JP6252873B2 - 車載配電基板、電気接続箱および充放電コントローラ - Google Patents

Description

本明細書によって開示される技術は、車載配電基板、電気接続箱および充放電コントローラに関する。

車両に搭載されて電源から各種の車載電装品に電力を分配する機能を有する車載配電基板として、複数のバスバーと制御回路基板とを備える回路構成体と、この回路構成体に実装される半導体素子等の電子部品とを備える基板が知られている。

特許３９２７０１７号公報

ところで、半導体素子等の部品は、作動時に熱を発生して温度が上昇しやすい。また、特に大電流を流せるような基板では、発生した熱が、導電材としてのバスバーや銅箔ならびに制御回路基板を介して、熱による影響を受けやすい他の部品に伝わり、他の部品に不具合が生じるおそれがあった。

本明細書によって開示される技術は、表裏両面のうち少なくとも一面に導電路を有する制御回路基板と、前記制御回路基板に重ねて配置されたバスバーと、を備える回路構成体と、前記回路構成体に搭載される複数の電子部品とを備え、前記複数の電子部品は、通電により発熱する発熱部品と、前記発熱部品からの伝熱により影響を受ける低耐熱部品とを含み、前記回路構成体には、前記バスバーが配置されていないバスバー未配置領域が形成され、前記低耐熱部品が、前記バスバー未配置領域に配置されている車載配電基板である。
さらに本明細書によって開示される技術は、上記の構成の車載配電基板と、この車載配電基板を収容するケースとを備える電気接続箱である。
さらに本明細書によって開示される技術は、車載電源と車載電装品との間に配置されて、前記車載電源から供給される電力の電圧および前記車載電装品への電力の分配を制御する充放電コントローラであって、上記の構成の車載配電基板と、この車載配電基板を収容するケースとを備える。
上記の構成によれば、バスバーを介した発熱部品から低耐熱部品への伝熱を抑制できる。

本明細書によって開示される技術の態様として、以下の構成が好ましい。

前記バスバー未配置領域の少なくとも一部は、導電路が配置されていない導電路未配置領域となっており、前記低耐熱部品が前記導電路未配置領域に配置されていてもよい。このような構成によれば、導電路を介した発熱部品から低耐熱部品への伝熱を抑制できる。

前記制御回路基板は、前記発熱部品と前記低耐熱部品との間を隔てるスリットを有していてもよい。このような構成によれば、制御回路基板を介した発熱部品から低耐熱部品への伝熱を抑制できる。

前記回路構成体が、縦置きで配置され、前記回路構成体に搭載される前記発熱部品の側方または上方には前記低耐熱部品が配置されており、前記スリットは、前記発熱部品と前記低耐熱部品との間を隔てて配置されていてもよい。

ここで、発熱部品から発生する熱で暖められた周囲の空気は上方へ移動する。このため、発熱部品に対して下方に配置されている低耐熱部品よりも、側方または上方に配置されている低耐熱部品の方が、熱の影響を受けやすい。よって、スリットを、発熱部品と、この発熱部品に対して側方または上方に配置される低耐熱部品との間を隔てて配置することにより、発熱部品から低耐熱部品への伝熱を効果的に抑制できる。

本明細書によって開示される技術によれば、発熱部品から熱の影響を受けやすい他の部品への伝熱を抑制できる車載配電基板、電気接続箱、および充放電コントローラを提供できる。

実施形態におけるロアケースおよび車載配電基板の平面図 実施形態の車載配電基板において、導電路が配置される領域を網掛けで示した平面図 充放電コントローラを図２のＡ−Ａ線に相当する位置で切断した断面図

実施形態を、図１〜図３を参照しつつ説明する。本実施形態の充放電コントローラ（電気接続箱に該当）１は、車両において、バッテリなどの蓄電デバイス（車載電源）と各種の車載電装品との間に配置され、それら蓄電デバイスから供給される電力を適切な電圧に変換した上で各電装品に分配、供給するとともに、これらの電力供給の切り替え等の制御を行う。

充放電コントローラ１は、車載配電基板１０（以下、「配電基板１０」と略記する）と、この配電基板１０を内部に収容するケース５０とを備える。配電基板１０は、回路構成体２０と、この回路構成体２０に実装される複数の電子部品とを備える。ケース５０は、回路構成体２０と重ねられる皿状のロアケース５１と、このロアケース５１に組み付けられて回路構成体２０を覆う箱型のアッパケース５２とを備える。

