JP7599090B2 - 遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種車両用電気機器に使用される遮断装置に関するものである。

以下、従来の遮断装置について説明する。従来の遮断装置は、基台と、基台に固定された複数のリレーと、リレーに過電流が流れた場合にリレーやリレーに接続されたデバイスを保護するための保護装置とを含み、複数のリレーの相互の距離を大きく隔てることによって、リレーや保護装置の温度上昇を抑制する構成としていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

国際公開第２０２０／１００６１２号

しかしながら、従来の遮断装置は温度上昇の抑制を優先して複数のリレーの相互の距離を大きく隔てた配置とした場合には遮断装置の大型化が伴い、一方で複数のリレーの相互の距離を小さくした配置とした場合には、動作時のリレーの温度上昇を伴い易くなり、結果として遮断装置の動作信頼性の低下を招くおそれがあるという課題を有するものであった。

そこで本発明は遮断装置の大型化を抑制したうえで動作信頼性を向上させることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、放熱器と、少なくとも第１縁部と第２縁部と第３縁部と第４縁部とを有し、前記放熱器の第１面に接触して設けられた、第１伝熱部、第２伝熱部、第３伝熱部、第４伝熱部、第５伝熱部とを有する基板と、前記基板の前記第１面との接触面の反対面で、第１伝熱部に接触配置された第１充電リレーと第２伝熱部に接触配置された第２充電リレーと第１伝熱部に接触配置された第３放電リレーと第４伝熱部に接触配置された第２放電リレーと、前記第１縁部から引き出された第１充電端と第２充電端と、前記第１縁部に対向した前記第２縁部から引き出されて前記第５伝熱部に熱的結合された第１出力端と第２出力端と、前記第３縁部あるいは前記第４縁部から引き出されて、蓄電素子の第１極に接続される第１蓄電端と前記蓄電素子の第２極に接続される第２蓄電端と、を備え、前記第１放電リレーおよび前記第２放電リレーとは、前記第１充電リレーおよび前記第２充電リレーよりも前記第１蓄電端および前記第２蓄電端に近く配置され、前記第１伝熱部、前記第２伝熱部、前記第３伝熱部、前記第５伝熱部とは前記第１縁部と前記第２縁部とが対向する第１方向で列状に配置され、前記第４伝熱部と前記第５伝熱部とは、前記第１方向とは垂直方向の第２方向で列状に配置され、前記放熱器は、前記第１伝熱部および前記第２伝熱部に対する放熱性能よりも、前記第３伝熱部、前記第４伝熱部および前記第５伝熱部に対する放熱性能の方が高い、ことを特徴としたものである。

本発明によれば、特に大きな電流が流れる放電経路には放電側のリレーと蓄電素子側との距離を小さくくることで導体の直流抵抗を小さくするとともに、発熱が生じ易い放電経路の放熱効率を向上させることで遮断装置の温度上昇を抑制することができ、この結果として遮断装置全体の動作信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態における遮断装置の構成を示す上面視概要図 本発明の実施の形態における遮断装置の構成を示す第１側面視概要図 本発明の実施の形態における遮断装置の構成を示す第２側面視概要図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における遮断装置１の構成を示す上面視概要図であり、図２は本発明の実施の形態における遮断装置１の構成を示す第１側面視概要図である。

遮断装置１は、放熱器２と基板３と第１充電リレー４と第２充電リレー５と第１放電リレー６と第２放電リレー７と第１充電端８と第２充電端９と第１出力端１０と第２出力端１１と第１蓄電端１２と第２蓄電端１３とを含む。

基板３は放熱器２の第１面２Ａ側に設けられている。基板３は少なくとも第１縁部１４と第２縁部１５と第３縁部１６と第４縁部１７とを有する。さらに基板３は第１伝熱部１８と第２伝熱部１９と第３伝熱部２０と第４伝熱部２１と第５伝熱部２２とを有し、第１伝熱部１８と第２伝熱部１９と第３伝熱部２０と第４伝熱部２１と第５伝熱部２２とは、放熱器２に接触している。

