特許 5868047 車載用電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5868047

(24)【登録日】2016年1月15日

(45)【発行日】2016年2月24日

(54)【発明の名称】車載用電源装置

(51)【国際特許分類】

   B60R 16/033 20060101AFI20160210BHJP

   B60R 16/03 20060101ALI20160210BHJP

【ＦＩ】

   B60R16/033 D

   B60R16/03 T

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-157475(P2011-157475)

(22)【出願日】2011年7月19日

(65)【公開番号】特開2013-22991(P2013-22991A)

(43)【公開日】2013年2月4日

【審査請求日】2014年6月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000109093

【氏名又は名称】ダイヤモンド電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】山口 剛

(72)【発明者】

【氏名】中田 裕樹

【審査官】 中村 泰二郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１３２２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２０３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５３６６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｒ １６／０２−１６／０４

Ｂ６０Ｋ １／００− １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関併設発電機によって充電される高電圧バッテリからの供給電力を変換する電力変換装置と、前記電力変換装置の出力電力によって充電されると共に前記電力変換装置によって充電された電力を車載負荷へ供給する低電圧バッテリと、前記低電圧バッテリを搭載させたプレート体と、を備える車載用電源装置において、
前記電力変換装置は、
筐体部に内蔵される基板の板厚方向について一方を第１板厚方向とし其の他方を第２板厚方向とすると、前記第１板厚方向へ高放熱面が形成され且つ前記第２板厚方向へ低放熱面が形成され、前記低放熱面が前記低電圧バッテリの側面へ対面するよう隣接され、隣接する前記低電圧バッテリを伴って車載用内燃機関の格納室へ配設され、前記高圧バッテリに対して前記低電圧バッテリとともに独立配置が可能とされ、前記低電圧バッテリとともに前記プレート体へ搭載され且つ前記板厚方向を前記低電圧バッテリの側面へ対抗させた状態で前記プレート体に立位配置される、ことを特徴とする車載用電源装置。

【請求項2】

前記高放熱面は、高熱伝導材から成るヒートシンクによって形成され、且つ、前記低放熱面は、前記ヒートシンクよりも熱伝導率の低い弱熱伝導材が用いられることを特徴とする請求項１に記載の車載用電源装置。

【請求項3】

前記弱熱伝導材は、樹脂製材料から成るカバー部を構成することを特徴とする請求項２に記載の車載用電源装置。

【請求項4】

前記筐体は、前記ヒートシンクと前記カバー部とを少なくとも含む構成から成ることを特徴とする請求項３に記載の車載用電源装置。

【請求項5】

前記ヒートシンクには、パワートランジスタの実装部が積層又は形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の車載用電源装置。

【請求項6】

前記実装部の低放熱面側には、前記パワートランジスタの制御回路を実装させた制御回路基板が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の車載用電源装置。

【請求項7】

前記ヒートシンクには、前記実装部及び前記制御回路基板の何れも含まぬ領域へ大型発熱性素子が搭載されていることを特徴とする請求項６に記載の車載用電源装置。

【請求項8】

前記低放熱面と前記低電圧バッテリの側面との間には、弱熱伝導性の弾性部材が間挿されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の車載用電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両へ搭載される車載用電源装置に関し、特に、二電源式の車載用電源システムで用いられる際に好適のものである。

【背景技術】

【0002】

近年、リチウムイオン電池・リチウムイオンキャパシタ等といった蓄電装置の開発が目覚しく進み、これを受けて、自動車の電源システムの関係分野では、これらを電力源として用いた新たな車載用電源システムの検討が行われている。

【0003】

例えば、特開２００３−２４４８６３号公報（特許文献１）では、複数種類のバッテリを用いた、所謂、二電源式の車載用電源システムが紹介されている。当該車載用電源システムは、図６に示す如く、車載用内燃機関によって駆動されるモータージェネレータ（特許請求の範囲における内燃機関併設発電機）１０と、モータージェネレータ１０の発電電力によって充電される高電圧バッテリ２０と、高電圧バッテリ１０の後段に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ（特許請求の範囲における電力変換装置）３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が降圧させた電力によって充電される低電圧バッテリ４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０を制御するコントローラ４１と、車両に搭載される低電力負荷５０と、冷却ファンの駆動力を発生させるファンモータ６０とから構成される。このうち、高電圧バッテリ２０は、リチウムイオン電池・リチウムイオンキャパシタといった二次電池を用いて３６Ｖ〜６０Ｖ程度の出力電圧を有し、低電圧バッテリ４０は、周知の鉛蓄電池が用いられ１２〜１４Ｖ程度の出力電圧を有する。

