(57)【要約】【課題】車両等に適用される省スペース性を向上した電源部品の収容構造を提供する。【解決手段】電源部品の収容構造においては、車両に搭載される、電池スタック、ジャンクションボックス基板およびＤＣＤＣコンバータ基板を筐体に収容する。電源部品の収容構造においては、筐体を車両に搭載した際に、ジャンクションボックス基板およびＤＣＤＣコンバータ基板は、電池スタックの側方に配置され、ジャンクションボックス基板は、ＤＣＤＣコンバータ基板の上方に配置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される、電池スタック、ジャンクションボックス基板およびＤＣＤＣコンバータ基板を筐体に収容した電源部品の収容構造であって、
前記ジャンクションボックス基板および前記ＤＣＤＣコンバータ基板は、前記電池スタックの側方に配置され、前記ジャンクションボックス基板は、前記ＤＣＤＣコンバータ基板の上方に配置される、電源部品の収容構造。
【請求項２】
前記ジャンクションボックス基板の一面には、ベースプレートおよびフィンを含む第１冷却器が設けられ、前記ＤＣＤＣコンバータ基板の一面には、ベースプレートおよびフィンを含む第２冷却器が設けられ、
前記第１冷却器および前記第２冷却器は、それぞれの前記フィンが互いに対向して配置される、請求項１に記載の電源部品の収容構造。
【請求項３】
前記第１冷却器および前記第２冷却器の少なくとも一方は、前記フィンがバイメタルで形成され、高温になるほど前記ベースプレートからの起立高さが大きくなるように変形する、請求項２に記載の電源部品の収容構造。
【請求項４】
前記第１冷却器および前記第２冷却器の少なくとも一方は、前記ベースプレートがバイメタルで形成され、高温になるほど前記ベースプレートの中央部が他方から遠ざかるように変形することによって、前記バイメタルで形成されたフィンの前記起立高さが大きくなっても、対向するフィンとの干渉を抑制する、請求項３に記載の電源部品の収容構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される電源部品の収容構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、電池や、電池からの出力電圧を降圧するＤＣＤＣコンバータのような電源システムを構成する部品が搭載されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９３５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、電池とＤＣＤＣコンバータとは、異なる筐体に収容され、例えば、運転席の下方、および、助手席の下方にそれぞれ独立的に配置されており、車両への配置の好適化が十分検討されていなかった。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、車両等に適用される電源部品の好適な収容構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一局面は、車両に搭載される、電池スタック、ジャンクションボックス基板およびＤＣＤＣコンバータ基板を筐体に収容した電源部品の収容構造であって、車両に搭載した際に、ジャンクションボックス基板およびＤＣＤＣコンバータ基板は、電池スタックの側方に配置され、ジャンクションボックス基板は、ＤＣＤＣコンバータ基板の上方に配置される、電源部品の収容構造である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車両等に適用される電源部品の好適な収容構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１〜第３実施形態に係る電源装置の斜視図
【図２】本発明の第１〜第３実施形態に係るアセンブリの斜視図
【図３】本発明の第１〜第３実施形態に係る電源装置の模式断面図
【図４】本発明の第１実施形態に係るアセンブリの模式断面図
【図５】本発明の第１実施形態に係るアセンブリの模式断面図
【図６】本発明の第２実施形態に係る第１冷却器の模式部分断面図
【図７】本発明の第２実施形態に係るアセンブリの模式断面図
【図８】本発明の第３実施形態に係る第１冷却器の模式部分断面図
【図９】本発明の第３実施形態に係るアセンブリの模式断面図
【図１０】本発明の第２、第３実施形態に係るアセンブリの模式断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る電源部品の収容構造においては、筐体内に電池スタック、ジャンクションボックス基板、ＤＣＤＣコンバータ基板を収容する。ジャンクションボックス基板をＤＣＤＣコンバータ基板の上部に配置し、端子への結線作業をしやすくする。また、ジャンクションボックス基板とＤＣＤＣコンバータ基板とを冷却する各冷却器を互いに対向させ、冷却風の流路を共通化し、省スペース化を図る。
