JP3956814B2 - 高電圧機器収納箱 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に搭載された高電圧機器の保守および点検を安全に行なう高電圧機器の構造および高電圧コネクタに関し、特に、高電圧電源を機構的および電気的に遮断して保守および点検を行える高電圧機器の構造および高電圧コネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気自動車の構造において、ブレーカ装置および高電圧機器を客室および荷室から隔絶した空間に配置し、保守用リッドで覆って閉空間内に収容するよう構成されている。高電圧機器の保守および点検に際しては、高電圧に対する安全性の確保のために、充分な安全対策が必要不可欠になる。特開平７−２１２９０３号公報は、ブレーカスイッチを切り忘れても安全に保守および点検を行なうことができる電気自動車の車両構造を開示する。
【０００３】
この公報に開示された車両構造は、高電圧電源で駆動される高電圧機器を収納する収納箱と、収納箱を覆う保守用リッドと、保守用リッドの開閉を検出する開閉センサと、高電圧電力の供給および遮断を制御するブレーカ装置と、開閉センサが検出するセンサ信号に基づいて、高電圧機器への高電圧電力の供給を遮断するようにブレーカ装置を制御する制御回路とを含む。
【０００４】
この車両構造によると、保守用リッドの開閉を検出する開閉センサを設け、保守用リッドを外した場合にはセンサ信号に基づいてブレーカ装置を、高電圧機器への高電圧電力の供給を遮断するようにした。そのため、高電圧機器の保守および点検の際には、自動的に高電圧電力の供給が停止されるので、安全に作業することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２１２９０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した公報に開示された車両構造では、以下のような問題点がある。すなわち、電気自動車に搭載されるＰＣＵ（Power Control Unit）は、高電圧機器であるインバータやコンバータ等が収納箱に収納されたユニットである。このようなインバータやコンバータの高電圧機器には、パワーケーブルが接続される高電圧コネクタが設けられている。収納箱を覆う保守用リッドを開かないでこのような高電圧コネクタを取外すことが可能であるので、高電圧コネクタを取外しに際して、ブレーカ装置により高電圧電力の供給が停止されないままの状態が発生し得る。このとき、通電された状態で、高電圧コネクタが取外されることになる。この場合、保守および点検の作業者の高電圧に対する安全性を充分に確保する必要がある。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱および高電圧コネクタを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る高電圧機器収納箱は、高電圧機器をその内部に収納するものである。この高電圧機器収納箱は、高電圧機器収納箱の外部の機器に接続されたケーブルと高電圧機器とを電気的に接続するための接続手段と、接続手段の機械的な接続が接続手段のみで解除されることを防止するために、接続手段が接触されることを防止するための固定手段と、固定手段が取外されたことに応答して、接続手段を用いた高電圧機器と機器との電気的な接続状態を、非接続状態に変更するための変更手段とを含む。
【０００９】
第１の発明によると、高電圧収納箱には、接続手段として、たとえば高電圧コネクタが設けられる。この接続手段は、高電圧機器収納箱の外部の機器に接続されたケーブルと高電圧機器とを電気的に接続する。この接続手段は、固定手段により、接続手段の機械的な接続が接続手段のみで解除されないようになる。変更手段は、固定手段が取外されたことに応答して、接続手段を用いた高電圧機器と機器との電気的な接続状態を、非接続状態に変更する。これにより、作業者が接続手段である高電圧コネクタを取外す際には、この高電圧コネクタを引き抜くという機械的な接続の解除を行なう前に、機械的な接続のみが解除できないように防止された固定手段を外す。固定手段を外すと、変更手段により電気的な接続状態が非接続状態に変更されて、高電圧が通電されている状態や通電される可能性がある状態から、通電される可能性がない状態に変更される。その結果、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱を提供することができる。
【００１０】
第２の発明に係る高電圧機器収納箱は、第１の発明の構成に加えて、変更手段は、固定手段に取付けられたインターロック回路と、固定手段が取外されたことに応答してインターロック回路が開くと、電気的な接続状態を、非接続状態に変更する回路とを含む。
【００１１】
第２の発明によると、固定手段にインターロック回路を設けておく。固定手段が取外されると、このインターロック回路が開く。インターロック回路が開くと、電気的な接続状態が非接続状態に変更される。これにより、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱を提供することができる。
【００１２】
第３の発明に係る高電圧機器収納箱は、第１または２の発明の構成に加えて、高電圧機器に接触できないようにするための上蓋と、固定手段に接続され、上蓋のみでの着脱を防止するための防止手段とをさらに含む。
【００１３】
第３の発明によると、上蓋が開かれると高電圧機器収納箱に収納されたインバータやコンバータなどの高電圧機器に作業者が接触する可能性がある。防止手段は、この上蓋のみでの着脱を防止する。この防止手段は、固定手段に接続されているので、固定手段が取外されない限り上蓋が取外されることがない。そのため、上蓋を外す時に、固定手段が取外されるため、変更手段が、固定手段が取外されたことに応答して、接続手段を用いた高電圧機器と機器との電気的な接続状態を、非接続状態に変更する。これにより、作業者が接続手段である高電圧コネクタを取外す際に加えて、高電圧機器収納箱の上蓋を取外す際には、高電圧が通電されている状態や通電される可能性がある状態から、通電される可能性がない状態に変更される。その結果、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱を提供することができる。
