(57)【要約】【課題】モータを備える自動車の電気系統の接地の状態をチェックする機構を低コストで実現する技術を提供する。【解決手段】自動車１００は、メインバッテリとドライブトレインとＤＣＤＣコンバータと電流センサを備える。メインバッテリは、車両駆動用モータに電力を供給する。ドライブトレインは、絶縁体（制振のためのゴム材）を介して車両ボディに搭載される。ＤＣＤＣコンバータは、メインバッテリの電圧を降圧して車両の他のデバイスへ電力を供給する。ＤＣＤＣコンバータは、ドライブトレインに固定されている。電流センサは、ＤＣＤＣコンバータの負極端子に流れる電流を検知する。ＤＣＤＣコンバータの負極端子は、ケーブルを介して車両ボディと導通しており、電流センサは、ＤＣＤＣコンバータのケースから突出している負極端子の周囲に取り付けられており、負極端子の先端に車両ボディと導通するケーブルが結線されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用モータに電力を供給するメインバッテリと、
車両ボディに絶縁体を介して搭載されるドライブトレインと、
ドライブトレインに固定されており、メインバッテリの電圧を降圧して車両の他のデバイスへ電力を供給するＤＣＤＣコンバータと、
ＤＣＤＣコンバータの負極端子に流れる電流を検知する電流センサと、を備えており、
電流センサは、ＤＣＤＣコンバータのケースから突出している負極端子の先端が露出するように負極端子の周囲に取り付けられており、負極端子の先端に車両ボディと導通するケーブルが結線されていることを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車や電気自動車など、駆動用モータ（走行のためのモータ）を備える自動車に関する。本明細書における自動車には、燃料電池車も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンのみを有する自動車と異なり、ハイブリッド車や電気自動車など駆動用モータを備える自動車は、電気系統が複雑である。まず、そのような自動車は、駆動用モータに電力を供給するための高電圧バッテリ（メインバッテリ）を備える。さらにそのような自動車は、駆動用モータ以外のデバイス、例えば、電気回路、エアコン、ワイパ、パワーウインドウなど（それらのデバイスは「補機」と総称される）、従来のエンジン車と共通する車載デバイスを駆動する低電圧のバッテリ（補機バッテリ）を備える。メインバッテリは１００Ｖ以上の高電圧であり、補機バッテリは、典型的には、１２Ｖ、２４Ｖ、あるいは、４２Ｖであり、メインバッテリよりもはるかに低い電圧を出力する。駆動用モータを備える自動車は、電圧の異なる２個のバッテリを備えるので、電気系統が複雑になり、その分コストが嵩む。電気系統をできるだけ簡便に構成し、コストを抑える様々な技術が提案されている。例えば特許文献１には、メインバッテリの電力をモータ駆動用電力に変換するためのコンバータとインバータに着目し、それらの接地（アース）に関する結線構造を工夫してコスト低減を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、電気自動車（ハイブリッド車含む）の構造の近年の特徴に着目して、電気系統の接地に関する構造を工夫し、コスト低減を図る技術を提供する。
【０００５】
近年のハイブリッド車や電気自動車の分野においては、半導体デバイス技術や実装技術の向上により、コンバータ（ＤＣＤＣコンバータ）やインバータの小型化が進んでいる。モータを制御するためのコンバータとインバータを合わせたパワーコントローラと呼ばれるユニットが小型化し、そのユニットがドライブトレイン（エンジン、モータ、及びトランスミッションの総称であり、トランスアクスルと呼ばれることもある）に取り付けられるようになってきた。また、パワーコントローラには、メインバッテリの電圧を、補機を駆動するのに適した電圧に降圧するＤＣＤＣコンバータも備えられている。このＤＣＤＣコンバータは、従来のエンジンのみの自動車のオルタネータに相当し、補機バッテリを充電する電力を作るのにも使われる。