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に、本実施形態に係る電源装置１００の斜視図を示す。電源装置１００は、筐体１、ダクト２およびファン３を含む。筐体１には、電源部品として電池スタック１０とその側方にアセンブリ２０とが収容されている。図１には、筐体１の一部である上蓋を外した状態を示す。図２に、アセンブリ２０の斜視図を示す。図３に、図１のＡ−Ａ’線に沿った電源装置１００の断面を模式的に示し、図４に、図３のＢ−Ｂ’線に沿ったアセンブリ２０の断面を模式的に示す。図１〜図４には、車両に搭載したときの上下方向も合わせて示す。
【００１２】
電池スタック１０は複数の電池セルを、互いに隙間を設けて積層したものである。
【００１３】
アセンブリ２０は、ジャンクションボックス基板２１、ジャンクションボックス基板冷却用の第１冷却器２２、ＤＣＤＣコンバータ基板３１、ＤＣＤＣコンバータ基板冷却用の第２冷却器３２を含む。
【００１４】
ＤＣＤＣコンバータ基板３１には、電池スタック１０の出力電圧を降圧するＤＣＤＣコンバータが実装されている。ジャンクションボックス基板２１には、端子が複数設けられており、電池スタック１０やＤＣＤＣコンバータの出力や入力の配線が端子に結線される。
【００１５】
ジャンクションボックス基板２１の下面には、第１冷却器２２が取り付けられている。第１冷却器２２は、ジャンクションボックス基板２１に、グリスや放熱シートを介して取り付けられるベースプレート２３とベースプレート２３から下方に延びる複数のフィン２４とを含む。また、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の上面には、第２冷却器３２が取り付けられている。第２冷却器３２は、ＤＣＤＣコンバータ基板３１に、グリスや放熱シートを介して取り付けられるベースプレート３３とベースプレート３３から上方に延びる複数のフィン３４とを含む。
【００１６】
ファン３が送風することによって、図３に点線の矢印で示す方向に、ダクト２とファン３との間で、冷却用の空気が流れる。しかし、流れる向きは限定されず、図示するのと反対の方向であってもよい。冷却用の空気は、電池スタック１０の電池セルどうしの隙間と、第１冷却器２２および第２冷却器３２の間とを流れて、各電池セル、ジャンクションボックス基板２１、ＤＣＤＣコンバータ基板３１を冷却することが可能である。ファン３は、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１の温度を、それぞれに設けられた温度センサによって取得し、温度に基づいて送風強度を決定してもよい。ファン３の送風強度を設定する制御部は、電源装置１００に設けられてもよいし、車両に搭載される他の装置に設けられてもよい。またファン３の駆動電力は、典型的には車両に搭載される他の電源装置から提供されるが、電池スタック１０から提供されてもよい。
【００１７】
このように、電源装置１００は、従来、電池とは別体に設けられていたＤＣＤＣコンバータを一体化したものである。一体化するにあたり、第１冷却器２２および第２冷却器３２を対向させて配置することで、その間の空間を、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１を冷却する空気の共通の流路とすることができる。これにより、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１をそれぞれ冷却する流路を２つ設けるよりも、省スペース化を図りやすい。また、１つのファン３でも、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１の両方を冷却することができ、これによっても省スペース化を図ることができる。
【００１８】
また、ジャンクションボックス基板２１は、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の上方に設けられており、ジャンクションボックス基板２１に設けられた端子が上蓋を外したときに露出するので、結線作業を行いやすくすることができる。
【００１９】
また、筐体１に対するダクト２、ファン３の取り付け位置は、図示したものに限定されず、電池スタック１０の電池セルどうしの間と、第１冷却器２２および第２冷却器３２の間とを冷却風が好適に通過できれば、限定されない。また、第１冷却器２２のフィン２４どうしの間、および、第２冷却器３２のフィン３４どうしの間を、冷却風が好適に通過できればフィン２４およびフィン３４の配置の向きも限定されない。また、例えば、図５に模式断面図を示すように、第１冷却器２２のフィン２４と第２冷却器３２のフィン３４とは、連接して一体化していてもよい。
