JP2020182295A

JP2020182295A - 電気自動車

Info

Publication number: JP2020182295A
Application number: JP2019083253A
Authority: JP
Inventors: 佳介澤崎; Keisuke Sawazaki; 康博乙田; Yasuhiro Otsuda
Original assignee: Toyota Motor Corp; Yazaki Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Yazaki Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2020-11-05

Abstract

【課題】本明細書は、電流センサをコネクタの正面からみてコネクタの横に配置した場合に好適な構造を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電気自動車は電力制御器を備えている。電力制御器に接続されるコネクタは、パワーケーブルの側の３本の端子と接続される３本のコネクタ端子と、３本のコネクタバスバを備えている。３本のコネクタバスバは、３本のコネクタ端子のそれぞれに連結されているとともに、電流センサを通過している３本のセンサバスバのそれぞれに接続される。３本のコネクタ端子は、それらの先端が三角形をなすように配置されているとともに、いずれか２個のコネクタ端子の先端が電流センサとコネクタの並び方向に沿うように配置されている。３本のコネクタバスバは、コネクタ端子の延設方向から電流センサが配置されている側へ向けて湾曲しているとともに、３本のコネクタバスバの電流センサ側の端が同一平面上に並んでいる。【選択図】図４

Description

本明細書が開示する技術は、電気自動車に関する。本明細書における「電気自動車」には、走行用のモータとともにエンジンを備えるハイブリッド車や、燃料電池車が含まれる。

電気自動車は、走行用の三相交流モータに供給する三相交流を制御する電力制御器を備えている（例えば特許文献１、２）。なお、以下では、三相交流モータを単純にモータと称する場合がある。特許文献１、２に記載されている電力変換器には多数のケーブルが接続される。特許文献２の電力変換器では、モータに三相交流を供給するパワーケーブルが接続されるコネクタは３個の端子を備えており、３個の端子は、それらの先端が三角形をなすように配置されている。コネクタの後ろ側には、３個の端子を流れる電流を計測するための電流センサが取り付けられている。

特開２０１８−１７０８９４号公報特開２０１２−１３９０１２号公報

特許文献２の電力変換器では、電流センサがコネクタの直後に取り付けられており、３個の端子のそれぞれから真っ直ぐにバスバを延ばせばよい。電流センサをコネクタの直後ではなく、正面からみてコネクタの横に配置したい場合がある。本明細書は、そのような配置に好適な構造を提供する。

本明細書が開示する電気自動車は、走行用のモータ（三相交流モータ）と、モータに供給する三相交流を制御する電力制御器を備えている。電力制御器は、モータに三相交流を伝送するパワーケーブルが接続されるコネクタと、コネクタを通過する三相交流を計測する電流センサを備えている。電流センサは、コネクタの開口側からみたときにコネクタの隣に配置されている。別言すれば、電流センサは、コネクタの側方あるいは後側方に配置されている。コネクタは、パワーケーブルの側の３本の端子のそれぞれと接続される３本のコネクタ端子と、３本のコネクタバスバを備えている。３本のコネクタバスバのそれぞれは、３本のコネクタ端子のそれぞれに連結されているとともに、電流センサを通過している３本のセンサバスバのそれぞれに接続される。

３本のコネクタ端子は、それらの先端が三角形をなすように配置されているとともに、いずれか２個のコネクタ端子の先端が電流センサとコネクタの並び方向に沿うように配置されている。３本のコネクタバスバは、コネクタ端子の延設方向から電流センサが配置されている側へ向けて湾曲しているとともに、３本のコネクタバスバの電流センサ側の端が同一平面上に並んでいる。

３本のコネクタ端子とコネクタバスバの上記配置により、コネクタの側方あるいは後側方に配置された電流センサとのバスバの配索がシンプルになる。また、コネクタのパワーケーブルとの接続部分を開口側からみたときの縦横比が小さくなる。

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。

実施例の電気自動車の電力系のブロック図である。電力制御器の平面図である。コネクタと電流センサの斜視図である。コネクタと電流センサの斜視図である（コネクタの本体を仮想線で描いた図）。コネクタバスバの斜視図である。

図面を参照して実施例の電気自動車２を説明する。図１に、電気自動車２の電力系のブロック図を示す。実施例の電気自動車２は、走行用に３個の三相交流モータ（第１モータ４、第２モータ５、第３モータ６）を備えている。第１モータ４と第２モータ５は前輪を駆動し、第３モータ６は後輪を駆動する。