他方、ドライブトレインは、振動抑制のため、ゴム材（制振マウント）を介して車両ボディに取り付けられる。ゴム材は非導体であるため、ドライブトレインに固定されたＤＣＤＣコンバータと車両ボディは、そのままでは絶縁された状態となる。通常、車両ボディは補機のアースとして機能するが、ＤＣＤＣコンバータを車両ボディに直接に固定できるのであれば、ＤＣＤＣコンバータのケースと車両ボディが接するのでわざわざ結線する必要はない。しかし、ＤＣＤＣコンバータを搭載するドライブトレインが車両ボディに対して絶縁されている場合、ＤＣＤＣコンバータの負極と車両ボディをケーブルで結線する必要がある。ＤＣＤＣコンバータの負極は全ての補機の負極（アース）と接続するため、ＤＣＤＣの負極の結線は重要であり、結線が外れていないかチェックするメカニズムを備えることが望まれる。本発明は上記の課題に鑑み、ＤＣＤＣコンバータがドライブトレインに固定される近年の電気自動車（ハイブリッド車を含む）特有の構造に着目し、その電気系統の接地の状態をチェックする機構を低コストで実現する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する技術は、駆動用モータを備えた自動車に具現化することができる。その自動車は、メインバッテリとドライブトレインとＤＣＤＣコンバータと電流センサを備える。メインバッテリは、車両駆動用モータに電力を供給するためのバッテリである。ドライブトレインは、絶縁体（制振のためのゴム材）を介して車両ボディに搭載される。ＤＣＤＣコンバータは、メインバッテリの電圧を降圧して車両の他のデバイス（補機）へ電力を供給することができる。ＤＣＤＣコンバータは、ドライブトレインに固定されている。電流センサは、ＤＣＤＣコンバータの負極端子に流れる電流を検知する。本明細書が開示する一つの技術は、次の特徴を備える。即ち、ＤＣＤＣコンバータの負極端子が、ケーブルを介して車両ボディと導通しており、電流センサは、ＤＣＤＣコンバータのケースから突出している負極端子の周囲に取り付けられており、負極端子の先端に車両ボディと導通するケーブルが結線されている。電流センサは、負極端子の先端が露出するようにして負極端子に取り付けられている。ＤＣＤＣコンバータの負極端子は、ＤＣＤＣコンバータのケースに設けられた突起でよく、ケースを鋳造する際に形成されればよい。
【０００７】
電流センサは、リング状のプローブ（磁性体のリング）を有するものが低コストで一般的であるが、上記の構成によれば、ＤＣＤＣコンバータと車両ボディを導通させるケーブルを接続する前に、ＤＣＤＣコンバータに電流センサを組み込むことができる。具体的には、電流センサのリングにケースの突起（負極端子）を通し、電流センサをケースに固定する。そのような構成は、電流センサを組み込んだ状態でケーブルをＤＣＤＣコンバータの負極端子の先端に結線することができる。上記の構造を採用することによって、電流センサを含むＤＣＤＣコンバータの組み立て、及び、ＤＣＤＣコンバータの車両ボディへの組み付け作業を簡単化することができ、電計系統の接地に関わる製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】車両搭載機器のブロック図である。
【図２】電流センサ周辺の構造を表す模式的斜視図である。
【図３】電流モニタ処理のフローチャートである。
【実施例】
【０００９】
図１に、実施例の自動車の模式的ブロック図（搭載機器のブロック図）を示す。実施例の車両１００は、エンジンとモータ（車両駆動用モータ）を備えるハイブリッド車である。図１では、エンジンとモータ、及び、トランスミッションをドライブトレイン４として描いてある。良く知られているように、ハイブリッド車は、状況に応じてエンジンとモータを切り換えて用いる。大トルクが必要な場合はエンジンとモータを同時に用いる。ドライブトレイン４内部のトランスミッションが、エンジンの出力とモータの出力を切り換えたり、あるいは両者を加えてデフに伝達する。ドライブトレイン４は、パワートレイン、あるいは、トランスアクスルと呼ばれることもある。ドライブトレイン４の詳細な構造については説明を省略する。なお、モータは、ブレーキ時の減速エネルギ（回生エネルギ）を電気エネルギに変換するジェネレータも兼用する。
