JP5277359B1 - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

パワーコントロールユニットは、電気デバイスが固定されるとともに、前記電気デバイスとの間で熱交換を行うヒートシンクと、前記ヒートシンクの、前記電気デバイスを固定する面に取り付けられ、前記電気デバイスを覆うケースと、を備え、前記ヒートシンクの前端面に、循環液体を貯留するリザーブタンクがブラケットを介して取り付けられ、前記リザーブタンクの前方に、ラジエータを保持するバルクヘッドフレームが車幅方向に設けられ、前記リザーブタンクは、前記バルクヘッドフレームと前面視で重なる位置に配置され、前記パワーコントロールユニットの前面は、前記リザーブタンク及び前記バルクヘッドフレームと前面視で重なる位置で、前方に突出する突出部を有する電気自動車。

Description

本発明は、電気自動車に関する。
本願は、２０１１年１１月１４日に日本国に出願された特願２０１１−２４８１７３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来から、バッテリ等の蓄電池や燃料電池を搭載する電動車両において、車体前部に配置されたモータルーム内には、例えばモータと、モータの上方に設けられてモータの駆動を制御するパワーコントロールユニット（以下、ＰＣＵという）と、が収納されている（例えば、特許文献１参照）。

このような車両においては、例えば前面衝突（以下、前突という）等した場合に、車体前部から入力される衝撃荷重によりＰＣＵ前方の周辺部材がＰＣＵに向けて押し込まれることになる。
これに対して、例えば特許文献２では、電気部品ユニットの前方にリザーブタンクを配置し、前突時に周辺部材が電気部品ユニットに向けて押し込まれた際に、電気部品ユニットよりも先にリザーブタンクに接触することで、リザーブタンクを衝撃緩衝材として機能させる構成が記載されている。

日本国特開２００４−１８１９７９号公報 日本国特開２００７−９９２３９号公報

ところで、上述したリザーブタンクは、車幅方向に沿う長さがＰＣＵに対して短い部品であるのに対して、ＰＣＵ前方に設けられる周辺部材のうち、バルクヘッド等においては車幅方向に沿う長さが少なくともリザーブタンクよりも長い部品である。
そのため、前突時においてバルクヘッドがＰＣＵに向けて押し込まれた際に、リザーブタンクによりＰＣＵの車幅方向全体を保護するのは難しいことがある。すなわち、ＰＣＵのうち、前面視でリザーブタンクと重なる部分においては、リザーブタンクによりバルクヘッドとＰＣＵとの接触を抑制できるものの、リザーブタンクと重ならない部分においてはバルクヘッドとＰＣＵとが接触する可能性がある。その結果、ＰＣＵが損傷する等の可能性がある。

本発明に係る態様は、前突時等においてＰＣＵに加わる衝撃をリザーブタンクにて効果的に緩和でき、パワーコントロールユニットを保護できる電気自動車を提供することを目的とする。

本発明に係る態様の電気自動車では、上記目的を達成するために以下の構成を採用した。
（１）本発明に係る一態様は、電気デバイスをケース内に収容するパワーコントロールユニットを車両フロントモータルーム内に配置した電気自動車であって、前記パワーコントロールユニットは、前記電気デバイスが固定されるとともに、前記電気デバイスとの間で熱交換を行うヒートシンクと、前記ヒートシンクの、前記電気デバイスを固定する面に取り付けられ、前記電気デバイスを覆う前記ケースと、を備え、前記ヒートシンクの前端面に、循環液体を貯留するリザーブタンクがブラケットを介して取り付けられ、前記リザーブタンクの前方に、ラジエータを保持するバルクヘッドフレームが車幅方向に設けられ、前記リザーブタンクは、前記バルクヘッドフレームと前面視で重なる位置に配置され、前記パワーコントロールユニットの前面は、前記リザーブタンク及び前記バルクヘッドフレームと前面視で重なる位置で、前方に突出する突出部を有し、前記突出部は、前記ケースに設けられ、前記ケース内において、前記突出部と前面視で重なる位置には、前記電気デバイスに電力を供給するための電気コネクタが配置されている。

