JP6424066B2 - スイッチボックス - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両の電源システムに設けられるスイッチボックスに関する。

近年、自動車等の車両では、始動系や装備系における電力負荷が大きくなっている。このため、メインバッテリーの他にサブバッテリーを設けて電力を補う電源システムが採用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００１−２８８３２号公報 特開２００７−１４５２０８号公報 特開２０１４−３６４５８号公報

ところで、サブバッテリーを備えた電源システムでは、メインバッテリーとサブバッテリーとの間の回路を開閉するスイッチを備えたスイッチボックスとは別に、電気回路へ定格以上の過電流の供給を防止するヒューズを備えたヒューズボックスが設けられる。また、リレー機能、ダイアグノーシス機能、ＰＷＭ制御機能、低電圧制御機能などの各種機能についても、これらの機能を有する電子部品を備えたボックスがスイッチボックスとは別に用意される。このため、ボックスやボックス間を接続する電線などの部品点数が増大して重量が嵩み、また、それぞれを制御するための制御系が複雑化してしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数の削減による軽量化及び制御系の簡略化が可能なスイッチボックスを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るスイッチボックスは、下記（１）乃至（２）を特徴としている。
（１） 第１回路基板と、
前記第１回路基板に設けられた複数のバスバーと、
前記第１回路基板に設けられて前記バスバー間の回路を開閉するスイッチ部と、
を備えたスイッチボックスであって、
前記第１回路基板には、第２回路基板が載置され、
前記第２回路基板には、少なくとも１つの電子部品が設けられ、
各種の負荷へ電力を供給するメインバッテリーとサブバッテリーとを備えた車両用の電源システムにおける前記メインバッテリーと前記サブバッテリーとの間に設けられる
ことを特徴とするスイッチボックス。
（２） 前記電子部品は、ヒューズ機能、リレー機能、ダイアグノーシス機能、ＰＷＭ
制御、および低電圧制御のうちの少なくとも何れか１つを実行する
ことを特徴とする上記（１）に記載のスイッチボックス。

上記（１）の構成のスイッチボックスによれば、スイッチ部によるバスバー間の回路の開閉機能と、開閉機能以外の機能を実行する電子部品とを備える。これにより、電子部品が実行する機能を実行するための別個のボックスを不要にでき、部品点数の削減による軽量化及び制御系の簡略化が可能である。
更に、上記（１）の構成のスイッチボックスでは、各種負荷への電力供給の状況に応じてスイッチ部が作動することで、メインバッテリーとサブバッテリーとの間の回路が開閉される。また、メインバッテリーとサブバッテリーとの間の回路に流れる電流が定格以上となると、ヒューズが作動することで、メインバッテリーとサブバッテリーとの間の回路が遮断され、各種負荷等が保護される。このように、一つのスイッチボックスによって、各種負荷への電力供給の状況に応じたメインバッテリーとサブバッテリーとの間の回路の開閉と、各種負荷等へ過電流が流れることを防止するためのメインバッテリーとサブバッテリーとの間の回路の遮断とを行うことができる。したがって、電源システムを簡略にでき、使用する電線や部品の量を削減して軽量にできる。
上記（２）の構成のスイッチボックスによれば、第２回路基板が、ヒューズ機能、リレー機能、ダイアグノーシス機能、ＰＷＭ制御、および電圧制御機能を実行できる。したがって、このスイッチボックスが車両に搭載された場合には、この機能を実行していた従来のボックスを削減できるとともに、ボックス同士を接続する電線を削減できるので、車両の軽量化、低コスト化を実現できる。

本発明によれば、部品点数の削減による軽量化及び制御系の簡略化が可能なスイッチボックスを提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本実施形態に係るスイッチボックスの斜視図である。 図２は、筺体内に収容される基板組立体の斜視図である。 図３は、第１回路基板の斜視図である。 図４は、第２回路基板の斜視図である。 図５は、バスバーを示す図であって、（ａ）はバスバーの平面図、（ｂ）はバスバーの側面図、（ｃ）はバスバーの正面図である。 図６は、スイッチボックスの回路構成を示す模式図である。 図７は、本実施形態に係るスイッチボックスを用いた電源システムを示す概略構成図である。 図８は、本実施形態に係る電源システムと従来の電源システムとの差異を説明するための図であり、（ａ）は本実施形態に係る電源システムの概略構成図、（ｂ）は従来の電源システムの概略構成図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
図１は、本実施形態に係るスイッチボックスの斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係るスイッチボックス１０は、上部が上下２段のステップ状に形成されている筺体１１を有している。このスイッチボックス１０には、筺体１１の前面部１１ａに、二つの接続端子部２１Ａ，２１Ｂが露出されている。接続端子部２１Ａ，２１Ｂには、接続相手の端子部がボルトによって締結されて接続される。これらの接続端子部２１Ａ，２１Ｂには、接続相手の端子部と締結するためのボルトが挿通されるボルト挿通孔２２が形成されている。

