JP2015071399A

JP2015071399A - 電力分岐装置

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Publication number: JP2015071399A
Application number: JP2013209269A
Authority: JP
Inventors: 片野　剛司; Koji Katano; 剛司片野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2015-04-16
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: US9676352B2; JP5963117B2; US20150097424A1

Abstract

【課題】車両衝突時における電力分岐装置の車両後方側への移動を抑制する。【解決手段】蓄電池１７と電力制御装置１０と発電用補機類１５とに電気的に接続され、蓄電池１７からの電力を分岐して発電用補機類１５に供給し、車両の前方側に搭載され且つその搭載位置よりも後方側に高圧電線が配される電力分岐装置１６において、電力分岐装置１６のケースの表面に電力分岐装置１６よりも車両の後方側に配置された車両構成部材４００に対応する高さの突起部２００ａ、２００ｂを設けた。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電池と車両内の電力を制御する電力制御装置と高圧駆動機器に接続される電力分岐装置に関する。

近年、水素（燃料ガス）と、酸素を含む空気（酸化剤ガス）とが供給されることで発電する燃料電池の開発が進められ、この燃料電池は、例えば燃料電池搭載車両の電力源として期待されている。

この燃料電池搭載車両には、燃料電池の他、燃料電池の発電の際に作動する各種補機類を搭載する必要がある。また、これら各種補機類は、車両の電源となるバッテリなどの電力を制御する電力制御装置（Power control unit）に電気的に接続する必要がある。

かかる場合に、ハーネスにより各種補機類を電力制御装置に接続すると、高電圧のハーネスが多数本必要になり、例えば車両衝突時における安全性を確保するため、各ハーネスにプロテクターを設けたり、車両内に各ハーネス用の隙間を設けたりする必要がある。これは車両の重量増加やコストの増加を招くことになる。

このような車両の重量増加やコストの増加の問題を解決することを意図して、バッテリと電力制御装置との間の電気流路に電力分岐装置（分岐ユニット）を設け、この電力分岐装置によって分岐された電力を各種補機類等に供給する燃料電池搭載車両が知られている（例えば、下記特許文献１）。

特開２０１３−１７２４５号公報

ところで、車両衝突時に車両の前方から外力を受けることにより、車両に搭載した電力分岐装置が、当初の適正な配置から車両の後方側に移動することがある。このような場合において、電力分岐装置よりも車両の後方側に配置された高圧電線（例えば各種補機類と電力分岐装置とを電気的に接続する高圧電線）が、破損する虞があった。このため、電力分岐装置を車両の前方側に配置し、高圧電線を電力分岐装置よりも車両の後方側に配置する場合には、車両前方からの衝撃によって電力分岐装置が車両後方側に配置される高圧電線に干渉しないように考慮する必要がある。しかしながら、電力分岐装置が当初の適正な配置から車両の後方側に移動することを抑制することについては、従来は何ら具体的な検討がなされていなかった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両衝突時に分岐ユニットが車両の後方側へ移動することを抑制することができる電力分岐装置を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明に係る電力分岐装置は、蓄電池と、車両内の電力を制御する電力制御装置と、所定の電圧以上で駆動される高電圧駆動機器とに電気的に接続され、前記蓄電池からの電力を分岐して前記高電圧駆動機器に供給し、車両の前方側に搭載され且つその搭載位置よりも後方側に高圧電線が配される電力分岐装置であって、前記電力分岐装置のケースの表面には、前記電力分岐装置よりも車両の後方側に配置される車両構成部材に対応する高さの突起部が設けられていることを特徴とする。尚、本発明において、所定の電圧以上で駆動される高電圧駆動機器とは、例えばＤＣ６０Ｖ以上で駆動される高電圧駆動機器を意味する。

本発明によれば、電力分岐装置が車両の後方側に移動した際に、電力分岐装置よりも車両の後方側に配置された車両構成部材に突起部を干渉させることができるので、それ以上の車両後方側への移動を抑制することができる。その結果、電力分岐装置よりも車両の後方側に設けられた高圧電線の破損を防止することができる。

