JP6421601B2 - キャパシタモジュール - Google Patents

Description

本発明は、キャパシタモジュールに関する。

従来、車両に搭載された各種の負荷装置は、バッテリから供給される電力に基づいて動作する。バッテリの故障あるいは電圧低下などによる電源失陥時には、各負荷装置の動作が保障されない。このため、大容量キャパシタ等の蓄電部材を有するバックアップ用の電源装置が提案されている。大容量キャパシタは、回路基板に固定されたケースに収容され、その回路基板に実装される（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００９−２５３００９号公報

ところで、モジュール内に配置された回路基板には、各種の電子部品が搭載される。しかしながら、上記のように、大容量キャパシタを収容するケースを回路基板上に固定すると、ケースにより電子部品の配置が制約される。このような配置の制約は、回路基板の大型化、ひいてはモジュールの大型化を招く。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、小型化することにある。

上記課題を解決するキャパシタモジュールは、下部ケースと上部ケースとからなるモジュールケースと、前記上部ケースの内側面に固定された収容ケースと、前記収容ケースに収容されたキャパシタと、前記下部ケースの上面に固定され、前記キャパシタに電気的に接続される配線を有し、前記キャパシタに対する電流を制御する回路を構成する電子部品が実装された回路基板と、前記下部ケースに固定され、前記回路基板の配線に端子が接続された外部接続コネクタと、を有する。

この構成によれば、キャパシタを収容する収容ケースはモジュールケースの上部ケースに固定される。そして、キャパシタが接続される回路基板は、モジュールケースの下部ケースに固定される。したがって、回路基板と収容ケースとが互いに離間するため、回路基板と収容ケースとが平面視において重なる領域に電子部品が実装され、回路基板とモジュールケースを小型化することができる。

上記のキャパシタモジュールにおいて、前記上部ケースは、前記収容ケースが固定された上板と、前記上板の端部から前記上板に対して直交方向に延びる側板と、を有し、前記側板には、前記キャパシタの端子を保持する端子保持板が固定されたことが好ましい。

この構成によれば、上部ケースの上板に固定した収容ケースにキャパシタが収容される。そのキャパシタの端子は、上板からその上板の直交方向に延びる側板に固定される。このため、キャパシタの端子は上部ケースに対して相対的に移動し難くなる。

上記のキャパシタモジュールにおいて、前記キャパシタは、前記収容ケースに収容されるキャパシタ本体と、前記キャパシタ本体から突出するリード線とを有し、前記回路基板には、前記キャパシタのリード線が電気的に接続される接続孔を有することが好ましい。

この構成によれば、上部ケースに保持されたキャパシタは、収容ケースに収容されるキャパシタ本体と、そのキャパシタ本体から突出するリード線とを有している。リード線は、回路基板に形成された接続孔に電気的に接続される。

上記のキャパシタモジュールは、前記キャパシタのリード線は、その先端に前記接続孔の内径より幅広であって弾性変形可能な圧入部を有するプレスフィット端子を有し、前記プレスフィット端子の前記圧入部が前記回路基板の前記接続孔に圧入されることが好ましい。

この構成によれば、リード線はその先端にプレスフィット端子を有し、そのプレスフィット端子が回路基板の接続孔に圧入され、回路基板に対してキャパシタが容易に接続される。

上記のキャパシタモジュールは、前記プレスフィット端子は、前記リード線の軸方向に対して直交する方向に突出する取付部を有し、前記端子保持板は、前記取付部より前記キャパシタ本体側に配置されて前記プレスフィット端子を保持することが好ましい。

この構成によれば、プレスフィット端子は取付部を有し、上部ケースに固定された端子保持板は取付部よりキャパシタ本体側に配置される。この端子保持板が取付部と係合することで、プレスフィット端子が接続孔に圧入される。

上記のキャパシタモジュールにおいて、前記回路基板の両面に前記電子部品が実装され、前記下部ケースの側の面に実装された前記電子部品の発熱量が、前記キャパシタ側の面に実装された前記電子部品の発熱量より大きいことが好ましい。

