バッテリの車両搭載構造
【課題】バッテリ交換時に、バッテリおよび車両本体間の電気的な接点部が損傷することを防止するバッテリの車両搭載構造、を提供する。
【解決手段】バッテリの車両搭載構造は、システムメインリレー７０と、バッテリを車両本体に固定するロックピン６１と、作動部材７５と、システムメインリレー７０および作動部材７５に電力を供給するための補機バッテリ６３と、スイッチ６４とを備える。システムメインリレー７０は、通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断する。作動部材７５は、非通電時にバッテリを固定し、通電時にバッテリの固定を解除するように、ロックピン６１を作動させる。スイッチ６４は、補機バッテリ６３およびシステムメインリレー７０間を電気的に接続する状態と、補機バッテリ６３および作動部材７５間を電気的に接続する状態とを切り替える。
【解決手段】バッテリの車両搭載構造は、システムメインリレー７０と、バッテリを車両本体に固定するロックピン６１と、作動部材７５と、システムメインリレー７０および作動部材７５に電力を供給するための補機バッテリ６３と、スイッチ６４とを備える。システムメインリレー７０は、通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断する。作動部材７５は、非通電時にバッテリを固定し、通電時にバッテリの固定を解除するように、ロックピン６１を作動させる。スイッチ６４は、補機バッテリ６３およびシステムメインリレー７０間を電気的に接続する状態と、補機バッテリ６３および作動部材７５間を電気的に接続する状態とを切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、バッテリの車両搭載構造に関し、より特定的には、動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバッテリの車両搭載構造に関して、たとえば、特開２００２−１４０３９８号公報には、サービスステーションにおけるバッテリ交換により、速やかに走行を再開でき、かつ走行距離を十分に延長可能とすることを目的とした自動車の給電サービスシステムが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された自動車の給電サービスシステムにおいては、給電サービス手段が、電気自動車に搭載されたバッテリを給電済みの別のバッテリに交換するサービスを行なう。
【０００３】
また、特開２００７−１０６３４３号公報には、電池交換の作業性を高めることを目的とした自転車用照明装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された自転車用照明装置においては、光源、反射鏡、レンズおよび電池ボックスが一体化された機能部が、本体部の内側に収容されている。本体部の下方には、機能部が不用意に外れることがないように、ロックレバーが設けられている。
【０００４】
また、特開平６−４８１８４号公報には、簡単かつ迅速に充電することを目的とした電気自動車へのエネルギ供給装置が開示されている（特許文献３）。また、特開平１０−８６６７８号公報には、２次電池を収容した電力供給移動車の電気自動車本体への着脱を容易にし、電力供給移動車の交換を可能とすることを目的とした電気自動車が開示されている（特許文献４）。また、特開２００１−５７７１１号公報には、電気車両に対して、従来のガソリン車なみの便利さでエネルギを供給することが可能な電気車両用エネルギ供給システムが開示されている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４０３９８号公報
【特許文献２】特開２００７−１０６３４３号公報
【特許文献３】特開平６−４８１８４号公報
【特許文献４】特開平１０−８６６７８号公報
【特許文献５】特開２００１−５７７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に開示されるように、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されるバッテリを、充電済みの新たなバッテリに交換するサービスが考えられている。このようなサービスが実現されれば、バッテリの充電はサービス提供者によって実施されるため、ユーザは、バッテリ交換に要するだけの短時間で車両の走行を再開させることができる。しかしながら、バッテリおよび車両本体間が通電された状態でバッテリが交換されると、両者間の電気的な接点部が損傷するおそれがある。
【０００７】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、バッテリ交換時に、バッテリおよび車両本体間の電気的な接点部が損傷することを防止するバッテリの車両搭載構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の１つの局面に従ったバッテリの車両搭載構造は、動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造である。バッテリの車両搭載構造は、リレーと、バッテリを車両本体に対して固定するためのロック機構と、作動部材と、リレーおよび作動部材に電力を供給するための電源と、スイッチとを備える。リレーは、通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断する。作動部材は、非通電時にバッテリを固定し、通電時にバッテリの固定を解除するように、ロック機構を作動させる。スイッチは、電源およびリレー間を電気的に接続する第１接続状態と、電源および作動部材間を電気的に接続する第２接続状態とを切り替える。
【０００９】
このように構成されたバッテリの車両搭載構造によれば、第１接続状態では、リレーへの電力供給によりバッテリおよびモータ間を電気的に接続する一方、ロック機構によってバッテリを車両本体に固定し、第２接続状態では、バッテリおよびモータ間を電気的に遮断する一方、作動部材への電力供給によってロック機構によるバッテリの固定を解除する。このため、バッテリおよびモータ間が電気的に接続しているタイミングでバッテリを車両本体から取り外すことができず、バッテリおよびモータ間が電気的に遮断しているタイミングでバッテリを車両本体から取り外すことが可能となる。これにより、バッテリ交換時に、バッテリおよび車両本体間の電気的な接点部が損傷することを防止できる。
【００１０】
この発明の別の局面に従ったバッテリの車両搭載構造は、動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造である。バッテリの車両搭載構造は、リレーと、バッテリを車両本体に対して固定するためのロック機構と、作動部材と、リレーおよび作動部材に電力を供給するための電源とを備える。リレーは、通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断する。作動部材は、通電時にバッテリを固定し、非通電時にバッテリの固定を解除するように、ロック機構を作動させる。リレーおよび作動部材は、電源から電力供給されるドライブ回路上に電気的に直列に配置される。
【００１１】
このように構成されたバッテリの車両搭載構造によれば、ドライブ回路への通電時、すなわちリレーおよび作動部材の通電時、バッテリおよびモータ間を電気的に接続する一方、ロック機構によってバッテリを車両本体に固定し、ドライブ回路への非通電時、すなわちリレーおよび作動部材の非通電時、バッテリおよびモータ間を電気的に遮断する一方、作動部材への電力供給によってロック機構によるバッテリの固定を解除する。このため、バッテリおよびモータ間が電気的に接続しているタイミングでバッテリを車両本体から取り外すことができず、バッテリおよびモータ間が電気的に遮断しているタイミングでバッテリを車両本体から取り外すことが可能となる。これにより、バッテリ交換時に、バッテリおよび車両本体間の電気的な接点部が損傷することを防止できる。
【００１２】
また好ましくは、作動部材は、ソレノイドを含む。このように構成されたバッテリの車両搭載構造によれば、ソレノイドへの通電、非通電を通じてロック機構を作動させることにより、バッテリを車両本体に固定したり、バッテリの固定を解除したりする。
【００１３】
また好ましくは、バッテリの車両搭載構造は、車両のアンダーフロアに設けられ、バッテリを収容するバッテリ収容部をさらに備える。ロック機構は、バッテリ収容部に収容されたバッテリを車両本体に対して固定可能なように設けられる。このように構成されたバッテリの車両搭載構造によれば、バッテリ収容部が車両のアンダーフロアに設けられるため、バッテリが大重量の場合であっても容易にバッテリ交換することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように、この発明に従えば、バッテリ交換時に、バッテリおよび車両本体間の電気的な接点部が損傷することを防止するバッテリの車両搭載構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。
