JP2010264793A - 車両用電源装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】追加部品を抑制し低コストで電源回路のノイズが低減される車両用電源装置およびそれを搭載する車両を提供する。
【解決手段】車両用電源装置は、高圧バッテリと、高圧バッテリより電圧の低い補機バッテリ１６と、一方端が補機バッテリ１６に接続され他方端が第１のノードＮ１に接続される電池ヒューズ２１と、ノードＮ１に接続される電源線５８と、高圧バッテリ１２とノードＮ１との間に設けられ、高圧バッテリ１２と補機バッテリ１６との間で電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、電源線５８から供給される電源電流を受けて動作する車両負荷に電源電流を分配するためのヒューズボックス２０とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４からノードＮ１を経由して補機バッテリ１６に至る経路の長さは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４からノードＮ１および電源線５８を経由してヒューズボックス２０に至る経路の長さよりも短い。
【選択図】図５

Description

この発明は、車両用電源装置および車両に関し、特に高圧バッテリ、補機バッテリおよび電圧変換器を備え車両負荷に電源電流を供給する車両用電源装置およびそれを搭載する車両に関する。

特開平１１−１２２９１１号公報（特許文献１）は、主バッテリ出力を電圧変換して補機側に出力するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ローパスフィルタを用いてラジオノイズを低減するノイズ低減回路を開示する。

このノイズ低減回路では、基板に固定された出力端子台の出力端子に外部出力用の絶縁被覆ケ−ブルが接続され、基板に固定される回路の出力端と出力端子台の出力端子との間に直列インダクタンス素子が設けられる。この直列インダクタンス素子は、出力端子台の出力端子と高位または低位の電源端とを接続するコンデンサとともに出力ロ−パスフィルタを構成して、長大な外部出力用の絶縁被覆ケ−ブルから放射されるラジオノイズ（たとえば２００ｋ〜２ＭＨｚ）を低減する。

特開平１１−１２２９１１号公報 特開平１１−２９１８４３号公報 特開２００７−１３１１３４号公報 特開２００７−２５３８７９号公報 特開平１１−４００４１号公報

しかしながら、特開平１１−１２２９１１号公報に開示された技術では、ラジオノイズ低減のために、ローパスフィルタ等が追加されて回路構成が複雑なものになっている。また、フェールセーフに関する観点からは改善の余地もある。

加えて、近年ハイブリッド車両の部品の小型化が進み、電気部品の再配置を検討する時期となりつつある。

図７は、従来の車両用電源装置の各要素の配置を説明するための図である。
図８は、図７の車両用電源装置の接続を説明するための図である。

図７、図８を参照して、車両１０１には乗員座席の前方にエンジンルーム１０２が設けられており、乗員座席の後方にトランクルーム１０４が設けられている。

車両１０１は、内燃機関としてのエンジンとバッテリで駆動するモータとを併用するハイブリッド自動車である。エンジンルーム１０２にはエンジン１２６とモータジェネレータ１２８、１２９と、モータジェネレータ１２８、１２９との間で三相交流電力を授受するインバータ１２７とが配置される。

モータジェネレータ１２８は、主としてエンジンの回転によって電力を発生するジェネレータとして動作する。またモータジェネレータ１２９は、主としてエンジン１２６とともに前輪１２１を駆動するモータとして動作する。ただし、回生制動時にはモータジェネレータ１２９は電力を発生するジェネレータとして動作する。

エンジンルーム１０２内のインバータ１２７の側方にはヒュージブルリンク（以下、ヒューズとも称する）を収容し電力を分配する分岐部として、ヒューズボックス１２０が配置される。エンジンルーム１０２には走行系負荷１１０（電子制御燃料噴射（ＥＦＩ）ユニット１２４の他、ＡＢＳ（Antilock Brake System）、ヘッドランプ、シフトコントロール、ハイブリッドＥＣＵ（Electronic Control Unit）、ホーンなど車両の走行に必須なもの）と非走行系負荷１０８（ファン、ヒータ、ＥＰＳ（Electric Power Steering）、オーディオ、フォグランプ、パワーウインドウ、ワイパーなど）と、走行系負荷１１０および非走行系負荷１０８に電力を分岐するためのヒューズボックス１２０とが配置される。

また、車両進行方向に向かって左側のドア１０６にはサイドミラー１０９が設けられており、サイドミラー１０９の前方部分のエンジンルーム１０２内にはＥＦＩユニット１２４（走行系負荷１１０に相当）が配置されている。

