CN108725236A - 高电压单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高电压单元，搭载于车辆，具备高电压部件和收容高电压部件的壳体。壳体具有：侧面，设置有接受来自水平方向的冲击的输入的受压部；和平面部，与侧面的内侧相邻并供高电压部件配置。高电压部件相对于设置有受压部的侧面而空出间隙地配置于平面部。在平面部的与间隙对应的区域中，在夹在受压部和高电压部件之间的部分设置有脆弱部，在区域中的除了脆弱部之外的部分设置有强度比脆弱部高的高强度部。

Description

高电压单元

技术领域

本发明涉及高电压单元。

背景技术

专利文献1公开了具备燃料电池的车辆。在专利文献1公开的燃料电池的上表面安装有电池电压控制单元、燃料电池发电控制单元、继电器箱等具备各种高电压部件的高电压单元。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2014-076716号公报

发明内容

【发明要解决的问题】

这种高电压单元从确保电气安全性的观点出发而提高其强度。然而，即使壳体的强度充分提高，由于对于壳体的冲击的施加方式各种各样，因此也存在无法降低对于内部收容的高电压部件的冲击的情况。因此，在配置于车辆的高电压单元中，希望能够降低对于内部收容的高电压部件的冲击的技术。

【用于解决问题的手段】

本发明为了解决上述的课题而作出，可以作为以下的方式实现。

(1)根据本发明的一方式，提供一种搭载于车辆的高电压单元。该高电压单元具备：高电压部件；和壳体，收容所述高电压部件。并且，其特征在于，所述壳体具有：侧面，设置有接受来自水平方向的冲击的输入的受压部；和平面部，与所述侧面的内侧相邻，供所述高电压部件配置，所述高电压部件相对于设置有所述受压部的所述侧面而空出间隙地配置于所述平面部，在所述平面部的与所述间隙对应的区域中，在夹在所述受压部和所述高电压部件之间的部分设置有脆弱部，在所述区域中的除了所述脆弱部之外的部分设置有强度比所述脆弱部高的高强度部。如果是这样的方式的高电压单元，则能通过平面部提高对于水平方向的壳体的强度，而且，能够通过受压部限定被输入冲击的部位。并且，由于在受压部与高电压部件之间设置有脆弱部，因此在从受压部输入了冲击时，能够通过脆弱部吸收该冲击的至少一部分。因此，能够降低对于壳体内的高电压部件施加的冲击。

(2)在上述方式的高电压单元中，可以是，所述脆弱部通过在所述平面部形成贯通孔而构成。根据这样的方式的高电压单元，能够以简易的结构形成脆弱部。

(3)在上述方式的高电压单元中，可以是，所述平面部位于所述侧面的上端与下端之间。如果是这样的形态的高电压单元，则能够提高高电压单元的对于水平方向的强度。

(4)在上述方式的高电压单元中，可以是，所述受压部接受来自所述车辆的宽度方向的冲击的输入。如果是这样的方式的高电压单元，则能够提高对于来自车辆的侧面的碰撞的耐久性。

(5)在上述方式的高电压单元中，可以是，所述平面部构成供用于冷却高电压部件的制冷剂流动的制冷剂流路的壁面。如果是这样的方式的高电压单元，则能够通过平面部有效地对高电压部件进行冷却。

本发明能够以各种形态实现，例如，能够以搭载有上述的高电压单元的燃料电池系统或车辆等方式实现。

附图说明

图1是表示具备高电压单元的燃料电池单元的概略结构的立体图。

图2是高电压单元壳体的俯视图。

图3是高电压单元壳体的主视图。

图4是高电压单元壳体的后视图。

图5是高电压单元壳体的右侧视图。

图6是高电压单元壳体的左侧视图。

图7是高电压单元壳体的仰视图。

图8是图2的VIII-VIII剖视图。

图9是表示在凹陷安装有流路形成罩的情况的图。

图10是在凹陷安装有流路形成罩时的剖视图。

图11是表示高电压单元壳体内的各种电气设备的配置的示意图。

图12是表示高电压单元壳体内的各种电气设备的配置的示意图。

图13是表示车辆内的燃料电池单元的配置的图。

图14是表示第二实施方式的高电压单元壳体的结构的剖视图。

【符号说明】

10…燃料电池组

17…车室

18…车辆

19…前舱

20…外部供电单元

30…线束

41…燃料电池组壳体

42、42b…高电压单元壳体

43…凹部

44、44b…罩

47、47b…平面部

48…连接壁

51…凹陷

52…流路形成罩

53…翅片

54…制冷剂流路

55、56…开口

60…连通孔

70…功率模块

71…单电池监控器

72…继电器

73…电流传感器

74…汇流条

75…电抗器

76…控制装置

77…高压接口

81、82…泵变换器

83…空调器用连接器

84…蓄电池用连接器

85…电力控制单元用连接器

100…燃料电池单元

122…受压部

130…电力控制单元

150…悬架梁

154、155…悬挂塔架

156…前围板

157…保险杠加强件

158…主体

410…组单元

420…高电压单元

421…第一侧面(前表面)

