JP2014193039A - 車両用電力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気ケーブル、コネクタに過剰なストレスが加わることがなく、且つユーザにとって使い勝手のよい車両用電力装置を提供する。
【解決手段】 車両用電力装置は、電気ケーブル２のコネクタ３を電動車両Ｃのインレット２２に接続することによって、電力変換回路１ａから充電電力を供給して蓄電池２１を充電する。検出部４は、電気ケーブル２の張力によって接合部５に加わる力を検出しており、制御部１ｂは、検出した力が閾値Ｋ１より小さければ、電力変換回路１ａによる充電電力の出力動作を開始し、電力変換回路１ａが充電電力を出力しているときに検出した力が閾値Ｋ１以上になれば、表示部１ｄおよび音声出力部１ｅから警報を報知し、電力変換回路１ａが充電電力を出力しているときに検出した力が閾値Ｋ２（＞Ｋ１）以上になれば、電力変換回路１ａによる充電電力の出力を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電力装置に関するものである。

近年、有害排気物質が少なく、環境にやさしい電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）などの電動車両が市場に導入され、電動車両の蓄電池の充放電を行う車両用電力装置が普及しつつある。

電動車両を充電する車両用電力装置は、蓄電池を充電する充電電力を出力する電力変換器を有し、電力変換器の出力には充電ケーブルの一端が接続している。この充電ケーブルの他端はコネクタを接続しており、このコネクタが電動車両に設けたインレットに着脱可能に接続する。そして、電力変換器は、充電ケーブルおよびコネクタを介して、電動車両の蓄電池に充電電力を供給する。

しかしながら、コネクタがインレットに接続された状態で充電ケーブルが引っ張られると、充電ケーブルまたはコネクタに過度のストレスが加わり、充電ケーブルまたはコネクタが損傷する虞がある。

そこで、コネクタあるいは充電ケーブルに歪ゲージや圧力センサを取り付けて、コネクタがインレットから外れる方向に加わる過剰な力を検出する構成が提案された。この従来構成では、コネクタがインレットから外れる方向に過剰な力を検出すると、コネクタとインレットとのラッチ状態を解除して、コネクタをインレットから離脱させている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１８７１７５号公報

しかし、上述の特許文献１では、充電ケーブルおよびコネクタにストレスが加わると、コネクタとインレットとの接続がすぐに解除されてしまうため、ユーザは、コネクタをインレットに接続するという作業を再度行う必要があった。ユーザは、インレットに一度接続したコネクタを再度接続しなければならず、ユーザにとっては使い勝手が悪いものであった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気ケーブル、コネクタに過剰なストレスが加わることがなく、且つユーザにとって使い勝手のよい車両用電力装置を提供することにある。

本発明の車両用電力装置は、電動車両に搭載された蓄電池を充電する充電電力を出力する電力変換器と、前記電力変換器の出力に一端を接続した電気ケーブルと、前記電気ケーブルの他端に設けられて、前記電動車両のインレットに着脱可能に接続するコネクタと、前記電気ケーブルと前記コネクタとが互いに接続している接合部に設けられて、前記電気ケーブルの張力によって前記接合部に加わる力を検出する検出部と、ユーザに対して警報を報知する報知部とを備え、前記電力変換器は、前記充電電力を生成して出力する電力変換回路と、前記電力変換回路の動作を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記検出した力が第１の閾値より小さければ、前記電力変換回路による前記充電電力の出力動作を開始し、前記電力変換回路が前記充電電力を出力しているときに前記検出した力が前記第１の閾値以上になれば、前記報知部から警報を報知し、前記電力変換回路が前記充電電力を出力しているときに前記検出した力が第２の閾値以上になれば、前記電力変換回路による前記充電電力の出力を停止させ、前記第２の閾値は前記第１の閾値より大きいことを特徴とする。

この発明において、前記コネクタが前記インレットから離脱することを阻止するロック部を備え、前記制御部は、前記検出した力が第３の閾値より小さければ、前記ロック部のロック状態を維持し、前記検出した力が前記第３の閾値以上であれば、前記ロック部のロック状態を解除し、前記第３の閾値は前記第２の閾値より大きいことが好ましい。