車両１０１は、トランクルーム１０４内に、インバータにモータ駆動用の電力を供給するための高電圧のバッテリ１１２と、バッテリ１１２の電圧を１２Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１１４と、補機用の１２Ｖのバッテリ１１６とを含む。

バッテリ１１６のマイナス端子は接地され、プラス端子はヒュージブルリンク１２２を介して電源線１３４に接続される。またＤＣ／ＤＣコンバータ１１４の出力は電源線１３２に接続される。

電源線１３２、１３４は車両の後方のトランクルームから車両の前方のエンジンルーム内のヒューズボックス１２０に向けて配索される。ヒューズボックス１２０は、電源線１３２の一方端と電源線１３４の一方端との間に接続されるヒュージブルリンク１４２と、電源線１３２の一方端と非走行系負荷１０８との間に接続されるヒュージブルリンク１４４と、電源線１３４の一方端と走行系負荷１１０との間に接続されるヒュージブルリンク１４６とを含む。

ヒュージブルリンク１４２は、万一電源線１３２が短絡した時に、ヒュージブルリンク１２２が溶断し、エンジンが停止するのを避けるために必要となる。

また、走行系負荷１１０および非走行系負荷１０８には１２Ｖの電圧が電源電圧として供給される。この電源電圧は、バッテリ１１６から供給される場合もあるしＤＣ／ＤＣコンバータ１１４から供給される場合もある。

したがって、電源線１３２，１３４はともに補機負荷を駆動するのに十分な電流を流すだけの太さが必要となる。つまりバッテリ１１６からエンジンルーム内へ電力を供給する電源線１３４だけでなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４からの電力をエンジンルーム内に供給するため、電源線１３２も太い電源線としてこの２本の電源線を車体に配索しなければならない。

近年ハイブリッド車両の部品の小型化が進み、配線系の最適化とＤＣ／ＤＣコンバータなどのスイッチングノイズを発生する電源回路のノイズ低減とを電気部品の再配置により解決できないか、さらなる検討を行なうことが望まれる。

この発明の目的は、追加部品を抑制し低コストで電源回路のノイズが低減される車両用電源装置およびそれを搭載する車両を提供することである。

この発明は、要約すると、車両用電源装置であって、高圧バッテリと、高圧バッテリより電圧の低い補機バッテリと、一方端が補機バッテリに接続され他方端が第１のノードに接続される第１のヒューズと、第１のノードに接続される第１の電源線と、高圧バッテリと第１のノードとの間に設けられ、高圧バッテリと補機バッテリとの間で電圧変換を行なう電圧変換器と、第１の電源線から供給される電源電流を受けて動作する車両負荷に電源電流を分配するためのヒューズボックスとを備える。電圧変換器から第１のノードを経由して補機バッテリに至る経路の長さは、電圧変換器から第１のノードおよび第１の電源線を経由してヒューズボックスに至る経路の長さよりも短い。

好ましくは、車両は、エンジンと、エンジンと併用されるモータと、モータを駆動するためのインバータとを含む。エンジン、モータ、インバータ、補機バッテリ、ヒューズボックス、第１のヒューズは、車両の前部のエンジンルームに配置される。高圧バッテリは、エンジンルームよりも車両の後部に配置される。

好ましくは、車両の上面からみた場合、エンジンルーム内において、エンジンと、モータと、ヒューズボックスとは、車両推進方向に直交する方向に沿って並んで配置される。車両の上面からみた場合、電圧変換器および補機バッテリは、モータとヒューズボックスとの間の領域に配置される。

好ましくは、車両用電源装置は、電圧変換器と第１のノードとを結ぶ経路上の第２のノードと第１のノードとの間に接続される第２のヒューズと、第２のノードとヒューズボックスとを接続する第２の電源線とをさらに備える。ヒューズボックスは、第１の車両負荷に電源電流を供給する経路と第１の電源線との間に設けられる第３のヒューズと、第２の車両負荷に電源電流を供給する経路と第２の電源線との間に設けられる第４のヒューズとを含む。第１の車両負荷は第２の車両負荷よりも車両の走行時の必要性が大きい。

この発明は、他の局面に従うと、上記いずれかの車両用電源装置を搭載する車両である。

本発明によれば、車両用電源装置において、追加部品を抑制し低コストで電源回路のノイズが低減される。

本発明の車両用電源装置の各要素の配置を説明するための図である。 エンジンルームに収容される各要素の配置を説明するための図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面を示した図である。 本実施の形態における電源配線の長さについて説明するための図である。 電源線およびヒュージブルリンクの詳細について説明するための図である。 実施の形態２における電源線およびヒュージブルリンクの詳細について説明するための図である。 従来の車両用電源装置の各要素の配置を説明するための図である。 図７の車両用電源装置の接続を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の車両用電源装置の各要素の配置を説明するための図である。

