JP5627435B2

JP5627435B2 - 電力制御装置の保護装置

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Publication number: JP5627435B2
Application number: JP2010276667A
Authority: JP
Inventors: 雅弘平野
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: JP2012126152A

Description

本発明は、車両のエンジンコンパートメントに搭載され、バッテリからの電力により駆動される駆動装置への電力を制御する電力制御装置の保護装置に関し、特に車両衝突時における電力制御装置の保護装置に関する。

ハイブリッド自動車、電気自動車、及び燃料電池自動車などのように、モータの出力により走行する車両が知られている。このような車両には、モータに接続される電源として充放電可能なバッテリとともに、モータとバッテリとの間で授受される電力を制御する電力制御装置（パワーコントロールユニット（ＰＣＵ））が搭載されている。この電力制御装置は、例えばインバータとコンバータとを有する。

この電力制御装置は、例えばハイブリッド自動車においては、エンジンとモータとが収容されるエンジンコンパートメントに搭載される。エンジンコンパートメントは、車室よりも前方に位置し、車室とは隔壁により仕切られた区画である。

この電力制御装置には、バッテリに接続されるコネクタ部が電力制御装置のケースの一面から突出したものがある。例えば特許文献１には、ハイブリッド自動車に搭載される電力制御装置において、バッテリに接続される端子がケースから突出した電力制御装置が開示されている。

図１０を参照して、従来技術に係る電力制御装置について説明する。図１０は、エンジンコンパートメントに収容された従来技術に係る電力制御装置を上面から見た図である。図１０に示す車両５０においては、車室５１の前方に位置して車室５１とは隔壁５２により仕切られた区画であるエンジンコンパートメント５３に、電力制御装置１０が収容されている。エンジンコンパートメント５３には、電力制御装置１０以外の車両機器も収容されている。この車両機器としては、例えばエンジン５４やモータなどの駆動装置や、バッテリなどが該当する。電力制御装置１０は、例えばインバータとコンバータとをケース１１内に有する。また、電力制御装置１０には、ケース１１の側面１１ａから外側に向かって突出したコネクタ部１２が設けられている。このコネクタ部１２にはバッテリが接続されて、コネクタ部１２を経由してバッテリから電力制御装置１０に高電圧が供給される。図１０に示す車両５０においては、電力制御装置１０は、コネクタ部１２を車両５０の右側方側に向けた状態で、エンジンコンパートメント５３内の左側方側に配置されている。エンジン５４は、電力制御装置１０よりも後方側であって、電力制御装置１０よりも右側方側に配置されている。

ところで、車両衝突時に車両機器を保護する技術が知られている。例えば下記に示す特許文献２には、車両衝突時に乗員を保護する乗員保護装置の制御を行う制御回路基板を保護する筐体が開示されている。制御回路基板が筐体の厚肉面側に搭載されており、車両衝突時に筐体にひびが発生しても、ひびが厚肉面まで到達する可能性が低いため、制御回路基板を保護することができる。

また、下記に示す特許文献３には、パワーコントロールユニットと電池部とが上下方向に並んで固定された車両において、パワーコントロールユニットの底面に、塑性変形によって外部からの衝撃を吸収する複数の凹凸が設けられた構成が開示されている。車両衝突時に上記凹凸が押し潰されて変形し、衝撃エネルギーの一部を吸収することにより、電池部の破損を防止することができる。

特開２００７−９９１２１号公報特開２０１０−１６７８１６号公報特開２００４−１７５３０１号公報

車両衝突時に、車両衝突の衝撃によって電力制御装置１０がエンジンコンパートメント５３内を移動することがある。電力制御装置１０のケース１１の側面１１ａからコネクタ部１２が突出しているため、コネクタ部１２の側面１２ａがエンジン５４などの他の車両機器に衝突して、コネクタ部１２が他の車両機器に引っ掛かることがある。この場合、コネクタ部１２が破損又は電力制御装置１０から離脱することがある。例えば図１０において、車両５０の前方方向からの衝突が発生した場合について説明する。この場合、図１０の破線で示すように、電力制御装置１０は実線で示す初期位置から矢印Ｘ、Ｙの方向に向かって車両５０の後方側に移動し、ケース１１の側面１１ａから突出したコネクタ部１２の側面１２ａが、エンジン５４に衝突することがある。エンジン５４が大型の場合や、電力制御装置１０とエンジン５４との左右方向の隙間が狭い場合には、コネクタ部１２の側面１２ａがエンジン５４に衝突しやすくなる。コネクタ部１２とエンジン５４などの車両機器との衝突により、コネクタ部１２が破損又は電力制御装置１０から離脱し、電力制御装置１０内にある高電圧用の内部電極が露出してしまうことがある。

