JP6020028B2 - 車両の電気機器搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車のバッテリユニット、インバータを含む電気機器等を効率的に車両に搭載するにあたり、これらを一括して電源機器収容器内に収容した上で車体に搭載するようにした車両の電気機器搭載構造に関する。

一般に、電気自動車のうちモータのみで走行するＥＶ車両は、比較的多量のバッテリセルを収容したバッテリパックを車両に搭載し、少なくとも前後何れかの車軸に走行用モータを含む駆動系ユニットを接続し、これによりバッテリパック内のバッテリセルから供給される電力で走行用モータを駆動して走行する。このような構成の一例が特許文献１に開示される。

一方、電気自動車としてモータと内燃機関を併用するハイブリッド車両（ＨＶ）では、ＥＶ車両と比較して比較的少量のバッテリセルから構成されるバッテリユニットと、該バッテリの上部に配置され、インバータ等の電気機器（電力変換ユニット）を一括して電源機器収容器内に収容し、この電源機器収容器を車両に設けられた荷室のフロアの上やフロアの凹部内に搭載している。これにより、車両の走行域がハイブリッド走行モードにあるとバッテリユニットから供給される電力で走行用モータを駆動してエンジンによる走行を補助し走行する。
なお、インバータは、パワーデバイスや制御機器の合理化・省エネルギー化を図れる機器として多用されており、ここでは走行用モータの可変速制御装置として使用されている。
このような構成の一例が特許文献２や特許文献３に開示される。

特開２００４−１４８８５０号公報 特許第４９１９１０２号公報 特許第４８９０１６２号公報

ところで、電気自動車に搭載されたインバータは駆動時に伝導ノイズ、誘導ノイズ，放射ノイズを発生することが知られており、これら電磁波であるノイズがインバータの主回路の配線を通して電源側及びモータ側へ伝搬される場合がある。
特に、バッテリユニットの上部にインバータ等の電気機器を重ねて搭載し電源機器収容器内に一括収納するようにした場合、インバータの直下に位置する、バッテリユニットを構成する複数のバッテリセルを接続した電源回路はノイズを受けやすい。
この場合、電源回路にはこの電源回路を断続制御する電源断続装置が配備される。更に、この電源断続装置を含んで構成されるとともに電源回路の電気的接続を制御する電気制御機器が電源機器収容器内に収容されている。
このため、ここで電源機器収容器内に収容された電源回路や電気制御機器にインバータ側よりノイズが伝わり、誤作動する可能性があり、これを防止する必要がある。

一方、電源機器収容器が車両後部に搭載されている場合に、車両が後突されて過荷重を受けた場合、車両の後側より車体中央側に向かう過荷重が電源機器収容器に加わり、そこに収容されるバッテリユニット、インバータ、電気制御機器が損傷を受ける可能性がある。
このため、車両の衝突時に過荷重を受けると、車両に設けられた加速度センサまたは荷重センサ等の信号を受け電源断続装置を安全のため強制遮断する。しかし、電源断続装置が遮断される前に、電気断続装置を含む電気制御機器が損傷を受けると強制遮断が実行されない。そこで、電源機器収容器内に収容されている電気制御機器の損傷を抑制し、あるいは損傷を遅らせる対策が必要となる。
なお、上述の各引用文献１〜３中には、電源機器収容器内に収容されたインバータのノイズ防止対策や、電源機器収容器内に収容された電気制御機器の破損防止対策に関する記載が無く、各引用文献は上述の問題解決対策を開示していない。

本発明は以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、バッテリユニットとインバータと電源断続装置を含む電気制御機器とを電源機器収容器内に一括して収容した場合に、インバータからのノイズによる電気制御機器の誤作動防止とバッテリユニット及び電気制御機器の破損防止を共に図ることのできる車両の電気機器搭載構造を提供することにある。

