特開 2022-83528 充電装置および該装置を構成する充電モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022083528

(43)【公開日】2022-06-06

(54)【発明の名称】充電装置および該装置を構成する充電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6551 20140101AFI20220530BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20220530BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20220530BHJP

   H01M 10/667 20140101ALI20220530BHJP

   H01M 50/20 20210101ALI20220530BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6551

H01M10/613

H01M10/6563

H01M10/667

H01M2/10 U

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020194881

(22)【出願日】2020-11-25

(71)【出願人】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】特許業務法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松長 友行

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031KK01

5H031KK08

5H040AA28

5H040AS25

5H040AY10

5H040CC20

5H040CC59

5H040DD08

5H040DD10

5H040NN03

(57)【要約】

【課題】従来よりも筐体の小型化が可能な充電装置、および該装置を構成する充電モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係る充電モジュール１０は、底板２０から上方に向かって延びたひと続きの側壁２３およびその上端に接続された天板２４を有する外気通流部と、相対向するように側壁２３の外面に固定された部品実装基板３０，３２と、部品実装基板３０，３２のそれぞれの両主面のうち側壁２３に向けられた主面に挿入実装された複数の半導体部品３４と、半導体部品３４を押さえ付けて天板２４に接触させる押圧部材４０とを備えている。部品実装基板３０，３２のそれぞれは、側壁２３の上端よりも上方に向かって延びた延長部を有し、半導体部品３４は、部品実装基板３０，３２の延長部に挿入実装されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに分離した２つの開口部が形成された底板、前記２つの開口部を取り囲むように前記底板から上方に向かって延びたひと続きの側壁、前記側壁の上端に接続された天板、および前記天板の内面に設けられた放熱フィン群を有する外気通流部と、
相対向するように前記側壁の外面に固定された２枚の部品実装基板と、
前記２枚の部品実装基板のそれぞれの両主面のうち、前記側壁に向けられた主面に挿入実装された少なくとも１つの半導体部品と、
前記半導体部品を押さえ付けて前記天板の外面に接触させる押圧部材と、
を備えており、
前記２枚の部品実装基板のそれぞれは、前記側壁の前記上端よりも上方に向かって延びた延長部を有し、
前記半導体部品は、前記部品実装基板の前記延長部に挿入実装されている
ことを特徴とする充電モジュール。

【請求項2】

前記２枚の部品実装基板のそれぞれの両主面のうち、前記側壁に向けられていない主面に実装された少なくとも１つの第１回路部品をさらに備えており、
前記第１回路部品は、前記半導体部品よりも発熱が小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の充電モジュール。

【請求項3】

前記部品実装基板の前記延長部と前記天板とで囲まれた空間に配置された部品実装体をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の充電モジュール。

【請求項4】

前記部品実装体は、前記天板と平行になるように前記空間に配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の充電モジュール。

【請求項5】

前記部品実装体の両主面のうち、前記天板に向けられていない主面に実装された少なくとも１つの第２回路部品をさらに備えている
ことを特徴とする請求項４に記載の充電モジュール。

【請求項6】

前記空間に向けられたファンをさらに備えている
ことを特徴とする請求項３～５のいずれか一項に記載の充電モジュール。

【請求項7】

前記側壁は、前記部品実装基板が各１枚固定された２枚の第１側壁パネルと、前記２枚の第１側壁パネルを連結する２枚の第２側壁パネルとを有し、
前記２枚の第１側壁パネルは、直角をなすように前記底板に固定され、
前記２枚の第２側壁パネルは、前記上端に向かうにつれて互いに接近するように前記底板に固定されている
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の充電モジュール。

【請求項8】

吸気口および排気口を有する中空箱型の筐体と、
前記筐体に収容された請求項１～７のいずれか一項に記載の充電モジュールと、
を備え、
前記充電モジュールは、２つの開口部のうちの一方が前記吸気口に重なるとともに他方が前記排気口に重なるように前記筐体に収容されている
ことを特徴とする充電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動車に搭載された大容量バッテリを充電するための充電装置および該装置を構成する充電モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電動車に搭載された大容量バッテリを充電するための種々のタイプの充電装置が知られている。その一例として、特許文献１には、箱型の筐体に収容された９基の充電モジュールを備えた、計３５ｋＷの直流電力を出力可能な充電装置が開示されている。各充電モジュールは、ベースプレートと、ベースプレートの表面に接合された発熱部品と、ベースプレートの裏面から突出した放熱フィンとを含んでいる。そして、各充電モジュールの放熱フィンは、複数の充電モジュールで共用されるダクト内に配置され、ダクト内を流れる外気によって冷却される。