この構成によれば、回路基板の両面に電子部品が実装され、発熱量の大きい電子部品が下部ケースの側の面に実装される。このため、電子部品の熱がキャパシタに伝わり難く、キャパシタの温度上昇が抑制される。

本発明のキャパシタモジュールによれば、小型化することができる。

一実施形態のキャパシタモジュールの一部側断面図である。 キャパシタモジュールの組み付けを示す一部断面図である。 キャパシタモジュールの平面図である。 キャパシタ及び収容ケースの斜視図である。 モジュールケースの分解斜視図である。 プレスフィット端子の説明図である。

以下、各形態を説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。

図１に示すように、キャパシタモジュールは、モジュールケース１０と、このモジュールケース１０に収容された回路基板２０及び複数のキャパシタ３０を備えている。キャパシタ３０は、たとえば電気二重層キャパシタである。

モジュールケース１０は略直方体状に形成されている。モジュールケース１０は、たとえば合成樹脂製である。モジュールケース１０には、図示しない取付部が形成され、その取付部により車両に取着される。

モジュールケース１０は、下部ケース１１と、その下部ケース１１に対して取着される上部ケース１２とを備えている。
図５に示すように、下部ケース１１は、矩形板状のベース板１１ａと、そのベース板１１ａの端部に立設された側板１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有している。側板１１ｃには貫通孔１１ｅが形成され、その貫通孔１１ｅに図１に示す外部接続コネクタ１３が取着される。

上部ケース１２は、略Ｌ字状に形成され、上板１２ａと側板１２ｂとを有している。この上部ケース１２は、下部ケース１１にたとえばスナップフィットにより取着され、下部ケース１１間の開口部を閉塞する。

図２に示すように、下部ケース１１のベース板１１ａには、回路基板２０が取着されている。回路基板２０は、下部ケース１１のベース板１１ａとの間の支柱２５によりベース板１１ａから離間して支持され、固定部材としてのネジ２６により下部ケース１１に固定されている。支柱２５の長さ、つまり下部ケース１１のベース板１１ａと回路基板２０との間の距離は、回路基板２０に実装される電子部品に応じて設定されている。

回路基板２０には、外部接続コネクタ１３のリード１３ａがたとえば半田付けにより接続されている。
回路基板２０には、上面と下面にはそれぞれ複数の電子部品２１ａ，２１ｂが実装されている。電子部品２１ａ，２１ｂは、キャパシタ３０に対する充電電流，放電電流を制御する制御回路を構成する。

回路基板２０の上面に実装された電子部品２１ａは、マイクロコンピュータ、ロジックＩＣ、小信号系のトランジスタ、等である。これらの電子部品２１ａは、消費電力が少なく、発熱の小さなものである。

回路基板２０の下面に実装された電子部品２１ｂは、ＭＯＳトランジスタ等のスイッチ素子、スナバ回路を構成する素子、整流ダイオード、バイパスコンデンサなどである。これらの電子部品２１ｂは、発熱の大きなものである。

上部ケース１２において、上板１２ａの下面には、収容ケース４０が固定され、その収容ケース４０に複数のキャパシタ３０が収容されている。
図３に示すように、収容ケース４０には４個のキャパシタ３０が収容されている。

キャパシタ３０は、キャパシタ本体３１と一対のリード線３２とを有している。キャパシタ本体３１は、たとえば円柱状に形成され、蓄電要素を収容する。
図４に示すように、収容ケース４０は略直方体状に形成されている。収容ケース４０の上面４０ａには複数（図４では４個）の係止部４１が突出形成されている。図５に示すように、上部ケース１２の上板１２ａには、対応する複数（図５では４個）の挿通孔１２ｃが形成されている。図１に示すように、収容ケース４０の係止部４１を上部ケース１２（上板１２ａ）の挿通孔１２ｃに挿入させる。係止部４１はたとえばスナップフィットであり、上板１２ａと係合し、収容ケース４０を上部ケース１２（上板１２ａ）に固定する。このように、キャパシタ３０を収容した収容ケース４０は、上部ケース１２（上板１２ａ）と一体化される。