また本発明によれば、前記突起部には、車両の左右方向外側に向かうに従い前方側に傾斜して延びるリブが設けられていることも好ましい。

この好ましい態様では、突起部に車両前方側に傾斜したリブが設けられているため、車両前方から突起部へかかる衝撃を圧縮しながら受けることができる。

また本発明によれば、複数の前記突起部と、前記電力制御装置と前記ケースとを固定するための複数の固定部とを有し、少なくとも一つの前記突起部は、前記複数のうちの一つの前記固定部を通り車両前後方向に延びる延長線と他の前記固定部を通り車両前後方向に延びる延長線との間の領域に設けられていることも好ましい。

この好ましい態様では、突起部に加わった衝撃力を固定部に直接伝えることができるため、隣接する部材へ力が加わり破損することを抑制することができる。その結果、隣接する部材の強度を高める必要がなくなるので、新たに衝突対応の補強を施す必要がなく、車両の軽量化、コストの低減を図ることができる。

また本発明によれば、少なくとも一つの前記突起部は、前記ケースにおける車両前方側の側壁部を通り車両前後方向に延びる延長線上に設けられていることも好ましい。

この好ましい態様では、突起部が電力分岐装置における前方側の側壁部を通り車両前後方向に延びる延長線上に設けられているので、車両前方からの衝撃によって電力分岐装置の前方側から加わった力を、突起部に伝えやすくすることができる。

本発明によれば、車両の衝突時に電力分岐装置が車両後方側へ移動することを抑制することができるので、電力分岐装置よりも車両後方側に設けられた高圧電線の破損を防止することができる。

電力分岐装置を備えた燃料電池搭載車両の電気系統の構成の概略を示す模式図である。車両内における装置の配置例を示す模式図である。車両内の下段における装置の配置例を示す模式図である。電力分岐装置の構成の概略を示す平面図である。電力分岐装置と車両構成部材との車両高さ方向の位置関係を示す説明図である。固定部と突起部との車両前後方向の位置関係及び電力分岐装置の側壁部と突起部との車両前後方向の位置関係を示す説明図である。突起部とリブの構成の概略を示す側面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符合を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態にかかる電力分岐装置１６を備えた燃料電池搭載車両１における電気系統の構成を模式的に示す図である。なお、下記実施の形態において、電力分岐装置１６は燃料電池搭載車両１に搭載されるものであるが、これに限られず、他の車両に搭載され、車両内の他の装置と電気的に接続されていても良い。

燃料電池搭載車両１は、例えば電力制御装置（ＰＣＵ）１０に対し、燃料電池（ＦＣ）１１、前輪を駆動する駆動用モータ１２、燃料電池１１の発電の際に燃料電池１１に酸素を供給するためのエアコンプレッサ１３、車室内を空調するエアコン１４、燃料電池１１の発電の際に作動する複数の発電用補機類（高電圧駆動機器）１５、電力分岐装置１６、及び蓄電池１７が電気的に接続された構成を有している。

燃料電池１１は、例えば、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を有する固体高分子型燃料電池（単セル）が多数積層された構成を有する。この構成を有する燃料電池１１は、燃料ガスである水素と、酸化剤ガスである空気に含まれる酸素とが、各電極において電気化学反応を起こすことによって起電力を得ることができる。

電力制御装置１０は、車両内の電力を制御するものであり、燃料電池１１で発電された電力や蓄電池１７の電力を駆動用モータ１２などの電力が必要な装置に供給したり、燃料電池１１で発電された電力を蓄電池１７に蓄電したりする。

蓄電池１７は、電力分岐装置１６を介して電力制御装置１０に接続されている。電力分岐装置１６には、発電用補機類１５が電気的に接続されている。例えば電力分岐装置１６には、燃料電池１１を温めるための電気ヒータ２０、燃料電池用ポンプ、例えば燃料電池１１を冷却するための冷却水ポンプ２１のインバータ２２、燃料電池１１に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための水素ポンプ２３のインバータ２４がそれぞれ電気的に接続されている。したがって、蓄電池１７の電力は、電力分岐装置１６を介して各補機類に供給される。