【００１４】
第４の発明に係る高電圧機器収納箱は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、車両に搭載されるための保持手段をさらに含む。
【００１５】
第４の発明によると、高電圧機器収納箱は、保持手段により車両に搭載される際に保持される。この場合、車両には、電気モータのみを動力源とする電気自動車、エンジンおよび電気モータ等の２つ以上の動力源を有するハイブリッド自動車、燃料電池を駆動源とする燃料電池自動車などの車両であって、車両を駆動するための高電圧駆動源であるモータジェネレータ等を搭載した車両である。高電圧機器収納箱に収納された高電圧機器は、これらの駆動源である電気機器に高電圧の電力を供給する。
【００２０】
第７の発明に係る高電圧機器収納箱は、第１〜４のいずれかの発明の構成において、接続手段が、人の手で接触可能な位置に配置されるものである。
【００２１】
第７の発明によると、人の手で接触可能な位置に高電圧収納箱の接続手段が配置される。これにより、作業者がその手で接続手段である高電圧コネクタを取外す際には、この高電圧コネクタを引き抜くという機械的な接続の解除を行なう前に、機械的な接続のみが解除できないように防止された固定手段を外すので、通電される可能性がない状態に変更される。その結果、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱を提供することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２５】
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態にかかる高電圧機器収納箱（以下、ＰＣＵボックスと記載する）が搭載される車両であって、燃料電池および二次電池により電気モータを駆動する車両について説明する。図１に示すブロック図は車両の上方から見た模式図である。この車両は、水素吸蔵合金から供給された水素またはメタノール等を改質器で改質して供給された水素と、空気中に含まれる酸素との反応により電気を発生させる燃料電池（ＦＣ：Fuel Cell）１０と、走行用モータ２０と、回生制動時に走行用モータ２０をジェネレータとして機能させて回収した電気を充電したり加速時に燃料電池１０の出力では不足する電気を放電したりする二次電池１２と、車両を走行させるための走行用モータ２０と、燃料電池１０に酸素を供給するためのエア供給用コンプレッサ３０とを含む。本実施の形態にかかるＰＣＵボックスには、インバータやコンバータなどの高電圧機器であるＰＣＵ（Power Control Unit）５０が収納される。これらの燃料電池１０、二次電池１２、走行用モータ２０およびエア供給用コンプレッサ３０とＰＣＵ５０とは、高圧ケーブルで接続されている。これらの機器と接続される高圧ケーブルは、ＰＣＵ５０とコネクタにより接続されている。これらのコネクタは、エンジンルーム等の干渉部材４０側に突出させて配置させているので、ＰＣＵ５０を収納したＰＣＵボックスをエンジンルームから取出さない限り、外すことができない。
【００２６】
ＰＣＵ５０には、エアコンコンプレッサ７０と、水素供給ポンプ８０と、燃料電池１０のセルを冷却するＦＣ冷却ポンプとが接続される。ＰＣＵ５０とエアコンコンプレッサ７０とは、３相のパワーケーブル７２により、ＰＣＵ５０と水素供給ポンプ８０とは、３相のパワーケーブル８２により、ＰＣＵ５０とＦＣ冷却用ポンプ９０とは、３相のパワーケーブル９２によりそれぞれ接続されている。したがって、ＰＣＵ５０が収納されるＰＣＵボックスには、上記したエンジンルーム等の干渉部材４０側に突出させて配置させた以外のコネクタとして、３相のパワーケーブルを３本をそれぞれ接続するためのコネクタ６０が設けられる。このコネクタ６０についての詳細は後述する。
【００２７】
ＰＣＵ５０を収納した本実施の形態に係るＰＣＵボックスが搭載される車両のパワートレインについては、図１に示したパワートレインは一例であって、上述した以外の例えば電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の高電圧機器を搭載するパワートレインであってもよい。
【００２８】
図２に、本実施の形態に係るＰＣＵボックスの外観図を示す。図２に示すように、このＰＣＵボックス１００は、ＰＣＵボックス筐体１２２と、その筐体１２２の上部に設けられるＰＣＵアッパーカバー１２０とから構成される。またＰＣＵボックス１００の側面には、３相電力が通電されるパワーケーブル１０２に接続されたコネクタ１０４が接続される。このパワーケーブル１０２およびコネクタ１０４は、前述の図１を用いて説明した３相パワーケーブル７２、８２、９２およびコネクタ６０に相当する。ＰＣＵアッパーカバー１２０は、複数のアッパーカバー取付穴１１４に取付ボルト１１６を挿入してナットを締付けることにより、ＰＣＵボックス筐体１２２に取付けられる。
【００２９】
図２に示すように、アッパーカバー取付穴１１４を用いて、ＰＣＵボックス筐体部１２２とＰＣＵアッパーカバー１２０とを固着させるための取付ボルト１１６には、インターロック信号線１１０が接続された圧着端子１１２が共締めされる。すなわち、図２に示すＰＣＵボックス１００においては、アッパーカバー１２０を取外す際に取付ボルト１１６が取外される。このとき、圧着端子１１２に接続されたインターロック信号線１１０が外れることにより、ＰＣＵアッパーカバー１２０が取外されたことを検知する。
【００３０】
また、図２に示すように、ＰＣＵボックス１００のコネクタ１０４には、作業者がコネクタ１０４に接触できないようにセーフティバー１０６が設けられる。セーフティバー１０６には、アッパーカバー脱落防止用爪部１０８が設けられ、セーフティバー１０６を取外さない限り、アッパーカバー取付穴１１４に取付けられたボルト１１６をすべて取外したとしても、ＰＣＵアッパーカバー１２０を取外すことはできない。
【００３１】
