JP2020120512A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池ユニットをスイッチ装置で制御する電源装置から放出される音を低減するのに有効な技術を提供する。【解決手段】電源装置１は、電池ユニットと、電池ユニットと電気負荷である発電電動機２との間の通電経路を形成するバスバ４１と、鉄心３４に巻かれたコイル３３を有し、電池ユニットにおける電力の入出力時にコイル３３への通電によってオンオフ動作するスイッチ装置３２と、を備え、バスバ４１は、スイッチ装置３２と対向する対向通電部４３ａを有し、スイッチ装置３２は、鉄心３４の軸線Ｃがバスバ４１の対向通電部４３ａが延びる方向である第２方向Ｙに沿うように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置に関する。

下記特許文献１には、この種の電源装置である電池装置（以下、「電源装置」という。）が開示されている。この電源装置は、電池ユニットと、電池ユニットに電気的に接続された回路基板と、回路基板に設けられ電池ユニットにおける電力の入出力のためにオンオフ動作するスイッチ装置と、を備えている。

この電源装置は、車両の発電電動機に接続されるものである。電池ユニットで発電電動機を駆動することで車両が走行し、車両の減速時に発電電動機を発電させて電池ユニットを充電する。そして、この電源装置は、車両始動時と車両停止後において、スイッチ装置を作動させて電池ユニットへの電力の入出力を行うように構成されている。

特開２０１８−９８０６１号公報

ところで、上記電源装置において、電池ユニットで発電電動機を駆動する車両のモータ走行時には、バスバに流れるリップル電流の影響でバスバの周りに生じる磁界と、スイッチ装置で生じる磁界とが干渉する。これらの磁界の干渉によってスイッチ装置が回路基板とともにリップル電流の周波数で振動することで磁気音が発生する。車両のモータ走行時はエンジン音もなく暗騒音が小さいことから、このような磁気音が車室内で顕在化しやすい。

そこで、この種の電源装置の設計に際しては、電源装置から車室内に向けて放出される磁気音のような音を低減するための技術が求められている。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、電池ユニットをスイッチ装置で制御する電源装置から放出される音を低減するのに有効な技術を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
電池ユニット（１０）と、
上記電池ユニットと電気負荷（２）との間の通電経路を形成するバスバ（４１）と、
鉄心（３４）に巻かれたコイル（３３）を有し、上記電池ユニットにおける電力の入出力時に上記コイルへの通電によってオンオフ動作するスイッチ装置（３２）と、
を備え、
上記バスバは、上記スイッチ装置と対向する対向通電部（４３ａ）を有し、
上記スイッチ装置は、上記鉄心の軸線（Ｃ）が上記バスバの上記対向通電部が延びる方向（Ｙ）に沿って配置されるように構成されている、電源装置（１，１０１）、
にある。

上記電源装置において、スイッチ装置は、電池ユニットにおける電力の入出力時に、鉄心に巻かれたコイルへの通電によってオンオフ動作するように構成されている。このスイッチ装置では、コイルへの通電によってその軸線に沿って磁界（以下、「コイル磁界」という。）が形成される。このスイッチ装置は、電池ユニットと電気負荷との間の通電経路を形成するバスバの対向通電部と対向するように配置されている。このため、バスバに流れるリップル電流の影響によって、バスバの対向通電部の周りに生じる磁界（以下、「バスバ磁界」という。）とスイッチ装置で生じるコイル磁界とが干渉したとき、スイッチ装置がリップル電流の周波数で振動することで磁気音の発生要因に成り得る。

そこで、この電源装置では、スイッチ装置は、鉄心の軸線がバスバの対向通電部が延びる方向に沿って配置されるように構成されている。即ち、スイッチ装置の鉄心とバスバの対向通電部とが概ね平行に配置されるようになっている。これにより、バスバ磁界が及ぶ範囲内にスイッチ装置が配置されているときでも、バスバ磁界とコイル磁界との干渉によってスイッチ装置が受ける加振力を低く抑えることができる。このため、スイッチ装置の振動によって発生する磁気音を低減することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、電池ユニットをスイッチ装置で制御する電源装置から放出される音を低減するのに有効な技術を提供できる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１の電源装置の平面図。 図１のII-II線矢視断面図。 実施形態２について図２に対応した断面図。

