JP2013039897A - 接続コネクタ及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電制御に要する制御信号を伝送するケーブルに、制御信号と異なる通信信号を重畳する通信に際し、ノイズの影響を低減することが可能な接続コネクタ及び通信システムを提供する。
【解決手段】車両に搭載された蓄電装置の充電制御に要する制御信号を伝送する制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３を、車外ケーブルと接続するための接続手段を備える接続コネクタ４に、通信信号の重畳及び分離を行う重畳分離部４０と、ローパスフィルタ４２とを備えさせる。
【選択図】図２

Description

本願は、車両に搭載された蓄電装置の充電制御に要する制御信号を伝送する制御用ケーブル等のケーブルの接続に用いる接続コネクタ及び通信システムに関する。

近年、モータ及びバッテリ等の装置を搭載し、バッテリに蓄積した電力にてモータを駆動することで走行する電気自動車及びハイブリッド自動車が普及し始めている。電気自動車は外部の給電装置からバッテリへの充電を行う必要があり、またハイブリッド自動車であっても外部の給電装置からバッテリへの充電を可能としたプラグインハイブリッド自動車がある。外部からバッテリへの充電を行う車両においては、外部の給電装置に接続された充電ケーブルのプラグを車両に設けられた給電口のコネクタ装置に接続して、給電装置から車両のバッテリへ充電ケーブルを介した電力供給が行われ、バッテリが充電される。

また、給電装置から車両のバッテリへの充電に際し、給電装置及び車両をＣＰＬＴ信号を送受信する制御用ケーブルにて接続し、充電に際してＣＰＬＴ信号に基づく充電制御が行われている。また、制御用ケーブルを用いた通信に他の通信信号を重畳するインバンド通信と呼ばれる通信システムが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。

図４は、従来の通信システムの車両内の構成を示すブロック図である。図４は、非特許文献１に記載されている通信システムの適用例を示したものである。図４中１００は、車両に配設された装置を車外ケーブルと接続するための接続コネクタである。接続コネクタ１００には、制御用ケーブル（ＣＰＬＴ）及び接地ケーブル（ＧＮＤ）の一端が接続されており、制御用ケーブル及び接地ケーブルの他端はバッテリへの充電を制御する制御部２００に接続されている。また、接続コネクタ１００及び制御部２００の間には、信号の重畳及び分離を行う重畳分離部３００が設けられており、重畳分離部３００には通信信号を送受信する通信部４００が接続されている。

「ＳＵＲＦＡＣＥ ＶＥＨＩＣＬＥ ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＥＤ ＰＲＡＣＴＩＣＥ」、Ｊ１７７２ ＪＡＮ２０１０、ソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズ・インク（Society of Automotive Engineers, Inc. ）,１９９６年１０月（２０１０年１月改訂）

しかしながら、図４に示したような構成の従来の通信システムでは、車両内の各種機器から発せられる様々なノイズが制御用ケーブル及び接地ケーブルを伝送される各種信号に影響するという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、接続コネクタに重畳分離部を設けることにより、通信ノイズによる影響を低減する接続コネクタ及び通信システムの提供を目的とする。

本発明に係る接続コネクタは、車両に搭載された蓄電装置の充電制御に要する制御信号を伝送する制御用ケーブル及び接地ケーブルを、車外ケーブルと接続するための接続手段を備える接続コネクタにおいて、前記制御用ケーブル及び接地ケーブルのうちの一方或いは双方のケーブル中に設けられ、該ケーブルに前記制御信号と異なる通信信号の重畳及び分離を行う重畳分離部を備えることを特徴とする。

本発明に係る接続コネクタは、前記制御用ケーブル中にローパスフィルタが介装されていることを特徴とする。

本発明に係る接続コネクタは、前記制御用ケーブル及び接地ケーブル間に接続されたキャパシタを更に備え、前記重畳分離部は、前記一方或いは双方のケーブル中に１次コイルが介装され、通信信号を送受信する通信部に接続される２次コイルが接続された電磁誘導式の信号変換器を有し、前記キャパシタとの接続部及び接続手段間に設けられていることを特徴とする。

