JP2011139572A - 充電カプラおよび充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ充電用の充電器１０をバッテリ搭載車両１側に接続する充電コネクタ１３の温度を高い精度で検出し、充電カプラを熱から保護する。
【解決手段】充電カプラ１３のソケット４４には、電力ラインに接続される端子Ｔ１〜Ｔ４を収容した高電圧領域７１と、補助電力ラインや信号線に接続される端子Ｔ５〜Ｔ８を収容した低電圧領域７２とが設けられる。高電圧領域７１と低電圧領域７２とは間隙７３および絶縁壁７０とで電気的・熱的に絶縁される。正側電力ライン用端子Ｔ１と負側電力ライン用端子Ｔ２との間、および正側電力ライン用端子Ｔ３と負側電力ライン用端子Ｔ４との間に温度センサとしてのサーミスタ１４、１４がそれぞれ配置される。ＰＤＵ４５は、サーミスタ１４の検出温度が基準温度を超えた時、充電電流を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電カプラおよび充電制御装置に関し、特に、電動車両と電動車両外に設けられるバッテリ充電器とを接続する充電カプラおよび充電カプラの温度に基づいてバッテリ充電器を制御する充電制御装置に関する。

蓄電池（バッテリ）を充電する充電器とバッテリとを接続するコネクタつまりカプラ内に温度検出器としてのダイオードを配置した充電システムが知られている（特許文献１）。

実開昭５６−９２４３６号公報

駆動源としてのモータにバッテリから電力供給する電動車両が知られる。電動車両においては、充電器とバッテリとを接続するカプラの小型化が要求される。しかし、特許文献１に記載されている充電システムではカプラ内での温度検出器の具体的配置が示されておらず、温度検出器の配置の工夫によるカプラの小型化の余地が残されていた。特に、電動自動二輪車では、レイアウトスペースが厳しく制限されるうえ、カプラのプラグとソケットとを抜き差しすることが頻繁に行われるので、このプラグとソケットとの抜き差しによる経年劣化により接触抵抗が増大して発熱量が大きくなることが考えられる。したがって、カプラの小型化を維持できることが望まれ、また、カプラが発熱した場合にできるだけ早く発熱を抑えることができる構造が望まれる。

また、カプラの温度を適切な値に維持するため、正確に温度管理をすることができる温度検出器の適当なレイアウトの検討が望まれていた。

本発明の目的は、上記従来技術の課題に対して、温度検出器を備えるカプラの小型化を図り、カプラの温度を適切に管理することができる充電カプラおよび充電制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明は、車両外の充電器に接続されるプラグと、車両側に設けられ、前記プラグと連結されるソケットとからなり、前記プラグおよびソケットのいずれか一方に設けられる温度センサを有する充電カプラにおいて、正側電力ライン用端子を収納する正端子収納部と、負側電力ライン用端子を収納する負端子収納部と、前記正端子収納部および負端子収納部の間に配置され、前記温度センサを収納する温度検知手段収納部とを備えている点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記正側電力ライン用端子および負側電力ライン用端子の組が複数組設けられ、前記温度センサが、前記正側電力ライン用端子および負側電力ライン用端子の各組について設けられている点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記複数組の電力ライン用端子が、互いに同じ寸法および電気定格を有するものである点に第３の特徴がある。

また、本発明は、前記充電器と車両側とで充電に関する情報の送受を行う信号線に接続される複数の信号線用端子をさらに備え、少なくとも前記信号線用端子を収容する低電圧領域と、前記正側および負側電力ライン用端子を収容する高電圧領域とが、互いに絶縁間隙を挟んで配置されている点に第４の特徴がある。

また、本発明は、前記低電圧領域が、補助電力用低圧端子を含んでいる点に第５の特徴がある。また、本発明は、前記高電圧領域と低電圧領域との間に絶縁壁が介在している点に第６の特徴がある。