以下、電源装置に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

なお、本明細書の図面では、特に断わらない限り、電源装置の幅方向である第１方向を矢印Ｘで示し、電源装置の奥行方向である第２方向を矢印Ｙで示し、電源装置の高さ方向である第３方向を矢印Ｚで示すものとする。この電源装置の配置形態の一例として、第３方向Ｚが電源装置の鉛直方向に沿って延びるような配置形態が挙げられるが、必要に応じてこの配置形態をその他の配置形態に変更することが可能である。

（実施形態１）
図１に示されるように、電源装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるものである。本実施形態において、電源装置１は、ハイブリッド自動車の床下に搭載されるものであり、いずれも車両における電気負荷である発電電動機２及び鉛蓄電池４のそれぞれに電気的に接続される。

発電電動機２は、車両のエンジン（内燃機関）３に連結されており、エンジン３によって駆動されることによって発電機として機能する。発電電動機２で発電された電力が電源装置１に供給されることによって、この電源装置１の後述の電池ユニット１０が充電されるようになっている。また、この発電電動機２は、電源装置１の電池ユニット１０から電力が供給されることによって電動機（モータ）として機能し、車両をモータ走行させる。このとき、発電電動機２は、エンジン３とともに駆動源となり得る。

このような発電電動機２は、モータ機能付発電機（モータジェネレータ）であり、一般的に「ＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」と称呼される。

鉛蓄電池４は、電池ユニット１０と並列で、発電電動機２に電気的に接続されるバッテリである。この鉛蓄電池４は、電池ユニット１０と共に発電電動機２に電力を供給したり、オーディオ装置やナビゲーション装置等の電気負荷に電力を供給したりするように構成されている。また、発電電動機２の発電電力が鉛蓄電池４に供給されることで、この鉛蓄電池４の充電が行われるように構成されている。

電源装置１は、電池ユニット１０と、ケース２０と、電気回路部３０と、バスバモジュール４０と、を備えている。この電源装置１は、電池ユニット１０を備えるため、「電池装置」とも称呼される。

詳細な説明は省略するが、電池ユニット１０は、直列接続された複数の電池セル（図示省略）を、電池セルの厚み方向に積層してなる電池モジュールである。電池セルは、リチウムイオン蓄電池であり、電気絶縁材からなるケース１１に収容されている。この電池ユニット１０は、充電及び放電が可能な電池を構成するものであり、「電池」或いは「二次電池」とも称呼される。

ケース２０は、電池ユニット１０の外殻を形成している。このケース２０は、回路基板３１が固定される金属製のベース２１と、ベース２１の開口部２１ａを塞ぐ樹脂製のカバー２２（図３参照）と、を備えている。このケース２０のベース２１にカバー２２が取付けられることによって、回路基板３１及びスイッチ装置３２を収容する収容空間２０ａが形成される。

なお、図１では、説明の便宜上、ベース２１を、このベース２１からカバー２２（二点鎖線を参照）が取り外された状態にて示している。

ベース２１は、第１方向Ｘの一端側（図１中の左側）が突出した突出部を有し、この突出部には、２つの端子４１ａ，４２ａが配置されている。このベース２１には、電源装置１を車両に締結固定するためのボルト部材（図示省略）を挿通する複数の固定用孔２１ｂと、ボルト部材２３が螺合可能なボルト螺合孔２１ｃと、が設けられている。このベース２１は、金属材料からなる部材によって構成されている。

カバー２２は、ベース２１の複数のボルト螺合孔２１ｃのそれぞれにそれぞれが重なり合うように設けられた複数の固定用孔２２ａを有する。このカバー２２は、樹脂材料からなる部材によって構成されている。

電気回路部３０は、電池ユニット１０に電気的に接続された回路基板３１と、複数のスイッチ装置３２と、を備えている。以下では、便宜上、１つのスイッチ装置３２についてのみ説明する。

回路基板３１は、第３方向Ｚを厚み方向として第１方向Ｘと第２方向Ｙとによって規定される平面に沿って延在する板状に形成されている。この回路基板３１は、ボルト部材３１ａによってケース２０のベース２１に締結固定されている。この回路基板３１には、スイッチ装置３２と、電池ユニット１０の充放電を制御するための充放電制御スイッチ（図示省略）と、を含む複数の電子機器が設けられている。