本発明に係る接続コネクタは、前記１次コイルは、前記一方のケーブルにて環状磁性体を巻回したものであることを特徴とする。

本発明に係る通信システムは、給電装置と、該給電装置からの給電を受ける蓄電装置を搭載した車両とをケーブルにて接続し、前記蓄電装置の充電制御に要する制御信号の通信を前記ケーブルを介して行う通信システムにおいて、前記車両は、上記のいずれかに記載の接続コネクタと、該接続コネクタの信号変換器に接続し、前記制御信号と異なる通信信号を送受信する通信部とを備え、前記給電装置は、前記ケーブルを介した通信に対し、前記通信信号の重畳及び分離を行う重畳分離部を備えることを特徴とする。

本発明では、重畳分離部を接続コネクタに備えさせることにより、重畳分離部及び接続コネクタ間を繋ぐ制御用ケーブル及び接地ケーブルの長さを可及的に短縮することができる。

本発明では、ローパスフィルタを介装することにより、制御用ケーブル及び接地ケーブルに重畳された高周波成分が充電制御部に混入し、充電制御の誤作動を誘発する可能性が低くなる。

本発明では、一方のケーブル中に１次コイルを介装し、キャパシタで両ケーブルを接続した閉ループによる通信回線を設定することができる。

本発明では、重畳分離部及び接続コネクタ間を繋ぐ制御用ケーブル及び接地ケーブルの長さを可及的に短縮することにより、車両内外で発生する電磁波等の外部要因がケーブルに与える影響を低減することができるので、ノイズによる通信への悪影響を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

また、本発明では、制御用ケーブル又は接地ケーブルに混入したノイズ、通信信号の重畳又は分離により発生したノイズ等の高周波ノイズが伝搬することを防止することができるので、ノイズによる通信への悪影響を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

さらに、本発明では、一方のケーブル中に１次コイルを介装し、キャパシタで両ケーブルを接続した閉ループによる通信回線を設定することにより、重畳分離部を小型化することができるので、重畳分離部を接続コネクタに一体化した場合でも全体として小型化されているため、設置スペースの問題を発生させることなく、車両への搭載を実現することが可能である等、優れた効果を奏する。

本発明の通信システムの構成例を示す説明図である。 本発明の通信システムの車両内の構成を示すブロック図である。 本発明の接続コネクタが備える部材の構成例を示す外観斜視図である。 従来の通信システムの車両内の構成を示すブロック図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の通信システムの構成例を示す説明図である。図１は、本発明の通信システムを、電気自動車、プラグインハイブリッド車等の車両１が備えるバッテリ（蓄電装置）１０に対し、充電スタンド等の給電装置２から給電する際の給電制御に適用する例を示している。車両１及び給電装置２の間は、電力供給線として用いられる２本の充電ケーブル３０、３１、充電制御に要するコントロールパイロット信号等の制御信号を伝送する導線である制御用ケーブル３２、及び接地用の導線として接地ケーブル３３により接続されている。これらの各種ケーブルは、一端が給電装置２側に接続されており、他端側に設けられたプラグを、車両１側に配設された接続コネクタ４等の接続部内に設けられた接続端子３０ａ、３１ａ、３２ａ、３３ａと結合することにより、図１に例示する回路構成となる。

充電ケーブル３０、３１は、交流電圧が印加されるＡＣ線である。制御用ケーブル３２は、コントロールパイロット信号等の制御信号を送受信する信号線であり、送受信されるコントロールパイロット信号に基づいて充電制御が行われる。さらに、本発明に係る通信システムでは、充電管理、課金管理等の管理を行うための情報、その他各種情報を、制御信号と異なる通信信号として、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３の２本のケーブルを用いて伝送する。即ち、本発明の通信システムは、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３の２本のケーブルを介して、通信される制御信号（コントロールパイロット信号）に、通信信号を重畳し、通信を行うものである。

