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JP2019209717A - 給電ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】温度調節機構の構成を簡素化することができる給電ユニットを提供する。【解決手段】電装品電源３Ａ、３ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂとジャンクションボックス５とが、駆動電源２と同一の収容手段６に収容されていることで、駆動電源２と電装品電源３Ａ、３Ｂとが近接して配置される。これにより、駆動電源２および電装品電源３Ａ、３Ｂを冷却するための冷却手段を共通化することができる。また、収容手段６に収容された各部品の間で熱を伝達することができ、加熱手段を省略したり低容量化したりすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載された負荷に電力を供給するための給電ユニットに関するものである。
一般に、走行用モータを備えたハイブリッド車や電気自動車等の車両には、走行用モータに電力を供給するための高圧の駆動電源と、その他の負荷（電装品）に電力を供給するための低圧の電装品電源と、が設けられる。このように二種類の電源が設けられた車両として、メインバッテリ（駆動電源）と補機（電装品）との間にコンバータを設けた電気自動車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された電気自動車では、コンバータが設けられていることで、補機バッテリ（電装品電源）に故障が生じた場合に、メインバッテリから補機に電力を供給することができるようになっている。
特開２０１８−７８７５２号公報
しかしながら、特許文献１に記載された電気自動車のように二種類の電源が設けられる場合、電源を適切な温度に保つ（冷却又は加熱する）ための温度調節機構を、各電源に対して独立に設けなければならず、構成が複雑化しやすいという不都合があった。
本発明の目的は、温度調節機構の構成を簡素化することができる給電ユニットを提供することにある。
本願発明の給電ユニットは、車両に搭載された負荷に電力を供給するための給電ユニットであって、前記負荷としての走行用モータ及び電装品に電力を供給する駆動電源と、前記電装品に電力を供給する少なくとも１つの電装品電源と、前記駆動電源と前記電装品との間に設けられる少なくとも１つの降圧コンバータと、前記駆動電源および前記電装品電源の電力を複数の前記電装品に分配する分配手段と、前記駆動電源を収容する収容手段と、を備え、前記電装品電源と前記降圧コンバータと前記分配手段とが前記収容手段に収容されていることを特徴とする。
このような本願発明の給電ユニットによれば、電装品電源と降圧コンバータと分配手段とが、駆動電源と同一の収容手段に収容されていることで、駆動電源と電装品電源とが近接して配置される。これにより、駆動電源および電装品電源を冷却するための冷却手段を共通化することができる。また、駆動電源と電装品電源とのうち一方の温度が低い場合、他方の電源や降圧コンバータ、分配手段が発生した熱を、温度の低い電源に伝達しやすく、加熱手段を省略したり低容量化したりすることができる。このように、本願発明の給電ユニットによれば、温度調節機構の構成を簡素化することができる。
本発明の実施形態に係る給電ユニットが設けられた車両を示す平面図である。 前記給電ユニットを示す回路図である。 本発明の第１の変形例に係る給電ユニットが設けられた車両を示す平面図である。 本発明の第２の変形例に係る給電ユニットが設けられた車両を示す平面図である。 本発明の第３の変形例に係る給電ユニットが設けられた車両を示す平面図である。
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の給電ユニット１は、図１、２に示すように、車両１００のフロア部に設けられるものであって、駆動電源２と、２つの電装品電源３Ａ、３Ｂと、降圧コンバータとしての２つのＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂと、分配手段としてのジャンクションボックス５と、収容手段６と、ワイヤハーネス７と、スイッチ８と、を備える。本実施形態では、車両１００における前後方向をＸ方向とし、幅方向をＹ方向とし、上下方向をＺ方向とする。
車両１００は、例えば電気自動車であって、負荷として、前後２つの走行用モータと、自動運転負荷１０Ａと、一般負荷１０Ｂと、が搭載されている。前後２つの走行用モータは、それぞれ前輪および後輪を駆動させるためのものであるが、１つの走行用モータのみが設けられる構成であってもよい。また、車両１００は走行用モータとエンジンとを備えたハイブリッド車であってもよい。
自動運転負荷１０Ａおよび一般負荷１０Ｂは、車両１００に設けられる電装品である。電装品は、走行用モータ以外の部品であり、且つ、電力が供給されるものであって、その用途や機能は限定されない。自動運転負荷１０Ａは、アクセル、ハンドル、ブレーキの少なくとも一つの駆動、制御などを行う、自動運転に必要な電装品である。本実施形態では、自動運転用のＥＣＵ２０３が自動運転負荷１０Ａに該当する。
一般負荷１０Ｂは、エアコンやオーディオなど自動運転に必要ではない電装品である。本実施形態では、前方且つ左右に配置された２つのヘッドランプアッシー１０１と、前方且つＹ方向中央部右側に配置されたホーン１０２と、前方且つＹ方向中央部左側に配置された外部スピーカ１０３と、Ｙ方向左側且つ前後に配置された２つのスライドドア駆動モータ１０４と、前輪の後側および後輪の前側に配置された４つのサイドターンランプ１０５と、後方且つ左右に配置された２つのリアランプアッシー１０６と、後方且つＹ方向中央部に配置されたライセンスランプ１０７と、後方且つＹ方向左側に配置されたウォッシャーモータ１０８と、が一般負荷１０Ｂに該当する。
車両１００には、前方側の電装品が接続されるフロントエリアコントローラ２０１と、後方側の電装品が接続されるリアエリアコントローラ２０２と、が搭載されている。エリアコントローラ２０１、２０２は、電装品電源３Ａ、３Ｂの電圧と略等しい電圧の電力が供給されるとともに各電装品に電力を分配するジャンクションボックスである。尚、フロントエリアコントローラ２０１には、ＥＣＵ２０３も接続されている。
