説明

車両用電源装置

【課題】この発明は、電気エネルギー貯蔵装置の収納ケースに収納された電気機能部品に容易にアクセスすることができ、電気機能部品をメンテナンスする上での回路のショート等を防止することを目的とする。
【解決手段】この発明は、駆動用電池と電気エネルギー貯蔵装置とを備えた車両用電源装置において、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電気エネルギー貯蔵装置と電気機能部品とを収納し、電気エネルギー貯蔵装置の上部に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ことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は車両用電源装置に係り、特に、電気エネルギー貯蔵装置の収納ケースに収められた電気機能部品のメンテナンスを容易に行うことが可能な車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電気により駆動される車両(燃料電池自動車)には、車両の総合効率を向上させるために、あるいは、車両を駆動するための駆動用電池である燃料電池の負荷応答特性を補完するために、二次電池やキャパシタ(電気二重層コンデンサ)等の電気エネルギー貯蔵装置を具備したハイブリッドシステムを採用した車両が知られている。この車両においては、車両を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を搭載している。
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。
【0003】
従来の車両用電源装置には、低電圧系の電源部品と高電圧系の電源部品とを単一の収納ケースに組み込んで、電気的損失の低減及び低コスト化を図ったものがある。
【特許文献1】特開2004−114775号公報
【0004】
従来の車両用電源装置には、高圧バッテリのメインスイッチと、メインスイッチと直接的に連係されて端子台カバーの取り外しを規制するインターロックレバーと、インターロックレバーの動作をメインスイッチの状態に応じて規制するストッパ壁とを備え、ストッパ壁はインターロックレバーに対する動作規制位置に向けて付勢されていることで、ロックを解除した際にメインスイッチの誤動作を防止できるようにしたものがある。
【特許文献2】特開2006−134854号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、電気エネルギー貯蔵装置である二次電池やキャパシタ等は、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。一方、一般的に収納ケースの内部には、電気エネルギー貯蔵装置を収納する他に、電気エネルギー貯蔵装置と駆動用電池である燃料電池、あるいは電気エネルギー貯蔵装置と駆動モータとの接続を遮断するためのリレーや電圧計等の、電気機能部品を収納している。このような電気機能部品をメンテナンスする際には、電気エネルギー貯蔵装置の収納ケースを開放する必要がある。
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。
【0006】
この発明は、電気エネルギー貯蔵装置の収納ケースに収納された電気機能部品に容易にアクセスすることができ、電気機能部品をメンテナンスする上での回路のショート等を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明は、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において、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ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
この発明の車両用電源装置は、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を、収納ケースのサービスリッドの開閉状態に関係なく抜き差しが可能であるため、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、この発明の車両用電源装置は、収納ケースのサービスリッドを開けることで、内部の電気機能部品に容易にアクセスすることができ、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
この発明の車両用電源装置は、電気機能部品に容易にアクセスすることができ、メンテナンスする上での回路のショート等を防止するために、電気エネルギー貯蔵装置が収納される収納ケースの内部の上部に電気機能部品が搭載された配置とし、収納ケースの上面の一部を取り外し可能なサービスリッドにて覆い、サービスリッドには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設けている。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例】
【0010】
図1〜図6は、この発明の実施例を示すものであり、図1は収納ケースの斜視図、図2は一部を切除した収納ケースの斜視図、図3はサービスリッドを取り外した状態の収納ケースの平面図、図4はサービスリッドを取り付けた状態の収納ケースの平面図、図5はサービスリッドの斜視図、図6は車両用電源装置のシステム構成図である。
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。
【0011】
前記車両用電源装置1は、燃料電池3とインバータ5との間に燃料電池用の電気機能部品である第1のリレー6を設け、キャパシタ4とインバータ5との間にキャパシタ用の電気機能部品である第2のリレー7を設けている。車両用電源装置1は、高電圧系統の高電圧配線として、インバータ5と第1のリレー6及び第2のリレー7との間をメイン高電圧バスである車両駆動用のメイン高電圧配線8により接続し、燃料電池3と第1のリレー6との間を燃料電池バスである燃料電池高電圧配線9により接続し、キャパシタ4と第2のリレー7との間をキャパシタバスであるキャパシタ高電圧配線10により接続している。第1のリレー6は、メイン高電圧配線8から燃料電池高電圧配線9を切り離すためのリレーである。第2のリレー7は、メイン高電圧配線8からキャパシタ高電圧配線10を切り離すためのリレーである。
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。
【0012】
また、車両用電源装置1は、メイン高電圧配線8に、キャパシタ4と並列に双方向型DC/DCコンバータ18を接続している。双方向型DC/DCコンバータ18の低電圧側には、低電圧バスである補機類低電圧配線19により前照灯やラジオ、水ポンプ等の車両補機類20と、車両補機類20を駆動するための補機用バッテリ21とを接続している。双方向型DC/DCコンバータ18は、燃料電池3やキャパシタ4からの電力、あるいはインバータ5からの回生電力の電圧を、車両補機類20を駆動するための電圧(通常は12V系統)に変換し、また逆に補機用バッテリ21(通常は12Vバッテリ)の電圧を、高電圧補機類11を駆動し、あるいはキャパシタ4を補充電するための電圧に変換する。
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。
【0013】
このように、車両用電源装置1は、駆動用電池である燃料電池3と、燃料電池3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であるキャパシタ4とを備えている。一般的に、キャパシタ4や二次電池などの単位セルの充電可能電圧は、1V〜3V程度と低い。このため、車両駆動補助を目的とした電気エネルギー貯蔵装置においては、これらの単位セルを100〜数100程度、直列に接続したモジュールを用いている。
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。
