(57)【要約】【課題】プラグイン充電器を給電口に近接して配置することを可能にしながら、車両の重量バランスが大きく崩れるのを防止することができる車両用電源装置を提供する。【解決手段】本発明は、車両用電源装置(10)であって、電気エネルギーを蓄積するためのバッテリ(18)と、キャパシタ(22)と、外部電源から車両に電力を供給するための給電口と、この給電口を介して外部電源(17)から供給された交流電力を整流する機能、及び／又は外部電源から供給された電圧を変換する機能を備え、バッテリに充電を行うプラグイン充電器(19)と、を有し、プラグイン充電器は給電口とバッテリの間に接続され、プラグイン充電器は車両の車幅方向の中心線(A)に対して一方の側に配置される一方、キャパシタは中心線に対して他方の側に配置され、プラグイン充電器とキャパシタは、車両の側方から見て、少なくとも一部が重なる位置に配置されていることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動及び／又は車載電装品への給電に使用される車両用の電源装置であって、
電気エネルギーを蓄積するためのバッテリと、
電気エネルギーを蓄積するためのキャパシタと、
外部電源から上記車両に電力を供給するための給電口と、
この給電口を介して外部電源から供給された交流電力を整流する、及び／又は外部電源から供給された電圧を変換するように構成され、上記バッテリに充電を行うプラグイン充電器と、を有し、
上記プラグイン充電器は上記給電口と上記バッテリの間に接続され、
上記プラグイン充電器は上記車両の車幅方向の中心線に対して一方の側に配置される一方、上記キャパシタは上記中心線に対して他方の側に配置され、
上記プラグイン充電器と上記キャパシタは、上記車両の側方から見て、少なくとも一部が重なる位置に配置されていることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
上記プラグイン充電器と上記キャパシタは、上記車両の前後方向に延びる動力伝達軸の両側に夫々配置されている請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
上記車両の下部中央には、上記車両の前後方向に延びるように、動力伝達軸を収容したトンネル部が設けられ、上記バッテリは上記トンネル部の中に配置され、上記プラグイン充電器と上記キャパシタは、上記トンネル部の両側に夫々配置されている請求項１又は２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
上記車両の後部には燃料タンクが配置され、上記プラグイン充電器及び上記キャパシタは上記燃料タンクよりも前方、且つ上記車両の前後方向において、上記バッテリと上記燃料タンクの間に配置されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項５】
上記車両の後部には変速機が配置され、上記プラグイン充電器及び上記キャパシタは、上記車両の前後方向において、上記バッテリと上記変速機の間に配置されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
上記プラグイン充電器及び上記キャパシタは、上記車両の前後方向において、上記車両の前輪と後輪との間に配置されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項７】
さらに、上記バッテリ及び／又は上記キャパシタの電圧を変換して出力する電圧変換器を有し、
この電圧変換器は上記バッテリの出力電圧を昇圧又は降圧して上記キャパシタに充電し、又は上記キャパシタの出力電圧を昇圧又は降圧して上記バッテリに充電するように構成され、
上記電圧変換器は、上記バッテリの上方に配置され、且つ上記バッテリ及び上記キャパシタに隣接して配置されている請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両用電源装置。
【請求項８】
さらに、上記バッテリ及び／又は上記キャパシタの出力電圧を交流に変換して出力するインバータを有し、
このインバータは、上記車両の前後方向において、上記電圧変換器の前側に配置されている請求項７記載の車両用電源装置。
【請求項９】
上記電圧変換器は上記車両の前後方向に延びる動力伝達軸の上側に配置され、上記バッテリは上記動力伝達軸の下側に配置されている請求項７又は８に記載の車両用電源装置。
【請求項１０】
上記インバータは、上記車両の前輪に設けられたインホイールモータに電力を供給するように構成されている請求項８記載の車両用電源装置。
【請求項１１】
上記バッテリと上記キャパシタは直列に接続され、この直列に接続された上記バッテリ及び上記キャパシタから、上記インホイールモータに電力が供給される請求項１０記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用電源装置に関し、特に、車両の駆動、車載電装品への給電に使用される車両用の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１８−３４７５６号公報（特許文献１）には、車両用後部構造が記載されている。この車両用後部構造においては、車両の後部に収納されたスペアタイヤの下側にバッテリ充電用の充電器が配置され、車両の後面衝突時において、充電器が損傷されるのを防止しようとしている。また、この車両用後部構造においては、車両の後部に配置された充電器と車両の側面等に設けられた充電口が、コネクタによって接続される。さらに、充電口から供給された電力は、充電器によって充電電力が制御され、充電器の前側に配置されたバッテリに充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−３４７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、充電器を充電口から離間して配置した場合には、それらを接続する導電線が長くなり、導電線において発生するジュール熱による電力損失が大きくなるという問題がある。このジュール熱による電力損失は、バッテリに対して急速充電を行うために充電電流を大きくした場合に、特に問題となる。
【０００５】
一方、ジュール熱による電力損失を低下させるべく、充電器を充電口に近接して配置した場合には、車両の重量バランスが崩れ、運動性能が低下するという問題がある。例えば、車両の側面に充電口が設けられている場合、これに近接して充電器を配置すると、充電器が車両の側面近傍に配置されることとなるので、車両の左右の重量バランスが崩れ、車両の運動性能が低下してしまう。
【０００６】
