JP5229686B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

この発明は車両用電源装置に係り、特に、電気エネルギー貯蔵装置の収納ケースに収められた電気機能部品のメンテナンスを容易に行うことが可能な車両用電源装置に関する。

電気により駆動される車両（燃料電池自動車）には、車両の総合効率を向上させるために、あるいは、車両を駆動するための駆動用電池である燃料電池の負荷応答特性を補完するために、二次電池やキャパシタ（電気二重層コンデンサ）等の電気エネルギー貯蔵装置を具備したハイブリッドシステムを採用した車両が知られている。この車両においては、車両を駆動するための駆動用電池と、駆動用電池の発電電力を受け入れることができる電気エネルギー貯蔵装置とを備えた車両用電源装置を搭載している。
これにより、車両用電源装置は、特に過渡応答領域において電気エネルギー貯蔵装置からの電力により駆動用電池である燃料電池の発電電力を補助したり、また、車両減速時においては駆動モータからの回生電力や駆動用電池である燃料電池の発電電力を電気エネルギー貯蔵装置に受け入れたりするなど、車両の動力性能向上やシステム効率向上に寄与している。
前記電気エネルギーを貯蔵するキャパシタ等からなる電気エネルギー貯蔵装置は、一般的に電気安全の観点から、金属あるいは非導電体からなる収納ケースに収納している。

従来の車両用電源装置には、低電圧系の電源部品と高電圧系の電源部品とを単一の収納ケースに組み込んで、電気的損失の低減及び低コスト化を図ったものがある。
特開２００４−１１４７７５号公報

従来の車両用電源装置には、高圧バッテリのメインスイッチと、メインスイッチと直接的に連係されて端子台カバーの取り外しを規制するインターロックレバーと、インターロックレバーの動作をメインスイッチの状態に応じて規制するストッパ壁とを備え、ストッパ壁はインターロックレバーに対する動作規制位置に向けて付勢されていることで、ロックを解除した際にメインスイッチの誤動作を防止できるようにしたものがある。
特開２００６−１３４８５４号公報

ところで、電気エネルギー貯蔵装置である二次電池やキャパシタ等は、金属あるいは非導電体からなる収納ケースに収納している。一方、一般的に収納ケースの内部には、電気エネルギー貯蔵装置を収納する他に、電気エネルギー貯蔵装置と駆動用電池である燃料電池、あるいは電気エネルギー貯蔵装置と駆動モータとの接続を遮断するためのリレーや電圧計等の、電気機能部品を収納している。このような電気機能部品をメンテナンスする際には、電気エネルギー貯蔵装置の収納ケースを開放する必要がある。
しかしながら、一般的に電気エネルギー貯蔵装置は、大型部品である。このため、電気エネルギー貯蔵装置の収納ケースを開放して内部の電気機能部品のメンテナンスを行うことは、容易でなく、困難であった。また、メンテナンスが必要な電気機能部品領域のみだけでなく、収納ケース全体を開放してしまうと、電気エネルギー貯蔵装置(貯蔵装置のセル間接続端子部分を含む)まで開放されることとなり、ショートなどの危険性が高まる可能性があった。

この発明は、電気エネルギー貯蔵装置の収納ケースに収納された電気機能部品に容易にアクセスすることができ、電気機能部品をメンテナンスする上での回路のショート等を防止することを目的とする。

この発明は、車両に駆動するための駆動用電池と、駆動用電池の発電電力を受け入れることができる電気エネルギー貯蔵装置とを備えた車両用電源装置であって、前記電気エネルギー貯蔵装置は、収納ケースに収納して固定された後、車両フロアに固定され、前記収納ケースの内部には、前記電気エネルギー貯蔵装置とこの電気エネルギー貯蔵装置についての電気機能部品とを収納し、前記電気エネルギー貯蔵装置の上部に前記電気機能部品が搭載された配置とし、前記収納ケースの上面の一部は、開放できるように取り外し可能なサービスリッドに覆われ、前記サービスリッドは、抜き取ることにより前記電気エネルギー貯蔵装置の電気回路を切断できるプラグの機能を常時実行可能にするための開口部を備えている車両用電源装置において、前記サービスリッドは、前記開口部にプラグの周囲を囲むような筒形状に形成された壁部を備えていることを特徴とする。

