JP2021086652A - ケーブル付き給電コネクタ - Google Patents

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望 佐藤
健彦 水野
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Abstract

【課題】導体露出区間における導体線のジュール熱による端子の温度上昇を抑制することができるケーブル付き給電コネクタの提供。【解決手段】ケーブル付き給電コネクタ100は、端子1と、端子1に接続された冷却チューブ101及び導体線102を有する電力線103と、を備え、電力線103は、冷却チューブ101と導体線102とが被覆103aに覆われる導体被覆区間S1と、冷却チューブ101と導体線102とが被覆103aから露出する導体露出区間S2と、有し、導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mmより大きく75mm以下である。【選択図】図1

Description

本発明は、ケーブル付き給電コネクタに関するものである。
下記特許文献1には、端子と、端子に接続された冷却チューブ及び導体線を有するケーブルと、を備えるケーブル付き給電コネクタが開示されている。
特開2018−018748号公報
ところで、上記ケーブル付き給電コネクタでは、端子の後方において、冷却チューブと導体線が被覆から露出して分岐(分離)している。冷却チューブと導体線とが離れる導体露出区間では、導体線を十分に冷却することができない。このような導体露出区間において、導体線で発生したジュール熱は、端子に伝わり、端子の温度を上昇させてしまう。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、導体露出区間における導体線のジュール熱による端子の温度上昇を抑制することができるケーブル付き給電コネクタの提供を目的とする。
本発明の一態様に係るケーブル付き給電コネクタは、端子と、前記端子に接続された冷却チューブ及び導体線を有するケーブルと、を備え、前記ケーブルは、前記冷却チューブと前記導体線とが被覆に覆われる導体被覆区間と、前記冷却チューブと前記導体線とが前記被覆から露出する導体露出区間と、有し、前記導体露出区間における前記導体線の長さが、5mmより大きく75mm以下である。
この構成によれば、導体露出区間における導体線の長さが75mm以下と短いので、導体露出区間における導体線の発熱を少なくでき、端子の温度上昇を抑制することができる。また、導体露出区間における導体線の長さが5mmより大きいので、導体線を端子に接続する接続作業の必要長さは確保できる。
上記ケーブル付き給電コネクタにおいて、前記導体露出区間における前記導体線の長さが、5mmより大きく60mm以下であってもよい。
この構成によれば、導体露出区間における導体線の長さが60mm以下と短いので、導体露出区間における導体線自体の温度上昇も抑制することができる。
上記ケーブル付き給電コネクタにおいて、前記導体露出区間における前記導体線の長さが、10mm以上であってもよい。
この構成によれば、導体露出区間における導体線の長さが10mm以上あるので、導体線を端子に接続する接続作業を容易に行うことができる。
上記ケーブル付き給電コネクタにおいて、1本の前記端子に対して、2本の前記ケーブルを備え、2本の前記ケーブルの前記導体線が合流して前記端子に接続されると共に、2本の前記ケーブルのうち一方の前記冷却チューブが前記端子に対する冷媒の往路を形成し、他方の前記冷却チューブが前記端子に対する冷媒の復路を形成していてもよい。
この構成によれば、2本のケーブルのうち一方の冷却チューブが端子に対する冷媒の往路を形成し、他方の冷却チューブが端子に対する冷媒の復路を形成しているので、冷媒の往路と復路の両方で導体線を冷却することができる。
上記ケーブル付き給電コネクタにおいて、前記端子に、400A以上の電流が流れてもよい。
この構成によれば、400A以上の大電流が流れる端子の温度上昇を抑制することができる。
上記ケーブル付き給電コネクタにおいて、前記端子は、インレット端子に接続されるアウトレット端子であってもよい。
この構成によれば、インレット端子に接続されるアウトレット端子の温度上昇を抑制することができる。
上記本発明の一態様によれば、導体露出区間における導体線のジュール熱による端子の温度上昇を抑制することができる。
一実施形態に係るケーブル付き給電コネクタの構成図である。 一実施形態に係る端子接続部の拡大図である。 一実施形態に係る端子接続部の分解斜視図である。 一実施形態に係るケーブル付き給電コネクタの実験モデルである。 図4に示す実験モデルで実験した導体露出区間における導体線の長さに対する端子の温度上昇、導体線の温度上昇、及び、端子に対する導体線の接続作業性の評価結果を示す表である。 一実施形態の一変形例に係るケーブル付き給電コネクタの構成図である。 一実施形態の一変形例に係るケーブル付き給電コネクタの構成図である。 図7に示すケーブル付き給電コネクタの矢視A−A断面図である。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、一実施形態に係るケーブル付き給電コネクタ100の構成図である。
