JP5794938B2 - 高電圧用電気接続箱 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧用電気接続箱に関し、特に、高電圧使用車両に搭載され、バッテリー等の電源を駆動源に接続するための高電圧用電気接続箱に関する。

従来、電気自動車等の車両には、バッテリー等の電源と駆動源との間に配されたジャンクションブロックと呼ばれる高電圧用電気接続箱が搭載されている。この電気接続箱を介してバッテリーと駆動源とが電気的に接続されることで、バッテリーの電力が駆動源に供給されている。

図１２は、従来の電気接続箱の構成の一例を示す平面図である。

図１２に示すように、ジャンクションブロック１２１には、内部に高電圧系回路（９０〜３５０Ｖ）と低電圧系回路（一般的に１２Ｖ）とが複数の電気部品等と共に配設されている。高電圧系回路は、バスバー１２２，１２３と電線群１２４とで、また、低電圧系回路は複数の電線から成る組電線１２５で配索されている。このようにバスバー１２２、１２３、電線群１２４及び組電線１２５を使い分けることで、ジャンクションブロック１２１の内部回路配索を高密度化することが可能となっている。

特開２０００−２５３５１４号公報

しかしながら、上記従来の電気接続箱では以下のような問題がある。すなわち、電気接続箱の内部に、２００Ｖ程度の高電圧が印加された回路と、定格電圧１２Ｖ（電装部品の信号系はリレーのコイル等）の低電圧が印加された回路とを設けた場合、電位差によるリーク電流が発生し易い。また、高電圧が印加された回路の間でもリーク電流が発生し易くなる。

また近年、電気接続箱に組み込まれる各種電気部品の増加により、バスバーと電線による配索では、各種電気部品数に応じたバスバーと電線本数を増加する必要があり、組付け作業の煩雑さやコストアップが生じることとなる。また、一平面状に各種電気部品とバスバー及び電線の連続配置により、電気接続箱が大型化し、車内スペースを有効に利用することができない。

さらに、上記電気接続箱の構成では、各種電気接続箱とバスバー及び電線を回路接続する上で、互いを多数のボルト（ネジ）で締結する必要がある。しかし、ボルト（ネジ）締結は、「ネジのゆるみ」により締結機能そのものを失ってしまう課題があり、回路接続の信頼性／安全性の低下につながる問題があった。

本発明の目的は、リーク電流の発生を防止すると共に回路接続の信頼性を向上し、また、容易な組付け作業を実現してコストを低減し、更には小型化を実現して車内スペースの有効利用を図ることができる高電圧用電気接続箱を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の高電圧用電気接続箱は、絶縁性の箱体と、前記箱体内に収容された絶縁性の基板と、前記基板の一方の面に配置されたバスバーと、前記基板の他方の面に形成された第１プリントパターン及び前記第１プリントパターンとは所定距離隔てて配置される第２プリントパターンと、前記バスバー、前記基板および前記第１プリントパターンを貫通して形成された第１スルーホールと、前記第１スルーホールに挿通され、前記バスバー、前記基板および前記第１プリントパターンに接続される第１接続片と、を備え、高電圧系の回路である前記バスバーと低電圧系の回路である前記第２プリントパターンを、前記基板を挟んで配置し、前記バスバーと前記第２プリントパターンの間でのリーク電流の発生が防止されることを特徴とする。

前記第１接続片は、その上部に、システムメインリレーの端子が接続される凹部を有するのが好ましい。

さらに、前記第１接続片は前記第１スルーホールに圧入されるのが好ましい。

また、上記高電圧用電気接続箱は、前記基板および前記第２プリントパターンを貫通して形成された第２スルーホールと、該第２スルーホールに挿通され、前記第２プリントパターンと電気的に接続される第２接続片とを更に備えるのが好ましい。