特に、様々な電源環境に対応させるために、充電器を通常充電及び急速充電に対応させたり、交流及び直流の外部電源に対応させたり、各国における外部電源の電圧に適合するように、充電器に複数系統の充電回路を搭載した場合に、充電器の質量が大きくなり、この問題が顕著となる。即ち、交流−直流間の変換回路や、低電圧への変換回路は充電中に熱を発生するので、これらを冷却するために要求される放熱器等の冷却系統の質量が大きくなり、充電器の質量が大きくなる。このように質量の大きい充電器の配置は、車両全体の重量バランスに大きな影響を与える。
【０００７】
従って、本発明は、プラグイン充電器を給電口に近接して配置することを可能にしながら、車両の重量バランスが大きく崩れるのを防止することができる車両用電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、車両の駆動及び／又は車載電装品への給電に使用される車両用の電源装置であって、電気エネルギーを蓄積するためのバッテリと、電気エネルギーを蓄積するためのキャパシタと、外部電源から車両に電力を供給するための給電口と、この給電口を介して外部電源から供給された交流電力を整流する、及び／又は外部電源から供給された電圧を変換するように構成され、バッテリに充電を行うプラグイン充電器と、を有し、プラグイン充電器は給電口とバッテリの間に接続され、プラグイン充電器は車両の車幅方向の中心線に対して一方の側に配置される一方、キャパシタは中心線に対して他方の側に配置され、プラグイン充電器とキャパシタは、車両の側方から見て、少なくとも一部が重なる位置に配置されていることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明によれば、プラグイン充電器が車幅方向の中心線の一方側に配置され、キャパシタが中心線の他方側に配置され、さらに、プラグイン充電器とキャパシタが側方から見て、少なくとも一部が重なる位置に配置されている。このように、プラグイン充電器が車幅方向の中心線の一方側に配置されているので、車両の側面に給電口が配置された場合にも、給電口とプラグイン充電器を近接して配置することが可能になり、給電口とプラグイン充電器の間の導電線で発生する電力損失を低減することができる。さらに、車幅方向の中心線の他方側にキャパシタが配置されているので、車両の左右の重量バランスの崩れを抑制することができる。加えて、プラグイン充電器とキャパシタが側方から見て、少なくとも一部が重なる位置に配置されているので、車両の前後の重量バランスの崩れも抑制することができる。この結果、充電時におけるジュール熱の発生による電力損失を抑制すると共に、車両の重量バランスの崩れを抑制し、車両の運動性能を向上させることができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、プラグイン充電器とキャパシタは、車両の前後方向に延びる動力伝達軸の両側に夫々配置されている。
このように構成された本発明によれば、質量の大きい動力伝達軸の両側に、プラグイン充電器とキャパシタが夫々配置されているので、車両の左右の重量バランスを更に向上させることができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、車両の下部中央には、車両の前後方向に延びるように、動力伝達軸を収容したトンネル部が設けられ、バッテリはトンネル部の中に配置され、プラグイン充電器とキャパシタは、トンネル部の両側に夫々配置されている。
【００１２】
このように構成された本発明によれば、車両の動力伝達軸を収容したトンネル部の中に質量の大きいバッテリが配置され、その両側にプラグイン充電器とキャパシタが夫々配置されるので、車両の左右の重量バランスを更に向上させることができる。さらに、トンネル部の中にバッテリを配置することにより、車両の前後方向の衝突時及び側面からの衝突時において、バッテリを損傷から保護することができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、車両の後部には燃料タンクが配置され、プラグイン充電器及びキャパシタは燃料タンクよりも前方、且つ車両の前後方向において、バッテリと燃料タンクの間に配置されている。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、車両の後部に配置された燃料タンクよりも前方に、プラグイン充電器、キャパシタ及びバッテリが配置されているので、これら質量の大きい部材が車両の重心に近接して配置され、車両の運動性能をより向上させることができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、車両の後部には変速機が配置され、プラグイン充電器及びキャパシタは、車両の前後方向において、バッテリと変速機の間に配置されている。
【００１６】
このように構成された本発明によれば、車両の後部に変速機が配置され、その前方にプラグイン充電器、キャパシタ及びバッテリが配置されているので、車両の電力供給系統を集約して配置することができ、これらを接続する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、プラグイン充電器及びキャパシタは、車両の前後方向において、車両の前輪と後輪との間に配置されている。
このように構成された本発明によれば、比較的質量の大きいプラグイン充電器及びキャパシタが車両の前輪と後輪との間に配置されている。この結果、プラグイン充電器及びキャパシタが車両の重心に近接して配置され、車両のヨー慣性モーメントを小さくすることができ、車両の運動性能を高めることができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、さらに、バッテリ及び／又はキャパシタの電圧を変換して出力する電圧変換器を有し、この電圧変換器はバッテリの出力電圧を昇圧又は降圧してキャパシタに充電し、又はキャパシタの出力電圧を昇圧又は降圧してバッテリに充電するように構成され、電圧変換器は、バッテリの上方に配置され、且つバッテリ及びキャパシタに隣接して配置されている。
【００１９】
このように構成された本発明によれば、電圧変換器がバッテリの上方、且つバッテリ及びキャパシタに隣接して配置されているので、車両の電力供給系統を集約して配置することができ、これらを接続する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【００２０】
本発明において、好ましくは、さらに、バッテリ及び／又はキャパシタの出力電圧を交流に変換して出力するインバータを有し、このインバータは、車両の前後方向において、電圧変換器の前側に配置されている。
【００２１】