【0003】

出力する直流電力が６ｋＷ程度でよい場合は、図１０に示す２基１組の充電モジュール１００だけで充電装置を構成することも考えられる。この充電モジュール１００も、ベースプレート１０１と、ベースプレート１０１の表面に接合された多数の部品１０２と、ベースプレート１０１の裏面から突出した放熱フィン１０３とを含み、放熱フィン１０３が筐体内に形成されたダクト内に配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６６９６８６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記１組の充電モジュール１００のために筐体内にダクトを形成すると、筐体内のスペース効率が悪くなり、筐体が大型化してしまうという問題があった。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、従来よりも筐体の小型化が可能な充電装置、および該装置を構成する充電モジュールを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る充電モジュールは、互いに分離した２つの開口部が形成された底板、２つの開口部を取り囲むように底板から上方に向かって延びたひと続きの側壁、側壁の上端に接続された天板、および天板の内面に設けられた放熱フィン群を有する外気通流部と、相対向するように側壁の外面に固定された２枚の部品実装基板と、２枚の部品実装基板のそれぞれの両主面のうち、側壁に向けられた主面に挿入実装された少なくとも１つの半導体部品と、半導体部品を押さえ付けて天板の外面に接触させる押圧部材とを備えており、２枚の部品実装基板のそれぞれは、側壁の上端よりも上方に向かって延びた延長部を有し、半導体部品は、部品実装基板の延長部に挿入実装されていることを特徴としている。

【0008】

この構成では、放熱フィン群を外気にさらすための外気通流部が一体化されているので、筐体内に別途ダクトを形成する必要がない。しかも、この構成では、外気通流部を構成する側壁に部品実装基板が固定され、部品実装基板の両主面のうち、外気通流部の側壁に向けられた主面に放熱を要する半導体部品が挿入実装されている。すなわち、この構成では、外気通流部のまわりに部品および基板が効率よく配置されている。したがって、この構成によれば、筐体の小型化を可能とする充電モジュールを得ることができる。

【0009】

上記充電モジュールは、２枚の部品実装基板のそれぞれの両主面のうち、側壁に向けられていない主面に実装された少なくとも１つの第１回路部品をさらに備えていてもよい。第１回路部品は、半導体部品よりも発熱が小さいことが好ましい。

【0010】

上記充電モジュールは、部品実装基板の延長部と天板とで囲まれた空間に配置された部品実装体をさらに備えていてもよい。

【0011】

この場合、この部品実装体は、上記空間を無駄なく活用するために、天板と平行になるように配置されていることが好ましい。

【0012】

また、この場合、上記充電モジュールは、部品実装体の両主面のうち、天板に向けられていない主面に実装された少なくとも１つの第２回路部品をさらに備えていてもよい。

【0013】

また、この場合、上記充電モジュールは、第２回路部品を熱的に安全に作動させるために、空間に向けられたファンをさらに備えていることが好ましい。

【0014】

上記充電モジュールの側壁は、部品実装基板が各１枚固定された２枚の第１側壁パネルと、２枚の第１側壁パネルを連結する２枚の第２側壁パネルとを有し、２枚の第１側壁パネルが、直角をなすように底板に固定され、２枚の第２側壁パネルが、上端に向かうにつれて互いに接近するように底板に固定されていてもよい。

【0015】

また、上記課題を解決するために、本発明に係る充電装置は、吸気口および排気口を有する中空箱型の筐体と、上記充電モジュールとを備え、充電モジュールは、２つの開口部のうちの一方が吸気口に重なるとともに他方が排気口に重なるように筐体に収容されていることを特徴としている。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、従来よりも筐体の小型化が可能な充電装置、および該装置を構成する充電モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る充電装置を示す図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は背面図、（Ｃ）は右側面図である。

【図2】本発明に係る充電装置の回路構成を示すブロック図である。

【図3】本発明に係る充電モジュールの斜視図である。

【図4】図３に対応した、本発明に係る充電モジュールの分解斜視図である。

【図5】本発明に係る充電モジュールの別の斜視図である。

【図6】図５に対応した、本発明に係る充電モジュールの分解斜視図である。

【図7】本発明に係る充電モジュールの上面図である。

【図8】図７に示した線Ａ－Ａにおける、本発明に係る充電モジュールの部分断面図である。

【図9】図７に示した線Ｂ－Ｂにおける、本発明に係る充電モジュールの部分断面図である。

【図10】従来の充電モジュールの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る充電装置および充電モジュールの実施例について説明する。