（２）上記（１）の態様において、前記突出部は、前記ケースの他の部位に比べて板厚が厚くてもよい。

（３）上記（１）または（２）いずれか一項の態様において、前記突出部は、前記ケースに設けられ、前記ケース内において、前記突出部と前面視で重なる位置には、車両に設けられたバッテリと、外部電源または外部機器と、の間の電気的な接続を切り替えるコンタクタが配置されてもよい。

上記（１）の態様によれば、前突等の衝突時においてバルクヘッドフレームがパワーコントロールユニットに向けて移動した場合に、パワーコントロールユニットよりも先にリザーブタンクに接触する。このため、パワーコントロールユニットに作用する衝突荷重をリザーブタンクにより緩和でき、パワーコントロールユニットを保護できる。
特に、パワーコントロールユニットの前面のうち、リザーブタンク及びバルクヘッドフレームと重なる位置に、前方に向けて突出する突出部を形成することで、バルクヘッドフレームがリザーブタンクに接触した場合に、パワーコントロールユニットの前面うち車幅方向に沿う突出部に位置する部分では、上述したようにリザーブタンクにより衝撃荷重を緩和でき、突出部以外の部分では、バルクヘッドフレームとパワーコントロールユニットとの間の前後方向に沿う距離を確保できる。したがって、パワーコントロールユニットの車幅方向全体において、バルクヘッドフレームがパワーコントロールユニットに直接接触するのを抑制できるので、パワーコントロールユニットを保護できる。したがって、パワーコントロールユニット自体の剛性や強度を高くする必要がないので、低コスト化及び軽量化を図った上で、パワーコントロールユニットを保護できる。

また、ケースにおいて、突出部と前面視で重なる位置に電気コネクタを配置することで、電気コネクタに作用する衝撃荷重をリザーブタンクにより緩和できる。したがって、電気コネクタを確実に保護できる。

上記（２）の態様によれば、ケースのうち、突出部の板厚を他の部位に比べて厚くすることで、突出部の剛性を高くできる。このため、リザーブタンクに入力された衝撃荷重が仮に突出部に伝達されたとしても、パワーコントロールユニットが破損するのを抑制できる。

上記（３）の態様によれば、電気デバイスのうち、車両走行時に用いられないコンタクタを突出部と前面視で重なる位置に配置することで、車両走行時に用いる他の電気デバイスは、突出部を回避した位置に配置されることになる。すなわち、衝突時にバルクヘッドフレームが接触しにくい部分に、車両走行時に用いる電気デバイスが配置されるので、パワーコントロールユニットを確実に保護できる。

本実施形態における電気自動車の前部側面を示す概略構成図である。 モータルームの平面図である。 モータルームを前方から見た斜視図である。 モータルームを右側から見た一部破断断面図である。 ヒートシンク筐体を下方から見た斜視図である。 アッパカバーの一部を取り外して突出区画部内を見た平面図である。

次に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
（電気自動車）
図１は本実施形態における電気自動車の前部を側方から見た概略構成図である。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中にＦＲと記した矢印は、車両の前方向を示し、ＵＰと記した矢印は、車両の上方向を示す。
図１に示すように、本実施形態の電気自動車（車両）１において、車体２の前部にはモータルーム（車両フロントモータルーム）３が設けられている。モータルーム３内には、駆動源としてのモータ４と、モータ４の上方に配置されてモータ４の駆動を制御するＰＣＵ５と、モータ４及びＰＣＵ５の前方に配置されたラジエータ６と、が主に収納されている。

なお、モータルーム３の後部には、図示しない車室とモータルーム３とを前後方向で区画するダッシュボード８が設けられている。このダッシュボード８は、ＰＣＵ５の後方において上下方向に沿って設けられたダッシュボードロア（ｄａｓｈｂｏａｒｄ ｌｏｗｅｒ）９と、ダッシュボードロア９の上端部から前方に向かって設けられたダッシュボードアッパ（ｄａｓｈｂｏａｒｄ ｕｐｐｅｒ）１０と、を備えている。

