JP2015072780A - サービスプラグ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両走行時等や、高圧洗車時の水や雨水がサービスプラグのコネクタ部に設けられたシール部に付着することを防ぐことができると共に、良好な作業性を確保するサービスプラグ構造を提供すること。
【解決手段】雌側コネクタ部と雌側コネクタ部に嵌合される雄側コネクタ部３１０とを有するインターロック１４０が配置され、インターロック１４０における雄側コネクタ部３１０の外周にシール材３２０が設けられたサービスプラグ１１０のサービスプラグ構造１１において、雄側コネクタ部３１０の根本部３１０ｂに、雄側コネクタ部３１０の外径よりも大きな形状を有するリブ３５０を設けることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載されるサービスプラグの構造に関する。

近年、環境問題の取り組みの一つとして、燃料電池を駆動エネルギー源に用いた自動車が注目を浴び、試作がされている。燃料電池は、通常、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所要数積層したセル積層体を備えた燃料電池スタックを備えており、この燃料電池スタックの外側をスタックケースで覆って構成されている。

そして、この燃料電池を搭載した燃料電池車両では、走行用の蓄電池を搭載しており、蓄電池からの電気回路には、インバータやコンバータ等の高電圧機器を配設している。このような高電圧機器の保守点検作業を安全に行うために、蓄電池と高電圧機器との通電を遮断するためのサービスプラグが配設されている（例えば、下記特許文献１参照）。

一般に、この種のサービスプラグに関しては、スタックケースに固定されるベース部と、このベース部から引き抜き可能なプラグ本体とからなるサービスプラグが知られている。このサービスプラグにおいてプラグ本体とベース部とが嵌合される部分であるコネクタには、例えば軸シールを形成するためのシール材が設けられ、シール性を確保している。

特開２０１１−２２８０７６号公報

ところで、燃料電池は、サービスプラグを含めた全体の形状を小型化し、狭い空間内に設置することが求められる。特に、燃料電池車両に搭載される燃料電池は、フロアパネル下方の空間に設置されるのが一般的である。サービスプラグは、作業者がフロアパネルの上方から容易にアクセスできるように燃料電池スタックの上面側に配置される。この場合、フロアパネル下方の空間を有効に利用するために、サービスプラグは、センタートンネル内に配置されることが望ましい。また、フロアパネル下方における運転席及び助手席の後方側には、側面衝突時における車両の変形を抑制するための保護柱が配置されていることから、作業性の観点から、車両の前方側（運転席及び助手席側）からサービスプラグを操作できるように設置することが望ましい。

しかしながら、サービスプラグをセンタートンネル内に配置し、サービスプラグを車両前方側から操作することができるように設けた場合、サービスプラグのコネクタに設けられたシール材に、車両走行時等や、高圧洗車時の水や雨水が付着するおそれがあった。また、作業者がサービスプラグを取り扱う際に、コネクタに設けられたシール材に触れるおそれがあり、シール材に塵や埃が付着した結果、シール性が低下してしまうおそれがあった。

そこで、本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、車両走行時等や、高圧洗車時の水や雨水がサービスプラグのコネクタに設けられたシール部に付着することを防ぐことができると共に、良好な作業性を確保することができるサービスプラグ構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明に係るサービスプラグ構造は、雌側コネクタ部と前記雌側コネクタ部に嵌合される雄側コネクタ部とを有するインターロックが配置され、前記インターロックにおける前記雄側コネクタ部の外周にシール材が設けられたサービスプラグのサービスプラグ構造において、前記雄側コネクタ部の根本部に、前記雄側コネクタ部の外径よりも大きな形状を有するリブを設けることを特徴とする。

本発明によれば、雄側コネクタ部の外周にシール材が設けられ、雄側コネクタ部の根本部に、雄側コネクタ部の外径より大きな形状を有するリブが設けられている。このようにリブが設けられているため、車両走行時等や、高圧洗車時の水や雨水が雄側コネクタ部に設けられたシール材に付着することを防ぐことができる。また、作業者がサービスプラグを取り扱う際に、作業時の持ち手としてリブを利用することができるので、雄側コネクタ部に設けられたシール材に触れることを防ぐことができる。

また本発明に係るサービスプラグ構造では、前記リブは、前記サービスプラグが車両に搭載された状態で車両高さ方向の下方側に突出して設けられることも好ましい。

この好ましい態様によれば、車両の下方からはねた水が雄側コネクタ部に設けられたシール材に付着することを防ぐことができる。このため、車両走行時等や、高圧洗車時の水や雨水が雄側コネクタ部に設けられたシール材に付着することをより確実に防ぐことができる。

