JP2020068075A - 電動装置及び電動装置モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】様々なレイアウトに対応できて、部品の共用化を図ることができる電動装置及び電動装置モジュールを提供する。
【解決手段】燃料電池車両７０に搭載される駆動制御装置１４、１４Ａ（ＰＤＵ）から電力供給を受けて動作する電動装置１２（エアポンプ）は、駆動制御装置１４と直接接続されるように構成された第１の接続端子部１６と、駆動制御装置１４Ａとケーブル１９を介して接続されるように構成された第２の接続端子部１８と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池車両に搭載される電動装置及び電動装置モジュールに関する。

従来より、モータールーム内に燃料電池、駆動用モータ、電力供給装置及びそれらの補機類を収めた燃料電池車両において、種々のレイアウト構造が提案されている。補機類の中でも、大型で嵩張るエアポンプや駆動用モータ等の電動装置と、その電動装置に電力を供給する駆動制御装置とについては、個々の車両のパッケージ構成に適合するようなレイアウトに応じて個別に設計がなされている。

例えば、特許文献１には、エアポンプを車両の前方に設けるとともに、そのエアポンプ用の電力供給装置をエアポンプの後方に離れた位置に配置し、両者をケーブルで接続する構成が示されている。

特開２０１４−１１３９１０号公報

しかしながら、車両のパッケージ構成に応じて個別に電力供給装置の構造を設計していたのでは、部品の共通化が図れず、コスト高になってしまうという問題がある。例えば、モータールームに比較的余裕がある大型の車両では、エアポンプと駆動制御装置とを一体化してケーブルを無くす構造を採用することができるが、その場合には専用のモデルのエアポンプ及び駆動制御装置を用意する必要があり、部品の共用化が図れない。また、車両の設計の途中段階で、車両のパッケージ構造の変更が生じた場合において、電動装置と駆動制御装置のレイアウトを柔軟に変更できないという問題もある。

本発明は、様々なレイアウトに対応できて、部品の共用化を図ることができる電動装置及び電動装置モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一観点は、燃料電池車両に搭載される駆動制御装置から電力供給を受けて動作する電動装置であって、前記駆動制御装置と直接接続されるように構成された第１の接続端子部と、前記駆動制御装置とケーブルを介して接続されるように構成された第２の接続端子部と、を備える電動装置にある。

本発明の別の一観点は、燃料電池車両に搭載される電動装置と、前記電動装置に駆動電力を供給する駆動制御装置と、を備えた電動装置モジュールであって、前記電動装置は、直接接続用の第１の接続端子部と、ケーブル接続用の第２の接続端子部とを有し、前記駆動制御装置は、前記第１の接続端子部に直接接続されている、電動装置モジュールにある。

本発明のさらに別の一観点は、燃料電池車両に搭載される電動装置と、前記電動装置に駆動電力を供給する駆動制御装置と、を備えた電動装置モジュールであって、前記電動装置は、直接接続用の第１の接続端子部と、ケーブル接続用の第２の接続端子部とを有し、前記駆動制御装置は、ケーブルを介して前記第２の接続端子部に接続されている、電動装置モジュールにある。

上記の電動装置及び電動装置モジュールによれば、電動装置側に複数のレイアウトに対応できるように複数種類の接続端子部を設けた。これにより、複数種類の接続端子部の使い分けによって、電動装置モジュールにおいて、電動装置と駆動制御装置とを直接接続したレイアウトと、電動装置と駆動制御装置とをケーブルで接続するレイアウトとの選択が可能となる。その結果、電動装置を共通の部品としつつも、様々な車両パッケージに合わせて適切な位置に電動装置及び電動装置モジュールを配置できる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。 図２Ａは、本発明の実施形態に係るエアポンプの第１のレイアウトを示す平面図であり、図２Ｂは、本発明の実施形態に係るエアポンプの第２のレイアウトを示す平面図である。 図３Ａは、相対的に大きなモータールームを有する燃料電池車両に第１のレイアウトのエアポンプを搭載した例を示す模式図であり、図３Ｂは相対的に小さなモータールームを有する燃料電池車両に第２のレイアウトのエアポンプを搭載した例を示す模式図である。

