JP6642305B2 - 電力制御ユニットの車載構造 - Google Patents

Description

本明細書は、直流電源の電力を走行モータ駆動用の交流電力に変換する電力制御ユニットの車載構造を開示する。

電気自動車は、直流電源の電力を走行モータ駆動用の交流電力に変換する電力制御ユニットを備える。直流電源の例はバッテリや燃料電池である。電力制御ユニットは、走行モータとともに電気自動車の前部空間（フロントコンパートメント）に搭載されることが多い。典型的には、電力制御ユニットは、走行モータを収容するハウジングの上に固定される。なお、本明細書における電気自動車は、走行モータとエンジンの両方を備えるハイブリッド車でもよい。

電力制御ユニットは、直流電源の電流を平滑化するコンデンサを備える。コンデンサには大電力が蓄積されるので、衝突時には、コンデンサを速やかに放電することが望ましい。それゆえ、電力制御ユニットにはコンデンサを放電する放電回路が備えられる。

電力制御ユニットは、他のデバイスとワイヤハーネスで接続されており、そのワイヤハーネスを通じて他のデバイスと様々なデータ通信を行いながら動作する。車両が衝突した際にコンデンサを放電させる放電指令も、ワイヤハーネスを通じて他のデバイスから電力制御ユニットへ伝達される。衝突の際、放電指令を伝達する前に、ワイヤハーネスを電力制御ユニットに接続するコネクタが損傷すると、電力制御ユニットはコンデンサの放電を行わないことが生じ得る。衝突時に電力制御ユニットに接続されているコネクタを保護する技術が例えば特許文献１、２に開示されている。

特開２０１５−１３３８０３号公報 特開２０１６−０６０３２４号公報

電力制御ユニットの一つの態様では、その上面後方に、他のデバイスから放電指令を伝達するワイヤハーネスのコネクタが接続される。衝突の際、そのコネクタに他のワイヤハーネスが接触すると、コネクタがダメージを受ける虞がある。他のワイヤハーネスの配策を工夫し、他のワイヤハーネスを電力制御ユニットの側面にボルトで固定すると、衝突時にそのボルトのヘッドが周囲のデバイスと接触する虞がある。本明細書は、上面の後方にワイヤハーネスのコネクタが接続される電力制御ユニットの車載構造に関し、衝突時にコネクタを保護するのに好適な車載構造を提供する。

本明細書が開示する車載構造の特徴は以下の通りである。電力制御ユニットは、直流電源の電流を平滑化するコンデンサと、そのコンデンサを放電する放電回路を備えている。他のデバイスからコンデンサを放電させる放電指令を伝達するワイヤハーネスのコネクタが電力制御ユニットの上面後方に接続されている。電力制御ユニットは、車両の前部空間にて、走行モータを収容しているハウジングの上に固定されている。他のワイヤハーネスが上記したコネクタよりも前方で電力制御ユニットの上面を車幅方向に通過しているとともに、他のワイヤハーネスを固定するボルトが、電力制御ユニットの車幅方向を向く側面に設けられた窪み内で固定されている。さらに、そのボルトのヘッドが、窪みの周囲の縁を通る平面よりも窪みの内側に位置している。

上記の車載構造では、まず、他のワイヤハーネスが上記したコネクタよりも前方で電力制御ユニットの上面を車幅方向に通過している。車両が前方衝突した際、衝撃により電力制御ユニットが後退したときにコネクタが他のワイヤハーネスと干渉せずに済む。すなわち、車両衝突の際にコネクタは他のワイヤハーネスと接触することが避けられる。コネクタがワイヤハーネスとの接触によってダメージを受けることが防止される。また、車両の前方衝突の際、衝撃によって周囲のデバイスが後退すると電力制御ユニットと干渉する可能性がある。その際、電力制御ユニットの側面からボルトヘッドが突出していると、周囲のデバイスがボルトに接触してダメージを受ける可能性がある。そこで、上記した車載構造では、他のワイヤハーネスを固定するボルトが電力制御ユニットの車幅方向を向く側面に設けられた窪みの中で固定されており、そのボルトのヘッドが、窪みの周囲の縁を通る平面よりも窪みの内側に位置している。別言すれば、ボルトヘッドが電力制御ユニットの側面よりも外側に突出していない。それゆえ、衝突の際に周囲のデバイスが電力制御ユニットの側面に当接してもボルトと干渉することが避けられる。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におけるデバイス配置を示す斜視図である。 フロントコンパートメントにおけるデバイス配置を示す平面図である。 図３の破線IVが示す範囲の拡大図である。 車載されたＰＣＵ（電力制御ユニット）の側面視を示す。