【００２０】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態において、アセンブリ２０の代わりに、第１冷却器２２のフィン２４および第２冷却器３２のフィン３４をバイメタルで構成したアセンブリ２５を設けたものである。
【００２１】
図６に、第１冷却器２２の部分断面を示す。フィン２４は、バイメタルで形成されている。すなわち、フィン２４は、線膨張率が相異なる２種類の金属層が積層されて形成されており、温度によって湾曲の程度が異なる。フィン２４は、温度が比較的低い場合は、図６の左側に示すように、ベースプレート２３の表面に沿う方向に傾斜している。フィン２４のベースプレート２３に近い側の金属層の線膨張率は、遠い側の金属層の線膨張率より大きく、温度がこれより高くなると、図６の右側に示すように、フィン２４が、ベースプレート２３の表面に対して垂直に近い方向に起き上がる。すなわち、フィン２４は所定の温度範囲内において、高温になるほど、ベースプレート２３からの起立高さＨが大きくなる。
【００２２】
第２冷却器３２のフィン３４も第１冷却器２２のフィン２４と同様の特徴を有する。すなわち、フィン３４は所定の温度範囲内において、高温になるほど、ベースプレート３３からの起立高さが大きくなる。
【００２３】
図７に本実施形態に係るアセンブリ２５の断面を模式的に示す。図７の左側は、ジャンクションボックス基板２１の発熱量が少なく第１冷却器２２の温度が比較的低く、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の発熱量が少なく第２冷却器３２の温度が比較的低い場合の例である。図７の中央は、ジャンクションボックス基板２１の発熱量が多く第１冷却器２２の温度が比較的高く、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の発熱量が少なく第２冷却器３２の温度が比較的低い場合の例である。図７の右側は、ジャンクションボックス基板２１の発熱量が多く第１冷却器２２の温度が比較的高く、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の発熱量が多く第２冷却器３２の温度が比較的高い場合の例である。
【００２４】
第１冷却器２２は、フィン２４の起立高さが高くなるほどフィン２４の間を通過する冷却用の空気の単位時間当たりの通過量が多くなるため、冷却の効果が高くなる。第２冷却器３２についても同様であり、フィン３４の起立高さが高くなるほど冷却の効果が高くなる。このように、第１冷却器２２および第２冷却器３２は、所定の温度範囲において、温度が高いほうが低い場合に比べてより冷却の効果を得やすくなるという、温度による冷却効率の変動特性を有するため、温度差を解消しやすい。すなわち、本実施形態では、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１をバランスよく冷却することができる。なお、第１冷却器２２のフィン２４および第２冷却器３２のフィン３４の数、形状、温度による形状変化特性は、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１の発熱特性や許容温度範囲等に応じて適宜設計すればよい。
【００２５】
表１に、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１の各温度と、ファン３の送風強度との関係の一例を示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
第１実施形態においては、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１の冷却効率は、温度による特性変動が小さいため、これらのうちの一方の温度が所定値以上である場合、温度を所定値未満に下げるためには、他方の温度によらず、ファン３の送風強度を「強」にする必要がある。この場合に他方の温度が所定値未満であれば、他方は必要以上に冷却されることになる。しかし、本実施形態においては、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１の冷却効率は、温度が高いほど高くなるという、温度による特性変動が大きいため、これらのうちの一方の温度が所定値以上であり、他方の温度が所定値未満である場合には、表１に示すように、ファン３の送風強度を「中」にすればよい。これにより、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータのうち温度が所定値以上であるほうが効率的に冷却され温度が下がりやすく、温度が所定値未満であるほうは、冷却が抑制され必要以上に冷却されることはない。このように本実施形態によれば、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１をバランスよく冷却することができるので、ファン３の送風強度を抑制して騒音および消費電力を低減することもできる。
【００２８】