【図２】バッテリ交換時におけるハイブリッド自動車を示す断面図である。
【図３】バッテリ交換時におけるハイブリッド自動車を示す別の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック時）を模式的に示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック解除時）を模式的に示す図である。
【図６】図４および図５中に示すロックピンの駆動機構の作動状態を示す表である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック時）を模式的に示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック解除時）を模式的に示す図である。
【図９】図７および図８中に示すロックピンの駆動機構の作動状態を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。ハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給されるモータとを動力源とする。
【００１８】
図１を参照して、まず、本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造が適用されるハイブリッド自動車について説明する。ハイブリッド自動車は、バッテリユニット４０と、車両用駆動装置２０と、図示しないエンジンとを含む。
【００１９】
車両用駆動装置２０は、電動機および発電機として機能するモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、図示しないエンジンおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間で動力を分配する動力分割機構２６と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２１とを含む。
【００２０】
バッテリユニット４０には端子４１，４２が設けられている。ＰＣＵ２１にはＤＣ端子４３，４４が設けられている。端子４１とＤＣ端子４３との間および端子４２とＤＣ端子４４との間は、それぞれケーブル６およびケーブル８によって電気的に接続されている。
【００２１】
バッテリユニット４０は、バッテリ５０と、バッテリ５０の正極および端子４１の間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、バッテリ５０の負極および端子４２の間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、バッテリ５０の正極および端子４１の間に直列に接続され、システムメインリレーＳＭＲ２に対して並列に接続される、システムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒとを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、後述の制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて通電／非通電状態が制御される。
【００２２】
バッテリユニット４０は、バッテリ５０の端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、バッテリ５０に流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。バッテリ５０としては、ニッケル水素、リチウムイオン等の２次電池や、燃料電池などを用いることができる。バッテリ５０に代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いることもできる。
【００２３】
ＰＣＵ２１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ２２，１４と、インバータ２２，１４に共通して設けられる昇圧コンバータ１２と、制御装置３０とを含む。
【００２４】
昇圧コンバータ１２は、ＤＣ端子４３，４４間の電圧を昇圧する。昇圧コンバータ１２は、一方端がＤＣ端子４３に接続されるリアクトル３２と、昇圧用ＩＰＭ（Intelligent Power Module）１３と、平滑用コンデンサ３３とを含む。昇圧用ＩＰＭ１３は、昇圧後の電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。平滑用コンデンサ３３は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。
【００２５】
リアクトル３２の他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続されている。
【００２６】
インバータ１４は、車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ１４は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき、昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００２７】
インバータ１４は、走行用ＩＰＭ１８を構成するＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７を含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続されている。
【００２８】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続されている。
【００２９】
Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続されている。ダイオードＤ６のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続されている。
【００３０】
Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続されている。ダイオードＤ８のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続されている。
【００３１】
各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中性点に共に接続されている。Ｕ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続されている。Ｖ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続されている。Ｗ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続されている。
【００３２】
電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０に出力する。電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０に出力する。
【００３３】
インバータ２２は、昇圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。インバータ２２は、モータジェネレータＭＧ１に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。
【００３４】
また、インバータ２２は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき、昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。なお、インバータ２２の内部の構成はインバータ１４と同様であるため、詳細な説明は繰返さない。
【００３５】
制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。
【００３６】
