特開 2024-162332 車両用電源ボックス

(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】P2024162332

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】車両用電源ボックス

(51)【国際特許分類】

   B60R 16/02 20060101AFI20241114BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241114BHJP

   H02G 3/16 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

B60R16/02 610D

H05K7/20 D

H02G3/16

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077727

(22)【出願日】2023-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(72)【発明者】

【氏名】清末 和臣

(72)【発明者】

【氏名】中島 明紀

(72)【発明者】

【氏名】新井 大

【テーマコード（参考）】

5E322

5G361

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322BA05

5E322EA10

5E322EA11

5G361BA01

5G361BC01

(57)【要約】

【課題】重量増を回避しつつ適切な放熱が可能な車両用電源ボックスを提供すること。
【解決手段】車両用電源ボックス１は、電源出力が供給されることで発熱を伴う部品が実装された基板と、基板上の部品と熱的に接触されて当該部品の熱を放熱するヒートシンク１３とを備えている。ヒートシンク１３が、樹脂により形成され、かつ、その表面に金属メッキが施されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両用電源ボックスであって、
電源出力が供給されることで発熱を伴う部品が実装された基板と、
前記基板上の前記部品と熱的に接触されて当該部品の熱を放熱するヒートシンクとを備えており、
前記ヒートシンクが、樹脂により形成され、かつ、その表面に金属メッキが施されている、車両用電源ボックス。

【請求項2】

前記基板を収納するハウジングをさらに備えており、
前記ハウジングが、前記基板の一面を覆う第一ハーフハウジングと、前記基板の他面を覆う第二ハーフハウジングとで構成されており、
前記第一及び第二ハーフハウジングの一方に、前記ヒートシンクを露出させる開口部が形成されている、請求項１に記載の車両用電源ボックス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用電源ボックスに関する。

【背景技術】

【0002】

車両においては、主電源としてのバッテリーやオルタネータの電源出力をワイヤハーネスによって各種電装機器（ＥＣＵも含む）などの負荷にそれぞれ供給する必要がある。また、主電源の電源出力を複数系統に分配したり、系統毎に電力供給のオンオフを制御したり、過電流などの異常に対して回路各部を保護する必要がある。このため、主電源と多くの負荷との間にジャンクションボックス、ヒューズボックス、又は、電源ボックスと呼ばれる装置を配置するのが一般的である。

【0003】

ジャンクションボックスの語は、電力を複数系統に分配する場合に用いられることが多い。ヒューズボックスの語は、過電流などの異常に対して回路を遮断するヒューズやヒュージブルリンクを収納する場合に用いられることが多い。電源ボックスの語は、ジャンクションボックスやヒューズボックスの機能に加えて、リレーを収納してスイッチング機能なども有する場合に用いられることが多い。下記特許文献１は、電源ボックスを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－７２７６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、車両に搭載される電装機器の量は増えており、電源ボックスに収容される部品数も増加している。同時に、各電装機器での消費電力も増えており、それに対応する電源ボックス内の部品の発熱量も増加している。この結果、電源ボックスの発熱量は増える傾向にあり、適切な放熱が求められる。放熱にはアルミ押出材などで作られた金属製ヒートシンクが用いられるが、放熱量を増やそうとすればヒートシンクの体積が増えるため、電源ボックスの重量が増えてしまう。昨今、環境問題の観点から車両に対する二酸化炭素の排出量削減、即ち、燃費向上に対する要望は非常に強い。燃費向上には車両総重量の低減が必要であり、車両に搭載される各種装備に対する重量低減の要望は非常に高く、電源ボックスに対する重量増は看過できない問題である。

【0006】

本発明の目的は、重量増を回避しつつ適切な放熱が可能な車両用電源ボックスを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る車両用電源ボックスは、電源出力が供給されることで発熱を伴う部品が実装された基板と、前記基板上の前記部品と熱的に接触されて当該部品の熱を放熱するヒートシンクとを備えており、前記ヒートシンクが、樹脂により形成され、かつ、その表面に金属メッキが施されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る車両用電源ボックスによれば、重量増を回避しつつ適切な放熱を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る車両用電源ボックスを備えた車両のブロック図である。

【図2】上記電源ボックスの正面を示す斜視図である。

【図3】上記電源ボックスの正面を示す分解斜視図である。

【図4】上記電源ボックスの背面を示す斜視図である。

【図5】上記電源ボックスの収納された基板の正面図である。

【図6】上記電源ボックスの底面図である。

【図7】上記電源ボックスのヒューズコネクタに取り付けられたヒューズの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を用いて実施形態に係る車両用電源ボックス１について詳細に説明する。なお、下記の説明における「上下左右」については説明のための図中の上下左右であり、電源ボックス１を設置する向きを限定するものではない。

