JP2018114899A - 電力制御装置の車載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、走行用モータに供給する電力を制御する電力制御装置の車載構造において、車両衝突時に電力制御装置の筐体後部のコネクタを保護する技術を提供する。
【解決手段】電力制御装置５の筐体１０の上面後部に低電圧コネクタ２１が取り付けられている。低電圧コネクタ２１の後方には、カウルパネル４４が位置している。電力制御装置５の筐体１０の上面には、一対の突起３３、３４が設けられている。一対の突起３３、３４の夫々は、車両前方からみて低電圧コネクタ２１の夫々の側方に位置するように配置されている。一対の突起３３、３４の後端は、低電圧コネクタ２１よりも後方に位置しており、上端は低電圧コネクタ２１よりも上方に位置している。一対の突起３３、３４の夫々は、車両側方からみたときに低電圧コネクタ２１の上後部の角部が隠れるように配置されている。
【選択図】図４

Description

本明細書は、走行用モータへの供給電力を制御する電力制御装置の車載構造を開示する。

自動車のフロントコンパートメントには、様々な機器が搭載されている。フロントコンパートメントに搭載される機器のなかには、カウルパネルの前方に配置されるものがある（例えば特許文献１）。カウルパネルは、車両のフロントコンパートメントの後端とフロントウインドシールドの前縁との間に位置する部材であり、その両端がサスペンションタワーまたはフロントピラーに連結されている部材である。

一方、走行用モータを備える電気自動車の多くは、走行用モータへの供給電力を制御する電力制御装置を車両のフロントコンパートメントに搭載している。特許文献２、３に開示された電力制御装置は、その上面後部にコネクタが取り付けられている。なお、本明細書における「電気自動車」には、走行用のモータとエンジンの両方を備える自動車も含まれる。

特開２０１３−０９５１５３号公報 特開２０１５−１３３８０３号公報 特開２０１２−０９５４８２号公報

フロントコンパートメントのレイアウトの制約、及び、電力制御装置の内部の部品レイアウトの制約から、電力制御装置の筐体の上面後部にコネクタが取り付けられるとともに、そのコネクタの後方にカウルパネルが位置してしまう場合が生じ得る。フロントコンパートメントに搭載された電力制御装置は、車両が前方の障害物と衝突した際、衝突の衝撃で後退する可能性がある。電力制御装置が後退すると、電力制御装置の上面後部に取り付けられたコネクタがカウルパネルと干渉し、コネクタがダメージを受ける可能性がある。一方、電力制御装置は、走行用モータに供給する電力を蓄えるバッテリでチャージされるコンデンサを備えているとともに、衝突時にそのコンデンサを放電する放電回路を備えている。衝突時、電力制御装置は、コネクタを通じて外部から放電指令を受信してコンデンサを放電する。衝突時にコネクタがダメージを受けると放電指令が放電回路に伝わらずにコンデンサの放電が行われなくなるおそれがある。本明細書は、電力制御装置が後退したときに上面後部のコネクタをカウルパネルとの衝突から保護する技術を提供する。

本明細書が開示する車載構造では、走行用モータの電力制御装置は、車両のフロントコンパートメントに搭載されている。電力制御装置の筐体の上面後部にコネクタが取り付けられている。コネクタの後方にカウルパネルが位置している。電力変換装置の筐体には、一対の突起が設けられている。一対の突起の夫々は、コネクタの夫々の側方に位置するように配置されている。一対の突起の夫々は、車両側方からみたときにコネクタの上後部の角部が隠れるように、後端がコネクタよりも後方に位置しているとともに上端がコネクタよりも上方に位置している。

上記の車載構造によれば、衝突の衝撃で電力制御装置が後退したとき、コネクタの両側の突起がコネクタよりも先にカウルパネルと接触してそれを押し退け（あるいは押し上げ）、コネクタを保護する。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。

実施例の車載構造を採用したハイブリッド車の電力系のブロック図である。 実施例の車載構造を含むハイブリッド車のフロントコンパートメントの様子を示す斜視図である。 車載された電力制御装置の平面図である。 車載された電力制御装置の側面図である。 電力制御装置が後退した状態を示す側面図である。 電力制御装置の突起周辺の部分斜視図である。

図面を参照して実施例の車載構造を説明する。実施例の車載構造は、走行用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車１００に適用されている。まず、ハイブリッド車１００の電力系を説明する。図１にハイブリッド車１００の電力系のブロック図を示す。図１のブロック図では、本明細書が開示する技術の説明に必要のない一部の部品は図示を省略してあることに留意されたい。

