JP6819491B2

JP6819491B2 - 電源装置の製造方法

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Publication number: JP6819491B2
Application number: JP2017134921A
Authority: JP
Inventors: 光博三浦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: JP2019016565A

Description

本発明は、電源装置の製造方法に関する。

近時、車両を走行させるモータに電力を供給するための電源装置が開発されている。例えば、特許文献１に記載の電源装置では、複数の電池セルを収容する電池ケースと、電池の充放電制御に用いられる電子部品を収容する電子部品ケースとを別々に設けて連結している。この電源装置では、電子部品から発生する熱を、熱伝導シートを介して積極的に電子部品ケースに移すことにより電子部品の放熱を図っている。

特開２００９−１８１７３７号公報

電源装置の小型化、低コスト化が望まれている。そこで、電池セルと電子部品のそれぞれを別々のケースに分けて収容するのではなく、一体化されたケースに纏めて収容したい。特に、電池セルからの電力を効率的に利用することを考えると、電圧変換回路を電池セルと纏めて収容したい。しかし、発熱量の大きい電圧変換回路を電池セルと一つの収容空間内に収容すると、電圧変換回路から発生した熱が電池セルに伝わってしまい、電池セルの性能維持に悪影響を与えてしまう。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電圧変換回路を電池セルと一つの収容空間内に収容して小型化を図ると共に、電圧変換回路から生じた熱が電池セル側へ伝わりにくい構造を実現する電源装置の製造方法を提供するものである。

本発明の第１の態様における電源装置の製造方法は、電池セルを熱伝達可能に固定する第１筐体と、電池セルに接続される電圧変換回路を熱伝達可能に固定する第２筐体とが一体化されることによって形成される内部空間に電池セルと電圧変換回路が収容された電源装置の製造方法であって、第１筐体と第２筐体の少なくとも一方に対して、第１筐体と第２筐体が互いに重ね合わされる予定の合わせ面とは反対の面側から、第１筐体の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する低熱伝導剤を噴射または浸漬することにより、第１筐体と第２筐体の少なくとも一方の外観表面と合わせ面に低熱伝導層を形成するステップと、低熱伝導層が形成された合わせ面を重ね合わせて第１筐体と第２筐体を一体化するステップとを有する。

このような製造方法によって製造された電源装置は、電圧変換回路で発生した熱が第１筐体から放散されやすく、同時にその熱は低熱伝導層に阻まれて第２筐体には伝わりにくい。また、筐体の放熱特性と高めると同時に筐体間の伝熱を阻む低熱伝導層を、簡単な工程で形成することができるので、製造効率を高めることができる。

本発明により、電圧変換回路を電池セルと一つの収容空間内に収容して小型化を図ると共に、電圧変換回路から生じた熱が電池セル側へ伝わりにくい構造を実現する電源装置の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る電源装置の分解斜視図である。電源装置の断面図と一部分の拡大図である。低熱伝導膜の第１の形成方法を説明する説明図である。第１の製造方法のフローチャートである。低熱伝導膜の第２の形成方法を説明する説明図である。第２の製造方法のフローチャートである。他の例における電源装置の断面図である。更に他の例における電源装置の断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る製造方法によって製造される電源装置１００の分解斜視図である。電源装置１００は、上面が解放された箱状のケースである第１筐体と、下面が解放された箱状のケースである第２筐体１２０とが上下に組み合わされて、全体として一つの電源として機能する。なお、本実施形態においては、図示するように、水平面をｘｙ平面で表し、ｚ軸プラス方向を鉛直軸上向きとする。以降の図においても、この座標系を示すことにより、その向きを表す。

第１筐体１１０は、例えばアルミニウムを素材として、ダイカストやプレスによって形成される。第１筐体１１０の内部空間は、電池セル１３０を収容する空間として利用される。電池セル１３０は、例えばリチウムイオン電池であり、複数の電池セルが連結されたブロック電池セルであっても良い。

