(57)【要約】【課題】金属部材と樹脂部材の熱収縮率の相違に起因する、半導体素子とバスバーとの連結状態の不良を有効に防止する。【解決手段】車載用の電源装置によれば、バッテリ１と、前記バッテリ１に接続してなるバスバー４と、前記バスバー４に連結してなる半導体素子３とを備え、前記半導体素子３は、前記バスバー４に固定するための固定プレート３５を有すると共に、前記固定プレート３５が前記バスバー４に複数箇所で固定されており、前記バスバー４は、前記固定プレート３５が固定される複数の固定部４５の間に変形緩衝部７を形成している。【選択図】図４
2015011844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
前記バッテリに接続してなるバスバーと、
前記バスバーに連結してなる半導体素子と
を備え、
前記半導体素子は、前記バスバーに固定するための固定プレートを有すると共に、前記固定プレートが前記バスバーに複数箇所で固定されており、
前記バスバーは、前記固定プレートが固定される複数の固定部の間に変形緩衝部を形成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記バッテリが、鉛バッテリと蓄電部とを備え、前記鉛バッテリと前記蓄電部とを前記半導体素子を介して並列に電気接続してなることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源装置であって、
前記半導体素子が、素子本体と、前記素子本体を外部接続するために前記素子本体に接続された第一端子及び第二端子とを備えており、少なくとも前記素子本体が樹脂モールドされてなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記素子本体がダイオードで、前記第一端子及び第二端子のうち、一方がアノードで他方がカソードであることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の電源装置であって、
前記固定プレートが、前記第一端子または前記第二端子のいずれかで、
前記半導体素子の固定プレートが前記バスバーに電気接続されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の電源装置であって、
前記固定プレートが前記半導体素子の放熱板で、前記半導体素子の固定プレートが前記バスバーに熱結合されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の電源装置であって、
前記固定プレートが、ネジを挿通する複数の連結穴を備えており、前記連結穴を貫通するネジを介して前記固定プレートが前記バスバーに螺合されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電源装置であって、
前記バスバーは、前記半導体素子を固定する面に、前記固定部として、前記固定プレートを固定するための固定穴を離間させて複数形成しており、前記固定穴同士の間に、変形緩衝部を形成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電源装置であって、
前記固定穴が、前記半導体素子をバスバーに螺合により固定するための雌ネジ穴であることを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の電源装置であって、
前記変形緩衝部が、前記バスバーの一部を切り欠いたスリットであることを特徴とする電源装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電源装置であって、
前記スリットが複数形成されると共に、互いに隣接するスリット同士の開口部を逆向きに配置してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１２】
請求項１ないし９のいずれかに記載の電源装置であって、
前記変形緩衝部が、前記バスバーの一部を打ち抜いた開口部であることを特徴とする電源装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電源装置であって、
前記開口部が、略円形であることを特徴とする電源装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の電源装置を搭載する車両。
【請求項１５】
車両に搭載されるバッテリに接続されると共に、固定プレートを有する半導体素子が連結されるバスバーであって、
