JP2015082410A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱の影響を防止し、かつ小型化を可能とした蓄電モジュールを提供する。【解決手段】蓄電モジュール１０は、複数の蓄電素子１２を接続してなる蓄電ユニット１１と、蓄電素子１２に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ４１と、蓄電ユニット１１およびＤＣ−ＤＣコンバータ４１を保持する保持部材５０と、保持部材５０と一体的に設けられ、蓄電ユニット１１とＤＣ−ＤＣコンバータ４１との間に配される熱遮蔽部６２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電モジュールに関する。

車両等には複数の蓄電素子を接続してなる蓄電ユニットと、蓄電ユニットに電力を充電するＤＣ−ＤＣコンバータとが搭載されることがある。
蓄電ユニットと、ＤＣ−ＤＣコンバータとは、熱の影響や収容スペースなどを考慮して、別々に配置されるのが一般的であり、これらはハーネスを介して電気的に接続される（たとえば特許文献１を参照）。

特開２０１２−１４８７６２号公報

特許文献１に記載されているように、蓄電ユニットとＤＣ−ＤＣコンバータとを離れた位置に配置すると、離れた距離を考慮したハーネスが必要であるし、ハーネスの配策作業や配線が複雑化するという問題があった。また、蓄電ユニットとＤＣ−ＤＣコンバータとを別々に配置する場合には、それぞれを収容するケースも必要となるため、小型化が困難であった。

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、熱の影響を防止しつつ小型化を可能とした蓄電モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するものとして本発明は、複数の蓄電素子を接続してなる蓄電ユニットと、前記蓄電素子に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、前記蓄電ユニットおよび前記ＤＣ−ＤＣコンバータを保持する保持部材と、前記保持部材と一体的に設けられ、前記蓄電ユニットと前記ＤＣ−ＤＣコンバータとの間に配される熱遮蔽部と、を備える蓄電モジュールである。

本発明において、蓄電ユニットとＤＣ−ＤＣコンバータとの間に配される熱遮蔽部は、これらの装置から発生する熱を遮蔽する機能を有しているので、蓄電ユニットとＤＣ−ＤＣコンバータを１つの保持部材に保持しても相互に熱の影響を防止することができる。

また、本発明において、蓄電ユニットとＤＣ−ＤＣコンバータとは１つの保持部材に保持されているので、２つの装置を別々に配置するときよりも装置全体として小型化が可能となる。また本発明においては、ハーネスよりもコンパクトなバスバーなどを用いて蓄電ユニットとＤＣ−ＤＣコンバータとを電気的に接続することができるので小型化とともに配線を簡略化することができる。以上より、本発明によれば、熱の影響を防止し、かつ小型化を可能とした蓄電モジュールを提供することができる。

本発明は以下の構成としてもよい。
前記熱遮蔽部には肉抜き部が形成されていてもよい。このような構成とすると、肉抜き部により形成された空気層により遮熱効果を高めることができるとともに、熱遮蔽部が熱変形するのを防止することができる。

本発明によれば、熱の影響を防止しつつ小型化を可能とした蓄電モジュールを提供することができる。

実施形態１の蓄電モジュールの斜視図 蓄電モジュールの底面図 蓄電モジュールの平面図 図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図 図３のＶ−Ｖ線における断面図 図３のＶＩ−ＶＩ線における断面図 図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図 図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図 図４のＩＸ−ＩＸ線における断面図 図４のＸ−Ｘ線における断面図 蓄電モジュールの分解斜視図 保持部材の正面図 保持部材の平面図 保持部材の左側面図 コンバータユニットの斜視図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１〜図１５によって説明する。
本実施形態の蓄電モジュール１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両の電子ブレーキシステムの補助電源装置として使用される。以下の説明において図４〜図７、図１０、図１２、図１４の上下方向を上下とし、図３の下方を前方とし上方を後方とする。

蓄電モジュール１０は、図１１に示すように、蓄電ユニット１１と、蓄電ユニット１１を構成する蓄電素子１２に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ４１を有するコンバータユニット４０と、蓄電ユニット１１およびコンバータユニット４０を保持する保持部材５０と、保持部材５０と一体的に設けられた熱遮蔽部６２と、を備える。