スイッチ装置３２は、機械式のリレーである。図示は省略するが、このスイッチ装置３２は、固定接点と、固定接点に接触したり固定接点から離隔したりする可動接点と、可動接点を固定接点から離れる方向に弾性付勢するバネ部材と、円形断面を有する鉄心３４と、鉄心３４に巻かれており通電状況に応じて一対の固定接点と可動接点との接触状態を変更するためのコイル３３（図３参照）と、このコイル３３における通電を制御するＥＣＵ（図示省略）と、を有する。このスイッチ装置３２は、電池ユニット１０における電力の入出力時に、コイル３３への通電により鉄心３４が磁化することを利用してオンオフ動作するように構成されている。

バスバモジュール４０は、電気回路部３０の回路基板３１と、電気負荷である発電電動機２及び鉛蓄電池４と、を電気的に接続するためのものである。このバスバモジュール４０は、いずれも導電性を有する金属板材からなる第１バスバ４１及び第２バスバ４２を備えている。バスバ４１は、回路基板３１を介して電池ユニット１０に電気的に接続されており、電池ユニット１０と発電電動機２との間の通電経路を形成するように構成されている。バスバ４２は、回路基板３１に電気的に接続されており、スイッチ装置３２への通電経路を形成するように構成されている。

バスバ４１は、一方の端子４１ａが発電電動機２に電気的に接続されており、この端子４１ａからベース２１と回路基板３１との間の領域に向けて延在している。第２バスバ４２は、一方の端子４２ａが鉛蓄電池４に電気的に接続されており、この端子４２ａからバスバ４１と同様に、ベース２１と回路基板３１との間の領域に向けて延在している。このとき、２つのバスバ４１，４２は、互いに対向して並んで配置されている。これら２つのバスバ４１，４２とベース２１との間には電気絶縁部材（図示省略）が介装されている。なお、ベース２１自体を電気絶縁材料によって構成することもできる。

バスバ４１は、回路基板３１の下方において回路基板３１と第３方向Ｚについて重なるバスバ重なり部４３を有する。このバスバ重なり部４３には、回路基板３１に電気的に接続される端子部（図示省略）が設けられている。

第２バスバ４２は、バスバ４１と同様に、回路基板３１の下方において回路基板３１と第３方向Ｚについて重なるバスバ重なり部４４を有する。このバスバ重なり部４４には、回路基板３１に電気的に接続される端子部が設けられている。また、回路基板３１は、電池ユニット１０の正極側であるトータルプラス端子に電気的に接続されている。

図２に示されるように、スイッチ装置３２は、鉄心３４と、この鉄心３４に巻かれたコイル３３を、前述の固定接点、可動接点及びバネ部材とともに収容して回路基板３１に取付けられるケース３５を有しており、またコイル３３の端子３３ａにおいて回路基板３１に接合されている。これにより、回路基板３１にスイッチ装置３２が取付けられている。

スイッチ装置３２は、鉄心３４にコイル３３を巻くことによって電磁石を形成するように構成されている。このスイッチ装置３２は、ＥＣＵによってコイル３３が非通電状態に制御されているとき、バネ部材の弾性付勢力によって可動接点が固定接点から離れて係止部に押し付けられる。このとき、スイッチ装置３２がオフ状態となる。

これに対して、ＥＣＵによってコイル３３が通電状態に制御されると、可動接点は、コイル３３で生じる電磁力によってバネ部材の弾性付勢力に抗して固定接点側に付勢されて固定接点に押し付けられる。これにより、可動接点と固定接点とが導通し、スイッチ装置３２がオン状態となる。スイッチ装置３２がオン状態になると、発電電動機２と電池ユニット１０とが電気的に接続される。

スイッチ装置３２は、回路基板３１の板厚方向である第３方向Ｚについてこの回路基板３１を挟んでバスバ４１の対向通電部４３ａとは反対側の位置において回路基板３１に取付けられている。即ち、スイッチ装置３２とバスバ４１との間に回路基板３１が配置されている。この場合、スイッチ装置３２が回路基板３１を介してバスバ４１と間接的に対向している。