422…第二侧面(后表面)

423…第三侧面(右侧面)

424…第四侧面(左侧面)

425…上表面

426…顶面

471…脆弱部

472…高强度部

473…贯通孔

A1…间隙区域

具体实施方式

A.第一实施方式：

图1是表示具备作为本发明的一实施方式的高电压单元420的燃料电池单元100的概略结构的立体图。燃料电池单元100搭载于燃料电池车辆。图1描绘出相互正交的3个方向(X方向、Y方向、Z方向)。Z方向是朝向铅垂上方的方向。X方向是与Z方向正交的方向，在燃料电池单元100搭载于车辆的情况下，是从驾驶席观察时的右侧的方向。Y方向是与Z方向及X方向正交的方向，在燃料电池单元100搭载于车辆的情况下，是从驾驶席观察时的前侧的方向。图2以后所示的各方向对应于图1所示的各方向。

燃料电池单元100具备组单元410和高电压单元420。组单元410具备上方开口的大致长方体状的燃料电池组壳体41。在燃料电池组壳体41内配置而固定有燃料电池组10。燃料电池组10通过将多个燃料电池单电池层叠而构成。本实施方式的燃料电池单电池是固体高分子型燃料电池，接受氢和氧的供给而发电。需要说明的是，作为燃料电池，并不局限于固体高分子型，可以采用使用氢进行发电的各种类型的燃料电池。

高电压单元420具备后述的各种高电压部件和用于收容这些高电压部件的高电压单元壳体42。高电压单元壳体42具有下方开口的大致长方体状的形状。在高电压单元壳体42的上表面425的一部分设置有凹部43。在凹部43上安装有用于闭塞凹部43的罩44。需要说明的是，以下，将高电压单元壳体42的上表面425中的未设置凹部43的部分称为顶面426。

高电压单元壳体42配置在燃料电池组壳体41的上方，通过螺栓而固定于燃料电池组壳体41。燃料电池组壳体41的上方开口，高电压单元壳体42的下方也开口，因此在燃料电池单元100内，组单元410的内部空间与高电压单元420的内部空间连通。燃料电池组壳体41及高电压单元壳体42可以由例如铝或铝合金形成。需要说明的是，燃料电池组壳体41及高电压单元壳体42也可以由不锈钢等其他种类的金属形成。

高电压单元420收纳包含高电压部件的多个电气设备。高电压部件是电气设备，例如从安全性的见解出发，可以设为要求抑制由于车辆的碰撞时等的高电压单元壳体42的损伤而从高电压单元壳体42的露出的任意的设备。这样的要求可以是例如基于法律等各种规则的规定的要求。高电压部件可以设为例如动作电压未直流60V以上或交流30V以上的设备。而且，高电压部件的动作电压可以设为直流100V以上。而且，高电压部件的动作电压可以设为直流300V以下。

图2是高电压单元壳体42的俯视图。图3是高电压单元壳体42的主视图。图4是高电压单元壳体42的后视图。图5是高电压单元壳体42的右侧视图。图6是高电压单元壳体42的左侧视图。图7是高电压单元壳体42的仰视图。图8是图2的VIII-VIII剖视图。需要说明的是，在附图中，各剖视图的剖面部分的阴影省略。

如图2～7所示，高电压单元壳体42具备第一侧面421、第二侧面422、第三侧面423、第四侧面424及上表面425。以下，将第一侧面421也称为前表面421，将第二侧面422也称为后表面422，将第三侧面423也称为右侧面423，将第四侧面424也称为左侧面424。从在第一侧面421、第二侧面422、第三侧面423、第四侧面424及顶面426形成的开口部引出各种线束，连接于燃料电池单元100外的装置。需要说明的是，各开口部与线束之间的间隙由盖构件或密封构件密闭。

第一侧面421、第二侧面422、第三侧面423及第四侧面424的外表面为大致平面。大致平面包括面整个区域完全平坦和在面的一部分具有凹凸或贯通孔。即，大致平面包括即使在面的一部分存在凹凸或贯通孔也能够掌握构成外形的面或壁那样的情况。第一侧面421、第二侧面422、第三侧面423及第四侧面424的外形形状在从这各侧面的法线方向观察的情况下均为大致长方形。