ここで、トルク指令値ＴＲ１，モータ回転数ＭＲＮ１およびモータ電流値ＭＣＲＴ１は、モータジェネレータＭＧ１に関するものであり、トルク指令値ＴＲ２，モータ回転数ＭＲＮ２およびモータ電流値ＭＣＲＴ２は、モータジェネレータＭＧ２に関するものである。電圧ＶＢは、バッテリ５０の電圧であり、電流ＩＢは、バッテリ５０に流れる電流である。電圧ＶＬは、昇圧コンバータ１２の昇圧前電圧であり、電圧ＶＨは、昇圧コンバータ１２の昇圧後電圧である。
【００３７】
制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。
【００３８】
制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。
【００３９】
続いて、上記のハイブリッド自動車に適用される、本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造について説明する。
【００４０】
図２および図３は、バッテリ交換時におけるハイブリッド自動車を示す断面図である。図２および図３を参照して、ハイブリッド自動車は、アンダーフロア５８を有する。アンダーフロア５８は、ハイブリッド自動車の底部に配置される外装ボディである。ハイブリッド自動車には、バッテリ５０を収容するためのバッテリ収容部５６が設けられている。バッテリ収容部５６は、アンダーフロア５８に設けられている。
【００４１】
ハイブリッド自動車に搭載され、容量が低下したバッテリを、充電済みの新たなバッテリに交換するサービスが想定される。このようなサービスを提供するサービスステーションは、地面が掘り下げられたサービスエリア４６を備える。ハイブリッド自動車は、バッテリ交換を行なうサービスステーションにおいて、サービスエリア４６の直上にバッテリ収容部５６が位置決めされるように停車する。
【００４２】
バッテリ５０は、バッテリ収容部５６に対してアンダーフロア５８の下方、すなわちサービスエリア４６から取り外し、取り付け可能なように設けられている。ハイブリッド自動車の車両本体側およびバッテリ５０には、それぞれ、コネクタ５２およびコネクタ５４が設けられている。コネクタ５２とコネクタ５４とが互いに接続されることによって、車両本体側のＰＣＵ２１およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、バッテリ５０とが、電気的に接続される。
【００４３】
ハイブリッド自動車は、バッテリ５０を車両本体に対して固定するためのロックピン６１を有する。バッテリ５０には、ピン孔５１が形成されている。ピン孔５１は、バッテリ５０がバッテリ収容部５６に収容された状態においてロックピン６１の軸上で開口するように形成されている。ロックピン６１は、後述する駆動機構により、その軸方向にスライド可能に設けられている。ピン孔５１にロックピン６１が挿入されることによって、バッテリ５０が車両本体に対して固定され（ロック時）、ピン孔５１からロックピン６１が抜けることによって、車両本体に対するバッテリ５０の固定が解除される（ロック解除時）。
【００４４】
図４は、この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック時）を模式的に示す図である。図５は、この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック解除時）を模式的に示す図である。
【００４５】
図４および図５を参照して、ハイブリッド自動車は、補機バッテリ６３を有する。補機バッテリ６３は、車両上に搭載された各種の補機に電力供給するために設けられており、本実施の形態では、システムメインリレー７０（図１中のシステムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３）および後述するソレノイド７６に電力供給が可能なように設けられている。
【００４６】
補機バッテリ６３からの電力供給を受けて、システムメインリレー７０が通電状態に制御された時、バッテリ５０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間が電気的に接続される。補機バッテリ６３からの電力供給が停止し、システムメインリレー７０が非通電状態に制御された時、バッテリ５０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間が電気的に遮断される。
【００４７】
ハイブリッド自動車は、ロックピン６１を作動させるための作動部材７５を有する。本実施の形態では、作動部材７５が、ソレノイド７６と、弾性部材としてのコイルばね７７とから構成されている。コイルばね７７は、ロックピン６１をロック位置（ロックピン６１が図２中のピン孔５１に挿入される位置）に保持するように、ロックピン６１に対して弾性力を付与する。
【００４８】
ソレノイド７６は、補機バッテリ６３からの電力供給を受け、通電状態に制御された時、ロックピン６１をロック解除位置（ロックピン６１が図２中のピン孔５１から抜ける位置）に保持するように設けられている。より具体的には、ソレノイド７６が非通電状態から通電状態に移行すると、ソレノイド７６に生じる磁束によりロックピン６１を引き寄せる吸引力が発生する。ロックピン６１は、コイルばね７７の弾性力に抗しながらロックピン６１をその軸方向にスライド移動させ、ロック解除位置に保持する。
【００４９】
なお、本実施の形態では、作動部材７５がソレノイド７６およびコイルばね７７から構成される場合を説明したが、本発明はこれに限られず、たとえば、作動部材７５が、補機バッテリ６３から電力供給を受けるモータと、モータの回転運動をロックピン６１の直線運動に変換する回転−直動変換機構とを含んで構成されてもよい。
【００５０】
ハイブリッド自動車は、スイッチ６４を有する。システムメインリレー７０およびソレノイド７６は、補機バッテリ６３に対して互いに並列に設けられている。スイッチ６４は、補機バッテリ６３およびシステムメインリレー７０の間を電気的に接続する状態と、補機バッテリ６３およびソレノイド７６の間を電気的に接続する状態とを選択的に切り替え可能なように設けられている。より具体的には、システムメインリレー７０およびソレノイド７６は、それぞれ、補機バッテリ６３からの電力供給が可能なドライブ回路７１およびドライブ回路７２上に設けられている。スイッチ６４は、ドライブ回路７１に接続されるＳＷ１と、ドライブ回路７２に接続されるＳＷ２との間で切り替えられる。
【００５１】
図６は、図４および図５中に示すロックピンの駆動機構の作動状態を示す表である。図４および図６を参照して、スイッチ６４が位置ＳＷ１に切り替えられた時、補機バッテリ６３からシステムメインリレー７０への電力供給によりバッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に接続される一方、ロックピン６１によってバッテリ５０が車両本体に固定される。図５および図６を参照して、スイッチ６４が位置ＳＷ２に切り替えられた時、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に遮断される一方、補機バッテリ６３からソレノイド７６への電力供給によってロックピン６１によるバッテリ５０の固定が解除される。
【００５２】
このような構成によれば、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に接続しているタイミングでバッテリ５０を車両本体から取り外すことができず、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に遮断しているタイミングでバッテリ５０を車両本体から取り外すことが可能となる。
【００５３】
なお、スイッチ６４は、さらに、補機バッテリ６３からシステムメインリレー７０およびソレノイド７６のいずれにも電力供給されない位置に切り替えが可能なように設けられてもよい。
【００５４】
以上に説明した、この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造の基本的な構成についてまとめて説明すると、本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造は、リレーとしてのシステムメインリレー７０と、バッテリ５０を車両本体に対して固定するためのロック機構としてのロックピン６１と、作動部材７５と、システムメインリレー７０および作動部材７５に電力を供給するための電源としての補機バッテリ６３と、スイッチ６４とを備える。システムメインリレー７０は、通電時にバッテリ５０およびモータとしてのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間を電気的に接続し、非通電時にバッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間を電気的に遮断する。作動部材７５は、非通電時にバッテリ５０を固定し、通電時にバッテリ５０の固定を解除するように、ロックピン６１を作動させる。スイッチ６４は、補機バッテリ６３およびシステムメインリレー７０間を電気的に接続する第１接続状態と、補機バッテリ６３および作動部材７５間を電気的に接続する第２接続状態とを切り替える。
