JP2005132257A - ハイブリッド電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力供給系統構成要素であるインバータ、低圧系バッテリ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、および高圧系バッテリの性能を良好に維持し、また、組み立て作業性や整備作業性を改善し、しかも電力配線の引き回し長さを極力短くできるようにしたハイブリッド電気自動車を提供する
【解決手段】 インバータ１１、低圧系バッテリ１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、および高圧系バッテリ１４の各電力供給系統構成要素の内、高圧系バッテリ１４を除く他の電力供給系統構成要素１１，１２，１３をエンジン室３内において輻射熱の影響が最も少ない領域、例えばＦＦ方式の車両の場合ではエンジン４および排気マニホールド７から共に離れたトランスミッション６側の領域に集約配置している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車に関し、さらに詳しくは車両走行用の電動機を駆動する電気動力システムを構成する電力供給系統の各要素の配置構造に関する。

一般に、ハイブリッド電気自動車は、内燃機関のエンジンに加えて電気動力システムを設け、エンジンと電気動力システムとを併用して車両の走行動力を発生させることにより排気エミッションを改善するようにしている。

この場合の電気動力システムとしては、車両走行用の電動機、この電動機の電源となる高圧系バッテリ、この高圧系バッテリの直流電力を交流化して電動機に供給するためのインバータ等を備えて構成されている。

さらに、このハイブリッド電気自動車には、通常、前照灯等の補機類の電源となる低圧系バッテリや、上記高圧系バッテリから低圧系バッテリへ充電用電力を供給のために電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータなどが搭載されている。

なお、上記の高圧系バッテリとしては、現在１４４Ｖ〜２８８Ｖ程度のものが実用化されている。また、低圧系バッテリである通常の自動車用鉛蓄電池の公称電圧は１２Ｖである。

ところで、上記のような高圧系バッテリ、インバータ、低圧系バッテリ、およびＤＣ／ＤＣコンバータなどの各電力供給系統を構成する各要素（以下、電力供給系統構成要素という）を、車体に格納するには比較的広い空間が必要となる。特に、高圧系バッテリは、低圧系バッテリに比べて４〜５倍程度の大きさであるから、十分な空間を確保する必要がある。

また、組み立て作業性や整備作業性の観点から、これらの電力供給系統構成要素は分散して配置されることなく一カ所にまとめて集約配置されることが望ましい。しかも、配線の引き回し長さを極力短くする上で、これらの電力供給系統構成要素はエンジン室内に配置されることが好ましい。この場合、各電力供給系統構成要素の性能を良好に維持するためには、エンジンからの輻射熱の影響を極力避ける必要がある。

従来、国内で市販のハイブリッド電気自動車においては、エンジンからの輻射熱の影響を避けるために、上記の各電力供給系統構成要素を車体１に分散して配置している。すなわち、図８に示すように、車両走行用の電動機５と低圧系バッテリ１２とは車体１の隔壁２で区画された前方側のエンジン室３の内部に格納される一方、高圧系バッテリ１４、インバータ１１、およびＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、運転席よりも後方の例えば後部座席の直後、あるいはトランク室の内部やその周辺に格納されている。

また、従来技術では、エンジン室の内部に隔壁を設けてエンジン室を２つに区画し、一方側にエンジンを、他方側に電力系統構成要素をそれぞれ配置して、エンジンからの輻射熱を隔壁で遮るようにした構成のものも提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開平１１−９９８３３号公報

しかしながら、図８に示したように、電力供給系統構成要素を車体に分散配置した構造は、電力配線８の引き回しが複雑となり組み立て作業性や整備作業性が劣るばかりでなく、車両重量の増加が避けられない。