また本発明に係るサービスプラグ構造では、前記インターロックは、前記雌側コネクタ部と前記雄側コネクタ部との嵌合状態を検知するセンサーを有することも好ましい。

この好ましい態様によれば、雌側コネクタ部と雄側コネクタ部との嵌合が解除された状態であるにもかかわらず、燃料電池の起動が誤って行われてしまうことを防止することができる。

また本発明に係るサービスプラグ構造は、電気回路に接続された雌側端子を有する雌側コネクタ部と嵌合されることにより前記電気回路を閉じ、前記雌側コネクタ部と嵌合解除されることにより前記電気回路を開くサービスプラグのサービスプラグ構造であって、前記雌側コネクタ部と前記雌側コネクタ部に嵌合される雄側コネクタ部とを有するインターロックと、前記インターロックに設けられ、前記雌側コネクタ部と嵌合して前記雌側端子と接続される雄側端子を有する雄側コネクタ部と、前記雄側コネクタ部の外周に設けられ、前記雄側コネクタ部と前記雌側コネクタ部との隙間を塞ぐシール材と前記雄側コネクタ部の根本部に設けられ、前記雄側コネクタ部の外径より大きな形状を有するリブと、を設けることを特徴とする。

本発明によれば、雄側コネクタ部の外周に、雌側コネクタ部と雄側コネクタ部との隙間を塞ぐシール材が設けられ、雄側コネクタ部の根本部に、雄側コネクタ部の外径より大きな形状を有するリブが設けられている。このようにリブが設けられているため、車両走行時等や、高圧洗車時の水や雨水が雄側コネクタ部に設けられたシール材に付着することを防ぐことができる。また、作業者がサービスプラグを取り扱う際に、作業時の持ち手としてリブを利用することができるので、作業者がシール材に触れることを防ぐことができる。

本発明によれば、車両走行時等や、高圧洗車時の水や雨水がサービスプラグのコネクタに設けられたシール材に付着することを防ぐことができると共に、良好な作業性を確保することができるサービスプラグ構造を提供することができる。

燃料電池車両における燃料電池とサービスプラグの配置例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るサービスプラグ構造を備えたサービスプラグの構成の概略を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るサービスプラグ構造の概略を示す斜視図である。

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して重複する説明は省略する。

まず、図１を参照しながら、サービスプラグ１１０を搭載した燃料電池車両１について説明する。図１は、燃料電池車両１における燃料電池２及びサービスプラグ１１０の配置例を示す模式図である。

なお、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）にも本発明に係る燃料電池システムを適用することができる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用することもできる。また、以下の説明においては、特に断らない限り「前方」とは燃料電池車両１の前進方向（図１等においてＦＲとして示す方向）のことを示し、「後方」とは燃料電池車両１の後進方向のことを示す。また、「右側」とは燃料電池車両１の前進方向を向いた場合の右側のことを示し、「左側」とは燃料電池車両１の前進方向を向いた場合の左側のことを示す。

図１に示されるように、燃料電池車両１は、例えばその前方側に燃料電池２を配置し、燃料電池スタック（図示せず）を内部に収納した燃料電池ケース２００の上方には、サービスプラグ１１０を配置している。燃料電池２は、燃料電池車両１を走行させるための電力を発生させる装置であって、燃料電池車両１のフロアパネルの下方に配置されている。また、燃料電池２の一部（上部）は、運転席８と助手席９との間に形成されたセンタートンネル（図示せず）の内部に配置されている。

燃料電池２は、複数の燃料電池セル（単セル）を積層し電気的に直列接続してなる燃料電池スタックを、燃料電池ケース２００の内部に収納した構成となっている。単セルは、例えば高分子電解質型燃料電池であって、イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス通路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス通路に酸化ガスが供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。

続いて、燃料電池２の電気的な構成を説明する。燃料電池ケース２００の内部に収納された燃料電池スタックは、その積層方向における両端部に配置された第一集電部（図示せず）及び第二集電部（図示せず）によって挟まれている、第一集電部及び第二集電部は、いずれも燃料電池スタックの断面形状と略同一の形状に形成された金属板である。

第一集電部は、燃料電池スタックのうち右側の端面に沿って配置され、右側端部に位置する単セルのカソード極と接続されている。第二集電部は、燃料電池スタックのうち左側の端面に沿って配置され、左側端部に位置する単セルのアノード極と接続されている。すなわち、第一集電部及び第二集電部は、燃料電池スタックから電力を取り出すための、一対の電極端子として機能するものである。

