JP5298907B2

JP5298907B2 - 放電機構

Info

Publication number: JP5298907B2
Application number: JP2009027542A
Authority: JP
Inventors: 洋荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-02-09
Also published as: US20100200377A1; US8330429B2; JP2010183803A

Description

本発明は、放電機構に関し、たとえば、車両の衝突時に平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電機構に関する。

エンジン（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。このような車両においては、運転者のアクセル操作量に関係なく、エンジンによる運転と電気モータとによる運転とが自動的に切換えられて、最も効率が良くなるように制御される。

たとえば、エンジンが、定常状態で運転されて二次電池（バッテリ）を充電する発電機を回すために運転される場合、あるいは二次電池の充電量などに応じて走行中に間欠的に運転される場合などは、運転者によるアクセルの操作量とは無関係にエンジンの運転および停止を繰返す。つまりエンジンと電気モータとをそれぞれ単独、または協同して動作させることにより、燃料消費向上や排気ガスを大幅に抑制することが可能になる。

このようなハイブリッド車両や電気自動車、さらに燃料電池車においては、バッテリの直流電力をインバータにより交流電力に変換して３相交流モータ（モータジェネレータ）に電力が供給される。また、発電時には、このような電力の流れとは逆に、３相交流モータ（モータジェネレータ）で発電された交流電力がインバータにより直流電力に変換されてバッテリを充電する。さらには、このような電力変換の過程において、電圧を昇圧されたり降圧されたりすることもあり、そのような昇降圧（変圧）のためにＤＣ／ＤＣコンバータを備えることもある。

このような電気回路（電力ライン）においては、ノイズを低減するための平滑用コンデンサが設けられる。平滑用コンデンサは、高電圧電力がプリチャージされて、インバータへの突入電流を小さくする作用を発生する。このような電気回路（すなわち、高電圧の蓄電機構を有する電気回路）を搭載した車両（ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車）において、衝突などの事故が発生すると、この高電圧による悪影響を排除する必要がある。

特開２００６−２２４７７２号公報（特許文献１）には、車両の衝突時にＯＮ状態となる放電リレーを用い、衝突時に平滑用コンデンサに蓄積された電荷の放電を行なう技術が開示されている。

また、特開２００３−１８９４１５号公報（特許文献２）には、異常な外力が加わった場合に、燃料電池又は電池収容ケースが移動し、燃料電池の正極と負極とを短絡し、蓄えていた電機エネルギを消費する技術が開示されている。

また、特開２００１−１４５２０２号公報（特許文献３）には、短絡要求判断装置が短絡要求有りと判断した場合に、導電性部材収容容器の開放口を開放して、導電性部材をバッテリ収容容器の内部に放出し、各セルの電極同士を短絡させる技術が開示されている。

特開２００６−２２４７７２号公報特開２００３−１８９４１５号公報特開２００１−１４５２０２号公報

しかし、車両の衝突時に平滑用コンデンサに蓄積された電荷は、衝突時に早急に放電される必要があるが、特許文献１に開示の電源装置においては、コントローラにより車両の衝突が検知され、検知結果に応じて放電リレーを通電状態に制御する回路が設けられている。そのため、コントローラが損傷を受けた場合、放電リレーの制御が行なわれない場合が考えられる。また、特許文献２および３に開示の技術は、いずれもバッテリに関する技術であり、平滑用コンデンサに蓄積された電荷に関する放電技術は開示されていない。

したがって、本発明の目的は、平滑用コンデンサに蓄積された電荷を、早急に放電することのできる放電機構を提供することにある。

この発明の放電機構のある局面に従えば、平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサの両端側に設けられる第１端子および第２端子と、上記第１端子および上記第２端子から所定の間隙を隔てて配置され、上記第１端子と上記第２端子とを短絡させるための短絡用金具とを備え、上記短絡用金具に外力が加わることで、上記短絡用金具が、上記第１端子および上記第２端子に近接する方向に移動し、上記第１端子および上記第２端子に当接することにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる。