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に採用されている。まず、ハイブリッド車１００の電気系を説明する。図１にハイブリッド車１００の電気系のブロック図を示す。図１のブロック図は、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（走行モータ８）とエンジン１０を備える。以下では説明を簡単にするため、走行モータ８を単純にモータ８と表記する。モータ８の出力とエンジン１０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、場合によってはエンジン１０の出力トルクを車軸１１とモータ８に分配する。このとき、モータ８は、エンジン１０の出力トルクの一部により発電する。あるいは、モータ８は、車両の減速エネルギを利用して発電する。発電で得られた電力は電力制御ユニット５を介して高電圧バッテリ３の充電に用いられる。エンジン１０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。

モータ８は、電力制御ユニット５から供給される交流電力で駆動される。電力制御ユニット５は、高電圧バッテリ３の直流電力をモータ８の駆動に適した交流電力に変換してモータ８に供給する。高電圧バッテリ３の出力は、例えば、３００ボルトである。以下では、説明の便宜上、「電力制御ユニット５」を「ＰＣＵ５（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ ５）」と称する。

ＰＣＵ５は、昇圧コンバータ回路とインバータ回路を備えている。昇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。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を有する３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。昇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。昇圧コンバータ回路とインバータ回路については詳しい説明は省略する。

ＰＣＵ５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、ＰＣＵ５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る場合もある。

コンデンサ１６には高電圧バッテリ３の電圧が印加されており、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ＰＣＵ５の安全性が確保される。ＰＣＵ５へは、ＨＶコントローラ６から、放電回路１７を起動してコンデンサ１６を放電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、ＰＣＵ５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ＰＣＵ５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、ＰＣＵ５が高電圧バッテリ３から遮断され、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ＰＣＵ５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２１が設けられており、その高電圧コネクタ２１がＰＣＵ５に接続される。即ち、高電圧電力線２４と高電圧コネクタ２１が、高電圧バッテリ３の電力をＰＣＵ５に供給する。高電圧電力線２４の途中には、システムメインリレー４が備えられている。

ＰＣＵ５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である。その制御回路へ電力を供給するために、ＰＣＵ５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、あるいは、２４ボルトである。ＰＣＵ５と補機バッテリ７は、補機共通電力線１４、低電圧電力線２６、及び、低電圧コネクタ２３を介して接続されている。低電圧コネクタ２３は、低電圧電力線２６の一端に接続されている。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、例えば、カーナビゲーション装置１５である。ＰＣＵ５に実装されている、低電圧で動作する制御回路も補機の一つである。

低電圧コネクタ２３には、低電圧電力線２６のほか、ＰＣＵワイヤハーネス２７が接続されている。ＰＣＵワイヤハーネス２７は、ＰＣＵ５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、ＰＣＵワイヤハーネス２７を通じてＨＶコントローラ６からＰＣＵ５へ伝達される。車両が衝突した際、ＨＶコントローラ６がＰＣＵ５へ放電指令を送信する前に低電圧コネクタ２３がダメージを受けると、ＰＣＵ５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虞がある。ハイブリッド車１００は、衝突の際に低電圧コネクタ２３がダメージを受け難いように、ＰＣＵ５を車両に搭載している。次に、ＰＣＵ５の車載構造を説明する。

図２−図５を参照してＰＣＵ５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の平面図である。図４は、図３の破線IVが示す範囲の拡大図である。図５は、フロントコンパートメント９０にて車載されたＰＣＵ５の側面視である。図５の符号４５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。図中の座標系の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、「後ろ」とは車両前後方向の「後ろ」を意味する。

