JP2008049869A - レセプタクル - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料補給後の移動体の動作安定性を向上させることができるレセプタクルを提供する。
【解決手段】補給口１１０を有する移動体１００と、補給口１１０に接続されて移動体１００に燃料補給及び外部電力供給を行う燃料補給装置２００との接続構造を有するレセプタクルであって、燃料補給装置２００には、接続時に補給口１１０を内包するとともに内側に形成された燃料補給路２１１を介して移動体１００側に燃料補給を行う第１の導電部２１と、第１の導電部２１の外周側に設けられ接続時に移動体１００側に外部電力供給を行う第２の導電部４０と、これら第１の導電部２１と第２の導電部４０との間を電気的に絶縁する絶縁部３０と、第１の導電部２１を接地するアース５０とが設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動体と、移動体に燃料補給及び外部電力供給を行う燃料補給装置との接続構造を有するレセプタクルに関する。
燃料電池が出力する電気エネルギを利用して走行する燃料電池自動車等の燃料電池車両は、燃料補給装置から水素等の燃料の補給を受けることになるが、この燃料補給装置の燃料補給のための接続時に車両の状態（例えば燃料貯蔵用のタンクの温度や圧力等）を表す電気信号を授受するために電気信号コネクタをも接続させることで接続作業を簡便にした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１０４４９８号公報
ところで、車両に燃料を補給する場合に、燃料補給中の電力消費装置（例えば、車両に搭載された点灯装置やエアコンや温度調整機構等の補機）による電力消費により、燃料補給後等に車両に搭載されたバッテリが上がってしまう可能性があった。特に燃料電池車両の場合には、燃料を貯蔵する高圧タンクが搭載されており、燃料補給時には温度調整機構によってこのタンクの温度を制御する場合があり、かかる温度調整機構の消費電力は大きいため、燃料補給の間、継続して温度調整機構を作動させるとバッテリが上がってしまい、燃料補給後に始動できない可能性がある。
本発明は、以上の事情を鑑みてなされたものであり、燃料補給後の移動体の動作安定性を向上させることができるレセプタクルを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のレセプタクルは、補給口を有する移動体と、前記補給口に接続されて前記移動体に燃料補給及び外部電力供給を行う燃料補給装置との接続構造を有するレセプタクルであって、前記燃料補給装置には、接続時に前記補給口を内包するとともに内側に燃料補給路が形成され該燃料補給路を介して前記移動体側に燃料補給を行う第１の導電部と、該第１の導電部の外周側に設けられ接続時に前記移動体側に外部電力供給を行う第２の導電部と、これら第１の導電部と第２の導電部との間を電気的に絶縁する絶縁部と、前記第１の導電部を接地するアースとが設けられている。
この構成によれば、燃料補給装置を移動体の補給口に接続させると、燃料補給装置の第１の導電部が補給口を内包することになって内側の燃料補給路を介して移動体側に燃料補給を行う状態になり、また、第１の導電部の外周側に絶縁部を介することで電気的に絶縁された状態で設けられた第２の導電部が移動体側に外部電力供給を行う状態になる。よって、移動体は燃料の補給にあわせて外部電力供給を受けることができる。
これにより、燃料補給の際に移動体の電力消費装置（例えば、温度調整機構等の補機）を動作させていたとしても、移動体のバッテリが上がってしまうことが抑制される。また、第１の導電部がアースで接地されているため、補給口との接続時に静電気を除去することができる。しかも、燃料補給装置側は、移動体側に燃料供給を行う第１の導電部と、移動体側に外部電力供給を行う第２の導電部と、を絶縁部で絶縁する簡素な構造となる。