この発明において、前記検出部は、前記接合部に加わる曲げ応力を検出することが好ましい。

この発明において、前記電力変換回路は、前記蓄電池の放電電力を前記コネクタおよび前記電気ケーブルを介して入力され、前記放電電力を電力変換して出力し、前記制御部は、前記検出した力が前記第１の閾値より小さければ、前記電力変換回路による前記放電電力の電力変換を開始し、前記電力変換回路が前記放電電力の電力変換を行っているときに前記検出した力が前記第１の閾値以上になれば、前記報知部から警報を報知し、前記電力変換回路が前記放電電力の電力変換を行っているときに前記検出した力が前記第２の閾値以上になれば、前記電力変換回路による前記放電電力の電力変換を停止させることが好ましい。

以上説明したように、本発明では、ユーザは、電力供給を継続した状態で電気ケーブルの引き回しを変更し、接合部に加わる曲げ応力を低減させることによって、電気ケーブルまたはコネクタの損傷を防止できる。すなわち、電気ケーブル、コネクタに過剰なストレスが加わることがなく、且つ従来に比べてユーザにとって使い勝手のよい本車両用電力装置を提供することができるという効果がある。

実施形態１の車両用電力装置の構成を示すブロック図である。 同上の電気ケーブルとコネクタとの接合部付近の構成を示す概略図である。 同上のシステムの動作を示す説明図である。 同上のシステムの動作を示すフローチャート図である。 同上のシステムの別の動作を示す説明図である。 同上のシステムの別の動作を示すフローチャート図である。 実施形態２の車両用電力装置の構成を示すブロック図である。 同上のシステムの動作を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の車両用電力装置（充電器）の構成を示す。車両用電力装置は、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）などの電動車両Ｃに搭載している蓄電池２１の充電電力を供給して、蓄電池２１を充電する。

車両用電力装置は、電力変換器１、電気ケーブル２、コネクタ３を備える。

電力変換器１は、電力変換回路１ａ、制御部１ｂ、操作部１ｃ、表示部１ｄ、音声出力部１ｅで構成される。電力変換回路１ａは、制御部１ｂによって動作を制御されて、商用電力を電源として直流電力を生成し、この直流電力を充電電力として出力する。電力変換回路１ａの出力には電気ケーブル２の一端が接続しており、電気ケーブル２の他端側は電力変換器１外へ導出されている。電気ケーブル２の他端にはコネクタ３が設けられており、コネクタ３は、電動車両Ｃのボディ外面に設けたインレット２２に着脱可能に接続する。インレット２２は、蓄電池２１を充電するために電動車両Ｃに設けた充電路（図示なし）に電気的に接続している。すなわち、電力変換器１は、電力変換回路１ａが生成した充電電力を電気ケーブル２、コネクタ３を介して供給することによって、電動車両Ｃの蓄電池２１を充電することができる。なお、電気ケーブル２は、電力変換回路１ａから蓄電池２１へ充電電力を供給する電力供給線と、制御部１ｂが後述のロック部３ｂのロック・アンロックを制御する制御信号を伝送する信号線とを有している。

次に、電気ケーブル２とコネクタ３とが互いに接続している接合部５付近の概略を図２に示す。図２において、接合部５はブッシュで形成されている。

コネクタ３は、インレット２２に機械的に固定される係止爪等で構成されるラッチ部３ａを備える。そして、充電中において、ラッチ部３ａの人為的な操作または電気ケーブル２の引張力によってラッチ部３ａのラッチ状態が解除されて、コネクタ３がインレット２２から離脱しないように、コネクタ３は、ラッチ部３ａのラッチ状態を電気的にロックするロック部３ｂを備える。ロック部３ｂは、ソレノイドバルブを備えており、このソレノイドバルブが駆動されることによって、ロック・アンロック（ロック状態の解除）を切り替える。そして、制御部１ｂは、電気ケーブル２内の信号線を用いてソレノイドバルブを駆動し、ロック部３ｂのロック・アンロックを制御する。

