JP2016220276A - 電気接続箱 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化及び低コスト化とともに、ボックス全体の低背化を図ることができる電気接続箱を提供する。
【解決手段】電気接続箱１は、電気的な経路を形成する一対のバスバ３，４と、一対のバスバ３，４の間に配置されて当該バスバ３，４間の通電及び遮断を行うパワーモジュール５と、パワーモジュール５の制御端子が電気的に接続されるとともに、パワーモジュール５を制御する制御部９を実装する制御基板７と、箱状のカバー本体２と、を有している。ここで、一対のバスバ３，４、パワーモジュール５及び制御基板７は、カバー本体２内に収容されてそれぞれが略同一平面上に配設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されて電源分配を行う電気接続箱に関する。

従来、自動車といった車両には多種多様な電子機器が搭載されている。これら電子機器に電力を供給するために、自動車には、バッテリ等の電源と電子機器との間の適宜箇所に、リレー等の電気部品が集約されて構成された電気接続箱が設置されている。

また、近年では、電気自動車やハイブリッドカーなどの車両では、高電圧バッテリとインバータなどの高電圧負荷との間に配置され、通電又は遮断を行う電気接続箱（以下「電源分配ボックス」という）が知られている。この電源分配ボックスでは、従来の機械式のリレーに代えて、パワーモジュール（半導体モジュール）が使用されつつある。半導体モジュールは大電力に対応することができるものの、モジュール自身の大きさやモジュール制御用の制御基板を搭載することから、大型化の要因となる。

例えば特許文献１には、電気接続箱が開示されている。この電気接続箱は、スイッチングモジュールとスイッチングモジュールが実装された電力回路基板とを備える回路構成体をカバーに収容して構成されている。ここで、スイッチングモジュールは、電力回路基板に流れる電流の通電又は遮断を実行する半導体スイッチと、半導体スイッチが実装され当該半導体スイッチの駆動を制御する制御基板とを備える。半導体スイッチの一端部には、制御基板に接続可能な制御端子が設けられるとともに、半導体スイッチの他端部には、電力回路基板に接続可能な電力端子が設けられ、制御端子と電力端子とは、制御基板の板面に対して実質的に垂直となる方向に沿って設けられている。そして、制御基板と電力回路基板とが対向状に配されている。

この特許文献１に開示された手法では、半導体スイッチの端子を当該スイッチ（ハウジング）の上面又は下面に向け、電力回路基板と制御基板とを分離して、基板面積の小型化を図っている。

特開２０１３−２７２８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、大電流が流れる回路が回路基板内に配索される。高電圧用の電源分配ボックスのように高電圧大電流を扱う回路では、基板内のパターン幅や厚さを十分に確保する必要があることから、多くの場合厚銅基板等が使用される。そのため、コストアップや重量増加を招くという不都合がある。また、特許文献１に開示された手法では、基板同士が対向状に配置されるので、背高となり大型化を招くという不都合がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量化及び低コスト化とともに、ボックス全体の低背化を図ることができる電気接続箱を提供する。

かかる課題を解決するために、本発明は、電源と電子機器との間の電気的な経路を形成する一対のバスバと、一対のバスバの間に配置されて、当該一対のバスバ間の通電及び遮断を行う遮断部と、遮断部を制御する制御信号を出力する制御部を実装するとともに、当該制御部と遮断部の制御端子とを電気的に接続する制御基板と、箱状のカバーと、を有する電気接続箱を提供する。ここで、一対のバスバ、遮断部及び制御基板は、箱状のカバー内に収容されてそれぞれが略同一平面上に配設される。

ここで、本発明は、電気接続箱が配置される車両内の配置面と、箱状のカバーの底面との間に配設されるシート状の絶縁部材をさらに有することが好ましい。ここで、箱状のカバーの底面には、遮断部の配置領域と位置的に対応して、カバー内外を貫通する開口が形成されており、遮断部の底面は、シート状の絶縁部材を介して車両内の配置面に接触配置されることが望ましい。

また、本発明は、箱状のカバーの底面に立設され、当該箱状のカバーの周側壁に沿って一対のバスバの配索経路を形成する隔壁をさらに有することが好ましい。ここで、制御基板は、箱状のカバーの底面における中央領域に配置されて、一対のバスバの配索経路が隔壁を隔てて当該制御基板の周囲に配置されることが望ましい。