【0004】

内燃機関が駆動されると、モータージェネレータ１０は、印加された駆動力を電力へ変換し高電圧バッテリ１０の充電を開始する。高電圧バッテリ２０では、蓄積された電荷を放電することによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０へ高電圧の電力を供給する。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０では、其の電力を低電圧状態（約１２Ｖ程度）へ変換させ、後段の低電圧バッテリ４０を充電させる。また、特許文献１では、ファンモータ６０がコントローラ４１によって制御され、冷却ファンの風力によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が冷却される。

【0005】

このような電源システムでは、リチウムイオン電池・リチウムイオンキャパシタといったエネルギー密度の高い電力源と鉛蓄電池のようなエネルギー密度の低い電力源の双方を具備することで、電力消費量の高い負荷と電力消費量の低い負荷への電力供給を好適にさせる。また、高電圧バッテリにリチウムイオン電池・リチウムイオンキャパシタを用いることで、内部抵抗が低いというメリットを利用し、充電電荷量の多い高電圧バッテリ側の充電効率を向上させるものである。

【0006】

また、特開２００７−２５３６６０号公報（特許文献２）では、「二電源式の車載用電源システム」の好適なレイアウト例が紹介されている。特許文献２に係る二電源式の車載用電源システムは、其の構成は特許文献１と略同等であり、高電圧バッテリの供給電力をＤＣ／ＤＣコンバータで変換し、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力で低電圧バッテリが充電される。そして、高電圧バッテリ及び低電圧バッテリ及びＤＣ／ＤＣコンバータをバスバーによって三者一体に結合させ、これにより成るアセンブルを内燃機関へ配置させている。

【0007】

このように、特許文献２では、高電圧バッテリ及び低電圧バッテリ及びＤＣ／ＤＣコンバータの全てを隣接配置させることにより、バスバーの長さ及びエンジンルーム内の配線長を短縮させ、抵抗電力損失の低下を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００３−２４４８６３号公報

【特許文献2】特開２００７−２５３６６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献２の技術では、高電圧バッテリ及び低電圧バッテリ及びＤＣ／ＤＣコンバータの全てを一つのモジュール（以下、電源モジュールと呼ぶ）として構成させているので、当該電源モジュールの体格が大型化してしまう。このため、スペースの余裕が少ないエンジンルームでは、電源モジュールについてのレイアウト上の自由度が低下し、場合によっては、電源モジュールを所望の場所へ配置することが出来なくなるとの問題が生じる。

【0010】

特に、二電源式の車載用電源システムで用いられる高電圧バッテリは、リチウムイオン電池・リチウムイオンキャパシタ等のような高エネルギー密度のバッテリが用いられると、これを保護する為の然るべきレイアウトが要求される。しかし、特許文献２の技術では、電源モジュールが高電圧バッテリと一体不可分となる構成である為、エンジンルームに十分なスペースが準備されていなければ、高電圧バッテリを安全な場所へ配置することが出来なくなる。

【0011】

また、特許文献２では、高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間にＤＣ／ＤＣコンバータを挟持した電源モジュールの構成例も紹介されている。これらバッテリが隣接配置されるＤＣ／ＤＣコンバータの側面は、広い表面積が確保される構造部であるところ、本来であればＤＣ／ＤＣコンバータの内蔵発熱素子のための放熱面として利用するのが好ましい。しかし、特許文献２のように、表面積の大きい両側面にバッテリが隣接されると、内蔵発熱素子の発熱量に適したヒートシンクを設けることが困難となり、十分な放熱性能を確保することが出来なくなる。

【0012】

例えば、鉛蓄電池にあっては、５０〜６０℃以上に達すると電解液の硫酸イオンが飽和状態となり、陽極板に結晶を堆積させるサルフェーションという現象が生じて、蓄電量が極端に低下してしまう。このため、鉛蓄電池の側壁には、ヒートシンクのような高温となる放熱面へ晒したくないという技術的事情がある。