如图2及图5所示，高电压单元壳体42具有接受来自水平方向的冲击的输入的受压部122。在本实施方式中，受压部122由沿X方向突出的格子状的肋构成。该受压部122设置于高电压单元420的右侧面423。需要说明的是，受压部122的结构并不局限于格子状的肋，例如，可以是相当于受压部122的部分整体的厚度比其他的部分大。而且，可以通过在相当于受压部122的部分安装强度高的其他的部件来构成受压部122。

如图2及图8所示，高电压单元壳体42具有配置高电压部件的平面部47。平面部47沿着水平方向设置于高电压单元壳体42。平面部47与设置有受压部122的右侧面423的内侧相邻。在本实施方式中，如图8所示，平面部47位于右侧面423的上端与下端之间。如图2所示，在平面部47设置有脆弱部471和高强度部472。关于高电压部件、脆弱部471及高强度部472的配置及它们的详情在后文叙述。需要说明的是，平面部47的上表面及下表面为大致平面。

如已述那样，在高电压单元壳体42的上表面425形成有凹部43。凹部43的底面由平面部47构成。而且，凹部43通过第一侧面421、第二侧面422及第三侧面423的各自的内表面来构成+Y方向侧、-Y方向侧、+X方向侧的侧面。凹部43的-X方向侧的侧面由将平面部47的-X方向侧的端部与顶面426的+X方向的端部沿铅垂方向连结的连接壁48(图8)构成。即，凹部43由平面部47、第一侧面421、第二侧面422、第三侧面423、连接壁48来区划。

如图7及图8所示，在平面部47的-Z方向侧(燃料电池组壳体41侧)形成有沿Y方向延伸且在X方向为宽幅的凹陷51。在该凹陷51从-Z方向侧安装流路形成罩52(图9)。

图9是表示在凹陷51安装有流路形成罩52的情形的图。在图9中，对流路形成罩52标注阴影来表示。图10是在凹陷51安装有流路形成罩52时的剖视图。如图10所示，在流路形成罩52的上表面，沿Y方向的翅片53沿X方向并列设置多个。通过在凹陷51安装流路形成罩52而在平面部47的下表面形成供用于冷却高电压部件的制冷剂流动的制冷剂流路54。脆弱部471在平面部47中，配置于制冷剂流路54与受压部122之间。在制冷剂流路54内，制冷剂通过翅片53之间，在制冷剂流路54中沿Y方向流动。在第一侧面421及第二侧面422设置有用于使制冷剂流入制冷剂流路54内的开口55、56。需要说明的是，制冷剂流路54的方式并不局限于此，例如，翅片53可以省略。

图11及图12是表示高电压单元420内的各种电气设备的配置的示意图。图11示出高电压单元壳体42的下表面侧的电气设备的配置，图12示出高电压单元壳体42的上表面侧的电气设备的配置。

如图11所示，功率模块70、单电池监控器71、继电器72、电流传感器73、汇流条74、多个电抗器75作为高电压部件而配置并固定在高电压单元壳体42的下表面侧。功率模块70、继电器72、单电池监控器71配置并固定于高电压单元壳体42的顶面426的下表面。在功率模块70连接有线束30，线束30通过在平面部47形成的连通孔60而连接于凹部43内的外部供电单元20(图12)。电流传感器73、汇流条74、多个电抗器75配置并固定于高电压单元壳体42的平面部47的下表面。在本实施方式中，各电抗器75固定于构成制冷剂流路54的流路形成罩52。因此，各电抗器75由制冷剂流路54积极地冷却。

单电池监控器71是用于监控燃料电池组10包含的燃料电池单电池发电的电压的装置。汇流条74是被输入由燃料电池组10发电的电力的部件。通过汇流条74从燃料电池组10输入的电力向各电抗器75供给。电流传感器73检测来自各电抗器75的输出电流。各电抗器75连接于一体地具备控制装置76、开关电路、电容器等的功率模块70。功率模块70使从燃料电池组10输出的电力升压。由功率模块70升压后的电力通过继电器72及高压接口77向电力控制单元130(图13)供给。