本願請求項１の発明は、バッテリユニットと、インバータと、前記バッテリユニットと前記インバータとを接続する電源回路の電気的接続を制御する電気制御機器と、を含む電気機器を車両に搭載する車両の電気機器搭載構造において、凹状の下部容器及び該下部容器を閉鎖する蓋状の上部容器を互いに重ねて形成された収容室を有し、車体後部の車体フレームに締結される導電性の電源機器収容器を備え、前記バッテリユニットは、該電源機器収容器の前記収容室内に収容されると共に前記下部容器の底壁に載置され、前記電源機器収容器は、前記収容室内に前記バッテリユニットを覆い前記底壁に固定される板金製のシールド枠体を備え、前記インバータは、該シールド枠体の上壁部上に固定され、前記電気制御機器は、前記収容室内の前記シールド枠体及び前記インバータに対し車両の前後方向前側に位置するよう配備される、ことを特徴とする。

本願請求項２の発明は、請求項１記載の車両の電気機器搭載構造において、前記シールド枠体から上方に延出形成されるとともに前記電気制御機器を前記インバータから遮蔽する遮蔽板を更に備えた、ことを特徴とする。
本願請求項３の発明は、請求項２記載の車両の電気機器搭載構造において、前記遮蔽板の上端縁は前記上部容器に当接する、ことを特徴とする。
本願請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の車両の電気機器搭載構造において、前記電気制御機器は、前記車両が衝撃を受けたときに前記電源回路を遮断する電源断続装置を含む、ことを特徴とする。

請求項１の発明は、車両が後突により過荷重を受けた場合に、剛性を有するシールド枠体が、バッテリユニットや、シールド枠体に対して車両の前後方向前側に位置する電気制御機器の破損を抑制でき、更に、導電性のシールド枠体および電源機器収容器が車体フレームに締結され、アースされているので、インバータからのノイズがバッテリユニット側に漏れることを防止でき、このノイズによる電源回路やこれが接続される電気制御機器等の誤作動を防止できる。

請求項２の発明は、遮蔽板が前記シールド枠体から上方に延出形成されたので、インバータからのノイズが電気制御機器に漏れることを防止できる。
請求項３の発明は、遮蔽板の上端縁が上部容器にまで達しているので、インバータからのノイズが電気制御機器に漏れることを確実に防止できる。
請求項４の発明は、車両が後突により過荷重を受けた場合に、剛性を有するシールド枠体が、シールド枠体に対して車両の前後方向前側に位置する電源断続装置の破損を抑制できる。

本発明の第１実施形態としての車両の電気機器搭載構造を搭載する車両の全体概略図である。 図１の車両の後部フロアの切欠平面図である。 図１の車両の後部フロアに搭載される電源機器収容器の拡大部分側断面図である。 図１の車両の後部フロアに搭載される電源機器収容器の斜め後方斜視図である。 図４の電源機器収容器のＡ−Ａ線断面図である。 図１の車両の電源機器収容器に搭載する電源回路の概略ブロック図である。

以下、本発明の第１の実施の形態である車両の電気機器搭載構造について説明する。
図１にはハイブリッド車両（以後単に車両と記す）Ｍの概略図を、図２には後部フロア１の要部切欠平面図を示す。この車両は走行用駆動源としてのエンジン２と不図示のモータを含む駆動装置が前車輪３に連結され、これら駆動源が車両の運転モードに応じて適宜選択駆動され、車両Ｍが走行する。
図１に示すように、車両Ｍはフロントシート６とリヤシート７とを備え、リヤシート７の後方の車体後部の後部フロア１には、図２に示すように、凹部１１が形成される。凹部１１には、ＰＤＵ２０（パワードライブユニット）を収容する電源機器収容器８が搭載されている。図６に示すように、ＰＤＵ２０はインバータ２４やＤＣ／ＤＣコンバータ３６により構成される。