上述した特許文献２及び特許文献３に記載された従来技術においては、車両衝突時に制御回路基板又は電池部を保護する構造が採用されている。しかしながら、特許文献２及び特許文献３に記載された従来技術は、電力制御装置１０のケース１１から突出したコネクタ部１２と他の車両機器との衝突を前提としていないため、車両衝突時に、コネクタ部１２と他の車両機器との衝突を防ぐことは困難である。

本発明の目的は、車両衝突時に、電力制御装置に設けられたコネクタ部が他の車両機器に衝突してしまうことを防ぎ、コネクタ部の損傷及び電力制御装置からのコネクタ部の離脱を抑制することが可能な電力制御装置の保護装置を提供することである。

本発明は、車両のエンジンコンパートメント内に配置され、バッテリからの電力により駆動される駆動装置への前記電力を制御する電力制御装置の保護装置において、前記電力制御装置は、前記電力制御装置のケースの一面から突出して前記バッテリに接続されるコネクタ部を有し、所定方向からの車両衝突時の衝撃による前記電力制御装置の移動により前記コネクタ部の側面が衝突し得る車両機器と、前記コネクタ部の側面との間に配置され、前記電力制御装置の移動の方向に対して傾斜した傾斜面を有し、前記車両機器との衝突により前記ケースの方向に摺動して前記ケースに接触するプロテクタを有し、前記プロテクタは、前記ケースの一面に摺動可能に設けられるとともに、前記一面から突出した後、折れ曲がって形成された当接面を有し、前記当接面は、前記コネクタ部には接触せず離れて配置されている、ことを特徴とする。

また、本発明に係る電力制御装置の保護装置において、前記所定方向は、前記車両の前方方向又は後方方向であることが好ましい。

本発明に係る電力制御装置の保護装置によると、車両衝突時の衝撃による電力制御装置の移動によりコネクタ部の側面が衝突し得る車両機器と、コネクタ部の側面との間に、電力制御装置の移動方向に対して傾斜した傾斜面を有するプロテクタが設けられているため、コネクタ部が車両機器に衝突してしまうことを防ぎ、コネクタ部の損傷又は電力制御装置からのコネクタ部の離脱を抑制することが可能となる。

電力制御装置の概略の外観を示す斜視図である。本実施形態のプロテクタを示す斜視図である。図２の矢印Ａの方向から見た図である。図２の矢印Ｂの方向から見た図である。図２の矢印Ｃの方向から見た図である。電力制御装置にプロテクタを取り付ける様子を示す斜視図である。プロテクタが取り付けられた電力制御装置の概略の外観を示す斜視図である。プロテクタが取り付けられた電力制御装置を上面から見たときの概略の外観を示す図である。エンジンコンパートメントに収容された本実施形態の電力制御装置を上面から見た図である。エンジンコンパートメントに収容された従来技術に係る電力制御装置を上面から見た図である。

本発明の実施形態に係る電力制御装置の保護装置について、図を用いて説明する。一例として、モータとエンジンとの出力により走行するハイブリッド車両を挙げ、このハイブリッド車両に搭載された電力制御装置の保護装置について説明する。なお、本発明は、ハイブリッド車両に搭載された電力制御装置に限らず、モータの出力のみにより走行する電気自動車又は燃料電池自動車に搭載された電力制御装置に適用してもよい。

