JP6241660B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

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装置と、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、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。
そこで、蓄電ユニットとＤＣ−ＤＣコンバータとを一体化することにより小型化することが考えられたが、ＤＣ−ＤＣコンバータからの熱を放熱するための大型のヒートシンクを取り付ける必要があるなど、小型化には限界があった。

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、通電により発熱する発熱部品を有する回路基板と、前記回路基板に積層され当該回路基板と伝熱的に接続されている熱伝導部材と、前記熱伝導部材に積層され当該熱伝導部材と伝熱的に接続されるとともに、前記回路基板において前記発熱部品を接続する半田よりも耐熱温度の高い電解液を用いる蓄電ユニットと、を備える蓄電モジュールである。

本発明において、発熱部品を有する回路基板、熱伝導部材、および蓄電ユニットはこの順で積層されており伝熱的に接続されている。本発明において、蓄電ユニットは回路基板よりも耐熱温度が高いので、回路基板から熱伝導部材に伝わった熱が、熱伝導部材から蓄電ユニットに伝わって放熱可能である。その結果、本発明によれば、発熱部品において発生した熱を放熱するためのヒートシンクが不要となるので、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。

本発明は以下の構成としてもよい。
前記回路基板、前記熱伝導部材および前記蓄電ユニットを収容するケースを備え、前記ケースが前記蓄電ユニットと伝熱的に接続されていてもよい。このような構成とすると、蓄電モジュールを構成する各部品を収容するケースが、放熱部材として機能しケース外に放熱するので放熱性に優れる。

前記蓄電ユニットと前記ケースとが直接接触していてもよい。このような構成とすると、蓄電ユニットに伝わった熱がケースに伝わりケース外に効率よく放熱される。

前記回路基板は、前記発熱部品を含む部品を有する、第１回路基板と第２回路基板とからなり、前記第２回路基板は、前記第１回路基板が有する部品よりも熱の影響を受けやすい部品を有する構成であってもよい。
このような構成とすると、熱の影響を受けやすい部品を、発熱量の大きい部品とは別の回路基板に実装することができるので、熱の影響を受けやすい部品を熱の影響から保護することができる。

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断面図 蓄電素子の斜視図 保持部材の斜視図 ケースの斜視図 実施形態２の蓄電モジュールの断面図 蓄電素子の斜視図 保持部材の斜視図 ケースの斜視図 実施形態３の蓄電モジュールの断面図 ケースの斜視図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図４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１の上下方向を上下とする。複数の同一部材については、一の部材に符号を付し、他の部材については符号を省略することがある。

蓄電モジュール１０は、図１に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路基板の上に積層された熱伝導部材１９と、熱伝導部材１９の上に積層された蓄電ユニット１１と、これらを収容するケース１５と、を備える。

（ケース１５）
ケース１５は熱伝導性材料からなる。ケース１５は、上方が開口したロアーケース１８と、ロアーケース１８の開口部分を覆うアッパーケース１６と、を備える。ロアーケース１８内にはＤＣ-ＤＣコンバータ２０、熱伝導部材１９、ホルダー２７が収容可能とされる。

アッパーケース１６の上壁は、図１および図４に示すように、弧状をなしており、蓄電素子１２と直接接触するようになっている。アッパーケース１６と蓄電ユニット１１（蓄電素子１２）とが直接接触することで蓄電ユニット１１に伝わった熱がアッパーケース１６に効率よく伝わるようになっている。

（ＤＣ-ＤＣコンバータ２０）
蓄電ユニット１１に電力を充電するＤＣ-ＤＣコンバータ２０は、上方に配される第１回路基板２１と、第１回路基板２１と接続される第２回路基板２５とを備える（回路基板の一例）。

第１回路基板２１は、導電部材（図示せず）により構成された回路パターンを有するベース基板２２の上面にバスバー２３を備える。第１回路基板２１のベース基板２２側には、コイル２４Ａ（通電により発熱する発熱部品の一例）、ＦＥＴ２４Ｃ（発熱部品の一例）、コンデンサ２４Ｂ等が実装されている。ＦＥＴ２４Ｃは、半田付け等の方法により第１回路基板２１に接続されている。ベース基板２２と接続されているバスバー２３は、銅または銅合金などの導電性の板材からなる。