前記第２接続片は、その上部に、システムメインリレーの端子が接続される凹部を有するのが好ましい。

また、前記バスバーが前記基板に複数配置されており、上記高電圧用電気接続箱は、前記基板を貫通して設けられ、且つ前記基板上で隣接するバスバー間に形成された開口部と、前記箱体の内表面から内方に延出し、前記開口部に挿入される突起部とを備え、高電圧系の回路である一のバスバーと他のバスバーとを、前記突起部の両側に配置し、前記一のバスバーと前記他のバスバーとの間でのリーク電流の発生が防止されるのが好ましい。

また好ましくは、前記バスバーは、前記基板方向に延出する少なくとも１つの折り曲げ部を有し、上記高電圧用電気接続箱は、前記基板と前記第１プリントパターンを貫通して形成され、前記少なくとも１つの折り曲げ部が圧入される第３スルーホールを更に備える。

さらに好ましくは、前記基板の他方の面に、前記システムメインリレーのプリチャージ用の半導体リレーが実装される。

本発明によれば、絶縁性の箱体に収容された基板の一方の面に高電圧系のバスバーを配置し、他方の面に低電圧系のプリントパターンを配置する。そして、バスバー、基板およびプリントパターンを貫通して形成された第１スルーホールに第１接続片を挿通することで、該第１接続片、基板およびプリントパターンが一括接続される。

すなわち、リーク電流が発生しやすい高電圧系の回路と低電圧系の回路を、絶縁体の基板を挟んで両側に配置することにより、リーク電流の発生を防止することができる。また、バスバー、基板およびプリントパターンを第１接続片で接続した一体構造とすることで、部品点数を削減することができ、容易な組み付けを実現してコストを低減することが可能となる。また、バスバーおよびプリントパターンを１層基板の両面に配置するので、電気接続箱を小型化することができ、車内スペースの有効利用を図ることができる。
さらに、バスバー、基板及びプリントパターンに形成したスルーホールに接続片を圧入することで、機械的な接続と同時に電気的接続を得られることから、ボルト（ネジ）締結による、ゆるみの発生問題が生じることがなくなり、回路接続の信頼性／安全性を向上することができる。

本発明の実施形態に係る高電圧用電気接続箱の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の高電圧用電気接続箱の内部構造を示す分解斜視図である。 図２における回路体の上面側の構成を示す斜視図である。 図２における接続片の構成を示す斜視図である。 図２における回路体の下面側の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 図１の上部ケースと回路体との接続を説明する斜視図である。 図６におけるシステムメインリレーと接続片との接続を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。 図１の上部ケースと回路体の構成の変形例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 図６の回路体に搭載されるバスバーの変形例を示す斜視図である。 図９のバスバーの取付位置を回路体の下面側から見た平面図である。 図９のバスバーの変形例を示す断面図である。 従来の電気接続箱の構成の一例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る高電圧用電気接続箱の構成を概略的に示す斜視図であり、図２は分解斜視図である。

図１および図２に示すように、ハイブリッド車や電気自動車等の高電圧使用車両には、上部ケース１１および下部ケース１２からなる絶縁性の箱体１３と、箱体１３内に収容された回路体１４とを備える高電圧用電気接続箱１が搭載されている。この高電圧用電気接続箱１は、不図示の蓄電池モジュールと駆動用モータとを電気的に接続／遮断するジャンクションボックスと呼ばれるものであり、蓄電池モジュールの電力を不図示のモータ制御ユニットを介して駆動用モータに供給する構成となっている。

上部ケース１１の上面には、蓄電池モジュールと接続される高電圧系のコネクタ１５（＋），コネクタ１６（−）と、該２つのコネクタと後述のバスバーを介してそれぞれ接続されたシステムメインリレー１７（＋），システムメインリレー１８（−）と、後述する半導体リレーに接続されたレジスタ１９と、低電圧系のコネクタ２０とが搭載されている。

図３は、図２における回路体１４の上面側の構成を示す斜視図であり、図４は、図２における接続片の構成を示す斜視図である。図５は、図２における回路体１４の下面側の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

