特許 7196752 電動車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】電動車両

(51)【国際特許分類】

   B60K 1/00 20060101AFI20221220BHJP

   B62D 25/08 20060101ALI20221220BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20221220BHJP

   B60L 50/71 20190101ALI20221220BHJP

   B60L 50/72 20190101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

B60K1/00

B62D25/08 C

B60L3/00 J

B60L50/71

B60L50/72

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019083910

(22)【出願日】2019-04-25

(65)【公開番号】P2020179766

(43)【公開日】2020-11-05

【審査請求日】2021-07-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 洋雅

【審査官】塩澤 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１１４７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２４３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９０４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７８７１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ １／００－ ６／１２，

７／００－ ８／００，１６／００

Ｂ６０Ｌ １／００－ ３／１２， ７／００－１３／００，

１５／００－５８／４０

Ｂ６０Ｒ １６／０４

Ｂ６２Ｄ １７／００－２５／０８，

２５／１４－２９／０４

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の高電圧ユニットが車両上方から見てフロントコンパートメント内に並べて配置された電動車両であって、
各前記高電圧ユニットはそれぞれ車両上下方向の一方側の低強度部と、車両上下方向の他方側で前記低強度部よりも強度が高い高強度部と、を有し、
前記低強度部と前記高強度部とはケーシングとフランジとをそれぞれ含み、
各前記高電圧ユニットは、各前記高強度部の各ケーシング同士の並び方向の間隔が各前記低強度部の各ケーシング同士の並び方向の間隔よりも狭くなるように配置されていること、
を特徴とする電動車両。

【請求項2】

請求項１に記載の電動車両であって、
各前記高強度部は、各前記高電圧ユニットの車両上下方向下側に配置されていること、
を特徴とする電動車両。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電動車両であって、
各前記高電圧ユニットの各前記高強度部のケーシングは、各前記高電圧ユニットの各前記低強度部のケーシングよりも板厚が厚いこと、
を特徴とする電動車両。

【請求項4】

請求項３に記載の電動車両であって、
少なくともいずれか一つの前記高電圧ユニットの前記高強度部のケーシングは、他の前記高電圧ユニットの前記高強度部に対向する面に他の前記高電圧ユニットに向かって突出する突出部を有し、
各前記高電圧ユニットは、前記突出部の先端と他の前記高電圧ユニットとの並び方向の間隔又は前記突出部の先端同士の並び方向の間隔が各前記低強度部同士の並び方向の間隔よりも狭くなるように配置されていること、
を特徴とする電動車両。

【請求項5】

請求項４に記載の電動車両であって、
前記突出部は、一の前記高電圧ユニットの前記高強度部のケーシングの他の前記高電圧ユニットの前記高強度部に対向する面に立設されて一の前記高電圧ユニットの幅方向または長手方向に延びるリブであること、
を特徴とする電動車両。

【請求項6】

請求項４または５に記載の電動車両であって、
前記突出部は、一の前記高電圧ユニットの前記低強度部のケーシングに締結される前記高強度部のケーシングの接続フランジの他の前記高電圧ユニットの前記高強度部に対向する部分であること、
を特徴とする電動車両。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電動車両であって、
複数の前記高電圧ユニットは、燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットが出力する電力によって駆動される車両駆動用のモータへの電力供給を制御する電力制御ユニットと、を含むこと、
を特徴とする電動車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フロントコンパートメントの内部に複数の高電圧ユニットが配置された電動車両の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、モータで車両を駆動する電気自動車などの電動車両が用いられている。電動車両では、車両前方のフロントコンパートメントの中にインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ、或いは、これらで構成される電力制御装置、燃料電池ユニットなどの高電圧ユニットを収容している（例えば、特許文献１、２参照）。