さらに、本発明において、遮断部は、配索経路に沿って配置された一対のバスバの上から積層的に配置され、遮断部の一対の電力端子が一対のバスバの端部にそれぞれ取り付けられることが好ましい。

本発明によれば、大電流が流れる電気的な経路が一対のバスバによって形成されるので、大電流が流れる回路を制御基板に形成する必要がない。このため、厚銅基板等を用いる必要がないので、安価で軽量な基板を使用することができる。また、一対のバスバ、遮断部及び制御基板が、略同一平面上に位置付けられるため、箱状のカバーにおける高さ方向の大きさを抑えることができ、電気接続箱の低背化を図ることができる。その結果、軽量化及び低コスト化とともに、ボックス全体の低背化を図ることができる。

本実施形態に係る電気接続箱の構成を模式的に示す斜視図 本実施形態に係る電気接続箱の構成を模式的に示す分解斜視図 本実施形態に係る電気接続箱の構成を模式的に示す断面図 バスバとパワーモジュールの組み付け構造を示す説明図

図１は、本実施形態に係る電気接続箱１の構成を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る電気接続箱１の構成を模式的に示す分解斜視図である。図３は、本実施形態に係る電気接続箱１の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る電気接続箱１は、高電圧バッテリとインバータ等の高電圧負荷との間の通電及び遮断を行う電源分配ボックスである。

電気接続箱１は、カバー本体２と、２組からなる一対のバスバ３，４と、２組のパワーモジュール５と、制御基板７とを主体に構成されている。

カバー本体２は、一対のバスバ３，４、パワーモジュール５及び制御基板７を収容する箱状のカバー（箱体）である。カバー本体２は、絶縁性の合成樹脂で構成され、周知の射出成形によって成形されている。

カバー本体２は、ロアカバー２ａと、アッパーカバー２ｂとで構成されている。ロアカバー２ａは、上方が開口された凹形状の箱体であり、その底面２ａ１に一対のバスバ３，４、パワーモジュール５及び制御基板７が配置される。アッパーカバー２ｂは、下方が開口された凹形状の箱体であり、ロアカバー２ａに対して上方より組み付けられ、箱体としてのカバー本体２を構成する。

ここで、ロアカバー２ａは、一対のバスバ３，４、パワーモジュール５及び制御基板７が略同一平面上に位置付けられるように設定されている。

また、ロアカバー２ａの底面２ａ１には、当該ロアカバー２ａの周側壁２ａ２に沿って隔壁２ｃが立設されている。この隔壁２ｃとロアカバー２ａの周側壁２ａ２とにより、当該ロアカバー２ａの周側壁２ａ２に沿って、一対のバスバ３，４の配索経路が形成される。

隔壁２ｃの内側に位置するロアカバー２ａの底面２ａ１の中央領域には、制御基板７の配置領域が設けられている。これにより、制御基板７の周囲に、隔壁２ｃを隔てて一対のバスバ３，４の配索経路が配置される。隔壁２ｃの近傍には、制御基板７をロアカバー２ａの底面２ａ１から離間して支持するための柱部２ｄが複数配設されている。

また、ロアカバー２ａの底面２ａ１のうちパワーモジュール５の配置領域には、ロアカバー２ａの内外を貫通する開口２ｅが形成されている。

一方の組における一対のバスバ３，４は、高電圧バッテリと高電圧負荷との間の電気的な経路（電圧回路）を形成するものであり、本実施形態では、正極側に対応する電圧回路である。一対のバスバ３，４は、パワーモジュール５の両側にそれぞれ配置されており、パワーモジュール５を介して連続する電圧回路を構成する。個々のバスバ３，４は、略平板形状の導電部材であり、例えば銅マンガン合金や銅ニッケル合金などの平板から、プレス成形により所望の形状、例えばクランク形状に形成されている。

一方のバスバ（以下「第１バスバ」という）３の一端は、高電圧バッテリに通じる接続電線（図示せず）と接続し、その他端は、パワーモジュール５と接続する。一方、他方のバスバ（以下「第２バスバ」という）４の一端は、高電圧負荷に通じる接続電線（図示せず）と接続し、その他端は、パワーモジュール５と接続する。