（蓄電ユニット１１）
蓄電ユニット１１は、図１１に示すように、正極および負極の電極端子１３を有する複数（本実施形態では６個）の蓄電素子１２と、電極端子１３，１３間を電気的に接続する接続部材２１，２２（第１接続部材２１、第２接続部材２２）と、各接続部材２１，２２に接続され蓄電素子１２の電圧を検知する検知用回路基板２８と、を備える。

（蓄電素子１２）
蓄電素子１２は、円筒状をなしており、その上面には正極および負極の電極端子１３が上方に突出形成されている。隣り合う蓄電素子１２は逆極性の電極端子１３が隣り合うように配置されており、隣り合う蓄電素子１２の正極の電極端子１３と負極の電極端子１３とが接続部材２１，２２を介して電気的に接続されている。電極端子１３の略中央にはネジ孔１３Ａが形成されており、このネジ孔１３Ａには接続部材２１，２２を接続するためのステンレス製のボルト２５が螺合される。

蓄電素子１２の底部は図４および図５に示すように、樹脂製のホルダー１５に嵌め込まれた状態で保持部材５０に保持されるようになっている。
ホルダー１５は、蓄電素子１２の底部がはめ込まれる円筒状の蓄電素子保持部１６と、蓄電素子保持部１６の下方に連なり保持部材５０に固定される板状の固定部１７とを備える。

（接続部材２１，２２）
接続部材２１，２２は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金などの導電性板材からなり、蓄電ユニット保持部５１の上面に配される。本実施形態では図８に示すように、７つの接続部材２１，２２により、隣り合う蓄電素子１２が電気的に接続されるとともに図４に示すように、蓄電素子１２とＤＣ−ＤＣコンバータ４１とが電気的に接続される。接続部材２１，２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１と電気的に接続される接続部（ボルト挿通孔２３Ｂ）が設けられた第１接続部材２１と、電極端子１３，１３間に取り付けられる第２接続部材２２と、からなる。

第２接続部材２２には、電極端子１３を接続するためのボルト２５を挿通可能なボルト挿通孔２３Ａが２つずつ貫通して設けられている。第１接続部材２１には、電極端子１３を接続するためのボルト２５を挿通可能なボルト挿通孔２３Ａが１つと、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１との接続のためのボルト２６を挿通可能なボルト挿通孔２３Ｂが１つと、外部機器（図示せず）との接続のためのボルト２７を挿通可能な外部接続ボルト孔Ｃが１つずつ貫通して設けられている。第１接続部材２１および第２接続部材２２には、図４および図５に示すように、検知用回路基板２８に接続される端子部２４が上方に突出形成されている。

（検知用回路基板２８）
検知用回路基板２８は接続部材２１，２２の上側に配される。検知用回路基板２８には、第１接続部材２１および第２接続部材２２の端子部２４が接続される接続孔２９が形成されている。

（カバー３０）
保持部材５０の正面、背面ならびに上面にはそれぞれカバー３０が取り付けられるようになっている。カバー３０は、保持部材５０の前面と背面とをそれぞれ覆う２つのケースカバー３１、ならびに、保持部材５０の上面を覆うアッパーカバー３４，３６（第１アッパーカバー３４及び第２アッパーカバー３６）からなる。

各ケースカバー３１の蓄電素子１２の側面を覆う面は、図９に示すように、蓄電素子１２の側面形状に沿って弧状をなしており、その上端には図１１に示すように、アッパーカバーを係止するアッパーカバー係止突部３２が２つ形成されている。また各ケースカバー３１の左側面、右側面および底面には、保持部材５０に設けたケースカバー係止突部５５を受け入れて係止する係止孔３３が形成されている（図２および図１０を参照）。

アッパーカバー３４，３６は、図４に示すように、蓄電ユニット１１の上部（検知用回路基板２８）を覆うように取り付けられる第１アッパーカバー３４と、コンバータユニット４０及び熱遮蔽部６２の上部を覆うように取り付けられる第２アッパーカバー３６と、を備える。