このように構成された本発明によれば、インバータが、バッテリの上方に配置された電圧変換器の前側に配置されているので、インバータがバッテリと近接して配置されることとなり、これらを接続する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【００２２】
本発明において、好ましくは、電圧変換器は車両の前後方向に延びる動力伝達軸の上側に配置され、バッテリは動力伝達軸の下側に配置されている。
このように構成された本発明によれば、バッテリが動力伝達軸の下側に配置されているので、動力伝達軸と干渉することなく、バッテリを車両の下側から容易に交換することができる。また、電圧変換器が動力伝達軸の上側に配置されているので、動力伝達軸の上側の空間を有効に活用することができる。
【００２３】
本発明において、好ましくは、インバータは、車両の前輪に設けられたインホイールモータに電力を供給するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、インバータが、バッテリの上方且つ電圧変換器の前側に配置されているので、車両の前輪に近接して位置しており、前輪のインホイールモータに電力を供給する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【００２４】
本発明において、好ましくは、バッテリとキャパシタは直列に接続され、この直列に接続されたバッテリ及びキャパシタから、インホイールモータに電力が供給される。
【００２５】
このように構成された本発明によれば、インホイールモータに対し、直列に接続されたバッテリ及びキャパシタから電力が供給されるので、インホイールモータをバッテリ単体よりも高電圧で駆動することができる。この結果、インホイールモータを比較的低電流で駆動することができ、インホイールモータに電力を供給する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の車両用電源装置によれば、プラグイン充電器を給電口に近接して配置することを可能にしながら、車両の重量バランスが大きく崩れるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態による車両用電源装置を搭載した車両のレイアウト図である。
【図２】本発明の実施形態による車両用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による車両用電源装置において、キャパシタに電力が回生された場合における電圧の変化の一例を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態による車両用電源装置によって駆動される各モータの出力と車速の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による車両用電源装置によって駆動される副駆動モータの構造を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態による車両用電源装置、及び車両駆動装置の各構成要素を取り出して示した側面図である。
【図７】本発明の実施形態による車両用電源装置、及び車両駆動装置の各構成要素を取り出して示した底面図である。
【図８】図６におけるVIII−VIII線に沿って切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態による車両用電源装置を搭載した車両のレイアウト図である。
【００２９】
図１に示すように、本発明の実施形態による車両用電源装置を搭載した車両１は、運転席よりも前方の、車両の前部に内燃機関であるエンジン１２が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪２ａを駆動する所謂ＦＲ（Front engine, Rear drive）車である。また、後述するように、後輪２ａは主駆動モータによっても駆動され、副駆動輪である左右１対の前輪２ｂは、インホイールモータである副駆動モータによって駆動される。
【００３０】
即ち、車両１に搭載された車両駆動装置は、後輪２ａを駆動するエンジン１２と、後輪２ａに駆動力を伝達する動力伝達機構１４と、後輪２ａを駆動する主駆動モータ１６と、前輪２ｂを駆動する副駆動モータ２０と、制御器である制御装置２４と、を有する。さらに、車両１の後部には、エンジン１２に供給する燃料を保持しておくための燃料タンク１２ａが配置されている。
【００３１】
また、車両１に搭載された本発明の実施形態による車両用電源装置１０は、バッテリ１８と、キャパシタ２２と、外部電源１７からバッテリ１８に充電するためのプラグイン充電器１９と、外部電源１７に接続するための給電口２３と、を有する。さらに、本実施形態の車両用電源装置１０は、直流電圧を交流電圧に変換して主駆動モータ１６を駆動するインバータ１６ａと、直流電圧を交流電圧に変換して副駆動モータ２０を駆動するインバータ２０ａと、バッテリ１８及びキャパシタ２２に接続された電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａと、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂと、を有する。
【００３２】
エンジン１２は、車両１の主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するための内燃機関である。本実施形態においては、エンジン１２として直列４気筒エンジンが採用されており、車両１の前部に配置されたエンジン１２が動力伝達機構１４を介して後輪２ａを駆動するようになっている。
【００３３】
動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６が発生した駆動力を主駆動輪である後輪２ａに伝達するように構成されている。図１に示すように、動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６に接続された動力伝達軸であるプロペラシャフト１４ａ、及び変速機であるトランスミッション１４ｂを備えている。動力伝達機構１４の詳細な構成については後述する。
【００３４】
主駆動モータ１６は、主駆動輪に対する駆動力を発生するための電動機であって、車両１の車体上に設けられ、エンジン１２の後ろ側に、エンジン１２に隣接して配置されており、車体側モータとして機能する。また、主駆動モータ１６に隣接してインバータ１６ａが配置されており、このインバータ１６ａにより、バッテリ１８の直流電圧が交流電圧に変換されて主駆動モータ１６に供給される。さらに、図１に示すように、主駆動モータ１６はエンジン１２と直列に接続されており、主駆動モータ１６が発生した駆動力も動力伝達機構１４を介して後輪２ａに伝達される。或いは、主駆動モータ１６を動力伝達機構１４の途中に接続し、動力伝達機構１４の一部を介して駆動力が後輪２ａに伝達されるように本発明を構成することもできる。また、本実施形態においては、主駆動モータ１６として、４８Ｖで駆動される２５ｋＷの永久磁石電動機（永久磁石同期電動機）が採用されている。