【0003】

このような構成の電動車両では衝突の際に高電圧ユニットが移動して他の高電圧ユニット機器に接触、損傷が発生する可能性があった。このため、特許文献１，２では、衝突の際に高電圧ユニット同士が衝突しないような構造が提案されている。しかし、衝突の態様は様々であり、特許文献１，２に記載された従来技術の構造では高電圧ユニット同士が接触する可能性が残っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－１４４１４２号公報

【文献】特開２０１８－１３１０１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明は、衝突の際に高電圧ユニット同士が接触した場合でも高電圧ユニットの損傷を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電動車両は、複数の高電圧ユニットが車両上方から見てフロントコンパートメント内に並べて配置された電動車両であって、各前記高電圧ユニットはそれぞれ車両上下方向の一方側の低強度部と、車両上下方向の他方側で前記低強度部よりも強度が高い高強度部と、を有し、前記低強度部と前記高強度部とはケーシングとフランジとをそれぞれ含み、各前記高電圧ユニットは、各前記高強度部の各ケーシング同士の並び方向の間隔が各前記低強度部の各ケーシング同士の並び方向の間隔よりも狭くなるように配置されていること、を特徴とする。

【0007】

これにより、衝突によって一の高電圧ユニットが並び方向に沿って他の高電圧ユニットに向かって移動した際に、各高電圧ユニットの各高強度部同士を各低強度部同士よりも先に接触させることにより、各高電圧ユニットの並び方向の間隔がそれ以上狭くなることを抑制し、各低強度部同士が接触することによる低強度部の損傷を抑制することができる。また、衝突の際に高強度部同士が接触することを許容するので、各高電圧ユニットの配置間隔を狭くしてコンパクトな電動車両とすることができる。

【0008】

本発明の電動車両において、各前記高強度部は、各前記高電圧ユニットの車両上下方向下側に配置されてもよい。

【0009】

各高電圧ユニットの荷重を支持する下側を高強度部とすることにより各高電圧ユニットを安定して支持することができる。

【0010】

本発明の電動車両において、各前記高電圧ユニットの各前記高強度部のケーシングは、各前記高電圧ユニットの各前記低強度部のケーシングよりも板厚が厚いこととしてもよい。

【0011】

このように、板厚を厚くするという簡便な構成により高強度部を構成することができる。

【0012】

本発明の電動車両において、少なくともいずれか一つの前記高電圧ユニットの前記高強度部のケーシングは、他の前記高電圧ユニットの前記高強度部に対向する面に他の前記高電圧ユニットに向かって突出する突出部を有し、各前記高電圧ユニットは、前記突出部の先端と他の前記高電圧ユニットとの並び方向の間隔又は前記突出部の先端同士の並び方向の間隔が各前記低強度部同士の並び方向の間隔よりも狭くなるように配置されてもよい。

【0013】

この構成により、衝突によって一の高電圧ユニットが並び方向に沿って他の高電圧ユニットに向かって移動した際に、一の高電圧ユニットの高強度部に設けられた突起部が他の高電圧ユニットの高強度部に接触するので、低強度部同士が接触することを効果的に抑制することができる。

【0014】

本発明の電動車両において、前記突出部は、一の前記高電圧ユニットの前記高強度部のケーシングの他の前記高電圧ユニットの前記高強度部に対向する面に立設されて一の前記高電圧ユニットの幅方向または長手方向に延びるリブとしてもよい。また、前記突出部は、一の前記高電圧ユニットの前記低強度部のケーシングに締結される前記高強度部のケーシングの接続フランジの他の前記高電圧ユニットの前記高強度部に対向する部分としてもよい。

【0015】

これにより、簡便な構成で突起部を構成することができる。

【0016】

本発明の電動車両において、複数の前記高電圧ユニットは、燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットが出力する電力によって駆動される車両駆動用のモータへの電力供給を制御する電力制御ユニットと、を含んでもよい。