図３に、図２のＰＣＵボックス１００の側部の拡大斜視図を示す。図３に示すように、セーフティバー１０６は、セーフティバー取付ボルト１３０をセーフティバー取付穴に挿入してナットを締付けることにより、ＰＣＵボックス筐体１２２に取付けられる。このセーフティバー１０６は前述の説明のようにアッパーカバー脱落防止用爪部１０８が固着されており、セーフティバー１０６のすべての取付ボルト１３０を取外さない限り、アッパーカバー取付穴１１４に取付けられたボルト１１６をすべて取外したとしても、ＰＣＵアッパーカバー１２０をＰＣＵボックス筐体１２２から取外すことはできない。
【００３２】
図４を参照して、セーフティバー１０６について説明する。図４に示すように、セーフティバー１０６は、３つのコネクタ１０４を作業者により接触されることがないような形状を有する。また複数のセーフティバー取付穴１３２を有する。前述の説明のようにセーフティバー１０６は、セーフティバー取付穴１３２にセーフティバー取付ボルト１３０を挿入しナットを締付けることにより、ＰＣＵボックス筐体１２２に取付けられる。また、図４に示すようにセーフティバー１０６には予めアッパーカバー脱落防止用爪部１０８が固着されている。
【００３３】
なお、図２に示すように、アッパーカバー取付穴１１４に取付ける取付ボルト１１６とインターロック信号線１１０とを共締めするようにしてもよいが、図４に示すセーフティバー取付穴１３２に挿入されるセーフティバー取付ボルト１３０とインターロック信号線１１０とを共締めしてもよい。
【００３４】
図５を参照して、本実施の形態に係るＰＣＵボックス１００のインターロック信号線１１０が外された場合の制御を実行するシステムの制御ブロック図について説明する。この制御は、図５に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００により実行される。
【００３５】
ＥＣＵ１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１０と、ＣＰＵ１０１０で実行されるプログラムや各種データを記憶したメモリ１０２０と、入出力インターフェイス１０３０と、ＣＰＵ１０１０、メモリ１０２０および入出力インターフェイス１０３０を接続するバス１０４０と、インターロック回路１０５０とを含む。インターロック回路１０５０は、ＥＣＵ外部のインターロック１４００と接続されている。
【００３６】
インターロック回路１０５０は、２つの抵抗１０５４、１０５６とコンパレータ１０５２とを含む。
【００３７】
インターロック１４００が閉じていると（正常状態であると）、コンパレータ１０５２からＬｏレベルのインターロック信号が出力され、ＣＰＵ１０１０から高電圧インターロック制御回路１１００にＨｉレベルの高電圧電力供給信号が出力される。
【００３８】
すなわち、インターロック１４００が閉じているため、入出力インターフェイス１０３０を介してインターロック回路１０５０からＬｏレベルのインターロック信号がＣＰＵ１０１０に入力される。Ｌｏレベルのインターロック信号を検知したＣＰＵ１０１０が入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００にＨｉレベルの高電圧電力供給信号を出力して、高電圧インターロック制御回路１１００が高電圧電源１３００からＰＣＵ１２００に高電圧を供給するように制御する。
【００３９】
一方、インターロック１４００が開いていると（異常状態であると）、コンパレータ１０５２からＨｉレベルのインターロック信号が出力され、ＣＰＵ１０１０から高電圧インターロック制御回路１０１０にＬｏレベルの高電圧電力供給指示信号が出力される。
【００４０】
すなわち、インターロック１４００が開いているため、入出力インターフェイス１０３０を介してインターロック回路１０５０からＨｉレベルのインターロック信号がＣＰＵ１０１０に入力される。Ｈｉレベルのインターロック信号を検知したＣＰＵ１０１０が入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００にＬｏレベルの高電圧電力供給指示信号を出力して、高電圧インターロック制御回路１１００が高電圧電源１３００からＰＣＵ１２００に供給される高電圧を遮断するように制御する。
【００４１】
なお、コンパレータ１０５２は、入力される２つの電圧の差が大きいとＨｉレベルの信号を、差が小さいとＬｏレベルの信号を出力する。
【００４２】
ＥＣＵ１０００には、入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００が接続される。高電圧インターロック制御回路１１００は、パワーケーブル１０２を介してＰＣＵ１２００と高電圧電源１３００とに接続される
図６を参照して、図５に示すＣＰＵ１０１０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００４３】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＣＰＵ１０１０は、インターロック信号がＬｏレベルであるか否かを判断する。インターロック信号は、入出力インターフェイス１０３０を介してインターロック回路１０５０のコンパレータ１０５２から入力される。インターロック信号がＬｏレベルであると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ２００へ移される。
【００４４】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１０１０は、高電圧インターロック制御回路１１００へ高電圧電力供給遮断指示を出力する。この後、処理はＳ１００に戻される。
【００４５】
Ｓ３００にて、ＣＰＵ１０１０は、高電圧インターロック制御回路１１００へ高電圧電力供給指示を出力する。この後、処理はＳ１００へ戻される。
【００４６】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るＰＣＵボックス１００およびＥＣＵ１０００の動作について説明する。
【００４７】
図２に示すように、ＰＣＵボックス１００のインターロック信号線１１０が、アッパーカバー取付穴１１４に設けられたアッパーカバー取付ボルトにより共締めされているか、セーフティバー取付穴１３２に設けられたセーフティバー取付ボルト１３０により共締めされている場合には、インターロック１４００が閉じた状態となる。このため、コンパレータ１０５２からＬｏレベルのインターロック信号が出力される。
【００４８】
