JP2019017229A

JP2019017229A - 電動車両の充電装置

Info

Publication number: JP2019017229A
Application number: JP2017135126A
Authority: JP
Inventors: 朋也佐藤; Tomoya Satou; 将浩兼重; Masahiro Kaneshige; 崇仁大塚; Takahito Otsuka; 靖 ▲高▼木; Yasushi Takagi
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: JP6890490B2

Abstract

【課題】バッテリの充電速度を低下させずに充電中に熱源を補うことができ、かつ、充電ケーブルの重量を削減或いは取扱い難さを軽減できる電動車両の充電装置を提供する。【解決手段】電動車両の充電装置は、電動車両へ電力を伝送する充電ケーブルと、充電ケーブルの長手方向に沿って充電ケーブルの内部を通る第１流体通路２３と、充電ケーブルが接続されて電力を入力する電動車両の充電コネクタ４と、充電コネクタから電動車両の熱の供給先へ通じる第２流体通路１５Ｂとを備える。充電ケーブルが充電コネクタに接続された場合に、第１流体通路と第２流体通路とが連結され、バッテリの充電中、充電ケーブルで発生した熱が第１流体通路内の流体に放出され、熱を吸収した流体が第２流体通路を通って熱の供給先を加熱する。【選択図】図４

Description

本発明は、電動車両の充電装置に関する。

近年、自動車のエンジンは高効率化され、エンジンから得られる廃熱が少なくなっている。ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の電動車両においても同様である。また、エンジンを搭載しないＥＶ（Electric Vehicle）では、そもそもエンジンの廃熱が得られない。このような状況から、ＰＨＥＶ又はＥＶなどの電動車両では、暖房等に利用する熱源として、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータなどの電熱器が採用されることがある。あるいは、熱源として電動コンプレッサを用いたヒートポンプが採用されることがある。電熱器又は電動コンプレッサは、高電圧バッテリの電力によって駆動される。

ＰＨＥＶ又はＥＶなどの電動車両においては、充電ケーブルを用いて高電圧バッテリの充電が行われる。充電ケーブルは、電流を流す電力線が絶縁部材により被覆されて構成される。充電ケーブルは、大電流が流れるため発熱するが、一般に、発熱温度が高くならないよう、電力線の径が大きく設計されて電力線の電気抵抗が抑えられる。

特許文献１には、本願発明に関連する技術として、ＥＶの充電ケーブルにエアを流す管路を設けた構成が開示されている。特許文献１では、充電ケーブルをＥＶの充電コネクタに接続する際、管路からエアを噴射することで、雨水等を吹き飛ばして充電コネクタの被水を防ぐことが提案されている。

特許文献２には、本願発明に関連する技術として、ＥＶの充電ケーブルにエアを通す通気管を設け、さらに、ＥＶの充電コネクタから蓄電池にエアを通す通気管を設けた構成が開示されている。特許文献２では、充電装置からＥＶの蓄電池へ、充電ケーブルの通気管とＥＶ内の通気管とを介して温風又は冷風を送り、蓄電池の温度を管理することが提案されている。

特許第５３４００４６号公報特許第３１９８５９０号公報

電動車両においては、高電圧バッテリの充電中でも、車室を暖房する用途などに熱源を要する場合がある。しかし、高電圧バッテリの充電中、熱源として電熱器又はヒートポンプを利用したのでは、電力の消費により高電圧バッテリの充電速度が低下するという課題が生じる。