【0017】

衝突の際に燃料電池ユニットの高強度部と電力制御ユニットの高強度部とが接触することを許容するので、フロントコンパートメントの中に狭い間隔で燃料電池ユニットと電力制御ユニットとを配置することができ、コンパクトな電動車両とすることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明は、衝突の際に高電圧ユニット同士が接触した場合でも高電圧ユニットの損傷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態の電動車両のフロントコンパートメントを車両上方から見た平面図である。

【図2】実施形態の電動車両のフロントコンパートメントの中に配置された燃料電池ユニットと電力制御ユニットとを車両前方から見た立面図である。

【図3】図２に示す燃料電池ユニットが衝突により電力制御ユニットに向かって移動した状態を車両前方から見た立面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら実施形態の電動車両１００について説明する。なお、各図に示す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＲＨは、電動車両１００の前方向（進行方向）、上方向、右方向をそれぞれ示している。また、各矢印ＦＲ、ＵＰ、ＲＨの反対方向は、車両後方向、下方向、左方向を示す。以下、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両左右方向（車両幅方向）の左右、車両上下方向の上下を示すものとする。

【0021】

図１に示すように、電動車両１００の車両前方には、フロントコンパートメント１１が設けられている。フロントコンパートメント１１は、車室前方のダッシュパネル１２と、車両前方両側のフロントフェンダー１３と、車両前端のフロントグリル１４とで前後左右が仕切られた空間である。フロントコンパートメント１１の内部の左右には車両前後方向に延びるフロントサイドメンバ１５と、左右のフロントサイドメンバ１５の先端を車両幅方向に接続するバンパリーンフォース１６とが配置されている。

【0022】

左右のフロントサイドメンバ１５にはフロントサスペンションメンバ１７を介して高電圧ユニットの一つである燃料電池ユニット２０が搭載されている。また、燃料電池ユニット２０の左側には他の一つの高電圧ユニットである電力制御ユニット３０が搭載されている。

【0023】

燃料電池ユニット２０は、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池を格納しており、空気と水素とを反応させて高電圧の電力を出力するものであり、燃料電池セルの積層方向である長手方向が車両前後方向となるように搭載されている。また、電力制御ユニット３０は、内部にインバータやＤＣ／ＤＣコンバータを格納しており、燃料電池ユニット２０が出力する高電圧の電力によって駆動される車両駆動用のモータへの電力供給を制御するものである。燃料電池ユニット２０と、電力制御ユニット３０とは、車両上方から見てフロントコンパートメント１１の中に車両幅方向に並べて配置されている。

【0024】

図２に示すように、燃料電池ユニット２０は、内部に燃料電池を格納する下ケーシング２１と、内部に燃料電池の制御を行う制御部等が格納される上ケーシング２３とを含んでいる。下ケーシング２１の上端と上ケーシング２３の下端とには、下ケーシング２１と上ケーシング２３と接続する接続フランジ２２，２４が設けられている。各接続フランジ２２、２４は図示しないボルトで締結されている。

【0025】

下ケーシング２１の板厚は上ケーシング２３の板厚よりも厚く、下ケーシング２１の強度は上ケーシング２３の強度よりも高くなっている。このように、強度の高い下ケーシング２１と下ケーシング２１に収容された燃料電池等の高電圧機器とは燃料電池ユニット２０の高強度部を構成する。また、強度の低い上ケーシング２３と上ケーシング２３に収容された制御装置などの高電圧機器とは燃料電池ユニット２０の低強度部を構成する。従って、下ケーシング２１は、燃料電池ユニット２０の高強度部のケーシングであり、上ケーシング２３は、燃料電池ユニット２０の低強度部のケーシングである。なお、下ケーシング２１、上ケーシング２３は例えば、アルミダイキャストのような金属製である。

【0026】

燃料電池ユニット２０と同様、電力制御ユニット３０は、内部にインバータを格納する下ケーシング３１と、内部にＤＣ／ＤＣコンバータ等が格納される上ケーシング３３とを含んでいる。下ケーシング３１の上端と上ケーシング３３の下端とには、下ケーシング３１と上ケーシング３３と接続する接続フランジ３２，３４が設けられている。各接続フランジ３２、３４は図示しないボルトで締結されている。