【００５５】
このように構成された、この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造によれば、ハイブリッド自動車に搭載されたバッテリ５０を充電済みの新たなバッテリ５０に交換する際、システムメインリレー７０がオフの状態でしかバッテリ５０を車両本体から取り外すことができない。これにより、バッテリ交換時に、車両本体側のコネクタ５２とバッテリ５０側のコネクタ５４との間でアークが発生することを防止できる。また、本実施の形態では、ソレノイド７６への通電が常時オフであり、バッテリ５０を外す時だけソレノイド７６に通電するため、ソレノイド７６で消費される電力を小さく抑えることができる。
【００５６】
なお、本発明を、燃料電池とバッテリ（２次電池）とを駆動源とする燃料電池ハイブリッド車両（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド自動車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。
【００５７】
（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック時）を模式的に示す図である。図８は、この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック解除時）を模式的に示す図である。
【００５８】
本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造は、実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。
【００５９】
図７および図８を参照して、本実施の形態においては、コイルばね７７が、ロックピン６１をロック解除位置（ロックピン６１が図２中のピン孔５１から抜ける位置）に保持するように、ロックピン６１に対して弾性力を付与する。
【００６０】
ソレノイド７６は、補機バッテリ６３からの電力供給を受け、通電状態に制御された時、ロックピン６１をロック位置（ロックピン６１が図２中のピン孔５１に挿入される位置）に保持するように設けられている。より具体的には、ソレノイド７６が非通電状態から通電状態に移行すると、ソレノイド７６に生じる磁束によりロックピン６１を引き寄せる吸引力が発生する。ロックピン６１は、コイルばね７７の弾性力に抗しながらロックピン６１をその軸方向にスライド移動させ、ロック位置に保持する。
【００６１】
ハイブリッド自動車は、スイッチ８１を有する。システムメインリレー７０およびソレノイド７６は、補機バッテリ６３に対して互いに直列に設けられている。スイッチ８１は、補機バッテリ６３と、システムメインリレー７０およびソレノイド７６との間を電気的に接続する状態と、補機バッテリ６３と、システムメインリレー７０およびソレノイド７６との間を電気的に遮断する状態とを選択的に切り替え可能なように設けられている。より具体的には、システムメインリレー７０およびソレノイド７６は、それぞれ、補機バッテリ６３からの電力供給が可能なドライブ回路８４に設けられている。スイッチ８１は、ドライブ回路８４の経路上であって、補機バッテリ６３と、システムメインリレー７０およびソレノイド７６との間に配置されている。
【００６２】
図９は、図７および図８中に示すロックピンの駆動機構の作動状態を示す表である。図７および図９を参照して、スイッチ８１がオン位置に切り替えられた時、補機バッテリ６３からシステムメインリレー７０およびソレノイド７６への電力供給によって、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に接続される一方、ロックピン６１によってバッテリ５０が車両本体に固定される。図８および図９を参照して、スイッチ６４がオフ位置に切り替えられた時、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に遮断される一方、ロックピン６１によるバッテリ５０の固定が解除される。
【００６３】
このような構成によれば、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に接続しているタイミングでバッテリ５０を車両本体から取り外すことができず、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に遮断しているタイミングでバッテリ５０を車両本体から取り外すことが可能となる。
【００６４】
以上に説明した、この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造の基本的な構成についてまとめて説明すると、本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造は、リレーとしてのシステムメインリレー７０と、バッテリ５０を車両本体に対して固定するためのロック機構としてのロックピン６１と、作動部材７５と、システムメインリレー７０および作動部材７５に電力を供給するための電源としての補機バッテリ６３とを備える。システムメインリレー７０は、通電時にバッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間を電気的に接続し、非通電時にバッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間を電気的に遮断する。作動部材７５は、通電時にバッテリ５０を固定し、非通電時にバッテリ５０の固定を解除するように、ロックピン６１を作動させる。システムメインリレー７０および作動部材７５は、補機バッテリ６３から電力供給されるドライブ回路８４上に電気的に直列に配置される。
【００６５】
このように構成された、この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。
【００６６】
なお、実施の形態１に記載の各種の変形例を、実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造に適用してもよい。
【００６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
この発明は、主に、バッテリから電力供給されるモータを動力源として備える車両に利用される。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 電圧センサ、１１，２４，２５ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０ 車両用駆動装置、２６ 動力分割機構、３０ 制御装置、３２ リアクトル、３３ 平滑用コンデンサ、４０ バッテリユニット、４１，４２ 端子、４３，４４ ＤＣ端子、４６ サービスエリア、５０ バッテリ、５１ ピン孔、５２，５４ コネクタ、５６ バッテリ収容部、５８ アンダーフロア、６１ ロックピン、６３ 補機バッテリ、６４，８１ スイッチ、７０ システムメインリレー、７１，７２，８４ ドライブ回路、７５ 作動部材、７６ ソレノイド。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、バッテリの車両搭載構造に関し、より特定的には、動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバッテリの車両搭載構造に関して、たとえば、特開２００２−１４０３９８号公報には、サービスステーションにおけるバッテリ交換により、速やかに走行を再開でき、かつ走行距離を十分に延長可能とすることを目的とした自動車の給電サービスシステムが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された自動車の給電サービスシステムにおいては、給電サービス手段が、電気自動車に搭載されたバッテリを給電済みの別のバッテリに交換するサービスを行なう。
【０００３】
また、特開２００７−１０６３４３号公報には、電池交換の作業性を高めることを目的とした自転車用照明装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された自転車用照明装置においては、光源、反射鏡、レンズおよび電池ボックスが一体化された機能部が、本体部の内側に収容されている。本体部の下方には、機能部が不用意に外れることがないように、ロックレバーが設けられている。
【０００４】