【0013】

本発明は上記課題に鑑み、安全性の向上及び放熱性の改善をなし得る車載用電源装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するため、本発明では次のような車載用電源装置の構成とする。即ち、内燃機関併設発電機によって充電される高電圧バッテリからの供給電力を変換する電力変換装置と、前記電力変換装置の出力電力によって充電されると共に前記電力変換装置によって充電された電力を車載負荷へ供給する低電圧バッテリと、前記低電圧バッテリを搭載させたプレート体と、を備える車載用電源装置において、
前記電力変換装置は、
筐体部に内蔵される基板の板厚方向について一方を第１板厚方向とし其の他方を第２板厚方向とすると、前記第１板厚方向へ高放熱面が形成され且つ前記第２板厚方向へ低放熱面が形成され、前記低放熱面が前記低電圧バッテリの側面へ対面するよう隣接され、隣接する前記低電圧バッテリを伴って車載用内燃機関の格納室へ配設され、前記高圧バッテリに対して前記低電圧バッテリとともに独立配置が可能とされ、前記低電圧バッテリとともに前記プレート体へ搭載され且つ前記板厚方向を前記低電圧バッテリの側面へ対抗させた状態で前記プレート体に立位配置される、こととする。

【0015】

好ましくは、前記高放熱面は、高熱伝導材から成るヒートシンクによって形成され、且つ、前記低放熱面は、前記ヒートシンクよりも熱伝導率の低い弱熱伝導材が用いられることとする。

【0016】

好ましくは、前記弱熱伝導材は、樹脂製材料から成るカバー部を構成することとする。

【0017】

好ましくは、前記筐体は、前記ヒートシンクと前記カバー部とを少なくとも含む構成から成ることとする。

【0018】

好ましくは、前記ヒートシンクには、パワートランジスタの実装部が積層又は形成されていることとする。

【0019】

好ましくは、前記実装部の低放熱面側には、前記パワートランジスタの制御回路を実装させた制御回路基板が配置されていることとする。

【0020】

好ましくは、前記ヒートシンクには、前記実装部及び前記制御回路基板の何れも含まぬ領域へ大型発熱性素子が搭載されていることとする。

【0021】

好ましくは、前記低放熱面と前記低電圧バッテリの側面との間には、弱熱伝導性の弾性部材が間挿されていることとする。

【発明の効果】

【0022】

本発明に係る車載用電源装置によると、電源モジュールは、低電圧バッテリとＤＣ−ＤＣコンバータとで構成され、高電圧バッテリから独立させたので、当該電源モジュールの小型化が図られる。これにより、電源モジュール及び高電圧バッテリの双方のレイアウト上における自由度が向上し、特に、高電圧バッテリを安全な位置へ配置させることが可能となる。

【0023】

また、本発明に係る車載用電源装置によると、電源モジュールが高電圧バッテリから独立されるので、ＤＣ−ＤＣコンバータの側面に十分な広さの表面積を確保することができる。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータは、放熱量の異なる高放熱面及び低放熱面を形成させ、低放熱面に低電圧バッテリを隣接させ且つ当該低放熱面の反対方向へ高放熱面を配置させることで、低放熱面では低電圧バッテリの温度上昇を緩和させ且つ高放熱面では内蔵発熱素子からの熱量を効果的に放熱させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】二電源式の車載用電源システムの回路構成を示す図。

【図2】実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図。

【図3】実施の形態に係る車載用電源装置の構成を示す図。

【図4】実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの横断面を示す図。

【図5】エンジンルームでの車載用電源装置のレイアウト例を示す図。

【図6】従来例に係る二電源式の車載用電源システムの回路構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、二電源式の車載用電源システムＳＹＳは、内燃機関併設発電機１１０と、高電圧バッテリ１２０と、電力変換装置１３０と、低電圧バッテリ１４０と、車両に搭載される低電力負荷１５０とから構成される。そして、電力変換装置１３０は、電力の送電ラインによって適宜配線され、具体的には、送電ラインＬ１を介して高電圧バッテリ１２０及び内燃機関併設発電機１１０に接続され、送電ラインＬ２を介して低電圧バッテリ１４０に接続され、送電ラインＬ３及びＬ４を介してグランド電位と同電位にされる。尚、これらの送電ラインには、送電ケーブル又はバスバー等、種々の形態が採用され得るが、其の具体的態様については逐次説明する。

【0026】

内燃機関併設発電機（以下、モータージェネレータ）１１０は、発電機部及び入力軸及びプーリーを有し、内燃機関のチェーンベルトが動き出すと、入力軸にトルクが加えられ、発電部で電力を発生させる。モータージェネレータ１１０で発生した発電電力は、送電ラインＬ１を介して、電力変換装置１３０及び高電圧バッテリ１２０へ供給される。

