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JP6135010B2 - 電気接続用コネクタ - Google Patents

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JP6135010B2
JP6135010B2 JP2013071404A JP2013071404A JP6135010B2 JP 6135010 B2 JP6135010 B2 JP 6135010B2 JP 2013071404 A JP2013071404 A JP 2013071404A JP 2013071404 A JP2013071404 A JP 2013071404A JP 6135010 B2 JP6135010 B2 JP 6135010B2
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卓也 香川
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秀樹 田村
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和憲 木寺
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Description

本発明は、電気接続用コネクタに関する。
従来、蓄電池を有する機器と、当該機器に充電用の電力を供給する装置(充電器)とを電気的に接続するために電気接続用コネクタが利用されている。このような電気接続用コネクタの従来例として、電気自動車の充電インレットに接続される充電コネクタを例示する(例えば、特許文献１，２参照)。
従来の充電コネクタは、充電インレットとの接続状態をロックするための機構を備えている。このロック機構は、充電器(装置)から制御されるソレノイドを利用するものであって、充電器からの遠隔操作でロック状態と非ロック状態に切り替えられる。
また、充電器は、ロック機構に何らかの異常、例えば、ソレノイドを駆動する駆動回路の故障などを検出し、異常検出時に充電電流の供給を停止する機能を有している。
特開２０１１−２３４４４４号公報 特開２０１３−２０７３２号公報
ところで、ロック機構の異常を検出する検出回路を充電コネクタに設ける場合、検出回路の検出結果を充電器に伝達する回路(伝達回路)が必要になる。ここで、伝達回路が検出結果を電流信号で伝達する場合、充電ケーブルのケーブル長が長くなるにつれて信号の減衰量が増大してしまう。その結果、充電器が受け取る電流信号の信号レベルが低下し、ノイズの影響を受け易くなるという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、異常の発生を伝達するための信号がノイズの影響を受け難くすることを目的とする。
本発明の電気接続用コネクタは、蓄電池を搭載した機器の受け側コネクタと挿抜自在に接続される接続部と、前記接続部と前記受け側コネクタをロックするロック機構部と、前記接続部を介して前記受け側コネクタに電気的に接続される電源線を含む複数の電線からなり、前記機器への給電又は前記機器からの受電の少なくとも何れか一方を行う装置に接続されるケーブルと、前記電線を介して前記装置に情報を伝達する伝達部と、第２異常検出部と、前記ケーブルの先端に設けられて前記接続部、前記ロック機構部、前記伝達部、前記第２異常検出部を収納する筐体とを備え、前記ロック機構部は、ソレノイドと、前記電線を介して前記装置から供給される電力で前記ソレノイドを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の異常を検出する異常検出部とを備え、前記伝達部は、前記異常検出部の検出結果を電圧信号で伝達するように構成され、第２異常検出部は、前記ロック機構部の異常を除く他の異常を検出するように構成され、前記伝達部は、前記第２異常検出部の検出結果を前記異常検出部の検出結果を伝達するための前記電圧信号に重畳して伝達するように構成されることを特徴とする。
この電気接続用コネクタにおいて、前記伝達部は、複数の前記電線のうち、前記ロック機構部の前記駆動回路に給電するための電線の少なくとも１本を、前記電圧信号を伝達するための信号線に用いることが好ましい。
この電気接続用コネクタにおいて、前記伝達部は、前記異常検出部の検出結果に対応した信号電圧レベルと、前記第２異常検出部の検出結果に対応した信号電圧レベルとの対応関係を示したデータテーブルを記憶しており、前記異常検出部及び前記第２異常検出部の検出結果に対応した前記信号電圧レベルを前記データテーブルから読み取って前記電圧信号を生成することが好ましい。