ＣＰＵ１０１０は、インターロック信号がＬｏレベルであることを検知し（Ｓ１００にてＹＥＳ）、高電圧インターロック制御回路１１００へ高電圧電力供給指示を出力する（Ｓ２００）。このときＨｉレベルの高電圧電力供給指示信号が出力される。この信号を受けた高電圧インターロック制御回路１１００は、高電圧電源１３００とＰＣＵ１２００とをパワーケーブル１０２を用いて電気的に接続する。
【００４９】
車両に搭載されたＰＣＵボックス１００の、アッパーカバー取付ボルト１１４またはセーフティバー取付ボルト１３０を作業者が外すと、インターロック信号線１００が外れる。このとき、インターロック１４００が開いた状態となる。このため、コンパレータ１０５２からＨｉレベルのインターロック信号が出力される。
【００５０】
ＣＰＵ１０１０は、インターロック信号がＬｏレベルでないことを検知し（Ｓ１００にてＮＯ）、高電圧インターロック制御回路１１００へ高電圧電力供給遮断指示を出力する（Ｓ２００）。このときＬｏレベルの高電圧電力供給指示信号が出力される。この信号を受けた高電圧インターロック制御回路１１００は、パワーケーブル１０２を用いて電気的に接続された高電圧電源１３００とＰＣＵ１２００とを切断して、ＰＣＵ１２００に高電圧電力が供給される可能性をなくする。
【００５１】
図７に、このような動作のタイミングチャートを示す。図７に示すように、アッパーカバー取付穴１１４に、インターロック信号線１１０が接続されている場合やセーフティバー取付穴１３２にインターロック信号線１１０が接続されている場合には、インターロック信号がＬｏレベルとなる。この場合、ＣＰＵ１０１０から入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００に、Ｈｉレベルの高電圧電力供給指示信号が出力される。高電圧インターロック制御回路１１００は、この高電圧電力供給指示信号がＨｉレベルであることに応答して、高電圧電力の供給をオン状態とし、高電圧電源１３００からパワーケーブル１０２を介してＰＣＵ１２００に高電圧電力を供給する。
【００５２】
一方、アッパーカバー取付穴１１４に設けられたアッパーカバー取付ボルト１１６やセーフティバー取付穴１３２に設けられたセーフティバー取付ボルト１３０が取外されて、インターロック信号線１１０がＰＣＵボックス筐体１２２から取外されると、インターロック信号がＨｉレベルからＬｏレベルに切換わる。インターロック信号がＬｏレベルからＨｉレベルに切換わったことに応答して、ＣＰＵ１０１０は、入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００に出力される高電圧電力供給指示信号を、ＨｉレベルからＬｏレベルに変更する。高電圧インターロック制御回路１１００は、ＣＰＵ１０１０から受信した高電圧電力供給指示信号がＨｉレベルからＬｏレベルに切換わったことに応答して、高電圧電源１３００からパワーケーブル１０２を介してＰＣＵ１２００に供給される高電圧電力の供給をオフにする。
【００５３】
以上のようにして、本実施の形態に係るＰＣＵボックスによると、作業者が、セーフティバーやアッパーカバーを取外そうとすると、インターロック回路が作動して、ＰＣＵに高電圧電力が供給されなくなる。そのため、コネクタを取外すためにセーフティバーを取外したり、ＰＣＵボックスの内部の点検のためにＰＣＵアッパーカバーを取外そうとするとインターロックが働いて、高電圧電源からの電力供給が遮断される。その結果、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保したＰＣＵボックスを提供することができる。
【００６４】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るＰＣＵボックスが搭載される車両のパワートレインを示す図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態に係るＰＣＵボックスの外観図である。
【図３】 図２の拡大図である。
【図４】 図２のセーフティバーを表わす図である。
【図５】 電源を管理するＥＣＵを含む制御ブロック図である。
【図６】 ＥＣＵで実行される処理のフローチャートである。
【図７】 ＥＣＵにおける制御信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０ 燃料電池、１２ 二次電池、２０ 走行用モータ、３０ エア供給用コンプレッサ、４０ 干渉部材、５０ ＰＣＵ、６０ コネクタ、７０ エアコンコンプレッサ、８０ 水素供給用ポンプ、９０ ＦＣ冷却用ポンプ、７２，８２，９２ ３相パワーケーブル、１００ ＰＣＵボックス、１０２ パワーケーブル、１０４ コネクタ、１０６ セーフティバー、１０８ アッパーカバー脱落防止用爪部、１１０，２０２，３０２ インターロック信号線、１１２ 圧着端子、１１４ アッパーカバー取付穴、１１６ アッパーカバー取付ボルト、１２０ ＰＣＵアッパーカバー、１２２ ＰＣＵボックス筐体、１３０ セーフティバー取付ボルト、１３２ セーフティバー取付穴、１０００ ＥＣＵ、１０１０ ＣＰＵ、１０２０ メモリ、１０３０ 入出力インターフェイス、１０４０ バス、１０５０ インターロック回路、１１００ 高電圧インターロック制御回路、１２００ ＰＣＵ、１３００ 高電圧電源、１４００ インターロック。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に搭載された高電圧機器の保守および点検を安全に行なう高電圧機器の構造および高電圧コネクタに関し、特に、高電圧電源を機構的および電気的に遮断して保守および点検を行える高電圧機器の構造および高電圧コネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気自動車の構造において、ブレーカ装置および高電圧機器を客室および荷室から隔絶した空間に配置し、保守用リッドで覆って閉空間内に収容するよう構成されている。高電圧機器の保守および点検に際しては、高電圧に対する安全性の確保のために、充分な安全対策が必要不可欠になる。特開平７−２１２９０３号公報は、ブレーカスイッチを切り忘れても安全に保守および点検を行なうことができる電気自動車の車両構造を開示する。
【０００３】
