JP2013193651A

JP2013193651A - 電動車両

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Publication number: JP2013193651A
Application number: JP2012065183A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yamanaka; 賢史山中; Daichi Kunishi; 大地國司
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP5807596B2

Abstract

【課題】電動車両において、駆動部収容室内のスペース効率を向上させるとともに高圧安全性を確保する。
【解決手段】車両前部の駆動部収容室内に配設されたモータの駆動力により走行可能な電動車両１０は、駆動部収容室１２内に配置され、モータＭＧ１，ＭＧ２との間で電力を授受する電力変換装置を収納したケース２４と、駆動部収容室１２内においてケース２４の前方に配置される補機部材３０とを備える。補機部材３０は、構成部分のうち変形強度が他の部分よりも高い高強度部を有し、補機部材３０の高強度部が補機部材３０とケース２４との対向方向に対して交差する方向に沿って設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両に係り、特に、走行用動力源であるモータを搭載した電動車両に関する。

従来、モータを走行用動力源として搭載した電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両が知られている。このような電動車両では、車載バッテリから供給される直流電力をインバータ等の電力変換装置で交流電力に変換して、モータへ印加される。これにより、モータが駆動されて、走行用動力を出力することができる。

上記インバータ等の電力変換装置は、例えばアルミ合金等の金属製のケース（以下、適宜に「インバータケース」という）に収容されて、上記モータと共に車両前部にある駆動部収容室内に搭載されることがある。ここで、ハイブリッド自動車では、内燃機関であるエンジンを走行用動力源として搭載しており、エンジンが収容される車両前部の収容室がエンジンコンパートメントと呼ばれている。したがって、ハイブリッド自動車では、エンジンコンパートメントが電動車両の駆動部収容室に相当する。

上記電動車両に搭載される電力変換装置は高電圧を取り扱うことから、車両衝突時に、電力変換装置を収容するケースが破損しにくいように考慮して、電動車両の高圧安全性を高める必要がある。

例えば、特開２０１０−２０２１０３号公報（特許文献１）には、車両衝突時に、インバータを、これをエンジンコンパートメント内に固定する位置から隔壁に向けてガイド機構を有する車両用インバータの搭載構造が開示されており、これによりインバータは、車両衝突時に、ガイド機構に沿って退避することができるので、インバータが予期せぬ方向に移動して他の機器に接触してしまうことを防ぎ、インバータの損傷を抑制することができる、と記載されている。

特開２０１０−２０２１０３号公報

上記特許文献１に記載されるように車両衝突時にインバータケースを後方へ移動させて衝突による破損を回避するには、エンジンコンパートメント内においてインバータケースの後方にスペースを確保しておく必要があり、狭いエンジンコンパートメント内のスペース効率が低下することになる。

他方、エンジンコンパートメント内のスペース効率を良くするために、インバータケースの前方に冷却液リザーブタンクやエアクリーナ等の補機部材を配置すると、車両前突時には冷却液リザーブタンクやエアクリーナがインバータケースに向かって移動する可能性があるため、電動車両の高圧安全上、インバータケースを保護する必要がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、駆動部収容室内のスペース効率を向上させるとともに高圧安全性を確保することができる電動車両を提供することである。

本発明に係る電動車両は、車両前部の駆動部収容室内に配設されたモータの駆動力により走行可能な電動車両であって、前記駆動部収容室内に配置され、前記モータとの間で電力を授受する電力変換装置を収納したケースと、前記駆動部収容室内において前記ケースの前方に配置される補機部材と、を備え、前記補機部材は、構成部分のうち変形強度が他の部分よりも高い高強度部を有し、前記補機部材の高強度部が前記補機部材と前記ケースとの対向方向に対して交差する方向に沿って設けられているものである。

本発明に係る電動車両において、前記ケースは前端縁が車両前後方向と直交する向きで前記駆動部収容室内に固定され、前記補機部材は平面視で前記ケースと平行をなして配置されるとともに外周部または内部に前記高強度部を有しており、前記高強度部の延伸方向または面方向が車両前後方向に対して傾斜する向きで前記補機部材が固定されていてもよい。