この発明の車両用電源装置は、電気エネルギー貯蔵装置の電気回路を切断できるプラグを、収納ケースのサービスリッドの開閉状態に関係なく抜き差しが可能であるため、電気機能部品をメンテナンスする上での接触や回路のショート等を防止することができる。また、この発明の車両用電源装置は、収納ケースのサービスリッドを開けることで、内部の電気機能部品に容易にアクセスすることができ、電気機能部品のメンテナンスを容易に行うことができる。

この発明の車両用電源装置は、電気機能部品に容易にアクセスすることができ、メンテナンスする上での回路のショート等を防止するために、電気エネルギー貯蔵装置が収納される収納ケースの内部の上部に電気機能部品が搭載された配置とし、収納ケースの上面の一部を取り外し可能なサービスリッドにて覆い、サービスリッドには電気回路を切断できるプラグの機能を常時実行可能にするための開口部を設けている。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図６は、この発明の実施例を示すものであり、図１は収納ケースの斜視図、図２は一部を切除した収納ケースの斜視図、図３はサービスリッドを取り外した状態の収納ケースの平面図、図４はサービスリッドを取り付けた状態の収納ケースの平面図、図５はサービスリッドの斜視図、図６は車両用電源装置のシステム構成図である。
図６において、１は車両用電源装置である。車両用電源装置１は、車両を駆動する駆動モータ２を備え、駆動モータ２に対して並列に接続された駆動用電池である燃料電池３と電気エネルギー貯蔵装置であるキャパシタ４とを備えている。燃料電池３とキャパシタ４とは、インバータ５を介して駆動モータ２に接続されている。燃料電池３は、車両を駆動するための電力を発電する駆動用電池であり、燃料である水素ガスおよび酸化剤である空気の供給を受け発電する。インバータ５は、燃料電池３で発電された直流電力を三相交流電力に変換して出力し、駆動モータ２を制御する。駆動モータ２で発生した駆動力は、変速機を介して駆動車輪に伝達され、車両を走行させる。
また、キャパシタ４は、電気エネルギー貯蔵装置であり、燃料電池３からインバータ５ヘの電力供給を補助すると共に、燃料電池３の発電電力や車両減速時におけるインバータ５からの回生電力を受け入れる。なお、インバータ５は、駆動モータ２の駆動制御に加え、車両の減速時に駆動モータ２の負トルクを電力に変換する回生制御を行う。