また、電動車両においては、充電ケーブルの電力線の径が大きく設計されているため、充電ケーブルが重く、充電ケーブルが取扱い難いという課題がある。

特許文献１及び特許文献２には、充電中の熱源を補うような技術思想、並びに、充電ケーブルの重量の削減又は取扱い難さを軽減するような技術思想について開示がない。

本発明は、充電速度を低下させずに充電中に熱源を補うことができ、かつ、充電ケーブルの重量の削減或いは充電ケーブルの取扱い難さの軽減を図れる電動車両の充電装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
走行用モータと前記走行用モータに電力を供給するバッテリとを有する電動車両で使用される電動車両の充電装置であって、
前記電動車両へ電力を伝送する充電ケーブルと、
前記充電ケーブルの長手方向に沿って前記充電ケーブルの内部を通る第１流体通路と、
前記電動車両に設けられて電力を入力する充電コネクタと、
前記充電コネクタから前記電動車両の熱の供給先へ通じる第２流体通路と、
を備え、
前記充電ケーブルが前記充電コネクタに接続された場合に、前記第１流体通路と前記第２流体通路とが連結され、前記バッテリの充電中、前記充電ケーブルで発生した熱が前記第１流体通路内の流体に放出され、熱を吸収した流体が前記第２流体通路を通って前記熱の供給先を加熱することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動車両の充電装置において
前記第１流体通路は、前記充電ケーブルの内部で折返され、かつ、導入口と導出口とが前記充電ケーブルの一方の端部に配置され、
前記充電コネクタには前記流体を導入する第３流体通路が更に設けられ、
前記充電ケーブルが前記充電コネクタへ接続された場合に、前記第１流体通路の導出口が前記第２流体通路に連結され、前記第１流体通路の導入口が前記第３流体通路に連結されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電動車両の充電装置において、
前記充電ケーブルの電力線と前記第１流体通路との間にシリコンゴム層が設けられていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両の充電装置において、
前記第１流体通路は複数本の通路を有し、前記複数本の通路が前記充電ケーブルの電力線を囲む周方向に並んで配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、バッテリの充電中、充電ケーブルで発生した熱が第１流体通路内の流体に放出されるので充電ケーブルを冷却できる。そして、充電ケーブルが冷却される分、充電ケーブルの電力線の径を縮小でき、充電ケーブルの重量を削減できる。或いは、充電ケーブルの取扱い難さを軽減できる。さらに、熱を吸収した流体が第２流体通路を通って電動車両の熱の供給先を加熱するので、充電ケーブルの廃熱が熱源として利用される。すなわち、バッテリの充電中に、充電ケーブルの廃熱により充電速度を低下させずに熱源を補うことができる。

本発明の実施形態１に係る電動車両の要部を示す構成図である。実施形態１の充電ケーブルとインレットとを示す構成図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。充電ガンとインレットとの接続部分を示した断面図である。ケーブル部とコンセントプラグとの接続部分を示した図である。本発明の実施形態２に係る充電ケーブルとインレットとを示す構成図である。

（実施形態１）
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る電動車両の要部を示す構成図である。図２は、実施形態１の充電ケーブルとインレットとを示す構成図である。

実施形態１の電動車両１は、ＰＨＥＶ又はＥＶなどである。電動車両１は、走行用モータ２と、高電圧バッテリ３と、インレット４と、車載充電器５と、ジャンクションボックス６と、ＥＣＵ７と、ドライブ回路８と、インバータ９と、空調ダクト１２と、エア配管１５Ａ、１５Ｂとを備える。実施形態１に係る充電装置は、充電ケーブル２０（図２を参照）と、電動車両１に備わるインレット４及びエア配管１５Ａ、１５Ｂとを含む。充電ケーブル２０は、電動車両１に付属される部品であってもよいし、充電設備に備え付けられる部品であってもよい。上記の構成要素のうち、高電圧バッテリ３が本発明に係るバッテリの一例に相当し、インレット４が本発明に係る充電コネクタの一例に相当する。また、エア配管１５Ｂが本発明に係る第２流体通路の一例に相当し、エア配管１５Ａが本発明に係る第３流体通路の一例に相当する。

走行用モータ２は、電動車両１の走行用の動力を発生する。走行用モータ２の動力は、図示略の動力伝達機構を介して駆動輪に伝達される。

高電圧バッテリ３は、例えばリチウムイオン電池又はニッケル水素電池などの二次電池であり、走行用モータ２を駆動する電力を蓄積し、インバータ９を介して電力を走行用モータ２へ供給する。インバータ９は、高電圧バッテリ３の直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ９は、ＥＣＵ７の制御に基づきドライブ回路８の出力によって駆動される。

インレット４は、電動車両１の外部から充電ケーブル２０が接続されてれ充電電力を入力する。インレット４から入力された充電電力は、例えば車載充電器５とジャンクションボックス６とを介して高電圧バッテリ３へ送られる。インレット４の詳細な構造については後述する。

車載充電器５は、インレット４から入力された電力を充電電圧に変換する。ジャンクションボックス６は、高電圧バッテリ３、車載充電器５及びインバータ９の間で高電圧が加えられる電力線を結合する。