また、本発明に係る電動車両において、前記補機部材は容器を含み、前記補機部材の高強度部は前記容器の外周面に形成されていてもよい。

この場合、前記補機部材は冷却液用リザーブタンクであって、前記補機部材の高強度部はタンク外周面に形成されたリブまたはフランジであってもよいし、前記補機部材の高強度部は冷却液用リザーブタンク内に設けられた気液分離材であってもよい。また、前記補機部材はエアクリーナであって、前記補機部材の高強度部は容器内部に設けられるクリーナエレメントであってもよい。

本発明に係る電動車両によれば、駆動部収容室内のスペース効率を向上させるとともに高圧安全性を確保することができる。

電動車両の車両前部に位置するエンジンコンパートメント内の構成を平面視で概略的に示す図である。エンジンコンパートメント内の構成を衝突実験用バリアと共に側面視で概略的に示す図である。比較例の冷却液リザーブタンクを搭載した電動車両が衝突実験用バリアに前突したときの状態を示す、図２に対応する図である。（ａ）は比較例の冷却液リザーブタンクの側面図、（ｂ）は本実施形態に用いられる冷却液リザーブタンクの側面図である。（ａ）は比較例の冷却液リザーブタンクの平面図、（ｂ）は本実施形態に用いられる冷却液リザーブタンクの平面図である。（ａ）は比較例のエアクリーナの側面図、（ｂ）は本実施形態に用いられるエアクリーナの側面図である。本実施形態の電動車両が衝突実験用バリアに前突したときの状態を示す、図２に対応する図である。

以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

また、以下においては、電動車両として走行用動力源としてエンジンおよびモータジェネレータを搭載したハイブリッド自動車を例に説明するが、本発明はモータジェネレータのみを走行用動力源として搭載する電気自動車に適用されてもよいし、二次電池からなるバッテリに加えて燃料電池を搭載した燃料電池車に適用されてもよい。

図１は、ハイブリッド自動車１０の車両前部に位置するエンジンコンパートメント内の構成を平面視で概略的に示す図である。図１において、左側が車両前方、右側が車両後方、上側が車両右側、下側が車両左側に相当する。また、図２は、エンジンコンパートメント内の構成を衝突実験用バリアＢと共に側面視で概略的に示す図である。図２において、左側が車両前方、右側が車両後方、上側が車両上側、下側が車両下側に相当する。また、図２（図３，７においても同様）に示される衝突実験用バリアＢは、例えば、コンクリートブロック、鉄塊等によって構成される。

図１および図２に示すように、ハイブリッド自動車１０は、車両の前部にエンジンコンパートメント１２を備える。エンジンコンパートメント１２は、後述するエンジンおよびモータジェネレータを含む駆動部を収容する駆動部収容室である。エンジンコンパートメント１２の上方はフードパネル１３によって覆われており、エンジンコンパートメント１２の後方は隔壁１５によって車室内と仕切られている。

また、ハイブリッド自動車１０は、車両の左右両側において車両前後方向に延伸するサイドメンバー１４Ｌ，１４Ｒを備える。車両前部においてサイドメンバー１４Ｌ，１４Ｒ間には、ラジエータ１６が上下方向に沿った姿勢で支持されている。

エンジンコンパートメント１２内には、内燃機関であるエンジンユニット２０が搭載されている。エンジンユニット２０は、図示しないブラケットによってサイドメンバー１４Ｌ，１４Ｒ等を含む車台に固定されている。エンジンユニット２０の出力軸であるクランクシャフト（図示せず）は、後述するトランスアクスルに接続されている。

また、エンジンコンパートメント１２内には、トランスアクスル２２がエンジンユニット２０に隣接して搭載されている。トランスアクスル２２には、２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とこれらの出力軸に連結されるギヤ列とが含まれる。トランスアクスル２２は、例えばアルミダイカスト製のトランスアクスルハウジング２３内にモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２等を収容して一体的に構成されている。

トランスアクスル２２の出力軸は、図示しない車軸等を介して車輪１８に接続されている。これにより、トランスアクスル２２は、エンジンユニット２０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動力を車輪１８に伝達して走行することができ、他方、減速時等には車輪１８からモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の少なくとも一方に動力が入力されて回生発電が行われるようになっている。

なお、本実施形態ではトランスアクスルに２つのモータジェネレータが含まれる例について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、トランスアクスルに１つのモータジェネレータが含まれてもよい。また、トランスアクスルのギヤ列には、モータジェネレータと車軸との間、および／または、エンジンユニットとモータジェネレータとの間の連結を断続するためのクラッチ機構が設けられてもよい。