前記半導体素子が連結される連結面に、前記固定プレートが複数箇所で固定されると共に、該固定プレートが固定される複数の固定部の間に変形緩衝部を形成してなることを特徴とするバスバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用の電源装置及びこれを備える車両並びにバスバーに関し、バッテリに接続されるバスバーに半導体素子を連結してなる車両用の電源装置及びこれを備える車両、並びにこの電源装置に使用されるバスバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用の電源装置は、バッテリを保護するために、バッテリに接続されるバスバーに半導体部品を連結しているものがある。バスバーは、例えば、図１１に示すように金属片を折曲して形成される。このようなバスバー９４に、ダイオードなどの半導体部品９３をネジ９５等により固定する。このため、バスバー９４には、半導体部品９３の取付位置にネジ穴９６が開口されている。
【０００３】
一方、半導体部品９３は、図１１に示すように、バスバー９４に固定するための固定プレート９７を備えると共に、この固定プレート９７に素子本体を配置して、素子本体を樹脂でモールドしてパッケージしているものがある。このような半導体部品９３を、ネジ９５でバスバー９４に固定する場合、半導体部品９３の樹脂モールド部９８とバスバー９４の金属部材との熱収縮率が異なると変形が生じて、ネジ９５の緩みが生じることがある。例えば、樹脂モールドされた半導体部品９３の固定プレート９７の両端部をバスバー９４にネジ９５で固定している場合、樹脂の方が金属板よりも熱収縮量が大きいため、熱によって半導体部品９３の樹脂モールド部９８が膨張変形するにつれて、この半導体部品９３が固定されたバスバー９４が延伸されて、ネジ９５の螺合の緩みが生じることが、発明者らの行った実験により確認された。特に、車載用の電源装置においては、夏の炎天下等、高温になりやすい環境下で使用されることがあり、熱膨張による変形量が大きくなりやすく、また、夜間においては低温に冷やされるため、昼夜の温度差により収縮を繰り返すことになって、さらにネジが緩みやすくなる。
【０００４】
固定プレートをバスバーに固定するネジが緩むと雑音の原因になるばかりでなく、経時的に緩みが大きくなることでネジが脱落して、半導体素子とバスバーの連結状態が不良になる虞もある。とくに、車載用の電源装置においては、振動や衝撃に晒されることから、一旦緩みが生じると、緩みが拡大することも考えられる。また、半導体素子とバスバーとを固定プレートを介して電気接続する構造においては、ネジの緩みによって固定プレートとバスバーとの連結面の接触状態が変化すると、接触抵抗の増大に繋がり、意図しない発熱の原因となることもある。
【０００５】
以上のような半導体素子の固定によるバスバーの変形を阻止するため、図１１に示すバスバー９４を、図の鎖線で示すように、固定プレート９７が固定されるネジ穴９６同士の間で切断することも考えられる。しかしながらこの形態では、バスバーが二部品になるため、バスバーを自立させることが困難となり、螺合時に別途治具による位置決めが必要になるなど、組み立て時の作業性が著しく損なわれる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２０８５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、金属部材と樹脂部材の熱収縮率の相違に起因する、半導体素子とバスバーとの連結状態の不良を有効に防止できる車載用の電源装置及びこれを備える車両並びにバスバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一の車載用の電源装置によれば、バッテリ１と、前記バッテリ１に接続してなるバスバー４と、前記バスバー４に連結してなる半導体素子３とを備え、前記半導体素子３は、前記バスバー４に固定するための固定プレート３５を有すると共に、前記固定プレート３５が前記バスバー４に複数箇所で固定されており、前記バスバー４は、前記固定プレート３５が固定される複数の固定部４５の間に変形緩衝部７を形成している。
上記構成により、バスバーの金属部分と、半導体素子との熱膨張係数の差によって生じる変形を、バスバーの固定部の間に形成された変形緩衝部で吸収することができ、変形に起因して生じ得る固定の緩みを低減でき、安定した固定状態を維持して接触抵抗の増大などを防止することができる。
【０００９】
本発明の他の電源装置は、前記バッテリ１が、鉛バッテリ１０と蓄電部２０とを備え、前記鉛バッテリ１０と前記蓄電部２０とを前記半導体素子３を介して並列に電気接続することができる。