電気自動車２は、電力制御器２０を備えている。電力制御器２０は、車載のメインバッテリ３の直流電力を３個のモータ４、５、６のそれぞれの駆動電力に変換するデバイスである。

電力制御器２０は、筐体の内部に第１電圧コンバータ回路２１、第２電圧コンバータ回路２４、第１インバータ回路２２、第２インバータ回路２３、電流センサ２００、コントローラ２５を備えている。第１電圧コンバータ回路２１は、メインバッテリ３の電圧を昇圧する。第１電圧コンバータ回路２１の高電圧端に第１インバータ回路２２が接続されている。第１インバータ回路２２は、昇圧後の直流電力を、第１モータ４と第２モータ５のそれぞれの駆動電力（三相交流）に変換する。第１電圧コンバータ回路２１の高電圧端には、第２インバータ回路２３も接続されている。第２インバータ回路２３は、昇圧後の直流電力を、第３モータ６の駆動電力（三相交流）に変換する。

メインバッテリ３は、第２電圧コンバータ回路２４にも接続されている。第２電圧コンバータ回路２４は、メインバッテリ３の電圧を降圧してサブバッテリ９へ供給する。メインバッテリ３の出力電圧は１００ボルト以上であるのに対して、サブバッテリ９の出力電圧は１０〜５０ボルトである。

サブバッテリ９は、車載の複数の補機１２に電力を供給するために備えられている。サブバッテリ９には補機電力線１０が接続されている。図１では、１個の補機１２のみが描かれているが、補機電力線１０には複数の補機１２が接続されている。補機電力線１０は、車内に張り巡らされており、補機電力線１０を介して複数の補機１２がサブバッテリ９に接続される。補機１２は、サブバッテリ９の電圧で動作する車載機器の総称であり、例えば、ルームランプ、カーナビゲーション装置、オーディオなどが含まれる。サブバッテリ９は、メインバッテリ３の電力で充電される。

第１電圧コンバータ回路２１、第２電圧コンバータ回路２４、第１インバータ回路２２、第２インバータ回路２３の主要部品はパワートランジスタであり、それらはコントローラ２５によって制御される。コントローラ２５には電力制御器２０の上位コントローラ１３が接続されている。コントローラ２５は、上位コントローラ１３からモータ４、５、６の目標出力指令を受信する。第１インバータ回路２２の交流出力線には不図示の電流センサが備えられており、コントローラ２５は電流センサの計測値をフィードバックすることで、第１インバータ回路２２の出力が目標出力指令に追従するように各パワートランジスタを制御する。同様に、第２インバータ回路２３の交流出力線には電流センサ２００が備えられており、コントローラ２５は電流センサ２００の計測値をフィードバックすることで、第２インバータ回路２３の出力が目標出力指令に追従するように各パワートランジスタを制御する。

電力制御器２０の内部には冷却器２６も備えられている。冷却器２６は、上記したパワートランジスタや、その他の発熱部品を冷却する。冷却器２６には電力制御器２０の外部の冷媒循環装置７が接続される。冷媒循環装置７は、電力制御器２０の内部のデバイスの熱を吸収した冷媒の熱を大気へ放出し、冷媒の温度を下げる。冷媒は典型的には水あるいは不凍液である。

電力制御器２０の筐体にはいくつかのコネクタが備えられている。メインバッテリ３のパワーケーブルはコネクタ３１に接続される。電力制御器２０の筐体は、メインバッテリ３の電力をエアコン８に供給するための電力中継器としても機能する。エアコン８につながっているパワーケーブルはコネクタ３２に接続される。

上位コントローラ１３とコントローラ２５の間の信号線は、コネクタ３３に接続される。第１モータ４と第２モータ５のそれぞれへ三相交流を伝送するパワーケーブルはコネクタ３４に接続される。第３モータ６へ三相交流を伝送するパワーケーブルはコネクタ１００に接続される。

サブバッテリ９に電力を供給するパワーケーブルはコネクタ３５に接続される。また、電力制御器２０の外部の冷媒循環装置７から延びる冷媒管は、電力制御器２０の筐体に設けられた冷媒吸排口３６に接続される。