トランスアクスル２２を構成するトランスアクスルハウジング２３の上部には、例えばアルミ合金製などの金属製筐体であるケース２４が固定されている。ケース２４は、図示しないブラケットによってトランスアクスル２２に取り付けられている。また、図２に示すように、ケース２４は、上面が前方に下がるように傾斜した姿勢で配置されている。この場合、ケース２４の前端縁、すなわち、ケース２４の前方上側角部２５の位置がトランスアクスル２２の前方縁部よりも車両後方側となるように配置されている。このようにすることで、車両が前突したときにラジエータ１６等が後方へ移動してきても、トランスアクスル２２によって受け止められるので、車両前突時の衝突荷重がケース２４に作用するのを抑制でき、その結果、ケース２４が破損しにくくなって高圧安全性が向上する。

ただし、ケース２４は上述したように前下がり姿勢で取り付けられている場合に限定されるものではなく、ケースは、水平姿勢でトランスアクスル上に固定されてもよいし、あるいは、後下がりの姿勢でトランスアクスル上に固定されてもよい。ケース２４が水平配置されたときには前側面がケース前端縁となり、ケース２４が後下がりの姿勢で配置されたときには前方下側角部がケース前端縁となる。

ケース２４には、直流電圧と交流電圧との間で双方向に変換可能なインバータが収容されている。この意味でケース２４はインバータケースとも呼ばれる。また、ケース２４は、ハイブリッド自動車１０における電力制御全般を司るマイクロコンピュータを収容していてもよく、この意味でケース２４はＰＣＵ（Power Control Unit）ケースとも呼ばれる。さらに、ケース２４には、インバータのほかに、車載バッテリ（図示せず）から供給される直流電圧を昇圧してインバータに供給する一方、回生時にインバータから供給される直流電圧を降圧して車載バッテリに充電するための昇降圧コンバータが収容されてもよい。

図示していないが、ケース２４から各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２には、それぞれ３本、計６本の電力ケーブルが延びている。これらの電力ケーブルを介してインバータとモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間で電力の授受が行われる。本実施形態におけるように、ケース２４がトランスアクスル２２の直上に搭載されることで、上記電力ケーブルの余裕長を短くすることができ、コスト低減を図れる利点がある。

なお、図１ではエンジンコンパートメント１２内のエンジンユニット２０およびトランスアクスル２２の周囲は空白となっているが、これらのスペースには駆動系、冷却系、空調系等の様々な補機類または補機部材が略びっしりと配置されている。

エンジンコンパートメント１２内においてケース２４の前方の位置には、補機部材の一例である冷却液リザーブタンク（以下、単に「リザーブタンク」という）３０が配置されている。リザーブタンク３０は、例えばケース２４内のインバータ等を冷却するために用いられる冷却液を貯留する機能を有するものである。リザーブタンク３０は、ラジエータ１６とケース２４との間に位置して、ラジエータ１６の上部、または、その周囲に配置される他の部材等によって支持されている。

本実施形態では、リザーブタンク３０は、略直方体状をなし、図１に示すように、その後方に配置されるケース２４に対して平行な姿勢で配置されている。ここで平行な姿勢とは、図１に示す平面視で、リザーブタンク３０の後端縁または後側面とケース２４の前端縁２５とが平行になっていることを意味する。

ラジエータ１６とケース２４との間のスペースには何も配置しないことが好ましい。これは、このスペースに補機部材が配置される場合、図３に示すように、車両の前突時に車両前部が変形してラジエータ１６が後方へ移動すると、その移動に伴ってリザーブタンク等の補機部材が後方へ押されてケース２４に衝突することにより、ケース２４が破損する可能性があるからである。ケース２４内に収容されたインバータ等の電力変換装置はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ印加する高圧電圧を扱うためにケース２４が破損するとインバータ等が露出することとなり、車両の高圧安全性が脅かされることとなる。

他方、エンジンコンパートメント内はそもそもスペースが狭いため、エンジンコンパートメント内に配置される補機部材を上手く配置してスペース効率を良くすることが、車両のダウンサイジングやコスト低減を図るうえで好ましい。

