JP2006179685A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】 端子を出力ケーブルに圧着接続するとともに、整流素子本体を対応する端子にリフロー半田付けする。
【解決手段】 ボックス本体１０内に四つの端子板３０が並列に収容されている。このうちの二つの端子板３０は太陽電池モジュールからの起電力を取り出すための出力ケーブル９０が圧着接続されたケーブル接続端子３０Ａとされ、残りの端子板３０はベアチップダイオード７０が載置接続されたチップ接続端子３０Ｂとされている。端子板３０間にはベアチップダイオード７０をこれが載せられたチップ接続端子３０Ｂとの間に挟み込む導体部５０が架橋されている。チップ接続端子３０Ｂのうちの一つにはベアチップダイオード７０に対する載置面が二箇所に設定されており、このうちの一方の載置面にはベアチップダイオード７０のＮ側領域７１（カソード側）が接続され、他方の載置面にはベアチップダイオード７０のＰ側領域７２（アノード側）が接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール用端子ボックスに関する。

太陽光発電システムは、家屋の屋根上に敷設した太陽電池パネルからの直流電流をインバータ等を介して各電器製品に供給するものである。太陽電池パネルは、複数の太陽電池モジュールからなり、各太陽電池モジュールの電極を端子ボックスを介して直列または並列接続した構造となっている。

端子ボックスとしては、以下の特許文献１に記載のものが知られている。このものは、ボックス本体内に四つの端子が並列して収容され、このうち両端に位置する二つの端子には太陽電池セル群からの起電力を取り出すための出力ケーブルが接続され、隣接する端子同士間には太陽電池セル群の出力極性とは逆向きの並列となるようにしたバイパスダイオードが接続されている。そして、逆負荷がかかった場合には、太陽電池セルの電流がバイパスダイオード側にバイパスされるようになっている。
ここで、バイパスダイオードは、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体の上面側におけるＰ側（アノード側）に半田付けされた上側導体片と、この整流素子本体の下面側におけるＮ側（カソード側）に半田付けされた下側導体片とからなり、これら上側導体片及び下側導体片の両端部がそれぞれ対応する端子に半田付けされている。
特開２００２−２５２３５６公報

上記のバイパスダイオードでは整流素子本体が発生する熱を上側導体片及び下側導体片を通じて対応する端子へ放熱させる構造となっているが、端子への速やかな熱伝導性を確保するには、下側導体片を除去して整流素子本体を対応する端子上に直接載せて半田付けする構造に変更するのが好ましいと言える。しかし、かかる構造に変更する場合に、整流素子本体を対応する端子に手半田付けするのでは、整流素子本体が小さいだけに作業しづらく、また安定した品質も得難いという問題がある。

