JP2021048754A - 充電インレット - Google Patents

Abstract

【課題】充電可能な状態を簡単に実現可能な充電インレットを提供する。【解決手段】充電インレットは、第１電極と、第１電極と対向するように配置された複数の第２電極と、第１電極と複数の第２電極のそれぞれとの間を絶縁しながら連結する複数の連結部材と、を備える。各連結部材は、弾性部材を含んでいる。弾性部材が収縮していないとき、第２電極は第１電極から離間している。充電コネクタの端子が挿入される受け口側から見て、複数の第２電極は第１電極よりも手前に位置する。受け口に挿入された充電コネクタの端子は、第１電極とは接触せず、複数の第２電極の一部と接触する。充電コネクタの端子によって一部の第２電極が第１電極の方に押し込まれたとき、一部の第２電極の位置の弾性部材が収縮し、一部の第２電極が第１電極と接触することにより、第１電極が充電コネクタの端子と電気的に接続される。【選択図】図５

Description

本発明は、充電コネクタと接続される充電インレットに関する。特に、本発明は、充電インレットの電極構造に関する。

特許文献１は、二次電池の正極及び負極に接触した状態で二次電池の充電を行う充電装置を開示している。その充電装置は、複数の端子が２次元的に配列された板状の電極部材を備えている。また、複数の端子のそれぞれに電気的に接続された複数のコネクタが、電極部材の外周に配置されている。充電装置は、更に、複数のコネクタに接続される電気回路を備えている。その電気回路は、二次電池の正極及び負極のそれぞれが接触している端子を検出し、正極が接触している端子に電流を供給して二次電池を充電する。

特開２０１６−０６３６８５号公報

特許文献１に開示されている技術によれば、二次電池への電力供給を開始する前に、二次電池の正極及び負極のそれぞれが接触している端子を複数の端子の中から特定（検出）する手段及び処理が必要となる。このことは、充電システム及び充電処理の複雑化を招く。

本発明の１つの目的は、充電可能な状態を簡単に実現可能な充電インレットを提供することにある。

本発明の１つの観点において、充電コネクタと接続される充電インレットが提供される。
前記充電インレットは、
第１電極と、
前記第１電極と対向するように配置された複数の第２電極と、
前記第１電極と前記複数の第２電極のそれぞれとの間を絶縁しながら連結する複数の連結部材と
を備える。
前記複数の連結部材の各々は、弾性部材を含んでいる。
前記複数の連結部材の各々に含まれる前記弾性部材が収縮していないとき、前記複数の第２電極の各々は前記第１電極から離間している。
前記充電コネクタの端子が挿入される受け口側から見て、前記複数の第２電極は前記第１電極よりも手前に位置している。
前記受け口に挿入された前記充電コネクタの前記端子は、前記第１電極とは接触せず、前記複数の第２電極の一部と接触する。
前記充電コネクタの前記端子によって前記一部の第２電極が前記第１電極の方に押し込まれたとき、前記一部の第２電極の位置の前記弾性部材が収縮し、前記一部の第２電極が前記第１電極と接触することにより、前記第１電極が前記充電コネクタの前記端子と電気的に接続される。

上述の本発明の１つの観点によれば、充電インレットは、第１電極及び複数の第２電極を含んでいる。複数の第２電極は、充電コネクタの端子が挿入される受け口側から見て第１電極よりも手前に位置し、且つ、第１電極と対向するように配置されている。受け口に挿入された充電コネクタの端子は、第１電極とは接触せず、複数の第２電極の一部と接触する。更に、その一部の第２電極は、端子によって第１電極の方に押し込まれ、第１電極と接触する。第１電極は、一部の第２電極を介して、充電コネクタの端子と電気的に接続される。このようにして、充電可能な状態が簡単に実現される。ここで、複数の第２電極の中から端子と接触しているものを特定（検出）する必要はない。つまり、通電箇所を特定する必要は無く、そのための手段や処理も不要である。従って、充電システム及び充電処理の複雑化が防止される。

本発明の実施の形態に係る充電インレットと充電コネクタを示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る充電インレットの電極構造の例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る充電インレットの電極構造を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態に係る充電インレットの電極構造を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態に係る充電インレットの電極構造と充電コネクタの端子との接続例を示す概略図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．充電インレットと充電コネクタ
図１は、本実施の形態に係る充電インレット１と充電コネクタ１００を示す概略図である。充電インレット１は、充電対象の機械に装着されている。充電対象の機械としては、電気自動車等の車両や、ロボットが例示される。充電対象の機械は、二次電池を備えており、二次電池の電力を利用して作動する。その二次電池を充電する際に充電インレット１が用いられる。