図２に電力制御器２０の模式的な上面図を示す。図２を参照して各種のコネクタの配置を説明する。説明の都合上、電力制御器２０の筐体２９の紙面上側の側面を前面２９ａと称し、紙面下側の側面を後面２９ｂと称する。また、筐体２９の紙面左側の側面を左側面２９ｃと称し、紙面右側の側面を右側面２９ｄと称する。図２で見えている面を上面２９ｅと称する。

筐体２９の前面２９ａには、１対の冷媒吸排口３６が設けられている。筐体２９の後面２９ｂには、コネクタ１００とコネクタ３１が設けられている。先に述べたように、コネクタ１００には、第３モータ６に三相交流電流を供給するパワーケーブルが接続される。コネクタ３１には、メインバッテリ３の電力を伝送するパワーケーブルが接続される。

筐体２９の左側面２９ｃには、コネクタ３４とコネクタ３３が設けられている。コネクタ３３には、上位コントローラ１３とコントローラ２５の間で通信される信号をやりとりするための通信線が接続される。コネクタ３４には、第１モータ４と第２モータ５に三相交流電流を供給するパワーケーブルが接続される。

筐体２９の右側面２９ｄにはコネクタ３２が設けられている。コネクタ３２には、エアコンへ電力を供給するパワーケーブルが接続される。筐体２９の上面２９ｅにはコネクタ３５が設けられている。コネクタ３５には、サブバッテリ９へ電力を供給するためのパワーケーブルが接続される。

上記のとおり、電力制御器２０の筐体２９には様々なコネクタが設けられている。

図３−図５を参照してコネクタ１００の構造を説明する。図３は、コネクタ１００と電流センサ２００の斜視図である。図１で説明したように、コネクタ１００には三相交流が流れ、コネクタ１００と第２インバータ回路２３の間には電流センサ２００が備えられている。

電流センサ２００の本体には、３本のセンサバスバ２０１−２０３が通過している。センサバスバ２０１−２０３は、第２インバータ回路２３（図１参照）の交流出力端とコネクタ１００を接続する導体である。センサバスバ２０１−２０３と、後述するコネクタバスバ１３１−１３３は、内部抵抗の小さい銅で作られた細長金属板である。なお、「バスバ」とは、大電力を伝送するのに適した金属部材を意味する。バスバは、通常は細長い金属板（あるいは金属棒）で作られている。

電流センサ２００の本体は樹脂製であり、その内部に３個の磁電変換素子が埋設されている。それぞれの磁電変換素子は、センサバスバ２０１−２０３のそれぞれに対向するように配置されている。３本のセンサバスバ２０１−２０３は、三相交流を伝送する。それぞれの磁電変換素子は、対応するセンサバスバに流れる電流に起因して生じる誘導磁界を計測する。磁電変換素子の計測データは不図示のセンサコントローラに送られ、計測された誘導磁界の大きさからセンサバスバを流れる電流値に変換される。得られた電流値は、コントローラ２５（図１）に送られる。先に述べたように、コントローラ２５が、電流センサ２００の計測値に基づいて第２インバータ回路２３のパワートランジスタを制御する。

コネクタ１００の本体１０１も樹脂製であり、その先端の筒部１０２が、パワーケーブル側のプラグと連結される。本体１０１には、３個のコネクタ端子１２１、１２２、１２３と、３本のコネクタバスバ１３１、１３２、１３３が支持されている。図３ではコネクタバスバ１３１、１３２、１３３は本体１０１に隠れて見えない。

図４に、コネクタ１００の本体１０１を仮想線で描いた斜視図を示し、図５に、コネクタ端子１２１−１２３とコネクタバスバの斜視図を示す。図５では、コネクタ端子１２２とコネクタバスバ１３２を他のコネクタバスバよりも上方へずらして描いてある。コネクタ端子１２２とコネクタバスバ１３２の本来の位置にはそれらを仮想線で描いてある。

コネクタバスバ１３１−１３３は、本体１０１に埋設されている。より具体的には、コネクタバスバ１３１−１３３を、本体１０１を成形する金型内に固定し、金型に溶融樹脂を流し込んで本体１０１が成形される。コネクタバスバ１３１−１３３のそれぞれの一端は、棒状のコネクタ端子１２１−１２３のそれぞれに接合されている。コネクタバスバ１３１−１３３の他端は、本体１０１の下面に露出している。コネクタバスバ１３１−１３３のそれぞれの他端には、電流センサ２００を通過しているセンサバスバ２０１−２０３のそれぞれが接続される。