燃料電池２は、燃料電池スタックから取り出した電力を外部に出力するための２本の電流経路（図示せず）を有しており、それぞれの電流経路の末端において第一出力端子（図示せず）及び第二出力端子（図示せず）が配置されている。第一出力端子は、一方の電流経路によって第一集電部と接続されており、第二出力端子は、他方の電流経路によって第二集電部と接続されている。

そして、第一集電部と第一出力端子とを接続する電流経路の途上には、第一集電部側から順に第一リレー（図示せず）、第一サービスプラグ（図示せず）が配置されている。また、第二集電部と第二出力端子とを接続する電流経路の途上には、第二集電部側から順に第二リレー（図示せず）、第二サービスプラグ（図示せず）が配置されている。

この第一サービスプラグ、第二サービスプラグは一体形成されており、一つのサービスプラグ１１０を構成している。サービスプラグ１１０は安全装置の一つであって、作業者がプラグ本体１３０を操作することで、第一集電部と第一出力端子との間、及び、第二集電部と第二出力端子との間を、いずれも電気的に遮断された状態とすることができるものである。

サービスプラグ１１０は、図１に示されるように、燃料電池ケース２００の上方であって、燃料電池車両１の左右方向における中央部分に配置される。本実施形態では、サービスプラグ１１０は、例えば燃料電池車両１の平面視で運転席８と助手席９との間に設けられたセンタートンネル（図示せず）に配置されている。作業者は、サービスプラグ１１０のプラグ本体１３０を車両前方側（図１のFR方向）に手動で操作することにより、電気的に遮断することが可能となっている。

燃料電池車両１におけるフロアパネルの下方には、側面衝突時における車両の変形を抑制するための図示しない保護柱が、燃料電池車両１の左右方向に沿って配置されている。

また、フロアパネルの下方には、上述した燃料電池２と電気的に接続される燃料タンク（図示せず）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）と、インバータ（図示せず）と、トラクションモーター（図示せず）とが設けられている。

燃料タンクは、燃料電池２に供給する水素ガスを貯えておくためのタンクであって、燃料電池車両１に配置されている。燃料タンクから燃料電池２に供給される水素ガスの流量は、アクセル開度等によって定まる要求電力に応じて、図示しない制御装置及び流量調整弁等により制御されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流の電圧変換器であり、燃料電池２から入力された電力を、その直流電圧（燃料電池スタックの出力電圧）を昇圧してからインバータに出力する機能を有する。

インバータは、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力された直流電力を三相交流電力に変換し、トラクションモーターに供給する機能を有する。インバータは、燃料電池２の出力電圧よりも大きい例えば６５０Ｖの入力電圧を受けて動作する仕様となっている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、燃料電池２の出力電圧と、インバータが動作可能な入力電圧との差を埋める役割を果たしている。

トラクションモーターは、インバータから出力される三相交流電力の供給を受け、燃料電池車両１を走行させるための駆動力を発生させる電磁モーターである。トラクションモーターが発生させる駆動力は、図示しない制御装置がアクセル開度等に基づいて要求電力を算出し、かかる要求電力基づいて燃料電池２の出力電力及びインバータの出力電力を制御することにより調整される。

続いて、上述した燃料電池車両１に設けられるサービスプラグ１１０の構成について図２を参照しながら更に説明する。図２は、サービスプラグ１１０の構成の概略を示す斜視図である。

サービスプラグ１１０は、燃料電池ケース（図２において図示せず）の外部から電気回路を接続又は遮断する電流遮断器として機能し、例えば、メンテナンス時に作業者がサービスプラグ１１０を操作して電気回路を遮断状態とすることにより、燃料電池２の高電圧に対する安全が確保される。

図２に示すように、サービスプラグ１１０は、燃料電池ケース（図２において図示せず）の上方に設置されるベース部１２０と、このベース部１２０に対して着脱可能に保持されるプラグ本体１３０とを備えている。また、サービスプラグ１１０には、後に説明するように、その前方側にインターロック（図２において図示せず）が配置されている。サービスプラグ１１０は、ベース部１２０にプラグ本体１３０が装着されている状態では、燃料電池２からの出力が可能とされるが、ベース部１２０からプラグ本体１３０が引き離されると、電気的に切断状態となる。

燃料電池車両１の室内からプラグ本体１３０をベース部１２０から引き離す際は、前席（運転席８又は助手席９）からプラグ本体１３０にアクセスすることとなる。本実施形態では、サービスプラグ１１０の前方に把持部１３１を配置しているため、前席からプラグ本体１３０をベース部１２０から引き離す作業を行うことが可能となっている。