【0011】

図１のブロック図に示されるように、電源ボックス１は、車両の主電源としてのバッテリー２と電気的に接続されており、より具体的にはワイヤハーネス４によって接続されている。なお、図１には示されていないが、電源ボックス１は、主電源としてのオルタネータとも電気的に接続されている。また、電源ボックス１には、バッテリー２やオルタネータの電源出力が供給される。また、電源ボックス１は、車両に搭載された各種電装機器である複数の負荷３ともワイヤハーネス４によって電気的に接続されている。負荷３には、各種電装機器を制御するＥＣＵなどの電子ユニット３ａも含まれる。例えば、消費電力が大きな負荷３としては、空調機器や、後部ウィンドウ、ミラー、シート、ステアリングホイールなどに内蔵されるヒータ類や、ヘッドランプなどが挙げられる。

【0012】

電源ボックス１は、供給された電源出力を各負荷３に分配する機能を有している。この電源分配によって、負荷３ごとに必要な適切な電流に合わせた電線径のワイヤハーネス４を用いることが可能となる。言い換えれば、電源ボックス１に流れる電流の大きさは各負荷３に流れる電流の大きさよりもかなり大きく、電源ボックス１の発熱量は非常に多くなる。また、電源分配に際して、回路がショートした場合には過電流となってワイヤハーネス４や電装機器が損傷する可能性がある。電源ボックス１は、そのような可能性のある回路上の負荷３とはヒューズやヒュージブルリンクを介してワイヤハーネス４で接続される。過電流時にはこれらのヒューズやヒュージブルリンクにより電流が遮断されるので、ワイヤハーネス４や電装機器を保護することができる。以下、ヒューズ及びヒュージブルリンクなどの遮断部品については、まとめてヒューズと呼ぶ。本実施形態では、図７に示されるいわゆるブレードヒューズ２０（以下単にヒューズ２０と呼ぶ）が、電源ボックス１の後述するヒューズコネクタ１５に取り付けられて用いられる。

【0013】

また、電源ボックス１は、その動作がオン／オフされる負荷３に関しては、リレー１８（図５参照）によってスイッチングを行う。例えば、負荷３が上述した空調機器である場合、車両の乗員が空調スイッチをオンにした場合に、リレー１８によって回路が開かれ、負荷３である空調機器に電力が供給される。なお、乗員の操作ではなく、センサの検出結果などに基づいてリレー１８のオン／オフが自動制御される負荷３ももちろんある。電源ボックス１のヒューズコネクタ１５にはヒューズ２０が集約して収納されることになる。このため、ヒューズ２０によって電力供給が遮断された場合は、ヒューズ２０が集約されているヒューズコネクタ１５で電力供給を遮断したヒューズ２０を探して交換すればよく、電源ボックス１はメンテナンス性を向上させてもいる。

【0014】

次に、本実施形態の電源ボックス１の構成について、図２～図５を参照しつつ説明する。電源ボックス１は、そのハウジング１１の内部に、ヒューズ２０やリレー１８が実装された基板１０を備えている。ハウジング１１は、基板１０の一面を覆う樹脂製の第一ハーフハウジング１１ａと、基板１０の他面を覆う樹脂製の第二ハーフハウジング１１ｂとで構成されている。基板１０は、第二ハーフハウジング１１ｂにネジなどで固定されており、第一ハーフハウジング１１ａは、第二ハーフハウジング１１ｂとの間に基板１０を挟み込むように、第二ハーフハウジング１１ｂに取り付けられる。基板１０は、ハウジング１１によって外力、埃及び水などから保護されている。

【0015】

本実施形態のリレー１８は、バッテリー２などの主電源の電源出力が供給されることで発熱を伴う部品である。電源ボックス１は、基板１０上のリレー１８と熱的に接触されてリレー１８の熱を放熱するヒートシンク１３も備えている。ここに言う「熱的に接触」とは、発熱を伴う部品であるリレー１８の熱がヒートシンク１３に伝導されるように接触されていることを意味している。即ち、ここに言う「熱的に接触」されている状態には、物理的に両者が直接接触されている状態や、両者が放熱シートや熱伝導グリスを介して接触されている状態を言う。本実施形態では、発熱を伴う部品であるリレー１８と熱的に接触されたヒートシンク１３からの放熱を阻害しないように、第一ハーフハウジング１１ａにヒートシンク１３を露出させる開口部１２が形成されている。