この電気接続用コネクタにおいて、前記伝達部は、複数の前記電線のうち、前記機器への給電又は前記機器からの受電の少なくとも何れか一方を行う前記装置から信号が伝達される電線を、前記電圧信号を伝達するための信号線に用いるように構成されることが好ましい。
本発明の電気接続用コネクタは、異常検出部がロック機構部の異常を検出した場合、異常の発生を伝達するための信号が伝達部から電圧信号として伝達されるので、電流信号として伝達される場合に比較して、異常の発生を伝達するための信号がノイズの影響を受け難くすることができるという効果がある。
本発明に係る電気接続用コネクタの実施形態を含む充放電システムのシステム構成図である。 同上の外観斜視図である。 同上におけるロック機構部及びコネクタロック検出部のブロック図である。
以下、蓄電池(車載電池)を搭載した電気自動車のインレット(受け側コネクタ)と挿抜自在に接続され、車載電池の充電並びに車載電池から車両外の負荷への給電を行うためのコネクタに本発明の技術思想を適用した実施形態について説明する。ただし、蓄電池を搭載した機器は電気自動車に限定されるものではなく、例えば、太陽電池や燃料電池で生成される電力を蓄電する据え置き型の蓄電装置などであっても構わない。
図１は、本実施形態の電気接続用コネクタ(以下、コネクタと略す。)１を含む充放電システムのシステム構成図である。この充放電システムは、電気自動車100と、充放電制御装置200と、コネクタ１とで構成される。
充放電制御装置200は、商用の電力系統から供給される交流電圧・電流を直流電圧・電流に変換するコンバータ(図示せず)、車載電池(図示せず)から供給される直流電圧・電流を交流電圧・電流に変換するインバータ(図示せず)などを備える。また充放電制御装置200は、電気自動車100からの指示に基づいてコンバータやインバータの出力を調整する機能や、地絡や漏電などの異常を検出してコンバータ及びインバータを停止させる機能などを有している。
電気自動車100は、推進動力用の車載電池の他に、充放電制御装置200と通信する電子制御ユニット(Electronic Control Unit、図示せず)などのための補助電池(図示せず)を搭載している。ここで、電気自動車100に設けられたインレット(図示せず)は、日本規格協会から発行されている標準仕様書(TS D 0007：電気自動車用急速充電の基本機能)に規定されたインタフェースを有している。すなわち、このインレットは、車載電池の陽極及び陰極と接続される一対の電源用電極と、CAN(Controller area network)通信用の一対の通信用電極と、アナログ信号伝送用の４つの信号用電極と、接地用の接地電極とを有している。なお、一対の電源用電極と車載電池の陽極及び陰極との間に、それぞれ車両コンタクタ101が挿入されている。これらの車両コンタクタ101は、電気自動車100の電子制御ユニットによって開閉制御される。
コネクタ１は、図２に示すようにコネクタ本体２とケーブル９とで構成される。ケーブル９は、一対の電源線90，91と、一対のCAN通信線(図示せず)と、合計６本の伝送線92，93，94(一部省略)と、接地線95とを有する11心の電気ケーブルからなる(図１参照)。ケーブル９は、一端側にコネクタ本体２が設けられ、他端側が充放電制御装置200に接続されている。
コネクタ本体２は、全体として円筒形に形成され、前端に接続部20が設けられ、後端にハンドル42が設けられている。接続部20は、前面に４つの丸孔200，201が開口しており、大径の丸孔200には主回路に接続された電源用コンタクト(図示せず)が収納されている。一方、小径の２つの丸孔201は、内部が４つの区画に分けられており、各区画に伝送用及び接地用のコンタクト(図示せず)がそれぞれ収納されている。
接続部20の後端側には、接続部20に外挿された円筒形の筒体41が前後方向に移動自在に設けられている。筒体41は、前端に外鍔411が設けられ、コネクタ本体２内に収納されているばね(図示せず)によって前方に弾性付勢されている。そして、接続部20をインレットに挿入すると、インレットの前面に外鍔411が押されて筒体41が後方に移動し、筒体41に押されてコネクタ本体２内に退避していた係合爪がコネクタ本体２外に進出してインレットの係合溝(図示せず)に係合する。ただし、筐体41の形状及び構造は本実施形態に限定されるものではない。係合爪は、コネクタ本体２に設けられた解除釦43が押操作されると、コネクタ本体２内に退避して係合溝との係合が解除される。また、コネクタ本体２内には、係合爪がコネクタ本体２内に退避しているときにオフとなり、係合爪がコネクタ本体２外に進出しているときにオンとなるスイッチ(検出スイッチ)24が収納されている。