第１充電リレー４は基板３における放熱器２の第１面２Ａとの接触面の反対面で第１伝熱部１８に接触配置されている。第２充電リレー５は基板３における放熱器２の第１面２Ａとの接触面の反対面で第２伝熱部１９に接触配置されている。第１放電リレー６は基板３における放熱器２の第１面２Ａとの接触面の反対面で第３伝熱部２０に接触配置されている。第２放電リレー７は基板３における放熱器２の第１面２Ａとの接触面の反対面で第４伝熱部２１に接触配置されている。

第１充電端８と第２充電端９とは第１縁部１４から引き出される。第１出力端１０と第２出力端１１とは第２縁部１５から引き出される。第２縁部１５は第１縁部１４に対向した位置に設けられた縁部である。また、第１出力端１０は第５伝熱部２２に熱的結合されている。

第１蓄電端１２と第２蓄電端１３とは、第３縁部１６もしくは第４縁部１７から引き出される。第１蓄電端１２は蓄電素子２３の第１極２３Ａに接続され、第２蓄電端１３は蓄電素子２３の第２極２３Ｂに接続されている。

ここで、第１放電リレー６および第２放電リレー７とは、第１充電リレー４および第２充電リレー５よりも第１蓄電端１２および第２蓄電端１３に近く配置されている。さらに、第１伝熱部１８と第２伝熱部１９と第３伝熱部２０と第５伝熱部２２とは第１縁部１４と第２縁部１５とが対向する第１方向で列状に配置されている。また、第４伝熱部２１と第５伝熱部２２とは、第１方向とは垂直方向の第２方向で列状に配置されている。またさらに、放熱器２は、第１伝熱部１８と第２伝熱部１９とに対する放熱性能よりも、第３伝熱部２０と第４伝熱部２１と第５伝熱部２２とに対する放熱性能の方が高い。

以上の構成により、特に大きな電流が流れる蓄電素子２３から第１出力端１０と第２出力端１１とにかけての放電経路に相当する第１放電リレー６と第２放電リレー７とは、蓄電素子２３の第１極２３Ａや第２極２３Ｂとの距離を小さくくなることで導体の直流抵抗を小さくし、発熱が抑制されている。さらに、放電経路として発熱が生じ易い第１放電リレー６と第２放電リレー７や第１出力端１０は、熱的に結合した状態の放熱器２の放熱効率を向上させることで遮断装置１の温度上昇を抑制することができ、この結果として遮断装置全体の動作信頼性を向上させることができる。

以下で遮断装置１の構成の詳細について図１、図２、および図２の本発明の実施の形態における遮断装置１の構成を示す第２側面視概要図を用いて説明する。

左記にも述べたように、遮断装置１は、放熱器２と基板３と第１充電リレー４と第２充電リレー５と第１放電リレー６と第２放電リレー７と第１充電端８と第２充電端９と第１出力端１０と第２出力端１１と第１蓄電端１２と第２蓄電端１３とを含む。

基板３は概ね板状あるいは枠部を有した板状の樹脂で構成されている。基板３は基板３の第１面３Ａと放熱器２の第１面２Ａとが接触して対面して設けられている。第１面３Ａとは反対面の基板３の第２面３Ｂには、第１充電リレー４と第２充電リレー５と第１放電リレー６と第２放電リレー７とが配置されている。

第１充電リレー４と第２充電リレー５と第１放電リレー６と第２放電リレー７とで発生した熱を放熱器２へと効率よく伝え、かつ、放熱器２と、第１充電リレー４と第２充電リレー５と第１放電リレー６と第２放電リレー７との間の電気的絶縁性を維持するために、第１伝熱部１８と第２伝熱部１９と第３伝熱部２０と第４伝熱部２１が設けられている。