図１を参照して電力制御装置について説明する。図１は、電力制御装置の概略の外観を示す斜視図である。電力制御装置１０は、例えばインバータとコンバータとをケース１１内に有する。この電力制御装置１０は、エンジンとモータとが収容されるエンジンコンパートメントに搭載され、モータとバッテリとの間で授受される電力を制御する。なお、電力制御装置１０は、エアコンとバッテリとの間で授受される電力を制御してもよい。また、電力制御装置１０とは別体でコンバータを車両に搭載してもよい。ケース１１の側面１１ａには開口部１５が形成されている。ケース１１の上面１１ｂには、開口部１５の位置に対応して作業窓１６が形成されている。コネクタ部１２には、ねじ穴１３ａが先端に形成された電極端子１３が設けられている。また、コネクタ部１２には、ねじ穴１４ａが形成された固定部１４が設けられている。コネクタ部１２の電極端子１３を開口部１５からケース１１内に挿入し、ボルト１９を作業窓１６からケース１１内に通して電極端子１３のねじ穴１３ａに貫通させて締め付けることにより、ケース１１内に設けられた図示しない内部電極に電極端子１３が固定される。また、ケース１１の側面１１ａには、コネクタ部１２を電力制御装置１０に固定するためのねじ穴１７が形成されている。固定部１４のねじ穴１４ａとケース１１のねじ穴１７とにボルト１８を貫通させて締め付けることにより、ケース１１の側面１１ａにコネクタ部１２が固定される。コネクタ部１２には図示しないバッテリが接続されて、コネクタ部１２を経由してバッテリから電力制御装置１０に高電圧が供給される。また、ケース１１の上面１１ｂには、後述するプロテクタをケース１１に固定するためのねじ穴３１が形成されている。

このようにコネクタ部１２を電力制御装置１０に取り付けると、コネクタ部１２はケース１１の側面１１ａから外側に突出するため、コネクタ部１２が設けられた箇所は凸形状となる。そこで、コネクタ部１２の側面を覆うプロテクタを、電力制御装置１０に取り付ける。

図２から図５を参照して、電力制御装置１０に取り付けられるプロテクタについて説明する。図２は、本実施形態のプロテクタを示す斜視図である。図３は、図２の矢印Ａの方向から見た図である。図４は、図２の矢印Ｂの方向から見た図である。図５は、図２の矢印Ｃの方向から見た図である。

本実施形態に係るプロテクタ２０は、平坦な衝突面２１ａを有する板状の本体部２１と、本体部２１の上部から衝突面２１ａとは反対方向に直角に折れ曲がった取付部２２と、本体部２１の側方から衝突面２１ａとは反対方向に斜めに折れ曲がった当接部２３、２４とによって構成されている。取付部２２には、プロテクタ２０を電力制御装置１０に取り付けるためのねじ穴２５が形成されている。プロテクタ２０の材料には、例えば鉄やアルミニウムなどの金属や合金を用いてもよいし、機械的な強度が得られる樹脂を用いてもよい。

図４及び図５に示すように、本体部２１において衝突面２１ａとは反対側の面２１ｂに、本体部２１から突出したブラケット２６が設けられている。なお、図５においては、本体部２１及びブラケット２６以外の構成を省略して図示している。ブラケット２６は、例えばＬ字状又はコの字状に折れ曲がった形状を有する。ブラケット２６の先端は、平坦な当接面２６ａとなっている。ブラケット２６の材料には、鉄やアルミニウムなどの金属や合金を用いてもよいし、機械的な強度が得られる樹脂を用いてもよい。ブラケット２６の材料に金属や合金を用いた場合には、例えば溶接やリベットによってブラケット２６を本体部２１に取り付けることができる。ブラケット２６の材料に樹脂を用いた場合には、例えば接着剤やスピン溶着などによってブラケット２６を本体部２１に取り付けることができる。

また、図４に示すように、当接部２３は、本体部２１の面２１ｂと同じ側に平坦な当接面２３ａを有する。当接部２４は、本体部２１の面２１ｂと同じ側に平坦な当接面２４ａを有する。このようにプロテクタ２０は、衝突面２１ａとは反対側に当接面２３ａ、２４ａ、２６ａを有する。なお、本体部２１の面２１ｂの位置を基準にしたときに、当接面２３ａ、２４ａ、２６ａは、それぞれ同じ高さの位置にあってもよいし、異なる高さの位置にあってもよい。

