JP6372528B2

JP6372528B2 - メインバッテリユニット

Info

Publication number: JP6372528B2
Application number: JP2016140455A
Authority: JP
Inventors: 尭志野澤; 健史郎芝
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: US10199945B2; US20180019680A1; JP2018011480A; CN107618382A; CN107618382B

Description

本明細書は、電動車両の走行用モータに電力に供給するメインバッテリを含むメインバッテリユニットに関する。

電動車両の中には、メインバッテリと走行用モータを接続する一対のメイン配線と、サブバッテリと補機類（パワーステアリング、エアコン等）を接続する一対のサブ配線との間に、コンバータが配置されているものがある。このコンバータは、昇降圧の少なくとも一方を実行して、メイン配線とサブ配線との間で電力を融通する。本明細書では、このコンバータをＭＳコンバータ（メイン・サブ間であることからＭＳと略称する）と呼ぶ。一対のメイン配線の各々にはスイッチが挿入され、メインバッテリと走行用モータを接続する状態と、両者を切り離す状態が切り換え可能である。

特許文献１に、メインバッテリとＭＳコンバータを車両の後方に位置するトランクルーム内にまとめて配置する技術が開示されている。この技術では、ＭＳコンバータを収容するケースがメインバッテリを収容するケースの上に配置されている。この構成では、ＭＳコンバータとメイン配線を接続するメイン側コンバータ配線が、ＭＳコンバータを収容するケースとメインバッテリを収容するケースの外側に露出して配索される。

特開２００８−３０７２２号公報

メイン側コンバータ配線にはメインバッテリの高い電圧が印加される。その配線がケース外に露出している場合は、その配線にスイッチを挿入し、その配線の導通と非導通を切り替え可能とする必要がある。

本明細書では、ＭＳコンバータとメイン配線を接続するメイン側コンバータ配線にスイッチを挿入する必要をなくすことができる技術を開示する。

本明細書で開示するメインバッテリユニットは、走行用モータに電力を供給する電力制御ユニットに向けて延びる（電力制御ユニットから延びると同意）一対のケース外メイン配線と、補機に電力を供給するサブバッテリに向けて延びる（サブバッテリから延びると同意）ケース外サブ配線に接続して用いる。そのメインバッテリユニットは、ケースと、ケースから露出しているとともに一対のケース外メイン配線を接続する一対のメインコネクタと、ケースから露出しているとともにケース外サブ配線を接続するサブコネクタを備えている。そのケース内に、メインバッテリと、一対のケース内メイン配線と、システムメインリレーと、メイン・サブ間コンバータ（ＭＳコンバータ）と、メイン側コンバータ配線と、サブ側コンバータ配線が収容されている。一対のケース内メイン配線は、メインバッテリの一対の電極と一対のメインコネクタを接続する。ケース内メイン配線の各々にはスイッチが挿入されており、ケース内メイン配線の各々の導通と非導通を切り替えることができる。そのスイッチの対をシステムメインリレーという。システムメインリレーよりメインバッテリ側のケース内メイン配線の各々とＭＳコンバータの間は、メイン側コンバータ配線で接続されている。また、サブコネクタとＭＳコンバータの間は、サブ側コンバータ配線で接続されている。

上記のバッテリユニットによると、メインバッテリとＭＳコンバータが、同一ケース内に収容されている。このため、メインバッテリとＭＳコンバータを接続するメイン側コンバータ配線がケース外に露出しないように配索することができる。この結果、従来は必要とされていたメイン側コンバータ配線のスイッチを不用化できる。

本明細書は、電動車両用のメインバッテリユニットに関し、メインバッテリと、システムメインリレーと、ＭＳコンバータを１つのケースに収容する。この技術によれば、メインバッテリとＭＳコンバータを接続するとともにメインバッテリの高い電圧が印加されるメイン側コンバータ配線がケース外に露出しないため、メイン側コンバータ配線にスイッチを配置せずとも安全性を担保することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のハイブリッド車の模式的ブロック図である。第１実施例のハイブリッド車の電気系及び駆動系のブロック図である。第１実施例のＭＳコンバータの回路図である。第１実施例のケースのカバーを開いた状態の斜視図である。第１実施例の内ケースを開いた状態の斜視図である。第２実施例のハイブリッド車の電気系及び駆動系のブロック図である。第３実施例のＭＳコンバータの回路図である。変形例のハイブリッド車の電気系及び駆動系のブロック図である。

（第１実施例）
図１は、ハイブリッド車１の駆動系と電気系の一部を示している。ハイブリッド車１はエンジン３とモータ６、８を備えている。エンジン３の出力トルクとモータ８の出力トルクは、動力分配機構で適宜に分配／合成され、車軸を介して車輪へ伝達される。モータ６は、エンジンの動力の残りを用いて発電し、モータ８を駆動させる。また、メインバッテリ４の電力を利用して走行する場合には、メインバッテリ４からの電力でモータ８を駆動する。メインバッテリ４は、メインバッテリユニット（以下ではユニットと略称する）２内に収容されている。なお、図１、図２は、本明細書で開示する技術の説明に要する部品だけを表しており、説明に関係のない部品は図示を省略している。