この公報に開示された車両構造は、高電圧電源で駆動される高電圧機器を収納する収納箱と、収納箱を覆う保守用リッドと、保守用リッドの開閉を検出する開閉センサと、高電圧電力の供給および遮断を制御するブレーカ装置と、開閉センサが検出するセンサ信号に基づいて、高電圧機器への高電圧電力の供給を遮断するようにブレーカ装置を制御する制御回路とを含む。
【０００４】
この車両構造によると、保守用リッドの開閉を検出する開閉センサを設け、保守用リッドを外した場合にはセンサ信号に基づいてブレーカ装置を、高電圧機器への高電圧電力の供給を遮断するようにした。そのため、高電圧機器の保守および点検の際には、自動的に高電圧電力の供給が停止されるので、安全に作業することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２１２９０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した公報に開示された車両構造では、以下のような問題点がある。すなわち、電気自動車に搭載されるＰＣＵ（Power Control Unit）は、高電圧機器であるインバータやコンバータ等が収納箱に収納されたユニットである。このようなインバータやコンバータの高電圧機器には、パワーケーブルが接続される高電圧コネクタが設けられている。収納箱を覆う保守用リッドを開かないでこのような高電圧コネクタを取外すことが可能であるので、高電圧コネクタを取外しに際して、ブレーカ装置により高電圧電力の供給が停止されないままの状態が発生し得る。このとき、通電された状態で、高電圧コネクタが取外されることになる。この場合、保守および点検の作業者の高電圧に対する安全性を充分に確保する必要がある。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱および高電圧コネクタを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る高電圧機器収納箱は、高電圧機器をその内部に収納するものである。この高電圧機器収納箱は、高電圧機器収納箱の外部の機器に接続されたケーブルと高電圧機器とを電気的に接続するための接続手段と、接続手段の機械的な接続が接続手段のみで解除されることを防止するために、接続手段が接触されることを防止するための固定手段と、固定手段が取外されたことに応答して、接続手段を用いた高電圧機器と機器との電気的な接続状態を、非接続状態に変更するための変更手段とを含む。
【０００９】
第１の発明によると、高電圧収納箱には、接続手段として、たとえば高電圧コネクタが設けられる。この接続手段は、高電圧機器収納箱の外部の機器に接続されたケーブルと高電圧機器とを電気的に接続する。この接続手段は、固定手段により、接続手段の機械的な接続が接続手段のみで解除されないようになる。変更手段は、固定手段が取外されたことに応答して、接続手段を用いた高電圧機器と機器との電気的な接続状態を、非接続状態に変更する。これにより、作業者が接続手段である高電圧コネクタを取外す際には、この高電圧コネクタを引き抜くという機械的な接続の解除を行なう前に、機械的な接続のみが解除できないように防止された固定手段を外す。固定手段を外すと、変更手段により電気的な接続状態が非接続状態に変更されて、高電圧が通電されている状態や通電される可能性がある状態から、通電される可能性がない状態に変更される。その結果、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱を提供することができる。
【００１０】
第２の発明に係る高電圧機器収納箱は、第１の発明の構成に加えて、変更手段は、固定手段に取付けられたインターロック回路と、固定手段が取外されたことに応答してインターロック回路が開くと、電気的な接続状態を、非接続状態に変更する回路とを含む。
【００１１】
第２の発明によると、固定手段にインターロック回路を設けておく。固定手段が取外されると、このインターロック回路が開く。インターロック回路が開くと、電気的な接続状態が非接続状態に変更される。これにより、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱を提供することができる。
【００１２】
第３の発明に係る高電圧機器収納箱は、第１または２の発明の構成に加えて、高電圧機器に接触できないようにするための上蓋と、固定手段に接続され、上蓋のみでの着脱を防止するための防止手段とをさらに含む。
【００１３】
第３の発明によると、上蓋が開かれると高電圧機器収納箱に収納されたインバータやコンバータなどの高電圧機器に作業者が接触する可能性がある。防止手段は、この上蓋のみでの着脱を防止する。この防止手段は、固定手段に接続されているので、固定手段が取外されない限り上蓋が取外されることがない。そのため、上蓋を外す時に、固定手段が取外されるため、変更手段が、固定手段が取外されたことに応答して、接続手段を用いた高電圧機器と機器との電気的な接続状態を、非接続状態に変更する。これにより、作業者が接続手段である高電圧コネクタを取外す際に加えて、高電圧機器収納箱の上蓋を取外す際には、高電圧が通電されている状態や通電される可能性がある状態から、通電される可能性がない状態に変更される。その結果、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱を提供することができる。
【００１４】
第４の発明に係る高電圧機器収納箱は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、車両に搭載されるための保持手段をさらに含む。
【００１５】
第４の発明によると、高電圧機器収納箱は、保持手段により車両に搭載される際に保持される。この場合、車両には、電気モータのみを動力源とする電気自動車、エンジンおよび電気モータ等の２つ以上の動力源を有するハイブリッド自動車、燃料電池を駆動源とする燃料電池自動車などの車両であって、車両を駆動するための高電圧駆動源であるモータジェネレータ等を搭載した車両である。高電圧機器収納箱に収納された高電圧機器は、これらの駆動源である電気機器に高電圧の電力を供給する。
【００２０】
第７の発明に係る高電圧機器収納箱は、第１〜４のいずれかの発明の構成において、接続手段が、人の手で接触可能な位置に配置されるものである。
【００２１】
