JP5229686B2 - 車両用電源装置 - Google Patents
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Description
これにより、車両用電源装置は、特に過渡応答領域において電気エネルギー貯蔵装置からの電力により駆動用電池である燃料電池の発電電力を補助したり、また、車両減速時においては駆動モータからの回生電力や駆動用電池である燃料電池の発電電力を電気エネルギー貯蔵装置に受け入れたりするなど、車両の動力性能向上やシステム効率向上に寄与している。
前記電気エネルギーを貯蔵するキャパシタ等からなる電気エネルギー貯蔵装置は、一般的に電気安全の観点から、金属あるいは非導電体からなる収納ケースに収納している。
しかしながら、一般的に電気エネルギー貯蔵装置は、大型部品である。このため、電気エネルギー貯蔵装置の収納ケースを開放して内部の電気機能部品のメンテナンスを行うことは、容易でなく、困難であった。また、メンテナンスが必要な電気機能部品領域のみだけでなく、収納ケース全体を開放してしまうと、電気エネルギー貯蔵装置(貯蔵装置のセル間接続端子部分を含む)まで開放されることとなり、ショートなどの危険性が高まる可能性があった。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
図6において、1は車両用電源装置である。車両用電源装置1は、車両を駆動する駆動モータ2を備え、駆動モータ2に対して並列に接続された駆動用電池である燃料電池3と電気エネルギー貯蔵装置であるキャパシタ4とを備えている。燃料電池3とキャパシタ4とは、インバータ5を介して駆動モータ2に接続されている。燃料電池3は、車両を駆動するための電力を発電する駆動用電池であり、燃料である水素ガスおよび酸化剤である空気の供給を受け発電する。インバータ5は、燃料電池3で発電された直流電力を三相交流電力に変換して出力し、駆動モータ2を制御する。駆動モータ2で発生した駆動力は、変速機を介して駆動車輪に伝達され、車両を走行させる。
また、キャパシタ4は、電気エネルギー貯蔵装置であり、燃料電池3からインバータ5ヘの電力供給を補助すると共に、燃料電池3の発電電力や車両減速時におけるインバータ5からの回生電力を受け入れる。なお、インバータ5は、駆動モータ2の駆動制御に加え、車両の減速時に駆動モータ2の負トルクを電力に変換する回生制御を行う。
第1のリレー6と第2のリレー7とが共に接続された状態においては、メイン高電圧配線8と燃料電池高電圧配線9とキャパシタ高電圧配線10とのバス電圧は一致している。しかし、これら第1のリレー6と第2リレー7とが開放された状態においては、メイン高電圧配線8と燃料電池高電圧配線9とキャパシタ高電圧配線10のバス電圧に差異が生じる場合がある。
前記メイン高電圧配線8には、また、高電圧補機類11を接続している。高電圧補機類11は、燃料電池2に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサや、車両空調装置のエアコン用コンプレッサ等の高電圧で駆動される各種補機からなり、夫々インバータを介してメイン高電圧配線8に接続されている。前記メイン高電圧配線8には、この他に、燃料電池2への電流の逆流を防止するための、逆流防止ダイオード12を備えている。
前記燃料電池高電圧配線9には、電気機能部品として、燃料電池3の端子間電圧を測定する第1の電圧計13と、燃料電池2の発電電流を測定する第1の電流計14とを備えている。前記キャパシタ高電圧配線10には、電気機能部品として、キャパシタ4の端子間電圧を測定する第2の電圧計15と、キャパシタ4の充放電電流を測定する第2の電流計16とを備えている。