図１を参照して、車両１には乗員座席の前方にエンジンルーム２が設けられており、乗員座席の後方にトランクルーム４が設けられている。また、前方ドアにはサイドミラー９が設けられている。

車両１は、内燃機関としてのエンジン２６とバッテリで駆動するモータジェネレータ２４とを併用するハイブリッド自動車である。エンジンルーム２にはエンジン２６とモータジェネレータ２４と、モータジェネレータ２４との間で３相交流電力を授受するインバータ６とが配置される。

モータジェネレータ２４は、主としてエンジンの回転によって電力を発生するジェネレータとして動作する第１のモータジェネレータと、主としてエンジン２６とともに前輪を駆動するモータとして動作する第２のモータジェネレータとを含むように構成されていても良い。

図示しない後部座席の後方床面には高圧バッテリ１２が配置される。エンジンルーム２内には、さらに、高圧バッテリ１２の電圧を１２〜１４Ｖ程度の補機電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、補機バッテリ１６と、ヒューズボックス２０，２２と、走行系負荷１０と、非走行系負荷８とが配置される。ヒューズボックス２０は、ヒュージブルリンク４２，４４，４６を収容し電力を分配する分岐部である。

補機バッテリ１６のマイナス端子は接地される。補機バッテリ１６に近接して、ヒューズボックス２２が配置される。ヒューズボックス２２と補機バッテリ１６のプラス端子とが電源線で接続される。

ヒューズボックス２０はヒュージブルリンク４２，４４，４６を含む。ヒュージブルリンク４２，４６の一方端はともにヒューズボックス２２とＤＣ／ＤＣコンバータ１４とを結ぶ配線部分に接続される。ヒュージブルリンク４２の一方端と走行系負荷１０との間には、ヒュージブルリンク４６が挿入されている。ヒュージブルリンク４２の他方端と非走行系負荷８との間には、ヒュージブルリンク４４が挿入されている。

図２は、エンジンルームに収容される各要素の配置を説明するための図である。
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面を示した図である。

図２、図３を参照して、車両１は、エンジン２６と、エンジン２６と併用されるモータジェネレータ２４と、モータジェネレータ２４を駆動するためのインバータ６とを含む。エンジン、モータジェネレータ２４、インバータ６、補機バッテリ１６、ヒューズボックス２０，２２は、車両の前部のエンジンルームに配置される。図１に示したように、高圧バッテリ１２は、エンジンルーム２よりも車両の後部に配置される。

好ましくは、車両の上面からみた場合、エンジンルーム内において、エンジン２６と、モータジェネレータ２４と、ヒューズボックス２０とは、車両推進方向に直交する方向に順に沿って並んで配置される。車両の上面からみた場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４および補機バッテリ１６は、ヘッドランプ（走行系負荷１０）の後方で、モータジェネレータ２４とヒューズボックス２０との間の領域に配置される。ヒューズボックス２２は、補機バッテリ１６とＤＣ／ＤＣコンバータ１４との間を接続するものであり、最短距離で配線することが可能であるように補機バッテリ１６の上に載せられるように配置されている。

図３に示すようにモータジェネレータ２４はエンジン２６とサイドメンバ５との間に配置される。モータジェネレータ２４の上の空間に年々小型化が進んできているインバータ６が配置される。

図４は、本実施の形態における電源配線の長さについて説明するための図である。
図４を参照して、高圧バッテリ１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１４とは正負の電源線１８で接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、高圧バッテリ１２の電圧を、例えば２００Ｖから１４Ｖに高圧してノードＮ１に出力する。ノードＮ１と補機バッテリ１６の正極との間には、電池ヒューズが収められたヒューズボックス２２が挿入されている。ノードＮ１には、さらにヒューズボックス２０が接続され、ヒューズボックス２０から非走行系負荷８および走行系負荷１０に電源電流が分配される。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のようなスイッチング電源と補機バッテリ１６のような鉛電池とを近接配置すると、補機バッテリ１６がＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力のノイズ除去装置として作用する。しかし、補機バッテリ１６とＤＣ／ＤＣコンバータ１４の接続にはヒューズや配線を適切に配置しないと、短絡時等の保護ができなくなる。

