JP2017098041A

JP2017098041A - スイッチング素子の端子接続構造

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Publication number: JP2017098041A
Application number: JP2015228029A
Authority: JP
Inventors: 徳貴池尻; Noritaka Ikejiri; 知宏松島; Tomohiro Matsushima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: JP6481593B2

Abstract

【課題】中継部材について正確に温度検出を行って高電流制御の範囲を拡大すするとともに、バッテリから温度センサ等を介しての漏電を防止することができるスイッチング素子の端子接続構造を提供する。【解決手段】スイッチング素子の端子接続構造１０は、電源１２と電圧変換器１６との間を電気的に接続する接続線２２，２４上に設けられるスイッチング素子１４に関して、電源１２に接続される第１接続線２２ａ，２４ａをスイッチング素子１４の一方側端子に接続する第１中継部材２６と、電圧変換器１６に接続される第２接続線２２ｂ，２４ｂをスイッチング素子１４の他方側端子に接続する第２中継部材２８とを備える。そして、第２中継部材２８の温度を検出する温度センサ４０が第２中継部材２８と一体に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング素子の端子接続構造に関する。

従来、例えば特許文献１には、互いに挿通されて電気的に接続される一対の接続端子であって、一方の接続端子は、挿通方向において二つに分割されて互いに電気的に絶縁された第１及び第２端子部と、第１及び第２端子部の間に電気的に接続された電気抵抗体とを備えた構成が記載されている。この接続端子では、接続時に電源から負荷に流れる定常状態よりも大きな突入電流が第１端子部から電気抵抗体を介して他方の接続端子に流れるので、負荷に対する突入電流の影響を抑制できると記載されている。また、特許文献１には、上記電気抵抗体に電流遮断手段としての温度ヒューズを直列に接続し、定常電流が電気抵抗体に流れ続けた場合でも温度ヒューズの溶断によって電流が遮断されることで、電気抵抗体が焼損するのを防止できると記載されている。

特開２０１３−１３１４４１号公報

ところで、ハイブリッド車両等に搭載される電源システムでは、バッテリとインバータとの間にシステムメインリレーが配置されることがある。システムメインリレーがオンされることで、バッテリからインバータを介して負荷であるモータに電力供給が可能になる。

上記システムメインリレーから延出する２つのバスバーは、２つの中継端子を介してバッテリ側およびインバータ側の接続線にそれぞれ電気的に接続される。この場合、例えばバッテリから流れ出る電流等に基づいて中継部材の温度推定を行い、中継部材の推定温度が過度に上昇しないように負荷の出力制限を行うことがある。

しかし、上記推定温度は電流センサの誤差等を考慮して余裕度（マージン）を見込んでいるため冗長性が大きくなっていた。そのため、近年の車両高出力化に伴ってシステムメインリレーに流れる電流が高くなると、中継部材保護の観点から負荷に出力制限がかかり易くなるという問題がある。

このような問題に対処すべく、上記中継部材に温度センサを取り付けて温度を検出することが考えらえる。このようにすれば、温度センサによって検出される中継端子の正確な温度に基づいて、高電流制御の範囲を拡大することが可能になる。ただし、この場合、システムメインリレーを接続する２つの中継部材のうちのどちらに配置するかは、温度センサ及びこれに接続される温度検出回路を保護する観点から検討する必要がある。

本発明の目的は、中継部材について正確に温度検出を行って高電流制御の範囲を拡大すするとともに、バッテリから温度センサ等を介しての漏電を防止することができるスイッチング素子の端子接続構造を提供することである。

本発明に係るスイッチング素子の端子接続構造は、電源と電圧変換器との間を電気的に接続する接続線上に設けられるスイッチング素子に関して、前記接続線のうち前記電源に接続される第１接続線を前記スイッチング素子の一方側端子に接続する第１中継部材と、前記接続線のうち前記電圧変換器に接続される第２接続線を前記スイッチング素子の他方側端子に接続する第２中継部材とを備える、スイッチング素子の端子接続構造であって、前記第２中継部材の温度を検出する温度センサが前記第２中継部材と一体に設けられることを特徴とする。

本発明に係るスイッチング素子の端子接続構造によれば、第２中継部材に温度センサを一体に設けたことで、第２中継部材の温度を正確に検出できる。第１中継部材は、第２中継部材と同一の電流が流れることから同程度の温度と推定できる。したがって、従来の温度推定制御に比べて中継部材保護の観点から見込んでいた温度余裕度を低くすることができ、その分、負荷出力制限がかからない範囲でより高電流制御が可能になる。