この発明の放電機構の別の局面に従えば、バッテリと、上記バッテリに対して並列に接続される車両用の駆動用モータと、上記バッテリと上記駆動用モータとの間において並列に接続され、平滑コンデンサを有するインバータ回路およびコンバータ回路を含む制御回路と、上記平滑コンデンサの両端に設けられる第１端子および第２端子と、上記第１端子および上記第２端子から所定の間隙を隔てて配置され、上記第１端子と上記第２端子とを短絡させるための短絡用金具とを備え、上記短絡用金具に外力が加わることで、上記短絡用金具が、上記第１端子および上記第２端子に近接する方向に移動し、上記第１端子および上記第２端子に当接することにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる。

この発明に基づいた放電機構によれば、短絡用金具が端子側に移動することで、短絡用金具が第１端子および第２端子の接触し、第１端子と第２端子とを短絡状態にすることができる。その結果、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を急速に放電させることが可能となる。

実施の形態における車両の電源装置の構成を示すブロック図である。実施の形態における車両に搭載される、放電機構を採用した電源ユニットの構成を示す全体斜視図である。実施の形態における車両に搭載される、放電機構を採用した電源ユニットの内部構成を示す模式図である。図２中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。実施の形態における放電機構に用いられるプレートの構成を示す斜視図である。車両の衝突時における短絡用金具の移動状態を示す、図２中ＩＶ−ＩＶ線矢視断面に対応する断面図である。本発明の本質部分を説明するための第１模式図である。本発明の本質部分を説明するための第２模式図である。

以下、本発明の実施の形態における放電機構について、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

まず、図１を参照して、本発明の実施の形態における車両の電源装置の回路構成の概略について説明する。この車両の電源装置１０００は、コンバータ回路５００と、インバータ回路６００と、三相交流モータ（車両用の駆動用モータ）７００と、インバータ回路６００の平滑用コンデンサ３００と、バッテリ２００とを有している。コンバータ回路５００、インバータ回路６００、および、平滑用コンデンサ３００は、バッテリ２００と三相交流モータ７００との間において並列に接続されている。コンバータ回路５００およびインバータ回路６００を有する制御回路４００は、コントローラ１００により制御されている。車両は、三相交流モータ７００を駆動源とする車両であれば特に限定されるものではないが、たとえば、ハイブリッド車であってもよいし、電気自動車であってもよい。

コンバータ回路５００は、コントローラ１００から受信する制御信号に基づいて、バッテリ２００の直流電圧を予め定められた電圧に昇圧する回路である。インバータ回路６００は、コントローラ１００から受信する制御信号に基づいて、コンバータ回路５００において昇圧された直流電力を交流電力に変換する回路である。三相交流モータ７００は、インバータ回路６００から供給された交流電力により車両に駆動力を発生させる。

平滑用コンデンサ３００は、バッテリ２００と、インバータ回路６００との間、本実施の形態においては、コンバータ回路５００とインバータ回路６００との間に設けられ、インバータ回路６００に並列に接続される。平滑用コンデンサ３００は、負荷変動やノイズに対して、バッテリ２００の出力電圧を一定に保つ働きを有する。

次に、図２および図３を参照して、上記電源装置１０００の一部が収容された電源ユニット１１００について説明する。この電源ユニット１１００は、平滑コンデンサ３００を収容する第１ボックス１３００と、この第１ボックス１３００の上に積層されインバータ回路６００を有する基板１６１０を収容する第２ボックス１６００と、この第２ボックス１６００の上に積層されコンバータ回路５００を有する基板１５１０を収容する第３ボックス１５００とを含んでいる。