また、特開平６−４８１８４号公報には、簡単かつ迅速に充電することを目的とした電気自動車へのエネルギ供給装置が開示されている（特許文献３）。また、特開平１０−８６６７８号公報には、２次電池を収容した電力供給移動車の電気自動車本体への着脱を容易にし、電力供給移動車の交換を可能とすることを目的とした電気自動車が開示されている（特許文献４）。また、特開２００１−５７７１１号公報には、電気車両に対して、従来のガソリン車なみの便利さでエネルギを供給することが可能な電気車両用エネルギ供給システムが開示されている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４０３９８号公報
【特許文献２】特開２００７−１０６３４３号公報
【特許文献３】特開平６−４８１８４号公報
【特許文献４】特開平１０−８６６７８号公報
【特許文献５】特開２００１−５７７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に開示されるように、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されるバッテリを、充電済みの新たなバッテリに交換するサービスが考えられている。このようなサービスが実現されれば、バッテリの充電はサービス提供者によって実施されるため、ユーザは、バッテリ交換に要するだけの短時間で車両の走行を再開させることができる。しかしながら、バッテリおよび車両本体間が通電された状態でバッテリが交換されると、両者間の電気的な接点部が損傷するおそれがある。
【０００７】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、バッテリ交換時に、バッテリおよび車両本体間の電気的な接点部が損傷することを防止するバッテリの車両搭載構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の１つの局面に従ったバッテリの車両搭載構造は、動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造である。バッテリの車両搭載構造は、リレーと、バッテリを車両本体に対して固定するためのロック機構と、作動部材と、リレーおよび作動部材に電力を供給するための電源と、スイッチとを備える。リレーは、通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断する。作動部材は、非通電時にバッテリを固定し、通電時にバッテリの固定を解除するように、ロック機構を作動させる。スイッチは、電源およびリレー間を電気的に接続する第１接続状態と、電源および作動部材間を電気的に接続する第２接続状態とを切り替える。
【０００９】
このように構成されたバッテリの車両搭載構造によれば、第１接続状態では、リレーへの電力供給によりバッテリおよびモータ間を電気的に接続する一方、ロック機構によってバッテリを車両本体に固定し、第２接続状態では、バッテリおよびモータ間を電気的に遮断する一方、作動部材への電力供給によってロック機構によるバッテリの固定を解除する。このため、バッテリおよびモータ間が電気的に接続しているタイミングでバッテリを車両本体から取り外すことができず、バッテリおよびモータ間が電気的に遮断しているタイミングでバッテリを車両本体から取り外すことが可能となる。これにより、バッテリ交換時に、バッテリおよび車両本体間の電気的な接点部が損傷することを防止できる。
【００１０】
この発明の別の局面に従ったバッテリの車両搭載構造は、動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造である。バッテリの車両搭載構造は、リレーと、バッテリを車両本体に対して固定するためのロック機構と、作動部材と、リレーおよび作動部材に電力を供給するための電源とを備える。リレーは、通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断する。作動部材は、通電時にバッテリを固定し、非通電時にバッテリの固定を解除するように、ロック機構を作動させる。リレーおよび作動部材は、電源から電力供給されるドライブ回路上に電気的に直列に配置される。
【００１１】
このように構成されたバッテリの車両搭載構造によれば、ドライブ回路への通電時、すなわちリレーおよび作動部材の通電時、バッテリおよびモータ間を電気的に接続する一方、ロック機構によってバッテリを車両本体に固定し、ドライブ回路への非通電時、すなわちリレーおよび作動部材の非通電時、バッテリおよびモータ間を電気的に遮断する一方、作動部材への電力供給によってロック機構によるバッテリの固定を解除する。このため、バッテリおよびモータ間が電気的に接続しているタイミングでバッテリを車両本体から取り外すことができず、バッテリおよびモータ間が電気的に遮断しているタイミングでバッテリを車両本体から取り外すことが可能となる。これにより、バッテリ交換時に、バッテリおよび車両本体間の電気的な接点部が損傷することを防止できる。
【００１２】
また好ましくは、作動部材は、ソレノイドを含む。このように構成されたバッテリの車両搭載構造によれば、ソレノイドへの通電、非通電を通じてロック機構を作動させることにより、バッテリを車両本体に固定したり、バッテリの固定を解除したりする。
【００１３】
また好ましくは、バッテリの車両搭載構造は、車両のアンダーフロアに設けられ、バッテリを収容するバッテリ収容部をさらに備える。ロック機構は、バッテリ収容部に収容されたバッテリを車両本体に対して固定可能なように設けられる。このように構成されたバッテリの車両搭載構造によれば、バッテリ収容部が車両のアンダーフロアに設けられるため、バッテリが大重量の場合であっても容易にバッテリ交換することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように、この発明に従えば、バッテリ交換時に、バッテリおよび車両本体間の電気的な接点部が損傷することを防止するバッテリの車両搭載構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。
【図２】バッテリ交換時におけるハイブリッド自動車を示す断面図である。
【図３】バッテリ交換時におけるハイブリッド自動車を示す別の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック時）を模式的に示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック解除時）を模式的に示す図である。
【図６】図４および図５中に示すロックピンの駆動機構の作動状態を示す表である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック時）を模式的に示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック解除時）を模式的に示す図である。
【図９】図７および図８中に示すロックピンの駆動機構の作動状態を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。ハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給されるモータとを動力源とする。
【００１８】
図１を参照して、まず、本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造が適用されるハイブリッド自動車について説明する。ハイブリッド自動車は、バッテリユニット４０と、車両用駆動装置２０と、図示しないエンジンとを含む。
【００１９】
車両用駆動装置２０は、電動機および発電機として機能するモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、図示しないエンジンおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間で動力を分配する動力分割機構２６と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２１とを含む。
【００２０】
バッテリユニット４０には端子４１，４２が設けられている。ＰＣＵ２１にはＤＣ端子４３，４４が設けられている。端子４１とＤＣ端子４３との間および端子４２とＤＣ端子４４との間は、それぞれケーブル６およびケーブル８によって電気的に接続されている。
【００２１】