尚、サービスプラグ１１０は、ベース部１２０とプラグ本体１３０とを有し、ベース部１２０の左右側面からそれぞれ突出している一対の凸部１５１、１５１にプラグ本体１３０の左右側面にそれぞれ形成された一対のガイド溝１６１、１６１が係合された状態で、プラグ本体１３０がベース部１２０に保持されている。プラグ本体１３０の一対のガイド溝１６１、１６１は、車両前後方向に延在して形成され、一対の凸部１５１、１５１がそれらガイド溝１６１、１６１内で摺動可能となっている。このため、作業者は、一対のガイド溝１６１、１６１の案内に従って、プラグ本体１３０を車両前方側にスライドさせることができる。

続いてベース部１２０について説明する。図２に示すように、ベース部１２０は、プラグ本体１３０の雄側コネクタ部（図２において図示せず）に嵌合される雌側コネクタ部（図示せず）と、この雌側コネクタ部に設けられ、車両前方側（図２のＦＲ方向）に開口する雌端子収容部（図示せず）と、この雌端子収容部の内部に設けられる雌端子（図示せず）とを備える。

雌側コネクタ部は、ベース部１２０の前方側に設けられ、プラグ本体１３０の雄側コネクタ部（図２において図示せず）に嵌合される部材である。後に説明するように、雌側コネクタ部は、プラグ本体１３０の雄側コネクタ部と嵌合されるときに、雌側コネクタ部の内側に、雄側コネクタ部の外周に設けられたシール材（図２において図示せず）が密着して軸シールが形成されるようになっている。

雌端子収容部は、上述した雌側コネクタ部に設けられ、車両前方側（図２のＦＲ方向）に開口した形状を有している。雌端子収容部は、プラグ本体１３０に設けられた雄端子（図２において図示せず）と接続する雌端子（図示せず）を収納している。

雌端子は、ベース部１２０の雌側コネクタ部とプラグ本体１３０の雄側コネクタ部（図２において図示せず）とが嵌合されたときに、プラグ本体１３０の雄側コネクタ部に設けられた雄端子（図２において図示せず）と接続する部材である。雌端子は電気回路に接続され、雄端子を雌端子に接触させることで雌端子が短絡され、電気回路が閉じられる。そして、雌端子が雄端子から離れたときに電気回路が開かれるようになっている。

続いて、図３を参照しながら本発明の実施形態に係るサービスプラグ構造１１について説明する。図３は、サービスプラグ１１０に設けられるインターロック１４０の構造の概略を示す斜視図である。

図３に示すように、サービスプラグ１１０の前方にはインターロック１４０が配置されている。インターロック１４０は、雄側コネクタ部３１０と、雄端子３３１と、雌側コネクタ部（図示せず）と、雌端子（図示せず）とを備えている。

インターロック１４０は、プラグ本体１３０の状態（有無）を燃料電池車両１の制御装置が検知するためのセンサーであって、プラグ本体１３０の有無に応じてＯＮ／ＯＦＦが切り替わる図示しないスイッチを内蔵している。換言すれば、インターロック１４０は、雌側コネクタ部と雄側コネクタ部３１０との嵌合状態を検知するためのセンサーであって、雌側コネクタ部と雄側コネクタ部３１０との嵌合状態に応じてＯＮ／ＯＦＦが切り替わるスイッチを内蔵している。これにより、プラグ本体１３０が引き抜かれた状態であるにもかかわらず、燃料電池２の起動が誤って行われてしまうこと等を防止することができる。

図３に示したインターロック１４０の雄側コネクタ部３１０について説明する。雄側コネクタ部３１０は、ベース部（図３において図示せず）の雌側コネクタ部（図示せず）と嵌合される部材である。雄側コネクタ部３１０は、その外周にシール材３２０が設けられ、このシール材３２０は、雄側コネクタ部３１０と図示しない雌側コネクタ部とが嵌合される際に、図示しない雌側コネクタ部の内側に圧接するようになっている。より詳細には、シール材３２０は、雄側コネクタ部３１０の外周面３１０ａと図示しない雌側コネクタ部の内周面との隙間を塞ぎ、両者の間を軸シールする。本実施形態では、シール材３２０としては例えばパッキンが用いられるが、雄側コネクタ部３１０の外周面３１０ａと図示しない雌側コネクタ部の内周面との隙間をシールする機能を有するものであれば、他のシール構造を用いることもできる。