上記構成により、バッテリを鉛バッテリと蓄電部で構成し、鉛バッテリと並列に蓄電部を接続することにより、鉛バッテリに流れる充放電の電流を低減して、鉛バッテリの劣化を防止して長寿命にできる。
【００１０】
本発明の他の電源装置は、前記半導体素子３が、素子本体３０と、前記素子本体３０を外部接続するために前記素子本体３０に接続された第一端子３１及び第二端子３２とを備え、少なくとも前記素子本体３０を樹脂モールドすることができる。
上記構成により、とくに、熱膨張係数の差が大きくなる半導体素子の樹脂モールド部とバスバーの金属部分との間に生じる変形を、バスバーの変形緩衝部で吸収できる。
【００１１】
本発明の他の電源装置は、前記素子本体３０をダイオードとし、前記第一端子３１及び第二端子３２のうち、一方をアノードＡで他方をカソードＫとすることができる。
以上の電源装置は、ダイオードにより特定方向の電流を抑制することで、バッテリを理想的に保護できる。
【００１２】
本発明の他の電源装置は、前記固定プレート３５を、前記第一端子３１または前記第二端子３２のいずれかとして、前記半導体素子３の固定プレート３５を前記バスバー４に電気接続することができる。
上記構成により、半導体素子の第一端子または第二端子のいずれかを固定プレートとすることで、バスバーに固定される固定プレートを介して、半導体素子の一方の端子を外れないように確実にバスバーに電気接続できる。
【００１３】
本発明の他の電源装置は、前記固定プレート３５を前記半導体素子３の放熱板３４として、前記半導体素子３の固定プレート３５を前記バスバー４に熱結合させることができる。
上記構成により、半導体素子の固定プレートを放熱板とし、この固定プレートをバスバーに熱結合状態で連結させるので、半導体素子の熱を効果的にバスバーに伝導させて放熱できる。
【００１４】
本発明の他の電源装置は、前記固定プレート３５が、ネジ５を挿通する複数の連結穴３６を備えて、前記連結穴３６を貫通するネジ５を介して、前記固定プレート３５を前記バスバー４に螺合させることができる。
上記構成により、半導体素子の固定プレートを、簡単かつ確実にバスバーに連結して固定できる。
【００１５】
本発明の他の電源装置は、前記バスバー４が、前記半導体素子３を固定する面に、前記固定部４５として、前記固定プレート３５を固定するための固定穴４６を離間させて複数形成して、前記固定穴４６同士の間に、変形緩衝部７を形成することができる。
【００１６】
本発明の他の電源装置は、前記固定穴４６を、前記半導体素子３をバスバー４に螺合により固定するための雌ネジ穴４６Ｂとすることができる。この電源装置は、固定プレートに挿通されたネジを直接ねじ込むことで、固定プレートを簡単にバスバーに固定できる。
【００１７】
本発明の他の電源装置は、前記変形緩衝部７を、前記バスバー４の一部を切り欠いたスリット７Ａとすることができる。この電源装置は、簡単かつ容易にバスバーに変形緩衝部を設けることができる。さらに、本発明の他の電源装置は、前記スリット７Ａを複数形成して、互いに隣接するスリット７Ａ同士の開口部を逆向きに配置することができる。この電源装置は、変形緩衝部の変形量を大きくすることができる。
【００１８】
本発明の他の電源装置は、前記変形緩衝部７を、前記バスバー４の一部を打ち抜いた開口部７Ｂ、７Ｃとすることができる。この電源装置は、簡単かつ容易にバスバーに変形緩衝部を設けつつ、開口部の両側を連結状態とすることで剛性を高められる利点も得られる。さらに、本発明の他の電源装置は、前記開口部を、略円形とすることができる。
【００１９】
本発明の一の車両は、上記のいずれかに記載の電源装置を搭載している。
【００２０】
本発明の一のバスバーは、車両に搭載されるバッテリ１に接続されると共に、固定プレート３５を有する半導体素子３が連結されるバスバーであって、前記半導体素子３が連結される連結面に、前記固定プレート３５が複数箇所で固定されると共に、該固定プレート３５が固定される複数の固定部４５の間に変形緩衝部７が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる車載用の電源装置を搭載した車両の模式回路図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる車載用の電源装置の概略構成図である。
【図３】図２に示す電源装置のバスバーと半導体素子の連結構造を示す概略断面図である。
【図４】図２に示す電源装置のバスバーと半導体素子の連結構造を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる車載用の電源装置の概略構成図である。
【図６】図５に示す電源装置のバスバーと半導体素子の連結構造を示す概略断面図である。
【図７】半導体素子の一例を示す斜視図である。