前記キャパシタ4は、充電電流を制限しながらキャパシタ4を充電するためのプリチャージ回路17を設けている。プリチャージ回路17は、第2のリレー7と並列に、メイン高電圧配線8とキャパシタ高電圧配線10とに接続されている。プリチャージ回路17は、一般的に電流制限のための半導体素子や制限抵抗を備えるか、スイッチング制御が可能な半導体素子などからなることが多い。プリチャージ回路17は、キャパシタバス10の電圧値がメイン高電圧バス8の電圧値に比べて低い場合に第2のリレー7を接続した際に生じ得る過電流を防止するために、第2のリレー7を接続するのに先立ちキャパシタ4を電流制限しながら充電することを目的とする電気機能部品である。
この双方向型DC/DCコンバータ18は、双方向型に限るものではなく、昇圧型のDC/DCコンバークと降圧型のDC/DCコンバータとの両方を並列に備えても良い。なお、車両用電源装置1は、駆動モータ2とインバータ5とを三相電線22により接続している。
車両用電源装置1は、インバータ5、第1のリレー6、第2のリレー7、高電圧補機類11、第1の電圧計13、第1の電流計14、第2の電圧計15、第2の電流計16、プリチャージ回路17、双方向型DC/DCコンバータ18、車両補機類20を、制御部23に接続している。制御部23は、各センサより収集した情報や内部メモリに格納されたデータを元にシステムを制御する。
この実施例のキャパシタ4も、複数の単位セルを直列に接続してモジュール化し、数百Vの耐圧としている。キャパシタ4は、直列接続したモジュールの中間部位に、キャパシタ4を電気的に分割するためのプラグ24を備えている。プラグ24は、メンテナンスの際などにおいて、抜き取ることでキャパシタ4の中間部位の電気回路を切断することができ、接触や端子間のショート等を低減することができる。
これにより、キャパシタ4は、単位セルの直列接続に加え、電気機能部品の、第2のリレー7、第2の電圧計15、第2の電流計16、プリチャージ回路17及びプラグ24を備えている。
収納ケース25は、上下2段の収納部27・28に複数の単位セルを直列接続してモジュール化した前記キャパシタ4を収納して固定し、キャパシタ4を覆うように収納部27・28にカバー部29をかぶせて固定ボルト40により固定する。キャパシタ4を固定した収納ケース25は、カバー部29の下端に設けた固定ブラケット34を介して固定ボルトにより車両フロア26に固定される。従って、キャパシタ4は、収納ケース25に二段積みに配置して搭載している。
前記収納ケース25の内部には、キャパシタ4とともに、このキャパシタ4についての電気機能部品である第2のリレー7、第2の電圧計15、第2の電流計16、プリチャージ回路17、プラグ24を収納する。キャパシタ4は、下段の収納部27の長手方向全領域にわたり収納するとともに、上段の収納部28の長手方向略中央から他側の領域にわたり収納している。電気機能部品である第2のリレー7、第2の電圧計15、第2の電流計16、プリチャージ回路17、プラグ29は、上段の収納部28のキャパシタ4が収納されていない長手方向一側の残りの領域に収納している。また、この残りの領域には、第2のリレー7に接続される車両駆動用の高電圧配線であるメイン高電圧配線8の一部を配索している。収納ケース25内の第2のリレー7に接続されるメイン高電圧配線8は、インバータ5側のメイン高電圧配線8に接続するための接続端を、上段の収納部28の長手方向一端の下部から下方に向かって突出させている。
前記サービスリッド42は、図5に示すように、開口部44を備えている。開口部44は、サービスリッド42を取り付けた状態において、前記抜き取ることによりキャパシタ4の電気回路を切断できるプラグ24の機能を常時実行可能にするためのものである。開口部44は、図4に示すように、上段の収納部28の長手方向一側の領域に収納したプラグ24の上方のサービスリッド42に形成している。作業者は、この開口部44からプラグ24にアクセスして、抜き取り操作を行うことができる。
