JP4014152B2 - 電気車両用パワーコントロールユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池電気自動車などの走行用のモータを搭載した電気車両に適用される電気車両用パワーコントロールユニット及び高圧端子台に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境問題、エネルギー問題等から、バッテリなどの蓄電池や燃料電池を搭載し、走行用のモータ（以下「走行モータ」という）を駆動して走行する電気車両が注目されている。この電気車両は、電池や走行モータのほかに電気車両用パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ」という）を搭載している。図１は、従来例（及び本発明にかかる実施形態）におけるＰＣＵを搭載した車両の側面からの模式的な透視図である。図１に示すように、例えば、燃料電池１０２、キャパシタ１０３及び走行モータ１０４を搭載した燃料電池電気自動車（以下「車両」という）１００の場合、ＰＣＵ１０１には、走行モータ１０４の駆動用のインバータ（パワードライブユニット、以下「ＰＤＵ」という）、燃料電池１０２とキャパシタ１０３との間の電圧調整を行うボルテージコントロールユニット（以下「ＶＣＵ」という）などが内蔵されている。
【０００３】
また、この車両１００は、車室の床下に燃料電池１０２及びキャパシタ１０３が配設され、モータ室に走行モータ１０４が配設され、走行モータ１０４の上方にＰＣＵ１０１が配設されている（符号Ｗは駆動輪を示す）。また、各コンポーネント間、つまり燃料電池１０２、キャパシタ１０３、走行モータ１０４、ＰＣＵ１０１の間は、高電圧ケーブルで接続されており、それぞれ電力の授受を行っている。
【０００４】
図４は、従来の車両における高電圧ケーブルの接続状態と高圧端子の位置を示すブロック図である。図４に示すように、ＰＣＵ１０１内にはＶＣＵ１０８（ボルテージコントロールユニット）やＩＮＶ１０９（インバータ）等が配置され、ＩＮＶ１０９とＭＯＴ１０４（三相モータ）とを接続する高圧端子台１０６が設けられている。
ＰＣＵ１０１のＶＣＵ１０８と燃料電池１０２を接続する高電圧ケーブルをＦＣケーブルという。また、ＰＣＵ１０１とキャパシタ１０３を接続する高電圧ケーブルをＣＡＰＡケーブルといい、ＩＮＶ１０９と走行モータ１０４を接続する高電圧ケーブルをＭＯＴケーブルという。
ちなみに、図１に示すように、ＰＣＵ１０１が走行モータ１０４の近くに配設されるのは、ＭＯＴケーブルの長さを短くして電力の損失を少なくするためである。
【０００５】
図５は、高圧ボックス１１０と走行モータ１０４の配置を示す三面図の模式図であり、図５（ａ）は、車両の前方からモータ室内に配設されたＰＣＵ１０１の蓋を取り外し上面からの構成を示す上面図、図５（ｂ）は、ＰＣＵ及び走行モータの正面図、図５（ｃ）は、（ａ）に対する右側面図である。
図５（ａ）に示すように、高圧ボックス１１０には高圧電装部材であるＩＮＶ１０９やＶＣＵ１０８等が配置され、ＩＮＶ１０９とＭＯＴ１０４とを接続する高圧端子台１０６が設けられている。従来の高圧端子台１０６は、高圧ボックス１１０の中央部に配設されており、高圧端子台１０６の回りは絶縁材からなるカバー１０６ａで覆うことによって、絶縁性が確保されている。
【０００６】
【特許文献１】
特許文献、非特許文献ともに該当なし。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高圧端子台１０６は、高圧ボックス１１０の中に配置されているにも拘わらず、車両１００が前方方向、又は後方方向から衝突をした場合、高圧ボックス１１０が変形や破損により、導電性の部品が絶縁性のカバー１０６ａを突き抜け、短絡する恐れがあるという問題があった。そのために、新たに剛性の高い絶縁性のカバーを開発しなければならず、こうした新たな部品の検証、コストの低減、小型化設計、組立性の向上等に問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、前後方向の衝突などによりモータ室が変形した場合でも高圧端子台の短絡はなく、コストの低減、小型化設計、組立性の向上等が図られ、かつ、信頼性の向上とが可能な電気車両用パワーコントロールユニットを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載された発明の電気車両用パワーコントロールユニットは、高圧ボックス内に走行モータ駆動用のインバータと電源との間の電圧調整を行うボルテージコントロールユニットが内蔵されている電気車両用パワーコントロールユニットであって、ケーブル同士を接続する高圧端子台と、前記高圧ボックスの側壁の外面に固定された強度部材と、を備え、前記側壁を挟んで前記強度部材と対向する高圧ボックスの内面に前記高圧端子台を近接して設け、前記強度部材の一部を前記側壁の内側に延出して設け、前記高圧端子台を前記強度部材における前記一部の上方に配置したことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載された発明によれば、電力供給制御を行う電気車両用パワーコントロールユニットは、高圧ボックスに納められている。