また、前記第１の導電部に、導電性の球体と、該球体を前記補給口の方向に付勢する導電性の弾性体とを設けても良い。
この構成によれば、第１の導電部の導電性の球体が導電性の弾性体で付勢されて補給口に良好に接続することになり、静電気をアースで除去することができる。
さらに、前記補給口に、導電性の球体と、該球体を前記第１の導電部の方向に付勢する導電性の弾性体とを設けても良い。
この構成によれば、補給口の導電性の球体が導電性の弾性体で付勢されて第１の導電部に良好に接続することになり、静電気をアースで除去することができる。
加えて、前記移動体に、前記燃料補給装置を接続方向とは逆方向に付勢しつつ前記第２の導電部に接続する導電性の付勢部を備えても良い。
前記燃料補給装置は、前記第２の導電部を介して前記移動体のバッテリ又は補機に外部電力供給を行うことができる。
本発明によれば、燃料補給時に移動体のバッテリが上がってしまうことが抑制されるため、燃料補給後の移動体の動作安定性を向上させることができる。また、燃料補給装置と移動体との接続時に静電気を除去することができる。さらに、燃料補給装置側を簡素な構造にできる。
次に、本発明に係るレセプタクルの第１実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
図１は、燃料補給システム３００の構成を示す図である。燃料補給システム３００は、水素ガスを燃料とする燃料電池自動車（移動体）１００と、この燃料電池自動車１００に燃料及び外部電力を供給する燃料補給装置２００とを備えている。なお、ここでは、水素ガスを燃料として走行する燃料電池自動車１００を例示するが、エタノール等を燃料とする燃料電池自動車にも適用可能である。
また、燃料電池自動車のみならず、ハイブリッド車やガソリン車等の他の車両にも同様に適用可能である。つまり、車両の燃料は、気体燃料（水素ガス、天然ガス）であっても、液体燃料（ガソリン、エタノール、軽油、液体水素）であっても良い。また、車両に限らず、船舶や飛行機等の他の移動体にも適用できる。
図２は、燃料補給装置２００の構成を示す図である。燃料補給装置２００は、燃料としての水素を加圧する高圧ポンプ（図示略）等を備え燃料補給時に燃料電池自動車に燃料を供給するための燃料補給源２１０と、燃料補給時に燃料電池自動車１００に外部電力を供給するための電力供給源２２０と、燃料補給装置２００から燃料電池自動車１００への燃料補給及び電力供給を制御するコントローラ２３０とを備えている。
燃料ガスとしての水素ガスは燃料補給装置２００の燃料補給源２１０から燃料補給路２１１を介して燃料電池自動車１００に補給される一方、電力は燃料補給装置２００の電力供給源２２０から電力供給路２２１を介して燃料電池自動車１００に供給される。燃料補給路２１１の先端部と電力供給路２２１の先端部とはノズル２４０によって一体化されている。
これにより、燃料補給装置２００のノズル２４０と燃料電池自動車１００に設けられた燃料レセプタクル（補給口）１１０とを接続することで燃料と電力とを同時に燃料補給装置２００から燃料電池自動車１００に供給することが可能となる。これにより、燃料補給装置２００における補給操作の操作性が向上する。
ここで、燃料補給路２１１には、燃料電池自動車１００に対する燃料補給時の流量を制御する流量制御弁２１１ａと、コントローラ２３０による制御の下、燃料補給時に「開」となり、燃料補給後に「閉」となる遮断弁２１１ａ’と、燃料補給時の圧力を検出する圧力センサ２１１ｂと、燃料補給時の温度を検出する温度センサ２１１ｃとが設けられている。
一方、電力供給路２２１には、燃料電池１００に対する電力の供給のオン・オフ等を制御するスイッチ２２１ａが設けられている。コントローラ２３０は、例えばノズル２４０の着脱状態を検出するセンサの検出信号に基づいてスイッチ２２１ａの開閉制御を行うことにより、電力供給を制御する。同様に、コントローラ２３０は、このセンサの検出信号や圧力センサ２１１ｂ、温度センサ２１１ｃの検出信号に基づいて遮断弁２１１ａ’等の開閉制御を行う。