【0027】

高電圧バッテリ１２０は、鉛蓄電池よりもエネルギー密度の高いバッテリが用いられ、高電圧バッテリ１２０の全体で３６Ｖ〜６０Ｖ程度の出力電圧に設定される。このように、高電圧バッテリ１２０は、通常用いられる鉛蓄電池と比較して高い出力電圧を有し、一方、安全面の保障から上限値が６０Ｖ以内に制限される。高電圧バッテリは、例えば、リチウムイオン電池、又は、リチウムイオンキャパシタ等が用いられる。これらバッテリの内部抵抗は、鉛蓄電池の内部抵抗より低く、充電効率が非常に高い。特に、リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン電池の負極と電気二重層の正極とを具備する構成とされ、リチウムイオン電池よりもエネルギー密度が高く、低い内部抵抗によって充放電の動作が俊敏であるという特徴を有する。

【0028】

かかる高電圧バッテリ１２０は、モータージェネレータ１１０の発電電力によって充電される。ここでの充電は、高電圧バッテリ１２０の内部抵抗が低いので、充電効率が非常に良い状態で行われる。

【0029】

電力変換装置１３０は、パワートランジスタ、制御回路基板、絶縁トランス、フィルター回路等を備え、供給電力の電圧値を降圧させる電力変換回路が形成されている。本実施の形態にあっては、高電圧バッテリ１２０からの印加電圧を１４Ｖ程度に降圧させるものとし、入力電力が直流状態であるところ、以後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０と呼ぶこととする。尚、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の構成については、図３及び図４によって詳細に説明することとする。

【0030】

低電圧バッテリ１４０は、送電ラインＬ２〜Ｌ４によって配線され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０に対して並列接続されている。低電圧バッテリ１４０には、周知の鉛蓄電池が用いられる。鉛蓄電池は、二酸化鉛の正極、海綿状鉛の負極、希硫酸の電解液から成り、硫酸イオンの移動によって充放電が行われる。かかる鉛蓄電池は、５０℃〜６０℃以上に到達すると、電解液中の硫酸イオンが飽和状態となり、蓄電量が極端に低下する特徴を有する（サルフェーション）。また、内部抵抗が高いとう特徴を有する。鉛蓄電池を用いた低電圧バッテリ１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の出力電力によって充電され、具体的には、最大１４Ｖの印加電圧によって充電される。また、低電圧バッテリ１４０は、約１２Ｖの出力電圧にて放電し、この電力を車載負荷へ供給する。

【0031】

低電力負荷１５０は、ミラー等のモータードライバ、パワーウィンドウ、照明等であって、１２Ｖ以下の電圧で駆動される電子機器を指す。かかる低電力負荷１５０は、特許請求の範囲における「車載負荷」に相当する。

【0032】

このような低電力負荷１５０は、定格電圧が１２Ｖ以下に設計されているので、３６Ｖ〜６０Ｖの高電圧バッテリ１２０から直接的に電力を受けることは出来ない。このため、本実施の形態に係る二電源式の車載用電源システムＳＹＳのように、ＤＣ／ＤＣコンバータの後段にバッテリ１４０を設けて、低電力負荷１５０の定格電圧に見合う電力供給を行う必要がある。

【0033】

一方、同電源システムＳＹＳでは、高電圧バッテリ１２０がモータージェネレータ１１０の後段に設けられている。かかる回路構成とされることで、高電力系統には、高エネルギー密度とされる高電圧バッテリ１２０を用い、充電中の損失低減を可能としている。そして、高電圧バッテリ１２０は、放電電力によって、高電力系統の負荷（例えば、エアコン、セルモータ等）へ、十分な電力供給を可能とさせている。

【0034】

次に、図２を参照し、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成について説明する。尚、図２（ａ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータの各部分解図であって、図２（ｂ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータの完成図である。

【0035】

図２（ａ）に示す如く、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、カバー部１３７及びヒートシンク１３３から成る筐体部と、当該筐体部に内蔵される回路部とから構成される。同図では、回路部を構成する基板（制御回路基板，実装部を指す）の実装面に垂直な方向を板厚方向とし、板厚方向のうち、カバー部の方向を第２板厚方向、カバー部の反対方向（ヒートシンクの方向）を第１板厚方向とする。