より詳細には、充電時、充電インレット１は、充電装置（充電インフラ）側の充電コネクタ１００と接続される。充電コネクタ１００は、給電のための端子１１０を有している。図１に示される例では、充電コネクタ１００は、正極と負極の２つの端子１１０を有している。それら２つの端子１１０が充電インレット１の受け口５にそれぞれ挿入されるように、充電インレット１と充電コネクタ１００が接続される。

充電インレット１は、受け口５に挿入された充電コネクタ１００の端子１１０と電気的に接続される電極構造を備えている。充電インレット１の電極構造と充電コネクタ１００の端子１１０とが電気的に接続された状態で、充電装置から充電コネクタ１００を通して充電対象に電力が供給され、二次電池が充電される。

２．充電インレットの電極構造
図２は、本実施の形態に係る充電インレット１の電極構造の例を示す概略図である。図２には、充電インレット１の１つの受け口５の奥に配置されている電極構造が示されている。尚、ここでは、充電対象として電気自動車等の車両を考える。その場合、充電インレット１は、例えば、車両の側面に設けられる。

まず、説明のため、ＸＹＺ方向について定義する。Ｚ方向は、充電インレット１の受け口５から車両内部に向かう方向である。言い換えれば、Ｚ方向は、充電コネクタ１００の端子１１０が挿入される方向である。ＸＹ面は、Ｚ方向と直交する面である。Ｘ方向は、ＸＹ面内の方向であり、受け口５の長手方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向と直交する方向である。

本実施の形態によれば、充電インレット１の受け口５及び電極構造は、ＸＹ面内のサイズにおいて、充電コネクタ１００の端子１１０よりも十分に大きくなるように設計されている。図２に示される例では、充電インレット１の受け口５及び電極構造のＸ方向の幅は、充電コネクタ１００の端子１１０のＸ方向の幅よりも十分に大きい。これにより、充電インレット１と充電コネクタ１００との接続が容易になる、すなわち、“接続性”が向上する。例えば、駐車場等で電気自動車の充電を自動で行う場合、高い接続性により、高度な位置合わせ（駐車精度、多軸アーム）は必ずしも必要ではなくなる。このことは、システムコストの低減の観点から好ましい。

但し、充電インレット１の電極構造が充電コネクタ１００の端子１１０よりも十分に大きいことは、充電処理中に電極構造の一部が外部に露出することを意味する。特に、活電（通電）状態の電極が外部に露出することは好ましくない。活電状態で露出した電極にモノが接触すると、漏電が発生し、機械が故障するおそれがあるからである。

そこで、本実施の形態に係る充電インレット１の電極構造は、次のような構造的特徴を有する。

図２に示されるように、充電インレット１は、分割された電極構造を有する。より詳細には、充電インレット１は、第１電極１０、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎ、及び第１電極１０と複数の第２電極２０−１〜２０−ｎのそれぞれとの間を連結する複数の連結部材３０−１〜３０−ｎを備えている。ここで、ｎは２以上の整数である。図２に示される例において、ｎ＝３であるが、それに限定されない。

第１電極１０は、二次電池に電気的に接続される。ＸＹ面内のサイズに関して、第１電極１０は、充電コネクタ１００の端子１１０よりも十分に大きい。図２に示される例では、第１電極１０のＸ方向の幅は、充電コネクタ１００の端子１１０のＸ方向の幅よりも十分に大きい。例えば、第１電極１０は、平板形状を有する。

複数の第２電極２０−１〜２０−ｎは、受け口５側（端子１１０側）から見て、第１電極１０よりも手前に配置されている。逆に言えば、第１電極１０は、受け口５側から見て、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎよりも奥（Ｚ方向側）に配置されている。

また、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎは、第１電極１０と対向するように配置（配列）されている。更に、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎは、互いに離間している。ＸＹ面内のサイズに関して、個々の第２電極２０−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、第１電極１０よりも小さいが、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎ全体としては、第１電極１０と同程度の大きさを有する。個々の第２電極２０−ｉは、充電コネクタ１００の端子１１０より大きくてもよい。

図２に示される例では、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎは、第１電極１０に沿ってＸ方向に配列されている。隣り合う第２電極２０同士は、互いに離間している。隣り合う第２電極２０間の距離ｄは、充電コネクタ１００の端子１１０の幅よりも十分に小さい。従って、充電コネクタ１００の端子１１０は、隣り合う第２電極２０間のスペースを通り抜けて第１電極１０に接触することはできない。

このように、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎは、第１電極１０よりも手前に位置しており、充電コネクタ１００の端子１１０が第１電極１０に接触することを防ぐように配置されている。その意味で、第１電極１０を背面電極と呼び、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎを前面電極と呼ぶこともできる。

連結部材３０−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、第１電極１０と第２電極２０−ｉとの間を連結している。また、連結部材３０−ｉは、第１電極１０と第２電極２０−ｉとの間を電気的に絶縁している。