ＰＣＵ５は、ハイブリッド車１００のフロントコンパートメント９０（車両前部空間）に搭載されている。ＰＣＵ５は、フロントコンパートメント９０において、トランスアクスル３０の上に固定されている。トランスアクスル３０は、図１を使って説明した動力分配機構９を構成するギア群のほか、不図示のデファレンシャルギアと、モータ８を内蔵している。従ってトランスアクスル３０は、モータ８を収容するハウジングに相当する。トランスアクスル３０は、エンジン１０と連結されている。トランスアクスル３０とエンジン１０は振動が大きいため、振動遮断用のエンジンマウント（不図示）を介して車両の２本のサイドメンバ９２に懸架されている。ＰＣＵ５は、トランスアクスル３０からの振動を遮断するため、防振ブッシュ付きの２個のブラケット（フロントブラケット３１とリアブラケット３２）でトランスアクスル３０の上方に固定されている。ＰＣＵ５は、フロントブラケット３１とリアブラケット３２によって、トランスアクスル３０との間に隙間を有して支持されている。

ＰＣＵ５の上面後方に低電圧コネクタ２３が接続されている。図１を使って説明したように、低電圧コネクタ２３は、補機バッテリ７の電力を供給する低電圧電力線２６をＰＣＵ５に繋ぐためのコネクタである。低電圧コネクタ２３には、また、ＰＣＵワイヤハーネス２７が接続されている。図１を使って説明したように、ＰＣＵワイヤハーネス２７はＨＶコントローラ６に繋がっており、ＰＣＵワイヤハーネス２７を介してＰＣＵ５とＨＶコントローラ６は通信する。

また、ＰＣＵ５の後面に高電圧コネクタ２１が接続されている。高電圧コネクタ２１は、高電圧バッテリ３の電力を供給する高電圧電力線２４をＰＣＵ５に繋ぐためのコネクタである。なお、図２では、高電圧コネクタ２１はＰＣＵ５に隠れて見えず、図３では高電圧コネクタ２１の図示を省略した。

ＰＣＵ５の上面の車両前後方向のほぼ中央をエンジンワイヤハーネス２８が通過している。別言すれば、エンジンワイヤハーネス２８は、低電圧コネクタ２３よりも前方でＰＣＵ５の上面を車幅方向に通過している。ＰＣＵ５の上面では、エンジンワイヤハーネス２８は、矩形筒状の樹脂プロテクタ２９で覆われている。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通信するための通信ケーブルである。図２−図５では、ＨＶコントローラ６とエンジンコントローラ１２は図示を省略してある。

ＰＣＵ５の斜め前方には補機バッテリ７が位置している。なお、図５では、補機バッテリ７は仮想線で示してある。

図４、図５に示すように、エンジンワイヤハーネス２８は、ＰＣＵ５の車幅方向を向く側面５ａに、ブラケット３４とボルト３５で固定されている。図３では、ブラケット３４とボルト３５の図示を省略した。エンジンワイヤハーネス２８は、ＰＣＵ５の補機バッテリ７の側の側面５ａにてブラケット３４とボルト３５で固定されている。ボルト３５は、ＰＣＵ５の補機バッテリ７の側の側面５ａに設けられた窪み５ｂの中で固定されている。図４に示すように、ボルト３５のヘッドが、窪み５ｂの周囲の縁を通る平面よりも窪み５ｂの内側に位置している。図４の破線Ｌが、窪み５ｂの周囲の縁を通る平面を示している。別言すれば、ボルト３５は、そのヘッドがＰＣＵ５の側面５ａから突出しないように、窪み５ｂの内側に固定されている。なお、図４の破線Ｌは、本来は、ＰＣＵ５の側面５ａを示す実線と一致するが、説明のため、破線で描いてある。

実施例の車載構造２の特徴をまとめると以下の通りである。ＰＣＵ５は、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。コンデンサ１６を放電させる放電指令をＨＶコントローラ６から伝達するＰＣＵワイヤハーネス２７のコネクタ（低電圧コネクタ２３）が、ＰＣＵ５の上面後方に接続されている。ＰＣＵ５は、車両の前部空間（フロントコンパートメント９０）にて、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。ＰＣＵ５の斜め前方に補機バッテリ７が配置されている。エンジンワイヤハーネス２８が、低電圧コネクタ２３よりも前方でＰＣＵ５の上面を車幅方向に通過している。そのエンジンワイヤハーネス２８を固定するボルト３５が、ＰＣＵ５の車幅方向を向く側面５ａに固定されている。別言すれば、ボルト３５は、ＰＣＵ５の補機バッテリ７の側の側面５ａに固定されている。ボルト３５は、ＰＣＵ５の側面５ａに設けられた窪み５ｂの中で固定されている。ボルト３５のヘッドが、窪み５ｂの周囲の縁を通る平面（図４の破線Ｌ）よりも窪み５ｂの内側に位置している。