ここで、充電中に解除釦43が押操作されて係合爪と係合溝の係合が解除されることを防止するため、係合爪がコネクタ本体２内に退避しないようにロックするロック機構部23がコネクタ本体２内に設けられている。ロック機構部23はソレノイド230を有している。また、接続部20がインレットに正常に挿入されたときに検出スイッチ24がオンする。ソレノイド230は、検出スイッチ24がオン且つ充放電前の診断で充放電可のときに充放電制御装置200から伝送線94と接地線95を介して供給される駆動電流でプランジャを駆動し、プランジャによって係合爪の動きを規制する(図１及び図３参照)。つまり、ロック機構部23がロック状態のときは係合爪と係合溝の係合を人為的に解除することができず、ロック機構部23が非ロック状態のときに解除釦43の押操作で係合爪と係合溝の係合を人為的に解除することができる。
また、コネクタ本体２内には、主接点21、補助接点22、過電流引き外し装置25、短絡引き外し装置26、異常時引き外し装置29、温度検出素子30、接点状態検出部31、駆動装置32、電圧信号送受信部33、電源フィルタ34などが収納されている。
主接点21は、車載電池の充電電流や放電電流が流れる主回路に設けられている。なお、コネクタ本体２内には、接続部20がインレットに接続されているときに主接点21を閉極し、接続部20がインレットに接続されていないときに主接点21を開極する機械式開閉機構(図示せず)が設けられている。ただし、このような機械式開閉機構は、回路遮断器などの技術分野では周知であるから、詳細な構成の図示並びに説明は省略する。
補助接点22は、主接点21に連動して共通接点222を切替接点220，221に択一的に切り替える。接点状態検出部31は補助接点22の切替状態に基づいて主接点21の状態(開状態と閉状態)を検出し、その検出結果を電圧信号送受信部33に出力する。
過電流引き外し装置25は、所定の過負荷電流が所定時間以上継続して主回路に流れたときに機械式開閉機構により主接点21を引き外す(開極する)ように構成される。また、短絡引き外し装置26は、主回路に短絡電流が流れたときに機械式開閉機構により主接点21を引き外すように構成される。さらに、異常時引き外し装置27は、駆動装置32に駆動されたときに機械式開閉機構により主接点21を引き外すように構成される。ただし、過電流引き外し装置25、短絡引き外し装置26、異常時引き外し装置27、駆動装置32は何れも回路遮断器などの技術分野で従来周知の技術を用いて実現可能であるから、詳細な構成についての図示並びに説明を省略する。
コネクタロック検出部28は、例えば、図３に示すようにロック機構部23のソレノイド230に流れる電流(駆動電流)の大きさをコンパレータ280で基準電流(ツェナーダイオード281のツェナー電流)の大きさと比較する。ロック機構部23が非ロック状態のとき、または断線等の異常が生じて駆動電流が流れていない状態(ロック異常状態)のとき、コンパレータ280の出力がハイレベルとなる。一方、ロック機構部23がロック状態及び正常状態のときは、コンパレータ280の出力がローレベルとなる。なお、コネクタロック検出部28の検出結果(コンパレータ280の出力)は電圧信号送受信部33に出力される。
異常温度検出部29は、接続部20の近傍に設けられる温度検出素子(サーミスタなど)30で接続部20の温度を検出し、検出温度が所定の上限値を超えたら、異常温度検出結果を電圧信号送受信部33に出力する。
電圧信号送受信部33は、伝送線93と接地線95の線間電圧を調整することにより、コネクタロック検出部28、異常温度検出部29、接点状態検出部31の各検出結果を充放電制御装置200へ伝送する。すなわち、本実施形態では電圧信号送受信部33が伝達部に相当する。また、電圧信号送受信部33は、充放電制御装置200から電圧信号として伝送される制御信号を受信し、当該制御信号に基づいて駆動装置32を制御し、異常時引き外し装置27を駆動させて主接点21を引き外す(開極する)。
電源フィルタ34は、伝送線92を介して充放電制御装置200から供給される電圧(例えば、12ボルトの直流電圧)からノイズ成分をフィルタリングし、各検出部28，29，31や駆動装置32、電圧信号送受信部33に供給している。ただし、電源フィルタ34は必須では無く、省略されても良い。
次に、充放電システムの充電動作について説明する。