図２及び図３は、燃料電池搭載車両１における電気系統の搭載例を示す。尚、以下の説明においては、特に断らない限り「前方」とは燃料電池搭載車両１の前進方向のことを示し、「後方」とは燃料電池搭載車両１の後進方向のことを示す。また、「右側」とは燃料電池搭載車両１の前進方向を向いた場合の右側のことを示し、「左側」とは燃料電池搭載車両１の前進方向を向いた場合の左側のことを示す。

図２に示すように、電力制御装置１０は、例えば方形状に形成され、車両の前部の中央に設けられている。電力制御装置１０の一の側面（図２の右側側面）には、電力分岐装置１６が配置されている。電気ヒータ２０及び蓄電池１７は、電力制御装置１０の後方側（図２のＸ方向は前方を示す。）に配置されている。インバータ２２、２４は、電力分岐装置１６の右側に配置されている。駆動用モータ１２、エアコンプレッサ１３、エアコン１４、冷却水ポンプ２１及び水素ポンプ２３は、電力制御装置１０よりも下の階層に設けられ、図３に示すように例えば駆動用モータ１２は、電力制御装置１０の左側、残りのエアコンプレッサ１３、エアコン１４、冷却水ポンプ２１及び水素ポンプ２３は、電力制御装置１０の右側に配置されている。

電力制御装置１０の後方面には、接続端子８０、８１、８２、８３が設けられ、各接続端子８０〜８３には、駆動用モータ１２、燃料電池１１、エアコン１４、エアコンプレッサ１３に通じる各ハーネス９０、９１、９２、９３がそれぞれ接続されている。これらの接続端子８０〜８３は、電力分岐装置１６の連結部３０の並びに設けられている。

図２に示すように電力分岐装置１６は、ハーネスを介さず直接的に電力制御装置１０に接続されている。具体的には、電力分岐装置１６は、平面から見て略Ｌ字状に形成され、電力制御装置１０の一の側面（右側側面）と後面に沿って形成されている。電力制御装置１０の後面側には、電力分岐装置１６と電力制御装置１０を互いに直接連結し固定するための連結部３０が設けられている。連結部３０は、例えば電力制御装置１０側の差し込み孔（図示せず）と、電力分岐装置１６側の差し込み端子（図示せず）により構成されている。よって、電力制御装置１０の差し込み孔に電力分岐装置１６の差し込み端子を差し込むことによって、電力制御装置１０と電力分岐装置１６が互いに固定され通電可能となる。

また、電力分岐装置１６の長辺部１６ａ（電力制御装置１０の右側側面に沿った部分）の上面には、蓄電池１７に通じるハーネス４０が接続されている。ハーネス４０の端子４０ａは、電力分岐装置１６のケースの上面に形成された嵌め込み穴（図示せず）に嵌め込まれ、固定されるようになっている。

また、電力分岐装置１６の電力制御装置１０と反対側（右側）には、図２に示すように接続端子５４が設けられ、この接続端子５４に、電気ヒータ２０、インバータ２２、２４に通じる各ハーネス７０、７１、７２が接続されている。このように電力分岐装置１６を設けることで、電力分岐装置１６から各発電用補機類に電力を供給することができるので、高電圧のハーネスの数の増加を抑えることができる。

また、電力分岐装置１６をより前方側に置く場合には、図４の点線で示すように、電力分岐装置１６の後方側に接続端子５４を設け、この接続端子５４に、電気ヒータ２０、インバータ２２、２４に通じる各ハーネス７０、７１、７２を接続しても良い。このように構成することで、車両の衝突によって接続端子５４及び各ハーネス７０、７１、７２が破損することを防ぐことができる。

また、電力分岐装置１６は、平面から見てL字状に形成され、電力制御装置１０の一の側面と後面に沿って形成されているので、電力制御装置１０と電力分岐装置１６とをコンパクトに一体化することができる。

