(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンデンサセルがバスバーを介して直列に接続されたコンデンサブロックと、前記コンデンサセルのそれぞれに接続されており、当該コンデンサセルの作動を制御する電子回路の複数を備える電源装置において、下部に凹部を有する基板が前記コンデンサセルのそれぞれにおける上面に取付けられ、前記バスバーと前記電子回路とは前記凹部の底面に取付けられていることを特徴とする蓄電式電源装置。
【請求項２】
前記基板に放熱用フィンが設けられていることを特徴とする請求項１記載の蓄電式電源装置。
【請求項３】
前記基板が絶縁基板であることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電式電源装置。
【請求項４】
電気自動車に使用されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電式電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電式電源装置に関し、特に電気自動車用の蓄電式電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電気自動車用の蓄電式電源装置は、複数のコンデンサセルがバスバーを介して直列に接続されたコンデンサブロックの少なくとも２つと、前記コンデンサセルのそれぞれに接続されており、当該コンデンサセルの作動を制御する電子回路の複数とを備える。
【０００３】
また、上記蓄電式電源装置のコンデンサブロックにおいて、直列に接続されたコンデンサセルは電気二重層型であると共にその数は約１００個であり、１つのコンデンサセルの電圧は３．５Ｖである。従って、１つのコンデンサブロックの満充電時の電圧は約３５０Ｖである。この蓄電式電源装置は、電源装置の残容量やエンジン運転状態及び車輌の走行状態に応じて２つのコンデンサブロックの接続を並列又は直列に切り換えて使用される。
【０００４】
従来、このような蓄電式電源装置において、前記電子回路のそれぞれは、コンデンサセルに一体的に設けられておらず、コンデンサセルとは別のところ、すなわち、一例としてモータードライバ（ＰＤＵ）としてのパルス変調（ＰＷＭ）ドライバの一部やモーターの近傍に取付けられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の電気自動車用の蓄電式電源装置では、前記電子回路のそれぞれは、コンデンサセルに一体に設けられておらず、コンデンサセルとは別のところに設けられているので、コンデンサセルの端子と電子回路との間の配線長さが長くなり配線のインピーダンスが大きくなる。その結果、蓄電式電源装置のコンデンサセル内の電圧降下が大きいという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、コンデンサセルの端子と電子回路との間の配線のインピーダンスを小さくしてコンデンサセル内の電圧降下を低減することができ、またバスバー及び電子回路のコンデンサセルへの取付構造を簡易化できる蓄電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の蓄電式電源装置は、複数のコンデンサセルがバスバーを介して直列に接続されたコンデンサブロックと、前記コンデンサセルのそれぞれに接続されており、当該コンデンサセルの作動を制御する電子回路の複数を備える電源装置において、下部に凹部を有する基板が前記コンデンサセルのそれぞれにおける上面に取付けられ、前記バスバーと前記電子回路とが前記凹部の底面に取付けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の蓄電式電源装置によれば、下部に凹部を有する基板がコンデンサセルのそれぞれにおける上面に取付けられ、バスバーと電子回路とが凹部の底面に取付けられているので、コンデンサセルの端子と電子回路との間の配線長さ及びバスバーの長さを最短にすることができ、配線のインピーダンスを低減させて蓄電式電源装置のコンデンサセル内の電圧降下を低減することができ、バスバー及び電子回路のコンデンサセルへの取付構造を簡易化できる。
【００１１】
請求項２の蓄電式電源装置は、請求項１の蓄電式電源装置において、前記基板に放熱用フィンが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の蓄電式電源装置によれば、基板に放熱用フィンが設けられているので、バスバー等の発熱によるコンデンサセルの温度上昇を防止することができる。
【００１３】
請求項３の蓄電式電源装置は、請求項１又は２の蓄電式電源装置において、前記基板が絶縁基板であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の蓄電式電源装置は、請求項１から３のいずれか１項の蓄電式電源装置において、電気自動車に使用されることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る蓄電式電源装置を説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る蓄電式電源装置の構成を示すブロック図である。
【００１７】
電気自動車は、蓄電式電源装置１、パルス幅変調（ＰＷＭ）ドライバ１４、電動モータ１６及びモータコントロールＥＣＵ２５を有する。ＰＷＭドライバ１４はモータコントロールＥＣＵ２５からの制御信号にしたがって電動モータ１６に電力を供給する。電動モータ１６は図示しない車輪に動力を伝達する。