図２に示すように、ユニット２は、メインバッテリ４と、一対のケース内メイン配線１０と、内ケース内メイン配線１１と、システムメインリレー２０（以下では「ＳＭＲ２０」と呼ぶ）と、ＭＳコンバータ２８と、バッテリ用の電子制御ユニット４０（以下では「バッテリＥＣＵ４０」と呼ぶ）と、ケース８２と、内ケース６０と、バッテリコネクタ６２と、サブコネクタ６８と、メインコネクタ６４を備える。ユニット２は、ハイブリッド車１の車両後方に配置されている。

メインバッテリ４は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である。本実施例では、メインバッテリ４の電圧は３００Ｖ程度である。メインバッテリ４は、複数の電池モジュールが直列に接続されている。複数の電池モジュールのそれぞれは、複数個の電池セルを有する。

メインバッテリ４は、一対のケース内メイン配線１０に接続されている。一対のケース内メイン配線１０は、メインバッテリ４の正極端子に接続された正極線１０ａと、メインバッテリ４の負極端子に接続された負極線１０ｂを備えている。一対のケース内メイン配線１０は、バッテリコネクタ６２を介して一対の内ケース内メイン配線１１に接続されている。一対の内ケース内メイン配線１１は、正極線１０ａに接続された正極線１１ａと、負極線１０ｂに接続された負極線１１ｂを備えている。

内ケース内メイン配線１１には、ＳＭＲ２０が設けられている。ＳＭＲ２０は、正極線１１ａの導通と非導通を切り替えるスイッチ２０ａと、負極線１１ｂの導通と非導通を切り替えるスイッチ２０ｂを備えている。これにより、ＳＭＲ２０は、内ケース内メイン配線１１の導通と非導通を切り替える。

一対の内ケース内メイン配線１１は、一対のメインコネクタ６４を介して、一対のケース外メイン配線１３に接続されている。一対のケース外メイン配線１３は、正極線１１ａに接続される正極線１３ａと、負極線１１ｂに接続される負極線１３ｂを備えている。

図１に示すように、一対のケース外メイン配線１３は、車両後方から前方に配索されている。ケース外メイン配線１３は、車両前方で、電力制御ユニット（以下では「ＰＣＵ」）１２に接続されている。図２に示すように、ＰＣＵ１２は、メインバッテリ４とモータ６およびモータ８の間に設けられている。ＰＣＵ１２は、平滑コンデンサ１４と、メインコンバータ１６と、インバータ１８を備えている。平滑コンデンサ１４は、ケース外メイン配線１３の電圧を平滑化する。メインコンバータ１６は、メインバッテリ４から供給される電圧を、必要に応じてモータ６やモータ８の駆動に適した電圧まで昇圧する。また、メインコンバータ１６は、モータ６やモータ８が発電した電圧を、メインバッテリ４への充電に適した電圧まで降圧することもできる。本実施例では、モータ６、８の駆動に用いる電圧は６００Ｖ程度である。インバータ１８は、メインバッテリ４から供給される直流電力を、モータ６、８の駆動のための三相交流電力に変換する。また、インバータ１８は、モータ６、８が発電した三相交流電力を、メインバッテリ４へ充電するための直流電力に変換することもできる。平滑コンデンサ１４とメインコンバータ１６とインバータ１８は、共通するＰＣＵケース１２ａにまとめて収容されている。

ハイブリッド車１は、メインバッテリ４より低電圧のサブバッテリ２２を備えている。サブバッテリ２２は、鉛電池等の二次電池である。本実施例では、サブバッテリ２２の電圧は１３Ｖ〜１４．５Ｖ程度である。サブバッテリ２２は、ケース外サブ配線２４を介してパワーステアリングやエアコン等の補機に接続されている。

一対のケース外サブ配線２４は、一対のサブコネクタ６８に接続される。一対のサブコネクタ６８と一対の内ケース内メイン配線１１の間に、ＭＳコンバータ２８が配置されている。ＭＳコンバータ２８は、第１変換部３０と第２変換部２９を備えている。一対のサブコネクタ６８は、一対のサブ側コンバータ配線２８ａを介して、第１変換部３０と第２変換部２９に接続されている。

第１変換部３０は、第１メイン側コンバータ配線３０ａを介して、ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側の一対の内ケース内メイン配線１１と接続されている。第１変換部３０は、内ケース内メイン配線１１からケース外サブ配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作を行うことができる。第１変換部３０は、いわゆる単方向ＤＣＤＣコンバータであり、降圧ＤＣＤＣコンバータである。ＳＭＲ２０が導通している際には、第１変換部３０と第２変換部２９の双方が降圧動作を行うことで、メインバッテリ４からの電力やモータ６、８が発電した電力を、変換部２９、３０の両方を介して、サブバッテリ２２に充電することができる。この場合、変換部２９、３０の何れか一方のみを介してサブバッテリ２２に充電する場合に比べて、サブバッテリ２２に供給される電流を大きくすることができ、サブバッテリ２２の充電に要する時間を短縮することができる。