第１伝熱部１８は第１充電リレー４と放熱器２との間で双方に接触して設けられ、第２伝熱部１９は第２充電リレー５と放熱器２との間で双方に接触して設けられ、第３伝熱部２０は第１放電リレー６と放熱器２との間で双方に接触して設けられ、第４伝熱部２１は第２放電リレー７と放熱器２との間で双方に接触して設けられている。またここでは、第１放電リレー６が第１出力端１０に接続されていて、第１出力端１０を構成する導体と放熱器２との間で双方に接触する第５伝熱部２２が設けられている。

図１～図３では個々の要素の電気的な接続状態については図示していないが、例えば蓄電素子２３の第１極２３Ａを正極とし、第２極２３Ｂを負極として説明すると、車両（図示せず）に搭載された蓄電素子２３の第１極２３Ａは第１充電リレー４を介して第１充電端８に接続される。また、蓄電素子２３の第２極２３Ｂは第２充電リレー５を介して第２充電端９に接続される。第１充電端８および第２充電端９は、遮断装置１を搭載する車両（図示せず）の外部に設けられた給電装置（図示せず）に接続される。

また、蓄電素子２３の第１極２３Ａは第１放電リレー６を介して第１出力端１０に接続される。また、蓄電素子２３の第２極２３Ｂは第２放電リレー７を介して第２出力端１１に接続される。第１出力端１０および第２出力端１１は、遮断装置１を搭載する車両（図示せず）に搭載された駆動推進装置（図示せず）に接続される。ここで駆動推進装置（図示せず）は直流交流変換回路およびモータなどを含めた構成である。

一般的に、第１放電リレー６および第２放電リレー７は車両（図示せず）が推進駆動時に電流が流れる状態になる。そのため、第１放電リレー６および第２放電リレー７には大きな値の出力電流が流れ、この出力電流の値は蓄電素子２３に対する充電動作の際に第１充電リレー４および第２充電リレー５に流れる充電電流に比較して大きな値となることが頻繁に生じる。したがって、第１放電リレー６および第２放電リレー７や第１放電リレー６および第２放電リレー７に接続される導体には直流抵抗に伴う発熱が生じ易くなる。

そこで本実施例では特に、第１放電リレー６および第２放電リレー７や第１放電リレー６および第２放電リレー７に接続される導体の直流抵抗を抑制するために、第１放電リレー６および第２放電リレー７とは、第１充電リレー４および第２充電リレー５よりも第１蓄電端１２および第２蓄電端１３に近く配置されている。いいかえると例えば導体の断面積が同一であるとすると、蓄電素子２３の第１極２３Ａから第１放電リレー６を介して第１出力端１０に至る導体長および直流抵抗、第２極２３Ｂから第２放電リレー７を介して第２出力端１１に至る導体長および直流抵抗は、蓄電素子２３の第１極２３Ａから第１充電リレー４を介して第１充電端８に至る導体長および直流抵抗、第２極２３Ｂから第２充電リレー５を介して第２充電端９に至る導体長および直流抵抗よりも、短く小さな値となる。また、上記の導体の長さの短縮と抵抗値の抑制は、主に以下の２点を満たすことで効果は大きくなる。また、導体の長さの関係のみならず、断面積を大きくすることや、断面積の大小関係で抵抗値が抑制されてもよい。

先ず１点目として、第１伝熱部１８と第２伝熱部１９と第３伝熱部２０と第５伝熱部２２とは第１縁部１４と第２縁部１５とが対向する第１方向で列状に配置されること。そして２点目として、第４伝熱部２１と第５伝熱部２２とは、第１方向とは垂直方向の第２方向で列状に配置されることである。これにより、第１蓄電端１２および第２蓄電端１３が、第１放電リレー６および第２放電リレー７から短い距離での配置が可能な位置となることが容易に可能となる。

