JP5994943B2 - 車両用電源システム - Google Patents

Description

本発明は、高電圧回路の接続/遮断を行う２個の接点可動式の第１リレーと第２リレーが配置された車両用電源システムに関する。

従来、車両衝突時、衝突センサで衝突を感知すると、２個のシステムメインリレーを遮断する制御を行う車両用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１３６０９５号公報

しかしながら、従来の車両用電源装置にあっては、２個のシステムメインリレーの可動接点が移動する方向が同じ車幅方向であり、可動接点の通電移動方向と遮断移動方向も互いに同じ方向に一致させて配置されている。このため、衝突制御により２個のシステムメインリレーの電磁力をOFFにし、高電圧回路を遮断したとしても、衝突時にばね力に打ち勝つ大きな加速度入力が加わった際、２つの可動接点を同じ方向に動かして通電させてしまう、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、衝突時、２つのリレーが同時に通電することを防止可能な車両用電源システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、高電圧回路の接続/遮断を行う２個の接点可動式の第１リレーと第２リレーが配置されている。
この車両用電源システムにおいて、前記第１リレーと前記第２リレーを配置する際、第１可動接点と第２可動接点が接続／遮断に伴って移動する方向が互いに対向方向となるように配置し、且つ、前記第１リレーと前記第２リレーのうち一方のリレーを、車両衝突時に最も加速度入力がかかる方向に対して可動接点が固定接点から離れる向きに配置した。

よって、車両衝突時に最も加速度入力がかかる方向に対し、第１リレーと第２リレーのうち一方のリレーの可動接点が固定接点から離れる向きに配置され、他方のリレーの可動接点が固定接点に接する向きに配置されることになる。
すなわち、車両衝突時に最も加速度入力がかかる方向が、例えば、車両前後方向である場合、前突時に両リレーを遮断すると、車両前方からの加速度入力により一方のリレーの可動接点が固定接点から離れたままとなり、高電圧回路の遮断が確保される。また、後突時に両リレーを遮断すると、車両後方からの加速度入力により他方のリレーの可動接点が固定接点から離れたままとなり、高電圧回路の遮断が確保される。このように、車両衝突時に最も加速度入力がかかる方向に対し、１つのリレーを可動接点が離れる向きに配置することにより、車両衝突時、２つのリレーが同時に通電することを防止できる。

実施例１の電動車両用走行モータ電源システム（車両用電源システムの一例）を示す全体システム図である。 実施例１の電動車両用走行モータ電源システムの高電圧回路に用いられるジャンクションボックスの一例を示す斜視図である。 実施例１のジャンクションボックスに用いられる接点可動式のリレー構成の一例を示す遮断状態断面図である。 実施例１のジャンクションボックスに用いられる接点可動式のリレー構成の一例を示す接続状態断面図である。 比較例におけるリレー配置の課題を示す課題説明図である。 実施例１の電動車両用走行モータ電源システムにおけるリレー作用を示すリレー作用説明図である。 ２個のリレーの配置を実施例１とは異ならせた第１の配置例を示すリレー配置説明図である。 ２個のリレーの配置を実施例１とは異ならせた第２の配置例を示すリレー配置説明図である。

以下、本発明の車両用電源システムを実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
実施例１における電動車両用走行モータ電源システム（車両用電源システムの一例）の構成を、［全体システム構成］、［２個のリレーの配置構成とリレー構成］に分けて説明する。

［全体システム構成］
図１は、実施例１の電動車両用走行モータ電源システムを示す。以下、図１に基づき、全体システム構成を説明する。

前記電動車両用走行モータ電源システムは、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両に搭載された走行モータの電源システムとして適用される。このシステムは、図１に示すように、高電圧バッテリ１と、ジャンクションボックス２と、インバータ３と、モータ/ジェネレータ４と、を備えている。そして、これらの構成要素１，２，３，４を、ハーネス５，６，７を介して接続することで高電圧回路８を構成している。

前記高電圧バッテリ１は、モータ/ジェネレータ４の電源として搭載された二次電池であり、例えば、多数のセルを積層したセルモジュールを、バッテリパックケース内に設定したリチウムイオンバッテリ等が用いられる。