如图12所示，在高电压单元壳体42的上表面425侧，更详细而言，在平面部47的上表面侧，配置并固定有外部供电单元20、2个泵变换器81、82作为高电压部件。这些高电压部件相对于设置有受压部122的右侧面423空出间隙地配置于平面部47。在平面部47的与所述间隙对应的区域(以下，称为“间隙区域A1”)中，在夹在受压部122与高电压部件之间的部分设置有脆弱部471。而且，在间隙区域A1中的除了脆弱部471之外的部分设置有强度比脆弱部471高的高强度部472。在本实施方式中，在脆弱部471形成有贯通孔473。通过该贯通孔473而脆弱部471与高强度部472相比水平方向上的强度降低。需要说明的是，在图12中，高强度部472的范围仅示出其一部分。因此，在间隙区域A1内，除了脆弱部471之外的部分可以全部为高强度部472。需要说明的是，也可以将高强度部472简称为“板部”。

在平面部47的上表面侧，除了外部供电单元20、2个泵变换器81、82之外，还配置有空调器用连接器83、蓄电池用连接器84以及电力控制单元用连接器85。它们中的蓄电池用连接器84和电力控制单元用连接器85固定于罩44(图1)。蓄电池用连接器84将从未图示的二次电池接受到供给的电力经由继电器向外部供电单元20供给，并通过空调器用连接器83向空调器供给。而且，从二次电池通过蓄电池用连接器84输入的电力也向2个泵变换器81、82供给，此外，通过电力控制单元用连接器85也向电力控制单元130供给。2个泵变换器81、82将从二次电池接受到供给的直流电力转换成交流电力，并将转换后的电力向未图示的氢泵和水泵供给。外部供电单元20经由在形成于平面部47的连通孔60中穿过的线束30而与内置于功率模块70(图11)的控制装置76连接。控制装置76通过该线束30来控制外部供电单元20。外部供电单元20是为了将由燃料电池组10发电并蓄积于二次电池的电力根据需要向车辆外的负载装置供给而使用的装置。

在本实施方式中，如上所述，在平面部47的下表面侧形成有制冷剂流路54。因此，关于在平面部47的上表面425设置的2个泵变换器81或外部供电单元20，也能够与固定于平面部47的下表面的电抗器75一起有效地进行冷却。

图13是表示车辆18内的燃料电池单元100的配置的图。在本实施方式中，燃料电池单元100配置在车辆18的前舱19内。在前舱19的前方设置有保险杠加强件157作为主体158的一部分。前舱19的后方通过前围板156而与车室17区划开。而且，一对悬挂塔架154、155向上方突出地设置在前舱19内。一对悬挂塔架154、155以将配置于车身的下方而支承车辆18的前轮的前悬架覆盖的方式形成，并支承前悬架的上端部。在悬挂塔架154的后方且与前围板156之间配置有电力控制单元130。电力控制单元130由悬挂塔架154、前围板156、主体158支承。电力控制单元130进行从燃料电池单元100供给的电力的转换、二次电池的充放电的控制、用于向燃料电池组10供给空气的空气压缩机的驱动、用于驱动车轮的牵引电动机的驱动。

燃料电池单元100在前舱19内，经由安装件等而固定于沿车辆18的前后方向延伸的1组悬架梁150。在燃料电池单元100的高电压单元壳体42设置的受压部122在作为一方的悬挂塔架的悬挂塔架154的至少一部分，在X方向即车辆18的宽度方向上相对。而且，受压部122设置在与悬挂塔架154沿水平方向重叠的位置。在本实施方式中，这样悬挂塔架154与高电压单元壳体42的受压部122相对，因此在车辆18的侧面碰撞时等，对于燃料电池单元100从悬挂塔架154受到的冲击能够提高耐久性。

根据以上说明的本实施方式，由于在高电压单元420设置有平面部47，因此能提高高电压单元壳体42的相对于水平方向的强度，而且，由于在高电压单元420的右侧面423设置有受压部122，因此能够限定被输入冲击的部位。并且，在设置有受压部122的右侧面423与高电压部件之间的间隙区域A1设置有脆弱部471，因此在从受压部122输入了水平方向的冲击的情况下，通过脆弱部471能够吸收该冲击的至少一部分。因此，能够降低对于高电压单元壳体42内的高电压部件施加的冲击。

此外，在本实施方式中，通过在平面部47形成贯通孔473来构成脆弱部471，因此能够以简易的结构来形成脆弱部471。而且，通过形成贯通孔473，能够削减高电压单元壳体42的材料的使用量，因此能够实现重量的增加抑制及成本下降。

另外，在本实施方式中，平面部47在铅垂方向上位于右侧面423的上端与下端之间，因此与平面部47设置于右侧面423的上端或下端的位置的情况相比，能够提高高电压单元420的对于水平方向的强度。