駆動電源２は、例えば複数セルのリチウムイオンバッテリによって構成され、走行用モータおよび電装品に電力を供給する。駆動電源２の電圧は、電装品電源３Ａ、３Ｂの電圧よりも高い。駆動電源２は、走行用モータに直接的に接続され、その電圧を走行用モータに印加する。また、駆動電源２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂによって降圧されて電装品に接続され、電装品に電圧を印加する。
電装品電源３Ａ、３Ｂは、例えばリチウムイオンバッテリによって構成され、電装品に電力を供給する。電装品電源３Ａ、３Ｂの電圧は、例えば１２Ｖや４８Ｖ等であればよい。一方の電装品電源３Ａが主たる電源として用いられ、他方の電装品電源３Ｂが補助的な電源として用いられる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂは、駆動電源２と電装品との間に設けられるものであって、駆動電源２の電圧を、電装品電源３Ａ、３Ｂの電圧と略等しい電圧まで降圧する。２つのＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂの間には、スイッチ８が設けられており、接続と切断とが切換可能となっている。
ジャンクションボックス５は、駆動電源２および電装品電源３Ａ、３Ｂの電力を複数の電装品に分配するためのものであって、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂを介して駆動電源２が接続されるとともに、直接的に電装品電源３Ａ、３Ｂが接続される。ジャンクションボックス５は、ワイヤハーネス７によってエリアコントローラ２０１、２０２に接続されて電力を供給する。
収容手段６は、例えば、Ｚ方向寸法がＸ方向寸法およびＹ方向寸法よりも小さい扁平な直方体状のケースであって、駆動電源２と電装品電源３Ａ、３ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂとジャンクションボックス５とを収容する。図１においては収容手段６がＺ方向視正方形状となっているが、収容手段６の形状は、駆動電源２の外形に応じた適宜なものであればよい。収容手段６のＹ方向中央部には、Ｘ方向に沿って延びるとともにワイヤハーネス７が通過する通過部６１が形成され、前端および後端には、ワイヤハーネス７が引き出される開口部６２、６３が形成されている。
ワイヤハーネス７は、ジャンクションボックス５に接続されて前方のフロントエリアコントローラ２０１に向かって延びる第１ワイヤハーネス７Ａと、ジャンクションボックス５に接続されて後方のリアエリアコントローラ２０２に向かって延びる第２ワイヤハーネス７Ｂと、によって構成されている。第１ワイヤハーネス７Ａは、開口部６２を通過して収容手段６の外部に引き出され、第２ワイヤハーネス７Ｂは、開口部６３を通過して収容手段６の外部に引き出される。ワイヤハーネス７は、主たる電装品電源３Ａに接続される主系統（実線で図示）と、補助的な電装品電源３Ｂに接続される冗長系統（破線で図示）と、を構成する。尚、第１ワイヤハーネス７Ａおよび第２ワイヤハーネス７Ｂが単に開口部６２、６３を通過する構成であってもよいし、開口部６２、６３にコネクタが設けられ、収容手段６の内側のワイヤハーネスと外側のワイヤハーネスとがコネクタ接続される構成であってもよい。
以上のような電装品電源３Ａ、３ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂとジャンクションボックス５とが分配ユニット２０を構成する。本実施形態では、分配ユニット２０は、収容手段６内の前方側領域に配置されている。収容手段６のうち分配ユニット２０が配置される領域に駆動電源２が配置されていなくてもよいし、駆動電源２と分配ユニット２０とがＺ方向において重ねられていてもよい。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４ＢがＹ方向中央部に配置され、２つの電装品電源３Ａ、３ＢがＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４ＢをＹ方向から挟むように配置されている。尚、ジャンクションボックス５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂに対して前方に配置されてもよいし、後方に配置されてもよいし、Ｚ方向において重なるように配置されていてもよい。
収容手段６には、温度調節機構として、冷却手段と、伝熱手段と、が設けられる。尚、温度調節機構としてさらに加熱手段が設けられてもよい。冷却手段は、駆動電源２および電装品電源３Ａ、３Ｂを冷却するためのものであって、例えばフィンや送風手段等によって構成される。
伝熱手段は、収容手段６に収容された各部品（駆動電源２、電装品電源３Ａ、３Ｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂ、ジャンクションボックス５）の間で熱を伝達するものであって、伝熱流体が流れる流路（例えば液体が流れるチューブ）を有する。例えば電装品電源３Ａ、３Ｂの温度が低いために望ましい特性が得られない場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂが発生した熱を電装品電源３Ａ、３Ｂに伝達すればよい。尚、伝熱流体は、部品間の温度差によって自然循環してもよいし、送流体手段によって強制循環させられてもよい。
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、電装品電源３Ａ、３ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂとジャンクションボックス５とが、駆動電源２と同一の収容手段６に収容されていることで、駆動電源２と電装品電源３Ａ、３Ｂとが近接して配置される。これにより、駆動電源２および電装品電源３Ａ、３Ｂを冷却するための冷却手段を共通化することができる。また、収容手段６に収容された各部品（駆動電源２、電装品電源３Ａ、３Ｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂ、ジャンクションボックス５）の間で熱を伝達することができ、加熱手段を省略したり低容量化したりすることができる。