なお、上述の例では、第１冷却器２２のフィン２４と、第２冷却器３２のフィン３４とを両方ともバイメタルで構成したが、所望の冷却特性を得ることができれば、いずれか一方のみをバイメタルで構成してもよい。
【００２９】
（第３実施形態）
本実施形態は、第２実施形態において、アセンブリ２５の代わりに、第１冷却器２２のフィン２４だけでなくベースプレート２３もバイメタルで構成し、第２冷却器３２のフィン３４だけでなくベースプレート３３もバイメタルで構成したアセンブリ２６を設けたものである。
【００３０】
図８に、第１冷却器２２の部分断面を示す。フィン２４およびベースプレート２３は、バイメタルで形成されている。ベースプレート２３は、所定の温度範囲内において、温度が比較的低い場合は、図８の左側に示すように、平坦な形状をしている。温度がこれより高くなると、図８の右側に示すように、ベースプレート２３が、フィン２４が形成されていないほうに凸となる凸形状に変形する。第２冷却器３２のベースプレート３３も第１冷却器２２のベースプレート２３と同様の特徴を有し、所定の温度範囲内において、温度が比較的低い場合は、平坦な形状をしているが、温度がこれより高くなると、フィン３４が形成されていないほうに凸となる凸形状に変形する。
【００３１】
図９に本実施形態に係るアセンブリ２６の断面を模式的に示す。図９の左側は、ジャンクションボックス基板２１の発熱量が少なく第１冷却器２２の温度が比較的低く、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の発熱量が少なく第２冷却器３２の温度が比較的低い場合の例である。図９の中央は、ジャンクションボックス基板２１の発熱量が多く第１冷却器２２の温度が比較的高く、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の発熱量が少なく第２冷却器３２の温度が比較的低い場合の例である。図９の右側は、ジャンクションボックス基板２１の発熱量が多く第１冷却器２２の温度が比較的高く、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の発熱量が多く第２冷却器３２の温度が比較的高い場合の例である。このように、ベースプレート２３は、所定の温度範囲内において、高温になるほど、ベースプレート２３の中央部が、対向する第２冷却器３２から遠ざかる向きへ湾曲する。また、ベースプレート３３は、所定の温度範囲内において、高温になるほど、ベースプレート３３の中央部が、対向する第１冷却器２２から遠ざかる向きへ湾曲する。
【００３２】
本実施形態においても、第２実施形態と同様、第１冷却器２２のフィン２４および第２冷却器３２のフィン３４が温度に応じて湾曲し冷却効率が変化して、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１をバランスよく冷却することができる。
【００３３】
本実施形態のアセンブリ２０は、第１冷却器２２のフィン２４および第２冷却器３２のフィン３４の各長さや起立高さの最大値が、第２実施形態と同程度であっても、第２実施形態のアセンブリ２０よりも低温時における高さを低くすることができる。図１０に比較のため、左側に本実施形態に係るアセンブリ２６の模式断面を示し、中央に第２実施形態に係るアセンブリ２５の模式断面を示す。本実施形態に係るアセンブリ２６においては、第２実施形態のアセンブリ２５よりも低温時の高さを低くしても、温度が高くなるにつれて第１冷却器２２のフィン２４および第２冷却器３２のフィン３４の起立高さが大きくなるのに合わせて、ベースプレート２３およびベースプレート３３が遠ざかるように湾曲するので、対向するフィン２４およびフィン３４が互いに干渉するのを抑制することができる。また、第１冷却器２２のフィン２４および第２冷却器３２のフィン３４の各長さや起立高さの最大値が、第２実施形態と同程度であれば、ベースプレート２３およびベースプレート３３が最も遠ざかるように湾曲したときの互いの距離の最大値は図１０の右端に示すように、第２実施形態におけるベースプレート２３およびベースプレート３３の距離と同程度とすることができる。これにより、第２実施形態のアセンブリ２５と比べて、第１冷却器２２および第２冷却器３２の冷却効率を同程度としながら、アセンブリ２６の断面積を小さくすることができ、より省スペース化を図ることができる。
【００３４】
なお、ベースプレート２３およびベースプレート３３の端縁寄りの位置は、他の位置に比べて、高温時に互いに遠ざかる量が少ないので、端縁寄りの位置に設けられているフィン２４およびフィン３４は、他の位置に設けられているフィン２４およびフィン３４より干渉抑制の効果が得られにくい。そのため、図９に示すように、ベースプレート２３およびベースプレート３３の端縁寄りの位置に設けられているフィン２４およびフィン３４の長さを、他の位置に設けられているフィン２４およびフィン３４の長さより短くしてもよい。
【００３５】