第２変換部２９は、一対の第２メイン側コンバータ配線２９ａを介して、ＳＭＲ２０よりＰＣＵ１２側の一対の内ケース内メイン配線１１と接続されている。第２変換部２９は、内ケース内メイン配線１１からケース外サブ配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作を行うこともできるし、ケース外サブ配線２４から内ケース内メイン配線１１へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行うこともできる。第２変換部２９は、いわゆる双方向ＤＣＤＣコンバータであり、昇降圧ＤＣＤＣコンバータである。第２変換部２９が降圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０の導通／非導通に関わらず、モータ６、８が発電した電力をサブバッテリ２２に充電することができる。また、第２変換部２９が昇圧動作を行うことで、ＳＭＲ２０の導通／非導通に関わらず、サブバッテリ２２の電力を利用してモータ６、８を駆動することができる。

メインバッテリ４には、バッテリＥＣＵ４０が接続されている。バッテリＥＣＵ４０は、メインバッテリ４の電圧、電流、温度等を測定し、メインバッテリ４への出入力に関する情報を電子制御ユニット８０（以下では「ＥＣＵ８０」と呼ぶ）に提供する。

ＥＣＵ８０は、ＰＣＵ１２、ＳＭＲ２０、ＭＳコンバータ２８、バッテリＥＣＵ４０を制御する。ＥＣＵ８０は、上記の他、ハイブリッド車１の電気系統を構成する各種の構成要素の動作を制御する。

図３に、ＭＳコンバータ２８の概略の構成を示す。なお、図３では、ＳＭＲ２０及びバッテリＥＣＵ４０は、省略されている。実際には、ケース８２内において、メインコネクタ６４に接続している内ケース内メイン配線１１の正極線１１ａとバッテリコネクタ６２に接続している内ケース内メイン配線１１の正極線１１ａ同志の間がスイッチを介して接続されており、負極線１１ｂ，１１ｂ同志の間もスイッチを介して接続されている。両スイッチがＳＭＲ２０を構成する。

第２変換部２９は、メイン側フィルタ３２と、メイン側回路３４と、トランス３６と、サブ側回路３８と、サブ側フィルタ３９と、制御回路４２を備えている。第２変換部２９は、絶縁型ＤＣＤＣコンバータである。

メイン側フィルタ３２は、第２変換部２９よりＰＣＵ１２側でノイズが発生するのを抑制するコンデンサ３２ａを備える。メイン側回路３４は、スイッチング素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄと、それぞれのスイッチング素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに並列に接続された還流ダイオード３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈを備えている。スイッチング素子３４ａとスイッチング素子３４ｂは直列に接続されており、スイッチング素子３４ｃとスイッチング素子３４ｄは直列に接続されている。メイン側回路３４は、スイッチング回路ということもできる。

トランス３６は、メイン側コイル３６ａと、サブ側コイル３６ｂを備えている。トランス３６では、メイン側コイル３６ａからサブ側コイル３６ｂへ降圧して電力を供給することもできるし、サブ側コイル３６ｂからメイン側コイル３６ａへ昇圧して電力を供給することもできる。メイン側コイル３６ａの一端は、スイッチング素子３４ａとスイッチング素子３４ｂの間に接続されており、メイン側コイル３６ａの他端は、スイッチング素子３４ｃとスイッチング素子３４ｄの間に接続されている。

サブ側回路３８は、スイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと、それぞれのスイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄに並列に接続された還流ダイオード３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈと、インダクタ３８ｉと、コンデンサ３８ｊを備えている。スイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｂは直列に接続されており、スイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｄは直列に接続されている。サブ側コイル３６ｂの一端は、スイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｂの間に接続されており、サブ側コイル３６ｂの他端は、スイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｄの間に接続されている。サブ側回路３８は、スイッチング回路ということもできる。

サブ側フィルタ３９は、第２変換部２９よりケース外サブ配線２４側でノイズが発生するのを抑制する。本実施例では、サブ側フィルタ３９は、インダクタ３９ａとコンデンサ３９ｂを備えている。

制御回路４２は、ＥＣＵ８０（図２参照）と通信可能である。制御回路４２は、ＥＣＵ８０からの指示に従って、メイン側回路３４のスイッチング素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄと、サブ側回路３８のスイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの動作を制御する。

第２変換部２９の動作について説明する。第２変換部２９が降圧動作をする際には、メイン側回路３４において直流電力から交流電力へと変換し、トランス３６において降圧して、サブ側回路３８において交流電力から直流電力へと変換する。なお、この場合には、サブ側回路３８ではスイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは動作せず、還流ダイオード３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈによる整流と、インダクタ３８ｉおよびコンデンサ３８ｊによる平滑化がなされる。これによって、内ケース内メイン配線１１からケース外サブ配線２４へ降圧して電力を供給することができる。