図３は、燃料電池自動車１００側の構成を示す図である。燃料電池自動車１００に設けられた燃料レセプタクル１１０は、燃料電池自動車１００の車体表面に配設されたフューエルリッド（図示略）の内側に設けられており、燃料補給路１１１の先端部と電力供給路１２１の先端部とが燃料レセプタクル１１０によって一体化されている。
燃料補給装置２００から補給される燃料は、燃料レセプタクル１１０から燃料補給路１１１を介して燃料タンク１３０に貯蔵される一方、燃料補給装置２００から供給される電力は、燃料レセプタクル１１０から電力供給路１２１を介して高圧バッテリ（バッテリ）１４０に供給される。
燃料タンク１３０は、燃料補給装置２００から補給される燃料を高圧貯留するタンクである。ここでは、燃料タンク１３０として高圧水素タンクを想定するが、水素吸蔵合金タンク等も適用可能である。燃料レセプタクル１１０から燃料タンク１３０に至る燃料補給路１１１には、電磁制御の遮断弁１１１ａや燃料タンク１３０への入口となる元弁１１１ｂ等が設けられている。
一方、燃料タンク１３０には、その内部圧力を検出して圧力信号を出力する圧力センサ１３０ａと、その内部温度を検出して温度信号を出力する温度センサ１３０ｂとが設けられ、各信号は制御装置１９０に供給される。制御装置１９０は、各センサから供給される信号等に基づいて遮断弁１１１ａや元弁１１１ｂ等の開閉制御を行う。
高圧バッテリ１４０は、走行用の電力供給源としての役割を担っており、インバータ１５０を介してモータジェネレータ１６０に接続されている。高圧バッテリ１４０としては、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、あるいはキャパシタを採用することができる。燃料レセプタクル１１０から高圧バッテリ１４０に至る電力供給路１２１には、高圧バッテリ１４０への電力供給を制御するスイッチ１２１ａが設けられている。
制御装置１９０は、図示せぬセンサから送られてくる検出信号に基づいて、燃料レセプタクル１１０にノズル２４０が接続されたか否かを検出する。制御装置１９０は、燃料レセプタクル１１０にノズル２４０が接続され、燃料の補給及び電力の供給が可能となったことを検知すると、高圧バッテリ１４０の充電量（ＳＯＣ）をモニタし、燃料補給装置２００から電力の供給を受けるか否かを判断する。
例えば、高圧バッテリ１４０の充電量（ＳＯＣ）が予め設定した基準値Ｖ１以下である場合、制御装置１９０はスイッチ１２１ａをオンとして燃料補給装置２００からの電力の供給を受ける一方、高圧バッテリ１４０の充電量（ＳＯＣ）が基準値Ｖ１を上回っている場合には、スイッチ１２１ａをオフとして燃料補給装置２００からの電力の供給を遮断する。
制御装置１９０は、このようにして高圧バッテリ１４０への電力の供給を制御する。なお、高圧バッテリ１４０に対する電力の供給量や基準値Ｖ１等については、ユーザの操作等に応じて適宜変更可能としても良い。
モータジェネレータ（電力消費装置）１６０は、高圧バッテリ１４０から供給される電力によって駆動輪（図示略）に与える駆動力を発生する。なお、モータジェネレータ１６０は、電動機（モータ）としての機能のほか、発電機としての機能を併せもったものであっても良い。
具体的には、モータジェネレータ１６０が電動機として機能する場合は、高圧バッテリ１４０に蓄電された電力がインバータ１５０を介してモータジェネレータ１６０に供給される。このときのモータジェネレータ１６０の駆動制御は、インバータ１５０の制御によって行われる。
一方、モータジェネレータ１６０が発電機として機能する場合、発電した電力はインバータ１５０を介して高圧バッテリ１４０へと送られる。このとき、インバータ１５０を介して高圧バッテリ１４０へ送られる電力量を調整することで、モータジェネレータ１６０の発電量は調整される。
また、高圧バッテリ１４０には、電力変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ１７０は、高圧バッテリ１４０の出力電圧を降圧させ、接続された低圧バッテリ１８０へ電力を供給する役割を担っている。