【0036】

カバー部１３７は、図示の如く、表面積の比較的大きい平状体１３７ａと、これに一体的に形成される枠部１３７ｂとから成る。特に、平状体１３７ａは、特許請求の範囲における低放熱面を構成し、以後、低放熱面１３７ａと呼ぶこととする。カバー部１３７は、弱熱伝導材から成り、回路部から第２板厚方向への熱伝達を遮る役割を担う。このため、カバー部１３７には、金属材料を用いずに、樹脂製材料を用いるのが好ましい。特に、機械的強度及び耐熱性を十分に確保させる為、ＰＢＴ，ＰＰＳ，ＰＥＴ等を用いると良い。

【0037】

ヒートシンク１３３は、アルミダイキャスト等の高熱伝導性の材料によって形成される。当該ヒートシンク１３３は、図示の如く、第１板厚方向に放熱フィン１３３ｆ、第２板厚方向に有底状の格納空間１３３ｇが形成されている。そして、ヒートシンク１３３は、格納空間１３３ｇに回路部を配置させており、当該回路部の発熱した熱量を第１板厚方向へ伝達させ、放熱フィン１３３ｆによって熱交換させる。以下、ヒートシンク１３３の第１板厚方向の面を、高放熱面１３３ｈと呼ぶこととする。

【0038】

本実施の形態では、カバー部１３７とヒートシンク１３３とによって筐体部が形成される。この筐体は、カバー部１３７とヒートシンク１３３との間で熱的な分断が行われ、カバー部１３７によって第２板厚方向への熱の流れを弱めさせる作用が働く。このように、表面積の大きい一方の面のみに熱の伝達経路を集中させることで、ヒートシンク側には高放熱面１３３ｈが形成され、カバー部１３７には低放熱面１３７ａが形成されることとなる。尚、カバー部１３７とヒートシンク１３３との接合面は、パッキン部材又は接着層等を介在させ、防水性を確保させると良い。

【0039】

筐体部に内蔵される回路部は、図示の如く、パワー素子実装部１３１（特許請求の範囲における実装部）と、制御回路基板１３２と、フレーム１３４と、その他の回路素子によって構成される。このうち、パワー素子実装部１３１は、電気的絶縁性能が高く且つ熱伝達係数の高い材料が用いられ、例えば、アルミナ等の金属系セラミック基板が用いられる。当該パワー系実装部１３１は、パワートランジスタ、又は、これをパッケージ化させたパッケージ素子Ｔｒ等が実装され、熱伝達係数の高い接着層（又はグリス等）を介して、ヒートシンク１３３の格納空間１３３ｇの底面に積層される。かかる積層構造によると、パワートランジスタとヒートシンク１３３との間には、熱抵抗の高い材料が介在しないので、パワートランジスタで発生した熱量は、ヒートシンク１３３の高放熱面へ効果的に伝達されることとなる。尚、本実施の形態では、パワー素子用の基板を用いているが、これに限らず、ヒートシンク面に絶縁層を直接的に形成させ、更に其の上層に配線パターンを形成させた構造としても良い。

【0040】

フレーム１３４は、絶縁性の樹脂製材料から成形され、パワー素子実装部１３１を囲うような枠状体とされる。当該枠上状体は、インサートナット、複数の端子がインサート成形されている。インサート成形された端子は、一端は枠内のパワー素子実装部１３１に臨み、ボンディングワイヤを介してパワートランジスタの端子部に接続される。また、他端は、第２板厚方向に臨むよう固定されている。かかるフレーム１３４は、パワー素子実装部１３１を内部へ収容させるよう、格納空間１３３ｇの底面に載置され、図示されない締結部材又は接着剤等で固定される。

【0041】

制御回路基板１３２は、ガラスエポキシ基板等が用いられ、実装面には配線パターンが形成されている。当該実装面には、ＩＣ，マイコン，チップ抵抗等の様々な小型電気的素子、即ち、弱電電力で機能する電気的素子が実装される。これらの電気的素子は、パワートランジスタの駆動回路の一部を構成する。当該制御回路基板１３２は、図示の如く、パワー素子実装部１３１の第２板厚方向へ積層的に配置され、フレーム１３４に形成されたインサートナットにビス止めされる。ここで、フレーム１３４から第２板厚方向へ臨む端子郡は、制御回路基板１３２のスルーホール（図示なし）へ挿入され、適宜な配線パターン部に半田付けされる。従って、制御回路基板１３２の実装部品によって信号が生成されると、当該信号は、フレーム１３４の端子を介してパワートランジスタへ送られ、其のパワートランジスタを駆動させる。