第２回路基板２５は、導電部材（図示せず）により構成された回路パターンを有するベース基板２６を備える。第２回路基板２５のベース基板２６の表面には、ＦＥＴ２４Ｃや電子部品２４Ｄ等の半導体素子が実装されている。ＦＥＴ２４Ｃおよび電子部品２４Ｄは半田付け等の方法により接続されている。本実施形態では、第２回路基板には、第１回路基板よりも熱の影響を受けやすい部品が実装されている。
なお発熱部品を含む部品としては、コイル２４Ａ、ＦＥＴ２４Ｃ、コンデンサ２４Ｂ、電子部品２４Ｄなどの半導体素子があげられる。

（熱伝導部材１９）
第１回路基板２１を構成するバスバー２３の上には、熱伝導材料からなる熱伝導部材１９が積層されている。熱伝導部材１９は第１回路基板２１と伝熱的に接続されている。熱伝導部材１９は熱伝導材料からなるシート状またはフィルム状の部材であって、熱伝導材料からなる接着剤からなるものであっても構わない。熱伝導部材１９は、ＤＣ-ＤＣコンバータ２０の第１回路基板２１のベース基板２２面（実装面）から蓄電ユニット１１の表面までの熱抵抗を、たとえば２Ｋ／Ｗ以下とするものなどであってもよい。

（ホルダー２７）
熱伝導部材１９の上には金属製のホルダー２７が積層され、当該ホルダー２７には蓄電ユニット１１が保持されるようになっている。ホルダー２７は熱伝導性を有しており、熱伝導部材１９と伝熱的に接続されている。ホルダー２７は図３に示すように、上面側が蓄電ユニット１１を構成する蓄電素子１２の外周形状に沿った弧状形状をなしており、下面側は扁平面である。ホルダー２７の上面の弧状の凹み部２７Ａに蓄電素子１２が嵌るようになっている。

（蓄電ユニット１１）
ホルダー２７の上には蓄電ユニット１１が積層されている。蓄電ユニット１１はホルダー２７を介して、熱伝導部材１９に積層されるとともに、熱伝導部材１９と伝熱的に接続されている。蓄電ユニット１１の上にはアッパーケース１６が積層されており、蓄電ユニット１１とアッパーケース１６とは伝熱的に接続されている。

蓄電ユニット１１は、図１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（図示せず）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、その端部には正極および負極の電極端子１３が外側方向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とが接続部材を介して電気的に接続されている。

本実施形態では蓄電素子１２（蓄電ユニット１１）として、ＤＣ-ＤＣコンバータ２０（第１回路基板２１および第２回路基板２５）よりも耐熱温度の高いものを用いる。第１回路基板２１および第２回路基板２５においてＦＥＴ２４Ｃなどの電子部品を接続する半田２４Ｅの耐熱温度は１０５℃程度なので、これよりも耐熱温度の高い蓄電素子１２を用いればよい。

蓄電素子１２としては、たとえば特開２０１３−８４６６８号公報に記載のイオン液体を電解液として有するものなどを用いてもよい。

（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。
第１回路基板２１および第２回路基板２５に、ＦＥＴ２４Ｃ、コンデンサ２４Ｂ、コイル２４Ａ、電子部品２４Ｄなどを実装し、第１回路基板２１と第２回路基板２５とを接続してＤＣ-ＤＣコンバータ２０を作製する。

ＤＣ-ＤＣコンバータ２０をロアーケース１８に入れ、熱伝導部材１９、ホルダー２７、蓄電素子１２を順に積層した後、蓄電素子１２の上にアッパーケース１６をかぶせつけ、ネジなどの固定部材（図示せず）により固定すると蓄電モジュール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。
本実施形態において、発熱部品を有する第１回路基板２１（および第２回路基板２５）、熱伝導部材１９、および蓄電ユニット１１はこの順で積層されており伝熱的に接続されている。本実施形態において、蓄電ユニット１１は第１回路基板２１よりも耐熱温度が高いので、第１回路基板２１から熱伝導部材１９に伝わった熱が、熱伝導部材１９から蓄電ユニット１１に伝わって放熱可能である。その結果、本実施形態によれば、発熱部品において発生した熱を放熱するためのヒートシンクが不要となるので、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１０を提供することができる。

また、本実施形態によれば、第１回路基板２１、熱伝導部材１９および蓄電ユニット１１を収容するケース１５が蓄電ユニット１１と伝熱的に接続されているから、ケース１５が、放熱部材として機能し第１回路基板２１から熱伝導部材１９を介して蓄電ユニット１１に伝わった熱をケース１５外に放熱するので放熱性に優れる。

また、本実施形態によれば、蓄電ユニット１１とケース１５とが直接接触しているから、蓄電ユニット１１に伝わった熱がケース１５に伝わりケース１５外に効率よく放熱される。