低圧バッテリ１８０は、燃料補給時等に燃料タンク１３０を冷却するための冷却機構（温度調整機構）５１０やエアコン５２０、各種センサ５３０等、各補機類（電力消費装置）５００への電力供給源としての役割を担っている。制御装置１９０は、低圧バッテリ１８０の充電量（ＳＯＣ）をモニタしながら、高圧バッテリ１４０から低圧バッテリ１８０への電力供給を調整するとともに、低圧バッテリ１８０から各補機類５００への電力供給を調整する。
また、制御装置１９０は、燃料レセプタクル１１０にノズル２４０が接続され、燃料の補給及び電力の供給が可能となったことを検知すると、低圧バッテリ１８０の充電量（ＳＯＣ）をモニタし、高圧バッテリ１４０から電力の供給を受けるか否かを判断する。
例えば、低圧バッテリ１８０の充電量（ＳＯＣ）が予め設定した基準値Ｖ２（＜Ｖ１）以下である場合、制御装置１９０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０を介して高圧バッテリ１４０から低圧バッテリ１８０へ電力が供給されるように制御する一方、低圧バッテリ１８０の充電量（ＳＯＣ）が基準値Ｖ２を上回っている場合には、高圧バッテリ１４０から低圧バッテリ１８０へ電力が供給されないように制御する。
制御装置１９０は、このようにして高圧バッテリ１４０から低圧バッテリ１８０への電力の供給を制御する。なお、低圧バッテリ１８０に対する電力の供給量や基準値Ｖ２等については、ユーザの操作等に応じて適宜変更可能としても良い。
そして、レセプタクルの第１実施形態は、上記した燃料補給装置２００のノズル２４０と、燃料電池自動車１００の燃料レセプタクル１１０とで構成される。図４に示すように、燃料電池自動車１００の燃料レセプタクル１１０は、外側に略円筒状に突出する導電性材料からなる突起状導電部１０を有しており、この突起状導電部１０には、中央に燃料補給路１１１が形成されている。
また、燃料レセプタクル１１０は、突起状導電部１０の基端側の外周に全周にわたって円環状の絶縁性材料からなる絶縁部１１が形成されており、この絶縁部１１の外周に電力供給路１２１の一部を構成する円環状の導電性材料からなる導電部１２が形成されている。これにより、突起状導電部１０と導電部１２とは絶縁部１１によって電気的に絶縁されている。突起状導電部１０は、アース１３を介して車体側に接地されている。
加えて、燃料レセプタクル１１０は、円環状の導電部１２の外側に同軸状に接合された導電性材料からなるコイルスプリング１４とこのコイルスプリング１４の先端側に接合された円環状の導電性材料からなるリング１５とを備えた導電性の付勢部１６を有している。
燃料補給装置２００のノズル２４０は、燃料レセプタクル１１０の突起状導電部１０を嵌合させる嵌合穴２０が一端側に形成されることで、接続時に突起状導電部１０を内包する導電性材料からなる略円筒状の導電部（第１の導電部）２１が中心側に形成されており、この導電部２１には内側に嵌合穴２０の底部に開口するように燃料補給路２１１の先端部が形成されている。
この燃料補給路２１１は、嵌合穴２０に突起状導電部１０を嵌合させた接続時に燃料電池自動車１００の燃料補給路１１１に接続し、燃料電池自動車１００側に燃料補給を行う。なお、突起状導電部１０と嵌合穴２０との間には、これらの隙間を介して燃料補給路１１１，２１１が外部に開口することがないように図示略のシール部が設けられている。
また、この導電部２１には、嵌合穴２０の内壁に開口する穴部２２が半径方向に沿って形成されており、この穴部２２の深さを確保するために導電部２１には穴部２２の開口部とは反対側に突出する突起部２１ａが形成されている。穴部２２には、導電性材料からなるコイルスプリング（弾性体）２３が挿入されており、このコイルスプリング２３は一端部が穴部２２の底部に接合されている。