そこで、ヒューズや配線を用いて接続経路を形成する際に、図４の距離Ｌ１＋Ｌ２（ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第１のノードＮ１を経由して補機バッテリ１６に至る経路の長さ）をＬ２＋Ｌ３（ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第１のノードＮ１を経由して補機負荷に至る経路の長さ）よりも短くすることが重要である。

これにより、比較的長さの長いＬ３部分から放射されるラジオノイズを軽減させることができる。しかし、長さＬ３はどのような補機負荷を接続するかによって異なってくるので、確実には、Ｌ１を極力短くし、ノートＮ１からヒューズボックス２０までの距離よりもＬ１が短くなるようにすればよい。

図５は、電源線およびヒュージブルリンクの詳細について説明するための図である。
図４、図５を参照して、本実施の形態に係る車両用電源装置は、高圧バッテリ１２と、高圧バッテリ１２より電圧の低い補機バッテリ１６と、一方端が電源線５４によって補機バッテリ１６に接続され他方端が電源線５６によって第１のノードＮ１に接続される電池ヒューズ２１と、第１のノードＮ１に接続される第１の電源線５８と、高圧バッテリ１２と第１のノードＮ１との間に設けられ、高圧バッテリ１２と補機バッテリ１６との間で電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、第１の電源線５８から供給される電源電流を受けて動作する車両負荷に電源電流を分配するためのヒューズボックス２０とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第１のノードＮ１を経由して補機バッテリ１６に至る経路の長さは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第１のノードＮ１および第１の電源線５８を経由してヒューズボックス２０に至る経路の長さよりも短い。

ヒューズボックス２０は、電源線５８と走行系負荷１０Ａ〜１０Ｂとをそれぞれ接続するヒュージブルリンク４４Ａ〜４４Ｂと、ヒュージブルリンク４２と、ヒュージブルリンク４２を介して電源線に接続されているヒュージブルリンク４６Ａ〜４６Ｂとを含む。ヒュージブルリンク４６Ａ〜４６Ｂは非走行系負荷８Ａ〜８Ｂに電源電流を分配する。

ヒュージブルリンク４２は、非走行系負荷８Ａ〜８Ｂに万一短絡が発生した時の過剰電流から走行系負荷１０Ａ〜１０Ｂを保護する。したがって、故障を切り分けて、優先度の高い負荷を保護することができる。

ヒュージブルリンク４４Ａ〜４４Ｂ，４６Ａ〜４６Ｂの許容電流量は対応する負荷に応じて定められ、ヒュージブルリンク４２の電流許容量は非走行系負荷８Ａ〜８Ｂの合計の電流に応じて定められる。

図８に示した検討例と図５とを較べると、補機バッテリ１６およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４をリア部からフロント部に移すことで図８のリア部とフロント部を結んでいた長い電源線１３２，１３４を短くすることができ、コスト的にもノイズ防止上からも有利である。

［実施の形態２］
実施の形態２では、図２、図３に示したような要素の配置を行なう点は実施の形態１と共通するが、図５のヒュージブルリンク４２の位置を補機バッテリヒューズと一緒に同じヒューズボックス内に配置されるようにする点が異なる。

図６は、実施の形態２における電源線およびヒュージブルリンクの詳細について説明するための図である。

図４、図６を参照して、実施の形態２に係る車両用電源装置は、高圧バッテリ１２と、高圧バッテリ１２より電圧の低い補機バッテリ１６と、一方端が補機バッテリ１６に接続され他方端が第１のノードＮ１に接続される電池ヒューズ７１と、第１のノードＮ１に接続される第１の電源線６８と、高圧バッテリ１２と第１のノードＮ１との間に設けられ、高圧バッテリ１２と補機バッテリ１６との間で電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、第１の電源線６８から供給される電源電流を受けて動作する車両負荷に電源電流を分配するためのヒューズボックス８０とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第１のノードＮ１を経由して補機バッテリ１６に至る経路の長さは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から第１のノードＮ１および第１の電源線６８を経由してヒューズボックス８０に至る経路の長さよりも短い。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４とノードＮ２とは電源線６２で接続される。ノードＮ２は、電源線７２およびヒュージブルリンク９２を介してノードＮ１に接続される。ノードＮ２は、さらに、電源線７０によって、ヒューズボックス８０に接続される。補機バッテリ１６の正極は、電源線６４およびヒュージブルリンク８２を介してノードＮ１に接続される。