さらに、電気ケーブル２とコネクタ３との接合部５には、電気ケーブル２の張力によって接合部５に加わる曲げ応力を検出する応力検出部４を設けている。応力検出部４は、接合部５に設けた複数の圧電素子で構成され、圧電素子の各々は、接合部５に加わる曲げ応力に応じた電圧を発生する。そして、応力検出部４は、曲げ応力に応じた信号（応力検出信号）を電気ケーブル２内の信号線を介して制御部１ｂへ出力する。制御部１ｂは、応力検出部４からの応力検出信号に基づいて、電力変換回路１ａを制御する。

まず、ユーザは、コネクタ３を電動車両Ｃのインレット２２に接続し、ラッチ部３ａをラッチ状態にした後、操作部１ｃを用いて充電開始操作を行う。充電開始操作を検知した制御部１ｂは、ロック部３ｂをロック状態に切り替えて、図３、図４に示す処理を行う。

まず、制御部１ｂは、充電開始操作を検知した後（図３の時間ｔ１以降）、応力検出部４を用いた曲げ応力の検出動作を開始し（Ｓ１）、接合部５に加わる曲げ応力を閾値Ｋ１（第１の閾値）と比較する（Ｓ２）。制御部１ｂは、曲げ応力が閾値Ｋ１より小さければ、電力変換回路１ａによる充電電力の出力動作を許可する。また、制御部１ｂは、曲げ応力が閾値Ｋ１以上であれば、電力変換回路１ａによる充電電力の出力動作を禁止する。

制御部１ｂは、充電電力の出力動作を許可した場合、電動車両Ｃとの間で予め決められた通信シーケンスを実行した後、電力変換回路１ａを制御し、電力変換回路１ａから充電電力を出力させて蓄電池２１を充電する（Ｓ３）。

制御部１ｂは、充電電力の出力動作を禁止した場合、液晶画面等で構成される表示部１ｄに曲げ応力が大きい旨を表示し、スピーカ等で構成される音声出力部１ｅから曲げ応力が大きい旨を音声報知する。すなわち、制御部１ｂは、表示部１ｄ、音声出力部１ｅを用いて、電気ケーブル２の引き回しや電動車両Ｃの停止位置を変更して、接合部５に加わる曲げ応力を低減させるようユーザに対して促す。そして、ユーザが接合部５に加わる曲げ応力を低減させた後、操作部１ｃを用いて充電開始操作を再度行う。なお、表示部１ｄによる報知動作は、文字を表示するメッセージ表示、光源の点灯または点滅による発光表示等のいずれを用いてもよい。

そして、充電電力の出力動作が開始され、電力変換回路１ａが充電電力を出力しているときも、制御部１ｂは、応力検出部４からの応力検出信号に基づいて、接合部５に加わる曲げ応力を監視している。

制御部１ｂは、接合部５に加わる曲げ応力と閾値Ｋ１とを比較する（Ｓ４）。そして、電気ケーブル２の引き回しの変化や電動車両Ｃの移動によって、接合部５に加わる曲げ応力が閾値Ｋ１以上になったとする。この場合、制御部１ｂは、電力変換回路１ａによる充電電力の出力動作を継続しながら、表示部１ｄ、音声出力部１ｅを用いてユーザに対して警報報知を行う（Ｓ５）。すなわち、表示部１ｄは、曲げ応力が大きい旨を表示し、音声出力部１ｅは曲げ応力が大きい旨を音声報知する。なお、表示部１ｄおよび音声出力部１ｅが、本発明の報知部に相当する。

次に、制御部１ｂは、接合部５に加わる曲げ応力と閾値Ｋ２（第２の閾値）とを比較する（Ｓ６）。なお、閾値Ｋ２＞閾値Ｋ１の関係にある。そして、曲げ応力がさらに大きくなり、曲げ応力が閾値Ｋ２以上になった場合、制御部１ｂは、電力変換回路１ａによる充電電力の出力を停止させる（Ｓ７）。