図1に示すように、ケーブル付き給電コネクタ100は、端子1と、ケーブル105と、ケース200と、から構成されている。端子1とケーブル105とは互いに接続されており、電気自動車の充電口(インレット部分)に挿入可能なケース200の内部に導入されている。ケーブル105は、給電対象へ電力供給するための導体線102と、導体線102を冷却するための冷却チューブ101とを内蔵している。ケーブル105には、例えば、特許第6078198号公報に記載の給電ケーブルと同じ構成のケーブルを採用することができる。具体的には、ケーブル105は、シース104の内側に複数(偶数本)の電力線103を内蔵しており、さらに、その電力線103には、冷却チューブ101及び導体線102が内蔵されている。電力線103の内部においては、冷却チューブ101を中心にして複数の導体線102が集合撚りされていている。これにより、冷却チューブ101を流れる冷媒液によって通電による導体線102の発熱を抑えることができる。ケーブル105内には、給電装置と電気自動車との間の通信に用いられる信号線が内蔵されていても良い。
冷却チューブ101と導体線102とは、端子1の後方で分岐し、それぞれが端子1に接続されている。分岐した冷却チューブ101は、端子1の後述する冷却管40に接続されている。また、分岐した導体線102は、後述する導体線接続部30に挿入され圧縮接続されている。図示しないが、ケース200には、+端子用と−端子用に2本の端子1及び2本のケーブル105が設けられている。
端子1には、冷却管40が取り付けられている。この端子1は、電気自動車のバッテリーなどを急速充電する用途に適しており、大電流を流すことにより発生するジュール熱を、冷却管40を流れる冷媒によって冷却することができる。
端子1は、金属端子であって、例えば、銅や銅合金などから形成されている。端子1の表面は、腐食を防止する銀メッキなどで覆われている。端子1は、端子本体部10と、端子接触部20と、導体線接続部30と、を備えている。導体線接続部30は、端子本体部10と一体で成形されている。本実施形態の端子接触部20は、後述するように端子本体部10と別体で成形されているが、端子本体部10と一体で成形されていても構わない。
冷却管40は、金属管であって、例えば、銅、アルミニウムなどから形成されている。冷却管40に流す冷媒は、絶縁性冷媒が好ましい。絶縁性冷媒を用いることで、端子1から冷却管40、冷媒を通して図示しない冷却器へ漏電することを防ぐことができる。絶縁性冷媒としては、例えば、シリコーンオイルや鉱物油などの絶縁オイル、フッ素系冷媒、アルコール系冷媒などを例示することができる。但し、冷却管40を、絶縁層や絶縁膜などでコーティングし、端子1と冷却管40とを絶縁すれば、冷却管40に非絶縁性の冷媒を流すこともできる。
端子本体部10、端子接触部20、及び、導体線接続部30は、端子1の中心軸を共通軸として、同軸上に配設されている。以下、この中心軸に沿う方向を軸方向、軸方向から見て中心軸と交差する方向を径方向、中心軸回りに周回する方向を周方向という。また、軸方向のうち、端子本体部10に対して端子接触部20側を前方といい、端子本体部10に対して導体線接続部30側を後方という。
端子本体部10は、軸方向に延びる円柱部であり、前方側の一端部には端子接続部11が設けられ、反対側の他端部に導体線接続部30が設けられている。導体線接続部30は、軸方向に延びる円筒部である。導体線接続部30は、後方に開口する図示しない孔部を有し、該孔部に2本の電力線103の導体線102が合流して挿入されている。そして、導体線接続部30と挿入された導体線102とを一括して圧縮することで、端子1と導体線102とが接続(固定)されている。
図2は、一実施形態に係る端子接続部11の拡大図である。図3は、一実施形態に係る端子接続部11の分解斜視図である。
図2及び図3に示すように、端子接続部11は、底部11aと、周壁11bと、を有する有底筒状に形成されている。周壁11bの内壁面には、雌ネジ12が形成されている。
周壁11bには、図3に示すように、冷却管40の管路受熱部41が径方向に挿通される一対の挿通溝13が形成されている。挿通溝13は、周壁11bの一部を軸方向に切り欠いた切欠部である。底部11aには、管路受熱部41が係合する係合溝14が形成されている。係合溝14は、挿通溝13の延長線上に形成された円弧状の溝部であり、径方向に延びている。
端子接触部20は、前方に向かって軸方向に延びる中実のピンである。端子接触部20には冷却管40が挿通されていないので、導体の断面積を大きく確保でき、大電流を流すのに適している。端子接触部20の根本には、フランジ21が形成されている。フランジ21には、端子接続部11の雌ネジ12に螺合する雄ネジ22が形成されている。