また、電力分岐装置１６と蓄電池１７は、ハーネス４０によって接続されており、ハーネス４０は、電力分岐装置１６の上面に接続されているので、車両１の衝突時における高電圧のハーネス４０の接続部が保護される。また、電力分岐装置１６の他の部分にハーネス４０を接続する場合に比べて作業員のアクセスが容易になり、車両１の製造性、組み付け性を向上することができる。

後に説明するように、電力分岐装置１６には、突起部２００ａ、２００ｂと、リブ３００ａ、３００ｂ、３０１ａ、３０１ｂと、固定部（図２において図示せず）とが設けられている。突起部２００ａ、２００ｂは、車両前方からの衝撃時に、電力分岐装置１６が車両後方側へ移動することを抑制するために設けられている。また、リブ３００ａ、３００ｂ、３０１ａ、３０１ｂは、突起部２００ａ、２００ｂへかかった衝撃を圧縮しながら受けるために設けられている。

続いて、電力分岐装置１６の構成について図４、図５及び図７を参照しながら更に説明する。図４は、電力分岐装置１６の構成の概略を示す平面図である。図５は、電力分岐装置１６と車両構成部材４００との車両高さ方向の位置関係を示す説明図である。図７は、突起部２００ｂとリブ３０１ａ、３０１ｂの構成の概略を示す側面図である。

電力分岐装置１６は、車両前方側に搭載され、且つその搭載位置よりも後方側に高圧電線（例えば、図４に示すハーネス４０等）が配される。また、電力分岐装置１６は、その表面に突起部２００ａ、２００ｂと、リブ３００ａ、３００ｂ、３０１ａ、３０１ｂとを備え、電力分岐装置１６と電力制御装置１０との接続部分には固定部１１０、１１１、１１２とを備えている。

図４に示すように、突起部２００ａ、２００ｂは、電力分岐装置１６のケース表面から車両の高さ方向に突出して設けられている。突起部２００ａ、２００ｂは、左右方向に離間した状態で並設され、車両前後方向に延びて形成される。突起部２００ａ、２００ｂのうち一方の突起部２００ａは、電力分岐装置１６における外側（図４では右側）に設けられ、他方の突起部２００ｂは、電力分岐装置１６における内側（図４では左側）に設けられている。本実施形態の場合、突起部２００ａは１つ、突起部２００ｂは１つ設けられ、それぞれ略同等の高さになるように設けられているが、その個数や長さは適宜変更可能なものである。

また、図５に示すように、突起部２００ａ、２００ｂは、その上端２００ａａが電力分岐装置１６よりも車両後方側に配置される車両構成部材４００の下端４００ａよりも車両高さ方向の上方に位置するように設けられている。すなわち、突起部２００ａ、２００ｂは、電力分岐装置１６が車両後方側（図５では右側）に移動した際に、車両構成部材４００に当接する高さに位置するように電力分岐装置１６から突出して設けられている。本実施形態の場合、車両構成部材４００は、例えば、ダッシュパネル、カウルを意味する。

このように構成することにより、車両前方側からの衝撃によって電力分岐装置１６が車両後方側に移動した際に、電力分岐装置１６に設けられた突起部２００ａ、２００ｂと電力分岐装置１６よりも車両後方側に配置された車両構成部材４００とが当接するため、電力分岐装置１６が車両後方側に移動することを抑制することができる。その結果、車両後方側に配置された高圧電線が破損することを防ぐことができる。

また、図４に示すように、電力分岐装置１６に設けられた突起部２００ａの内側（図４では突起部２００ａの左側側面）には、リブ３００ａ、３００ｂが設けられている。リブ３００ａ、３００ｂは、例えば突起部２００ａの左側側面から左側に突出して複数設けられている。また、リブ３００ａ、３００ｂは、車両前後方向の前方側に傾斜した状態で突起部２００ａと一体に形成されている。本実施形態では、突起部２００ａの左側側面に沿って車両前後方向にリブ３００ａが１つ、リブ３００ｂが１つ、それぞれ設けられているが、この個数は適宜変更可能なものである。