また、本実施形態において、第２回路基板２５は、第１回路基板２１の有する部品よりも熱の影響を受けやすい部品（例えば半導体素子）を有する構成であるので、熱の影響を受けやすい部品が、発熱量が大きく熱の影響を受けにくい部品（例えばコイル２４Ａ）とは別の回路基板に実装されていることになる。その結果、本実施形態によれば、熱の影響を受けやすい部品を熱の影響から保護することができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図５ないし図８によって説明する。
本実施形態の蓄電モジュール３０は、蓄電素子３２の形状とアッパーケース３６（ケース３５）の形状が実施形態１とは相違する。実施形態１と同様の構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。以下の説明において図５の上下方向を上下とする。

蓄電ユニット３１は４個の蓄電素子３２を接続してなる。蓄電素子３２は、図６に示すように直方体状をなしており、一つの面から正負の電極端子３３が外側方向に突出して設けられている。

蓄電素子３２を保持するホルダー３９は、図７に示すようにフレーム状をなしており、凹み部３９Ａ内に４つの蓄電素子３２のうち一番下側に配される蓄電素子３２がはめ込まれるようになっている。

アッパーケース３６は図８に示すように、直方体状をなしている。アッパーケース３６の下端部は、図５に示すように、フランジ状をなしており、ロアーケース３８の上端部に重ねられるようになっている。本実施形態においても、アッパーケース３６は蓄電素子３２と直接接触するように積層されており、蓄電ユニット３１とアッパーケース３６とは伝熱的に接続されている。
その他の構成は概ね実施形態１と同様である。本実施形態によっても実施形態１と同様の効果が得られる。

＜変形例１＞
実施形態２の変形例１を図９および図１０によって説明する。
変形例１の蓄電モジュール４０は、図９および図１０に示すように、アッパーケース４１の形状が実施形態２と相違する。アッパーケース４１の上外壁面には放熱フィン４２が設けられている。その他の構成は概ね実施形態２と同様である。
本変形例によれば、アッパーケース４１（ケース）の外壁面に放熱フィン４２を備えるので、放熱性が高まる。

＜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、蓄電ユニット１１を保持するホルダー２７を備えるものを示したが、ホルダーを備えないものであってもよい。
（２）上記実施形態では、ケース１５が蓄電ユニット１１と直接接触している構成を示したが、蓄電ユニットとが伝熱的に接続されていないケースを備えるものや、蓄電ユニットと熱伝導シートなどを介して伝熱的に接続されているケースなどであってもよい。
（３）上記実施形態では蓄電ユニット１１を構成する蓄電素子１２が４個と６個の例を示したが、蓄電素子の数はこれに限定されない。
（４）上記実施形態では２枚の回路基板（第１回路基板および第２回路基板）を備え、第２回路基板には、第１回路基板に実装されている部品よりも熱の影響を受けやすい部品が実装されている例を示したが、２枚の回路基板を備えていても、部品が熱の影響により２つの回路基板に分けられて実装されている構成でなくてもよい。また、回路基板は１枚であってもよいし３枚以上であってもよい。

１０，３０，４０…蓄電モジュール
１１，２１…蓄電ユニット
１２，３２…蓄電素子
１３，３３…電極端子
１５，３５…ケース
１６，３６，４１…アッパーケース（ケース）
１８，３８…ロアーケース（ケース）
１９…熱伝導部材
２０…ＤＣ-ＤＣコンバータ
２１…第１回路基板（回路基板）
２２…ベース基板
２３…バスバー
２４Ａ…コイル
２４Ｂ…コンデンサ（発熱部品）
２４Ｃ…ＦＥＴ（発熱部品）
２４Ｄ…電子部品
２４Ｅ…半田
２５…第２回路基板（回路基板）
２６…ベース基板
４２…放熱フィン

Claims (4)

1. 通電により発熱する発熱部品を有する回路基板と、
   前記回路基板に積層され当該回路基板と伝熱的に接続されている熱伝導部材と、
   前記熱伝導部材に積層され当該熱伝導部材と伝熱的に接続されるとともに、前記回路基板において前記発熱部品を接続する半田よりも耐熱温度の高い電解液を用いる蓄電ユニットと、を備える蓄電モジュール。
2. 前記回路基板、前記熱伝導部材および前記蓄電ユニットを収容するケースを備え、
   前記ケースが前記蓄電ユニットと伝熱的に接続されている請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記蓄電ユニットと前記ケースとが直接接触している請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記回路基板は、前記発熱部品を含む部品を有する、第１回路基板と第２回路基板とからなり、
   前記第２回路基板は、前記第１回路基板が有する部品よりも熱の影響を受けやすい部品を有する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。

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