【図８】半導体素子とバスバーの他の一例を示す分解斜視図である。
【図９】バスバーの他の一例を示す平面図である。
【図１０】バスバーの他の一例を示す平面図である。
【図１１】従来のバスバーと半導体素子の連結構造を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車載用の電源装置及び電源装置を備える車両並びにバスバーを例示するものであって、本発明は車載用の電源装置及び電源装置を備える車両並びにバスバーを以下のものに特定しない。また、実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００２３】
本発明の一実施形態の車載用の電源装置を車両に搭載した例を図１に、図１に示す電源装置の概略構成図を図２に、図２に示す電源装置のバスバーと半導体素子の連結構造を図３の概略断面図と図４の分解斜視図に、さらに、本発明の他の実施形態の車載用の電源装置の概略構成図を図５に、図５に示す電源装置のバスバーと半導体素子の連結構造を図６の概略断面図にそれぞれ示している。
【００２４】
図１に示す車両は、エンジン５６で車輪５７を駆動して走行する。図１に示す電源装置１００は、回生制動する車両に搭載される。さらに好ましくは、回生制動とアイドリングストップする車両に搭載される。図の電源装置１００は、バッテリ１を備えている。電源装置１００は、バッテリ１の出力側が、車両のオルタネータ５２に接続されており、オルタネータ５２の出力を制御することでバッテリ１を充電することができる。オルタネータ５２は、エンジン５６に駆動されて鉛バッテリ１０と蓄電部２０を充電し、あるいは、車両の回生制動で鉛バッテリ１０と蓄電部２０を充電する。回生制動は、車両を減速するときにオルタネータ５２を駆動して、車両の運動エネルギーでオルタネータ５２を駆動して発電する。さらに、電源装置１００は、バッテリ１の出力側が、車両のエンジン５６を始動するスターターモータ５４と、車両に搭載される電装機器５０とに接続されている。スターターモータ５４は、バッテリ１から供給される電力で駆動される。また、電装機器５０は、バッテリ１及びオルタネータ５２から供給される電力で駆動される。電装機器５０は、ライト、ワイパー、エアコン、カーオーディオ、カーナビゲーション等である。
【００２５】
アイドリングストップする車両は、メインスイッチであるイグニッションスイッチをオンに保持する状態において、信号待ち等ではエンジン５６を停止させて燃費効率を改善する。この車両は、信号が変わるとエンジン５６を再始動して走行する。このため、アイドリングストップする毎にスターターモータ５４に電力が供給される。なお、回生制動し、かつアイドリングストップする車両は、大きなオルタネータを備えている。このオルタネータは、エンジンを再始動するモータにも兼用される。したがって、エンジンの再始動は、スターターモータによらず、このオルタネータをモータとして使用することもできる。したがって、本明細書において、スターターモータとは、エンジンを再始動するモータに兼用されるオルタネータを含む広い意味で使用する。
【００２６】
（バッテリ１）
バッテリ１は、図２と図５に示すように、鉛バッテリ１０と蓄電部２０とを備えている。鉛バッテリ１０と蓄電部２０は、互いに並列に接続されている。図の電源装置１００、２００は、回生制動による発電電力を効率よく充電すると共に、鉛バッテリ１０に流れる充放電の電流を低減して、鉛バッテリ１０の劣化を防止するために、鉛バッテリ１０と並列に蓄電部２０を接続している。
【００２７】
鉛バッテリ１０と蓄電部２０からなるバッテリ１は、一体構造として車両の一箇所に配置することができる。この電源装置は、鉛バッテリ１０と蓄電部２０とを一つのケース（図示せず）に収納して一体構造として、例えば、エンジンルームに配置することができる。ただ、電源装置は、バッテリを構成する鉛バッテリと蓄電部とを分離して別々に配置することもできる。この電源装置は、例えば、鉛バッテリを車両のエンジンルームに配置し、蓄電部を車両のキャビンやトランクルームに配置することができる。
【００２８】
（鉛バッテリ１０）
鉛バッテリ１０は、複数の鉛電池セル１１を備えている。鉛バッテリ１０は、定格電圧を２Ｖとする鉛電池セル１１を６セル、直列に接続して定格電圧を１２Ｖとしている。ただ、本発明は、鉛バッテリの定格電圧を１２Ｖには特定しない。２個の鉛バッテリを直列に接続して定格電圧を２４Ｖとし、または３個の鉛バッテリを直列に接続して３６Ｖ、４個の鉛バッテリを直列に接続して４８Ｖとして使用することもできるからである。従来の電装機器は、１２Ｖの電源電圧で動作するように設計されているが、２４Ｖ〜４８Ｖの鉛バッテリを搭載する車両は、この電圧で動作する電装機器を搭載する。