また、上記の特許文献１記載のように、エンジン室内を区画する隔壁を設けた構成の場合には、エンジンからの輻射熱の影響をある程度は避けることができるものの、隔壁等の部品点数および組み立て工数が共に増加する。また、エンジン室内が隔壁によって区画されるので、限られた狭い空間内に電力供給系統構成要素を無理やりに収納する必要が生じ、組み立て作業や整備作業の際に手間取ることになる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、部品点数を徒に増加させることなく電力供給系統構成要素の性能を長期に渡って良好に維持でき、また、組み立て作業性や整備作業性を良好に保ち、しかも電力配線の引き回し長さを極力短くできるようにしたハイブリッド電気自動車を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関のエンジンに加えて、高圧系バッテリを電源としてインバータを介して車両走行用の電動機を駆動する電気動力システムが設けられるとともに、前照灯等の補機類の電源となる低圧系バッテリ、および上記高圧系バッテリから低圧系バッテリへ充電用電力供給のために電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備えているハイブリッド電気自動車において、次の構成を採用している。

すなわち、本発明では、上記高圧系バッテリ、インバータ、低圧系バッテリ、およびＤＣ／ＤＣコンバータ等の各電力供給系統構成要素の内、上記高圧系バッテリを除く他の電力供給系統構成要素をエンジン室内において輻射熱の影響が最も少ない領域に集約配置していることを特徴としている。

特に、ハイブリッド電気自動車がエンジン前置き前輪駆動方式（ＦＦ方式）の場合には、エンジンおよびこれに接続された排気マニホールドから共に離れたトランスミッション側の領域に電力供給系統構成要素を配置するのが好ましい。また、ハイブリッド電気自動車がエンジン前置き後輪駆動方式（ＦＲ方式）である場合には、エンジンに接続された排気マニホールドと反対側の領域に電力供給系統構成要素を配置するのが好ましい。

また、電力供給系統構成要素の内、低圧系バッテリを省略して高圧系バッテリを電源としてＤＣ／ＤＣコンバータを介して直接に前照灯等の補機類に対して電力供給を行う構成とした場合には、低圧系バッテリが省略された余裕空間を利用して高圧系バッテリと共に他の電力供給系統構成要素をエンジン室内に集約配置した構成とすることができる。

本発明によれば、電力供給系統構成要素をエンジン室内のエンジンや排気マニホールドからの輻射熱の影響が最も少ない領域に集約配置しているので、電力供給系統構成要素の性能を長期に渡って良好に維持することができる。しかも、これらの電力供給系統構成要素を集約配置することで組み立て作業性や整備作業性が改善され、かつ電力配線の引き回し長さを極力短くすることができる。

特に、電力供給系統構成要素の内、低圧系バッテリを省略して高圧系バッテリを電源としてＤＣ／ＤＣコンバータを介して補機類に対して直接に電力供給を行う構成とした場合には、低圧系バッテリが省略された分だけ余裕空間が生じるので、組み立て作業性や整備作業性が良好である。また、その余裕空間を利用することで高圧系バッテリと共に他の電力供給系統構成要素をエンジン室内に集約配置すれば、電力配線の引き回し長さをさらに一層短くできるので、車両の軽量化やコストダウンを図ることが可能になる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るハイブリッド電気自動車において、電力供給系統構成要素の全体的な配置状態を示す側面図、図２は同車においてエンジン室内における電力供給系統構成要素の配置状態を示すもので、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図である。

この実施の形態１のハイブリッド電気自動車は、ＦＦ方式のものであって、車体１の運転席側の空間が隔壁２によって仕切られてその前方側にエンジン室３が確保されている。

そして、このエンジン室３の内部には、内燃機関としてのエンジン４、車両走行用の電動機５、この電動機５が組み込まれたトランスミッション６、およびエンジン４に接続された排気マニホールド７等が設けられている。

このＦＦ方式の車両の標準的なレイアウトとして、エンジン４、電動機５、およびトランスミッション６は、互いに一体化された状態で車両の走行方向に直交する車幅方向に沿ってエンジン室３の中心線ｃを跨ぐように配置される。この場合、エンジン４の中央は中心線ｃより幾分偏位しているので、トランスミッション６側の領域に余裕空間が生じている。そして、この余裕空間のある領域は、エンジン４およびこれに接続された排気マニホールド７から共に離れていて輻射熱の影響が最も少ない領域となっている。