第２変換部２９が昇圧動作をする際には、サブ側回路３８において直流電力から交流電力へと変換し、トランス３６において昇圧して、メイン側回路３４において交流電力から直流電力へと変換する。なお、この場合には、メイン側回路３４ではスイッチング素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは動作せず、還流ダイオード３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈによる整流がなされ、メイン側フィルタ３２において平滑化がなされる。これによって、ケース外サブ配線２４から内ケース内メイン配線１１へ昇圧して電力を供給することができる。

第１変換部３０は、メイン側フィルタ４４と、メイン側回路４６と、トランス４８と、サブ側回路５０と、サブ側フィルタ５２と、制御回路５４を備えている。第１変換部３０は、絶縁型ＤＣＤＣコンバータである。

メイン側フィルタ４４は、第１変換部３０よりメインバッテリ４側でノイズが発生するのを抑制するコンデンサ４４ａを備えている。メイン側回路４６は、スイッチング素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄと、それぞれのスイッチング素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄに並列に接続された還流ダイオード４６ｅ、４６ｆ、４６ｇ、４６ｈを備えている。スイッチング素子４６ａとスイッチング素子４６ｂは直列に接続されており、スイッチング素子４６ｃとスイッチング素子４６ｄは直列に接続されている。メイン側回路４６は、スイッチング回路ということもできる。

トランス４８は、メイン側コイル４８ａと、サブ側コイル４８ｂを備えている。トランス４８では、メイン側コイル４８ａからサブ側コイル４８ｂへ降圧して電力を供給することができる。メイン側コイル４８ａの一端は、スイッチング素子４６ａとスイッチング素子４６ｂの間に接続されており、メイン側コイル４８ａの他端は、スイッチング素子４６ｃとスイッチング素子４６ｄの間に接続されている。

サブ側回路５０は、ダイオード５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄと、インダクタ５０ｅと、コンデンサ５０ｆを備えている。ダイオード５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、ブリッジ回路を構成している。サブ側コイル４８ｂの一端は、ダイオード５０ａとダイオード５０ｂの間に接続されており、サブ側コイル４８ｂの他端は、ダイオード５０ｃとダイオード５０ｄの間に接続されている。

サブ側フィルタ５２は、第１変換部３０よりケース外サブ配線２４側でノイズが発生するのを抑制する。本実施例では、サブ側フィルタ５２は、インダクタ５２ａとコンデンサ５２ｂを備えている。

制御回路５４は、ＥＣＵ８０（図２参照）と通信可能である。制御回路５４は、ＥＣＵ８０からの指示に従って、メイン側回路４６のスイッチング素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄの動作を制御する。

第１変換部３０の動作について説明する。第１変換部３０が降圧動作をする際には、メイン側回路４６において直流電力から交流電力へと変換し、トランス４８において降圧して、サブ側回路５０において交流電力から直流電力へと変換する。この場合、サブ側回路５０ではダイオード５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄによる整流と、インダクタ５０ｅおよびコンデンサ５０ｆによる平滑化がなされる。これによって、内ケース内メイン配線１１からケース外サブ配線２４へ降圧して電力を供給することができる。

なお、第１変換部３０としては、図３に示すような、メイン側回路４６がスイッチング素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄを備えており、制御回路５４がメイン側回路４６の動作を制御する構成に限らず、サブ側回路５０がスイッチング素子を備えており、制御回路５４がサブ側回路５０の動作を制御する構成としてもよいし、メイン側回路４６とサブ側回路５０のそれぞれがスイッチング素子を備えており、制御回路５４がメイン側回路４６とサブ側回路５０のそれぞれの動作を制御する構成としてもよい。

図５に示すように、ＳＭＲ２０とＭＳコンバータ２８は、内ケース６０内に収容されている。内ケース６０は、底板６９とカバー６１を備えている。底板６９上に基板６６が載置されている。基板６６には、ＳＭＲ２０及びＭＳコンバータ２８の第１変換部３０と第２変換部２９とが搭載されている。ＳＭＲ２０と第１変換部３０と第２変換部２９は、基板６６上に配策されたパターン配線６３によって接続されている。パターン配線６３によって、図２に示す内ケース内メイン配線１１、メイン側コンバータ配線２９ａ、３０ａ及びサブ側コンバータ配線２８ａが構成されている。

基板６６上には、さらに、一対のバッテリコネクタ６２と、一対のメインコネクタ６４と、一対のサブコネクタ６８が搭載されている。コネクタ６２、６４、６８は、内ケース６０から露出している。一対のバッテリコネクタ６２は、一対の内ケース内メイン配線１１と一対のケース内メイン配線１０とを接続するためのコネクタである。一対のバッテリコネクタ６２によって、内ケース内メイン配線１１とケース内メイン配線１０とを介して、ＳＭＲ２０とＭＳコンバータ２８がメインバッテリ４に接続される。