モータ４は、円筒状に形成され、その回転軸を左右方向に向けた状態で、図示しない防振部材を介して車体２に弾性的に支持されている。

図２はモータルーム内の平面図である。
図１，２に示すように、ラジエータ６は、厚さ方向を前後方向とする矩形板状に形成され、ラジエータ６、モータ４及びＰＣＵ５の間を循環する冷媒を、この冷媒と走行風である外気との間で熱交換することにより、冷却する。ラジエータ６、モータ４及びＰＣＵ５の間は、冷媒配管１３により接続されており、図示しないウォータポンプの駆動によりラジエータ６、モータ４及びＰＣＵ５の間を冷媒が流れるようになっている。

図１に示すように、上述したラジエータ６は、バルクヘッドフレーム７により支持されている。バルクヘッドフレーム７は、ラジエータ６の前方において、前後方向から見てラジエータ６を取り囲むように配置された枠型形状のものであり、ラジエータ６よりも上方で左右方向に沿って設けられたバルクヘッドアッパ（ｂｕｌｃ ｈｅａｄ ｕｐｐｅｒ）１１を備えている。バルクヘッドアッパ１１は、閉断面構造の部材であり、左右方向に沿う長さがラジエータ６よりも長く形成されている。そして、バルクヘッドアッパ１１には、後方に向けてステー（ｓｔａｙ）１２が設けられており、このステー１２を介してラジエータ６が連結されている。なお、ラジエータ６の後方には、冷却ファン１４、及びラジエータ６の後方と冷却ファン１４との間を覆うファンシュラウド（ｆａｎ ｓｈｒｏｕｄ）１５が設けられている。

図３はモータルーム内を前方から見た斜視図である。
図２，３に示すように、ＰＣＵ５は、例えば車室内の下方に設けられた高電圧バッテリ（不図示）から供給される直流電力を三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ４に供給することでモータ４を駆動制御している。具体的に、ＰＣＵ５は、複数の電気デバイスが収納された筐体２５を備え、この筐体２５がユニット支持フレーム３１を介して車体２に支持されている。

ユニット支持フレーム３１は、パイプ状の部材であり、上下方向から見てモータルーム３内の左右方向中央部において、ＰＣＵ５の全周を取り囲むように設けられている。具体的に、ユニット支持フレーム３１は、ＰＣＵ５に対して右側に設けられた右サイド支持フレーム３２と、左側に設けられた左サイド支持フレーム３３と、各サイド支持フレーム３２，３３の前端部同士を接合するフロント支持フレーム３４と、各サイド支持フレーム３２，３３の後端部同士を接合するリア支持フレーム３５と、を有している。

各支持フレーム３２〜３５の結合部分、すなわちユニット支持フレーム３１の各角部には、それぞれ下方に向けて脚部３６〜３９が設けられている。ユニット支持フレーム３１は、各脚部３６〜３９の下端部において、車体２の図示しないサイドフレームに固定されることで、姿勢が保持されている。そして、ＰＣＵ５の筐体２５は、各支持フレーム３２〜３５の適所に固定されることで、ユニット支持フレーム３１の内側に支持されている。

図２に示すように、ＰＣＵ５の筐体２５は、アルミ材料等からなり、左右方向（車幅方向）を長手方向とした直方体形状に形成されている。具体的に、筐体２５は、アッパケース（ｕｐｐｅｒ ｃａｓｅ）（ケース）４１と、アッパケース４１の下方に配置されたロアケース（ｌｏｗｅｒ ｃａｓｅ）４２と、アッパケース４１及びロアケース４２の間を仕切るヒートシンク筐体（ヒートシンク）４３と、を備え、上下方向に沿って三段に分割構成されている。そして、上述した電気デバイスは、アッパケース４１及びロアケース４２によりそれぞれ覆われている。