図３は、第１電極１０、第２電極２０−ｉ、及び連結部材３０−ｉの構造例を示している。

第２電極２０−ｉは、ベース部２１と突出部２２を有している。突出部２２は、ベース部２１から見て第１電極１０側（Ｚ方向側）に存在している。言い換えれば、突出部２２は、ベース部２１よりも第１電極１０に近い。ＸＹ面内のサイズに関して、ベース部２１は突出部２２よりも大きく、突出部２２はベース部２１よりも小さい。図２に示される例では、ベース部２１のＸ方向の幅は、突出部２２のＸ方向の幅よりも大きい。

連結部材３０−ｉは、第２電極２０−ｉのベース部２１と第１電極１０との間を連結している。図２に示される例では、２本の連結部材３０−ｉが、第２電極２０−ｉの突出部２２の両側に設けられている。つまり、２本の連結部材３０−ｉが、第２電極２０−ｉの突出部２２を挟み込むように設けられている。

各々の連結部材３０−ｉは、第１絶縁部材３１、第２絶縁部材３２、及び弾性部材３３を含んでいる。第１絶縁部材３１及び第２絶縁部材３２は、絶縁材料で形成されている。第１絶縁部材３１は、第１電極１０と弾性部材３３との間に介在している。第２絶縁部材３２は、第２電極２０−ｉとベース部２１と弾性部材３３との間に介在している。このような絶縁部材３１、３２を含むため、連結部材３０−ｉは、第１電極１０と第２電極２０−ｉとの間を電気的に絶縁しながら連結することができる。

弾性部材３３は、第１絶縁部材３１と第２絶縁部材３２との間に挟まれている。弾性部材３３は、伸縮可能である。例えば、弾性部材３３は、バネである。弾性部材３３は、ゴム等の他の弾性体であってもよい。図３に示されるように、弾性部材３３が収縮していないとき（伸長しているとき）、第２電極２０−ｉは、第１電極１０から十分に離間している。すなわち、第１電極１０と第２電極２０−ｉとの間の絶縁が確保されている。

図４は、弾性部材３３が収縮している状況を示している。図４に示される状況では、第１電極１０と第２電極２０−ｉは、離間しておらず、互いに接触している。より詳細には、第１電極１０と第２電極２０−ｉの突出部２２とが互いに接触している。これにより、第１電極１０と第２電極２０−ｉとが電気的に接続される。

図５は、本実施の形態に係る充電インレット１の電極構造と充電コネクタ１００の端子１１０との接続例を示す概略図である。上述の通り、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎは、第１電極１０よりも手前に位置しており、且つ、全体として充電コネクタ１００の端子１１０よりも十分に大きい。従って、充電インレット１の受け口５に挿入された端子１１０は、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎのうち一部と接触する。図５に示される例では、端子１１０は、第２電極２０−２と接触し、その他の第２電極２０−１、２０−３とは接触しない。また、端子１１０は、第１電極１０とは直接接触しない。

複数の第２電極２０−１〜２０−ｎのうち端子１１０と接触するものは、以下「接触電極２０−Ｃ」と呼ばれる。一方、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎのうち端子１１０と接触しないものは、以下「非接触電極２０−ＮＣ」と呼ばれる。図５に示される例では、接触電極２０−Ｃは第２電極２０−２であり、非接触電極２０−ＮＣは第２電極２０−１、２０−３である。

充電インレット１の受け口５に挿入された端子１１０によって、接触電極２０−Ｃは、第１電極１０の方に、すなわち、Ｚ方向に押し込まれる。これにより、接触電極２０−Ｃの位置の弾性部材３３（つまり、接触電極２０−Ｃと第１電極１０との間を連結する連結部材３０−Ｃに含まれる弾性部材３３）が収縮する。その結果、図５に示されるように、接触電極２０−Ｃが第１電極１０と接触する。第１電極１０は、接触電極２０−Ｃを介して、充電コネクタ１００の端子１１０と電気的に接続される。このようにして、充電可能な状態が簡単に実現される。

一方、非接触電極２０−ＮＣは、端子１１０によって第１電極１０の方に押し込まれない。非接触電極２０−ＮＣの位置の弾性部材３３は収縮しないため、非接触電極２０−ＮＣは、第１電極１０から十分に離間している。つまり、非接触電極２０−ＮＣは、充電コネクタ１００の端子１１０だけでなく第１電極１０とも接触していない。従って、充電処理中、非接触電極２０−ＮＣの絶縁状態が保たれる。充電処理中、非接触電極２０−ＮＣは外部に露出する可能性があるが、非接触電極２０−ＮＣの絶縁状態が保たれるため、安全性が確保される。例えば、露出した非接触電極２０−ＮＣからの漏電が防止される。