そこで、整流素子本体を対応する端子にリフロー半田付けにより接続する方法が考案されるが、リフロー半田付けによる場合、出力ケーブルが接続された端子をリフロー炉に通すことができないという問題がある。そのための対策として、リフロー半田付けがなされた後、端子を出力ケーブルに後付けで接続する方法がある。しかるにこの場合、端子を出力ケーブルにかしめ付けすることは、かしめ治具と他の端子等と干渉により困難なため、端子を出力ケーブルにねじ止め等しなければならないという事情がある。
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、その目的とするところは、端子を出力ケーブルに圧着接続するとともに、整流素子本体を対応する端子にリフロー半田付けすることを可能とすることにある。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、ボックス本体内に複数の端子が並列に収容されており、このうちの二つの端子は、太陽電池モジュールからの起電力を取り出すための出力ケーブルが圧着接続されたケーブル接続端子とされる一方、残りの端子は、整流機能を有するチップ状の整流素子本体が載置接続されたチップ接続端子とされており、さらに、対応する二つの端子間には、前記整流素子本体をこれが載せられた前記チップ接続端子との間に挟み込む導体部が架橋され、逆負荷がかかったときには前記導体部を介して前記対応する二つの端子同士が短絡されるようになっており、前記チップ接続端子のうちの一つには、前記整流素子本体に対する載置面が、二箇所に設定されており、このうちの一方の載置面には前記整流素子本体のＮ側（カソード側）が接続され、他方の載置面には前記整流素子本体のＰ側（アノード側）が接続されるようになっており、前記整流素子本体は、前記導体部とともに対応する前記チップ接続端子にリフロー半田付けによって接続されており、かつ、前記出力ケーブルにかしめ付けられた前記ケーブル接続端子とこれに対応する前記チップ接続端子とは、前記リフロー半田付けがなされた後、前記チップ接続端子から前記ケーブル接続端子側に突出する前記導体部の自由端部に、手半田付けもしくは超音波溶着等がなされることで接続される構成としたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記チップ接続端子が少なくとも二つ設けられ、対応する二つの前記チップ接続端子間に架橋された前記導体部は、前記整流素子本体にリフロー半田付けによって接続される側とは反対側の端部にて、一方のチップ接続端子に同じく前記リフロー半田付けによって接続される構成としたところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
本発明においては、整流素子本体を対応する端子にリフロー半田付けにより接続した後、出力ケーブルにかしめ付けられたケーブル接続端子を対応するチップ接続端子に対して手半田付けもしくは超音波溶着等して接続するようにしている。この場合に何らの工夫もないと、整流素子本体のＰＮ接合に基づく電流の流れから、出力ケーブルにかしめ付けられたケーブル接続端子のうちの一つにも整流素子本体に対する載置面を設定しなければならないが、かかる載置面に対して整流素子本体を後付けにより手半田付け等したのでは本来的な作業性の改善につながらない。一方、このケーブル接続端子と対応するチップ接続端子との間に、チップ接続端子から突出する導体部の自由端部と接続し得る別の端子や導体部を介在させ、この別の端子等とケーブル接続端子とを手半田付けする方法もあるが、そうすると別の端子等を設ける分だけ部品点数が増えてしまう。

この点、本発明においては、チップ接続端子のうちの一つに整流素子本体に対する載置面が二箇所に設定されており、このうちの一方の載置面には整流素子本体のＮ側（カソード側）が接続され、他方の載置面には整流素子本体のＰ側（アノード側）が接続されているから、ケーブル接続端子に整流素子本体に対する載置面を設定しなくて済む。これにより、チップ接続端子に整流素子本体をリフロー半田付けした後、チップ接続端子からケーブル接続端子側に突出する導体部の自由端部に対して出力ケーブルにかしめ付けられたケーブル接続端子を手半田付けもしくは超音波溶着等によって接続することが可能となり、作業性の改善を図れる。

＜請求項２の発明＞
対応する二つのチップ接続端子間に架橋された導体部は、前記整流素子本体にリフロー半田付けによって接続される側とは反対側の端部にて、一方のチップ接続端子に同じくリフロー半田付けによって接続されるから、一つのリフロー炉に通すだけで、二つのチップ接続端子が導体部によって連結された連鎖構造部を簡単に形成できる。

本発明の一実施形態を図１ないし図４によって説明する。本実施形態にかかる太陽電池モジュール用端子ボックスは、直列接続された多数の太陽電池セルを配した太陽電池モジュール（図示せず）の裏面側に取り付けられるものであって、ボックス本体１０と、ボックス本体１０内に並設された多数の端子板３０（本発明の端子に相当）と、隣接する端子板３０間に架け渡された導体部５０と、導体部５０と端子板３０との間に挟み込まれたベアチップダイオード７０（本発明の整流素子本体に相当）とを備えて構成される。