バッテリユニット４０は、バッテリ５０と、バッテリ５０の正極および端子４１の間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、バッテリ５０の負極および端子４２の間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、バッテリ５０の正極および端子４１の間に直列に接続され、システムメインリレーＳＭＲ２に対して並列に接続される、システムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒとを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、後述の制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて通電／非通電状態が制御される。
【００２２】
バッテリユニット４０は、バッテリ５０の端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、バッテリ５０に流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。バッテリ５０としては、ニッケル水素、リチウムイオン等の２次電池や、燃料電池などを用いることができる。バッテリ５０に代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いることもできる。
【００２３】
ＰＣＵ２１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ２２，１４と、インバータ２２，１４に共通して設けられる昇圧コンバータ１２と、制御装置３０とを含む。
【００２４】
昇圧コンバータ１２は、ＤＣ端子４３，４４間の電圧を昇圧する。昇圧コンバータ１２は、一方端がＤＣ端子４３に接続されるリアクトル３２と、昇圧用ＩＰＭ（Intelligent Power Module）１３と、平滑用コンデンサ３３とを含む。昇圧用ＩＰＭ１３は、昇圧後の電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。平滑用コンデンサ３３は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。
【００２５】
リアクトル３２の他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続されている。
【００２６】
インバータ１４は、車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ１４は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき、昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００２７】
インバータ１４は、走行用ＩＰＭ１８を構成するＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７を含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続されている。
【００２８】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続されている。
【００２９】
Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続されている。ダイオードＤ６のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続されている。
【００３０】
Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続されている。ダイオードＤ８のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続されている。
【００３１】
各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中性点に共に接続されている。Ｕ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続されている。Ｖ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続されている。Ｗ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続されている。
【００３２】
電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０に出力する。電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０に出力する。
【００３３】
インバータ２２は、昇圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。インバータ２２は、モータジェネレータＭＧ１に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。
【００３４】
また、インバータ２２は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき、昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。なお、インバータ２２の内部の構成はインバータ１４と同様であるため、詳細な説明は繰返さない。
【００３５】
制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。
【００３６】
ここで、トルク指令値ＴＲ１，モータ回転数ＭＲＮ１およびモータ電流値ＭＣＲＴ１は、モータジェネレータＭＧ１に関するものであり、トルク指令値ＴＲ２，モータ回転数ＭＲＮ２およびモータ電流値ＭＣＲＴ２は、モータジェネレータＭＧ２に関するものである。電圧ＶＢは、バッテリ５０の電圧であり、電流ＩＢは、バッテリ５０に流れる電流である。電圧ＶＬは、昇圧コンバータ１２の昇圧前電圧であり、電圧ＶＨは、昇圧コンバータ１２の昇圧後電圧である。
【００３７】
制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。
【００３８】
制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。
【００３９】
続いて、上記のハイブリッド自動車に適用される、本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造について説明する。
【００４０】
図２および図３は、バッテリ交換時におけるハイブリッド自動車を示す断面図である。図２および図３を参照して、ハイブリッド自動車は、アンダーフロア５８を有する。アンダーフロア５８は、ハイブリッド自動車の底部に配置される外装ボディである。ハイブリッド自動車には、バッテリ５０を収容するためのバッテリ収容部５６が設けられている。バッテリ収容部５６は、アンダーフロア５８に設けられている。
【００４１】
ハイブリッド自動車に搭載され、容量が低下したバッテリを、充電済みの新たなバッテリに交換するサービスが想定される。このようなサービスを提供するサービスステーションは、地面が掘り下げられたサービスエリア４６を備える。ハイブリッド自動車は、バッテリ交換を行なうサービスステーションにおいて、サービスエリア４６の直上にバッテリ収容部５６が位置決めされるように停車する。
【００４２】
バッテリ５０は、バッテリ収容部５６に対してアンダーフロア５８の下方、すなわちサービスエリア４６から取り外し、取り付け可能なように設けられている。ハイブリッド自動車の車両本体側およびバッテリ５０には、それぞれ、コネクタ５２およびコネクタ５４が設けられている。コネクタ５２とコネクタ５４とが互いに接続されることによって、車両本体側のＰＣＵ２１およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、バッテリ５０とが、電気的に接続される。
【００４３】
ハイブリッド自動車は、バッテリ５０を車両本体に対して固定するためのロックピン６１を有する。バッテリ５０には、ピン孔５１が形成されている。ピン孔５１は、バッテリ５０がバッテリ収容部５６に収容された状態においてロックピン６１の軸上で開口するように形成されている。ロックピン６１は、後述する駆動機構により、その軸方向にスライド可能に設けられている。ピン孔５１にロックピン６１が挿入されることによって、バッテリ５０が車両本体に対して固定され（ロック時）、ピン孔５１からロックピン６１が抜けることによって、車両本体に対するバッテリ５０の固定が解除される（ロック解除時）。
【００４４】