また、バッテリ側の第１中継部材ではなく、電圧変換器側の第２中継部材に温度センサを設けられているため、スイッチング素子がオフされることによって高電圧側のバッテリ端子から電気的に切り離される。したがって、バッテリからの電流が温度センサ及びこれに接続される温度検出回路に漏電することがなく、温度センサ等の安全性を高めることができる。

本発明の一実施形態である端子接続構造を備える電源システムの概略構成図である。図１の端子接続構造に含まれる第２中継部材を示す斜視図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は、本発明の一実施形態であるスイッチング素子の端子接続構造（以下、単に「端子接続構造」という）１０を含む電源システム１の概略構成図である。図１に示すように、電源システム１は、バッテリ（電源）１２と、バッテリ１２に電気的に接続されるシステムメインリレー（スイッチング素子）１４とを備える。電源システム１は、電圧変換器の一例であるインバータ１６に電気的に接続されている。

電源システム１は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される。電源システム１から供給される直流電圧は、インバータ１６によって交流電圧に変換され、図示しない負荷に供給される。ここで負荷は、例えば三相同期型モータを例示できる。モータは、インバータ１６によって変換された三相交流電圧が印加されて回転駆動され、これにより車両の走行用動力を出力する。また、モータは、車両の減速時等に回生時には発電を行う発電機としても機能することが好適である。モータによって発電された交流電力は、インバータ１６によって交流電圧から直流電圧に変換され、システムメインリレー１４を介してバッテリ１２に充電することができる。

バッテリ１２は、例えば、複数の電池セル１３を直列に接続して構成される。電池セル１３は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池を用いることができる。バッテリ１２は、端子間電圧が例えば２００ボルト程度の高圧電源である。なお、バッテリに代えて、キャパシタが電源として用いられてもよい。

バッテリ１２には、図示しない温度センサ、電圧センサ、電流センサ等が設けられている。これらのセンサによる検出結果は、信号線ＳＬ１を介して電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８に送信される。電池ＥＣＵ１８は、これらの信号に基づいて、バッテリ１２の温度、電圧、ＳＯＣ（State Of Charge）を監視し、必要に応じてバッテリ１２の充放電動作を制御する。電池ＥＣＵ１８は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）及び記憶装置を含むマイクロコンピュータによって好適に構成される。

電池ＥＣＵ１８は、車両ＥＣＵ２０に信号線ＳＬ２を介して接続されている。車両ＥＣＵ２０は、電源システム１を含む車両全体の制御を司る機能を有する。車両ＥＵＣ２０も、電池ＥＣＵ１８と同様に、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）及び記憶装置を含むマイクロコンピュータによって好適に構成される。車両ＥＣＵ２０は、電池ＥＣＵ１８と共に１つのＩＣチップ内に搭載されてもよいし、あるいは、別々のＩＣチップとして搭載されてもよい。

インバータ１６は、上述したように、バッテリ１２からシステムメインリレー１４を介して供給される直流電圧を交流電圧に変換する機能、および、インバータ１６から供給される交流電圧をバッテリ充電用の直流電圧に変換する機能を有する電圧変換器またはＡＣ／ＤＣコンバータである。インバータ１６は、双方向の直流交流換機能を有する如何なる構成のものであってもよい。また、インバータ１６は、車両ＥＣＵ２０から信号線ＳＬ３を介して送信される制御信号に応じて内部の複数のスイッチング素子がオン・オフ動作して、上記の直流交流変換動作が制御される。

なお、本実施形態では、システムメインリレー１４を介してバッテリ１２に接続される電圧変換器がインバータ１６であると説明したが、これに限定されるものではない。上記電圧変換器は、バッテリ電圧を昇圧して負荷側に供給する機能を有するコンバータであっても良い。このコンバータは、負荷側から供給される直流電圧を降圧する機能も有するのが好ましい。