また、図４及び図７に示すように、電力分岐装置１６に設けられた突起部２００ｂの外側（図４では突起部２００ｂの右側側面）には、リブ３０１ａ、３０１ｂが設けられている。リブ３０１ａ、３０１ｂは、例えば突起部２００ｂの右側側面から右側に突出して複数設けられている。また、リブ３０１ａ、３０１ｂは、車両前後方向の前方側に傾斜した状態で突起部２００ｂと一体に形成されている。本実施形態では、突起部２００ｂの右側側面に沿って車両前後方向にリブ３０１ａが１つ、リブ３０１ｂが１つ、それぞれ設けられているが、この個数は適宜変更可能なものである。

このように突起部２００ａ、２００ｂに車両前方側に傾斜したリブ３００ａ、３００ｂ、３０１ａ、３０１ｂをそれぞれ設けることにより、車両前方側からの衝撃時に、突起部２００ａ、２００ｂにかかる衝撃を圧縮しながら受けることができる。また、上述したように突起部２００ａ、２００ｂ及びリブ３００ａ、３００ｂが例えば鋳造により電力分岐装置１６のケースと一体に製造された場合、鋳造品は引張方向よりも圧縮方向の強度が強いので、車両前方からの衝撃によって圧縮荷重が作用したときの剛性を向上させることができる。

また、図４に示すように、電力分岐装置１６と電力制御装置１０との接続部分には、固定部１１０、１１１、１１２が設けられている。固定部１１０、１１１、１１２は、電力分岐装置１６と電力制御装置１０とを締結するための部材である。本実施形態では、電力分岐装置１６と電力制御装置１０とを締結する部分に例えば３つ形成されている。固定部１１０、１１１、１１２は、例えば貫通孔のある板状部材により構成されており、固定部１１０、１１１、１１２の貫通孔と電力制御装置１０の孔にボルト１２０を通して電力分岐装置１６と電力制御装置１０とを締結することができる。

続いて、図６を参照しながら、固定部１１０、１１１、１１２と突起部２００ｂとの車両前後方向の位置関係、及び電力分岐装置１６の側壁部Ｗと突起部２００ａとの車両前後方向の位置関係について説明する。

まず、固定部１１０、１１１、１１２と突起部２００ｂとの車両前後方向の位置関係について説明する。図６に示すように、電力分岐装置１６に設けられた少なくとも１つの突起部２００ｂは、一方の固定部１１１を通り車両前後方向に延びる延長線Ｌ１と、他方の固定部１１２を通り車両前後方向に延びる延長線Ｌ２との間の領域に位置するように設けられている。本実施形態では、突起部２００ｂは、固定部１１１、１１２に対して車両後方側に設けられ、突起部２００ｂの長手方向全長に亘って延長線Ｌ１と延長線Ｌ２との間の領域に収まるように設けられている。尚、本実施形態では、延長線Ｌ１と延長線Ｌ２との間の領域に突起部２００ｂを１つ配置しているが、複数配置しても良く、その個数は適宜変更可能なものである。また、３つの固定部１１０、１１１、１１２のうち、左側に配置された２つの固定部１１１を通り車両前後方向に延びる延長線Ｌ１と固定部１１２を通り車両前後方向に延びる延長線Ｌ２との間の領域に突起部２００ｂを配置する場合だけでなく、右側に配置された２つの固定部１１０を通り車両前後方向に延びる延長線（図示せず）と固定部１１１を通り車両前後方向に延びる延長線Ｌ２との間の領域に突起部２００ｂを配置することも可能である。

このように突起部２００ｂを設けることで、突起部２００ｂへ加わった衝撃力を固定部１１１、１１２に直接伝えることができるため、車両前方からの衝撃時に、電力分岐装置１６が固定部１１１、１１２の周辺を回転する方向に移動することを抑制することができる。また、車両前方からの衝撃時に、突起部２００ｂへ加わった衝撃力を固定部１１１、１１２に直接伝えることができるため、固定部１１１、１１２に隣接する部材へ力が加わり破損することを抑制することができる。つまり、固定部１１１、１１２に隣接する部材の強度を高める必要をなくすことができるため、新たに衝突対応の補強を施す必要がなく、車両の重量増加やコストの増加を抑えることができる。