【0019】

図１に、本発明の実施例に係る充電装置１を示す。充電装置１は、電動車に搭載された大容量バッテリを充電するためのものであり、同図に示すように、４枚のパネル（前面パネル２ａ、右側面パネル２ｂ、背面パネル２ｃおよび左側面パネル２ｄ）を含む箱型の筐体２と、筐体２を支持する脚部３と、右側面パネル２ｂから引き出された充電ケーブル４と、充電ケーブル４の先端に設けられた充電コネクタ５と、背面パネル２ｃに形成された吸気口６および排気口７とを備えている。吸気口６および排気口７は、上下方向に離間している。なお、図１（Ｃ）では、充電ケーブル４および充電コネクタ５の図示を省略している。

【0020】

充電装置１は、筐体２に収容された充電モジュール１０をさらに備えている（図１（Ｃ）参照）。後で詳細に説明するが、充電モジュール１０は、互いに分離した２つの開口部を有し、そのうちの一方が吸気口６に重なり、かつ他方が排気口７に重なるように筐体２内に配置されている。

【0021】

図２に、充電装置１のブロック図を示す。同図に示すように、充電装置１は、充電モジュール１０の入力側に設けられた漏電遮断器８をさらに備えている。また、充電モジュール１０は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路１１と、インバータ回路１２と、絶縁回路１３と、整流回路１４と、各部を制御する制御回路１５とを有している。充電モジュール１０は、漏電遮断器８を介して供給された商用電源Ｇの交流電力を適当な直流電力に変換し、これを充電コネクタ５を介して電動車のバッテリＢに供給する。

【0022】

なお、ＰＦＣ回路１１、インバータ回路１２および整流回路１４は、複数のＦＥＴ（Field Effect Transistor）およびダイオードを含んでいる。これらは、他の構成部品に比べて発熱が大きい。

【0023】

図３～図９に、本実施例に係る充電モジュール１０の詳細な構成を示す。図３は充電モジュール１０の斜視図であり、図４は図３に対応する分解斜視図であり、図５は充電モジュール１０の別の斜視図であり、図６は図５に対応する分解斜視図である。また、図７は充電モジュール１０の上面図であり、図８は図７に示した線Ａ－Ａにおける充電モジュール１０の部分断面図であり、図９は図７に示した線Ｂ－Ｂにおける充電モジュール１０の部分断面図である。なお、本明細書では、便宜上、図３、図５、図８および図９中に矢印で示した方向を充電モジュール１０の上下方向とする。この上下方向は、充電装置１（図１参照）の上下方向とは一致しない。

【0024】

充電モジュール１０は、互いに分離した第１開口部２１および第２開口部２２が形成された底板２０と、開口部２１，２２を取り囲むように底板２０から上方に向かって延びたひと続きの側壁２３と、側壁２３の上端に接続された天板２４と、放熱フィン群２５とを備えている。これらは、外気通流部２７を構成している。

【0025】

底板２０は、筐体２の背面パネル２ｃに取り付けられる。より詳しくは、底板２０は、第１開口部２１が背面パネル２ｃの吸気口６に重なり、かつ第２開口部２２が背面パネル２ｃの排気口７に重なるように、背面パネル２ｃに取り付けられる。これにより、筐体２の外部の空気を外気通流部２７の内部（以下、「外気流路」という）に取り込んだり、外気流路の空気を筐体２の外部に排気したりすることが可能となっている。

【0026】

側壁２３は、間隔をあけて相対向した２枚の台形状の第１側壁パネル２３ａ，２３ａと、間隔をあけて相対向した２枚の矩形状の第２側壁パネル２３ｂ，２３ｂとからなっている。第２側壁パネル２３ｂ，２３ｂは、第１側壁パネル２３ａ，２３ａを連結しているとも言える。

【0027】

第１側壁パネル２３ａ，２３ａは、図８から理解されるように、直角をなすように底板２０に固定されている。すなわち、第１側壁パネル２３ａ，２３ａは、互いに平行である。一方、第２側壁パネル２３ｂ，２３ｂは、図９から理解されるように、上端に向かうにつれて互いに接近するように底板２０に固定されている。このため、側壁２３（２３ａ，２３ａ，２３ｂ，２３ｂ）の上端側の開口は、下端側の開口よりも面積が小さい。