第１バスバ３の各両端部には貫通孔がそれぞれ形成されている。一方の貫通孔（図示せず）にはネジ１０ａが挿通され、当該ネジ１０ａにより、第１バスバ３がロアカバー２ａに固定されるとともに高電圧バッテリの接続電線と締結される。また、他方の貫通孔３ａにはネジ１０ｂが挿通され、当該ネジ１０ｂにより、第１バスバ３がパワーモジュール５の電力端子と締結されるとともにロアカバー２ａに固定される。

第２バスバ４の各両端部にも、第１バスバ３と同様に、貫通孔がそれぞれ形成されている。一方の貫通孔（図示せず）にはネジ１０ｃが挿通され、当該ネジ１０ｃにより、第２バスバ４がロアカバー２ａに固定されるとともに高電圧負荷の接続電線と締結される。また、他方の貫通孔４ａにはネジ１０ｄが挿通され、当該ネジ１０ｄにより、第２バスバ４がパワーモジュール５の電力端子と締結されるとともにロアカバー２ａに固定される。

他方の組における一対のバスバ３，４は、高電圧バッテリと高電圧負荷との間の電気的な経路（電圧回路）を形成するものであり、本実施形態では、負極側に対応する電圧回路である。一対のバスバ３，４は、パワーモジュール５の両側にそれぞれ配置されており、パワーモジュール５を介して連続する電圧回路を構成する。なお、負極側の一対のバスバ３，４の構成は、上述した正極側の一対のバスバ３，４の構成と同様であり、その説明については省略する。

パワーモジュール５は、電圧回路の通電又は遮断を行うものである（遮断部）。正極側及び負極側それぞれの電圧回路の通電遮断を行うため、本実施形態の電気接続箱１には、２組のパワーモジュール５が搭載されている。これにより、もしどちらか一方のパワーモジュール５が故障した場合でも、他方のパワーモジュール５を用いて遮断動作をすることができる。そのため、電圧回路を高電圧負荷側から確実に電気的に遮断することができる。

パワーモジュール５は、一対のバスバ３，４の間に配置される。パワーモジュール５は、複数のパワー半導体（例えばｎ型のＭＯＳＦＥＴ）をモジュール化して構成されている。パワーモジュール５のバスバ３，４側の各側面には、一対の電力端子（ドレイン端子，ソース端子）５ａが設けられ、その制御基板７側の側面には、パワーモジュール５を制御する為の制御端子（ゲート端子）５ｂが設けられている。一方の電力端子５ａは、ネジ１０ｂにより第１バスバ３と締結され、他方の電力端子５ａは、ネジ１０ｄにより第２バスバ４と締結される。また、制御端子５ｂは、制御基板７に接続される。

制御基板７は、パワーモジュール５を制御する制御部８を実装する基板である。制御基板７の所要の位置には、スルーホール７ａが貫通形成されており、このスルーホール７ａにパワーモジュール５の制御端子５ｂが挿通される。また、制御基板７には、プリント配線技術により配線パターンが形成されている。これにより、スルーホール７ａに挿通された制御端子５ｂと制御部８とが電気的に接続される。パワーモジュール５と制御基板７との固定はネジ１０ｅにより行われる。

制御部８としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御部８は、２組のパワーモジュール５を制御する制御信号を出力する。

制御基板７には、外部信号端子９が配置されており、この外部信号端子９を介して外部装置（ＥＣＵ等）と制御基板７との電気的な接続を行うことができる。制御部８は、当該外部信号端子９を介して外部装置と通信を行い、この外部装置からの指令に応じて、上述した制御信号を出力することができる。

このような構成の電気接続箱１は、高電圧バッテリとインバータ等の高電圧負荷との間の通電又は遮断を行う高電圧電源分配ボックスとして用いられる。この電気接続箱１を作成する場合には、まず、ロアカバー２ａの中央に制御基板７を配置する。つぎに、ロアカバー２ａの周側壁２ａ２と隔壁２ｃとにより画定される配索経路に一対のバスバ３，４を配置する。そして、一対のバスバ３，４の上からパワーモジュール５を積層的に配置し、ネジ１０ｂ、１０ｄにより、パワーモジュール５における一対の電力端子５ａと、一対のバスバ３，４とを接続する。同様に、ネジ１０ｅにより、パワーモジュール５と制御基板７との取り付けを行う。これより、一対のバスバ３，４、パワーモジュール５及び制御基板７が、ロアカバー２ａ内に収容されて略同一平面上に配設される。一対のバスバ３，４、及びパワーモジュール５の組み付け作業は、正極側及び負極側に対応してそれぞれ実施される。