充電ケーブル２０は、図２に示すように、インレット４に着脱可能に接続される充電ガン２６、ケーブル部２７、コンセントプラグ２８、ＣＣＩＤ（Charge Circuit Interrupting Device）２９を備え、高電圧バッテリ３の充電電力を伝送する。コンセントプラグ２８は、外部電源のコンセントに接続されて電力を取り込む。ＣＣＩＤ２９は、電動車両１と通信を行って充電の制御を行う。充電ケーブル２０の詳細な構造については後述する。

空調ダクト１２は、電動車両１の空調システムの構成要素であり、一端からエアを導入し、内部でエアの温度及び湿度を調整し、調整されたエアを車室へ導出する。空調ダクト１２内には、エアを送るファン１２ａ、空調システムのエバポレータ１２ｂ及びヒータコア１２ｃ等が設けられている。

空調ダクト１２の一端には、外気を導入する第１導入口１２ｉと、車室の内気を導入する第２導入口１２ｊと、インレット４に接続されたエア配管１５Ａを介してエアを導入する第３導入口１２ｋとが設けられている。空調ダクト１２の一端には、導入口１２ｉ、１２ｊ、１２ｋから導入されるエアの通り道を制御するフラップ１３ａ、１３ｂが設けられている。フラップ１３ａ、１３ｂは、空調システムの制御或いは手動によりワイヤー等を介して切り替えられ、エアの導入を第１導入口１２ｉ、第２導入口１２ｊ及び第３導入口１２ｋの中から選択的に切り替えることができる。

エア配管１５Ａ、１５Ｂのうち、一方のエア配管１５Ａは電動車両１内で車室外のエアを導入するための配管である。エア配管１５Ａの一端はインレット４内に配置され、エア配管１５Ａの他端は例えば車体下部などに配置されている。他方のエア配管１５Ｂはインレット４から空調ダクト１２へエアを送るための配管である。エア配管１５Ｂの一端はインレット４内に配置されている。

（充電ケーブル及びインレットの詳細構造）
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図４は、充電ガンとインレットとの接続部分を示した断面図である。図５は、ケーブル部とコンセントプラグとの接続部分を示した図である。

充電ケーブル２０のケーブル部２７には、図３に示すように、電流を流す電力線２１と、ケーブルの長手方向に沿って内部を通る複数本のエア通路２２、２３と、電力線２１を覆いエア通路２２、２３を包含する被覆２４ａ〜２４ｄとが設けられている。エア通路２２は、充電ガン２６側から他端側（コンセントプラグ２８側）へエアを流す行きの通路であり、エア通路２３は、他端側から充電ガン２６側へエアを流す戻りの通路である。図示は省略しているが、ＣＣＩＤ２９にもエア通路２２、２３が連通して設けられている。エア通路２２、２３は、本発明に係る第１流体通路の一例に相当する。

充電ガン２６には、ケーブル部２７の一端が接続され、かつ、インレット４に接続される接続端に電極２１ａ（図４を参照）が設けられている。電極２１ａには、ケーブル部２７の電力線２１が電気的に接続されている。また、図４に示すように、充電ガン２６には接続端までケーブル部２７のエア通路２２、２３が設けられ、充電ガン２６の接続端にエア通路２２、２３の一端が開口している。エア通路２２の開口はエアの導入口に相当し、エア通路２３の開口はエアの導出口に相当する。

図５に示すように、ケーブル部２７の他端部（コンセントプラグ２８側）には、行きのエア通路２２と戻りのエア通路２３とが連通されたエアの折返し部Ｒが設けられている。

図３に示すように、複数のエア通路２３と複数のエア通路２２とは、電力線２１を囲う周方向に並んで配置されている。戻りのエアを流す複数のエア通路２３は、電力線２１に近い中央寄りに設けられ、行きのエアを流す複数のエア通路２２は、電力線２１から遠い外周寄りに設けられている。被覆２４ａ〜２４ｄのうち、電力線２１とエア通路２３との間に配置される被覆２４ａ、２４ｂ１は、他の被覆２４ｂ２、２４ｃ、２４ｄと比較して熱伝導率の高い素材、例えばシリコンゴムから構成されている。すなわち、被覆２４ａ、２４ｂ１が本発明に係るシリコンゴム層の一例に相当する。なお、シリコンゴム層は、電力線２１とエア通路２２との間に設けられればよい。

インレット４は、図４に示すように、充電ガン２６が接続される接続端に設けられた接続端子４１と、接続端子４１から取り込まれた電力を流す電力線４２とを備える。また、インレット４にはエア配管１５Ａ、１５Ｂが通され、エア配管１５Ａ、１５Ｂの一端がインレット４の接続端に開口している。