【００１０】
ドライブトレイン４は、制振マウント５を介してボディ６に搭載されている。制振マウント５はゴム製であり、非導体である。なお、図１では、車の輪郭を表す太い線が、車両のボディを示している。ドライブトレイン４の上部に、パワーコントローラ２が固定されている。パワーコントローラ２は、モータへ駆動電力を供給するとともに、モータを制御する。パワーコントローラ２には、２個のＤＣＤＣコンバータとインバータが内蔵されている。第１のＤＣＤＣコンバータは、メインバッテリ３の電圧を、モータ駆動に適した電圧に昇圧する。例えば、２００Ｖのバッテリ電圧を６００Ｖへ昇圧する。昇圧された電圧はインバータによって交流に変換される。また、インバータは、交流の周波数を変えることもできる。パワーコントローラ２は、周波数を変えることによってモータの回転数を制御する。モータ制御に関する詳しい説明は省略する。
【００１１】
パワーコントローラ２が有する第２のＤＣＤＣコンバータは、メインバッテリ３の電圧を、補機（パワーウインドウ、ナビゲーションシステムなどの電子機器、ワイパ、エアコンなど、通常のエンジン車両も有する電気デバイス）に適した電圧に変換する。補機に適した電圧の一例は、典型的には１２Ｖである。図１では、符号９が示す矩形が種々の補機を代表して表している。以下、第２のＤＣＤＣコンバータが電力を供給するデバイス群を補機群９と称する。第２のＤＣＤＣコンバータの出力は、補機バッテリ８の充電にも使われる。本実施例では、パワーコントローラのうち、上記第２のＤＣＤＣコンバータに着目するので、以後、符号２が表すデバイスを「ＤＣＤＣコンバータ２」と称する。なお、ＤＣＤＣコンバータ２が停止している間は、補機バッテリ８が補機群９に対して電力を供給する。
【００１２】
ＤＣＤＣコンバータ２の正極端子２ｂは、補機群９や補機バッテリ８の正極端子と接続されている。補機群９と補機バッテリ８の負極端子（アース）は車両のボディ６に接続されている。車のボディ６自体がアースの機能を果たす。ＤＣＤＣコンバータ２の負極端子２ａもＧＮＤケーブル２１を介してボディ６に接続されている。即ち、ＤＣＤＣコンバータ２の出力電流は、正極端子２ｂから出力され、補機群９及び補機バッテリ８の正極端子に流れ、補機群９及び補機バッテリ８の負極からボディ６へと流れ、ボディ６からＤＣＤＣコンバータ２の負極端子２ａへと環流する。
【００１３】
ＤＣＤＣコンバータ２のケースはアルミ製（導体）であり、ＤＣＤＣコンバータ内の回路の負極と導通している。即ち、ＤＣＤＣコンバータ２のケース自体が負極である。ＤＣＤＣコンバータ２が固定されているドライブトレイン４のケースもアルミ（導体）で作られているから、ＤＣＤＣコンバータ２のケースとドライブトレイン４のケースは導通する。しかし、ドライブトレイン４は、非導体（絶縁体）の制振マウント５を介して固定されているため、ＤＣＤＣコンバータ２とボディ６は直接には導通していない。ＤＣＤＣコンバータ２の負極２ａとボディ６は、ＧＮＤケーブル２１によって導通する。
【００１４】
図２に、ＤＣＤＣコンバータ２の負極端子２ａの周辺の模式的斜視図を示す。ＤＣＤＣコンバータ２のケース２ｃの上面に突起Ｓが形成されており、この突起Ｓが、負極端子２ａとして機能する。突起Ｓは、ケース２ｃと一体であり、ケース２ｃの鋳造の際に成形される。なお、先に述べたように、ＤＣＤＣコンバータ２のアルミ製のケース２ｃの全体が突起Ｓと同電位であるが、ここでは特に突起Ｓを「負極端子２ａ」と呼ぶ。突起Ｓの根元には電流センサ１５のリング状プローブ１３が取り付けられている。別言すれば、電流センサ１５のリング状のプローブ１３を突起Ｓ（負極端子２ａ）が貫いている。プローブ１３は、負極端子２ａ（突起Ｓ）の先端が露出するように、突起Ｓを囲んで取り付けられている。プローブ１３からケーブルが伸びており、センサ本体１４に繋がっている。
【００１５】
電流センサ１５について簡単に説明する。プローブ１３は磁性体でできており、リング中央の空間を電流が貫くと、磁性体内部に磁界が発生する。電流センサはこの磁界を検知し、リング内側の空間を通過する電流を計測する。具体的には、ある種の電流センサは、リングの途中にホール素子が配置されているとともにリングにコイルが巻かれており、ホール素子が検知する磁界とコイルを流れる誘導起電力の大きさから、リング中央を貫く電流の大きさを計測する。