つまり、この高圧ボックスの外壁面に強度部材が固定され、この強度部材によってガードされる領域の内壁面に高圧端子台を配置することにより、衝突時に強度部材が高圧端子台を守ることから変形や破損がなく、しかも、他部品の突き抜けによって短絡する恐れもなく、絶縁性確保のための絶縁カバーが不要になる上、信頼性の向上と共に、品質保証の確保が可能である。
その結果、品質保証と信頼性の向上とが可能な電気車両用パワーコントロールユニットの提供と合わせて、工数削減とコストの低減、小型化設計の実現等を図ることができる。
なお、本発明において使用する用語「電源」とは、本発明のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）を適用する車両に応じて決められるものであり、蓄電手段や電力供給手段を包含することを意味する。例えば、燃料電池搭載車両では、燃料電池又は燃料電池とバッテリ（キャパシタ）が電源に該当し、ハイブリッド自動車や電気自動車は、バッテリが電源に該当し、そして、ソーラーカーではソーラーパネルとバッテリが電源に該当する。本発明では、これらを総称して電源という。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、ＰＣＵを搭載した車両の側面から透視した模式図である。図２は、図１の車両における高電圧ケーブルの接続状態と高圧端子の位置を示すブロック図である。
なお、本発明において使用する用語「高電圧ケーブル」とは、ＰＣＵ１を介して他の機器に電気的に接続するケーブル全てを包含することを意味する。すなわち、以下の実施形態においては、電気車両の代表例として、従来技術で説明した図１に示すような車両を中心に説明するが、本発明における高電圧ケーブルは、従来技術と同様のＭＯＴケーブル、ＦＣケーブル、ＣＡＰＡケーブルに限定されるものではない。例えばＣＡＰＡケーブルの代わりに別の蓄電手段、例えば二次電池と接続するケーブルやＦＣケーブルの代わりに、別の電力供給装置、例えば太陽電池と接続するケーブルも本発明の言う高電圧ケーブルである。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態のＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１は、車両ＥＶの前部に位置するモータ室に設置された走行モータ４の上部に配設されている。このようにＰＣＵ１が走行モータ４の上部に配設されるのは、モータ室の前後方向の長さを短くし、かつＭＯＴケーブルの長さを短くするためである。本実施形態の電気車両ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）における各コンポーネントの基本レイアウト、つまりＰＣＵ１、燃料電池２、キャパシタ３、走行モータ４のレイアウトは、従来例のものと同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１３】
図２に示すように、燃料電池２は直流であり、高圧ボックス１０内に配設されたＶＣＵ８（ボルテージコントロールユニット）とはＦＣケーブルによって接続され、ＶＣＵ８とＩＮＶ９（インバータ）が接続されている。モータを駆動させるには三相交流が都合よいため、ＩＮＶ９で直流を交流に変換される。高圧端子台６はこのＩＮＶ９とＭＯＴ４からのＭＯＴケーブルを接続する端子台である。
【００１４】
図３は、高圧ボックス１０と走行モータ４の配置を示す三面図の模式図であり、図３（ａ）は、車両の前方からモータ室内に配設されたＰＣＵ１の上面から見た蓋１０ａを取り外した状態を示す上面図、同（ｂ）は、ＰＣＵ１及び走行モータ４を前方から見た正面図、同（ｃ）は、（ａ）に対する右側面図である。
図３（ａ）に示すように、ＰＣＵ１の筐体である高圧ボックス１０は、アルミ製の型物からできており、防水性を有して蓋１０ａが固定されている。高圧ボックス１０には、燃料電池２用のＶＣＵ、走行モータ４用のＰＤＵ（パワードライブユニット）、冷却水循環用のインバータ、スーパチャージャ駆動用のインバータなどが内蔵され（図示せず）、ＰＣＵ１を構成している。
【００１５】
ここで、モータ室における高電圧ケーブルのレイアウトについて説明する。