ハイブリッド車１００は、走行用に電気モータ８（走行用モータ８）とエンジン１３を備える。以下では説明を簡単にするため、走行用モータ８を単純にモータ８と表記する。モータ８には電力制御装置５が接続されている。電力制御装置５は、モータ８に供給される電力を制御する。具体的には、電力制御装置５は、高電圧バッテリ３の直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換する。モータ８の出力とエンジン１３の出力は動力分配機構９により合成され車軸１１に出力される。動力分配機構９は、エンジン１３の出力トルクを車軸１１とモータ８に分配する場合がある。このとき、モータ８は、エンジン１３の出力トルクの一部により発電する。また、運転者がブレーキペダルを踏んだとき、モータ８は、車両の運動エネルギを利用して発電する。発電で得られた電力（回生電力）は電力制御装置５を介して高電圧バッテリ３に供給される。モータ８が発電した交流の回生電力は、電力制御装置５によって直流電力に変換されて高電圧バッテリ３へ供給される。

エンジン１３の筐体には、エンジンコントローラ１２が取り付けられている。エンジンコントローラ１２は、車両全体の制御を司るＨＶコントローラ６とエンジンワイヤハーネス２８で接続されている。エンジンワイヤハーネス２８は、ＨＶコントローラ６とエンジンコントローラ１２との間で様々な信号を伝達するための通信ケーブルである。

電力制御装置５は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を備えている。電圧コンバータ回路は、高電圧バッテリ３の電力をモータ８の駆動に適した電圧まで昇圧する。高電圧バッテリ３の出力電圧は例えば３００ボルトであり、昇圧後の電圧は例えば６００ボルトである。インバータ回路は、昇圧された直流電力を、モータ８の駆動に適した周波数の三相交流電力に変換する。インバータ回路は、モータ８が発電した交流電力を直流電力に変換する機能も有している。電圧コンバータ回路は、インバータ回路で直流変換された電力の電圧を高電圧バッテリ３の電圧まで降圧する機能も有している。即ち、電力制御装置５に内蔵されている電圧コンバータ回路は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。電圧コンバータ回路とインバータ回路についての詳しい説明は省略する。

電力制御装置５には、高電圧バッテリ３の電流を平滑化するコンデンサ１６が備えられている。さらに、電力制御装置５には、車両衝突時にコンデンサ１６を放電する放電回路１７が備えられている。放電回路１７は、例えば放電抵抗である。あるいは、先に述べた昇圧コンバータ回路やインバータ回路が放電回路として利用されてもよい。

コンデンサ１６は高電圧バッテリ３によってチャージされた状態にあり、衝突の際に放電回路１７がコンデンサ１６を放電することで電力制御装置５の安全性が確保される。ＨＶコントローラ６から電力制御装置５へ、コンデンサ１６を放電させるべく放電回路１７を起動させる放電指令が伝達される。ＨＶコントローラ６は、エアバックコントローラ１８から、車両が衝突したことを示す信号を受け取ると、電力制御装置５へ放電指令を送信する。同時にＨＶコントローラ６は、高電圧バッテリ３と電力制御装置５を電気的に接続しているシステムメインリレー４を開放する。システムメインリレー４が開放されると、電力制御装置５が高電圧バッテリ３から切り離され、コンデンサ１６への電力供給が止まり、コンデンサ１６の放電が可能になる。なお、エアバックコントローラ１８は、衝突を検知する加速度センサを備えており、加速度センサが所定の大きさ以上の加速度を検知すると、車両が衝突したことを示す信号をＨＶコントローラ６へ送信する。

高電圧バッテリ３と電力制御装置５は、高電圧電力線２４で接続されている。高電圧電力線２４の一端には高電圧コネクタ２２が接続されており、その高電圧コネクタ２２が電力制御装置５に取り付けられている。即ち、高電圧電力線２４と高電圧コネクタ２２が、高電圧バッテリ３の電力を電力制御装置５に伝達する。高電圧電力線２４の途中にシステムメインリレー４が備えられている。