ボックス本体１０は、合成樹脂材によって上面開放の箱型に形成されており、その内部に絶縁樹脂が充填され、かつ、上方からカバー（図示せず）が被せられるようになっている。詳しくはボックス本体１０は、図１に示すように、複数の端子板３０が横並びで載置された略矩形状の基板１１と、この基板１１の外縁部から立ち上げられて周囲を取り囲む側板１２と、基板１１の所定位置から立ち上げられて端子板３０間を区画する仕切り壁１３とを備える。基板１１には略方形状の開口１４が複数あいており、各開口１４に対応する端子板３０の先端部が臨んでいる。基板１１の各開口１４には各太陽電池セル群と対応するリード（図示せず）が通され、通された各リードが端子板３０の先端部に半田付け等により接続されるようになっている。

基板１１の上面には、端子板３０の両側縁部に弾性係止可能な一対の係止片１６が上方に突出して設けられている。端子板３０の装着過程では各係止片１６が端子板３０の両側縁部と係合して開き変形し、端子板３０が正規に組み付けられるに伴ない係止片１６が復元して端子板３０の両側縁部を上方から弾性的に押し付け、端子板３０の浮き上がりを規制するようになっている。

側板１２の上端両端部には切り欠き１７が設けられ、ここに上方から外部接続用の出力ケーブル９０が嵌め込まれ、さらにケーブル押さえ部材２０が嵌着されて出力ケーブル９０が固定されるとともに、ケーブル押さえ部材２０と側板１２とが一体に連なるようになっている。仕切り壁１３は端子板３０の外縁に沿うような態様で区画形成されており、この仕切り壁１３の案内によって端子板３０が位置決めされた状態で組み付けられる。また、仕切り壁１３によって区画された内側空間の端子板３０上に絶縁樹脂が充填される。

端子板３０は、導電性金属板材を切断等して略帯状に形成され、基板１１上に並設されている。このうち並び方向の両端側に配された二つの端子板３０には各太陽電池セル群からの起電力を取り出すための出力ケーブル９０が圧着接続されている。出力ケーブル９０の端末は被覆９２の剥離によって芯線９１が露出しており、この芯線９１に対して端子板３０の端部に形成されたバレル部３２がかしめ付けられる。本発明では、この出力ケーブル９０にかしめ付けられた端子板３０をケーブル接続端子３０Ａと呼称するものである。

端子板３０のうちケーブル接続端子３０Ａを除いた残余のものは、略Ｕの字形に延出して形成され、その一端部の周囲が仕切り壁１３によって取り囲まれるとともに、その他端部が開口１４に臨んでリードとの接続がとられ、一端部側に迂回する分だけベアチップダイオード７０が発生した熱を逃がす放熱性が高められている。この略Ｕの字形に形成された端子板３０は、左右一対が対称に設けられ、両者間に架橋された導体部５０によって互いに連結されている。本発明ではこの端子板３０をチップ接続端子３０Ｂと呼称するものである。

端子板３０の両側縁には付設部３４が張り出して設けられ、この付設部３４の端面が隣接する端子板３０間にて対向配置されている。チップ接続端子３０Ｂには、この付設部３４上にベアチップダイオード７０に対する載置面が設定されている。具体的には、一方のチップ接続端子３０Ｂ（図１に示す左側）には、対応するケーブル接続端子３０Ａ間に架橋された導体部５０との接続可能な位置に、ベアチップダイオード７０に対する載置面が一つ設定されている。また、他方のチップ接続端子３０Ｂ（図１に示す右側）には、同じく対応するケーブル接続端子３０Ａ間に架橋された導体部５０との接続可能な位置に、ベアチップダイオード７０に対する載置面が一つ設定されるとともに、対応するチップ接続端子３０Ｂ間に架橋された導体部５０との接続可能な位置に、ベアチップダイオード７０に対する載置面が一つ設定され、全部で二つの載置面が設定されている。

導体部５０は、図３に示すように、端子板３０よりも薄肉の平板状に形成され、ベアチップダイオード７０をこれが載せられた端子板３０との間に挟み込むことで同ベアチップダイオード７０に接続されている。また、導体部５０は四つの端子板３０間に架橋されることで全部で三つ設けられ、導体部５０を介して端子板３０間にベアチップダイオード７０が直列に接続されるようになっている。