另外，在本实施方式中，受压部122接受来自车辆18的宽度方向的冲击的输入，因此能够提高对于来自车辆18的侧面的碰撞的耐久性。

另外，在本实施方式中，平面部47构成供用于冷却高电压部件的制冷剂流动的制冷剂流路54的壁面，因此同平面部47能够有效地对高电压部件进行冷却。而且，在本实施方式中，脆弱部471配置在制冷剂流路54与受压部122之间，因此在高电压单元420从受压部122受到冲击的情况下，能够抑制制冷剂流路54变形而发生漏水。

B.第二实施方式：

图14是表示第二实施方式的高电压单元壳体42b的结构的剖视图。图14是与第一实施方式的图10对应的图，对于发挥与第一实施方式中说明的各部位相同的功能的部位标注相同符号。在第一实施方式中，配置高电压部件的平面部47设置在第三侧面423的上端与下端之间的位置。相对于此，在第二实施方式中，配置高电压部件的平面部47b设置于第三侧面423的上端的位置。即，在本实施方式中，平面部47b构成作为高电压单元壳体42b的上表面425的一部分。在平面部47b的上部安装有覆盖高电压部件的罩44b。

在以上说明的第二实施方式中，也与第一实施方式同样，由于在平面部47b设置有脆弱部471，因此在从受压部122输入了冲击时，能够通过脆弱部471吸收该冲击的至少一部分。因此，能够降低对于高电压单元壳体42b内的高电压部件施加的冲击。需要说明的是，在第二实施方式中，示出了平面部47b设置在第三侧面423的上端的位置的例子，但是平面部47也可以设置在第三侧面423的下端的位置。

C.其他的实施方式：

在上述实施方式中，脆弱部471通过在平面部47形成贯通孔473而构成。然而，脆弱部471的方式并不局限于此。例如，脆弱部471可以通过与高强度部472的厚度相比减小脆弱部471的厚度而构成。而且，脆弱部471可以通过与高强度部472相比强度低的材料来构成。此外，脆弱部471可以通过在平面部47的一部分设置切口来构成。

在上述实施方式中，脆弱部471在平面部47设置1个部位，但是设置于平面部47的脆弱部471的个数可以为2个部位以上。

上述实施方式中的高电压单元壳体42内的高电压部件或电气设备的结构任意。例如，可以将图13所示的电力控制单元130的全部或一部分配置在高电压单元壳体42内。而且，配置在高电压单元壳体42内的高电压部件或电气设备也可以设置在燃料电池单元100的外部。此外，高电压单元壳体42的上表面侧与下表面侧的至少一部分的部件的配置可以替换。

在上述实施方式中，在平面部47的下表面设置制冷剂流路54，但是制冷剂流路54也可以设置于平面部47的上表面或连接壁48的任一个面。而且，在收容于高电压单元壳体42的高电压部件的发热量小的情况下，也可以省略制冷剂流路54。

在上述实施方式中，燃料电池单元100配置在车辆18的前舱19内。然而，在车辆18中配置燃料电池单元100的位置没有限定于此。例如，可以配置于车室17的地板下、行李室的一部分、或行李室的地板下等。而且，在上述实施方式中，以高电压单元420的受压部122朝向车辆18的右侧面的方式将燃料电池单元100配置于车辆18内，但是也可以是以受压部122朝向前方或后方、左侧面这样的水平方向的任一方向的方式配置在车辆18内。

在上述实施方式中，组单元410与高电压单元420进行一体化，但是它们也可以分离地配置在车辆18内。

本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换或组合。而且，该技术特征只要在本说明书中不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。

Claims (5)

1.一种高电压单元，搭载于车辆，其中，具备：

高电压部件；及

壳体，收容所述高电压部件，

所述壳体具有：侧面，设置有接受来自水平方向的冲击的输入的受压部；和平面部，与所述侧面的内侧相邻，供所述高电压部件配置，

所述高电压部件相对于设置有所述受压部的所述侧面空出间隙地配置于所述平面部，

在所述平面部的与所述间隙对应的区域中，在夹在所述受压部和所述高电压部件之间的部分设置有脆弱部，在所述区域中的除了所述脆弱部之外的部分设置有强度比所述脆弱部高的高强度部。

2.根据权利要求1所述的高电压单元，其中，

所述脆弱部通过在所述平面部形成贯通孔而构成。

3.根据权利要求1或2所述的高电压单元，其中，

所述平面部位于所述侧面的上端与下端之间。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的高电压单元，其中，

所述受压部接受来自所述车辆的宽度方向的冲击的输入。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的高电压单元，其中，

所述平面部构成制冷剂流路的壁面，所述制冷剂流路供用于冷却高电压部件的制冷剂流动。