電力制御装置５には、低電圧で駆動する制御回路も収容されている。ここで、低電圧とは、上記した高電圧バッテリ３の出力電圧よりも低い電圧を意味する。その制御回路へ電力を供給するために、電力制御装置５は、補機バッテリ７とも接続されている。補機バッテリ７の出力電圧は、高電圧バッテリ３の出力電圧よりも低く、例えば１２ボルトである。補機バッテリ７は、補機共通電力線１４と低電圧電力線２６を介して電力制御装置５と接続されている。低電圧電力線２６の一端には低電圧コネクタ２１が接続されており、その低電圧コネクタ２１が電力制御装置５に取り付けられている。補機共通電力線１４は、車内に張り巡らされている電力線であり、様々な補機に電力を供給する。「補機」とは、低電圧で駆動するデバイス群の総称である。補機の一例は、カーナビゲーション装置１５である。電力制御装置５に実装されている回路であって低電圧で動作する制御回路も「補機」に属する。

低電圧コネクタ２１には、低電圧電力線２６のほか、信号ワイヤハーネス２７が接続されている。信号ワイヤハーネス２７は、電力制御装置５とＨＶコントローラ６の間で様々な信号をやり取りするための通信ケーブルである。先に述べた放電指令も、信号ワイヤハーネス２７を通じてＨＶコントローラ６から電力制御装置５へ伝達される。車両が衝突した際、ＨＶコントローラ６が電力制御装置５へ放電指令を送信する前に低電圧コネクタ２１がダメージを受けると、電力制御装置５は放電指令を適切に受信できず、コンデンサ１６の放電が実施されないおそれがある。ハイブリッド車１００は、前方からの衝突の際に低電圧コネクタ２１がダメージを受け難い構造を備えている。次に、電力制御装置５の車載構造２を説明する。

図２から図６を参照して電力制御装置５の車載構造２を説明する。図２はハイブリッド車１００のフロントコンパートメント９０におけるデバイスレイアウトを示す斜視図である。図３は、フロントコンパートメント９０に搭載された電力制御装置５の平面図である。図４は、フロントコンパートメント９０に搭載された電力制御装置５の側面図である。図５は、電力制御装置５が後退したときの側面図である。図６は電力制御装置５の上面後部の部分斜視図である。図３の平面図は、電力制御装置５とその周辺のみを描いてある。図４の符号４３はフロントコンパートメント９０を覆うフードを示している。図２と図３では、フード４３の図示を省略してある。また、符号１０は、電力制御装置５の筐体を示している。

図中の座標系について説明する。座標系のＦ軸が車両前方を示し、Ｈ軸が車幅方向を示し、Ｖ軸が車両上方を示している。以下、本明細書における「前」とは車両前後方向の「前」を意味し、「後」とは車両前後方向の「後」を意味する。フロントコンパートメント９０は、車両前部空間に相当する。

フロントコンパートメント９０には、エンジン１３、トランスアクスル３０、電力制御装置５、補機バッテリ７が格納されている。なお、フロントコンパートメント９０には、他にも様々な部品が格納されているが、ここでは、上記した部品以外は説明を割愛する。補機バッテリ７のケーブルなどの図示も省略した。

トランスアクスル３０には、走行用のモータ８と、動力分配機構９と、デファレンシャルギアが収容されている。即ち、トランスアクスル３０は、走行用のモータ８を収容するハウジングでもある。トランスアクスル３０はエンジン１３と車幅方向で連結されている。エンジン１３の出力トルクとモータ８の出力トルクはトランスアクスル３０の中の動力分配機構９にて合成され、デファレンシャルギアを介して車軸へ伝達される。

エンジン１３とトランスアクスル３０は、フロントコンパートメント９０の下方で車両前後方向に延びる２本のサイドメンバ９２の間に懸架されている。なお、図２では一方のサイドメンバは隠れて見えない。トランスアクスル３０の上に電力制御装置５が固定されている。

電力制御装置５の筐体１０は、トランスアクスル３０に固定されている。より詳しくは、電力制御装置５の筐体１０は、フロントブラケット３１とリアブラケット３２により、トランスアクスル３０の上方に固定されている。図４に示されているように、フロントブラケット３１とリアブラケット３２によって、電力制御装置５の筐体１０とトランスアクスル３０との間には隙間が確保されている。即ち、電力制御装置５の筐体１０は、直接にはトランスアクスル３０に触れておらず、フロントブラケット３１とリアブラケット３２を介してトランスアクスル３０に支持されている。これは、エンジン１３の振動やモータ８の振動から電力制御装置５を保護するためである。なお、図示は省略しているが、フロントブラケット３１と筐体１０の間、及び、リアブラケット３２と筐体１０の間には防振ブッシュが組み込まれている。前方から衝突荷重を受けると、フロントブラケット３１とリアブラケット３２が変形し（あるいは折れて）、電力制御装置５が後退する場合がある。