図３（ａ）に示すように、ＰＣＵ１は、車室内との隔壁（乗員）側から見て車両右方（図面上は左方）にコネクタケース１３を備えている。図３（ａ）に示すように、コネクタケース１３は、ＭＯＴケーブル用の３つのコネクタ（三相）、ＣＡＰＡケーブル用の２つのコネクタ（単相）、及びＦＣケーブル用の２つのコネクタ（単相）を有している。つまり、本実施形態のＰＣＵ１は、高電圧ケーブルの接続を、すべてＰＣＵ１の片側に設けられたコネクタケース１３で行い、コネクタケース１３の部分でＭＯＴケーブルなどの取り外しができるようになっている。
【００１６】
図３（ｂ）に示すように、高圧ボックス１０の上面には蓋１０ａが固定され、耐水性が確保されており、仕切り１３ａは、高圧ボックス１０の内部にコネクタケース１３を画成する断面をＬ字型にしたものであり、高圧ボックス１０の前方の壁面から後方の壁面に渡る長さを有する。ちなみに、この仕切り１３ａには、ＭＯＴケーブルなどを取り外し可能に係止するためのコネクタが取り付けられている。
【００１７】
また、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、ＰＣＵ１から下方に伸びるＭＯＴケーブルは、ＰＣＵ１の直下に位置する走行モータ４に接続される。また、図３（ｂ）に示すように、ＦＣケーブル及びＣＡＰＡケーブルは、ＰＣＵ１から下方に垂下し、走行モータ４の右脇（図面上は左脇）を通過して後方に伸び、さらに車室内との隔壁の下方を通過して、図２に示されるブロック図のように燃料電池２及びキャパシタ３に接続されている。
【００１８】
このように、ＭＯＴケーブル、ＦＣケーブル及びＣＡＰＡケーブルは、走行モータ４の右方（車両ＥＶを基準にしての右方）に退避あるいはオフセットさせてあるので、車両ＥＶの前後方向の衝突などにより、走行モータ４及び／又はＰＣＵ１が後方に移動して車室内との隔壁との隙間が狭くなっても、これらケーブルをＰＣＵ１から取り外す作業に支障が生じることがない。また、衝突などにより、走行モータ４がモータ室を後方に移動したとしても、ＦＣケーブル及びＣＡＰＡケーブルが走行モータ４と車室内との隔壁に挟まれることがない（図３（ｃ）参照）。この点、図５に示されるＰＣＵ１０１とは異なっている。
【００１９】
なお、ＭＯＴケーブルなどの高電圧ケーブルとして、導体（錫メッキ軟銅線）を、絶縁体（架橋ポリエチレン）、編組シールド（錫メッキ軟銅線）、シース（ＰＶＣ）で絶縁・保護した電気自動車用架橋ポリエチレン絶縁編組シールド高圧電線を、使用している。ちなみに、本実施形態では、ＣＡＰＡケーブルの導体断面積は、ＦＣケーブルやＭＯＴケーブルの導体断面積よりも小さい。
【００２０】
ＰＣＵ１の高圧ボックス１０の強度について説明する。
高圧ボックス１０に強度を持たせるため、高圧ボックス１０は、型物、又は切削品で形成し、また、高圧ボックス１０には図示しないリブ等が設けてあり、衝突時の衝撃により高圧ボックス１０の壁面が内側に倒れ込むことを防止している。
【００２１】
次に、強度部材７について説明する。
図３（ａ）（ｃ）に示すように、ＰＣＵ１の車両ＥＶに対する後方外壁面、つまり乗員とモータ室を隔離する車室内との隔離側には、強度部材からなるリアクトルケース１１が設けられている。リアクトルケース１１は、リアクトル受部１１ａとリアクトルカバー１１ｂから構成され、中にリアクトルＲを格納する。リアクトルケース１１は、リアクトルＲがコイルの巻線抵抗によるジュール熱と鉄心に生じる渦電流によるジュール熱によって表面が高温になるため、放熱性をよくするために熱伝導の良好なアルミニウムからなる金型部品から構成されている。
【００２２】
続いて、高圧端子台６について説明する。
図２に示すように、高圧端子台６の配設位置は、強度部材７にガードされた領域の裏側、つまり、高圧ボックス１０のケースを挟んで強度部材７と対峙する位置である。図３（ｄ）は、（ｂ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。
図３（ｄ）に示すように、強度部材７である例えばここではリアクトルＲを格納したリアクトルケース１１とするが、高圧端子台６は、リアクトルケース１１と対峙する反対面の位置の、高圧ボックス１０の内壁面にステー５が設けられており、このステー５の上に高圧端子台６が設けられている。
このリアクトル受部１１ａとリアクトルカバー１１ｂとを組み合わせたリアクトルケース１１は、堅牢があり、衝突の際の衝撃に対して、強度部材７によって高圧端子台６を充分にガードすることができる。
さらに、図３（ａ）に示すように、それぞれの高圧端子間に絶縁性隔壁６ａ、６ａ…を設けている。少なくとも高圧ボックス１０とそれに最も近接した端子との間に設けることで、高圧ボックス１０が変形した場合でも絶縁距離を確保することができる。
【００２３】
