ２０）との一体化を図りつつ、ヒートパイプ２０とワイヤ５０との絶縁を容易に行うことができる。そのため、放熱構造２を簡素な構成で実現することができる。
　更に、半導体遮断器１０の熱をヒートパイプ２０により放熱器７０に伝えることができる。これにより、半導体遮断器１０の放熱を効率よく行うことができる。
　尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
　例えば、上述した実施形態に係るサービスプラグ１は雄端子を有し、プラグ受部Ｃは雌端子を有している。しかし、サービスプラグ１が雌端子を有し、プラグ受部Ｃが雄端子を有していてもよい。
　更に、上述した実施形態に係るサービスプラグ１は、プラグ受部Ｃからの電源経路Ｒ１，Ｒ２として電線Ｗ１，Ｗ２を有している。しかし、サービスプラグ１は、電線Ｗ１，Ｗ２に限らず、バスバに接続されていてもよい。
　更に、上述した実施形態に係るサービスプラグ１は、パワーデバイスＳ１としてＭＯＳＦＥＴを有している。しかし、サービスプラグ１は、トランジスタなどのオンオフ可能な他の半導体素子を有してもよい。更に、半導体遮断器Ｓは、ソース電極からソース電極バスバＳ６まで伸びるソースワイヤＳ３を備えている。しかし、半導体遮断器Ｓは、ソース電極にソース電極バスバＳ６を直接接続するなどして、ソースワイヤＳ３を不要としてもよい。
　更に、上述した実施形態に係るサービスプラグ１は、半導体遮断器Ｓと直列にヒューズを内蔵してもよく、各バスバＳ４～Ｓ６に代えて所定の回路が形成されたセラミック基板等を有してもよい。
　ここで、上述した本発明に係るサービスプラグの実施形態の特徴をそれぞれ以下（１）～（５）に簡潔に纏めて列記する。
（１）
　バッテリ（Ｂ）と負荷（Ｌ）とを繋ぐ電源経路（Ｒ）上に配置されたプラグ受部（Ｃ）に対して挿抜可能に構成されたサービスプラグ（１）であって、
　前記プラグ受部に対して挿入された状態において、バッテリ側の電源経路（Ｗ１）に接続される第１端子（Ｔ１）と、
　前記プラグ受部に対して挿入された状態において、負荷側の電源経路（Ｗ２）に接続される第２端子（Ｔ２）と、
　前記第１端子（Ｔ１）と前記第２端子（Ｔ２）との間に配置されると共にオンオフ制御されることによって前記第１端子（Ｔ１）と前記第２端子（Ｔ２）との間の導通を遮断又は許可する半導体素子（Ｓ１）と、
　を備えたサービスプラグ（１）。
（２）
　上記（１）に記載のサービスプラグであって、
　前記半導体素子（Ｓ１）をオンオフ制御する制御回路（Ｓ７）を更に備える
　サービスプラグ。
（３）
　上記（１）又は上記（２）に記載のサービスプラグであって、
　前記半導体素子（Ｓ１）の放熱構造として、前記半導体素子（Ｓ１）の一方の面に形成される第１電極に接触配置される金属製のヒートパイプ（２０）と、前記ヒートパイプ（２０）を含む前記半導体素子（Ｓ１）の周囲を樹脂封止するモールド部（６０）と、を有する、
　サービスプラグ。
（４）
　上記（３）に記載のサービスプラグであって、
　前記ヒートパイプ（２０）に接続されて前記第１電極と電気的に接続される第１バスバ（３０）と、
　前記半導体素子の他方の面に形成される第２電極と接続部材（５０）を介して電気的に接続される第２バスバと（４０）、を更に有し、
　前記モールド部（６０）が、
　前記接続部材（５０）の周囲、及び、前記第２バスバ（４０）と前記接続部材（５０）と接続領域の周囲を樹脂封止する、
　サービスプラグ。
（５）
　上記（３）又は上記（４）に記載のサービスプラグであって、
　前記ヒートパイプ（２０）に接続される放熱器（７０）を更に有する、
　サービスプラグ。
　本出願は、２０１４年１０月１４日出願の日本特許出願（特願２０１４－２０９７５２）及び２０１５年１月３０日出願の日本特許出願（特願２０１５－１６４６７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明によれば、サービスプラグを適用したシステムにおける部品点数の増加を抑えると共にシステム全体の大型化を抑制することが可能である。この効果を奏する本発明は、サービスプラグに関して有用である。
　１　：サービスプラグ
　Ｂ　：バッテリ
　Ｃ　：プラグ受部
　Ｌ　：負荷
　Ｒ　：電源経路
　Ｓ　：半導体遮断器
　Ｓ１：パワーデバイス（半導体素子）
　Ｓ７：ゲート制御回路（制御回路）
　Ｔ１：第１端子
　Ｔ２：第２端子
　Ｗ１：電線（電源経路）
　Ｗ２：電線（電源経路）
　２　：放熱構造
　１０：半導体遮断器
　２０：ヒートパイプ
　３０：第１バスバ
　４０：第２バスバ
　５０：ワイヤ（接続部材）
　６０：モールド部
　７０：放熱器

Claims (5)

  1. 　バッテリと負荷とを繋ぐ電源経路上に配置されたプラグ受部に対して挿抜可能に構成されたサービスプラグであって、
    　前記プラグ受部に対して挿入された状態において、バッテリ側の電源経路に接続される第１端子と、
    　前記プラグ受部に対して挿入された状態において、負荷側の電源経路に接続される第２端子と、
    　前記第１端子と前記第２端子との間に配置されると共にオンオフ制御されることによって前記第１端子と前記第２端子との間の導通を遮断又は許可する半導体素子と、
    　を備えたサービスプラグ。
  2. 　請求項１に記載のサービスプラグであって、
    　前記半導体素子をオンオフ制御する制御回路を更に備える、
    　サービスプラグ。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載のサービスプラグであって、
    　前記半導体素子の放熱構造として、前記半導体素子の一方の面に形成される第１電極に接触配置される金属製のヒートパイプと、前記ヒートパイプを含む前記半導体素子の周囲を樹脂封止するモールド部と、を有する、
    　サービスプラグ。
  4. 　請求項３に記載のサービスプラグであって、
    　前記ヒートパイプに接続されて前記第１電極と電気的に接続される第１バスバと、
    　前記半導体素子の他方の面に形成される第２電極と接続部材を介して電気的に接続される第２バスバと、を更に有し、
    　前記モールド部が、
    　前記接続部材の周囲、及び、前記第２バスバと前記接続部材と接続領域の周囲を樹脂封止する、
    　サービスプラグ。
  5. 　請求項３又は請求項４に記載のサービスプラグであって、
    　前記ヒートパイプに接続される放熱器を更に有する、
    　サービスプラグ。
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