電力制御装置５の筐体１０の上面後部には低電圧コネクタ２１が取り付けられている。低電圧コネクタ２１は、先に述べたように、補機バッテリ７に接続されている低電圧電力線２６と、ＨＶコントローラ６に接続されている信号ワイヤハーネス２７を電力制御装置５に接続するコネクタである。

図４に示されているように、電力制御装置５の筐体１０の後面には高電圧コネクタ２２が取り付けられている。高電圧コネクタ２２は、高電圧バッテリ３（図１）と接続されている高電圧電力線２４を電力制御装置５に接続するコネクタである。

フロントコンパートメント９０の車両後方側には、金属製のカウルパネル４４が配置されている。カウルパネル４４は、フロントコンパートメント９０と車室を区画するダッシュパネル４８に連結されている。カウルパネル４４は、車幅方向に延びており、その両端がステー５２を介してサスペンションタワー５３に連結されている。また、カウルパネル４４の両端は、フロントピラー５１にも連結されている。

図４に示されているように、カウルパネル４４において、車両前後方向（図中のＦ軸方向）と車両上下方向（図中のＶ軸方向）に拡がる平面でカットした断面は、上に開いている湾曲形状を成している。「上に開いている湾曲形状」とは、別言すれば、下に向けて凸となるように湾曲していることである。カウルパネル４４の後縁はフロントガラス４６の下縁と接しており、その前縁にはフロントコンパートメント９０を覆うフード４３が接している（図４参照）。

上に開いているカウルパネル４４の上方は樹脂製のカウルトップパネル４５で覆われている。また、カウルパネル４４の上方に（湾曲の内側に）、ワイパーピボット４１が配置されている。ワイパーピボット４１は、ピボットホルダ４９で支持されている。そのピボットホルダ４９は、カウルパネル４４に固定されている。ワイパーピボット４１は、カウルトップパネル４５を貫通しており、その一部が露出している。ワイパーピボット４１は、ワイパーアームを回転させるアクチュエータである。図３では、ワイパーピボット４１とワイパーアームの図示を省略し、図４ではワイパーアームの図示を省略した。カウルパネル４４は、フロントコンパートメント９０の後端にて、フード４３の後端からフロントガラス４６の前端までの間の隙間をカバーするとともに、ワイパーの主要部品であるワイパーピボット４１を格納する部品である。

図４に示されているように、低電圧コネクタ２１の後方にカウルパネル４４が位置している。符号４４ａは、カウルパネル４４のうち、低電圧コネクタ２１と同じ高さで低電圧コネクタ２１に対向する部位（対向部位４４ａ）を示している。図３では対向部位４４ａを破線で示してある。対向部位４４ａは、カウルパネル４４のうち、高さが低電圧コネクタ２１と同じであり、かつ、車幅方向の位置が低電圧コネクタ２１と同じである範囲を指す。ハイブリッド車１００が前方の障害物と衝突すると、その衝撃でブラケット３１、３２が変形し（あるいは折れ）、電力制御装置５が後退することがある。電力制御装置５が後退すると、低電圧コネクタ２１が金属製のカウルパネル４４（対向部位４４ａ）と接触するおそれがある。カウルパネル４４との接触で低電圧コネクタ２１がダメージを受けると、信号ワイヤハーネス２７を通じてＨＶコントローラ６から送られる放電指令が電力制御装置５の内部の放電回路１７に伝達されなくなるおそれがある。そこで、電力制御装置５の車載構造２では、電力制御装置５が後退したときの低電圧コネクタ２１のカウルパネル４４との接触を回避する構造が採用されている。

電力制御装置５の筐体１０の上面後部に一対の突起３３、３４が設けられている。一対の突起３３、３４の夫々は、低電圧コネクタ２１の車幅方向の夫々の側方に位置している。図４に示すように、一対の突起３３、３４は、車幅方向からみたときに低電圧コネクタ２１の少なくとも上後部の角部が隠れるように、突起３３、３４の後端は低電圧コネクタ２１よりも後方に位置しているとともに、上端が低電圧コネクタ２１よりも上方に位置している。図４は車両の左側方からみた側面図であるが、車両の右側方からみても、低電圧コネクタ２１は右側の突起３３に隠れてみえない。