したがって、例えば、車両が前方向又は後方向から衝突して、ＰＣＵ１の高圧ボックスにダメージが付加されたとしても、この強度部材４であるリアクトルケース１１にガードされた領域内に配設された高圧端子台６は、衝突時にこの強度部材４が高圧端子台６をしっかり守ることから変形や破損がなく、しかも、他部品の突き抜けによって短絡する恐れもなく、信頼性の向上と、品質保証の確保ができる。
【００２４】
本発明はその技術的思想の範囲内で種々の改造、変更が可能であり、本発明はこの改造、変更された発明にも及ぶことは当然である。たとえば、本発明を燃料電池電気自動車に適用した実施形態を説明したが、本発明は、通常の電気自動車や、エンジン、走行モータ、バッテリを搭載したハイブリッド車両にも適用することができる。その場合、燃料電池２と接続されるＦＣケーブルは省略され、高電圧ケーブルは、ＭＯＴケーブルとＣＡＰＡケーブルとから構成される。
また、強度部材７は車室内との隔壁側に配置したので、高圧端子台６も車室内との隔壁側としたが、車室内との隔壁側に限定するものではなく、前後左右のいずれでもよい。
また、高圧端子台６は高圧ボックス１０に一体に形成したステー５の上に載置されるものとしたが、ステー５は別部品でもよいしステー５を無くしても構わない。
さらに、強度部材７をリアクトルケース１１の代わりに他の部品に代えてもよいし、別部品の代わりに、高圧ボックス１０の板厚を厚く補強しても構わない。
なお、本発明の実施の形態として電気自動車の代表例として、燃料電池搭載自動車の例を説明したが、本発明のパワーコントロールユニットは、燃料電池搭載自動車用のものに限定されるものではなく、幅広く適用可能である。
例えば、バッテリを搭載するハイブリッド自動車、ソーラーカーはソーラーパネルとバッテリを有するソーラーカーや一般の電気自動車に本発明のパワーコントロールユニットを適用することも可能である。
さらに、このような配置構造を有する高圧端子台も本発明の範囲内である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電気車両用パワーコントロールユニットの高圧ボックス内の高圧端子台の配置は、高圧ボックスが最も変形しない強度部材の領域の前面に配置することにより、衝突時、他部品が突き抜け、短絡する恐れがなく、絶縁性確保のための絶縁カバーが不要になる上、信頼性の向上と共に、品質保証の確保が可能であり、その結果、検証作業の工数削減とコストの低減、小型化設計の実現等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる実施形態及び従来例におけるＰＣＵを搭載した車両の側面から透視した模式図である。
【図２】図１の車両における高電圧ケーブルの接続状態と高圧端子の位置を示すブロック図である。
【図３】高圧ボックスと走行モータの配置を示す三面図の模式図であり、（ａ）は車両の前方からモータ室内に配設されたＰＣＵの上面から見た蓋を取り外した状態を示す上面図、（ｂ）はＰＣＵ及び走行モータを前方から見た正面図、（ｃ）は（ａ）に対する右側面図である。また、（ｄ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。
【図４】従来の車両における高電圧ケーブルの接続状態と高圧端子の位置を示すブロック図である。
【図５】従来の高圧ボックスと走行モータの配置を示す三面図であり、（ａ）は、車両の前方からモータ室内に配設されたＰＣＵの蓋を取り外し上面からの構成を示す上面図、同（ｂ）は、ＰＣＵ及び走行モータを正面図、同（ｃ）は、（ａ）に対する右側面である。
【符号の説明】
１…ＰＣＵ（電気車両用パワーコントロールユニット）
２…燃料電池
３…キャパシタ
４…走行モータ
５…ステー
６…高圧端子台
６ａ…絶縁性隔壁
７…強度部材
８…ＶＣＵ（ボルテージコントロールユニット）
９…ＩＮＶ（インバータ）
１０…高圧ボックス
１０ａ…蓋
１１…リアクトルケース
１１ａ…リアクトル受部
１１ｂ…リアクトルカバー
１３…コネクタケース
１３ａ…仕切り（梁部材）
Ｒ…リアクトル
ＥＶ…電気車両
ＭＯＴ…三相モータ

Claims (1)

1. 高圧ボックス内に走行モータ駆動用のインバータと電源との間の電圧調整を行うボルテージコントロールユニットが内蔵されている電気車両用パワーコントロールユニットであって、
   ケーブル同士を接続する高圧端子台と、
   前記高圧ボックスの側壁の外面に固定された強度部材と、を備え、
   前記側壁を挟んで前記強度部材と対向する高圧ボックスの内面に前記高圧端子台を近接して設け、
   前記強度部材の一部を前記側壁の内側に延出して設け、前記高圧端子台を前記強度部材における前記一部の上方に配置したことを特徴とする電気車両用パワーコントロールユニット。

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