一対のメインコネクタ６４は、一対の内ケース内メイン配線１１と一対のケース外メイン配線１３（図２参照）を接続するためのコネクタである。一対のメインコネクタ６４によって、一対の内ケース内メイン配線１１と一対のケース外メイン配線１３とを介して、ＳＭＲ２０及びＭＳコンバータ２８がＰＣＵ１２に接続される。一対のサブコネクタ６８は、一対のサブ側コンバータ配線２８ａと一対のケース外サブ配線２４とを接続するためのコネクタである。一対のサブコネクタ６８によって、一対のサブ側コンバータ配線２８ａと一対のケース外サブ配線２４とを介して、ＭＳコンバータ２８とサブバッテリ２２とが接続される。

図４に示すように、メインバッテリ４と内ケース６０とバッテリＥＣＵ４０は、共通のケース８２に収容されている。ケース８２は、底板８２ｂとカバー８２ａを備えている。メインバッテリ４と内ケース６０とバッテリＥＣＵ４０は、底板８２ｂに載置され、カバー８２ａで覆われている。カバー８２ａには、メインコネクタ６４とサブコネクタ６８のそれぞれに対応する位置に切欠き８２ｃ、８２ｄが設けられている。切欠き８２ｃによって、サブコネクタ６８がケース８２から露出する。同様に、切欠き８２ｄによって、メインコネクタ６４がケース８２から露出する。

一方、カバー８２ａにはバッテリコネクタ６２に対応する切欠きは設けられていない。このため、バッテリコネクタ６２は、ケース８２から露出していない。バッテリコネクタ６２は、ケース内メイン配線１０（図１参照）を介して、メインバッテリ４に接続されている。ケース内メイン配線１０も、ケース８２に収容されている。

ケース８２の外側には、送風機７０が配置されている。送風機７０は、ケース８２の内側に向けて送風して、ケース８２内を冷却する。

この構成によれば、メインバッテリ４とＭＳコンバータ２８とＳＭＲ２０とを共通のケース８２にまとめて配置している。これにより、メインバッテリ４とＭＳコンバータ２８との間の配線１０、１１、３０ａをケース８２から露出せずに配索することができる。この結果、第１メイン側コンバータ配線３０ａにスイッチを設ける必要をなくしている。

また、ＭＳコンバータ２８をケース８２の外側に配置する構成と比較して、ＭＳコンバータ２８を内ケース内メイン配線１１に接続するためのコネクタを配置する必要が無く、コネクタの個数を少なくすることができる。さらに、ＳＭＲ２０とＭＳコンバータ２８とを内ケース６０内に配置し、ＳＭＲ２０と第１変換部３０と第２変換部２９とを、基板６６上に配策されたパターン配線６３によって接続することによって、ＳＭＲ２０と第１変換部３０と第２変換部２９とを接続するためのワイヤハーネスを削減することができる。

（第２実施例）
図６に示すように、本実施例のユニット２では、ＭＳコンバータ２８が、第１変換部３０を備える一方、第２変換部２９を備えていない。この構成では、メインバッテリ４と、ケース内メイン配線１０と、内ケース内メイン配線１１と、第１メイン側コンバータ配線３０ａと、ＭＳコンバータ２８と、バッテリＥＣＵ４０が、ケース８２に収容されている。一対の内ケース内メイン配線１１は、ケース８２から露出するメインコネクタ６４を介して、ケース外メイン配線１３に接続されている。ＭＳコンバータ２８は、サブコネクタ６８を介してケース外サブ配線２４と接続されている。

本実施例では、第２変換部２９と同様の構成を有する車両前側ＭＳコンバータ１２９が、車両前方においてＰＣＵ１２側に配置されている。車両前側ＭＳコンバータ１２９は、メインコンバータ１６、インバータ１８と共に、共通のＰＣＵケース１２ａ内に収容されている。車両前側ＭＳコンバータ１２９は、メイン側コンバータ配線１２９ａを介してＰＣＵケース１２ａ内のケース外メイン配線１３に接続されている。車両前方のＰＣＵケース１２ａと車両後方のケース８２との間には、一対のコンバータ間配線１００が配索されている。車両前側ＭＳコンバータ１２９は、ＰＣＵケース１２ａから露出するコンバータ間コネクタ１０４を介してコンバータ間配線１００に接続されている。同様に、ＭＳコンバータ２８は、コンバータ間コネクタ１０２によってコンバータ間配線１００に接続されている。コンバータ間コネクタ１０２は、内ケース６０内の基板６６に搭載され、内ケース６０及びケース８２から露出している。即ち、本実施例では、ケース８２から、メインコネクタ６４とサブコネクタ６８に加えて、コンバータ間コネクタ１０２が露出している。ＭＳコンバータ２８と車両前側ＭＳコンバータ１２９は、コンバータ間配線１００を介してサブ側コンバータ配線２８ａに接続されている。