また、筺体１１の側面部１１ｂには、コネクタ２３が設けられており、このコネクタ２３の嵌合凹部２３ａが側面部１１ｂで露出されている。なお、このコネクタ２３は、後述する第２回路基板６０に備えられている。コネクタ２３には、ワイヤハーネスの制御線に設けられた相手方コネクタが嵌合されて接続される。筺体１１は、下ケース２５と上ケース２６とから構成されている。上ケース２６は、下ケース２５に対して着脱される。

図２は、筺体内に収容される基板組立体の斜視図である。図３は、第１回路基板の斜視図である。図４は、第２回路基板の斜視図である。
図２及び図３に示すように、スイッチボックス１０には、筺体１１内に基板組立体３０が収容されている。基板組立体３０は、第１回路基板４０と、第２回路基板６０とから構成されている。第２回路基板６０は、第１回路基板４０の所定の領域に積載されている。

第１回路基板４０には、二つのバスバー４１，６１が実装されている。バスバー４１は、その端部がボルト挿通孔２２を有する接続端子部２１Ｂとされている。バスバー６１は、その端部がボルト挿通孔２２を有する接続端子部２１Ａとされている。

図５は、バスバーを説明する図であって、（ａ）はバスバーの平面図、（ｂ）はバスバーの側面図、（ｃ）はバスバーの正面図である。
バスバー４１は、例えば、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金、金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属板から形成されたもので、接続端子部２１Ｂとなる一端部以外の部分が実装部４２とされており、この実装部４２は、その両側部に、それぞれ同一方向へ向けて屈曲されて延在された複数の端子４３を有している。

バスバー４１は、両側部の端子４３を第１回路基板４０に形成されたスルーホールに挿し込んで第１回路基板４０の導体パターンとハンダ付けすることで、導体パターンと導通接続された状態で第１回路基板４０に固定されて第１回路基板４０に支持されている。

また、バスバー６１も、バスバー４１と同様に形成されており、接続端子部２１Ａとなる一端部以外の部分が実装部とされており、実装部の両側部に、それぞれ同一方向へ向けて屈曲されて延在された複数の端子を有している。

図２に示すように、第１回路基板４０には、電子部品４５が実装されている。電子部品４５は、スイッチングを行う半導体素子などである。

第１回路基板４０の所定の領域に載置される第２回路基板６０には、図示しない複数の電子部品が実装されている。複数の電子部品は、基板実装タイプの半導体ヒューズ、リレー素子、ダイアグノーシスを実行する半導体素子、ＰＷＭ制御を実行する半導体素子、および低電圧制御を実行する半導体素子を含んでいる。

なお、半導体ヒューズは、バスバー４１，６１間を流れる電流が定格以上となった際に該バスバー間の回路を遮断するものである。リレー素子は、後述するメインバッテリー１０１とモータとを接続するためのものである。ダイアグノーシスを実行する半導体素子は、車両に搭載されている各種センサーの故障を判定するものである。ＰＷＭ制御を実行する半導体素子は、モータに供給される電力を制御するものである。また、低電圧制御を実行する半導体素子は、例えば、発電された電力の電圧を減圧させる制御を実行するものである。

また、図４に示すように、第２回路基板６０は、複数の接続ピン７２を有するピンヘッダーを備えており、この接続ピン７２が第１回路基板４０のスルーホールに挿し込まれて第１回路基板４０の導体パターンにハンダ付けされている。これにより、第１回路基板４０と第２回路基板６０の導体パターン同士が導通されて所定の信号系の回路が形成される。