【００３５】
バッテリ１８は、主として主駆動モータ１６を作動させる電気エネルギーを蓄積するための蓄電器である。さらに、本実施形態においては、バッテリ１８として、４８Ｖ、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）が使用されている。
【００３６】
プラグイン充電器１９は、充電スタンド等の外部電源１７から供給された電力を変換して充電するようにバッテリ１８に電気的に接続されている。本実施形態においては、車両用電源装置１０は、交流電力を供給する外部電源、及び直流電力を供給する外部電源の双方に対応している。このため、外部電源１７から交流電力が供給された場合には、プラグイン充電器１９は、供給された電力を整流して直流に変換すると共に、搭載しているバッテリ１８の基準電圧に応じて、所定の電圧に降圧してバッテリ１８に充電を行う。また、外部電源１７から直流電力が供給された場合には、プラグイン充電器１９は、所定の電圧に降圧してバッテリ１８に充電を行う。
【００３７】
さらに、本実施形態において、プラグイン充電器１９は、通常充電と、通常充電よりも充電電流が大きく、短時間で充電を行うことができる急速充電に対応している。なお、プラグイン充電器１９は、車両用電源装置の仕様に応じて、交流電力を整流する機能、又は供給された電圧を変換する機能の何れか一方のみを備えたものであっても良い。具体的には、プラグイン充電器１９は、交流／直流変換回路（整流回路）、直流電圧変換回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ回路）等から構成することができる。
【００３８】
給電口２３は、車両１の後部側面に設けられたコネクタであり、電気的にプラグイン充電器１９に接続されている。給電口２３のコネクタは、充電スタンド等の外部電源１７から延びるプラグに接続可能に構成されており、給電口２３を介して交流又は直流電力がプラグイン充電器１９に供給される。
【００３９】
次に、図１に示すように、副駆動モータ２０は、副駆動輪である前輪２ｂに対する駆動力を発生するように、車両１のバネ下に、前輪２ｂ各輪に設けられている。また、副駆動モータ２０はインホイールモータであり、前輪２ｂ各輪のホイール内に夫々収容されている。また、キャパシタ２２の直流電圧は、トンネル部１５内に配置されたインバータ２０ａ（図１）により交流電圧に変換されて、各副駆動モータ２０に供給される。さらに、本実施形態においては、副駆動モータ２０には減速機構である減速機が設けられておらず、副駆動モータ２０の駆動力は前輪２ｂに直接伝えられ、車輪が直接駆動される。また、本実施形態においては、各副駆動モータ２０として、１７ｋＷの誘導電動機が夫々採用されている。
【００４０】
キャパシタ２２は、副駆動モータ２０によって回生された電力を蓄積するように設けられている。後述するように、キャパシタ２２は車両１後部のプラグイン充電器１９と概ね対称の位置に配置されると共に、車両１の前輪２ｂ各輪に設けられた副駆動モータ２０に電力を供給する。主としてキャパシタ２２に蓄積された電力により駆動される副駆動モータ２０は、主駆動モータ１６よりも高い電圧で駆動される。
【００４１】
図１に示すように、制御装置２４は、エンジン１２、主駆動モータ１６、及び副駆動モータ２０を制御して、電動機走行モード及び内燃機関走行モードを実行するように構成されている。具体的には、制御装置２４は、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。
【００４２】
次に、図２乃至図５を参照して、本発明の実施形態による車両用電源装置１０の構成、及び各モータによる車両１の駆動を説明する。
図２は、本発明の実施形態による車両用電源装置１０の構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態の車両用電源装置１０において、キャパシタ２２に電力が回生された場合における電圧の変化の一例を模式的に示す図である。図４は、本実施形態の車両用電源装置１０によって駆動される各モータの出力と車速の関係を示す図である。
【００４３】
図２に示すように、車両用電源装置１０に備えられているバッテリ１８のプラス側端子とキャパシタ２２のマイナス側端子が接続され、これらは電気的に直列に接続されている。また、バッテリ１８とキャパシタ２２の接続点にはプラグイン充電器１９が接続されており、プラグイン充電器１９を外部電源１７に接続することにより、バッテリ１８への充電が可能になっている。
【００４４】
さらに、主駆動モータ１６にはバッテリ１８の電力が供給され、副駆動モータ２０には直列に接続されたバッテリ１８とキャパシタ２２から電力が供給される。即ち、主駆動モータ１６はバッテリ１８の基準出力電圧である約４８Ｖで駆動され、副駆動モータ２０はバッテリ１８の出力電圧とキャパシタ２２の端子間電圧を合算した電圧で駆動されるので、４８Ｖよりも高い最大１２０Ｖの電圧で駆動される。このように、キャパシタ２２には副駆動モータ２０に供給する電気エネルギーが蓄積され、副駆動モータ２０は、常にキャパシタ２２を介して供給された電力によって駆動される。このように、キャパシタ２２の最大の端子間電圧はバッテリ１８の端子間電圧よりも高く設定されている。
【００４５】
また、主駆動モータ１６にはインバータ１６ａが取り付けられており、バッテリ１８の出力を交流に変換した上で永久磁石電動機である主駆動モータ１６が駆動される。同様に、各副駆動モータ２０にはインバータ２０ａが夫々接続されており、バッテリ１８及びキャパシタ２２の出力を交流に変換した上で誘導電動機である副駆動モータ２０が駆動される。
【００４６】
さらに、車両１の減速時等には、主駆動モータ１６及び各副駆動モータ２０は発電機として機能し、車両１の運動エネルギーを回生して電力を生成する。主駆動モータ１６によって回生された電力はバッテリ１８に蓄積され、各副駆動モータ２０によって回生された電力は主としてキャパシタ２２に蓄積される。
【００４７】
また、バッテリ１８とキャパシタ２２の間には電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａが接続されており、この高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａはキャパシタ２２に蓄積された電荷が不足しているとき（キャパシタ２２の端子間電圧が低下したとき）、バッテリ１８の電圧を昇圧してキャパシタ２２に充電する。一方、各副駆動モータ２０によるエネルギーの回生により、キャパシタ２２の端子間電圧が所定電圧以上に上昇した場合には、キャパシタ２２に蓄積された電荷を降圧してバッテリ１８に印加し、バッテリ１８の充電を行う。即ち、副駆動モータ２０によって回生された電力はキャパシタ２２に蓄積された後、蓄積された電荷の一部が、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａを介してバッテリ１８に充電される。