このような構成により、充電ガン２６がインレット４に接続されると、充電ガン２６の電極２１ａがインレット４の接続端子４１に電気的に接続されて、充電ケーブル２０の電力線２１とインレット４の電力線４２とが導通する。また、充電ガン２６がインレット４に接続されると、エア通路２３とエア配管１５Ａとが連通され、かつ、エア通路２２とエア配管１５Ｂとが連通される。なお、エア配管１５Ａは一端が複数に分岐し、分岐した複数の端部の開口がインレット４の接続端において接続端子４１を中心とする周方向に並んで配置されていてもよい。同様に、エア配管１５Ｂは一端が複数に分岐し、分岐した複数の端部の開口がインレット４の接続部において接続端子４１を中心とする周方向に並んで配置されていてもよい。

（充電時の動作説明）
上記構成の電動車両１においては、例えば低温時に高電圧バッテリ３の充電を行う場合に、エア通路２２、２３を有する充電ケーブル２０が使用される。充電ケーブル２０がインレット４に接続されて充電の要求がなされると、外部電源から充電ケーブル２０を介して充電電力が伝送され、高電圧バッテリ３の充電が開始される。

また、充電ケーブル２０がインレット４に接続されると、両者の接続部において、電動車両のエア配管１５Ａ、１５Ｂと、充電ケーブル２０のエア通路２２、２３とが、それぞれ連通するように連結される。また、充電時には、空調ダクト１２の第３導入口１２ｋからエアが導入されるようにフラップ１３ａ、１３ｂが切り替えられ、かつ、ファン１２ａが動作する。

すると、ファン１２ａの作用により、エア配管１５Ａの一端から車室外の空気が導入され、エア配管１５Ａ、エア通路２２、折返し部Ｒ、エア通路２３、エア配管１５Ｂを通してエアが流れる。このとき、電力の伝送により充電ケーブル２０の電力線２１で発生したジュール熱は、被覆２４ａ、２４ｂ１を介してエア通路２３内のエアに放出され、これにより電力線２１が冷却される。また、エア通路２３で熱を吸収したエアが空調ダクト１２に導入されて空調ダクト１２内を加熱する。これにより、充電ケーブル２０の廃熱が車室の暖房の熱源として利用される。

以上のように、実施形態１の電動車両１及びその充電装置によれば、高電圧バッテリ３の充電中に充電ケーブル２０の電力線２１を冷却することができるので、充電ケーブル２０の電力線２１の径を従来のものより小さく設計できる。したがって、充電ケーブル２０の重量の削減と、充電ケーブル２０の取扱い難さの軽減とが図れる。さらに、充電ケーブル２０の熱を吸収したエアがエア通路２３及びエア配管１５Ｂを通って空調ダクト１２に導入されるので、車室内の暖房の熱源として充電ケーブル２０の廃熱を利用することができる。廃熱利用であるため、充電中に充電速度を低下させることがない。

また、実施形態１の充電装置によれば、充電ケーブル２０には、行きのエア通路２２と戻りのエア通路２３とが設けられ、これらがコンセントプラグ２８側の折返し部Ｒで折り返されている。さらに、インレット４には、行きのエア通路２２に連通されるエア配管１５Ａと、戻りのエア通路２３に連通されるエア配管１５Ｂとが設けられている。このような構成により、充電ケーブル２０に流れるエアを電動車両１側で制御でき、例えば充電ケーブル２０の冷却と熱の輸送に適した温度のエアを充電ケーブル２０に流すことができる。

また、充電ケーブル２０の電力線２１とエア通路２３との間にはシリコンゴムを材料とした被覆２４ａ、２４ｂが設けられ、また、複数のエア通路２３は電力線２１を囲う周方向に並ぶように設けられている。このような構成により、電力線２１で生じた熱を効率的にエア通路２３内に放出させることができる。また、複数のエア通路２２、２３が電力線２１を囲う周方向に並ぶように設けられているので、ケーブル部２７を軸対称に近い構造とすることができ、エア通路２２、２３の総合的な断面積を広くとりつつ、ケーブル部２７の幅方向の肥大化を軽減することができる。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係る充電ケーブルとインレットとを示す構成図である。