図３に示すように、凹部１１は後部フロア１に形成された開口１２と、開口１２の内部に凹設された収容空間１３を備え、その凹部１１の前端側が前クロスメンバ１４に連結され、後端側がリヤエンドクロスメンバ１５に連結される。前クロスメンバ１４やリヤエンドクロスメンバ１５は左右のサイドメンバ１６，１６に一体的に溶着され、これら各メンバの上部が後部フロア１に重なり、溶着されることで後部フロアや凹部１１の剛性が確保されている。
図１，２に示すように、凹部１１には密閉容器状の電源機器収容器８が上方より嵌合された状態で搭載され、図３〜５に示すように下部容器２１に溶着した前後フレーム１７，１８を介して左右のサイドメンバ１６，１６（車体フレーム）に締結される。

図１，３に示すように、電源機器収容器８は凹状で深皿状の下部容器２１及び下部容器２１の上開口を閉鎖する蓋状の上部容器２２を互いに重ね、収容室Ｒを形成している。
下部容器２１及び上部容器２２の重合部である上下フランジ２１１，２２１（図３参照）は互いに重ねられ、下フランジ２２１の下面に溶着されている前後フレーム１７，１８に支持される。なお、図４の符号ｂｋは補助ブラケットを示す。
電源機器収容器８は金属プレス加工部品であり、導電性を有し、これが下部容器２１に溶着した前後フレーム１７，１８を介して後部フロア１や左右のサイドメンバ１６，１６側に電気的にアースされている。
電源機器収容器８の下部容器２１内には、バッテリユニット２３と、インバータ２４を含むＰＤＵ２０と、バッテリユニット２３より延びる電源回路２５（図６参照）に設けられたコンタクタ３１（電源断続装置）を含む電気制御機器２７（ＪＦＢ：ジャンクションヒューズボックス）等が収容されている。つまり、電源機器収容器８はバッテリユニットを収容するバッテリパックともいえる。また、下部容器２１はバッテリパックトレー、上部容器２２はバッテリパックカバーともいえる。

図６に示すように、電気制御機器２７は電源回路２５及び他の電気構成機器との接続配線からなり、電源回路２５の電気的接続を制御するものである。ここでの電気制御機器２７は、電源回路２５を自動断続制御するコンタクタ３１や、電源回路２５に介装することによりコンタクタ３１の突入電流保護を図るプリチャージ抵抗４５や、電源回路２５の漏電を検知する漏電センサ４９や、電源回路２５の電流値を検知する電流センサ４７等で構成される。ここで、コンタクタ３１は車両制御装置１０に接続され、後突等により車両が衝撃を受けて、車両制御装置１０が図示しない加速度センサの検出値が規定値以上となる信号を受けた際に、その車両制御装置１０によって電源回路２５を遮断するよう機能する。なお、加速度センサではなく、車両に別途設けた荷重センサにより衝撃を検知するようにしてもよいが、加速度センサを用いた方が、荷重センサ設置の必要が無く構成を簡略化できる。

インバータ２４は動力制御ユニットの一部を成し、車両制御装置１０に接続されトランジスタのオン・オフ時間を制御されることでバッテリユニット２３の電源電流を三相交流に調整して不図示のモータに出力して、モータの回転速度制御を行う機能を有する。
バッテリユニット２３は下部容器２１の底壁に載置される。このバッテリユニット２３はそのケーシング３４内に複数のバッテリセルからなるブロック２３１を複数収容保持するバッテリモジュールであり、ケーシング３４は図５に示すように下部容器２１の底壁に固定される。
バッテリユニット２３のブロック２３１間からは中間電位回路２６が接続され、電源回路２５をマニュアル操作で断続するメンテナンスプラグ（Ｍ／ＰＬＧ）２８や過電流で電源回路２５を遮断するフューズ３２が装備されている。また、バッテリユニット２３には、バッテリユニット２３を構成する複数のバッテリセルの充電状態や異常の有無を監視する図示しないバッテリセル監視システム（ＢＭＳ）が内装される。