さらに、本発明は、車両の駆動源であるモータに電力を供給するバッテリを含む電力供給装置と、前記バッテリの充電電力を出力する充電器と、前記充電器および前記電力供給装置を互いに接続する充電カプラとを有する充電制御装置において、前記充電カプラが、前記第１〜６のいずれかの特徴を有する充電カプラであり、前記電力供給装置が、前記充電カプラに設けられる温度センサで検出された温度が基準温度以上である時に、前記充電器に充電電力低減指示を供給する制御手段を具備している点に第７の特徴がある。

第１の特徴を有する本発明によれば、温度センサを正側および負側電力ライン用端子間のデッドスペースに収容しているので、温度センサを配置するために充電カプラを大きくするということがない。また、温度が高くなりやすい電力ライン用端子に近接配置されるので、高温から充電コネクタを保護するのに好適な温度検出が可能である。したがって、小型化が可能であって、かつ、温度検出精度を向上させることができる充電カプラを提供することができる。

第２の特徴を有する本発明によれば、例えば、普通充電用に加えて急速充電用の充電電力発生手段をさらに設けて電力用ラインを複数組設けた場合でも、それぞれの電力ライン用端子の温度を測定することができる。

第３の特徴を有する本発明によれば、汎用性を確保することができる。第４の特徴を有する本発明によれば、高電圧領域側から低電圧領域側への電流リークの影響を低減することができる。

第５の特徴を有する本発明によれば、補助電源を車両側の電力供給装置に供給することができる。第６の特徴を有する本発明によれば、断熱効果と電流リーク低減効果をさらに高めることができる。

第７の特徴を有する本発明によれば、電力ライン用端子間で正確に測定した温度に基づいて充電カプラが基準温度を超えたことを検出した場合に、充電電流を低減もしくは供給停止して充電カプラの温度上昇を直ちに抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る充電カプラの背面図である。 本発明の一実施形態に係る充電カプラおよび充電制御装置を搭載した電動車両の側面図である。 充電制御装置の構成を示すブロック図である。 充電カプラを構成するソケットの斜視図である。 充電カプラの正面図である。 図１のＡ−Ａ位置での断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る充電カプラおよび充電制御装置を備えた電動車両の左側面図である。電動車両１は低床フロアを有するスクータ型二輪車であり、車体フレーム３に各構成部分が直接または他の部材を介して間接的に取り付けられている。まず、車体フレーム３は、前部であるヘッドパイプ３１と、ヘッドパイプ３１に先端が接合されて後端が下方に延びている前フレーム部分３２と、前フレーム部分３２から車体幅方向左右にそれぞれ分岐して車体後方寄りに延びている一対のメインフレーム部分３３と、メインフレーム部分３３から車体上後方に延びているリヤフレーム部分３６とからなる。

ヘッドパイプ３１には、前輪WFを支持するフロントフォーク２が操舵自在に支持される。フロントフォーク２から上部に延長されてヘッドパイプ３１で支持されるステアリング軸４１の上部には、アクセルグリップを有するステアリングハンドル４６が連結される。ステアリングハンドル４６には、アクセルグリップの回動角つまりアクセル開度を検知するスロットルセンサ２３が設けられる。

ヘッドパイプ３１の前部にはパイプからなるブラケット３７が結合され、このブラケット３７の前端部には、ヘッドライト２５が取り付けられ、ヘッドライト２５の上方にはブラケット３７で支持されるフロントキャリア２６が設けられる。

車体フレーム３の、メインフレーム部分３３とリヤフレーム部分３６との中間領域に車体後方に向けて延在するブラケット３４が接合されており、このブラケット３４には、車体幅方向に延在しているピボット軸３５が設けられ、このピボット軸３５によってスイングアーム１７が上下揺動自在に支持される。スイングアーム１７には、車両駆動源としてのモータ１８が設けられ、モータ１８の出力は後輪車軸１９に伝達され、後輪車軸１９に支持された後輪WRを駆動する。後輪車軸１９を含むハウジングとリヤフレーム部分３６とは、リヤサスペンション２０によって連結される。

ブラケット３４には、停車中に車体を支持するサイドスタンド２４が設けられ、サイドスタンド２４は、該サイドスタンド２４が所定位置に格納されているときに検出信号を出力するサイドスタンドスイッチ２８を有する。