コネクタバスバ１３１−１３３のそれぞれの他端には、ボルト孔１３５−１３７が設けられており、センサバスバ２０１−２０３の一端にもボルト孔が設けられている。コネクタバスバ１３１とセンサバスバ２０１は、ボルト孔が重なるように配置され、それらのボルト孔にボルトが挿通され、コネクタバスバ１３１とセンサバスバ２０１が本体１０１に供締めされる。なお、本体１０１には、ボルトを固定するナットも埋め込まれているが、ナットの図示は省略した。コネクタバスバ１３２、１３３とセンサバスバ２０２、２０３も同様に接続される。

電流センサ２００は、コネクタ１００の筒部１０２の開口側からみたときに、コネクタ１００の隣（Ｙ方向の隣）に配置されている。より詳しくは、電流センサ２００は、コネクタ１００の後側方に配置されている。

図３、図４に示されているように、３本のコネクタ端子１２１−１２３は、それらの先端が三角形をなすように配置されている。コネクタ端子１２１、１２３は、図中の座標系のＹ方向に並んでいる。先に述べたように、コネクタ１００に対して電流センサ２００は、Ｙ方向で並んでいる。すなわち、３個のコネクタ端子１２１−１２３のうち、２個のコネクタ端子１２１、１２３の先端が電流センサ２００とコネクタ１００の並び方向に沿うように配置されている。また、３本のコネクタバスバ１３１−１３３は、コネクタ端子１２１−１２３の延設方向（図中のＸ方向）から電流センサ２００が配置されている側（図中の＋Ｙ方向）へ向けて湾曲している。さらに、３本のコネクタバスバ１３１−１３３の電流センサ２００の側の端が同一平面上（図中のＸＹ平面上）に並んでいる。

図４、５によく示されているように、上記の構造により、コネクタバスバ１３２は、コネクタバスバ１３１、１３３の上方を通り、電流センサ２００の側で下方に延びている。図５において符号１４２が示した部分が、下方に延びている部分である。コネクタバスバ１３２の上記形状により、３本のコネクタバスバ１３１−１３３の電流センサ２００の側の端がＸ方向（コネクタ端子１２１−１２３の延設方向）に沿ってＸＹ平面上に一列に並ぶことができる。上記の配置により、開口側からみてコネクタ１００の側方に配置されている電流センサ２００との接続構造がシンプルになる。

また、３個のコネクタ端子１２１−１２３は、それらの先端が三角形をなすように配置されていることで、コネクタ１００の先端の筒部１０２（ケーブル側のコネクタと嵌合する部分）の縦横比が小さくなる。

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：電気自動車３：メインバッテリ４、５、６：モータ７：冷媒循環装置８：エアコン９：サブバッテリ２０：電力制御器２１、２４：電圧コンバータ回路２２、２３：インバータ回路２５：コントローラ２６：冷却器２９：筐体３１、３２、３３、３４、３５、１００：コネクタ３６：冷媒吸排口１０１：本体１０２：筒部１２１−１２３：コネクタ端子１３１−１３３：コネクタバスバ１３５−１３７：ボルト孔２００：電流センサ２０１−２０３：センサバスバ

Claims

走行用の三相交流モータと、
前記三相交流モータに供給する三相交流を制御する電力制御器と、
を備えており、前記電力制御器は、
前記三相交流モータに三相交流を伝送するパワーケーブルが接続されるコネクタと、
前記コネクタを通過する前記三相交流を計測する電流センサを備えており、
前記電流センサは、前記コネクタの開口側からみたときに前記コネクタの隣に配置されており、
前記コネクタは、
前記パワーケーブルに接続される３本のコネクタ端子と、
３本の前記コネクタ端子のそれぞれに連結されているとともに、前記電流センサを通過している３本のセンサバスバのそれぞれに接続される３本のコネクタバスバを備えており、
前記３本のコネクタ端子は、それらの先端が三角形をなすように配置されているとともに、いずれか２個のコネクタ端子の先端が前記電流センサと前記コネクタの並び方向に沿うように配置されており、
３本の前記コネクタバスバは、前記コネクタ端子の延設方向から前記電流センサが配置されている側へ向けて湾曲しているとともに、３本の前記コネクタバスバの前記電流センサ側の端が同一平面上に並んでいる、電気自動車。