【００２９】
（蓄電部２０）
蓄電部２０は、鉛バッテリ１０と並列に接続されて、鉛バッテリ１０と同じ充放電電圧範囲を有する。したがって、１２Ｖの鉛バッテリ１０に並列に接続される蓄電部２０は、定格電圧を１２Ｖとし、あるいは１２Ｖに近づけている。このように定格電圧が近接した鉛バッテリ１０と蓄電部２０を並列接続することで、充放電の電圧範囲を広範囲で一致させることができる。蓄電部２０は、複数の蓄電器２１を備えており、これらの蓄電器２１を接続して所定の定格電圧としている。蓄電器２１は、例えば、二次電池である。蓄電器２１を二次電池とする蓄電部２０は、複数の蓄電器２１を直列に接続して定格電圧を１２Ｖとする。このような二次電池として、ニッケル水素電池が使用できる。ニッケル水素電池は、鉛バッテリに比較して充電抵抗が極めて小さく、大電流の充電特性に優れるので、回生制動時の大電流で効率よく充電できる特徴がある。ただ、二次電池には、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池等の非水系電解液二次電池も使用できる。リチウムイオン電池などの非水系電解液二次電池は、軽くて充放電容量を大きくできる特徴がある。さらに、蓄電器は、キャパシタ等とすることもできる。蓄電器に使用されるキャパシタは、静電容量の大きい電気二重層コンデンサー（ＥＤＬＣ）等のキャパシタである。キャパシタである蓄電器は、充電抵抗を極めて小さくして、回生制動時の蓄電量を鉛バッテリよりも大きくできる。ただ、蓄電器をキャパシタとする蓄電部は、蓄電量、すなわち蓄電される電荷によって電圧が変化するので、双方向性ＤＣ／ＤＣコンバータを介して鉛バッテリに接続される。
【００３０】
さらに、図２と図５に示す電源装置１００、２００は、バッテリ１にバスバー４を接続すると共に、このバスバー４に半導体素子３を連結している。図２と図５に示す電源装置１００、２００は、半導体素子３を介して鉛バッテリ１０と蓄電部２０とを並列に接続している。ここで、図に示す半導体素子３は、ダイオードである。このように、ダイオードを介して鉛バッテリ１０と蓄電部２０とを並列に接続する構造は、一方向への通電を許容しながら、反対方向への通電を制限できる。さらに、図に示す電源装置１００、２００は、半導体素子３と並列に接続スイッチ８を接続している。このような接続スイッチ８として、例えば、リレーや半導体スイッチング素子などが使用できる。半導体スイッチング素子には、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の素子が使用できる。
【００３１】
この電源装置１００、２００は、接続スイッチ８をオンとする状態では、半導体素子３と接続スイッチ８の並列回路を介して鉛バッテリ１０と蓄電部２０が並列に接続され、接続スイッチ８をオフとする状態では、半導体素子３を介して鉛バッテリ１０と蓄電部２０が並列に接続される。この接続スイッチ８は、制御回路９によってオンオフに制御される。図２と図５に示す電源装置１００、２００は、ダイオードである半導体素子３のアノードＡを鉛バッテリ１０側に、カソードＫを蓄電部２０側に接続している。すなわち、図のダイオードは、鉛バッテリ１０側から蓄電部２０側への通電を許容し、蓄電部２０側から鉛バッテリ１０側への通電を遮断するように接続している。この電源装置１００は、通常状態では接続スイッチ８をオン状態としており、車両のエンジン５６を始動する際には、接続スイッチ８をオフ状態とすることで、鉛バッテリ１０のみからスターターモータ５４に電力を供給することができる。この構成によると、大電力を必要とするスターターモータ５４に電力を供給する際に、蓄電部２０からスターターモータ５４への電力供給が遮断されるため、蓄電部２０に大きな負荷がかからず、蓄電部２０の電圧低下を防止することができる。ダイオードである半導体素子３は、接続スイッチ８のオフ状態において、蓄電部２０側から鉛バッテリ１０側に放電される事態を抑制する保護素子として機能している。また、この電源装置１００は、蓄電部２０の電圧が低下する状態では、接続スイッチ８のオンオフに関係なく、ダイオードを介して鉛バッテリ１０側から蓄電部２０側への通電を許容して、オルタネータ５２で発電される電力や鉛バッテリ１０の電力を、蓄電部２０や電装機器５０に供給することができる。
【００３２】
（半導体素子３）
半導体素子３は、図７のような外観をしており、図２、図３、図５、及び図６に示すように、素子本体３０と、この素子本体３０を外部接続するために、素子本体３０の両極に接続された第一端子３１及び第二端子３２を備えている。さらに、図の半導体素子３は、少なくとも素子本体３０が樹脂モールドでパッケージされており、第一端子３１と第二端子３２を樹脂モールド部３３から外部に表出させている。素子本体３０をダイオードとする半導体素子３は、第一端子３１及び第二端子３２のうち、一方をアノードＡ、他方をカソードＫとしている。