図６は、スイッチボックスの回路構成を示す模式図である。
図６に示すように、スイッチボックス１０は、一端が接続端子部２１Ｂとされたバスバー４１と、一端が接続端子部２１Ａとされたバスバー６１との間に、第１回路基板４０に実装された半導体素子であるＭＯＳＦＥＴなどの電子部品４５によってスイッチ部ＳＷが設けられている。これにより、接続端子部２１Ａ，２１Ｂの間の回路がスイッチ部ＳＷによって開閉可能とされている。

このスイッチボックス１０は、例えば、自動車等の車両の電源システムに組み込まれて使用される。スイッチボックス１０には、コネクタ２３に接続された制御線を介して、電源システムを制御する制御部から送信される制御信号によってスイッチ部ＳＷが制御される。また、第２回路基板６０に設置されたリレー素子、ダイアグノーシスを実行する半導体素子、ＰＷＭ制御を実行する半導体素子、および低電圧制御を実行する半導体素子についても、この制御線を介してスイッチボックス１０の外部と信号の送受信を行う。

次に、上記のスイッチボックス１０を、車両の電源システムに用いる場合について説明する。
図７は、本実施形態に係るスイッチボックスを用いた電源システムを示す概略構成図である。

図７に示すように、この電源システム１００は、メインバッテリー１０１、オルタネータ１０３、スタータ１０４及び負荷１０５Ａ，１０５Ｃを備えており、オルタネータ１０３、スタータ１０４及び負荷１０５Ａ，１０５Ｃは、メインバッテリー１０１に接続されている。また、電源システム１００は、セカンドバッテリー１０６を備えている。

オルタネータ１０３は、車両のエンジンによって回転されることで発電する。オルタネータ１０３が発電して得られた電力はメインバッテリー１０１及びセカンドバッテリー１０６に蓄電される。スタータ１０４は、メインバッテリー１０１の電力によって回転し、その回転力によってエンジンを始動させる。

負荷１０５Ａは、例えば、オーディオ装置やナビゲーション装置などである。負荷１０５Ｃは、例えば、ドアロックやエマージェンシーコール（ｅコール）であり、この負荷１０５Ｃは、バックアップを要するバックアップ対象負荷である。この負荷１０５Ｃは、それぞれメインバッテリー１０１及びセカンドバッテリー１０６に接続されている。セカンドバッテリー１０６は、バックアップ対象負荷である負荷１０５Ｃ用の予備バッテリーである。

この電源システム１００では、メインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間に、スイッチ部ＳＷ及びヒューズを備えた本実施形態に係るスイッチボックス１０が設けられており、メインバッテリー１０１が接続端子部２１Ａに接続され、セカンドバッテリー１０６が接続端子部２１Ｂに接続されている。このスイッチボックス１０のスイッチ部ＳＷ及びヒューズは、制御部１１１によって制御される。

そして、この電源システム１００では、制御部１１１によってスイッチボックス１０のスイッチ部ＳＷがＯＮにされることで、メインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との双方向で電流が流される。また、この電源システム１００では、メインバッテリー１０１の失陥時及び車両の駐車時に、制御部１１１によってスイッチボックス１０のスイッチ部ＳＷがＯＦＦにされる。この状態で、負荷１０５Ｃは、セカンドバッテリー１０６からの電力によって駆動可能とされている。

また、この電源システム１００では、スイッチボックス１０のスイッチ部ＳＷがＯＮの状態において、メインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間の回路に流れる電流が定格以上の過電流となると、スイッチボックス１０の第２回路基板６０に設けられたヒューズが作動し、メインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間の回路が遮断される。これにより、電源システム１００の電気回路への定格以上の過電流の供給が防止され、電源システム１００の損傷が防がれる。

さらに、スイッチボックス１０は、第２回路基板６０に積載されている電子部品により、リレー素子機能、ダイアグノーシス、ＰＷＭ制御、および低電圧制御を実行するようになっている。これらの機能を実現する電子部品は、従来は独立したボックスにそれぞれ収容され、これら複数のボックスが車両に搭載されるようになっていた。これに対し、本発明の実施形態に係るスイッチボックス１０は、メインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間の回路を開閉するスイッチとして機能するのみならず、ヒューズ機能、リレー素子機能、ダイアグノーシス、ＰＷＭ制御、および低電圧制御を実行するので、従来の複数のボックスを削減し、かつ、ボックス間の配線も削減することが可能となる。