【００１８】
蓄電式電源装置１は、一対のコンデンサブロック３，４、切換スイッチ７，８、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１及びコンデンサマネジメントＥＣＵ２１を有し、ＰＷＭドライバ１４に一定電圧を供給する。なお、図１にはコンデンサブロック３，４を充電する回路は省略されている。
【００１９】
コンデンサブロック３，４は、それぞれ１００個直列に接続された３．５Ｖ仕様の電気二重層型コンデンサセル２７，２８を有し、満充電時に３５０Ｖの電圧を出力する。
【００２０】
コンデンサセル２７，２８は、コンデンサ２７ａ，２８ａ及びバイパススイッチ２７ｂ，２８ｂを有する。また、コンデンサ２７ａ，２８ａの近傍には、コンデンサ２７ａ，２８ａの電圧を検出する電圧センサ２７ｃ，２８ｃと、コンデンサ２７ａ，２８ａの温度を検出する温度センサ２７ｄ，２８ｄとが設けられている。
【００２１】
電圧センサ２７ｃ，２８ｃにより検出されたコンデンサ２７ａ，２８ａの電圧が所定値より低くコンデンサ２７ａ，２８ａが劣化したと判別されたとき、又は、温度センサ２７ｄ，２８ｄにより検出されたコンデンサセル２７ａ，２８ａの温度が６０度より高くなったと判別されたとき、コンデンサマネジメントＥＣＵ２１によってバイパススイッチ２７ｂ，２８ｂが切り替わり、両端子はコンデンサ２７ａ，２８ａを介さずバイパスする。
【００２２】
コンデンサマネジメントＥＣＵ２１は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、Ｉ／Ｏインターフェース、通信インターフェースなどから構成される。
【００２３】
また、モータントロールＥＣＵ２５は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、Ｉ／Ｏインターフェース、通信インターフェースの他、電源装置の残容量、エンジン運転状態及び車輌の走行状態を検出する各種センサ２６を備えており、通信インターフェースを介してコンデンサマネジメントＥＣＵ２１に運転状態に応じた指令を出力する。各種センサ２６としては、モータ回転数検出センサ、車速センサ、アクセル開度センサなどが挙げられる。
【００２４】
図２は、図１の蓄電式電源装置におけるコンデンサブロック３の部分平面図であり、図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ’断面図であり、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ’断面図である。
【００２５】
図２において、複数のコンデンサセル２７−１〜２７−５が水平方向に配列されている。コンデンサセル２７−１〜２７−５の各構成は同じであり、以下、コンデンサセル２７−１に注目して説明する。
【００２６】
コンデンサセル２７−１の上面には、正極端子２７ｅと負極端子２７ｆとが所定の間隔で設けられている。コンデンサセル２７−２の負極端子２７ｆは、コンデンサセル２７−１の正極端子２７ｅに対向しており、コンデンサセル２７−２の正極端子２７ｅはコンデンサセル２７−１の負極端子２７ｆに対向している。
【００２７】
コンデンサセル２７−１の上面において、コンデンサセル２７−１の正極端子２７ｅとコンデンサセル２７−２の負極端子２７ｆとは略コの字形かつ段付きのバスバー３０で接続されており、コンデンサセル２７−１の負極端子２７ｆと隣接するコンデンサセルの正極端子とは略コの字形かつ段付きのバスバー３１で接続されている。バスバー３０，３１の各厚さは１〜５ｍｍである。正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆはそれぞれ電極ボルトで構成されており、バスバー３０，３１及び後述する基板２７ｈをコンデンサセル２７−１に固定する役目も果たす（図３（ａ））。
【００２８】
コンデンサセル２７−１の上面において、外形がコンデンサセル２７−１の平面形状に適合した基板２７ｈが載置されている。基板２７ｈには、正極端子２７ｅ及び負極基板２７ｆの位置に対応して正極端子２７ｅ及び負極基板２７ｆの各頭部を収容するような孔があけられており、その下面に後述する電子回路基板４０及びバスバー３０及び３１を収容するような凹部２７ｈ’を下面に有する。
【００２９】
また、図３（ａ）に示すように、凹部２７ｈ’の底部には、スイッチ２７ｂ，２８ｂ等の電子部品４０ａが取付けられた電子回路基板４０が取付けられている。電子回路基板４０の一端にはバスバー３０の端部がスポット溶接等により接続されており、電子回路基板４０の他端にはバスバー３１の端部がスポット溶接等により接続されている。さらに、図３（ｂ）に示すように、バスバー３０，３１の中間部は基板２７ｈの下面に当接している。
【００３０】
それぞれ電極ボルトで構成された正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆは、バスバー３０，３１及び基板２７ｈをコンデンサセル２７−１に固定する。
【００３１】
以上の構成により、電子回路基板４０及びバスバー３０及び３１を凹部２７ｈ’に収容するので、電子回路基板４０及びバスバー３０及び３１の機械的破損を防止できる。なお、この電子回路基板４０及びバスバー３０及び３１を凹部２７ｈ’に収容せずに、基板２７ｈの上部に取付けてもよい。これにより、電子回路基板４０の脱着が容易になる。
【００３２】