これにより、この車両用電源装置1は、キャパシタ4の電気回路を切断できるプラグ24を、収納ケース25のサービスリッド42の開閉状態に関係なく抜き差しが可能であるため、サービスリッド42を取り外す前にプラグ24を抜いてキャパシタ4の電気回路を切断でき、電気機能部品をメンテナンスする上での接触や回路のショート等を防止することができる。また、この車両用電源装置1は、収納ケース25のサービスリッド42を開けることで、内部の電気機能部品に容易にアクセスすることができるので、電気機能部品のメンテナンスを容易に行うことができる。しかも、この車両用電源装置1は、各部品のメンテナンスやチェック、交換などの際に、キャパシタ4の収納ケース25をすべて開けることなく作業が可能となるため、作業性を大幅に向上することができる。
これにより、この車両用電源装置1は、作業者やメンテナンスする者がサービスリッド42を取り付ける時において、誤ってサービスリッド42や、固定部材、工具等を収納ケース25に収納されたメイン高電圧配線8に接触させてしまうことがない。このため、この車両用電源装置1は、高電圧を用いて車両を駆動させるシステムにおける信頼性向上に貢献できる。
このように、この車両用電源装置1は、取り外し可能なサービスリッド42の近傍にメイン高電圧配線8が配索されるため、電気機能部品あるいは電気エネルギー貯蔵装置との接続が容易にできる。
これにより、この車両用電源装置1は、メンテナンスする必要のある電気機能部品の上方を、サービスリッド42を取り外すことで開放できるので、メンテナンス(点検、交換を含む)を容易に行うことが可能である。一方、この車両用電源装置1は、日常のメンテナンスのあまり必要のないキャパシタ4の上方を、サービスリッド42を開けただけでは臨むことができないようになっているので、安全性を向上させることが可能である。
さらに、上述実施例においては、キャパシタ4を収納ケース25内に二段積みに配置したが、これは二段に限るものでなく、一段で平面に配置しても良く、また三段以上に配置しても良い。キャパシタ4は、三段以上とした場合でも、第2のリレー7等の電気機能部品の上部にサービスリッド42を設けることで、同様の効果を得ることができる。さらにまた、上述実施例においては、サービスリッド42を収納ケース25の上部部31に配置したが、これに限るものではなく、側面部32に配置することもできる。
さらにまた、上述の実施例に限られるものではなく、少なくとも電気エネルギー貯蔵装置が持つ機能を有した車両(例えば、リチウムイオン電池のみを電源とする電気自動車、あるいはリチウムイオン電池やニッケル水素電池と、内燃機関とから構成されたハイブリッドエンジンを搭載した車両)用電源装置であれば、適用することが可能である。
2 駆動モータ
3 燃料電池
4 キャパシタ
5 インバータ
7 第2のリレー
8 メイン高電圧配線
10 キャパシタ高電圧配線
15 第2の電圧計
16 第2の電流計
17 プリチャージ回路
24 プラグ
25 収納ケース
26 車両フロア
27・28 収納部
29 カバー部
31 上面部
41 開放部
42 サービスリッド
44 開口部
45 壁部
Claims (1)
- 車両に駆動するための駆動用電池と、駆動用電池の発電電力を受け入れることができる電気エネルギー貯蔵装置とを備えた車両用電源装置であって、
前記電気エネルギー貯蔵装置は、収納ケースに収納して固定された後、車両フロアに固定され、
前記収納ケースの内部には、前記電気エネルギー貯蔵装置とこの電気エネルギー貯蔵装置についての電気機能部品とを収納し、前記電気エネルギー貯蔵装置の上部に前記電気機能部品が搭載された配置とし、
前記収納ケースの上面の一部は、開放できるように取り外し可能なサービスリッドに覆われ、
前記サービスリッドは、抜き取ることにより前記電気エネルギー貯蔵装置の電気回路を切断できるプラグの機能を常時実行可能にするための開口部を備えている車両用電源装置において、
前記サービスリッドは、前記開口部にプラグの周囲を囲むような筒形状に形成された壁部を備えていることを特徴とする記載の車両用電源装置。
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