図４は、この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック時）を模式的に示す図である。図５は、この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック解除時）を模式的に示す図である。
【００４５】
図４および図５を参照して、ハイブリッド自動車は、補機バッテリ６３を有する。補機バッテリ６３は、車両上に搭載された各種の補機に電力供給するために設けられており、本実施の形態では、システムメインリレー７０（図１中のシステムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３）および後述するソレノイド７６に電力供給が可能なように設けられている。
【００４６】
補機バッテリ６３からの電力供給を受けて、システムメインリレー７０が通電状態に制御された時、バッテリ５０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間が電気的に接続される。補機バッテリ６３からの電力供給が停止し、システムメインリレー７０が非通電状態に制御された時、バッテリ５０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間が電気的に遮断される。
【００４７】
ハイブリッド自動車は、ロックピン６１を作動させるための作動部材７５を有する。本実施の形態では、作動部材７５が、ソレノイド７６と、弾性部材としてのコイルばね７７とから構成されている。コイルばね７７は、ロックピン６１をロック位置（ロックピン６１が図２中のピン孔５１に挿入される位置）に保持するように、ロックピン６１に対して弾性力を付与する。
【００４８】
ソレノイド７６は、補機バッテリ６３からの電力供給を受け、通電状態に制御された時、ロックピン６１をロック解除位置（ロックピン６１が図２中のピン孔５１から抜ける位置）に保持するように設けられている。より具体的には、ソレノイド７６が非通電状態から通電状態に移行すると、ソレノイド７６に生じる磁束によりロックピン６１を引き寄せる吸引力が発生する。ロックピン６１は、コイルばね７７の弾性力に抗しながらロックピン６１をその軸方向にスライド移動させ、ロック解除位置に保持する。
【００４９】
なお、本実施の形態では、作動部材７５がソレノイド７６およびコイルばね７７から構成される場合を説明したが、本発明はこれに限られず、たとえば、作動部材７５が、補機バッテリ６３から電力供給を受けるモータと、モータの回転運動をロックピン６１の直線運動に変換する回転−直動変換機構とを含んで構成されてもよい。
【００５０】
ハイブリッド自動車は、スイッチ６４を有する。システムメインリレー７０およびソレノイド７６は、補機バッテリ６３に対して互いに並列に設けられている。スイッチ６４は、補機バッテリ６３およびシステムメインリレー７０の間を電気的に接続する状態と、補機バッテリ６３およびソレノイド７６の間を電気的に接続する状態とを選択的に切り替え可能なように設けられている。より具体的には、システムメインリレー７０およびソレノイド７６は、それぞれ、補機バッテリ６３からの電力供給が可能なドライブ回路７１およびドライブ回路７２上に設けられている。スイッチ６４は、ドライブ回路７１に接続されるＳＷ１と、ドライブ回路７２に接続されるＳＷ２との間で切り替えられる。
【００５１】
図６は、図４および図５中に示すロックピンの駆動機構の作動状態を示す表である。図４および図６を参照して、スイッチ６４が位置ＳＷ１に切り替えられた時、補機バッテリ６３からシステムメインリレー７０への電力供給によりバッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に接続される一方、ロックピン６１によってバッテリ５０が車両本体に固定される。図５および図６を参照して、スイッチ６４が位置ＳＷ２に切り替えられた時、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に遮断される一方、補機バッテリ６３からソレノイド７６への電力供給によってロックピン６１によるバッテリ５０の固定が解除される。
【００５２】
このような構成によれば、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に接続しているタイミングでバッテリ５０を車両本体から取り外すことができず、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に遮断しているタイミングでバッテリ５０を車両本体から取り外すことが可能となる。
【００５３】
なお、スイッチ６４は、さらに、補機バッテリ６３からシステムメインリレー７０およびソレノイド７６のいずれにも電力供給されない位置に切り替えが可能なように設けられてもよい。
【００５４】
以上に説明した、この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造の基本的な構成についてまとめて説明すると、本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造は、リレーとしてのシステムメインリレー７０と、バッテリ５０を車両本体に対して固定するためのロック機構としてのロックピン６１と、作動部材７５と、システムメインリレー７０および作動部材７５に電力を供給するための電源としての補機バッテリ６３と、スイッチ６４とを備える。システムメインリレー７０は、通電時にバッテリ５０およびモータとしてのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間を電気的に接続し、非通電時にバッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間を電気的に遮断する。作動部材７５は、非通電時にバッテリ５０を固定し、通電時にバッテリ５０の固定を解除するように、ロックピン６１を作動させる。スイッチ６４は、補機バッテリ６３およびシステムメインリレー７０間を電気的に接続する第１接続状態と、補機バッテリ６３および作動部材７５間を電気的に接続する第２接続状態とを切り替える。
【００５５】
このように構成された、この発明の実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造によれば、ハイブリッド自動車に搭載されたバッテリ５０を充電済みの新たなバッテリ５０に交換する際、システムメインリレー７０がオフの状態でしかバッテリ５０を車両本体から取り外すことができない。これにより、バッテリ交換時に、車両本体側のコネクタ５２とバッテリ５０側のコネクタ５４との間でアークが発生することを防止できる。また、本実施の形態では、ソレノイド７６への通電が常時オフであり、バッテリ５０を外す時だけソレノイド７６に通電するため、ソレノイド７６で消費される電力を小さく抑えることができる。
【００５６】
なお、本発明を、燃料電池とバッテリ（２次電池）とを駆動源とする燃料電池ハイブリッド車両（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド自動車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。
【００５７】
（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック時）を模式的に示す図である。図８は、この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造において、ロックピンの駆動機構（ロック解除時）を模式的に示す図である。
【００５８】
本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造は、実施の形態１におけるバッテリの車両搭載構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。
【００５９】
図７および図８を参照して、本実施の形態においては、コイルばね７７が、ロックピン６１をロック解除位置（ロックピン６１が図２中のピン孔５１から抜ける位置）に保持するように、ロックピン６１に対して弾性力を付与する。
【００６０】
ソレノイド７６は、補機バッテリ６３からの電力供給を受け、通電状態に制御された時、ロックピン６１をロック位置（ロックピン６１が図２中のピン孔５１に挿入される位置）に保持するように設けられている。より具体的には、ソレノイド７６が非通電状態から通電状態に移行すると、ソレノイド７６に生じる磁束によりロックピン６１を引き寄せる吸引力が発生する。ロックピン６１は、コイルばね７７の弾性力に抗しながらロックピン６１をその軸方向にスライド移動させ、ロック位置に保持する。
【００６１】