前記車両用電源装置１は、燃料電池３とインバータ５との間に燃料電池用の電気機能部品である第１のリレー６を設け、キャパシタ４とインバータ５との間にキャパシタ用の電気機能部品である第２のリレー７を設けている。車両用電源装置１は、高電圧系統の高電圧配線として、インバータ５と第１のリレー６及び第２のリレー７との間をメイン高電圧バスである車両駆動用のメイン高電圧配線８により接続し、燃料電池３と第１のリレー６との間を燃料電池バスである燃料電池高電圧配線９により接続し、キャパシタ４と第２のリレー７との間をキャパシタバスであるキャパシタ高電圧配線１０により接続している。第１のリレー６は、メイン高電圧配線８から燃料電池高電圧配線９を切り離すためのリレーである。第２のリレー７は、メイン高電圧配線８からキャパシタ高電圧配線１０を切り離すためのリレーである。
第１のリレー６と第２のリレー７とが共に接続された状態においては、メイン高電圧配線８と燃料電池高電圧配線９とキャパシタ高電圧配線１０とのバス電圧は一致している。しかし、これら第１のリレー６と第２リレー７とが開放された状態においては、メイン高電圧配線８と燃料電池高電圧配線９とキャパシタ高電圧配線１０のバス電圧に差異が生じる場合がある。
前記メイン高電圧配線８には、また、高電圧補機類１１を接続している。高電圧補機類１１は、燃料電池２に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサや、車両空調装置のエアコン用コンプレッサ等の高電圧で駆動される各種補機からなり、夫々インバータを介してメイン高電圧配線８に接続されている。前記メイン高電圧配線８には、この他に、燃料電池２への電流の逆流を防止するための、逆流防止ダイオード１２を備えている。
前記燃料電池高電圧配線９には、電気機能部品として、燃料電池３の端子間電圧を測定する第１の電圧計１３と、燃料電池２の発電電流を測定する第１の電流計１４とを備えている。前記キャパシタ高電圧配線１０には、電気機能部品として、キャパシタ４の端子間電圧を測定する第２の電圧計１５と、キャパシタ４の充放電電流を測定する第２の電流計１６とを備えている。
前記キャパシタ４は、充電電流を制限しながらキャパシタ４を充電するためのプリチャージ回路１７を設けている。プリチャージ回路１７は、第２のリレー７と並列に、メイン高電圧配線８とキャパシタ高電圧配線１０とに接続されている。プリチャージ回路１７は、一般的に電流制限のための半導体素子や制限抵抗を備えるか、スイッチング制御が可能な半導体素子などからなることが多い。プリチャージ回路１７は、キャパシタバス１０の電圧値がメイン高電圧バス８の電圧値に比べて低い場合に第２のリレー７を接続した際に生じ得る過電流を防止するために、第２のリレー７を接続するのに先立ちキャパシタ４を電流制限しながら充電することを目的とする電気機能部品である。

また、車両用電源装置１は、メイン高電圧配線８に、キャパシタ４と並列に双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ１８を接続している。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の低電圧側には、低電圧バスである補機類低電圧配線１９により前照灯やラジオ、水ポンプ等の車両補機類２０と、車両補機類２０を駆動するための補機用バッテリ２１とを接続している。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、燃料電池３やキャパシタ４からの電力、あるいはインバータ５からの回生電力の電圧を、車両補機類２０を駆動するための電圧（通常は１２Ｖ系統）に変換し、また逆に補機用バッテリ２１（通常は１２Ｖバッテリ）の電圧を、高電圧補機類１１を駆動し、あるいはキャパシタ４を補充電するための電圧に変換する。
この双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、双方向型に限るものではなく、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバークと降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとの両方を並列に備えても良い。なお、車両用電源装置１は、駆動モータ２とインバータ５とを三相電線２２により接続している。
車両用電源装置１は、インバータ５、第１のリレー６、第２のリレー７、高電圧補機類１１、第１の電圧計１３、第１の電流計１４、第２の電圧計１５、第２の電流計１６、プリチャージ回路１７、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ１８、車両補機類２０を、制御部２３に接続している。制御部２３は、各センサより収集した情報や内部メモリに格納されたデータを元にシステムを制御する。

このように、車両用電源装置１は、駆動用電池である燃料電池３と、燃料電池３の発電電力を受け入れることができる電気エネルギー貯蔵装置であるキャパシタ４とを備えている。一般的に、キャパシタ４や二次電池などの単位セルの充電可能電圧は、１Ｖ〜３Ｖ程度と低い。このため、車両駆動補助を目的とした電気エネルギー貯蔵装置においては、これらの単位セルを１００〜数１００程度、直列に接続したモジュールを用いている。
この実施例のキャパシタ４も、複数の単位セルを直列に接続してモジュール化し、数百Ｖの耐圧としている。キャパシタ４は、直列接続したモジュールの中間部位に、キャパシタ４を電気的に分割するためのプラグ２４を備えている。プラグ２４は、メンテナンスの際などにおいて、抜き取ることでキャパシタ４の中間部位の電気回路を切断することができ、接触や端子間のショート等を低減することができる。
これにより、キャパシタ４は、単位セルの直列接続に加え、電気機能部品の、第２のリレー７、第２の電圧計１５、第２の電流計１６、プリチャージ回路１７及びプラグ２４を備えている。