【0014】
この車両用電源装置1のキャパシタ4は、図1・図2に示すように、収納ケース25に収納して固定された後に、車両フロア26に固定される。なお、車両フロア26は、例えば車両後部のラゲッジフロア等である。収納ケース25は、上下2段に配列した収納部27・28と、収納部27・28に固定されるカバー部29とからなる。収納部27・28は、下段の収納部27よりも上段の収納部28が長い、細長四角盆形状に形成される。上段の収納部28は、長手方向一端を下段の収納部27の長手方向一端よりも突出させて下段の収納部27の上部に平行に配置し、連結部30により下段の収納部27に連結している。カバー部29は、収納部27・28の上部を覆う細長四角板形状の上面部31と、収納部27・28の各側部を覆う側面部32と、収納部27・28の各端部を覆う端面部33とから、長四角蓋形状に形成される。側面部32の下端には、固定ブラケット34を取り付けている。
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。
【0015】
前記収納ケース25のカバー部29には、図3に示すように、上面部31の長手方向略中央から一側の部分に長四角形状の開放部41を形成している。開放部41は、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及び車両駆動用の高電圧配線であるメイン高電圧配線8を収納した、上段の収納部28の長手方向一側の領域の上方に位置する上面部31に形成している。収納ケース25のカバー部29には、図4に示すように、開放部41を覆う取り外し可能な長四角板形状のサービスリッド42を設けている。サービスリッド42は、開放部41を覆って上面部31に固定具43により取り付けることで、前記電気機能部品及び高電圧配線を収納した上段の収納部28の長手方向一側の領域を覆うように設けられている。
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。
【0016】
このように、車両用電源装置1は、図1・図2に示すように、キャパシタ4は収納ケース25に収納して固定された後に、車両フロア26に固定され、収納ケース25の内部にはキャパシタ4とこのキャパシタ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及び車両駆動用の高電圧配線であるメイン高電圧配線8の一部を収納し、且つキャパシタ4の上部に電気機能部品及び高電圧配線が搭載された配置としている。車両用電源装置1は、図3〜図5に示すように、収納ケース25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42に覆われ、このサービスリッド42は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開口部44を備えている。
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。
【0017】
また、前記サービスリッド42は、図5に示すように、開口部44にプラグ24の周囲を囲むような壁部45を備えている。壁部45は、図1に示すように、プラグ24の上方に位置するサービスリッド42の開口部44の周縁に、プラグ24の周囲を囲むように垂下して四角筒形状に形成している。
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。
【0018】
さらに、前記収納ケース25は、前記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及び第2のリレー7に接続される車両駆動用のメイン高電圧配線8の一部を収納した領域を覆うカバー部29の上面部31に、サービスリッド42を取り外し可能に配置している。すなわち、前記サービスリッド42は、収納ケース25の上面において、車両駆動用のメイン高電圧配線8が配索される側に位置している。
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。
【0019】
さらにまた、前記収納ケース25は、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及び車両駆動用の高電圧配線であるキャパシタ高電圧配線10を収納した領域の上方を覆うカバー部29の上面部31に形成した開放部41に、サービスリッド42を取り外し可能に設けている。これにより、サービスリッド42は、電気機能部品及び高電圧配線が搭載された領域と同等の面積を備えている
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。
【0020】
なお、上述実施例においては、駆動用電池として燃料電池3を用いたが、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池とすることができる。また、上述実施例においては、燃料電池3を補助する電気エネルギー貯蔵装置としてキャパシタ4を用いたが、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池とすることができる。
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。
【産業上の利用可能性】
【0021】
この発明の車両用電源装置は、電気機能部品に容易にアクセスすることができ、メンテナンスする上での回路のショート等を防止するものであり、駆動用電池を搭載した車両以外の産業機械にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】車両用電源装置の実施例を示す収納ケースの斜視図である。
【図2】車両用電源装置の実施例を示す一部を切除した収納ケースの斜視図である。
【図3】車両用電源装置の実施例を示すサービスリッドを取り外した状態の収納ケースの要部平面図である。
【図4】車両用電源装置の実施例を示すサービスリッドを取り付けた状態の収納ケースの要部平面図である。
【図5】車両用電源装置の実施例を示すサービスリッドの斜視図である。
【図6】車両用電源装置の実施例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【0023】
1 車両用電源装置
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

【特許請求の範囲】
【請求項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において、
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ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項2】
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壁部を備えていることを特徴とする請求項1に記載の車両用電源装置。
【請求項3】
前記サービスリッドは、前記収納ケースの上面において、車両駆動用の高電圧配線が配索される側に位置していることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項4】
前記サービスリッドは、前記電気機能部品が搭載された領域と同等の面積を備えていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の車両用電源装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate


【公開番号】特開2010−12962(P2010−12962A)
【公開日】平成22年1月21日(2010.1.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−175257(P2008−175257)
【出願日】平成20年7月4日(2008.7.4)
【出願人】(000002082)スズキ株式会社 (3,196)
【Fターム(参考)】