【0016】

基板１０は、上述したバスバー１７及びリレー１８に加えて、入力コネクタ１４、ヒューズコネクタ１５及び出力コネクタ１６も有している。入力コネクタ１４、ヒューズコネクタ１５及び出力コネクタ１６それぞれの接続口は、基板１０がハウジング１１内に収納された際にハウジング１１の側面に露出される。

【0017】

入力コネクタ１４は、バッテリー２などの主電源の電源出力が入力されるコネクタであり、本実施形態では三つの入力コネクタ１４が設けられている。図５中における左下の入力コネクタ１４以外の二つの入力コネクタ１４は一つのコネクタハウジングとして設けられている。ヒューズコネクタ１５は、図６に示されるように、複数のヒューズ２０が取り付けられるコネクタである。本実施形態では、図５中における左下の一つの入力コネクタ１４とヒューズコネクタ１５とは一つのコネクタハウジングとして設けられている。出力コネクタ１６は、負荷３に電力を出力するコネクタであり、本実施形態では五つの出力コネクタ１６が設けられている。図５中における左側の二つの出力コネクタ１６は一つのコネクタハウジングとして設けられている。

【0018】

複数のバスバー１７がヒューズコネクタ１５に沿って基板１０上に設けられている。ヒューズコネクタ１５の底面には、図６に示されるように複数のヒューズ２０が取り付けられる嵌合部１９が形成されている。図５中における左下の入力コネクタ１４に入力された電源出力は、分配されて出力先の負荷３に応じた容量のヒューズコネクタ１５内のヒューズ２０と、バスバー１７と、リレー１８とを通って図５中右上の出力コネクタ１６から出力される。右上の出力コネクタ１６に接続されるワイヤハーネス４は分岐されて出力先の負荷３に接続される。

【0019】

本実施形態のリレー１８は箱型の樹脂製パッケージの形をした密閉型のリレーであり、複数のリレー１８が基板１０の中央に実装されている。本実施形態では、二十個のリレー１８が設けられているが、図５中における右下の一つのリレー１８を除いた十九個のリレー１８が開口部１２に面しており、ヒートシンク１３と熱的に接触される。図５中における左下以外の二つの入力コネクタ１４に入力された電源出力は、分配されて出力先の負荷３に応じてリレー１８を通って出力コネクタ１６に出力される。複数の出力コネクタ１６に接続されるワイヤハーネス４はそれぞれ、そのまま又は適宜分岐されて出力先の負荷３に接続される。

【0020】

本実施形態のヒートシンク１３は樹脂製であり、放熱面積を増やすためにその表面に多数の放熱フィンを有している。ヒートシンク１３は、第一ハーフハウジング１１ａに形成された開口部１２にはめ込まれた状態となり、その裏面が上述した十九個のリレー１８の樹脂製パッケージの天面と熱的に接触される。上述したように、電源出力が供給される電源ボックス１の発熱量は多く、その放熱を考えればヒートシンク１３の表面積、即ち体積は大きくならざるを得ない。しかし、本実施形態のヒートシンク１３は、樹脂により形成されるので金属製のヒートシンクよりも軽量であり、車両軽量化への寄与は大きい。この結果、本実施形態の電源ボックス１は、上述したように、車両軽量化による二酸化炭素排出量削減、即ち燃費向上への寄与度が大きい。

【0021】

また、本実施形態の電源ボックス１はブラケットを介して車体に固定されるが、体積の大きな金属製のヒートシンクを有していると振動的に厳しく、ブラケットを補強する必要が生じてしまう。補強されたブラケットが新規に必要となればコストも掛かるし、ブラケットを補強する分の重量が増加してしまう。しかし、本実施形態の電源ボックス１によればこのようなコスト上昇や重量増加も回避できる。

【0022】

ここで、樹脂製のヒートシンク１３は金属製のヒートシンクよりも熱伝導率に劣る。このため、本実施形態でのヒートシンク１３は、熱伝導率を向上させるためにその表面に金属メッキ層が形成されている。樹脂製のヒートシンク１３の熱伝導率低下を金属メッキ層の形成によって補うことができる。また、金属メッキ層は、熱伝導率の向上だけでなく、放熱に適したヒートシンク１３の表面に形成されるため、放熱性能も向上させる。さらに、金属製のヒートシンクはダイキャストや押出材で形成されるが、表面に金属メッキ層を形成しても樹脂製のヒートシンク１３の方がその製造単価は安く、製造コストも低減できる。なお、金属メッキ層の形成によるヒートシンク１３の重量増加は微小である。