この車両用電源装置１のキャパシタ４は、図１・図２に示すように、収納ケース２５に収納して固定された後に、車両フロア２６に固定される。なお、車両フロア２６は、例えば車両後部のラゲッジフロア等である。収納ケース２５は、上下２段に配列した収納部２７・２８と、収納部２７・２８に固定されるカバー部２９とからなる。収納部２７・２８は、下段の収納部２７よりも上段の収納部２８が長い、細長四角盆形状に形成される。上段の収納部２８は、長手方向一端を下段の収納部２７の長手方向一端よりも突出させて下段の収納部２７の上部に平行に配置し、連結部３０により下段の収納部２７に連結している。カバー部２９は、収納部２７・２８の上部を覆う細長四角板形状の上面部３１と、収納部２７・２８の各側部を覆う側面部３２と、収納部２７・２８の各端部を覆う端面部３３とから、長四角蓋形状に形成される。側面部３２の下端には、固定ブラケット３４を取り付けている。
収納ケース２５は、上下２段の収納部２７・２８に複数の単位セルを直列接続してモジュール化した前記キャパシタ４を収納して固定し、キャパシタ４を覆うように収納部２７・２８にカバー部２９をかぶせて固定ボルト４０により固定する。キャパシタ４を固定した収納ケース２５は、カバー部２９の下端に設けた固定ブラケット３４を介して固定ボルトにより車両フロア２６に固定される。従って、キャパシタ４は、収納ケース２５に二段積みに配置して搭載している。
前記収納ケース２５の内部には、キャパシタ４とともに、このキャパシタ４についての電気機能部品である第２のリレー７、第２の電圧計１５、第２の電流計１６、プリチャージ回路１７、プラグ２４を収納する。キャパシタ４は、下段の収納部２７の長手方向全領域にわたり収納するとともに、上段の収納部２８の長手方向略中央から他側の領域にわたり収納している。電気機能部品である第２のリレー７、第２の電圧計１５、第２の電流計１６、プリチャージ回路１７、プラグ２９は、上段の収納部２８のキャパシタ４が収納されていない長手方向一側の残りの領域に収納している。また、この残りの領域には、第２のリレー７に接続される車両駆動用の高電圧配線であるメイン高電圧配線８の一部を配索している。収納ケース２５内の第２のリレー７に接続されるメイン高電圧配線８は、インバータ５側のメイン高電圧配線８に接続するための接続端を、上段の収納部２８の長手方向一端の下部から下方に向かって突出させている。

前記収納ケース２５のカバー部２９には、図３に示すように、上面部３１の長手方向略中央から一側の部分に長四角形状の開放部４１を形成している。開放部４１は、電気機能部品である第２のリレー７、第２の電圧計１５、第２の電流計１６、プリチャージ回路１７、プラグ２４及び車両駆動用の高電圧配線であるメイン高電圧配線８を収納した、上段の収納部２８の長手方向一側の領域の上方に位置する上面部３１に形成している。収納ケース２５のカバー部２９には、図４に示すように、開放部４１を覆う取り外し可能な長四角板形状のサービスリッド４２を設けている。サービスリッド４２は、開放部４１を覆って上面部３１に固定具４３により取り付けることで、前記電気機能部品及び高電圧配線を収納した上段の収納部２８の長手方向一側の領域を覆うように設けられている。
前記サービスリッド４２は、図５に示すように、開口部４４を備えている。開口部４４は、サービスリッド４２を取り付けた状態において、前記抜き取ることによりキャパシタ４の電気回路を切断できるプラグ２４の機能を常時実行可能にするためのものである。開口部４４は、図４に示すように、上段の収納部２８の長手方向一側の領域に収納したプラグ２４の上方のサービスリッド４２に形成している。作業者は、この開口部４４からプラグ２４にアクセスして、抜き取り操作を行うことができる。