図３に示すように、収容ケース４０には、収容するキャパシタ３０の数に応じた複数（４個）の収容孔４２が形成されている。
図４に示すように、収容孔４２は、キャパシタ本体３１の形状に応じて円筒状に形成され、内挿されたキャパシタ本体３１を保持する。図では、１つの収容孔４２に対応するキャパシタを省略している。たとえば、収容ケース４０は、収容孔４２の内面に、周方向に沿って配列されたリブ（図示略）を有している。リブは、キャパシタ３０の挿入方向に沿って延びるように形成されている。複数のリブの頂点を結ぶ円の直径は、キャパシタ本体３１の直径よりも僅かに小さく設定されている。したがって、収容孔４２に挿入されたキャパシタ本体３１は、収容ケース４０により保持される。

図２に示すように、キャパシタ３０のリード線３２は、キャパシタ本体３１の円形状の端面からこの端面と直交する方向に導出されている。さらに、一対のリード線３２は、回路基板２０に向かって延びるように、側面視Ｌ字状に屈曲形成されている。そのリード線３２は、上部ケース１２の側板１２ｂの内側面１２ｄに形成された取着部１４と、その取着部１４に固定された端子保持板１５とにより支持されている。

図３に示すように、端子保持板１５には、リード線３２が挿入されるスリット１５ａが形成されている。そのスリット１５ａにリード線３２を挿入した端子保持板１５は、取着部１４にたとえばスナップフィットにより固定されている。なお、端子保持板１５は、たとえば接着剤、溶着、ネジ等によって取着部１４に固定されてもよい。

図２に示すように、回路基板２０には、複数のキャパシタ３０の一対のリード線３２をそれぞれ接続する接続孔２２が形成されている。接続孔２２はメッキ等の導体が内面に形成されて導電性を有するスルーホールであり、回路基板２０上のパターンとリード線３２とを電気的に接続する。

図６に示すように、リード線３２はその先端にプレスフィット端子３３を有している。プレスフィット端子３３は、先端から順に、案内部３３ａ、圧入部３３ｂ、取付部３３ｄを有している。案内部３３ａは先端が細い先細り状（テーパ状）に形成されている。案内部３３ａは、図２に示す回路基板２０の接続孔２２へのリード線３２の挿入を容易にする。

圧入部３３ｂは、長さ方向（図６の上下方向）と直交する方向へ張り出し形成されている。圧入部３３ｂの幅は、図２に示す回路基板２０の接続孔２２の内径よりも大きい幅寸法に設定されている。圧入部３３ｂの中央には、長さ方向に延びる窓部３３ｃが形成されている。窓部３３ｃは、圧入部３３ｂの両側部を窓部３３ｃ側に弾性変形可能とする。

取付部３３ｄは、プレスフィット端子３３の延びる方向（プレスフィット端子３３の軸線方向であって、図６の上下方向）と直交する方向に沿って両側外方へ突出している。取付部３３ｄは、たとえば矩形状に形成されている。取付部３３ｄは、端子保持板１５と係合し、接続時におけるプレスフィット端子３３の圧入部３３ｂを接続孔２２（図２参照）へ圧入する。

次に、上記のキャパシタモジュールの作用を説明する。
図１に示すように、キャパシタ３０を収容する収容ケース４０はモジュールケース１０の上部ケース１２に固定される。そして、キャパシタ３０が接続される回路基板２０は、モジュールケース１０の下部ケース１１に固定される。したがって、回路基板２０と収容ケース４０とが互いに離間するため、回路基板２０と収容ケース４０とが平面視において重なる領域に電子部品２１ａが実装される。したがって、電子部品２１ａが実装される回路基板２０の面積を縮小することができる。そして、この回路基板２０を収容するモジュールケース１０、つまりキャパシタモジュールの固定に必要な領域の面積の縮小を図ることができる。

上部ケース１２の上板に固定した収容ケース４０にキャパシタ３０が収容される。そのキャパシタ３０の端子は、上板からその上板の直交方向に延びる側板に固定される。このため、キャパシタ３０のリード線３２は上部ケース１２に対して相対的に移動し難くなる。キャパシタ３０において、リード線３２の相対的な移動は、リード線３２の断線や回路基板との接続不良の要因となる。このため、リード線３２の相対的な移動を抑制することで、不良の発生が抑制される。