コネクタ１がインレットに接続された後、充放電制御装置200に対して充電開始操作が行われると充電フローが始まる。充放電制御装置200は、伝送線92と接地線95の間に規定電圧(12Ｖの直流電圧。以下、同じ。)を印加してコネクタ１並びに電気自動車100に給電する。電気自動車100の電子制御ユニットは、前記規定電圧が印加されることで充電フローの開始を認識し、車載電池の最大電圧や電池容量などのパラメータをCAN通信によって充放電制御装置200へ伝送する。
充放電制御装置200は、前記パラメータを受け取ると、自身が充電可能な電気自動車であることを確認した後、自身の最大出力電圧、最大出力電流などの情報をCAN通信で電気自動車100の電子制御ユニットに伝送する。
電気自動車100の電子制御ユニットは、受け取った前記情報から自身との適合性を確認し、適合性に問題が無ければ、充電開始を許可する信号を伝送線を介して充放電制御装置200へ伝送する。
充放電制御装置200は、前記許可信号を受け取ると、伝送線94と接地線95の間に規定電圧を印加することでコネクタ１のロック機構部23に駆動電流を流してロック状態とした後、充電準備が整ったことを伝送線を介して電気自動車100の電子制御ユニットに通知する。
電気自動車100の電子制御ユニットは、充放電制御装置200から前記通知を受け取ると、車両コンタクタ101を閉極する。そして、充放電制御装置200が車載電池の充電を開始する。また、車載電池の容量が規定値に到達したら、電気自動車100の電子制御ユニットは、CAN通信によって充電停止要求を送信する。
充放電制御装置200は、充電停止要求を受け取ると電流出力を停止する。電気自動車100の電子制御ユニットは、主回路の電流が所定値以下まで低下したことを確認した後、車両コンタクタ101を開極し、伝送線を介して充電の終了を充放電制御装置200に通知する。
充放電制御装置200は、充電終了の通知を受け取ると伝送線92と接地線95の間の規定電圧の印加を停止する。さらに、充放電制御装置200は、伝送線94と接地線95の間の規定電圧の印加を停止してロック機構部23を非ロック状態とし、充電フローを終了する。
次に、充放電システムの放電動作について説明する。
コネクタ１がインレットに接続された後、充放電制御装置200に対して放電開始操作が行われると放電フローが始まる。充放電制御装置200は、伝送線92と接地線95の間に規定電圧を印加してコネクタ１並びに電気自動車100に給電し、さらに、CAN通信によって放電フローの開始要求を伝送する。電気自動車100の電子制御ユニットは、放電フローの開始要求を受け取ると車載電池の最大電圧や電池容量などのパラメータをCAN通信によって充放電制御装置200へ伝送する。
充放電制御装置200は、前記パラメータを受け取ると伝送線94と接地線95の間に規定電圧を印加することでコネクタ１のロック機構部23に駆動電流を流してロック状態とした後、放電準備が整ったことを伝送線を介して電気自動車100の電子制御ユニットに通知する。
電気自動車100の電子制御ユニットは、充放電制御装置200から前記通知を受け取ると、車両コンタクタ101を閉極して車載電池の放電を開始する。なお、車載電池の容量が所定の下限値に到達したら、電気自動車100の電子制御ユニットは、CAN通信によって放電停止要求を送信する。
充放電制御装置200は、放電停止要求を受け取るとインバータを停止して負荷への給電を止める。電気自動車100の電子制御ユニットは、主回路の電流が所定値以下まで低下したことを確認した後、車両コンタクタ101を開極し、伝送線を介して放電の終了を充放電制御装置200に通知する。充放電制御装置200は、放電終了の通知を受け取ると伝送線92と接地線95の間の規定電圧の印加を停止する。さらに、充放電制御装置200は、伝送線94と接地線95の間の規定電圧の印加を停止してロック機構部23を非ロック状態とし、放電フローを終了する。
ここで、上述した充電フロー又は放電フローにおいて、充放電制御装置200が伝送線94と接地線95の間に規定電圧を印加しているときに、コネクタロック検出部28がロック機構部23の異常(非ロック状態)を検出したとする。電圧信号送受信部33は、異常を検出したコネクタロック検出部28の出力がハイレベルになると、ロック機構部23の異常を知らせる異常通知信号を充放電制御装置200へ伝送する。この異常通知信号は、電圧信号送受信部33が伝送線93と接地線95の間の線間電圧(信号電圧レベル)を所定値に調整することで電圧信号として伝送される。
上述のように本実施形態のコネクタ１は、コネクタロック検出部28の検出結果(異常通知信号)を電圧信号送受信部33から電圧信号で伝送するので、電流信号で伝送する場合と比べて異常通知信号がノイズの影響を受け難くすることができる。