図４はモータルーム３を右側から見た一部破断断面図であり、図５はヒートシンク筐体４３を下方から見た斜視図である。また、図６は、アッパカバー（ｕｐｐｅｒ ｃｏｖｅｒ）６４の一部を取り外して突出区画部内を見た平面図である。
図４〜６に示すように、ヒートシンク筐体４３は、アッパケース４１及びロアケース４２よりも剛性が高く形成された矩形板状の部材であり、その上面（固定面）４４側にはアッパケース４１が固定され、下面４５側にはロアケース４２が固定されている。また、ヒートシンク筐体４３の上面４４には、複数の電気デバイスが固定されている。具体的に、ヒートシンク筐体４３の上面４４のうち、右前部分にはマイナス側コンタクタ４６、及びプラス側コンタクタ４７が左右方向に並んで設置されている。これらコンタクタ（電気デバイス）４６，４７は、高電圧バッテリと外部電源との接続を行うための後述するコネクタ４８，４９と、高電圧バッテリとの間に接続され、両者間の電気的な接続を切り替えるものである。

また、図４，５に示すように、ヒートシンク筐体４３の下面４５のうち外周部を除く領域には、上方に向けて窪んだ凹部５１が形成されている。そして、この凹部５１とロアケース４２の上面とで囲まれた空間は、ラジエータ６から供給される冷媒が流れるウォータジャケット５２を構成している。すなわち、本実施形態では、各ケース４１，４２間にウォータジャケット５２が配置されており、各ケース４１，４２に収納される電気デバイスで発生した熱は、ウォータジャケット５２に放熱されることで各電気デバイスが冷却される。

また、図５に示すように、ヒートシンク筐体４３の前縁部には、ウォータジャケット５２の内外を接続させる冷媒入口ポート５３、及び冷媒出口ポート５４が左右方向に間隔をあけて設けられている。冷媒入口ポート５３は、ヒートシンク筐体４３の前縁部のうち、左側に設けられている。具体的には、基端側がウォータジャケット５２内に向けて開口する一方、先端側はヒートシンク筐体４３から下方に向けて延びた後、前方に向けて屈曲され、前方に向けて開口している。冷媒出口ポート５４は、上述した冷媒入口ポート５３と同様の構成からなり、ヒートシンク筐体４３の前縁部のうち、右側に設けられている。
これにより、冷媒配管１３を通ってラジエータ６から供給される冷媒は、冷媒入口ポート５３を介してウォータジャケット５２内に供給され、冷媒出口ポート５４を介してウォータジャケット５２から排出される。

また、図４，５に示すように、ヒートシンク筐体４３の前縁部のうち、冷媒出口ポート５４の右側には、上下方向に沿って貫通する貫通孔５６が形成されている。この貫通孔５６内には、上述した電気デバイスのうちコンタクタ４６，４７等に電力を供給するための電気コネクタ６１が取り付けられている。この電気コネクタ６１は、その取付口がＰＣＵ５の外部において下方を向いた状態で取り付けられており、ＰＣＵ５の外部を引き回される図示しない外側電力線が着脱可能に構成されている。また、電気コネクタ６１には、ＰＣＵ５内において各種電気デバイスとの間を電気的に接続するための内側電力線６２が接続されている。したがって、電気コネクタ６１を介して内側電力線６２と外側電力線とが接続され、ＰＣＵ５内の各電気デバイスに電力が供給されるようになっている。

図６に示すように、アッパケース４１は、上下方向に沿って開口する矩形枠型のものであり、その上端開口部がアッパカバー６４により覆われている。アッパケース４１のうち右前部分は、平面視矩形状で、かつ他の部分に比べて上方に向けて突出する突出区画部６５を構成している。この突出区画部６５は、上述したヒートシンク筐体４３の右前部分、すなわちコンタクタ４６，４７や貫通孔５６の周囲を取り囲んでいる。

また、突出区画部６５の後壁部６５ａには、突出区画部６５の内部で各コンタクタ４６，４７に接続されるマイナス側コネクタ４８及びプラス側コネクタ４９が、後方に取付口を向けるようにして設けられている。これらコネクタ４８，４９は、後壁部６５ａを挟んで各コンタクタ４６，４７と左右方向で対応する位置に並んで設けられている。なお、マイナス側コネクタ４８及びプラス側コネクタ４９には、急速充電用電源との接続のために車体２箇所に設けられた充電口まで延びる図示しないケーブルが接続される。