上述のように、接合部５に加わる曲げ応力が大きくなったとしても、制御部１ｂは、電気ケーブル２またはコネクタ３が損傷する虞がない曲げ応力の範囲「Ｋ１〜Ｋ２」では、ユーザに対して警報報知のみを行う（図３の時間ｔ２〜ｔ３）。而して、従来のようにコネクタ３とインレット２２との接続がすぐに解除されることなく、ユーザは、接合部５に加わる曲げ応力が大きいことを認識することができる。

したがって、ユーザは、充電を継続した状態で電気ケーブル２の引き回しを変更し、接合部５に加わる曲げ応力を低減させることによって、電気ケーブル２またはコネクタ３の損傷を防止できる。すなわち、本車両用電力装置は、電気ケーブル２、コネクタ３に過剰なストレスが加わることがなく、且つ従来に比べてユーザにとって使い勝手のよいものとなる。

接合部５に加わる曲げ応力がさらに大きくなった場合、制御部１ｂは、電気ケーブル２またはコネクタ３が損傷する虞がある曲げ応力の範囲「Ｋ２以上」では、電力変換回路１ａによる充電電力の出力を停止させる（図３の時間ｔ３以降）。したがって、電気ケーブル２またはコネクタ３が損傷したり、コネクタ３がインレット２２から外れる事態が、充電電力の出力中に発生することを防止できる。

また、充電開始操作を検知した制御部１ｂは、応力検出部４からの応力検出信号に基づいて、図５、図６に示す制御動作をさらに行ってもよい。

具体的に、制御部１ｂが、ステップＳ７において電力変換回路１ａによる充電電力の出力を停止させた後、接合部５に加わる曲げ応力がさらに大きくなり、閾値Ｋ３以上になったとする（Ｓ８）。この場合、制御部１ａは、ロック部３ｂのロック状態を解除してアンロック状態とする（Ｓ９）（図５の時間ｔ４以降）。したがって、接合部５に加わる曲げ応力がさらに大きくなったとしても、電気ケーブル２の張力によってラッチ部３ａのラッチ状態が解除されて、コネクタ３がインレット２２から離脱するので、電気ケーブル２またはコネクタ３の損傷、および電力変換器１の倒壊を防止できる。

また、電力変換器１は、ロック部３ｂのロック状態を解除する前に、コネクタ３の接続ピン間の電圧を放電させるために、図示しない放電回路を設けてもよい。あるいは、インレット２２から離脱したコネクタ３の接続ピンが露出せず、ユーザが接続ピンに直接触ることができない構成としてもよい。

また、ロック部３ｂのロック状態が解除されると充電電力の供給路を遮断する開閉器（図示なし）を、コネクタ３内に設けてもよい。なお、制御部１ｂが開閉器のオン・オフ制御を行う構成、ロック部３ｂの操作によって開閉器のオン・オフ制御を行う構成のいずれでもよい。

また、ロック部３ｂのロック状態が解除されるとコネクタ３がインレット２２から自動的に離脱するように、コネクタ３を付勢する付勢手段を設けてもよい。付勢手段は、例えば、ばね力、電磁反発力、空気の圧力、熱膨張力等を用いて、コネクタ３がインレット２２から離脱する方向に力を付勢する。

（実施形態２）
本実施形態の車両用電力装置（充放電器）の構成を図７に示す。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

電力変換器１は、電力変換回路１ａの代わりに双方向電力変換回路１ｆを備える。双方向電力変換回路１ｆは、電力変換回路１ａと同様に、電気ケーブル２およびコネクタ３を介して充電電力を出力して、蓄電池２１を充電する機能を有する。さらに、双方向電力変換回路１ｆは、電気ケーブル２およびコネクタ３を介して、電動車両Ｃの蓄電池２１から供給される直流電力（放電電力）を入力され、この放電電力を所定電圧（交流または直流）に変換して、図示しない負荷へ供給する機能も有する。すなわち、双方向電力変換回路１ｆは、電気ケーブル２、コネクタ３を介して蓄電池２１を充放電する双方向の電力変換（蓄電池２１の充放電）が可能であり、双方向電力変換回路１ｆの動作は、制御部１ｂによって制御される。