一対の突起３３、３４と低電圧コネクタ２１の上記の位置関係により、電力制御装置５が後退したとき、低電圧コネクタ２１よりも先に一対の突起３３、３４がカウルパネル４４と接触する。電力制御装置５がさらに後退すると、低電圧コネクタ２１の両側で一対の突起３３、３４がカウルパネル４４を後方あるいは上方へ押す。カウルパネル４４の強度が、電力制御装置５から受ける荷重に耐えられれば、電力制御装置５の後退が止まる。カウルパネル４４の強度が、電力制御装置５から受ける荷重に耐えられなければ、カウルパネル４４が後方あるいは上方へ押し退けられる。図５は、一対の突起３３、３４の衝突によってカウルパネル４４の対向部位４４ａが上後方に変形している様子を示している。いずれにしても、電力制御装置５が後退した際、低電圧コネクタ２１はカウルパネル４４との接触から保護される。

図６は、電力制御装置５の突起３３、３４の周辺（上面後部）の部分斜視図である。図６では、低電圧コネクタ２１につながっているケーブルの図示は省略した。低電圧コネクタ２１は、電力制御装置５の筐体１０の上面（アッパーカバー１０ａ）の後方に取り付けられている。アッパーカバー１０ａはアルミニウムの射出成形で作られており、一対の突起３３、３４は、アッパーカバー１０ａと同時に作られる。夫々の突起３３、３４の内側は、軽量化のために空洞となっている。左側の突起３４は、ケーブルを通すために前方に切欠３４ａが設けられている。なお、一対の突起は、アッパーカバーと一体で作られていてもよいし、ボルトなどによりアッパーカバーに取り付けられるものであってもよい。

実施例で説明した車載構造２の特徴を以下にまとめる。電力制御装置５は、フロントコンパートメント９０にて、走行用モータ８を収容しているハウジング（トランスアクスル３０）の上に固定されている。電力制御装置５は、直流電源（高電圧バッテリ３）の電流を平滑化するコンデンサ１６と、コンデンサ１６を放電する放電回路１７を備えている。他のデバイス（ＨＶコントローラ６）からコンデンサ１６を放電させる放電指令を伝達するワイヤハーネス（信号ワイヤハーネス２７）が、電力制御装置５の筐体１０の上面後部に取り付けられたコネクタ（低電圧コネクタ２１）を介して電力制御装置５に接続されている。フロントコンパートメント９０にて、低電圧コネクタ２１の後方にカウルパネル４４が位置している。そして、電力制御装置５の筐体１０の上面後部には、低電圧コネクタ２１を保護する一対の突起３３、３４が設けられている。一対の突起３３、３４の夫々は、車両前方からみて低電圧コネクタ２１の夫々の側方に位置する。一対の突起３３、３４の夫々の後端は、低電圧コネクタ２１よりも車両後方に位置している。一対の突起３３、３４の夫々の上端は、低電圧コネクタ２１よりも上方に位置している。夫々の突起３３、３４は、車幅方向からみたときに、低電圧コネクタ２１の上後角部を隠すように配置されている。

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。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。

２：車載構造
３：高電圧バッテリ
４：システムメインリレー
５：電力制御装置
６：ＨＶコントローラ
７：補機バッテリ
８：モータ
９：動力分配機構
１０：筐体
１０ａ：アッパーカバー
１１：車軸
１３：エンジン
１４：補機共通電力線
１６：コンデンサ
１７：放電回路
１８：エアバックコントローラ
２１：低電圧コネクタ
２２：高電圧コネクタ
２７：信号ワイヤハーネス
２８：エンジンワイヤハーネス
３０：トランスアクスル
３１、３２：ブラケット
３３、３４：突起
４４：カウルパネル
４４ａ：対向部位
４５：カウルトップパネル
４８：ダッシュパネル
４９：ピボットホルダ
５１：フロントピラー
５２：ステー
５３：サスペンションタワー
９０：フロントコンパートメント
９２：サイドメンバ
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 走行用モータに供給する電力を制御する電力制御装置の車載構造であり、
   前記電力制御装置は、車両のフロントコンパートメントに搭載されており、
   前記電力制御装置の筐体の上面後部にコネクタが取り付けられており、
   前記コネクタの後方にカウルパネルが位置しており、
   前記コネクタの夫々の側方に位置するように、前記筐体の上面に一対の突起が設けられており、
   前記一対の突起の夫々は、車両側方からみたときに前記コネクタの上後部の角部が隠れるように、後端が前記コネクタよりも後方に位置しているとともに上端が前記コネクタよりも上方に位置している、電力制御装置の車載構造。

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