図３〜図５に示すように、回路体１４は、基板２１の上面２１ａに配置された高電圧系のバスバー群２２と、各バスバー、基板２１および後述のプリントパターンを貫通して形成されたスルーホール２３（第１スルーホール）と、該スルーホールに挿通され、各バスバー、基板２１および各プリントパターンに接続される接続片２４（第１接続片）とを有している。スルーホール２３は、例えば４つの貫通孔で構成されており、接続片２４に設けられた後述の４つのリブが圧入される。

基板２１は、絶縁性材料からなり、例えばガラス繊維を含有するエポキシ系樹脂からなる。バスバー群２２は、システムメインリレー１７に接続されるバスバー２２ａ，２２ｂと、システムメインリレー１８に接続されるバスバー２２ｃ，２２ｄとで構成されている。

バスバー２２ａの一端には、基板２１に対して略直角に延出し、かつコネクタ１５に接続される延出部２５が設けられている。また、バスバー２２ａの他端にはスルーホール２３が形成されている。バスバー２２ｂの一端にはスルーホール２３が形成されており、他端には、下部ケース１２に取り付けられたボルトが挿通される孔２８が形成されている。

バスバー２２ｃの一端には、基板２１に対して略直角に延出し、かつコネクタ１６に接続される延出部２６が設けられている。バスバー２２ｃの他端にはスルーホール２３が形成されている。延出部２６の周りには電流センサ２７が配置されており（図２）、延出部２６の周りに生じる磁界に基づいて該延出部を流れる電流を検出する。また、バスバー２２ｄの一端にはスルーホール２３が形成されており、他端には、下部ケース１２に取り付けられたボルトが挿通される孔２９が形成されている。

接続片２４は、略四角筒型の筐体３１と、筐体の底部から下方に延出する４つのリブ３２と、筐体３１の上部に形成され、後述のリレー端子が挿入される凹部３３とを有している（図４）。バスバー２２ａ，２２ｃとシステムメインリレー１７との接続、およびバスバー２２ｂ，２２ｄとシステムメインリレー１８との接続は、この接続片２４を介して行われる。各バスバーの下面が基板２１の上面２１ａと当接した状態で、接続片２４のリブ３２を基板２１の上面側からスルーホール２３に圧入することで、各バスバーが基板２１に固定され、かつ各バスバーと接続片２４とが電気的に接続される（図２，図３）。また、リブ３２のスルーホール２３への圧入により、当該リブと各バスバーとの接触面積が増大するため、電気的接続の信頼性を向上することができる。

また、回路体１４は、基板２１の下面２１ｂに形成された低電圧系のプリントパターン群４１と、基板２１と各プリントパターンを貫通して形成されたスルーホール４２（第２スルーホール）と、スルーホール４２に挿通され、各プリントパターンと電気的に接続される接続片４３（第２接続片）とを有している。接続片４３の構成は、基本的に接続片２４と同一であるのでその説明を省略する。

プリントパターン群４１は、ストリップ状のプリントパターン４１ａ〜４１ｄと、略シート状のプリントパターン４１ｅ〜４１ｊとで構成されている。

プリントパターン４１ａ〜４１ｄのそれぞれの一端は、端子群４４の端子４４ａ〜４４ｄに接続されている。プリントパターン４１ａ〜４１ｃのそれぞれの他端にはスルーホール４２が形成されており、プリントパターン４１ｂには、その略中央にもう１つのスルーホール４２が形成されている。プリントパターン４１ｄの他端は、後述の半導体リレーに接続されている。

プリントパターン４１ａ，４１ｂとシステムメインリレー１７との接続、およびプリントパターン４１ｂ，４１ｃとシステムメインリレー１８との接続は、接続片４３を介して行われる。基板２１の上面側から接続片４３のリブ３２をスルーホール４２に圧入することで、各プリントパターンと接続片４３とが電気的に接続される。また、リブ３２のスルーホール４２への圧入により、当該リブと各プリントパターンとの接触面積が増大し、電気的接続の信頼性を向上することができる。