【００４８】
さらに、バッテリ１８と車両１の１２Ｖ電装品２５の間には、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂが接続されている。制御装置２４や、車両１に搭載されている電装品２５の多くは１２Ｖの電圧で作動するので、バッテリ１８に蓄積された電荷を低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂにより１２Ｖに降圧して、これらの機器に供給する。
【００４９】
次に、図３を参照して、キャパシタ２２に対する充電及び放電を説明する。
図３に示すように、キャパシタ２２の電圧は、バッテリ１８によるベース電圧と、キャパシタ２２自体の端子間電圧の合計となる。車両１の減速時等には、各副駆動モータ２０により電力の回生が行われ、回生された電力はキャパシタ２２に充電される。キャパシタ２２への充電が行われると比較的急激に端子間電圧が上昇する。充電によりキャパシタ２２の電圧が所定電圧以上に上昇すると、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａによりキャパシタ２２の電圧が降圧され、バッテリ１８への充電が行われる。図３に示すように、このキャパシタ２２からバッテリ１８への充電は、キャパシタ２２への充電よりも比較的緩やかに行われ、キャパシタ２２の電圧は適正電圧まで比較的緩やかに低下される。
【００５０】
即ち、各副駆動モータ２０により回生された電力は一時的にキャパシタ２２に蓄積され、その後、バッテリ１８へ緩やかに充電される。なお、回生が行われる期間によっては、各副駆動モータ２０による電力の回生と、キャパシタ２２からバッテリ１８への充電がオーバーラップして行われる場合もある。
一方、主駆動モータ１６によって回生された電力は、バッテリ１８に直接充電される。
【００５１】
次に、図４を参照して、本発明の実施形態による車両用電源装置１０を搭載した車両における車速と各モータの出力の関係を説明する。図４は、本実施形態の車両用電源装置１０を搭載した車両において、車両１の速度と、各速度における各モータの出力の関係を示すグラフである。図４において、主駆動モータ１６の出力を破線で示し、１つの副駆動モータ２０の出力を一点鎖線で、２つの副駆動モータ２０の出力の合計を二点鎖線で、全てのモータの出力の合計を実線で示している。なお、図４は、車両１の速度を横軸とし、各モータの出力を縦軸として示しているが、車両１の速度とモータの回転数には一定の関係が存在するので、横軸をモータ回転数とした場合でも、各モータの出力は図４と同様の曲線を描く。
【００５２】
本実施形態においては主駆動モータ１６には永久磁石電動機が採用されているため、図４に破線で示すように、モータ回転数が低い低車速域で主駆動モータ１６の出力が大きく、車速が速くなるにつれて出力可能なモータ出力が減少する。即ち、本実施形態において、主駆動モータ１６は、約４８Ｖで駆動され、１０００ｒｐｍ程度まで最大トルクである約２００Ｎｍのトルクを出力し、約１０００ｒｐｍ以上で回転数の増加と共にトルクが低下する。また、本実施形態において、主駆動モータ１６は、最低速域において約２０ｋＷ程度の連続出力が得られ、最大出力約２５ｋＷが得られるように構成されている。
【００５３】
これに対して、副駆動モータ２０には誘導電動機が採用されているため、図４に一点鎖線及び二点鎖線で示すように、低車速域では副駆動モータ２０の出力は極めて小さく、車速が速くなるにつれて出力が増大し、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力が得られた後、モータ出力は減少する。本実施形態において、副駆動モータ２０は、約１２０Ｖで駆動され、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で１台当たり約１７ｋＷ、２台合計で約３４ｋＷの出力が得られるように構成されている。即ち、本実施形態において、副駆動モータ２０は、約６００乃至８００ｒｐｍでトルクカーブがピークをもち、最大トルク約２００Ｎｍが得られる。
【００５４】
図４の実線には、これら主駆動モータ１６及び２台の副駆動モータ２０の出力の合計が示されている。このグラフから明らかなように、本実施形態においては、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力約５３ｋＷが得られており、この車速における、この最大出力でＷＬＴＰ試験において要求される走行条件を満足することができる。なお、図４の実線では、低車速域においても２台の副駆動モータ２０の出力値が合算されているが、実際には低車速域では各副駆動モータ２０が駆動されることはない。即ち、発進時及び低車速域においては主駆動モータ１６のみで車両が駆動され、高車速域で大出力が必要とされたとき（高車速域で車両１を加速させるとき等）のみ２台の副駆動モータ２０が出力を発生する。このように、高回転領域で大きな出力を発生することができる誘導電動機（副駆動モータ２０）を、高速域のみで使用することにより、車両重量の増加を低く抑えながら必要なとき（所定速度以上での加速時等）に十分な出力を得ることができる。
【００５５】
次に、図５を参照して、本発明の実施形態の車両用電源装置１０に採用されている副駆動モータ２０の構成を説明する。図５は、副駆動モータ２０の構造を模式的に示す断面図である。
図５に示すように、副駆動モータ２０は、ステータ２８と、このステータの周囲で回転するロータ３０から構成されたアウターロータタイプの誘導電動機である。
【００５６】
ステータ２８は、概ね円板状のステータベース２８ａと、このステータベース２８ａの中心から延びるステータシャフト２８ｂと、このステータシャフト２８ｂの周囲に取り付けられたステータコイル２８ｃと、を有する。また、ステータコイル２８ｃは電気絶縁液室３２に収納されており、この中に満たされた電気絶縁液３２ａに浸漬され、これにより沸騰冷却される。
【００５７】
ロータ３０は、ステータ２８の周囲を取り囲むように概ね円筒状に構成されており、一端が閉塞された概ね円筒形に構成されたロータ本体３０ａと、ロータ本体３０ａの内周壁面に配置されたロータコイル３０ｂと、を有する。ロータコイル３０ｂは、ステータコイル２８ｃが生成する回転磁界により誘導電流が発生するように、ステータコイル２８ｃに対向するように配置されている。また、ロータ３０は、ステータ２８の周囲で円滑に回転するように、ステータシャフト２８ｂの先端に取り付けられたベアリング３４によって支持されている。