第２筐体１２０は、例えばアルミニウムを素材として、ダイカストやプレスによって形成される。第２筐体１２０は、上面に放熱フィン１２１を有する。放熱フィン１２１は、第２筐体１２０と一体的に設けられても良いし、別体で形成されて第２筐体１２０に固定されても良い。第２筐体１２０の内部空間は、電圧変換回路１４０を収容する収容空間として利用される。電圧変換回路１４０は、電池セル１３０の出力電圧を調整して、予め定められた一定の電圧に変換して出力するための回路である。電源装置１００は、この調整された電圧によって外部機器に電力を供給する装置である。

バスパー１５０は、電池セル１３０と電圧変換回路１４０とを接続する導体である。第１筐体１１０と第２筐体１２０が破線の両矢印に沿って重ね合わされて一体化されると、バスパー１５０は、電圧変換回路１４０と接続され電池セル１３０の電力は、バスパー１５０を介して電圧変換回路１４０へ供給される。

図２は、電源装置１００の断面図と一部分の拡大図である。具体的には、図１において一点鎖線で示すラインに沿って第１筐体１１０と第２筐体１２０（放熱フィン１２１を含む）を切断した様子と、合わせ面近傍を拡大した様子を示す。

第１筐体１１０は、底面を形成する底板部１１２、外周面を形成する胴部１１３、第２筐体１２０との合わせ面として機能する鍔部１１４を有する。第１筐体１１０の内部空間は、底板部１１２と胴部１１３に囲まれた空間である。ここに収容された電池セル１３０は、固定部１３３によって底板部１１２に固定されている。固定部１３３は、電池セル１３０で生じた熱を第１筐体１１０へ逃がす熱伝達機能を有する。すなわち、固定部１３３は、例えば銅などの熱伝達性に優れた素材で形成された固定具である。したがって、第１筐体１１０は、電池セル１３０で生じた熱を、固定部１３３を介して外気に放散させる機能を担う。鍔部１１４は、第２筐体１２０の内部空間と連通する開口部の外縁であり、胴部１１３の端部から底板部１１２と平行に内側へ若干張り出した形状を成す。

第２筐体１２０は、放熱フィン１２１の他に、上面を形成する天板部１２２、外周面を形成する胴部１２３、第１筐体１１０との合せ面として機能する鍔部１２４を有する。第２筐体１２０の内部空間は、天板部１２２と胴部１２３に囲まれた空間である。ここに収容された電圧変換回路１４０は、基板部１４１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２、固定部１４３を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２は、基板部１４１に実装されており、基板部１４１は、固定部１４３によって天板部１２２に固定されている。固定部１４３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２で生じた熱を第２筐体１２０へ逃がす熱伝達機能を有する。すなわち、固定部１４３は、例えば銅などの熱伝達性に優れた素材で形成された固定具である。したがって、第２筐体１２０と、第２筐体１２０に一体的に設けられた放熱フィン１２１とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２で生じた熱を、固定部１４３を介して外気に放散させる機能を担う。鍔部１２４は、第１筐体１１０の内部空間と連通する開口部の外縁であり、胴部１２３の端部から天板部１２２と平行に外側へ若干張り出した形状を成す。

第２筐体１２０のうち、内部空間に面する内面以外の表面には、皮膜としての低熱伝導膜１９０がコーティングされている。低熱伝導膜１９０は、接する空気へ熱を伝える熱伝達率は比較的大きいが、材質内部での熱移動のしやすさとしての熱伝導率は小さい素材によって形成される。特にここでは、第１筐体１１０の素材であるアルミニウムより熱伝導率が小さい素材が採用される。例えば、ポリイミドやポリイミドアミドが用いられる。