複数の電子部品は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）からなる複数の半導体素子４１、複数のコンデンサ４２、４３、複数のＩＣ（Integrated Circuit）４４を含む。複数の電解コンデンサ４２、４３のうち一部は、比較的耐熱性の高い高耐熱電解コンデンサ４２であり、他は、高耐熱電解コンデンサ４２に比べて耐熱性の低い低耐熱電解コンデンサ４３である。半導体素子４１は、通電により発熱する発熱部品の一例である。低耐熱電解コンデンサ４３およびＩＣ４４は、発熱部品からの伝熱により影響を受けやすい低耐熱部品の一例である。なお、以下の説明において、一の半導体素子４１を他と区別して示す場合には、符号に添え字を付すものとし、区別せず総称する場合には、符号に添え字を付さないものとする。他の電子部品についても同様とする。

回路構成体２０は、制御回路基板２１と、複数のバスバー３１とを有する。

制御回路基板２１は、ガラス基材、ガラス不織布基材等の絶縁材料からなる薄い絶縁板２２の表裏両面に、プリント配線技術により導電路２３が形成された、一般的な構成のプリント基板である。制御回路基板２１の表裏両面のうち一面（図３の下面）は、バスバー３１が配置されるバスバー配置面２１Ａであり、他面（図３の上面）は、電子部品が配置される実装面２１Ｂである。なお、図面の見易さを考慮し、図１および図２においては、導電路２３を省略して示している。また、図３においては、実装面２１Ｂに配置された導電路２３を省略し、バスバー配置面２１Ａに配置された導電路２３のみを示している。

制御回路基板２１は、電子部品を配置するための複数の部品挿通孔２４Ａ、２４Ｂを有している。各部品挿通孔２４Ａ、２４Ｂは、制御回路基板２１のバスバー配置面２１Ａから実装面２１Ｂまで貫通する孔である。これらのうち一部の部品挿通孔２４Ａは、半導体素子４１を配置するための孔であり、１つの部品挿通孔２４Ａの内部に１つの半導体素子４１を配置できる大きさとなっている。また、他の部品挿通孔２４Ｂは、高耐熱電解コンデンサ４２を配置するための孔であり、１つの部品挿通孔２４Ｂの内部に３つの高耐熱電解コンデンサ４２を並べて配置できる大きさとなっている。

複数のバスバー３１のそれぞれは、導電性に優れた金属により形成された板状の部材である。複数のバスバー３１は、同一平面上に、互いに間隔を開けて配置されている。各バスバー３１は、制御回路基板２１のバスバー配置面２１Ａに、接着部材（例えば、粘着テープ、接着シート、接着剤等）によって接着されている。

回路構成体２０は、車両に取り付けられた状態では、縦置きの姿勢で、すなわち、制御回路基板２１の板面方向が鉛直方向となる向き（図３に示す向き）で配置される。

制御回路基板２１のうち一部の領域は、バスバー３１が配置されていないバスバー未配置領域２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃとなっている。

複数のバスバー未配置領域２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃのうち一のバスバー未配置領域２５Ａ（図１の右上に位置するバスバー未配置領域）には、低耐熱部品である低耐熱電解コンデンサ４３Ａ、およびＩＣ４４Ａ、４４Ｂが配置されている。低耐熱電解コンデンサ４３Ａ、およびＩＣ４４Ａ、４４Ｂは、制御回路基板２１の実装面２１Ｂに配置されている。低耐熱電解コンデンサ４３Ａ、およびＩＣ４４Ａ、４４Ｂは、詳細に図示しないが、それぞれ、複数の端子を有しており、各端子は、実装面２１Ｂに配置された導電路２３に接続されている。

一のバスバー未配置領域２５Ａのうち一部は、導電路未配置領域２６Ａとなっている。導電路未配置領域２６Ａは、制御回路基板２１のバスバー配置面２１Ａに導電路２３が配置されていない領域である。図２において、バスバー配置面２１Ａに導電路２３が配置されている領域を網掛けで示しており、バスバー未配置領域２５Ａのうち網掛けがされていない領域が導電路未配置領域２６Ａである。低耐熱電解コンデンサ４３ＡおよびＩＣ４４Ａ、４４Ｂは、導電路未配置領域２６Ａに配置されている。

他のバスバー未配置領域２５Ｂ、２５Ｃ（図１においてバスバー未配置領域２５Ａの下側、および制御回路基板２１の左下に位置するバスバー未配置領域）にも、低耐熱電解コンデンサ４３およびＩＣ４４のうち一方または双方が配置されている。なお、図２に示すように、他のバスバー未配置領域２５Ｂ、２５Ｃは全域が導電路未配置領域となっている。