【００３３】
さらに、半導体素子３は、バスバー４に連結するための固定プレート３５を備えている。図の固定プレート３５は、矩形状の金属板で構成されており、少なくとも一の面の一部を樹脂モールド部３３に埋設している。この半導体素子３は、樹脂モールド部３３から表出する固定プレート３５の端部をバスバー４に固定して連結される。図に示す固定プレート３５は、樹脂モールド部３３から表出する外側において、バスバー４に固定するための連結穴３６を設けている。図に示す連結穴３６は、固定プレート３５をバスバー４に螺合するためのネジ５を挿入するための貫通孔としている。図に示す連結穴３６は、金属板の延長方向に延びる長孔としている。この構造の固定プレート３５は、バスバー４に設けた固定穴４６との寸法の誤差を許容しながら、確実にネジ５をねじ込んで螺合できる。
【００３４】
ここで、図２ないし図４、及び図７に示す半導体素子３Ａは、バスバー４に固定するための金属製の固定プレート３５を、第一端子３１としている。この半導体素子３Ａは、固定プレート３５である金属板を第一端子３１として、素子本体３０の一の面に接続すると共に、素子本体３０の対向面に第二端子３２を接続して、素子本体３０を樹脂モールドでパッケージしている。図に示す半導体素子３Ａは、固定プレート３５である第一端子３１をカソードＫとして、第二端子３２をアノードＡとしている。この半導体素子３Ａは、第一端子３１である固定プレート３５を、蓄電部２０に電気接続されたバスバー４に接続し、第二端子３２を鉛バッテリ１０に電気接続されたリード１５に接続している。リード１５は止ネジ３７を介して第二端子３２に接続されている。ただ、半導体素子は、図示しないが、固定プレートである第一端子をアノードとして、第二端子をカソードとすることもできる。この半導体素子は、第一端子である固定プレートが、鉛バッテリに電気接続されたバスバーに接続され、第二端子が蓄電部に電気接続されたリードに接続される。以上のように、固定プレート３５を第一端子３１とする半導体素子３Ａは、固定プレート３５をバスバー４に固定する状態で、第一端子３１である固定プレート３５を介してバスバー４に電気接続される。
【００３５】
さらに、図５と図６に示す半導体素子３Ｂは、バスバー４に固定するための金属製の固定プレート３５を、半導体素子３の放熱板３４としている。この半導体素子３Ｂは、放熱板３４である固定プレート３５に、絶縁状態で素子本体３０を配置すると共に、素子本体３０の両極に第一端子３１及び第二端子３２を接続して、素子本体３０を樹脂モールドでパッケージしている。図の半導体素子３Ｂは、素子本体３０の一の面に放熱板３４である金属製の固定プレート３５を配置すると共に、素子本体３０の対向面に第一端子３１及び第二端子３２を配置して、一方をアノードＡ、他方をカソードＫとしている。図に示す半導体素子３Ｂは、第一端子３１をカソードＫとして、リード２５を介して蓄電部２０に電気接続し、第二端子３２をアノードＡとして、リード１５を介して鉛バッテリに電気接続している。リード２５、１５は、それぞれ止ネジ３７を介して第一端子３１と第二端子３２に接続されている。
【００３６】
放熱板３４である固定プレート３５は、バッテリ１に接続されたバスバー４に熱結合状態で連結されている。この構造は、半導体素子３Ｂの発熱を、放熱板３４である固定プレート３５を介してバスバー４に熱伝導させて効率よく放熱できる。一般に、バスバー４は、大電流を通電できるように、断面積を大きくするように厚さや幅を設計するので熱伝導特性も良好になる。したがって、半導体素子３Ｂの放熱板３４をバスバー４に熱結合させる構造は、半導体素子３Ｂの熱を効果的にバスバー４に熱伝導させて優れた放熱効果を実現できる。図５に示す電源装置２００は、蓄電部２０に電気接続されたバスバー４に放熱板３４である固定プレート３５を固定しているが、固定プレートは、図示しないが、鉛バッテリに電気接続されるバスバーに固定することもできる。
【００３７】
以上の半導体素子３Ａ、３Ｂは、図３、図４、及び図６に示すように、金属板からなる固定プレート３５の中央部の上面側を樹脂モールドすると共に、下面は金属部を露出する状態としている。これらの半導体素子３Ａ、３Ｂは、固定プレート３５の下面側を面接触状態でバスバー４の連結面に接合できる。これにより、図３に示すように、固定プレート３５を第一端子３１とする半導体素子３Ａにおいては、低抵抗な状態でバスバー４に電気接続でき、また、図６に示すように、固定プレート３５を半導体素子３の放熱板３４とする半導体素子３Ｂにおいては、バスバー４との接触面積を大きくして理想的な状態で熱結合できる。