第１筐体１１０の鍔部１１４と、第２筐体１２０の鍔部１２４は、部分拡大図に示すように、鍔部１２４に設けられた低熱伝導膜１９０を挟み込んで、互いに重ね合わされて固定される。これにより、第１筐体１１０と第２筐体１２０は一体化されて、内部に一つの収容空間を形成する。このように一体化された筐体は、熱移動の観点からは、挟み込まれた低熱伝導膜１９０によって第１筐体１１０側と第２筐体１２０側とで分離されており、第２筐体１２０側の熱は、第１筐体１１０側へ伝わりにくい。すなわち、第２筐体１２０の素材の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する低熱伝導膜１９０を第１筐体１１０と第２筐体１２０の合わせ面に介在させることにより、第２筐体１２０側の熱を第１筐体１１０側へ伝わりにくくしている。

同時に、第２筐体１２０の胴部１２３の表面および放熱フィン１２１の表面にも低熱伝導膜１９０をコーティングしているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２で発生した熱は、これらの表面から外気中へ効果的に放散する。したがって、第１筐体１１０側へはより伝わりにくくなる。すなわち、電池セル１３０と電圧変換回路１４０とを一つの内部空間に収めつつ、電圧変換回路１４０で生じた熱が電池セル１３０に伝達しにくい構造とすることができるので、電源装置１００を全体として小型化することができる。

なお、低熱伝導膜１９０の膜厚は、低熱伝導膜１９０の熱伝導率や、電圧変換回路１４０の発熱量、放熱フィン１２１を含めた第２筐体１２０全体の熱容量および単位時間当たりの放熱量等を考慮して決定されると良い。例えば、電池セル１３０の上限許容温度が６０℃であれば、電圧変換回路１４０の使用状態において低熱伝導膜１９０の鍔部１２４との接触面が６０℃に到達しないように膜厚を決定すれば良い。

次に、低熱伝導膜の形成方法の例を説明する。図３は、電源装置１００における第２筐体１２０に低熱伝導膜１９０を形成する第１の方法を説明する説明図である。

作業領域の上方には噴射ノズル７００が設けられている。また、作業領域の床面には、作業台７１０が設けられている。第２筐体１２０は、作業台７１０に立設された複数の支持ピン７１１に載置される。このとき、第２筐体１２０は、鍔部１２４のうち第１筐体１１０と重ね合わされる合わせ面とは反対の面側に噴射ノズル７００が位置するように載置される。すなわち、第２筐体１２０は、外観表面の大部分が噴射ノズル７００に対向し、内部空間側が噴射ノズル７００へ向かないように載置される。

噴射ノズル７００は、例えばポリイミドアミドを主成分とする噴霧液７９１を第２筐体１２０へ向けて噴射する。このとき、第２筐体１２０は、ほぼ中空に支持された状態であるので、噴霧液７９１は霧状になって鍔部１２４の合わせ面側にも回り込む。したがって、噴霧液７９１は、第２筐体１２０のうち実質的に内部空間に面する内面以外の表面に付着する。その後乾燥すれば、第２筐体１２０は、低熱伝導膜１９０がコーティングされた状態に仕上がる。

このように、噴霧液７９１の回り込みを利用すれば、作業時に内面へのマスキング作業や治具の準備をする必要がない。すなわち、より少ない工程で、簡易に、外観表面と合わせ面に低熱伝導膜１９０を形成することができる。

図４は、図３を用いて説明した噴射方式による第１の低熱伝導膜形成方法を採用した、電源装置１００の製造方法のフローチャートである。作業者は、ステップＳ１０１で、第１筐体１１０と第２筐体１２０とをダイカストにより成形する。なお、ダイカストではなくプレスで成形しても良い。また、ここでは第２筐体１２０を放熱フィン１２１と一体的に成形するが、放熱フィン１２１を別体として形成し、第２筐体１２０へ取り付ける構成であっても良い。

続いてステップＳ１０２では、作業者は、第２筐体１２０を作業台７１０の支持ピン７１１に載置する。このとき、作業者は、第２筐体１２０を、上述のように、第１筐体１１０との合わせ面が噴射ノズル７００の噴射口に対して反対側を向くように載置する。