通常、基板１６１０は、インテリジェント・パワー・モジュール（IPM）用基板と呼ばれている。また、第３ボックス１５００にはインレット１７００が設けられ、このインレット１７００に入力ケーブル１，２がコネクタ等を用いて接続されている。なお、本実施の形態にいては、入力ケーブル１，２が設けられるが側が、車両進行方向の前側となっている。

平滑コンデンサ３００と基板１６１０とは、電極プレート８０１，８０２により電気的に連結され、また、基板１６１０と基板１５１０とは、電極プレート８０３，８０４により電気的に連結されている。平滑コンデンサ３００の端子および基板の端子に対して、各電極プレート８０１〜８０４は、締結具としてボルトＢ１〜Ｂ６を用いて固定されている。

ボルトＢ５およびボルトＢ６の締結箇所は、それぞれ第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２を構成し、第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２に対向する第２ボックス１６００の側面には、第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２を露出させる開口部１６０１（図４参照）が形成されている。さらに、この開口部１６０１には、放電ユニット２０００が取り付けられている。

図４および図５を参照して、この放電ユニット２０００としては、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを短絡させるための短絡用金具２１００と、この短絡用金具２１００を保持する保持プレート２２００を有している。短絡用金具２１００は、直線部２１１０と、直線部２１１０の両端部から第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２側に向かって折れ曲がる当接部２１２０，２１２０とを有している。

保持プレート２２００は、樹脂成形品等から構成され、短絡用金具２１００を保持し、第２ボックス１６００から外側に向かって張り出す凸状の膨出部２２２０と、膨出部２２２０の周囲を取り囲み、膨出部２２２０から外側に向かって張り出すフランジ部２２１０とを有している。フランジ部２２１０の四隅には、長孔形状のボルト締結用孔２２３０が設けられ、ボルトＢ２１を用いて、第２ボックス１６００に固定される。

図４に示すように、保持プレート２２００が第２ボックス１６００に固定された状態においては、短絡用金具２１００の当接部２１２０，２１２０の先端部は、第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２から所定の間隙を隔てる位置に、保持プレート２２００により保持されている。なお、保持プレート２２００の形状として、図５に示すようなハット型の形状を採用しているのは、短絡用金具２１００の当接部２１２０，２１２０の先端部と第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２との間に所定の間隙を設けるためである。したがって、当接部２１２０，２１２０の先端部と第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２との間に所定の間隙を設けることができる場合には、保持プレート２２００の形状として、平面状の形態や、その他の形態を採用することも可能である。

図６に示すように、たとえば車両が衝突し、入力ケーブル１，２に外力が加わり、入力ケーブル１，２が後方側に押し付けられた場合には、入力ケーブル１，２が短絡用金具２１００側に向かって押されることになる。その結果、入力ケーブル１，２が短絡用金具２１００に当接し、短絡用金具２１００に外力Ｆが加わることになる。

これにより、短絡用金具２１００の当接部２１２０，２１２０の先端部が、第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２に近接する方向に移動し、短絡用金具２１００が第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２に当接する。その結果、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とが短絡状態となり、平滑コンデンサ３００に蓄えられた電荷が放電させられることになる。

このようにして、本実施の形態における放電ユニット２０００を採用した電源ユニット１１００によれば、短絡用金具２１００が端子Ｔ１，Ｔ２側に移動することで、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを短絡状態にすることができる。その結果、平滑コンデンサ３００に蓄えられた電荷を急速に放電させることが可能となる。

なお、上記実施の形態においては、電源ユニット１１００において、第２ボックス１６００の側面に設けられた開口部１６０１を利用し、端子Ｔ１，Ｔ２に短絡用金具２１００を当接させる放電機構を採用した場合について説明したが、この実施の形態はあくまでも一例であって、この構成に限定されるものではない。たとえば、第１ボックス１３００の側面に、ボルトＢ１，Ｂ２を露出させる開口部を設け、ボルトＢ１，Ｂ２を第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２として、第１ボックス１３００に放電ユニット２０００を取り付けることも可能である。また、第３ボックス１５００に対しても同様である。