第１アッパーカバー３４には図５に示すように、ケースカバー３１に設けたアッパーカバー係止突部３２を受け入れて係止する係止孔３５が突出形成されている。

第２アッパーカバー３６には図１１に示すように、保持部材５０のコンバータ保持部５７に設けたカバー係止突部５９を受け入れて係止する係止孔３７が設けられている。

（コンバータユニット４０）
コンバータユニット４０は、図１５に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１と、金属製の遮蔽部材４７Ａと、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の熱を外部に放熱する金属製の放熱部材４５と板状の熱遮蔽部材４７とを備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、大電流を通電するパワー部材(図示せず)と電圧などを制御する制御部材(図示せず)とを備え、遮蔽部材４７Ａで覆われている。

（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
蓄電素子１２に電力を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、図１１に示すように、直方体状をなしている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の正面側および背面側に配される面には保持部材５０のコンバータ保持部５７に係合する係合部４２が設けられている（図７を参照）。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の底面には、図２に示すように、下方に突出する２つのコネクタ部４３が設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の左側面には放熱フィン４６が設けられた放熱部材４５が取り付けられるようになっており、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の右側面には、遮蔽部材４７Ａが取り付けられるようになっている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４１には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１と蓄電素子１２とを電気的に接続するための第３接続部材４９が接続される（図７を参照）。

遮蔽部材４７Ａの図１１における右側には、第３接続部材４９を挿通可能な接続部材挿通孔４８を備えた熱遮蔽部材４７が設けられている。第３接続部材４９は第１接続部材２１および第２接続部材２２と同様に、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金などの導電性板材からなる。

第３接続部材４９の２つの端部には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１に接続されるコンバータ接続部４９Ａと、第１接続部材２１のボルト挿通孔２３Ｂに重ねられ、ボルト２６を挿通可能なボルト挿通孔４９Ｂとがそれぞれ形成されている。第３接続部材４９の両端部の間には屈曲部４９Ｃが形成されておりＬ字状をなしている。

第３接続部材４９のボルト挿通孔４９Ｂの上には、第１接続部材２１のボルト挿通孔２３Ｂが重ねられる。第３接続部材４９のボルト挿通孔４９Ｂと第１接続部材２１のボルト挿通孔２３Ｂとが重なり合って形成される１つの孔にはボルト２６が挿通され、このボルト２６を保持部材５０の凹み部６４に収容したナット６５に螺合させることにより蓄電素子１２とＤＣ−ＤＣコンバータ４１とが電気的に接続される。

なお、第３接続部材４９は熱遮蔽部６２の上方に設けた凹み部６４で第１接続部材２１と接続されるようになっている。第３接続部材４９の屈曲部４９Ｃからボルト挿通孔４９Ｂまでの長さ寸法は熱遮蔽部６２の寸法（本実施形態では図１２の左右方向の寸法）を考慮して設定される。

（保持部材５０）
蓄電ユニット１１とコンバータユニット４０（ＤＣ−ＤＣコンバータ４１）を保持する保持部材５０は、絶縁樹脂材料からなる。保持部材５０は、蓄電ユニット１１を保持する蓄電ユニット保持部５１と、コンバータユニット４０を保持するコンバータ保持部５７と、蓄電ユニット保持部５１とコンバータ保持部５７との間に設けられた熱遮蔽部６２とが一体的に設けられている構成である。

蓄電ユニット保持部５１は、図１２に示すように、蓄電素子１２が収容・保持される蓄電素子収容部５２を備える。蓄電素子収容部５２には蓄電素子１２の側面に沿う保持凸部５３が設けられている。また、蓄電素子収容部５２の下方には、蓄電素子１２の底部に嵌め込まれたホルダー１５の固定部１７を固定部材１８により固定するホルダー固定部５４が設けられている。