蓄電池２１の充電動作については実施形態１と同様であるので説明は省略し、以下、蓄電池２１の放電動作について説明する。

まず、ユーザは、コネクタ３を電動車両Ｃのインレット２２に接続し、ラッチ部３ａをラッチ状態にした後、操作部１ｃを用いて放電開始操作を行う。放電開始操作を検知した制御部１ｂは、ロック部３ｂをロック状態に切り替えて、図８に示す処理を行う。

まず、制御部１ｂは、放電開始操作を検知した後、応力検出部４を用いた曲げ応力の検出動作を開始し（Ｓ１１）、接合部５に加わる曲げ応力を閾値Ｋ１と比較する（Ｓ１２）。制御部１ｂは、曲げ応力が閾値Ｋ１より小さければ、双方向電力変換回路１ｆによる放電電力の電力変換動作を許可する。また、制御部１ｂは、曲げ応力が閾値Ｋ１以上であれば、双方向電力変換回路１ｆによる放電電力の電力変換動作を禁止する。

制御部１ｂは、放電電力の電力変換動作を許可した場合、電動車両Ｃとの間で予め決められた通信シーケンスを実行した後、双方向電力変換回路１ｆを制御し、放電電力の電力変換を行う（Ｓ１３）。

制御部１ｂは、放電電力の電力変換動作を禁止した場合、表示部１ｄに曲げ応力が大きい旨を表示し、音声出力部１ｅから曲げ応力が大きい旨を音声報知する。すなわち、制御部１ｂは、表示部１ｄ、音声出力部１ｅを用いて、電気ケーブル２の引き回しや電動車両Ｃの停止位置を変更して、接合部５に加わる曲げ応力を低減させるようユーザに対して促す。そして、ユーザが接合部５に加わる曲げ応力を低減させた後、操作部１ｃを用いて放電開始操作を再度行う。なお、表示部１ｄによる報知動作は、文字を表示するメッセージ表示、光源の点灯または点滅による発光表示等のいずれを用いてもよい。

そして、放電電力の電力変換動作が開始され、双方向電力変換回路１ｆが放電電力を電力変換しているときも、制御部１ｂは、応力検出部４からの応力検出信号に基づいて、接合部５に加わる曲げ応力を監視している。

制御部１ｂは、接合部５に加わる曲げ応力と閾値Ｋ１とを比較する（Ｓ１４）。そして、電気ケーブル２の引き回しの変化や電動車両Ｃの移動によって、接合部５に加わる曲げ応力が閾値Ｋ１以上になったとする。この場合、制御部１ｂは、双方向電力変換回路１ｆによる電力変換動作を継続しながら、表示部１ｄ、音声出力部１ｅを用いてユーザに対して警報報知を行う（Ｓ１５）。すなわち、表示部１ｄは、曲げ応力が大きい旨を表示し、音声出力部１ｅは曲げ応力が大きい旨を音声報知する。

次に、制御部１ｂは、接合部５に加わる曲げ応力と閾値Ｋ２とを比較する（Ｓ１６）。そして、曲げ応力がさらに大きくなり、曲げ応力が閾値Ｋ２以上になった場合、制御部１ｂは、双方向電力変換回路１ｆによる放電電力の電力変換動作を停止させる（Ｓ１７）。

上述のように、接合部５に加わる曲げ応力が大きくなったとしても、制御部１ｂは、電気ケーブル２またはコネクタ３が損傷する虞がない曲げ応力の範囲「Ｋ１〜Ｋ２」では、ユーザに対して警報報知のみを行う。而して、従来のようにコネクタ３とインレット２２との接続がすぐに解除されることなく、ユーザは、接合部５に加わる曲げ応力が大きいことを認識することができる。

したがって、ユーザは、放電を継続した状態で、電気ケーブル２の引き回しを変更し、接合部５に加わる曲げ応力を低減させることによって、電気ケーブル２またはコネクタ３の損傷を防止できる。すなわち、本車両用電力装置は、電気ケーブル２、コネクタ３に過剰なストレスが加わることがなく、且つ従来に比べてユーザにとって使い勝手のよいものとなる。