つぎに、第１バスバ３の端部に、高電圧バッテリに通じる接続電線をネジ１０ａにより接続するとともに、ロアカバー２ａに対する第１バスバ３の固定を行う。同様に、第２バスバ４の端部に、高電圧負荷に通じる接続電線をネジ１０ｃにより接続するとともに、ロアカバー２ａに対する第２バスバ４の固定を行う。

電気接続箱１は、その使用時には、車両内の金属筐体等といった配置面２０に取り付けられる。この場合、電気接続箱１は、ロアカバー２ａの底面２ａ１が配置面２０と向き合うように配置され、当該底面２ａ１と配置面２０との間には、絶縁シート１２が設けられる。この絶縁シート１２は、ロアカバー２ａに搭載されたパワーモジュール５と対応する位置に配置される。上述したように、ロアカバー２ａのパワーモジュール５が搭載される領域には開口２ｅが形成されており、パワーモジュール５の底面は、絶縁シート１２を介して配置面２０に接触配置される。なお、この絶縁シート１２も電気接続箱１の構成要素の一つである。

このような構成の電気接続箱１において、制御部８は、外部装置からの遮断命令等を受けると、制御信号を出力する。この制御信号がパワーモジュール５の制御端子５ｂに出力されると、当該制御端子５ｂに制御電圧が印加される。これにより、パワーモジュール５のオンオフ、すなわち、電圧回路の通電又は遮断を切り換えることができる。また、制御部８自身が遮断の判断を行い、制御信号を出力する、もしくは、パワーモジュール５自身が遮断の判断を行い、遮断動作を行う方式であってもよい。

このように本実施形態において、電気接続箱１は、高電圧バッテリと高電圧負荷との間の電気的な経路を形成する一対のバスバ３，４と、一対のバスバ３，４の間に配置されて当該一対のバスバ３，４間の通電及び遮断を行うパワーモジュール５と、パワーモジュール５を制御する制御信号を出力する制御部８を実装するとともに当該制御部８とパワーモジュール５の制御端子５ｂとを電気的に接続する制御基板７と、箱状のカバー本体２と、を有している。ここで、一対のバスバ３，４、パワーモジュール５及び制御基板７は、カバー本体２内に収容されて略同一平面上に配設される。

この構成によれば、電気的な経路をバスバ３，４で構成し、パワーモジュール５に流れる大電流がバスバ３，４を流れるようにしている。そして、制御基板７では、パワーモジュール５を制御する制御信号を扱うこととしている。このため、大電流が流れる回路を制御基板７に形成する必要がないので、当該制御基板７に厚銅基板等を用いる必要がなく、安価で軽量な基板を使用することができる。また、一対のバスバ３，４、パワーモジュール５及び制御基板７が、略同一平面上に位置付けられるため、カバー本体２の高さ方向の大きさを抑えることでき、電気接続箱１の低背化を図ることができる。その結果、軽量化及び低コスト化とともに、ボックス全体の低背化を図ることができる。

なお、本実施形態において、略同一平面上とは、一対のバスバ３，４、パワーモジュール５及び制御基板７が同一平面上に位置することのみを指すのではなく、これらの要素間で重なりをもって配置されることも含むものである。

また、本実施形態の電気接続箱１は、当該電気接続箱１が配置される車両内の配置面２０と、ロアカバー２ａの底面２ａ１との間に配設される絶縁シート１２（シート状の絶縁部材）をさらに有している。この場合、カバー本体２の底面２ａ１は、パワーモジュール５の配置領域と位置的に対応して、ロアカバー２ａの内外を貫通する開口２ｅが形成されている。そして、パワーモジュール５の底面は、絶縁シート１２を介して車両内の配置面２０に接触配置される。

この構成によれば、パワーモジュール５から絶縁シート１２を経由して、車両内の配置面２０へと至る放熱ルートを確保することできる。これにより、パワーモジュール５からバスバ３，４を経由して接続電線へと至る放熱ルートと合わせて、２つの経路でパワーモジュール５の熱を外部に逃がすことができる。その結果、パワーモジュール５の放熱を有効に行うことができる。

