JP5525505B2 - 電動車両の電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車体に搭載されたバッテリと、前記バッテリから電力を取り出す電力線と、前記電力線を前記バッテリに接続する接続手段とを備える電動車両の電源装置に関する。

電気自動車の走行用の駆動源であるモータ・ジェネレータに電力を供給するバッテリパックの電圧は数百ボルトに達する高電圧であり、その電力はバッテリパックからコネクタを介してモータ・ジェネレータのパワードライブユニットに供給される。コネクタは着脱操作を容易に行えるように露出しているため、車両が衝突事故を起こした場合に衝突の衝撃によって損傷する場合があり、コネクタが損傷するとバッテリパックの高電圧が車体フレーム等に地絡して感電の可能性が発生する。

そこで、車両の蓄電装置を左右の後輪間に挟まれる位置に配置し、その高電圧接続部を車体内側（車体前方）を向くように配置し、その低電圧接続部を車体外側（車体後方）を向くように配置することで、車両の衝突時に高電圧接続部を保護して地絡の発生を防止するものが、下記特許文献１により公知である。

ＷＯ２００７／１２９７５９Ａ１

しかしながら上記従来のものは、車両に既存の後輪や車軸を利用して電源装置の高電圧接続部を保護するだけであり、高電圧接続部の近傍の車体構造に特別の工夫が施されていないため、車両の衝突時に高電圧接続部を充分に保護できない可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両の前面衝突時にバッテリおよび電力線を接続する接続手段が破損して地絡が発生するのを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車体に搭載されたバッテリと、前記バッテリから電力を取り出す電力線と、前記電力線を前記バッテリに接続する接続手段と、車体フレームの一部を構成して車両の前面衝突時に変形して衝突エネルギーを吸収する衝撃緩衝部材と、前記衝撃緩衝部材よりも前方に配置されて該衝撃緩衝部材に第１接続部で接続される第１剛性部材と、前記衝撃緩衝部材よりも後方に配置されて該衝撃緩衝部材に第２接続部で接続される第２剛性部材とを備え、車両の前面衝突時に後退する前記第１剛性部材の後部は前記第２剛性部材の前部に接触部において接触可能であり、前記第１接続部、前記第２接続部および前記接触部により構成される三角形の内部に前記接続手段が配置されることを特徴とする電動車両の電源装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記三角形は車幅方向に離間して二つ構成され、一方の三角形の内部に高電圧側の前記接続手段が配置され、他方の三角形の内部に低電圧側の前記接続手段が配置されることを特徴とする電動車両の電源装置が提案される。

尚、実施の形態のフロントサブフレーム２１は本発明の第１剛性部材に対応し、実施の形態のバッテリモジュール３０は本発明のバッテリに対応し、実施の形態のバッテリパック３１は本発明の第２剛性部材に対応し、実施の形態の高電圧コネクタ４７および低電圧コネクタ５８は本発明の接続手段に対応し、実施の形態の高電圧電力線４８および低電圧電力線６０は本発明の電力線に対応する。

請求項１の構成によれば、車両の前面衝突により車体フレームの一部を構成する衝撃緩衝部材が座屈して第１剛性部材が後退することで、第１剛性部材の後部が第２剛性部材の前部に接触部において接触する。その結果、衝撃緩衝部材および第１剛性部材を接続する第１接続部と、衝撃緩衝部材および第２剛性部材を接続する第２接続部と、前記接触部とによって剛性の高い三角形の領域が構成される。この三角形の内部に、車体に搭載されたバッテリと電力線とを接続する接続手段を配置したので、車両の前面衝突による接続手段の破損を防止してバッテリの地絡を回避することができる。特に、前記三角形の領域は衝撃緩衝部材の座屈を見越して設定されるので、接続手段の保護が一層確実なものとなる。

また請求項２の構成によれば、三角形は車幅方向に離間して二つ構成され、一方の三角形の内部に高電圧側の接続手段が配置され、他方の三角形の内部に低電圧側の接続手段が配置されるので、高電圧側および低電圧側の二つの接続手段を確実に保護することができる。

電機自動車の側面図。 図１の２方向矢視図。 図２の３−３線断面図。 図２の４部拡大図。 前面衝突時の作用説明図。 高電圧コネクタの分離時の作用説明図。

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図３に示すように、電気自動車の車体フレームは、車体前後方向に延びる左右一対のフロアフレーム１１，１１を備えており、それらの前端から左右一対のフロントサイドフレーム１２，１２が上方に立ち上がりながら前方に延びるとともに、それらの後端から左右一対のリヤサイドフレーム１３，１３が上方に立ち上がりながら後方に延びている。