蓄電ユニット保持部５１の左側面、右側面および底面にはケースカバー３１の係止孔３３に係合するケースカバー係止突部５５が形成されている（図２および図１１を参照）。蓄電ユニット保持部５１の上面には図１３に示すように、電極端子１３を受け入れ可能なＵ字状の凹部５６が形成されている。

コンバータ保持部５７には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の係合部４２を係合する被係合部５８が設けられている。また、コンバータ保持部５７には第２アッパーカバー３６を係止するカバー係止突部５９が形成されている。

コンバータ保持部５７の底面には２つのコネクタ部４３を配置可能に切り欠かれた切欠部６０が形成されている。コンバータ保持部５７の蓄電ユニット保持部５１側の壁部６１は図６および図１４に示すように、肉抜きにより空気層Ｓ１が形成されるようになっている。壁部６１には第３接続部材４９を挿通させる接続部材挿通孔６１Ａが形成されている。

さて、蓄電ユニット保持部５１とコンバータ保持部５７との間には熱遮蔽部６２が設けられている。熱遮蔽部６２は、図６および図１２に示すように、肉抜き部６３が設けられており、これにより空気層Ｓ２が形成されるようになっている。

（蓄電モジュール１０の組み付け方法）
以下、蓄電モジュール１０の組み付け方法について説明する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ４１に放熱部材４５、遮蔽部材４７Ａおよび熱遮蔽部材４７を取り付けてコンバータユニット４０を組み立てる。まず、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の構成部材である、大電流を通電するパワー部材(図示せず)に第３接続部材４９のコンバータ接続部４９Ａを接続する。次に、パワー部材(図示せず)に放熱部材４５を接着固定により組み立てた後、パワー部材(図示せず)に並行に、制御部材(図示せず)を組み立て、遮蔽部材４７Ａを、制御部材に覆い被せるように取り付ける(図１５)。

次に、第３接続部材４９のボルト挿通孔４９Ｂが形成されている端部を熱遮蔽部材４７の接続部材挿通孔４８に挿通させて、熱遮蔽部材４７をＤＣ−ＤＣコンバータ４１の右側面側に取り付けると、コンバータユニット４０が得られる。

コンバータユニット４０を保持部材５０のコンバータ保持部５７に取り付ける。コンバータユニット４０を保持部材５０のコンバータ保持部５７に配して挿入すると、保持部材５０の被係合部５８とＤＣ−ＤＣコンバータ４１の係合部４２とが係合して抜け止めされ、第３接続部材４９のボルト挿通孔４９Ｂが形成された端部が、壁部６１の接続部材挿通孔６１Ａを挿通したのち、保持部材５０の凹み部６４に収容したナット６５の上に配される。

蓄電ユニット１１の保持部材５０への組み付けを行う。
保持部材５０の蓄電素子収容部５２に、底部にホルダー１５を取り付けた蓄電素子１２を、隣り合う蓄電素子１２の電極端子１３が逆極性となるように３本ずつ並べて収容し、蓄電素子１２の電極端子１３を保持部材５０の凹部５６に嵌め込む。

次に第１接続部材２１および第２接続部材２２を図１１に示すように配置する。詳しくは、第２接続部材２２を、ボルト挿通孔２３Ａが対応する電極端子１３の上に重なるように配する。また、第１接続部材２１を、ボルト挿通孔２３Ａが端部の電極端子１３に重なるように配するとともに、ボルト挿通孔２３Ｂが第３接続部材４９のボルト挿通孔４９Ｂの上に重なるように配する。

次に、電極端子１３，１３間を接続する各接続部材２１，２２のボルト挿通孔２３Ａにボルト２５を挿通させ、当該ボルト２５を蓄電素子１２の電極端子１３のネジ孔１３Ａに螺合させる。また、第１接続部材２１のボルト挿通孔２３Ｂと第３接続部材４９のボルト挿通孔４９Ｂとが重なり合って形成される１つの孔にボルト２６を挿通させ、当該ボルト２６を保持部材５０の凹み部６４に収容されたナット６５に螺合させると、蓄電素子１２とＤＣ−ＤＣコンバータ４１とが電気的に接続可能となる。