そこで、この実施の形態１では、このエンジン室３内のトランスミッション６側の余裕空間が生じている領域に、電力供給系統構成要素として、高圧系バッテリ１４の直流電力を交流化して電動機５に供給するためのインバータ１１、前照灯等の補機類の電源となる低圧系バッテリ１２、および高圧系バッテリ１４から低圧系バッテリ１２へ充電電力供給のために電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１３が集約して配置されている。なお、排気マニホールド７が図２（ａ）の破線で示すように車体１の前方側に位置する場合には、そこからの輻射熱の影響を避けるために、これに応じて電力供給系統構成要素１１，１２，１３は同じく図２（ａ）の破線で示すように運転席に近接した側に配置される。

また、この電動機５の電源となる高圧系バッテリ１４は、低圧系バッテリ１２に比べて４〜５倍程度の大きさであって十分な設置空間を確保する必要があるため、車体１の運転席よりも後方位置、例えば後部座席の直後、あるいはトランク室の内部やその周辺に格納されている。

このように、この実施の形態１では、ＦＦ方式のハイブリッド電気自動車において、エンジン室３内のエンジン４および排気マニホールド７から共に離れたトランスミッション６側の領域に高圧系バッテリ１４を除く他の電力供給系統構成要素１１，１２，１３を集約配置しているので、エンジン４や排気マニホールド７からの輻射熱の影響を低減することができる。このため、電力供給系統構成要素１１，１２，１３の性能を長期に渡って良好に維持することができる。

また、これらの電力供給系統構成要素１１，１２，１３を集約した配置することで組み立て作業性や整備作業性が良好となり、かつ電力配線８の引き回し長さを極力短くすることができる。また、エンジン室３内を２つに区画するような隔壁は設けていないので部品点数を徒に増加させることもない。さらに、後部座席の直後あるいはトランク室の内部やその周辺には高圧系バッテリ１４以外の他の電力供給系統構成要素１１〜１３は配置されないので、トランク室等の空間を従来よりも広く活用することができる。

図３は同車における各電力供給系統構成要素の電気的な接続状態を示す回路図である。 この実施の形態１において、走行用の電動機５は交流誘導モータが適用されるため、高圧系バッテリ１４から供給される直流電力はインバータ１１で３相交流に変換して供給されるようになっている。

この交流化のためのインバータ１１は、入力電圧安定化用のコンデンサ１１ａ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子とこれと並列に逆接続された還流ダイオードを全体でブリッジ型に接続してなるチョッパ回路１１ｂ、およびこのチョッパ回路１１ｂの各スイッチング素子のオン／オフ制御を行う制御回路１１ｃを備えている。

また、高圧系バッテリ１４から低圧系バッテリ１２に対して充電電力供給のために電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、トランジスタ等のスイッチング素子とこれに並列に逆接続された還流ダイオードを全体でブリッジ型に接続してなるＤＣ／ＡＣ変換部１３ａ、このＤＣ／ＡＣ変換部１３ａで交流化された高電圧を１２Ｖ系の電圧に降圧する降圧トランス１３ｂ、降圧後の交流を整流化するダイオード等からなる整流部１３ｃ、および整流部１３ｃの出力を平滑化するチョークコイルやコンデンサを備えた平滑部１３ｄを備えている。

そして、このＤＣ／ＤＣコンバータ１３で１２Ｖの電圧に変換された電力により低圧系バッテリ１２が充電され、この低圧系バッテリ１２の電力が車両の各部に配置された前照灯やワイパー、ウインカー、ラジオ等の補機類１７の駆動用の電源として利用される。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係るハイブリッド電気自動車において、エンジン室内における電力供給系統構成要素の配置状態を示すもので、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図であり、図１ないし図３に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態２のハイブリッド電気自動車は、比較的大型で高級な車種に採用されているＦＲ方式のものであって、エンジン室３の内部には、エンジン４、車両走行用の電動機５、この電動機５が組み込まれたトランスミッション６、およびエンジン４に接続された排気マニホールド７等が設けられている。