なお、パワーモジュール５の上面に放熱パッドを設け、アッパーカバー２ｂに熱伝導性の良い材質を採用することで、パワーモジュール５の上面から放熱をすることも可能である。

また、本実施形態において、電気接続箱１は、ロアカバー２ａの底面２ａ１に立設され、ロアカバー２ａの周側壁２ａ２に沿って一対のバスバ３，４の配索経路を形成する隔壁２ｃをさらに有している。この場合、制御基板７は、ロアカバー２ａの底面２ａ１における中央領域に配置されて、一対のバスバ３，４の配索経路が隔壁２ｃを隔ててその周囲に配置される。

この構成によれば、一対のバスバ３，４、パワーモジュール５及び制御基板７を、略同一平面上に効率的に配置することができる。これにより、カバー本体２の高さ方向の大きさを抑えることができ、電気接続箱１の低背化を図ることができる。

また、本実施形態において、パワーモジュール５は、配索経路に沿って配置された一対のバスバ３，４の上から積層的に配置され、パワーモジュール５の一対の電力端子５ａが一対のバスバ３，４の端部にそれぞれ取り付けられる。

この構成によれば、簡素な手法で、バスバ３，４とパワーモジュール５とを組み付けることができる。

特に、本実施形態では、バスバ３，４とパワーモジュール５との組み付けにネジ止めを用いている。これにより、部品点数の増加を抑制し、かつ、組み付け性の向上を図ることができる。

なお、図４に示すように、バスバ３，４とパワーモジュール５との組み付けは端子３ｂ、４ｂによるものであってもよい。これにより、部品点数の増加を抑制し、かつ、組み付け性の向上を図ることができる。

また、バスバ３，４はロアカバー２ａに一体成形されたり、樹脂の溶接により位置が設定され、電気的接続をネジ止めで行うものであってもよい。

以上、本実施形態にかかる電気接続箱について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、電源分配ボックスとして説明したが、種々の電気接続箱に適用可能である。

１ 電気接続箱
２ カバー本体
２ａ ロアカバー
２ａ１ 底面
２ａ２ 周側壁
２ｂ アッパーカバー
２ｃ 隔壁
２ｄ 柱部
２ｅ 開口
３，４ バスバ
５ パワーモジュール
５ａ 電力端子（ドレイン端子、ソース端子）
５ｂ 制御端子（ゲート端子）
７ 制御基板
８ 制御部
９ 外部信号端子
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ ネジ
１２ 絶縁シート
２０ 配置面

Claims (4)

1. 電源と電子機器との間の電気的な経路を形成する一対のバスバと、
   前記一対のバスバの間に配置されて、当該一対のバスバ間の通電及び遮断を行う遮断部と、
   前記遮断部を制御する制御信号を出力する制御部を実装するとともに、当該制御部と前記遮断部の制御端子とを電気的に接続する制御基板と、
   箱状のカバーと、を有し、
   前記一対のバスバ、前記遮断部及び前記制御基板は、前記箱状のカバー内に収容されて略同一平面上に配設されることを特徴とする電気接続箱。
2. 前記電気接続箱が配置される車両内の配置面と、前記箱状のカバーの底面との間に配設されるシート状の絶縁部材をさらに有し、
   前記箱状のカバーの底面には、前記遮断部の配置領域と位置的に対応して、カバー内外を貫通する開口が形成されており、
   前記遮断部の底面は、前記シート状の絶縁部材を介して前記車両内の配置面に接触配置されることを特徴とする請求項１に記載された電気接続箱。
3. 前記箱状のカバーの底面に立設され、当該箱状のカバーの周側壁に沿って前記一対のバスバの配索経路を形成する隔壁をさらに有し、
   前記制御基板は、前記箱状のカバーの底面における中央領域に配置されて、前記一対のバスバの配索経路が前記隔壁を隔てて当該制御基板の周囲に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載された電気接続箱。
4. 前記遮断部は、前記配索経路に沿って配置された前記一対のバスバの上から積層的に配置され、前記遮断部の一対の電力端子が前記一対のバスバの端部にそれぞれ取り付けられることを特徴とする請求項３に記載された電気接続箱。

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