例えば、図８（ｂ）に示すように、従来はスイッチボックス１０’と第２回路基板６０’とが、仮に互いに近くに設置されたとしても、あくまでも別体のものとして構成されていたため、スイッチボックス１０’と第２回路基板６０’とにそれぞれ電源やマイクロコンピュータを設ける必要があった。これに対し、本実施形態に係る電源システム１００では、図８（ａ）に示すように、スイッチボックス１０が第２回路基板６０を備えているので、電源（例えば５Ｖ）やマイクロコンピュータを集約することが可能になる。

以上、説明したように、本実施形態に係るスイッチボックスによれば、スイッチ部ＳＷによるバスバー４１，６１間の回路の開閉機能と、ヒューズ機能、リレー素子機能、ダイアグノーシス、ＰＷＭ制御、および低電圧制御とを備える。これにより、これらの機能を実行するための別個のボックスを不要にでき、部品点数の削減による軽量化及び制御系の簡略化が可能である。

そして、このスイッチボックス１０を車両用の電源システム１００におけるメインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間に設ければ、各種負荷１０５Ａ，１０５Ｃへの電力供給の状況に応じてスイッチ部ＳＷが作動することで、メインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間の回路が開閉される。また、例えば、メインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間の回路に流れる電流が定格以上となると、ヒューズが作動することで、メインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間の回路が遮断され、各種負荷１０５Ａ，１０５Ｃ等が保護される。

このように、一つのスイッチボックス１０によって、各種負荷１０５Ａ，１０５Ｃへの電力供給の状況に応じたメインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間の回路の開閉と、各種負荷１０５Ａ，１０５Ｃ等へ過電流が流れることを防止するためのメインバッテリー１０１とセカンドバッテリー１０６との間の回路の遮断とを行うことができる。したがって、電源システム１００を簡略にでき、使用する電線や部品の量を削減して軽量にできる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

ここで、上述した本発明に係るスイッチボックスの実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］乃至［３］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 第１回路基板（４０）と、
前記第１回路基板（４０）に設けられた複数のバスバー（４１，６１）と、
前記第１回路基板（４０）に設けられて前記バスバー（４１，６１）間の回路を開閉するスイッチ部（ＳＷ）と、
を備えたスイッチボックスであって、
前記第１回路基板（４０）には、第２回路基板（６０）が載置され、
前記第２回路基板（６０）には、少なくとも１つの電子部品が設けられた
ことを特徴とするスイッチボックス。
［２］ 各種の負荷（１０５Ａ，１０５Ｃ）へ電力を供給するメインバッテリー（１０１）とサブバッテリー（セカンドバッテリー１０６）とを備えた車両用の電源システム（１００）における前記メインバッテリー（１０１）と前記サブバッテリー（セカンドバッテリー１０６）との間に設けられる
ことを特徴とする上記［１］に記載のスイッチボックス。
［３］前記電子部品は、ヒューズ機能、リレー機能、ダイアグノーシス機能、ＰＷＭ制御、および低電圧制御のうちの少なくとも何れか１つを実行する
ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のスイッチボックス。

１０ スイッチボックス
４０ 第１回路基板（回路基板）
４１，６１ バスバー
６０ 第２回路基板（回路基板）
６５ ヒューズ
１００ 電源システム
１０１ メインバッテリー
１０５Ａ，１０５Ｃ 負荷
１０６ セカンドバッテリー（サブバッテリー）
ＳＷ スイッチ部

Claims (2)

1. 第１回路基板と、
   前記第１回路基板に設けられた複数のバスバーと、
   前記第１回路基板に設けられて前記バスバー間の回路を開閉するスイッチ部と、
   を備えたスイッチボックスであって、
   前記第１回路基板には、第２回路基板が載置され、
   前記第２回路基板には、少なくとも１つの電子部品が設けられ、
   各種の負荷へ電力を供給するメインバッテリーとサブバッテリーとを備えた車両用の電源システムにおける前記メインバッテリーと前記サブバッテリーとの間に設けられる
   ことを特徴とするスイッチボックス。
2. 前記電子部品は、ヒューズ機能、リレー機能、ダイアグノーシス機能、ＰＷＭ制御、および低電圧制御のうちの少なくとも何れか１つを実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチボックス。

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