このＦＲ方式の車両の標準的なレイアウトとして、エンジン４、電動機５、およびトランスミッション６は、互いに一体化された状態で車両の走行方向に沿ってエンジン室３の中心線ｃを跨ぐように配置される。この場合、エンジン４に接続された排気マニホールド７から離れた領域は輻射熱の影響が最も小さい領域となっている。

そこで、この実施の形態２では、エンジン室３内の排気マニホールド７とは反対側に位置する領域に電力供給系統構成要素であるインバータ１１、低圧系バッテリ１２、およびＤＣ／ＤＣコンバータ１３を集約配置している。なお、この実施の形態２の場合も、高圧系バッテリ１４は、車体１の運転席よりも後方位置、例えば後部座席の直後あるいはトランク室の内部やその周辺に格納されている。

このように、この実施の形態２では、ハイブリッド電気自動車がＦＲ方式の場合、エンジン室３内において、エンジン４に接続された排気マニホールド７の設置側とは反対側の領域に高圧系バッテリ１４を除く電力供給系統構成要素１１，１２，１３を集約配置しているので、エンジン４や排気マニホールド７からの輻射熱の影響を極力回避することができる。このため、電力供給系統構成要素１１，１２，１３の性能を長期に渡って良好に維持することができる。

また、これらの電力供給系統構成要素１１，１２，１３を集約配置することで、組み立て作業性や整備作業性が良好となり、かつ電力配線８の引き回し長さを極力短くすることができる。また、エンジン室３内を２つに区画するような隔壁は設けていないので部品点数を徒に増加させることもない。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３に係るハイブリッド電気自動車において、電力供給系統構成要素の全体的な配置状態を示す側面図であり、図１ないし図３に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３のハイブリッド電気自動車は、ＦＦ方式のものであって、電力供給系統構成要素１１〜１４の内、低圧系バッテリ１２を省略するとともに、高圧系バッテリ１４を電源としてＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して補機類１７に対して直接に電力供給を行う構成となっている。

すなわち、図３に示した実施の形態１における回路図と比較すると、この実施の形態３では、図６に示すように、低圧系バッテリ１２は設けられておらず、高圧系バッテリ１４からの電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１３で１２Ｖに電圧降下された後、直接に補機類１７に対して供給されるようになっている。

低圧系バッテリ１２が省略されている以外の点では、車体１におけるその他の電力供給系統構成要素１１，１３，１４の配置構成は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

このように、この実施の形態３では、電力供給系統構成要素１１〜１４の内、低圧系バッテリ１２を省略して高圧系バッテリ１４を電源としてＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して補機類１７に対して直接に電力供給を行う構成としているので、エンジン室３内に低圧系バッテリ１２が省略された分だけの余裕空間が生じる。このため、組み立て作業や整備作業を行い易くなり、作業性が改善される。なお、その他の作用効果は、実施の形態１の場合と同様である。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４に係るハイブリッド電気自動車において、エンジン室内における電力供給系統構成要素の配置状態を示すもので、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図であり、図１ないし図３に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態４のハイブリッド電気自動車は、実施の形態３の場合と同様に、ＦＦ方式のものであって、電力供給系統構成要素１１〜１４の内、低圧系バッテリ１２を省略するとともに、高圧系バッテリ１４を電源としてＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して補機類１７に対して直接に電力供給を行う構成となっている。

さらに、この実施の形態４では、エンジン室３内には低圧系バッテリ１２が省略された分だけエンジン室３内のエンジン４および排気マニホールド７から共に離れたトランスミッション６側の領域に余裕空間が生じるので、この余裕空間を利用して高圧系バッテリ１４と共に、インバータ１１およびＤＣ／ＤＣコンバータ１３をエンジン室３内に集約配置している。

したがって、この実施の形態４においても、インバータ１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、および高圧系バッテリ１４は、エンジン４や排気マニホールド７からの輻射熱の影響を回避することができ、これらの電力供給系統構成要素１１，１３，１４の性能を長期に渡って良好に維持することができる。