システムメインリレー１４は、バッテリ１２とインバータ１６との間を電気的に接続する接続線２２上に設けられるスイッチング素子である。具体的には、システムメインリレー１４は、正極側スイッチ１４ｐと負極側スイッチ１４ｎとを含む。正極側スイッチ１４ｐは、バッテリ１２の正極端子１２ｐとインバータ１６の正極端子１６ｐとを接続する正極接続線２２上に設けられ、負極側スイッチ１４ｎは、バッテリ１２の負極端子１２ｎとインバータ１６の負極端子１６ｎとを接続する負極接続線２４上に設けられている。そして、システムメインリレー１４は、車両ＥＣＵ２０から信号性ＳＬ４を介して送信される制御信号に基づいて、オン・オフ制御される。

正極接続線２２は、第１正極接続線２２ａと第２正極接続線２２ｂとを含む。第１正極接続線２２ａは、第１中継部材２６を介して、バッテリ１２の正極端子１２ｐと、システムメインリレー１４の正極側スイッチ１４ｐの一方側端子との間を接続する。また、第２正極接続線２２ｂは、第２中継部材２８を介して、インバータ１６の正極端子１６ｐと、正極側スイッチ１４ｐの他方側端子との間を接続する。

負極接続線２４は、第１負極接続線２４ａと第２負極接続線２４ｂとを含む。第１負極接続線２４ａは、もう１つの第１中継部材２６を介して、バッテリ１２の負極端子１２ｎと、システムメインリレー１４の負極側スイッチ１４ｎの一方側端子との間を接続する。また、第２負極接続線２４ｂは、もう１つの第２中継部材２８を介して、インバータ１６の負極端子１６ｎと、負極側スイッチ１４ｎの他方側端子との間を接続する。そして、本実施形態の端子接続構造１０では、バッテリ１２側の第１中継部材２６ではなくて、インバータ１６側の第２中継部材２８に温度センサ４０が一体に設けられている。

温度センサ４０は、第２中継部材２８の温度を検出する機能を有する。温度センサ４０の検出結果は、信号線ＳＬ５を介して電池ＥＣＵ１８に送信され、さらに信号線ＳＬ２を介して車両ＥＣＵに送信されてもよい。電池ＥＣＵ１８又は車両ＥＣＵ２０は、温度センサ４０により検出された第２中継部材２８の温度を予め設定された所定閾値と比較し、第２中継部材２８の温度が所定閾値以上になったとき、負荷であるモータの出力制限制御を行うか、システムメインリレー１４をオフするかの何れか実行して、第２中継部材２８の温度上昇を抑制して保護する。また、第１中継部材２６は、第２中継部材２８と同一の電流が流れることから同程度の温度と推定できる。したがって、第１中継部材２６の温度上昇も抑制して保護することができる。

次に、図２を参照して、本実施形態の端子接続構造１０について詳細に説明するが、その構造は正極接続線２２及び負極接続線２４のいずれにおいても同じであるため、以下では正極接続線２２に設けられた端子接続構造１０を例として説明する。

図２は、本実施形態の端子接続構造１０に含まれる第２中継部材２８を示す斜視図である。図示を省略した第１中継部材２６は、温度センサ４０が設けられていない点だけが第２中継部材２８と相違する。

図１及び図２に示すように、本実施形態の端子接続構造１０は、正極接続線２２のうちバッテリ１２に接続される第１正極接続線２２ａをシステムメインリレー１４の正極側スイッチ１４ｐの一方側端子に接続する第１中継部材２６と、正極接続線２２のうちインバータ１６の正極端子１６ｐに接続される第２正極接続線２２ｂを上記正極側スイッチ１４ｐの他方側端子に接続する第２中継部材２８と、第２中継部材２８に一体に設けられた温度センサ４０とを備える。

図２に示すように、第２中継部材２８は、例えば導電性を有する金属板で形成され、略直方体の外形をなす側壁３０を有する。第２中継部材２８の一方側端部３２には側壁３０で囲まれた開口部が形成される。この開口部には、インバータ１６に接続された第２正極接続線２２ｂの端部が挿入されて、例えば、溶接、かしめ等によって固定されている。

第２中継部材２８の他方側端部には、側壁３０で囲まれた開口部３４が形成されている。この開口部３４には、側壁３０の一辺縁部から曲げ形成された押さえ片３６が傾斜して入り込んでいる。これにより、第２中継部材２８の開口部３４に正極側スイッチ１４ｐの板状をなす他方側端子１５が矢印Ａ方向に挿入されると、第２中継部材２８内において上記他方側端子１５が押さえ片３６のばね力によって押圧される。その結果、正極側スイッチ１４ｐの他方側端子１５が第２正極接続線２２ｂの端部と確実に接触した状態になる。