具体的には、スイッチ装置３２は、バスバ４２よりもバスバ４１に近い位置にあり、バスバ４１のうちバスバ重なり部４３の一部である対向通電部４３ａと回路基板３１を介して間接的に対向するように配置されている。バスバ４１の対向通電部４３ａは、バスバ重なり部４３の中で第２方向Ｙに沿って直線的に延びる部位である。この対向通電部４３ａは、スイッチ装置３２の鉄心３４を通り第３方向Ｚに延びる仮想直線Ｌ上から外れた位置に配置されている。

上述の「スイッチ装置３２がバスバ４１の対向通電部４３ａと対向する。」という旨の態様は、スイッチ装置３２で生じる磁界（以下、「コイル磁界Ｍ１」という。）が、バスバ４１に流れるリップル電流の影響でバスバ４１の対向通電部４３ａの周りに生じる磁界（以下、「バスバ磁界Ｍ２」という。）と干渉するような範囲内に、スイッチ装置３２とバスバ４１の対向通電部４３ａとが配置される態様をいう。

従って、この態様には、スイッチ装置３２とバスバ４１の対向通電部４３ａが第３方向Ｚについて互いに重なるような配置のみならず、第３方向Ｚとは別の方向について互いに重なるような配置などが包含される。この場合、２つの磁界Ｍ１，Ｍ２の干渉が起こり得るような配置であれば、スイッチ装置３２とバスバ４１の対向通電部４３ａとの間に別部材が介在していても介在していなくてもよい。即ち、スイッチ装置３２がバスバ４１の対向通電部４３ａと間接的に対向してもよいし、或いは直接的に対向してもよい。

スイッチ装置３２は、鉄心３４の軸線Ｃが第２方向Ｙに沿うように構成されている。この第２方向Ｙは、バスバ４１の対向通電部４３ａが延びる方向であって、且つ回路基板３１の板厚方向である第３方向Ｚと直交する方向である。ここで、軸線Ｃは、鉄心３４の円形断面の中心軸を通る仮想直線として定められる。この軸線Ｃは、コイル３３の円形断面の中心部を通る巻軸を通る仮想直線と概ね一致する。

スイッチ装置３２で生じるコイル磁界Ｍ１は、鉄心３４の軸線Ｃに沿って延びるように形成される磁界である。これに対して、バスバ４１の対向通電部４３ａの周りに生じバスバ磁界Ｍ２は、第１方向Ｘと第３方向Ｚとで規定される平面において対向通電部４３ａを中心に同心円状に形成される磁界である。

なお、上記のスイッチ装置３２の更なる具体的な構造や、スイッチ装置３２に関連する電気回路の詳細については、例えば、特開２０１８−９８０６０号公報に開示の電池パックについての説明、特開２０１８−１３９４６２号公報に開示の電源装置についての説明が参照される。

次に、上述の実施形態１の作用効果について説明する。

上記電源装置１において、電気回路部３０のスイッチ装置３２は、電池ユニット１０における電力の入出力時に、鉄心３４に巻かれたコイル３３への通電によってオンオフ動作するように構成されている。このスイッチ装置３２では、コイル３３への通電によってその軸線Ｃに沿ってコイル磁界Ｍ１が形成される。このスイッチ装置３２は、電池ユニット１０と電気負荷である発電電動機２との間の通電経路を形成するバスバ４１の対向通電部４３ａと対向するように配置されている。このため、バスバ４１に流れるリップル電流の影響によって、バスバ４１の対向通電部４３ａの周りに生じるバスバ磁界Ｍ２とスイッチ装置３２で生じるコイル磁界Ｍ１とが干渉したとき、スイッチ装置３２がリップル電流の周波数で振動することで磁気音の発生要因に成り得る。

そこで、この電源装置１では、スイッチ装置３２は、鉄心３４の軸線Ｃがバスバ４１の対向通電部４３ａが延びる第２方向Ｙに沿って配置されるように構成されている。即ち、スイッチ装置３２の鉄心３４とバスバ４１の対向通電部４３ａとが概ね平行に配置されるようになっている。これにより、バスバ磁界Ｍ２が及ぶ範囲内にスイッチ装置３２が配置されているときでも、バスバ磁界Ｍ２とコイル磁界Ｍ１との干渉によってスイッチ装置３２が受ける加振力を低く抑えることができる。このため、スイッチ装置３２の振動によって発生する磁気音を低減することができる。