また、基板２７ｈは、絶縁機能を有する基板であってもよい。これにより、短絡による故障や事故を防止することができる。基板２７ｈの材料は、セラミックス、エポキシ樹脂、ガラス、金属等から成り、絶縁材料としては、セラミックス、エポキシ樹脂、ガラスが選択される。基板２７ｈが絶縁材料で構成されれば、コンデンサセル２７−１の放電を防止することができる。
【００３３】
本実施の形態によれば、バスバー３０，３１と電子回路基板４０とがコンデンサセル２７−１上に実装されているので、コンデンサセル２７−１の端子２７ｅ，２７ｆと電子回路基板４０との間の配線長さ及びバスバー３０，３１の長さを最短にすることができ、配線のインピーダンスを低減させて蓄電式電源装置１のコンデンサセル２７−１内の電圧降下を実質的に低減することができる。
【００３４】
前記実施の形態では、正極端子２７ｅと負極端子２７ｆとは、コンデンサセル２７−２の負極端子２７ｆがコンデンサセル２７−１の正極端子２７ｅに対向し、コンデンサセル２７−２の正極端子２７ｅがコンデンサセル２７−１の負極端子２７ｆに対向するように、交互に配列されているが、本発明の第１の実施の形態に係る蓄電式電源装置の変形例を示す図４のように、コンデンサセル２７−２の正極端子２７ｅがコンデンサセル２７−１の正極端子２７ｅに対向し、コンデンサセル２７−２の負極端子２７ｆがコンデンサセル２７−１の負極端子２７ｆに対向するように、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆがそれぞれ同一側に配列されてもよい。この場合は、バスバー３３の形状は前記実施の形態におけるバスバー３０，３１と異なり、図４に示す如くとなる。
【００３５】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る蓄電式電源装置の他の変形例の部分断面図である。図５に示すように、基板２７ｈの上面に放熱用フィン４５が設けられてもよい。放熱フィン４５の作用により、バスバー３０，３１等の発熱によるコンデンサセル２７，２８の温度上昇を防止することができる。
【００３６】
また、図５に示すように、バスバー３０，３１の中間部を耐熱性の材料４６、例えば、樹脂、ガラス等で基板２７ｈに固定してもよい。これにより、バスバー３０，３１を絶縁すると共にバスバー３０，３１内に発生する熱がフィン４５に伝導し易くする。
【００３７】
以下、本発明の他の実施の形態に係る蓄電式電源装置の構成を図を参照しながら説明する。以下の実施の形態においては、本発明の第１の実施の形態の構成要素と同じものには、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００３８】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る蓄電式電源装置の構成を示す。図６において、コンデンサセル２７−１の上面には、外形がコンデンサセル２７−１の平面形状に適合した基板６０が載置されている。基板６０には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの位置に対応して正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの各頭部を収容する孔があけられており、基板６０はその下面に電子回路基板４０及びバスバー３０及び３１を収容するような凹部６０ａを有する。コンデンサ２７−１の正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｈの間において基板６０の凹部６０ａには、電子回路基板４０の形状及び大きさに対応する孔６０ａ’があけられている。
【００３９】
基板６０の孔６０ａ’には電子回路基板４０が取付けられている。この電子回路基板４０にはその上面にのみに電子部品４０ａが実装されている。電子回路基板４０の一端にはバスバー３０の端部がスポット溶接等により接続されており、電子回路基板４０の他端にはバスバー３１の端部がスポット溶接等により接続されている。
【００４０】
それぞれ電極ボルトで構成された正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆは、バスバー３０，３１及び構成基板６０をコンデンサセル２７−１に固定する。また、基板６０の上面には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆ用の孔並びに孔６０ａ’を閉鎖するカバー６１が適宜な手段により取付けられている。本実施の形態によれば、カバー６１を外すことにより電子回路４０ａの保守を容易に行うことができる。
【００４１】
図７は、本発明の第３の実施の形態に係る蓄電式電源装置の構成を示す。図７において、コンデンサセル２７−１の上面には、外形がコンデンサセル２７−１の平面形状に適合した基板７０が載置されている。基板７０には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの位置に対応して正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの各頭部を収容する孔があけられており、基板７０はその下面に電子回路基板４０及びバスバー３０及び３１を収容するような凹部７０ａを有する。コンデンサ２７−１の正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｈの間において基板７０には、電子回路基板４０の形状及び大きさに対応する孔７０ａ’があけられている。