端子接続部11と端子接触部20との間には、冷却管40と共に、当接部材50が挟み込まれている。当接部材50は、周壁11bの内側であって、底部11aとフランジ21との間に設けられ、フランジ21と管路受熱部41との間に介在する。当接部材50は、円板状に形成されている。当接部材50には、管路受熱部41が係合する係合溝51が形成されている。係合溝51は、円弧状の溝部であり、上述した係合溝14と同様に径方向に延びている。
冷却管40は、挿通溝13を径方向に挿通するように配置され、係合溝14,51によって軸方向に挟持される管路受熱部41を有している。管路受熱部41の周囲には、伝熱グリスが塗布されているとよい。伝熱グリスは、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れる金属フィラーが混入されたグリスである。伝熱グリスは、管路受熱部41と、係合溝14,51との隙間に充てんされ、端子1から冷却管40への伝達熱量を増大させる。
管路受熱部41から後方に折り曲げられた冷却管40の両端部には、図1に示すように、チューブコネクタ101aを介して冷却チューブ101が接続されている。冷却チューブ101は、例えば、ナイロンなどの樹脂製チューブから形成されており、曲げに対するある程度のコシと、可撓性、耐熱性を有している。
冷却管40の両端部に接続された2本の冷却チューブ101のうち、一方の冷却チューブ101Aは、端子1に対する冷媒の往路を形成している。また、他方の冷却チューブ101Bは、端子1に対する冷媒の復路を形成している。冷却チューブ101A,101Bは、電力線103の被覆103aの内部で導体線102と接触している。この導体被覆区間S1では、冷却チューブ101A,101Bが、それぞれ導体線102を冷却している。
一方、冷却チューブ101と導体線102とが被覆103aから露出する導体露出区間S2では、導体線102が十分に冷却されない。すなわち、導体露出区間S2において、冷却チューブ101と導体線102とが完全に分岐するまでの分岐区間S3(約5mm)では、冷却チューブ101が導体線102と不十分ながらも部分的に接触し、導体線102を冷却しているが、冷却チューブ101が導体線102から完全に分岐した後は、導体線102を冷却することはできない。
本実施形態の導体露出区間S2は、冷却チューブ101と導体線102とが被覆103aから露出し、導体線102が端子1の導体線接続部30に接続されるまでの区間である。この導体露出区間S2において、導体線102で発生したジュール熱は、端子1に伝わり、端子1の温度を上昇させてしまうので、導体露出区間S2における導体線102の長さLは、5mmより大きく75mm以下となっている。これによって、導体露出区間S2における導体線102のジュール熱による端子1の温度上昇を抑制することができる。
図4は、一実施形態に係るケーブル付き給電コネクタ100の実験モデルである。図5は、図4に示す実験モデルで実験した導体露出区間S2における導体線102の長さLに対する端子1の温度上昇、導体線102の温度上昇、及び、端子1に対する導体線102の接続作業性の評価結果を示す表である。
図4に示すケーブル付き給電コネクタ100は、端子1に相手側の端子2を接続した状態の実験モデルである。なお、図4に示す符号Aは、端子1の温度計測点を示し、符号Bは導体線102の温度計測点を示している。
相手側の端子2は、端子本体部10Aと、端子接触部20Aと、導体線接続部30Aと、を備えている。導体線接続部30Aには、1本の導体線102Aが接続されている。また、端子接触部20Aは、端子1のピン状の端子接触部20が挿入されるソケット状に形成されている。相手側の端子2は、電気自動車の充電口などに配置されるインレット端子である。対して、ピン状の端子接触部20を備える端子1は、インレット端子に接続されるアウトレット端子(給電スタンドの出力端子)である。
図5に示すように、実験では、端子1に400A(アンペア)と、600Aの電流を流してシミュレーションを行った。図4に示す実験モデルで400Aを流す場合、2本の導体線102のそれぞれに200Aを流す。そうすると、2本の導体線102が合流して端子1に400Aが流れる。600Aを流す場合も同様に、2本の導体線102のそれぞれに300Aを流すと、合流して端子1に600Aが流れる。
図5に示すように、端子1に400Aを流した場合、端子1の温度上昇の評価結果は、導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mm以上且つ75mm以下の場合「〇」であるが、80mmの場合「×」であることが分かる。なお、「〇」は、端子1の温度上昇値ΔTが50K(ケルビン)以下に抑えられたケースを示し、「×」は、端子1の温度上昇値ΔTが50Kを超えてしまったケースを示している。なお、「〇」、「×」の判断基準である温度上昇値ΔTが50K以下とは、IEC規格(IEC 62196−1, 16.5)に準拠した値である。