左右のフロントサイドフレーム１２，１２の前端間が車幅方向に延びるフロントバンパービーム１４で接続され、左右のフロアフレーム１１，１１の前端間が車幅方向に延びるフロントクロスメンバ１５で接続され、左右のフロアフレーム１１，１１の前後方向中間部間が車幅方向に延びるミドルクロスメンバ１６で接続され、左右のリヤサイドフレーム１３，１３の前後方向中間部間が車幅方向に延びるリヤクロスメンバ１７で接続され、左右のリヤサイドフレーム１３，１３の後端間が車幅方向に延びるリヤバンパービーム１８で接続される。

左右のフロアフレーム１１，１１の車幅方向外側に左右の一対のサイドシル１９，１９が車体前後方向に配置されており、左右のサイドシル１９，１９の前端と左右のフロントサイドフレーム１２，１２の後端とが車幅方向に延びる左右一対のフロントアウトリガー２０，２０で接続され、左右のサイドシル１９，１９の後端が左右のリヤサイドフレーム１３，１３の前端に接続される。

板状のフロントサブフレーム２１は、その前部が左右各１本のボルト２２でフロントサイドフレーム１２，１２の前後方向中間部の下面に固定され、その後部が左右各２本のボルト２３，２３でフロントサイドフレーム１２，１２の後部の下面に固定される。左右のフロントサイドフレーム１２，１２の前部間が車幅方向に延びるフロントマウントビーム２４で接続される。電気自動車の走行用の駆動源となるモータ・ジェネレータ２５は、その後部に設けたリヤマウントブラケット２６がフロントサブフレーム２１の上面に設けたリヤマウント２７に支持され、その前部に設けた左右一対のフロントマウントブラケット２８，２８がフロントマウントビーム２４の下面に設けた左右一対のフロントマウント２９，２９に支持される。

モータ・ジェネレータ２５の電源となる複数のバッテリモジュール３０…（図２参照）を収納するバッテリパック３１は、バッテリモジュール３０…を搭載する金属製のバッテリトレー３２と、バッテリトレー３２の上面の複数本のボルト３３…で結合されるバッテリカバー３４とを備える。バッテリトレー３２は中空に形成されており、その内部を流れる冷却空気によってバッテリモジュール３０…を冷却する。

バッテリパック３１の下面には、車幅方向に延びる３本の吊り下げビーム３５，３６，３７がボルト３８…で固定されており、最も前側の吊り下げビーム３５の両端はボルト３９…で左右のフロアフレーム１１，１１の下面に固定される。また中間の吊り下げビーム３６の両端はフロアフレーム１１，１１の下面に固定され、最も後側の吊り下げビーム３７の両端は左右一対のブラケット４０，４０を介して左右のリヤサイドフレーム１３，１３の側面に固定される。更に、バッテリパック３１の前端に設けられたブラケット４１は、フロントクロスメンバ１５の下面にボルト４２，４２で固定されるとともに、バッテリパック３１の後端に設けられたブラケット４３は、リヤクロスメンバ１７の下面に図示せぬボルトで固定される。

このようにして、バッテリトレー３２を車体フレームに支持した状態で、フロントサブフレーム２１の後端と、バッテリパック３１の前端から前方に突出する突出部３２ａとは、所定の隙間α（図２参照）を介して前後方向に対向する。

フロントサブフレーム２１は本発明の第１剛性部材を構成し、バッテリパック３１は本発明の第２剛性部材を構成し、左右のフロアフレーム１１，１１の前部に形成される傾斜した部分（図２に鎖線で囲む部分）は本発明の衝撃緩衝部材１１ａ，１１ａを構成する。衝撃緩衝部材１１ａ，１１ａはクラッシャブルゾーンとして特別に脆弱に構成された部分ではないが、車両の前面衝突時に過度の衝撃が入力された場合において圧壊し得る部分である。もちろん、車両の前面衝突時に、車体フレームは衝撃緩衝部材１１ａ，１１ａ以外の部分も圧壊する。一方、第１、第２剛性部材を構成するフロントサブフレーム２１およびバッテリパック３１は剛性が高い部材であり、それらの前面衝突時の変形量は衝撃緩衝部材１１ａ，１１ａの変形量よりも小さくなる。

図５に示すように、フロアフレーム１１，１１の衝撃緩衝部材１１ａ，１１ａの前端とフロントサブフレーム２１の左右両端とがボルト２３…で結合される部分は、本発明の第１接続部Ａ，Ａを構成する。またフロアフレーム１１，１１の衝撃緩衝部材１１ａ，１１ａの後端とバッテリパック３１の左右両端（つまり最も前側の吊り下げビーム３５の左右両端）とがボルト３９…で結合される部分は、本発明の第２接続部Ｂ，Ｂを構成する。