上部ケース１２に保持されたキャパシタ３０は、収容ケース４０に収容されるキャパシタ本体３１と、そのキャパシタ本体３１から突出するリード線３２とを有している。リード線３２は、回路基板２０に形成された接続孔２２に電気的に接続される。回路基板２０に実装された電子部品２１ａ，２１ｂにより構成される制御回路により、キャパシタ３０に対する充電電流と放電電流が制御される。

リード線３２はその先端にプレスフィット端子３３を有し、そのプレスフィット端子３３が回路基板２０の接続孔２２に圧入され、回路基板２０に対してキャパシタ３０が容易に接続される。

プレスフィット端子３３は取付部３３ｄを有し、上部ケース１２に固定された端子保持板１５は取付部３３ｄよりキャパシタ本体３１側に配置される。この端子保持板１５が取付部３３ｄと係合してプレスフィット端子３３の移動を制限することで、プレスフィット端子３３が接続孔２２に圧入される。

回路基板２０の両面に電子部品２１ａ，２１ｂが実装され、発熱量の大きい電子部品２１ｂが下部ケース１１の側の面に実装される。このため、電子部品２１ｂの熱がキャパシタ３０に伝わり難く、キャパシタ３０の温度上昇が抑制される。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）キャパシタモジュールのモジュールケース１０は、下部ケース１１と上部ケース１２とからなるモジュールケース１０を有する。上部ケース１２の内側面に収容ケース４０が固定され、その収容ケース４０にキャパシタ３０が収容される。下部ケース１１の上面に回路基板２０が固定されている。回路基板２０は、キャパシタ３０に電気的に接続される配線を有し、キャパシタ３０に対する電流を制御する回路を構成する電子部品２１ａ，２１ｂが実装されている。また、回路基板２０は、下部ケース１１に固定された外部接続コネクタ１３を介してモジュール外部の装置（たとえば、ブレーキ制御装置等）に接続される。

キャパシタ３０を収容する収容ケース４０はモジュールケース１０の上部ケース１２に固定される。そして、キャパシタ３０が接続される回路基板２０は、モジュールケース１０の下部ケース１１に固定される。したがって、回路基板２０と収容ケース４０とが互いに離間するため、回路基板２０と収容ケース４０とが平面視において重なる領域に電子部品２１ａが実装され、回路基板２０とモジュールケース１０を小型化することができる。そして、この回路基板２０を収容するモジュールケース１０、つまりキャパシタモジュールの固定に必要な領域の面積の縮小を図ることができる。

（２）上部ケース１２の上板に固定した収容ケース４０にキャパシタ３０が収容される。そのキャパシタ３０の端子は、上板からその上板の直交方向に延びる側板に固定される。このため、キャパシタ３０の端子は上部ケース１２に対して相対的に移動し難くなる。キャパシタ３０において、リード線３２の相対的な移動は、リード線３２の断線や回路基板との接続不良の要因となる。このため、リード線３２の相対的な移動を抑制することで、不良の発生を抑制することができる。

（３）上部ケース１２に保持されたキャパシタ３０は、収容ケース４０に収容されるキャパシタ本体３１と、そのキャパシタ本体３１から突出するリード線とを有している。リード線は、回路基板２０に形成された接続孔に電気的に接続される。回路基板２０に実装された電子部品２１ａ，２１ｂにより構成される制御回路により、キャパシタ３０に対する充電電流と放電電流を制御することができる。

（４）リード線３２はその先端にプレスフィット端子を有し、そのプレスフィット端子が回路基板２０の接続孔に圧入される。したがって、回路基板２０に対してキャパシタ３０を容易に接続することができる。この回路基板２０に対するキャパシタ３０の接続は、下部ケース１１と上部ケース１２との組み付けの際に行われる。つまり、下部ケース１１に対して上部ケース１２を組み付けと同時に、回路基板２０に対してキャパシタ３０を接続するため、キャパシタ３０を回路基板２０に接続するための工程が不要となり、製造工数や製造に係る時間等を低減することができる。