【００１６】
突起Ｓ（負極端子２ａ）の先端に、ＧＮＤケーブル２１の端部のリング端子２３が、ボルト２５で固定されている。ＧＮＤケーブル２１の他端はボディ６（図１参照）に接続されている。また、ＧＮＤケーブル２１はその途中で、絶縁シールド２２を介してケース２ｃの縁２ｄに固定されている。
【００１７】
図２に示す構成により、電流センサ１５が、ＧＮＤケーブル２１を介して負極端子２ａに流れ込む電流を計測する。図２に示す構成から明らかなとおり、ＤＣＤＣコンバータ２は、電流センサ１５（リング状のプローブ１３）を組み付けた後に、ＧＮＤケーブル２１を結線することができる。即ち、ＤＣＤＣコンバータ２は、電流センサ１５を組み込んだ後に、車両に搭載し、その後にＧＮＤケーブル２１を結線することができる。そのような組み立て手順を採用することができるため、車両製造におけるＤＣＤＣコンバータ２の接地（アース）構造に関わるコストを抑制することができる。
【００１８】
図３を参照して、電流センサ１５による電流モニタリング処理について説明する。図３のフローチャートの処理は、ＤＣＤＣコンバータ２内の演算ユニット（ＣＰＵ）が実行する。図３のフローチャートのルーチンは、ＤＣＤＣコンバータ２が動作を開始すると、即ち、ＤＣＤＣコンバータ２が１２Ｖ電圧を出力し始めたときに起動される。ＤＣＤＣコンバータ２は、電流センサ１５の他に、出力電流を計測する別の電流センサも備えており、その電流センサにより、演算ユニットは出力電流Ioutを取得する（Ｓ２）。次に、前述した電流センサ１５により、ＧＮＤケーブル２１から負極端子２ａに流れ込むＧＮＤ電流Iinを計測する（Ｓ４）。演算ユニットは、出力電流IoutとＧＮＤ電流Iinとの差分が閾値Ｔｈを超えているか否かをチェックする（Ｓ６）。演算ユニットは、ＤＣＤＣコンバータ２が出力を停止するまで、上記の処理を繰り返し実行する（Ｓ６：ＮＯ、Ｓ１０：ＮＯ、Ｓ２）。電流差分が閾値Ｔｈを超えていた場合、演算ユニットは、ＤＣＤＣコンバータ２の出力を停止するとともに、車両のインパネに配置された警告ランプを点灯させる（Ｓ８）。
【００１９】
出力電流IoutとＧＮＤ電流Iinとの差分が閾値Ｔｈを超えていることは、電流がどこかへ洩れているか（漏電）、あるいは、負極端子２ａに全く電流が流れていないことを意味する。特に、後者の場合は、ＧＮＤケーブル２１が外れている可能性を示唆する。そのような場合は（漏電しているか、あるいは、ＧＮＤケーブルが外れている可能性がある場合）、異常事態であるとして、演算ユニットは、ＤＣＤＣコンバータ２の出力を停止するとともに、警告ランプを点灯させる。なお、閾値Ｔｈは、小さい値でよく、好ましくは、電流計測の誤差程度の大きさでよい。わずかでも漏電した場合にはＤＣＤＣコンバータを停止することが好ましいからである。
【００２０】
実施例に示した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車だけでなく、燃料電池車を含む電気自動車に適用してよい。実施例におけるドライブトレイン４は、エンジンを含んでもよいし、含まなくともよい。当然ではあるが、電気自動車の場合、ドライブトレインはエンジンを含まない。
【００２１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２２】
２：ＤＣＤＣコンバータ（パワーコントローラ）
２ａ：負極端子
２ｂ：正極端子
２ｃ：ケース
３：メインバッテリ
４：ドライブトレイン
５：制振マウント
６：ボディ
８：補機バッテリ
９：補機群
１３：プローブ
１４：センサ本体
１５：電流センサ
２１：ＧＮＤケーブル
２２：絶縁シールド
２３：リング端子
２５：ボルト
１００：車両
Ｓ：突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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