次に、電力分岐装置１６におけるケースの側壁部Ｗと突起部２００ａとの車両前後方向の位置関係について説明する。図６に示すように、電力分岐装置１６のケースの長辺部１６ａにおける左側の側壁部Ｗ（図６では電力制御装置１０の右側側面に沿った部分）は、所定の幅に設定される肉厚を有している。すなわち、本実施形態における側壁部Ｗとは、電力分岐装置１６の長辺部１６ａにおける左側の外壁Ｄ１と電力分岐装置１６の長辺部１６ａにおける左側の内壁Ｄ２との間の部分を意味している。そして、側壁部Ｗを通り車両前後方向に延びる延長線上に、換言すれば、外壁Ｄ１を通り車両前後方向に延びる延長線Ｒ１と、内壁Ｄ２を通り車両前後方向に延びる延長線Ｒ２との間に少なくとも１つの突起部２００ａの一部又は全部が設けられている。つまり、本実施形態の場合には、延長線Ｒ１と延長線Ｒ２との間に突起部２００ａの一部が収まっているが、延長線Ｒ１と延長線Ｒ２との間に突起部２００ａが完全に収まっていてもよい。尚、本実施形態では、側壁部Ｗを通り車両前後方向に延びる延長線上に突起部２００ａを１つ配置しているが、複数配置しても良く、その個数は適宜変更可能なものである。

このように側壁部Ｗを通り車両前後方向の延びる延長線上に少なくとも一つの突起部２００ａを設けているため、車両前方からの衝撃によって電力分岐装置１６の前方側から加わった力を、突起部２００ａに伝えやすくすることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の実施形態でも実施することが可能である。

例えば上記実施の形態において電力制御装置は、蓄電池及び燃料電池以外のエアコン、駆動用モータ、エアコンプレッサと電気的に接続されていたが、それに限られず、車両内の他の装置と電気的に接続されていてもよい。また、当該他の装置には、エアコンプレッサのように発電時に作動する発電用補機類の一部が含まれていてもよい。また、上記実施の形態では、電力分岐装置に接続される発電用補機類が、電気ヒータ、インバータを含む水素ポンプや冷却用ポンプであったが、発電用補機類の種類や数も適宜変更できる。さらに、上記実施の形態では、電力制御装置と電力分岐装置が直接接続されていたが、ハーネスで接続されている場合も本発明は適用できる。

１：燃料電池搭載車両
１０：電力制御装置
１１：燃料電池
１２：駆動用モータ
１３：エアコンプレッサ
１４：エアコン
１５：発電用補機類
１６：電力分岐装置
１７：蓄電池
２０：電気ヒータ
２１：冷却水ポンプ
２２、２４：インバータ
２３：水素ポンプ
３０：連結部
４０：ハーネス
１１０、１１１、１１２：固定部
１２０：ボルト
２００ａ、２００ｂ：突起部
３００ａ、３００ｂ、３０１ａ、３０１ｂ：リブ
４００：車両構成部材

Claims

蓄電池と、車両内の電力を制御する電力制御装置と、所定の電圧以上で駆動される高電圧駆動機器とに電気的に接続され、前記蓄電池からの電力を分岐して前記高電圧駆動機器に供給し、車両の前方側に搭載され且つその搭載位置よりも後方側に高圧電線が配される電力分岐装置であって、
前記電力分岐装置のケースの表面には、前記電力分岐装置よりも車両の後方側に配置される車両構成部材に対応する高さの突起部が設けられていることを特徴とする電力分岐装置。
前記突起部には、車両の左右方向外側に向かうに従い前方側に傾斜して延びるリブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電力分岐装置。
複数の前記突起部と、前記電力制御装置と前記ケースとを固定するための複数の固定部とを有し、
少なくとも一つの前記突起部は、前記複数のうちの一つの前記固定部を通り車両前後方向に延びる延長線と他の前記固定部を通り車両前後方向に延びる延長線との間の領域に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力分岐装置。
少なくとも一つの前記突起部は、前記ケースにおける車両前方側の側壁部を通り車両前後方向に延びる延長線上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電力分岐装置。