導体部５０のうち図１に示す左側に位置するものは、その右端部にて対応するチップ接続端子３０Ｂに載せられたベアチップダイオード７０上に重ね合わされてリフロー半田付け（後述する）がなされるとともに、その左端部にて対応するケーブル接続端子３０Ａ上に載せられてリフロー半田付けがなされる。また、導体部５０のうち図１に示す右側に位置するものは、その左端部にて対応するチップ接続端子３０Ｂに載せられたベアチップダイオード７０上に重ね合わされてリフロー半田付けがなされるとともに、その右端部にて対応するケーブル接続端子３０Ａ上に載せられてリフロー半田付けがなされる。
そして、導体部５０のうち中央に位置するものは、その右端部にて対応するチップ接続端子３０Ｂに載せられたベアチップダイオード７０上に重ね合わされてリフロー半田付けがなされるとともに、その左端部にて対応するチップ接続端子３０Ｂ上に載せられてリフロー半田付けがなされる。

導体部５０においてベアチップダイオード７０に接続される側とは反対側の端部には、各端子板３０に設けられた位置決め突部３５が貫通し得る位置決め孔５１が形成されている。位置決め突部３５は、端子板３０の一部を切り起こして形成されるものであり、導体部５０の位置決め孔５１を貫通するとともに導体部５０との間に半田が施される。端子板３０において位置決め突部３５の根元部分の周囲には、位置決め突部３５の切り起こしに伴い抜き空間３６が形成され、この抜き空間３６内に半田付けがなされることで半田熱が周囲に拡散しないように設定されている。

ベアチップダイオード７０は、Ｎ側領域７１（カソード側）とＰ側領域７２（アノード側）とを積層した構造とされ、その積層構造の周囲にガラス膜（図示せず）を設けて構成されている。
ここで、一方のチップ接続端子３０Ｂ（図１に示す左側）には、その一つの載置面にＮ側領域７１を向けるとともに、隣接するケーブル接続端子３０Ａとの間に架橋された導体部５０の一端部にＰ側領域７２を向けたベアチップダイオード７０が配置されている。ベアチップダイオード７０のＮ側領域７１と載置面との間、及びベアチップダイオード７０のＰ側領域７２と導体部５０の一端部との間には半田が形成されており、リフロー半田付けがなされることでこれらが互いに接続される。

また、他方のチップ接続端子３０Ｂ（図１に示す右側）には、その二つの載置面のうち、一方のチップ接続端子３０Ｂとの対応する載置面にＮ側領域７１を向けるとともに、一方のチップ接続端子３０Ｂとの間に架橋された導体部５０の一端部にＰ側領域７２を向けたベアチップダイオード７０が配置されている。導体部５０の他端部は、既述したように、一方のチップ接続端子３０Ｂ上に重ね合わされている。ベアチップダイオード７０のＮ側領域７１と載置面との間、ベアチップダイオード７０のＰ側領域７２と導体部５０の一端部との間、及びベアチップダイオード７０と導体部５０の他端部との間には半田が形成されており、リフロー半田付けがなされることでこれらが互いに接続される。

さらに、他方のチップ接続端子３０Ｂ（図１に示す右側）には、その二つの載置面のうち、ケーブル接続端子３０Ａとの対応する載置面にＰ側領域７２を向けるとともに、ケーブル接続端子３０Ａとの間に架橋された導体部５０の一端部にＮ側領域７１を向けたベアチップダイオード７０が配置されている。ベアチップダイオード７０のＰ側領域７２と載置面との間、及びベアチップダイオード７０のＮ側領域７１と導体部５０の一端部との間には半田が形成されており、リフロー半田付けがなされることでこれらが互いに接続される。