このように、車両用電源装置１は、図１・図２に示すように、キャパシタ４は収納ケース２５に収納して固定された後に、車両フロア２６に固定され、収納ケース２５の内部にはキャパシタ４とこのキャパシタ４についての電気機能部品である第２のリレー７、第２の電圧計１５、第２の電流計１６、プリチャージ回路１７、プラグ２４及び車両駆動用の高電圧配線であるメイン高電圧配線８の一部を収納し、且つキャパシタ４の上部に電気機能部品及び高電圧配線が搭載された配置としている。車両用電源装置１は、図３〜図５に示すように、収納ケース２５の上面の一部は開放できるように取り外し可能なサービスリッド４２に覆われ、このサービスリッド４２は抜き取ることによりキャパシタ４の電気回路を切断できるプラグ２４の機能を常時実行可能にするための開口部４４を備えている。
これにより、この車両用電源装置１は、キャパシタ４の電気回路を切断できるプラグ２４を、収納ケース２５のサービスリッド４２の開閉状態に関係なく抜き差しが可能であるため、サービスリッド４２を取り外す前にプラグ２４を抜いてキャパシタ４の電気回路を切断でき、電気機能部品をメンテナンスする上での接触や回路のショート等を防止することができる。また、この車両用電源装置１は、収納ケース２５のサービスリッド４２を開けることで、内部の電気機能部品に容易にアクセスすることができるので、電気機能部品のメンテナンスを容易に行うことができる。しかも、この車両用電源装置１は、各部品のメンテナンスやチェック、交換などの際に、キャパシタ４の収納ケース２５をすべて開けることなく作業が可能となるため、作業性を大幅に向上することができる。

また、前記サービスリッド４２は、図５に示すように、開口部４４にプラグ２４の周囲を囲むような壁部４５を備えている。壁部４５は、図１に示すように、プラグ２４の上方に位置するサービスリッド４２の開口部４４の周縁に、プラグ２４の周囲を囲むように垂下して四角筒形状に形成している。
これにより、この車両用電源装置１は、作業者やメンテナンスする者がサービスリッド４２を取り付ける時において、誤ってサービスリッド４２や、固定部材、工具等を収納ケース２５に収納されたメイン高電圧配線８に接触させてしまうことがない。このため、この車両用電源装置１は、高電圧を用いて車両を駆動させるシステムにおける信頼性向上に貢献できる。

さらに、前記収納ケース２５は、前記電気機能部品である第２のリレー７、第２の電圧計１５、第２の電流計１６、プリチャージ回路１７、プラグ２４及び第２のリレー７に接続される車両駆動用のメイン高電圧配線８の一部を収納した領域を覆うカバー部２９の上面部３１に、サービスリッド４２を取り外し可能に配置している。すなわち、前記サービスリッド４２は、収納ケース２５の上面において、車両駆動用のメイン高電圧配線８が配索される側に位置している。
このように、この車両用電源装置１は、取り外し可能なサービスリッド４２の近傍にメイン高電圧配線８が配索されるため、電気機能部品あるいは電気エネルギー貯蔵装置との接続が容易にできる。