また、端子1に400Aを流した場合、導体線102の温度上昇の評価結果は、導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mm以上且つ60mm以下の場合「〇」であるが、70mm以上且つ80mm以下の場合「×」であることが分かる。なお、導体線102の温度上昇の評価結果も、「〇」は、導体線102の温度上昇値ΔTが50K(ケルビン)以下に抑えられたケースを示し、「×」は、導体線102の温度上昇値ΔTが50Kを超えてしまったケースを示している。
さらに、端子1に600Aを流した場合、端子1の温度上昇の評価結果は、導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mm以上且つ30mm以下の場合「〇」であるが、40mm以上且つ80mm以下の場合「×」であることが分かる。
また、端子1に600Aを流した場合、導体線102の温度上昇の評価結果は、導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mm以上且つ20mm以下の場合「〇」であるが、30mm以上且つ80mm以下の場合「×」であることが分かる。
なお、導体露出区間S2における導体線102の長さLを5mmより大きくする理由は、導体線102を端子1に接続する接続作業の必要長さを確保する観点からである。導体線102の長さLが5mm以下の場合、接続作業に必要最低限な長さで、端子1との接続は可能なものの、図5に示すように、接続作業容易性の観点では「×」となる。具体的には、冷却チューブ101を導体線102から分岐させるために、狭い導体露出区間S2で冷却チューブ101を急峻に曲げる必要があり、このときに冷却チューブ101が座屈して、冷却チューブ101が閉塞または損傷するおそれがある。一方で、導体露出区間S2における導体線102の長さLが10mm以上であれば、冷却チューブ101を座屈、損傷させることなく、余裕をもって導体線102を端子1に接続でき、接続作業容易性は「〇」となる。
このように、上記構成のケーブル付き給電コネクタ100によれば、端子1と、端子1に接続された冷却チューブ101及び導体線102を有する電力線103と、を備え、電力線103は、冷却チューブ101と導体線102とが被覆103aに覆われる導体被覆区間S1と、冷却チューブ101と導体線102とが被覆103aから露出する導体露出区間S2と、有し、導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mmより大きく75mm以下であるとよい。
この構成によれば、導体露出区間S2における導体線102の長さLが75mm以下と短いので、導体露出区間S2における導体線102の発熱を少なくでき、400Aまで端子1の温度上昇を50K以下に抑制することができる。また、導体露出区間S2における導体線102の長さLが5mmより大きいので、導体線102を端子1に接続する接続作業の必要長さは確保できる。
また、導体露出区間S2における導体線102の長さLは、5mmより大きく60mm以下であるとよい。この構成によれば、導体露出区間S2における導体線102の長さLが60mm以下と短いので、400Aまで導体露出区間S2における導体線102自体の温度上昇も50K以下に抑制することができる。
また、導体露出区間S2における導体線102の長さLは、10mm以上あるとより好ましい。この構成によれば、導体露出区間S2における導体線102の長さLが10mm以上あるので、導体線102を端子1に接続する接続作業を容易に行うことができる。
また、本実施形態では、1本の端子1に対して、2本の電力線103を備え、2本の電力線103の導体線102が合流して端子1に接続されると共に、2本の電力線103のうち一方の冷却チューブ101Aが端子1に対する冷媒の往路を形成し、他方の冷却チューブ101Bが端子1に対する冷媒の復路を形成している。この構成によれば、2本の電力線103のうち一方の冷却チューブ101Aが端子1に対する冷媒の往路を形成し、他方の冷却チューブ101Bが端子1に対する冷媒の復路を形成しているので、冷媒の往路と復路の両方で導体線102を冷却することができる。
また、本実施形態では、端子1に、400A以上の電流が流れてもよい。この構成によれば、400A以上の大電流が流れる端子1の温度上昇を抑制することができる。具体的に、400Aの電流が流れる場合、導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mmより大きく75mm以下、より好ましくは、5mmより大きく60mm以下であるとよい。また、600Aの電流が流れる場合、導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mmより大きく30mm以下、より好ましくは、5mmより大きく20mm以下であるとよい。
また、本実施形態では、端子1は、インレット端子に接続されるアウトレット端子である。この構成によれば、インレット端子に接続される端子1(アウトレット端子)の温度上昇を抑制することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。