メインフレーム部分３３には、複数のバッテリセルからなる高電圧（例えば７２ボルト定格）のメインバッテリ４が搭載され、メインバッテリ４の上部はカバー４０で覆われる。メインバッテリ４の前部には、空気導入パイプ３８が連結され、メインバッテリ４の後部には吸気ファン３９が設けられる。吸気ファン３９によって空気導入パイプ３８からメインバッテリ４に空気が導入され、この空気はメインバッテリ４を冷却した後、車体後方に排出される。なお、空気導入パイプ３８には、図示しないエアクリーナを通して空気を導入するのがよい。

リヤフレーム部分３６の上にはメインバッテリ４を充電する充電器（後述）から延びる充電ケーブル４２のプラグ４３を結合することができるソケット４４が設けられる。リヤフレーム部分３６には、さらにリヤキャリヤ２９やテールライト２７が設けられる。

左右一対のリヤフレーム部分３６の間には荷室５０が設けられ、この荷室５０から下部に突出している荷室底部５１には、メインバッテリ４で充電される低電圧（例えば、１２ボルト定格）のサブバッテリ５が収容される。スイングアーム１７には、モータ１８を制御するパワー・ドライブ・ユニット（ＰＤＵ)４５が設けられる。

荷室５０の上には、荷室５０の蓋を兼用する運転者シート２１が設けられ、運転者シート２１には、運転者が着座したときに作動して着座信号を出力するシートスイッチ２２が設けられる。

図３は、充電制御装置の構成を示すブロック図である。充電システムは、充電器１０と、電動車両１側の電力供給装置１１と、充電器１０および電力供給装置１１を互いに接続する充電カプラ１３とからなる。充電カプラ１３は、上述のように充電器１０側に接続されるプラグ４３と車両側のソケット４４とからなり、ソケット４４には、温度センサとしてのサーミスタ１４が設けられる。ソケット４４内でのサーミスタ１４の具体的なレイアウトは後述する。

充電器１０と電力供給装置１１とは、カプラ１３を介して、電力線ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、およびＰＬ４と、補助電力線ＰＬ５と、信号線ＳＬ１およびＳＬ２と、アース線ＥＬとで接続される。電力線ＰＬ１、ＰＬ３はプラス線であり、ＰＬ２、ＰＬ４はマイナス線である。

充電器１０は、例えば、商用交流電力系統に接続されるＡＣプラグ１５に接続される２系統の充電電力発生部５２、５３と補助電源発生部５４とを備える。さらに、充電器１０には、充電電力発生部５２、５３および補助電力発生部５４の出力を制御する充電制御部（コントローラ部）９が設けられる。充電制御部９は、コントローラＩＣおよびインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路等を含む。充電制御部９には、充電開始／停止スイッチ１２が接続される。

充電電力発生部５２は、充電器１０を急速充電器として構成する場合に付加され、急速充電器としない場合には、充電電力発生部５２を設けないようにすることができる。充電電力発生部５２は、ＡＣプラグ１５に接続される力率改善回路としてのＰＦＣ回路５６と、ＰＦＣ回路５６の出力側に接続されるコンバータ５７と、コンバータ５７の出力を制御するＦＥＴ５８とを有する。

充電電力発生部５３は、ＰＦＣ回路５９と、ＰＦＣ回路５９の出力側に接続されるコンバータ６０と、コンバータ６０の出力を制御するＦＥＴ６１とを有する。同様に、補助電力発生部５４は、ＰＦＣ回路５９の出力側に接続されるコンバータ６２と、コンバータ６２の出力を制御するＦＥＴ６３とを有する。コンバータ５７、６０は、例えば、７２ボルトの直流電圧を発生し、コンバータ６２は、制御電源として使用できる低電圧（例えば、直流１２ボルト）を発生する。