本実施例の場合、コンバータ間配線１００にはサブバッテリ２２の低電圧しか印加されない。このため、コンバータ間配線１００がケース８２外を延びていても、コンバータ間配線１０にスイッチを挿入して電圧が印加されない状態に切換えられるようにする必要はない。

（第３実施例）
本実施例のユニット２は、第１実施例のＭＳコンバータ２８に替えて、ＭＳコンバータ２００を備える。図７に示すように、本実施例のＭＳコンバータ２００は、図３に示すＭＳコンバータ２８と比較すると、第１変換部３０のサブ側コイル４８ｂとサブ側回路５０とサブ側フィルタ５２が省略されている。また、メイン側コイル４８ａは、メイン側コイル３６ａ及びサブ側コイル３６ｂとともに、トランス３６に配置されている。この構成では、トランス３６では、第１実施例と同様に、メイン側コイル３６ａからサブ側コイル３６ｂへ降圧して電力を供給することもできるし、サブ側コイル３６ｂからメイン側コイル３６ａへ昇圧して電力を供給することもできる。さらに、トランス３６では、メイン側コイル４８ａからサブ側コイル３６ｂへ降圧して電力を供給することもできるし、サブ側コイル３６ｂからメイン側コイル４８ａへ昇圧して電力を供給することもできる。また、トランス３６では、メイン側コイル４８ａからメイン側コイル３６ａへ電圧を変化させずに電力を供給することもできるし、メイン側コイル３６ａからメイン側コイル３６ｃへ電圧を変化させずに電力を供給することもできる。

ＭＳコンバータ２００は、さらに、逆流防止スイッチ３１、４１、４５を備える。以下では、メイン側フィルタ４４と、メイン側回路４６と、逆流防止スイッチ４５を第１回路２０２と呼ぶ。また、メイン側フィルタ３２と、メイン側回路３４と、逆流防止スイッチ３１を第２回路２０４と呼ぶ。さらに、サブ側フィルタ３９と、サブ側回路３８と、逆流防止スイッチ４１を第３回路２０６と呼ぶ。

第１回路２０２は、第１メイン側コンバータ配線３０ａを介して、ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側の内ケース内メイン配線１１に接続されている。第２回路２０４は、第２メイン側コンバータ配線２９ａを介してＳＭＲよりもＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１に接続されている。

第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６の組合せは、内ケース内メイン配線１１からケース外サブ配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作を行うこともできるし、ケース外サブ配線２４から内ケース内メイン配線１１へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行うこともできる。第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６の組合せは、いわゆる双方向ＤＣＤＣコンバータであり、昇降圧ＤＣＤＣコンバータということができる。なお、第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６の組合せは、ケース外サブ配線２４から内ケース内メイン配線１１へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行わなくてもよい。

第２回路２０４とトランス３６と第３回路２０６の組合せは、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１からケース外サブ配線２４へ降圧して電力を供給する降圧動作を行うこともできるし、ケース外サブ配線２４からＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１へ昇圧して電力を供給する昇圧動作を行うこともできる。即ち、第２回路２０４とトランス３６と第３回路２０６の組合せは、いわゆる双方向ＤＣＤＣコンバータであり、昇降圧ＤＣＤＣコンバータということができる。

第１回路２０２とトランス３６と第２回路２０４の組合せは、ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側の内ケース内メイン配線１１からＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１へ電力を供給する供給動作を行うこともできるし、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１からＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側の内ケース内メイン配線１１へ電力を供給する供給動作を行うこともできる。なお、第１回路２０２とトランス３６と第２回路２０４の組合せは、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１からＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側の内ケース内メイン配線１１へ電力を供給する供給動作を行わなくてもよい。

ユニット２では、第１回路２０２、第２回路２０４及び第３回路２０６が動作することによって、ＳＭＲ２０の導通／非導通に関わらず、内ケース内メイン配線１１とケース外サブ配線２４との間で電力を融通し合うことができる。具体的には、第２回路２０４とトランス３６と第３回路２０６の組合せが降圧動作を行うことで、モータ６、８が発電した電力をサブバッテリ２２に充電することができる。また、第２回路２０４とトランス３６と第３回路２０６の組合せが昇圧動作を行うことで、サブバッテリ２２の電力を利用してモータ６、８を駆動することができる。また、第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６の組合せが降圧動作を行うことで、メインバッテリ４からの電力をサブバッテリ２２に充電することができる。また、第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６の組合せが昇圧動作を行うことで、サブバッテリ２２からの電力をメインバッテリ４に充電することができる。さらに、ＳＭＲ２０が非導通であっても、第１回路２０２とトランス３６と第２回路２０４の組合せが供給動作を行うことで、メインバッテリ４からの電力を、ケース外サブ配線２４を介さずにＰＣＵ１２に供給することもできるし、モータ６、８が発電した電力をメインバッテリ４に充電することもできる。