実施形態２の電動車両の充電装置は、充電ケーブル２０Ａとインレット４Ａとを備える。実施形態２の充電装置は、実施形態１の構成から行きのエア通路２２と行きのエア配管１５Ａとを省く一方、戻りのエア通路２３の一端をケーブル部２７のコンセントプラグ２８側（充電ガン２６の反対側）で外部に露出させ、開口部２３ａを設けたものである。その他の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態２の充電装置によれば、充電ケーブル２０Ａを用いた充電中、充電ケーブル２０Ａのコンセントプラグ２８側の開口部２３ａからエアが吸われ、エア通路２３とエア配管１５Ｂとを通ったエアが空調ダクト１２に導入される。したがって、エア通路２３に流れるエアによって、充電中に充電ケーブル２０Ａを冷却することができる。これにより、充電ケーブル２０の電力線２１の径を縮小でき、充電ケーブル２０の重量を軽減できる。或いは、充電ケーブル２０の取扱い難さを軽減できる。さらに、充電ケーブル２０Ａで熱を吸収したエアがエア配管１５Ｂを通って空調ダクトに導入されるので、車室内の暖房の熱源として充電ケーブル２０Ａの廃熱を利用することができる。廃熱利用であるため、充電中に充電速度を低下させることがない。

以上、本発明の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られるものでない。例えば、上記実施形態では、熱の供給先として空調ダクト１２を適用した例を説明したが、熱の供給先は様々に変更可能である。例えば、熱の供給先として低温状態の高電圧バッテリ又は電動車両の各機構が適用され、充電ケーブルの廃熱が高電圧バッテリの温度調整、又は、電動車両の各機構の暖機に利用される構成としてもよい。また、熱の供給先として、エアの熱を冷却液等に移す熱交換機が適用されてもよい。この場合、温められた冷却液を冷却液回路に流して、必要な箇所に充電ケーブルの廃熱を輸送することができる。

また、上記実施形態では、充電ケーブルの流体通路に流す流体としてエアを適用した構成を例にとって説明したが、エア以外の流体を適用してもよい。また、上記実施形態では、充電ケーブルとしてコンセントプラグを備えた構成を示したが、例えば充電スタンドなどの充電設備に備え付けられる充電ケーブルが適用されてもよい。また、ＣＣＩＤは省かれてもよいし、急速充電用の充電ケーブルが適用される場合、車載充電器を介さずにインレットから高電圧バッテリに充電電力が送られてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１電動車両
２走行用モータ
３高電圧バッテリ
４インレット（充電コネクタ）
１２空調ダクト
１５Ａエア配管（第３流体通路）
１５Ｂエア配管（第２流体通路）
２０充電ケーブル
２１電力線
２１ａ電極
２２、２３エア通路
２３ａ開口部
Ｒ折返し部
２４ａ〜２４ｄ被覆
２６充電ガン
２７ケーブル部
２８コンセントプラグ
４１接続端子
４２電力線

Claims

走行用モータと前記走行用モータに電力を供給するバッテリとを有する電動車両で使用される電動車両の充電装置であって、
前記電動車両へ電力を伝送する充電ケーブルと、
前記充電ケーブルの長手方向に沿って前記充電ケーブルの内部を通る第１流体通路と、
前記電動車両に設けられて電力を入力する充電コネクタと、
前記充電コネクタから前記電動車両の熱の供給先へ通じる第２流体通路と、
を備え、
前記充電ケーブルが前記充電コネクタに接続された場合に、前記第１流体通路と前記第２流体通路とが連結され、前記バッテリの充電中、前記充電ケーブルで発生した熱が前記第１流体通路内の流体に放出され、熱を吸収した流体が前記第２流体通路を通って前記熱の供給先を加熱することを特徴とする電動車両の充電装置。
前記第１流体通路は、前記充電ケーブルの内部で折返され、かつ、導入口と導出口とが前記充電ケーブルの一方の端部に配置され、
前記充電コネクタには前記流体を導入する第３流体通路が更に設けられ、
前記充電ケーブルが前記充電コネクタへ接続された場合に、前記第１流体通路の導出口が前記第２流体通路に連結され、前記第１流体通路の導入口が前記第３流体通路に連結されることを特徴とする請求項１記載の電動車両の充電装置。
前記充電ケーブルの電力線と前記第１流体通路との間にシリコンゴム層が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動車両の充電装置。
前記第１流体通路は複数本の通路を有し、前記複数本の通路が前記充電ケーブルの電力線を囲む周方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両の充電装置。