例えば、図6〜図8に示す変形例を採用してもよい。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図6は、一実施形態の一変形例に係るケーブル付き給電コネクタ100の構成図である。
図6に示すケーブル付き給電コネクタ100では、1本の端子1に対して、1本の電力線103が接続されている。冷却管40の両端部に接続された2本の冷却チューブ101のうち、一方の冷却チューブ101Aは、端子1に対する冷媒の往路を形成している。また、他方の冷却チューブ101Bは、端子1に対する冷媒の復路を形成している。
冷却チューブ101Aは、電力線103の内部で導体線102と接触しており、冷媒の往路で、導体線102を冷却する導体被覆区間S1を形成している。一方、冷却チューブ101Bは、導体線102と接触せず、電力線103のシース外側に配管され、導体被覆区間S1を形成していない。そして、冷却チューブ101Aと導体線102とが離れる区間は、導体線102が冷却されない導体露出区間S2となっている。
上記構成においても導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mmより大きく75mm以下であるとよい。
図7は、一実施形態の一変形例に係るケーブル付き給電コネクタ100の構成図である。図8は、図7に示すケーブル付き給電コネクタ100の矢視A−A断面図である。
図7に示すケーブル付き給電コネクタ100では、蓋体60が複数のボルト61を介して端子1に固定されている。
図8に示すように、端子1は、端子本体部10の外表面に段差15を備えている。段差15には、上述した冷却管40の管路受熱部41を配置する溝16と、溝16を挟んで配置された複数のネジ孔17と、が形成されている。なお、この変形例では、端子接触部20が、端子本体部10と一体で形成されている。
蓋体60は、平面視略矩形板状に形成され、その四隅にボルト61を通す挿通孔60aが形成されている。ボルト61は、挿通孔60aを通り、ネジ孔17に螺合している。なお、ボルト61の頭部と蓋体60との間には、ワッシャー62が挟み込まれている。蓋体60の段差15との対向面には、溝16に挿入される凸部60bが形成されている。なお、管路受熱部41の周囲にも上述した伝熱グリスを塗布し、溝16ないし凸部60bを介した端子1から冷却管40への伝達熱量を増大させるとよい。
上記構成においても、図7に示す導体露出区間S2における導体線102の長さLが、5mmより大きく75mm以下であるとよい。
1…端子、100…ケーブル付き給電コネクタ、101…冷却チューブ、101A…一方の冷却チューブ、101B…他方の冷却チューブ、102…導体線、103…電力線(ケーブル)、S1…導体被覆区間、S2…導体露出区間

Claims (6)

  1. 端子と、
    前記端子に接続された冷却チューブ及び導体線を有するケーブルと、を備え、
    前記ケーブルは、前記冷却チューブと前記導体線とが被覆に覆われる導体被覆区間と、前記冷却チューブと前記導体線とが前記被覆から露出する導体露出区間と、有し、
    前記導体露出区間における前記導体線の長さが、5mmより大きく75mm以下である、ケーブル付き給電コネクタ。
  2. 前記導体露出区間における前記導体線の長さが、5mmより大きく60mm以下である、請求項1に記載のケーブル付き給電コネクタ。
  3. 前記導体露出区間における前記導体線の長さが、10mm以上である、請求項1または2に記載のケーブル付き給電コネクタ。
  4. 1本の前記端子に対して、2本の前記ケーブルを備え、
    2本の前記ケーブルの前記導体線が合流して前記端子に接続されると共に、2本の前記ケーブルのうち一方の前記冷却チューブが前記端子に対する冷媒の往路を形成し、他方の前記冷却チューブが前記端子に対する冷媒の復路を形成している、請求項1〜3のいずれか一項に記載のケーブル付き給電コネクタ。
  5. 前記端子に、400A以上の電流が流れる、請求項1〜4のいずれか一項に記載のケーブル付き給電コネクタ。
  6. 前記端子は、インレット端子に接続されるアウトレット端子である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のケーブル付き給電コネクタ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018129161A (ja) * 2017-02-07 2018-08-16 株式会社フジクラ 給電ケーブル、及びコネクタ付き給電ケーブル
KR20180096259A (ko) * 2017-02-21 2018-08-29 엘에스전선 주식회사 전기차 충전용 케이블
JP2019149281A (ja) * 2018-02-27 2019-09-05 株式会社フジクラ 給電コネクタ、およびケーブル付き給電コネクタ

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