そこで、本実施形態のハイブリッド自動車１０では、ラジエータ１６とケース２４の間に配置されるリザーブタンク３０等の補機部材について下記のような工夫を施すことにより、エンジンコンパートメント１２内のスペース効率の向上と車両の高圧安全性の確保とを両立することとした。

図４（ａ）は比較例のリザーブタンク３００の側面図、（ｂ）は本実施形態に用いられるリザーブタンク３０の側面図である。冷却液リザーブタンクは、樹脂製の容器によって構成され、その強度を高めるために外周にリブ（高強度部）３２が突出して設けられる。このようなリブ３２は容器構成部分のうちで肉厚となって他の部分３４よりも衝突荷重に対する変形強度が高くなる。すなわち、リザーブタンク３００のリブ３２が図４（ａ）に示すように車両前後方向に沿った衝突方向となったとき、リブ３２の延伸方向である前後方向にはリザーブタンク３０は比較的つぶれにくく、その後方に配置されるケース２４に対して直交する方向にリブ３２が比較的大きな衝撃荷重を作用させる。

これに対し、図４（ｂ）に示すように、リザーブタンク３０のリブ３２は、車両前突時に衝突荷重が作用する方向、すなわちリザーブタンク３０とケース２４の対向方向である車両前後方向に対して、その延伸方向が交差する向きに沿って設けられて、リザーブタンク３０が固定される構成としている。詳しくは、略直方体状をなすリザーブタンク３０の前側面３０ａおよび後側面３０ｂに対して直交しない方向に沿ってリブ３２が延伸するように形成されている。このようにリブ３２を傾斜して形成したことで、リザーブタンク３０は矢印で示す車両衝突方向に対して比較例のリザーブタンク３００よりもつぶれやすい構造となる。

リザーブタンク３０においてリブ３２の延伸方向が車両前後方向となす交差角度θは９０度未満の鋭角であれば良い。また、その交差角度θが９０度なす方向、すなわちリブ３２が車両前後方向に対して直交する方向に延伸するように形成されてもよい。さらに、上記においては、リザーブタンク３０の外周に形成された高強度部がリブであると説明したが、これに限定されるものではなく、例えば分割されたタンク要素同士を連結するためのフランジがリザーバタンクの高強度部をなしてもよい。

図５（ａ）は、比較例の冷却液リザーブタンク３００の平面図、図５（ｂ）は本実施形態に用いられる冷却液リザーブタンク３０の平面図である。リザーブタンク３００，３０は、内部に気液分離材３６を備えている。気液分離材３６は、矩形板状をなし、その面方向に沿う方向に比較的高い強度を有している。比較例のリザーブタンク３００では、気液分離材３６が車両前後方向に沿って設けられている。これに対し、本実施形態に用いられるリザーブタンク３０の気液分離材３６は、車両前後方向に対して交差する方向または傾斜した方向に沿って設けられている。このように傾斜させることで、上述したリブ３２の場合と同様に、リザーブタンク３０は矢印で示す車両衝突方向に対して比較例のリザーブタンク３００よりもつぶれやすい構造となっている。

なお、気液分離材３６を傾斜させる構造は、単独でリザーブタンクに用いられてもよいし、あるいは、上記リブやフランジを傾斜させる構造と組み合わせて用いられてもよい。

図６は、ラジエータ１６とケース２４との間に配置される補機部材がエアクリーナである例を示す。図６（ａ）は、比較例のエアクリーナ４００の側面図、図６（ｂ）は本実施形態に用いられるエアクリーナ４０の側面図である。図６に示すように、エアクリーナ４００，４０は、内部に空気流路を形成する容器または筐体４２と、容器内部に設けられたクリーナエレメント（高強度部）４４とを備える。クリーナエレメント４４は、板状をなしており、その面方向に沿う方向に比較的高い強度を有している。比較例のエアクリーナ４００では、クリーナエレメント４４が水平方向に沿って設けられている。これに対し、本実施形態に用いられるエアクリーナ４０のクリーナエレメント４４は、その面方向が水平方向に対して交差する方向または傾斜した方向に沿って設けられている。このように傾斜させることで、上述したリブ３２や気液分離材３６の場合と同様に、エアクリーナ４０は矢印で示す車両衝突方向に対して比較例のエアクリーナ４００よりもつぶれやすい構造となっている。