バッテリユニット２３のケーシング３４はその上部及び側部を板金製のシールド枠体３５で覆われ、シールド枠体３５は下部容器２１の壁に固定され、電気的に導電性を有する下部容器２１にアースされている。
図３，５に示すように、シールド枠体３５の上部にはインバータ２４および図示しない１２Ｖ補機バッテリの充電機器として機能するＤＣ／ＤＣコンバータ３６が重ねて載置され、取り付け支持されている。
一方、図１、３に示すように、バッテリユニット２３を覆うシールド枠体３５とその上部のインバータ２４やＤＣ／ＤＣコンバータ３６の前側、即ち、車両の前後方向Ｘでインバータ２４やＤＣ／ＤＣコンバータ３６に対して前側（図３で左側）に位置するよう、電源回路２５の電気的接続を制御する電気制御機器２７が配備される。

これにより、車両が後突により過荷重を受けた場合に、剛性を有するシールド枠体３５によって、バッテリユニット２３や、シールド枠体３５に対して車両の前後方向Ｘで前側(前後方向前側)に位置する電気制御機器２７の破損を抑制できる。更に、導電性のシールド枠体３５及び電源機器収容器８が左右のサイドメンバ１６，１６に締結され、アースされているので、インバータ２４からのノイズがバッテリユニット２３側に漏れることを防止でき、このノイズによる電源回路２５やこれが接続される電気制御機器２７等の誤作動を防止できる。また、バッテリユニット２３に内装された図示しないバッテリセル監視システム（ＢＭＳ）のノイズによる誤作動の防止も図れる。
ここで、シールド枠体３５の上部でありインバータ２４やＤＣ／ＤＣコンバータ３６の前側部位からは上部容器２２の内壁面に向かって遮蔽板３７が突き出し形成されている。遮蔽板３７は中間電位回路２６を含む電気制御機器２７をインバータ２４やＤＣ／ＤＣコンバータ３６から遮蔽するもので、他の機器との干渉を避けられる範囲で上方に延出形成される。ここでは、遮蔽板３７はその上端縁が上部容器２２の内壁面に当接しており、遮蔽性能を高めている。

ここでは、インバータ２４の駆動時に電磁波が含む放射ノイズが放出されるとしても、シールド枠体３５により直下のバッテリユニット２３を遮蔽し、更に、遮蔽板３７及びシールド枠体３５が協働して前側の電源回路２５を遮蔽している。
このため、電気制御機器２７が放射ノイズを受けることがなく、電源回路２５の電気的接続を制御する電気制御機器２７が誤作動することを確実に防止できる。
電源機器収容器８は下部容器２１と蓋状の上部容器２２を互いに重ねて収容室Ｒを形成し、収容室Ｒを遮蔽板３７及びシールド枠体３５で区画した構成を成している。即ち、図３に示すように、シールド枠体３５がバッテリユニット２３の収容室ｒ１を区画し、遮蔽板３７とシールド枠体３５の前側壁部とで電気制御機器２７の収容室ｒ２を区画し、遮蔽板３７とシールド枠体３５の上壁部とでインバータの収容室ｒ３を区画している。

そこで、ここでの電源機器収容器８にはその収容室Ｒを冷却空気で冷却する冷却装置４０が装着されている。この冷却装置４０は区画された２つの収容室ｒ１、ｒ３に冷却空気を分流して供給している。
図１〜３に示すように、電源機器収容器８は客室内空気を吸入する冷却ファン４１をその前方に配備し、冷却ファン４１から後方に延びる吸入ダクト４２の後部を上部容器２２に連結している。図３に示すように、吸入ダクト４２はその後部より２つの分岐管４４，４５を延出させ、３つの収容室ｒ１、ｒ３に連結している。なお、各収容室ｒ１、ｒ３は相互に通気箇所が形成されており、収容室ｒ１、ｒ３を通過後の各冷却風は上部容器２２の後部側に連結された排気ダクト４８より外部に排出されている。

このため、バッテリユニット２３の発熱部を収容室ｒ１に流入した冷却空気が冷却でき、インバータ２４の発熱部を収容室ｒ３に流入した冷却空気が冷却でき、電源機器収容器８の内部の過度の発熱は防止されている。
このような車両の電気機器搭載構造を適用した車両の走行時には、車両制御装置１０が運転情報を取り込み、所定の運転モードで車両を走行制御する。この際、電源機器収容器８内のＰＤＵ２０（パワードライブユニット）も駆動し、インバータ２４がモータの回転駆動制御に使用され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６が１２Ｖ補機バッテリの充電機能を発揮でき、これらの駆動により生じた熱が冷却装置４０により確実に外気に放熱され、車両Ｍが定常走行できる。更に、車両が後突により、電源機器収容器８内に過荷重が加わるとする。