基板４１の下面２１ｂには、システムメインリレー１７，１８のプリチャージ用の半導体リレー４５が実装されている（図５（ａ））。半導体リレー４５を下面２１ｂに実装することで、半導体リレー４５を上面２１ａに実装する場合と比較して高電圧用電気接続箱１の小型化を実現することが可能である。この半導体リレー４５は、レジスタ１９を介してシステムメインリレー１８に並列に接続されており、システムメインリレー１７がオン動作する前に半導体リレー４５がオン動作することで、突入電流が抑制される。

半導体リレー４５の近傍には、略矩形のプリントパターン４１ｅ，４１ｆが形成されている。プリントパターン４１ｅにはスルーホール３０が、プリントパターン４１ｆにはスルーホール４２がそれぞれ形成されている。スルーホール３０は、バスバー２２ａ、基板１４およびプリントパターン４１ｅを貫通して形成されており、接続片４３’を介して、バスバー２２ａおよびプリントパターン４１ｅを電気的に接続する。

略矩形のプリントパターン４１ｇ〜４１ｊにはスルーホール２３が形成されている（図５（ｂ））。本スルーホール２３に図４の接続片２４が圧入されることで、バスバー２２ａ、基板２１およびプリントパターン４１ｇが一括接続される。このように、高電圧系のバスバーおよび低電圧系のプリントパターンを基板２１と共に接合することで、接続片２４と２種類の導体との接触面積が増大し、回路接続の信頼性を向上することが可能となっている。これと同様に、バスバー２２ｂ〜２２ｄがそれぞれ、基板２１と共に、プリントパターン４１ｈ〜４１ｊに一括接続される。

なお、プリントパターン４１ｇ〜４１ｊには高電圧が印加されるため、低電圧が印加されるプリントパターン４１ａ〜４１ｄと所定距離隔てて配置するのが好ましい。これにより、プリントパターン同士の沿面距離が確保され、リーク電流の発生を防止することが可能となる。

また、接続片２４，４３は、圧入によって各バスバーおよび／または各プリントパターンとの接続が行われるが、さらに、はんだによる接続が行われてもよい。これにより、回路接続の信頼性を更に向上することができる。

図６は、図１の上部ケースと回路体との接続を説明する斜視図である。また、図７は、図６におけるシステムメインリレーと接続片との接続を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。

図６に示すように、上部ケース１１にシステムメインリレー１７が搭載されることにより、システムメインリレー１７の主回路が接続片２４を介してバスバー２２ａ，２２と接続され、制御回路が接続片４３を介してプリントパターン４１ａ，４１ｂと接続される。また、システムメインリレー１８が上部ケース１１に搭載されることで、システムメインリレー１８の主回路が接続片２４を介してバスバー２２ｃ，２２ｄと接続され、制御回路が接続片４３を介してプリントパターン４１ｂ，４１ｃと接続される。

システムメインリレー１７は、その下面から下方に延出したリレー端子７１，７２を有している（図７（ａ）および（ｂ））。リレー端子７１が接続片２４の凹部３３に嵌入されることで、当該リレーと接続片２４との電気的な接続を実現し、また、リレー端子７２が接続片４３の凹部に嵌入されることで、当該リレーと接続片４３との電気的な接続を実現する。システムメインリレー１８は、その構成がシステムメインリレー１７と基本的に同じであるのでその説明を省略する。

上記のように構成される回路体１４では、システムメインリレー１７（＋）の制御回路にプリントパターン４１ａ，４１ｂを介して電流が流れると、システムメインリレー１７がオン動作し、該リレーの主回路とバスバー２２ａ，２２ｂとが電気的に接続される。また、システムメインリレー１８（−）の制御回路にプリントパターン４１ｂ，４１ｃを介して電流が流れると、システムメインリレー１８がオン動作し、該リレーの主回路とバスバー２２ｃ，２２ｄとが電気的に接続される。上記動作により、蓄電池モジュールの電圧が駆動用モータに供給されることとなる。