図６から図８を参照して、プロテクタ２０が取り付けられた電力制御装置１０について説明する。図６は、電力制御装置にプロテクタを取り付ける様子を示す斜視図である。図７は、プロテクタが取り付けられた電力制御装置の概略の外観を示す斜視図である。図８は、プロテクタが取り付けられた電力制御装置を上面から見たときの概略の外観を示す図である。

本実施形態においては、プロテクタ２０の面２１ｂ（衝突面２１ａとは反対側の面）を電力制御装置１０に対向させて、コネクタ部１２の側面１２ａを覆うように、ケース１１の側面１１ａからコネクタ部１２の前面１２ｂに架けて、プロテクタ２０をケース１１に取り付ける。このようにプロテクタ２０をケース１１に取り付けると、プロテクタ２０の本体部２１がコネクタ部１２の側面１２ａを覆い、本体部２１から折れ曲がった当接部２３がコネクタ部１２の前面１２ｂの一部を覆う。また、当接部２３の当接面２３ａ、当接部２４の当接面２４ａ、及びブラケット２６の当接面２６ａが、ケース１１に対向することになる。

プロテクタ２０をケース１１に取り付けたときに、当接部２３の当接面２３ａがコネクタ部１２の前面１２ｂに接触していてもよいし、コネクタ部１２から離れていてもよい。同様に、当接部２４の当接面２４ａ及びブラケット２６の当接面２６ａが、ケース１１に接触していてもよいし、ケース１１から離れていてもよい。図８に示す例においては、プロテクタ２０をケース１１に取り付けた段階では、当接部２３の当接面２３ａはコネクタ部１２に接触せずに、コネクタ部１２の前面１２ｂの一部を覆っている。

例えば図６に示すように、電力制御装置１０のケース１１の上面１１ｂには、プロテクタ２０をケース１１に固定するためのねじ穴３１が形成されている。プロテクタ２０のねじ穴２５とケース１１のねじ穴３１とにボルト３２を貫通させて締め付けることにより、プロテクタ２０はケース１１に固定される。

プロテクタ２０のねじ穴２５は、長穴、又は、ボルト３２の径よりも若干大きい丸穴であることが好ましい。これにより、ボルト３２による取付公差を吸収することができ、電力制御装置１０へのプロテクタ２０の取り付けが容易となる。また、プロテクタ２０は、長穴の長手方向、又は、若干大きい丸穴の任意の方向に摺動可能となる。

なお、図６から図８においては、蓋４０によって作業窓１６が塞がれた状態が示されている。

以上のようにプロテクタ２０が取り付けられた電力制御装置１０は、車両のエンジンコンパートメントに収容される。図９を参照して、電力制御装置１０、プロテクタ２０、及び他の車両機器の位置関係について説明する。図９は、エンジンコンパートメントに収容された本実施形態に係る電力制御装置を上面から見た図である。

車両５０においては、車室５１の前方に位置して車室５１とは隔壁５２により仕切られた区画であるエンジンコンパートメント５３に、電力制御装置１０が収容されている。エンジンコンパートメント５３には、電力制御装置１０以外の車両機器も収容されている。この車両機器としては、例えばエンジン５４やモータなどの駆動装置や、バッテリなどが該当する。

電力制御装置１０を車両５０のエンジンコンパートメント５３に収容した場合に、所定方向からの車両衝突が発生すると、車両衝突時の衝撃により電力制御装置１０がエンジンコンパートメント５３内で移動する。所定方向としては、例えば車両５０の前方方向又は後方方向が該当する。例えば車両５０の前方方向からの車両衝突が発生すると、電力制御装置１０は車両５０の後方側に向かってエンジンコンパートメント５３内を移動する。プロテクタ２０は、電力制御装置１０の移動によりコネクタ部１２の側面１２ａが衝突し得る車両機器と、コネクタ部１２の側面１２ａとの間に設けられている。また、プロテクタ２０の本体部２１の衝突面２１ａが、電力制御装置１０の移動方向に対して傾斜するように、プロテクタ２０が設けられている。なお、衝突面２１ａが、電力制御装置１０の移動の方向に対して傾斜した傾斜面の一例に相当する。例えばコネクタ部１２の側面１２ａの位置を基準にして、電力制御装置１０の移動方向の延長線上にある車両機器が、コネクタ部１２の側面１２ａが衝突し得る車両機器に該当する。さらに換言すると、電力制御装置１０の位置を基準にして、ケース１１の側面１１ａからコネクタ部１２が突出している方向にある領域のうち、コネクタ部１２の側面１２ａが向かう領域に配置された車両機器が、コネクタ部１２の側面１２ａが衝突し得る車両機器に該当する。