第７の発明によると、人の手で接触可能な位置に高電圧収納箱の接続手段が配置される。これにより、作業者がその手で接続手段である高電圧コネクタを取外す際には、この高電圧コネクタを引き抜くという機械的な接続の解除を行なう前に、機械的な接続のみが解除できないように防止された固定手段を外すので、通電される可能性がない状態に変更される。その結果、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保した高電圧機器収納箱を提供することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２５】
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態にかかる高電圧機器収納箱（以下、ＰＣＵボックスと記載する）が搭載される車両であって、燃料電池および二次電池により電気モータを駆動する車両について説明する。図１に示すブロック図は車両の上方から見た模式図である。この車両は、水素吸蔵合金から供給された水素またはメタノール等を改質器で改質して供給された水素と、空気中に含まれる酸素との反応により電気を発生させる燃料電池（ＦＣ：Fuel Cell）１０と、走行用モータ２０と、回生制動時に走行用モータ２０をジェネレータとして機能させて回収した電気を充電したり加速時に燃料電池１０の出力では不足する電気を放電したりする二次電池１２と、車両を走行させるための走行用モータ２０と、燃料電池１０に酸素を供給するためのエア供給用コンプレッサ３０とを含む。本実施の形態にかかるＰＣＵボックスには、インバータやコンバータなどの高電圧機器であるＰＣＵ（Power Control Unit）５０が収納される。これらの燃料電池１０、二次電池１２、走行用モータ２０およびエア供給用コンプレッサ３０とＰＣＵ５０とは、高圧ケーブルで接続されている。これらの機器と接続される高圧ケーブルは、ＰＣＵ５０とコネクタにより接続されている。これらのコネクタは、エンジンルーム等の干渉部材４０側に突出させて配置させているので、ＰＣＵ５０を収納したＰＣＵボックスをエンジンルームから取出さない限り、外すことができない。
【００２６】
ＰＣＵ５０には、エアコンコンプレッサ７０と、水素供給ポンプ８０と、燃料電池１０のセルを冷却するＦＣ冷却ポンプとが接続される。ＰＣＵ５０とエアコンコンプレッサ７０とは、３相のパワーケーブル７２により、ＰＣＵ５０と水素供給ポンプ８０とは、３相のパワーケーブル８２により、ＰＣＵ５０とＦＣ冷却用ポンプ９０とは、３相のパワーケーブル９２によりそれぞれ接続されている。したがって、ＰＣＵ５０が収納されるＰＣＵボックスには、上記したエンジンルーム等の干渉部材４０側に突出させて配置させた以外のコネクタとして、３相のパワーケーブルを３本をそれぞれ接続するためのコネクタ６０が設けられる。このコネクタ６０についての詳細は後述する。
【００２７】
ＰＣＵ５０を収納した本実施の形態に係るＰＣＵボックスが搭載される車両のパワートレインについては、図１に示したパワートレインは一例であって、上述した以外の例えば電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の高電圧機器を搭載するパワートレインであってもよい。
【００２８】
図２に、本実施の形態に係るＰＣＵボックスの外観図を示す。図２に示すように、このＰＣＵボックス１００は、ＰＣＵボックス筐体１２２と、その筐体１２２の上部に設けられるＰＣＵアッパーカバー１２０とから構成される。またＰＣＵボックス１００の側面には、３相電力が通電されるパワーケーブル１０２に接続されたコネクタ１０４が接続される。このパワーケーブル１０２およびコネクタ１０４は、前述の図１を用いて説明した３相パワーケーブル７２、８２、９２およびコネクタ６０に相当する。ＰＣＵアッパーカバー１２０は、複数のアッパーカバー取付穴１１４に取付ボルト１１６を挿入してナットを締付けることにより、ＰＣＵボックス筐体１２２に取付けられる。
【００２９】
図２に示すように、アッパーカバー取付穴１１４を用いて、ＰＣＵボックス筐体部１２２とＰＣＵアッパーカバー１２０とを固着させるための取付ボルト１１６には、インターロック信号線１１０が接続された圧着端子１１２が共締めされる。すなわち、図２に示すＰＣＵボックス１００においては、アッパーカバー１２０を取外す際に取付ボルト１１６が取外される。このとき、圧着端子１１２に接続されたインターロック信号線１１０が外れることにより、ＰＣＵアッパーカバー１２０が取外されたことを検知する。
【００３０】
また、図２に示すように、ＰＣＵボックス１００のコネクタ１０４には、作業者がコネクタ１０４に接触できないようにセーフティバー１０６が設けられる。セーフティバー１０６には、アッパーカバー脱落防止用爪部１０８が設けられ、セーフティバー１０６を取外さない限り、アッパーカバー取付穴１１４に取付けられたボルト１１６をすべて取外したとしても、ＰＣＵアッパーカバー１２０を取外すことはできない。
【００３１】
図３に、図２のＰＣＵボックス１００の側部の拡大斜視図を示す。図３に示すように、セーフティバー１０６は、セーフティバー取付ボルト１３０をセーフティバー取付穴に挿入してナットを締付けることにより、ＰＣＵボックス筐体１２２に取付けられる。このセーフティバー１０６は前述の説明のようにアッパーカバー脱落防止用爪部１０８が固着されており、セーフティバー１０６のすべての取付ボルト１３０を取外さない限り、アッパーカバー取付穴１１４に取付けられたボルト１１６をすべて取外したとしても、ＰＣＵアッパーカバー１２０をＰＣＵボックス筐体１２２から取外すことはできない。
【００３２】
図４を参照して、セーフティバー１０６について説明する。図４に示すように、セーフティバー１０６は、３つのコネクタ１０４を作業者により接触されることがないような形状を有する。また複数のセーフティバー取付穴１３２を有する。前述の説明のようにセーフティバー１０６は、セーフティバー取付穴１３２にセーフティバー取付ボルト１３０を挿入しナットを締付けることにより、ＰＣＵボックス筐体１２２に取付けられる。また、図４に示すようにセーフティバー１０６には予めアッパーカバー脱落防止用爪部１０８が固着されている。
【００３３】