上述したように、本実施形態によれば、リーク電流が発生しやすい高電圧系のバスバー群２２と低電圧系のプリントパターン群４１を、絶縁体の基板２１を挟んで両側に配置することにより、バスバーとプリントパターンの間でリーク電流が発生するのを防止することができる。また、各バスバー、基板およびプリントパターンを接続片２４で接続した一体構造とすることで、回路接続の信頼性を向上することができ、また、容易な組み付けを実現してコストを低減することが可能となる。さらに、バスバー群２２およびプリントパターン群４１を１層基板の両面に配置するので、高電圧用電気接続箱１を小型化することができ、車内スペースの有効利用を図ることが可能となる。

なお上記実施形態では、高電圧系のバスバー群２２と低電圧系のプリントパターン群４１の間でのリーク電流の発生を防止するが、バスバー群間でのリーク電流の発生を防止するべく、以下のような構成を有することも可能である。

図８（ａ）および（ｂ）に示すように、高電圧電気接続箱は、基板２１上で隣接するバスバー８１,８１間に形成された開口部８２と、上部ケース１１’の内表面８３から内方に延出し、開口部８２に挿入される突起部８４とを有している。突起部８４は絶縁性材料からなり、好ましくは上部ケース１１’と一体的に形成されている。なお図８（ａ）では、突起部８４が上部ケース１１’に設けられているが、下部ケースに設けられてもよい。

このように本構成では、隣接する高電圧系のバスバー８１,８１間に絶縁性の突起部８４が挿入されるため、高電圧系におけるリーク電流経路を遮断すると共に、隣接するバスバー間の沿面距離を拡大することができる。また、開口部８２に突起部８４が挿入されるので、これら開口部と突起部を適切な寸法で形成することにより、開口部８２と上部ケース１１’の位置決めや固定を容易に実現することが可能となる。

また上記実施形態では、リブ３２がスルーホール２３に圧入されることで、各バスバーが基板２１に固定されているが（図３）、図９に示すように、バスバー９０が基板方向に延出する折り曲げ部９２を有していてもよい。具体的には、折り曲げ部９２は、バスバー本体９１の長手方向の一方の端部において側端面から横方向に延出する延出基部９２ａと、該延出基部の端部から略直角に延出する延出端部９２ｂとで構成されている。

この折り曲げ部９２は、スルーホール２３の一部を形成する孔２３ａの近傍に設けられており、バスバー９０の横方向の一端に２つ、他端に２つの折り曲げ部９２が配置されている。これらの折り曲げ部９２が、対応するスルーホール１０１に圧入されることで（図１０）、バスバー９０、基板２１およびプリントパターン１００が一括接続される。これにより、バスバー９０を基板２１に確実に固定することができ、接続の信頼性を更に向上することができる。

また、バスバー９０は、バスバー本体９１の長手方向の他方の端部に設けられた他の４つの折り曲げ部９３を有している。折り曲げ部９３が、対応するスルーホール１０３に圧入されることで、バスバー９０、基板２１およびプリントパターン１０２が一括接続される。これにより、接続の信頼性を更に向上することができる。

折り曲げ部９２，９３は、圧入によってプリントパターン１００，１０２との接続が行われるが、さらに、はんだによる接続が行われてもよい。これにより、回路接続の信頼性を更に向上することができる。