具体的には、コネクタ部１２を車両５０の右側方側に向けた状態で、電力制御装置１０がエンジンコンパートメント５３の左側方側に配置されている場合には、電力制御装置１０よりも後方側であって、電力制御装置１０よりも右側方側に配置されている車両機器が、コネクタ部１２の側面１２ａが衝突し得る車両機器に該当する。また、コネクタ部１２を車両５０の左側方側に向けた状態で、電力制御装置１０がエンジンコンパートメント５３の右側方側に配置されている場合には、電力制御装置１０よりも後方側であって、電力制御装置１０よりも左側方側に配置されている車両機器が、コネクタ部１２の側面１２ａが衝突し得る車両機器に該当する。

図９に示す例では、コネクタ部１２を車両５０の右側方側に向けた状態で、電力制御装置１０がエンジンコンパートメント５３の左側方側に配置されている。エンジン５４は、電力制御装置１０よりも後方側であって、電力制御装置１０よりも右側方側に配置されている。例えば車両５０の前方方向からの車両衝突が発生すると、図９の破線で示すように、電力制御装置１０は実線で示す初期位置から矢印Ｚの方向に向かって車両５０の後方側に移動する。電力制御装置１０が車両５０の後方側に移動すると、その移動方向の延長線上にはエンジン５４が配置されているため、エンジン５４が、コネクタ部１２の側面１２ａに衝突する可能性がある。

また、車両５０の後方方向から車両衝突が発生すると、エンジン５４は矢印Ｚとは反対の方向に向かって車両５０の前方側に移動する。この場合には、電力制御装置１０がエンジン５４に向かって相対的に移動することになるため、その移動方向の延長線上にあるエンジン５４が、コネクタ部１２の側面１２ａに衝突する可能性がある。

本実施形態では、コネクタ部１２の側面１２ａとエンジン５４との間に、電力制御装置１０の移動方向に対して傾斜した衝突面２１ａ（傾斜面）を有するプロテクタ２０が設けられている。これにより、車両５０の前方方向又は後方方向からの車両衝突が発生して、電力制御装置１０が相対的にエンジン５４に向かって移動したとしても、図９の破線で示すように、プロテクタ２０の衝突面２１ａがエンジン５４に接触する。そのことにより、コネクタ部１２の側面１２ａがエンジン５４に直接衝突することを回避して、コネクタ部１２の破損を抑制することが可能となる。

また、電力制御装置１０の移動方向（矢印Ｚの方向）に対して、プロテクタ２０の衝突面２１ａが斜めに配置されているため、エンジン５４とプロテクタ２０との衝突によって電力制御装置１０に加わる荷重を、プロテクタ２０によって斜めの方向に分散させることが可能となる。これにより、電力制御装置１０に加わる衝撃を緩和することが可能となり、その結果、コネクタ部１２及び電力制御装置１０の破損を抑制することが可能となる。すなわち、エンジン５４に接触した衝突面２１ａがガイドとして機能して、電力制御装置１０を滑らせて電力制御装置１０に加わる衝撃を緩和することが可能となる。

また、コネクタ部１２の側面１２ａはプロテクタ２０によって覆われているため、コネクタ部１２が側面１２ａからエンジン５４に引っ掛かって電力制御装置１０から離脱することを抑制することが可能となる。そのことにより、電力制御装置１０内の内部電極の露出を防ぐことが可能となる。