【0023】

また、本実施形態のように電源ボックス１の内部に複数のリレー１８が設けられていると、隣接するリレー１８においてそれぞれが発する熱で互いに干渉して全体として温度上昇を招くおそれがある。しかし、本実施形態では、ヒートシンク１３によって各リレー１８の温度を下げることができるので熱干渉による発熱が抑制され、電源ボックス１全体の温度を下げることができる。

【0024】

近年、車両に搭載される電装システムは増加しており、電源ボックス１の基板１０上に半導体部品が実装されることも少なくない。設備費抑制のためにリレー１８や半導体部品などの基板１０へのハンダ付けをリフロー工程のみで対応したい。しかし、その場合、リフロー時の熱風によって本実施形態の密閉型のリレー１８の内部の空気が膨張してパッケージの密閉性が損なわれるおそれがある。リレー１８を密閉型パッケージから非密閉型パッケージに変更することも考えられるがコストの上昇を招いてしまう。そこで、金属メッキ層を有するリレー１８にヒートシンク１３を熱的に接触させてリレー１８の熱を放熱し得る状態でリフロー工程を行えば、密閉型パッケージのリレー１８のリフローを行うことができる。

【0025】

本実施形態の電源ボックス１は車両に搭載されるため、車両の置かれた環境が氷点下となることも想定される。環境温度が氷点下となった場合、電源ボックス１内のリレー１８の接点が氷結して導通されなくなるおそれがある。基板１０上の配線や接続されたワイヤハーネス４を介してリレー１８から熱が奪われるいわゆる「熱引き」によって氷結が促進される。特に、電源ボックス１は電源出力を供給するワイヤハーネス４が太いので、「熱引き」によって熱が奪われやすい。電源ボックス１の内部の温度が高いのにリレー１８の接点が「熱引き」で冷やされると温度差から結露が生じて氷結が起きやすくなる。従って、ヒートシンク１３を設けることで環境温度とリレー１８内部の接点との温度差を小さくして氷結を抑止することができる。

【0026】

なお、本実施形態では、電源出力によって発熱し、かつ、ヒートシンク１３と熱的に接触される部品はリレー１８であったが、このような部品はリレー１８に限定されない。箱型の樹脂製パッケージの形をしたヒューズもあるし、半導体部品で発熱するものもある。このような部品も、電源出力によって発熱し、かつ、ヒートシンク１３と熱的に接触される部品になり得る。

【0027】

上記実施形態の車両用電源ボックス１によれば、その基板１０上に実装された、（バッテリー２などの）電源出力が供給されることで発熱を伴う部品（リレー１８）と熱的に接触されて当該部品（リレー１８）の熱を放熱するヒートシンク１３を備えている。ヒートシンク１３は、樹脂により形成され、かつ、その表面に金属メッキが施される。ヒートシンク１３が樹脂で形成されるため、電源ボックス１の重量増加を防止でき、かつ、ヒートシンク１３の表面に金属メッキ層が形成されるので、樹脂製のヒートシンク１３の熱伝導率を向上させることができる。即ち、本実施形態の車両用電源ボックス１によれば、重量増を回避しつつ適切な放熱が可能となる。

【0028】

また、上記実施形態の車両用電源ボックス１によれば、基板１０を収納するハウジング１１をさらに備えている。ハウジング１１は、基板１０の一面を覆う第一ハーフハウジング１１ａと、基板１０の他面を覆う第二ハーフハウジング１１ｂとで構成されている。第一及び第二ハーフハウジング１１ａ，１１ｂの一方（上記実施形態では第一ハーフハウジング１１ａ）に、ヒートシンク１３を露出させる開口部１２が形成されている。このため、ハウジング１１によって、基板１０及び基板１０上に実装された部品（バスバー１７やリレー１８など）を外力、埃及び水などから保護することができる。さらに、部品が発する熱がハウジング１１内に溜まらないように、第一及び第二ハーフハウジング１１ａ，１１ｂの一方に開口部１２を形成してヒートシンク１３を露出させることで、ヒートシンク１３による放熱が確実に行われるように担保される。

【0029】

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0030】

１ （車両用）電源ボックス
２ バッテリー（主電源）
３ 負荷
１０ 基板
１１ ハウジング
１１ａ 第一ハーフハウジング
１１ｂ 第二ハーフハウジング
１２ 開口部
１３ ヒートシンク
１８ リレー（電源出力により熱を発する部品）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】