【００５８】
ステータベース２８ａは、車両１の前輪を懸架する懸架機構（図示せず）によって支持されている。一方、ロータ本体３０ａは、前輪２ｂのホイール（図示せず）に直接固定されている。ステータコイル２８ｃには、インバータ２０ａによって交流に変換された交流電流が流され、回転磁界が生成される。この回転磁界によりロータコイル３０ｂに誘導電流が流れ、ロータ本体３０ａを回転させる駆動力が発生する。このように、各副駆動モータ２０により生成された駆動力は、直接、各前輪２ｂのホイール（図示せず）を回転駆動する。
【００５９】
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施形態による車両用電源装置に備えられた各構成の配置を詳細に説明する。
図６は、車両用電源装置及び車両駆動装置の各構成要素を取り出して示した側面図である。図７は、車両用電源装置及び車両駆動装置の各構成要素を取り出して示した底面図である。図８は、図６におけるVIII−VIII線に沿って切断した断面図である。
【００６０】
図６に示すように、車両１に搭載された車両駆動装置は、車両１の前部に配置された原動機であるエンジン１２及び主駆動モータ１６によって生成された動力を、後輪２ａのドライブシャフト１４ｄに伝達するように構成されている。エンジン１２及び主駆動モータ１６の出力軸は直結され、この出力軸がプロペラシャフト１４ａに連結されている。このプロペラシャフト１４ａは車両１の後方へ向けて延び、その後端は、変速機であるトランスミッション１４ｂの入力軸に接続されている。なお、本実施形態においては、トランスミッション１４ｂのハウジング内には、クラッチ及びディファレンシャルギヤ（図示せず）も収容されている。このため、トランスミッション１４ｂの入力軸に入力された動力は、クラッチ、変速ギヤ、ディファレンシャルギヤ（以上、図示せず）を介して出力される。さらに、本実施形態においては、トランスミッション１４ｂは、左右の後輪２ａの間に配置され、その出力軸は後輪２ａのドライブシャフト１４ｄに接続され、後輪２ａを駆動する。
【００６１】
また、エンジン１２及び主駆動モータ１６の出力軸と、トランスミッション１４ｂの入力軸を接続しているプロペラシャフト１４ａは、円形断面の筒状に形成されたトルクチューブ１４ｃの中に収容されている。このトルクチューブ１４ｃの車両前方側の端部は、エンジン１２及び主駆動モータ１６からなる原動機のハウジングに取り付けられている。また、トルクチューブ１４ｃの車両後方側の端部は、トランスミッション１４ｂのハウジングに取り付けられている。このように、トルクチューブ１４ｃの両端を各ハウジングに夫々固定することにより、車両駆動系全体の剛性を高くしている。
【００６２】
さらに、図１及び図８に示すように、プロペラシャフト１４ａ及びそれを収容したトルクチューブ１４ｃは、車両１の下部に設けられたトンネル部１５（フロアトンネル）の中に配置されている。このトンネル部１５は、車両１の底面の上に、車両１の幅方向中央を前後方向に延びるように設けられている。また、図８に示すように、トンネル部１５は、金属板を概ね逆Ｕ字形断面に折り曲げ、その両側の下端を車体のフレーム５０に固定することにより形成されている。さらに、トンネル部１５の底面には、平板状のカバー部材５２が、フレーム５０に着脱可能に固定されている。このカバー部材５２を取り外すことにより、車両１の下側からトンネル部１５の内部にアクセスすることが可能になる。
【００６３】
次に、本発明の実施形態による車両用電源装置の配置構造を説明する。
図８に示すように、トンネル部１５内には、プロペラシャフト１４ａ及びこれをカバーするトルクチューブ１４ｃが通っており、その下方にはトルクチューブ１４ｃに隣接して、バッテリ１８が配置されている。このため、トンネル部１５の底面に取り付けられたカバー部材５２を取り外すだけで、トンネル部１５内に収容されたバッテリ１８が露出される。これにより、トルクチューブ１４ｃやプロペラシャフト１４ａを取り外すことなく、トンネル部１５内のバッテリ１８にアクセスすることができ、バッテリ１８の交換作業を容易に実施することができる。
【００６４】
また、トンネル部１５は、車両１の幅方向のほぼ中央、前後方向においても中間部に位置するので、車両１が前方又は後方から衝突した場合や、側方から衝突した場合にも、損傷を受けにくい。さらに、トンネル部１５は、折り曲げた金属板を車両１のフレーム５０に固定することにより形成されているため、その内部に配置されたバッテリ１８はトンネル部１５の壁面によって保護され、損傷を受けにくい。また、トンネル部１５内のバッテリ１８の上方には、走行中に回転するプロペラシャフト１４ａが通っているが、このプロペラシャフト１４ａはトルクチューブ１４ｃ内に収容されている。このため、走行中の車両が衝突した場合には、回転中のプロペラシャフト１４ａが変形して湾曲する可能性があるものの、バッテリ１８が損傷されるリスクは小さい。即ち、プロペラシャフト１４ａはトルクチューブ１４ｃの中に収容されているため、回転中のプロペラシャフト１４ａが湾曲した場合にも、近傍に収容されているバッテリ１８に直接当たって損傷するリスクは極めて小さい。
【００６５】
なお、本実施形態において、トランスミッション１４ｂは、所謂トランスアクスル配置である。これにより、エンジン１２（及び主駆動モータ１６）の直後の位置に外径の大きな変速機の本体が存在しなくなるので、トンネル部１５の幅を小さくすることができ、乗員の中央側足元空間を確保して乗員に真正面に正対した左右対称な下半身姿勢をとらせることが可能となる。更に、この乗員の姿勢を確保しつつ主駆動モータ１６の外径や、長さを出力に応じた十分な大きさにすることが容易になる。また、本実施形態においてはトランスアクスル配置が採用されているため、これにより生じたトンネル部１５前方の空間に向けて、バッテリ１８を収容する容積を拡大することができる。これにより、フロアトンネルの幅を大きくして乗員の中央側空間を狭めることなく、バッテリ１８容量の確保、拡大が可能になる。
【００６６】
また、図６に示すように、主駆動モータ１６のハウジングの上側には、主駆動モータ１６用のインバータ１６ａが配置され、トンネル部１５内に収容されている。さらに、トルクチューブ１４ｃの上側（プロペラシャフト１４ａの上側）には、車両１の前側から順に、副駆動モータ２０用のインバータ２０ａ、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａ、及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂが夫々配置され、トンネル部１５内に収容されている。
【００６７】