このコイルスプリング２３の他端側には導電性材料からなる球体２４が接合されており、この球体２４はコイルスプリング２３が自由状態にあるとき、穴部２２の開口部から所定量突出している。
導電部２１の外周側には、そのほぼ全周にわたって絶縁性材料からなる略円筒状の絶縁部３０が同心状に形成されており、この絶縁部３０の外周にはそのほぼ全周にわたって導電性材料からなる略円筒状の導電部（第２の導電部）４０が形成されている。なお、導電部２１の突起部２１ａを覆うように絶縁部３０にも突起部３０ａが形成されており、この突起部３０ａを覆うように導電部４０にも突起部４０ａが形成されている。
導電部４０は、電力供給路２２１の先端部を構成する。なお、絶縁部３０は、一部の円筒部３１が導電部４０を半径方向に貫通しており、その結果、円筒部３１の内側を介して最内層の導電部２１の貫通部２５が電気的に絶縁された状態のまま導電部４０を半径方向に貫通している。そして、この貫通部２５に導電部２１を接地するアース５０が接続されている。
ここで、上記したように、ノズル２４０の嵌合穴２０に燃料レセプタクル１１０の突起状導電部１０を嵌合させた接続時に、燃料補給装置２００の燃料補給路２１１が燃料電池自動車１００の燃料補給路１１１に接続することになるが、このとき、ノズル２４０の嵌合穴２０に設けられた球体２４が突起状導電部１０に接触しコイルスプリング１４を縮長させながら突起状導電部１０の外周面に乗り上げることになる。
また、このとき、ノズル２４０の外周側の導電部４０の先端面が燃料レセプタクル１１０の付勢部１６のリング１５に当接してそのコイルスプリング１４を縮長させる。すると、付勢部１６は、燃料補給装置２００のノズル２４０を接続方向とは逆方向に付勢しつつ導電部４０に接続して、燃料補給装置２００の電力供給路２２１と燃料電池自動車１００の電力供給路１２１とを電気的に接続させる。
このようなレセプタクルの第１実施形態によれば、燃料補給装置２００のノズル２４０を燃料電池自動車１００の燃料レセプタクル１１０に接続させると、燃料補給装置２００の内側の導電部２１が燃料レセプタクル１１０の突起状導電部１０を内包することになって内側の燃料補給路２１１を介して燃料電池自動車１００の燃料補給路１１１側に燃料補給を行う状態になり、また、導電部２１の外周側に絶縁部３０を介することで電気的に絶縁されて設けられた外周側の導電部４０が電力供給路１２１の付勢部１６に接触して燃料電池自動車１００側に電力供給源２２０から外部電力供給を行う状態になる。
よって、燃料電池自動車１００は燃料の補給にあわせて外部電力供給を受けることができる。これにより、燃料補給の際に燃料電池自動車１００の例えば、冷却機構５１０、エアコン５２０、センサ５３０等の補機類５００を動作させていたとしても、燃料電池自動車１００の低圧バッテリ１８０及び高圧バッテリ１４０が上がってしまうことが抑制される。
また、内側の導電部２１がアース５０で接地されているため燃料レセプタクル１１０との接続時に静電気を除去することができる。しかも、燃料補給装置２００側は、燃料電池自動車１００側に燃料供給を行う導電部２１と燃料電池自動車１００に外部電力供給を行う導電部４０とを絶縁部３０で絶縁する簡素な構造となる。
したがって、燃料補給時に燃料電池自動車１００の低圧バッテリ１８０及び高圧バッテリ１４０が上がってしまうことが抑制されるため、燃料補給後の燃料電池自動車１００の動作安定性を向上させることができる。また、燃料補給装置２００と燃料電池自動車１００との接続時に静電気を除去することができる。さらに、燃料補給装置２００側を簡素な構造にできる。
また、燃料補給装置２００のノズル２４０の内側の導電部２１に、導電性のある球体２４と、この球体２４を燃料レセプタクル１１０の方向に付勢する導電性のコイルスプリング２３とを設けているため、導電部２１の導電性の球体２４が導電性のコイルスプリング２３で付勢されて燃料レセプタクル１１０に良好に接続することになり、静電気をアース１３，５０で除去することができる。
次に、本発明に係るレセプタクルの第２実施形態を図５を主に参照して第１実施形態との相違部分を中心に説明する。