リフロー半田付けがなされた後には、図２に示すように、チップ接続端子３０Ｂが導体部５０を介して連なった連鎖構造部３０Ｅが得られる。連鎖構造部３０Ｅの両側端部には、対応するケーブル接続端子３０Ａ側に突出する導体部５０の自由端部が露出して配置され、ここに後付けで対応するケーブル接続端子３０Ａが手半田付けにより接続されることになる。逆負荷がかかったときには、アノード側からカソード側へ電流が流れ、つまり、左側のケーブル接続端子３０Ａから右側のケーブル接続端子３０Ａへと導体部５０を介して端子板３０間を電流が流れることになる。

次に、本実施形態の製造方法を説明する。ベアチップダイオード７０及び導体部５０をチップ接続端子３０Ｂに接続するには、チップ接続端子３０Ｂの載置面等にあらかじめ半田を供給しておき、そこに対応するベアチップダイオード７０及び導体部５０を載せてリフロー炉（図示せず）に通して加熱する。このとき、一方のチップ接続端子３０Ｂの位置決め突部３５の根元部分にも半田を供給しておき、そこに中央に位置する導体部５０の他端部を載せて同じリフロー炉に通して加熱する。かくして得られるチップ接続端子３０Ｂの連鎖構造部３０Ｅは、図２及び図３に示すように、他方のチップ接続端子３０Ｂにベアチップダイオード７０に対する載置面が二箇所に設定されており、このうちの一方の載置面にはベアチップダイオード７０のＮ側が接続され、他方の載置面にはベアチップダイオード７０のＰ側が接続されているので、ケーブル接続端子３０Ａ側にベアチップダイオード７０に対する載置面を設定する必要がなくなる。

上記のリフロー半田付け工程と前後して、ケーブル接続端子３０Ａを出力ケーブル９０にかしめ付けておく。そして、連鎖構造部３０Ｅの両側端にて側方に突出する導体部５０の自由端部に対して夫々対応するケーブル接続端子３０Ａを重ね合わせ、そこに手半田付けを施し、図４に示すように、連鎖構造部３０Ｅの両側に出力ケーブル９０付きのケーブル接続端子３０Ａを接続する。これにより、各端子板３０が導体部５０を介して互いに連結される。

次いで、この連結状態にある各端子板３０を基板１１に取り付ける。このとき、係止片１６の弾性係止によって端子板３０の浮き上がりが規制される。また、ケーブル押さえ部材２０を出力ケーブル９０上に被着することにより、出力ケーブル９０が遊動規制された状態で固定される。

その後、ボックス本体１０を太陽電池モジュールの裏面側に接着材、両面テープ、もしくはボルトで固着する。取り付けの過程で太陽電池モジュールの電極に接続されたリードを基板１１の開口１４を通してボックス本体１０内に引き込み、該リードを端子板３０の先端部に半田接続する。それからシリコン樹脂等の絶縁樹脂をボックス本体１０内における仕切り壁１３の内側空間に充填し、さらにカバーを被せて蓋締めする。絶縁樹脂により、かしめ接続部分、半田接続部分等の各接続部分が気密に封止されることとなる。

以上のように本実施形態によれば、ベアチップダイオード７０のＰＮ接合の積層パターンを変更等することにより、ケーブル接続端子３０Ａをリフロー炉に通さずに済むようにしたから、ベアチップダイオード７０のリフロー半田付けがなされたチップ接続端子３０Ｂに対して出力ケーブル９０にかしめ付けられたケーブル接続端子３０Ａを手半田付け等して接続することが可能となり、作業性の改善を図れる。

また、隣接するチップ接続端子３０Ｂ間に架橋された導体部５０は、その一端部において他方のチップ接続端子３０Ｂに載せられたベアチップダイオード７０にリフロー半田付けによって接続され、その他端部において一方のチップ接続端子３０Ｂに同じくリフロー半田付けによって接続されるから、一つのリフロー炉に通すだけで、隣接するチップ接続端子３０Ｂ同士が導体部５０によって連結された連鎖構造部３０Ｅを一挙に形成できる。