これらのインバータ１６ａ、インバータ２０ａ、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａ、及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂは、トルクチューブ１４ｃの上側に配置されているため、トンネル部１５底面のカバー部材５２を取り外しただけではアクセスしにくい。しかしながら、各インバータ、及び各ＤＣ／ＤＣコンバータは耐用年数が比較的長く、交換や修理が必要になることは少ない。このため、メンテンナス性を大きく損なうことなく、トンネル部１５内の上方のスペースも有効に活用することができる。
【００６８】
さらに、図１及び図７に示すように、プラグイン充電器１９は車両１の幅方向の中心線Ａに対して一方の側（本実施形態では左側）に配置される一方、キャパシタ２２は中心線Ａに対して他方の側（本実施形態では右側）に配置されている。また、プラグイン充電器１９とキャパシタ２２は、車両１の側方から見て少なくとも一部が重なる位置に配置されている。換言すれば、プラグイン充電器１９及びキャパシタ２２は、中心線Ａに対してほぼ対称に配置され、車両１の前後方向に中心線Ａに沿って延びるプロペラシャフト１４ａの両側に、即ち、プロペラシャフト１４ａを収容したトンネル部１５の両側に夫々配置されている。
【００６９】
また、本実施形態においては、プラグイン充電器１９及びキャパシタ２２は比較的質量が大きいと共に、それらは同程度の質量を有している。このように、比較的質量の大きなプラグイン充電器１９及びキャパシタ２２が、車両１の中心線Ａに対してほぼ対称の位置に配置されることにより、車両１の前後、左右の重量バランスが崩れるのを防止することができる。これにより、車両１の運動性能を向上させることができる。
【００７０】
ここで、プラグイン充電器１９は、車両１の側面後部に設けられた給電口２３とバッテリ１８の間に接続されており、給電口２３から供給された電力が、プラグイン充電器１９を介してバッテリ１８に充電される。また、プラグイン充電器１９及び給電口２３は、車両１の中心線Ａに対して同一の側（本実施形態では左側）に配置されていると共に、プラグイン充電器１９は、車両１の後輪２ａの上方に位置する給電口２３よりも前側に配置されている。即ち、車両１の前側から順に、バッテリ１８、プラグイン充電器１９、及び給電口２３が配置されており、プラグイン充電器１９はバッテリ１８と給電口２３の間に位置する。この配置により、バッテリ１８、プラグイン充電器１９、及び給電口２３の間の導電線を短縮することができ、導電線において発生する電力損失を抑制することができる。
【００７１】
また、図６に示すように、電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａは、バッテリ１８の上方に、且つプラグイン充電器１９及びキャパシタ２２に隣接して配置されている。このため、バッテリ１８の電圧を昇圧してキャパシタ２２に充電し、又はキャパシタ２２の電圧を降圧してバッテリ１８に充電する導電線を短縮することができ、導電線において発生する電力損失を抑制することができる。
【００７２】
さらに、図６に示すように、バッテリ１８及びキャパシタ２２の出力を交流電力に変換して出力する主駆動モータ１６用のインバータ１６ａ、及び副駆動モータ２０用のインバータ２０ａは、車両１の前後方向において高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａよりも前側に配置されている。これにより、インバータ１６ａと、これにより電力を供給される主駆動モータ１６、インバータ２０ａと、これにより電力を供給される前輪２ｂのインホイールモータである副駆動モータ２０近接して配置することが可能になる。この結果、それらを接続する導電線（ハーネス）を短縮することができ、導電線において発生する電力損失を抑制することができる。
【００７３】
また、図６及び図７に示すように、車両１後部の左右の後輪２ａの間には、変速機であるトランスミッション１４ｂが配置されている。このため、プラグイン充電器１９及びキャパシタ２２は、トランスミッション１４ｂよりも車両１の前側に、車両１の前後方向においてバッテリ１８とトランスミッション１４ｂの間に配置される。この結果、プラグイン充電器１９及びキャパシタ２２が、車両１の前輪２ｂと後輪２ａの間に配置されることとなる。これにより、比較的質量の大きいプラグイン充電器１９及びキャパシタ２２が、車両１重心Ｇの比較的近傍に位置することとなるので、車両１のヨー慣性モーメントを低下させることができ、車両１の運動性能を向上させることができる。
【００７４】
さらに、図６及び図７に示すように、車両１の後部には、トランスミッション１４ｂの上側に、トランスミッション１４ｂを跨ぐように燃料タンク１２ａが配置されている。これにより、プラグイン充電器１９及びキャパシタ２２は、燃料タンク１２ａよりも車両１の前方に、車両１の前後方向においてバッテリ１８と燃料タンク１２ａの間に配置される。また、燃料タンク１２ａに給油するための給油口１２ｂは、給電口２３の反対側の車両１の側面（本実施形態においては右側側面）後部に設けられており、給電口２３から延びる導電線との干渉を防止している。
【００７５】
本発明の実施形態の車両用電源装置１０によれば、プラグイン充電器１９が車幅方向の中心線Ａの一方側に配置され、キャパシタ２２が中心線Ａの他方側に配置され、さらに、プラグイン充電器１９とキャパシタ２２が側方から見て、少なくとも一部が重なる位置に配置されている（図１、図７）。このように、プラグイン充電器１９が車幅方向の中心線Ａの一方側に配置されているので、車両１の側面に給電口２３が配置された場合にも、給電口２３とプラグイン充電器１９を近接して配置することが可能になり、給電口２３とプラグイン充電器１９の間の導電線で発生する電力損失を低減することができる。さらに、車幅方向の中心線Ａの他方側にキャパシタ２２が配置されているので、車両１の左右の重量バランスの崩れを抑制することができる。加えて、プラグイン充電器１９とキャパシタ２２が側方から見て、少なくとも一部が重なる位置に配置されているので、車両１の前後の重量バランスの崩れも抑制することができる。この結果、充電時におけるジュール熱の発生による電力損失を抑制すると共に、車両１の重量バランスの崩れを抑制し、車両１の運動性能を向上させることができる。
【００７６】
また、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、質量の大きい動力伝達軸であるプロペラシャフト１４ａの両側に、プラグイン充電器１９とキャパシタ２２が夫々配置されているので、車両１の左右の重量バランスを更に向上させることができる。
【００７７】