以下、本発明の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。

本発明の一実施形態に係る燃料電池システム６０は、例えば燃料電池車両に搭載され、駆動用モータ２２等の負荷に電力を供給する。

図１に示すように、燃料電池システム６０は、酸化剤ガスと、水素タンク５４から供給される燃料ガス（水素）とを電気化学反応させて発電する燃料電池５２（燃料電池スタック）を備えている。燃料電池５２の電力は、車両駆動装置２０に供給される。車両駆動装置２０は、車両の車輪に回転力を与える駆動用モータ２２と、駆動用モータ２２に駆動用電力を供給するＰＤＵ２４（パワードライブユニット）とを備える。パワードライブユニット２４は、燃料電池５２と駆動用モータ２２との間に接続され、駆動用モータ２２に駆動用の電力を供給する。

燃料電池システム６０は、さらに、燃料電池５２を動作させるための補機として、酸化剤ガス供給装置１０、加湿器５８、燃料ガス供給装置４０、燃料ガス循環装置３０、エゼクタ５６、及びそれらを接続する配管の開閉を行う不図示のバルブ類とを備えている。

酸化剤ガス供給装置１０は、酸化剤ガスとして空気を加圧して燃料電池５２に送り込むエアポンプ１２と、エアポンプ１２に駆動電力を供給するＰＤＵ１４（パワードライブユニット）とを備える。ＰＤＵ１４の内部には、バッテリ又は燃料電池５２から供給される直流電流を交流電流に変換してエアポンプ１２に出力する制御回路が含まれている。また、燃料ガス供給装置４０は、燃料ガスである水素を加圧してエゼクタ５６に送り込むインジェクタ４２と、インジェクタ４２に駆動電力を供給するＰＤＵ４４（パワードライブユニット）とを備える。燃料ガス循環装置３０は、水素ポンプ３２と、水素ポンプ３２に駆動電力を供給するＰＤＵ３４とを備える。

上記の燃料電池システム６０を構成する、燃料電池５２、酸化剤ガス供給装置１０、車両駆動装置２０、燃料ガス循環装置３０及び燃料ガス供給装置４０は、燃料電池車両７０のモータールーム７２内に、車両のパッケージ構成に沿って搭載される（図３Ａ参照）。これらの機器の中でも、比較的大きな酸化剤ガス供給装置１０は、以下に説明するように、燃料電池車両７０のモータールーム７２のサイズに合わせて柔軟にレイアウト構成を変更できるように構成されている。

図２Ａに示すように、酸化剤ガス供給装置１０のエアポンプ１２（電動装置）は、内部にモータと圧縮器とを内蔵しており、それらの回転軸を中心とする円筒状のハウジング１２ａを備えている。ハウジング１２ａの側部には、上部に向けて伸びた第１の接続端子部１６が設けられている。第１の接続端子部１６には上方を向いた端子面１６ａが形成されている。また、第１のＰＤＵ１４（駆動制御装置）の下面１４ｃには、第１の接続端子部１６の端子面１６ａに対応する部分に直接接続用端子部１４ａが設けられている。直接接続用端子部１４ａは、端子面１６ａに対応する接続端子を有している。

図２Ｂに示すように、エアポンプ１２のハウジング１２ａの下端部には、ケーブル１９を接続するための第２の接続端子部１８が形成されている。第２の接続端子部１８には、下方を向いた端子面１８ａが形成されている。ケーブル１９の一端には第１のコネクタ１９ａが設けられ、他端には、第２のコネクタ１９ｂが設けられている。第１のコネクタ１９ａは、端子面１８ａの端子配列に対応する端子配列を有しており、第１のコネクタ１９ａを端子面１８ａに接続することで、第２の接続端子部１８にケーブル１９が接続される。

なお、第１のＰＤＵ１４との機械的な接続強度を高めるために、第１の接続端子部１６の端子面１６ａの面積は、第２の接続端子部１８の端子面１８ａの面積よりも広く形成しておくと好適である。