【００３８】
以上の半導体素子３は、固定プレート３５を金属板とし、この金属板の両端部の２箇所に連結穴３６を開口してバスバー４に固定している。ただ、半導体素子は、必ずしも２箇所でバスバーに連結する構造には特定しない。固定プレートは、３箇所以上をバスバーに連結することもできる。例えば、半導体素子は、固定プレートを長方形の板状として、長方形のコーナー部の４箇所をバスバーに連結することもできる。
【００３９】
さらに、半導体素子は、固定プレートを必ずしも金属板とする必要はなく、図８で示すように、樹脂モールド部３３の外側に一体成形されたプレート部３８を設けて、このプレート部３８を固定プレート３５としてバスバー４に連結することもできる。図に示す半導体素子３Ｃは、全体の外形を長方形として、四隅部に連結穴３６を開口すると共に、これ等の連結穴３６に挿通されるネジ５を介してバスバー４に連結している。
【００４０】
以上の半導体素子３は、素子本体３０をダイオードとする例を示したが、半導体素子は、半導体スイッチング素子とすることもできる。スイッチング素子である半導体素子は、図示しないが、鉛バッテリと蓄電部との間に電気接続されて、鉛バッテリと蓄電部とを並列に接続すると共に、接続スイッチとして使用されて、鉛バッテリと蓄電部との接続状態を制御する。スイッチング素子である半導体素子も、固定プレートを介してバスバーに連結される。スイッチング素子である半導体素子も、バスバーに連結される固定プレートを、外部接続するための端子としてバッテリに電気接続することができ、あるいは、固定プレートを放熱板としてバスバーに熱結合させることもできる。このような半導体スイッチング素子として、例えば、ＦＥＴやＩＧＢＴ等が使用できる。
【００４１】
（バスバー４）
バスバー４は、バッテリ１に電気接続される大電流用の導電部材である。バスバー４は、蓄電部２０に接続され、あるいは鉛バッテリ１０に接続されて、鉛バッテリ１０と蓄電部２０とを並列に接続する導電部材の一部として使用される。図２と図５に示す電源装置は、バスバー４を、蓄電部２０の出力側に接続している。
【００４２】
バスバー４は、図４の斜視図に示すように、金属製の板材を折曲加工して形成される。図に示すバスバー４は、半導体素子３が連結される連結面に、固定プレート３５が固定される複数の固定部４５を設けている。図に示す半導体素子３は、バスバー４に螺合するためのネジ５を挿通する連結穴３６を固定プレート３５の両端部に設けているので、図に示すバスバー４は、これ等の連結穴３６と対向する位置に、固定部４５としてネジ５を螺合するための固定穴４６を設けている。バスバー４の設けられる固定穴４６は、半導体素子３の固定位置を規定する。したがって、バスバー４は、半導体素子３の固定プレート３５の連結穴３６に応じて、固定穴４６が開口されている。図４に示す固定プレート３５は、両端部の２箇所に連結穴３６を設けているので、バスバー４は、これらと対向する２箇所に固定穴４６を設けている。ただ、固定プレートが３箇所以上の連結穴を備える場合は、バスバーは、これらの連結穴と対向する位置に３箇所以上の固定穴を設けることができる。例えば、図８に示すバスバー４Ｃは、平面視長方形の半導体素子３Ｃの四隅部に設けた連結穴３６と対向する４箇所に固定穴４６を設けている。
【００４３】
ここで、図３と図４に示すバスバー４Ａは、固定穴４６をネジ５を挿通させる挿通孔４６Ａとしている。挿通孔４６Ａである固定穴４６は、ここに挿通されるネジ５の先端がナット６にねじ込まれて、固定プレート３５がバスバー４に固定される。また、図６と図８に示すバスバー４Ｂ、４Ｃは、固定穴４６を雌ネジ孔４６Ｂとしている。雌ネジ孔４６Ｂである固定穴４６は、固定プレート３５の連結穴３６を貫通するネジ５の先端が直接ねじ込まれて、固定プレート３５がバスバー４に固定される。
【００４４】
（変形緩衝部７）
さらに、バスバー４は、固定部４５同士の間に、変形緩衝部７が形成されている。図４の例では、板状のバスバー４の固定穴４６を設けた中間部分に、バスバー４の一部を切り欠いたスリット７Ａが形成されている。バスバー４は、このようなスリット７Ａを形成することによって、図３及び図６に示すように、熱膨張係数の違いによってバスバー４の固定穴４６同士の間に応力（図において矢印Ｂで表示）が生じても、スリット７Ａである変形緩衝部７が変形（図の矢印Ｃで表示）することで応力を吸収して、固定穴４６の部分の変形が抑制される結果、ネジ５の緩みが阻止される。
【００４５】