図２〜図４に示すように、バッテリパック３１のバッテリトレー３２の突出部３２ａの後方左側には上向きに凹む凹部３２ｂが形成されており、この凹部３２ｂに高電圧コネクタボックス４５が４本のボルト４６…で固定される。一対の高電圧コネクタ４７，４７は、高電圧コネクタボックス４５の前面に固定された雌コネクタ４７ａ，４７ａと、雌コネクタ４７ａ，４７ａに対して前後方向に抜き差し可能な雄コネクタ４７ｂ，４７ｂとで構成される。雌コネクタ４７ａ，４７ａから延びる２本の高電圧（例えば、２８８Ｖ）電力線４８，４８は、モータ・ジェネレータ２５の作動を制御するパワードライブユニット４９（図１参照）に接続される。

屈曲した板材からなるインターロック部材５１の両端が、下から上に挿入されてバッテリトレー３２の下面に螺合する２本のボルト５２，５３で固定される。雌コネクタ４７ａ，４７ａの下面にはロック解除ボタン４７ｃ，４７ｃが設けられており、ロック解除ボタン４７ｃ，４７ｃを押さない限り、雄コネクタ４７ｂ，４７ｂは雌コネクタ４７ａ，４７ａから抜けないようにロックされる。インターロック部材５１をバッテリトレー３２に固定した状態では、インターロック部材５１が邪魔になってロック解除ボタン４７ｃ，４７ｃの操作ができないようになっている。

高電圧コネクタボックス４５の側面に把手５４を有するインターロックコネクタ５４が抜き差し自在に設けられる。高電圧コネクタボックス４５の側面に差し込まれたインターロックコネクタ５４の把手５４ａは、インターロック部材５１の一端を固定する一本のボルト５２の軸線上に位置している。

直列に接続された複数のバッテリモジュール３０…の両端の端子５５，５５と一対の高圧コネクタ４７，４７との間には２個のリレー５６，５６の接点５６ａ，５６ａが配置されており、それらの接点５６ａ，５６ａに対向するコイル５６ｂ，５６ｂがバッテリＥＣＵ５７に接続されるとともに、バッテリＥＣＵ５７にインターロックコネクタ５４が接続される。

またバッテリパック３１のバッテリトレー３２の突出部３２ａの後方右側には上向きに凹む凹部３２ｃが形成されており、この凹部３２ｃに低電圧コネクタ５８の雌コネクタ５８ａ，５８ａが４本のボルト５９…で固定される。雌コネクタ５８ａ，５８ａに対して抜き差し可能な雄コネクタ５８ｂ，５８ｂから延びる２本の低電圧（例えば、１２Ｖ）電力線６０，６０は種々の車載機器に接続される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態を作用を説明する。

車体フレームの下面において、前側のフロントサブフレーム２１の後端と後側のバッテリパック３１の前端とが隙間α（図２参照）を介して対峙しているが、前述したように前面衝突によりフロントサイドフレーム１２，１２に車体前後方向の過度の衝突荷重が入力されると、図５に示すように、フロントサイドフレーム１２，１２の後端に接続されたフロアフレーム１１，１１の前部で構成される衝撃緩衝部材１１ａ，１１ａが座屈することで、フロントサブフレーム２１が後退し、その後端がバッテリパック３１の前端に接触する位置関係とされる。

その結果、フロントサブフレーム２１およびバッテリパック３１が接触点Ｃにおいて接触し得る場合には、前記第１接続部Ａ，Ａと、前記第２接続部Ｂ，Ｂと、前記接触点Ｃとにより、図５に鎖線で示す左右一対の三角形Ｔ，Ｔが構成される。これらの三角形Ｔ，Ｔはフロントサブフレーム２１、バッテリパック３１および衝突荷重で座屈した衝撃緩衝部材１１ａ，１１ａにより囲まれた剛性の高い領域であり、その一方の内側に高電圧コネクタ４７，４７を配置し、その他方の内側に低電圧コネクタ５８，５８を配置することで、それら高電圧コネクタ４７，４７および低電圧コネクタ５８，５８の保護を図ることができる。

以上のように、三角形Ｔ，Ｔの領域を、衝撃緩衝部材１１ａ，１１ａが衝突荷重で変形した後の第１接続部Ａ，Ａ、第２接続部Ｂ，Ｂおよび接触点Ｃの位置に基づいて設定するので、衝突による高電圧コネクタ４７，４７および低電圧コネクタ５８，５８の損傷を一層確実に回避することができる。特に高電圧コネクタ４７，４７が破損して車体フレームに地絡すると感電の虞があるが、本実施の形態の構造によって前記地絡の発生を確実に防止することができる。