温度センサ４０は、図２に示すように、検出信号を出力する信号線ＳＬ５の端部に連結された温度検出素子４２と、温度検出素子４２を収容する金属製の収容部４４と、収容部４４内において温度検出素子４２の周囲に充填されるモールド樹脂部４６とを有する。このモールド樹脂部４６によって、温度検出素子４２が収容部４４内に固定されている。また、温度センサ４０の収容部４４は、第２中継部材２８の側壁３０上に、例えば溶接等によって密接状態に固定されている。

なお、正極接続線２２のうちバッテリ１２に接続される第１正極接続線２２ａを正極側スイッチ１４ｐの一方側端子に接続する第１中継部材２６は、周囲を略直方体状に囲む側壁３０と押さえ片３６とを有する点で第２中継部材２８と同様であるが、温度センサ４０は設けられていない。

上記構成を備える本実施形態の端子接続構造１０を含む電源システム１では、車両ＥＣＵ２０からの信号に応じてシステムメインリレー１４がオンされると、バッテリ１２から供給される直流電流が第１および第２中継部材２６，２８を介して正極接続線２２及び負極接続線２４を流れる。この直流電流は、近年の車両高出力化やバッテリの高圧化に伴ってより高電流になってきている。そのため、第１及び第２中継部材２６，２８が過度に温度上昇して損傷しないように、車両の出力制限制御が行われることがある。

この場合、本実施形態の端子接続構造１０によれば、第２中継部材２８に一体に設けられた温度センサ４０によって、第２中継部材２８の温度を直に且つ正確に検出することができる。第１中継部材２６は、第２中継部材２８と同一の電流が流れることから同程度の温度と推定できる。したがって、従来の温度推定制御に比べて中継部材保護の観点から見込んでいた温度余裕度を低くすることができ、その分、負荷出力制限がかからない範囲でより高電流制御が可能になる。

また、バッテリ１２側の第１中継部材２６ではなく、インバータ１６側の第２中継部材２８に温度センサ４０を設けられているため、システムメインリレー１４がオフされることによって温度センサ４０は高電圧側のバッテリ端子から電気的に切り離される。したがって、バッテリ１２からの電流が温度センサ４０及びこれに接続される温度検出回路に漏電することがなく、温度センサ４０等の安全性を高めることができる。

さらに、第２中継部材２８に一体に設けられた温度センサ４０の周囲には絶縁性のモールド樹脂部４６が充填されているため、これによっても温度センサ４０への漏電を効果的に抑制することがきる。

なお、本発明は、上述した実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項及びその均等な範囲で種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記においては端子接続構造が適用されるスイッチング素子がリレーである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、オン・オフ制御が可能な如何なるタイプのスイッチング素子に適用されてもよい。

１電源システム、１０，１０Ａ，１０Ｂ端子接続構造、１２バッテリ（電源）、１２ｎ負極端子
１２ｐ（バッテリの）正極端子、１２ｎ（バッテリの）負極端子、１３電池セル、１４システムメインリレー（スイッチング素子）、１４ｐ正極側スイッチ、１４ｎ負極側スイッチ、１５他方側端子、１６インバータ（電圧変換器）、１６ｎ（インバータの）負極端子、１６ｐ（インバータの）正極端子、１８電池ＥＣＵ、２０車両ＥＣＵ、２２正極接続線、２２ａ第１正極接続線、２２ｂ第２正極接続線、２４負極接続線、２４ａ第１負極接続線、２４ｂ第２負極接続線、２６第１中継部材、２８第２中継部材、３０側壁、３２一方側端部、３４開口部、３６押さえ片、４０温度センサ、４２温度検出素子、４４収容部、４６モールド樹脂部、Ａ矢印、ＳＬ１−ＳＬ５信号線。

Claims

電源と電圧変換器との間を電気的に接続する接続線上に設けられるスイッチング素子に関して、前記接続線のうち前記電源に接続される第１接続線を前記スイッチング素子の一方側端子に接続する第１中継部材と、前記接続線のうち前記電圧変換器に接続される第２接続線を前記スイッチング素子の他方側端子に接続する第２中継部材とを備える、スイッチング素子の端子接続構造であって、
前記第２中継部材の温度を検出する温度センサが前記第２中継部材と一体に設けられることを特徴とする、スイッチング素子の端子接続構造。