さらに、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、車両１のプロペラシャフト１４ａを収容したトンネル部１５の中に質量の大きいバッテリ１８が配置され、その両側にプラグイン充電器１９とキャパシタ２２が夫々配置される（図１、図８）ので、車両１の左右の重量バランスを更に向上させることができる。さらに、トンネル部１５の中にバッテリ１８を配置することにより、車両１の前後方向の衝突時及び側面からの衝突時において、バッテリ１８を損傷から保護することができる。
【００７８】
また、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、車両１の後部に配置された燃料タンク１２ａよりも前方に、プラグイン充電器１９、キャパシタ２２及びバッテリ１８が配置されている（図６、図７）ので、これら質量の大きい部材が車両１の重心Ｇに近接して配置され、車両１の運動性能をより向上させることができる。
【００７９】
さらに、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、車両１の後部に変速機であるトランスミッション１４ｂが配置され、その前方にプラグイン充電器１９、キャパシタ２２及びバッテリ１８が配置されている（図６、図７）ので、車両１の電力供給系統を集約して配置することができ、これらを接続する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【００８０】
また、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、比較的質量の大きいプラグイン充電器１９及びキャパシタ２２が車両１の前輪２ｂと後輪２ａとの間に配置されている。この結果、プラグイン充電器１９及びキャパシタ２２が車両１の重心Ｇに近接して配置され、車両１のヨー慣性モーメントを小さくすることができ、車両１の運動性能を高めることができる。
【００８１】
さらに、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａがバッテリ１８の上方、且つバッテリ１８及びキャパシタ２２に隣接して配置されている（図６）ので、車両１の電力供給系統を集約して配置することができ、これらを接続する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【００８２】
また、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、インバータ１６ａ、２０ａが、バッテリ１８の上方に配置された高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａの前側に配置されている（図６）ので、インバータ１６ａ、２０ａがバッテリ１８と近接して配置されることとなり、これらを接続する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【００８３】
さらに、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、バッテリ１８がプロペラシャフト１４ａの下側に配置されている（図８）ので、プロペラシャフト１４ａと干渉することなく、バッテリ１８を車両１の下側から容易に交換することができる。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａがプロペラシャフト１４ａの上側に配置されているので、プロペラシャフト１４ａの上側の空間を有効に活用することができる。
【００８４】
また、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、インバータ２０ａが、バッテリ１８の上方且つ高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａの前側に配置されているので、車両１の前輪２ｂに近接して位置しており（図６）、前輪２ｂの副駆動モータ２０に電力を供給する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【００８５】
さらに、本実施形態の車両用電源装置１０によれば、副駆動モータ２０に対し、直列に接続されたバッテリ１８及びキャパシタ２２から電力が供給される（図２）ので、副駆動モータ２０をバッテリ１８単体よりも高電圧で駆動することができる。この結果、副駆動モータ２０を比較的低電流で駆動することができ、副駆動モータ２０に電力を供給する導電線で発生するジュール熱による損失を抑制することができる。
【００８６】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、車両を駆動するためのエンジン及びモータを備えた所謂ハイブリッド式の車両に本発明の電源装置を適用していたが、モータのみの動力、又はエンジンのみの動力によって駆動される車両に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００８７】
１    車両
２ａ  後輪（主駆動輪）
２ｂ  前輪（副駆動輪）
１０    車両用電源装置
１２    エンジン（原動機、内燃機関）
１２ａ  燃料タンク
１２ｂ  給油口
１４    動力伝達機構
１４ａ  プロペラシャフト（動力伝達軸）
１４ｂ  トランスミッション（変速機）
１４ｃ  トルクチューブ
１４ｄ  ドライブシャフト
１５    トンネル部
１６    主駆動モータ
１６ａ  インバータ
１７    外部電源
１８    バッテリ（蓄電器）
１９    プラグイン充電器
２０    副駆動モータ（インホイールモータ）
２０ａ  インバータ
２２    キャパシタ
２３    給電口
２４    制御装置（制御器）
２５    電装品
２６ａ  高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
２６ｂ  低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８    ステータ
２８ａ  ステータベース
２８ｂ  ステータシャフト
２８ｃ  ステータコイル
３０    ロータ
３０ａ  ロータ本体
３０ｂ  ロータコイル
３２    電気絶縁液室
３２ａ  電気絶縁液
３４    ベアリング
５０    フレーム
５２    カバー部材
【図１】
2020090169.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020090169.tif 000008
【図７】
2020090169.tif 000009
【図８】
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