前記ジャンクションボックス２は、高電圧バッテリ１とインバータ３の間に介装され、強電の供給/遮断/分配を行うリレー回路を集約させている。このジャンクションボックス２には、高電圧回路８を接続/遮断する接点可動式の第１リレー２１と第２リレー２２が設けられる。そして、第１リレー２１と高電圧バッテリ１の＋側は、バッテリハーネス５(+)により接続される。第２リレー２２と高電圧バッテリ１の−側は、バッテリハーネス５(-)により接続される。

前記インバータ３は、ジャンクションボックス２とモータ/ジェネレータ４の間に介装され、高電圧バッテリ１の放電によりモータ/ジェネレータ４を駆動する力行時、ＤＣハーネス６(+),６(-)からの直流を、ＡＣハーネス７(u),７(v),７(w)への三相交流に変換する。また、モータ/ジェネレータ４での発電により高電圧バッテリ１を充電する回生時、ＡＣハーネス７(u),７(v),７(w)からの三相交流をＤＣハーネス６(+),６(-)への直流に変換する。

前記モータ/ジェネレータ４は、三相交流の永久磁石型同期モータであり、力行時、ステータコイルに対しＡＣハーネス７(u),７(v),７(w)を介して三相交流が印加され、回生時、ステータコイルにより発生した三相交流を、ＡＣハーネス７(u),７(v),７(w)を介してインバータ３へ送る。

前記高電圧回路８には、プラス側に第１リレー２１を配置し、マイナス側に第２リレー２２を配置するというように、それぞれ１個ずつの合計２個のリレー２１，２２が配置されている。これは、２個のリレー２１，２２が、共にONになって初めて通電する回路とすることで、２個のリレー２１，２２のうち、どちらか一方が固着した場合でも、回路遮断ができるようにしている。

前記第１リレー２１と第２リレー２２の制御系として、衝突センサ９と、他のセンサ・スイッチ類１０と、コントローラ１１と、駆動回路１２と、を備えている。

前記第１リレー２１と第２リレー２２は、それぞれ第１固定接点２１ａ，第１可動接点２１ｂ，第１コイル２１ｃと、第２固定接点２２ａ，第２可動接点２２ｂ，第２コイル２２ｃを有する。なお、詳しいリレー構成の説明は後述する。

前記衝突センサ９は、前後Ｇセンサ等が用いられ、センサ値が衝突閾値を超えることで前突発生や後突発生を検出する。他のセンサ・スイッチ類１０は、第１リレー２１と第２リレー２２の接続/遮断の必要情報を検出する。

前記コントローラ１１は、衝突センサ９からのセンサ値が衝突閾値を超えることで衝突直前であると判断されたとき、第１リレー２１と第２リレー２２を遮断する指令を出力する衝突対応制御を行う。駆動回路１２は、コントローラ１１から第１リレー２１と第２リレー２２を遮断する指令を入力すると、コイル２１ｃ，２２ｃへ流していた駆動電流を遮断する。

［２個のリレーの配置構成とリレー構成］
図２は、高電圧回路８に用いられるジャンクションボックス２の一例を示す。以下、図２に基づき、２個の第１リレー２１と第２リレー２２の配置構成を説明する。

前記第１リレー２１と前記第２リレー２２を配置する際、第１リレー２１と第２リレー２２が車両前後方向に離れた配置にすると共に、車幅方向に一部をオーバーラップさせてずらした配置にしている。そして、下記の(a),(b)の配置条件が共に成立する配置にしている。

(a) 第１可動接点２１ｂと第２可動接点２２ｂが接続/遮断に伴って移動する方向が互いに対向方向となるように配置する。
すなわち、第１リレー２１の第１可動接点２１ｂの移動方向は、図２に示すように、遮断→通電に伴って移動する方向が車両前方であり、通電→遮断に伴って移動する方向が車両後方である。これに対し、第２リレー２２の第２可動接点２２ｂの移動方向は、図２に示すように、遮断→通電に伴って移動する方向が車両後方であり、通電→遮断に伴って移動する方向が車両前方である。