ハイブリッド自動車は、スイッチ８１を有する。システムメインリレー７０およびソレノイド７６は、補機バッテリ６３に対して互いに直列に設けられている。スイッチ８１は、補機バッテリ６３と、システムメインリレー７０およびソレノイド７６との間を電気的に接続する状態と、補機バッテリ６３と、システムメインリレー７０およびソレノイド７６との間を電気的に遮断する状態とを選択的に切り替え可能なように設けられている。より具体的には、システムメインリレー７０およびソレノイド７６は、それぞれ、補機バッテリ６３からの電力供給が可能なドライブ回路８４に設けられている。スイッチ８１は、ドライブ回路８４の経路上であって、補機バッテリ６３と、システムメインリレー７０およびソレノイド７６との間に配置されている。
【００６２】
図９は、図７および図８中に示すロックピンの駆動機構の作動状態を示す表である。図７および図９を参照して、スイッチ８１がオン位置に切り替えられた時、補機バッテリ６３からシステムメインリレー７０およびソレノイド７６への電力供給によって、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に接続される一方、ロックピン６１によってバッテリ５０が車両本体に固定される。図８および図９を参照して、スイッチ６４がオフ位置に切り替えられた時、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に遮断される一方、ロックピン６１によるバッテリ５０の固定が解除される。
【００６３】
このような構成によれば、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に接続しているタイミングでバッテリ５０を車両本体から取り外すことができず、バッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間が電気的に遮断しているタイミングでバッテリ５０を車両本体から取り外すことが可能となる。
【００６４】
以上に説明した、この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造の基本的な構成についてまとめて説明すると、本実施の形態におけるバッテリの車両搭載構造は、リレーとしてのシステムメインリレー７０と、バッテリ５０を車両本体に対して固定するためのロック機構としてのロックピン６１と、作動部材７５と、システムメインリレー７０および作動部材７５に電力を供給するための電源としての補機バッテリ６３とを備える。システムメインリレー７０は、通電時にバッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間を電気的に接続し、非通電時にバッテリ５０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間を電気的に遮断する。作動部材７５は、通電時にバッテリ５０を固定し、非通電時にバッテリ５０の固定を解除するように、ロックピン６１を作動させる。システムメインリレー７０および作動部材７５は、補機バッテリ６３から電力供給されるドライブ回路８４上に電気的に直列に配置される。
【００６５】
このように構成された、この発明の実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。
【００６６】
なお、実施の形態１に記載の各種の変形例を、実施の形態２におけるバッテリの車両搭載構造に適用してもよい。
【００６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
この発明は、主に、バッテリから電力供給されるモータを動力源として備える車両に利用される。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 電圧センサ、１１，２４，２５ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０ 車両用駆動装置、２６ 動力分割機構、３０ 制御装置、３２ リアクトル、３３ 平滑用コンデンサ、４０ バッテリユニット、４１，４２ 端子、４３，４４ ＤＣ端子、４６ サービスエリア、５０ バッテリ、５１ ピン孔、５２，５４ コネクタ、５６ バッテリ収容部、５８ アンダーフロア、６１ ロックピン、６３ 補機バッテリ、６４，８１ スイッチ、７０ システムメインリレー、７１，７２，８４ ドライブ回路、７５ 作動部材、７６ ソレノイド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造であって、
通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断するリレーと、
バッテリを車両本体に対して固定するためのロック機構と、
非通電時にバッテリを固定し、通電時にバッテリの固定を解除するように、前記ロック機構を作動させる作動部材と、
前記リレーおよび前記作動部材に電力を供給するための電源と、
前記電源および前記リレー間を電気的に接続する第１接続状態と、前記電源および前記作動部材間を電気的に接続する第２接続状態とを切り替えるスイッチとを備える、バッテリの車両搭載構造。
【請求項２】
動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造であって、
通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断するリレーと、
バッテリを車両本体に対して固定するためのロック機構と、
通電時にバッテリを固定し、非通電時にバッテリの固定を解除するように、前記ロック機構を作動させる作動部材と、
前記リレーおよび前記作動部材に電力を供給するための電源とを備え、
前記リレーおよび前記作動部材は、前記電源から電力供給されるドライブ回路上に電気的に直列に配置される、バッテリの車両搭載構造。
【請求項３】
前記作動部材は、ソレノイドを含む、請求項１または２に記載のバッテリの車両搭載構造。
【請求項４】
車両のアンダーフロアに設けられ、バッテリを収容するバッテリ収容部をさらに備え、
前記ロック機構は、前記バッテリ収容部に収容されたバッテリを車両本体に対して固定可能なように設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリの車両搭載構造。
【請求項１】
動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造であって、
通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断するリレーと、
バッテリを車両本体に対して固定するためのロック機構と、
非通電時にバッテリを固定し、通電時にバッテリの固定を解除するように、前記ロック機構を作動させる作動部材と、
前記リレーおよび前記作動部材に電力を供給するための電源と、
前記電源および前記リレー間を電気的に接続する第１接続状態と、前記電源および前記作動部材間を電気的に接続する第２接続状態とを切り替えるスイッチとを備える、バッテリの車両搭載構造。
【請求項２】
動力源としてのモータに電力を供給するためのバッテリの車両搭載構造であって、
通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に接続し、非通電時にバッテリおよびモータ間を電気的に遮断するリレーと、
バッテリを車両本体に対して固定するためのロック機構と、
通電時にバッテリを固定し、非通電時にバッテリの固定を解除するように、前記ロック機構を作動させる作動部材と、
前記リレーおよび前記作動部材に電力を供給するための電源とを備え、
前記リレーおよび前記作動部材は、前記電源から電力供給されるドライブ回路上に電気的に直列に配置される、バッテリの車両搭載構造。
【請求項３】
前記作動部材は、ソレノイドを含む、請求項１または２に記載のバッテリの車両搭載構造。
【請求項４】
車両のアンダーフロアに設けられ、バッテリを収容するバッテリ収容部をさらに備え、
前記ロック機構は、前記バッテリ収容部に収容されたバッテリを車両本体に対して固定可能なように設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリの車両搭載構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３１８０５（Ｐ２０１１−１３１８０５Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９４４４９（Ｐ２００９−２９４４４９）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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