また、第２のＰＤＵ１４Ａには、ケーブル１９と接続するためのコネクタ受け部１４ｂが設けられている。コネクタ受け部１４ｂは、ケーブル１９の第２のコネクタ１９ｂと接続可能な端子を備えている。第２のＰＤＵ１４Ａは、コネクタ受け部１４ｂを介してケーブル１９と電気的に接続可能となっている。

図２Ａに示すように、第１のレイアウトに係る酸化剤ガス供給装置１０においては、エアポンプ１２の第１の接続端子部１６に第１のＰＤＵ１４の直接接続用端子部１４ａが接続される。これにより、エアポンプ１２の上に第１のＰＤＵ１４がケーブル１９を介さずに直接電気的及び機械的に接続される。このように、第１のレイアウトでは、酸化剤ガス供給装置１０のエアポンプ１２上に第１のＰＤＵ１４が直接載置されて一体的に接続された形態となる。第１のレイアウトでは、第１のＰＤＵ１４とエアポンプ１２とは最短距離で接続され、第１のＰＤＵ１４とエアポンプ１２間の電力損失が減少し、ノイズの発生が抑制される。

なお、第１のレイアウトに係る酸化剤ガス供給装置１０では、第２の接続端子部１８は使用されない。この場合には、第２の接続端子部１８の端子面１８ａにキャップ１８ｃを被せておくことで第２の接続端子部１８を保護しておくことが好ましい。

また、図２Ｂに示すように、第２のレイアウトに係る酸化剤ガス供給装置１０Ａでは、エアポンプ１２の第２の接続端子部１８にケーブル１９の第１のコネクタ１９ａが接続される。また、第２のＰＤＵ１４Ａのコネクタ受け部１４ｂにはケーブル１９の第２のコネクタ１９ｂが接続される。すなわち、エアポンプ１２と第２のＰＤＵ１４Ａとがケーブル１９を介して接続される。第２のレイアウトでは、ケーブル１９の届く範囲において、第２のＰＤＵ１４Ａをエアポンプ１２から離れた場所に配置できる。なお、第２のレイアウトにおいて、第１の接続端子部１６は使用されない。この場合には、第１の接続端子部１６の端子面１６ａをカバー部材１６ｃで覆うことで、第１の接続端子部１６を保護しておくことが好ましい。

上記のように構成された本実施形態の酸化剤ガス供給装置１０（電動装置モジュール）の作用について、図３Ａ及び図３Ｂを参照しつつ説明する。

図３Ａに示すように、燃料電池車両７０において、車体７１の前部には、モータールーム７２が設けられている。モータールーム７２の後部には、キャビン７４とモータールーム７２とを区画するダッシュボード７５が設けられている。ダッシュボード７５の下端部には、アッパフロアパネル７６が接続されている。アッパフロアパネル７６は、車体７１の左右方向全体に亘って形成されるとともに、前後方向に沿って延在している。

また、アッパフロアパネル７６の下方には、車体７１の下面を構成するアンダフロアパネル７８が、アッパフロアパネル７６を覆うように形成されている。モータールーム７２の左右方向両側には不図示のサイドフレームが前後方向に伸びて形成されており、そのサイドフレームにエアポンプ１２が取り付けられている。

燃料電池車両７０は、比較的大きなモータールーム７２を有しており、酸化剤ガス供給装置１０（電動装置モジュール）は、エアポンプ１２の上に第１のＰＤＵ１４が直接接続された第１のレイアウトで搭載されている。すなわち、エアポンプ１２の第１の接続端子部１６を介して第１のＰＤＵ１４とエアポンプ１２とが接続されている。酸化剤ガス供給装置１０において、エアポンプ１２の上に第１のＰＤＵ１４を直接接続することで、ＰＤＵ１４とエアポンプ１２とを最短の距離で接続できるため、電力の損失が少なくなるとともに、ノイズの発生が抑制される。

一方、図３Ｂに示す燃料電池車両７０Ａは、図３Ａの燃料電池車両７０よりも小型の車種であり、モータールーム７２Ａのサイズも、図３Ａのモータールーム７２のサイズよりも小さい。