一方、発熱部品である半導体素子４１、および比較的耐熱性の高い部品である高耐熱電解コンデンサ４２は、制御回路基板２１において、バスバー３１が配置された領域に配置されている。半導体素子４１は、対応する部品挿通孔２４Ａの内部に配置されている。各半導体素子４１は、詳細に図示しないが、それぞれ、複数の端子を有しており、これらのうち一部の端子（グランド端子）が実装面２１Ｂに配置された導電路２３に接続され、他の端子（ドレイン端子およびゲート端子）がバスバー３１に接続されている。高耐熱電解コンデンサ４２は、対応する部品挿通孔２４Ｂの内部に配置されている。各高耐熱電解コンデンサ４２は、詳細に図示しないが、複数の端子を有しており、各端子は、バスバー３１に接続されている。

バスバー未配置領域２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃには、それぞれ、スリット２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃが配置されている。一のバスバー未配置領域２５Ａに配置されたスリット２７Ａは、このバスバー未配置領域２５Ａの外周縁に沿って、（つまり、このバスバー未配置領域２５Ａに隣接するバスバー３１の側縁に沿って）延びている。スリット２７Ａは、低耐熱電解コンデンサ４３ＡおよびＩＣ４４Ａ、４４Ｂと、これらと隣接する半導体素子４１Ａとの間に配置され、低耐熱電解コンデンサ４３ＡおよびＩＣ４４Ａ、４４Ｂを半導体素子４１Ａから隔てている。

スリット２７Ａは、複数の直線部分２７Ａ_１、２７Ａ_２、２７Ａ_３が組み合わせられてジグザク状となっており、一の直線部分２７Ａ_１は、一の半導体素子４１Ａと、この半導体素子４１Ａに対して側方に配置される一の低耐熱電解コンデンサ４３Ａおよび一のＩＣ４４Ａとの間に配置されて、鉛直方向に延びている。また、他の直線部分２７Ａ _２ は、一の半導体素子４１Ａと、この半導体素子４１Ａに対して上方に配置される他のＩＣ４４Ｂとの間に配置されて、水平方向に延びている。このように、スリット２７Ａは、一の半導体素子４１Ａと、この半導体素子４１Ａに対して側方または上方に配置される低耐熱部品（低耐熱電解コンデンサ４３Ａ、ＩＣ４４Ａ、４４Ｂ）との間を隔てている。

他のバスバー未配置領域２５Ｂ、２５Ｃにも同様にスリット２７Ｂ、２７Ｃが配置されており、これらのスリット２７Ｂ、２７Ｃによって、低耐熱電解コンデンサ４３またはＩＣ４４が半導体素子４１から隔てられている。なお、他のバスバー未配置領域２５Ｂ、２５Ｃのスリット２７Ｂ、２７Ｃは、一本の直線状である。

以上のように本実施形態によれば、制御回路基板２１が、バスバー３１が配置されていないバスバー未配置領域２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃを有し、低耐熱電解コンデンサ４３およびＩＣ４４が、バスバー未配置領域２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃに配置されている。このような構成によれば、発熱部品である半導体素子４１から発生する熱が、バスバー３１を介して低耐熱部品である低耐熱電解コンデンサ４３やＩＣ４４に伝えられることを抑制できる。

また、バスバー未配置領域２５Ａの一部が、バスバー配置面２１Ａに導電路２３が配置されていない導電路未配置領域２６Ａとなっており、低耐熱電解コンデンサ４３ＡおよびＩＣ４４Ａ、４４Ｂが、導電路未配置領域２６Ａに配置されている。さらに、バスバー未配置領域２５Ａ、２５Ｂは全域が導電路未配置領域となっており、これらの領域に低耐熱電解コンデンサ４３およびＩＣ４４のうち一方または双方が配置されている。このような構成によれば、半導体素子４１から発生する熱が、導電路２３を介して低耐熱電解コンデンサ４３やＩＣ４４に伝えられることを抑制できる。

さらに、制御回路基板２１が、半導体素子４１と低耐熱電解コンデンサ４３またはＩＣ４４との間を隔てて配置されたスリット２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃを有する。このような構成によれば、半導体素子４１から発生する熱が、制御回路基板２１を介して低耐熱電解コンデンサ４３やＩＣ４４に伝えられることを抑制できる。

加えて、回路構成体２０が、制御回路基板２１の板面方向が鉛直方向となる縦置きで配置され、スリット２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃが、半導体素子４１と、この半導体素子４１に対して側方または上方に配置される低耐熱電解コンデンサ４３またはＩＣ４４との間を隔てて配置されている。