車両側に設けられる電力供給装置１１は、電力線ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、およびＰＬ４が引き込まれるダウンレギュレータ６とメインバッテリ４とを備え、さらに、メインバッテリ４にはバッテリ管理ユニット（ＢＭＵ）７と充電器１０を制御する車両側制御部（ＰＤＵ）４５とを備える。メインバッテリ４の直流出力電圧は、ＰＤＵ４５に設けられる図示しないインバータ回路を通じて３相交流電圧に変換され、車両駆動源であるモータ１８（図２参照）に印加される。

電力供給装置１１側では、カプラ１３を経由して導入される電力線ＰＬ１、ＰＬ３ならびにＰＬ２、ＰＬ４は、それぞれ１本のプラス（正側）線ＰＬおよび１本のマイナス（負側）線ＰＬに統合される。統合されたプラス（正側）線ＰＬには、コンタクタ８が設けられる。

ダウンレギュレータ６には、コンバータ６７とＦＥＴ６８とが設けられる。コンバータ６７は、入力電圧（７２ボルト）を、例えばサブバッテリ５の充電電圧に変換して出力する。

ＢＭＵ７は、メインバッテリ４の充電状態を監視する。ＰＤＵ４５とＢＭＵ７との間はＣＡＮ通信線によって接続され、メインバッテリ４の充電状態（過充電情報等）や、これに応じたメインバッテリ４の制御情報が送受される。ＰＤＵ４５には、サーミスタ１４の検知情報が入力される。ＰＤＵ４５と充電器１０の充電制御部９とは、信号線ＳＬ１およびＳＬ２で接続される。

上記充電器１０において、メインバッテリ４を充電する際には、ＡＣプラグ１５をＡＣコンセント（商用電力系統の出力部）に接続する。これにより、コンバータ６２から充電制御部９に制御用電力が供給される。そして、充電開始／停止スイッチ１２を開始側に切り換えると、充電制御部９は、補助電力発生部５４のＦＥＴ６３にゲート信号を入力する。これにより、補助電源電圧が電力供給装置１１に印加される。補助電源電圧（１２ボルト）によって、ダウンレギュレータ６のＦＥＴ６８、ＢＭＵ７、およびＰＤＵ４５が付勢される。

ＰＤＵ４５はＢＭＵ７と通信してメインバッテリ４の充電状態を認識し、充電可能ならば信号線ＳＬ１を通じて充電制御部９に充電許可信号を入力する。充電制御部９は、充電許可信号が入力されると、充電電力発生部５２、５３のＦＥＴ６１、６３にゲート信号を入力して充電電力（例えば、電圧７２ボルト）を発生させる。ＦＥＴ６１、６３のオン時間デューティは、ＰＤＵ４５から充電制御部９に入力されるメインバッテリ４の状態によって制御される。

充電電力発生部５２、５３からの電圧は、コンタクタ８を介してメインバッテリ４に印加され、メインバッテリ４は充電される。また、充電電力発生部５２、５３からの電圧は、ダウンレギュレータ６内のコンバータ６７によって、例えば１２ボルトに降圧され、サブバッテリ５の充電用に使用される。なお、コンバータ６７によって降圧された電圧はサブバッテリ５の充電用だけでなく、ヘッドライト２５やウィンカランプ等の灯火を含む補機にも印加されることができる。

サーミスタ１４で検知された充電カプラ１３の温度情報は、ＰＤＵ４５に入力され、ＰＤＵ４５は、内部に備えているマイクロコンピュータの機能を使って充電カプラ１３の温度が所定の高温に達していないかどうかを判断する。この判断により、充電カプラ１３が所定の高温に達していると判断した場合、ＰＤＵ４５は、信号線ＳＬ２を通じて充電電圧を低下させる指示（電流切替信号）を充電制御部９に送信する。この指示を入力された充電制御部９は、コンバータ５７および６０に対して、充電電圧は維持しつつ充電電流のみを低減させる出力制御を行う。なお、メインバッテリ４の充電量が十分である場合は、ＦＥＴ５８、６１のオン時間デューティはゼロにして充電を停止させてもよい。このようにすることにより、ソケット４４における過熱を抑えることができる。ＰＤＵ４５は、温度情報の判断部４５１と、信号線ＳＬ２を使って充電制御部９に信号を送信するための通信部４５２とを有している。