逆流防止スイッチ４５は、スイッチング素子のオンとオフを切り替えることによって、第１回路２０２からメインバッテリ４側の内ケース内メイン配線１１に電力が供給可能な状態（即ちスイッチング素子がオンの状態）と不可能な状態（即ちスイッチング素子がオフの状態）を切り替える。逆流防止スイッチ３１は、スイッチング素子のオンとオフを切り替えることによって、第２回路２０４からＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１に電力が供給可能な状態（即ちスイッチング素子がオンの状態）と不可能な状態（即ちスイッチング素子がオフの状態）を切り替える。逆流防止スイッチ４１は、スイッチング素子のオンとオフを切り替えることによって、第３回路２０６からケース外サブ配線２４に電力が供給可能な状態（即ちスイッチング素子がオンの状態）と不可能な状態（即ちスイッチング素子がオフの状態）を切り替える。

次いで、第１〜第３回路２０２、２０４、２０６の動作について説明する。第２回路２０４と第３回路２０６の動作は、ＭＳコンバータ２８の動作と同様である。なお、第２回路２０４とトランス３６と第３回路２０６との組合せの昇降圧動作中では、第１回路２０２の逆流防止スイッチ４５を第１回路２０２からメインバッテリ４側の内ケース内メイン配線１１に供給不可能な状態に維持することによって、メインバッテリ４側の内ケース内メイン配線１１に意図せずに電力が供給されることを防止することができる。

次いで、第１回路２０２と第３回路２０６とが動作することによって、第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６との組合せが降圧動作を実行する場合を説明する。第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６との組合せが降圧動作を実行する際には、第１回路２０２において直流電力から交流電力へと変換し、トランス３６において降圧して、第３回路２０６において交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、サブ側回路３８では、還流ダイオード３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈによる整流がなされ、サブ側フィルタ３９において平滑化がなされる。これによって、内ケース内メイン配線１１からケース外サブ配線２４へ降圧して電力を供給することができる。なお、サブ側回路３８では、スイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄのそれぞれが、並列に接続されている還流ダイオード３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈに電流が流れる間オンされる。これにより、還流ダイオード３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈに流れる電流を低減させることができる。

次いで、第１回路２０２と第３回路２０６とが動作することによって、第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６との組合せが昇圧動作を実行する場合を説明する。第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６との組合せが昇圧動作を実行する際には、第３回路２０６において直流電力から交流電力へと変換し、トランス３６において昇圧して、第１回路２０２において交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、メイン側回路４６では、還流ダイオード４６ｅ、４６ｆ、４６ｇ、４６ｈによる整流がなされ、メイン側フィルタ４４において平滑化がなされる。これによって、ケース外サブ配線２４から内ケース内メイン配線１１へ昇圧して電力を供給することができる。なお、メイン側回路４６では、スイッチング素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄのそれぞれは、並列に接続されている還流ダイオード４６ｅ、４６ｆ、４６ｇ、４６ｈに電流が流れる間オンされる。これにより、還流ダイオード４６ｅ、４６ｆ、４６ｇ、４６ｈに流れる電流を低減させることができる。

第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６との組合せの昇降圧動作中では、第２回路２０４の逆流防止スイッチ３１を第２回路２０４からＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１に供給不可能な状態に維持することによって、ＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１に意図せずに電力が供給されることを防止することができる。

次いで、第１回路２０２と第２回路２０４とが動作することによって、第１回路２０２とトランス３６と第２回路２０４との組合せが供給動作を実行する場合を説明する。第１回路２０２とトランス３６と第２回路２０４との組合せが供給動作を実行する際には、第１回路２０２において直流電力から交流電力へと変換し、トランス３６において電圧を変えずに、第２回路２０４において交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、メイン側回路３４では、還流ダイオード３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈによる整流がなされ、メイン側フィルタ３２において平滑化がなされる。これによって、ＳＭＲ２０が内ケース内メイン配線１１を非導通に維持した状態で、ＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側の内ケース内メイン配線１１からＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１へ電圧を変えずに電力を供給することができる。なお、メイン側回路３４では、スイッチング素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄのそれぞれは、並列に接続されている還流ダイオード３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈに電流が流れる間オンされる。これにより、還流ダイオード３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈに流れる電流を低減させることができる。

また、第１回路２０２とトランス３６と第２回路２０４との組合せが供給動作を実行する際に、第２回路２０４において直流電力から交流電力へと変換し、トランス３６において電圧を変えずに、第１回路２０２において交流電力から直流電力へと変換する。この場合には、メイン側回路４６では、第１回路２０２とトランス３６と第３回路２０６との組合せが昇圧動作を実行する場合と同様に、交流電力から直流電力へと変換する。これによって、ＳＭＲ２０が内ケース内メイン配線１１を非導通に維持した状態で、ＳＭＲ２０よりもＰＣＵ１２側の内ケース内メイン配線１１からＳＭＲ２０よりもメインバッテリ４側の内ケース内メイン配線１１へ電圧を変えずに電力を供給することができる。

この供給動作中では、第３回路２０６の逆流防止スイッチ４１を第３回路２０６からケース外サブ配線２４に供給不可能な状態に維持することによって、ケース外サブ配線２４に意図せずに電力が供給されることを防止することができる。