本願発明の本質は、まず、図７に示すように、平滑コンデンサ３００と、この平滑コンデンサ３００の両端側に設けられる第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２と、この第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２から所定の間隙を隔てて配置され、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを短絡させるための短絡用金具２１００とを備えている点にある。この構成において、図８に示すように、短絡用金具２１００に外力Ｆが加わることで、短絡用金具２１００が、第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２に近接する方向に移動し、第１端子Ｔ１および第２端子Ｔ２に当接することにより、平滑コンデンサ３００に蓄えられた電荷を放電させる点にあある。

よって、本実施の形態においては、一例として入力ケーブル１，２が短絡用金具２１００側に向かって押される場合について説明したが、短絡用金具２１００が他の部材により押されることも想定される。また、入力ケーブル１，２が設けられるが側が、車両進行方向の前側とした場合について説明したが、短絡用金具２１００に加わる外力の方向は、車両進行方向の前側からに限定されるものでなく、側面側から、後側から等様々な方向から外力が加わることが考えられる。

したがって、今回開示された実施の形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。

１，２入力ケーブル、１００コントローラ、２００バッテリ、３００平滑用コンデンサ、４００制御回路、５００コンバータ回路、６００インバータ回路、７００三相交流モータ、８０１，８０２，８０３，８０４電極プレート、１０００電源装置、１１００電源ユニット、１３００第１ボックス、１５００第３ボックス、１５１０基板、１６１０基板（インテリジェント・パワー・モジュール（IPM）用基板）、１６００第２ボックス、１６０１開口部、１７００インレット、２０００放電ユニット、２１００短絡用金具、２１１０直線部、２１２０，２１２０当接部、２２００保持プレート、２２１０フランジ部、２２２０膨出部、２２３０ボルト締結用孔、Ｂ１〜Ｂ６，Ｂ２１ボルト、Ｆ外力、Ｔ１第１端子、Ｔ２第２端子。

Claims

バッテリと、
前記バッテリに対して並列に接続される車両用の駆動用モータと、
前記バッテリと前記駆動用モータとの間において並列に接続され、平滑コンデンサを有するインバータ回路およびコンバータ回路を含む制御回路と
前記平滑コンデンサの両端に設けられる第１端子および第２端子と、
前記第１端子および前記第２端子から所定の間隙を隔てて配置され、前記第１端子と前記第２端子とを短絡させるための短絡用金具と、を備え、
前記短絡用金具を挟んで、前記第１端子および前記第２端子とは反対側に、前記制御回路に接続される入力ケーブルが配設され、
前記入力ケーブルが前記短絡用金具側に向かって押されることにより前記入力ケーブルが前記短絡用金具に当接して前記短絡用金具に外力が加わることで、前記短絡用金具が前記第１端子および前記第２端子に近接する方向に移動し、前記短絡用金具が前記第１端子および前記第２端子に当接することにより、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる、放電機構。
前記第１端子および前記第２端子を収容し、前記第１端子および前記第２端子を露出する開口部を有するボックスと、
前記ボックスに取り付けられ、前記第１端子および前記第２端子から所定の間隙を隔てるようにして前記短絡用金具を保持する保持プレートと、
を含む、請求項１に記載の放電機構。
前記平滑コンデンサを収容する第１ボックスと、
前記第１ボックスの上に積層され前記インバータ回路を有する基板を収容する第２ボックスと、
前記第２ボックスの上に積層され前記コンバータ回路を有する基板を収容する第３ボックスと、を含み、
前記第２ボックスに、前記第１端子および前記第２端子を収容されるとともに、前記第１端子および前記第２端子を露出する前記開口部が設けられ、
前記第２ボックスに、前記短絡用金具を保持する前記保持プレートが取り付けられ、
前記第３ボックスに設けられたインレットに、前記入力ケーブルが接続される、請求項２に記載の放電機構。