図３に示したインターロック１４０の雄端子３３１について説明する。雄端子３３１は、雄側コネクタ部３１０内側の雄端子収容部３３０に設けられている。雄端子収容部３３０は、ベース部（図３において図示せず）の雌側コネクタ部（図示せず）に対向して開口した形状を有し、雄端子３３１は、車両後方側に延びるように、雌側コネクタ部側に向かって延びるように設けられている。このため、雄側コネクタ部３１０と雌側コネクタ部とが嵌合される際には、雄端子３３１が雌側コネクタ部の内部に挿入され、雄端子３３１は、雌側コネクタ部の内部に設けられる雌端子と電気的に接続されるようになっている。

図３に示したインターロック１４０の雄側コネクタ部３１０に設けられるリブ３５０について説明する。リブ３５０は、雄側コネクタ部３１０の外径より大きな形状を有し、雄側コネクタ部３１０の根本部３１０ｂに設けられている。より詳細には、リブ３５０は、その外径が雄側コネクタ部３１０の少なくとも車両高さ方向の外径Ｄより大きな形状を有するように根本部３１０ｂに設けられる。本実施形態の場合では、図３に示されるように、リブ３５０は、雄側コネクタ部３１０の下端３１１よりも車両高さ方向に対して下方側に突出するように設けられている。また、リブ３５０は、雄側コネクタ部３１０の下端３１１から下方側に突出する例えば板状の部材により形成される。このように設けられたリブ３５０は、雄側コネクタ部３１０がベース部（図３において図示せず）の雌側コネクタ部（図示せず）に嵌合されたときに、雄側コネクタ部３１０と図示しない雌側コネクタ部との隙間を塞ぐシール材３２０よりも、車両前後方向の前方側（図３のＦＲ方向）に位置するようになっている。尚、本実施形態では、リブ３５０は雄側コネクタ部３１０の下端３１１よりも下方側にのみ突出した形状を有しているが、雄側コネクタ部３１０の根本部３１０ｂから上方にも突出した形状を有していてもよく、また、雄側コネクタ部３１０の根本部３１０ｂから左右にも突出した形状を有していてもよい。

このようにリブ３５０が設けられることで、車両走行時等や、高圧洗車時の水や雨水が雄側コネクタ部３１０に設けられたシール材３２０に付着することを防ぐことができる。また、作業者がサービスプラグ１１０を取り扱う際に、作業時の持ち手としてリブ３５０を利用することができるので、雄側コネクタ部３１０に設けられたシール材３２０に触れることを防ぐことができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１ 燃料電池車両
２ 燃料電池
１１ サービスプラグ構造
１１０ サービスプラグ
１２０ ベース部
１３０ プラグ本体
１４０ インターロック
２００ 燃料電池ケース
３１０ 雄側コネクタ部
３２０ シール材
３３０ 雄端子収容部
３３１ 雄端子
３５０ リブ

Claims (4)

1. 雌側コネクタ部と前記雌側コネクタ部に嵌合される雄側コネクタ部とを有するインターロックが配置され、前記インターロックにおける前記雄側コネクタ部の外周にシール材が設けられたサービスプラグのサービスプラグ構造において、
   前記雄側コネクタ部の根本部に、前記雄側コネクタ部の外径よりも大きな形状を有するリブを設けることを特徴とするサービスプラグ構造。
2. 前記リブは、前記サービスプラグが車両に搭載された状態で車両高さ方向の下方側に突出して設けられることを特徴とする請求項１に記載のサービスプラグ構造。
3. 前記インターロックは、前記雌側コネクタ部と前記雄側コネクタ部との嵌合状態を検知するセンサーを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のサービスプラグ構造。
4. 電気回路に接続された雌側端子を有する雌側コネクタ部と嵌合されることにより前記電気回路を閉じ、前記雌側コネクタ部と嵌合解除されることにより前記電気回路を開くサービスプラグのサービスプラグ構造であって、
   前記雌側コネクタ部と前記雌側コネクタ部に嵌合される雄側コネクタ部とを有するインターロックと、
   前記インターロックに設けられ、前記雌側コネクタ部と嵌合して前記雌側端子と接続される雄側端子を有する雄側コネクタ部と、
   前記雄側コネクタ部の外周に設けられ、前記雄側コネクタ部と前記雌側コネクタ部との隙間を塞ぐシール材と
   前記雄側コネクタ部の根本部に設けられ、前記雄側コネクタ部の外径より大きな形状を有するリブと、を設けることを特徴とするサービスプラグ構造。

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