これにより、第１蓄電端１２および第２蓄電端１３は、第１縁部１４や第２縁部１５でない縁部に設けられることで、容易に上記の導体の長さの短縮と抵抗値を抑制する構成は満たされることが可能である。ここで、基板３は図１に示すように６つの縁部を有するＬ字状であることが望ましい。そして、第３縁部１６と第５縁部２５の２つの縁部に対面する領域で、かつ、第３縁部１６と第５縁部２５の２つの縁部の結合点Ｂに相当するＬ字の屈曲部に近い位置に第１蓄電端１２および第２蓄電端１３が設けられるとよい。いいかえると、第１蓄電端１２および第２蓄電端１３はＬ字状の基板３の窪んだ位置に設けられ、第１蓄電端１２あるいは第２蓄電端１３と結合点Ｂとを結ぶ直線の一方側に第１放電リレー６が位置し、上記直線の他方側に第２放電リレー７が位置するとよい。

さらに本実施例では、先に述べた温度上昇が大きくなり易い第１放電リレー６および第２放電リレー７は、第１充電リレー４および第２充電リレー５よりも冷却の効率が高められるように、第１放電リレー６および第２放電リレー７に接触対面する放熱器２の放熱部２Ｘは、第１充電リレー４および第２充電リレー５に接触対面する放熱器２の放熱部２Ｙよりも放熱能力を高くしている。また、第１放電リレー６および第２放電リレー７に接触対面する放熱器２の放熱部２Ｘでの放熱効率を一層高めるために、第１出力端１０を構成する導体と放熱部２Ｘとが第５伝熱部２２を介して接触する構成とされている。これによって、第１出力端１０を構成する導体と放熱部２Ｘと熱的結合が大きくなり、放熱部２Ｘでの放熱効率が向上する。

ここで放熱器２は放熱部２Ｘと放熱部２Ｙとが一体で形成されていても、放熱部２Ｘと放熱部２Ｙとが別体として個別にもうけられていてもよい。あるいは図３に示すように、放熱器２は流体を通すことが可能な流路２Ｚを有した構造であってもよい。このとき、第１放電リレー６および第２放電リレー７に対向する領域の放熱部２Ｘには単位時間当たりの流体の流量が、放熱部２Ｙよりも大きな値とすることや、放熱部２Ｘは放熱部２Ｙより低温の流体が流れ易い上流側の流路に位置することで、放熱部２Ｘは放熱部２Ｙよりも大きな冷却効果を有すればよい。

以上により、特に大きな電流が流れる蓄電素子２３から第１出力端１０と第２出力端１１とにかけての放電経路に相当する第１放電リレー６と第２放電リレー７とは、蓄電素子２３の第１極２３Ａや第２極２３Ｂとの距離を小さくくることで導体の直流抵抗を小さくし、発熱が抑制されている。さらに、放電経路として発熱が生じ易い第１放電リレー６と第２放電リレー７や第１出力端１０は、熱的に結合した状態の放熱器２の放熱効率を向上させることで遮断装置１の温度上昇を抑制することができ、この結果として遮断装置全体の動作信頼性を向上させることができる。

以上で説明した実施例では、第１伝熱部１８と第２伝熱部１９と第３伝熱部２０と第４伝熱部２１と第５伝熱部２２とが個別に設けられている形態が実施例として示されているが、第１伝熱部１８と第２伝熱部１９と第３伝熱部２０と第４伝熱部２１と第５伝熱部２２とは単一の層状の伝熱部（図示せず）として設けられてもよい。またさらに、絶縁層２４が放熱器２と、第１伝熱部１８と第２伝熱部１９と第３伝熱部２０と第４伝熱部２１と第５伝熱部２２との間に設けられてもよい。これにより、伝熱特性を維持したうえで放熱器２と複数のリレーとの絶縁性、および放熱器２と複数のリレーに接続された導体との絶縁性を向上させることが可能となる。