また、収容手段６に、車両の前後方向であるＸ方向に沿って延びるとともにワイヤハーネス７が通過する通過部６１が形成されていることで、ワイヤハーネスが収容手段に対してＺ方向に重ねられる構成と比較して、収容手段６およびワイヤハーネス７によって段差や凹凸が形成されにくい。これにより、車両１００を低床化し、車室内空間を広くすることができる。
また、給電ユニット１が２つの電装品電源３Ａ、３Ｂおよび２つのＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂを備えることで、一方の系統において故障等が発生した場合に他方の系統によって車両１００を走行させることができる。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、分配ユニット２０が収容手段６内の前方側領域に配置されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４ＢがＹ方向中央部に配置され、２つの電装品電源３Ａ、３ＢがＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４ＢをＹ方向から挟むように配置されているものとしたが、このような配置に限定されない。
図３に示すように、分配ユニット２０が収容手段６内の前方側領域に配置されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４ＢがＹ方向中央部に配置され、２つの電装品電源３Ａ、３ＢがＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂに対してＹ方向の一方側（図示の例では右側）に配置されるものとしてもよい。尚、ジャンクションボックス５はＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂを挟んで電装品電源３Ａ、３Ｂの反対側に配置されている。
また、図４に示すように、分配ユニット２０が収容手段６内の前方側領域に配置されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４ＢがＹ方向の一方側（図示の例では左側）に配置され、２つの電装品電源３Ａ、３ＢがＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂに対してＹ方向の他方側（図示の例では右側）に配置されるものとしてもよい。尚、ジャンクションボックス５は電装品電源３Ａ、３Ｂの前方側に配置されている。
また、図５に示すように、分配ユニット２０が収容手段６内の後方側領域に配置されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４ＢがＹ方向中央部に配置され、２つの電装品電源３Ａ、３ＢがＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４ＢをＹ方向から挟むように配置されているものとしてもよい。
このように、収容手段６内における分配ユニット２０の配置や、電装品電源３Ａ、３ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂとの位置関係は、適宜に設定されればよい。
また、前記実施形態では、収容手段６に、車両の前後方向であるＸ方向に沿って延びるとともにワイヤハーネス７が通過する通過部６１が形成されているものとしたが、Ｙ方向等の他の方向に延びる通過部が形成されていてもよい。また、例えば分配ユニット２０が収容手段６内におけるＹ方向の端部に配置され、ワイヤハーネスを収容手段６から引き出しやすい場合には、収容手段６に対してＹ方向に隣り合う位置においてワイヤハーネスをＸ方向に沿って延びるように配索してもよい。
また、前記実施形態では、給電ユニット１が２つの電装品電源３Ａ、３Ｂおよび２つのＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａ、４Ｂを備えるものとしたが、給電ユニットは、適宜な数の電装品電源およびＤＣ／ＤＣコンバータを備えていればよく、これらの数は１であってもよいし、３以上であってもよい。また、電装品電源とＤＣ／ＤＣコンバータとが同数でなくてもよい。
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
１ 給電ユニット
２ 駆動電源
３Ａ、３Ｂ 電装品電源
４Ａ、４Ｂ ＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧コンバータ）
５ ジャンクションボックス（分配手段）
６ 収容手段
６１ 通過部
７ ワイヤハーネス
１０Ａ 自動運転負荷（電装品）
１０Ｂ 一般負荷（電装品）

Claims (3)

  1. 車両に搭載された負荷に電力を供給するための給電ユニットであって、
    前記負荷としての走行用モータ及び電装品に電力を供給する駆動電源と、
    前記電装品に電力を供給する少なくとも１つの電装品電源と、
    前記駆動電源と前記電装品との間に設けられる少なくとも１つの降圧コンバータと、
    前記駆動電源および前記電装品電源の電力を複数の前記電装品に分配する分配手段と、
    前記駆動電源を収容する収容手段と、を備え、
    前記電装品電源と前記降圧コンバータと前記分配手段とが前記収容手段に収容されていることを特徴とする給電ユニット。
  2. 前記分配手段に接続されて前記収容手段の外部に引き出されるワイヤハーネスをさらに備え、
    前記収容手段には、車両の前後方向に沿って延びるとともに前記ワイヤハーネスが通過する通過部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の給電ユニット。
  3. 複数の前記電装品電源と複数の前記降圧コンバータとを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の給電ユニット。
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