【００４２】
基板７０の孔７０ａ’には電子回路基板４０が取付けられている。この電子回路基板４０にはその上面及び下面の双方に電子部品４０ａが実装されている。電子回路基板４０の一端にはバスバー３０の端部がスポット溶接等により接続されており、電子回路基板４０の他端にはバスバー３１の端部がスポット溶接等により接続されている。バスバー３１は段付きではなく、スペーサ７１を介してコンデンサセル２７−１に載置されている。
【００４３】
それぞれ電極ボルトで構成された正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆは、バスバー３０，３１及び基板７０をコンデンサセル２７−１に固定する。また、基板７０の上面には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆ用の孔並びに孔７０ａ’を閉鎖するカバー７２が適宜な手段により取付けられている。本実施の形態によれば、カバー７２を外すことにより電子回路４０ａの保守を容易に行うことができる。
【００４４】
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る蓄電式電源装置の構成を示す。図８において、コンデンサセル２７−１の上面には、外形がコンデンサセル２７−１の平面形状に適合した基板８０が載置されている。基板８０には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｈの位置に対応して正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの各頭部を収容する孔があけられており、基板８０はその下面に電子回路基板４０及びバスバー３０及び３１を収容するような凹部８０ａを有する。コンデンサ２７−１の正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｈの間において基板８０の凹部８０ａには、電子回路基板４０の形状及び大きさに対応する孔８０ａ’があけられている。
【００４５】
基板８０の孔８０ａ’には電子回路基板４０が取付けられている。この電子回路基板４０にはその下面にのみに電子部品４０ａが実装されている。電子回路基板４０の一端にはバスバー３０の端部がスポット溶接等により接続されており、電子回路基板４０の他端にはバスバー３１の端部がスポット溶接等により接続されている。
【００４６】
それぞれ電極ボルトで構成された正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆは、バスバー３０，３１及び基板８０をコンデンサセル２７−１に固定する。また、基板８０の上面には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの孔を閉鎖するカバー８１がそれぞれ適宜な手段で取付けられている。さらに、電子回路基板４０の上面には放熱フィン８２が孔８０ａ’を閉鎖するように取付けられている。これにより、電子回路４０ａが発生する熱を放熱することができ、コンデンサセル２７−１の温度上昇を防止することができる。
【００４７】
図９は、本発明の第５の実施の形態に係る蓄電式電源装置の構成を示す。図９において、コンデンサセル２７−１の上面には、外形がコンデンサセル２７−１の平面形状に適合した基板９０が載置されている。基板９０には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの位置に対応して正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの各頭部を収容する孔があけられており、基板９０はその下面に電子回路基板４０及びバスバー３０及び３１を収容するような凹部９０ａを有する。
【００４８】
基板９０の凹部９０ａの底部には電子回路基板４０が取付けられている。この電子回路基板４０にはその下面にのみに電子部品４０ａが実装されている。電子回路基板４０の一端にはバスバー３０の端部がスポット溶接等により接続されており、電子回路基板４０の他端にはバスバー３１の端部がスポット溶接等により接続されている。バスバー３１は段付きではなく平板状であり、スペーサ９１を介してコンデンサセル２７−１上に載置されている。なお、バスバー３０もバスバー３１と同様に平板状として、スペーサを介してコンデンサセル２７−１上に載置されてもよい。
【００４９】
それぞれ電極ボルトで構成された正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆは、バスバー３０，３１及び基板９０をコンデンサセル２７−１に固定する。また、基板９０の上面には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの孔を閉鎖すると共に上面に放熱用フィンが形成されたカバー９２がそれぞれ適宜な手段で取付けられている。これにより、電子回路４０ａが発生する熱を放熱することができ、コンデンサセル２７−１の温度上昇を防止することができる。
【００５０】