給電装置２は、交流電力を供給する電力供給部２０と、充電制御に係る通信を行う充電制御部２１と、通信信号の重畳及び分離を行う重畳分離部２２と、通信信号の送受信を行う通信部２３とを備えている。電力供給部２０には、充電ケーブル３０、３１の一端及び接地ケーブル３３が接続されている。充電制御部２１には、制御用ケーブル３２の一端及び接地ケーブル３３が接続されている。なお、給電装置２内の各ケーブルは、給電装置２外部の充電ケーブル３０、３１、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３と接続端子３０ｂ、３１ｂ、３２ｂ及び３３ｂを介して接続された延長ケーブルとして機能する内部導線ということになるが、以降の説明では、内部導線として配設された延長ケーブル部分も含めて、充電ケーブル３０、３１、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３として説明する。

充電制御部２１には、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３が接続されており、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３の間は、キャパシタ２１０にて接続されている。なお、図１では、回路構成を明確にするため、キャパシタ２１０が充電制御部２１外で配設されている例を示しているが、充電制御部２１内に制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３を接続するキャパシタ２１０を設ける様にしても良い。充電制御部２１は、例えば、充電制御に関する国際規格に準拠した出力側の回路であり、コントロールパイロット信号等の制御信号を送受信することにより、接続確認、通電開始等の様々な状態における充電制御を行う。また、充電制御部２１内では、電力供給部２０及びバッテリ１０の状態の検出及び発信すべき制御信号の決定に用いるマイコン及びバッファ、制御信号を発信する発信回路等の各種回路が制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３に接続されている。

重畳分離部２２は、接地ケーブル３３上でキャパシタ２１０及び接続端子３３ｂの間となる位置に配設されている。重畳分離部２２は、カップリングトランス（電磁誘導式の信号変換器）を構成する１次コイル２２ａ及び２次コイル２２ｂを備えており、カップリングトランスの１次コイル２２ａが、接地ケーブル３３中に介装された状態で設けられている。カップリングトランスの２次コイル２２ｂは、通信部２３に接続されている。

重畳分離部２２は、接地ケーブル３３を介して、コントロールパイロット信号等の制御信号の通信に、通信信号を重畳し、また、重畳された通信信号を分離する。このようにして、重畳分離部２２が、通信部２３から出力される各種信号を重畳し、また、分離した各種通信信号を通信部２３に入力することで、通信部２３の通信が行われる。

車両１には、バッテリ１０及び接続コネクタ４の他、バッテリ１０に対する充電を行う充電部１１と、充電制御に係る通信を行う充電制御部１２と、通信信号の送受信を行う通信部１３とを備えている。

車両１には、充電ケーブル３０、３１の他端と、制御用ケーブル３２の他端と、接地ケーブル３３とが接続されている。充電ケーブル３０、３１の他端は、車両１内の内部に配設されたＡＣ線を介して充電部１１に接続されており、充電部１１によりバッテリ１０に対する充電が行われる。制御用ケーブル３２の他端は、車両１内の内部配線として配設された延長ケーブル及び接続コネクタ４内の内部配線を介して充電制御部１２に接続されている。また、接地ケーブル３３は、内部配線として配設された延長ケーブル及び接続コネクタ４内の内部配線を介して充電器１１及びバッテリ１０並びに充電制御部１２に接続されている。なお以降の説明では、便宜上、内部配線として配設された延長ケーブル部分及び接続コネクタ４内の内部配線をも含めて、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３として説明する。

充電制御部１２には、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３が接続されており、また、バッテリ１０及び充電部１１の状態の検出及び制御信号に基づく処理に用いるマイコン及びバッファ、その他各種電子素子にて構成される各種回路を備えている。充電制御部１２は、例えば、充電制御に関する国際規格に準拠した入力側の回路であり、コントロールパイロット信号等の制御信号を送受信することにより、接続確認、通電開始等の様々な状態における充電制御を行う。