上述したように、本実施形態のハイブリッド自動車１０では、エンジンコンパートメント１２内においてケース２４の前方に配置される補機部材３０，４０の高強度部３２，３６，４４が、補機部材３０，４０とケース２４との対向方向である車両前後方向に対して交差する方向、または、傾斜する方向に沿って設けられており、これにより車両前突時の衝撃荷重によって補機部材３０，４０が比較例よりもつぶれやすく構成されている。これにより、図７に示すように、車両前突時に補機部材３０，４０が大きくつぶれることによって衝突エネルギーを効果的に吸収することができ、その結果、補機部材３０，４０の後方に近接して配置されるケース２４が破損しにくくなる。したがって、ハイブリッド自動車における高圧安全性が向上する。加えて、エンジンコンパートメント１２内においてケース２４の前方に補機部材３０，４０を配置することで、エンジンコンパートメント１２内のスペース効率も良くなる。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載される事項の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記においてはエンジンコンパートメント１２内においてケース２４の前方に配置される補機部材がリザーブタンク３０やエアクリーナ４０であると例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、リレーボックス、レゾネータ、電動ポンプ等の他の補機部材であってもよい。

また、上記においては、インバータ等の電力変換装置を収容したケース２４がトランスアクスル２２上に取り付けられる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ケースがブラケット等によって車両ボディに固定されてもよい。

さらに、上記においては補機部材とケースとが平行に配置される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、補機部材およびケースの少なくとも一方を車両左右方向に対して傾けて配置し、補機部材とケースとの対向方向が車両前後方向からずれるように構成してもよい。このようにすれば、図４（ａ）、図５（ａ）および図６（ａ）に示す比較例の補機部材を用いても車両前突時のケースに対する衝撃荷重を抑制する効果が見込める。

さらにまた、上記においてはケース２４の前方に位置する補機部材のさらに前方にラジエータの上部が位置するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、補機部材の前方にはラジエータ以外の他の補機部材が配置されていてもよいし、あるいは、ラジエータの上部位置が低くて補機部材の前方がフードパネルとなっている構成としてもよい。

１０ハイブリッド自動車（電動車両）、１２エンジンコンパートメント（駆動部収容室）、１３フードパネル、１４Ｌ，１４Ｒサイドメンバー、１５隔壁、１６ラジエータ、１８車輪、２０エンジンユニット、２２トランスアクスル、２３トランスアクスルハウジング、２４ケース、２５前方上側角部（前端縁）、３０，３００リザーブタンク（補機部材）、３０ａ前側面、３０ｂ後側面、３２リブ、３２，３６，４４高強度部、３４他の部分、３６気液分離材、４０，４００エアクリーナ（補機部材）、４２容器または筐体、４４クリーナエレメント、Ｂ衝突実験用バリア、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、θ 交差角度。

Claims

車両前部の駆動部収容室内に配設されたモータの駆動力により走行可能な電動車両であって、
前記駆動部収容室内に配置され、前記モータとの間で電力を授受する電力変換装置を収納したケースと、
前記駆動部収容室内において前記ケースの前方に配置される補機部材と、を備え、
前記補機部材は、構成部分のうち変形強度が他の部分よりも高い高強度部を有し、前記補機部材の高強度部が前記補機部材と前記ケースとの対向方向に対して交差する方向に沿って設けられている、
電動車両。
請求項１に記載の電動車両において、
前記ケースは前端縁が車両前後方向と直交する向きで前記駆動部収容室内に固定され、前記補機部材は平面視で前記ケースと平行をなして配置されるとともに外周部または内部に前記高強度部を有しており、前記高強度部の延伸方向または面方向が車両前後方向に対して傾斜する向きで前記補機部材が固定されている、電動車両。
請求項２に記載の電動車両において、
前記補機部材は容器を含み、前記補機部材の高強度部は前記容器の外周面に形成されている、電動車両。
請求項３に記載の電動車両において、
前記補機部材は冷却液用リザーブタンクであり、前記補機部材の高強度部はタンク外周面に形成されたリブまたはフランジであるか、前記冷却液用リザーブタンク内に設けられた気液分離材であるか、あるいは、その両方である、電動車両。
請求項３に記載の電動車両において、
前記補機部材はエアクリーナであり、前記補機部材の高強度部は容器内部に設けられるクリーナエレメントである、電動車両。