さらにまた、前記収納ケース２５は、電気機能部品である第２のリレー７、第２の電圧計１５、第２の電流計１６、プリチャージ回路１７、プラグ２４及び車両駆動用の高電圧配線であるキャパシタ高電圧配線１０を収納した領域の上方を覆うカバー部２９の上面部３１に形成した開放部４１に、サービスリッド４２を取り外し可能に設けている。これにより、サービスリッド４２は、電気機能部品及び高電圧配線が搭載された領域と同等の面積を備えている
これにより、この車両用電源装置１は、メンテナンスする必要のある電気機能部品の上方を、サービスリッド４２を取り外すことで開放できるので、メンテナンス（点検、交換を含む）を容易に行うことが可能である。一方、この車両用電源装置１は、日常のメンテナンスのあまり必要のないキャパシタ４の上方を、サービスリッド４２を開けただけでは臨むことができないようになっているので、安全性を向上させることが可能である。

なお、上述実施例においては、駆動用電池として燃料電池３を用いたが、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池とすることができる。また、上述実施例においては、燃料電池３を補助する電気エネルギー貯蔵装置としてキャパシタ４を用いたが、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池とすることができる。
さらに、上述実施例においては、キャパシタ４を収納ケース２５内に二段積みに配置したが、これは二段に限るものでなく、一段で平面に配置しても良く、また三段以上に配置しても良い。キャパシタ４は、三段以上とした場合でも、第２のリレー７等の電気機能部品の上部にサービスリッド４２を設けることで、同様の効果を得ることができる。さらにまた、上述実施例においては、サービスリッド４２を収納ケース２５の上部部３１に配置したが、これに限るものではなく、側面部３２に配置することもできる。
さらにまた、上述の実施例に限られるものではなく、少なくとも電気エネルギー貯蔵装置が持つ機能を有した車両（例えば、リチウムイオン電池のみを電源とする電気自動車、あるいはリチウムイオン電池やニッケル水素電池と、内燃機関とから構成されたハイブリッドエンジンを搭載した車両）用電源装置であれば、適用することが可能である。

この発明の車両用電源装置は、電気機能部品に容易にアクセスすることができ、メンテナンスする上での回路のショート等を防止するものであり、駆動用電池を搭載した車両以外の産業機械にも適用することができる。

車両用電源装置の実施例を示す収納ケースの斜視図である。 車両用電源装置の実施例を示す一部を切除した収納ケースの斜視図である。 車両用電源装置の実施例を示すサービスリッドを取り外した状態の収納ケースの要部平面図である。 車両用電源装置の実施例を示すサービスリッドを取り付けた状態の収納ケースの要部平面図である。 車両用電源装置の実施例を示すサービスリッドの斜視図である。 車両用電源装置の実施例を示すシステム構成図である。

符号の説明

１ 車両用電源装置
２ 駆動モータ
３ 燃料電池
４ キャパシタ
５ インバータ
７ 第２のリレー
８ メイン高電圧配線
１０ キャパシタ高電圧配線
１５ 第２の電圧計
１６ 第２の電流計
１７ プリチャージ回路
２４ プラグ
２５ 収納ケース
２６ 車両フロア
２７・２８ 収納部
２９ カバー部
３１ 上面部
４１ 開放部
４２ サービスリッド
４４ 開口部
４５ 壁部

Claims (1)

1. 車両に駆動するための駆動用電池と、駆動用電池の発電電力を受け入れることができる電気エネルギー貯蔵装置とを備えた車両用電源装置であって、
   前記電気エネルギー貯蔵装置は、収納ケースに収納して固定された後、車両フロアに固定され、
   前記収納ケースの内部には、前記電気エネルギー貯蔵装置とこの電気エネルギー貯蔵装置についての電気機能部品とを収納し、前記電気エネルギー貯蔵装置の上部に前記電気機能部品が搭載された配置とし、
   前記収納ケースの上面の一部は、開放できるように取り外し可能なサービスリッドに覆われ、
   前記サービスリッドは、抜き取ることにより前記電気エネルギー貯蔵装置の電気回路を切断できるプラグの機能を常時実行可能にするための開口部を備えている車両用電源装置において、
   前記サービスリッドは、前記開口部にプラグの周囲を囲むような筒形状に形成された壁部を備えていることを特徴とする記載の車両用電源装置。

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