接続コネクタ４は、通信信号の重畳分離を行う重畳分離部４０と、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３間を接続するキャパシタ４１と、制御用ケーブル３２中に介装されたローパスフィルタ４２とを備えている。また、重畳分離部４０は、カップリングトランス（電磁誘導式の信号変換器）として、接地ケーブル３３中に介装された一次コイル４０ａと、通信部１３に接続する２次コイル４０ｂと、環状磁性体を用いたトロイダルコア４０ｃを備えている。トロイダルコア４０ｃは、一次コイル４０ａ及び２次コイル４０ｂにて巻回されている。そして、重畳分離部４０は、制御用ケーブル３２を介して、制御信号の通信に、通信信号を重畳し、また、重畳された通信信号を分離する。このようにして、接続コネクタ４内の重畳分離部４０が、通信部１３から出力される各種信号を重畳し、また、分離した各種通信信号を通信部１３に入力することで、通信部１３の通信が行われる。即ち、制御信号の伝送に際し、通信信号を重畳及び分離する通信を実現し、充電量管理、課金管理等の管理を行うための情報を通信信号として送受信することが可能となる。

さらに、接続コネクタ４内のローパスフィルタ４２が、高周波成分を遮断するため、充電制御部１２へ伝送される制御信号に高周波成分がノイズとして混入することを防止することができる。

給電装置２及び車両１を充電ケーブル３０、３１、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３で接続することにより、充電ケーブル３０、３１による通電経路と、制御用ケーブル３２による制御信号の伝送経路とが確保され、また接地が行われる。給電装置２及び車両１が制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３で接続された状態においては、制御用ケーブル３２、接地ケーブル３３、キャパシタ２１０、給電装置２の１次コイル２２ａ、接続コネクタ４内の１次コイル４０ａ、及びキャパシタ４１によって閉じられた電流ループ回路が構成される。そして、このループ内にカップリングトランスとして配置された給電装置２内の重畳分離部２２及び接続コネクタ４内の重畳分離部４０により、通信信号の重畳及び分離を行うことができ、給電装置２及び車両１間で通信を行うことができる。

図２は、本発明の通信システムの車両１内の構成を示すブロック図である。図２は、図１に回路図として示した本発明の通信システムにて用いられる接続コネクタ４と他の機構との関連をブロック図として示したものである。前述のように、接続コネクタ４は、充電制御部１２と制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３にて接続されており、また、通信部１３とも接続している。重畳分離部４０は、接続コネクタ４に一体化されており、また、充電制御部１２との間にはローパスフィルタ４２が配設されている。

このように、重畳分離部４０が接続コネクタ４に一体化されているため、車両１内外で発生する電磁波等の外部要因が、接続コネクタ４と重畳分離部４０とを繋ぐ部分の制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３に与える影響を低減する。よって、ノイズによる通信への悪影響を抑制することが可能である。また、ローパスフィルタ４２が、高周波ノイズが充電制御器１２まで伝搬することを防止し、外部要因により生じたノイズ、通信信号の重畳又は分離により生じたノイズ等の高周波ノイズによる通信への悪影響を抑制することが可能である。そして、ノイズによる影響を低減することにより、充電制御部１２、その他各種車載装置等のＥＣＵの配置に対する自由度を向上させることも可能となる。

図３は、本発明の接続コネクタ４が備える部材の構成例を示す外観斜視図である。図３は、接続コネクタ４が車両１に取り付けられた場合に、車両１の内側となる方向からの外観を斜視図として示したものである。接続コネクタ４は、制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３並びにその他のケーブル３４、接続端子３２ａ及び３２ｂ等の各種構成部品を収容する収容部材として用いられるハウジング４３を備えている。ハウジング４３は、略矩形の板状をなす取付部４３ａと、取付部４３ａの一面の中央に突設された円筒状の筒状部４３ｂと、取付部４３ａの他面の中央に突設された円筒状のケーブル接続部４３ｃとを備えている。

取付部４３ａの四隅には夫々取付孔が開設されており、車両１の車体の所定位置にネジ等の取付具で接続コネクタ４を取り付けることが可能である。

筒状部４３ｂ内には、制御用ケーブル３２、接地ケーブル３３等の配線を内挿するための挿通孔を有する複数の内挿管が、筒状部４３ｂと一体的に設けられており、筒状部４３ｂ内に配設された接続端子３２ａ、３２ｂを介して外部の制御用ケーブル３２、接地ケーブル３３等のケーブルと電気的に接続される。