なお、図２に示すように、アッパーカバー取付穴１１４に取付ける取付ボルト１１６とインターロック信号線１１０とを共締めするようにしてもよいが、図４に示すセーフティバー取付穴１３２に挿入されるセーフティバー取付ボルト１３０とインターロック信号線１１０とを共締めしてもよい。
【００３４】
図５を参照して、本実施の形態に係るＰＣＵボックス１００のインターロック信号線１１０が外された場合の制御を実行するシステムの制御ブロック図について説明する。この制御は、図５に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００により実行される。
【００３５】
ＥＣＵ１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１０と、ＣＰＵ１０１０で実行されるプログラムや各種データを記憶したメモリ１０２０と、入出力インターフェイス１０３０と、ＣＰＵ１０１０、メモリ１０２０および入出力インターフェイス１０３０を接続するバス１０４０と、インターロック回路１０５０とを含む。インターロック回路１０５０は、ＥＣＵ外部のインターロック１４００と接続されている。
【００３６】
インターロック回路１０５０は、２つの抵抗１０５４、１０５６とコンパレータ１０５２とを含む。
【００３７】
インターロック１４００が閉じていると（正常状態であると）、コンパレータ１０５２からＬｏレベルのインターロック信号が出力され、ＣＰＵ１０１０から高電圧インターロック制御回路１１００にＨｉレベルの高電圧電力供給信号が出力される。
【００３８】
すなわち、インターロック１４００が閉じているため、入出力インターフェイス１０３０を介してインターロック回路１０５０からＬｏレベルのインターロック信号がＣＰＵ１０１０に入力される。Ｌｏレベルのインターロック信号を検知したＣＰＵ１０１０が入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００にＨｉレベルの高電圧電力供給信号を出力して、高電圧インターロック制御回路１１００が高電圧電源１３００からＰＣＵ１２００に高電圧を供給するように制御する。
【００３９】
一方、インターロック１４００が開いていると（異常状態であると）、コンパレータ１０５２からＨｉレベルのインターロック信号が出力され、ＣＰＵ１０１０から高電圧インターロック制御回路１０１０にＬｏレベルの高電圧電力供給指示信号が出力される。
【００４０】
すなわち、インターロック１４００が開いているため、入出力インターフェイス１０３０を介してインターロック回路１０５０からＨｉレベルのインターロック信号がＣＰＵ１０１０に入力される。Ｈｉレベルのインターロック信号を検知したＣＰＵ１０１０が入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００にＬｏレベルの高電圧電力供給指示信号を出力して、高電圧インターロック制御回路１１００が高電圧電源１３００からＰＣＵ１２００に供給される高電圧を遮断するように制御する。
【００４１】
なお、コンパレータ１０５２は、入力される２つの電圧の差が大きいとＨｉレベルの信号を、差が小さいとＬｏレベルの信号を出力する。
【００４２】
ＥＣＵ１０００には、入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００が接続される。高電圧インターロック制御回路１１００は、パワーケーブル１０２を介してＰＣＵ１２００と高電圧電源１３００とに接続される
図６を参照して、図５に示すＣＰＵ１０１０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００４３】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＣＰＵ１０１０は、インターロック信号がＬｏレベルであるか否かを判断する。インターロック信号は、入出力インターフェイス１０３０を介してインターロック回路１０５０のコンパレータ１０５２から入力される。インターロック信号がＬｏレベルであると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ２００へ移される。
【００４４】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１０１０は、高電圧インターロック制御回路１１００へ高電圧電力供給遮断指示を出力する。この後、処理はＳ１００に戻される。
【００４５】
Ｓ３００にて、ＣＰＵ１０１０は、高電圧インターロック制御回路１１００へ高電圧電力供給指示を出力する。この後、処理はＳ１００へ戻される。
【００４６】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るＰＣＵボックス１００およびＥＣＵ１０００の動作について説明する。
【００４７】
図２に示すように、ＰＣＵボックス１００のインターロック信号線１１０が、アッパーカバー取付穴１１４に設けられたアッパーカバー取付ボルトにより共締めされているか、セーフティバー取付穴１３２に設けられたセーフティバー取付ボルト１３０により共締めされている場合には、インターロック１４００が閉じた状態となる。このため、コンパレータ１０５２からＬｏレベルのインターロック信号が出力される。
【００４８】
ＣＰＵ１０１０は、インターロック信号がＬｏレベルであることを検知し（Ｓ１００にてＹＥＳ）、高電圧インターロック制御回路１１００へ高電圧電力供給指示を出力する（Ｓ２００）。このときＨｉレベルの高電圧電力供給指示信号が出力される。この信号を受けた高電圧インターロック制御回路１１００は、高電圧電源１３００とＰＣＵ１２００とをパワーケーブル１０２を用いて電気的に接続する。
【００４９】
車両に搭載されたＰＣＵボックス１００の、アッパーカバー取付ボルト１１４またはセーフティバー取付ボルト１３０を作業者が外すと、インターロック信号線１００が外れる。このとき、インターロック１４００が開いた状態となる。このため、コンパレータ１０５２からＨｉレベルのインターロック信号が出力される。
【００５０】
ＣＰＵ１０１０は、インターロック信号がＬｏレベルでないことを検知し（Ｓ１００にてＮＯ）、高電圧インターロック制御回路１１００へ高電圧電力供給遮断指示を出力する（Ｓ２００）。このときＬｏレベルの高電圧電力供給指示信号が出力される。この信号を受けた高電圧インターロック制御回路１１００は、パワーケーブル１０２を用いて電気的に接続された高電圧電源１３００とＰＣＵ１２００とを切断して、ＰＣＵ１２００に高電圧電力が供給される可能性をなくする。