接合部５に加わる曲げ応力がさらに大きくなった場合、制御部１ｂは、電気ケーブル２またはコネクタ３が損傷する虞がある曲げ応力の範囲「Ｋ２以上」では、双方向電力変換回路１ｆによる放電電力の電力変換動作を停止させる。したがって、電気ケーブル２またはコネクタ３が損傷したり、コネクタ３がインレット２２から外れる事態が、放電電力の電力変換中に発生することを防止できる。

さらに、制御部１ｂが、ステップＳ１７において双方向電力変換回路１ｆによる放電電力の電力変換動作を停止させた後、接合部５に加わる曲げ応力がさらに大きくなり、閾値Ｋ３以上になったとする（Ｓ１８）。この場合、制御部１ａは、ロック部３ｂのロック状態を解除してアンロック状態とする（Ｓ１９）。したがって、接合部５に加わる曲げ応力がさらに大きくなったとしても、電気ケーブル２の張力によってラッチ部３ａのラッチ状態が解除されて、コネクタ３がインレット２２から離脱するので、電気ケーブル２またはコネクタ３の損傷、および電力変換器１の倒壊を防止できる。

また、上述の各実施形態では、電気ケーブル２の張力によって接合部５に加わる曲げ応力を検出しているが、接合部に加わる圧力、歪等の他のパラメータを検出してもよい。

１ 電力変換器
１ａ 電力変換回路
１ｂ 制御部
１ｃ 操作部
１ｄ 表示部（報知部）
１ｅ 音声出力部（報知部）
２ 電気ケーブル
３ コネクタ
４ 応力検出部
５ 接合部
２１ 蓄電池
２２ インレット

Claims (4)

1. 電動車両に搭載された蓄電池を充電する充電電力を出力する電力変換器と、
   前記電力変換器の出力に一端を接続した電気ケーブルと、
   前記電気ケーブルの他端に設けられて、前記電動車両のインレットに着脱可能に接続するコネクタと、
   前記電気ケーブルと前記コネクタとが互いに接続している接合部に設けられて、前記電気ケーブルの張力によって前記接合部に加わる力を検出する検出部と、
   ユーザに対して警報を報知する報知部とを備え、
   前記電力変換器は、前記充電電力を生成して出力する電力変換回路と、前記電力変換回路の動作を制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、前記検出した力が第１の閾値より小さければ、前記電力変換回路による前記充電電力の出力動作を開始し、前記電力変換回路が前記充電電力を出力しているときに前記検出した力が前記第１の閾値以上になれば、前記報知部から警報を報知し、前記電力変換回路が前記充電電力を出力しているときに前記検出した力が第２の閾値以上になれば、前記電力変換回路による前記充電電力の出力を停止させ、前記第２の閾値は前記第１の閾値より大きい
   ことを特徴とする車両用電力装置。
2. 前記コネクタが前記インレットから離脱することを阻止するロック部を備え、
   前記制御部は、前記検出した力が第３の閾値より小さければ、前記ロック部のロック状態を維持し、前記検出した力が前記第３の閾値以上であれば、前記ロック部のロック状態を解除し、前記第３の閾値は前記第２の閾値より大きい
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用電力装置。
3. 前記検出部は、前記接合部に加わる曲げ応力を検出することを特徴とする請求項１または２記載の車両用電力装置。
4. 前記電力変換回路は、前記蓄電池の放電電力を前記コネクタおよび前記電気ケーブルを介して入力され、前記放電電力を電力変換して出力し、
   前記制御部は、前記検出した力が前記第１の閾値より小さければ、前記電力変換回路による前記放電電力の電力変換を開始し、前記電力変換回路が前記放電電力の電力変換を行っているときに前記検出した力が前記第１の閾値以上になれば、前記報知部から警報を報知し、前記電力変換回路が前記放電電力の電力変換を行っているときに前記検出した力が前記第２の閾値以上になれば、前記電力変換回路による前記放電電力の電力変換を停止させる
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の車両用電力装置。

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