この燃料電池車両７０Ａでは、第１のレイアウトに係る酸化剤ガス供給装置１０（図３Ａ参照）のように、エアポンプ１２の上に第２のＰＤＵ１４Ａを直接接続した状態ではモータールーム７２Ａの内部に酸化剤ガス供給装置１０の全部を搭載できない。そのため、図示のように、酸化剤ガス供給装置１０Ａは、エアポンプ１２と、第２のＰＤＵ１４Ａとが分離した第２のレイアウトで搭載される。

エアポンプ１２と第２のＰＤＵ１４Ａとは、ケーブル１９を介して接続されている。すなわち、エアポンプ１２の第２の接続端子部１８と、第２のＰＤＵ１４Ａのコネクタ受け部１４ｂとにケーブル１９が接続されることで、エアポンプ１２と第２のＰＤＵ１４Ａとが電気的に接続される。

第２のＰＤＵ１４Ａは、エアポンプ１２の後方の、アッパフロアパネル７６とアンダフロアパネル７８との間のスペースに配置される。このように、第２のＰＤＵ１４Ａをアッパフロアパネル７６とアンダフロアパネル７８との間のスペースに配置することで、比較的狭いモータールーム７２Ａを有する燃料電池車両７０Ａに対しても、部品の共通化を図りつつ搭載することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電動装置及び電動装置モジュールは、以下の効果を奏する。

本実施形態に係るエアポンプ１２は、第１のＰＤＵ１４（駆動制御装置）と直接接続される第１の接続端子部１６と、第２のＰＤＵ１４Ａ（駆動制御装置）とケーブル１９を介して接続される第２の接続端子部１８と、を有している。

上記の構成により、エアポンプ１２の第１の接続端子部１６と第２の接続端子部１８との選択により、第１のＰＤＵ１４を直接接続した第１のレイアウトと、第２のＰＤＵ１４Ａをケーブル１９を介して接続した第２のレイアウトとを選択できる。その結果、モータールーム７２、７２Ａのサイズに合わせて、最適なレイアウトを選択できる。また、レイアウトの変更にあたって、エアポンプ１２の構造を変更する必要がなく、部品の共通化を図ることができる。

上記のエアポンプ１２（電動装置）において、第１の接続端子部１６と第２の接続端子部１８とを異なる向きに配置してもよい。これにより、ＰＤＵ１４、１４Ａ又はケーブル１９の接続方向を変えることができる。

上記のエアポンプ１２（電動装置）において、第１の接続端子部１６の端子面１６ａの面積を、第２の接続端子部１８の端子面１８ａの面積よりも広くすると好適である。このように、第１のＰＤＵ１４を直接接続する第１の接続端子部１６の端子面１６ａの面積を広くすることにより、第１のＰＤＵ１４とエアポンプ１２との機械的な接続状態を強固にすることができて好適である。

本実施形態に係る酸化剤ガス供給装置１０（電動装置モジュール）は、燃料電池車両７０、７０Ａのモータールーム７２、７２Ａに搭載されるエアポンプ１２（電動装置）と、エアポンプ１２（電動装置）に駆動電力を供給するＰＤＵ１４、１４Ａ（駆動制御装置）と、を備えている。エアポンプ１２（電動装置）は、第１のＰＤＵ１４（駆動制御装置）と直接接続される第１の接続端子部１６と、第２のＰＤＵ１４Ａ（駆動制御装置）とケーブル１９を介して接続される第２の接続端子部１８と、を有している。そして、エアポンプ１２の第１の接続端子部１６には第１のＰＤＵ１４が直接接続されている。上記の構成により、エアポンプ１２と第１のＰＤＵ１４とがケーブル１９無しで一体的に接続された第１のレイアウトを実現できる。エアポンプ１２の上に第１のＰＤＵ１４を一体的に接続することにより、第１のＰＤＵ１４とエアポンプ１２とを最短距離で接続でき、電力損失の抑制及びノイズの抑制を図ることができる。