次に、前記サーミスタ１４の配置について説明する。図４はサーミスタ１４を設ける充電カプラ１３のソケット４４の斜視図、図５はソケット４４の正面図、図１はソケット４４の背面図である。ソケット４４は、端子Ｔ１〜Ｔ８を有する。端子Ｔ１、Ｔ３は、車両側に延びるプラスの電力ラインＰＬ１、ＰＬ３がそれぞれ接続される電力ライン用端子である。端子Ｔ２、Ｔ４には、車両側に延びるマイナスの電力ラインＰＬ２、ＰＬ４がそれぞれ接続される。電力ライン用端子Ｔ１〜Ｔ４は、寸法および電気的定格（定格電流）が同じものを使用して汎用性を確保する。

一方、端子Ｔ５〜Ｔ８には、車両側に延びる補助電力線ＰＬ５並びに信号線ＳＬ１〜ＳＬ３がそれぞれ接続される。各端子間は絶縁壁７０で仕切られる。このように、ソケット４４は、高電圧の電力ライン用端子Ｔ１〜Ｔ４を配置した高電圧領域７１と、補助電源用端子Ｔ５および信号用端子Ｔ６〜Ｔ８を配置した低電圧領域７２とに分割されている。

そして、図１、図５に示すように（図５では、点線で示す）、サーミスタ１４は、低電圧領域７２より温度上昇が低いと考えられる高電圧領域７１において、プラス電力ライン用端子Ｔ１とマイナス電力ライン用端子Ｔ２の間に設けられる。なお、この例では、急速充電用に二つの充電電力発生部５２、５３を有しているので、さらにもう一つのサーミスタ１４を、高電圧領域７１において、プラス電力ライン用端子Ｔ３とマイナス電力ライン用端子Ｔ４の間に設ける。このように温度センサとしてのサーミスタ１４を高電圧領域７１の電力ライン用端子に近接して配置することにより、より高い温度検出精度を得ることができる。

なお、高電圧領域７１と、信号線用端子Ｔ６〜Ｔ８を含む低電圧領域７２との間には、間隙（絶縁間隙）７３が設けられている。間隙７３の両側、つまり高電圧領域７１と低電圧領域７２とが対峙している部分には、マイナス電力ライン用端子Ｔ２、Ｔ４の絶縁壁７０と端子Ｔ５、Ｔ６の絶縁壁７０が位置している。このような配置により、低電圧領域７２は、比較的温度上昇が大きい高電圧領域７１からの熱の影響や信号線に対する電力線からのリークによる影響を受けにくい。

ソケット４４には、端子収容部の周囲壁部７３から外周に向けて張り出したフランジ７４が形成されており、このフランジ７４に設けられた２個所の取り付け孔７５、７５を使用して車体フレーム３の、リヤフレーム部分３６上にボルト等によって固定される。周囲壁部７３とフランジ７４とに亘って設けられたブラケット７６は、端子収容部の周囲壁部７３の上を覆うことができる蓋（図示しない）を開閉可能に軸支するための軸の支持部を形成する。

図６は、図１のＡ−Ａ位置での断面図である。図６に示すように、サーミスタ１４、１４は、ソケット４４のフランジ７４から下方に突出された絶縁壁７７で周囲を囲まれた空間内に挿入され、エポキシ樹脂で接着固定される。

上述のように、本実施形態によれば、温度センサ１４、１４を正側電力ラインＬ１、Ｌ３および負側電力ラインＬ２、Ｌ４にそれぞれ接続されるプラス電力ライン用端子Ｔ１、Ｔ３とマイナス電力ライン用端子Ｔ２、Ｔ４との間にそれぞれ配置したので、これら端子間のスペースを有効に利用できるし、充電カプラ１３の温度を正確に検出することができる。つまり、小型化を可能にしつつ、温度検出精度を向上させることのできる充電カプラを提供することができる。