【0042】

フレーム１３４の外部には、コイル部品１３６ａ，コンデンサ１３６ｂ，充放電抵抗１３６ｃ等の大型発熱性素子が配置される。一例として、コイル部品１３６ａは、トランス又はフィルター回路を構成する。例えば、トランスは、電力変換装置の主要部品の一つとなるものであって、鉄心と一次コイル及び二次コイルとから構成される。また、フィルター回路は、コイル部品１３６ａとコンデンサ１３６ｂとの組合せによって構成される。

【0043】

これらの大型発熱性素子１３６ａ〜１３６ｃは、熱伝達係数の高い絶縁シート又は絶縁接着層を介して、ヒートシンク１３３の底面に直接的に固定される。このように、大型発熱性素子１３６ａ〜１３６ｃは、パワー素子実装部１３１及び制御回路基板１３２の何れも含まぬ領域、即ち、パワー素子実装部１３１及び制御回路基板１３２の外部のヒートシンク領域に搭載されることで、好適な放熱構造が形成されることとなる。

【0044】

また、大型発熱性素子１３６ａ〜１３６ｃは、基板のような平面部品に比べて寸法が嵩むので、板厚方向に対しても一定の寸法を確保させなければならい。しかし、本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１３０では、パワー素子実装部１３１及び制御回路基板１３２から成る二層構造を採用しているところ、大型発熱性素子１３６ａ〜１３６ｃによって生じた基板領域のデッドスペースを制御回路基板１３２で埋合わせることで、装置の高密度化・小型化が図られる。更に、この二層構造について、パワー素子実装部１３１の低放熱面側（第２板厚方向）へ制御回路基板１３２が配置されるので、当該制御回路基板１３２は、パワートランジスタで発生した熱量の遮断壁という役割を担うこととなる。

【0045】

ヒートシンク１３３には、出力端子１３３ａ，高圧端子１３３ｂ，グランド端子１３３ｃ，信号端子１３３ｄが設けられている。このうち、出力端子１３３ａはバスバー（送電ラインＬ２）の端部を固定する端子であり、高圧端子１３３ｂはバスバー（送電ラインＬ１）の端部を固定する端子であり、グランド端子はバスバー（送電ラインＬ３）を固定する端子であり、信号端子１３３ｄはＣＡＮ（Control Aria Network）を介して情報通信が行われる端子とされる。これら端子を保持するコネクタ部は、電気的な絶縁性材料が用いられる。

【0046】

そして、上述した部品が組立てられると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、図２（ｂ）のような外形を呈する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の駆動時には、高圧端子１３３ｂに印加された電力が変換され、出力端子１３３ａから１４Ｖ程度の電力を出力させる。このような電力変換が行われるとき、パワートランジスタ及び大型発熱性素子１３６ａ〜１３６ｃに大電流が流れ、これらの素子で熱量が発生する。かかる熱量は、上述した特長ある内部構造に基づき、放熱フィン１３３ｆを有する高放熱面１３３ｈへ集中的に供給されることとなる。一方、カバー部１３７の低放熱面１３７ａでは、当該熱量の伝達経路が遮断されるため、温度上昇が効果的に抑えられることとなる。

【0047】

図３は、本実施の形態に係る車載用電源装置の構成が示されている。尚、図３（ａ）には車載用電源装置の分解図が示されており、図３（ｂ）には組立て後の車載用電源装置が示されている。

【0048】

図３（ａ）に示す如く、本実施の形態に係る車載用電源装置１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０及び低電圧バッテリ１４０から成る電源モジュールと、プレート体１６１と、ブラケット１６２と、取付具１６３とから構成される。

【0049】

低電圧バッテリ１４０は、上述したように、電解液，陽極層，及び，陰極層が構造体内部に形成されている。低電圧バッテリ１４０の外周構造は、本実施の形態にあっては、上面１４１ａ及び底面１４１ｆ，及び，側面１４１ｂ〜１４１ｅの略六面体とされている。低電圧バッテリ１４０の上面１４１ａには、陽極端子１４２ａ及び陰極端子１４２ｂが設けられている。このうち、陽極端子１４２ａは内部の陽極層に導通され、陰極端子１４２ｂは内部の陰極層に導通されている。