【0027】

下ケーシング３１の板厚は上ケーシング３３の板厚よりも厚く、下ケーシング３１の強度は上ケーシング３３の強度よりも高くなっている。このように、強度の高い下ケーシング３１と下ケーシング３１に収容されたインバータ等の高電圧機器とは電力制御ユニット３０の高強度部を構成する。また、強度の低い上ケーシング３３と上ケーシング３３に収容されたＤＣ／ＤＣコンバータなどの高電圧機器とは電力制御ユニット３０の低強度部を構成する。従って、下ケーシング３１は、電力制御ユニット３０の高強度部のケーシングであり、上ケーシング３３は、電力制御ユニット３０の低強度部のケーシングである。なお、下ケーシング３１、上ケーシング３３は例えば、アルミダイキャストのような金属製である。

【0028】

燃料電池ユニット２０の下ケーシング２１には、電力制御ユニット３０の下ケーシング３１と対向する面に電力制御ユニット３０に向かって突出する突出部であるリブ２６が立設されている。図１に示すように、リブ２６は、下ケーシング２１の電力制御ユニット３０に対向する車両左側の面に車両前後方向に延びる帯板部材である。また、下ケーシング２１の車両左側の接続フランジ２７は、他の部分の接続フランジ２４よりも張り出し長さが長く、電力制御ユニット３０に向かってリブ２６と同様の位置まで突出している。

【0029】

また、電力制御ユニット３０の下ケーシング３１には、燃料電池ユニット２０の下ケーシング２１と対向する車両右側の面に、燃料電池ユニット２０に向かって突出する金属製の台座３５が設けられている。

【0030】

図１、２に示すように、燃料電池ユニット２０のリブ２６又は接続フランジ２７の先端と電力制御ユニット３０の台座３５の先端の並び方向である車両幅方向の間隔Ｌａは、燃料電池ユニット２０の上ケーシング２３と電力制御ユニット３０の上ケーシング３３との間の車両幅方向の間隔Ｌｂよりも狭くなっている。つまり、Ｌａ＜Ｌｂである。また、燃料電池ユニット２０のリブ２６又は接続フランジ２７の先端と電力制御ユニット３０の下ケーシング３１との間隔Ｌｃも間隔Ｌｂよりも狭くなっている。

【0031】

次に図３を参照しながら、以上のように構成された電動車両１００の右前方が斜め衝突した場合の燃料電池ユニット２０の移動について説明する。この場合、図１に白抜き矢印で示すように衝突荷重は車両左後方に向かって入力される。

【0032】

この衝突荷重により燃料電池ユニット２０は、図３に示すように車両左側に移動する。また、衝突により右側のフロントサイドメンバ１５が上方向に変形するので、右側のフロントサイドメンバ１５に搭載されている燃料電池ユニット２０の右側が上方向に移動する。このため、燃料電池ユニット２０は、図３に示すように、右側端が上方向に移動して全体が時計回りに回りながら車両幅方向左側に向かって移動する。つまり、燃料電池ユニット２０は、右端が上がるように回転しながら並び方向である車両幅方向沿って電力制御ユニット３０に向かって移動する。

【0033】

そして、時間が経過すると、各間隔Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは小さくなり、各間隔Ｌａ２，Ｌｂ２，Ｌｃ２となる。そして、一番間隔が狭い間隔Ｌａ２がゼロとなると、燃料電池ユニット２０の下ケーシング２１のリブ２６と接続フランジ２７の各先端が電力制御ユニット３０の下ケーシング３１の台座３５の先端に接触する。この接触により、燃料電池ユニット２０の上ケーシング２３と電力制御ユニット３０の上ケーシング３３との並び方向の間隔Ｌｂ２がそれ以上狭くなることが抑制できる。これにより、強度の低い燃料電池ユニット２０の上ケーシング２３と電力制御ユニット３０の上ケーシング３３とが接触して各上ケーシング２３，３３が損傷することを抑制することができる。