(b) 第１リレー２１と第２リレー２２のうち一方のリレーを、衝突時に最も加速度入力がかかる方向として実施例１にて選択された車両前後方向に対して可動接点が固定接点から離れる向きに配置する。
すなわち、車両後方に向かって衝撃力が入力される前突時には、図２に示すように、第２リレー２２の第２可動接点２２ｂが第２固定接点２２ａへ接する向きであるのに対し、第１リレー２１の第１可動接点２１ｂを第１固定接点２１ａから離れる向きに配置する。車両前方に向かって衝撃力が入力される後突時には、図２に示すように、第１リレー２１の第１可動接点２１ｂが第１固定接点２１ａへ接する向きであるのに対し、第２リレー２２の第２可動接点２２ｂを第２固定接点２２ａから離れる向きに配置する。

前記第１リレー２１の詳細な構成を、図３及び図４に基づき説明する。
前記第１リレー２１は、図３及び図４に示すように、第１固定接点２１ａ、第１可動接点２１ｂ、第１コイル２１ｃ、第１固定鉄芯２１ｄ、第１可動鉄芯２１ｅ、第１復帰ばね２１ｆと、を備えている。

前記第１コイル２１ｃは、ヨーク２１ｇに内装したボビン２１ｈに巻装され、ボビン２１ｈの内径側には鉄芯ケース２１ｉを嵌装配置してある。鉄芯ケース２１ｉは有底筒状に形成してあり、その上端部内に第１固定鉄芯２１ｄを配設してある。

前記第１可動鉄芯２１ｅは、第１コイル２１ｃの励磁により第１固定鉄芯２１ｄと共に磁化されるもので、鉄芯ケース２１ｉ内で第１固定鉄芯２１ｄの下方に上下方向に摺動可能に配置して、第１固定鉄芯２１ｄと軸方向に対向して接・離可能としてある。この第１固定鉄芯２１ｄと第１可動鉄芯２１ｅの各対向面中央部には、座ぐり部が形成され、第１復帰ばね２１ｆはこれらの座ぐり部間に弾装固定してある。

前記第１可動鉄芯２１ｅの中心部にはロッド２１ｊを一体に立設している。このロッド２１ｊは第１固定鉄芯２１ｄの中心部およびヨーク２１ｇの上部端板を貫通し、該上部端板に固設したシールドケース２１ｋ内に突出している。

前記第１固定接点２１ａは、シールドケース２１ｋの上壁を上下方向に貫通して配設してある。一方、第１可動接点２１ｂは、シールドケース２１ｋ内において第１固定接点２１ａと対向配置され、ロッド２１ｊの上端部に接点圧付加ばね２１ｍにより弾性支持して配設してある。具体的には、第１可動接点２１ｂは、ロッド２１ｊの上端末のストッパー２１ｎと、接点圧付加ばね２１ｍとにより上下方向に可動的に弾性挟持され、接点圧付加ばね２１ｍは、ロッド２１ｊに設けたスプリングシート２１ｏ（ゴムダンパ２１ｐにより弾性支持）と第１可動接点２１ｂとの間に弾装してある。

ここで、上述のように構成された第１リレー２１では、第１コイル２１ｃに通電して第１コイル２１ｃに磁力が発生すると、第１固定鉄芯２１ｄと第１可動鉄芯２１ｅが磁化され、両鉄芯２１ｄ，２１ｅが互いに引き合う。これにより第１可動鉄芯２１ｅと一体に第１可動接点２１ｂが軸方向移動し、第１固定接点２１ａと接触することで、図３の遮断状態から図４の接続状態へと移行することで高電圧回路８を接続する。

一方、第１コイル２１ｃへの通電を停止して第１コイル２１ｃが消磁すると、第１固定鉄芯２１ｄと第１可動鉄芯２１ｅの磁化が直ちに解消され、第１復帰ばね２１ｆのばね力によって、両鉄芯２１ｄ，２１ｅが相互に開離する。これにより第１可動鉄芯２１ｅと一体に第１可動接点２１ｂが軸方向移動し、第１固定接点２１ａから開離し、図４の接続状態から図４の遮断状態へと移行することで高電圧回路８を切断する。なお、第２リレー２２の構成は、第１リレー２１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。

次に、作用を説明する。
実施例１の電動車両用走行モータ電源システムにおける衝突時の高電圧回路遮断作用を、図５及び図６に基づき説明する。

例えば、図５に示すように、加速度入力方向とリレーの可動接点が固定接点に接触する方向が一致している場合を比較例とする。
この比較例の場合、衝突対応制御により衝突前にリレーの電磁力をOFFにし、高電圧回路を遮断していたとする。しかし、衝突時にばね力に打ち勝つ大きな加速度入力が加わると、可動接点を固定接点に向かう方向に動かして接触し、高電圧回路を通電させてしまう。
このように、衝突時に高電圧回路を通電させてしまうと、衝撃力により高電圧を通電している状態でのハーネス断線等が発生してしまう。