＜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、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）本発明は、図５に示すように、ベアチップダイオード７０がＰ側領域７２とＮ側領域７１の間にシリコン樹脂層７３を介在させて構成される場合にも適用できる。
（２）本発明は、図６に示すように、個々のチップ接続端子３０Ｂが対応するベアチップダイオード７０及び導体部５０とリフロー半田付けによって接続され、その後、他方のチップ接続端子３０Ｂから一方のチップ接続端子３０Ｂに突出する導体部５０の自由端部に手半田付け等して両チップ接続端子３０Ｂを接続しても構わない。

（３）本発明は、チップ接続端子３０Ｂが略Ｕの字形に屈曲することなく真直ぐ延出する形態である場合にも適用できる。
（４）本発明は、ボックス本体内に三つ以上のチップ接続端子が導体部により連結された状態で並列に収容されている場合にも適用できる。
（５）本発明においては、導体部が隣接する二つの端子板のうちの一方と一体化し、他方側に突出してそこに位置するベアチップダイオードを他方側との間に挟み込むような構成であってもよい（特開２００４−２８２１０７を参照）。
（６）本発明においては、導体部とケーブル接続端子とを超音波溶接もしくは抵抗溶接によって接続しても構わない。
（７）本発明は、導体部が対応する二つの端子板間に一つ以上の端子板を間に挟んで架橋されている場合にも適用できる。

本発明の一実施形態にかかるボックス本体の内部構造を示す平面図 チップ接続端子が導体部を介して連なった連鎖構造部の平面図 ベアチップダイオードとチップ接続端子との接続状態を示す模式的な断面図 連鎖構造部の両側にケーブル接続端子が手半田付けにより接続された状態を示す平面図 他の実施形態における図３相当図 他の実施形態において、リフロー半田付けがなされた後、隣接するチップ接続端子同士を接続する前の状態を示す平面図

符号の説明

１０…ボックス本体
１１…基板
３０…端子板
３０Ａ…ケーブル接続端子
３０Ｂ…チップ接続端子
３２…バレル部
３４…付設部
５０…導体部
９０…出力ケーブル
９１…芯線

Claims (2)

1. ボックス本体内に複数の端子が並列に収容されており、このうちの二つの端子は、太陽電池モジュールからの起電力を取り出すための出力ケーブルが圧着接続されたケーブル接続端子とされる一方、残りの端子は、整流機能を有するチップ状の整流素子本体が載置接続されたチップ接続端子とされており、さらに、対応する二つの端子間には、前記整流素子本体をこれが載せられた前記チップ接続端子との間に挟み込む導体部が架橋され、逆負荷がかかったときには前記導体部を介して前記対応する二つの端子同士が短絡されるようになっており、
   前記チップ接続端子のうちの一つには、前記整流素子本体に対する載置面が、二箇所に設定されており、このうちの一方の載置面には前記整流素子本体のＮ側（カソード側）が接続され、他方の載置面には前記整流素子本体のＰ側（アノード側）が接続されるようになっており、
   前記整流素子本体は、前記導体部とともに対応する前記チップ接続端子にリフロー半田付けによって接続されており、かつ、
   前記出力ケーブルにかしめ付けられた前記ケーブル接続端子とこれに対応する前記チップ接続端子とは、前記リフロー半田付けがなされた後、前記チップ接続端子から前記ケーブル接続端子側に突出する前記導体部の自由端部に、手半田付けもしくは超音波溶着等がなされることで接続される構成としたことを特徴とする太陽電池モジュール用端子ボックス。
2. 前記チップ接続端子が少なくとも二つ設けられ、対応する二つの前記チップ接続端子間に架橋された前記導体部は、前記整流素子本体にリフロー半田付けによって接続される側とは反対側の端部にて、一方のチップ接続端子に同じく前記リフロー半田付けによって接続される構成としたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

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