また上記実施形態では、バスバー９０は折り曲げ部９２,９３を有しているが、バスバーの構成はこれに限られない。

例えば、図１１（ａ）に示すように、バスバー１１０が、バスバー本体１１１から基板端面に沿って略直角に延出する延出基部１１２ａと、該延出端部からバスバー本体１１１と略平行に折り返して延出する延出端部１１２ｂとで構成される折り返し部１１２を有していてもよい。すなわち本構成では、バスバー１１０の端部をＵ字形状とし、この端部に基板２１の端面を嵌め込むことで、バスバー１１０を基板２１に確実に固定することができる。また、図１１（ｂ）に示すように、バスバー１１４の端部と基板２１の端部と孔を設け、両孔にリベット片１１５を圧入する構成としてもよい。これらの構成によれば、バスバー１１４を基板２１に確実に固定することができ、ひいては接続の信頼性を更に向上することが可能となる。

以上、本実施形態に係る高電圧用電気接続箱について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

１ 高電圧用電気接続箱
１１ 上部ケース
１２ 下部ケース
１３ 箱体
１４ 回路体
１５，１６ コネクタ
１７，１８ システムメインリレー
１９ レジスタ
２０ コネクタ
２１ 基板
２２ バスバー群
２２ａ，２２ｂ バスバー
２２ｃ，２２ｄ バスバー
２３ スルーホール
２４ 接続片
２５ 延出部
２６ 延出部
２７ 電流センサ
２８ 孔
２９ 孔
３０ スルーホール
４１ プリントパターン群
４１ａ〜４１ｄ プリントパターン
４１ｅ，４１ｆ プリントパターン
４１ｇ〜４１ｊ
４２ スルーホール
４３ 接続片
４５ 半導体リレー
８１，８１ バスバー
８２ 開口部
１１’ 上部ケース
８４ 突起部

Claims (8)

1. 絶縁性の箱体と、
   前記箱体内に収容された絶縁性の基板と、
   前記基板の一方の面に配置されたバスバーと、
   前記基板の他方の面に形成された第１プリントパターン及び前記第１プリントパターンとは所定距離隔てて配置される第２プリントパターンと、
   前記バスバー、前記基板および前記第１プリントパターンを貫通して形成された第１スルーホールと、
   前記第１スルーホールに挿通され、前記バスバー、前記基板および前記第１プリントパターンに接続される第１接続片と、
   を備え、
   高電圧系の回路である前記バスバーと低電圧系の回路である前記第２プリントパターンを、前記絶縁性の基板を挟んで配置し、前記バスバーと前記第２プリントパターンの間でのリーク電流の発生が防止されることを特徴とする高電圧用電気接続箱。
2. 前記第１接続片は、その上部に、システムメインリレーの端子が接続される凹部を有することを特徴とする、請求項１記載の高電圧用電気接続箱。
3. 前記第１接続片は前記第１スルーホールに圧入されることを特徴とする、請求項１または２記載の高電圧用電気接続箱。
4. 前記基板および前記第２プリントパターンを貫通して形成された第２スルーホールと、
   前記第２スルーホールに挿通され、前記第２プリントパターンと電気的に接続される第２接続片と、
   を更に備えることを特徴とする、請求項１記載の高電圧用電気接続箱。
5. 前記第２接続片は、その上部に、システムメインリレーの端子が接続される凹部を有することを特徴とする、請求項４記載の高電圧用電気接続箱。
6. 前記バスバーが前記基板に複数配置されており、
   前記基板を貫通して設けられ、且つ前記基板上で隣接するバスバー間に形成された開口部と、
   前記箱体の内表面から内方に延出し、前記開口部に挿入される突起部とを備え、
   高電圧系の回路である一のバスバーと他のバスバーとを、前記突起部の両側に配置し、前記一のバスバーと前記他のバスバーとの間でのリーク電流の発生が防止されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高電圧用電気接続箱。
7. 前記バスバーは、前記基板方向に延出する少なくとも１つの折り曲げ部を有し、
   前記基板と前記第１プリントパターンを貫通して形成され、前記少なくとも１つの折り曲げ部が圧入される第３スルーホールを更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高電圧用電気接続箱。
8. 前記基板の他方の面に、前記システムメインリレーのプリチャージ用の半導体リレーが実装されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高電圧用電気接続箱。

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