【0034】

更に、衝突の際に強度の高い下ケーシング２１，３１が接触することを許容するので、燃料電池ユニット２０と電力制御ユニット３０と間の車両幅方向の配置間隔を短くしてコンパクトな電動車両１００とすることができる。

【0035】

また、間隔Ｌｃは間隔Ｌｂよりも狭く、間隔Ｌｃ２も間隔Ｌｂ２よりも狭いので、衝突の態様によりリブ２６及び接続フランジ２７の先端が台座３５の先端に接触しない場合、或いは、台座３５を設けていない場合でも、リブ２６及び接続フランジ２７の先端が電力制御ユニット３０の下ケーシング３１の側面に先に接触し、この接触により、燃料電池ユニット２０の上ケーシング２３と電力制御ユニット３０の上ケーシング３３との並び方向の間隔Ｌｂ２がそれ以上狭くなることが抑制できる。これにより、強度の低い燃料電池ユニット２０の上ケーシング２３と電力制御ユニット３０の上ケーシング３３とが接触して各上ケーシング２３，３３が損傷することを抑制することができる。

【0036】

以上説明した実施形態の電動車両１００では、燃料電池ユニット２０と、電力制御ユニット３０とは車両幅方向に並べて配置されているとして説明したがこれに限らず、燃料電池ユニット２０と電力制御ユニット３０とは車両前後方向に並べて配置されていてもよい。この場合、リブ２６、接続フランジ２７は車両幅方向に延びるように設定される。車両が前突して燃料電池ユニット２０が車両後方に移動した場合に、燃料電池ユニット２０の下ケーシング２１のリブ２６と接続フランジ２７の各先端が電力制御ユニット３０の下ケーシング３１に接触し、強度の低い燃料電池ユニット２０の上ケーシング２３と電力制御ユニット３０の上ケーシング３３とが接触して各上ケーシング２３，３３が損傷することを抑制することができる。

【0037】

また、実施形態の電動車両１００では、フロントコンパートメント１１の中に燃料電池ユニット２０と電力制御ユニット３０の２つの高電圧ユニットが並べて配置されているとして説明したが、フロントコンパートメント１１の中に、例えば、バッテリユニット等の他の高電圧ユニットを車両幅方向あるいは車両前後方向に並べて配置するようにしてもよい。この場合、複数の高電圧ユニットは、隣接する各高電圧ユニットの各高強度部同士の並び方向の間隔が各低強度部同士の並び方向の間隔よりも狭くなるように配置される。

【0038】

また、実施形態の電動車両１００では、下ケーシング２１，３１は上ケーシング２３，３３よりも強度が高いとして説明したがこれに限らず、上ケーシング２３，３３の強度を下ケーシング２１，３１の強度よりも高くし、上ケーシング２３，３３にリブ２６、台座３５などの突出部を設けるようにしてもよい。この場合は、衝突の際に強度の高い上ケーシング２３，３３同士がリブ２６、台座３５などを介して接触することにより、強度の低い下ケーシング２１，３１同士の接触を抑制し、下ケーシング２１，３１が損傷することを抑制することができる。

【符号の説明】

【0039】

１１ フロントコンパートメント、１２ ダッシュパネル、１３ フロントフェンダー、１４ フロントグリル、１５ フロントサイドメンバ、１６ バンパリーンフォース、１７ フロントサスペンションメンバ、２０ 燃料電池ユニット（高電圧ユニット）、２１，３１ 下ケーシング（高強度部）、２２，２４，２７，３２，３４ 接続フランジ、２３，３３ 上ケーシング（低強度部）、２６ リブ（突出部）、３０ 電力制御ユニット（高電圧ユニット）、３５ 台座（突出部）、１００ 電動車両。

【図1】

【図2】

【図3】