作業者は、ステップＳ１０３で、噴射ノズル７００から噴霧液７９１を第２筐体１２０へ向けて噴射させる。そして、重ね合わせ面まで低熱伝導膜１９０が形成されたことを確認したら噴射を終了する。あるいは、重ね合わせ面に低熱伝導膜１９０が形成されるまでの噴射時間を予め計測しておき、実際の製造工程においては当該噴射時間の間噴霧液７９１を噴射するようにしても良い。噴射が終了したら、ステップＳ１０４で、乾燥させる。

作業者は、ステップＳ１０５で、低熱伝導膜１９０が形成された第２筐体１２０に、電圧変換回路１４０を固定する。また、ステップＳ１０６で、第１筐体１１０に、電池セル１３０およびバスパー１５０を固定する。なお、ステップＳ１０６の作業に先立ち、第１筐体１１０に対しても、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３と同様の作業を行い、外観表面と合わせ面に低熱伝導膜１９０を形成しても良い。そして、作業者は、ステップＳ１０７で、第１筐体１１０の合わせ面と第２筐体１２０の合わせ面を重ね合わせて、第１筐体１１０と第２筐体１２０を一体化する。なお、バスパー１５０は、両筐体の一体化に伴って、電圧変換回路１４０の所定の接点と接触する。以上により、電源装置１００が完成する。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、電源装置１００における第２筐体１２０に低熱伝導膜１９０を形成する第２の方法を説明する説明図である。本方法は、いわゆるディッピングによるコーティング方法である。

図５（ａ）に示すように、浸漬槽８００には、例えばポリイミドアミドを主成分とする塗料液８１０が満たされている。そこへ、第２筐体１２０を、放熱フィン１２１を下方に向け、鍔部１２４が液面と一致するまで浸す。

その後、図５（ｂ）に示すように、今度は第２筐体１２０を、放熱フィン１２１を上方に向け、鍔部１２４が液面と一致するまで浸す。この２段階の工程により、第２筐体１２０のうち内部空間に面する内面以外の表面に塗料液８１０を付着させることができる。その後乾燥すれば、第２筐体１２０は、低熱伝導膜１９０がコーティングされた状態に仕上がる。

図６は、図５を用いて説明したディッピング方式による第２の低熱伝導膜形成方法を採用した、電源装置１００の製造方法のフローチャートである。図４のフローチャートと同じ工程については同じステップ番号を付して、その説明を省略する。

作業者は、ステップＳ１０１で形成した第２筐体１２０を、ステップＳ２０２で、図５（ａ）を用いて説明したように、外観表面が塗料液８１０に浸るように、鍔部１２４が液面と一致するまで浸漬槽８００に沈める。その後引き上げ、ステップＳ２０３で、図５（ｂ）を用いて説明したように、ひっくり返してから、鍔部１２４が液面と一致するまで塗料液８１０に浸す。なお、ステップＳ２０２とステップＳ２０３は逆順であっても構わない。ステップＳ２０３の後はステップＳ１０４へ進み、図４で説明した各処理を実行する。このような手順によっても、電源装置１００が完成する。

以上、電源装置１００を製造する２つの製造方法を説明したが、これらの製造方法が適用される電源装置は、電源装置１００に限らない。以下に、これらの製造方法を適用し得るいくつかの電源装置の例を説明する。

図７は、他の例における電源装置２００の断面図である。電源装置２００は、電源装置１００と、筐体の構造が若干異なる。他の要素は同様なので、その説明を省略する。

電源装置２００は、第１筐体２１０が箱状のケースとして内部空間を形成し、第２筐体２２０は、第１筐体２１０の開口部を覆う蓋形状である。電源装置１００と同様に、電池セル１３０は第１筐体２１０に固定され、電圧変換回路１４０は第２筐体２２０に固定されているが、電池セル１３０も電圧変換回路１４０も、実質的には第２筐体２２０に収容されている。