これに対し、実施例１では、第１リレー２１と第２リレー２２を配置する際、第１可動接点２１ｂと第２可動接点２２ｂが接続/遮断に伴って移動する方向が互いに対向方向となるように配置する。そして、第１リレー２１と第２リレー２２のうち一方のリレーを、衝突時に最も加速度入力がかかる車両前後方向に対して可動接点が固定接点から離れる向きに配置する構成を採用した。

よって、衝突時に最も加速度入力がかかる方向に対し、第１リレー２１と第２リレー２２のうち一方のリレーの可動接点が固定接点から離れる向きに配置され、他方のリレーの可動接点が固定接点に接する向きに配置されることになる。

すなわち、前突時に衝突対応制御により両リレー２１，２２を遮断すると、図６に示すように、車両前方からの加速度入力により第１リレー２１の第１可動接点２１ｂが第１固定接点２１ａから離れたままとなる。なお、このとき第２リレー２２の第２可動接点２２ｂは、加速度入力により第２固定接点２２ａに向かって移動して接続状態になる。したがって、車両前方からの加速度入力がある前突時には、両リレー２１，２２のうち、第１リレー２１の遮断が車両前方からの加速度入力にかかわらず維持されることで、高電圧回路８の遮断が確保される。

また、後突時に衝突対応制御により両リレー２１，２２を遮断すると、図６とは反対方向である車両後方からの加速度入力により第２リレー２２の第２可動接点２２ｂが第２固定接点２２ａから離れたままとなる。なお、このとき第１リレー２１の第１可動接点２１ｂは、加速度入力により第１固定接点２１ａに向かって移動して接続状態になる。したがって、車両後方からの加速度入力がある後突時には、両リレー２１，２２のうち、第２リレー２２の遮断が車両後方からの加速度入力にかかわらず維持されることで、高電圧回路８の遮断が確保される。

このように、衝突時に最も加速度入力がかかる車両前後方向に対し、両リレー２１，２２のうち、１つのリレーを可動接点が離れる向きに配置することにより、衝突時、２つのリレー２１，２２が同時に通電することが防止され、確実な高電圧回路８の遮断が可能になる。この結果、前突時、或いは、後突時、高電圧回路８を遮断することができ、衝突直前に高電圧回路８を遮断するという衝突対応制御の実効を図ることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の電動車両用走行モータ電源システムにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 高電圧回路８の接続/遮断を行う２個の接点可動式の第１リレー２１と第２リレー２２が配置された車両用電源システム（電動車両用走行モータ電源システム）において、
前記第１リレー２１と前記第２リレー２２を配置する際、第１可動接点２１ｂと第２可動接点２２ｂが接続/遮断に伴って移動する方向が互いに対向方向となるように配置し、且つ、前記第１リレー２１と前記第２リレー２２のうち一方のリレーを、衝突時に最も加速度入力がかかる方向に対して可動接点が固定接点から離れる向きに配置した（図６）。
このため、衝突時、２つのリレーが同時に通電することを防止できる。

(2) 前記衝突時に最も加速度入力がかかる方向を車両前後方向とし、前記第１リレー２１と前記第２リレー２２のうち一方のリレーを、車両前後方向に対して可動接点が固定接点から離れる向きに配置した（図６）。
このため、(1)の効果に加え、前突時と後突時の両方の衝突に対し、高電圧回路８を遮断することができる。

(3) 前記高電圧回路８は、高電圧バッテリ１と、ジャンクションボックス２と、インバータ３と、モータ/ジェネレータ４を、ハーネス５，６，７を介して接続することで構成した電動車両の走行モータ電源回路であり、
前記第１リレー２１と前記第２リレー２２は、前記ジャンクションボックス２に設けられ、前記高電圧バッテリ１のプラス側とマイナス側にそれぞれ１個ずつ配置した（図１）。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、衝突時、電動車両の走行モータ電源回路における高電圧回路８を遮断することができる。