従って、実施形態１によれば、電池ユニット１０をスイッチ装置３２で制御する電源装置１から放出される音を低減するのに有効な技術を提供できる。このため、車両の乗員が車室内で感知する音のレベルを低く抑えることができる。

上記電源装置１によれば、スイッチ装置３２とバスバ４１との間に回路基板３１が配置されているため、回路基板３１が振動し易いその板厚方向（第２方向Ｙ）への加振力を抑制することができ、磁気音の更なる低減を図ることができる。

上記電源装置１によれば、バスバ４１の対向通電部４３ａが仮想直線Ｌ上から外れた位置に配置されているため、バスバ４１とスイッチ装置３２の鉄心３４との間に所定値を超える距離を確保することが可能になる。

以下、上記の実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明を省略する。

（実施形態２）
図２に示される、実施形態２の電源装置１０１は、電気回路部３０のスイッチ装置３２の構成が実施形態１の電源装置１のものと相違している。
その他については、実施形態１と同様である。

図２に示されるように、この電源装置１０１のスイッチ装置３２は、いずれも鉄心３４に巻かれた２つのコイル３３をケース３５に収容するように構成されている。２つの鉄心３４はいずれも、その軸線Ｃがバスバ４１の対向通電部４３ａが延びる第２方向Ｙに沿うように配置されている。また、バスバ４１の対向通電部４３ａは、一方の鉄心３４を通り第３方向Ｚに延びる仮想直線Ｌ１上から外れた位置であって、且つ他方の鉄心３４を通り第３方向Ｚに延びる仮想直線Ｌ２上から外れた位置に配置されている。

上述の実施形態２によれば、電源装置１０１において２つのコイル３３を有するスイッチ装置３２の振動によって発生する磁気音を低減することができる。

その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

本発明は、上述の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変更が考えられる。例えば、上述の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上述の実施形態では、１つのスイッチ装置について例示したが、スイッチ装置３２の数はこれに限定されるものではなく、必要に応じてスイッチ装置３２の数を２つ以上に変更することもできる。

上述の実施形態では、スイッチ装置３２のケース３５に収容されるコイル３３の数が１つ或いは２つである場合について例示したが、コイル３３の数はこれらに限定されるものではなく、必要に応じてコイル３３の数を３つ以上に変更することもできる。

１，１０１ 電源装置
２ 発電電動機（電気負荷）
１０ 電池ユニット
３１ 回路基板
３２ スイッチ装置
３３ コイル
３４ 鉄心
４１ 第１バスバ（バスバ）
４３ａ 対向通電部
Ｃ 鉄心の軸線
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ 仮想直線
Ｙ 第２方向（バスバの対向通電部が延びる方向）
Ｚ 第３方向（回路基板の板厚方向）

Claims (3)

1. 電池ユニット（１０）と、
   上記電池ユニットと電気負荷（２）との間の通電経路を形成するバスバ（４１）と、
   鉄心（３４）に巻かれたコイル（３３）を有し、上記電池ユニットにおける電力の入出力時に上記コイルへの通電によってオンオフ動作するスイッチ装置（３２）と、
   を備え、
   上記バスバは、上記スイッチ装置と対向する対向通電部（４３ａ）を有し、
   上記スイッチ装置は、上記鉄心の軸線（Ｃ）が上記バスバの上記対向通電部が延びる方向（Ｙ）に沿うように構成されている、電源装置（１，１０１）。
2. 上記電池ユニットに電気的に接続された回路基板（３１）を備え、
   上記スイッチ装置は、上記回路基板の板厚方向（Ｚ）について上記回路基板を挟んで上記バスバの上記対向通電部とは反対側の位置において上記回路基板に取付けられている、請求項１に記載の電源装置。
3. 上記バスバの上記対向通電部は、上記スイッチ装置の上記鉄心を通り上記板厚方向に延びる仮想直線（Ｌ）上から外れた位置に配置されている、請求項２に記載の電源装置。

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