【0050】

プレート体１６１は、板体によって主要部が構成され、底面部１６１ｘ及び外縁部１６１ｙが形成されている。また、底面部１６１ｘには、ボルト用雌ネジタップ１６１ａが形成されている。当該底面部１６１ｘには、電源モジュール（ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０及び低電圧バッテリ１４０）が搭載される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、図示されないボルト／ナットでプレート体１６１に固定され、低電圧バッテリ１４０は、取付具１６３が締結ボルト１６３ａで底面部１６１ｘに固定されることで、取付具１６３の骨格部及び底面部１６１ｘによって把持される。プレート体１６１は、自動車のエンジンルームの適所に配置され、ブラケット１６２と共に所定箇所へボルト固定される。

【0051】

低電圧バッテリ１４０では、図３（ｂ）に示す如く、陽極端子１４２ａ及び陰極端子１４２ｂの各々に導通端子１４３及び１４４が挿入され、固定ボルト１４３ａ及び１４３ｂによって各々が固定される。そして、出力端子１３３ａと導通端子１４３との間には、バスバー（送電ラインＬ２）が架橋され、当該バスバー（送電得ラインＬ２）の両端が固定ボルトで固定される。本実施の形態にあっては、かかる構造により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の出力端子１３３ａと低電圧バッテリ１４０の陽極端子１４２ａとが導通され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０からの出力電力が低電圧バッテリ１４０に印加されることとなる。

【0052】

また、本実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の低放熱面１３７ａが低電圧バッテリ１４０の側面１４１ｃへ対面するよう隣接されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の出力端子１３３ａと低電圧バッテリ１４０の陽極端子１４２ａとが近接した状態で配置することが可能となる。このため、バスバー（送電得ラインＬ２）は、其の長さが短縮され、抵抗電力損失の低減が図られる。特に、陽極端子１４２ａと同じ方向にＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の出力端子を設けることで、図３（ｂ）に示す如く、陽極端子１４２ａと出力端子１３３ａとを最接近させることが可能となり、このような構造は、抵抗電力損失の低減に好適なものとなる。

【0053】

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の第１板厚方向は、高電圧バッテリ１２０といった構成が別の場所へ設置されるので、隣接する構造物は存在しなくなる。このため、当該方向では、ヒートシンクの設計自由度が向上し、十分な放熱構造を形成させることが可能となる。

【0054】

図４は、本実施の形態に係る車載用電源装置を側面１４１ｅ側から観察した状態が示されている。但し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０については、筐体内に形成される内部構造が示されている。図示の如く、本実施の形態に係る車載用電源装置１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の低放熱面１３７ａが低電圧バッテリ１４０の側面１４１ｃへ対面するよう隣接され、一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の高放熱面１３３ｈが低電圧バッテリ１４０の反対方向（第１板厚方向）に配される。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ内のパワートランジスタ又は大型発熱性素子等で発生した熱量は、ヒートシンク１３３ｆが配される高放熱面（第１板厚方向）へ優先的に熱伝達されるため、バッテリ側（第２板厚方向）への熱伝達量は抑制される。従って、低電圧バッテリ１４０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０が駆動されても当該装置から熱量を受けることが殆ど無く、温度上昇を招く危険度が低くなる。よって、低電圧バッテリ１４０では、サルフェーションが発生し難くなり、温度上昇に伴う蓄電量の低下という不具合が解消される。

【0055】

また、本実施の形態では、低電圧バッテリ１４０の外周構造のうち、表面積の大きい側面１４１ｃにＤＣ／ＤＣコンバータ１３０が隣接するよう配置される。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータのヒートシンク１３３ｆを当該側面１４１ｃの範囲で設定することが可能となり、十分な放熱面積のヒートシンク１３３ｆを設計することが可能となる。このため、従来例のような放熱ファンを省略することも可能となる。

【0056】

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０と低電圧バッテリ１４０との隙間部には、弾性部材（弾性シート等）が間挿されるのが好ましい。何故なら、車載用電源装置１００は、振動及び自動車の挙動が激しく伝わるエンジンルーム内に固定されるので、弾性部材は、振動に伴う両者間の衝撃を緩和させる上で好適な構成となる。特に、其の弾性部材は、弱熱伝導性の材質が用いられるのが好ましい。弱熱伝導部材とは、例えば、エラストマー等の高分子材料が其の一つとされる。このように、弾性部材１７０は、熱的絶縁性を具備することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０と低電圧バッテリ１４０との間での、熱量の授受を遮る機能をも担うことが可能となる。