(4) 前記第１リレー２１と前記第２リレー２２に、車両衝突を感知するとリレー遮断制御を行う衝突対応制御手段（コントローラ１１）を接続した（図１）。
このため、(1)〜(3)の効果に加え、衝突直前に高電圧回路８を遮断するという衝突対応制御の実効を図ることができる。

以上、本発明の車両用電源システムを実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、第１リレー２１と第２リレー２２の配置として、車両前後方向に離れた配置にすると共に、車幅方向に一部をオーバーラップさせてずらした配置とする例を示した。しかし、第１リレー２１と第２リレー２２の配置としては、図７に示すように、車両前後方向に重なり合う配置にすると共に、車幅方向に並べた配置とする例としても良い。また、第１リレー２１と第２リレー２２の配置としては、図８に示すように、車両前後方向に並べた配置にすると共に、車幅方向に重なり合う配置にする例であっても良い。要するに、第１リレーと第２リレーを配置する際、第１可動接点と第２可動接点が接続/遮断に伴って移動する方向が互いに対向方向となるように配置し、且つ、第１リレーと第２リレーのうち一方のリレーを、衝突時に最も加速度入力がかかる方向に対して可動接点が固定接点から離れる向きに配置するものであれば本発明に含まれる。

実施例１では、衝突時に最も加速度入力がかかる方向を車両前後方向とし、第１リレー２１と第２リレー２２を配置する例を示した。しかし、衝突時に最も加速度入力がかかる方向としては、衝突時に最も加速度入力がかかる方向を車幅方向として側方からの衝突に対応させる例としても良いし、衝突時に最も加速度入力がかかる方向を車両前後方向と車幅方向の中間方向とし、前方からの衝突、後方からの衝突、側方からの衝突、オフセット衝突等に対応させる例としても良い。

実施例１では、第１リレー２１と第２リレー２２に、車両衝突を感知するとリレー遮断制御を行うコントローラ１１を接続する例を示した。しかし、第１リレー２１と第２リレー２２に、衝突対応制御手段を接続しないものであっても良い。すなわち、衝突時、第１リレー２１と第２リレー２２が共に接続状態にあっても、衝突による加速度入力により一方のリレーの可動接点を固定接点から離し、高電圧回路を遮断することができる。

実施例１では、本発明の車両用電源システムを、電動車両用走行モータ電源システムに適用する例を示した。しかし、本発明の車両用電源システムは、ハイブリッド車両や電気乗車等に搭載される電動車両用走行モータ電源システム以外であっても、接続/遮断を行う２個の接点可動式の第１リレーと第２リレーが配置された高電圧回路を備えた車両に対して適用することができる。

関連出願の相互参照

本出願は、２０１３年７月５日に日本国特許庁に出願された特願２０１３−１４１４５８に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

Claims (4)

1. 高電圧回路の接続／遮断を行う２個の接点可動式の第１リレーと第２リレーが配置された車両用電源システムにおいて、
   前記第１リレーと前記第２リレーを配置する際、第１可動接点と第２可動接点が接続／遮断に伴って移動する方向が互いに対向方向となるように配置し、且つ、前記第１リレーと前記第２リレーのうち一方のリレーを、車両衝突時に最も加速度入力がかかる方向に対して可動接点が固定接点から離れる向きに配置した
   ことを特徴とする車両用電源システム。
2. 請求項１に記載された車両用電源システムにおいて、
   前記車両衝突時に最も加速度入力がかかる方向を車両前後方向とし、前記第１リレーと前記第２リレーのうち一方のリレーを、車両前後方向に対して可動接点が固定接点から離れる向きに配置した
   ことを特徴とする車両用電源システム。
3. 請求項１又は２に記載された車両用電源システムにおいて、
   前記高電圧回路は、高電圧バッテリと、ジャンクションボックスと、インバータと、モータ／ジェネレータを、ハーネスを介して接続することで構成した電動車両の走行モータ電源回路であり、
   前記第１リレーと前記第２リレーは、前記ジャンクションボックスに設けられ、前記高電圧バッテリのプラス側とマイナス側にそれぞれ１個ずつ配置した
   ことを特徴とする車両用電源システム。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載された車両用電源システムにおいて、
   前記第１リレーと前記第２リレーに、車両衝突を感知するとリレー遮断制御を行う衝突対応制御手段を接続した
   ことを特徴とする車両用電源システム。

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