一方、突出区画部６５の前壁部６５ｂのうち、下部に位置する部分は、前方に向けて突出する突出部６６を構成している。この突出部６６は、前壁部６５ｂの上下方向中間部分から下方に向かうに従い前方に向けて徐々に傾斜しており、その下端部がＰＣＵ５の前面のうち最前に位置している。そして、上述したヒートシンク筐体４３のうち、突出部６６の下方に位置する部分には、上述した貫通孔５６が配置されている。また、アッパケース４１のうち、突出部６６の板厚は、他の部分よりも厚く形成されている。

図４に示すように、ロアケース４２は、下方に向けて開放された有頂筒状とされ、アッパケース４１と同様の材料により、平面視外形がアッパケース４１と同等に形成されている。ロアケース４２の下端開口部はロアカバー（ｌｏｗｅｒ ｃｏｖｅｒ）６７により覆われており、ロアケース４２とロアカバー６７とで囲まれた空間内に複数の電気デバイスが収納されている。

ここで、図２〜４に示すように、ＰＣＵ５の右前部分、すなわちアッパケース４１の突出部６６及び上述したバルクヘッドアッパ１１と前面視で重なる部分には、リザーブタンク７１が配置されている。このリザーブタンク７１は、空調用に用いられる図示しないヒータとの間で熱交換を行う循環液体の流路７０上に接続されて循環液体を貯留するものであり、上下方向を長手方向とする箱型に形成されている。この場合、リザーブタンク７１における左右方向の長さは、ＰＣＵ５の筐体２５及びバルクヘッドアッパ１１に比べて短くなっている。そして、リザーブタンク７１は、ブラケット７２（図４参照）を介してＰＣＵ５の筐体２５に固定されている。

図４に示すように、ブラケット７２は、左右方向において突出部６６の中間部分を通り、上下方向に沿って設けられた板状のものである。ブラケット７２の下端部は、上述したユニット支持フレーム３１のうちフロント支持フレーム３４にボルトｂを介して固定される。ブラケット７２の上下方向に沿う中間部分は、ヒートシンク筐体４３の前縁部にボルトｂを介して固定される。
また、ブラケット７２の上端部は、突出部６６に対して前方に突出した状態で上方に向けて延びており、その前面部分にリザーブタンク７１が固定されている。
したがって、リザーブタンク７１は、ＰＣＵ５の突出部６６と上述したバルクヘッドアッパ１１との間において、突出部６６とバルクヘッドアッパ１１から離れ、上述した電気コネクタ６１やコンタクタ４６，４７と前面視で重なる位置に配置されている。

このように、本実施形態では、ヒートシンク筐体４３の前端縁に、電気自動車１の空調用に用いられるリザーブタンク７１を取り付ける構成とした。
この構成によれば、前突等の衝突時においてバルクヘッドフレーム７がＰＣＵ５に向けて移動した場合に、ＰＣＵ５よりも先にリザーブタンク７１に接触することになる。このため、ＰＣＵ５に作用する衝突荷重をリザーブタンク７１により緩和でき、ＰＣＵ５を保護できる。
特に、本実施形態では、ＰＣＵ５の前面のうち、リザーブタンク７１及びバルクヘッドフレーム７と重なる位置に、前方に向けて突出する突出部６６を形成する構成とした。
この構成によれば、バルクヘッドフレーム７がリザーブタンク７１に接触した場合に、ＰＣＵ５の前面のうち左右方向に沿う突出部６６に位置する部分では、上述したようにリザーブタンク７１により衝撃荷重を緩和でき、突出部６６以外の部分では、バルクヘッドフレーム７とＰＣＵ５との間の前後方向に沿う距離を確保できる。したがって、ＰＣＵ５の左右方向全体において、バルクヘッドフレーム７がＰＣＵ５に直接接触するのを抑制できるので、ＰＣＵ５を保護できる。したがって、ＰＣＵ５自体の剛性や強度を高くする必要がないので、低コスト化及び軽量化を図った上で、ＰＣＵ５を保護できる。
また、リザーブタンク７１を、筐体２５の中でも比較的剛性の高いヒートシンク筐体４３に取り付けることで、リザーブタンク７１に入力された衝撃荷重が仮にヒートシンク筐体４３に伝達されたとしても、筐体２５が破損するのを抑制できる。