接続コネクタ４の重畳分離部４０が備えるカップリングトランスは、１次コイル４０ａ、２次コイル４０ｂ及びトロイダルコア４０ｃを備えている。トロイダルコア４０ｃは、接続コネクタ４の筒状部４３ｂより直径が小さい円環状をなす環状磁性体を用いて構成されている。トロイダルコア４０ｃには、接地ケーブル３３が巻回した１次コイル４０ａと共に、２次コイル４０ｂを形成する配線が巻回されている。２次コイル４０ｂを巻回する配線は、先端に設けられた接続手段を介して通信部１３に接続される。

制御用ケーブル３２及び接地ケーブル３３は、先端に設けられた接続手段を介して充電制御部１２に接続される。接地ケーブル３３は、円環状をなすローパスフィルタ４２内を挿通する構成となっている。なお、図３では、接地ケーブル３３が、トロイダルコア４０ｃの１次コイル４０ａを構成し、ローパスフィルタ４２内を挿通する構成となっているが、制御用ケーブル３２がトロイダルコア４０ｃの１次コイル４０ａを構成し、ローパスフィルタ４２内を挿通する構成としても良い。また、図１の例に示すように、一方のケーブルが、トロイダルコア４０ｃの１次コイル４０ａを構成し、他方のケーブルがローパスフィルタ４２内を構成するようにしても良い等、適宜設計することが可能である。また、円環状をなすローパスフィルタ４２をケーブルにて巻回するようにしても良い。

前記実施の形態は、本願の無数に存在する実施例の一部に過ぎず、制御用ケーブル及び接地ケーブル、重畳分離部、ローパスフィルタ等の各種構成を適宜配置し、例えば前述したように、制御用ケーブル側にて１次コイルを構成する等、様々な形態に展開することが可能である。そして、このように構成することで、制御信号の伝送に、通信信号を重畳及び分離する通信に対して悪影響を及ぼすノイズを効果的に低減することが可能である。

１ 車両
１０ バッテリ（蓄電装置）
１１ 充電部
１２ 充電制御部
１３ 通信部
２ 給電装置
２０ 電力供給部
２１ 充電制御部
２１０ キャパシタ
２２ 重畳分離部
３０、３１ 充電ケーブル
３２ 制御用ケーブル
３３ 接地ケーブル
４ 接続コネクタ
４０ 重畳分離部
４０ａ １次コイル
４０ｂ ２次コイル
４０ｃ トロイダルコア
４１ キャパシタ
４２ ローパスフィルタ

Claims (5)

1. 車両に搭載された蓄電装置の充電制御に要する制御信号を伝送する制御用ケーブル及び接地ケーブルを、車外ケーブルと接続するための接続手段を備える接続コネクタにおいて、
   前記制御用ケーブル及び接地ケーブルのうちの一方の或いは双方のケーブル中に設けられ、該ケーブルに前記制御信号と異なる通信信号の重畳及び分離を行う重畳分離部を備えることを特徴とする接続コネクタ。
2. 前記制御用ケーブル中にローパスフィルタが介装されていることを特徴とする請求項１に記載の接続コネクタ。
3. 前記制御用ケーブル及び接地ケーブル間に接続されたキャパシタを更に備え、
   前記重畳分離部は、
   前記一方或いは双方のケーブル中に１次コイルが介装され、通信信号を送受信する通信部に接続される２次コイルが接続された電磁誘導式の信号変換器を有し、
   前記キャパシタとの接続部及び接続手段間に設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接続コネクタ。
4. 前記１次コイルは、前記一方のケーブルにて環状磁性体を巻回したものであることを特徴とする請求項３に記載の接続コネクタ。
5. 給電装置と、該給電装置からの給電を受ける蓄電装置を搭載した車両とをケーブルにて接続し、前記蓄電装置の充電制御に要する制御信号の通信を前記ケーブルを介して行う通信システムにおいて、
   前記車両は、請求項１乃至４のいずれかに記載の接続コネクタと、
   該接続コネクタの信号変換器に接続し、前記制御信号と異なる通信信号を送受信する通信部と
   を備え、
   前記給電装置は、前記ケーブルを介した通信に対し、前記通信信号の重畳及び分離を行う重畳分離部を備える
   ことを特徴とする通信システム。

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