好ましくは、この車両用電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４と第１のノードＮ１とを結ぶ経路上の第２のノードＮ２と第１のノードＮ１との間に接続される第２のヒューズ９２と、第２のノードＮ２とヒューズボックス８０とを接続する第２の電源線７０とをさらに備える。ヒューズボックス８０は、第１の車両負荷１０Ａ〜１０Ｂに電源電流を供給する経路と第１の電源線６８との間に設けられる第３のヒューズ９４Ａ〜９４Ｂと、第２の車両負荷８Ａ〜８Ｂに電源電流を供給する経路と第２の電源線７０との間に設けられる第４のヒューズ９６Ａ〜９６Ｂとを含む。第１の車両負荷（走行系負荷１０Ａ〜１０Ｂ）は第２の車両負荷（非走行系負荷８Ａ〜８Ｂ）よりも車両の走行時の必要性が大きい。

なお、非走行系負荷には、ファン、ヒータ、ＥＰＳ、オーディオ、フォグランプ、パワーウインドウ、ワイパーなどが含まれる。また走行系負荷には、ＥＦＩユニットの他、ＡＢＳ、ヘッドランプ、シフトコントロール、ハイブリッドＥＣＵ、ホーンなどが挙げられる。

実施の形態２についても、ローパスフィルタなどの追加部品を用いることなく、ＤＣ／ＤＣコンバータの発生するノイズを低減させることができる。さらに、走行系および非走行系負荷の故障の切り分けが可能となり、フェールセーフ性を確保することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１０１ 車両、２，１０２ エンジンルーム、４，１０４ トランクルーム、５ サイドメンバ、６，１２７ インバータ、８，８Ａ，１０８ 非走行系負荷、９ サイドミラー、１０，１０Ａ，１１０ 走行系負荷、１２ 高圧バッテリ、１４，１１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１６ 補機バッテリ、１８ 電源線、２０，２２ ヒューズボックス、２１ 電池ヒューズ、２４，１２８，１２９ モータジェネレータ、２６，１２６ エンジン、４２，４４，４４Ａ，４６，４６Ａ，１４２，１４４，１４６ ヒュージブルリンク、５８，６８，７０，１３２，１３４ 電源線、１０６ ドア、１１２，１１６ バッテリ、１２０ ヒューズボックス、１２２ 電池ヒューズ、１２１ 前輪、１２４ 電子制御燃料噴射ユニット。

Claims (5)

1. 高圧バッテリと、
   前記高圧バッテリより電圧の低い補機バッテリと、
   一方端が前記補機バッテリに接続され他方端が第１のノードに接続される第１のヒューズと、
   前記第１のノードに接続される第１の電源線と、
   前記高圧バッテリと前記第１のノードとの間に設けられ、前記高圧バッテリと前記補機バッテリとの間で電圧変換を行なう電圧変換器と、
   前記第１の電源線から供給される電源電流を受けて動作する車両負荷に前記電源電流を分配するためのヒューズボックスとを備え、
   前記電圧変換器から前記第１のノードを経由して前記補機バッテリに至る経路の長さは、前記電圧変換器から前記第１のノードおよび前記第１の電源線を経由して前記ヒューズボックスに至る経路の長さよりも短い、車両用電源装置。
2. 前記車両は、
   エンジンと、
   前記エンジンと併用されるモータと、
   前記モータを駆動するためのインバータとを含み、
   前記エンジン、前記モータ、前記インバータ、前記補機バッテリ、前記ヒューズボックス、前記第１のヒューズは、車両の前部のエンジンルームに配置され、
   前記高圧バッテリは、前記エンジンルームよりも車両の後部に配置される、請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 車両の上面からみた場合、前記エンジンルーム内において、前記エンジンと、前記モータと、前記ヒューズボックスとは、車両推進方向に直交する方向に沿って並んで配置され、
   車両の上面からみた場合、前記電圧変換器および前記補機バッテリは、前記モータと前記ヒューズボックスとの間の領域に配置される、請求項２に記載の車両用電源装置。
4. 前記電圧変換器と前記第１のノードとを結ぶ経路上の第２のノードと前記第１のノードとの間に接続される第２のヒューズと、
   前記第２のノードと前記ヒューズボックスとを接続する第２の電源線とをさらに備え、
   前記ヒューズボックスは、
   第１の車両負荷に電源電流を供給する経路と前記第１の電源線との間に設けられる第３のヒューズと、
   第２の車両負荷に電源電流を供給する経路と前記第２の電源線との間に設けられる第４のヒューズとを含み、
   前記第１の車両負荷は前記第２の車両負荷よりも車両の走行時の必要性が大きい、請求項１に記載の車両用電源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用電源装置を搭載する車両。

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