また、プロテクタ２０のねじ穴２５を、長穴、又はボルト３２の径よりも若干大きい丸穴とすることにより、プロテクタ２０は、長穴の長手方向、又は丸穴の任意の方向に摺動可能となる。この場合、プロテクタ２０がエンジン５４に衝突すると、プロテクタ２０は衝突時の荷重を受けて滑りながら移動するため、ボルト３２に負荷されるせん断応力を緩和することが可能となる。また、プロテクタ２０がエンジン５４に接触して、電力制御装置１０のケース１１に向かって（図８に示す矢印Ｄの方向に）プロテクタ２０が滑りながら移動すると、当接面２３ａ、２４ａ、２６ａとケース１１との接触が促される。これにより、プロテクタ２０に負荷された荷重をケース１１に分散して伝達することができるため、より大きな荷重から電力制御装置１０を保護することが可能となる。

また、プロテクタ２０にブラケット２６を設けることにより、当接部２３、２４に集中する荷重をブラケット２６にも分散して電力制御装置１０に伝達することが可能となる。これにより、当接部２３、２４に集中する力を緩和することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、車両５０の前方方向又は後方方向からの車両衝突を想定したが、例えば、車両５０の左斜め前方方向からの車両衝突が発生した場合であっても、プロテクタ２０によって、コネクタ部１２の破損、及び、電力制御装置１０からのコネクタ部１２の離脱を抑制することが可能となる。

上述した実施形態では、プロテクタ２０は電力制御装置１０のケース１１に設置されているが、ケース１１以外の場所に設置されていてもよい。電力制御装置１０の移動によりコネクタ部１２の側面１２ａが衝突し得る車両機器と、コネクタ部１２の側面１２ａとの間であれば、電力制御装置１０以外の図示しないフレームなどに設置されていてもよい。

また、車両機器の一例としてエンジン５４を挙げて説明したが、コネクタ部１２の側面１２ａが衝突し得る車両機器は、モータやバッテリであってもよい。

上述した電力制御装置１０の配置例は一例であり、電力制御装置１０は、エンジンコンパートメント５３内において別の場所に設置されていてもよい。例えば、コネクタ部１２を車両５０の左側方側、後方側、又は前方側に向けて、電力制御装置１０を配置してもよい。これらの場合においても、車両衝突時の衝撃による電力制御装置１０の移動によりコネクタ部１２の側面１２ａが衝突し得る車両機器と、コネクタ部１２の側面１２ａとの間に、電力制御装置１０の移動方向に対して傾斜した衝突面２１ａを有するプロテクタ２０を設けることにより、コネクタ部１２の破損、及び、電力制御装置１０からのコネクタ部１２の離脱を抑制することが可能となる。

１０電力制御装置、１１ケース、１２コネクタ部、１１ａ，１２ａ側面、１３電極端子、１４固定部、１５開口部、１６作業窓、２０プロテクタ、２１本体部、２１ａ衝突面、２２取付部、２３，２４当接部、２３ａ，２４ａ，２６ａ当接面、２６ブラケット、５０車両、５１車室、５２隔壁、５３エンジンコンパートメント、５４エンジン。

Claims

車両のエンジンコンパートメント内に配置され、バッテリからの電力により駆動される駆動装置への前記電力を制御する電力制御装置の保護装置において、
前記電力制御装置は、前記電力制御装置のケースの一面から突出して前記バッテリに接続されるコネクタ部を有し、
所定方向からの車両衝突時の衝撃による前記電力制御装置の移動により前記コネクタ部の側面が衝突し得る車両機器と、前記コネクタ部の側面との間に配置され、前記電力制御装置の移動の方向に対して傾斜した傾斜面を有し、前記車両機器との衝突により前記ケースの方向に摺動して前記ケースに接触するプロテクタを有し、
前記プロテクタは、前記ケースの一面に摺動可能に設けられるとともに、前記一面から突出した後、折れ曲がって形成された当接面を有し、
前記当接面は、前記コネクタ部には接触せず離れて配置されている、
ことを特徴とする電力制御装置の保護装置。
請求項１に記載の電力制御装置の保護装置において、
前記所定方向は、前記車両の前方方向又は後方方向であることを特徴とする電力制御装置の保護装置。