この際、比較的剛性が大きいシールド枠体３５が、バッテリユニット２３の破損を抑制でき、更に、シールド枠体３５に対して車両Ｍの前後方向Ｘで前側に位置する電気制御機器２７の破損を抑制できる。
しかも、車両が受けた衝撃により車両に設けた加速度センサ（不図示）の検出値が規定値以上である信号を車両制御装置１０が受けると、その車両制御装置１０の出力でコンタクタ３１を遮断作動させ、電源回路２５を遮断するので、たとえ電源回路２５側が破損しても、漏電を防止でき、車両の乗員の安全性を確保できる。
ここで、電源機器収容器８に特に大きな過荷重が加わる場合であっても、シールド枠体３５、インバータ２４に荷重が加わる時点より、電気制御機器２７側に荷重が加わる時期を遅れさせることができる。このため、加速度センサ（不図示）の信号を車両制御装置１０が受け、電源回路２５側の遮断作動が成された後で、電気制御機器２７側に荷重が加わり始めるようにでき、この点でも安全性が確保されるという利点がある。

上述のところで、電気自動車はハイブリッド車両として説明したが、ＥＶ車両であってもよく、そこで用いるＰＤＵ（パワードライブユニット）を電源機器収容器８内に搭載し、同様に使用し、同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 後部フロア
７ リヤシート
８ 電源機器収容器（バッテリパック）
１０ 車両制御装置
１１ 凹部
１２ 開口
１４ 前クロスメンバ
１５ リヤエンドクロスメンバ
１７，１８ 前後フレーム
２０ ＰＤＵ（パワードライブユニット）
２１ 下部容器
２３ バッテリユニット
２４ インバータ
２５ 電源回路
２６ 中間電位回路
２７ 電気制御機器
２８ マニュアルスイッチ（Ｍ／ＰＬＧ）
３１ 電源断続装置（コンタクタ）
３５ シールド枠体
Ｍ 車両
Ｒ 収容室
Ｘ 前後方向

Claims (4)

1. バッテリユニットと、インバータと、前記バッテリユニットと前記インバータとを接続する電源回路の電気的接続を制御する電気制御機器と、を含む電気機器を車両に搭載する車両の電気機器搭載構造において、
   凹状の下部容器及び該下部容器を閉鎖する蓋状の上部容器を互いに重ねて形成された収容室を有し、車体後部の車体フレームに締結される導電性の電源機器収容器を備え、
   前記バッテリユニットは、該電源機器収容器の前記収容室内に収容されると共に前記下部容器の底壁に載置され、
   前記電源機器収容器は、前記収容室内に前記バッテリユニットを覆い前記底壁に固定される板金製のシールド枠体を備え、
   前記インバータは、該シールド枠体の上壁部上に固定され、
   前記電気制御機器は、前記収容室内の前記シールド枠体及び前記インバータに対し車両の前後方向前側に位置するよう配備される、
   ことを特徴とする車両の電気機器搭載構造。
2. 請求項１記載の車両の電気機器搭載構造において、
   前記シールド枠体から上方に延出形成されるとともに前記電気制御機器を前記インバータから遮蔽する遮蔽板を更に備えた、
   ことを特徴とする車両の電気機器搭載構造。
3. 請求項２記載の車両の電気機器搭載構造において、
   前記遮蔽板の上端縁は前記上部容器に当接する、
   ことを特徴とする車両の電気機器搭載構造。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の車両の電気機器搭載構造において、
   前記電気制御機器は、前記車両が衝撃を受けたときに前記電源回路を遮断する電源断続装置を含む、
   ことを特徴とする車両の電気機器搭載構造。

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