また、これらの電力供給系統構成要素１１，１３，１４を集約した配置することで組み立て作業性や整備作業性が良好となる。さらに、電力配線の引き回し長さを上記の各実施の形態１〜３の場合よりもさらに短くできるので、車両の軽量化やコストダウンを図ることができる。また、エンジン室３内を２分するような隔壁は設けていないので部品点数を徒に増加させることもない。

なお、この実施の形態４では、ＦＦ方式のハイブリッド電気自動車を例にとって説明したが、ＦＲ方式の車両の場合でも、高圧系バッテリ１４を電源としてＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して補機類１７に対して直接に電力供給を行うようにして、低圧系バッテリ１２を省略した構成とすることができる。その場合、排気マニホールド７の設置側とは反対側の領域に高圧系バッテリ１４と共にインバータ１１およびＤＣ／ＤＣコンバータ１３を集約配置することができるので、実施の形態４の場合と同様な作用効果が得られる。

本発明の実施の形態１に係るＦＦ方式のハイブリッド電気自動車において、電力供給系統構成要素の全体的な配置状態を示す側面図である。 同じハイブリッド電気自動車において、エンジン室内における電力供給系統構成要素の配置状態を示すもので、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図である。 同じハイブリッド電気自動車において、電力供給系統構成要素の電気的な接続状態を示す回路図である。 本発明の実施の形態２に係るＦＲ方式のハイブリッド電気自動車において、エンジン室内における電力供給系統構成要素の配置状態を示すもので、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図である。 本発明の実施の形態３に係るＦＦ方式のハイブリッド電気自動車において、電力供給系統構成要素の全体的な配置状態を示す側面図である。 同じハイブリッド電気自動車において、電力供給系統構成要素の電気的な接続状態を示す回路図である。 本発明の実施の形態４に係るＦＦ方式のハイブリッド電気自動車において、エンジン室内における電力供給系統構成要素の配置状態を示すもので、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図である。 従来例に係るＦＦ方式のハイブリッド電気自動車において、電力供給系統構成要素の全体的な配置状態を示す側面図である。

符号の説明

１ 車体
３ エンジン室
４ エンジン
５ 電動機
６ トランスミッション
７ 排気マニホールド
１１ インバータ（電力供給系統構成要素）
１２ 低圧系バッテリ（電力供給系統構成要素）
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力供給系統構成要素）
１４ 高圧系バッテリ（電力供給系統構成要素）

Claims (5)

1. 内燃機関のエンジンに加えて、高圧系バッテリを電源としてインバータを介して車両走行用の電動機を駆動する電気動力システムが設けられるとともに、前照灯等の補機類の電源となる低圧系バッテリ、および上記高圧系バッテリから低圧系バッテリへ充電用電力供給のために電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備えているハイブリッド電気自動車において、
   上記高圧系バッテリ、インバータ、低圧系バッテリ、およびＤＣ／ＤＣコンバータを各電力供給系統構成要素とした場合、上記高圧系バッテリを除く他の電力供給系統構成要素をエンジン室内において輻射熱の影響が最も少ない領域に集約配置していることを特徴とするハイブリッド電気自動車。
2. エンジン前置き前輪駆動方式のものであって、上記エンジンおよびこれに接続された排気マニホールドから共に離れたトランスミッション側の領域に上記電力供給系統構成要素を配置していることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車。
3. エンジン前置き後輪駆動方式のものであって、上記エンジンに接続された排気マニホールドとは反対側の領域に上記電力供給系統構成要素を配置していることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車。
4. 上記電力供給系統構成要素の内、上記低圧系バッテリを省略するとともに、上記高圧系バッテリを電源として上記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して上記補機類に対して電力供給を行う構成であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のハイブリッド電気自動車。
5. 上記低圧系バッテリが省略された余裕空間により、上記高圧系バッテリと共に他の電力供給系統構成要素をエンジン室内に集約配置していることを特徴とする請求項４記載のハイブリッド電気自動車。

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