このように、第１筐体２１０と第２筐体２２０の合わせ面に低熱伝導膜２９０が介在していると、電圧変換回路１４０で発生した熱が両筐体を伝って電池セル１３０を加熱することを抑制できる。すなわち、電圧変換回路１４０で発生した熱は、第２筐体２２０側で効果的に放散されると共に、合わせ面に介在する低熱伝導膜２９０で効果的に遮断される。

図８は、更に他の例における電源装置５００の断面図である。電源装置５００は、電源装置１００と、筐体の構造が若干異なる。他の要素は同様なので、その説明を省略する。

電源装置５００は、電源装置１００の第２筐体１２０と同様に、放熱フィン５２１を有し、低熱伝導膜５９２がコーティングされた第２筐体５２０を備えるが、電源装置１００の第１筐体１１０と異なり、放熱フィン５２１を有し、低熱伝導膜５９１がコーティングされた第１筐体５１０を備える。低熱伝導膜５１２は、第１筐体５１０のうち内部空間に面する内面以外の表面にコーティングされている。このような第１筐体５１０に対しても、図３を用いて説明した噴射方式による第１の低熱伝導膜形成方法、あるいは、図５を用いて説明したディッピング方式による第２の低熱伝導膜形成方法によって、低熱伝導膜５９１を形成することができる。

このように、第１筐体５１０側の放熱性能を高めれば、電池セル１３０が高温になってもその熱を第１筐体５１０側で十分放散することができる。したがって、合わせ面に介在する低熱伝導膜の機能も併せて、上述の例とは逆に電池セル１３０から発生した熱が電圧変換回路１４０側へ伝達することも低減することができる。

なお、第１筐体５１０と第２筐体５２０の合わせ面には、第１筐体５１０側の低熱伝導膜５９１と、第２筐体５２０側の低熱伝導膜５９２の二層が介在するが、いずれか一方の面にのみ低熱伝導膜がコーティングされていても良い。

１００電源装置、１１０第１筐体、１１２底板部、１１３胴部、１１４鍔部、１２０第２筐体、１２１放熱フィン、１２２天板部、１２３胴部、１２４鍔部、１３０電池セル、１３３固定部、１４０電圧変換回路、１４１基板部、１４２ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４３固定部、１５０バスパー、１９０低熱伝導膜、２００電源装置、２１０第１筐体、２２０第２筐体、２９０低熱伝導膜、５００電源装置、５１０第１筐体、５１１放熱フィン、５２０第２筐体、５９０低熱伝導膜、７００噴射ノズル、７１０作業台、７１１支持ピン、７９１噴霧液、８００浸漬槽、８１０塗料液

Claims

電池セルを熱伝達可能に固定する第１筐体と、前記電池セルに接続される電圧変換回路を熱伝達可能に固定する第２筐体とが一体化されることによって形成される内部空間に前記電池セルと前記電圧変換回路が収容された電源装置の製造方法であって、
前記第１筐体と前記第２筐体の少なくとも一方に対して、前記第１筐体と前記第２筐体が互いに重ね合わされる予定の合わせ面とは反対の面側から、前記第１筐体の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する低熱伝導剤を噴射することにより、前記第１筐体と前記第２筐体の少なくとも一方の外観表面と前記合わせ面に低熱伝導層を形成するステップ、前記第１筐体と前記第２筐体の少なくとも一方に対して、前記反対の面側から前記低熱伝導剤を浸漬した後、前記合わせ面側から前記低熱伝導剤を浸漬することにより、前記外観表面と前記合わせ面に前記低熱伝導層を形成するステップ、又は、前記第１筐体と前記第２筐体の少なくとも一方に対して、前記合わせ面側から前記低熱伝導剤を浸漬した後、前記反対の面側から前記低熱伝導剤を浸漬することにより、前記外観表面と前記合わせ面に前記低熱伝導層を形成するステップと、
前記低熱伝導層が形成された前記合わせ面を重ね合わせて前記第１筐体と前記第２筐体を一体化するステップと
を有する電源装置の製造方法。