【0057】

図５（ａ）は、自動車１０００のエンジンルームにおける車載用電源装置のレイアウト例が示されている。図示の如く、エンジンルーム１００１（特許請求の範囲における格納室）には、内燃機関Ｅ／Ｇが中央部に配置され、当該内燃機関Ｅ／Ｇのタイミングチェーン近傍にモータージェネレータ１１０が固定される。モータージェネレータ１１０は、送電ライン（送電ケーブルＬ１ａ）を介して高圧バッテリ１２０に接続される。この高圧バッテリ１２０は、エネルギー密度が高いため、衝撃によって内部構造が損傷すると、発熱又は発火の原因となり得る。このため、エンジンルーム内のうち衝撃による影響の少ない場所に配置される。

【0058】

また、高電圧バッテリ１２０には、送電ライン（送電ケーブル又はバスバーＬ１ｂ）を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１３０が接続され、更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０には、送電ライン（バスバーＬ２）を介して、低電圧バッテリ１４０が接続される。このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０及び低電圧バッテリ１４０から成る電源モジュールＥ／Ｍは、高電圧バッテリ１２０とは別体である為、高圧バッテリ１２０に対して独立配置が可能となる。

【0059】

一般に、電力変換回路では、以下の式１が成り立つ。
Ｅ１・Ｉ１＝η・Ｅ２・（ＤＵＴＹ・Ｉ２） ・・・式１
Ｅ１：高電圧バッテリの出力電圧
Ｉ１：送電ラインＬ１ｂに流れる電流
Ｅ２：ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧
Ｉ２：送電ラインＬ２に流れる電流
η：効率
ＤＵＴＹ：コンバータで制御されるＤＵＴＹ比

【0060】

仮に、Ｅ１＝４２Ｖ，Ｅ２＝１４Ｖ，とすると、上記式１に基づいて以下の式２が得られる。
Ｉ１＝（η・ＤＵＴＹ／３）・Ｉ２＝Ｋ・Ｉ２ ・・・式２
式２の係数Ｋは、η及びＤＵＴＹの性質上、「Ｋ≪１」となる。即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の通常運転中には、Ｉ２はＩ１より膨大な電流が流れることとなる。

【0061】

本実施の形態は、かかる事項に着目し、膨大な電流値Ｉ２が流れる送電ライン、即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の後段のバスバーＬ２についてのみ距離を短縮して、抵抗電力損失の低減を図ろうとするものである。併せて、他の送電ラインについては、電流値が比較的に少なくなる為、高電圧バッテリ１２０のレイアウト上の自由度を向上させ、安全性の確保を最優先させる配線とする。

【0062】

従って、本実施の形態では、図５（ａ）に示す如く、電源モジュールＥ／Ｍと高電圧バッテリ１２０とが独立配置されるので、高電圧バッテリ１２０は、安全なスペースへ優先的に配置することが可能となる。高電圧バッテリ１２０は、図５（ａ）の場所に限定されるものでなく、適宜好適な位置が選択される。また、高電圧バッテリ１２０は、エンジンルーム内に限らず、シート底部又はトランクルームに搭載させても良い。このように、送電ラインＬ１ａ及びＬ１ｂについては極端に短くする必要が無いので、高電圧バッテリ１２０を自由に配置することが可能となり、これに伴い、衝撃等に対する安全性の確保が図られる。

【0063】

一方、電源モジュールＥ／Ｍは、高電圧バッテリ１２０から別体とされることで小型化が図られ、これにより、レイアウト上の自由度が向上する。また、上述したように、電源モジュールＥ／Ｍは、バスバーＬ２を短くする構成がとられているので、車載用電源システムにおいて電流値が膨大となる部分での抵抗電力損失の低減が図られる。特に、バスバーＬ２に流れる電流は、内部抵抗の高い鉛蓄電池１４０の充電電流とされるところ、当該鉛蓄電池１４０での充電効率の低下が緩和される。

【0064】

尚、本実施の形態にあっては、電源モジュールＥ／Ｍのレイアウトが図５（ａ）に限定されるものでなく、安全性，スペース，電力損失等に基づいて適宜変更され得る（図５ｂ参照）。

【符号の説明】

【0065】

１００ 車載用電源装置， １１０ モータージェネレータ， １２０ 高電圧バッテリ， １３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ， １４０ 低電圧バッテリ， １５０ 低電力負荷（車載負荷）， １３７ａ 低放熱面， １３３ｈ 高放熱面， １３３ｆ ヒートシンク， １３７ カバー部， １３２ 制御回路基板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】