（５）プレスフィット端子３３は取付部３３ｄを有し、上部ケース１２に固定された端子保持板１５は取付部３３ｄよりキャパシタ本体３１側に配置される。この端子保持板１５が取付部３３ｄと係合してプレスフィット端子３３の移動を制限することで、プレスフィット端子３３を接続孔２２に確実に圧入することができる。

（６）回路基板２０の両面に電子部品２１ａ，２１ｂが実装され、発熱量の大きい電子部品２１ｂが下部ケース１１の側の面に実装される。このため、電子部品２１ｂの熱がキャパシタ３０に伝わり難く、キャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。キャパシタ３０の温度上昇は、特性や寿命を低下させる。したがって、このように電子部品２１ｂを実装することで、キャパシタ３０の性能低下を抑制し、長寿命化を図ることができる。

尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、キャパシタ３０の個数を４個としたが、３個以下または５個以上に適宜変更してもよい。

・上記実施形態では、収容ケース４０の上面４０ａに形成した係止部４１により収容ケース４０を上部ケース１２に一体的に固定したが、固定方法はこの方法に限定されない。たとえば、上部ケース１２に係止部を形成し、収容ケース４０の側面に係合部を形成してスナップフィットにより固定してもよい。また、ネジ（ボルトとナット）等により収容ケース４０を上部ケース１２に固定してもよい。

・キャパシタ３０を収容する収容ケース４０として、たとえば図１の上下方向に分割された収容ケース４０を用いてキャパシタ３０を収容してもよい。

１０…モジュールケース、１１…下部ケース、１２…上部ケース、１２ａ…上板、１２ｂ…側板、１４…取付部、１５…端子保持板、２０…回路基板、２１ａ，２１ｂ…電子部品、２２…接続孔、３０…キャパシタ、３１…キャパシタ本体、３２…リード線、３３…プレスフィット端子、４０…収容ケース、４２…収容孔。

Claims (6)

1. 下部ケースと上部ケースとからなるモジュールケースと、
   前記上部ケースの内側面に固定された収容ケースと、
   前記収容ケースに収容されたキャパシタと、
   前記下部ケースの上面に固定され、前記キャパシタに電気的に接続される配線を有し、前記キャパシタに対する電流を制御する回路を構成する電子部品が実装された回路基板と、
   前記下部ケースに固定され、前記回路基板の配線に端子が接続された外部接続コネクタと、
   を有することを特徴とするキャパシタモジュール。
2. 請求項１に記載のキャパシタモジュールにおいて、
   前記上部ケースは、
   前記収容ケースが固定された上板と、
   前記上板の端部から前記上板に対して直交方向に延びる側板と、
   を有し、
   前記側板には、前記キャパシタの端子を保持する端子保持板が固定されたこと、
   を特徴とするキャパシタモジュール。
3. 請求項２に記載のキャパシタモジュールにおいて、
   前記キャパシタは、前記収容ケースに収容されるキャパシタ本体と、前記キャパシタ本体から突出するリード線とを有し、
   前記回路基板には、前記キャパシタのリード線が電気的に接続される接続孔を有すること、
   を特徴とするキャパシタモジュール。
4. 請求項３に記載のキャパシタモジュールにおいて、
   前記キャパシタのリード線は、その先端に前記接続孔の内径より幅広であって弾性変形可能な圧入部を有するプレスフィット端子を有し、
   前記プレスフィット端子の前記圧入部が前記回路基板の前記接続孔に圧入されること、
   を特徴とするキャパシタモジュール。
5. 請求項４に記載のキャパシタモジュールにおいて、
   前記プレスフィット端子は、前記リード線の軸方向に対して直交する方向に突出する取付部を有し、
   前記端子保持板は、前記取付部より前記キャパシタ本体側に配置されて前記プレスフィット端子を保持すること、
   を特徴とするキャパシタモジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のキャパシタモジュールにおいて、
   前記回路基板の両面に前記電子部品が実装され、
   前記下部ケースの側の面に実装された前記電子部品の発熱量が、前記キャパシタ側の面に実装された前記電子部品の発熱量より大きいこと、
   を特徴とするキャパシタモジュール。