３．効果
本実施の形態に係る充電インレット１の電極構造は、充電コネクタ１００の端子１１０よりも十分に大きくなるように設計されている。これにより、充電インレット１と充電コネクタ１００との接続が容易になる、すなわち、“接続性”が向上する。例えば、駐車場等で電気自動車の充電を自動で行う場合、高い接続性により、高度な位置合わせは必ずしも必要ではなくなる。このことは、システムコストの低減の観点から好ましい。

また、本実施の形態に係る充電インレット１の電極構造は、第１電極１０及び複数の第２電極２０−１〜２０−ｎを含んでいる。複数の第２電極２０−１〜２０−ｎは、充電インレット１の受け口５側から見て第１電極１０よりも手前に位置し、且つ、第１電極１０と対向するように配置されている。受け口５に挿入された充電コネクタ１００の端子１１０は、第１電極１０とは接触せず、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎの一部である接触電極２０−Ｃと接触する。更に、接触電極２０−Ｃは、端子１１０によって第１電極１０の方に押し込まれ、第１電極１０と接触する。第１電極１０は、接触電極２０−Ｃを介して、充電コネクタ１００の端子１１０と電気的に接続される。このようにして、充電可能な状態が簡単に実現される。

ここで、第１の比較例として、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎが存在しない場合を考える。第１電極１０は十分に大きいため、充電コネクタ１００の端子１１０を第１電極１０に容易に接触させることはできる。つまり、接続性は向上する。しかしながら、充電処理中、活電（通電）状態の第１電極１０の一部が外部に露出してしまう。このことは、安全性の観点から好ましくない。例えば、活電状態で露出した第１電極１０にモノが接触すると、漏電が発生し、機械が故障するおそれがある。

一方、本実施の形態によれば、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎが、第１電極１０よりも手前に配置されている。充電処理中、活電状態の第１電極１０は、外部に露出しない。また、複数の第２電極２０−１〜２０−ｎのうち端子１１０と接触しない非接触電極２０−ＮＣは、端子１１０によって第１電極１０の方に押し込まれないため、第１電極１０とも接触しない。従って、充電処理中、非接触電極２０−ＮＣの絶縁状態が保たれる。充電処理中、非接触電極２０−ＮＣは外部に露出する可能性があるが、非接触電極２０−ＮＣの絶縁状態が保たれるため、安全性が確保される。例えば、露出した非接触電極２０−ＮＣからの漏電が防止される。

本実施の形態は、充電インレット１と充電コネクタ１００との接続性を向上させつつ、充電処理中の安全性確保も実現していると言える。

第２の比較例として、上述の特許文献１（特開２０１６−０６３６８５号公報）に開示されている技術を考える。第２の比較例によれば、二次電池への電力供給を開始する前に、二次電池の正極及び負極のそれぞれが接触している端子を複数の端子の中から特定（検出）する手段及び処理が必要となる。このことは、充電システム及び充電処理の複雑化を招く。

一方、本実施の形態によれば、充電コネクタ１００の端子１１０と接触する接触電極２０−Ｃが、端子１１０によって第１電極１０の方に押し込まれ、第１電極１０に接触する。これにより、充電可能な状態が簡単、且つ、即座に実現される。複数の第２電極２０−１〜２０−ｎの中から端子１１０と接触している接触電極２０−Ｃを特定（検出）する必要はない。つまり、通電箇所を特定する必要は無く、そのための手段や処理も不要である。従って、充電システム及び充電処理の複雑化が防止される。

１ 充電インレット
５ 受け口
１０ 第１電極
２０−１〜２０−ｎ 第２電極
２１ ベース部
２２ 突出部
３０−１〜３０−ｎ 連結部材
３１ 第１絶縁部材
３２ 第２絶縁部材
３３ 弾性部材
１００ 充電コネクタ
１１０ 端子

Claims (1)

1. 充電コネクタと接続される充電インレットであって、
   第１電極と、
   前記第１電極と対向するように配置された複数の第２電極と、
   前記第１電極と前記複数の第２電極のそれぞれとの間を絶縁しながら連結する複数の連結部材と
   を備え、
   前記複数の連結部材の各々は、弾性部材を含んでおり、
   前記複数の連結部材の各々に含まれる前記弾性部材が収縮していないとき、前記複数の第２電極の各々は前記第１電極から離間しており、
   前記充電コネクタの端子が挿入される受け口側から見て、前記複数の第２電極は前記第１電極よりも手前に位置し、
   前記受け口に挿入された前記充電コネクタの前記端子は、前記第１電極とは接触せず、前記複数の第２電極の一部と接触し、
   前記充電コネクタの前記端子によって前記一部の第２電極が前記第１電極の方に押し込まれたとき、前記一部の第２電極の位置の前記弾性部材が収縮し、前記一部の第２電極が前記第１電極と接触することにより、前記第１電極が前記充電コネクタの前記端子と電気的に接続される
   充電インレット。

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