第２実施形態では、燃料補給装置２００のノズル２４０に第１実施形態の球体２４、コイルスプリング２３、穴部２２、突起部２１ａ，３０ａ，４０ａが設けられておらず、燃料電池自動車１００の燃料レセプタクル１１０に、これらに相当する構成が設けられている。
つまり、燃料レセプタクル１１０の突起状導電部１０には、外周面に開口する穴部６０が半径方向に沿って形成されており、この穴部６０には、導電性材料からなるコイルスプリング（弾性体）６１が挿入されている。このコイルスプリング６１は一端部が穴部６０の底部に接合されており、その他端側には導電性材料からなる球体６２が接合されている。この球体６２はコイルスプリング６１が自由状態にあるとき、穴部６０の開口部から所定量突出している。
このような第２実施形態においても、ノズル２４０の嵌合穴２０に燃料レセプタクル１１０の突起状導電部１０を嵌合させる接続時に、燃料レセプタクル１１０の突起状導電部１０に設けられた導電性の球体６２が、ノズル２４０の導電部２１の内周側に接触し導電性のコイルスプリング６１を縮長させながら導電部２１の嵌合穴２０の内周面に乗り上げることになるため、導電部２１に良好に接続することになり静電気をアース１３，５０で除去することができる。
なお、第１，第２実施形態において、導電部２１と導電部４０とを電気的に絶縁する絶縁部３０を、燃料レセプタクル１１０の突起状導電部１０とノズル２４０とを接触させるように軸方向及び径方向の少なくともいずれか一方に付勢する弾性体で形成しても良い。
レセプタクルの第１実施形態が適用された燃料補給システムの構成を示す図である。 同燃料補給システムの燃料補給装置の構成を示す図である。 同燃料補給システムの燃料電池自動車の構成を示す図である。 レセプタクルの第１実施形態を示す断面図である。 レセプタクルの第２実施形態を示す断面図である。
符号の説明
１３…アース、１６…付勢部、２１…導電部（第１の導電部）、２３…コイルスプリング（弾性体）、２４…球体、３０…絶縁部、４０…導電部（第２の導電部）、６１…コイルスプリング（弾性体）、６２…球体、１００…燃料電池自動車（移動体）、１１０…燃料レセプタクル（補給口）、１４０…高圧バッテリ（バッテリ）、２００…燃料補給装置、２１１…燃料補給路、５００…補機類、５１０…冷却機構（補機）、５２０…エアコン（補機）、５３０…センサ（補機）。

Claims (5)

  1. 補給口を有する移動体と、前記補給口に接続されて前記移動体に燃料補給及び外部電力供給を行う燃料補給装置との接続構造を有するレセプタクルであって、
    前記燃料補給装置には、接続時に前記補給口を内包するとともに内側に燃料補給路が形成され該燃料補給路を介して前記移動体側に燃料補給を行う第１の導電部と、該第１の導電部の外周側に設けられ接続時に前記移動体側に外部電力供給を行う第２の導電部と、これら第１の導電部と第２の導電部との間を電気的に絶縁する絶縁部と、前記第１の導電部を接地するアースとが設けられているレセプタクル。
  2. 請求項１に記載のレセプタクルであって、
    前記第１の導電部には、導電性の球体と、該球体を前記補給口の方向に付勢する導電性の弾性体とが設けられているレセプタクル。
  3. 請求項１に記載のレセプタクルであって、
    前記補給口には、導電性の球体と、該球体を前記第１の導電部の方向に付勢する導電性の弾性体とが設けられているレセプタクル。
  4. 請求項１から３のいずれかに記載のレセプタクルであって、
    前記移動体に、前記燃料補給装置を接続方向とは逆方向に付勢しつつ前記第２の導電部に接続する導電性の付勢部を備えているレセプタクル。
  5. 請求項１から４のいずれかに記載のレセプタクルであって、
    前記燃料補給装置は、前記第２の導電部を介して前記移動体のバッテリ又は補機に外部電力供給を行うレセプタクル。
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