次に、検知用回路基板２８の接続孔２９に第１接続部材２１の端子部２４および第２接続部材２２の端子部２４が挿通されるように検知用回路基板２８を上から差し込んで、端子部２４と接続孔２９とを接続すると蓄電ユニット１１の組み付けが完成する。

次にケースカバー３１を、蓄電素子収容部５２を覆うように、保持部材５０の正面側と背面側から取り付ける。ケースカバー３１の左側面、右側面および底面に形成された係止孔３３に、保持部材５０に設けたケースカバー係止突部５５が嵌りこむと、ケースカバー３１が保持部材５０に係止される。

第１アッパーカバー３４と第２アッパーカバー３６とを保持部材５０の上方に取り付ける。第１アッパーカバー３４の係止孔３５にケースカバー３１に設けたアッパーカバー係止突部３２が嵌りこむと第１アッパーカバー３４がケースカバー３１に係止される。第２アッパーカバー３６の係止孔３７に、保持部材５０のカバー係止突部５９がはまり込むと、第２アッパーカバー３６が保持部材５０に係止される。これにより図１に示すような蓄電モジュール１０が得られる。

（本実施形態の作用および効果）
本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
本実施形態おいて、蓄電ユニット１１とＤＣ−ＤＣコンバータ４１との間に配される熱遮蔽部６２は、これらの装置から発生する熱を遮蔽する機能を有しているので、蓄電ユニット１１およびＤＣ−ＤＣコンバータ４１を１つの保持部材５０により保持しても相互に熱の影響を防止することができる。

また、本実施形態において、蓄電ユニット１１とＤＣ−ＤＣコンバータ４１とは１つの保持部材５０に保持されているので、２つの装置を別々に配置するときよりも装置全体として小型化が可能となる。さらに本実施形態においては、ハーネスよりもコンパクトな第３接続部材４９を用いて蓄電ユニット１１とＤＣ−ＤＣコンバータ４１とを電気的に接続することができるので小型化とともに配線を簡略化することができる。
その結果、本実施形態によれば、熱の影響を防止し、かつ小型化を可能とした蓄電モジュール１０を提供することができる。

また、本実施形態によれば、熱遮蔽部６２には肉抜き部６３が形成されているから、肉抜き部６３により形成される空気層Ｓ２により遮熱効果を高めることができるとともに、熱遮蔽部６２が熱変形するのを防止することができる。また肉抜き構造とすることにより保持部材５０を作製するために用いる樹脂の量を減らすこともできる。

＜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）上記実施形態では、ネジ孔１３Ａが形成された電極端子１３にボルト２５を螺合させて電極端子１３と接続部材とを接続する例を示したが、電極端子がボルト状をなしていてナット締めにより電極端子と接続部材とを接続してもよい。
（２）上記実施形態では肉抜き部６３が形成されている熱遮蔽部６２を備える保持部材５０を示したが、熱遮蔽部は板状等であってもよい。

１０…蓄電モジュール
１１…蓄電ユニット
１２…蓄電素子
４０…コンバータユニット
４１…ＤＣ−ＤＣコンバータ
４４…（第３接続部材との）接続部
４５…放熱部材
４７…熱遮蔽部材
４７Ａ…遮蔽部材
４９…第３接続部材
４９Ａ…コンバータ接続部
５０…保持部材
５１…蓄電ユニット保持部
５２…蓄電素子収容部
５７…コンバータ保持部
６２…熱遮蔽部
６３…肉抜き部
Ｓ２…空気層

Claims (2)

1. 複数の蓄電素子を接続してなる蓄電ユニットと、
   前記蓄電素子に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記蓄電ユニットおよび前記ＤＣ−ＤＣコンバータを保持する保持部材と、
   前記保持部材と一体的に設けられ、前記蓄電ユニットと前記ＤＣ−ＤＣコンバータとの間に配される熱遮蔽部と、を備える蓄電モジュール。
2. 前記熱遮蔽部には肉抜き部が形成されている請求項１に記載の蓄電モジュール。

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