本実施形態に係る酸化剤ガス供給装置１０Ａ（電動装置モジュール）は、燃料電池車両７０、７０Ａのモータールーム７２、７２Ａに搭載されるエアポンプ１２（電動装置）と、エアポンプ１２（電動装置）に駆動電力を供給するＰＤＵ１４、１４Ａ（駆動制御装置）と、を備えている。エアポンプ１２（電動装置）は、第１のＰＤＵ１４（駆動制御装置）と直接接続される第１の接続端子部１６と、第２のＰＤＵ１４Ａ（駆動制御装置）とケーブル１９を介して接続される第２の接続端子部１８と、を有している。そして、第２のＰＤＵ１４Ａ（駆動制御装置）はケーブル１９を介して第２の接続端子部１８に接続される。上記の構成により、エアポンプ１２と離れた位置に第２のＰＤＵ１４Ａを配置可能な第２のレイアウトを実現できる。

上記の酸化剤ガス供給装置１０Ａ（電動装置モジュール）において、第２のＰＤＵ１４Ａ（駆動制御装置）が燃料電池車両７０Ａのキャビン７４のアッパフロアパネル７６の下に配置されていてもよい。このようなレイアウトを採用することで、比較的小さなモータールーム７２Ａに対しても、設計変更を行うことなく酸化剤ガス供給装置１０Ａを搭載することができる。また、第２のＰＤＵ１４Ａ（駆動制御装置）を燃料電池車両７０Ａのキャビン７４のアッパフロアパネル７６の下に配置することで、燃料電池車両７０Ａを低重心化できる。

なお、上記の説明では、酸化剤ガス供給装置１０を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、駆動用モータ２２及びＰＤＵ２４を備えた車両駆動装置２０及びインジェクタ４２及びＰＤＵ４４を備えた燃料ガス供給装置４０においても、複数種類の接続端子部を設けて、複数のレイアウト構成に対応可能とすることができる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０…酸化剤ガス供給装置 １２…エアポンプ
１４、２４、３４、４４…パワードライブユニット
１４ａ…直接接続用端子部 １４ｂ…コネクタ受け部
１６…第１の接続端子部 １８…第２の接続端子部
１９…ケーブル １９ａ、１９ｂ…コネクタ
６０…燃料電池システム ７０、７０Ａ…燃料電池車両
７２、７２Ａ…モータールーム

Claims (8)

1. 燃料電池車両に搭載される駆動制御装置から電力供給を受けて動作する電動装置であって、
   前記駆動制御装置と直接接続されるように構成された第１の接続端子部と、
   前記駆動制御装置とケーブルを介して接続されるように構成された第２の接続端子部と、
   を備える、電動装置。
2. 請求項１記載の電動装置であって、前記第１の接続端子部と前記第２の接続端子部とが異なる方向を向いている、電動装置。
3. 請求項１又は２記載の電動装置であって、前記第１の接続端子部の端子面の面積は前記第２の接続端子部の端子面の面積よりも広い、電動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動装置であって、前記電動装置がエアポンプである、電動装置。
5. 燃料電池車両に搭載される電動装置と、前記電動装置に駆動電力を供給する駆動制御装置と、を備えた電動装置モジュールであって、
   前記電動装置は、直接接続用の第１の接続端子部と、ケーブル接続用の第２の接続端子部とを有し、
   前記駆動制御装置は、前記第１の接続端子部に直接接続されている、電動装置モジュール。
6. 請求項５記載の電動装置モジュールであって、前記電動装置はエアポンプであり、前記駆動制御装置が前記第１の接続端子部を介して、前記エアポンプの上に直接接続されている、電動装置モジュール。
7. 燃料電池車両に搭載される電動装置と、前記電動装置に駆動電力を供給する駆動制御装置と、を備えた電動装置モジュールであって、
   前記電動装置は、直接接続用の第１の接続端子部と、ケーブル接続用の第２の接続端子部とを有し、
   前記駆動制御装置は、ケーブルを介して前記第２の接続端子部に接続されている、電動装置モジュール。
8. 請求項７記載の電動装置モジュールであって、前記電動装置はエアポンプであり、前記駆動制御装置が前記ケーブルを介して前記エアポンプに電気的に接続されるとともに、前記駆動制御装置が前記燃料電池車両のキャビンのアッパフロアパネルの下に配置されている、電動装置モジュール。

Images