また、以上で説明した実施例では第１伝熱部１８と第２伝熱部１９と第３伝熱部２０と第５伝熱部２２とは第１方向で列状に配置され、そして、第４伝熱部２１と第５伝熱部２２とは第２方向で列状に配置されるとして説明したが、これらは完全な直線状の列である必要はなく、概ね列状に配置されていればよい。またさらに、以上で説明した実施例では第１方向と第２方向とは垂直方向に交わる方向として説明しているが、完全な９０°である必要はなく概ね垂直方向に交わる方向であってよい。いいかえると、放熱能力が高い放熱部２Ｘに対応する領域と、放熱部２Ｘよりも放熱能力が低い放熱部２Ｙに対応する領域とが明確となるように、第１方向および第２方向が交差し、対象となるデバイスが第１方向および第２方向で並んで配置されているとよい。

また、隣接する位置に配置される第２充電リレー５と第１放電リレー６とは蓄電素子２３の同じ極性に接続されるとよい。これにより、第２充電リレー５と第１放電リレー６とはほぼ同電位を有することとなり、絶縁性の確保することが容易となり遮断装置１の信頼性を向上させることが可能となる。また、第２充電リレー５と第１放電リレー６とがほぼ同電位となることにより、第２充電リレー５と第１放電リレー６との双方に共通した放熱体（図示せず）を設けることが可能であり、第２充電リレー５と第１放電リレー６との放熱性が向上することで、遮断装置１の信頼性を向上させることが可能となる。ここで、上記の放熱体（図示せず）は放熱器２と熱的に結合する状態で設けられていてもよい。例えば、放熱体（図示せず）は基板３と放熱器２との間に、放熱器２とは電気的に絶縁されて配置されていてもよい。

本発明の遮断装置は、動作信頼性を向上させるという効果を有し、各種車載用電気機器において有用である。

１ 遮断装置
２ 放熱器
３ 基板
４ 第１充電リレー
５ 第２充電リレー
６ 第１放電リレー
７ 第２放電リレー
８ 第１充電端
９ 第２充電端
１０ 第１出力端
１１ 第２出力端
１２ 第１蓄電端
１３ 第２蓄電端
１４ 第１縁部
１５ 第２縁部
１６ 第３縁部
１７ 第４縁部
１８ 第１伝熱部
１９ 第２伝熱部
２０ 第３伝熱部
２１ 第４伝熱部
２２ 第５伝熱部
２３ 蓄電素子
２４ 絶縁層
２５ 第５縁部

Claims (1)

1. 放熱器と、
   少なくとも第１縁部と第２縁部と第３縁部と第４縁部とを有し、前記放熱器の第１面に接触して設けられた、第１伝熱部、第２伝熱部、第３伝熱部、第４伝熱部、第５伝熱部とを有する基板と、
   前記基板の前記第１面との接触面の反対面で、第１伝熱部に接触配置された第１充電リレーと第２伝熱部に接触配置された第２充電リレーと第３伝熱部に接触配置された第１放電リレーと第４伝熱部に接触配置された第２放電リレーと、
   前記第１縁部から引き出された第１充電端と第２充電端と、
   前記第１縁部に対向した前記第２縁部から引き出されて前記第５伝熱部に熱的結合された第１出力端と第２出力端と、
   前記第３縁部あるいは前記第４縁部から引き出されて、蓄電素子の第１極に接続される第１蓄電端と前記蓄電素子の第２極に接続される第２蓄電端と、
   を備え、
   前記第１放電リレーおよび前記第２放電リレーとは、前記第１充電リレーおよび前記第２充電リレーよりも前記第１蓄電端および前記第２蓄電端に近く配置され、
   前記第１伝熱部、前記第２伝熱部、前記第３伝熱部、前記第５伝熱部とは前記第１縁部と前記第２縁部とが対向する第１方向で列状に配置され、
   前記第４伝熱部と前記第５伝熱部とは、前記第１方向とは垂直方向の第２方向で列状に配置され、
   前記放熱器は、前記第１伝熱部および前記第２伝熱部に対する放熱性能よりも、前記第３伝熱部、前記第４伝熱部および前記第５伝熱部に対する放熱性能の方が高い、
   遮断装置。