ところで、バッテリパック３１の交換等のために高電圧コネクタ４７，４７の雌コネクタ４７ａ，４７ａから雄コネクタ４７ｂ，４７ｂを引き抜くとき、高電圧コネクタ４７，４７に２８８Ｖに高電圧が印加していると感電の虞があるため、予め高電圧コネクタ４７，４７への高電圧の印加を遮断する必要がある。そのために、図６（Ａ）に示すように、インターロックコネクタ５４を引く抜くと、それを検出したバッテリＥＣＵ５７がリレー５６，５６のコイル５６ｂ，５６ｂへの通電を遮断することで、接点５６ａ，５６ａが開成して高電圧コネクタ４７，４７への高電圧の印加が遮断される。

高電圧コネクタ４７，４７の雌コネクタ４７ａ，４７ａから雄コネクタ４７ｂ，４７ｂを引き抜くには、雄コネクタ４７ｂ，４７ｂに設けたロック解除ボタン４７ｃ，４７ｃを押下する操作が必要であるが、インターロック部材５１が装着されたままではロック解除ボタン４７ｃ，４７ｃが隠されて押下することができないため、２本のボルト５２，５３を工具で緩めてインターロック部材５１を取り外す必要がある。このとき、インターロックコネクタ５４が既に抜き取られているため、インターロックコネクタ５４と干渉せずに工具を操作して一方のボルト５２を緩めることが可能となり、図６（Ｂ）に示すように、インターロック部材５１を取り外してロック解除ボタン４７ｃ，４７ｃを押下し、雌コネクタ４７ａ，４７ａから雄コネクタ４７ｂ，４７ｂを抜くことができる。

仮に、作業者がインターロックコネクタ５４を引く抜くのを忘れたままインターロック部材５１を取り外ずそうとしても、図４に示すように、工具がインターロックコネクタ５４と干渉して一方のボルト５２を緩めることができないため、ロック解除ボタン４７ｃ，４７ｃの押下が不能になって雌コネクタ４７ａ，４７ａから雄コネクタ４７ｂ，４７ｂを抜くことができず、感電事故の発生を未然に回避することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明はモータ・ジェネレータだけを走行用駆動源とする電気自動車用に限定されず、走行用駆動源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータの両方を備えるハイブリッド車両に対しても適用することができる。

また本発明の第１剛性部材および第２剛性部材は実施の形態のフロントサブフレーム２１およびバッテリパック３１に限定されるものではない。

また実施の形態では衝撃緩衝部材がフロアフレーム１１の一部で構成されているが、それに限定されるものではない。

１１ａ 衝撃緩衝部材
２１ フロントサブフレーム（第１剛性部材）
３０ バッテリモジュール（バッテリ）
３１ バッテリパック（第２剛性部材）
４７ 高電圧コネクタ（接続手段）
４８ 高電圧電力線（電力線）
５８ 低電圧コネクタ（接続手段）
６０ 低電圧電力線（電力線）
Ａ 第１接続部
Ｂ 第２接続部
Ｃ 接触部
Ｔ 三角形

Claims (2)

1. 車体に搭載されたバッテリ（３０）と、
   前記バッテリ（３０）から電力を取り出す電力線（４８，６０）と、
   前記電力線（４８，６０）を前記バッテリ（３０）に接続する接続手段（４７，５８）と、
   車体フレームの一部を構成して車両の前面衝突時に変形して衝突エネルギーを吸収する衝撃緩衝部材（１１ａ）と、
   前記衝撃緩衝部材（１１ａ）よりも前方に配置されて該衝撃緩衝部材（１１ａ）に第１接続部（Ａ）で接続される第１剛性部材（２１）と、
   前記衝撃緩衝部材（１１ａ）よりも後方に配置されて該衝撃緩衝部材（１１ａ）に第２接続部（Ｂ）で接続される第２剛性部材（３１）とを備え、
   車両の前面衝突時に後退する前記第１剛性部材（２１）の後部は前記第２剛性部材（３１）の前部に接触部（Ｃ）において接触可能であり、前記第１接続部（Ａ）、前記第２接続部（Ｂ）および前記接触部（Ｃ）により構成される三角形（Ｔ）の内部に前記接続手段（４７，５８）が配置されることを特徴とする電動車両の電源装置。
2. 前記三角形（Ｔ）は車幅方向に離間して二つ構成され、一方の三角形（Ｔ）の内部に高電圧側の前記接続手段（４７）が配置され、他方の三角形（Ｔ）の内部に低電圧側の前記接続手段（４８）が配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電動車両の電源装置。

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