すなわち、素子本体３０が樹脂でモールドされた半導体素子３では、一般に樹脂の方が金属よりも熱収縮量が大きいため、図３及び図６の矢印Ａでに示すように、バスバー４の上面側に固定された樹脂モールド部３３が延伸して、バスバー４に対して、図の矢印Ｂで示す応力が生じる事態が考えられる。応力によって固定穴４６の部分が変形すると、ネジ５が緩む原因となり、不具合が生じる虞がある。これに対して、図のバスバー４を利用することで、固定穴４６同士の間に形成されたスリット７Ａの部分において、図の矢印Ｃで示すように、バスバー４がある程度変形できることから、このような応力を吸収して、固定穴４６の部分に変形が及ぶことが抑止される。この結果、固定穴４６の変形によってネジ５の固定が緩む可能性が低減され、長期間にわたって安定した固定状態が維持され、信頼性を高められる。
【００４６】
なお、図４の形態においては、固定穴４６同士の部分は常時通電が必要な部位でないため、スリット７Ａを設けることでバスバー４が部分的に幅狭となることによる電気抵抗の増大は、殆ど問題とならない。また、変形緩衝部７は、図４のような形態には限られない。例えば、バスバー４Ｄには、図９に示すように、スリット７Ａを複数設けてもよい。複数のスリット７Ａを設ける場合は、図９の平面図に示すように、一方向に延長されたストリップ状のバスバー４Ｄの、対向する辺にそれぞれ設けることが好ましい。すなわち、互いに隣接するスリット７Ａ同士は、開口部が互いに逆向きとなるように配置する。これによって、変形量を大きくすることができる。図９の例では、図において下辺に１箇所、上辺に２箇所、スリット７Ａを形成しているが、スリットの数は２個、あるいは４個以上とすることもできる。
【００４７】
さらに、変形緩衝部７は、スリット状に限られず、ストリップ状バスバー４の一部を打ち抜いた開口部７Ｂとすることもできる。例えば、図１０の平面図に示すバスバー４Ｅは、円形状の貫通孔を変形緩衝部７としている。この構成であれば、固定穴４６の開口と同様にして変形緩衝部７を形成できる。また、スリットと異なり、ストリップ状のバスバー４Ｅに設けた開口部７Ｂの両側が繋がっているため、剛性を高められる利点も得られる。さらにまた、開口部は、円形に限らず、楕円形や矩形状、多角形状など、任意の形状とすることもできる。また、開口部の数も一に限られず、複数設けてもよい。例えば、図８に示す例では、ストリップ状のバスバー４Ｃの延長方向に離して２個ずつの固定穴４６を開口すると共に、これ等の中間には、２個の開口部７Ｃを幅方向に並べて開口している。図に示す開口部７Ｃは、バスバー４の延長方向に長い長円形としている。このように、バスバーに設ける開口部の数や形状、配列等を適宜変更することで、変形緩衝部の変形特性を調整できる。
【００４８】
以上の実施例の電源装置では、半導体素子３を、ネジ５を介してバスバー４に固定している。ただ、電源装置は、螺合以外の構造、例えば、溶接やクランプ等により半導体素子をバスバーに連結することもできる。この電源装置は、半導体素子の固定プレートの両端側の複数箇所をバスバーの固定部に溶接して固定し、あるいは、固定プレートの両端側の複数箇所を挟着部材を介してバスバーの固定部にクランプして固定する。固定プレートが固定されるバスバーは、複数の固定部の間に位置して変形緩衝部が形成されている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る電源装置は、バッテリに接続されるバスバーに半導体素子を固定する構造の電源装置、とくに車載用の電源装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１００…電源装置
２００…電源装置
１…バッテリ
３…半導体素子
３Ａ…半導体素子
３Ｂ…半導体素子
３Ｃ…半導体素子
４…バスバー
４Ａ…バスバー
４Ｂ…バスバー
４Ｃ…バスバー
４Ｄ…バスバー
４Ｅ…バスバー
５…ネジ
６…ナット
７…変形緩衝部
７Ａ…スリット
７Ｂ…開口部
７Ｃ…開口部
８…接続スイッチ
９…制御回路
１０…鉛バッテリ
１１…鉛電池セル
１５…リード
２０…蓄電部
２１…蓄電器
２５…リード
３０…素子本体
３１…第一端子
３２…第二端子
３３…樹脂モールド部
３４…放熱板
３５…固定プレート
３６…連結穴
３７…止ネジ
３８…プレート部
４５…固定部
４６…固定穴
４６Ａ…挿通孔
４６Ｂ…雌ネジ孔
５０…電装機器
５２…オルタネータ
５４…スターターモータ
５６…エンジン
５７…車輪
９３…半導体部品
９４…バスバー
９５…ネジ
９６…ネジ穴
９７…固定プレート
９８…樹脂モールド部
Ａ…アノード
Ｋ…カソード
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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