なお、上述の例では、第１冷却器２２のベースプレート２３と、第２冷却器３２のベースプレート３３とを両方ともバイメタルで構成したが、対向するフィン２４およびフィン３４が互いに干渉するのを抑制することができれば、いずれか一方のみをバイメタルで構成してもよい。
【００３６】
また、第１冷却器２２のベースプレート２３は、ジャンクションボックス基板２１に、グリスや放熱シートを介して取り付けられているので、ベースプレート２３が一定程度湾曲しても、グリスや放熱シートが変形を吸収し、ジャンクションボックス基板２１の湾曲や変位を抑制することができる。また、ジャンクションボックス基板２１に影響がない範囲内で、ベースプレート２３とともに湾曲、変位させてもよい。同様に、第２冷却器３２のベースプレート３３はＤＣＤＣコンバータ基板３１に、グリスや放熱シートを介して取り付けられているので、ベースプレート３３が一定程度湾曲しても、グリスや放熱シートが変形を吸収し、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の湾曲や変位を抑制することができる。また、ＤＣＤＣコンバータ基板３１に影響がない範囲内で、ベースプレート３３とともに湾曲、変位させてもよい。
【００３７】
（効果）
本発明の効果をまとめると以下のとおりである。すなわち、本発明に係る電源部品の収容構造においては、電池スタック１０、ジャンクションボックス基板２１、ＤＣＤＣコンバータ基板３１を１つの筐体１に収容する。ジャンクションボックス基板２１は、ＤＣＤＣコンバータ基板３１の上方に設けられているので、筐体１の上蓋を外したときにジャンクションボックス基板２１に設けられた端子が露出するので、結線作業を行いやすくすることができる。また、ジャンクションボックス基板２１を冷却する第１冷却器２２と、ＤＣＤＣコンバータ基板３１を冷却する第２冷却器３２とを対向させて配置することで、その間の空間を、それぞれを冷却する冷却風の共通の流路とすることができる。これにより、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１をそれぞれ冷却する流路を２つ設けるよりも、省スペース化を図りやすくすることができる。このように、本発明によれば、車両等に搭載される電池スタック、ジャンクションボックス、ＤＣＤＣコンバータ等の電源装置を好適に省スペース化して、例えば１つの座席の下にまとめて配置することができ、電源部品の好適な収容構造を実現できる。
【００３８】
また、第１冷却器２２のフィン２４および第２冷却器３２のフィン３４をバイメタルで構成すれば、第１冷却器２２および第２冷却器３２は、所定の温度範囲において、温度が高いほうが低い場合に比べて冷却効率を高くすることができ、ジャンクションボックス基板２１およびＤＣＤＣコンバータ基板３１の温度差を解消しやすく、ファン３の送風強度を抑制しても効果的な冷却が可能である。
【００３９】
また、第１冷却器２２のフィン２４だけでなくベースプレート２３もバイメタルで構成し、第２冷却器３２のフィン３４だけでなくベースプレート３３もバイメタルで構成すれば、低温時の高さをより低くしても、温度が高くなるにつれて第１冷却器２２のフィン２４および第２冷却器３２のフィン３４の起立高さが大きくなるのに合わせて、ベースプレート２３およびベースプレート３３が遠ざかるように湾曲するので、対向するフィン２４およびフィン３４が互いに干渉するのを抑制することができるので、省スペース化をさらに図ることができる。
【００４０】
本発明は、車両等に搭載される電源装置の収容構造だけでなく、冷却器を有する２つ以上の装置の収容構造にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、車両等に搭載される電源装置等に有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１    筐体
２    ダクト
３    ファン
１０    電池スタック
２０、２５、２６    アセンブリ
２１    ジャンクションボックス基板
２２    第１冷却器
２３    ベースプレート
２４    フィン
３１    ＤＣＤＣコンバータ基板
３２    第２冷却器
３３    ベースプレート
３４    フィン
１００    電源装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020080251.tif 000008
【図６】
2020080251.tif 000009
【図７】
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【図８】
2020080251.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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