【００５１】
図７に、このような動作のタイミングチャートを示す。図７に示すように、アッパーカバー取付穴１１４に、インターロック信号線１１０が接続されている場合やセーフティバー取付穴１３２にインターロック信号線１１０が接続されている場合には、インターロック信号がＬｏレベルとなる。この場合、ＣＰＵ１０１０から入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００に、Ｈｉレベルの高電圧電力供給指示信号が出力される。高電圧インターロック制御回路１１００は、この高電圧電力供給指示信号がＨｉレベルであることに応答して、高電圧電力の供給をオン状態とし、高電圧電源１３００からパワーケーブル１０２を介してＰＣＵ１２００に高電圧電力を供給する。
【００５２】
一方、アッパーカバー取付穴１１４に設けられたアッパーカバー取付ボルト１１６やセーフティバー取付穴１３２に設けられたセーフティバー取付ボルト１３０が取外されて、インターロック信号線１１０がＰＣＵボックス筐体１２２から取外されると、インターロック信号がＨｉレベルからＬｏレベルに切換わる。インターロック信号がＬｏレベルからＨｉレベルに切換わったことに応答して、ＣＰＵ１０１０は、入出力インターフェイス１０３０を介して高電圧インターロック制御回路１１００に出力される高電圧電力供給指示信号を、ＨｉレベルからＬｏレベルに変更する。高電圧インターロック制御回路１１００は、ＣＰＵ１０１０から受信した高電圧電力供給指示信号がＨｉレベルからＬｏレベルに切換わったことに応答して、高電圧電源１３００からパワーケーブル１０２を介してＰＣＵ１２００に供給される高電圧電力の供給をオフにする。
【００５３】
以上のようにして、本実施の形態に係るＰＣＵボックスによると、作業者が、セーフティバーやアッパーカバーを取外そうとすると、インターロック回路が作動して、ＰＣＵに高電圧電力が供給されなくなる。そのため、コネクタを取外すためにセーフティバーを取外したり、ＰＣＵボックスの内部の点検のためにＰＣＵアッパーカバーを取外そうとするとインターロックが働いて、高電圧電源からの電力供給が遮断される。その結果、高電圧機器に対する作業者の安全性を十分に確保したＰＣＵボックスを提供することができる。
【００６４】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るＰＣＵボックスが搭載される車両のパワートレインを示す図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態に係るＰＣＵボックスの外観図である。
【図３】 図２の拡大図である。
【図４】 図２のセーフティバーを表わす図である。
【図５】 電源を管理するＥＣＵを含む制御ブロック図である。
【図６】 ＥＣＵで実行される処理のフローチャートである。
【図７】 ＥＣＵにおける制御信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０ 燃料電池、１２ 二次電池、２０ 走行用モータ、３０ エア供給用コンプレッサ、４０ 干渉部材、５０ ＰＣＵ、６０ コネクタ、７０ エアコンコンプレッサ、８０ 水素供給用ポンプ、９０ ＦＣ冷却用ポンプ、７２，８２，９２ ３相パワーケーブル、１００ ＰＣＵボックス、１０２ パワーケーブル、１０４ コネクタ、１０６ セーフティバー、１０８ アッパーカバー脱落防止用爪部、１１０，２０２，３０２ インターロック信号線、１１２ 圧着端子、１１４ アッパーカバー取付穴、１１６ アッパーカバー取付ボルト、１２０ ＰＣＵアッパーカバー、１２２ ＰＣＵボックス筐体、１３０ セーフティバー取付ボルト、１３２ セーフティバー取付穴、１０００ ＥＣＵ、１０１０ ＣＰＵ、１０２０ メモリ、１０３０ 入出力インターフェイス、１０４０ バス、１０５０ インターロック回路、１１００ 高電圧インターロック制御回路、１２００ ＰＣＵ、１３００ 高電圧電源、１４００ インターロック。
Claims (7)
- 電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載される高電圧機器をその内部に収納する高電圧機器収納箱であって、
前記高電圧機器収納箱の外部の機器に接続されたケーブルと前記高電圧機器とを電気的に接続するためのコネクタと、
前記コネクタを取外すに際し、前記高電圧機器収納箱の外部の機器に接続されたケーブルと前記高電圧機器との電気的な接続状態が前記コネクタの機械的な接続のみで解除されることを防止するため、作業者が前記コネクタに直接接触することを防止するセーフティバーと、
前記セーフティバーが取外されたことに応答して、前記高電圧機器収納箱の外部の機器に接続されたケーブルと前記高電圧機器との電気的な接続状態を、非接続状態に変更するインターロック回路とを含む、高電圧機器収納箱。 - 前記インターロック回路は、前記セーフティーバーに取り付けられ、前記セーフティバーが取り外されたことに応答して前記インターロック回路が開くと、前記電気的な接続状態が非接続状態に変更される、請求項１に記載の高電圧機器収納箱。
- 前記高電圧収納箱は、
前記高電圧機器に接触できないようにするための上蓋と、
前記セーフティバーに接続され、前記セーフティーバーが前記高電圧機器収納箱に取り付けられることにより、前記上蓋の取り外しを防止するための防止手段とをさらに含む、請求項１または２に記載の高電圧機器収納箱。 - 前記防止手段は、爪形状の部材である、請求項３に記載の高電圧機器収納箱。
- 前記セーフティバーは、前記高電圧機器収納箱に取り付けられると、作業者により前記コネクタが接触されることがないような形状を有する棒状部材である、請求項１〜４のいずれかに記載の高電圧機器収納箱。
- 前記高電圧機器収納箱は、車両に搭載される、請求項１〜５のいずれかに記載の高電圧機器収納箱。
- 前記コネクタは、人の手で接触可能な位置に配置される、請求項１〜６のいずれかに記載の高電圧機器収納箱。
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