【0028】

天板２４は、側壁２３等よりも厚みのある、熱伝導性に優れた材料からなっている。天板２４は、外面２４ａおよび内面２４ｂを有し、内面２４ｂには、下方に向かって突出した複数枚の放熱フィンからなる放熱フィン群２５が設けられている（図８参照）。放熱フィン群２５は、天板２４と一体成型されたものであることが好ましい。

【0029】

充電モジュール１０は、一方の第１側壁パネル２３ａの外面に適当なスペーサを介して固定された矩形状の第１部品実装基板３０と、他方の第１側壁パネル２３ａの外面に適当なスペーサを介して固定された矩形状の第２部品実装基板３２とをさらに備えている。

【0030】

第１部品実装基板３０は、第１側壁パネル２３ａに向けられた主面３０ａと、その裏面である主面３０ｂとを有している。同様に、第２部品実装基板３２は、第１側壁パネル２３ａに向けられた主面３２ａと、その裏面である主面３２ｂとを有している。

【0031】

第１部品実装基板３０は、第１側壁パネル２３ａの上端よりも上方に向かって延びた延長部３１を有している（図８参照）。同様に、第２部品実装基板３２も、第１側壁パネル２３ａの上端よりも上方に向かって延びた延長部３３を有している（図８参照）。本実施例では、延長部３１の上下方向寸法が第１部品実装基板３０の他の部分の上下方向寸法にほぼ等しく、延長部３３の上下方向寸法が第２部品実装基板３２の他の部分の上下方向寸法にほぼ等しい。

【0032】

充電モジュール１０は、第１部品実装基板３０の延長部３１の主面３０ａおよび第２部品実装基板３２の延長部３３の主面３２ａに一列に並んで挿入実装された複数の半導体部品３４をさらに備えている（図４および図８参照）。

【0033】

本実施例では、主面３０ａおよび主面３２ａのそれぞれに、１３個の半導体部品３４が挿入実装されている。より詳しくは、本実施例では、主面３０ａおよび主面３２ａのそれぞれに、素子本体３４ａおよび３本のリード３４ｂを有する１０個のＦＥＴと、素子本体３４ａおよび２本のリード３４ｂを有する２個のダイオードと、素子本体３４ａおよび４本のリード３４ｂを有する１個のダイオードが挿入実装されている。半導体部品３４は、ＰＦＣ回路１１、インバータ回路１２および整流回路１４の一部を構成している。

【0034】

充電モジュール１０は、半導体部品３４の素子本体３４ａを上から押さえ付けて絶縁シート４１ごしに天板２４の外面２４ａに接触させる複数の押圧部材４０をさらに備えている（図８参照）。押圧部材４０は、一端が天板２４にネジ留めされた板バネである。また、絶縁シート４１は、半導体部品３４と天板２４との間を絶縁しつつ素子本体３４ａの熱を面内方向に素早く拡散させるためのもので、絶縁性および熱伝導性に優れた材料からなっている。

【0035】

充電モジュール１０は、第１部品実装基板３０の主面３０ｂおよび第２部品実装基板３２の主面３２ｂに実装された複数の第１回路部品３５をさらに備えている。第１回路部品３５には、ＰＦＣ回路１１、インバータ回路１２および整流回路１４を構成する残りの部品が含まれている。ただし、図３～図８では、そのほとんどの図示を省略している。第１回路部品３５は、半導体部品３４よりも発熱が小さい。

【0036】

充電モジュール１０は、第１部品実装基板３０の主面３０ｂおよび第２部品実装基板３２の主面３２ｂに適当なスペーサを介して各１枚取り付けられたサブ実装基板３６をさらに備えている。サブ実装基板３６には、制御回路１５を構成する部品が実装されている。ただし、図３～図７では、そのほとんどの図示を省略している。第１回路部品３５と同様、制御回路１５を構成する部品は、半導体部品３４よりも発熱が小さい。

【0037】

充電モジュール１０は、第１部品実装基板３０の延長部３１、第２部品実装基板３２の延長部３３および天板２４で囲まれた空間に配置された矩形状のフレーム体５０と、第１フレーム枠５２と、第２フレーム枠５４とをさらに備えている（図３～図６参照）。

【0038】

フレーム体５０は、本発明の「部品実装体」に相当するもので、上方を向いた主面５０ａと、その裏面である主面５０ｂとを有している（図９参照）。主面５０ａは、天板２４に向けられていない主面であるとも言える。反対に、主面５０ｂは、天板２４に向けられた主面であるとも言える。