また、電圧信号送受信部33は、ロック機構部23の駆動回路に給電するための電線の少なくとも１本(接地線95)を、電圧信号を伝達するための信号線に用いているので、既存のケーブル９から信号線を増やさずに電圧信号を伝達することができる。
さらに、本実施形態のコネクタ１は、ロック機構部23の異常を除く他の異常(接続部20の温度異常、主接点21の異常)を検出する第２異常検出部(異常温度検出部29、接点状態検出部31)を備えている。そして、充電フロー又は放電フローにおいて前記第２異常検出部が異常を検出した場合、電圧信号送受信部33は、第２異常検出部の検出結果をコネクタロック検出部28の検出結果を伝達するための電圧信号に重畳して伝達するように構成される。したがって、既存のケーブル９から信号線を増やさずに複数種類の異常検出結果を電圧信号として伝達することができる。
ここで、電圧信号送受信部33は、コネクタロック検出部28の検出結果に対応した信号電圧レベルと、第２異常検出部の検出結果に対応した信号電圧レベルとの対応関係を示したデータテーブルを記憶しておくことが好ましい。そして、電圧信号送受信部33は、前記コネクタロック検出部28及び第２異常検出部の検出結果に対応した信号電圧レベルをデータテーブルから読み取って電圧信号を生成すればよい。
一方、充放電制御装置200は、コネクタ１から異常通知信号を受け取ると電圧信号送受信部33へ制御信号を伝送する。電圧信号送受信部33は前記制御信号を受信すると駆動装置32を制御し、異常時引き外し装置27を駆動させて主接点21を引き外す(開極する)。これにより、ロック機構部23の異常によって充電中又は放電中にコネクタ１が誤ってインレットから外されたり、接続部20の異常温度上昇による不具合の発生が防止できる。
ただし、ロック機構部23の異常を知らせる異常通知信号と、接続部20の温度異常を知らせる異常通知信号とで前記所定値を異なる値としてもよいが、何れの場合も同じ対処(主接点21の開極)が行われるので、前記所定値を同じ値としてもよい。
１ 電気接続用コネクタ
２ コネクタ本体
20 接続部
23 ロック機構部
28 コネクタロック検出部(異常検出部)
33 電圧信号送受信部(伝達部)
230 ソレノイド

Claims (4)

  1. 蓄電池を搭載した機器の受け側コネクタと挿抜自在に接続される接続部と、前記接続部と前記受け側コネクタをロックするロック機構部と、前記接続部を介して前記受け側コネクタに電気的に接続される電源線を含む複数の電線からなり、前記機器への給電又は前記機器からの受電の少なくとも何れか一方を行う装置に接続されるケーブルと、前記電線を介して前記装置に情報を伝達する伝達部と、第２異常検出部と、前記ケーブルの先端に設けられて前記接続部、前記ロック機構部、前記伝達部、前記第２異常検出部を収納する筐体とを備え、
    前記ロック機構部は、ソレノイドと、前記電線を介して前記装置から供給される電力で前記ソレノイドを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の異常を検出する異常検出部とを備え、
    前記伝達部は、前記異常検出部の検出結果を電圧信号で伝達するように構成され、
    第２異常検出部は、前記ロック機構部の異常を除く他の異常を検出するように構成され、
    前記伝達部は、前記第２異常検出部の検出結果を前記異常検出部の検出結果を伝達するための前記電圧信号に重畳して伝達するように構成されることを特徴とする電気接続用コネクタ。
  2. 前記伝達部は、複数の前記電線のうち、前記ロック機構部の前記駆動回路に給電するための電線の少なくとも１本を、前記電圧信号を伝達するための信号線に用いることを特徴とする請求項１記載の電気接続用コネクタ。
  3. 前記伝達部は、前記異常検出部の検出結果に対応した信号電圧レベルと、前記第２異常検出部の検出結果に対応した信号電圧レベルとの対応関係を示したデータテーブルを記憶しており、前記異常検出部及び前記第２異常検出部の検出結果に対応した前記信号電圧レベルを前記データテーブルから読み取って前記電圧信号を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の電気接続用コネクタ。
  4. 前記伝達部は、複数の前記電線のうち、前記機器への給電又は前記機器からの受電の少なくとも何れか一方を行う前記装置から信号が伝達される電線を、前記電圧信号を伝達するための信号線に用いるように構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電気接続用コネクタ。
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