なお、本実施形態では、サーミスタ１４を複数の電力ライン用の端子にそれぞれ対応して複数配置したので、温度の判断は、両センサの検出値のいずれか高い方を検知するか、両検出値の平均値に基づいて行うことができる。しかし、本発明はこれに限定されず、単一のサーミスタ１４を温度センサとしてもよい。

また、サーミスタ１４は、車両側のソケット４４に設けたが、ソケット４４に接続されるプラグ４３に設けられる電力ライン用プラグ端子の正負間に設けてもよい。但し、この場合は、充電カプラ１３のプラグ４３およびソケット４４に、サーミスタ１４の接続ライン用端子を設ける。これに対して、ソケット４４にサーミスタ１４を設けた場合は、充電プラグ１３の構成は簡単でよい。

１…電動車両、 ３…車体フレーム、 ４…メインバッテリ、 ５…サブバッテリ、 ６…ダウンレギュレータ、 ７…ＢＭＵ、 ８…コンタクタ、 ９…充電制御部、 １０…充電器、 １１…電力供給装置、 １３…充電カプラ、 １４…サーミスタ（温度センサ）、 １５…スロットルセンサ、 １６…、 １８…モータ、 ４３…プラグ、 ４４…ソケット、 ７１…高電圧領域、 ７２…低電圧領域

Claims (7)

1. 車両外の充電器（１０）に接続されるプラグ（４３）と、車両側に設けられ、前記プラグ（４３）と連結されるソケット（４４）とからなり、前記プラグ（４３）およびソケット（４４）のいずれか一方に設けられる温度センサ（１４）を有する充電カプラ（１３）において、
   正側電力ライン用端子（Ｔ１）を収納する正端子収納部と、
   負側電力ライン用端子（Ｔ２）を収納する負端子収納部と、
   前記正端子収納部および負端子収納部の間に配置され、前記温度センサ（１４）を収納する温度検知手段収納部とを備えていることを特徴とする充電カプラ。
2. 前記正側電力ライン用端子（Ｔ１、Ｔ３）および負側電力ライン用端子（Ｔ２、Ｔ４）の組が複数組設けられ、
   前記温度センサ（１４）が、前記正側電力ライン用端子（Ｔ１、Ｔ３）および負側電力ライン用端子（Ｔ２、Ｔ４）の各組について設けられていることを特徴とする請求項１記載の充電カプラ。
3. 前記複数組の電力ライン用端子（Ｔ１〜Ｔ４）が、互いに同じ寸法および電気定格を有するものであることを特徴とする請求項２記載の充電カプラ。
4. 前記充電器（１０）と車両側とで充電に関する情報の送受を行う信号線（ＳＬ１、ＳＬ２）に接続される複数の信号線用端子（Ｔ６、Ｔ７）をさらに備え、
   少なくとも前記信号線用端子（Ｔ６、Ｔ７）を収容する低電圧領域（７２）と、前記正側および負側電力ライン用端子（Ｔ１〜Ｔ４）を収容する高電圧領域（７１）とが、互いに絶縁間隙（７３）を挟んで配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の充電カプラ。
5. 前記低電圧領域（７２）が、補助電力用低圧端子（Ｔ５）を含んでいることを特徴とする請求項４記載の充電カプラ。
6. 前記高電圧領域（７１）と低電圧領域（７２）との間に絶縁壁（７０）が介在していることを特徴とする請求項３または４記載の充電カプラ。
7. 車両の駆動源であるモータ（１８）に電力を供給するバッテリ（４）を含む電力供給装置（１１）と、前記バッテリ（４）の充電電力を出力する充電器（１０）と、前記充電器（１０）および前記電力供給装置（１１）を互いに接続する充電カプラ（１３）とを有する充電制御装置において、
   前記充電カプラ（１３）が、請求項１〜６のいずれかに記載された充電カプラであり、
   前記電力供給装置（１１）が、前記充電カプラ（１３）に設けられる温度センサ（１４）で検出された温度が基準温度以上である時に、前記充電器（１０）に充電電力低減指示を供給する制御手段（４５）を具備していることを特徴とする充電制御装置。

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