【0039】

フレーム体５０は、両端部がコの字状に折り曲げ加工されており、この折り曲げにより生じた、主面５０ｂから隔てられた先端部位において天板２４の外面２４ａに固定されている。これにより、フレーム体５０の主面５０ａ，５０ｂは、天板２４から上方に所定の距離だけ離間し、かつ天板２４に平行となっている。

【0040】

第１フレーム枠５２は、内部が開口した矩形状の２つの枠体からなっている。第１フレーム枠５２の１つは、フレーム体５０の一端部に直角をなすように固定されている。また、第１フレーム枠５２の別の１つは、フレーム体５０の他端部に直角をなすように固定されている。

【0041】

第２フレーム枠５４は、外形がフレーム体５０と同等の大きさを有する、内部が開口した枠体からなっている。第２フレーム枠５４は、第１フレーム枠５２，５２を介してフレーム体５０の両端部に固定されている。第２フレーム枠５４には、第１部品実装基板３０の延長部３１および第２部品実装基板３２の延長部３３が、適当なスペーサを介して固定されている。このため、フレーム体５０およびフレーム枠５２，５４は、２つの延長部３１，３３に挟み込まれているとも言える。

【0042】

充電モジュール１０は、フレーム体５０の主面５０ａに実装された複数の第２回路部品５１をさらに備えている。第２回路部品５１には、絶縁回路１３を構成する絶縁トランスが含まれている。第２回路部品５１の発熱量は、半導体部品３４と同等である。第２回路部品５１は、後述するファン５３によって強制的に空冷される。第２回路部品５１は、フレーム体５０と第２フレーム枠５４との間の空間に収容されているとも言える。

【0043】

充電モジュール１０は、第１部品実装基板３０の延長部３１、第２部品実装基板３２の延長部３３および天板２４で囲まれた空間に配置されたファン５３をさらに備えている（図３および図４参照）。ファン５３は、筐体２内の空気を第２回路部品５１に吹き付けることができるように、第２フレーム枠５４に支持されている。

【0044】

充電モジュール１０は、底板２０、側壁２３、天板２４および放熱フィン群２５とともに外気通流部２７を構成する整流板２６をさらに備えている。図９に示すように、整流板２６は、底板２０の、第１開口部２１および第２開口部２２の間に位置する部分にステー２８を介して固定されている。

【0045】

例えば、第２開口部２２近傍の一点鎖線で示した位置に排気ファンを配置して、外気流路内の空気を第２開口部２２（排気口７）から排気することにした場合、整流板２６は、第１開口部２１（吸気口６）から取り込まれた外気が最短経路で第２開口部２２（排気口７）に到達するのを防ぐ役割を果たす。言い換えると、整流板２６によれば、取り込んだ外気を放熱フィン群２５に十分に行きわたらせることができ、これにより、天板２４上の半導体部品３４を効率よく冷却することができる。

【0046】

このように、充電モジュール１０は、非常にコンパクトな集約された形態を有している。また、充電モジュール１０は外気通流部２７を備えているので、筐体２内に別途ダクトを設ける必要もない。このため、この充電モジュール１０によれば、従来よりも筐体２が小型な充電装置１を実現することができる。

【0047】

以上、本発明に係る充電装置および充電モジュールの実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0048】

１ 充電装置
２ 筐体
３ 脚部
４ 充電ケーブル
５ 充電コネクタ
６ 吸気口
７ 排気口
８ 漏電遮断器
１０ 充電モジュール
１１ ＰＦＣ回路
１２ インバータ回路
１３ 絶縁回路
１４ 整流回路
１５ 制御回路
２０ 底板
２１ 第１開口部
２２ 第２開口部
２３ 側壁
２４ 天板
２５ 放熱フィン群
２６ 整流板
２７ 外気通流部
２８ ステー
３０ 第１部品実装基板
３１ （第１部品実装基板の）延長部
３２ 第２部品実装基板
３３ （第２部品実装基板の）延長部
３４ 半導体素子
３５ 第１回路部品
３６ サブ実装基板
４０ 押圧部材
４１ 絶縁シート
５０ フレーム体（部品実装体）
５１ 第２回路部品
５２ 第１フレーム枠
５３ ファン
５４ 第２フレーム枠
Ｂ バッテリ
Ｇ 商用電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】