車載構造２には次の利点がある。エンジンワイヤハーネス２８が、低電圧コネクタ２３よりも前方に位置している。それゆえ、車両が前方衝突（あるいは斜め前方衝突）してＰＣＵ５が後退したとき、エンジンワイヤハーネス２８が低電圧コネクタ２３と干渉することがない。それゆえ、車両衝突時に、低電圧コネクタ２３がエンジンワイヤハーネス２８との接触から保護される。低電圧コネクタ２３が保護されることで、ＨＶコントローラ６からＰＣＵ５へ放電指令が確実に伝達され、ＰＣＵ５はコンデンサ１６を放電することができる。

また、エンジンワイヤハーネス２８を固定するボルト３５のヘッドが、ＰＣＵ５の側面５ａに設けられた窪み５ｂの周囲の縁を通る平面よりも窪み５ｂの内側に位置している。車両が正面衝突（あるいは補機バッテリ７の側の斜め前方衝突）して補機バッテリ７がＰＣＵ５へ向かって後退したとき、補機バッテリ７は側面５ａに接触するもボルト３５と接触することはない。補機バッテリ７がボルト３５との接触でダメージを受ける可能性を低減できる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のトランスアクスル３０が請求項の「ハウジング」の一例に相当する。実施例の高電圧バッテリ３が請求項の「直流電源」の一例に相当する。実施例の補機バッテリ７が請求項の「バッテリ」の一例に相当する。実施例のＨＶコントローラ６が、請求項の「他のデバイス」の一例に相当する。実施例のＰＣＵワイヤハーネス２７が請求項の「他のデバイスからコンデンサを放電させる放電指令を伝達するワイヤハーネス」の一例に相当する。実施例のエンジンワイヤハーネス２８が請求項の「他のワイヤハーネス」の一例に相当する。「他のワイヤハーネス」は、通信線に限らず、電力を伝送するパワーケーブルであってもよい。

補機バッテリ７の位置に別のデバイスが配置されていてもよい。その場合、ボルト３５がＰＣＵ５の側面５ａの窪み５ｂの中で固定される構造は、衝突時に別のデバイスがＰＣＵ５と接触してもボルト３５が別のデバイスと接触することを回避することができる。

実施例の車載構造は、エンジンを備えない電気自動車、あるいは、燃料電池を電源として搭載する自動車に適用されてもよい。

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：電力制御ユニット（ＰＣＵ）
５ａ：側面
５ｂ：窪み
６：ＨＶコントローラ
７：補機バッテリ
８：走行モータ
９：動力分配機構
１０：エンジン
１１：車軸
１２：エンジンコントローラ
１４：補機共通電力線
１５：カーナビゲーション装置
１６：コンデンサ
１７：放電回路
１８：エアバックコントローラ
２１：高電圧コネクタ
２３：低電圧コネクタ
２４：高電圧電力線
２６：低電圧電力線
２７：ＰＣＵワイヤハーネス
２８：エンジンワイヤハーネス
２９：樹脂プロテクタ
３０：トランスアクスル
３１：フロントブラケット
３２：リアブラケット
３４：ブラケット
３５：ボルト
９０：フロントコンパートメント
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 直流電源の電力を走行モータ駆動用の交流電力に変換する電力制御ユニットの車載構造であり、
   前記電力制御ユニットは、車両の前部空間にて、前記走行モータを収容しているハウジングの上に固定されており、
   前記電力制御ユニットは、前記直流電源の電流を平滑化するコンデンサと、前記コンデンサを放電する放電回路を備えており、
   他のデバイスから前記コンデンサを放電させる放電指令を伝達するワイヤハーネスのコネクタが前記電力制御ユニットの上面後方に接続されており、
   他のワイヤハーネスが前記コネクタよりも前方で前記電力制御ユニットの上面を車幅方向に通過しているとともに、当該他のワイヤハーネスを固定するボルトが、前記電力制御ユニットの車幅方向を向く側面に設けられた窪み内で固定されており、前記ボルトのヘッドが、前記窪みの周囲の縁を通る平面よりも窪みの内側に位置している、電力制御ユニットの車載構造。

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