ここで、半導体素子４１から発生する熱で暖められた周囲の空気は上方へ移動する。このため、半導体素子４１に対して下方に配置されている部品よりも、側方または上方に配置されている部品の方が、熱の影響を受けやすい。よって、スリット２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃを、半導体素子４１と、この半導体素子４１に対して側方または上方に配置される低耐熱電解コンデンサ４３またはＩＣ４４との間を隔てて配置することにより、半導体素子４１から低耐熱電解コンデンサ４３またはＩＣ４４への伝熱を効果的に抑制できる。

特に、車載電源と車載電装品との間に配置されて、車載電源から供給される電力の電圧および車載電装品への電力の分配を制御する充放電コントローラ１においては、大電流が流れるため、半導体素子４１などの発熱部品から発生する熱の問題に対応することが重要な課題となる。このような充放電コントローラ１において、上記の構成の配電基板１０を好ましく適用できる。

＜他の実施形態＞
本明細書によって開示される技術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、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）上記実施形態では、電子部品として、半導体素子４１、コンデンサ４２、４３、およびＩＣ４４を例示したが、回路構成体には、必要に応じて、他の電子部品が搭載されていてもよい。

（２）部品挿通孔２４Ａ、２４Ｂの形状および大きさは上記実施形態の限りではなく、内部に配置される電子部品の底面の形状や大きさ、数に応じた形状及び大きさであればよい。

（３）上記実施形態では、回路構成体２０が３つのバスバー未配置領域２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃを有していたが、バスバー未配置領域の数や外形、配置位置等は実施形態に限らず、配置される電子部品の種類や数等に応じて設定すればよい。同様に、導電路未配置領域およびスリットの数や形状、配置等は実施形態に限らず、配置される電子部品の種類や数等に応じて設定すればよい。

（４）上記実施形態では、導電路未配置領域２６Ａが、制御回路基板２１のバスバー配置面２１Ａに導電路２３を配置しない領域であったが、導電路未配置領域は、制御回路基板の実装面に導電路を配置しない領域であってもよく、実装面とバスバー配置面との双方に導電路を配置しない領域であってもよい。

（５）上記実施形態では、一のスリット２７Ａはジグザク状であり、他のスリット２７Ｂ、２７Ｃは直線状であったが、スリットの形状は本実施形態の限りではなく、例えばＵ字状やＣ字状であっても構わない。

１…充放電コントローラ（電気接続箱）
１０…車載配電基板
２０…回路構成体
２１…制御回路基板
２３…導電路
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ…バスバー未配置領域
２６Ａ…導電路未配置領域
２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ…スリット
３１…バスバー
４１、４１Ａ…半導体素子（電子部品、発熱部品）
４３、４３Ａ…低耐熱電解コンデンサ（電子部品、低耐熱部品）
４４、４４Ａ、４４Ｂ…ＩＣ（電子部品、低耐熱部品）
５０…ケース

Claims (6)

1. 表裏両面のうち少なくとも一面に導電路を有する制御回路基板と、前記制御回路基板に重ねて配置されたバスバーと、を備える回路構成体と、
   前記回路構成体に搭載される複数の電子部品とを備え、
   前記複数の電子部品は、通電により発熱する発熱部品と、前記発熱部品からの伝熱により影響を受ける低耐熱部品とを含み、
   前記回路構成体には、前記バスバーが配置されていないバスバー未配置領域が形成され、
   前記低耐熱部品が、前記バスバー未配置領域に配置されている車載配電基板。
2. 前記バスバー未配置領域の少なくとも一部は、導電路が配置されていない導電路未配置領域となっており、前記低耐熱部品が前記導電路未配置領域に配置されている、請求項１に記載の車載配電基板。
3. 前記制御回路基板は、前記発熱部品と前記低耐熱部品との間を隔てるスリットを有する、請求項１または請求項２に記載の車載配電基板。
4. 前記回路構成体が、縦置きで配置され、前記回路構成体に搭載される前記発熱部品の側方または上方には前記低耐熱部品が配置されており、前記スリットは、前記発熱部品と前記低耐熱部品との間を隔てて配置されている、請求項３に記載の車載配電基板。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車載配電基板と、前記車載配電基板を収容するケースとを備える電気接続箱。
6. 車載電源と車載電装品との間に配置されて、前記車載電源から供給される電力の電圧および前記車載電装品への電力の分配を制御する充放電コントローラであって、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の車載配電基板と、前記車載配電基板を収容するケースとを備える充放電コントローラ。

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