また、アッパケース４１において、突出部６６と前面視で重なる位置に電気コネクタ６１を配置することで、電気コネクタ６１に作用する衝撃荷重をリザーブタンク７１により緩和できる。したがって、電気コネクタ６１を確実に保護できる。
しかも、アッパケース４１のうち、突出部６６の板厚を他の部位に比べて厚くすることで、突出部６６の剛性を高くできる。このため、リザーブタンク７１に入力された衝撃荷重が仮に突出部６６に伝達されたとしても、筐体２５が破損するのを抑制できる。

また、電気デバイスのうち、車両走行時に用いられないコンタクタ４６，４７を突出部６６と前面視で重なる位置に配置することで、車両走行時に用いる他の電気デバイスは、突出部６６を左右方向に回避した位置に配置されることになる。すなわち、衝突時にバルクヘッドフレーム７が接触しにくい部分に、車両走行時に用いる電気デバイスが配置されるので、ＰＣＵ５（電気デバイス）を確実に保護できる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、モータルーム３内でのレイアウトや、ＰＣＵ５の構成等については適宜変更可能である。
また、上述した実施形態では空調用のリザーブタンク７１を例にして説明したが、これに限らず、発熱部品の冷却用の循環液体の流路に設けられるリザーブタンクに本発明を適用しても構わない。
さらに、上述した実施形態では、高電圧バッテリと外部電源との間の電気的な接続を切り替えるコンタクタ４６，４７を例にして説明したが、これに限らず、コンタクタ４６，４７はバッテリと外部機器との電気的な接続を切り替える外部給電用のコンタクタであっても構わない。

また、上述した実施形態では、アッパケース４１、ロアケース４２、及びヒートシンク筐体４３により筐体２５を構成する場合について説明したが、これに限らず、電気デバイスが固定されるヒートシンク筐体４３と、それを覆うケースで構成しても構わない。
さらに、筐体２５内に収納する電気デバイスは、適宜変更が可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１…電気自動車（車両） ３…モータルーム（車両フロントモータルーム） ５…ＰＣＵ（パワーコントロールユニット） ６…ラジエータ ７…バルクヘッドフレーム ４１…アッパケース（ケース） ４３…ヒートシンク筐体（ヒートシンク） ４４…上面（固定面） ４６，４７…コンタクタ（電気デバイス） ６１…電気コネクタ ７１…リザーブタンク ７２…ブラケット。

Claims (3)

1. 電気デバイスをケース内に収容するパワーコントロールユニットを車両フロントモータルーム内に配置した電気自動車であって、
   前記パワーコントロールユニットは、前記電気デバイスが固定されるとともに、前記電気デバイスとの間で熱交換を行うヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの、前記電気デバイスを固定する面に取り付けられ、前記電気デバイスを覆う前記ケースと、を備え、
   前記ヒートシンクの前端面に、循環液体を貯留するリザーブタンクがブラケットを介して取り付けられ、
   前記リザーブタンクの前方に、ラジエータを保持するバルクヘッドフレームが車幅方向に設けられ、
   前記リザーブタンクは、前記バルクヘッドフレームと前面視で重なる位置に配置され、
   前記パワーコントロールユニットの前面は、前記リザーブタンク及び前記バルクヘッドフレームと前面視で重なる位置で、前方に突出する突出部を有し、
   前記突出部は、前記ケースに設けられ、
   前記ケース内において、前記突出部と前面視で重なる位置には、前記電気デバイスに電力を供給するための電気コネクタが配置されている
   ことを特徴とする電気自動車。
2. 前記突出部は、前記ケースの他の部位に比べて板厚が厚いことを特徴とする請求項１または請求項１記載の電気自動車。
3. 前記突出部は、前記ケースに設けられ、
   前記ケース内において、前記突出部と前面視で重なる位置には、車両に設けられたバッテリと、外部電源または外部機器と、の間の電気的な接続を切り替えるコンタクタが配置されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気自動車。

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