図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る蓄電式電源装置の構成を示す。図１０において、コンデンサセル２７−１の上面には、外形がコンデンサセル２７−１の平面形状に適合した基板１００が載置されている。基板１００には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの位置に対応して正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆの各頭部を収容する孔があけられており、その下面に電子回路４０及びバスバー３０及び３１を収容するような凹部１００ａを有する。コンデンサ２７−１の正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｈの間において基板１００には、電子回路基板４０の形状及び大きさに対応する孔１００ａ’があけられている。
【００５１】
基板１００の孔１００ａ’には電子回路基板４０が取付けられている。この電子回路基板４０にはその上面にのみに電子部品４０ａが実装されている。電子回路基板４０の一端にはバスバー３０の端部がスポット溶接等により接続されており、電子回路基板４０の他端にはバスバー３１の端部がスポット溶接等により接続されている。
【００５２】
それぞれ電極ボルトで構成された正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆは、バスバー３０，３１及び基板１００をコンデンサセル２７−１に固定する。また、基板１００の上面には、正極端子２７ｅ及び負極端子２７ｆ用の孔並びに孔１００ａ’を閉鎖するカバー１０１が適宜な手段により取付けられている。本実施の形態によれば、カバー１０１を外すことにより電子回路４０ａの保守を容易に行うことができる。さらに、電子回路基板４０の下面には放熱フィン１０２が取付けられている。これにより、電子回路４０ａが発生する熱を放熱することができる。
【００５３】
以上の説明において、基板６０，７０，８０，９０，１００の材料は、第１の実施の形態における基板２７ｈと同じであり、バスバー３０，３１の中間部の形状等は第１の実施の形態と同様に各基板６０，７０，８０，９０，１００の凹部の底面に当接している（図３（ｂ））。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１の蓄電式電源装置によれば、複数のコンデンサセルがバスバーを介して直列に接続されたコンデンサブロックと、前記コンデンサセルのそれぞれに接続されており、前記コンデンサセルの作動を制御する電子回路の複数を備える電源装置において、下部に凹部を有する基板が前記コンデンサセルのそれぞれにおける上面に取付けられ、前記バスバーと前記電子回路とは前記凹部の底面に取付けられているので、コンデンサセルの端子と電子回路との間の配線長さ及びバスバーの長さを最短にすることができ、配線のインピーダンスを低減させて蓄電式電源装置のコンデンサセル内の電圧降下を実質的に低減することができ、バスバー及び電子回路のコンデンサセルへの取付構造を簡易化できる。
【００５６】
本発明の請求項２の蓄電式電源装置によれば、基板に放熱用フィンが設けられているので、バスバー等の発熱によるコンデンサセルの温度上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る蓄電式電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の蓄電式電源装置におけるコンデンサブロック３の部分平面図である。
【図３】（ａ）は、図２のＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る蓄電式電源装置の変形例の概略斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る蓄電式電源装置の他の変形例の部分断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る蓄電式電源装置の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る蓄電式電源装置の断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る蓄電式電源装置の断面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る蓄電式電源装置の断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る蓄電式電源装置の断面図である。
【符号の説明】
１  蓄電式電源装置
３，４  コンデンサモジュール
７，８  切換スイッチ
１１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１４  ＰＷＭドライバ
１６  電動モータ
２１  コンデンサマネジメントＥＣＵ
２５  モータコントロールＥＣＵ
２６  各種センサ
２７，２８  コンデンサセル
２７ａ，２８ａ  コンデンサ
２７ｈ  基板
３０，３１  バスバー
４５，８２，１０２  放熱フィン
６０，７０，８０，９０，１００  基板
６１，７２，８１，９２，１０１  カバー
７１，９１  スペーサ
【図１】
0003637163.tif 000002
【図２】
0003637163.tif 000003
【図３】
0003637163.tif 000004
【図４】
0003637163.tif 000005
【図５】
0003637163.tif 000006
【図６】
0003637163.tif 000007
【図７】
0003637163.tif 000008
【図８】
0003637163.tif 000009
【図９】
0003637163.tif 000010
【図１０】
0003637163.tif 000011