この構成によれば、メインバッテリ４とＭＳコンバータ２００とＳＭＲ２０とを共通のケース８２にまとめて配置している。これにより、メインバッテリ４とＭＳコンバータ２８との間の配線１０、１１、３０ａをケース８２から露出せずに配索することができる。この結果、第１メイン側コンバータ配線３０ａにスイッチを不用とすることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、図８に示すように、ユニット２のＭＳコンバータ２８は、第１変換部３０を備える一方、第２変換部２９を備えていなくてもよい。第１変換部３０が、ケース８２に収容されていてもよい。

また、例えば、一対のケース外サブ配線２４のうち、負極側の配線は、ケース８２の外側で接地されていてもよい。この場合、ユニット２は、一対のサブコネクタ６８のうち、負極側のサブコネクタを備えていなくてもよい。また、ユニット２は、一対のサブ側コンバータ配線２８ａのうち、負極側の配線を備えていなくてもよく、この場合、変換部２９、３０は、例えば、内ケース内メイン配線１１を利用して接地されていてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）本明細書で開示される電力変換装置では、ケース内において、システムメインリレーよりもメインコネクタ側の一対のケース内メイン配線の各々とメイン・サブ間コンバータを接続する配線の対を有する第２のメイン側コンバータ配線が収容されていてもよい。この構成では、メイン・サブ間コンバータは、メイン側コンバータ配線とサブコネクタに接続され、メインバッテリとケース外サブ配線の間で電圧変換することもできれば、第２メイン側コンバータ配線とサブコネクタに接続され、メインコネクタとケース外サブ配線の間で電圧変換することもできるようにしてもよい。例えば、メイン・サブ間コンバータは、メイン側コンバータ配線とサブコネクタとの間に配置されるＤＣＤＣコンバータである変換部と、第２のメイン側コンバータ配線とサブコネクタとの間に配置されるＤＣＤＣコンバータである変換部と、を有していてもよい。あるいは、メイン・サブ間コンバータは、メイン側コンバータ配線に接続される第１回路と、第２のメイン側コンバータ配線に接続される第２回路と、サブコネクタに接続される第３回路と、第１回路と第２回路と第３回路のそれぞれに配置されるトランスと、を備えていてもよい。第１回路は、メイン側コンバータ配線の直流電力を交流電力へと変換可能であってもよく、トランスを介して供給される交流電力を直流電力に変換可能であってもよい。第２回路は、第２のメイン側コンバータ配線の直流電力を交流電力へと変換可能であってもよく、トランスを介して供給される交流電力を直流電力に変換可能であってもよい。第３回路は、ケース外サブ配線の直流電力を交流電力へと変換可能であってもよく、トランスを介して供給される交流電力を直流電力に変換可能であってもよい。この構成によれば、ケース外メイン配線とケース外サブ配線との間で、電力を融通することができる。また、第２のメイン側コンバータ配線を、ケース内に配索することができる。

１：ハイブリッド車
２：バッテリユニット
３：エンジン
４：メインバッテリ
６、８：モータ
１０：ケース内メイン配線
１１：内ケース内メイン配線
１３：ケース外メイン配線
１６：メインコンバータ
２０：システムメインリレー
２２：サブバッテリ
２４：ケース外サブ配線
２８：ＭＳコンバータ
２９ａ：第２メイン側コンバータ配線
３０ａ：第１メイン側コンバータ配線
４０：バッテリＥＣＵ
８０：電子制御ユニット
２００：ＭＳコンバータ
２０２：第１回路
２０４：第２回路
２０６：第３回路

Claims

走行用モータに電力を供給する電力制御ユニットに延びる一対のケース外メイン配線と補機に電力を供給するサブバッテリに延びるケース外サブ配線とに接続して用いるメインバッテリユニットであり、
ケースと、
前記ケースから露出しており、前記一対のケース外メイン配線に接続される一対のメインコネクタと、
前記ケースから露出しており、前記ケース外サブ配線に接続されるサブコネクタを備えており、
前記ケース内に、
メインバッテリと、
前記メインバッテリの一対の電極と前記一対のメインコネクタを接続する一対のケース内メイン配線と、
前記一対のケース内メイン配線の各々に挿入されて前記一対のケース内メイン配線の各々の導通と非導通を切り替えるスイッチの対を有するシステムメインリレーと、
メイン・サブ間コンバータと、
前記システムメインリレーより前記メインバッテリ側の前記一対のケース内メイン配線の各々と前記メイン・サブ間コンバータを接続する配線の対を有するメイン側コンバータ配線と、
サブコネクタと前記メイン・サブ間コンバータを接続するサブ側コンバータ配線と、が収容されているメインバッテリユニット。
前記ケース内に、前記システムメインリレーより前記メインコネクタ側の前記一対のケース内メイン配線の各々と前記メイン・サブ間コンバータを接続する配線の対を有する第２のメイン側コンバータ配線が収容されている請求項１に記載のメインバッテリユニット。